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煙氣露點計算

   煙氣中SO2含量為1800~4500mg/Nm³,HCl=200~300mg/Nm³,HF=20~30mg/Nm³。粉塵=5~350 mg/Nm³,脫硫后SO2<400 mg/Nm³。露點為50ºC。
   在鍋爐的設計和運行中,煙氣露點是一個能清楚表達腐蝕能否發生的指標,在一定程度上也能表征腐蝕的程度。對于燃用高硫煤的鍋爐,煙氣露點成為重要的影響技術經濟指標的因素之一,還是影響除塵器工作效率的因素之一。循環流化床煙氣脫硫的關鍵技術之一是嚴格控制流化床入口的煙氣溫度,該溫度越接近露點,脫硫效率越好,但是,此溫度又必須維持在露點以上,否則會引起結露,導致設備堵塞和腐蝕,無法正常工作。
目前使用最為普遍的計算煙氣露點的經驗公式為:
   tsld=[ B (SarZS) 1/3/4396afhAarAS]+ tld   [ºC]             

 (1)式中,tsld--煙氣的酸露點,ºC;tld --煙氣的水蒸汽露點,ºC;B--與過量空氣系數有關的常數,當at=1.4~15時,B=208;at=1.2時,B=195;SarZS,AarAS--收到基折算(每1000kJ的折算值)硫分及灰分,%;afh--飛灰占總灰分的數額。
    SO3對露點的影響很大,只要有極少量的硫酸蒸汽存在,露點就會提高到373K以上。而SO2對露點的影響則小得多,在相當大的濃度范圍內,露點的波動不超過1K。在接近露點溫度時,SO3在煙氣中幾乎完全溶解于水蒸汽,硫酸蒸汽的分壓PH2SO4就等于SO3的分壓PSO3;而SO2的分壓PSO2雖遠大于PH2SO4,但SO2在煙氣中極少溶解于水蒸汽而成為亞硫酸蒸汽,即亞硫酸蒸汽的分壓PH2SO3接近于0,因而不能提高煙氣的露點溫度。從SO2在空氣中和水的離解平衡常數K298和KT來分析。
    其平衡式在K298下時為:                          SO2  H2SO3

(2)à+ H2O2 [mol]    -平衡常數為K298=1.3×10 H298=16.3[kJ/mol]D
 HSO3²à-而                 HSO3                               

(3) 8 [mol]-K298=6.4×10 H298=11.9[kJ/mol]D
在其它溫度下時,平衡常數為     KT 298)-H298/TD=K298•exp(即KT仍為很小值,亦即SO2在水中的溶解度極低,因此不會明顯地影響煙氣露點溫度。如果試圖控制煙氣露點,應該控制SO3的生成上,亦即SO2向SO3的轉化

來控制SO2的轉化率。煙氣生成的SO3量不僅與燃煤硫分有關,而且與火焰度,燃燒空氣量,飛灰性質與數量,以及鍋爐受熱面的催花作用等有關。可以采取以下措施來控制SO3的生成:(1)燃料脫硫,使燃料中含硫量降到一個非常低的水平。(2)改善燃燒方法以減少煙氣中SO3的含量。(3)加入添加劑與煙氣中的SO3發生反應。
     煙氣露點與煙氣中SO3的含量密切相關,而SO3的形成是與燃燒設備和燃燒條件緊密相連的。所以,煙氣露點與燃料含硫量之間并不存在數量上的對應關系,因此(1)式中籠統地以折算含硫量來考慮硫分對煙氣露點的影響,從機理上來說是不夠的,在 實際應用中并不能很好的與各種燃燒設備,燃燒方式和燃燒條件相符合。
    根據在不同硫酸蒸汽分壓下的露點值(表-1),擬合出硫酸露點與水蒸汽露點之差和硫酸蒸汽分壓的關系如下:
     0.0009382 PH2SO4 [ºC]           -0.5651 PH2O+ tld =0.1855-tsld 

(4)硫酸蒸汽分壓與SO3分壓有如下關系:
PH2SO4=XPH2O [Pa]                                              

 (5)式中,X –SO3轉變為硫酸蒸汽的份額。X和溫度有關,X的定義為:
    X=PH2SO4/PSO3100%                                         

  (6) 假設燃料中的硫分全部轉變為SO2,其中有一部分再轉變為SO3,則最終煙氣中SO2與SO3分壓之和為
       PSO2+ PSO3=Sar/100•(22.4/32•1/ Vy)          (Pa)       

 (7)式中,Sar--燃料的收到基硫分,Vy--單位質量燃料生成的煙氣量[Nm³/kg(fuel)]。定義SO3的生成率為:
   R= PSO3/(PSO2+ PSO3)•100%                                 

(8)以上各式中PSO3均為未生成硫酸蒸汽前的SO3分壓。

表-1 不同硫酸蒸汽分壓下的露點

硫酸蒸汽分壓PH2SO4[Pa]

水蒸汽分壓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

      煙氣中飛灰對煙氣露點的影響有兩個方面。飛灰中Fe2O3,V2O5等成分對SO2向SO3的轉化有催化作用,而未燃碳顆粒,鈣鎂等氧化物以及Fe3O4等則能吸收或中和煙氣中的。飛灰的數量,成分和形態與燃料及燃燒方法有關,飛灰的吸收及中和作用大于催化作用。即煙氣中飛灰的存在使煙氣中SO3的分壓有所下降,從而使煙氣露點有所提高。修正(4)式,得:
 0.0009382(PH2SO4)²]/Kafh•AarAS[ºC]                    

(9)-0.5651PH2SO4+tld=[0.1855-tsld
式中,K為和飛灰有關的常數。將上式稍作變形即得計算煙氣露點的最終公式:
            tld[ºC]                                                          

(10)+0.0009382(PH2SO4)²]/Kafh•AarAS-0.5651PH2SO4+tsld[0.1855

 
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