三氧化硫的露點溫度與爐氣中的三氧化硫濃度和水蒸氣含量有關(guān).doc

三氧化硫的露點溫度與爐氣中的三氧化硫濃度和水蒸氣含量有關(guān)。露點計算方法請參考下文：余熱鍋爐的酸露點溫度計算 Calculation of Acid Dew Point Temperature forWaste Heat BoilerXin Quzhen Kang Yengji Wang DonghaoAbstractThetechnique & principle of calculation of acid dew point temperaturefor waste heat boiler, and confirming the safety working pressure ofthe waste heat boiler.Keywordswaste heat boiler; acid dew point temperature; low temperature corrosion0引言很多工業(yè)爐窯排出的煙氣中，常含有一些腐蝕性氣體和腐蝕性物質(zhì)，如硫的氧化物，釩的氧化物，硫酸鹽絡(luò)化物等。這些物質(zhì)對余熱鍋爐會產(chǎn)生強烈的腐蝕，嚴(yán)重時在很短的時間內(nèi)會使鍋爐遭到損壞。當(dāng)進入余熱鍋爐的煙氣中含有二氧化硫時，其中一部分會轉(zhuǎn)化成三氧化硫，并與煙氣中的水蒸汽結(jié)合生成硫酸蒸汽，且能顯著地提高煙氣的露點溫度，在低溫金屬表面上凝結(jié)形成硫酸溶液，與堿性灰反應(yīng)，也與金屬反應(yīng)，因而產(chǎn)生腐蝕。由于經(jīng)常發(fā)生在鍋爐的低溫受熱面上，故稱低溫腐蝕。低溫腐蝕的特點是均勻性腐蝕，它使管壁厚度逐漸減薄以至破裂，對余熱鍋爐的安全運行危害性極大。為了有效地防止低溫腐蝕的發(fā)生，以確定余熱鍋爐受熱面的壁溫和鍋爐的運行壓力，必須計算出硫酸蒸汽的酸露點溫度。除三氧化硫外，氯氣和二氧化硫等也會產(chǎn)生低溫腐蝕，但它們都發(fā)生在煙氣的水蒸汽的露點以下，因露點溫度很低(一般是在3060)，余熱鍋爐中可不予考慮。1三氧化硫的生成及轉(zhuǎn)化率的確定煙氣中三氧化硫生成的機理極其復(fù)雜。一般以為一部分是在工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，一部分是在煙道和余熱鍋爐中產(chǎn)生的。在工藝生產(chǎn)過程中，主要是原子氧的作用而生成三氧化硫，而原子氧主要是在燃燒反應(yīng)中形成的。如：COO2CO2OHO2OHO這些原子氧很活潑，容易將二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。另外，氧分子、二氧化碳及金屬氧化物在爐子高溫輻射下，其中一部分也會分解原子氧而使二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。當(dāng)壓力一定時，二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的平衡曲線如圖1所示。從該圖可以看出低溫時對轉(zhuǎn)化成三氧化硫有利。在850以上的高溫下，三氧化硫幾乎不產(chǎn)生。在溫度相同時，壓力升高會增加向三氧化硫方面的轉(zhuǎn)化。但實際上，因原子氧、三氧化硫觸媒及飛灰的作用而變得更為復(fù)雜。在工藝生產(chǎn)過程中，如處理物料中含有硫酸鹽時，也會直接分解生成三氧化硫。如重有色金屬硫化礦火法冶煉時，所生成的高溫?zé)煔庵泻趸蛞话阏级趸虻?%6%。圖1SO2、SO3平衡狀態(tài)在余熱鍋爐中，在催化劑的作用下，煙氣里的二氧化硫有一部分會轉(zhuǎn)化成三氧化硫。余熱鍋爐煙氣中常見的催化劑有三氧化二鐵、三氧化二鋁、五氧化二釩、二氧化硅、煙塵等。從圖2可以看出，催化劑作用一般只發(fā)生在500800之間，當(dāng)余熱鍋爐積灰時，積灰的表面溫度隨積灰厚度的增加而上升，從而有利于二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。其中三氧化二鐵和煙塵對轉(zhuǎn)化所起的影響最為顯著。因工業(yè)爐使用的原料和燃料不同，以及工藝過程的不同，煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的轉(zhuǎn)化率也是不同的。對于化工過程來說，轉(zhuǎn)化率一般為3.2%8.7%，對于重有色冶金來說，轉(zhuǎn)化率一般為6%10%，為了考慮余熱鍋爐的安全，在計算煙氣的酸露點溫度時推薦采用10%的轉(zhuǎn)化率。圖2在各種催化物質(zhì)的作用下SO2轉(zhuǎn)化成SO3與溫度的關(guān)系XFe2O3；O煙塵；SiO2；Al2O32硫酸蒸汽的酸露點溫度的計算煙氣中不但有三氧化硫，而且有水蒸汽，它們相互作用而生成硫酸蒸汽。如果管壁溫度低于某一數(shù)值，硫酸蒸汽就會在管壁上凝結(jié)并產(chǎn)生腐蝕。這一數(shù)值就稱為硫酸蒸汽的酸露點溫度。硫酸蒸汽的酸露點溫度主要取決于煙氣中三氧化硫和水蒸汽的含量，一般可按下述方法確定。煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度按下式計算：C=98VSO3/(80VSO318VH2O)(1)VSO3KVSO2(2)式中：VSO3煙氣中SO3的容積份額，%；VH2O煙氣中H2O的容積份額，%；VSO2煙氣中SO2的容積份額，%；K煙氣中SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率，%；C煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度，%。煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和按下式計算：PH2OSO3（BP13.6)(VSO3VH2O）100(3)式中：B鍋爐安裝處大氣壓力，Pa；P鍋爐入口處煙氣負(fù)壓，Pa；PH2OSO3煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和，Pa。根據(jù)C及PH2OSO3之值可從圖3查出酸露點溫度。圖3在汽相中硫酸濃度和露點之間的關(guān)系3例題某焙燒爐煙氣成分：SO2：9.075%；CO2：0.45%；H2O：10%；O2：5.48%；N2：75%；求酸露點溫度及鍋爐的運行壓力。已知鍋爐入口處煙氣負(fù)壓為30Pa。解：設(shè)二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的轉(zhuǎn)化率K為10%，則VSO3KVSO20.19.070.907(%)煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度按公式(1)計算：C98VSO3（80VSO318VH2O)980.907/(800.907+1810)35.2(%)煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和按公式(2)計算：PH2OSO39.8(b-Pr/13.6)(VSO3VH2O）1009.8(760-30/13.6)(0.907+10)/100=810Pa根據(jù)C35.2%及PH2OSO3810Pa可從圖1查出酸露點溫度為：Tld214按Tld=214查飽和蒸汽表，可知鍋爐最低運行壓力應(yīng)為2.0MPa。4結(jié)論由于影響低溫腐蝕的因素很多，為了安全起見，國內(nèi)外對于存在低溫腐蝕的余熱鍋爐，一般將運行壓力選定在2.5MPa以上，并與用