前言
煤灰的熔融性是動(dòng)力用煤高溫特性的重要測(cè)定項(xiàng)目之一，是動(dòng)力用煤的重要指標(biāo)，它反映煤中礦物質(zhì)在鍋爐中的變化動(dòng)態(tài)。測(cè)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(jì)選擇爐膛出口煙溫和鍋爐安全運(yùn)行的依據(jù)。在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，爐膛出口煙溫一般要求比煤灰的軟化溫度低50～100℃，在運(yùn)行中也要控制在此溫度范圍內(nèi)，否則，會(huì)引起鍋爐出口過熱器管束間灰渣的“搭橋”，嚴(yán)重時(shí)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(cè)燃煤的結(jié)渣。因?yàn)槊夯胰廴谛詼囟扰c爐膛結(jié)渣有密切關(guān)系。根據(jù)煤粉鍋爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，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(yùn)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(duì)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(duì)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?yàn)槊夯胰廴谛詼囟鹊偷拿涸谙嗤瑴囟认掠休^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(zhǎng)渣或短渣。一般認(rèn)為當(dāng)（ST—DT）=200～400℃為長(zhǎng)渣；（ST—DT）=100～200℃為短渣。通常鍋爐燃用長(zhǎng)渣煤時(shí)運(yùn)行較安全。燃用短渣煤時(shí)，由于爐溫增高，固態(tài)排渣爐可能在很短的時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)大面積的嚴(yán)重結(jié)渣情況；燃用長(zhǎng)渣煤時(shí)，DT、ST之間的溫差雖超過200℃，但固態(tài)排渣爐的結(jié)渣相對(duì)進(jìn)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(cè)定的重要性，必須掌握煤灰熔融性的準(zhǔn)確測(cè)定方法，以達(dá)到確保鍋爐安全經(jīng)濟(jì)燃燒的目的。
2 測(cè)定煤灰熔融性設(shè)備的技術(shù)要求
按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)過程中隨時(shí)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(jì)，測(cè)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(hù)，防止熱端材質(zhì)變異。
灰錐模子，由對(duì)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(jiān)硬材料制做。
常量氣體分析器，可測(cè)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(cè)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?yàn)樵诠I(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(cè)定一般也在與之相似的弱還原性氣氛中進(jìn)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(shí)在1100℃以下時(shí)，它們和CO2的體積比不大于1：1，含氧量不大于0.5%。
對(duì)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(shí)，產(chǎn)生還原氣體（CO、H2、CH4），形成弱還原性氣氛。封碳法簡(jiǎn)單易行，在國(guó)內(nèi)普遍采用。另一種是通氣法，在測(cè)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(duì)于氧化性氣氛的控制，是煤灰熔融性溫度測(cè)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(jiǎn)單，也被許多電廠采用。 
4 測(cè)定步驟
4．1 灰的制備
取粒度小于0.2mm的分析煤樣，按照測(cè)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(xì)，使之粒度全部達(dá)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(rùn)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(zhǎng)7mm的正三角形錐體，錐體的一個(gè)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(cè)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(shí)，（15～20℃/min），900℃以上時(shí)（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(shí)開始通入二氧化碳，以排除爐內(nèi)的空氣，700℃時(shí)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(zhǔn)。每20min記錄一次電壓、電流和溫度。隨時(shí)觀察灰錐的形態(tài)變化（高溫下觀察時(shí)，需戴上墨鏡），記錄灰錐的四個(gè)熔融特征溫度：變形溫度DT，軟化溫度ST，半球溫度HT，流動(dòng)溫度FT。待全部灰錐都達(dá)到流動(dòng)溫度或爐溫升至1500℃時(shí)斷電，結(jié)束試驗(yàn)，待爐子冷卻后，取出剛玉舟，拿下托板，仔細(xì)檢查其表面，如發(fā)現(xiàn)試樣與托板作用，則需另?yè)Q一種托板重新試驗(yàn)。
5 測(cè)定結(jié)果的判斷

在測(cè)定過程中，灰錐開始變圓或彎曲時(shí)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(shí)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(zhǎng)的半球形時(shí)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(zhǎng)的一半時(shí)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(shí)的溫度為流動(dòng)溫度FT。某些灰錐可能達(dá)不到上述特征溫度，如有的灰錐明顯縮小或縮小而實(shí)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(cè)定結(jié)果中加以特殊說明。
6 測(cè)定結(jié)果的表達(dá)
將記錄灰錐的四個(gè)熔融特征溫度（DT、ST、HT、FT）的重復(fù)測(cè)定值的平均值化整到10℃報(bào)出。當(dāng)爐內(nèi)的溫度達(dá)到1500℃時(shí)，灰錐尚未達(dá)到變形溫度，則該灰樣的測(cè)定結(jié)果以DT、ST、HT、FT均高于1500℃報(bào)出。由于煤灰熔融性是在一定氣氛條件下測(cè)定的，測(cè)定結(jié)果應(yīng)標(biāo)明其測(cè)定時(shí)的氣氛性質(zhì)及控制方法。標(biāo)明托板材料及試驗(yàn)后的表面狀況，及試驗(yàn)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(shí)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(yán)重。