煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算及控制低溫腐蝕的設(shè)計(jì)優(yōu)化

王騫 董景川

摘 要：準(zhǔn)確計(jì)算煙氣酸露點(diǎn)對(duì)電站鍋爐控制低溫腐蝕具有重要意義。工程設(shè)計(jì)推薦采用Okkes計(jì)算公式進(jìn)行煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算，并對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行必要設(shè)計(jì)優(yōu)化，以控制低溫腐蝕。

關(guān)鍵詞：煙氣酸露點(diǎn)；低溫腐蝕；SO3

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.002

0 引言

鍋爐燃料中含有的硫分在燃燒過程中會(huì)生成SO2及少量SO3。當(dāng)煙氣溫度降低至酸露點(diǎn)以下時(shí)，SO3與煙氣中水蒸氣結(jié)合形成的H2SO4蒸汽會(huì)凝結(jié)于受熱面等金屬壁面上形成硫酸濃液，并對(duì)金屬壁面產(chǎn)生低溫酸性腐蝕。因此，在鍋爐電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算煙氣酸露點(diǎn)，以指導(dǎo)煙氣排煙溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)選擇及低溫受熱面等材質(zhì)選擇。本文基于某2×335MW亞臨界參數(shù)鍋爐的工程設(shè)計(jì)實(shí)例，進(jìn)行煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算，并對(duì)鍋爐及輔機(jī)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1 煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算

工程實(shí)踐中酸露點(diǎn)計(jì)算一般采用基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式。本文即基于某工程實(shí)際輸入條件，采用不同經(jīng)驗(yàn)公式分別進(jìn)行煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算。

1.1 煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算的輸入條件

該工程燃用低揮發(fā)份煙煤（詳見下表）；空預(yù)器出口過剩空氣系數(shù)取1.28；環(huán)境大氣壓力考慮海拔修正后取90.7KPa；煙氣中SO2轉(zhuǎn)化為SO3的比例取1%。

1.2 煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算公式的選擇

關(guān)于煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算公式多達(dá)數(shù)十種，本文選取國內(nèi)外引用頻率較高的部分計(jì)算公式，即：分別采用中國標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5240-2010推薦計(jì)算公式（等同于前蘇聯(lián)1973/9188版計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)）[1]、Haase-Borgman公式[2]、Verhoff公式[1]、Okkes公式[1]、日本電研所公式[1]進(jìn)行煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算。

1.3 煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算結(jié)果的比較

除采用國內(nèi)電力標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5240-2010計(jì)算的酸露點(diǎn)為106.7℃，其它公式的計(jì)算值均略高于130℃。

相關(guān)文獻(xiàn)[2]認(rèn)為：Haase-Borgman公式、Verhoff公式、Okkes公式、日本電研所公式處于同一水平；部分文獻(xiàn)[3]認(rèn)為Okkes公式基于Muller實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合準(zhǔn)確度較高，而采用前蘇聯(lián)計(jì)算公式的誤差較大；部分文獻(xiàn)[4]也出現(xiàn)采用DL/T 5240-2010計(jì)算公式的計(jì)算酸露點(diǎn)明顯低的計(jì)算結(jié)果；此外，基于美國CE空預(yù)器公司酸露點(diǎn)曲線[1]的酸露點(diǎn)查詢值約在135℃左右。

因此可認(rèn)為：本工程輸入條件下煙氣酸露點(diǎn)設(shè)計(jì)值取130.4℃相對(duì)準(zhǔn)確，而采用DL/T 5240-2010標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式誤差相對(duì)較大。

2 煙氣酸露點(diǎn)的變化范圍

考慮到鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，煤質(zhì)變化、運(yùn)行參數(shù)變化等引起煙氣酸露點(diǎn)發(fā)生變化。本文基于原輸入條件基礎(chǔ)上進(jìn)行變量修正，并采用Okkes計(jì)算公式進(jìn)行酸露點(diǎn)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明：影響煙氣酸露點(diǎn)溫度的主要因素是煤中可燃硫含量及SO2向SO3的轉(zhuǎn)化分?jǐn)?shù)。

考慮到該工程實(shí)際煤質(zhì)含硫量變化范圍為0.5%-3%且無煙氣脫硝時(shí)SO3轉(zhuǎn)化率變化范圍為0.5%-1.5%，組合不同條件下計(jì)算的該工程煙氣酸露點(diǎn)變化范圍為110-136℃。

3 防止低溫腐蝕的鍋爐設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化鍋爐排煙溫度

鍋爐排煙溫度越低越有利于提高鍋爐效率，但可能導(dǎo)致空預(yù)器及下游設(shè)備煙道的低溫腐蝕加劇。考慮到該工程機(jī)組常年負(fù)荷率較高，設(shè)計(jì)排煙溫度和煙氣酸露點(diǎn)之間裕量可適當(dāng)減小，優(yōu)化后的BMCR工況下設(shè)計(jì)排煙溫度取137℃。

3.2 優(yōu)化空預(yù)器選型設(shè)計(jì)

該工程空預(yù)器傳熱元件采用“熱端考登鋼+冷端搪瓷”的防腐設(shè)計(jì)方案，以有效控制傳熱元件的低溫腐蝕和酸露點(diǎn)凝結(jié)引起的積灰堵塞。該工程在送風(fēng)機(jī)出口設(shè)煙氣再循環(huán)或暖風(fēng)器系統(tǒng)以提高低負(fù)荷、低氣溫條件下空預(yù)器進(jìn)風(fēng)溫度。

4 結(jié)論

本文采用不同計(jì)算公式，基于某工程實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：采用Okkes等計(jì)算公式的計(jì)算值一致性較好，而采用DL/T 5240-2010標(biāo)準(zhǔn)中推薦公式的計(jì)算值偏低，工程設(shè)計(jì)建議優(yōu)先采用Okkes計(jì)算公式進(jìn)行煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算。工程實(shí)際范圍內(nèi)不同變量條件下的酸露點(diǎn)計(jì)算證實(shí)煤中可燃硫含量是影響煙氣酸露點(diǎn)的主要因素，本文同時(shí)給出某工程實(shí)際運(yùn)行過程中煙氣酸露點(diǎn)變化范圍。最后，本文基于上述計(jì)算成果，提供了鍋爐設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議。

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