烟气露点的计算方法.docx

烟气中SO2含量为1800~4500mg/Nm³,HCl=200~300mg/Nm³，HF=20~30mg/Nm³。粉尘=5~350 mg/Nm³，脱硫后SO2<400 mg/Nm³。露点为50ºC。
在锅炉的设计和运行中，烟气露点是一个能清楚表达腐蚀能否发生的指标，在一定程度上也能表征腐蚀的程度。对于燃用高硫煤的锅炉，烟气露点成为重要的影响技术经济指标的因素之一，还是影响除尘器工作效率的因素之一。循环流化床烟气脱硫的关键技术之一是严格控制流化床入口的烟气温度，该温度越接近露点，脱硫效率越好，但是，此温度又必须维持在露点以上，否则会引起结露，导致设备堵塞和腐蚀，无法正常工作
目前使用最为普遍的计算烟气露点的经验公式为：
            tsld=[ B (SarZS) 1/3/4396afhAarAS]+ tld  [ºC]              (1)
式中，tsld--烟气的酸露点，ºC；tld --烟气的水蒸汽露点，ºC；B--与过量空气系数有关的常数，当at=1.4~15时，B=208；at=1.2时，B=195；SarZS，AarAS--收到基折算（每1000kJ的折算值）硫分及灰分，%；afh--飞灰占总灰分的数额。
SO3对露点的影响很大，只要有极少量的硫酸蒸汽存在，露点就会提高到373K以上。而SO2对露点的影响则小得多，在相当大的浓度范围内，露点的波动不超过1K。在接近露点温度时，SO3在烟气中几乎完全溶解于水蒸汽，硫酸蒸汽的分压PH2SO4就等于SO3的分压PSO3；而SO2的分压PSO2虽远大于PH2SO4，但SO2在烟气中极少溶解于水蒸汽而成为亚硫酸蒸汽，即亚硫酸蒸汽的分压PH2SO3接近于0，因而不能提高烟气的露点温度。从SO2在空气中和水的离解平衡常数K298和KT来分析。
其平衡式在K298下时为：SO2 + H2Oà H2SO3        （2）
平衡常数为K298=1.3×10-2 [mol]         DH298=16.3[kJ/mol]
而 HSO3-à H + + SO3²-                                          （3）
K298=6.4×10-8 [mol] DH298=11.9[kJ/mol]
在其它温度下时,平衡常数为     KT =K298·exp(DH298/T-298)
即KT仍为很小值，亦即SO2在水中的溶解度极低，因此不会明显地影响烟气露点温度。如果试图控制烟气露点，应该控制SO3的生成上，亦即SO2向SO3的转化上，来控制SO2的转化率。烟气生成的SO3量不仅与燃煤硫分有关，而且与火焰温度，燃烧空气量，飞灰性质与数量，以及锅炉受热面的催花作用等有关。可以采取以下措施来控制SO3的生成：（1）燃料脱硫，使燃料中含硫量降到一个非常低的水平。（2）改善燃烧方法以减少烟气中SO3的含量。（3）加入添加剂与烟气中的SO3发生反应。
烟气露点与烟气中SO3的含量密切相关，而SO3的形成是与燃烧设备和燃烧条件紧密相连的。所以，烟气露点与燃料含硫量之间并不存在数量上的对应关系，因此（1）式中笼统地以折算含硫量来考虑硫分对烟气露点的影响，从机理上来说是不够的，在实际应用中并不能很好的与各种燃烧设备，燃烧方式和燃烧条件相符合。
根据在不同硫酸蒸汽分压下的露点值（表-1），拟合出硫酸露点与水蒸汽露点之差和硫酸蒸汽分压的关系如下：
            tsld- tld =0.1855+0.5651 PH2O-0.0009382 PH2SO4 [ºC]            (4)
硫酸蒸汽分压与SO3分压有如下关系：
           PH2SO4= X PH2O             [Pa]                                                      (5)
式中，X –SO3转变为硫酸蒸汽的份额。X和温度有关，X的定义为：
         X= PH2SO4/ PSO3100%                                                              (6)
假设燃料中的硫分全部转变为SO2，其中有一部分再转变为SO3，则最终烟气中SO2与SO3分压之和为
       PSO2+ PSO3=Sar/100·（22.4/32·1/ Vy）      (Pa)                    (7)
式中，Sar--燃料的收到基硫分，Vy--单位质量燃料生成的烟气量[Nm³/kg（fuel）]。定义SO3的生成率为：
        R= PSO3/（PSO2+ PSO3）·100%                                             （8）
以上各式中PSO3均为未生成硫酸蒸汽前的SO3分压。
表-1 不同硫酸蒸汽分压下的露点
硫酸蒸汽分压PH2SO4[Pa]
水蒸汽分压PH2O[Pa]
5000
8300
245000
0
33
43
64
10
40
48
70
50
63
68
87
100
86
91
105
200
116
121
130
表-2  SO3的生成率
燃料
含硫量 %
设备的温度工况
烟气中过量空气%
SO3生成率R （SO3/ SO2容积比）
省煤器
空气预热器
烟温
水温
烟温
空气温度
入口ºC
出口ºC
入口ºC
出口ºC
入口ºC
出口ºC
出口ºC
煤
4.45
305
188
149
199
188
143
104
68
0.0294
煤
3.18
307
172
93
177
172
116
79
57
0.02
煤
2.10
343
216
116
166
216
112
148
49
0.0123
煤粉
4.67
568
177
96
218
177
110
138
36
0.00755

烟气中飞灰对烟气露点的影响有两个方面。飞灰中Fe2O3，V2O5等成分对SO2向SO3的转化有催化作用，而未燃碳颗粒，钙镁等氧化物以及Fe3O4等则能吸收或中和烟气中的。飞灰的数量，成分和形态与燃料及燃烧方法有关，飞灰的吸收及中和作用大于催化作用。即烟气中飞灰的存在使烟气中SO3的分压有所下降，从而使烟气露点有所提高。修正（4）式，得：tsld-tld=[0.1855+0.5651PH2SO4-0.0009382(PH2SO4)²]/Kafh·AarAS[ºC]   （9）
式中，K为和飞灰有关的常数。将上式稍作变形即得计算烟气露点的最终公式：
tsld[0.1855+0.5651PH2SO4-0.0009382(PH2SO4)²]/Kafh·AarAS+tld[ºC]     （10）