煤灰的熔融性和粘温特性预测
涉及液态排渣的煤气化工艺要求在安全有效的操作温度条件下熔融状态的灰渣具有合适的粘度，以便适当挂渣、顺利排渣。如果煤质参数超出指标范围，就可能出现堵塞渣口、烧毁炉膛等现象，造成非正常停工，干扰气化装置的正常运行，对生产的安全性和经济性带来严重影响。
一般而言，原料煤灰的性质即煤的灰熔融温度和操作温度范围内熔融灰渣的粘度基本决定了气化技术路线以及保证气化工艺正常运行的操作参数，因此，在气化的备煤阶段就必须通过煤质分析等技术手段对原料煤的性质做出全面了解。但由于获得煤的灰熔融温度和操作温度范围内熔融灰渣的粘度数据均涉及煤样准备、灰样制备、分析测试等一系列高温操作，耗费大量时间，再加上煤炭样品高度不均匀，在大规模现代煤化工技术应用过程中往往面临：
厂备煤矿煤质波动，稳定运行难度增加；外购原料质量难以控制，使用风险大；使用配煤、助剂技术增大煤质分析成本；煤质分析取点不密存在风险漏洞；煤质分析耗时过长无法满足大规模生产；分析技术粗放与煤化工要求差距较大；分析数据碎片化不能及时输入控制单元等现实问题。仅靠增加取样密度、加大分析工作量等手段已经难以适应现代煤气化正常运行与及时调控的要求。
为了解决这个问题，在液态排查的煤炭燃烧、煤气化技术出现之后就有人提出了根据组成决定性质的原理开发由煤灰组成与煤的灰熔融温度和操作温度范围内熔融灰渣的粘度相关联的计算预测技术，试想通过快速获得的成灰元素组成来预测煤炭样品的气化参数或者煤灰的性质参数。
这种技术的开发与应用完全依赖于大量数据的积累和决定煤灰在高温条件下所有物理性质的新参数新变量的发现，所以在提高预测精度方面，该技术一直处于研发状态，其目的就是为了彻底避开采样、高温预处理、高温检测等复杂流程，在获得密度足够的组成信息的基础上通过计算快速获得对煤气化技术至关重要的灰熔点、灰粘度等分析数据。
煤灰的熔融性和粘温特性是目前使用最为广泛的描述熔渣流动性的参数，对于目前通常采用液态排渣的气化炉而言，高温下煤灰熔渣的流动性不仅决定气化炉操作窗口温度，而且也影响气化炉内壁的寿命。
煤灰的熔融性和粘温特性都是由熔渣的化学组成决定的，即煤种灰分的熔融温度和灰的粘度特性取决于炉渣的化学成分，这两个参数分别描述了煤灰熔渣在升温和降温条件下固/液转化过程中表现出来的性质，因此可以根据组成决定性质这一基本原理来指导气化参数的预测，具体就是把粘度、温度以及煤灰成分联系起来估算煤灰在完全熔融状态下的粘度。
从上世纪六十年代开始到现在已有不少经验性和考虑组成、结构、温度等更加科学性的预测计算模型可资借鉴，但这些模型原本是从冶金或者玻璃行业改进而来的，文献资料表明Riboud模型、Urbain修正模型以及Watt-Fereday模型对煤灰渣粘度的预测效果较好，所以，在积累一定的粘度数据之后，可以这些模型为基础，利用实验数据对模型参数进行修正，或者能进一步开发出更具有普适性和准确性的粘度模型。
显然，如何将煤质组成快速分析得到的数据科学、合理地转化为能够指导工艺运行的具体操作参数才是解决问题的关键。对一个熔渣体系而言，体系在高温区完全处于熔融状态，此时粘度与温度之间存在线性关系，但随着渣液的流动，在逐渐离开气化反应的核心区域时，熔渣的温度将逐渐降低，粘度也会随之增大。
当粘度增大到250泊以上时，熔渣将失去流动性，所以将熔渣粘度达到250泊时的温度定义为T250；另外对一些所谓的结晶渣，在熔渣温度降低的过程中会有粘度突然升高的现象，粘度突然升高时的熔渣温度定义为Tcv，在此温度点以后的低温区，熔渣的粘度与温度之间的线性关系将不再存在，而与之相关的意外粘度增加常导致炉渣堵塞和非计划停机。
所以，煤气化主要的控制指标是T250和Tcv两个指标。其中T250是保障熔渣具有合适流动性的最低温度粘度条件，无论熔渣是玻璃渣还是结晶渣，任何熔渣体系都重视这个指标，可以通过实验直接测得或者通过模拟计算间接获得；Tcv称为煤灰渣的临界粘度温度。
在氧化或者还原气氛条件下，一些煤灰渣表现出了玻璃渣的经典行为，即粘度随着温度的降低而增加，但当温度降到一定温度以下时，粘度即会迅速增加，一般认为在这一变化过程中煤灰渣从一种均相流体状态变成了一种流体和结晶相共存的混合物状态，此时粘度发生突变的温度即为煤灰渣的临界粘度温度，可以通过对测得的煤灰渣粘度温度曲线进行切线处理，求得两条切线的交点坐标获得。
在通过实验获得煤灰渣粘度温度曲线获得T250和Tcv两个指标的过程中将耗费大量的时间和精力，目前通过模拟计算对熔渣的粘度已可以进行精度较高的预测，避开了粘度温度测试过程中，耗时过长、错误率较高等缺陷，提高了已有数据的利用率。但当晶相的形成改变了渣的粘度时，经验模型无法预测渣的粘度行为，即通过这种方法还无法得到熔渣的临界粘度温度（Tcv）数据。
理想的煤气化炉工作温度应该高到足够让炉渣从气化室流出，此时炉渣的粘度处于100到250 泊之间，因温度较低时可以减少熔渣对炉体耐火材料的腐蚀，提高耐火材料的服务寿命，但如果气化炉的操作温度低于熔渣的液相温度即熔渣的临界粘度温度（Tcv）时，熔渣的粘度会突然大幅增高，存在因失去流动性而堵渣的危险。所以对煤气化而言，熔渣的临界粘度温度实际就是熔渣处于完全熔融状态时需要的最低温度条件，该值应该处于T250和T100之间。通过对预测获得的系列粘度温度数据进行再处理，并由此可导出熔渣的临界粘度温度。
根据组成决定性质的原理，通过煤灰的组成并引入部分结构因子与粘度关联确定较准确的粘度温度关系这些文献资料，计算出具有具体灰组成的煤炭样品在一定的温度范围内各温度点对应的粘度，参照灰的熔融温度以此温度点为界划分高温段与低温段，利用高温段数据的线性关系或者近似线性关系建立相关系数较高的线性方程，低温段数据通过其线性相关系数较高的趋势线导出其线性方程，低温段趋势线方程和高温段直线方程的交点对应值即为预测所得近似的临界粘度温度点。该方法避免了耗时过长的煤灰粘度测试试验，在获得煤灰组成的基础上快速得到对气化操作至关重要的临界粘度温度数据，对各种气化技术使用原料的快速选择、快速调配等具有重要意义。