烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
气露点温度平均相对误差为 0. 29 % ,最大相对误差 0. 59 %。
表 2 Halstead 总结的烟气露点温度
烟气中 H2 SO4 体积含量 , ×10 - 6 烟气露点温度 ( ℃)
1
113
10
130
20
137
40
142
60
146
100
152
3. 3 烟气中 SO3 和水蒸气浓度已知 3. 3. 1 A. G. Okkes 方程
表 2 可以粗略地估算出烟气露点温度 。
同样采用 Origin 6. 0 软件拟合表 2 中数据 ,回
归出方程 (2) 。
t sld = 113. 0219 + 15. 0777lg V H2SO4 + 2. 0975
(lg V H2SO4) 2
(2)
式中 : V H2SO4 —烟气中硫酸蒸气体积百万分率 ; 与表 2 中烟气露点温度相比 ,方程 (2) 计算的烟
除上述影响因素外 ,酸露点还与烟气的压力 、烟 气在炉膛内停留时间 、炉膛内温度场分布不均以及 空气预热器漏风处造成局部温度偏低等情况有关 。
3 烟气露点温度的计算
由前所述 ,影响烟气露点温度的因素很多 ,所以 很难从理论上直接精确地推导出烟气露点温度的计 算式 ,一般皆由试验取得 ,或通过实验加上理论推导 等方法确定 。下面列举一些主要酸露点确定方法和 计算公式 。 3. 1 烟气中 SO3 气体浓度已知
关键词 :锅炉 ;低温腐蚀 ;烟气 ;酸露点温度 ;计算方法 中图分类号 : T K22419 文献标识码 :A
Factors of Affecting the Flue Gas Acid De w Point Temperature and its Way of Calculation
J IA Ming2sheng , L IN G Chang2ming
在烟气酸露点的间接测量中 ,都是先测出烟气 中的 SO3 或 H2SO4 的体积含量 ,然后由 Müller 曲线 查出酸 露 点 , 如 图 5 所 示 。该 曲 线 是 Müller[4 ] 在 1959 年使用热力学关系式计算了含有很低浓度 H2SO4 蒸气的烟气的酸露点而得到的 ,并为许多研 究者的实验所证实 。Müller 曲线是现在评价各种酸 露点测量方法的基础 。
0. 42 %。
3. 2 烟气中 H2 SO4 蒸气浓度已知
Halstead 在总结前人大量实验数据的基础上 ,
以常用燃料燃烧形式的水蒸气体积含量以 11 %为
基准 , 得出表 2 中数据 。如水蒸气体积含量低于
9 % ,则表中露点温度应再减去 3 ℃; 如水蒸气体积
含量高于 13 % ,则表中露点温度应再加上 3 ℃。由
计算步骤如下 :
(1) 根据给定的燃料组成成分和过量空气系
数 ,计算出烟气组成 ;
(2) 按 SO22 %转化率计算出 SO3 含量 ; (3) 按计算求得的烟气中的 SO3 和水蒸气体积 百分含量 ,查图 6 中的曲线可得酸露点温度及硫酸
质量百分含量 。
34 工 业 锅 炉 2003 年第 6 期 (总第 82 期)
t sld = 116. 5515 + 16. 06329lg V SO3 + 1. 05377
(lg V SO3) 2
(1)
式中 : V SO3 —烟气中 SO3 体积百万分率 (下同) ;
t sld —烟气的酸露点温度 (下同) , ℃。
与表 1 中烟气露点温度相比 ,方程 (1) 计算的烟
气露点温度平均相对误差为 0. 17 % ,最大相对误差
表 1 Müller 曲线所对应的酸露点温度
烟气中 SO3 体积百分含量 , ×10 - 6 烟气露点温度 ( ℃)
0. 1
101. 4
0. 2
105. 9
0. 5
111. 7
1
116. 6
2
122. 0
5
128. 4
10Βιβλιοθήκη 133. 520138. 7
50
146. 7
100
153. 3
采用 Origin 6. 0 软件拟合表 1 中数据 ,回归出 方程 (1) 。
( Engineering College of Zhanjiang Ocean U niversity , Zhanjiang Guangdong , 524025 ,China)
Abstract : Determining t he flue gas acid dew point temperature has become t he key to avoid low temperature corro2 sion , to increase t he safety of boiler work and to improve t he efficiency of boiler. This paper analyses t he main factors of affecting t he flue gas acid dew point temperature , contrast and evaluate several ways of calculating flue gas acid dew point temperature. This paper also works out t he calculating equation of flue gas dew point according to t he chart figures of acid dew point .
Key words :Boiler ; Low temperature corrosion ; Flue gas; Acid de w point temperature ; Calculation method
1 引言
锅炉使用的煤 、重油及天然气等燃料中都含有 一定量的硫 ,在燃烧过程中 S 与 O2 生成 SO2 ,并有 少量的 SO2 在 Fe2O3 、V2O5 等催化剂作用下转化成 SO3 。通常情况下 ,锅炉烟气中 SO3 体积含量为 1 × 10 - 6 ～ 50 ×10 - 6 , 水 蒸 气 约 为 10 % , 在 烟 气 温 度 200 ℃以下时 , SO3 与水蒸气完全结合成 H2 SO4 蒸 气 ,微量的 H2 SO4 蒸气使烟气的露点温度显著提 高[1 ] 。当锅炉尾部换热设备的壁面温度低于烟气 露点温度时 ,H2 SO4 蒸气就会凝结在壁面上 ,形成浓 度约为 80 %的硫酸溶液 ,粘附在换热器壁面上 ,产 生酸腐蚀 。像热水锅炉 、锅炉的省煤器及空气预热 器等低温受热面易受到酸侵蚀 。
t sld = 10. 8809 + 27. 6lg PH2O + 10. 83lg PSO3 + 1.
06 (lg PSO3 + 2. 9943) 2. 19
(3)
式中 : PH2O —烟气中水蒸气分压 (下同) ,Pa ;
PSO3 —烟气中 SO3 气体分压 (下同) ,Pa 。
3. 3. 2 Verhoff & Banchero 方程
图 3 温度和过量空气系数对 SO3 转化的影响
·研究与开发· 烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法
33
图 5 Müller 酸露点曲线图
手工查图确定酸露点温度引起误差较大 ,且不 便于利用计算机优化设计和计算 。现将图 5 扫描至 计算机中 ,并放大 ,采用 Adobe p hotoshop 5. 0CS 软 件读取曲线上一些点的数据 ,列于表 1 。
2674lg PSO3 + 0. 03287lg PH2O·lg PSO3
(4)
3. 3. 3 查图确定方法
美国“CE 空调预热器公司”绘制了烟气压力
101kPa 下的酸露点计算图[7 ] ,图 6 是基于燃料中硫
分燃烧后都生成 SO2 及烟气中 SO2 的 2 %体积含量 转变成 SO3 条件下绘制的 。
·研究与开发· 烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法
31
文章编号 :100428774 (2003) 06231205
烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法
贾明生 ,凌长明
(湛江海洋大学工程学院 ,广东 湛江 524025)
摘 要 :确定烟气露点温度 ,已成为避免低温受热面造成腐蚀 、增加锅炉运行安全性和提高锅炉效率的关键所 在 。文章对影响烟气酸露点的主要因素进行了分析 ,对几种烟气酸露点温度的计算方法进行了对比和评价 ,并依 据酸露点的图表数据 ,拟合出烟气露点计算方程 。
Verhoff & Banchero[6 ]提出下列方程 (4) ,方程
(4) 中气体分压原文单位为 mmHg ,现已换算为 SI
制 Pa 。在烟气露点温度为 120～140 ℃高温区时 ,方
程 (4) 有 4 ℃偏差 ,但在低温区时有较大误差 。
1000/ ( tsld + 273. 15) = 2. 9882 - 0. 13761lg PH2O - 0.
荷兰学者 A. G. Okkes 根据 Müller 实验数据 , 提出如下方程 (3) ,方程中原文分压单位均为标准大 气压 。文献[5 ]比较了方程 (3) 计算结果与该文中由 燃料中碳 、硫含量及过量空气系数绘制的算图确定 酸露点结果 ,两者相差不到 1. 5 ℃,方程 (3) 计算精 度比较高 ,适用范围广 。
32 工 业 锅 炉 2003 年第 6 期 (总第 82 期)
2. 4 烟气中水蒸气 烟气中水蒸气的浓度愈大 ,水蒸气的分压力也
愈大 。只考虑水蒸气的影响 ,水蒸气对烟气露点的 影响如图 4 所示 。
图 1 燃油和燃煤机组的腐蚀率
2. 2 燃料硫含量和燃烧方式 烟气中硫酸蒸气是由燃料中硫分氧化而来的 ,
2. 5 飞灰或受热面结构及积灰影响 低温烟气中的 SO2 继续氧化成 SO3 需要有催
化剂的促进作用 ,而锅炉管子表面和烟道表面的铁 锈 Fe2O3 及烟气中的 V2O5 等都是非常良好的催化 剂 ,但未燃碳粒及钙镁等氧化物以及 Fe3O4 等则能 吸收或中和烟气中的 SO2 。燃油飞灰少 ,吸收作用 较弱 ,因此对含有硫和钒的燃油经燃烧后的烟气中 将具有相对较高的 SO3 含量 ,烟气露点高 。 2. 6 其它影响因素
中国动力工程学会火力发电设备技术手册锅炉2000溴化锂水溶液的几个主要物性参数计算方程期刊论文湛江海洋大学学报200203一种简便实用的湿空气性质计算方程期刊论文湛江水产学院学报199602本文读者也读过8条anzhongwanggangshishuyuzhengshanhe锅炉烟气酸露点温度计算公式的研究期刊论文锅炉技术2009405junyanweipinggaobaotongwangqiong烟气酸露点温度的计算分析期刊论文热力发电2009384junyanweipinggaobaotonglichun电站锅炉烟气酸露点温度的计算期刊论文锅炉技术2009405刘思阳
2 影响烟气露点温度的主要因素
2. 1 燃料种类 燃油锅炉的燃料中所含硫分燃烧后将主要形成
SO2 和少量 SO3 ,但是在燃煤时的情况则不相同 ,其 中有些硫分将形成 FeS 或其他形式存在于灰分中 。 在相同含硫量情况下 ,燃油烟气的酸露点往往高于 燃煤烟气酸露点 。图 1 示出美国典型燃油机组和燃 煤机组的露点温度和腐蚀率的关系 ,由图 1 可知 ,燃 煤机组腐蚀程度小于燃油机组 。
燃料含硫量越高 ,其露点温度越高 。烟气中 SO2 对 露点的影响很小 ,在相当大的浓度范围内 ,酸露点的 波动不超过 1 ℃[3 ] 。SO3 对露点的影响很大 ,而 SO3 的形成是与燃烧设备和燃烧条件紧密相联的 。图 2 为西安热工所在一些电站锅炉上测得的结果 ,也能 说明这点 。
12链条炉 22煤粉炉 32液态排渣炉 图 2 烟气露点温度与燃料含硫量及燃烧方式的关系
在锅炉的设计和运行中 ,排烟温度是影响锅炉
资金项目 :湛江海洋大学自然科研项目 (0312034) 收稿日期 :2003209205
效率和安全运行的重要因素之一 。排烟温度过高 , 排烟损失越大 ,文献[2 ] 指出 ,排烟温度每升高 15～ 20 ℃,锅炉热效率大约降低 1 % ;排烟温度过低 ,会 使低温受热面的壁温低于酸露点 ,引起受热面金属 的严重腐蚀 ,危及锅炉运行安全 。因此 ,锅炉的经济 排烟温度应当控制在稍高于烟气露点的某个范围 内 。确定烟气露点温度 ,已成为避免低温腐蚀 、增加 锅炉运行安全性的关键所在 。
2. 3 过量空气系数 图 3 示出了过量空气系数高低对两种形式氧化
硫之间平衡状态的影响 。烟气的温度越低或 O2 含 量越高 ,由 SO2 转化为 SO3 比例会越大 。因此 ,在 保证充分燃烧的前提下 ,应尽量采用低过量空气系 数 ,减少 SO3 生成量 ,降低烟气露点 。
图 4 水蒸气浓度对烟气露点的影响
表 2 Halstead 总结的烟气露点温度
烟气中 H2 SO4 体积含量 , ×10 - 6 烟气露点温度 ( ℃)
1
113
10
130
20
137
40
142
60
146
100
152
3. 3 烟气中 SO3 和水蒸气浓度已知 3. 3. 1 A. G. Okkes 方程
表 2 可以粗略地估算出烟气露点温度 。
同样采用 Origin 6. 0 软件拟合表 2 中数据 ,回
归出方程 (2) 。
t sld = 113. 0219 + 15. 0777lg V H2SO4 + 2. 0975
(lg V H2SO4) 2
(2)
式中 : V H2SO4 —烟气中硫酸蒸气体积百万分率 ; 与表 2 中烟气露点温度相比 ,方程 (2) 计算的烟
除上述影响因素外 ,酸露点还与烟气的压力 、烟 气在炉膛内停留时间 、炉膛内温度场分布不均以及 空气预热器漏风处造成局部温度偏低等情况有关 。
3 烟气露点温度的计算
由前所述 ,影响烟气露点温度的因素很多 ,所以 很难从理论上直接精确地推导出烟气露点温度的计 算式 ,一般皆由试验取得 ,或通过实验加上理论推导 等方法确定 。下面列举一些主要酸露点确定方法和 计算公式 。 3. 1 烟气中 SO3 气体浓度已知
关键词 :锅炉 ;低温腐蚀 ;烟气 ;酸露点温度 ;计算方法 中图分类号 : T K22419 文献标识码 :A
Factors of Affecting the Flue Gas Acid De w Point Temperature and its Way of Calculation
J IA Ming2sheng , L IN G Chang2ming
在烟气酸露点的间接测量中 ,都是先测出烟气 中的 SO3 或 H2SO4 的体积含量 ,然后由 Müller 曲线 查出酸 露 点 , 如 图 5 所 示 。该 曲 线 是 Müller[4 ] 在 1959 年使用热力学关系式计算了含有很低浓度 H2SO4 蒸气的烟气的酸露点而得到的 ,并为许多研 究者的实验所证实 。Müller 曲线是现在评价各种酸 露点测量方法的基础 。
0. 42 %。
3. 2 烟气中 H2 SO4 蒸气浓度已知
Halstead 在总结前人大量实验数据的基础上 ,
以常用燃料燃烧形式的水蒸气体积含量以 11 %为
基准 , 得出表 2 中数据 。如水蒸气体积含量低于
9 % ,则表中露点温度应再减去 3 ℃; 如水蒸气体积
含量高于 13 % ,则表中露点温度应再加上 3 ℃。由
计算步骤如下 :
(1) 根据给定的燃料组成成分和过量空气系
数 ,计算出烟气组成 ;
(2) 按 SO22 %转化率计算出 SO3 含量 ; (3) 按计算求得的烟气中的 SO3 和水蒸气体积 百分含量 ,查图 6 中的曲线可得酸露点温度及硫酸
质量百分含量 。
34 工 业 锅 炉 2003 年第 6 期 (总第 82 期)
t sld = 116. 5515 + 16. 06329lg V SO3 + 1. 05377
(lg V SO3) 2
(1)
式中 : V SO3 —烟气中 SO3 体积百万分率 (下同) ;
t sld —烟气的酸露点温度 (下同) , ℃。
与表 1 中烟气露点温度相比 ,方程 (1) 计算的烟
气露点温度平均相对误差为 0. 17 % ,最大相对误差
表 1 Müller 曲线所对应的酸露点温度
烟气中 SO3 体积百分含量 , ×10 - 6 烟气露点温度 ( ℃)
0. 1
101. 4
0. 2
105. 9
0. 5
111. 7
1
116. 6
2
122. 0
5
128. 4
10Βιβλιοθήκη 133. 520138. 7
50
146. 7
100
153. 3
采用 Origin 6. 0 软件拟合表 1 中数据 ,回归出 方程 (1) 。
( Engineering College of Zhanjiang Ocean U niversity , Zhanjiang Guangdong , 524025 ,China)
Abstract : Determining t he flue gas acid dew point temperature has become t he key to avoid low temperature corro2 sion , to increase t he safety of boiler work and to improve t he efficiency of boiler. This paper analyses t he main factors of affecting t he flue gas acid dew point temperature , contrast and evaluate several ways of calculating flue gas acid dew point temperature. This paper also works out t he calculating equation of flue gas dew point according to t he chart figures of acid dew point .
Key words :Boiler ; Low temperature corrosion ; Flue gas; Acid de w point temperature ; Calculation method
1 引言
锅炉使用的煤 、重油及天然气等燃料中都含有 一定量的硫 ,在燃烧过程中 S 与 O2 生成 SO2 ,并有 少量的 SO2 在 Fe2O3 、V2O5 等催化剂作用下转化成 SO3 。通常情况下 ,锅炉烟气中 SO3 体积含量为 1 × 10 - 6 ～ 50 ×10 - 6 , 水 蒸 气 约 为 10 % , 在 烟 气 温 度 200 ℃以下时 , SO3 与水蒸气完全结合成 H2 SO4 蒸 气 ,微量的 H2 SO4 蒸气使烟气的露点温度显著提 高[1 ] 。当锅炉尾部换热设备的壁面温度低于烟气 露点温度时 ,H2 SO4 蒸气就会凝结在壁面上 ,形成浓 度约为 80 %的硫酸溶液 ,粘附在换热器壁面上 ,产 生酸腐蚀 。像热水锅炉 、锅炉的省煤器及空气预热 器等低温受热面易受到酸侵蚀 。
t sld = 10. 8809 + 27. 6lg PH2O + 10. 83lg PSO3 + 1.
06 (lg PSO3 + 2. 9943) 2. 19
(3)
式中 : PH2O —烟气中水蒸气分压 (下同) ,Pa ;
PSO3 —烟气中 SO3 气体分压 (下同) ,Pa 。
3. 3. 2 Verhoff & Banchero 方程
图 3 温度和过量空气系数对 SO3 转化的影响
·研究与开发· 烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法
33
图 5 Müller 酸露点曲线图
手工查图确定酸露点温度引起误差较大 ,且不 便于利用计算机优化设计和计算 。现将图 5 扫描至 计算机中 ,并放大 ,采用 Adobe p hotoshop 5. 0CS 软 件读取曲线上一些点的数据 ,列于表 1 。
2674lg PSO3 + 0. 03287lg PH2O·lg PSO3
(4)
3. 3. 3 查图确定方法
美国“CE 空调预热器公司”绘制了烟气压力
101kPa 下的酸露点计算图[7 ] ,图 6 是基于燃料中硫
分燃烧后都生成 SO2 及烟气中 SO2 的 2 %体积含量 转变成 SO3 条件下绘制的 。
·研究与开发· 烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法
31
文章编号 :100428774 (2003) 06231205
烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法
贾明生 ,凌长明
(湛江海洋大学工程学院 ,广东 湛江 524025)
摘 要 :确定烟气露点温度 ,已成为避免低温受热面造成腐蚀 、增加锅炉运行安全性和提高锅炉效率的关键所 在 。文章对影响烟气酸露点的主要因素进行了分析 ,对几种烟气酸露点温度的计算方法进行了对比和评价 ,并依 据酸露点的图表数据 ,拟合出烟气露点计算方程 。
Verhoff & Banchero[6 ]提出下列方程 (4) ,方程
(4) 中气体分压原文单位为 mmHg ,现已换算为 SI
制 Pa 。在烟气露点温度为 120～140 ℃高温区时 ,方
程 (4) 有 4 ℃偏差 ,但在低温区时有较大误差 。
1000/ ( tsld + 273. 15) = 2. 9882 - 0. 13761lg PH2O - 0.
荷兰学者 A. G. Okkes 根据 Müller 实验数据 , 提出如下方程 (3) ,方程中原文分压单位均为标准大 气压 。文献[5 ]比较了方程 (3) 计算结果与该文中由 燃料中碳 、硫含量及过量空气系数绘制的算图确定 酸露点结果 ,两者相差不到 1. 5 ℃,方程 (3) 计算精 度比较高 ,适用范围广 。
32 工 业 锅 炉 2003 年第 6 期 (总第 82 期)
2. 4 烟气中水蒸气 烟气中水蒸气的浓度愈大 ,水蒸气的分压力也
愈大 。只考虑水蒸气的影响 ,水蒸气对烟气露点的 影响如图 4 所示 。
图 1 燃油和燃煤机组的腐蚀率
2. 2 燃料硫含量和燃烧方式 烟气中硫酸蒸气是由燃料中硫分氧化而来的 ,
2. 5 飞灰或受热面结构及积灰影响 低温烟气中的 SO2 继续氧化成 SO3 需要有催
化剂的促进作用 ,而锅炉管子表面和烟道表面的铁 锈 Fe2O3 及烟气中的 V2O5 等都是非常良好的催化 剂 ,但未燃碳粒及钙镁等氧化物以及 Fe3O4 等则能 吸收或中和烟气中的 SO2 。燃油飞灰少 ,吸收作用 较弱 ,因此对含有硫和钒的燃油经燃烧后的烟气中 将具有相对较高的 SO3 含量 ,烟气露点高 。 2. 6 其它影响因素
中国动力工程学会火力发电设备技术手册锅炉2000溴化锂水溶液的几个主要物性参数计算方程期刊论文湛江海洋大学学报200203一种简便实用的湿空气性质计算方程期刊论文湛江水产学院学报199602本文读者也读过8条anzhongwanggangshishuyuzhengshanhe锅炉烟气酸露点温度计算公式的研究期刊论文锅炉技术2009405junyanweipinggaobaotongwangqiong烟气酸露点温度的计算分析期刊论文热力发电2009384junyanweipinggaobaotonglichun电站锅炉烟气酸露点温度的计算期刊论文锅炉技术2009405刘思阳
2 影响烟气露点温度的主要因素
2. 1 燃料种类 燃油锅炉的燃料中所含硫分燃烧后将主要形成
SO2 和少量 SO3 ,但是在燃煤时的情况则不相同 ,其 中有些硫分将形成 FeS 或其他形式存在于灰分中 。 在相同含硫量情况下 ,燃油烟气的酸露点往往高于 燃煤烟气酸露点 。图 1 示出美国典型燃油机组和燃 煤机组的露点温度和腐蚀率的关系 ,由图 1 可知 ,燃 煤机组腐蚀程度小于燃油机组 。
燃料含硫量越高 ,其露点温度越高 。烟气中 SO2 对 露点的影响很小 ,在相当大的浓度范围内 ,酸露点的 波动不超过 1 ℃[3 ] 。SO3 对露点的影响很大 ,而 SO3 的形成是与燃烧设备和燃烧条件紧密相联的 。图 2 为西安热工所在一些电站锅炉上测得的结果 ,也能 说明这点 。
12链条炉 22煤粉炉 32液态排渣炉 图 2 烟气露点温度与燃料含硫量及燃烧方式的关系
在锅炉的设计和运行中 ,排烟温度是影响锅炉
资金项目 :湛江海洋大学自然科研项目 (0312034) 收稿日期 :2003209205
效率和安全运行的重要因素之一 。排烟温度过高 , 排烟损失越大 ,文献[2 ] 指出 ,排烟温度每升高 15～ 20 ℃,锅炉热效率大约降低 1 % ;排烟温度过低 ,会 使低温受热面的壁温低于酸露点 ,引起受热面金属 的严重腐蚀 ,危及锅炉运行安全 。因此 ,锅炉的经济 排烟温度应当控制在稍高于烟气露点的某个范围 内 。确定烟气露点温度 ,已成为避免低温腐蚀 、增加 锅炉运行安全性的关键所在 。
2. 3 过量空气系数 图 3 示出了过量空气系数高低对两种形式氧化
硫之间平衡状态的影响 。烟气的温度越低或 O2 含 量越高 ,由 SO2 转化为 SO3 比例会越大 。因此 ,在 保证充分燃烧的前提下 ,应尽量采用低过量空气系 数 ,减少 SO3 生成量 ,降低烟气露点 。
图 4 水蒸气浓度对烟气露点的影响