1.1 选题的目的及意义

改革开放以来，随着国民经济快速发展，能源作为国家的战略性资源，近年来消费总量急剧增长^[1]。而煤炭是我国最为重要的基础能源和化工原料，仍在我国国民经济中占据着主导地位。山西省作为我国的煤炭大省，煤炭资源丰富，但约占其40%煤炭总量的煤为高灰煤和高灰熔点煤（简称“两高”煤）^[2]。因此高效清洁的利用储量丰富的“两高”煤对山西现代煤化工产业、经济转型以及可持续发展有着至关重要的作用。

山西“两高”煤属于中变质无烟煤，气化反应活性低，因此采用高温、高压并具有高转化率的气流床气化技术能够实现高效气化，也符合了现代煤工业对合成气的要求^[3]。气流气化技术的反应温度最高可达1700℃，有机质的转化率和反应速率几乎相同，气化反应活性低的“两高”煤也可完全反应，此时“两高”煤中的无机物(矿物质、灰分、熔渣)的演变行为是决定气流床气化炉液态排渣的关键因素^[4]。但由于山西“两高“煤灰分的加权平均值为28.5%，导致气化效率降低，且其煤灰熔渣的黏温特性表现为结晶渣类型，无法满足液态排渣要求。因此山西”两高“煤应用于气流床气化的关键在于对灰化学性质的合理调控，由于配煤受企业自有煤炭资源和煤源地距离限制，采用洗选和添加助熔剂的组合方式能够降低煤灰分和灰熔点。

钠基助熔剂可显著降低山西高灰熔点煤灰熔融温度^[5]，改善灰渣的熔融性和黏温特性，其仅适用于采用合成气“下行”的水激冷工艺，是因为“下行”水激冷工艺可避免由于Na挥发带来的烧结和沾污问题。但部分电厂能为“上行”水激冷工艺，存在着Na挥发所带来的烧结和沾污、影响熔渣中Na含量降低助熔效率问题，因此掌握热解过程中钠基助熔剂的添加量、不同混合方式对煤灰熔融特性的影响及Na的释放规律对指导山西高灰、高熔点煤应用于气流床气化炉的高效运行具有重大意义。

1.2 国内外的研究现状分析

1.2.1国外研究现状分析

Marc和Michael^[6]研究了高温下煤气化中钠、钾、氯和硫释放规律，实验采用了6种硬煤和4种褐煤样品，在1400℃、1atm的条件下进行，气氛在He/7.5%O₂和He/7.5%O₂及水蒸气混合下分别进行，对比发现在水蒸气的影响下，碱金属、氯和硫的释放主要发生在脱挥发分过程中，并且碱金属的氢氧化物含量显著增加。

Chen^[7]等研究了高钠煤在气流床气化炉中运用时钠在熔渣黏温特性所起到的关键作用，实验发现在气流床气化炉中Na₂O提供的O^2-离子打破了Si-O-Si键改变了原来的网格结构，此时由于Na 的作用Al³ 进入硅酸盐结构中进行离子电荷补偿，改变了原来的非桥氧分数。并且发现非桥氧分数随着Na₂O的含量增加而降低，从而导致了熔渣黏性的降低，更加有利于液态排渣。但当其温度低于临界液态排渣温度时，随着Na₂O的含量增加熔渣易发生结晶化形成结晶渣，SiO₂/Al₂O₃的质量比的增加熔渣易形成玻璃渣。此时引入一个定量评估熔渣结晶趋势的参数玻璃渣形成能力G，当G大于0.16KJ/(mol^.K),熔渣易形成玻璃渣，有利于液态排渣。

Sung^[8]等研究了不同煤级燃烧过程中钾和钠的释放规律，实验发现燃料中大量KCl和NaCl形式释放，并且随着燃料中氯化物的含量增加，KCl的释放含量降低NaCl的释放含量增加，与此相反的规律发现随着燃烧温度的提高，KCl的释放含量增加NaCl的释放含量降低。

Marc^[9]等研究了高温下三种煤样及其混合煤样在管式炉气化条件下碱金属、硫和氯的释放规律，实验发现大部分生成的蒸汽为H₂S、HCl、KOH、NaCl、COS和KCl。经过数据定量分析，碱金属、硫和氯的释放是与煤样组成有关，其中硬煤和石油焦的混合煤样HCl、NaCl、H₂S和COS的释放能通过计算预测，而硬煤和废渣的混合煤样仅有HCl和NaCl的释放能通过计算预测，H₂S和COS的释放不能通过计算预测。