生物质受季节影响大、且挥发分和碱金属含量高,限制了生物质气化的规模。生物质与煤共气化弥补了生物质气化的不足,不仅可以降低污染物的排放,还可以降低煤灰的熔融温度,实现气化炉的顺利排渣。灰渣对耐火材料的侵蚀一直是影响气流床气化炉稳定运行和顺利排渣的关键问题,灰的熔融特性对气化炉设计、操作温度选取和排渣也具有重要意义。本文通过灰熔融实验、高温侵蚀实验、FactSage热力学模拟和分子动力学模拟对煤和生物质混合灰的灰熔融特性、矿物组成、灰渣对耐火材料的侵蚀机理及高温下灰渣的结构进行了系统的研究,具体内容包括:1.利用智能灰熔点测试仪检测弱还原性气氛下生物质(玉米秸秆(CS)和麦秸秆(WS))与神华烟煤(SH)混合灰的熔融温度,表明一定含量的CS和WS对神华烟煤均有一定的助熔作用,其中WS的助熔效果最明显。利用X射线荧光光谱仪(XRF)检测各灰样的化学成分,计算了灰的碱酸比,发现混合灰的流动温度(FT)和碱酸比的关联性较差。通过X射线衍射仪(XRD)以及FactSage热力学模拟软件计算分析了灰熔融过程中的矿物转化,发现CS掺混量达到30 wt%时,灰中的K2O与SiO2、Al2O3反应产生大量高熔点的白榴石使灰的FT达到最高;当WS的掺混量为30 wt%时,灰中的透辉石和钙长石大量低温共熔使灰的FT达到最低,对灰熔融温度降低的效果最明显。2.利用高温侵蚀实验研究了 WS和SH混合灰对氧化铝耐火材料的侵蚀过程。对侵蚀后的样品进行切割,用光学显微镜拍摄截面的图像,发现当WS掺混量为10 wt%时渗透深度最小。利用SEM-EDS检测了渗透区域的形貌和元素变化,分析了各元素在耐火材料内的渗透深度和聚集情况,结果表明Mg在耐火材料内的扩散能力最强。利用拉曼光谱定性分析截面的矿物组成,发现在渗透层内出现了钙长石和莫来石。利用FactSage绘制相图,发现Mg在渗透层与氧化铝作用形成尖晶,可阻止灰渣对耐火材料的进一步渗透。3.利用分子动力学模拟计算高温下模型体系的结构,并通过径向分布函数,配位数,均方位移和氧键表征了模型。灰渣的模拟结果表明随着WS掺混量的增加,灰渣体系内Si-O和Al-O峰的肩宽增大,成键能力下降,Mg-O的平均键长减小,Mg的成键能力增强。另外,随着WS掺混量的增加,灰中[SiO4]的占比下降,WS促进了 Si四面体的解聚,灰渣体系内K和Mg的扩散系数增大,扩散能力增强,体系中[SiO5]和[AlO4]的占比先降低后增加。当WS掺混量为30 wt%时,占比达到最低,体系的聚合程度最低,此时灰渣具有流动性最好。建立了灰渣-氧化铝体系来模拟灰渣对耐火材高温侵蚀过程,结果表明与灰渣体系相比,灰渣-氧化铝体系内各粒子的扩散系数均增大,其中Mg的扩散系数最大,对氧化铝的渗透能力能力最强。