从“十三五”末到“十四五”初,国家对大气、水体及土壤的环保要求日益提高。中国政府于2020年明确提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标,为应对全球气候变化作出了负责任的承诺,体现了大国担当。火电厂排烟消白系统对于减缓雾霾生成,降低地面污染物浓度有着重要环保意义,脱硫塔后饱和烟气含有大量水蒸气及潜热余热,有效回收凝结水及潜热对锅炉系统节水、节能有重要意义。目前锅炉尾部排烟消白系统普遍配置了媒介式气换热装置（Media Gas Gas Heater,MGGH）系统及烟气冷凝器,MGGH系统涉及到众多锅炉尾部设备,按照烟气流向串联布置了 MGGH原烟冷却装置、脱硫塔、烟气冷凝器、MGGH净烟加热装置等设备,设备间彼此联系,相互影响。利用MGGH消除白烟,实质上就是通过提升净烟温度来提高净烟中水蒸气过热度。具有一定过热度的水蒸气在与环境冷空气混合过程中若始终处于过热状态或者饱和状态,则烟气是无色的,如果有液滴析出,则烟气成为白色烟羽。过热度大小取决于环境状态,其确定方法称为排烟消白准则。为了获得排烟消白准则,精准设计MGGH设备和系统,必须明确MGGH消白涉及到的烟气特性、烟气增湿规律及增湿过程。目前业界对上述过程中各设备边界条件的确定原则尚不完善,对整个系统烟气特性、运行规律和各设备之间耦合影响的综合研究较少,往往造成运行性能与设计参数存在偏差,影响设备安全经济运行。本文采用理论分析、实验室实验及现场测试、数值模拟的方法系统研究了燃煤锅炉尾部MGGH系统烟气特性及烟气消白计算准则。论文首先针对整个MGGH系统入口边界条件,即烟气量及烟气成分特性进行研究,建立了基于煤工业分析及现场运行数据的风量及烟气成分计算模型,提出了可快速响应的烟气量测量方法,可以实时计算和测定烟气量及烟气成分,为精准设计MGGH奠定基础。其次,对于含硫烟气在锅炉低压管道中广泛使用的20#（GB3087）碳素钢（以下简称为20#钢）有限腐蚀特性进行研究,基于20#钢在高浓度硫酸下（超过60wt%）的钝化特点,定义了 20#钢硫酸钝化露点的概念,采用逸度方程推导出其计算公式,并通过试验研究了烟气在钝化露点的有限腐蚀特性,验证了其作为20#钢安全控制壁温的可靠性,其目的是保证MGGH的运行可靠性。再次,研究了脱硫塔内烟气加湿特性,建立了气液两相传热传质模型及浆液温度的计算模型,通过实验验证了模型准确性。基于所建模型获得了烟气增湿规律,可用来分析脱硫塔蒸发水耗,并为及烟气冷却器提供设计参数。研究了脱硫塔内流场、浓度场及烟气携带特性的变化规律,提出了基于气液耦合原理的导流板结构,对于脱硫塔的传热传质增效提供新的思路,为控制烟气的湿度、脱硫塔的增效提供了理论依据。最后,基于焓湿图切线理论对于MGGH净烟气加热温升进行了计算。同时,基于所建模型完成了含有烟气冷凝器的MGGH系统的闭环设计,并在其基础上进行了消白特性的现场试验,验证了模型准确性。本文完成的主要研究内容如下:（1）基于煤质工业分析数据及现场运行数据的烟气量、烟气成分数学模型的研究与验证。提出了可燃质耗氧的概念,获得了可燃质耗氧与煤低位发热量与收到基水分的关系。基于可燃质耗氧建立了理论空气量、理论烟气量计算公式,考虑了收到基水分对理论空气量及理论烟气量的影响。模型可用于所有煤种,对于水分高达40%的褐煤预测准确度在97%以上,在全煤种范围内预测平均准确度在95%以上。给出了烟气成分的定量计算方法,提出了基于流速分布规律的烟气量测量方法,其准确度在90%以上。为精准设计MGGH的设备和系统奠定了基础。（2）20#钢钝化露点的概念及烟气有限腐蚀特性研究。基于20#钢腐蚀特性,即60%以上质量浓度硫酸对普通碳钢产生钝化效应,提出了 20#钢钝化露点概念,以60wt%硫酸和水蒸气含量作为H2SO4-H2O二元系统相平衡的强度变量参数,基于逸度方程推导出钝化露点与水蒸气分压力之间的函数关系。通过现场试验对不同壁温下换热器传热特性及积灰特性进行了研究,结果表明:壁温在钝化露点区间以上时传热系数较高且处于稳定状态,而在该区间内传热系数明显下降,说明积灰逐渐增加,影响了传热热阻。其积灰特性为:壁温在钝化露点区间以上时,积灰为蓬松状,无粘性,微观结构为小颗粒,无团聚现象,电镜检查S元素处于较低水平。在钝化露点区间内,积灰逐渐出现粘性,微观颗粒发生团聚,S元素明显提高。基于以上试验确定了将钝化露点作为20#钢有限腐蚀露点的可行性。这一研究可以保证设计的MGGH系统可在锅炉尾部烟道低温烟气环境下安全可靠运行。（3）脱硫塔浆液温度确定方法及内部烟气加湿特性研究。提出了烟气绝热饱和温度的概念,建立了脱硫塔浆液温度的数学计算模型。针对喷淋过程重新推导了路易斯关系式,基于焓分析获得了适用于喷淋过程的麦克尔焓差公式、三变量及四变量气水传热传质方程,得到了一维流动的浆液颗粒速度、烟气温湿度解析解公式。基于确定的浆液温度,对浆液颗粒速度、烟气温度、湿度及压差进行了一维耦合迭代计算,获得了各参数分布数值解。讨论了不同浆液颗粒直径、烟气温度及液气比对流动及传热传质的影响。通过现场及物模试验确定了模型的准确度。这一研究确定了烟气增湿的规律,为准确设计烟气冷却器奠定了基础。（4）脱硫塔内部流场、浓度场及浆液携带特性数值模拟研究。基于某600MW机组脱硫塔,建立了流场及浓度场数学模型,并验证了模型准确性。分析了出口位置对未喷淋时流场的影响,分析塔内流场的变化原因,提出了压力诱导流、圆截面汇集流,并研究了其流型分布特点。对于喷淋时流场及颗粒浓度场的相互影响进行了研究,分析了耦合作用下流场颗粒诱导流、反弹流及抬升流流型分布特点,讨论了不同负荷及液气比条件下流场、浓度场及压差分布,研究了流场及浓度场动态变化特性,讨论了进入除雾器时浆液携带特性的变化规律。基于上述研究设计了导流板结构。利用这一研究成果,可进行流场的均匀性控制,为控制烟气湿度和脱硫塔增效提供了理论依据。（5）白烟产生机理及净烟加热器加热温升研究。通过焓湿图解释了白烟生成机理。以焓湿图切线原理作为净烟加热器加热温升的计算准则,建立了切线方程、切点求解及净烟气加热温升的计算模型。给出了不同环境温湿度及脱硫塔出口饱和烟温条件下净烟气温升。研究了不同环境温度及湿度条件下焓湿图切线切点的分布特性、烟气加热温度变化趋势。基于本文提出的计算模型设计了 MGGH系统,并通过实测数据验证了其正确性。通过现场试验对白烟控制模型进行了验证,系统地分析了试验数据与计算准则预测值偏差及误差产生的原因。通过以上研究,获得了 MGGH系统烟气量及成分特性,有限腐蚀特性,加湿特性及浆液携带特性等内容。对于烟气量计算及测量方法实现了闭环验证,拓宽了 20#钢安全壁温使用范围,提高了 MGGH系统设备使用安全性和经济性。对于脱硫塔内部的传热传质研究可为脱硫塔合理运行提供指导,并为后续烟气冷却器设计提供边界条件。针对脱硫塔内三维流场、颗粒浓度场及浆液携带特性分布的研究,为强化气水传热传质,降低浆液携带,科学布置导流板提供了新的思路。基于焓湿图切线理论计算获得的净烟加热器烟气温升控制准则,对于净烟加热器的设计具有指导意义。本文结论具有较高的理论意义和工程实用价值。