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• 传统化石能源的过度消耗和环境污染等问题的日益严重，使可再生清洁能源的开发利用成为世界各国学者和企业关注的焦点^[1]。生物质是一种碳中性、分布广泛、廉价易得的可再生清洁能源，在能源系统中占有重要地位，消费总量逐年增加。但生物质具有水分含量高、能量密度低、存储量受季节因素限制、收集成本高等特点，在一定程度上限制了生物质的大规模利用^{[2, 3]}。煤和生物质共气化减少了对化石燃料的依赖和污染气体(SO_x和NO_x)的排放，提高了煤的反应活性，缓解了生物质单独利用时受季节影响短缺的问题，为生物质大规模利用提供了方向^{[4, 5]}。与固定床、流化床气化相比，气流床气化具有原料适用性广、污染物排放量少、合成气品质高等优势，是一项非常有前景的气化技术^[6]。在气流床气化炉内有机物质转化成合成气，无机物转变成灰渣，以熔融态排出气化炉。高灰熔点煤易引起气化炉内积灰和堵渣问题，迫使整个气化系统停车。升高气化炉操作温度可以满足液态排渣要求，但是操作温度过高会直接影响耐火材料的使用寿命^[7]。在工业生产中通常将流动温度(FT)1400 ℃作为评价气化原料能否直接适用于气流床气化的关键参数。配煤和添加助熔剂是降低高熔点煤(FT>1400 ℃)灰熔融温度的主要方法^[8]。生物质在共气化过程中不但可以提供气化原料，其灰中较丰富的碱金属和碱土金属元素还能改善煤灰的熔融特性。

  煤与生物质混合灰的熔融特性与纯灰之间存在较大的差异。在生物质与低阶煤混合灰熔融特性方面，Haykiri-Acma等^[9]研究了板栗壳对土耳其褐煤灰熔融温度的影响，并对混合灰熔融温度的实验值与计算值进行了比较，发现灰中酸性氧化物含量越高，实验值与计算值的偏差越大；Fang等^[10]研究了烟煤与玉米秸秆混合灰的熔融特性，发现随玉米秸秆添加量的增大，混合灰熔融温度呈现先降低后升高的趋势。在生物质与高阶煤混合灰熔融特性方面，Chen等^[11]研究发现，高熔点的生物质(棉秆和马尾藻)与高熔点晋城煤混合灰熔融温度低于它们各自的灰熔融温度，在合适的配比下能够满足气流床液态排渣要求。唐建业等^[12]发现，长平煤与稻草的混合灰在高温下可以形成低黏度的熔体，熔体流动性增加，会进一步地加快高熔点矿物的分解速率，从而使混合灰熔融温度降低。生物质灰矿物质组成复杂，已检测到200多种矿物质存在^[13]，导致生物质对煤灰熔融特性的影响存在较大差异。弱还原性气氛下煤与生物质混合灰中的矿物质反应机制还不十分明确，给生物质的选择和共气化配比的确定带来困难，高温下混合灰中的矿物学特性需要深入探索。

  本研究在弱还原性气氛下研究了高灰熔点长治煤与两种生物质(花生壳和稻壳)混合灰熔融特性。通过X射线荧光分析(XRF)、X射线衍射仪分析(XRD)与FactSage软件结合从矿物学特性变化的角度探索了混合灰的熔融机制，为高灰熔点煤和生物质共气化技术的发展提供基础数据和理论支持。

  1   实验部分

  1.1   实验原料

  选用长治煤(CZ)、花生壳(PH)和稻壳(RH)作为实验原料。用粉碎机将煤和生物质破碎到0.200 mm以下。按GB/T212—2008、GB/T28731—2008以及GB/T476—2001分别对煤和生物质进行工业分析和元素分析，结果见表 1。CZ的灰分含量高于PH和RH，而PH和RH的挥发分含量明显高于CZ，在元素组成上两种生物质的O含量也明显高于煤，而N和S含量很低。

  表 1  煤和生物质的工业分析与元素分析 Table 1.  Proximate and ultimate analyses of coal and biomasses

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  Sample	Proximate analysis wad/%					Ultimate analysis wdaf/%
  	M	A	V	FC		C	H	Oa	Sb	N
  CZ	1.46	18.03	9.72	70.79		86.20	3.08	2.62	3.96	4.14
  PH	3.08	7.18	69.48	20.26		70.86	6.95	20.99	1.07	0.13
  RH	2.21	10.12	62.03	25.64		60.46	7.22	32.15	0.10	0.07
  a: calculated by difference; b: total sulfur

  1.2   灰样制备

  混合灰样的制备：生物质灰中Na、K含量较高，在较高的温度下会出现挥发和烧结现象。灰化温度在500-600 ℃时，碱金属元素的挥发较少，能较好地反映生物质灰的化学特性^[14]。因此, 本实验选择ASTM E1755-01标准制备煤和生物质灰样，按10 ℃/min从室温升高到250 ℃并恒温30 min，然后在30 min内升温到575 ℃，在575 ℃下恒温3 h (煤灰恒温6 h保证有机物质能充分燃烧)^[11]。两种生物质灰含量差异较大，为比较不同生物质灰对煤灰熔融特性的影响及其助熔机制，采用配灰的方式制备混合灰，将制备好的生物质灰按一定的配比(10%、20%、30%、40%、50%)与煤灰混合制成混合灰样。

  高温渣样的制备：在灰熔点测定仪刚玉舟中加入活性炭和石墨粉混合物(质量比为7:4)来营造弱还原气氛。将灰样加入小瓷舟内在弱还原性气氛下加热，当温度升至预设值停止加热，迅速取出小瓷舟放入冰水混合物中淬冷，以防止高温下的矿物质晶型发生转变和晶体析出。将冷却后灰样放入真空干燥箱，在105 ℃下干燥36 h，干燥研磨后的样品密封在样品袋内，即得高温渣样。

  1.3   分析测试方法

  灰化学成分测定：采用日本岛津XRF-1800型X射线荧光光谱仪(XRF)测定三种原料的灰化学组成(815 ℃灰化的CZ灰样和575 ℃灰化的生物质灰样)，结果见表 2。CZ灰中酸性组分SiO₂和Al₂O₃的总含量大于80%，属于典型的高硅铝煤；而PH与RH灰中的碱性组分CaO、K₂O和Na₂O含量相对较高，RH灰中还含有丰富的SiO₂。

  表 2  煤和生物质的灰成分分析 Table 2.  Chemical compositions of coal and biomass ashes

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  Sample	Content w/%
  	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O	TiO2	P2O5	Cl
  CZ	48.32	35.20	4.03	5.78	1.59	1.3	1.24	0.31	1.39	0.84	-
  PH	30.22	8.45	3.63	15.78	4.31	1.98	24.13	5.60	0.35	3.37	2.18
  RH	69.30	2.00	1.29	8.11	1.53	0.40	10.76	2.06	0.43	1.01	3.11

  灰熔融特征温度测定：依据GB/T 219—2008测定三种纯灰样与混合灰样在弱还原气氛下的灰熔融特征温度：变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)、流动温度(FT)。每个灰样取三个灰锥进行测试，取平均值作为实验数据，三种纯灰样的灰熔融特征温度见表 3。CZ灰熔融温度>1500 ℃，RH灰熔融温度高于PH。与PH灰相比，RH灰中含有相对较多的造网离子(Si⁴⁺)，而网络修饰离子(K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Fe²⁺)含量相对较少，在高温下Si以稳定的SiO₂网络形式存在，导致RH灰熔融温度高于PH的温度。

  表 3  煤与生物质灰熔融特征温度 Table 3.  Ash fusion temperatures (AFTs) of coal and biomasses

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  Sample	Temperature t/℃
  	DT	ST	HT	FT
  CZ	>1500	>1500	>1500	>1500
  PH	1098	1124	1162	1173
  RH	1210	1256	1290	1312
  DT: deformation temperature; ST: softening temperature; HT: hemispherical temperature; FT: fluid temperature

  灰中晶体矿物质分析：利用日本理学的RIGAKU D/max-rB衍射仪对高温灰样进行XRD分析。衍射条件：Cu靶，管电压40 kV，管电流100 mA，Kα1=0.15408 nm，扫描(2θ) 10°-80°，步长0.01°，步速5(°)/min。

  热力学计算：热力学计算软件FactSage基于最小吉布斯函数原理，能够计算出不同温度和压力下系统达到平衡时，各种生成物或中间产物的数量和相态^[15]。采用FactSage7.1软件的Equilib模块(FToxid数据库)在还原性气氛下进行热力学反应平衡计算，得到不同温度下混合灰中矿物质组成和含量的变化。计算组分包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O、CaO、Na₂O、Fe₂O₃，压力设定为0.1 MPa, 计算温度900-1500 ℃，温度间隔20 ℃。由于生物质灰中的Cl主要以KCl的形式存在，在与煤混合灰熔融过程中极易挥发而使部分K元素不能发挥助熔作用^{[13, 16]}，因此，在计算中将PH和RH灰中的K₂O含量按下式进行优化：

  (K₂O)₁: PH和RH灰中原始K₂O的含量；(K₂O)₂ :按Cl含量折合成KCl所需要的K₂O量。

  2   结果与讨论

  2.1   煤与生物质混合灰熔融温度的变化

  图 1为随生物质灰添加量的增大CZ混合灰熔融温度的变化。由图 1混合灰熔融温度的变化趋势可以看出，两种生物质灰在共气化过程中都可以起到助熔作用，随两种生物质灰添加比例的增大，CZ混合灰熔融温度都呈现出降低趋势，但在相同配比下降低幅度不同。PH灰的添加使CZ混合灰熔融温度迅速降低，配比为10%时，CZ的FT降低幅度超过100 ℃。当PH灰添加量为20%时(原料配比为38.57%，空气干燥基)，混合灰FT为1362 ℃，从灰熔融温度角度分析，可以满足气流床液态排渣要求。随PH灰配比的增大，混合灰熔融温度进一步降低，配比为50%时，FT降低到1245 ℃。与PH灰不同，RH灰的添加使CZ混合灰熔融温度呈现小幅度下降。RH灰配比为10%时，混合灰的DT、ST和HT降低，但FT仍大于1500 ℃，助熔效果不明显；随RH灰配比增大，混合灰的四个特征温度都表现出下降趋势，配比增加到30%时(原料配比为43.30%，空气干燥基)，混合灰FT为1357 ℃，可以达到气流床液态排渣要求，但当配比增大到50%时，混合灰的FT也仅表现出小幅度的降低(1322 ℃)。

  图1 生物质灰添加量对长治煤混合灰熔融温度的影响 Figure1. Effect of biomass ash ratio on CZ ash fusion temperatures

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  2.2   纯原料灰与混合灰的矿物学特性分析

  2.2.1   煤灰和生物质灰的矿物质分析

  图 2为纯原料灰的XRD谱图。

  图2 纯原料灰的XRD谱图 Figure2. XRD patterns of pure ash

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  由图 2(a)可知，在低温下(575 ℃)CZ灰主要由石英(SiO₂)、偏高岭石(Al₂Si₂O₇)、赤铁矿(Fe₂O₃)、方解石(CaCO₃)和硬石膏(CaSO₄)晶体矿物组成。与CZ灰矿物质组成相比，PH灰中除了含有石英和方解石外，还存在两种含K矿物质碳酸钾钙石(K₂Ca(CO₃)₂)和钾芒硝(K₂SO₄)，没有检测到明显的含Al矿物质衍射峰，这主要与其含量和结晶的好坏有关；RH灰中的主要晶体矿物质为石英、钾盐(KCl)和钾芒硝。三种低温灰的主要矿物质元素组成与它们的化学组成基本一致(表 2)，但是同种元素的赋存形态存在差异。CZ灰在不同温度下的XRD谱图见图 2(b)。当温度升高到1000 ℃, 偏高岭石、硬石膏衍射峰消失，方解石衍射强度减弱，而莫来石(Al₆Si₂O₁₃)、钙长石(CaAl₂Si₂O₁₃)和钙铝黄长石(Ca₂Al₂SiO₇)的衍射峰出现；莫来石主要是由偏高岭石的分解生成，而钙长石和钙铝黄长石主要是由硬石膏和方解石分解生成的CaO与煤灰中丰富的SiO₂和Al₂O₃反应生成^[17]。随温度继续升高, SiO₂的晶型结构由石英晶体转化成方石英，莫来石含量进一步增加，高熔点矿物方石英和莫来石成为煤灰中的主要矿物，仅有少量的低熔点含Ca硅铝酸盐存在。当温度升高到1300 ℃时，含Ca硅铝酸盐熔融成非晶态，方石英衍射峰消失，莫来石取代方石英成为影响灰熔融温度的主要矿物，与其他晶体矿物相比，莫来石具有更高的晶体结合能和稳定的分子结构^[18]，从而具有较高的熔点(1860 ℃)，而且不易与其他矿物生成低温共熔物，增加了灰锥的稳定性，导致CZ灰具有较高的熔融温度。PH灰中SiO₂和Al₂O₃含量较少，而有较多的方解石与碳酸钾钙石，在灰熔融过程中会分解出更多的K₂O和CaO助熔矿物与其反应生成低熔点矿物，导致PH灰熔融温度较低；虽然RH灰中有K元素存在，但K以KCl和K₂SO₄形式存在，尤其是KCl在升温过程中极易挥发^[19]，从而减少了RH灰中碱性助熔物质的含量，最终导致部分SiO₂不能以低熔点硅酸盐或硅铝酸盐矿物的形式存在，这是RH灰熔融温度高于PH的主要原因。

  2.2.2   不同配比下混合灰矿物质分析

  在1100 ℃下，煤灰中矿物质种类较多且晶体含量适中，不同配比下矿物质组成和含量的变化可以反映出混合灰熔融温度的变化^[20-22]。图 3为随生物质灰配比增大混合灰在1100 ℃下的XRD谱图。

  图3 不同生物质灰配比下混合灰在1100 ℃下的XRD谱图 Figure3. XRD patterns of mixed ashes with different biomass ash ratio at 1100 ℃

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  同种晶体矿物衍射峰强度的变化可以近似地反映出其含量的变化。在PH灰配比为10%时(图 3(a))，莫来石衍射强度减弱，方石英和钙黄长石衍射峰消失，部分未参与反应的Si元素以石英的形式存在，而钙长石衍射强度增强，同时还有低熔点矿物钠长石生成，与CZ灰相比混合灰中低熔点矿物相对含量增加，导致CZ混合灰熔融温度降低。PH灰的添加增加了混合灰中CaO和Na₂O的含量，Ca²⁺、Na⁺所带电荷低不易形成聚合物，且有相对较大的离子半径能够破坏煤灰中硅铝酸盐网络结构，将稳定的架状或层状硅酸盐解聚为聚合度低的群状或岛状硅酸盐，导致灰锥在熔融过程中稳定性降低，从而降低了CZ灰熔融温度^[23]；从热力学角度分析，在SiO₂、Al₂O₃、CaO和Na₂O共存的条件下，以下三个反应可能会出现：

  在1100 ℃时，生成低熔点矿物钙长石和钠长石的吉布斯自由能明显低于高熔点矿物莫来石，说明CaO和Na₂O的加入会优先与CZ灰中SiO₂和Al₂O₃结合，一定程度上抑制了莫来石的生成，从而使灰熔融温度降低。当配比增大到30%时，莫来石衍射峰消失，含钾矿物白榴石(KAlSi₂O₆)生成，白榴石具有更低的熔点(1100 ℃)，这是混合灰熔融温度进一步降低的主要原因^[24]。随PH灰配比继续增大，从图 3(a)馒头状衍射峰(15°-30°)可以发现，非晶态物质含量不断增加，这主要是由含钾硅酸盐与含钙硅酸盐生成低温共熔物引起的；此时白榴石以及非晶态物质的生成成为影响混合灰熔融温度降低的主要因素。由热力学计算可知(化学反应方程式(5)和(6))，1100 ℃下K₂O可以与Al₂O₃和SiO₂反应生成白榴石和透长石，与生成透长石相比，K元素更易以白榴石的形式存在，这可以解释在XRD谱图中未检测到透长石的原因。对比化学反应方程式(2)、(3)、(5)和(6)可知，在1100 ℃时K₂O会优先于CaO和Na₂O与Al₂O₃和SiO₂结合生成白榴石或透长石；但是在PH灰配比低于30%时，没有检测到含钾矿物质的生成；这主要由于配比小K元素含量低，而且灰熔融过程中部分K元素还会挥发，导致仅有少量的K存在起到助熔作用，少量的K可能以硅酸钾形式存在，硅酸钾熔点低(700 ℃)，1100 ℃时以非晶态形式存在而不能被检测到^[25]。

  图 3(b)为随RH灰配比增大混合灰在1100℃下的XRD谱图。在RH灰配比增大到20%时，莫来石衍射强度减弱，部分Si元素以石英的形式存在，石英衍射强度减小缓慢，并且随配比增大石英一直存在于混合灰中，这主要与RH灰中丰富的SiO₂有关；与CZ灰相比，RH灰的加入减少了CZ灰中高熔点矿物莫来石的生成，增加了低熔点矿物钙长石和钠长石的含量，导致灰熔融温度降低；但是莫来石与石英仍然是混合灰中的主要矿物，在灰熔融过程中发挥骨架作用，导致混合灰FT不能降低到1400 ℃以下。在RH灰配比增大到30%时，钙长石含量继续增大，只有少量的莫来石存在，钠长石中的部分Na⁺被K⁺取代以富钾钠长石((K_0.2Na_0.8)AlSi₃O₈)的形式存在，导致灰熔融温度进一步降低。当配比增大到50%时，由于SiO₂与长石类矿物生成低温共熔物导致晶体矿物的衍射强度降低^[11]，非晶态物质含量显著增加，成为灰熔融温度降低的主要原因。对比图 3(a)、图 3 (b)可知，在PH与RH灰配比相同时，PH灰的添加使钙长石和钠长石具有更强的衍射强度，即具有更高的含量；另外RH灰配比较低时，混合灰中也没有检测到含K矿物，随配比增大K元素含量相对增加，但部分K在以KCl的形式存在，在灰熔融过程中会挥发，导致这部分钾元素不能与Al₂O₃和SiO₂结合生成低熔点白榴石矿物，少量的K以K_0.2Na_0.8AlSi₃O₈形式存在，这是PH灰的助熔效果优于RH灰的主要原因。

  2.3   FactSage模拟混合灰高温下的矿物质演变

  FactSage软件能够模拟出煤灰在高温下的矿物质组成和相对含量的变化，可以很好地揭示出矿物质在高温下的演变机制。图 4为PH灰配比为20%和40%的混合灰随温度升高矿物质组成、相对含量以及液相组成的变化。

  图4 添加花生壳灰的混合灰在不同温度下矿物质和液相组成 Figure4. Compositions of mineral and slag of mixed ash with PH ash addition

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  由图 4(a)可知，PH灰配比为20%时，长石类矿物(钙长石、钠长石和透长石)成为灰熔融过程中的主要矿物，这与1100 ℃下XRD的检测结果一致。混合灰的理论矿物质组成没有莫来石，而有少量的白榴石、霞石((Na, K)Al₂SiO₄)和刚玉(Al₂O₃)生成，这主要是由于在平衡状态下K₂O与Al₂O₃和SiO₂反应生成了透长石、白榴石和霞石，在反应过程中消耗了更多的SiO₂抑制了莫来石的生成，使未反应的Al₂O₃析出以刚玉的形式存在于混合灰中，其含量较少以及其他矿物的影响导致白榴石、霞石和刚玉没有出现明显的衍射峰(图 3(a))。在灰熔融过程中，由于铁离子极化能力强极易形成非晶态物质，这可能是尖晶石(FeAl₂O₄)没有被检测到的原因。由图 4(b)可知，当温度高于1120 ℃时液相开始形成，在初始熔融阶段(< 1250℃)液相主要由Na₂O、NaAlO₂、K₂O、KAlO₂和SiO₂组成，仅含有少量的CaO；这主要是含钾矿物(霞石、白榴石和透长石)与含钠矿物(钠长石)的熔融，其中，含钾矿物的熔融是液相增加的最主要来源。当温度高于1250 ℃时，液相中CaO、Al₂O₃和SiO₂含量迅速增加，而K₂O和Na₂O等物质的含量基本保持不变，此过程主要为钙长石的熔融，在1420 ℃混合灰达到全液相状态。当PH灰配比为40%时，混合灰的理论矿物质组成与相对含量发生较大的变化(图 4(c))，K元素主要以白榴石的形式存在，成为影响灰熔融的重要组分，钙长石含量相对减少，与XRD检测结果基本一致。由图 4(d)可以看出，混合灰的液相增加速率明显增大，这与混合灰中碱性助熔氧化物含量增加有关，含K和含Ca矿物的熔融仍然是液相增加的主要来源，也是导致混合灰熔融温度降低的主要因素；混合灰液相开始形成温度与全液相温度(1320 ℃)明显地低于配比为20%的混合灰，这与混合灰熔融温度的进一步降低相一致。

  图 5为随温度升高RH灰配比为20%和40%的混合灰的理论矿物质组成、含量以及液相组成的变化。

  图5 添加稻壳灰的混合灰在不同温度下矿物质和液相组成 Figure5. Compositions of mineral and slag of mixed ash with RH ash addition

  图选项

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  RH灰配比为20%的混合灰在1100 ℃时主要由莫来石、长石、石英、铁堇青石组成(图 5(a))。在初始熔融阶段(< 1140 ℃)石英和透长石含量明显减少，这是由于石英和透长石形成了低温共熔物^[11]，此阶段液相主要由K₂O、KAlO₂和SiO₂组成(图 5(b))。随温度升高(>1200 ℃)钙长石开始大量熔融，成为主要的熔融物质，液相中CaO、Al₂O₃和SiO₂不断增加，而此阶段仅少量莫来石熔融成液相，导致混合灰的全液相温度高于1500 ℃，这与其相对较高的灰熔融温度相对应。当RH灰配比为40%时，混合灰中助熔氧化物(CaO、K₂O和Na₂O)含量增加抑制了莫来石生成，仅有少量莫来石存在，随温度升高熔融液相的流动促进了莫来石的熔融。此外仍有石英矿物存在，低熔点长石类矿物质相对含量增加成为控制灰熔融过程的主要矿物(图 5(c))，使混合灰熔融温度继续降低，并且当温度为1400 ℃时，混合灰就处于全液相状态。对比图 4(b)、图 4 (d)和图 5(b)、图 5 (d)可以发现，RH灰添加可以使CZ混合灰具有更低的液相初始形成温度，但是液相相对含量增加缓慢，导致混合灰熔融温度降低缓慢；且由液相组成变化可以发现，混合灰熔融过程可以分为两个主要阶段，在初始灰熔融阶段主要为含K矿物质的熔融，随温度升高含Ca矿物会大量熔融，使液相含量继续增加。

  3   结论

  两种生物质(花生壳和稻壳)灰的添加使长治煤混合灰熔融温度呈现出不同的降低趋势，花生壳灰配比大于20%，稻壳灰配比大于30%时可以使长治煤灰流动温度降低到1400 ℃以下。生物质灰中Na₂O、K₂O和CaO是降低高熔点煤灰熔融温度的重要组分，稻壳灰中部分K以KCl的形式挥发而不能较好地发挥助熔作用。生物质灰的添加使煤灰中SiO₂、Al₂O₃的赋存形态由高熔点莫来石矿物转变为低熔点钙长石、钠长石、白榴石等矿物，成为混合灰熔融温度降的主要原因；部分未反应的SiO₂与长石矿物形成低温共熔物也是稻壳混合灰熔融温度降低的一个重要原因。生物质灰的加入可以显著降低长治煤混合灰的全液相温度，混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个主要阶段，含钾矿物熔融先于含钙矿物熔融。

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  图 1  生物质灰添加量对长治煤混合灰熔融温度的影响

  Figure 1  Effect of biomass ash ratio on CZ ash fusion temperatures

  (a): PH ash; (b): RH ash

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  图 2  纯原料灰的XRD谱图

  Figure 2  XRD patterns of pure ash

  (a): four pure ashes at 575 ℃; (b): CZ ash at different temperatures
  1: quartz(SiO₂); 2: anhydrite(CaSO₄); 3: hematite(Fe₂O₃); 4: calcite(CaCO₃); 5: metakaolin(Al₂Si₂O₇); 6: arcanite(K₂SO₄); 7: fairchildite(K₂Ca(CO₃)₂); 8: sylvite (KCl); 9: mullite(Al₆Si₂O₁₃); 10: gehlenite(Ca₂Al₂SiO₇); 11: cristobalite(SiO₂); 12: anorthite(CaAl₂Si₂O₈)

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  图 3  不同生物质灰配比下混合灰在1100 ℃下的XRD谱图

  Figure 3  XRD patterns of mixed ashes with different biomass ash ratio at 1100 ℃

  (a): PH ash; (b): RH ash
  1: mullite(Al₆Si₂O₁₃); 2: gehlenite(Ca₂Al₂SiO₇); 3: cristobalite(SiO₂); 4: anorthite(CaAl₂Si₂O₈); 5: albite(NaAlSi₃O₈); 6: quartz(SiO₂); 7: leucite(KAlSi₂O₆); 8: albite, K-rich(K_0.2Na_0.8)AlSi₃O₈

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  图 4  添加花生壳灰的混合灰在不同温度下矿物质和液相组成

  Figure 4  Compositions of mineral and slag of mixed ash with PH ash addition

  (a), (b): 20%; (c), (d): 40%

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  图 5  添加稻壳灰的混合灰在不同温度下矿物质和液相组成

  Figure 5  Compositions of mineral and slag of mixed ash with RH ash addition

  (a), (b): 20%; (c), (d): 40%

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  表 1  煤和生物质的工业分析与元素分析

  Table 1.  Proximate and ultimate analyses of coal and biomasses

  Sample	Proximate analysis wad/%					Ultimate analysis wdaf/%
  	M	A	V	FC		C	H	Oa	Sb	N
  CZ	1.46	18.03	9.72	70.79		86.20	3.08	2.62	3.96	4.14
  PH	3.08	7.18	69.48	20.26		70.86	6.95	20.99	1.07	0.13
  RH	2.21	10.12	62.03	25.64		60.46	7.22	32.15	0.10	0.07
  a: calculated by difference; b: total sulfur

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  表 2  煤和生物质的灰成分分析

  Table 2.  Chemical compositions of coal and biomass ashes

  Sample	Content w/%
  	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O	TiO2	P2O5	Cl
  CZ	48.32	35.20	4.03	5.78	1.59	1.3	1.24	0.31	1.39	0.84	-
  PH	30.22	8.45	3.63	15.78	4.31	1.98	24.13	5.60	0.35	3.37	2.18
  RH	69.30	2.00	1.29	8.11	1.53	0.40	10.76	2.06	0.43	1.01	3.11

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  表 3  煤与生物质灰熔融特征温度

  Table 3.  Ash fusion temperatures (AFTs) of coal and biomasses

  Sample	Temperature t/℃
  	DT	ST	HT	FT
  CZ	>1500	>1500	>1500	>1500
  PH	1098	1124	1162	1173
  RH	1210	1256	1290	1312
  DT: deformation temperature; ST: softening temperature; HT: hemispherical temperature; FT: fluid temperature

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