生物质是人类最早开始利用的绿色可再生能源,随着“双碳”政策的提出,生物质利用备受关注。生物质中碱金属含量较高,能显著降低其灰熔融温度,在燃烧过程中诱导产生严重的床料颗粒团聚与受热面积灰问题,制约着生物质的规模化利用。这涉及生物质灰熔融特性、矿物转化规律与生物质灰和床料颗粒相互作用机理等科学问题。针对这些科学问题,本文基于原位X射线衍射仪（HT-XRD）与常规X射线衍射仪（XRD）结合的方式,研究了生物质燃烧过程的灰熔融特性,揭示了生物质灰的矿物转化规律,阐明了生物质灰与二氧化硅的相互作用过程,旨在为规模化清洁高效利用生物质提供理论依据和基础研究数据。本文的主要研究内容及结论如下:首先在生物质灰烧结熔融特性和矿物转化规律方面,以四种西南地区典型生物质为例,分析表征了其灰熔融特性,并通过利用原位X射线衍射仪与常规X射线衍射仪相结合的方式探究了生物质燃烧过程的矿物转化规律。研究表明:生物质灰中碱金属元素含量及其矿物组成的差异是造成各类生物质灰熔融特性不同的主要原因。在燃烧过程中,750℃-850℃时,KCl析出,随温度的提高,析出的K元素与生物质中元素Si和Al发生相互作用,形成低熔点硅酸盐或硅铝酸盐。低熔点钾基矿物的生成是生物质灰发生烧结熔融的主要原因。同时,为了将生物质复杂成分简单化,通过合成灰实验,探究了钾盐形式（K2CO3、KCl、K2SO4）及含量（10%、20%、40%）对合成灰烧结熔融特性和矿物转化规律的影响。结果表明:随钾盐含量增加,合成灰的烧结熔融程度显著增加。钾盐为K2CO3的合成灰随温度升高,K与Si和Al元素结合生成低熔点钾基矿物诱导严重的颗粒烧结熔融;对于KCl形式的合成灰,温度在750℃-850℃时,KCl灰比K2SO4的合成灰的烧结程度高的原因主要有两个,一是碱金属K主要以KCl的形式释放,这些释放的KCl与硅铝元素发生相互作用,生成低熔点钾基硅（铝）酸盐;二是KCl本身的熔点较低;950℃时K2SO4的合成灰比KCl合成灰烧结程度高的原因是此时K2SO4本身开始发生烧结熔融,并且大部分K2SO4转化为熔点更低的硅铝酸盐但此时大部分KCl已经逃逸。在生物质灰与床料颗粒作用过程方面,探究了不同气氛下小麦秸秆灰与床料的相互作用。结果表明:不同温度下小麦秸秆灰单独燃烧时气氛对其烧结熔融特性及矿物转化规律几乎无影响。在小麦秸秆灰与石英砂混合均匀时,氮气和二氧化碳气氛下均会促进小麦秸秆残灰和床料的烧结熔融。小麦秸秆灰与石英砂床料的相互作用可概括为:小麦秸秆灰中K与床料反应生成低熔点钾基硅（铝）酸盐,使小麦秸秆灰具有粘性,密度小质量轻的小麦秸秆灰粘附在床料表面进一步反应诱导更为严重的颗粒熔融与聚团。