余热锅炉的酸露点温度计算

引　言
很多工业炉窑排出的烟气中，常含有一些腐蚀性气体和腐蚀性物质，如硫的氧化物，钒的氧化物，硫酸盐络化物等。这些物质对余热锅炉会产生强烈的腐蚀，严重时在很短的时间内会使锅炉遭到损坏。当进入余热锅炉的烟气中含有二氧化硫时，其中一部分会转化成三氧化硫，并与烟气中的水蒸汽结合生成硫酸蒸汽，且能显著地提高烟气的露点温度，在低温金属表面上凝结形成硫酸溶液，与碱性灰反应，也与金属反应，因而产生腐蚀。由于经常发生在锅炉的低温受热面上，故称低温腐蚀。低温腐蚀的特点是均匀性腐蚀，它使管壁厚度逐渐减薄以至破裂，对余热锅炉的安全运行危害性极大。为了有效地防止低温腐蚀的发生，以确定余热锅炉受热面的壁温和锅炉的运行压力，必须计算出硫酸蒸汽的酸露点温度。
　除三氧化硫外，氯气和二氧化硫等也会产生低温腐蚀，但它们都发生在烟气的水蒸汽的露点以下，因露点温度很低(一般是在30℃～60℃)，余热锅炉中可不予考虑。
1  三氧化硫的生成及转化率的确定
烟气中三氧化硫生成的机理极其复杂。一般以为一部分是在工艺生产过程中产生的，一部分是在烟道和余热锅炉中产生的。
在工艺生产过程中，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烧反应中形成的。如：CO＋O2→CO2＋O；H＋O2→OH＋O；这些原子氧很活泼，容易将二氧化硫转化成三氧化硫。另外，氧分子、二氧化碳及金属氧化物在炉子高温辐射下，其中一部分也会分解原子氧而使二氧化硫转化成三氧化硫。
当压力一定时，二氧化硫转化成三氧化硫的平衡曲线如图1所示。从该图可以看出低温时对转化成三氧化硫有利。在850℃以上的高温下，三氧化硫几乎不产生。在温度相同时，压力升高会增加向三氧化硫方面的转化。但实际上，因原子氧、三氧化硫触媒及飞灰的作用而变得更为复杂。
在工艺生产过程中，如处理物料中含有硫酸盐时，也会直接分解生成三氧化硫。如重有色金属硫化矿火法冶炼时，所生成的高温烟气中含三氧化硫一般占二氧化硫的2%～6%。 

图1　SO2、SO3平衡状态
在余热锅炉中，在催化剂的作用下，烟气里的二氧化硫有一部分会转化成三氧化硫。余热锅炉烟气中常见的催化剂有三氧化二铁、三氧化二铝、五氧化二钒、二氧化硅、烟尘等。从图2可以看出，催化剂作用一般只发生在500℃～800℃之间，当余热锅炉积灰时，积灰的表面温度随积灰厚度的增加而上升，从而有利于二氧化硫转化成三氧化硫。其中三氧化二铁和烟尘对转化所起的影响最为显著。因工业炉使用的原料和燃料不同，以及工艺过程的不同，烟气中二氧化硫转化成三氧化硫的转化率也是不同的。对于化工过程来说，转化率一般为3.2%～8.7%，对于重有色冶金来说，转化率一般为6%～10%，为了考虑余热锅炉的安全，在计算烟气的酸露点温度时推荐采用10%的转化率。 

图2　在各种催化物质的作用下SO2转化成SO3与温度的关系
X—Fe2O3；O—烟尘；□—SiO2；△—Al2O3
2   硫酸蒸汽的酸露点温度的计算
烟气中不但有三氧化硫，而且有水蒸汽，它们相互作用而生成硫酸蒸汽。如果管壁温度低于某一数值，硫酸蒸汽就会在管壁上凝结并产生腐蚀。这一数值就称为硫酸蒸汽的酸露点温度。硫酸蒸汽的酸露点温度主要取决于烟气中三氧化硫和水蒸汽的含量，一般可按下述方法确定。
烟气中硫酸的质量浓度按下式计算：

图3　在汽相中硫酸浓度和露点之间的关系
3  例题