煙氣酸露點計算及控制低溫腐蝕的設計優化

王騫 董景川

摘 要：準確計算煙氣酸露點對電站鍋爐控制低溫腐蝕具有重要意義。工程設計推薦采用Okkes計算公式進行煙氣酸露點計算，并對鍋爐設備進行必要設計優化，以控制低溫腐蝕。

關鍵詞：煙氣酸露點；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生成SO2及少量SO3。當煙氣溫度降低至酸露點以下時，SO3與煙氣中水蒸氣結合形成的H2SO4蒸汽會凝結于受熱面等金屬壁面上形成硫酸濃液，并對金屬壁面產生低溫酸性腐蝕。因此，在鍋爐電站系統設計階段應準確計算煙氣酸露點，以指導煙氣排煙溫度等設計參數選擇及低溫受熱面等材質選擇。本文基于某2×335MW亞臨界參數鍋爐的工程設計實例，進行煙氣酸露點計算，并對鍋爐及輔機進行相應設計優化。

1 煙氣酸露點的計算

工程實踐中酸露點計算一般采用基于大量試驗數據的經驗公式。本文即基于某工程實際輸入條件，采用不同經驗公式分別進行煙氣酸露點的計算。

1.1 煙氣酸露點計算的輸入條件

該工程燃用低揮發份煙煤（詳見下表）；空預器出口過剩空氣系數取1.28；環境大氣壓力考慮海拔修正后取90.7KPa；煙氣中SO2轉化為SO3的比例取1%。

1.2 煙氣酸露點計算公式的選擇

關于煙氣酸露點的計算公式多達數十種，本文選取國內外引用頻率較高的部分計算公式，即：分別采用中國標準DL/T 5240-2010推薦計算公式（等同于前蘇聯1973/9188版計算標準）[1]、Haase-Borgman公式[2]、Verhoff公式[1]、Okkes公式[1]、日本電研所公式[1]進行煙氣酸露點計算。

1.3 煙氣酸露點計算結果的比較

除采用國內電力標準DL/T 5240-2010計算的酸露點為106.7℃，其它公式的計算值均略高于130℃。

相關文獻[2]認為：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[3]認為Okkes公式基于Muller實驗數據擬合準確度較高，而采用前蘇聯計算公式的誤差較大；部分文獻[4]也出現采用DL/T 5240-2010計算公式的計算酸露點明顯低的計算結果；此外，基于美國CE空預器公司酸露點曲線[1]的酸露點查詢值約在135℃左右。

因此可認為：本工程輸入條件下煙氣酸露點設計值取130.4℃相對準確，而采用DL/T 5240-2010標準計算公式誤差相對較大。

2 煙氣酸露點的變化范圍

考慮到鍋爐實際運行過程中，煤質變化、運行參數變化等引起煙氣酸露點發生變化。本文基于原輸入條件基礎上進行變量修正，并采用Okkes計算公式進行酸露點計算，計算結果表明：影響煙氣酸露點溫度的主要因素是煤中可燃硫含量及SO2向SO3的轉化分數。

考慮到該工程實際煤質含硫量變化范圍為0.5%-3%且無煙氣脫硝時SO3轉化率變化范圍為0.5%-1.5%，組合不同條件下計算的該工程煙氣酸露點變化范圍為110-136℃。

3 防止低溫腐蝕的鍋爐設計優化

3.1 優化鍋爐排煙溫度

鍋爐排煙溫度越低越有利于提高鍋爐效率，但可能導致空預器及下游設備煙道的低溫腐蝕加劇。考慮到該工程機組常年負荷率較高，設計排煙溫度和煙氣酸露點之間裕量可適當減小，優化后的BMCR工況下設計排煙溫度取137℃。

3.2 優化空預器選型設計

該工程空預器傳熱元件采用“熱端考登鋼+冷端搪瓷”的防腐設計方案，以有效控制傳熱元件的低溫腐蝕和酸露點凝結引起的積灰堵塞。該工程在送風機出口設煙氣再循環或暖風器系統以提高低負荷、低氣溫條件下空預器進風溫度。

4 結論

本文采用不同計算公式，基于某工程實際設計參數，進行了煙氣酸露點計算。計算結果表明：采用Okkes等計算公式的計算值一致性較好，而采用DL/T 5240-2010標準中推薦公式的計算值偏低，工程設計建議優先采用Okkes計算公式進行煙氣酸露點計算。工程實際范圍內不同變量條件下的酸露點計算證實煤中可燃硫含量是影響煙氣酸露點的主要因素，本文同時給出某工程實際運行過程中煙氣酸露點變化范圍。最后，本文基于上述計算成果，提供了鍋爐設計的優化建議。

參考文獻：

[1]DL/T 5240-2010火力發電廠燃燒系統設計計算技術規程[S].

[2]張建中.煙氣酸露點計算方法研究中的一些誤區和疑點的辨析和討論[J].鍋爐技術，2013，44（02）：10-16.

[3]李鵬飛，佟會玲.煙氣酸露點計算方法比較和分析[J].鍋爐技術，2009，40（06）：5-8.

[4]賈明生，凌長明.煙氣酸露點溫度的影響因素及其計算方法[J].研究與開發，2003（06）：31-35.