本文以典型新疆高碱煤为原料,通过化学溶剂萃取的方式定量分析了高碱煤中碱性金属元素的赋存形态;同时采用先进的X射线和核磁共振原位分析技术,全面深入揭示煤中碱性金属元素的原始物化特性。此外运用实验室规模的加压固定床高温热解/气化反应装置来模拟工业鲁奇炉运行过程煤转热转化特性,着重分析了原煤热解及煤焦气化过程中腐蚀性碱金属及碱土金属的迁移、释放和界面沉积行为,从而揭示碱性金属元素的高温热演变特性;同时还考察了准东高碱煤热解气化过程中底灰的矿物学特性,分析了煤灰结渣机制。最后,结合实际气化企业采用新疆高碱煤为原料的水煤浆气化炉产生的结渣,阐明了灰渣特性和结渣机制。综合上述实验论文得到如下结论:1)通过对两种典型新疆高碱煤溶剂萃取、高分辨率固体核磁共振（SSNMR）及高温原位XRD分析表明,准东高碱煤中可溶性Na主要以水溶态或以化学键的形式与煤大分子结构结合;K以硅铝酸盐形式为主;有机键合或方解石形态是Ca的主要存在方式。Na和Cl元素的SSNMR分析表明,在离子力的作用下,均匀分布的Na离子可以在无机和有机形式之间相互转化。在热解过程中,Na逐渐转化为无机形式并在800℃以上大量释放。此外,煤孔隙中的水分对C1元素存在形态影响不大,表明C1可能主要以有机形式与煤基质结合。含有C1的有机官能团在高于500℃的热解温度下逐渐分解成挥发性C1,随后与无机矿物质元素结合形成更稳定的形态。高碱煤灰热转化过程中,含Na活性矿物物（K0.2Na0.8Cl）在高于700℃后能够分解并释放出Na,释放的无机C1能够和含Ca矿物质分解产生的亚稳态的Ca结合形成Ca2ClP。此外,酸性矿物质（如石英,黏土）的存在能够显著改变碱性矿物质的转化行为。2)论文第三章深入研究了准东高碱煤加压热解过程中活性碱金属元素的释放和初始沉积行为。研究结果表明,热解过程中AAEMs的释放与其在煤中的赋存形态密切相关。在1000℃以下Na仍然以固相或液相形式存在,因此能够被煤焦的多孔结构吸附并保留在固相中,升高热解压力可以增强Na在半焦中的残留率;在600-1200℃和0.1-3MPa的热解条件下,Na的平均重量损失在16.0-29.1wt%范围内;而 K、Ca 和 Mg 的质量损失分别为 6.8-17.3 wt%、16.4-29.7 wt%和 10.7-21.2 wt%;同时其质量损失量受矿物质的分解和挥发物的扩散力的影响。在热解和沉积温度较低（<423℃）时沉积物主要由细小的含碳物质、固有矿物质和痕量的含钙物质组成。当热解温度升高至1000℃时,在探针上沉积了大量的NaCl晶体;而在更高的热解（1200℃）和沉积温度下（932-1117℃）释放的元素倾向于形成共晶物,例如NaSi03、Na-Si-Al-O、Na-S-O和NaCl等。此外,含有高比例碱性化合物的焦炭中剩余的矿物质明显与焦炭分离,这些矿物质呈现烧结和团聚形态,而且对焦炭的后续利用构成潜在威胁。3)第四章考察了腐蚀性元素化学形态及不同预处理方式对富钠煤热解过程Na元素迁移沉积特性影响。研究结果表明酸洗煤热解过程中采样基板上几乎检测不到NaCl的沉积,表明酸洗可以有效地洗脱煤中挥发性的Na、C1和S元素。Na负载煤热解时,由于气相中阴离子的缺失,导致采样探针上仅观察到很少的细小白色颗粒（主要是NaCl和Na-S/Na-S-O的共晶物）的沉积。然而,当含有C1和S的化合物添加到负载Na的煤中时,在探针上沉积了大量的NaCl和Na-S-O晶体,并且与S相比,C1在增强含Na化合物沉积方面更显著。准东煤热解过程中,随着煤样预热解温度的升高,结晶态NaCl的沉积数量显著减少。此外,在煤或焦炭中加入CaO可有效捕获挥发性C1原子或HC1而生成CaC12,导致释放的Na元素无法沉积。在煤或焦中添加CaO还可以增强活性Na元素与煤基质或酸性矿物之间的相互作用,导致煤或焦中Na的残留量显著增加。4)实验对高碱煤焦高温加压气化过程中矿物质的释放和沉积特性进行了系统的研究。结果表明,准东煤热解过程中煤中可溶于水和乙酸铵溶液中的钠和钾倾向于转化为盐酸可溶形式。升高热解温度能够增强CaCO3和有机结合钙的分解从而增加水溶性钙的含量。在准东煤焦气化过程中,随气流释放的无机物质,尤其是Na、Ca、C1和S,可以在气相中凝结团聚成粘性细微颗粒,并随着气体温度的降低而沉积在设备的表面而形成结垢和结渣。准东煤焦800℃气化后,碱金属和碱土金属元素的硅酸盐或硅铝酸盐松散地粘附在探针上。在1000℃煤焦气化过程中,在1号探针（514℃）上形成了约2μm厚的Na-S-O和Na-S混合物沉积层,此外2号探针（771℃）表面积累了大量的Ca-Mg-Si-0和少量的Na2S04晶体。准东煤焦1200℃气化时,低温沉积区（599℃）沉积的矿物主要由烧结的碱金属和碱土金属物质（主要是NaCl,KC1和Ca-Mg-Si-O）组成。而在沉积温度高于924℃的探针上仅观察到很少的单个颗粒。底灰中残留的碱金属和碱土金属元素易与酸性矿物质反应形成低熔点共晶,如NaAlSi04和Ca2Al2Si07。5)论文第六章分析了富Na煤焦气化过程中超细颗粒物（PM）的释放和形成特征。结果表明富Na煤焦气化过程中能够产生大量细小的NaCl颗粒。不同的气化温度和压力可以改变气相中Na和C1元素的浓度,导致PM形成的数量和形貌发生变化。具体来说,在1000和1050℃下获得的PM的粒径主要分布在0.2-0.4μm的范围内;当W-char在1100和1150℃气化时,大部分PM颗粒的尺寸分布在0.6-1.2μm之间。随着气化压力从0.1 MPa增加到3MPa,PM颗粒的尺寸显著减小。由于W-char在1100℃下CO2气氛中气化时煤焦气化速率低,使释放到气相中的Na元素的浓度低从而形成粒径较小的颗粒,超于75%的PM颗粒的粒径分布在0.2-0.6μm之间。负载高岭土的W-char气化时产生了大量的球形碱金属和碱土金属的铝硅酸盐PM颗粒。当硅藻土负载的W-char气化时,过滤膜的表面仅检测到少量硅铝酸盐球形颗粒,表明硅藻土在抑制PM释放方面具有良好性能。同时,硅藻土的加入可以降低灰熔点温度,底灰中熔融的矿物质能够粘附PM颗粒从而抑制了 PM释放。然而,增加煤焦中CaO的含量将消耗矿物质中的粘土和石英,从而导致更多含Na和Ca的PM释放。6)论文第七章分析了高碱煤气化过程中结渣形成特性及过程。结果表明由于煤中高含量碱金属的挥发及矿物质的不均一性和复杂性,导致高温热转化过程矿物相复杂多样而形成不同形态和组成的灰渣。具体而言,S1和S2灰渣中Na含量存在明显的差异,S1灰渣为组成均一的Ca、Mg和Fe的硅铝酸盐玻璃态灰渣;而S2灰渣存在明显的灰渣组分分离,XRD和SEM-EDX分析结果表明S2灰渣为高熔点的Ca和Mg的硅铝酸盐和NaAlSi04的晶相矿物混合体系。此外,由于Na的高挥发性导致灰渣中钠含量存在差异,导致熔渣中易产生熔点差别较大的固-液矿物相体系,从而使矿物质灰渣的高温熔融特性、粘温特性及固化温度不一而可能引起结渣。