生活垃圾焚燒煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算方法和分析

施勇，穆璐瑩，吳剛，王健，楊飛

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

生活垃圾焚燒煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算方法和分析

施勇，穆璐瑩，吳剛，王健，楊飛

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

對(duì)影響生活垃圾焚燒煙氣酸露點(diǎn)的主要因素進(jìn)行了分析，推薦了3種實(shí)用的酸露點(diǎn)計(jì)算方法，并采用實(shí)例驗(yàn)證了3種計(jì)算方法的可靠性。

垃圾焚燒煙氣;酸露點(diǎn);計(jì)算方法

1 引言

煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度，會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。由于在生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中存在SO3，露點(diǎn)溫度有較大的提高，冷凝液是濃度很高的硫酸溶液，設(shè)備不僅會(huì)出現(xiàn)黏結(jié)積灰現(xiàn)象，而且會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的金屬腐蝕。

煙氣凈化過程中，將溫度控制得盡可能低，有利于提高脫硫脫酸反應(yīng)效率，但運(yùn)行溫度過低，可能造成布袋除塵器結(jié)露，使濾袋阻力急劇增加，嚴(yán)重時(shí)造成爐膛負(fù)壓不足，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。因此如何確定煙氣凈化系統(tǒng)最佳設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度，對(duì)于生活垃圾焚燒凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)有重要意義。

2 影響酸露點(diǎn)溫度的主要因素

2.1 酸露點(diǎn)溫度

蒸氣開始凝結(jié)的溫度稱為露點(diǎn)，煙氣中水蒸汽的露點(diǎn)稱為水露點(diǎn)。水露點(diǎn)僅取決于水蒸汽在煙氣中的分壓，水蒸汽露點(diǎn)是比較低的。生活垃圾中的硫燃燒后生成SO2，有少量SO2又進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成SO3。SO3同煙氣中的水蒸汽結(jié)合成硫酸蒸氣。酸露點(diǎn)就是表示當(dāng)煙氣在一定壓力下冷卻時(shí)，硫酸蒸氣凝結(jié)成硫酸溶液所需最高溫度，簡(jiǎn)稱酸露點(diǎn)溫度。

2.2 主要影響因素

生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣及污染物具有其特殊的性質(zhì)，焚燒煙氣中不但包括SO3、SO2等，還含有大量的HCl。李彥等研究表明，在相當(dāng)大的濃度范圍內(nèi)SO2對(duì)露點(diǎn)溫度的影響較小，其波動(dòng)范圍不超過1K[1]。相關(guān)資料也表明HCl對(duì)煙氣露點(diǎn)溫度提高的作用小于SO2的影響[2]，也可以忽略不計(jì)。

2.2.1 含硫量

煙氣中的硫酸蒸氣大部分是由焚燒生活垃圾中的硫分氧化而來。生活垃圾中的含硫量越高，焚燒煙氣的酸露點(diǎn)溫度越高。產(chǎn)煤區(qū)的生活垃圾中含硫量一般都比較高，煙氣酸露點(diǎn)溫度也較高。

2.2.2 爐型

對(duì)于不同爐型，有不同的燃燒方式，即使垃圾中含硫量相同，煙氣中SO3的含量及酸露點(diǎn)也有可能存在較大差異。煙氣中飛灰對(duì)SO3有較強(qiáng)的吸附中和作用，有利于使酸露點(diǎn)降低。

2.2.3 過氧空氣系數(shù)

煙氣中的含氧量越高，由SO2轉(zhuǎn)化成SO3的比例會(huì)越大。因而，在保證垃圾充分燃燒的前提下，應(yīng)盡量采用低過量空氣系數(shù)，減少SO3的生成量，降低煙氣酸露點(diǎn)。不同溫度和過量空氣系數(shù)對(duì)SO3轉(zhuǎn)化率的影響見圖1。

圖1 溫度和過量空氣系數(shù)對(duì)SO3轉(zhuǎn)化率的影響

2.2.4 水蒸汽

焚燒煙氣中水蒸汽的濃度愈大，水蒸汽的分壓力也愈大。只考慮水蒸汽的影響，水蒸汽對(duì)焚燒煙氣酸露點(diǎn)的影響如圖2所示。因而在實(shí)際焚燒過程中，應(yīng)盡量控制焚燒危險(xiǎn)廢物含水率，降低焚燒煙氣酸露點(diǎn)溫度。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，控制焚燒生活垃圾含水率非常困難，因而通常是在設(shè)計(jì)中盡量避開露點(diǎn)或采取相應(yīng)的防腐措施。

圖2 水蒸汽濃度對(duì)煙氣露點(diǎn)的影響

2.2.5 其他影響因素

除上述影響因素外，煙氣酸露點(diǎn)還與焚燒煙氣的壓力、煙氣在處理設(shè)備中的停留時(shí)間、設(shè)備內(nèi)溫度場(chǎng)分布不均等情況有關(guān)。

3 煙氣酸露點(diǎn)溫度的計(jì)算

影響煙氣酸露點(diǎn)溫度的因素很復(fù)雜，目前尚沒有煙氣酸露點(diǎn)的理論計(jì)算公式，一般皆由試驗(yàn)取得，或通過實(shí)驗(yàn)加上理論推導(dǎo)等方法確定。下文列舉實(shí)際較為常用的焚燒煙氣酸露點(diǎn)溫度的計(jì)算公式。

3.1 煙氣中SO3氣體濃度已知

Müller在1959年使用熱力學(xué)關(guān)系式計(jì)算了含有很低濃度H2SO4蒸氣的煙氣的酸露點(diǎn)[3]，并為許多研究者的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。Müller曲線是現(xiàn)在評(píng)價(jià)各種酸露點(diǎn)測(cè)量方法的基礎(chǔ)。Müller曲線如圖3所示。

圖3 Müller露點(diǎn)溫度曲線

其回歸方程見式①。

式中：VSO3— 煙氣中SO3體積百萬分率（下同）；

T — 煙氣的計(jì)算酸露點(diǎn)溫度（下同）。

3.2 煙氣中SO3和水蒸汽分壓已知

荷蘭學(xué)者A.G.Okkes根據(jù)Muller實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]，提出式②中原文分壓?jiǎn)挝痪鶠闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓。文獻(xiàn)比較了式②，計(jì)算結(jié)果與該文中由碳、硫含量及過量空氣系數(shù)繪制的計(jì)算圖確定露點(diǎn)結(jié)果，兩者相差不到1.5℃，方程②計(jì)算精度比較高，適用范圍廣。

式中：PH2O——為煙氣中的水蒸汽分壓，Pa；

PSO3——為煙氣中的SO3氣體分壓，Pa。

3.3 煙氣中SO3和水蒸汽濃度已知

國(guó)內(nèi)學(xué)者根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，考慮SO3和水蒸汽對(duì)酸露點(diǎn)的影響以外，還考慮了飛灰的影響[5]。

式中：VH2O—— 煙氣中的水蒸汽百分含量，%；

VSO3—— 煙氣中的SO3百分含量，%。

4 應(yīng)用舉例

4.1 實(shí)例計(jì)算

某垃圾焚燒發(fā)電廠采用逆推爐排爐焚燒生活垃圾，進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)的焚燒煙氣成分見下表。焚燒煙氣壓力為 97,325Pa。

焚燒煙氣成分表

一般SO2轉(zhuǎn)化為SO3的比率為0.1%～3%。為了考慮焚燒煙氣凈化系統(tǒng)處理設(shè)備的安全，在沒有SO3濃度數(shù)值時(shí)，計(jì)算焚燒煙氣酸露點(diǎn)溫度時(shí)建議采用3%的轉(zhuǎn)化率[6]。通過計(jì)算，VSO3=5.25ppm，PSO3= 0.51Pa，PH2O= 19465Pa。

采用式①計(jì)算酸露點(diǎn)為128.65℃；式②計(jì)算酸露點(diǎn)為135.45℃；式③計(jì)算酸露點(diǎn)為126.74℃。計(jì)算結(jié)果表明，不同計(jì)算方法其結(jié)果雖然有差異，但差異很小，3種計(jì)算方法的結(jié)果也與實(shí)際情況誤差較小，可以作為計(jì)算生活垃圾焚燒煙氣酸露點(diǎn)的方法。

由于煙氣酸露點(diǎn)是預(yù)測(cè)低溫腐蝕的主要指標(biāo)，因而建議實(shí)際計(jì)算時(shí)，采用上述公式分別計(jì)算，并取最大值作為設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

4.2 分析

我國(guó)生活垃圾焚燒煙氣脫酸工藝主要分半干法工藝（反應(yīng)塔+活性炭+布袋除塵器）和干法工藝（急冷塔+反應(yīng)助劑及吸收劑+布袋除塵器），由于工藝不同，凈化系統(tǒng)中不同位置的酸露點(diǎn)也有較大差異。

半干法工藝脫酸反應(yīng)在反應(yīng)塔內(nèi)完成，脫酸后的煙氣中SO3濃度極低，進(jìn)入布袋除塵器的煙氣酸露點(diǎn)溫度有所降低。

干法工藝脫酸反應(yīng)發(fā)生在煙道和布袋除塵器內(nèi)，進(jìn)入布袋除塵器的煙氣酸露點(diǎn)溫度并未降低，所以采用干法工藝脫酸時(shí)，設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)要充分注意布袋除塵器入口煙氣的溫度范圍。

5 結(jié)論

（1）生活垃圾焚燒煙氣中含有SO3和大量的水蒸汽，容易發(fā)生低溫腐蝕和結(jié)露現(xiàn)象。煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，要充分考慮酸露點(diǎn)的溫度。

（2）影響煙氣酸露點(diǎn)的因素很多，本文介紹了3種酸露點(diǎn)的計(jì)算公式，并采用實(shí)例驗(yàn)證了3種公式的誤差和準(zhǔn)確性。

（3）由于生活垃圾焚燒煙氣脫酸工藝的不同，要充分考慮不同位置酸露點(diǎn)的情況，有利于提高煙氣凈化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

[1] 李彥，武彬，徐旭常.SO2、SO3和HCl對(duì)煙氣露點(diǎn)溫度影響的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17（1）: 126-130.

[2] 岑可法，樊建人，池作和，等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)算[M].北京：科學(xué)出版社，1994.

[3] Müller P. A Contribution to t he Problem of t he Action of Sulfuric Acid on t he Dew Point Tem perature of Flue Gases [J].Chem. Eng. Tech. 1959， 31: 345 - 350.

[4] A.G.Okkes， Badger B.V. Get Acid Dew Point o f Flue Gas [J]. Hydrocarbon Processing.July 1987:53 - 55.

[5] 胡滿銀，高香林，胡志光，劉忠.除塵系統(tǒng)中煙氣露點(diǎn)的計(jì)算與分析[J].水利電力勞動(dòng)保護(hù).1996.3（1）: 17-20.

[6] 姜雨澤.煙氣凈化設(shè)計(jì)的腐蝕機(jī)理與防護(hù)方法[J].腐蝕與防護(hù)，2005，12 : 530～533．

Calculating Method and Analysis on Flue Gas Acid Dew Point of Domestic Refuse Incineration

SHI Yong, MU Lu-ying, WU Gang, WANG Jian, YANG Fei
(Hefei Cement Research and Design Institute, Hefei 230051, China)

The paper makes analysis on the main factors that make im pact on flue gas acid dew poin t of domestic refuse incineration, introduces three app lied calculating methods of acid dew point and validates the reliability of the three calculating methods by adopting the examp les.

flue gas of refuse incineration; acid dew point; calculating method

X701

A

1006-5377（2014）03-0038-03