煙氣酸露點是電站鍋爐穩定運行的影響因素之一。由於鍋爐的燃料中通常含有一定量的硫、氮和碳等元素，因而其尾部煙氣中含有SO2、SO3、NO、NO2、CO和CO2等酸性氣體，在低溫條件下這些酸性氣體與煙氣中的水蒸氣進一步結合形成相應的酸蒸氣。若排煙溫度過低，導致金屬對流受熱面壁溫低於煙氣酸露點，便會在金屬受熱面表面冷凝出酸液滴。這些冷凝的酸液滴不僅將對受熱面造成腐蝕，還能進一步與煙氣中的飛灰顆粒和金屬受熱面腐蝕剝落的鐵鏽結合引起積灰硬化堵塞煙道，造成負壓維持困難，甚至可能導致爐內燃燒惡化或者無法運行。因而，能否準確獲得煙氣的酸露點對電站鍋爐的安全、穩定運行具有重要意義。
基本介紹
- 中文名：煙氣酸露點
- 外文名：Flue gas dew point
- 學科：電力工程
- 領域：工程技術
- 範圍：能源
- 釋義：電站鍋爐穩定運行的影響因素之一
簡介,酸露點測量方法分析,抽氣式測量,插入式測量,總結,
簡介
排煙熱損失是鍋爐的最大熱損失之一，因此降低排煙溫度是提高鍋爐熱效率的最有效方式之一。但由於鍋爐的燃料中通常含有一定量的硫、氮和碳等元素，因而其尾部煙氣中含有SO2、SO3、NO、NO2、CO和CO2等酸性氣體，在低溫條件下這些酸性氣體與煙氣中的水蒸氣進一步結合形成相應的酸蒸氣。若排煙溫度過低，導致金屬對流受熱面壁溫低於煙氣酸露點，便會在金屬受熱面表面冷凝出酸液滴。這些冷凝的酸液滴不僅將對受熱面造成腐蝕，還能進一步與煙氣中的飛灰顆粒和金屬受熱面腐蝕剝落的鐵鏽結合引起積灰硬化堵塞煙道，造成負壓維持困難，甚至可能導致爐內燃燒惡化或者無法運行。因而，能否準確獲得煙氣的酸露點對電站鍋爐的安全、穩定運行具有重要意義。
酸露點測量方法分析
許多專家學者對煙氣酸露點預測進行了大量的研究工作。這些工作可分為兩類：一類是以蘇聯和國內學者為代表、依據大量電站鍋爐機組實際運行經驗總結歸納的酸露點經驗預測模型；另一類是以西方學者為代表、基於酸露點與其影響因素之間熱力學關係式和實驗數據建立的半理論預測模型。第一類研究方法依據大量現場經驗數據，因而適用性強，但是不能從理論上揭示酸露點與影響因素之間的關係。第二類研究方法主要是通過熱力學理論關係式和實驗數據等擬合形成酸露點預測模型，儘管其適用性還不如第一類方法，但能從理論上揭示酸露點與其影響因素之間的關係，因而越來越受到學者們的認可。但無論哪種研究方法，能否開發設計出準確測量煙氣酸露點的測量裝置對預量模型的可靠性有決定性的影響。在煙氣酸露點測量方法中，20世紀50年代由英國煤炭利用協會提出的導電式露點儀被認為是最成功的測量方法，之後依據這一原理逐漸形成包括電阻法、電流法、冷卻加熱平均法、電流增長率為零法和自找電流率為零法等多種測量方法。
導電式露點儀測量煙氣酸露點的主要原理是在一絕緣光滑外壁表面布置一與電源和高精度電流表串聯的電極，同時布置溫度可控的冷卻氣體或液體流經其內壁表面。高溫煙氣流經布置有電極的絕緣光滑外壁表面，維持一段時間確保外壁面溫度高於煙氣酸露點，之後通過調節流經內壁表面冷卻流體的溫度或流量，逐漸冷卻絕緣光滑外壁表面，進而冷卻流經絕緣光滑外壁表面的煙氣。因而，在整個煙氣流場中外壁面的溫度最低，當其溫度降低至煙氣中硫酸蒸氣分壓對應的飽和溫度時，貼近外壁表面的煙氣中的硫酸蒸氣便會在外壁表面上凝結出酸液滴。這些酸液滴使得與電極串聯的電路閉合，因而可以通過觀察和記錄電路中電流表的變化來判斷煙氣中硫酸蒸氣是否結露。與此同時，布置在絕緣光滑外壁表面上的熱電偶記錄外壁表面溫度的變化情況，當電流表示數第一次出現變化時外壁表面的溫度即可認為是此條件下對應的煙氣酸露點。據此原理分別設計和搭建抽氣式和插入式酸露點測量裝置。
抽氣式測量
在抽氣式測量裝置中，均勻混合後的高溫煙氣橫向流經與恆溫水箱、循環泵串聯的電木管外壁表面，維持一段時間使其表面溫度達到180℃，之後開啟流經電木管內的水冷循環系統。通過調節恆溫水箱溫度和循環泵的流量控制電木管外壁表面的冷卻速率，確保其冷卻速率在酸露點附近時保持1℃/s左右。在實驗過程中，為保證電極的靈敏度，緊貼電木管外壁的電極基板採用光滑的聚醯亞胺薄膜製作，以保證硫酸蒸氣能在電極之間形成膜狀凝結。布置在聚醯亞胺薄膜上電極的正負極呈鋸齒狀並聯，相鄰電極的正負極之間相隔0.4mm。不僅如此，與電極串聯的電流表採用高精度的安捷倫34401A 型萬用表，通過RS－232數據線與計算機連線即可線上採集電流隨時間的變化。
將電流變化與JLY－C28溫度記錄儀線上採集的電木管外壁表面溫度變化進行對比，當電流表示數第一次出現變化時對應的電木管外壁表面溫度即是此煙氣條件下的酸露點。
插入式測量
在插入式酸露點測量裝置中，為保證煙氣中硫酸蒸氣和水蒸氣能夠充分均勻混合和防止煙氣攜帶的加熱爐蓄熱體顆粒干擾電極，在煙氣採集箱前端加裝一均流過濾器。酸露點測量探頭的外壁表面布置一正、負極間隔3mm的環形電極，探頭內壁表面與一套管相連，套管中裡層的管子與空氣壓縮機、減壓閥相連。高溫煙氣橫向流經酸露點測量探頭，維持一段時間使探頭外壁表面溫度達到180℃，之後開啟流經探頭內壁表面的壓縮空氣，通過調節減壓閥控制探頭內壁表面的冷卻速率，確保其冷卻速率在酸露點附近時保持1℃/s左右。與抽氣式測量實驗一樣，採用安捷倫34401A型萬用表線上採集與電極串聯的迴路中的電流變化，並採用與抽氣式測量實驗類似的方法判斷不同煙氣條件下的酸露點。
總結
隨著硫酸蒸氣分壓的增加，抽氣式測量裝置的測量結果呈單調遞增的趨勢，即水蒸氣的變化對酸露點的影響較小，而在插入式測量實驗中，酸露點測量結果隨硫酸蒸氣的變化呈現非單調變化趨勢，即表明煙氣酸露點在硫酸蒸氣分壓一定範圍內受水蒸氣變化的影響較大。這可能是因為插入式測量裝置中電極的靈敏度較抽氣式測量裝置中電極的靈敏度低，對於感應煙氣中冷凝的硫酸液滴較遲緩，因而在煙氣中硫酸蒸氣分壓和水蒸氣分壓較低時，其測量結果與抽氣式裝置相比偏低。當煙氣中硫酸蒸氣分壓和水蒸氣分壓較高時，煙氣中冷凝的硫酸液滴量大，因而能一定程度上抵消其電極靈敏度的不足。同時，由於插入式測量裝置採用空氣冷卻，其冷卻速率較採用水冷的抽氣式裝置更易控制，因而熱電偶能更準確地反映被冷卻煙氣的實時溫度。因此，在煙氣中硫酸蒸氣分壓和水蒸氣分壓較高時，插入式測量裝置測量值較相同煙氣條件下抽氣式測量值偏高。同時，插入式測量裝置的測量結果在硫酸蒸氣分壓一定範圍內受水蒸氣分壓變化的影響較抽氣式測量裝置也更為顯著。
