未来相当长时期内,化石能源尤其是煤炭在我国能源结构中仍将占主体地位。煤粉燃烧过程中矿物质的转化既引起锅炉炉墙结渣,威胁火电厂锅炉的安全经济运行,又产生大量空气动力学直径小于10μm甚至是2.5μm的颗粒物(PM10和PM2.5),造成严重的环境和健康危害。针对上述问题,本论文借助先进的计算机扫描电镜(CCSEM)逐粒分析技术,选取典型的煤阶(褐煤、烟煤和无烟煤)、进行了不同煤种燃烧时矿物质转化成灰行为及PM10生成特性的相关机理研究。本论文进行的主要研究工作及成果包括：采用CCSEM技术全面考察了煤粉、煤焦和煤灰样品中矿物质的种类、粒径、内(外在分布,及主量元素在矿物质中的分布,系统分析了煤中各类内在和外在矿物质在脱挥发分和燃烧阶段发生的化学转化和与化学转化同时发生的分解、破碎、聚合等物理转化。此研究在已有研究基础上,加深了对煤粉燃烧过程中矿物质转化行为的理解。如发现了三个实验煤种中石英均在脱挥发分阶段未有转化,而煤焦燃烧阶段则易与其他矿物成分结合生成硅铝酸盐；各煤中高岭石在脱挥发分阶段可能发生了分解导致粒径减小,而焦燃尽后又聚合生成粒径更大的莫来石相成分。采用CCSEM首次定量计算了煤粉燃烧过程矿物质交互作用发生的程序,及外在矿交互作用发生的程度。以主要成灰元素Fe和Ca为研究对象,分析了各矿物质中Fe和Ca与其它矿物发生交互作用的程度,及交互作用对应的源矿物与目标矿物的种类和含量。经分析得到,对于三个实验煤种,28.3-57.7%的Fe与其它矿物发生了交互作用,而51.3-68.1%的Ca发生了交互作用,同种煤中Ca发生交互作用的程序均高于Fe。外在矿中50%以内的Fe发生了交互作用,而有50%及以上的Ca发生外在矿交互作用,以Fe或Ca的转化表征的外在矿交互作用均占总交互作用发生程度的60%以上显示了外在矿交互作用的重要性。煤灰颗粒的球形度信息可以由CCSEM分析得到,因而通过CCSEM分析了各化学组成灰颗粒的煤中起源矿物和球形度变化程度,实现了各化学组成煤灰颗粒熔融倾向的预测，这为单颗粒煤灰的熔融倾向捉供了一种新的识别方法。对于三个实验煤种而言,莫来石相成分主要来自于原煤中高岭石的直接转化,在燃烧后发生了部分熔融,YQ无烟煤和CF褐煤中明显熔融,主要是由于部分Ca、Na等致渣元素的进入导致了熔点降低。DT烟煤煤灰中含量较大的K硅铝酸盐主要来自于热稳定的源矿物高岭石和石英,导致新生成的K硅铝酸盐未发生明显熔融。无烟煤和烟煤中难识别矿物成分含量与原煤相似,无烟煤中熔融程度的增加主要来自于Ca、Fe等元素的加入,褐煤灰中含量明显增大的富含Fe和Ca的硅铝酸盐,则由于Ca的大量加入导致燃烧后发生了明显的熔融。采用富含与碳基质结合的内在矿的中密度煤(1.4-1.6g/cm3)作为实验用煤进行了空气气氛燃烧实验,通过分析煤/焦的结构与燃烧行为,煤中无机元素/矿物的赋存与分布,及PM10的生成质量与化学成分揭示了煤中碳的燃烧和矿物性质对PM10生成(?)为重要的共同影响。论文实验条件下三个煤种的燃烧结果可知,PM0.6与无机成分性质的关系较小,受煤种的燃烧性质影响较大：较低阶煤中明显的局部还原气氛导致了较低阶煤中更多PM0.1的生成；较低阶煤燃烧时大部分无机元素种类的气化/凝结和异相凝结机理均被促进,导致了较低阶煤PM0.1-0.6生成量的增加。而PM0.6-10则与碳燃烧时的煤焦破碎,及内在矿本身的种类及性质关系都很大：煤焦颗粒在燃烧初期的破碎,及难熔不聚合矿物石英等的富存导致了HLH褐煤PM0.6-10最高的生成量；PDS烟煤比CZ无烟煤更高的焦颗粒燃烧温度和焦膨胀率导致焦破碎更明显,更大比例的细矿物被转化为较细颗粒物,导致烟煤更多PM0.6-10的生成。新型氧燃料燃烧方式用CO2替代N2燃烧,煤焦的形成与燃烧过程均有明显不同,在新型燃烧方式的研究背景下,首次研究了煤焦燃烧后PM10的生成机理。由于CO2气氛脱挥发分时CO2会与煤焦发生气化反应,CO2-焦的物化性质与N2-焦有明显差异将N2-焦和CO2-焦在空气和O2/CO2条件下燃烧,发现两种燃烧条件下PM10的生成量都明显依赖于脱挥发分的方式及煤种特性,不同煤阶的煤粉制得的煤焦在燃烧后表现出了明显不同量的PM0.5和PM0.5-10生成。