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摘要
生物质中碱金属(钾和钠)在气化过程中易释放至气相，导致气化炉腐蚀、积灰、结渣等问题，严重影响气化炉的长周期运行。采用热力学模拟，分别从碱金属释放和分布规律、物相演化机理、熔渣结构单元和熔渣固定碱金属吉布斯自由能，阐明添加高岭土对秸秆气化过程中碱金属释放的影响机制。结果表明，800℃秸秆灰渣中碱金属钾主要存在于钾镁硅酸盐和长石，而钠存在于长石，温度升高促进灰渣中碱金属释放至气相；此外，矿物质种类和熔渣结构分别是决定碱金属释放行为的关键因素；800℃时添加高岭土促进灰渣中固钾矿物质由钾镁硅酸盐转变为白榴石，固钠矿物质由钠钙硅酸盐转化为霞石，减弱碱金属释放行为。高温下添加高岭土，熔渣解聚参数G下降，熔渣中Si-Si-O-O结构单元转变为Al-Si-O-O结构单元，促进碱金属以电荷补偿形式与四配位Al3+结合，Si-KAl-O-O结构单元和Si-NaAl-O-O结构单元含量升高，抑制碱金属释放。此外，1 400～1 600℃时，添加高岭土导致熔渣固定碱金属反应的吉布斯自由能降低，熔渣固定碱金属能力增强，碱金属释放减弱；熔渣固定碱金属钾反应的吉布斯自由能高于碱金属钠，因此碱金属钾更易释放至气相。
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单位煤转化国家重点实验室; 环境科学与工程学院; 中国科学院山西煤炭化学研究所; 太原理工大学
