烟气酸露点计算公式中过量空气系数的修正方法

， ，建中

(1.上海成信建业节能科技有限公司,上海 201103;2.成信绿集成股份有限公司,福建 厦门 361009;3.中国电力建设工程咨询公司，上海 200137)

烟气酸露点计算公式中过量空气系数的修正方法

王金旺1，张燕2，张建中3

(1.上海成信建业节能科技有限公司,上海 201103;2.成信绿集成股份有限公司,福建 厦门 361009;3.中国电力建设工程咨询公司，上海 200137)

烟气酸露点是锅炉运行及节能改造工程的重要参数之一，现有文献中计算酸露点的方法很多，但不同方法的计算结果差异较大。对文献中酸露点的计算方法进行了比较，在不同过量空气系数条件下，将现行公式计算烟气酸露点变化规律与实际相反原因进行了分析。对烟气酸露点计算公式中的过量空气系数进行修正，并给出了过量空气系数的修正公式。这一方法具有一定的应用价值。

酸露点计算；过量空气系数；SO3含量；低温腐蚀；烟气成份；煤质分析

0 引言

烟气温度达到酸露点以下时，具有较强的腐蚀性，致使受热面发生低温腐蚀，因此酸露点的准确计算与测量至关重要[1]。目前，直接测试烟气酸露点存在一定的难度，而烟气酸露点温度的计算方法多来自国外，而不同计算方法之间存在较大差异[2-5]。

燃烧过程中过量空气系数对烟气酸露点的影响，从定性角度来说已被明确，即当过量空气系数增大时，由于火焰中氧原子浓度增大，所形成的SO3量也相应增大；另一方面，当过量空气系数减小时，可引起烟气中CO浓度升高，而CO可抑制SO3的生成。图1、图2[6]及表1[7]分别为对天然气、燃油及燃煤锅炉的实测数据，图1、图2及表1可验证过量空气系数对烟气中SO3浓度及烟气酸露点影响的定性分析。但从定量角度上看，现行文献中的一些酸露点计算公式很少能反映上述定性规律。某些文献按现行方法计算显示，烟气酸露点随过量空气系数的增大反而降低，计算与实际之间的反差，表明现行计算方法在对过量空气系数的考虑上存在着不足或缺陷，需要进行改进。

图1 过量空气与烟气中SO3含量的关系(天然气)

图2 烟气酸露点和含氧量的关系(燃油)

1 过量空气系数与酸露点关系的几种计算模式

1.1 以煤质分析为基础的含过量空气系数的计算模式

以煤质分析为基础的含过量空气系数的计算模式的主要代表是前苏联1973年或俄罗斯1998年锅炉热力计算标准方法[8-9]

(1)

表1 在不同过量空气系数条件下，LAND及SFJ型露点仪实测的烟气酸露点数据[7]

n=αfly·ASP;

SSP——燃料折算硫分；

ASP——燃料折算灰分；

n——指数，表示飞灰含量对酸露点影响的程度；

αfly——飞灰份额，对煤粉炉αfly=0.8～0.9；

β——与炉膛出口过量空气系数αF有关的参数：αF=1.2时，β=121，αF=1.4～1.5时，β=129，一般工程计算中可取β=125。

过量空气系数影响酸露点计算公式(1)中第2项的修正系数值β，随过量空气系数αF的增大而增大，这与实践经验是一致的；但按文献[10]的计算结果，酸露点计算值随过量空气系数的增大而逐渐减小，如表2所示。

表2 过量空气系数对烟气酸露点的影响[10]

表2中烟气酸露点随过量空气系数αF的增大而减小，出现上述情况的原因为：

(1)在前苏联1973年标准中公式来源于Р.А.Лероеян(简称Ле氏公式)，Ле氏公式对过量空气系数αF修正的表达过于简单，仅列出αF=1.2及αF=1.4～1.5两种工况下的修正系数，而对αF=1.2～1.4之间的修正系数取值方法未作交待；且在工程计算中推荐取用β=125；当αF=1.257～1.4时，均取β=125。

图3 ΔtDP与煤含硫量、燃烧过量氧的关系

1.2 以燃料含硫量及过量空气系数为基础的计算模式

以燃料含硫量及过量空气系数为基础的计算模式的主要代表是前苏联文献中对燃烧重油所提出的酸露点计算公式[11]

(2)

式中 SSP,KJ——折算硫分;

按公式(2)计算，过量空气系数αF对酸露点的影响甚大，见表3所示。表3的计算结果与图3所显示的ADT=f(αF)规律甚为接近。但公式(2)仅适用于燃油锅炉。

表3 按公式(2)的酸露点计算数据℃，SSP,KJ=0.025)

1.3 以烟气成份为基础的计算模式

以烟气成份为基础的计算模式可分为2种类型：

(1)公式包含过量空气系数，以SO2及H2O为变量，在现行文献中以下式为代表

(3)

式中 PH2O——烟气中H2O的分压力/Pa；

PO2——烟气中O2的分压力/Pa；

PSO2——烟气中SO2的分压力/Pa；

tφ——炉内火焰平均温度/℃。

公式(2)不包含过量空气系数，以SO3及H2O为变量。国际上石化、冶金及环保行业中常用此模式，参见以下代表性示例：

A.G.Okkes公式

(4)

式中 PH2O——烟气中蒸汽分压/Pa;

PSO3——烟气中SO3分压/Pa。

Verhoff &Branchero方程

-0.1029lgPSO3+0.0329lgPH2OlgPSO3

(5)

式中 PH2O——烟气中水蒸气分压/Pa;

PSO3——烟气中SO3分压，Pa。

日本电力工业中心研究所(简称“日本电研所)计算公式

tDP=a+20 lgSO3

(6)

式中a——水蒸气常数，当水蒸气含量为5%、10%、15%时相应的a为：184、194及201;

SO3——烟气中的SO3含量/[%]。

И.А.Баранова计算公式

tsld=186+20lgφH2O+26lgφSO3

(7)

式中φH2O——烟气中水蒸气体积含量/[%]；

φSO3——烟气中SO3体积含量/[%]。

Haasse &Borgmann计算公式

tsld=255+27.6lgPH2O+18.7lgPH2SO4

(8)

式中PH2O——烟气中水蒸气分压/Pa；

PH2SO4——烟气中H2SO4分压/Pa。

按燃烧系统计算结果，过量空气系数增大时，烟气成份中的H2O及SO3或SO2分压力均下降，这使得公式(4)～(8)中的烟气酸露点温度变低；而由于O2分压力的影响，随过量空气系数的增大，式(3)计算的酸露点变化不明显。出现这些与实际不相符的结果，主要原因是公式(4)～(8)这类模式中SO3浓度为给定值，而实际SO3浓度随过量空气系数变化而变化，即问题在于此类公式的使用；为正确使用这些公式，必须先确定SO3=f(αF)的关系式。若不论过量空气系数高低，均取SO3或SO2为定值，必将出现酸露点计算温度随过量空气增大而降低的不合理现象。

2 过量空气系数与酸露点关系式的探讨

2.1 酸露点温度tDP与SO3之间的关系式

如1.3所述，以烟气成份为基准的酸露点温度计算公式中通用的经验公式结构为

(9)

式中a、b、c——经验公式中的常系数。

当过量空气系数变化时，烟气成份中的SO3及H2O都将发生变化，但主要的变化在SO3转化率方面，H2O的变化相对较小，为了简化分析条件，忽略H2O的变化，则因SO3变化所引起的tDP增量为

(10)

2.2 过量空气系数αF与SO3或kSO3之间的关系式

现行文献中，过量空气系数αF与SO3之间关系的实验资料报导大多见诸于天然气及燃油锅炉，其中同时讨论燃煤锅炉及燃油锅炉的以文献[12]中的论述具有较好的代表性。按该论文作者的经验，对燃煤燃油锅炉的实验资料整理如图4所示。

为便于进行数学处理，对图4曲线拟合成如下经验式:

图4 过量空气系数与SO3转化率之间关系经验曲线[12]

(1)与图4近似度较好的拟合方程

Δα20%时，

(11-a)

Δα>20%时，

kSO3=1.5%

(11-b)

(2)较简便且具有更好实用性的近似拟合方程为

kSO3=m·Δαn

(12-a)

Δα<25%时，

kSO3=0.145Δα0.86

(12-b)

Δα40%时，

kSO3=0.29Δα0.6

(12-c)

燃煤锅炉不同拟合方程计算结果与图4的比较见表4所示。

表4 不同拟合方程kSO3=f(Δα)计算结果的比较

2.3 酸露点与过量空气系数的关系式

2.3.1 模式1，以烟气成份为基础的关系式

将式(12-a)代入式(10)得

(13)

式中的系数可取为b=27.6，n=0.86～0.6。

2.3.2 模式2，以煤质资料为基础的关系式

对式(1)变换如下

(14)

在煤质条件一定条件下对上式求导，得

(15)

令

β=β0+∂β

(16)

将式(13)代入式(15)、(16)得

(17)

β——在Δα″时，过量空气对酸露点温度的修正系数。

以前苏联1973年标准计算公式作为参考模式时，不同定值方法所确定的修正系数β值见图5所示。根据对现有文献的分析比较及部分实验数据的验证结果，推荐按本文式(17)来确定式(1)中的β值。

图5 前苏联锅炉热力计算标准公式中过量空气影响修正系数β定值的比较

3 过量空气系数表达方式的修正

根据上文分析，对现行酸露点计算方法中过量空气系数的引入表达式建议修正如下：

3.1 以煤质分析资料为基础的计算模式

对前苏联1973年标准计算公式(1)中的过量空气修正系数β改按以下方程计算确定

当α″≥1.2时，

(18-a)

(18-b)

3.2 以烟气成份为基础的计算模式

在以烟气成份为基准的酸露点温度计算公式中，对SO3成份的确定按以下方程进行计算

SO3=SO2×kSO3×kU×kG

(19)

式中 kSO3——SO3转化率；

kU——飞灰成份碱度修正系数；

kG——SO3成份中的气态比例。

4 结论

(1)过量空气系数对SO3转化率及烟气酸露点的高低都有重要的影响，但现行计算方法在这方面存在明显的不足，甚至产生误导作用，对此应进行修正。

(2)查明了现行文献中的烟气酸露点计算方法不能确切反映过量空气影响的一些原因，这里包括(a)计算公式结构存在缺陷；(b)计算运作简单化。

(3)通过理论分析推导得到了过量空气系数与酸露点温度之间较确切的数学解析方法和可用于工程实用的计算公式。新的计算方法更好地显示了过量空气系数对酸露点的影响，也反映了低氧燃烧在降低酸露点方面的效益。

[1]刘艳双.烟气露点温度的测量和低温腐蚀的防止[J].节能技术,1998(6):9-10,13.

[2]张建中.烟气酸露点计算方法研究中一些误区和疑点的辨析和讨论[J].锅炉技术,2013,44(2)：10-15.

[3]黄荣华，马宪国，张泉根,等.锅炉烟气露点温度计算方法比较分析[J].上海节能，2011(11):29-32.

[4]王键，张锡国，罗犹义,等.烟气酸露点的可视性试验研究[J].热力发电，2011(4):57-61.

[5]张建中.对烟气SOx排量计算、脱硫前后烟气露点温度预测及烟气腐蚀性评定中若干问题的讨论[J].热机技术，2003(增刊):89-99.

[6]车得福.冷凝式锅炉及其系统[M].北京:机械工业出版社,2002.

[7]SFJ烟气酸露点仪研制及测试[J].发电设备,1987(3).

[8]锅炉机组热力计算标准方法(前苏联1973年版翻译本)[S].北京:机械工业出版社,1973.

[9]锅炉热力计算标准(俄罗斯1998年版翻译本).[S].西安:西安交通大学出版社内部出版,2000.

[10]李钧，阎维平,等.电站锅炉烟气酸露点温度的计算[J].锅炉技术,2009(5):14-17.

[11]М.И.Резников,等著(苏).热力发电厂蒸汽锅炉[M].高体基,等译.1981.

[12]Robert Bennett,Barry Handelsmen.Solving Cold End Boiler Problems Through lnnovative ChemicalTechnology[J].Combustion,1977,No.1.

CorrectionMethodofExcessAirCoefficientinCalculationFormulaofFlueGasAcidDew-point

WANG Jin-wang1,ZHANG Yan2,ZHANG Jian-zhong3

(1.Shanghai Chengxin Construction Energy Conservation Technology Co., Ltd,Shanghai 201103,China;2.Chengxin Green Integration Co., Ltd,Xiamen 361009,China;3.China Power Construction Engineering Consulting Corporation,Shanghai 200137,China)

Acid dew-point of flue gas is one of the important parameters in boiler operation and energy-saving reform.There are lots of calculation methods of acid dew-point of flue gas, and the results of different methods are quite different.The calculation method of acid dew-point in the literature are compared.Under the condition of different excess air coefficient,the causes that through the current formula calculation of flue gas acid dew-point changes contrary to the actual are analyzed.Flue gas acid dew-point calculation of excess air coefficient in the formula is amended,which supplies the excess air coefficient correction formula. It has a value for application.

acid dew-point calculation;excess air coefficient;SO3content;the low temperature corrosion;the flue gas composition;coal analysis

2013-09-02修订稿日期2013-12-04

王金旺(1974～)，男，硕士研究生，助理工程师，主要从事锅炉环保节能工程。

TK224.9+3

A

1002-6339 (2014) 04-0346-05