硫酸氢铵对飞灰黏附特性的影响机制研究：揭示燃煤电厂空气预热器堵塞的物理化学作用

针对燃煤电厂SCR脱硝过程中硫酸氢铵(ABS)沉积引发的空气预热器堵塞问题，本研究通过模拟不同灰硫比(F-A)和温度条件，揭示了ABS通过物理吸附(液态ABS)和化学反应(生成CaSO4、Fe2(SO4)3)增强飞灰黏附的机制，发现220℃时液态ABS的黏附增强效应最显著，构建了非催化ABS黏附模型，为预防空气预热器堵塞提供理论依据。

　　

燃煤电厂在追求绿色转型的过程中，选择性催化还原(SCR)技术成为降低氮氧化物(NO_x)排放的主力军。然而，当电厂实施"深度调峰"改造后，SCR入口烟气温度可能低于V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的最佳工作温度区间(300-400℃)，这不仅会降低催化剂活性，还可能导致过量氨(NH₃)逃逸。更棘手的是，催化剂会将0.5-2%的SO₂氧化为SO₃，后者与逃逸的NH₃反应生成硫酸氢铵(ABS)——这种黏稠物质在空气预热器的低温区域液化后，就像"胶水"一样黏附飞灰颗粒，最终造成设备堵塞。这种堵塞不仅减小了流通面积、增加阻力，还会降低热交换效率，严重影响电厂的安全经济运行。

针对这一难题，长沙理工大学的研究团队在《Fuel》上发表了一项开创性研究。他们系统考察了ABS沉积量和温度对飞灰黏附特性的影响，通过热分析、粒度分布、N₂吸附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线荧光光谱(XRF)等多种表征手段，揭示了ABS与飞灰相互作用的物理化学机制。

关键技术方法
研究团队设计了灰硫比(F-A)从150:1到3:1的系列样品，采用原位加热黏附力测量装置，在175-270℃温度区间测试了飞灰黏附力的变化。通过比较加热与未加热样品的差异，区分了液态ABS的物理作用和化学反应的影响。利用XRD和XRF分析了ABS与飞灰主要组分(SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃)的反应产物，结合SEM观察了颗粒表面形貌变化。

研究结果

液态ABS对飞灰黏附的影响
实验数据显示，当ABS在飞灰中的沉积比例超过1.96%时，黏附力显著增强。在175℃、220℃和270℃三个温度点，F-A_3.85样品(ABS占比3.85%)的黏附力分别达到峰值，其中220℃时液态ABS的增强效应最为突出。这表明液态ABS通过润湿颗粒表面形成液桥，大幅提高了颗粒间的黏附力。

ABS与飞灰的化学反应
XRD分析发现，ABS会优先与飞灰中的CaO反应生成CaSO₄，其次是Fe₂O₃转化为Fe₂(SO₄)₃。这些硫酸盐产物会覆盖在颗粒表面，改变其物理特性。特别值得注意的是，ABS还能促进低熔点物质钾明矾的形成，这可能是导致飞灰在低温下黏结成块的重要原因。

结论与意义
该研究首次系统阐明了ABS通过双重机制影响飞灰黏附：在物理层面，液态ABS形成液桥增强颗粒间作用力；在化学层面，ABS与飞灰组分反应生成硫酸盐并促进低熔点物质形成。基于这些发现，研究团队构建了空气预热器中非催化ABS黏附模型，为开发新型防堵技术提供了理论指导。

这项工作的创新性在于：首次量化了ABS沉积比例与飞灰黏附力的关系，明确了220℃为最危险温度区间；揭示了ABS与飞灰各组分的反应优先级，为开发针对性添加剂(如钙基物质)提供了依据。研究成果对保障燃煤电厂灵活调峰运行、降低维护成本具有重要实践价值，也为其他工业领域处理类似黏附问题提供了参考范式。