煤炭是世界上储量最多、分布最广的化石燃料。煤炭分布于约76个国家和地区，60多个国家进行了规模性开采。在世界一次能源生产和消费总量中，煤炭占25％～30％。煤炭是世界经济发展的重要支柱。

1.煤炭的组成

煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。

碳是煤中有机物质的主导成分，也是最主要的可燃成分。一般来说，煤中碳含量越多，煤的发热量也越大。煤中碳含量的规律是随煤的变质程度的加深而增加。例如，在泥炭中碳含量为50％～60％，褐煤中碳含量为60％～75％，而在烟煤中则增至75％～90％，在变质程度最高的无烟煤中则高达90％～98％。碳完全燃烧时生成二氧化碳（CO2），因此每千克纯碳可放出32866 kJ热量；碳在不完全燃烧时生成一氧化碳（CO），此时每千克纯碳放出的热量仅为9270 kJ。由于碳的着火与燃烧都比较困难，因此含碳量高的煤难以着火和燃尽。

氢也是煤中重要的可燃成分。氢的发热量最高，燃烧时每千克氢的低位发热量可高达120370 kJ，是纯碳发热量的4倍。煤中氢含量的规律一般是随煤的变质程度的加深而减少。正因为如此，变质程度最深的无烟煤，其发热量还不如某些优质的烟煤。此外，煤中氢含量多少还与原始成煤植物有很大的关系。一般由低等植物如藻类等形成的煤，其氢含量较高，有时可以超过10％；而由高等植物形成的煤，其氢含量较低，一般小于6％。

氧是煤中不可燃的元素。煤的氧含量也随变质程度的加深而减少。例如，在泥炭中氧含量高达30％～40％，褐煤中氧含量为10％～30％，而在烟煤中为2％～10％，无烟煤中则更少，不足2％。

煤中氮含量较少，仅为1％～3％。煤中氮主要来自成煤植物。在煤燃烧时，氮常呈游离状态逸出，不产生热量。但在炼焦过程中，氮能转化成氨及其他含氮化合物。

硫是煤中的有害物质。煤中的硫可以分为无机硫和有机硫两大部分。前者多以矿物杂质的形式存在于煤中，可进一步按所属的化合物类型分为硫化物硫和硫酸盐硫。有机硫则是直接结合于有机母体中的硫。煤中有机硫主要由硫醇、硫化物以及二硫化物三部分组成。近年来，随着分析技术的进步，许多学者还在煤中检出了硫的另一种存在形态，即单质硫。

据统计，我国煤中有60％～70％的硫为无机硫，30％～40％为有机硫，单质硫的比例一般很低。在无机硫中绝大多数是黄铁矿，因此，煤中黄铁矿的治理对于煤的清洁燃烧、减少硫的危害具有十分重要的意义。

大量的煤样资料表明，含硫率小于0.5％的低硫煤中的硫以有机硫为主，黄铁矿硫较少，硫酸盐硫含量甚微；而含硫量大于2％的高硫煤中，主要为黄铁矿硫，小部分为有机硫，硫酸盐硫一般不超过0.2％。

根据煤中含硫的多少，常将煤分成不同的级别（见表1-1），以便于用户选用。

表1-1　煤炭硫分等级划分标准

续表

磷也是煤中有害成分。磷在煤中的含量一般不超过1％。炼焦时煤中的磷可全部转入焦炭之中，炼铁时焦炭中的磷又转入生铁中，这不仅增加溶剂和焦炭的消耗量，降低高炉生产率，还严重影响生铁的质量，使其发脆。因此，一般规定炼焦用煤中的磷含量不超过0.01％。

煤中含有的稀有元素有锗（Ge）、镓（Ga）、铍（Be）、锂（Li）、钒（V）以及放射性元素铀（U）等，一般含量甚微。

2.常用的煤质指标

为了使燃料高效燃烧，必须了解各种燃料的成分和化学组成，因此需要对燃料进行分析。通常燃料分析有元素分析、工业分析和成分分析。对固体燃料主要进行元素分析和工业分析，对液体燃料使用元素分析，对气体燃料多用成分分析。

为了正确使用煤炭资源，对不同产地和矿井的煤都需要进行煤的工业分析、元素分析及发热值测定，并将测定结果提供给用户。工业分析主要是测定煤的水分、灰分、挥发分，并据以计算固定碳。元素分析主要包括碳、氢、氮、硫等元素分析。对于动力、冶金和气化用煤，还需要进行专门的试验，如对动力用煤需进行与燃烧有关的性能测定，主要包括：煤对二氧化硫的化学反应性；煤的稳定性；煤的结渣性、煤灰熔融性等。对于冶金炼焦用煤，需进行烟煤胶质层指数测定。

在煤的利用中，常用的煤质指标有水分、灰分、挥发分和发热量。

水分是煤中不可燃成分，其来源有三种，即外部水分、内部水分和化合水分。煤中水分含量的多少取决于煤内部结构和外界条件。含水分高的煤发热量低，不易着火、燃烧，而且在燃烧过程中水分的汽化要吸取热量，降低炉膛的温度，使锅炉的效率下降，还易在低温处腐蚀设备；煤的水分高还易使制粉设备难以工作，需要用高温空气或烟气进行干燥。

灰分是指煤完全燃烧后其中矿物质的固体残余物。灰分的来源，一是形成煤的植物本身的矿物质和成煤过程中进入的外来矿物杂质，二是开采运输过程中掺杂进来的灰、沙、土等矿物质。煤的灰分几乎在煤的燃烧、加工、利用的全部场所都带来不利影响。灰分含量高不仅使煤发热量减少，而且影响煤的着火和燃烧。灰分每增加1％，燃料消耗量即增加1％。由于燃烧的烟气中飞灰浓度大，受热面易受污染而影响传热，降低效率，同时易受磨损而缩短寿命。为了控制排烟中粉尘的浓度，保护大气环境，对烟气中的尘粒必须进行除尘处理。

根据煤中灰分含量的多少，又可将煤分成不同的级别，其等级划分标准见表1-2。

表1-2　煤炭灰分等级划分标准

在隔绝空气的条件下，将煤加热到850℃左右，从煤中有机物质分解出来的液体和气体产物称为挥发分。煤的挥发分常随煤的变质程度而有规律地变化，变质程度越高的煤，挥发分越少。挥发分高的煤易着火、燃烧。由于挥发分是表征煤炭性质的主要指标，因此通常也根据挥发分的多少对煤炭进行分级，其分级标准见表1-3。

表1-3　煤的挥发分分级标准

单位质量煤完全燃烧时所放出的热量称为煤的发热量。煤的发热量分为高位发热量Qgr和低位发热量Qnet。煤的发热量因煤种不同而不同，含水分、灰分多的煤发热量较低。煤炭发热量等级划分标准见表1-4。

表1-4　煤炭发热量等级划分标准(www.daowen.com)

3.煤的分类

煤的科学分类为煤炭的合理开发和利用提供了基础，通常最简单的分类方法是根据煤中干燥无灰基挥发分含量Vdaf将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类，见表1-5。根据不同用途，每大类中又可细分为几小类。我国动力用煤则将烟煤中Vdaf小于19％的煤称为贫煤，并将Vdaf大于20％的分为低挥发分烟煤和高挥发分烟煤，见表1-6。我国现行煤炭分类标准是将煤炭分为十大类。

表1-5　煤的分类方法

表1-6　我国动力煤的分类方法

1）褐煤

褐煤是煤中埋藏年代最短、炭化程度最低的一类。其颜色大多为褐色，因此称为褐煤。褐煤相对密度最小的在0.9～1.25之间，由于含水分较多，在空气中极易风化，碎裂成小块。碳含量低，为60％～75％；挥发分含量高，Vdaf＞37％；氧含量高，为20％～25％。褐煤的水分、灰分含量都较高，煤质松，发热量低，无黏结性，一般作为化工、气化或民用煤。

2）长焰煤

长焰煤的煤化程度仅稍高于褐煤，是最“年轻”的烟煤，常呈褐黑色，因燃烧时发出较长的火苗而得名。它的挥发分高，Vdaf＞37％，黏结性差，在低温干馏时能析出较多的焦油，所以除作为动力用煤外，还常用于气化及低温干馏。

3）不黏煤

不黏煤的煤化程度仅高于长焰煤，亦属“年轻”烟煤。煤质特征为几乎不具任何黏结性，故称之为不黏煤。不黏煤的化学反应活性好，煤灰熔点低，其燃点也低，有的用火柴即可点燃，一般作为气化、动力或民用煤。

4）弱黏煤

弱黏煤是煤化程度较低，又具有弱黏性的烟煤。该煤种胶质层厚度Y值在0～9 mm之间。挥发分较高，灰分较低，灰熔点亦较低，主要作为气化、动力和民用煤。

5）贫煤

贫煤是煤化程度最高的烟煤。其主要煤质特征是干燥无灰基挥发分Vdaf仅高于无烟煤，一般为10％～20％，胶质层厚度Y值为0。我国贫煤含硫量、含灰量均高。贫煤燃点高，燃烧时火焰短，但热值较高。贫煤经洗选加工后多用作动力煤。

6）气煤

气煤属于煤化程度低的煤种，颜色黑，具弱玻璃光泽，挥发分较高，Vdaf为28％～37％，胶质层厚度Y值为5～25 mm。加热时产生大量气体和较多焦油，是制造城市用煤气和工业用煤气的良好原料，因此称为气煤。黏结性较强，是良好的炼焦配煤，也可作为低温干馏或动力用煤。

7）肥煤

肥煤属于中等煤化程度的煤种，黑色，具玻璃光泽，胶质层厚度Y值大于25 mm，黏结性最强，加热时能产生比焦煤更多的胶质体，所以称之为肥煤，它是炼焦配煤中的主要成分。

8）焦煤

焦煤也属于中等煤化程度的煤种，黑色，具玻璃光泽，是结焦性最好的煤种。由于以往单一煤种炼焦时用这种煤能炼出强度大、块度大的优质焦煤，是最好的炼焦用煤，因此称之为焦煤。

9）瘦煤

瘦煤属高煤化程度的煤种，黑色，具玻璃光泽，黏结性较弱，与焦煤相比在加热时仅能产生少量的胶质体，所以称之为瘦煤。一般作为炼焦配煤。

10）无烟煤

无烟煤是煤化程度最高的煤种，呈带有银白或古铜色彩的灰黑色，似金属光泽，因其燃烧时无烟而得名。它的硬度和密度在煤中是最大的，干燥无灰基挥发分的含量最少，Vdaf≤10％，挥发分析出的温度也较高，因此着火困难，着火后也难以燃尽。无烟煤燃烧时出现的青蓝色火焰没有烟，它的结焦性差，储藏时稳定不易自燃，可作为民用煤和化工用煤。

我国煤炭的具体分类指标在国家标准（GB/T 5751—2009）中都有具体规定。世界各产煤国多根据各自煤炭资源的情况规定不同的煤炭分类方法。表1-7即为美国煤的分类方法。

表1-7　美国煤的分类方法