露點(diǎn)

氣溫愈低，飽和水氣壓就愈小。所以對(duì)于含有一定量水汽的空氣，在氣壓不變的情況下降低溫度，使飽和水汽壓降至與當(dāng)時(shí)實(shí)際的水汽壓相等時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)。補(bǔ)充：當(dāng)該溫度低于零攝氏度時(shí)，又稱為霜點(diǎn)。露點(diǎn)溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說(shuō)，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度本是個(gè)溫度值，可為什么用它來(lái)表示濕度呢？這是因?yàn)?，?dāng)空氣中水汽已達(dá)到飽和時(shí)，氣溫與露點(diǎn)相同；當(dāng)水汽未達(dá)到飽和時(shí)，氣溫一定高于露點(diǎn)溫度。所以露點(diǎn)與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。在100%的相對(duì)濕度時(shí)，周圍環(huán)境的溫度就是露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)越小于周圍環(huán)境的溫度，結(jié)露的可能性就越小，也就意味著空氣越干燥，露點(diǎn)不受溫度影響，但受壓力影響。濕球溫度的定義是在定壓絕熱的情況下，空氣與水直接接觸，達(dá)到穩(wěn)定熱濕平衡時(shí)的絕熱飽和溫度。補(bǔ)充：Dew point 露點(diǎn)。冷凝開(kāi)始發(fā)生和形成潮濕的溫度。如果外部空氣的溫度低于諸如船艙或集裝箱這種封閉空間的內(nèi)部溫度，則船舶或集裝箱內(nèi)部的金屬表面形成水分。另一方面，如果外部空氣的溫度高于船舶或集裝箱內(nèi)部溫度，則水分直接在貨物表面形成。在某些情況下，有必要給船艙通風(fēng)以改變露點(diǎn)溫度來(lái)避免冷凝發(fā)生。補(bǔ)充，1. 露點(diǎn)就是一個(gè)溫度值，所以該詞條中的“露點(diǎn)溫度"叫法不妥當(dāng)。2. 當(dāng)溫度急劇下降到露點(diǎn)以下，空氣中的水分迅速凝結(jié)為小水珠，就形成了霧。補(bǔ)充：在一個(gè)單相氣體體系中，由于溫度和壓力的改變，系統(tǒng)中出現(xiàn)第一個(gè)液滴時(shí)的溫度或壓力。這個(gè)溫度或壓力稱為露點(diǎn)。

露點(diǎn)腐蝕

煙氣露點(diǎn)腐蝕是由于燃料中硫元素在燃燒時(shí)生成SO2，SO3，當(dāng)換熱面的外表面溫度低于煙氣溫度時(shí)，在換熱面上就會(huì)形成硫酸霧露珠，導(dǎo)致?lián)Q熱面腐蝕。具體的纖維爐襯中指，在鋼壁表面形成酸霧，致使錨固件與鋼壁的焊點(diǎn)位置腐蝕，導(dǎo)致?tīng)t襯脫落。解決的辦法就是減少爐襯厚度，增大外壁溫度，使外表面溫度高于煙氣溫度。露點(diǎn)腐蝕廣義地講就是在工藝氣體在降溫過(guò)程達(dá)到相變點(diǎn)產(chǎn)生液態(tài)結(jié)露（即露點(diǎn)。反之，由液態(tài)升溫達(dá)到汽化－沸騰就稱為[wiki]沸點(diǎn)[/wiki]。二者溫度是一樣的，但是能溫位水平就差個(gè)汽化[wiki]潛熱[/wiki]）。此時(shí)，介質(zhì)中若存在一些酸性物質(zhì)（如：硫，氯，氮等）就會(huì)在結(jié)露的水份中富集形成酸。比如最常見(jiàn)的露點(diǎn)腐蝕產(chǎn)生于鍋爐排放的煙氣，主要酸性物質(zhì)為硫化物——[wiki]硫酸[/wiki]，亞硫酸（當(dāng)然也會(huì)存在少量氯化物，氮化物），它的濃度可高達(dá)85％，對(duì)金屬特別是對(duì)不銹鋼產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕（有時(shí)甚至包括應(yīng)力腐蝕）。它的機(jī)理若詳細(xì)描述可以參考一下內(nèi)容：【濕法煙氣脫硫裝置的腐蝕機(jī)理】煙氣脫硫裝置中的腐蝕源主體為煙氣中所含的SO2。當(dāng)含硫煙氣處于脫硫工況時(shí)，在強(qiáng)制氧化[wiki]環(huán)境[/wiki]作用下，煙氣中的SO2首先與水生成H2SO3及H2SO4，再與堿性吸收劑反應(yīng)生成硫酸鹽沉淀分離。而此階段，工藝環(huán)境溫度正好處于稀硫酸活化腐蝕溫度狀態(tài)，其腐蝕速度快，滲透能力強(qiáng)，故其中間產(chǎn)物H2SO3及H2SO4是導(dǎo)致[wiki]設(shè)備[/wiki]腐蝕的主體。此外，煙氣中所含NOX、吸收劑漿液中的水及水中所含的氯離子（海水法氯離子腐蝕影響更大）對(duì)金屬基體也具有腐蝕能力。稀硫酸屬非氧化性酸，此類酸對(duì)金屬材料的腐蝕行為宏觀表現(xiàn)為金屬對(duì)[wiki]氫[/wiki]的置換反應(yīng)。從腐蝕學(xué)理論上可解釋為氫去極化腐蝕過(guò)程（亦稱析氫腐蝕）。就常用材料碳鋼及不銹鋼而言，兩種材料在稀硫酸環(huán)境中均處于活化腐蝕狀態(tài)，但腐蝕機(jī)理又略有不同。碳鋼在稀硫酸或其它非氧化性酸溶液中的腐蝕屬于陽(yáng)極極化及陰極極化混合控制過(guò)程。這是因?yàn)殍F的溶解反應(yīng)活化極化較大，同時(shí)氫在鐵表面析出反應(yīng)的過(guò)電位也較大，故兩者同時(shí)對(duì)腐蝕過(guò)程起促進(jìn)作用, 導(dǎo)致腐蝕速度加快。而不銹鋼在稀硫酸中的腐蝕屬于陽(yáng)極極化控制過(guò)程，這是因?yàn)椴讳P鋼在稀硫酸介質(zhì)中仍能產(chǎn)生一定程度的鈍化，金屬離子必須穿透氧化膜才能進(jìn)入溶液，因此陽(yáng)極極化作用大于陰極極化。但在煙氣脫硫中，仍有幾種變化影響：一是在濕法煙氣脫硫中，為保證生成物結(jié)晶效果，必須強(qiáng)制氧化。當(dāng)介質(zhì)中有富氧存在時(shí)，不銹鋼表面上的鈍化膜缺陷易被修復(fù)，因而腐蝕速率降低。但因同時(shí)具有固體顆粒磨損作用及介質(zhì)Clˉ存在，其鈍化膜易被Clˉ或固體顆粒磨損作用破壞，從而使腐蝕速率大大增加。Clˉ的破壞原因可能是由于Clˉ具有的易氧化性質(zhì)導(dǎo)致的。Clˉ容易在氧化膜表面吸附，形成含氯離子的表面化合物，由于這種化合物晶格缺陷較多，且具有較大的溶解度，故會(huì)導(dǎo)致氧化膜的局部破裂。此外，吸附在電極表面的離子具有排斥[wiki]電子[/wiki]能力，也促使金屬的離子化，但陽(yáng)極極化仍是主要的。故通常的碳鋼或不銹鋼在此環(huán)境中均不適用。國(guó)外經(jīng)多年對(duì)金屬材料的篩選試驗(yàn)，最后將適用金屬材料定位在鎳基合金上，并建設(shè)了若干中、小裝置。但由于鎳基合金價(jià)格昂貴，大型煙氣脫硫設(shè)備制做成本太高，其用材開(kāi)發(fā)逐漸轉(zhuǎn)到碳鋼—有機(jī)非金屬襯里復(fù)合材料技術(shù)路線上來(lái)......

露點(diǎn)溫度

露點(diǎn)（或霜點(diǎn)）溫度：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說(shuō)，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度本是個(gè)溫度值，可為什么用它來(lái)表示濕度呢？這是因?yàn)?，?dāng)空氣中水汽已達(dá)到飽和時(shí)，氣溫與露點(diǎn)溫度相同；當(dāng)水汽未達(dá)到飽和時(shí)，氣溫一定高于露點(diǎn)溫度。所以露點(diǎn)與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。露點(diǎn)儀：能直接測(cè)出露點(diǎn)溫度的儀器。使一個(gè)鏡面處在樣品濕空氣中降溫，直到鏡面上隱現(xiàn)露滴（或冰晶）的瞬間，測(cè)出鏡面平均溫度，即為露（霜）點(diǎn)溫度。它測(cè)濕精度高，但需光潔度很高的鏡面，精度很高的溫控系統(tǒng)，以及靈敏度很高的露滴（冰晶）的光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)。使用時(shí)必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔，否則管道內(nèi)的雜質(zhì)將吸收或放出水分造成測(cè)量誤差。二氧化硫的露點(diǎn)溫度由于鍋爐煙氣中含有酸性氣體(如二氧化硫、三氧化硫 和氮氧化物 )和水蒸氣，尤其對(duì)于采用高硫燃料的鍋爐，煙氣露點(diǎn)溫度較高，可達(dá)150℃，經(jīng)常引起鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕，特別是空氣預(yù)熱器，嚴(yán)重時(shí)，1-2年就需更換。為避免低溫腐蝕，不得不提高排煙溫度，多在150～200℃以上，降低了鍋爐熱效率，同時(shí)將大量有害氣體(如二氧化硫等)排向大氣，嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)極大地浪費(fèi)能源。此外，化工行業(yè)和造紙行業(yè)也產(chǎn)生大量的含二氧化硫的高溫氣體，對(duì)其的熱能回收以及減少二氧化硫也是亟待解決的問(wèn)題。為解決低溫腐蝕問(wèn)題，同時(shí)不過(guò)高提高排煙溫度，提出了玻璃管空氣預(yù)熱器，但由于制造、安裝和運(yùn)行存在一系列問(wèn)題，并未廣泛采用。對(duì)于鍋爐煙氣脫硫，主要有干法、濕法和半干半濕法，但均采用脫硫劑，吸收煙氣中二氧化硫氣體，一般設(shè)備復(fù)雜，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，同時(shí)增加煙氣阻力，增加煙塵量，加大除塵負(fù)荷。因而，中小型工業(yè)鍋爐安裝脫硫裝置的較少。根據(jù)以上分析，研制一種適合中小型鍋爐尾部抗腐蝕的受熱面，有效降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率，同時(shí)對(duì)煙氣中二氧化硫等有害氣體有一定吸收作用，成為迫切的要求。

余熱鍋爐的酸露點(diǎn)溫度計(jì)算

很多工業(yè)爐窯排出的煙氣中，常含有一些腐蝕性氣體和腐蝕性物質(zhì)，如硫的氧化物，釩的氧化物，硫酸鹽絡(luò)化物等。這些物質(zhì)對(duì)余熱鍋爐會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，嚴(yán)重時(shí)在很短的時(shí)間內(nèi)會(huì)使鍋爐遭到損壞。當(dāng)進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣中含有二氧化硫時(shí)，其中一部分會(huì)轉(zhuǎn)化成三氧化硫，并與煙氣中的水蒸汽結(jié)合生成硫酸蒸汽，且能顯著地提高煙氣的露點(diǎn)溫度，在低溫金屬表面上凝結(jié)形成硫酸溶液，與堿性灰反應(yīng)，也與金屬反應(yīng)，因而產(chǎn)生腐蝕。由于經(jīng)常發(fā)生在鍋爐的低溫受熱面上，故稱低溫腐蝕。低溫腐蝕的特點(diǎn)是均勻性腐蝕，它使管壁厚度逐漸減薄以至破裂，對(duì)余熱鍋爐的安全運(yùn)行危害性極大。為了有效地防止低溫腐蝕的發(fā)生，以確定余熱鍋爐受熱面的壁溫和鍋爐的運(yùn)行壓力，必須計(jì)算出硫酸蒸汽的酸露點(diǎn)溫度。除三氧化硫外，氯氣和二氧化硫等也會(huì)產(chǎn)生低溫腐蝕，但它們都發(fā)生在煙氣的水蒸汽的露點(diǎn)以下，因露點(diǎn)溫度很低(一般是在30℃～60℃)，余熱鍋爐中可不予考慮。1、三氧化硫的生成及轉(zhuǎn)化率的確定煙氣中三氧化硫生成的機(jī)理極其復(fù)雜。一般以為一部分是在工藝生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的，一部分是在煙道和余熱鍋爐中產(chǎn)生的。在工藝生產(chǎn)過(guò)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燒反應(yīng)中形成的。如：CO＋O2→CO2＋O

H＋O2→OH＋O這些原子氧很活潑，容易將二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。另外，氧分子、二氧化碳及金屬氧化物在爐子高溫輻射下，其中一部分也會(huì)分解原子氧而使二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。當(dāng)壓力一定時(shí)，二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的平衡曲線如圖1所示。從該圖可以看出低溫時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)化成三氧化硫有利。在850℃以上的高溫下，三氧化硫幾乎不產(chǎn)生。在溫度相同時(shí)，壓力升高會(huì)增加向三氧化硫方面的轉(zhuǎn)化。但實(shí)際上，因原子氧、三氧化硫觸媒及飛灰的作用而變得更為復(fù)雜。在工藝生產(chǎn)過(guò)程中，如處理物料中含有硫酸鹽時(shí)，也會(huì)直接分解生成三氧化硫。如重有色金屬硫化礦火法冶煉時(shí)，所生成的高溫?zé)煔庵泻趸蛞话阏级趸虻?%～6%。

圖1 SO2、SO3平衡狀態(tài)

在余熱鍋爐中，在催化劑的作用下，煙氣里的二氧化硫有一部分會(huì)轉(zhuǎn)化成三氧化硫。余熱鍋爐煙氣中常見(jiàn)的催化劑有三氧化二鐵、三氧化二鋁、五氧化二、二氧化硅、煙塵等。從圖2可以看出，催化劑作用一般只發(fā)生在500℃～800℃之間，當(dāng)余熱鍋爐積灰時(shí)，積灰的表面溫度隨積灰厚度的增加而上升，從而有利于二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。其中三氧化二鐵和煙塵對(duì)轉(zhuǎn)化所起的影響最為顯著。因工業(yè)爐使用的原料和燃料不同，以及工藝過(guò)程的不同，煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的轉(zhuǎn)化率也是不同的。對(duì)于化工過(guò)程來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)化率一般為3.2%～8.7%，對(duì)于重有色冶金來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)化率一般為6%～10%，為了考慮余熱鍋爐的安全，在計(jì)算煙氣的酸露點(diǎn)溫度時(shí)推薦采用10%的轉(zhuǎn)化率。

圖2 在各種催化物質(zhì)的作用下SO2 轉(zhuǎn)化成SO3與溫度的關(guān)系

X—Fe2O3；O—煙塵；□—SiO2；△—Al2O32、硫酸蒸汽的酸露點(diǎn)溫度的計(jì)算煙氣中不但有三氧化硫，而且有水蒸汽，它們相互作用而生成硫酸蒸汽。如果管壁溫度低于某一數(shù)值，硫酸蒸汽就會(huì)在管壁上凝結(jié)并產(chǎn)生腐蝕。這一數(shù)值就稱為硫酸蒸汽的酸露點(diǎn)溫度。硫酸蒸汽的酸露點(diǎn)溫度主要取決于煙氣中三氧化硫和水蒸汽的含量，一般可按下述方法確定。煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度按下式計(jì)算：C=98×VSO3/(80×VSO3＋18×VH2O)   (1)VSO3＝K×VSO2   (2)式中：VSO3—煙氣中SO3的容積份額，%；VH2O—煙氣中H2O的容積份額，%；VSO2—煙氣中SO2的容積份額，%；K—煙氣中SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率，%；C—煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度，%。煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和按下式計(jì)算：PH2O＋SO3＝（B－P／13.6)(VSO3＋VH2O）／100   (3)式中：B—鍋爐安裝處大氣壓力，Pa；P—鍋爐入口處煙氣負(fù)壓，Pa；PH2O＋SO3—煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和，Pa。根據(jù)C及PH2O＋SO3之值可從圖3查出酸露點(diǎn)溫度。

圖3 在汽相中硫酸濃度和露點(diǎn)之間的關(guān)系

3、例題某焙燒爐煙氣成分：SO2：9.075%；CO2：0.45%；H2O：10%；O2：5.48%；N2：75%；求酸露點(diǎn)溫度及鍋爐的運(yùn)行壓力。已知鍋爐入口處煙氣負(fù)壓為－30Pa。解：設(shè)二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的轉(zhuǎn)化率K為10%，則VSO3＝K×VSO2＝0.1×9.07＝0.907(%)煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度按公式(1)計(jì)算：C＝98×VSO3／（80×VSO3＋18×VH2O)＝98×0.907/(80×0.907+18×10)＝35.2(%)煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和按公式(2)計(jì)算：PH2O＋SO3＝9.8(b-Pr/13.6)(VSO3＋VH2O）／100＝9.8(760-30/13.6)(0.907+10)/100=810Pa根據(jù)C＝35.2%及PH2O＋SO3＝810Pa可從圖1查出酸露點(diǎn)溫度為：Tld＝214℃按Tld=214℃查飽和蒸汽表，可知鍋爐運(yùn)行壓力應(yīng)為2.0MPa。4、結(jié)論由于影響低溫腐蝕的因素很多，為了安全起見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于存在低溫腐蝕的余熱鍋爐，一般將運(yùn)行壓力選定在2.5MPa以上，并與用戶用汽要求或余熱發(fā)電機(jī)組要求的熱力參數(shù)配合起來(lái)綜合考慮。