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，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，可為什么用它來表示濕度呢？這是因?yàn)椋?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)致爐襯脫落。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極極化及陰極極化混合控制過程。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)的過電位也較大，故兩者同時(shí)對(duì)腐蝕過程起促進(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極極化控制過程，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......

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，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，可為什么用它來表示濕度呢？這是因?yàn)椋?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題。為解決低溫腐蝕問題，同時(shí)不過高提高排煙溫度，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)于化工過程來說，轉(zhuǎn)化率一般為3.2%～8.7%，對(duì)于重有色冶金來說，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，國內(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)配合起來綜合考慮。