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随着应对气候变化的国际努力及能源低碳化越发成为共识,越来越多国家积极出台政策措施推动可再生能源产业发展,我国农林生物质资源丰富,合理有序开发利用生物质能是2060年实现“碳中和”目标不可或缺的一环。我国生物质能发展主要以燃烧发电为主,由于其自身含有较高含量的碱金属和碱土金属,在热转化过程中易发生分解,逸出至气相导致锅炉等设备的金属元件发生腐蚀或结渣等问题,导致锅炉运行不稳定甚至设备的腐蚀损坏。目前采用的改善措施包括预处理原料、加入添加剂和掺烧煤炭等,但是若生物质兼具灰分高、碱金属含量高的特点,预处理后残留的非可溶性矿物导致的结渣问题亦不容小觑;且添加剂和煤对碱金属和碱土金属的固留作用是针对可溶性矿物还是非可溶性矿物目前尚未明确,明确掺烧煤与预处理手段结合使用是否能够分别减少或抑制可溶性矿物和非可溶性矿物的逸出,是改善生物质燃料在高温下的积灰、结渣问题的重要理论依据。本研究针对生物质秸秆中碱金属和碱土金属高温下导致的结渣问题,利用水浸预处理及低温灰化等手段明确了水浸前后生物质中矿物的存在形式;并结合XRF、ICP-OES、XRD等分析测试手段和实验设计验证了生物质灰中碱金属及碱土金属在生物质单独燃烧/热解过程中、与煤掺烧过程中的迁移规律,得到主要的研究结论如下:（1）水浸处理可以显著升高生物质灰的熔融温度,尤其是水稻秸秆,因为水稻秸秆中含钾矿物为其主要碱性成分,水浸后以酸性成分为主的水稻灰熔融温度较高;而玉米秸秆中除了碱金属外,还有较多的Ca O、Mg O等不溶于水的碱土金属,这些碱土金属容易与酸性组分SiO2等在高温下形成低温共熔物,因此水处理玉米秸秆的熔融温度升高幅度较低。（2）玉米秸秆和水稻秸秆中的K主要以可溶性的KNO3、K2SO4和KCl O4和不可溶的KAl Si3O8形式存在,少量的Na以Na2Si2O5的形存在。玉米秸秆中含量较高的Ca、Mg在低温下以无定型物的形式存在。水处理后的玉米与水稻秸秆中KNO3、K2SO4和KCl O4含量下降,玉米和水稻中可溶性的KNO3、K2SO4和KCl O4是原始样品灰熔融温度较低的主要原因。（3）空气气氛下,玉米与水稻秸秆中的K、Mg会随着燃烧温度的升高显著下降,而Na（原始含量较低）、Ca的变化不明显。原始玉米和水稻秸秆中的K含量下降,主要是因为由于可溶性含钾矿物质KNO3,K2SO4和KCl O4在400℃即开始分解并逸出。水浸后的玉米和水稻秸秆在400-800℃范围的钾释放量显著降低,但在800℃以上钾含量仍会降低。玉米秸秆中镁含量随温度升高而降低可能是由于碳还原作用下氧化镁的挥发。水浸可以减少大量的可溶性含钾矿物质,即减少800℃之前碱金属的逸出量,但是对于浸出后碱金属含量较高的燃料,残留的碱金属仍会逸出并引起熔炉内的沉积或结渣,尤其是在800℃以上的温度范围内。（4）N2气氛下,玉米与水稻秸秆中的K、Mg含量随温度的升高而降低。原始玉米秸秆中K的逸出,主要发生在800℃之前,而水浸后玉米秸秆中K的变化发生在800℃以上,主要是一些含K的硅酸盐分解,说明水溶性含钾矿物低温下易分解,而非水溶性的碱金属在高温下热稳定性较差,容易逸出至气相引发结渣等问题。原始水稻秸秆中可溶性的钾主要在400-800℃之间发生分解,水浸后水稻秸秆的钾在400-800℃逸出量减少,说明水浸预处理对去除水稻中低温不稳定的含钾化合物的效果更好。（5）生物质中煤的掺混比例增大,着火温度略有升高而燃尽温度上升明显,因燃尽温度取决于煤中的固定碳,着火温度取决于玉米中易脱出易燃烧的挥发分。掺混样品灰的熔融温度随掺混比例增大先升高后又趋于平稳,尤其是燃料灰的初始变形温度（DT）,因掺烧煤相当于提高了玉米秸秆灰中的酸性组分（如SiO2和Al2O3）的含量,并稀释了玉米秸秆本身含量较高的碱性组分,因此掺混后熔融温度显著提高。玉米秸秆中含有较多熔点较低的碱金属及碱土金属矿物,即便与煤掺烧后其含量降低,仍然会在较低温度下熔融引发灰锥的变形,因此变形温度不随掺混比例增大进一步升高。水浸后掺混样品灰的熔融温度随掺混比的增加而逐步升高,因水处理去除了大部分水溶性的碱金属,减少了最先熔融的矿物质含量。（6）原始玉米秸秆和水浸玉米秸秆中的含钾矿物在800℃以上仍存在分解和逸出的现象,随着掺混煤的比例增加钾和镁的含量变化幅度下降,说明掺烧煤对原始玉米秸秆和水浸玉米秸秆中含钾矿物800℃以上的分解逸出都具有抑制作用。掺烧煤炭的玉米秸秆灰中的KCl转变为K2SO4和KAl Si3O8,因此800℃以上钾含量变化较小,Mg O转变为Mg2SiO4,原始玉米秸秆中曾出现氧化镁由于碳还原作用而挥发的现象在掺烧煤后被抑制,镁在高温下的损失量下降。