前言
煤灰的熔融性是動力用煤高溫特性的重要測定項目之一，是動力用煤的重要指標，它反映煤中礦物質(zhì)在鍋爐中的變化動態(tài)。測定煤灰熔融性溫度在工業(yè)上特別是火電廠中具有重要意義。
第一，可以提供鍋爐設(shè)計選擇爐膛出口煙溫和鍋爐安全運行的依據(jù)。在設(shè)計鍋爐時，爐膛出口煙溫一般要求比煤灰的軟化溫度低50～100℃，在運行中也要控制在此溫度范圍內(nèi)，否則，會引起鍋爐出口過熱器管束間灰渣的“搭橋”，嚴重時甚至發(fā)生堵塞，從而導(dǎo)致鍋爐出口左右側(cè)過熱蒸汽溫度不正常。
第二，可以預(yù)測燃煤的結(jié)渣。因為煤灰熔融性溫度與爐膛結(jié)渣有密切關(guān)系。根據(jù)煤粉鍋爐的運行經(jīng)驗，煤灰的軟化溫度小于1350℃就有可能造成爐膛結(jié)渣，妨礙鍋爐的連續(xù)安全運行。 
第三，可為不同鍋爐燃燒方式選擇燃煤。不同鍋爐的燃燒方式和排渣方式對煤灰的熔融性溫度有不同的要求。煤粉固態(tài)排渣鍋爐要求煤灰熔融性溫度高些，以防爐膛結(jié)渣；相反，對液態(tài)排渣鍋爐，則要求煤灰熔融性溫度低些，以避免排渣困難。因為煤灰熔融性溫度低的煤在相同溫度下有較低的粘度，易于排渣。
第四，可判斷煤灰的渣型。根據(jù)軟化區(qū)間溫度（DT—ST）的大小，可粗略判斷煤灰是屬于長渣或短渣。一般認為當(dāng)（ST—DT）=200～400℃為長渣；（ST—DT）=100～200℃為短渣。通常鍋爐燃用長渣煤時運行較安全。燃用短渣煤時，由于爐溫增高，固態(tài)排渣爐可能在很短的時間內(nèi)就出現(xiàn)大面積的嚴重結(jié)渣情況；燃用長渣煤時，DT、ST之間的溫差雖超過200℃，但固態(tài)排渣爐的結(jié)渣相對進行得較為緩慢，一旦產(chǎn)生問題，也常常是局部性的。
綜上所述，是煤灰熔融性測定的重要性，必須掌握煤灰熔融性的準確測定方法，以達到確保鍋爐安全經(jīng)濟燃燒的目的。
2 測定煤灰熔融性設(shè)備的技術(shù)要求
按國家標準GB219—74規(guī)定要求，應(yīng)用硅碳管高溫爐應(yīng)滿足有足夠大的恒溫區(qū)，恒溫區(qū)內(nèi)溫差應(yīng)不大于5℃；能按照規(guī)定的溫升速度升溫至1500℃；爐內(nèi)氣氛能方便控制為弱還原性或氧化性；能在試驗過程中隨時觀察試樣的變化情況；電源要有足夠容量，可連續(xù)調(diào)壓。
鉑銠—鉑熱電偶及高溫計，測溫范圍為0～1600℃，最小分度為5K，經(jīng)校正后（半年校正一次）使用，熱電偶要用氣密性剛玉管保護，防止熱端材質(zhì)變異。
灰錐模子，由對稱的兩半塊構(gòu)成的黃銅或不銹鋼制品。
灰錐托板模，由模座、墊片和頂板三部分構(gòu)成，用硬木或其他堅硬材料制做。
常量氣體分析器，可測定一氧化碳、二氧化碳和氧氣含量。
3 氣氛條件的控制
煤灰熔融性溫度測定的氣氛一般有兩種，一種是氧化性氣氛，另一種是弱還原性氣氛。常用的氣氛是弱還原性氣氛。這是因為在工業(yè)鍋爐的燃燒中，一般都形成由CO、H2、CH4、CO2和O2為主要成分的弱還原性氣氛，所以煤灰熔融性溫度測定一般也在與之相似的弱還原性氣氛中進行。所謂弱還原性氣氛，是指在1000～1300℃范圍內(nèi)，還原性氣體（CO、H2、CH4）總含量在10%～70%之間，同時在1100℃以下時，它們和CO2的體積比不大于1：1，含氧量不大于0.5%。
對于弱還原性氣氛的控制方法，一般有兩種，一種是封碳法，它是將一定量的木碳、石墨、無煙煤等含碳物質(zhì)封入爐中，這些物質(zhì)在高溫爐中燃燒時，產(chǎn)生還原氣體（CO、H2、CH4），形成弱還原性氣氛。封碳法簡單易行，在國內(nèi)普遍采用。另一種是通氣法，在測定煤灰熔融性溫度的爐內(nèi)通入40%±5%的一氧化碳和60%±5%的二氧化碳混合氣或50%±10%的二氧化碳和50%±10%的氫氣混合氣。通氣法容易調(diào)節(jié)并能獲得規(guī)定的氣體組成。對于氧化性氣氛的控制，是煤灰熔融性溫度測定爐內(nèi)不放置任何含碳物質(zhì)，并使空氣在爐內(nèi)自由的流通，這一方法更為簡單，也被許多電廠采用。 
4 測定步驟
4．1 灰的制備
取粒度小于0.2mm的分析煤樣，按照測定灰分的方法，將煤樣置于瓷方皿內(nèi)，放入箱形電爐中，使溫度在30min內(nèi)逐漸升到500℃，在此溫度下保持30min，然后升至815±10℃，關(guān)閉爐門灼燒1h，使煤樣全部灰化，之后取出方皿冷卻至室溫，再將煤灰樣用瑪瑙缽研細，使之粒度全部達到0.1mm以下。
4．2 灰錐的制做
取1~2g煤灰樣放在瓷板或玻璃板上，用數(shù)克糊精水溶液濕潤并調(diào)成可塑狀，然后用小尖刀鏟入不銹鋼灰錐模中擠壓成高為20mm，底邊長7mm的正三角形錐體，錐體的一個棱面垂直于底面。用小尖刀將模內(nèi)灰錐小心地推至瓷板或玻璃板上，放在空氣中干燥或放入60℃恒溫箱內(nèi)干燥后備用。
4．3 在弱還原性氣氛中測定
用10%糊精水溶液將少量氧化鎂調(diào)成糊狀，用它將灰錐固定在灰錐托板的三角坑內(nèi)，并使灰錐的垂直棱面垂直于托板表面。將帶灰錐的托板置于剛玉舟的凹槽內(nèi)，如用封碳法來產(chǎn)生弱還原性氣氛，預(yù)先在舟內(nèi)放置足夠量的碳物質(zhì)。打開高溫爐爐蓋，將剛玉舟徐徐推入爐內(nèi)，使灰錐位置恰好處于高溫恒溫區(qū)的中央，將熱電偶插入爐內(nèi)，使其頂端處于灰錐正上方5mm處，關(guān)上爐蓋，開始加熱并控制升溫速度為：900℃以下時，（15～20℃/min），900℃以上時（5±1℃/min）。如用通氣法產(chǎn)生弱還原性氣氛，應(yīng)通入1：1的氫氣和二氧化碳混合氣體，當(dāng)爐內(nèi)溫度為600℃時開始通入二氧化碳，以排除爐內(nèi)的空氣，700℃時開始通入混合氣體。氣密性較好的爐膛，每分鐘通入100ml，以不漏入空氣為準。每20min記錄一次電壓、電流和溫度。隨時觀察灰錐的形態(tài)變化（高溫下觀察時，需戴上墨鏡），記錄灰錐的四個熔融特征溫度：變形溫度DT，軟化溫度ST，半球溫度HT，流動溫度FT。待全部灰錐都達到流動溫度或爐溫升至1500℃時斷電，結(jié)束試驗，待爐子冷卻后，取出剛玉舟，拿下托板，仔細檢查其表面，如發(fā)現(xiàn)試樣與托板作用，則需另換一種托板重新試驗。
5 測定結(jié)果的判斷

在測定過程中，灰錐開始變圓或彎曲時溫度為變形溫度DT，如有的灰錐在彎曲后又恢復(fù)原形，而溫度繼續(xù)上升，灰錐又一次彎曲變形，這時應(yīng)以第二次變形的溫度為真正的變形溫度DT。
當(dāng)灰錐彎曲至錐尖觸及托板或錐體變成球形或高度不大于底長的半球形時的溫度為軟化溫度ST。
當(dāng)灰錐變形至近似半球形即高等于底長的一半時的溫度為半球溫度HT。
當(dāng)灰錐熔化成液體或展開成高度在1.5mm以下的薄層或錐體逐漸縮小，最后接近消失時的溫度為流動溫度FT。某些灰錐可能達不到上述特征溫度，如有的灰錐明顯縮小或縮小而實際不熔，仍維持一定輪廓；有的灰錐由于表面揮發(fā)而錐體縮小，但卻保持原來形狀；某些煤灰中SiO2含量較高，灰錐易產(chǎn)生膨脹或鼓泡，而鼓泡一破即消失等，這些情況均應(yīng)在測定結(jié)果中加以特殊說明。
6 測定結(jié)果的表達
將記錄灰錐的四個熔融特征溫度（DT、ST、HT、FT）的重復(fù)測定值的平均值化整到10℃報出。當(dāng)爐內(nèi)的溫度達到1500℃時，灰錐尚未達到變形溫度，則該灰樣的測定結(jié)果以DT、ST、HT、FT均高于1500℃報出。由于煤灰熔融性是在一定氣氛條件下測定的，測定結(jié)果應(yīng)標明其測定時的氣氛性質(zhì)及控制方法。標明托板材料及試驗后的表面狀況，及試驗過程中產(chǎn)生的燒結(jié)、收縮、膨脹和鼓泡等現(xiàn)象及其產(chǎn)生時的相應(yīng)溫度。
根據(jù)灰熔融性溫度的高低，通常把煤灰分成易熔、中等熔融、難熔和不熔四種，其熔融溫度范圍大致為：
易熔灰ST值在1160℃以下； 
中等熔融灰ST值在1160～1350℃之間； 
難熔灰ST值在1350～1500℃之間； 
不熔灰ST值則高于1500℃。 
一般把ST值為1350℃作為鍋爐是否易于結(jié)渣的分界線，灰熔融性溫度越高，鍋爐越不易結(jié)渣；反之，結(jié)渣嚴重。