張建中，徐耀兵，潘 軍，李甲鵬

（中國電力建設(shè)工程咨詢有限公司，北京 100120）

煙氣酸露點溫度的計算對于燃煤鍋爐尾部受熱面和煙氣系統(tǒng)低溫腐蝕防治、煙氣余熱回收技術(shù)的研究應(yīng)用至關(guān)重要。迄今為止，在國內(nèi)火電行業(yè)領(lǐng)域，煙氣酸露點技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用大體可以分為以下幾個階段。

1）20世紀(jì)80年代前，主要沿用蘇聯(lián)鍋爐機組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)中的計算公式[1]；對于酸露點測試技術(shù)，有些單位自行研制了幾種酸露點儀，并報道過成功測試業(yè)績。

2）20世紀(jì)80年代以來，隨著對歐美電站鍋爐技術(shù)引進(jìn)，國內(nèi)鍋爐廠普遍采用美國CE 公司的ACET 準(zhǔn)則來評估低溫腐蝕風(fēng)險；在酸露點測試上，除了繼續(xù)自主研制酸露點儀外，試驗研究部門也引進(jìn)了西方的LAND 等品牌酸露點儀，但在燃煤鍋爐上實際應(yīng)用的業(yè)績不多。

3）20世紀(jì)90年代以來，石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)在我國火電廠中得到推廣應(yīng)用，火電設(shè)計和環(huán)保部門就應(yīng)用現(xiàn)有酸露點計算方法來驗算濕煙氣酸露點的可行性進(jìn)行了廣泛探討[2-3]。在酸露點測試技術(shù)上，普遍認(rèn)為直接測試方法對燃煤鍋爐成功率很低，傾向于通過測試SO3來查取酸露點溫度的“間接”方法。

4）2005年初以來，隨著低溫省煤器、低低溫靜電除塵器等節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，為了確定合理的煙氣冷卻深度，國內(nèi)對煙氣酸露點計算及其對金屬腐蝕的規(guī)律開展了新一輪研究探討[3-12]。在酸露點測試技術(shù)方面，由于酸露點儀（包括LAND 酸露點儀）在燃煤鍋爐上使用效果很差，須尋求其他的測試方法；除了繼續(xù)研究通過測試SO3來確定酸露點的“間接”方法外，還出現(xiàn)了“可視法”這種直接測試方法[8,13]，以及基于“有限腐蝕”理念，通過測試金屬試片腐蝕速率規(guī)律來確定更加實際的酸露點等方法[14-15]。

1 現(xiàn)行酸露點計算方法

1.1 在國內(nèi)鍋爐原煙氣中的應(yīng)用

1.1.1 蘇聯(lián)鍋爐熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法[1]

蘇聯(lián)鍋爐熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法可按煤質(zhì)資料計算，且包含飛灰修正因子，適用于燃煤煙氣，故在國內(nèi)鍋爐行業(yè)及火電機組設(shè)計中得到了廣泛使用。但該方法沒有考慮燃燒工況及煤質(zhì)對SO3生成的影響，也沒有考慮飛灰成分（堿度）對SO3吸附的影響，理論上還不夠嚴(yán)密完善；在實踐上，按該計算模式難于評估同一煤種條件下SO3變化所引起的酸露點變化，如煙氣經(jīng)SCR 系統(tǒng)脫硝后的變化。因此，從公式結(jié)構(gòu)而言，已不能適應(yīng)當(dāng)前火電行業(yè)發(fā)展的需要。

從20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)對清鎮(zhèn)、望亭等電廠的驗證和近期對高井熱電廠的測試數(shù)據(jù)來看，按該計算方法計算得到的結(jié)果與大多數(shù)燃煤電廠實際情況較為接近，也即該方法對一般煤種有一定的可信度，典型案例參見表1。但文獻(xiàn)[16]就其所用俄羅斯實測煤種酸露點的探源核算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤質(zhì)折算硫分SSP,kJ≤0.05 時的正偏差高達(dá)+40 ℃；國內(nèi)以燃燒硫分為3.35%煤質(zhì)的九龍電廠200 MW 機組為例，按蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)方法得到的酸露點計算值為122 ℃，較“可視法”實測值86.9 ℃偏高了35 ℃之多?？梢姡撚嬎惴椒▽γ悍N的適用性仍然有限。

表1 高井熱電廠煙煤酸露點計算值與實測數(shù)據(jù)比較[5]Tab.1 The calculated and measured values of acid dew point of Gaojing bituminous coal[5]

另外，文獻(xiàn)[5]研究發(fā)現(xiàn)，按該公式計算的酸露點隨過量空氣增大反而趨于降低，與實際相反，這也反映了蘇聯(lián)鍋爐熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法所存在的另一缺陷和不足。而且，國內(nèi)文獻(xiàn)中對該標(biāo)準(zhǔn)中的公式引用出現(xiàn)過多種失誤版本或異化式[17-18]，無論在公式結(jié)構(gòu)或計算結(jié)果上均與原版公式差別很大，需要予以指出并澄清[6,19]。

1.1.2 以煙氣成分為基準(zhǔn)酸露點溫度計算方法[2-12]

以煙氣成分為基準(zhǔn)酸露點溫度計算方法中，計算通式是SO3體積分?jǐn)?shù)和水蒸氣分壓的對數(shù)函數(shù)方程，特別適用于分析煙氣成分變化時的酸露點變化，而且SO3體積分?jǐn)?shù)需以實測或按經(jīng)驗SO3轉(zhuǎn)換率來確定。這類方法存在以下缺點和不足：1）與煤質(zhì)不直接聯(lián)系，也不含飛灰影響因子，計算準(zhǔn)確度完全取決于對SO3轉(zhuǎn)化率的估計；2）SO3體積分?jǐn)?shù)的影響還與煙氣種類、測試方法等有關(guān)，不同研究者的報道結(jié)果差異很大，缺少公認(rèn)的計算方法。此外，在這一計算體系中，絕大多數(shù)經(jīng)驗公式所計算的酸露點在極低SO3體積分?jǐn)?shù)時即處于高位，與水露點溫度之間形成斷層，在公式結(jié)構(gòu)的合理性上存在疑點；在實踐上，按該方法計算的酸露點均明顯偏高，即使對于高硫煤其偏差也相當(dāng)可觀。以九龍電廠200 MW 機組為例，各種計算方法對九龍高硫煙煤的計算結(jié)果比較見表2。由表2可見，除文獻(xiàn)[20]中計算結(jié)果外，其他幾種計算方法的計算結(jié)果與實測值相比，正偏差均高達(dá)43～58 ℃，因此有必要對現(xiàn)行原煙氣酸露點計算方法進(jìn)行技術(shù)升級研究。

表2 各種計算方法對九龍高硫煙煤計算結(jié)果比較（實測值按可視法數(shù)據(jù)86.9 ℃）Tab.2 The acid dew points of high sulphur bituminous coal in Jiulong calculated by various methods(the measured value is 86.9 ℃according to the visible data) ℃

1.2 在國內(nèi)濕法脫硫煙氣中的應(yīng)用

目前，國內(nèi)大部分試驗研究單位、設(shè)計院、脫硫公司仍利用現(xiàn)有原煙氣酸露點溫度計算公式來評估濕法脫硫的濕煙氣酸露點。

由于濕法脫硫?qū)O3脫除率低而水蒸氣增量大，計算結(jié)果均是凈煙氣的酸露點溫度高于原煙氣。考慮到原煙氣酸露點計算值通常高于90～100 ℃，若采用煙氣-煙氣換熱器（GGH）加熱后的凈煙氣溫度（通常為72～80 ℃）仍在酸露點計算值以下，則采用GGH 的意義不大。因此對凈煙氣酸露點的計算方法需另行研究制定。

2 基礎(chǔ)研究缺陷及不足

2.1 基礎(chǔ)研究

國內(nèi)清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、華北電力大學(xué)等高校對酸露點做了大量的基礎(chǔ)研究。

1）向柏祥等基于熱力學(xué)原理的酸露點預(yù)測數(shù)學(xué)模型[22]為

式中：T為酸露點，K；p為硫酸蒸氣分壓，Pa；pH2O為水蒸氣分壓，Pa；Aj為與水蒸氣分壓相關(guān)的試驗系數(shù)，j=1,2,3,4。系數(shù)共有20 多項需查表代入。

2）文獻(xiàn)[23]基于SO3與煤灰成分相關(guān)性研究提出了相應(yīng)的計算方法，其中對酸露點計算式按И.A.Баранова經(jīng)驗公式取用；而公式中的SO3體積分?jǐn)?shù)項按下述SO3轉(zhuǎn)化率擬合式進(jìn)行估算：

式中：war(A)為燃煤收到基灰分，%；w(Fe)、w(Al)、w(Ca)、w(Mg)等為煤灰中該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3）文獻(xiàn)[24]用最小二乘法對向柏祥等試驗臺數(shù)據(jù)及蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)計算式進(jìn)行擬合，數(shù)學(xué)模式如下：

式中：fSO3為SO3體積分?jǐn)?shù)相關(guān)數(shù)值；rH2O為煙氣中水蒸氣體積分?jǐn)?shù)，mL/L；rSO3為煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)，mL/m3。

以上幾組方程均是國內(nèi)學(xué)者對煙氣成分基準(zhǔn)體系酸露點計算方法的新探討。其中向柏祥等提出的酸露點預(yù)測數(shù)學(xué)模型與熱力學(xué)原理相關(guān)聯(lián)，理論上有據(jù)可循，但運算相當(dāng)繁瑣，而且研究對象主要是熱力學(xué)酸露點。文獻(xiàn)[23]對酸露點計算式并未進(jìn)行研究改進(jìn)，而是基于對煤灰成分及燃燒溫度這2 個影響因子的研究，提供了配套的SO3轉(zhuǎn)化率估算式，使得酸露點計算式可用于工程實際；論文中關(guān)于富氧燃燒較大氣燃燒具有更高煙氣酸露點的論點也具有可信度。但國內(nèi)外的研究均指出，煤灰成分同時決定SO2排放系數(shù)及SO3轉(zhuǎn)化率2項數(shù)值，需要有更加全面的表達(dá)公式。文獻(xiàn)[24]對特定成分煙氣酸露點擬合式數(shù)學(xué)表達(dá)的優(yōu)化問題進(jìn)行了研究，提出了一種新的擬合模式。基于所跟蹤的主要是蘇聯(lián)鍋爐標(biāo)準(zhǔn)酸露點公式，應(yīng)該頗具參考價值。但根據(jù)校核結(jié)果，所發(fā)表的計算公式存在多處疑點，需要?？比缦拢?/p>

即使按?？惫?，核算數(shù)據(jù)與論文中曲線圖的擬合情況也不甚理想。另外，擬合式的比選價值取決于所選的參照體系，而論文中所選參照曲線之一“Haase.R.&Borgmann”系一個誤寫式應(yīng)刪去；參照曲線之二蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)公式本系煤質(zhì)基準(zhǔn)公式，在tdp=f(SO3)曲線中的表達(dá)與煤灰含量、SO3轉(zhuǎn)化率等均相關(guān)聯(lián)，不是一條以某個特定SO3轉(zhuǎn)化率折算的曲線所能夠代表的，這使得擬合式的跟蹤目標(biāo)及比選價值不盡理想。

2.2 缺陷與不足

1）測試技術(shù)方面 有些高校和科研單位在酸露點儀的研制上受市場前景等影響，均未能繼續(xù)研究直到形成產(chǎn)品，導(dǎo)致國內(nèi)在酸露點儀領(lǐng)域基本空白。

2）理論研究方面 有些研究者局限于對國際石化冶金行業(yè)酸露點計算體系的經(jīng)驗公式的比較，但按此技術(shù)路線取得的研究成果乏善可陳。

3）與測試數(shù)據(jù)結(jié)合方面 缺少足夠的燃煤煙氣酸露點測試數(shù)據(jù)庫作為支持，其擬合精度再高也只是針對模擬試驗臺數(shù)據(jù)的一種理想計算精度，不足以代表實用條件下的精度。

4）與工程應(yīng)用結(jié)合方面 電廠、科研單位、高校之間缺少統(tǒng)一牽頭條件下的大力協(xié)作。國內(nèi)論文多偏重于對試驗樣品干煙氣的試驗研究，與實際存在的燃煤煙氣、降溫/除塵煙氣、脫硝煙氣、脫硫煙氣均不相關(guān)，研究對象與實際應(yīng)用存在明顯脫節(jié)。

2.3 應(yīng)用研究領(lǐng)域

2011年，張基標(biāo)等[25]主要根據(jù)對暖風(fēng)器及低溫省煤器的運行經(jīng)驗總結(jié)，提出了如下的經(jīng)驗計算公式：

式中：tDT.0為水露點溫度，℃；SSP為煤種折算硫分，%；ASP為煤種折算灰分，%；Ab為管壁積灰系數(shù)，除塵器前取3，除塵器后取1。

雖然上述經(jīng)驗式只是針對個別材料的擬合，對其他試驗數(shù)據(jù)的驗算偏差較大，理論上也有待進(jìn)一步論證，但在應(yīng)用研究領(lǐng)域內(nèi)不失為一種嘗試。

2011年后，電力設(shè)計研究部門以開展《鍋爐煙氣酸露點計算方法研究》等科研項目為契機，對酸露點計算方法的應(yīng)用和改進(jìn)優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)研、試驗和理論研究。研究者以實測SO3為基礎(chǔ)、以理論分析為主導(dǎo)，取得了系統(tǒng)性研究成果，并于2013—2014年編制出版了“研究報告（5 卷）+專題報告（9 本）”[26]及計算導(dǎo)則[27]。電力試驗研究部門對原煙氣、凈煙氣中SO3成分的熱力特性進(jìn)行系統(tǒng)的工業(yè)性試驗研究，在國內(nèi)填補了空白，為制訂各類煙氣酸露點計算方法提供了基礎(chǔ)資料[28-29]。

3 國內(nèi)酸露點計算基礎(chǔ)研究存在問題

3.1 基準(zhǔn)公式遴選問題

近十年來，國內(nèi)酸露點研究領(lǐng)域相當(dāng)活躍，但在基礎(chǔ)研究論文中也存在一種急于求成、論文產(chǎn)量與學(xué)術(shù)價值之間不對稱、甚至可能引發(fā)誤導(dǎo)的現(xiàn)象。有些論文的研究水平停留在反復(fù)比較國外計算公式的層次上，在缺乏足夠測試數(shù)據(jù)情況下，試圖以一二個實測數(shù)據(jù)、甚至在沒有可信測試數(shù)據(jù)情況下，期望從國外一堆公式的比較中尋找出推薦公式；有的論文憑作者個人認(rèn)知選定一個公式作為比較基準(zhǔn)，來評估其他公式的誤差，或者據(jù)此提出推薦公式或修正公式。例如：圍繞A.G.Okkes 公式作為比較基準(zhǔn)來進(jìn)行構(gòu)思，但對于該公式為何可作為比較基準(zhǔn)這一點并未提供任何技術(shù)支持。實際上，國際文獻(xiàn)中ADT=f(SO3/H2O)類型酸露點計算公式對于燃煤鍋爐來說偏差均過于巨大，A.G.Okkes 公式也不例外。可見，對基準(zhǔn)公式的遴選缺乏技術(shù)支持，使得這類論文缺乏應(yīng)有的學(xué)術(shù)價值和實用價值。

另外，分析酸露點與燃料特性之間的關(guān)系偏離基本共識，例如燃燒計算中的煙氣SO3成分應(yīng)該是折算硫分SSP的函數(shù)，而并非單純“含硫量Sar”的函數(shù)，

而有的論文以“含硫量”來替代“折算硫分”作為煤質(zhì)特征因子，這就導(dǎo)致出現(xiàn)一些亂象。另外，按多個遴選煤種繪制酸露點與含硫量關(guān)系的圖表時，出現(xiàn)酸露點隨煤質(zhì)含硫量呈馬鞍形變化，若將這類案例作為一種規(guī)律來論述就可能引起誤導(dǎo)。

3.2 計算錯誤問題

有的論文在繪制的酸露點曲線中，對“穆勒曲線”的數(shù)據(jù)點位于70 ℃線以下，對“Halstead 曲線”的數(shù)據(jù)點位于90 ℃線以下，這均為明顯錯誤。實際上，這2 個曲線公式中的酸露點都是lgVSO3的函數(shù)，當(dāng)時時故知它們的最低值應(yīng)該分別為常數(shù)項116.55 ℃及113 ℃；有的論文因計算數(shù)據(jù)失誤，得出“和A.G.Okkes 公式相比，Halstead 曲線、Haase&Borgmann 公式誤差最大”等不確切結(jié)論；有的文獻(xiàn)按И.A.Баранова公式對高井煙煤酸露點的計算值偏低了近40 ℃；有的論文在引用日本電研所公式時，對SO3量綱單位的誤用導(dǎo)致酸露點計算值偏小了40 ℃之多。

3.3 參考文獻(xiàn)引用問題

在引用國外文獻(xiàn)時，存在不引用原著文獻(xiàn)的現(xiàn)象，有的作者將自己論文作為國外文獻(xiàn)引用依據(jù)，甚至將誤寫的國外公式作為評估各種計算方法偏差的依據(jù)。例如，按原著[21]（VGB H76 1962,16-19）中的 Haasse & Borgmann 公式應(yīng)為tDP=255+18.7lgpH2SO4+27.6 lgpH2O，但國內(nèi)一大批論文[3,7,9-12]在引用時，均將其誤寫為tDP=255+27.6 lgpSO3+18.7 lgpH2O，對SO3及H2O 2項系數(shù)的順序前后顛倒，使計算值產(chǎn)生了較大的誤差并影響到比選結(jié)果。

3.4 研究目標(biāo)問題

目前，國內(nèi)基礎(chǔ)研究論文大多只停留在對一些原煙氣酸露點計算公式比較的層面。隨著燃煤發(fā)電低污染燃燒和節(jié)能減排技術(shù)的進(jìn)步，對燃煤煙氣酸露點溫度的研究也進(jìn)入一個新階段，應(yīng)面對一些新情況進(jìn)行深入研究，例如：適應(yīng)低低溫電除塵技術(shù)發(fā)展需要，研究燃煤煙氣酸露點隨煙氣溫度而變化的關(guān)系；燃煤煙氣酸露點不僅與飛灰含量有關(guān)，更與飛灰成分即飛灰的堿度有關(guān)；適應(yīng)研究脫硝煙氣的酸露點變化；適應(yīng)濕法脫硫的大量推廣應(yīng)用，研究濕煙氣的酸露點；SO3轉(zhuǎn)化率測試技術(shù)研究等。

4 酸露點計算方法研究進(jìn)展

4.1 國外研究進(jìn)展

早期文獻(xiàn)（ASME Paper No.64-Pwr-3）中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在酸露點研究中存在明顯相互矛盾的數(shù)據(jù)現(xiàn)象，需要進(jìn)行澄清。

2008年，文獻(xiàn)[30]基于西班牙一臺377 MW 機組鍋爐上的酸露點測試結(jié)果認(rèn)為，對高硫及低硫2 種燃料油的酸露點溫度應(yīng)該擬合2 種不同的計算方程，分別見式(10)、式(11)及圖1。

高硫燃油：

低硫燃油：

對低硫燃油的主流區(qū)間(φ(SO3)=0.5 ～4.0 μL/L)，可擬合為：

圖1 西班牙377 MW 機組鍋爐燃用高/低硫燃料油時酸露點計算曲線比較Fig.1 The calculating curves of acid dew point for a Spanish 377 MW unit boiler fueled with high/low sulfur fuel oil

比較公式(10)和公式(12)，其中最大的異同在于：1）常數(shù)項的差異，同樣(SO3)=1 μL/L 時，低硫燃油要低28.29 ℃；2）酸露點隨(SO3)變化的斜率?(ADT)/?(lgSO3)的差異，高硫燃油的變化斜率（27.78）與現(xiàn)行文獻(xiàn)中一大批歸屬ADT=f(SO3)模式b 的經(jīng)驗式十分接近，而低硫燃油的變化斜率（76.95）則高得多；3）在較高的SO3體積分?jǐn)?shù)區(qū)間2 條曲線趨于同一水平。

4.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

文獻(xiàn)[26-27]按目前國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，將幾種典型的“酸露點溫度-SO3體積分?jǐn)?shù)”曲線整理到對數(shù)坐標(biāo)圖上，得到圖2所示圖譜。對這些曲線族大體上可分為a 和b 2 類模式：

1）SO3參量模式a，可用類似拋物線的冪函數(shù)方程來描述，即

蘇聯(lián)鍋爐標(biāo)準(zhǔn)方法（折算為SO3參量模式）及A.Taylor 數(shù)據(jù)表等是這類模式的代表。

2）SO3參量模式b，可用下述對數(shù)函數(shù)方程來描述，即

式中，(H2O)v為煙氣中水蒸氣體積分?jǐn)?shù)；(SO3)v為煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)。

國際上流行的P.Müller、A.G.Okkes、И.А.Баранова、Verhoff&Branchero、Haase&Borgmann、日本電研所等公式及一些曲線以至LAND 儀的函數(shù)關(guān)系都可歸屬這一類模式。

從實際應(yīng)用看，以SO3參量模式a 更加符合燃煤鍋爐實際情況，其中對低硫區(qū)（(SO3)≤5 μL/L）以Taylor 數(shù)據(jù)表較優(yōu)，在高、中硫區(qū)（(SO3)≥5 μL/L）以折算后的蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)公式更加接近國際統(tǒng)計資料。從圖2的煙氣酸露點溫度與SO3體積分?jǐn)?shù)關(guān)系曲線圖譜來看，國內(nèi)文獻(xiàn)廣泛引用的P.Müller、A.G.Okkes、 И.А.Баранова、Verhoff &Branchero、Haase&Borgmann、日本電研所等公式及一些曲線，實際上位于同一曲線帶，沒有必要去認(rèn)定其中某個公式可以作為基準(zhǔn)，再去分析其他一些公式的偏差。按該圖譜還得知，在通常的SO3體積分?jǐn)?shù)區(qū)間，以P.Müller 為代表的一批公式曲線帶與模式a 公式曲線區(qū)之間存在明顯差距。此外，國內(nèi)不少論文中對Haase&Borgmann、日本電研所公式、И.А.Баранова等公式計算值的嚴(yán)重低估，偏離了模式b 曲線帶乃是一種明顯失誤。

圖2 煙氣酸露點溫度與SO3 體積分?jǐn)?shù)關(guān)系曲線圖譜(φ(H2O)=7%)Fig.2 The relationship between flue gas dew point and SO3 volume fraction(φ(H2O)=7%)

5 現(xiàn)有煙氣酸露點計算公式結(jié)構(gòu)優(yōu)化

5.1 對蘇聯(lián)計算方法的整合和優(yōu)化

蘇聯(lián)鍋爐煙氣酸露點計算公式實際上有以下2種結(jié)構(gòu)型式：

1）鍋爐熱力計算標(biāo)準(zhǔn)中的公式（又稱P.A.Лероеян或簡稱Ле氏公式），即

2）A.Φ.Гаврцлов提出的修正公式（簡稱Га氏公式）[16]，即

式中：K為系數(shù)，取決于煤中灰分、堿土成分的含量，并由1/K=f(R)曲線圖查取，R為灰成分指標(biāo)；SSP,kJ為以kJ 基準(zhǔn)的折算硫份，%；ASP,kJ為以kJ 為基準(zhǔn)的折算灰分，%。

但是，上述2 組公式中，Ле氏公式未包含灰成分因子，Га氏公式由R值及配套的1/K=f(R)曲線組成，使用不方便，且?guī)追N出版物中的R表達(dá)式均存在疑點而無法操作。

文獻(xiàn)[16]基于對蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)計算方法探源分析及對1/K=f(R)回歸曲線的擬合，對上述2 組方法進(jìn)行了整合優(yōu)化，推導(dǎo)得到“Ле-Га氏酸露點計算方程”，主要內(nèi)容如下：

在lgRopt≥1.9 區(qū)間：

在lgRopt＜1.9 區(qū)間（主要對應(yīng)低硫煤）：

表3為蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)式及“Ле-Га”升級版公式對俄羅斯煤種驗算比較，圖3為按整合優(yōu)化的蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)式所計算的酸露點特性曲線，圖4為煤灰堿土成分對煙氣酸露點溫度影響。

表3 蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)式及“Ле-Га”升級版公式對俄羅斯煤種驗算比較Tab.3 The checking computation results of Russian coal types using the standard formula of the Soviet Union and the“Ле-Га”upgraded formula

圖3 按整合優(yōu)化的蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)式所計算的酸露點特性曲線Fig.3 The characteristic curves of acid dew point calculated by the integrated and optimized Soviet standard formula

圖4 煤灰堿土成分對煙氣酸露點溫度影響Fig.4 The influence of alkaline earth components in coal ash on the acid dew point of flue gas

由表3、圖3和圖4可見：按“Ле-Га”整合優(yōu)化式大大提升了計算精度；按整合優(yōu)化的蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)式所計算的酸露點特性曲線更加符合實際規(guī)律；煤灰堿土成分對酸露點的影響與德國文獻(xiàn)[31]顯示的趨勢相符。

5.2 對現(xiàn)行煤質(zhì)資料基準(zhǔn)計算體系優(yōu)化

文獻(xiàn)[26]、[27]對該計算體系的煙氣酸露點計算提出了以下改進(jìn)建議：1）對煤質(zhì)資料中的硫分以可燃硫為準(zhǔn)；2）引入飛灰堿度修正因子；3）引入過量空氣系數(shù)修正；4）推導(dǎo)提出與煤質(zhì)資料基準(zhǔn)等效的煙氣成分基準(zhǔn)計算方程。進(jìn)行上述修正后得到對煤質(zhì)基準(zhǔn)酸露點計算方法的升級版方程式為

轉(zhuǎn)換成以煙氣成分為基準(zhǔn)的等效計算方程式為

式中：n′為指數(shù)，表示飛灰含量及成分對酸露點影響的程度，n′=afly×Asp×Kn，afly為飛灰份額，對煤粉爐afly=0.85～0.90；Kn為飛灰成分對酸露點影響的修正系數(shù)，(SO3)為煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)(按計算點的過量空氣系數(shù))，%；Va.wg為1 kg 煤完全燃燒的煙氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，按計算點的過量空氣系數(shù)），m3/kg；a為煤灰堿度修正系數(shù)，對一般煤種按確定[32]，其中Ab=0.239aflyAsp(7w(CaO)+ 3.5w(MgO)+w(Fe2O3))，對褐煤及w(CaO)≥20%的高鈣煙煤均推薦按文 獻(xiàn)[27]、[33]計算；?tSCR.RAP為煙氣通過SCR 脫硝裝置在空氣預(yù)熱器出口的酸露點溫度增幅（℃），當(dāng)式中SO3為實測值時，不需要計算本項內(nèi)容。

另外，文獻(xiàn)[26]推導(dǎo)提出了對酸露點的過量空氣系數(shù)修正式為

式中：?aF=(aF?1)；b為系數(shù)，當(dāng)φ(SO3)＜5 μL/L 時取b=40，φ(SO3)≥5 μL/L 時取b=52。

5.3 對煙氣成分基準(zhǔn)計算體系公式結(jié)構(gòu)優(yōu)化

5.3.1 煙氣成分基準(zhǔn)計算體系通用公式結(jié)構(gòu)

煙氣成分基準(zhǔn)計算體系通用公式結(jié)構(gòu)為

式中，A、B、C為系數(shù)。

已知水露點溫度方程tDT.0=f(H2O)，可按下式來確定系數(shù)C：

系數(shù)B按水蒸氣分壓力一定時的酸露點來確定：

已知酸露點溫度數(shù)據(jù)tDT，按下式確定系數(shù)A：

按文獻(xiàn)[27]，當(dāng)φ(SO3)v≥5～50 μL/L 時可取A=200，B=52，C=40。則對于大部分燃煤煙氣可以推薦以下經(jīng)驗方程：

上式中的系數(shù)C是根據(jù)水露點數(shù)據(jù)表得到的，具有一定的穩(wěn)定性和可信度；系數(shù)B在大部分區(qū)間高于系數(shù)C，更加符合SO3體積分?jǐn)?shù)對酸露點敏感性更強這一論點；這都比現(xiàn)行文獻(xiàn)中流行的SO3參量模式b計算方程更加合理可行。

5.3.2 在SCR 脫硝煙氣酸露點溫度變化估算中的應(yīng)用

SCR 脫硝后的煙氣成分變化僅限于SO3體積分?jǐn)?shù)一項，故可方便地運用對數(shù)函數(shù)方程式來分析酸露點增幅?tDT.SCR。按文獻(xiàn)[27]有

式中：KSO3為煙氣在SCR 脫硝裝置進(jìn)口處的SO3轉(zhuǎn)化率，%； ΔKSO3.SCR為煙氣經(jīng)SCR 脫硝后的SO3轉(zhuǎn)化率增量，一般取為≤1%。

B為煙氣成分基準(zhǔn)計算體系通用公式(23)中的系數(shù)。實際上，按式(28)計算（對應(yīng)B=52）的SCR脫硝后酸露點增幅較H&B 等國際上流行的一批經(jīng)驗式（對應(yīng)B=15～26）要大得多，更加接近國際文獻(xiàn)中報道的+5～+12 K。

由于燃煤鍋爐空預(yù)器在煙氣降溫過程中具有對SO3捕集作用，SCR 脫硝后對空預(yù)器下游煙道的酸露點溫度增幅發(fā)生衰減，此時以空預(yù)器出口的SO3體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行核算。對空預(yù)器SO3捕集作用定性及定量方面的考慮如下：

煙氣通過SCR 脫硝裝置所增加的SO3轉(zhuǎn)化率，在經(jīng)過空預(yù)器降溫過程中會與殘余氨及水蒸氣發(fā)生2 類反應(yīng)：1）當(dāng)n(NH3):n(SO3)≥2:1 時生成硫酸銨(NH4)2SO4，但在空預(yù)器煙溫范圍（450 ℃以下）為固態(tài)粉末，而且要在殘余氨很高（≥10 μL/L）才能生成；2）當(dāng)n(NH3):n(SO3)≤2:1 時生成硫酸氫銨NH4HSO4，在降溫到150 ℃以下時已固化。由于這2 類反應(yīng)物均被灰分吸附而轉(zhuǎn)移到灰塵中，故空預(yù)器出口增加的SO3轉(zhuǎn)化率變小。

5.4 國外對降溫除塵脫硫煙氣酸露點確定方法研究成果

飛灰對酸露點的影響與溫度相關(guān)。日本在開發(fā)低低溫電除塵的研究中發(fā)現(xiàn)，煙氣降溫后因硫酸霧對飛灰產(chǎn)生凝并效應(yīng)，SO3富集在煙塵多孔表面，氣相SO3體積分?jǐn)?shù)及酸露點同步降低。

應(yīng)用灰硫比指標(biāo)來評估尾部煙道低溫腐蝕存在風(fēng)險。按日本MHI 實驗室試驗結(jié)果指出,對低硫煤當(dāng)灰硫比大于一定值時，腐蝕率幾乎為0，而低硫燃煤煙氣實際灰硫比遠(yuǎn)大于臨界值。美國南方電力公司也通過灰硫比來評價低溫腐蝕風(fēng)險程度，當(dāng)采用含硫量為2.5%的燃煤時，灰硫比在50～100可避免低低溫電除塵器腐蝕，當(dāng)采用含硫量更高的燃煤時，為避免腐蝕，灰硫比應(yīng)大于200。

5.5 國內(nèi)對降溫除塵脫硫煙氣酸露點確定方法研究成果

5.5.1 煙氣降溫/除塵工況下的酸露點計算

中國電力建設(shè)咨詢有限公司課題組與西安熱工研究院有限公司在重慶九龍電廠200 MW 機組上進(jìn)行的測試及理論研究，驗證了日本關(guān)于燃煤煙氣酸露點隨煙溫同步下降的論點，并根據(jù)試驗結(jié)果推導(dǎo)得到酸露點溫度隨煙氣溫度下降的定量變化關(guān)系如下：

式中：ΔtDT為煙氣酸露點溫度隨煙溫而變化的幅度，℃；M、N為與含硫相關(guān)的煤質(zhì)系數(shù)；A、B為公式常數(shù)，按文獻(xiàn)[26-27]取用；tDT,1為原煙氣降溫過程起點處的煙氣酸露點溫度；?t為原煙氣溫度降低量的絕對值，℃。

當(dāng)煙溫下降時，按上式計算的結(jié)果為負(fù)值，表明酸露點溫度隨煙溫降低而同步降低。對于高硫煤工況，煙氣溫度可以降低至90～95 ℃，原煙氣的初始酸露點不宜超過110 ℃；對于低硫煤工況，煙氣溫度可以降低至80～85 ℃，原煙氣的初始酸露點不宜超過100 ℃。

5.5.2 按灰硫比（D/S）準(zhǔn)則的腐蝕風(fēng)險評估方法

文獻(xiàn)[34]對按灰硫比（D/S）準(zhǔn)則評估尾部煙道低溫腐蝕風(fēng)險的典型案例參見表4。

表4 按灰硫比(D/S)準(zhǔn)則對不同煙氣降溫/除塵順序的低溫腐蝕風(fēng)險評估案例Tab.4 The assessment of low temperature corrosion risk for flue gas with different cooling/dusting sequences based on D/S criterion

由表4中的評估意見可知：低低溫電除塵器對于低硫煤有足夠的安全性，而對于低灰高硫煤則存在一定風(fēng)險；低溫省煤器在其上游煙道的低溫腐蝕風(fēng)險稍高于低低溫電除塵器，在換熱器及其下游煙道存在風(fēng)險。

5.5.3 基于氣態(tài)SO3測試成果的脫硫凈煙氣計算方法

中國電力建設(shè)咨詢有限公司課題組與西安熱工研究院有限公司及上海明華電力技術(shù)工程有限公司在重慶九龍電廠200 MW 機組及漕涇鍋爐房進(jìn)行了系統(tǒng)性測試及理論研究[28-29,35]，主要研究成果如下：

1）計算方法 首選“煤質(zhì)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為煙氣成分基準(zhǔn)的酸露點溫度計算公式”作為凈煙氣酸露點溫度標(biāo)準(zhǔn)值的計算公式，即

式中：(SO3)″為凈煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)(濕基、氣態(tài)、實際含氧量)，%；β為系數(shù)，按原煙氣計算方法確定，通常取β=121；Va.wg為1 kg 煤的實際濕煙氣量，m3/kg（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），按脫硫塔出口條件計算。

2）凈煙氣中的SO3形態(tài) 脫硫塔出口凈煙氣中氣態(tài)SO3體積分?jǐn)?shù)較低，平均水平約為53.1%～68.9%；凈煙氣加熱過程中，在80～90 ℃之間存在SO3從非氣態(tài)向氣態(tài)的變化過程，SO3的氣態(tài)占比從43%～56%上升到72%與75%，這與一般預(yù)計結(jié)果相一致。

3）凈煙氣中的SO3體積分?jǐn)?shù)與過熱度關(guān)系 試驗表明，凈煙氣中的SO3體積分?jǐn)?shù)隨煙氣過熱度增加而增大，但在各過熱溫度段變化率有所不同，結(jié)果如圖5所示。

圖5 凈煙氣中SO3 體積分?jǐn)?shù)與過熱度關(guān)系Fig.5 The relationship between SO3 volume fraction and superheat in net flue gas

5.5.4 幾種酸露點計算方法比較

計算結(jié)果比較詳見表5。

表5 文獻(xiàn)[26-27]推薦的計算方法與現(xiàn)行計算方法及若干實測數(shù)據(jù)的比較Tab.5 Several measured data of acid dew points of flue gas and the ones calculated by methods recommended in reference[26-27]and the current method

5.5.5 凈煙氣酸露點計算方法試驗研究結(jié)果

1）凈煙氣過熱后的酸露點溫度低于原煙氣酸露點；若GGH 能將凈煙氣加熱到72～80 ℃以上，就有可能使金屬壁溫高于酸露點。

2）當(dāng)GGH 將凈煙氣加熱到72 ℃以上，即凈煙氣過熱度為+26 ℃以上時，SO3中的氣態(tài)份額為50%以上，在理論上這部分SO3不再構(gòu)成腐蝕源，而氣溶膠SO3部分，也因壁溫高于煙氣酸露點而基本上避開了腐蝕區(qū)；而此時是否能避免對煙道金屬壁面產(chǎn)生局部腐蝕，在很大程度上還與煙氣中是否攜帶機械水滴等狀態(tài)有關(guān)，這取決于除霧器的等級及運行情況。

3）考慮到GGH 對煙道、煙囪內(nèi)壁加熱溫度的不均勻性，及加熱后凈煙氣中仍有可能含有少量石膏漿液、細(xì)微霧狀酸液以至酸性水滴，故GGH 的低溫區(qū)及GGH 出口煙道、煙囪內(nèi)壁仍需采取防腐措施，但其防腐等級允許低于無GGH 時的“濕煙囪”。

6 結(jié)論及建議

1）國內(nèi)在燃煤煙氣酸露點應(yīng)用研究領(lǐng)域已經(jīng)取得較大進(jìn)展；對蘇聯(lián)酸露點標(biāo)準(zhǔn)計算方法進(jìn)行的技術(shù)優(yōu)化升級，在較大煤種范圍內(nèi)成功地提升了計算精度。

2）國內(nèi)在降溫/脫硝/脫硫流程的燃煤煙氣酸露點研究領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入實用化階段；但還需要通過更多試驗數(shù)據(jù)來驗證和完善。

3）對煙氣酸露點課題的研究應(yīng)推陳出新，面向新的實際情況，而不是停留在對原煙氣領(lǐng)域的研究；應(yīng)重視數(shù)據(jù)庫建設(shè)；加大測試技術(shù)的研究力度。

4）在工程應(yīng)用中，建議首選煤質(zhì)基準(zhǔn)酸露點公式，并按煤質(zhì)條件計算標(biāo)準(zhǔn)值及上、下限值；當(dāng)有實測煙氣資料時，首選煙氣成分基準(zhǔn)酸露點計算公式；對原煙氣、脫硝煙氣、降溫?zé)煔饧皾穹摿騼魺煔夥謩e選用不同的酸露點計算公式。

5）電力設(shè)計系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐酸露點溫度計算導(dǎo)則》可作為工程設(shè)計中的實用參考文獻(xiàn)。