引言随着社会的发展，火电厂节能减排问题亟待解决，如何在保证污染物排放达标的前提下提升电厂的效益成为行业内关注的焦点。电站锅炉运行过程中，排烟热损失占总损失比例高达60%～80%，排烟温度越高其热损失越高[1]。此外，排烟温度的降低对除尘效率、引风机安全运行、湿法脱硫效率等方面均有着正面作用，降低排烟温度已成为火电机组发展的必经方向之一[2-3]。但降低排烟温度的同时会带来受热面低温腐蚀的问题，对锅炉低温受热面的安全性造成影响。因此计算烟气酸露点数值对避免低温腐蚀及指导锅炉安全运行有重要意义。1酸露点问题研究进展为了准确计算得到锅炉实际运行中的酸露点数值，为锅炉的节能减排工作提供运行指导，国内外许多学者都对酸露点展开了研究。大体上可分为形成机理、影响因素、测量方法与计算方法。1.1机理研究国际上对烟气酸露点的机理研究开展较早，早在20世纪20年代末就有学者提出烟气中的SO3气体对酸露点有重要影响[4]。Napari基于热力学的液滴半径参数化宏观模型，研究了凝结过程中液滴直径的变化，所提出的二元参数模型和三元参数模型均适用于1011硫酸液滴[5]。Pessoa同时考虑了相平衡和化学平衡，基于化学理论建立了新的热力学模型，可以计算出H2O-H2SO4溶液在0～150 ℃范围内的气液平衡[6]。在国内，王学斌[7]等通过详细化学反应机理和热力学平衡计算，重点研究了SO3气体在燃烧过程中生成条件与生成速率问题。1.5 MPa与0.1 MPa相比，SO3的生成量提高了4倍，且高温区SO3的生成率约为0～6.5%。秦毅红对SO2-Na2S-H2O的烟气体系进行了热力学推导与分析[8]。此外，还有众多学者由热力学角度切入，针对酸露点问题的机理展开研究，在此不过多赘述。1.2影响因素的研究Wang[9]等讨论了燃料种类(含硫量、含水量、灰分)、壁温、过剩空气比、烟气入口速度、粉煤灰颗粒(大小和数量)和传热翅片结构对硫酸露点温度的影响。魏伟[10]等研究了飞灰颗粒对酸露点和酸凝结液滴的影响效果，飞灰粒径越小凝结越易发生，并提出了飞灰粒径对考虑局部凝结质量传输效果的酸露点迭代计算方法。吴智泉[11]等研究了脱硫废水烟道蒸发工艺对烟气酸露点的影响。石定明[12]等研究比较了间壁式传热和分离式热管传热在热侧面积相等的情况下，对露点温度的影响。王春波[13]等研究得出了富氧燃烧下再循环机组的烟气酸露点，露点温度会受到机组运行方式的影响。1.3测量方法的研究对于酸露点的测量方法众多，其中，基于导电式露点仪，学者们提出了许多各具特色的测量方法，主要有电阻法、电流法、冷却加热平均法、电流增长率为零法和自找电流增长率为零法等[14]。Xiang[15]等采用不同测量装置对模拟烟气成分进行测量，并结合测量数据提出一种半经验模型。向柏祥[16]等设计搭建了两种不同的烟气酸露点测量装置，相比于抽气式测量的实验结果，插入式测量装置的测量结果对烟气中水蒸气分压的变化更为敏感。此外，对于酸露点的直接测量器械，有SFJ型烟气酸露点仪、RYL-1型酸露点仪、S-660露点仪等多种测量仪器和系统[17]。1.4计算方法的研究国内外对于酸露点计算方法的研究较多，其中大多分为两大类，一类是对现有应用较为广泛的烟气酸露点计算公式进行改进和优化，另一类利用理论、实验和算法等进行烟气酸露点的预测建模。谢天[18]等根据脱硫塔入口实际烟气中二氧化硫浓度，对苏联酸露点计算方法进行了修正，同时考虑了机组是否安装SCR系统等边界条件。张建中[19-21]等通过分析指出了A.ф.Гаврцлов计算式的不足且进行了修正，并基于计算结果给出了以烟气成分为基准计算的通用公式。宋景慧[22]等对比了A.G.Okkes公式与日本电研所经验公式的计算结果。除了对现有公式的改进以外，Bahadori[23]等根据范德蒙行列式，提出了一种根据燃料类型、燃料中硫含量和过量空气量预测烟气酸露点的计算方法。Wang[9]等提出根据燃料特性和过量空气系数，同时考虑气液平衡效应和多组分扩散效应，提出了酸露点数值计算的方法。Zarenezhad[24]等提出了一种隐层含有4个神经元的三层前馈人工神经网络，用于烟气中硫酸露点的预测。李加户[25]等采用最小二乘法对实验数据进行拟合得到了酸露点计算的拟合公式。2酸露点及其影响因素2.1水蒸气含量烟气中硫酸蒸汽的主要来源是SO3与水蒸气的化学反应。其反应机理如式（1）所示。该反应的平衡常数可由式（2）计算得到。SO3+H2O→H2SO4           ΔH0=+29.8 kJ (1)Kp=pH2SO4pH2OpSO3 (2)式中：pH2O——水蒸气分压，Pa；pSO3——三氧化硫分压，Pa；pH2SO4——三氧化硫分压，Pa。由上述机理公式可以看出，当烟气中其他条件均相同时，水蒸气分压越高，即含量越大，越易产生硫酸蒸汽，酸露点温度也越高。2.2燃料含硫量（SO3含量）根据式（1）和式（2）可以看出，除水蒸气含量以外，烟气中较高的SO3含量，也对硫酸蒸汽的形成有促进作用。而烟气中SO3的主要来源是烟气中的SO2的继续氧化，SO2则来源于入炉燃料中的可燃硫分。因此燃料的含硫量也是影响酸露点的主要因素之一，入炉燃料的含硫量越高烟气酸露点温度越高。2.3烟气温度烟气温度通过影响化学反应平衡常数来影响硫酸蒸汽的生成，进而影响烟气的酸露点温度。文献[26]给出了烟气温度对该反应常数影响的公式：logKp=5.88-5 000T+1.75logT+5.7×10-4T (3)式中：T——烟气温度，℃。烟气温度与化学反应平衡常数Kp的关系由图1可知，烟气温度越高，化学反应平衡常数Kp越大。结合式（2），当烟气中水蒸气与SO3含量不变时，烟气温度越高，产生的硫酸蒸汽越多，酸露点温度越高。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.F001图1烟气温度与化学反应平衡常数Kp的关系2.4过量空气系数过量空气系数是通过影响烟气中的含氧量进一步影响烟气中三氧化硫形成的，具体的化学反应式如下：SO2+12O2⇌SO3    ΔH0=-99.0 kJ (4)Kp=pSO3pSO2⋅pO20.5 (5)当其他条件一定时，氧气浓度越高，三氧化硫的生成量越大，烟气的酸露点越高。2.5燃料灰分燃料灰分主要通过影响烟气中SO3的含量，进一步影响酸露点温度：（1）催化剂作用：在SO2进一步氧化成SO3的反应中，燃料中灰分的某些金属氧化物可充当该反应的催化剂，例如Fe2O3和Al2O3等[27]。当灰分中此类成分偏高时，SO3生成量增加，酸露点温度也升高。（2）吸附作用：飞灰中未燃尽的C对SO3气体有吸附作用，并且飞灰中某些碱性的金属氧化物可与酸性SO3气体反应，使烟气中的SO3浓度降低，促使酸露点温度降低。（3）产生SO3：入炉燃料的灰分中的硫酸盐会在炉膛高温下发生分解，通过此方式产生的SO3含量很少。综上所述，在电站锅炉实际运行当中，应重点关注烟气中水蒸气含量、燃料含硫量、排烟温度、过量空气系数以及燃料灰分，以避免锅炉发生酸凝结引起的低温腐蚀，保证锅炉的安全稳定运行。3常见的烟气酸露点计算方法3.1常用的烟气酸露点计算经验公式根据国内外文献引用频率，列举了几种常见的烟气酸露点计算经验公式。（1）Muller公式[26]。Muller基于阿贝尔计算的分压数据，运用热力学关系式推导用于低浓度硫酸蒸汽的烟气酸露点公式：t=116.55+16.063 3logrSO3+1.053  8logrSO32 (6)式中：rSO3——烟气中三氧化硫含量，×10-6。（2）И.A.BapaHoB公式[26]。t=186+20logϕH2O+26logϕSO3 (7)式中：ϕH2O——烟气中水蒸气体积分数，%；ϕSO3——烟气中三氧化硫体积分数，%。（3）日本电研所公式[28]。t=20logrSO3+a-80 (8)式中：a——与烟气水蒸气含量有关的常数，水体积分数为5%、10%、15%时分别取值为184、194、201。（4）Haase & Borgmann公式[29-30]。t=255+27.6logpSO3+18.7logpH2O (9)式中：pH2O——烟气中水蒸气分压，Pa；pSO3——烟气中三氧化硫分压，Pa。（5）苏联1973年《锅炉机组热力计算标准方法》公式[25]。t=twdp+βSarzs31.05αfhAarzs (10)式中：twdp——水蒸气露点，℃；Sarzs——燃料的折算硫分，×10-2 kg/4 187 kJ；Aarzs——燃料的折算灰分，×10-2 kg/4 187 kJ；αfh——飞灰份额，一般取0.9；β——与过量空气系数有关的系数，一般取125。3.2近年论文中的计算方法李加户在文献[25]中，利用最小二乘法对实验数据进行拟合得到酸露点计算的拟合公式：t=-138.525 6+43.050 2lnfH2O+10.134 8lnfSO3 (11)fH2O=ϕH2O+31.504 (12)fSO3=rSO33-12.501 9rSO32+91.392rSO3                      +14.366 8 (13)张建中在文献[21]中对前苏联计算式提出了改进，并最终给出了基于烟气成分计算的通用公式：t=200+52logϕSO3+40logϕH2O (14)谢天在文献[31]中，基于苏联计算方法，提出了新的酸露点计算式：t=tld+β⋅4.2SZS'n (15)tld=-1.210 2+8.406 4ϕH2O-0.474 9ϕH2O2       +0.0104 2ϕH2O3 (16)式中：n——SO3转化系数；SZS'——燃料的折算硫分，×10-2 kg/1 000 kJ。与苏联公式中燃料的折算成分不同的是，苏联公式中折算硫分是每4 187 kJ的折算含硫量，而此公式中为每1 000 kJ的折算含硫量。张基标[32]根据现场实际运行经验，提出烟气酸露点计算的经验公式：t=twdp+10+38Sarzs-Aarzs0.6 (17)式中：Ab——管壁积灰系数，除尘器前取3，除尘器后取1。张猛在文献[26]中，根据实验数据，对前苏联热力计算公式提出修正：t=twdp+102.27×Sarzs0.497 81.05αfhAarzs (18)4各类计算方法的对比对上述10种烟气酸露点的计算方法，在燃用特定煤种时，进行计算及对比。当燃煤含硫量、烟气中SO3含量和烟气中H2O含量发生变化时，对比各个计算公式的计算结果。各个计算方法中，所使用的参数并不统一，多数计算方法直接使用烟气成分参数，但基于苏联热力计算标准所得出的酸露点计算公式，则需要使用燃煤的成分参数。因此，文中采用《电站锅炉性能试验规程》（GB/T 10184—2015）中的计算标准，通过燃煤的成分参数，进行燃烧产物的计算，进而求得烟气的成分参数。燃煤基本参数采用安徽省某电厂的入炉煤元素分析数据，如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.T001表1入炉煤元素分析数据序号项目数值1C质量分数53.662H质量分数3.283O质量分数0.824N质量分数6.345S质量分数0.806A质量分数25.287M质量分数9.82%在水蒸气含量为10%时，燃料的含硫量和烟气三氧化硫含量变化时不同计算方法烟气酸露点的计算结果如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.F002图2燃料含硫量与烟气三氧化硫含量对酸露点温度的影响在烟气中三氧化硫含量为40ⅹ10-6时，烟气中水蒸气含量变化时不同计算方法烟气酸露点的计算结果如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.F003图3烟气水蒸气含量对酸露点温度的影响从图2和图3可以看出，不论是从硫分改变、三氧化硫体积分数改变还是水蒸气体积分数的改变来分析，各类计算方法的计算结果相差都较大，相同条件下不同的计算公式所计算出的酸露点温度甚至会相差近几十摄氏度。这是由于各个计算公式建立时所依据的基本条件不同，各个经验公式拟合时在一定程度上只能代表各自拟合的工况。因此，在酸露点特性分析中选择了不恰当的计算公式，所得出的结果会有很大偏差。5实例分析5.1设备及问题描述安徽省某600 MW亚临界机组，HG-2008/18.6-M型单汽包、强制循环、π型布置的固态排渣煤粉炉。在运行期间，其除尘器进出口差压过高，2019年12月3日除尘器运行差压与锅炉排烟温度的关系曲线如图4所示。且在检修期间，发现除尘器发生腐蚀现象且较为严重。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.F004图4除尘器差压与烟气温度的变化曲线根据张朝在文献[33]中分析袋式除尘差压高的原因，并结合现场运行状况（见图4），可以看出在排烟温度降低至大约100 ℃时，除尘器差压有明显升高的趋势，而这一现象在排烟温度升高至接近110 ℃时得到缓解。因此判断，本案例中差压高的根本原因与酸露点有关，排烟温度低于烟气中酸露点温度，是导致出现除尘器差压变高现象的根本原因。因此，在该时间段内的实际的酸露点温度应在大于100 ℃且小于110 ℃的范围内。5.2计算公式的选取在图4所描述的时间段内，电厂的入炉煤煤质按表1计算，SO3转化率n取3%，各个计算方法的酸露点温度计算结果如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.F005图5各计算公式的计算结果曲线根据《电站锅炉性能试验规程》（GB/T 10184—2015）中的计算标准，计算燃烧产物得到烟气中水蒸气含量为7.5%。结合前节，图4所表示烟气酸露点应在100 ℃与110 ℃之间，即图中所标注的中间区域。由图4可以明显看出，其他计算方法的计算结果都偏离了此区域，只有张建中所给公式（12）的计算结果位于此区域。因此张建中所给公式更符合本算例的实际情况。5.3燃煤参数对酸露点的影响该电厂常用煤种的参数如表1所示，根据前文对酸露点公式的分析与计算可知，燃料的含水量、含氢量与含硫量是影响锅炉酸露点温度的重要参数，直接影响了烟气中水蒸气的含量与三氧化硫含量。当燃煤的含水量与含硫量发生变化时，使用公式（12）计算的酸露点温度变化趋势如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.F006图6燃料收到基参数变化对酸露点的影响由图6可知，当燃料含硫量升高时，酸露点温度升高，且增速逐渐减缓；当燃料含水量上升时，酸露点温度升高，且曲线可近似看作线性；当燃料的含氢量升高时，酸露点温度升高，且氢含量变化较小时亦可将曲线看作线性。若将常用煤种参数为基准，即含硫量与含水量分别约为0.8%和9.8%时，酸露点温度为106.8 ℃为基准酸露点温度，当入炉煤参数波动时对应的酸露点温度如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.007.T002表2煤参数变化时的酸露点项目数值含硫量/%0.60.70.80.91.0酸露点/℃100.4103.8106.8109.5111.8与基准酸露点温度的差/℃-6.4-3.00.02.75.0含水量/%6.87.88.89.810.8酸露点/℃105.7106.1106.5106.8107.2与基准酸露点温度的差/℃-1.1-0.7-0.300.4含氢量/%3.13.23.33.43.5酸露点/℃106.5106.7106.8107.0107.2与基准酸露点温度的差/℃-0.3-0.100.20.4由表2可以看出，在基准煤种参数附近，当含硫量变化0.1%时，酸露点温度大约变化3 ℃；当含水量变化1%时，酸露点温度变化约0.3 ℃～0.4 ℃；当含氢量变化0.1%时，酸露点温度变化约0.1 ℃～0.2 ℃。6结论从形成机理、影响因素、测量方法和计算方法多个角度分析了酸露点的研究现状，并对燃煤锅炉酸露点的影响因素进行详细分析。逐一列出包含经典公式与近期文献中公式在内的10种酸露点计算公式，对各公式的计算结果进行对比。结合实际案例，选择了最符合实际情况的酸露点计算公式，并对酸露点的变化特性进行分析，对运行人员提供有效的指导，对燃煤锅炉的安全运行有重要意义。（1）锅炉实际运行时，烟气中水蒸气含量、燃料含硫量、排烟温度、过量空气系数以及燃料灰分会对酸露点产生较大影响，应重点关注。（2）各类酸露点计算方法的计算结果偏差较大，对于实际问题，在计算前应首先考虑选用合适的酸露点计算方法。在所述案例中，张建中所给公式（12）更符合本算例的实际情况。（3）算例所采用的基准煤种参数附近，当含硫量变化0.1%时，酸露点温度大约变化3 ℃；当含水量变化1%时，酸露点温度变化约0.3 ℃～0.4 ℃；当含氢量变化0.1%时，酸露点温度变化约0.1 ℃～0.2 ℃ 。