生活垃圾焚烧烟气酸露点的计算方法和分析

施勇，穆璐莹，吴刚，王健，杨飞

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

生活垃圾焚烧烟气酸露点的计算方法和分析

施勇，穆璐莹，吴刚，王健，杨飞

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

对影响生活垃圾焚烧烟气酸露点的主要因素进行了分析，推荐了3种实用的酸露点计算方法，并采用实例验证了3种计算方法的可靠性。

垃圾焚烧烟气;酸露点;计算方法

1 引言

烟气温度低于露点温度，会出现结露现象。由于在生活垃圾焚烧产生的烟气中存在SO3，露点温度有较大的提高，冷凝液是浓度很高的硫酸溶液，设备不仅会出现黏结积灰现象，而且会出现严重的金属腐蚀。

烟气净化过程中，将温度控制得尽可能低，有利于提高脱硫脱酸反应效率，但运行温度过低，可能造成布袋除尘器结露，使滤袋阻力急剧增加，严重时造成炉膛负压不足，甚至会导致系统停运。因此如何确定烟气净化系统最佳设计运行温度，对于生活垃圾焚烧净化系统的设计及运行维护有重要意义。

2 影响酸露点温度的主要因素

2.1 酸露点温度

蒸气开始凝结的温度称为露点，烟气中水蒸汽的露点称为水露点。水露点仅取决于水蒸汽在烟气中的分压，水蒸汽露点是比较低的。生活垃圾中的硫燃烧后生成SO2，有少量SO2又进一步转化成SO3。SO3同烟气中的水蒸汽结合成硫酸蒸气。酸露点就是表示当烟气在一定压力下冷却时，硫酸蒸气凝结成硫酸溶液所需最高温度，简称酸露点温度。

2.2 主要影响因素

生活垃圾焚烧产生的烟气及污染物具有其特殊的性质，焚烧烟气中不但包括SO3、SO2等，还含有大量的HCl。李彦等研究表明，在相当大的浓度范围内SO2对露点温度的影响较小，其波动范围不超过1K[1]。相关资料也表明HCl对烟气露点温度提高的作用小于SO2的影响[2]，也可以忽略不计。

2.2.1 含硫量

烟气中的硫酸蒸气大部分是由焚烧生活垃圾中的硫分氧化而来。生活垃圾中的含硫量越高，焚烧烟气的酸露点温度越高。产煤区的生活垃圾中含硫量一般都比较高，烟气酸露点温度也较高。

2.2.2 炉型

对于不同炉型，有不同的燃烧方式，即使垃圾中含硫量相同，烟气中SO3的含量及酸露点也有可能存在较大差异。烟气中飞灰对SO3有较强的吸附中和作用，有利于使酸露点降低。

2.2.3 过氧空气系数

烟气中的含氧量越高，由SO2转化成SO3的比例会越大。因而，在保证垃圾充分燃烧的前提下，应尽量采用低过量空气系数，减少SO3的生成量，降低烟气酸露点。不同温度和过量空气系数对SO3转化率的影响见图1。

图1 温度和过量空气系数对SO3转化率的影响

2.2.4 水蒸汽

焚烧烟气中水蒸汽的浓度愈大，水蒸汽的分压力也愈大。只考虑水蒸汽的影响，水蒸汽对焚烧烟气酸露点的影响如图2所示。因而在实际焚烧过程中，应尽量控制焚烧危险废物含水率，降低焚烧烟气酸露点温度。但在实际生产过程中，控制焚烧生活垃圾含水率非常困难，因而通常是在设计中尽量避开露点或采取相应的防腐措施。

图2 水蒸汽浓度对烟气露点的影响

2.2.5 其他影响因素

除上述影响因素外，烟气酸露点还与焚烧烟气的压力、烟气在处理设备中的停留时间、设备内温度场分布不均等情况有关。

3 烟气酸露点温度的计算

影响烟气酸露点温度的因素很复杂，目前尚没有烟气酸露点的理论计算公式，一般皆由试验取得，或通过实验加上理论推导等方法确定。下文列举实际较为常用的焚烧烟气酸露点温度的计算公式。

3.1 烟气中SO3气体浓度已知

Müller在1959年使用热力学关系式计算了含有很低浓度H2SO4蒸气的烟气的酸露点[3]，并为许多研究者的实验所证实。Müller曲线是现在评价各种酸露点测量方法的基础。Müller曲线如图3所示。

图3 Müller露点温度曲线

其回归方程见式①。

式中：VSO3— 烟气中SO3体积百万分率（下同）；

T — 烟气的计算酸露点温度（下同）。

3.2 烟气中SO3和水蒸汽分压已知

荷兰学者A.G.Okkes根据Muller实验数据[4]，提出式②中原文分压单位均为标准大气压。文献比较了式②，计算结果与该文中由碳、硫含量及过量空气系数绘制的计算图确定露点结果，两者相差不到1.5℃，方程②计算精度比较高，适用范围广。

式中：PH2O——为烟气中的水蒸汽分压，Pa；

PSO3——为烟气中的SO3气体分压，Pa。

3.3 烟气中SO3和水蒸汽浓度已知

国内学者根据试验数据整理，考虑SO3和水蒸汽对酸露点的影响以外，还考虑了飞灰的影响[5]。

式中：VH2O—— 烟气中的水蒸汽百分含量，%；

VSO3—— 烟气中的SO3百分含量，%。

4 应用举例

4.1 实例计算

某垃圾焚烧发电厂采用逆推炉排炉焚烧生活垃圾，进入烟气净化系统的焚烧烟气成分见下表。焚烧烟气压力为 97,325Pa。

焚烧烟气成分表

一般SO2转化为SO3的比率为0.1%～3%。为了考虑焚烧烟气净化系统处理设备的安全，在没有SO3浓度数值时，计算焚烧烟气酸露点温度时建议采用3%的转化率[6]。通过计算，VSO3=5.25ppm，PSO3= 0.51Pa，PH2O= 19465Pa。

采用式①计算酸露点为128.65℃；式②计算酸露点为135.45℃；式③计算酸露点为126.74℃。计算结果表明，不同计算方法其结果虽然有差异，但差异很小，3种计算方法的结果也与实际情况误差较小，可以作为计算生活垃圾焚烧烟气酸露点的方法。

由于烟气酸露点是预测低温腐蚀的主要指标，因而建议实际计算时，采用上述公式分别计算，并取最大值作为设计的参考依据。

4.2 分析

我国生活垃圾焚烧烟气脱酸工艺主要分半干法工艺（反应塔+活性炭+布袋除尘器）和干法工艺（急冷塔+反应助剂及吸收剂+布袋除尘器），由于工艺不同，净化系统中不同位置的酸露点也有较大差异。

半干法工艺脱酸反应在反应塔内完成，脱酸后的烟气中SO3浓度极低，进入布袋除尘器的烟气酸露点温度有所降低。

干法工艺脱酸反应发生在烟道和布袋除尘器内，进入布袋除尘器的烟气酸露点温度并未降低，所以采用干法工艺脱酸时，设计和运行时要充分注意布袋除尘器入口烟气的温度范围。

5 结论

（1）生活垃圾焚烧烟气中含有SO3和大量的水蒸汽，容易发生低温腐蚀和结露现象。烟气净化系统设计和运行时，要充分考虑酸露点的温度。

（2）影响烟气酸露点的因素很多，本文介绍了3种酸露点的计算公式，并采用实例验证了3种公式的误差和准确性。

（3）由于生活垃圾焚烧烟气脱酸工艺的不同，要充分考虑不同位置酸露点的情况，有利于提高烟气净化系统的可靠性和稳定性。

[1] 李彦，武彬，徐旭常.SO2、SO3和HCl对烟气露点温度影响的研究[J].环境科学学报，1997，17（1）: 126-130.

[2] 岑可法，樊建人，池作和，等.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算[M].北京：科学出版社，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] 胡满银，高香林，胡志光，刘忠.除尘系统中烟气露点的计算与分析[J].水利电力劳动保护.1996.3（1）: 17-20.

[6] 姜雨泽.烟气净化设计的腐蚀机理与防护方法[J].腐蚀与防护，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