目前,为了提高大型燃煤锅炉热效率、实现煤炭清洁利用,同时,为了更好地利用风能、太阳能等可再生能源并网发电,燃煤锅炉的“超低排放”、“节能改造”以及“灵活性改造”工作势在必行。这三方面改造都需要深度降低锅炉尾部烟气温度。由于尾部烟道中酸性气体和飞灰颗粒的存在,深度降低排烟温度会造成受热面粘结性积灰和低温腐蚀。因此,探究燃煤锅炉尾部烟气中灰颗粒与凝结酸液的作用机理,预防燃煤锅炉尾部烟道受热面的粘结性积灰和低温腐蚀是深度降低燃煤锅炉排烟温度,保证尾部换热器安全高效运行的关键。本课题选择燃煤锅炉尾部烟气灰颗粒与凝结酸液的作用机理作为研究方向,采用理论分析、现场试验、实验室试验相结合的研究方法对烟气热力学酸露点、硫酸凝结、灰颗粒与凝结酸液的相互作用以及作用产物对金属壁面的腐蚀影响进行综合研究。首先从酸性气体的热力学酸露点和酸凝结理论入手,对不考虑飞灰颗粒的净烟气进行硫酸凝结理论研究,从理论上证明了酸凝结主要取决于壁面温度。其次在理论分析的基础上,采用特制的换热单套管进行基于积灰层传热特性的变壁温诱导酸凝结过程实验研究,发现换热特性突变源于低温壁面的酸凝结量超过沉积灰颗粒的吸附量。再次,按照上述特制单套管的变壁温诱导酸凝结过程实验,对同容量煤粉炉和循环流化床锅炉尾部烟道的低温积灰层灰样进行表征测试分析研究,根据积灰外观特性和粘附管壁的程度,提出了干燥疏松积灰层、粘附性积灰层以及粘结性积灰层三种特征积灰层的概念,探求不同酸-灰作用下特征积灰层的形成机理,并绘制特征积灰层的形成模型。在定性分析现场试验的基础上,为了深入研究不同成分颗粒物与酸液的相互作用以及作用产物对金属壁面的腐蚀影响,设计建立相关的实验室试验。最后,结合净烟气的酸凝结理论计算模型、现场试验和实验室试验的结果,采用定量分析的方法,对烟气中灰颗粒与凝结酸液的作用机理进行研究。本文完成的主要研究内容如下:（1）考虑到实际燃煤锅炉尾部烟气成分以及硫酸蒸汽凝结过程的复杂性,假设烟气为净烟气,忽略烟气中飞灰的影响,硫酸凝结与烟气各参数属于相平衡的范畴,将凝结系统简化为H2SO4-H2O二元系统。结合气液相平衡理论和多组分扩散效应,建立了传热表面硫酸凝结物理模型,首次提出考虑局部凝结质量传输效果的热力学酸露点迭代计算方法,可以准确预测对应凝结酸液浓度。通过分析热力学酸露点和酸凝结的影响因素,发现凝结温度是决定酸凝结的关键。结合酸腐蚀机理研究,发现低温腐蚀取决于壁面酸凝结浓度,推荐尾部换热设备安全运行温度为80℃。（2）在理论分析的基础上,在某300MW亚临界燃煤锅炉空预器和除尘器之间的尾部烟道,进行基于积灰层传热特性的变壁温诱导酸凝结过程实验研究。分析管外烟气侧和管内水侧运行参数对单套管积灰层热力特性的影响规律,结合实际试验过程中的烟气成分和壁面温度,根据酸凝结理论,探讨实际试验过程中烟气成分变化和壁温变化对酸凝结的影响规律。结果表明,疏松干燥积灰层向粘附性或粘结性潮湿积灰层转变是造成传热特性恶化的关键,而这个转变主要取决于壁面酸液凝结量和凝结酸液浓度。（3）为了深入探究酸-灰作用积灰层的形成机理,分别对同容量循环流化床锅炉和煤粉炉的尾部烟道进行特制单套管的变壁温诱导酸凝结过程实验。根据积灰外观特性和粘附管壁的程度,提出了干燥疏松积灰层（85℃）、粘附性积灰层（65℃）以及粘结性积灰层（45℃）三种特征积灰层的概念;分别采用SEM&EDS、XRD、XRF等的表征测试分析方法,对三种特征积灰层的现场取样进行微观测试研究。结果发现:疏松干燥积灰取样与烟气中的飞灰物性参数相似;粘附性湿灰有明显的亚微米灰颗粒团聚和S元素含量增加,硫酸凝结量超过壁面沉积灰颗粒的吸附能力,增加了粘性;粘结性湿灰可以分为三层:最内致密层、中间板结层、最外粘附层。（4）硫酸蒸汽首先凝结在亚微米灰颗粒表面,亚微米灰颗粒与凝结酸液相互作用后粘性增加,作为较大灰颗粒间的粘附剂,促进灰颗粒间的团聚,逐渐形成粘附性积灰和粘结性积灰。随着壁面温度的降低,硫酸凝结量增加,凝结酸液中含有除H2SO4外的HCl和HF,壁面积灰与混合酸液发生作用,凝结酸液向壁面积灰层渗透,由于总酸凝结量大于积灰层的吸附能力,整个积灰层粘性增加,壁面沉积飞灰颗粒难以剥离,导致粘结性积灰层越来越厚。因此,特征积灰层是由壁面沉积灰颗粒与壁面凝结酸液的相互作用程度决定的,疏松干燥积灰层对应不饱和酸-灰作用积灰层,粘附性积灰层对应过饱和酸-灰作用积灰层,粘结性积灰层对应混合酸-灰作用积灰层。（5）在简化壁面灰颗粒沉积和硫酸凝结的基础上,将积灰层作为一个整体,设计实验室试验;采用不含碱性纯氧化物（SiO2）、碱性纯氧化物（MgO、CaO）和飞灰颗粒与不同浓度硫酸溶液进行酸-灰作用机理的实验研究。对反应后产物进行pH值、电导率以及硫酸根离子测试,揭示了颗粒物与硫酸溶液的作用机理为物理吸附作用和化学反应,并得到灰颗粒与凝结酸液的最大反应量（2.52g/g）。对反应后产物取样进行SEM&EDS、XRF以及XRD表征测试,发现与现场试验的灰样测试结果一致。对反应后金属壁面进行SEM表征测试,探究了金属壁面的腐蚀机理。对ND钢、Corten钢（考登钢）、316L钢、20#钢进行腐蚀性试验,分析各工况的腐蚀速率可知,60%硫酸浓度下,金属腐蚀速率由高到低,依次为:316L钢>20#钢>Corten钢>ND钢,316L腐蚀现象最显著;颗粒物有降低管材腐蚀的作用,依次为:MgO、CaO颗粒>飞灰颗粒>SiO2颗粒。由此推论得到飞灰与酸液的作用机理以及作用产物对金属壁面的腐蚀影响,为定量分析酸-灰作用奠定基础。（6）在净烟气中酸露点和酸凝结理论计算的基础上,结合液滴形成过程,研究烟气中飞灰颗粒对热力学酸露点和酸凝结的影响。飞灰粒径对凝结率有显著影响,中肯半径r0可以作为判定超细飞灰粒径的标准,粒径小于中肯半径的亚微米飞灰颗粒（rash<r0）可以作为凝结核,在过冷度低的情况下促进凝结的进行。在热力学酸露点下,当飞灰粒径小于中肯半径时,随着飞灰粒径的降低,硫酸蒸汽、水蒸汽以及酸液凝结率明显增加,尤其是硫酸蒸汽凝结率;并且飞灰粒径越小,凝结越易发生。然而,过冷度超过30℃时,凝结核对低温凝结的影响很小,烟气中亚微米飞灰颗粒对低温壁面酸凝结的影响可以忽略不计。凝结在亚微米飞灰颗粒表面被烟气携带的而不被低温壁面捕获的酸液量较少,烟气中亚微米飞灰颗粒对烟气酸蒸汽的降低作用较小,可忽略不计,这也与第2章凝结理论计算中的假设一致。（7）燃煤锅炉尾部换热器壁面的低温腐蚀应综合考虑酸液凝结浓度和沉积灰颗粒对酸液的吸附作用,即使凝结酸液浓度低于60%,也不一定出现明显的低温腐蚀现象。当壁面灰颗粒沉积量可以反应吸附凝结酸液量时,壁面易形成疏松干燥积灰层,金属壁面不会出现明显的腐蚀现象。而当壁面沉积灰颗粒量较少,壁面凝结酸液超过沉积灰颗粒的吸附能力时,壁面形成潮湿积灰层。并且金属壁面与凝结酸液更易发生反应,腐蚀产物增加壁面粗糙度,导致灰颗粒更易捕集,积灰层越来越厚;温度越低,越易形成粘结性积灰层,低温腐蚀越显著。通过以上研究,首次完成了尾部烟气受热面沉积灰颗粒与凝结酸液作用的定性和定量研究,构建了烟气灰颗粒与凝结酸液相互作用的研究方法,形成了较为完善的基于特征积灰层的酸-灰作用理论,奠定了燃煤锅炉尾部受热面减轻和防止积灰、腐蚀的技术路线,对于优化燃煤锅炉尾部烟道的安全高效运行有重大指导意义,所得结论具有较高的理论价值和工程应用价值。