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烘焙技术能够有效改善生物质的物理化学特性，有利于生物质在与煤混烧中的大规模应用。烘焙生物质-煤混烧比生物质-煤混烧具有更大的技术、环境和经济优势，是应对环境污染和CO2减排压力的重要选择之一，得到了国际社会的广泛重视。烘焙后生物质的特性，尤其是无机元素特性的改变可能影响灰的生成及沉积行为，而燃烧中的灰相关问题是必须解决的关键科学问题，然而，现有的研究主要关注原生物质-煤混烧过程，缺乏关于烘焙对灰的生成及沉积影响的深入探究。本文针对当前研究中存在的不足，重点研究了烘焙过程对生物质中关键成灰元素迁移转化行为的影响机制，揭示了烘焙生物质-煤混烧中灰的生成及沉积规律。
首先，针对现有研究对生物质烘焙过程中关键成灰元素迁移转化行为认识的不足，采用微波消解、逐级提取、离子色谱(IC)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等方法和仪器研究了烘焙对三种生物质(稻壳、玉米秆和木屑)中Cl、S的释放、碱金属及碱土金属(AAEM)和Fe的赋存形态的影响规律。结果表明，生物质经烘焙后S、Cl分别释放了30.2-58.6%和9.0-31.7%。Na、K分别释放了2.8-7.9%和5.0-8.1%，且其释放以水溶态的形式为主。烘焙明显减少了生物质中高反应性、易释放的水溶态和离子交换态的AAEM含量，但对Fe元素的含量及赋存形态无明显影响。
其次，鉴于细灰颗粒对沾污及结渣具有重要影响，基于沉降炉试验系统，采用低压撞击器(LPI)、电子扫描显微镜-能谱仪(SEM-EDS)等仪器设备，对比研究了烘焙生物质与高Ca煤(C1)、高Si、Al煤(C2)混烧过程中颗粒物的生成特性。结果表明，生物质与煤混烧中的交互作用主要体现在富Si、Al颗粒对AAEM的捕集和碱金属与Mg、Ca、Fe之间的竞争反应两方面。对于C1煤-稻壳、C1煤-木屑和C2煤-玉米秆混烧，交互作用的结果是促进了PM1向PM1+的迁移转化；而对于C1煤-玉米秆混烧，交互作用的结果则是促进了PM1的生成。从减少细灰颗粒生成的角度来看，相比于高Ca煤，高Si、Al煤更适合与K、Cl含量高的生物质(如玉米秆)混烧。烘焙后，生物质中碱金属、Cl、S和易释放形态碱土金属含量的降低，导致烘焙生物质单烧和混烧中AAEM和Cl、S的气化释放减少，从而减少了PM1的生成。同时，AAEM释放的减少促进了灰颗粒的聚结，导致细颗粒向粗颗粒迁移。对于C1煤-稻壳和C1煤-玉米秆混烧，其结果是烘焙后PM1-10生成增多；对于C1煤-木屑和C2煤-玉米秆混烧，其结果是烘焙后PM10+生成增多。
再次，基于沉降炉和沾污试验系统，通过SEM-EDS、IC等分析方法，研究了烘焙生物质燃烧和混烧过程中灰在模拟对流换热区的沾污行为。根据沾污的形成机理，将沉积物分为不易去除的内层积灰和易去除的外层积灰两部分进行研究。结果表明，混烧有效的抑制了内层沾污的生成，这主要是由于燃料间的交互作用减少了碱金属或碱土金属的气化。同时，煤中较多S的引入促进了氯化物的硫酸盐化，因此导致了碱金属或碱土金属化合物在取样管和粗灰颗粒表面的凝结沉积减少。但对于C2煤-玉米秆混烧，混烧促进了黏性的碱金属硅铝酸盐的生成，导致了外层沾污沉积率增加，因此，相比于高Si、Al煤，高Ca煤与K、Cl含量较高的玉米秆混烧对控制沾污具有更好的效果。烘焙降低了生物质中碱金属、Cl、S及易释放形态碱土金属的含量，减少了燃烧中氯化物和硫酸盐在取样管和粗灰颗粒表面的冷凝沉积，因此降低了生物质单烧或混烧的沾污沉积率。
最后，基于沉降炉试验系统和惯性碰撞的机理模型，通过激光粒度分析仪、SEM-EDS和计算机控制的扫描电子显微镜分析(CCSEM)等探究了烘焙生物质燃烧和混烧中灰在模拟辐射换热区的结渣生长特性。结果表明，生物质与C1煤混烧中的交互作用减少了总灰中多元硅酸盐、硅铝酸盐和富Si颗粒等较高黏附性矿物的含量，进而减弱灰颗粒的聚结和黏附沉积，因此显著减小了结渣沉积率。而由于C2煤中富Si、Al的粗灰颗粒捕集了玉米秆中释放的K，导致总灰中黏性的碱金属硅铝酸盐生成量增加，因此加剧了总灰的结渣倾向。相比于总灰粒径较大的高Si、Al煤，总灰粒径较小的高Ca煤与生物质混烧有利于抑制结渣的生成。烘焙后，由于烘焙后燃料中Cl、S和易释放形态的AAEM含量减少，导致燃烧中保留在粗灰颗粒中的碱金属或碱土金属增多，进而促进了易结渣的多元硅酸盐、硅铝酸盐或富Si颗粒等的生成，最终增加了混烧的结渣沉积率。此外，首次将惯性碰撞模型应用于烘焙生物质燃烧和混烧中灰结渣倾向的预测。结果表明，对于结渣生长阶段，基于惯性碰撞机理的模型计算相比于基于燃料化学成分的结渣指数，能够实现更加准确有效的预测。当结合Urbain灰黏度模型且临界黏度取值105Pa·s时，计算值与实验值具有最佳的相关性。
首先，针对现有研究对生物质烘焙过程中关键成灰元素迁移转化行为认识的不足，采用微波消解、逐级提取、离子色谱(IC)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等方法和仪器研究了烘焙对三种生物质(稻壳、玉米秆和木屑)中Cl、S的释放、碱金属及碱土金属(AAEM)和Fe的赋存形态的影响规律。结果表明，生物质经烘焙后S、Cl分别释放了30.2-58.6%和9.0-31.7%。Na、K分别释放了2.8-7.9%和5.0-8.1%，且其释放以水溶态的形式为主。烘焙明显减少了生物质中高反应性、易释放的水溶态和离子交换态的AAEM含量，但对Fe元素的含量及赋存形态无明显影响。
其次，鉴于细灰颗粒对沾污及结渣具有重要影响，基于沉降炉试验系统，采用低压撞击器(LPI)、电子扫描显微镜-能谱仪(SEM-EDS)等仪器设备，对比研究了烘焙生物质与高Ca煤(C1)、高Si、Al煤(C2)混烧过程中颗粒物的生成特性。结果表明，生物质与煤混烧中的交互作用主要体现在富Si、Al颗粒对AAEM的捕集和碱金属与Mg、Ca、Fe之间的竞争反应两方面。对于C1煤-稻壳、C1煤-木屑和C2煤-玉米秆混烧，交互作用的结果是促进了PM1向PM1+的迁移转化；而对于C1煤-玉米秆混烧，交互作用的结果则是促进了PM1的生成。从减少细灰颗粒生成的角度来看，相比于高Ca煤，高Si、Al煤更适合与K、Cl含量高的生物质(如玉米秆)混烧。烘焙后，生物质中碱金属、Cl、S和易释放形态碱土金属含量的降低，导致烘焙生物质单烧和混烧中AAEM和Cl、S的气化释放减少，从而减少了PM1的生成。同时，AAEM释放的减少促进了灰颗粒的聚结，导致细颗粒向粗颗粒迁移。对于C1煤-稻壳和C1煤-玉米秆混烧，其结果是烘焙后PM1-10生成增多；对于C1煤-木屑和C2煤-玉米秆混烧，其结果是烘焙后PM10+生成增多。
再次，基于沉降炉和沾污试验系统，通过SEM-EDS、IC等分析方法，研究了烘焙生物质燃烧和混烧过程中灰在模拟对流换热区的沾污行为。根据沾污的形成机理，将沉积物分为不易去除的内层积灰和易去除的外层积灰两部分进行研究。结果表明，混烧有效的抑制了内层沾污的生成，这主要是由于燃料间的交互作用减少了碱金属或碱土金属的气化。同时，煤中较多S的引入促进了氯化物的硫酸盐化，因此导致了碱金属或碱土金属化合物在取样管和粗灰颗粒表面的凝结沉积减少。但对于C2煤-玉米秆混烧，混烧促进了黏性的碱金属硅铝酸盐的生成，导致了外层沾污沉积率增加，因此，相比于高Si、Al煤，高Ca煤与K、Cl含量较高的玉米秆混烧对控制沾污具有更好的效果。烘焙降低了生物质中碱金属、Cl、S及易释放形态碱土金属的含量，减少了燃烧中氯化物和硫酸盐在取样管和粗灰颗粒表面的冷凝沉积，因此降低了生物质单烧或混烧的沾污沉积率。
最后，基于沉降炉试验系统和惯性碰撞的机理模型，通过激光粒度分析仪、SEM-EDS和计算机控制的扫描电子显微镜分析(CCSEM)等探究了烘焙生物质燃烧和混烧中灰在模拟辐射换热区的结渣生长特性。结果表明，生物质与C1煤混烧中的交互作用减少了总灰中多元硅酸盐、硅铝酸盐和富Si颗粒等较高黏附性矿物的含量，进而减弱灰颗粒的聚结和黏附沉积，因此显著减小了结渣沉积率。而由于C2煤中富Si、Al的粗灰颗粒捕集了玉米秆中释放的K，导致总灰中黏性的碱金属硅铝酸盐生成量增加，因此加剧了总灰的结渣倾向。相比于总灰粒径较大的高Si、Al煤，总灰粒径较小的高Ca煤与生物质混烧有利于抑制结渣的生成。烘焙后，由于烘焙后燃料中Cl、S和易释放形态的AAEM含量减少，导致燃烧中保留在粗灰颗粒中的碱金属或碱土金属增多，进而促进了易结渣的多元硅酸盐、硅铝酸盐或富Si颗粒等的生成，最终增加了混烧的结渣沉积率。此外，首次将惯性碰撞模型应用于烘焙生物质燃烧和混烧中灰结渣倾向的预测。结果表明，对于结渣生长阶段，基于惯性碰撞机理的模型计算相比于基于燃料化学成分的结渣指数，能够实现更加准确有效的预测。当结合Urbain灰黏度模型且临界黏度取值105Pa·s时，计算值与实验值具有最佳的相关性。