湿法脱硫后烟囱腐蚀环境的数值预测.pdfVIP

——一望堡苎壅皇兰查堕憋芝 (二)废气治理技术 湿法脱硫后烟囱腐蚀环境的数值预测 唐志永。金保升。孙克勤@仲兆平。 (东南大学动力工程系 南京210096)@ (苏源环保工程股份有限公司 南京210024)@ 摘要：湿法脱硫后烟囱腐蚀环境是影响烟囱腐蚀速率和寿命的关键因素。基于CFD 软件平厶，该文首次采用了修正的选度方程和热力学相平衡理论，建立理论模型对 烟囱腐蚀环境进行数值预测。研究结果表明：(1)随着烟气中水蒸气含量的增加， 冷凝酸液浓度呈线性降低，硫酸蒸气冷凝沉积速度几乎不变，而水蒸气冷凝沉积速 度线性增加；(2)壁面温度对冷凝酸液浓度有决定性影响，随着壁面温度的升高， 冷凝酸液浓度随之升高，硫酸冷凝沉积速度略微下降，而水蒸气冷凝沉积速度下降 幅度很天；(3)随着硫酸蒸气含量的增加，硫酸蒸气和水蒸气冷凝沉积速度线性增 加，硫酸蒸气浓度为控制因素；(4)烟气流速对硫酸蒸气和水蒸气的沉积速度的影 响不大。 关键词：硫酸；冷凝：腐蚀环境：数值预测 一、引言 燃煤电站烟气中存在S0，蒸气体积分数为1×10_6～50×10～，当烟气温度低于200 ℃时，超过99％的SO，基本上全部和水蒸气生成硫酸蒸气Ⅲ。当烟气温度低于酸露点时， 硫酸蒸气在烟囱低温面冷凝沉积生成酸液，对烟囱造成腐蚀，影响烟囱的运行寿命。湿 法脱硫后烟囱的冷凝腐蚀环境烟囱腐蚀速率和寿命的关键因素，由冷凝酸液浓度和冷凝 酸液沉积速度确定。因此烟囱腐蚀环境的预测有十分重要的意义。 目前国内对湿法脱硫后烟气的腐蚀环境的预测研究非常少，大多采用的是根据经验 公式来估计酸沉积速度，H2SO。一H20两相状态图来估计冷凝酸液浓度。适用范围不大， 且误差较大，不适合具体工况的计算f2】，国外的Taylor等人脚实验研究了混台烟气的硫酸 冷凝沉积的机理。EGalen Hodge和W．L．Silencet41认为冷凝酸液的最大浓度是水蒸气分压 R和MarchalDt3J通过对硫酸溶液相平衡数据的拟合，基于传质 和壁面温度的函数。Dietz EK用有限差分 理论模拟了硫酸沉积速度，但拟合方程十分复杂，计算难度很大。Levy RW 近似的方法对传质方程进行求解，模拟了空气预热器中硫酸的沉积速度【6l，Wilson V采 采用逸度方程和修正的Graetz解法模拟了层流烟气中硫酸的沉积速度【7】，Vorgelegt 男，Fluent商业软件对烟气中的硝酸和硫酸的冷凝速度进行模拟，证明了用该软件模拟烟 气旁硫酸沉积速度的可行性嗍。 r’本文首次采用修正的逸度方程和热力学相平衡理论，利用CFD软件平台，建立预测 湿法脱硫后烟囱腐蚀环境的理论模型，对湿法脱疏后电站烟囱的冷凝酸浓度、沉积速度 进行数值预测，为电站烟囱的安全运行、寿命预测和防腐设计提供可靠依据。 二、冷凝酸液浓度模拟模型 1．逸度方程的提出 Abel等人【9】㈣首先提出了硫酸溶液的逸度方程，通过理想气体假设，由溶液的组分 浓度来估计汽液界面处的蒸气成分。Gmitro和Vermeulent”睬用更新的热力学参数，对逸 度方程进行了修改，见下： (1) 1nP=aA十bB+cC十△旦”D十△s”E+云：，+z‘G+倒t／+】n-(298) 式巾：p一汽液界面水或硫酸蒸汽分压，atm；a，b，c——理想气体热容系数， 组分或硫酸组分的偏摩尔热容，cal／mol·K；a—在298K时不同浓度硫酸溶液水或硫 组分活度的对数；R——理想气体常数，1．987cal／mol·K；A一卜关于温度影响的方程 系数，由冷凝酸液温度T决定，见文献【7】：卜冷凝硫酸溶液温度，K。 2．冷凝硫酸溶液浓度的计算 由于冷凝硫酸溶液浓度的数据特性，酸冷凝速度和水的