煤是古代植物在地质变化过程中形成的。它是包括有机成分和无机成分等物质的混合物，其化学组成和结构十分复杂。为了实用方便，一般通过元素分析和工业分析来确定煤中各组成成分的含量。元素分析测出煤的有机物由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素组成。工业分析测出煤的组成成分为水分（M），挥发分（V）、固定碳（FC）和灰分（A）。

（一）煤的组成成分及其性质

煤由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素成分及灰分（A）、水分（M）组成。煤中各组成成分的含量，通常以它们各自质量占总质量的百分数表示。

1.碳（C）

碳是煤中主要可燃元素，其含量约占20%～70%。1kg碳完全燃烧约放出32866kJ的热量。碳是煤的发热量的主要来源。煤中碳的一部分与氢、氧、硫等结合成有机物，在受热时会从煤中析出成为挥发分；另一部分则呈单质，称为固定碳。煤的地质年代越长，碳化程度越深，含碳量就越高，固定碳的含量相应也越多。固定碳不易着火，燃烧缓慢。因此，含碳量越高的煤，着火及燃烧越困难。

2.氢（H）

煤中氢元素含量不多，约为2%～6%，且多以碳氢化合物状态存在，但氢却是煤中发热量最高的可燃元素。1kg氢完全燃烧可以放出120370kJ的热量（扣除水的汽化潜热后所剩的热量）。氢燃烧生成物为H2O，无污染。氢的含量愈高，煤就愈易着火和燃尽。

3.氧（O）

氧是煤中不可燃元素。煤中氧的含量变化很大，少的只有1%～2%，多的可达40%；氧在煤中不是以单质存在，不会为燃烧提供氧气，而是与碳、氢化合使煤中的可燃碳和可燃氢含量减少，降低了煤的发热量，是一种不利元素。

4.氮（N）

氮是煤中有害元素，氮的含量一般都很少，约为0.5%～2.5%。氮在煤中以游离态存在，为惰性物质。当煤在锅炉高温下燃烧时，其所含氮的一部分将与氧化合而生成有害气体NOx，危害人体健康，造成大气污染。

5.硫（S）

煤中硫的含量一般不超过2%，但个别煤种高达8%～10%。硫在煤中以三种形式存在，即有机硫（与C、H、O等元素结合成复杂的化合物）、黄铁矿（FeS2）和硫酸盐硫（如CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。前两种硫均能燃烧，称为可燃硫或挥发硫。可燃硫容易燃烧，1kg硫完全燃烧可放出9050kJ的热量。硫酸盐硫不能燃烧，只能计入灰分。我国多数煤的硫酸盐硫含量很少，常将全硫当作可燃硫对待。

硫的燃烧产物是SO2，其一部分将进一步氧化成为SO3。SO3与烟气中的水蒸气结合成硫酸蒸汽，当其在低温受热面上凝结时，将对金属受热面造成强烈腐蚀；烟气中的SO3在一定条件下还可造成过热器、再热器烟气侧的高温腐蚀。随烟气排入大气的SO2、SO3，将造成环境污染，损害人体健康及其他动物和植物的生长。硫是煤中有害的可燃元素。

6.灰分（A）

灰分是煤燃烧后剩余的不可燃矿物质，它与燃烧前煤中的矿物质在成分和数量上有较大区别。灰分的含量在各种煤中变化很大，少的只有4%～5%，多的可高达60%～70%。

煤中灰分含量增加，煤中可燃成分相对减少，降低了发热量；当煤燃烧时，煤中矿物质转化成灰分，并会熔融，它要吸收热量，并由排渣带走大量的物理显热；灰分多，使理论燃烧温度降低，而且煤粒表面往往形成灰分外壳，妨碍煤中可燃物质和氧气接触，使煤不易燃尽，增加机械不完全燃烧热损失；灰分多，还会使炉膛温度下降，燃烧不稳定，也增加不完全燃烧热损失；灰分多，灰粒随烟气流过受热面时，如果烟速高，会磨损受热面，如果烟速低，会形成受热面积灰，降低传热效果，并使排烟温度升高，增加排烟热损失，降低锅炉效率；灰分多，也会产生炉内结渣，同时会腐蚀金属；灰分多，增加煤粉制备的能量消耗；灰分还是造成环境污染的根源。显然，灰分是煤中的有害成分。

7.水分（M）

水分也是煤中的不可燃杂质，其含量差别甚大，少的仅为2%左右，多的可达50%～60%。水分含量一般随煤的地质年代的延长而减少，同时也受开采方法、运输和储存条件的影响。

煤中水分含量增加，煤中可燃成分相对减少，发热量降低；水分多，会增加着火热，使着火推迟；水分多，会降低炉内温度，使着火困难，燃烧也不完全，机械和化学不完全燃烧热损失会增加。煤中水分会吸热变成水蒸气并随同烟气排出炉外，增加烟气量而使排烟热损失增大，降低锅炉效率；同时使引风机电耗增大；也为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件。此外，原煤水分过多，会给煤粉制备增加困难，也会造成原煤仓、给煤机及落煤管中的黏结堵塞以及磨煤机出力下降等不良后果。

（二）煤的工业分析

煤的元素分析及水分、灰分含量是锅炉燃烧计算的依据，但它们并不能直接反映出煤的燃烧特性，也不能充分确定煤的性质。另外，由于煤的元素分析比较复杂，所以电厂常采用比较简单的工业分析。

计算煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数，称为煤的工业分析。煤的工业分析成分既能反映煤在燃烧方面的某些特性，又是我国电厂用煤分类的重要依据。

煤的工业分析要在一定条件下进行，才能测定各种成分的质量百分数。下面介绍工业分析测定的条件及挥发分的性质。

1.水分（M）

煤中水分可按三种方法测定：通氮干燥法、甲苯蒸馏法，二者适用所有煤种；空气干燥法，仅适用烟煤和无烟煤。

通氮干燥法：称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样（1±0.1）g，置于预先通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱内，烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h。干燥至恒重后，根据煤样质量损失计算水分的质量百分含量。(www.daowen.com)

甲苯蒸馏法：称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样25g，置于圆底烧瓶中，加入甲苯共同煮沸。分离出的液体收集到水分测定管中并分层，量出水的体积（mL），然后根据水的质量计算出水分的质量百分含量。

空气干燥法：称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样（1±0.1）g，置于预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱内，烟煤干燥1h，褐煤和无烟煤干燥1～1.5h。干燥至恒重后，根据煤样质量损失计算水分的质量百分含量。

2.挥发分（V）

将失去水分的煤样置于隔绝空气的环境中，加热至一定温度时，煤中有机质分解而析出的气体称为挥发分。

称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样（1±0.1）g，放入带盖的瓷坩埚中，在（900±10）℃的温度下，隔绝空气加热7min，然后根据煤样质量损失，减去水分含量，计算出挥发分含量。

不同种类的煤，其挥发分燃烧时放出的热量相差很大，低的只有17000kJ/kg，高的可达71000kJ/kg。一般含氧量高、碳化程度低的煤，其挥发分的发热量就比较低。

挥发分是煤的重要成分特性，它成为人们对煤进行分类的主要依据。同时，挥发分对煤的着火、燃烧有很大的影响。

挥发分是气体可燃物，其着火温度较低，着火容易；挥发分多，相对来说，煤中难燃的固定碳含量便少，使煤易于燃烧完全，大量挥发分析出，其着火燃烧后可放出大量热量，有助于固定碳的迅速着火和燃烧，因而挥发分多的煤也易于燃烧完全；挥发分是从煤的内部析出的，析出后使煤具有孔隙性，挥发分越多，煤的孔隙越多、越大，使煤和空气的接触面增大，即增大了反应表面积，使反应速度加快，也使煤易于燃烧完全。因此，挥发分越多的煤，越容易着火，燃烧也易于完全。

3.固定碳（FC）和灰分（A）

原煤试样除掉水分、析出挥发分之后，剩余的部分成为焦炭。它由固定碳（FC）和灰分（A）组成。

把焦炭放在箱形电炉内，在（815±10）℃的温度下灼烧2h，固定碳基本烧尽，剩余的部分就是灰分，其所占原煤试样质量的百分数，即为该煤的灰分含量，据此也就可以推算出该煤的固定碳的含量。

（三）煤的成分分析基准

煤中的成分是以质量百分数表示的。由于煤中水分和灰分含量常随外界条件而变化，其他成分含量也就随之而变，因此在给出煤中各成分含量时，应标明其分析基准才有实际意义。常用的分析基准有收到基（as received）、空气干燥基（air dry）、干燥基（dry）和干燥无灰基（dry and ash free）四种，相应的表示方法是在各成分符号右下角加角标ar、ad、d、daf。

（1）收到基（ar）。

以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基。对进厂原煤或炉前煤都应以收到基计算各项成分。其表达式为

（2）空气干燥基（ad）。

以与空气温度达到平衡状态的煤为基准，即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。其表达式为

（3）干燥基（d）。

以假想无水状态的煤为基准，其余的成分组合便是干燥基。干燥基中因无水分，故灰分不受水分变动的影响，灰分含量百分数相对比较稳定。其表达式为

（4）干燥无灰基（daf）。

以假想无水、无灰状态的煤为基准，其表达式为

由于干燥无灰基无水、无灰，故剩下的成分便不受水分、灰分变动的影响，是表示碳、氢、氧、氮、硫成分百分数最稳定的基准，常用来表示煤的挥发分含量。

煤的成分及各种分析基准之间的关系，如图51所示。

图51　煤的成分及基准间的关系

Mf—外在水分；Mad—内在水分；Sy—硫酸盐硫；S—可燃硫