1.3　粉煤灰的形成过程与影响因素

根据热力学第一定律和第二定律，粉煤灰的形成是煤粉能量守恒、灰渣总熵不断增加、从热能到粉煤灰潜能的能量转化过程，粉煤灰的产生包括煤粉的燃烧、灰渣的烧结、破裂、颗粒熔融、骤冷成珠等过程，从这个意义上讲，电厂粉煤灰的锅炉实质上是粉煤灰产生的反应炉。从化学反应的角度来看，而粉煤灰中各主要矿物的种类、含量及其结构与原煤的矿物来源、矿物组成、煤的加工、燃烧方式（燃烧过程）等密切相关，现分述如下。

1.3.1　原煤的矿物组成

煤粉由高速气流喷入锅炉炉膛，有机物成分即刻燃烧形成细颗粒火团，充分释放热量。粉煤灰形成的过程，既是煤粉颗粒中各种矿物杂质转变的过程，也是化学反应过程。

（1）煤的矿物来源　纯净的煤应该是不含任何无机物的，但实际上任何一种类型的煤或多或少都含有无机物成分，通常将这些无机物称为煤中的矿物。煤中大部分矿物的形态为晶体，既可能为简单化合物，也可能是混合物，有些矿物以无定形形式存在，煤中矿物的尺寸与结合形式都是可变的，并非完全一致。Na、K和Ca等元素可以与煤中的有机物结合存在于煤中，这种情况通常出现在低级别的煤种中，另外还有少量的无机盐溶解于煤的孔隙以及表面水中。一般认为除煤中的水以及直接与有机物结合的元素外，其他所有无机物都是煤中的矿物。

煤中无机物的来源主要有两种：一种是形成于煤的植物中的无机物，木质组织中无机物含量1％～2％，树叶、树皮中无机物含量为10％～20％；另一种是地下水中结晶析出的物质，主要有铁、钙、镁和氯等化合物的矿物。

在煤形成的初期，通过风和水带入的岩屑矿物主要是硅酸盐，包括黏土矿物和石英，这些矿物是煤中最为丰富的，也是粉煤灰中主要矿物的来源；在煤形成的下一阶段所累积的矿物主要为碳酸盐、亚硫酸盐、氧化物和磷酸盐；在煤的最后形成阶段所产生的矿物主要是碳酸盐、亚硫酸盐、氧化物，这些矿物可能在煤块中的缝隙、夹层和空洞中生长，这类矿物的形成方式可以使得这些矿物能在煤的有机物中以比较细的颗粒分散。

（2）煤的主要矿物种类　Couch通过对各种煤低温燃烧后得到的灰状物质进行X射线衍射分析，认为煤中的主要矿物有硅酸盐（主要是石英和黏土矿物：高岭石、伊利石、绿泥石）、碳酸盐（方解石、白云石、铁白云石和天蓝石）和二硫化物（黄铁矿和白铁矿），次要矿物有长石（斜长石和正长石）、硫酸盐（针绿矾、水铁矾、石膏、烧石膏、硬石膏、黄钾铁矾）、硫化物（闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿）和氧化物（金红石）。可能存在的矿物有碳酸钡矿、钾石盐、岩盐、石榴石、角闪石、磷灰石、锆石、绿帘石、黑云母、斜辉石、铁斜绿泥石、硬羟铝石、纤铁矿、磁铁矿、蓝晶石、十字石、黄玉、电气石、赤铁矿、叶绿泥石等。

（3）煤的加工　煤经过粉磨后的矿物分布在很大程度上取决于与煤中有机物结合的无机物含量、矿物的尺寸和分布，如果矿物足够大，那么粉磨之后这些矿物游离出来，当然有些仍黏附一些可燃性物质，如果矿物以比较细的颗粒分散则粉磨不会影响矿物的分布。

在年代比较久远的煤中，与有机物结合的无机物可能有一些被氧化，并在煤的缝隙中沉淀，这些矿物可能在粉磨之后分离。

较高等级煤的外来矿物颗粒表现是很不同的，因为矿物与煤的密度相差很大，游离的矿物颗粒和矿物含量比较高等的颗粒将会比其他颗粒更易磨细，这是由于比较重的颗粒在磨机中循环次数较高的缘故。

煤的分选将减少煤中比较重成分的比重，主要是矿物质的比例，洗煤可能除去煤中一些钙、镁和钠盐等可溶性物质，如果采用重介质分离技术将会明显降低煤中磁性物质的含量。

1.3.2　煤的燃烧阶段

煤粉在燃烧过程中，在不同温度阶段，各矿物均会发生物理或化学变化。煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段。

第一阶段为水分蒸发阶段，当温度达到100～105℃左右时，水分全部被蒸发，煤被完全烘干，这是个吸热过程，需要从炉膛吸收热量，煤的水分越多，干燥所损耗热量就越多，因此，提高送入炉内的空气温度，可以加速煤的干燥过程，缩短干燥阶段所需时间，有利于煤的燃烧和燃尽。这个热量供给情况是影响煤炭着火的首要因素。

第二阶段为挥发分析出与着火阶段，烘干后的煤在炉内不断吸收热量后，温度继续上升，受热升温到一定值后，煤中的挥发物随之析出，同时生成焦炭（剩余的固态部分），它除了灰分以外几乎全部是固定碳。不同的煤，开始析出挥发分的温度是不同的。挥发分析出温度随煤的碳化程度加深而升高，褐煤在130℃开始挥发出挥发分，高挥发分的烟煤在150～180℃，低挥发分烟煤在180～240℃，贫煤在300℃以上，而无烟煤需达到400℃才开始析出挥发分。加热温度和加热时间对煤的挥发分产量有明显影响。同一种煤，加热温度越高，加热时间越长，其挥发分的产量就越大。挥发分的主要成分是各种烃类化合物，均是很容易着火的气体。当它们与空气混合达到一定浓度并被加热到一定温度时，就会着火燃烧；此时的温度称为煤的着火温度。不同煤的着火温度不同。当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快，一般只占煤整个燃烧时间的1/10左右。

第三阶段为焦炭燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦炭，此时焦炭温度上升很快，一般温度升至700℃以上，焦炭才开始进行剧烈的氧化反应，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量，发出白色或蓝色的火焰。煤中挥发分析出后，焦炭中形成了许多的孔隙，大大扩展了焦炭与氧气接触燃烧的表面积，加快了焦炭燃烧速度，促进煤的完全燃烧。一般，焦炭的燃烧速度缓慢，燃尽所需时间也较长，特别是当煤的颗粒较大时，需要的燃尽时间则更长，所以要保证燃煤在炉膛内应有足够的停留时间。煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段。

第四阶段为燃尽阶段，是焦炭燃烧阶段的继续。煤中的可燃物全部燃烧完毕后，剩下的灰渣温度仍然很高，为了充分利用或回收其中一部分热量，应尽可能使灰渣在炉内停留一段时间。灰渣中也可能还有少量大颗粒的残存焦炭，仍需一段时间继续燃烧燃尽。灰渣经过一段时间的停留再排出炉外的过程称为燃尽阶段。这个阶段使灰渣中的焦炭尽量烧完，以降低不完全燃烧热损失，提高效率。由于该阶段所需要的空气量较少，对链条炉分段送风的风室可以基本关闭。

也有学者将第一阶段和第二阶段合并，称为着火前准备阶段。

1.3.3　煤燃烧中各主要矿物变化

煤在燃烧过程中，各种主要矿物均发生不同程度的物理化学变化，在不同温度下，其物相转变不同，见图1-2所示。

煤粉在300℃时，黏土矿物受热开始脱去表面的吸附水，650℃时开始脱去结晶水，1100℃时矿物晶格开始破坏。当受热温度继续上升时，矿物颗粒表面就开始熔融。

当温度达到400℃时，高岭土开始失水形成偏高岭土，当温度超过900℃时，偏高岭土将形成莫来石和其他无定形石英。伊利石是典型的富铁、镁、钾、钠的黏土矿物，当温度超过400℃时开始分解形成铝硅酸盐。

大约在800℃时，碳酸盐开始分解放出CO₂生成石灰（CaO），其他碳酸盐也会分解放出CO₂，然后生成相应的氧化物，但分解的温度不同，如天蓝石为500℃、白云石为750℃。

在温度超过1000℃时，石英如果没有与黏土矿物结合，将溶解于熔融的铝硅酸盐中，再随温度升高大约达到1650℃时将开始挥发。

铁是影响粉煤灰中矿物相比较重要的元素。在实验室条件下，黄铁矿（FeS₂）300℃开始分解，失去硫后生成Fe_1-xS；然后在500℃时氧化生成赤铁矿（Fe₂O₃）和磁铁矿（Fe₃O₄）。硫氧化后生成SO₂。煤中绝大部分铁都是以FeS₂形式存在的，特别是在烟煤中更是如此。因为硫氧化速度很慢，FeS₂在火焰中也只是部分氧化，形成熔点较低、密度较大的FeS/FeO共晶体，甚至温度高达1100℃时仍有Fe_1-xS存在。在锅炉燃烧过程中，煤中大部分含铁矿物质在与碳及CO的作用下，形成Fe₂O₃和Fe₃O₄，新生成的铁氧化物再与新生的硅、铝、钙质玻璃体连生在一起，形成球状或似球状的铁质微珠。

黄铁矿（FeS₂）在氧化气氛中短时间燃烧时形成磁黄铁矿，放出SO₂，燃烧时间长时，磁黄铁矿与O₂作用，反应生成磁铁矿，放出SO₂，赤铁矿在与粉煤燃烧时，也生成磁铁矿，褐铁矿在燃烧时，先排出化合水，变成不含水的赤铁矿，然后反应，也生成磁铁矿。

以上是国内外很对学者采用多种手段，对煤燃烧过程和产物中的各主要成分变化和矿物转化进行研究的结果。但由于原煤中常含有颗粒很细的且在煤中广泛分散的矿物质，再加上每一种煤的原矿性质不同，对燃煤炉体、炉渣和生成粉煤灰的性质不同，因此，煤中矿物质在煅烧过程中的具体变化及影响研究一直在进行，如刘桂建等利用中子活化法、化学方法、X射线衍射及扫描电镜等方法对淮北煤田的煤样品进行了矿物质、微量元素分析，并研究了样品中主要矿物的种类及其形成时的影响因素，对比了其在燃烧前后的主要变化，结果表明，样品中含有高岭石、石英、方解石和黄铁矿以及多种微量元素，在燃烧过程中，微量元素的含量以及矿物的种类发生了变化，并形成高温稳定的矿物种类。As、Ba、Cr、Mn、Mo、Sb、Th、U、V这几种微量元素在815℃燃烧情况下，其挥发性较小，在煤燃烧过程中，这些微量元素主要保留在燃烧的产物灰中，但有些微量元素在燃烧过程中，以气态或烟尘的形式释放出来，如Cl、Hg、F、Se等。所研究的样品中，黏土矿物主要为高岭石和伊利石，高岭石在400～500℃发生脱水，转变为偏高岭石（后转变为红柱石）和莫来石，通过对比煤燃烧前后的X射线衍射图，发现石英矿物的衍射强度变弱，因此认为在煤燃烧过程中，少量石英与Al₂O₃、CaO等其他成分，发生反应，并生成了一些新的矿物质或非晶质的玻璃体物质。碳酸盐方解石在煤燃烧过程中，全部分解变成了氧化钙，磁铁矿转变为赤铁矿，菱镁矿转变为氧化镁。黄铁矿主要变成了赤铁矿。

1.3.4　煤燃烧的其他条件对粉煤灰的影响

在实际煤燃烧过程中，粉煤灰的物相特性不仅与煤种、煤源有关，而且与锅炉的类型、燃烧条件、煤的类型等有关，不同燃烧条件（燃烧温度、燃烧气氛）、不同煅烧炉或煅烧窑，形成的粉煤灰矿物也不同。

（1）煅烧炉类型的影响　如常见的沸腾炉和煤粉炉，前者又称为流化床锅炉，对燃料的适应性很强，可燃煤矸石（煤炭开采产生的煤层夹矸和顶底板含碳较高的岩石）、煤泥（煤炭洗选产生的含有大量有机碳的洗矸）等劣质燃料，工作温度通常在800～900℃。煤粉炉是煤悬浮燃烧的锅炉，要求燃料粒径一般在1mm以下，过滤的温度很高，在1400℃以上，这个温度都达到或超过了煤中大部分矿物的熔点。

煤燃烧时的煤粒是由水分、原煤、焦炭和灰分（矿物质）四部分组成，当原煤在氧化环境中加热时，煤的燃烧就开始了。煤粒可能变软（变得具有可塑性），内部结构也在发生转变，当温度上升时，煤中的水分最先释放出来，温度继续升高，气体和焦油物质开始释放，这一热解过程可以使煤的总质量下降到70％～80％，经历的时间主要由煤粒的大小、煤种和温度等条件决定，这时，挥发分可以在炉膛内燃烧起来，脱失了挥发分的部分是焦炭和矿物质，在足够高的温度下，残余的焦炭可以直接与氧发生反应，该氧化反应是一个非均相反应，比挥发分的析出过程要慢很多，其反应速率与煤种、温度、压力、焦炭颗粒的特性（大小、比表面积）及氧化剂的含量等因素有关。

试验样品中，都或多或少含有石英、高岭石、伊利石、莫来石、长石、黄铁矿等本身性质不同的矿物，主要它们的相转变温度和熔点都不同，表1-1为这几种矿物的相转变温度和熔点。表中虽列出了各种矿物的熔点，但在锅炉中多种矿物共同存在，还会发生固相反应，因而会不同程度地影响矿物的熔点，使其发生变化。在温度缓慢上升的情况下，煤中这些矿物的相转变、熔化作用都是分别进行的，但是，如果温度上升的速度非常快，矿物质的相转变及其熔化的作用就会同时或近于同时发生。

在煤粉炉中，煤中的大部分矿物质在非常短的时间内达到了熔点以上的温度，变成了熔体，即熔融状态的液体颗粒，由于表明张力的作用，熔融的颗粒呈圆珠状，这些液体小珠在烟气流的吹动下，处于分散状态，有的甚至变得更小，这些呈熔融状态的小圆珠体大部分被烟气流送到炉膛外的烟道中，随着温度的迅速下降，熔融的液态珠体快速冷却，形成不同形状的玻璃体，构成了粉煤灰的珠体，少量沉降到炉膛底部，并有一定程度的聚集，也没能转变成玻璃体，仍保留原来的矿物学结构特征，有时只是外部形态发生了一定的变化，分散在粉煤灰和底灰中。此外，粉煤灰中的少量有机质（碳），也没有来得及燃烧，而随烟气流排出，被静电除尘器收集，主要集中在飞灰中。

刘芳等探讨了燃料中的矿物质在沸腾炉和煤粉炉中的相转变过程，并利用X射线衍射仪分析了燃煤电厂和矸石、煤泥电厂所用燃料及所排粉煤灰的物相特征，经分析发现，燃煤电厂产生的粉煤灰中物相组分以非晶质的玻璃体为主，另外还有石英、莫来石及少量长石等；而煤泥电厂与矸石电厂产生的粉煤灰中虽也含有玻璃体，但数量相对较少，矿物质是以石英为主，此外还含有长石、赤铁矿及少量莫来石。

（2）煤质对粉煤灰的影响　不同的煤类型，在相同的燃烧条件下，所生成的粉煤灰性质亦不相同，如常用的褐煤、烟煤、无烟煤，褐煤由于煤化度较低，含碳60％～77％，挥发分含量较高，>40％，在燃烧过程中，易冒烟，所以生成的粉煤灰较多，灰分含量大于50％；烟煤由于煤化度高，含碳值高，为75％～90％，所以灰分含量一般小于25％；无烟煤的煤化程度最高，含碳量最高，一般大于90％，挥发分含量最少，小于10％，即其灰分含量很低。

一般电厂煤粉炉对煤种的适用范围较广，它既可以设计成燃用高挥发分的褐煤，也可设计成燃用低挥发分的无烟煤。但对一台已安装使用的锅炉来讲，不可能燃用各种挥发分的煤炭，因为它受到喷燃器形式和炉膛结构的限制。发电用煤质量指标如下。

①挥发分　是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含量越高，着火越容易。根据锅炉设计要求，供煤挥发分的值变化不宜太大，否则会影响锅炉的正常运行。如原设计燃用低挥发分的煤而改烧高挥发分的煤后，因火焰中心逼近喷燃器出口，可能因烧坏喷燃器而停炉；若原设计燃用高挥发分的煤种而改烧低挥发分的煤，则会因着火过迟使燃烧不完全，甚至造成熄火事故。因此供煤时要尽量按原设计的挥发分煤种或相近的煤种供应。

②灰分　灰分含量会使火焰传播速度下降，着火时间推迟，燃烧不稳定，炉温下降。

③水分　水分是燃烧过程中的有害物质之一，它在燃烧过程中吸收大量的热，对燃烧的影响比灰分大得多。

④发热量　为的发热量是锅炉设计的一个重要依据。由于电厂煤粉对煤种适应性较强，因此只要煤的发热量与锅炉设计要求大体相符即可。

⑤灰熔点　由于煤粉炉炉膛火焰中心温度多在1500℃以上，在这样高温下，煤灰大多呈软化或流体状态。

⑥煤的硫分　硫是煤中有害杂质，虽对燃烧本身没有影响，但它的含量太高，对设备的腐蚀和环境的污染都相当严重。因此，电厂燃用煤的硫分不能太高，一般要求最高不能超过2.5％。

（3）燃烧过程有关的影响　王泉海采用化学热力平衡分析方法研究了在煤燃烧和气化过程中，产生的烟气里，矿物质元素Na、Fe、Si在氧化气氛和还原气氛下的化学形态和分布。结果表明，矿物质在还原气氛下的蒸发量要大于氧化气氛下的蒸发量，尤其是铁元素和硅元素，在还原气氛下的蒸发量要远远大于氧化气氛下的蒸发量，不同环境下，粉煤灰中的矿物质的化合和迁移特性也不同，导致最后的产物也不同。

氧化气氛下，煤灰中主要的含铁矿物质主要转变成Fe₂O₃、Fe₃O₄和少量Fe₂SiO₄、MgFe₂O₄、FeSO₄。随着温度的升高，煤灰中的Fe₂O₃逐渐分解减少，而Fe₃O₄含量逐渐增加，还原气氛下，煤灰中FeO将与无定形的SiO₂生成Fe₂SiO₄。另外，还有少量Fe₂O₃、Fe₃O₄、MgFe₂O₄。这些矿物质在加热过程中，含量变化的总趋势是逐渐减少的。

矿物质硅也是锅炉对流受热面上沉积物形成及增长的主要因素之一，特别是当气相Si与碱金属蒸气反应，会在硅粒子表面上生成一层薄的硅化物，这些物质在800K时就可附着在金属表面，形成受热面上初始沉积的黏性粒子。在化学热平衡计算中，氧化环境下，由于含硅元素与其他矿物质反应生成稳定的化合物，因此，在气相中并未发现含硅气相成分存在。在还原环境下，由于硫、碳或碳氢化合物的存在，石英和其他硅化合物被还原成气态中间产物，如SiO等。因此，受热蒸发的含硅物质主要有SiO和SiO₂，随着环境温度的升高，气态SiO₂含量迅速增加，当温度达到2200K，Si蒸发总量为3.8568％。

氧化气氛下，煤灰中含硅矿物质主要有CaSiO₃和少量SiO₂、FeSiO₄、Na₂SiO₄、NaAlSiO₄、K₂SiO₃、CaMgSi₂O₆、MgSiO₃。各种组分含量在加热过程中变化量不大。还原气氛下，煤灰中含硅矿物质主要有SiO₂、FeSiO₄、NaAlSiO₄、KAlSi₃O₈、NaAlSi₃O₈、CaSiO₃和少量NaSiO₃、Na₂Si₂O₅、NaAlSi₂O₆、K₂SiO₃、K₂Si₂O₅、CaMgSi₂O₆、MgSiO₃、Mg2 SiO₄，其中随着温度的升高，SiO₄含量大量增加，此外，CaMgSi₂O₆、MgSiO₃略有增加，而其他含硅矿物质在不断减少。

化学热平衡计算结果表明，碱金属Na元素在炉内高温环境下极易蒸发，还原气氛下，Na元素比氧化气氛下更易于蒸发。随着温度的升高，矿物质中Na迅速蒸发，温度2200K下，Na元素在还原/氧化环境下的蒸发量分别达到83.43％和79.78％，大部分蒸发出的Na与水蒸气等反应，最后以NaOH的形式存在。此外，气相成分主要还有单质Na和少量NaCl和NaO，在还原气氛下，气相成分中以单质Na形式存在的Na元素含量要比氧化气氛下更高。

当环境中含有硫、氧、二氧化碳和蒸气时，煤中Na元素将与之反应形成硫酸钠和碳酸钠等。氧化气氛中，煤灰中主要含有Na₂SO₄、NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂Si₂O₅、NaAlSiO₄、NaAlSi₂O₆、NaCl、NaOH、Na₂CO₃等物质。在1600K下，煤灰中主要含钠矿物质为Na₂SO₄，随着温度的升高，Na₂SO₄逐渐分解，而NaAlO₂含量随着温度的升高而升高，当温度高于1800K时，NaAlO₂含量逐渐减少，温度达到2200K时，所有含钠矿物质大部分分解、蒸发，还原气氛下，煤灰中主要含钠矿物质有Na₂SiO₃、Na₂Si₂O₅、NaAlO₂、NaAlSiO₄、NaAlSi₂O₆、NaAlSi₃O₈，随着温度的升高，这些含钠矿物质大部分分解、蒸发。

一般来说，燃烧过程如升温速度，燃烧时间等可以影响粉煤灰的形成，其中由燃烧过程决定的冷却速度更是深刻影响了粉煤灰的形成。当冷却速度较快时，玻璃体含量较多；反之，冷却速度慢时，玻璃体容易析晶。同时，不同成分的煤粉在燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的冷却过程中，形成了不同的物相，组成了晶体和非晶体的混合物，且波动范围较大。一般晶体为石英、莫来石、磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和此生褐铁矿，其中玻璃体含量占50％以上。

1.3.5　煤灰中的矿物相图

研究各种无机物相对的转化过程，经常采用相图进行理论分析和解释。燃煤副产品的矿物相图通常采用FeO-SiO₂-Al₂O₃、CaO-SiO₂-Al₂O₃和K₂O-SiO₂-Al₂O₃三元相图来表示。

图1-3是Huffman对美国18种煤灰的高温特性进行研究，在还原条件下得出的FeO-SiO₂-Al₂O₃平衡相图，可定性的认识煤灰的矿物组成。整体上，煤灰的矿物组成落在莫来石区域，在富铁区域首先发生熔融，液相也可能是在富铁共熔区域首先形成。

图1-4为煤灰的主要矿物百分比随温度的变化曲线，实际上，矿物的百分比是随含铁矿物相的变化而变化的，这些结果是在相对比较低的加热速度的平衡条件下得到的，如果要将这些结果应用于锅炉内加热速度非常快的情况务必谨慎。

研究中所采用的样品为15种烟煤，分析时样品经过急冷处理。大约在900℃下，样品中所观察到的矿物基本上都能与煤中的矿物对应。方铁矿和富铁的铁酸盐相主要来自富铁矿物，如黄铁矿、菱铁矿和硫酸铁等。900℃下，玻璃体中的铁含量正比于含钾黏土矿物和煤中伊利石中铁的含量，通常认为这是由于在K₂O-SiO₂-Al₂O₃相图中有很多低熔点的共熔区域。在900～1000℃之间，方铁矿和其他富铁氧化物将会与石英、高岭土发生反应而熔融。在1000～1200℃之间，由于铁尖晶石和铝酸铁等到形成使得铁的熔融反应停止，超过1200℃所有的铁将会与液态的硅酸盐结合。

在氧化气氛中观察到的玻璃相是非常少的，不论是氧化还是还原气氛，即使温度未达到理论熔点时就可能发生部分熔融，但一般来说，温度低于400℃的情况下煤灰中的玻璃体不太可能超过50％。

对于高钙煤的煤灰中的无机物转化的特点差异比较大，这方面的研究还比较少。

1.3.6　煤中一些元素对煤灰中矿物形成的影响

铁对煤灰的矿物形态影响非常重要，还原态的铁比氧化态的铁有更低的熔点，铁的化合物可能会与煤灰中的硅酸盐反应生成低熔点的铁硅酸盐飞灰颗粒。

钠既可能同其他矿物反应，也可能在火焰中蒸发，当钠蒸气移动到锅炉内较冷的区域后会凝结，大部分钾可能会与铝硅酸盐结合。

有机硫在煤的燃烧过程中可能释放SO₂气体，在快速加热和还原气氛中，黄铁矿将会熔化然后分解成FeS，在氧化气氛中FeS可能形成氧化铁，然后硫生成SO₂气体。

当熔化的碱-硅酸盐化合物冷却时，碱金属会在表面冷凝，因此，使得煤灰颗粒很黏，在1100℃以下时，碱金属的氧化物以及氯化物将迅速与SO₂、O₂或者与SO₃反应生成硫酸盐。Na₂SO₄和K₂SO₄是最容易生成的硫酸盐，生成温度分别为800℃和1075℃。硫酸盐混合物的最低熔化温度为830℃，如果局部的SO₃含量足够高时，焦硫酸盐K₂S₂O₇和Na₂S₂O₇也会形成，这两种硫酸盐分别在400℃和300℃时开始融化。