chap5-煤的组成-化学组成
煤的化学成分与分子结构分析
第二章 式中 — —分析煤样的重量， !— "； — —分析煤样干燥后的重量， !# — "。
煤的化学成分与分子结构分析
分析煤样水分测定的具体方法、 步骤和要求详见国家标准 !$ %#%—&&。 ’ ( 最高内在水分的测定。 最高内在水分是指煤中小毛细管吸附和凝聚的水达到饱和时的水分， 用 )*+ 表示。 最高内在水分值可用于计算煤的恒湿无灰基发热量， 而恒湿无灰基发热量是在煤的分类 中区分褐煤与烟煤的一个分类指标。 最高内在水分的测定方法是： 将在温度为 ’,- 、 相对湿度为 ./0 的条件下达到湿度 平衡的煤样置于 #,1 2 ##,- 的烘箱内烘干， 然后按下式 （ % 3 ’） 计算测定结果： )*+ 4 式中 ! 3 !# 5 #,,0 ! （% 3 ’）
图.3%3#
煤的内在水分与煤化程度的关系
由图 . 3 % 3 # 可见， 随着煤化程度的增高， 煤中内在水分含量不断减少， 到无烟煤时 略有上升。这是由于煤的内表面积随煤化程度增高而减少， 因此， 吸附水分也逐渐减少； 另外， 由于年青煤中有较多的亲水基团， 如羧基、 酚羟基等， 随煤化程度增高， 这些基团也 ・ #%&. ・
— —煤样达到湿度平衡后的重量， !— "； — —煤样干燥后的重量， !# — "。
三、 煤中水分与煤质的关系
煤中水分的含量变化范围很大， 其中内在水分是吸附在煤的小毛细管中的水分， 因 此它的变化规律与煤的内部表面积有关。煤的内在水分含量反映了煤的内部结构， 所以 煤的内在水分在固定的温度和湿度下与煤化程度有一定关系， 其变化规律如图 . 3 % 结构分析
外在水分是指将煤长时间暴露在空气中， 使其自然风干后因蒸发作用而失去的水 分。它包括附着在煤粒表面的水分和煤的较大孔隙中的水分， 用符号 ! " 表示。 # $ 内在水分 内在水分是指煤经自然风干后仍保留在煤中的水分。它包括存在于煤的较小孔隙 中的水分以及少量以单分子层的形态吸附在大小孔隙管壁上的水分， 用符号 ! %&’ 表示。 用自然风干的方法可将煤中的水分分为外在水分和内在水分， 其原因是煤的毛细管 中的水分具有不同的蒸气压。较大毛细管中的水分具有正常的蒸气压， 而较小毛细管中 水的蒸气压小于正常蒸气压， 且具有随毛细管直径的减小而减小的规律。我们知道， 只 有当水的蒸气压大于空气中水蒸气的分压时， 水才会蒸发。将煤暴露在空气中时， 附着 在煤粒表面和存在于煤粒较大孔隙中的水分因其蒸气压大于空气中水蒸气的分压， 所以 就蒸发逸出， 形成外在水分； 而煤中较小毛细管中水分的蒸气压低于空气中水蒸气的分 压， 因而不能蒸发逸出， 仍留在煤中形成内在水分。 对于同一种煤来说， 外在水分与内在水分并没有固定的分界线， 这是因为它们的分 界线取决于空气中的水蒸气分压。当空气湿度不同时， 空气中的水蒸气分压就不相同。 所以当空湿度不同时， 即使是同一种煤， 其外在水分与内在水分的值也是不同的。空气 湿度大时， 蒸发量小， 外在水分减小， 内在水分增大； 空气湿度变小时， 蒸发量增大， 使外 在水分值随之增大， 而内在水分值减小。 ( $ 结晶水 煤中的水分除了外在水分和内在水分之外， 还有少量以化学方式结合的水， 即结晶 水或叫化合水。它是煤牛的某些矿物质所含的 结 晶 水， 如 石 膏 )*+,-・#.# ,、 高岭土 而且目前煤的工业分析方法又 /0# ,(・#+%,#・#.# , 中的结晶水等。因结晶水含量很少， 不能测定这部分水分， 所以在煤的工业分析中不考虑这部分水分。
煤的成分分析
煤的成分分析煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95％以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。
碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。
泥炭中碳含量为50％～60％，褐煤为60％～70％，烟煤为74％～92％，无烟煤为90％～98％。
煤中硫是最有害的化学成分。
煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。
煤中硫的含量可分为5 级：高硫煤，大于4％；富硫煤，为2.5％～4％；中硫煤，为1.5％～2.5％；低硫煤，为1.0％～1.5％；特低硫煤，小于或等于1％。
煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。
一、煤中的碳一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。
这些稠环的骨架是由碳元素构成的。
因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。
同时，煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。
碳含量随煤化度的升高而增加。
在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55~62%;成为褐煤以后碳含量就增加到60~76.5%;烟煤的碳含量为77~92.7%;一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98%。
个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90%以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95~98%。
因此，整个成煤过程，也可以说是增碳过程。
二、煤中的氢氢是煤中第二个重要的组成元素。
除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。
它主要存在于矿物质的结晶水中，如高岭土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有结晶水。
在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢含量逐渐减少，煤化度低的煤，氢含量大;煤化度高的煤，氢含量小。
总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低。
尤其在无烟煤阶段就尤为明显。
当碳含量由92%增至98%时，氢含量则由2.1%降到1%以下。
通常是碳含量在80~86%之间时，氢含量最高。
煤的成分
（一）煤的成分通常说煤炭，有的地方习惯叫石炭。
但煤不是碳。
煤是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。
是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳元素，此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质（主要含硅、铝、钙、铁等元素）。
煤的结构复杂。
视频（煤的组成和分类）无烟煤（含碳量95%左右）煤的主要成分煤的组成以有机质为主体，构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等元素。
煤中存在的元素有数十种之多，但通常所指的煤的元素组成主要是五种元素、即碳、氢、氧、氮和硫。
在煤中含量很少，种类繁多的其他元素，一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素或微量元素。
一、煤中的碳一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。
这些稠环的骨架是由碳元素构成的。
因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。
同时，煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。
碳含量随煤化度的升高而增加。
在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。
个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。
因此，整个成煤过程，也可以说是增碳过程。
二、煤中的氢氢是煤中第二个重要的组成元素。
除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。
它主要存在于矿物质的结晶水中，如高岭土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有结晶水。
在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢含量逐渐减少，煤化度低的煤，氢含量大；煤化度高的煤，氢含量小。
总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低。
尤其在无烟煤阶段就尤为明显。
当碳含量由92%增至98％时，氢含量则由2.1%降到1%以下。
通常是碳含量在80～86％之间时，氢含量最高。
煤的元素组成
煤的元素组成，是研究煤的变质程度，计算煤的发热量，估算煤的干馏产物的重要指标，也是工业中以煤作燃料时进行热量计算的基础。
煤中除无机矿物质和水分以外，其余都是有机质。
由于组成煤的基本结构单元是以碳为骨架得多聚芳香环系统，在芳香环周围有碳、氢、氧及少量的氮和硫等原子组成的侧链和官能团。
如羧基（-COOH）、）。
说明了煤中有机质主要由碳、氢、氧和氮、硫羟基（-OH）和甲氧基（-OCH3等元素组成。
煤的变质程度不同，其结构单元不同，元素组成也不同。
碳含量随变质程度的增加而增加，氢、氧含量随变质程度的增加而减少，氮、硫与变质程度则无关系（但硫含量与成煤的古地质环境和条件有关）。
见表30-11。
1、煤质分析化验项目名称的符号，以国际上广泛采用的符号表示。
属于化学元素分析项目采用化学元素符号表示。
属于化学元素分析项目采用化学元素符号表示，见表30-8。
示该分析化验制表符号的右下角，见表30-9。
3、煤质分析化验指标不同基准的符号表示，也用英文字母标在表示该分析化验制表符号的右下角。
如果某分析化验指标既要表明其存在形态或操作条件，又要标明其基准，其符号表示方法是，在该分析化验制表符号右下角先标明其形态或条件，后标明其基准，中间用“，”断开。
煤质分析化验指标不同基准的符号表示见表30-10。
符号表示举例：分析基水分 Mad收到基水分 Mar分析基挥发分Vad干燥无灰基挥发分Vdaf分析基全硫 St,adt,d弹筒发热量 Qb高位发热量 Qgr低位发热量Qnet收到基高位发热量 Qgr,ar收到基低位发热量Qnet,ar分析基高位发热量Qgr,ad分析基低位发热量Qnet,ad4、煤质分析化验的基准1.煤质分析化验基准的概念在煤质分析化验中，不同的煤样其化验结果是不同的。
同一煤样在不同的状态下其测试结果也是不同的。
如一个煤样的水分，经过空气干燥后的测试值比空气干燥前的测试值要小。
所以，任何一个分析化验结果，必须标明其进行分析化验时煤样所处的状态。
煤炭的化学组成
煤炭的化学组成煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。
煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。
其中，碳、氢、氧占有机质的95%以上。
此外，还有极少量的磷和其他元素。
煤中有机质的元素组成，随煤化程度的变化而有规律地变化。
一般来讲，煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。
唯硫的含量则与煤的成因类型有关。
碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素，氧是助燃元素，三者构成了有机质的主体。
煤炭燃烧时，氮不产生热量，常以游离状态析出，但在高温条件下，一部分氮转变成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。
硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。
含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体，不仅腐蚀金属设备，与空气中的水反应形成酸雨，污染环境，危害植物生产，而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时，煤中的硫和磷大部分转入焦炭中，冶炼时又转入钢铁中，严重影响焦炭和钢铁质量，不利于钢铁的铸造和机械加工。
用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时，各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。
将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料，砷含量过高，会增加产品毒性，危及人民身体健康。
煤中的无机质主要是水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值，其中绝大多数是煤中的有害成分。
另外，还有一些稀有、分散和放射性元素，例如，锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等，它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。
其中某些元素的含量，一旦达到工业品位或可综合利用时，就是重要的矿产资源。
通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量，通过工业分析可以初步了解煤的性质，大致判断煤的种类和用途。
煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。
1.水分指单位重量的煤中水的含量。
煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。
一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。
煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。
煤的化学组成和工艺性质
第六章 §1煤的化学 组成和结构
35 35
30 30
25 25
（
20 内 20 在
15 水容15 10 分积10
含水 5 量分 5
）
0 0 10 20 30 40 50 60
0 65 70 60 60 60 60 60
daf
daf
图6-7 煤中内在水分含量与碳含量 和挥发分之间的关系（据武汉地质 学院煤田教研室，1979）
第六章 §1煤的化学 组成和结构
3．氧 氧在煤的有机质中以各种官能团的形式存在，
分布在支链上或在稠核中构成杂环。在煤化作 用过程中，由于温度的影响煤中氧含量(Odaf) 随着煤化程度加深而减少，其波动范围很大。 在同一种煤的不同煤岩成分中，以镜质组和稳 定组的氧含量为最高，丝质组的氧含量最低。
第六章 §1煤的化学 组成和结构
6．磷 煤中的磷是有害元素之一，大都存在于无机
矿物质中。我国煤中磷的含量不高，一般为 0.00l-0.1％，最高不超过1％。虽然煤中磷的 含量较少，但是它的危害性却很大。在煤炼焦 时，煤中的磷转入焦炭，焦炭用于炼铁时又进 入生铁中，位生铁发脆而影响其质量。因此磷 是煤中有害成分，炼焦用煤要求磷含量在 0.02-0.03％以下。
第六章 §1煤的化学 组成和结构
煤
50
褐
长焰 煤
煤 烟
40
它 其
Hdaf
30
20
7
10
煤
褐 长
焰
煤
其 它 烟煤
6
Vdaf
5
4
0
5
10
15
20
25
T daf
图6-2 煤中氢含量与挥发分、焦油产率之间的关系 （据汪寅人等，1981）
煤的物理性质及化学组成分析
煤的物理性质及化学组成分析煤是一种重要的化石燃料，广泛应用于能源、工业和生活领域。
了解煤的物理性质和化学组成分析对于研究燃烧过程、提高燃烧效率以及环境保护具有重要意义。
一、煤的物理性质煤是一种多孔、多组分的矿物质，其物理性质受到煤的煤种、煤质以及煤的成熟度等因素的影响。
首先，煤的密度通常较低，一般在1.2-1.5 g/cm³之间。
这是由于煤中含有大量的孔隙和气体，使得煤的密度相对较小。
煤的密度可以通过测量煤的质量和体积来确定，对于煤的分类和评价具有重要意义。
其次，煤的颜色和外观也是煤的物理性质的重要表征。
煤的颜色通常分为黑色、棕黑色和棕红色等，这是由于煤中的有机质含量和成熟度不同所致。
煤的外观通常呈块状或颗粒状，可以通过煤的煤块大小和颗粒度来描述。
此外，煤的硬度和断裂性也是煤的物理性质的重要指标。
煤的硬度通常通过摩氏硬度来测量，可以反映煤的抗压强度。
煤的断裂性通常分为块状断裂和层状断裂，这与煤的内部组织结构和断裂面的形态有关。
二、煤的化学组成分析煤的化学组成分析是研究煤的重要手段，可以揭示煤的燃烧性能和环境影响。
首先，煤的主要化学组成是碳、氢、氧、氮、硫和灰分等元素。
其中，碳是煤的主要组成元素，其含量通常在50%-80%之间。
氢和氧是煤中的主要挥发分，其含量通常在3%-6%和5%-15%之间。
氮和硫是煤中的有害元素，其含量通常在0.5%-3%和0.2%-5%之间。
灰分是煤中的无机物质，其含量通常在5%-40%之间。
其次，煤的化学组成分析还包括煤的挥发分和固定碳含量的测定。
煤的挥发分是指在一定温度下煤中挥发出的气体和液体，其含量通常在10%-40%之间。
煤的固定碳是指在高温下煤中残留的固体物质，其含量通常在40%-90%之间。
煤的挥发分和固定碳含量可以通过煤的热解实验来测定，对于研究煤的燃烧性能具有重要意义。
最后，煤的化学组成分析还包括煤的有机质和无机质的测定。
煤的有机质主要由煤中的有机质和挥发分组成，其含量通常在50%-90%之间。
煤的元素组成.
煤的化学组成与分析
煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学 和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。 煤的元素分析成分 煤的元素分析成分是指煤中碳（C）、氢（H）、 氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素的总称。 元素分析结果用各种元素的质量百分数表示。
元素 碳 氢
作用 主要可燃元素 可燃元素
含量 20~70% 3~5%
对燃烧的影响 固定碳含量高时热值 高，着火燃尽均困难
含量高时着火及燃尽 容易 对燃烧不利
燃烧生成有害气体 NOx 燃烧生成有害气体 SOxBiblioteka 氧氮 硫不可燃
有害元素 可燃、有害
变化大
0.5~2.5% 0.5~4%
煤的化学组成
煤的化学组成煤是一种能源资源，是热带植物在一亿年前经过生物和地质作用的过程中形成的有机质的化石。
煤的主要化学成分是碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素，其具体化学组成和结构特点对其性质和用途有着重要的影响。
一、煤的基本化学组成1.碳：煤中的碳含量很高，可以达到60%~90%不等。
这是因为在植物体内，二氧化碳与水经过光合作用和细胞呼吸，形成有机化合物，其中大部分是碳水化合物，此后这些有机化合物经过埋藏、升温和加压作用，形成煤炭。
碳元素是煤炭的主要成分，其含量的高低决定了煤的品质和类型。
2.氢：煤中含有氢，但氢的含量比碳要低，只有2%~5%不等。
氢元素主要存在于煤的有机氢化合物中，比如：甲烷、乙烷、苯乙烯等。
其主要来源于古植物体内含有的氢化合物，如蛋白质和脂肪质等，以及水分解而来。
氢的含量高低是影响煤炭的气化性能和燃烧速度的主要因素之一。
3.氧：煤中的氧含量不固定，一般为5%~30%不等。
煤中的氧元素主要来自植物体内的膳食纤维素和其他有机物，同时也可以是在煤炭形成以后，经过氧化作用，形成的含氧化合物。
氧的含量高低对煤的空气氧化性、稳定性、可燃性等有一定的影响。
4.氮：煤中的氮含量很少，只有0.5%左右。
氮元素主要存在于煤中的有机氮化合物，如蛋白质、氨基酸、胆固醇等。
它们的进一步分解产生了硝基化合物、氨基化合物等含氮物质。
含氮物质对煤的低温固相反应、气化反应、燃烧反应等都有影响。
5.硫：硫元素是煤中的常见元素之一，煤的硫含量一般在0.2%~5%之间。
硫元素主要存在于硫化物和有机硫化合物中，如硫酸盐、硫化铁、巯基化合物、噻吩化合物等。
它们的存在直接影响着煤的燃烧性能、气化性能和腐蚀性能。
6.磷、钾、钙等元素：磷、钾、钙等元素虽然在煤中的含量不高，但也对煤的质量和特性产生了一定的影响。
磷元素主要存在于煤中的有机磷化合物中，如磷酯类、磷氢化合物等，含磷煤具有易燃性和高热值的特点。
钾、钙等元素则主要对其灰化特性、融化特性和腐蚀性特性产生了影响。
煤的概念与煤的构成
一、煤的概念与煤的构成（化学、物理、组构）煤主要是动植物遗骸在泥质沼泽中进行凝胶化作用、丝碳化作用后，上覆沉积物在还原作用下经煤化作用、变质作用形成的可燃有机岩。
煤的化学组分很复杂，但归纳起来可以分为两大类，即有机质和无机质。
前者是煤的主要组成部分，也是加工利用的对象；后者包括无机矿物质和水分，绝大多数是煤中有害成分。
煤中有机质是由各种复杂的高分子化合物所组成混合物。
它们主要是由碳、氢、氧、氮和有机硫等元素构成，此外还有极少量的磷和其他元素。
煤中无机质主要是指水分和矿物质，矿物质组成的元素主要是硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、硫和磷等。
煤的物理性质主要包括五个方面，其光学性质、机械性质、空间结构性质、电磁性质和热性质。
具体如颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率、硬度、脆度、可磨性、断口、密度、表面积、空隙度、压缩性、介电常数、导电性、磁性、比热、导热性等。
煤的颜色是煤对不同波长可见光波吸收的结果。
光泽是指煤新鲜断面的反光能力。
反射率是指在垂直照射条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比。
折射率是光线通过煤的界面时，在界面发生折射后进入煤的内部，其入射角和折射角的正弦之比。
硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力，脆度是指煤受外力作用而破碎的性质，表现为抗压强度和抗剪强度。
可磨性是指粉碎煤的难易程度。
煤在恒温加压下，其体积变化的百分数，称唯煤的压缩性。
煤受外力打击后断开的表面称为断口。
煤的比重是指二十度时煤的重量与同温度、同体积水的重量之比。
煤中毛细孔和裂隙之总体积与煤的总体积之比称为煤的空隙率和孔隙度。
煤的导电性是指煤传导电流的能力，通常以电阻率表示。
煤的结构分原生结构和次生结构两种。
原生结构是指由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。
常见的原生结构有以下八种；1.条带状构造2.线理状构造3.凸镜状构造4.均一状构造5.粒状结构6.叶片状结构7.木质状结构8..纤维状结构次生结构是指煤层形成后受到应力作用产生的各种次生的宏观结构，主要包括以下三种：1.碎裂结构2.碎粒结构3.糜棱结构[此文档可自行编辑修改，如有侵权请告知删除，感谢您的支持，我们会努力把内容做得更好]。
煤的元素成分煤质及煤分析知识普及
1.碳和氢碳是煤中最重要的组成元素.碳含量(Cr)随煤化程度的升高而增加.泥炭的Cr为50~60%;褐煤为60~77%;烟煤为74~92%;无烟煤为90~98%.在煤化程度相同的煤中,丝质组的Cr最高,镜质组次之,稳定组最低.氢中煤中第二个重要的组成元素.腐泥煤的氢含量(HR)比腐植煤高,一般在6%以上,有时达11%,这是由于形成腐泥煤的低等生物富含氢.在腐植煤中,稳定组的HR最高,镜质组次之,丝质组最低.随煤化程度升高,它们的HR均逐渐减少.2.氮煤中的氮,主要是由成煤植物中的蛋白质转化而来.人们认为煤中的氮通常都是有机氮,其中有一些是杂环形的.煤中的NR通常约为0.8~1.8%,但也随煤公程度的升高而略有下降.我国弱粘结煤和不粘结烟煤的NR多低于1%,可能是在泥炭化阶段受到不同程度的氧化作用,成煤植物中的蛋白质氧化分解,故NR普遍较低.3.氧氧是煤中主要元素之一,氧在煤中存在的总量和形态直接影响着煤的性质. 煤的元素组成煤的组成以有机质为主体，构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等元素。
煤中存在的元素有数十种之多，但通常所指的煤的元素组成主要是五种元素、即碳、氢、氧、氮和硫。
在煤中含量很少，种类繁多的其他元素，一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素或微量元素。
一、煤中的碳一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。
这些稠环的骨架是由碳元素构成的。
因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。
同时，煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。
碳含量随煤化度的升高而增加。
在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。
个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。
因此，整个成煤过程，也可以说是增碳过程。
煤的化学组成与分类
煤的化学组成与分类1．煤的化学组成◆各种化合形式的有机物质。
这些有机物的组成元素有C、H、O、N和一部分S。
◆灰分。
煤中不能燃烧的矿物质统称为灰分，由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O等矿物质组成。
根据灰分的来源，煤中的灰分分为原生灰分和再生灰分◆水分。
煤中的水分是有害成分。
煤中的水分以外部水分、吸附水分和结晶水三种形式存在2．煤的化学成分表示方法煤的成分通常用各组成物的质量百分含量来表示。
通常要用下述几种表示方法：◆应用成分。
将碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分在应用基中的质量百分含量定义为煤的应用成分，表示方法为在对应组成的右上角加标y，即：Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Ay+Wy=100％◆干燥成分。
用不含水分的干燥基中的各组分百分含量来表示煤的化学组成，用这种方法表示的成分称为煤的干燥成分，表示方法为在相应组成的右上角加标g，即：Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100％◆可燃成分。
用C、H、O、N、S在可燃基中的百分含量来表示，称为可燃成分，表示方法为在对应组成的右上角加标r，即：Cr+Hr+ Or +Nr+Sr=100％上述用各种方法表示的成分之间是可以进行换算的，换算系数列于表4—25。
表4—25 煤的各种成分换算系数◆煤的工业分析成分。
将一定重量的煤加热到110℃，使其水分蒸发以测出水分的百分含量w，，再在隔绝空气的条件下，将煤样加热到850℃，并测出挥发分的百分含量V，，然后再将煤样通以空气，使固定碳全部燃烧，以便测出灰分的百分含量A，最后可确定出煤的固定碳百分含量为：Cy=(100－(Wy+Ay+Vy))×100％3．煤的分类煤的分类主要是按使用上的要求、煤的质量特性、煤的变质特性等划分。
◆按挥发分固定碳含量要求分类(见表4—26)。
表4—26 按挥发分(Vr)固定碳(c)含量要求分类◆按煤的挥发分、胶质厚度分类(见表4—27)。
表4—27 按挥发分(Vr)胶质层厚度(Y)分类◆按煤的质量特性分类按煤中灰分(A)含量分类：A≤15％，为低灰分煤；A=15％～25％，为中灰分煤；A= 25％～40％，为高灰分煤。
煤中含有的元素
煤中含有的元素
煤是一种重要的能源资源，它主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。
以下是关于这些元素的一些信息：
1. **碳（C）**：煤中的主要成分，碳元素的含量通常在50%至90%之间。
碳是煤燃烧时产生热能的主要来源。
2. **氢（H）**：煤中的氢含量相对较少，通常在2%至6%之间。
氢在燃烧过程中与氧结合产生水蒸气，同时也释放出一定的热能。
3. **氧（O）**：氧元素在煤中的含量较低，一般在5%至30%之间。
氧的存在可能与煤的形成过程有关，例如在煤的氧化过程中会引入氧气。
4. **氮（N）**：氮元素在煤中的含量通常较少，大约在0.5%至2%之间。
在燃烧过程中，氮可能会转化为氮氧化物，对环境产生一定的影响。
5. **硫（S）**：硫是煤中的一个重要元素，其含量通常较低，但在某些煤种中可能较高。
硫在燃烧时会产生二氧化硫等污染物，对环境造成危害，因此脱硫是煤炭利用中的一个重要环节。
除了以上主要元素外，煤中还可能包含一些其他元素，如磷、氯、砷等，它们的含量通常很少。
这些元素的存在和含量会影响煤的性质和用途。
需要注意的是，不同类型的煤其元素组成可能会有所差异。
例如，
无烟煤通常含有较高的碳含量和较低的氢、氧、硫含量，而褐煤则可能含有较高的水分和较低的碳含量。
了解煤中元素的含量和组成对于煤炭的开采、加工和利用具有重要意义。
这可以帮助我们更好地评估煤的质量、热值和环境影响，并采取相应的措施来提高煤炭利用的效率和减少对环境的负面影响。
同时，对于环境保护和可持续发展来说，减少煤炭燃烧过程中的污染物排放也是一个重要的课题。
煤炭的化学组成及其对能源利用的影响
煤炭的化学组成及其对能源利用的影响煤炭是一种重要的化石燃料，其化学组成对能源利用具有重要影响。
本文将从煤炭的基本结构和化学成分入手，探讨煤炭对能源利用的影响。
一、煤炭的基本结构和化学成分煤炭是由植物残体经过长时间地质作用形成的，其基本结构由有机质和无机质组成。
有机质是煤炭的主要成分，包括固定碳、挥发分、灰分和水分。
无机质主要是矿物质，如硅酸盐、铁酸盐等。
煤炭的化学成分主要是碳、氢、氧、氮、硫等元素的化合物。
其中，碳是煤炭的主要元素，占据了煤炭质量的大部分。
氢和氧主要以水的形式存在，氮主要以有机氮的形式存在，硫主要以有机硫和无机硫的形式存在。
二、煤炭的化学组成对能源利用的影响1. 碳含量对燃烧性能的影响煤炭的碳含量越高，燃烧时产生的热量越大，煤炭的燃烧性能也越好。
高碳煤炭可以有效地释放热能，广泛应用于工业生产和能源供应。
而低碳煤炭则燃烧性能较差，热量释放不充分，对环境污染较大。
2. 挥发分对燃烧过程的影响煤炭中的挥发分在燃烧过程中会释放出大量的热能。
挥发分的含量越高，煤炭的燃烧速度越快，热量释放也越大。
因此，高挥发分煤炭在燃烧时能够快速产生高温，适用于高温工业生产。
而低挥发分煤炭则燃烧速度较慢，热量释放不充分。
3. 硫含量对环境污染的影响煤炭中的硫主要以有机硫和无机硫的形式存在。
煤炭中的硫在燃烧过程中会产生二氧化硫等有害气体，对环境造成污染。
高硫煤炭的燃烧会产生更多的有害气体，对大气和水体造成严重污染。
因此，降低煤炭中的硫含量对于减少环境污染具有重要意义。
4. 水分含量对燃烧过程的影响煤炭中的水分含量越高，燃烧时需要消耗更多的热量将水分蒸发，从而降低煤炭的燃烧效率。
因此，降低煤炭中的水分含量可以提高燃烧效率，减少能源浪费。
三、煤炭的能源利用与环境保护的平衡煤炭作为一种重要的能源资源，对于经济发展和能源供应具有重要意义。
然而，煤炭的燃烧会产生大量的二氧化碳等温室气体，对气候变化造成不可忽视的影响。
因此，如何在能源利用和环境保护之间实现平衡成为重要课题。
煤的主要组成物质是什么
煤的主要组成物质是什么？答：煤主要是由有机物质组成。
有机物质由碳、氢、氮、氧及部分硫等组成，是可以燃烧的，所以叫可燃体。
还有一部分无机物质，主要是各种矿物杂质，是不能燃烧的。
为什么说灰熔点是动力煤和气化用煤的重要指标？答：灰熔点是动力用煤和气化用煤的重要指标，主要用于固态排渣锅炉和气化炉的设计，并能指导实际生产操作；它也可以作为液态排渣炉设计中的参考依据。
一般固态排渣炉，要求煤灰熔点愈高愈好，以免造成炉内结渣而难以排出。
熔点低的煤，由于熔渣会包裹住煤而造成燃烧不完全，从而增加灰渣含碳量，严重时会堵塞炉栅，造成排渣困难，甚至造成停炉事故。
炉渣还会腐蚀、共熔炉衬耐火材料，特别是当灰渣为酸性渣而炉衬耐火砖为碱性砖或灰渣为碱性而炉内衬转为酸性砖时，共熔情况将更为严重。
对于链条炉需要熔点较低一些，这样可以保留适当的熔渣以起到保护炉栅的作用。
而液态排渣炉则要求灰熔点愈低愈好。
采样的概念和意义是什么？答：在工业生产过程中，企业管理者经常要对原料、中间产品、最终产品及生产过程进行数量质量检查。
但是，我们又不能将他们全部拿来检验。
因为，许多检查项目是破坏性的同时，为节省人力物力，即使不是破坏性的，也只能抽取其中的一小部分进行检验。
被抽取的这部分物料称为试样，抽取试样的过程称之为采样。
采样的原理是什么？答：采样是从大量的某种原始物料（总体）中抽取数量很小的一部分，试样与总体相比，在数量上是很小的，然而在物理化学性质上应该能代表总体，目的是通过这一小部分试样了解总体。
换句话说，采出的试样要有代表性。
不然的话，不管制样、化验、分析如果精确，最终的结果也是错误的。
因此，如果保证试样的代表性好，根据煤炭组成的物理化学性质分布不均的特点，必须随机的采取多分子组成总样。
子样的最小重量和份数必须符合规定，采样方法必须正确，由这些子样组成的总样才有充分的代表性。
选煤厂煤样采取必须遵循的规则。
答：选煤厂煤样采取必须遵循的规则：采取煤样必须具有代表性。
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1.3 外在水分、内在水分等重要概念
一般分析试验煤样 通常，煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于
0.2mm 的 空 气 干 燥 煤 样 ， 原 来 称 分 析 煤 样 analytical sample，现称“一般分析试验煤样”，该煤样的水分 也称为“一般分析试验煤样水分”或“空气干燥基水
分” (moisture on air dried basis) ，用Mad表示，它的 大小与Minh相同。
1.6 煤中水分与煤化程度的关系
（1）这是由于煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面上，内 表面积越大，吸附水分的能力就越强，煤的水分就越高。 （2）此外，煤分子结构上极性的polar含氧官能团的数量 越多，煤吸附水分的能力也越大。 低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官能 团的数量也多，因此内在水分就较高。随煤化程度的提 高，煤的内表面积和含氧官能团均呈下降趋势，因此， 煤中的内在水分也是下降的。到无烟煤阶段，煤的内表 面积有所增大，因而煤的内在水分也有所提高。
1.4 测定煤中水分的基本方法
水 分 测 定 时 使 用 的 仪 器 设 备 apparatus 有 分 析 天 平 analytical balance 、 干 燥 箱 drying oven 、 称 量 瓶 weighing bottle等。 还有自动化的仪器设备。
加热失重法规定了两种测定煤的空气干燥基水分的 方法，即通氮干燥法（A法）和空气干燥法（B法）。A 法是在氮气流中干燥，可以防止煤样氧化，适用于所有 煤种并为仲裁法，B法是在空气流中干燥，只适用于不 易氧化的烟煤和无烟煤。
moisture，用Mt或Mar表示。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念 外在水分、内在水分和全水分的关系
外在水分和内在水分构成了全水分，它们的关系 可用下式表示：
Mt 10 10 0M0 f MinhMf ，%
1.3.3 工业分析的指标范围
“GB/T 212- 2008煤的工业分析方法”中规定，水 分、灰分、挥发分和固定碳四项指标的测定和计算， 均以一般分析试验煤样为准，因此，全水分的测定并 不包含在工业分析的分析项目之内，另有国家标准予 以规范：GB/T 211-2007。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
煤样及煤样的状态 煤失去外在水分后所处的状态称为风干状态或空
气干燥状态air dried，失去外在水分的煤样称为风干煤 样或空气干燥煤样air dried sample。 残留在风干煤中 水分the residual moisture占风干煤样质量的百分数称 为内在水分inherent moisture 。
1.4 测定煤中水分的基本方法
测定煤中水分含量的方法很多: 如蒸馏法 distillation method 电法 electrical method 加热法 thermal methods
本 课 要 求 掌 握 加 热 失 重 法 thermal weight-loss method的基本原理，其他方法可参阅有关专门书籍。
1、 煤中的水分Moisture in coal
（2）化学态结合的水 在煤的进一步研究中，有时也用到结晶水和热
解水。结晶水crystallized water是指煤中含结晶水的 矿物质所具有的，如CaSO42H2O中的结晶水，通常 煤中结晶水含量不大；热解水pyrolysis water；是煤 炭在高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成的水， 它取决于热解的条件和煤中的氧含量。
2 煤的灰分
2.2 煤灰分的来源origin of ash 煤的灰分不是煤中的固有组成original components，
而是由煤中的矿物质minarals转化而来的。煤的灰分与矿 物质有很大的区别，首先是灰分的产率比相应的矿物质 含量要低，其次是在成分上有很大的变化。矿物质在高 温下经分解、氧化、化合等化学反应之后才转化为灰分。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
1.3.1 外在水分和内在水分的概念 煤中的水分可分为在常温的大气中易于失去的水分和
不易失去的水分， 前者称为外在水分free moisture， 后者称为内在水分inherent moisture 。 内在水分和外在水分之和称为全水分total moisture。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
外在水分和内在水分的含义 严格地说，外在水分是指煤放置在大气中使水
分不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分 压达到平衡时，煤中水分不再变化。这时所失去的 水分占煤样重量的百分数就是外在水分free moisture，
用Mf表示。而残留在煤内部孔隙中没有蒸发出来的 水分称为内在水分inherent moisture，用Minh表示。
（2）分析时间：约20min （3）测定精度：≤0.4%（全水）；≤0.2%（空干水） （4）试样质量：10-12g(全水)；0.9-1.1g(空干水) （5）试样粒度：≤6mm(全水)；≤80目(空干水)
1.5 煤的最高内在水分
1.5.1 定义
煤的最高内在水分是指煤样在30℃，相对湿度 relative humidity达到96%的条件下吸附水分达到饱和 water saturation时测得的水分，用符号MHC (moisture holding capacity)表示。这一指标反映了年青煤的煤化程 度，用于煤质研究和年青煤的分类。
1.4 测定煤中水分的基本方法
自动水分测定仪
1.4 测定煤中水分的基本方法
自动水分测定仪的特点： （1）采用微波microwave或红外干燥infrared drying，自
动称量。 （2）计算机自动控制、测量准确，性能稳定。 （3）分析速度快，操作简便。
1.4 测定煤中水分的基本方法
技术参数： （1）分析试样数：８个/次
1.5 煤的最高内在水分
1.5.2 煤的最高内在水分的测定 将饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分
外在水分并使煤团分散开，然后放在温度为30℃，相 对湿度为96%(硫酸钾结晶及其饱和溶液)的充氮调湿 器内，在常压和不断搅动气氛的情况下使其达到湿度 平衡，然后在105～110℃的温度下烘干，以其减量的 重量百分数表示最高内在水分。一般需要24～48小时。
煤的工业分析的定义： 在人为规定条件下under a set of standard conditions粗略
approximately测定determine煤化学组成的一种方法 means ，它将煤的组成区分为水分、灰分、挥发分和 固定碳。
第一节 煤的工业分析Proximate analysis of coal
chap5-煤的组成-化学组成
Chapter 5 Coal chemical constituents
Main contents
（ 1 ） 煤 的 工 业 分 析 组 成 (constituent of coal by proximate analysis)
（2）煤中矿物质的组成及煤灰成分(Mineral constituent and ash constituent of coal)
2 煤的灰分
2.2 煤灰分的来源origin of ash 矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应
representative reactions是：
CaCO3CaO+CO2 FeS2+O2 SO2+Fe2O3 CaSO4.H2O CaSO4+ H2O
……
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 煤主要的是灰植物分遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细
水中溶解的矿物质由于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中， 主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了 煤的可选性难易程度。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为 内在矿物质。
原
次
外
生
生
来
矿
矿
矿
物
物
物
质
质
质
2.4 煤灰分产率的测定
2.4.1 灰分产率的测定要点： 煤的灰分产率ash productivity是指煤在815℃通风
粘土、这指沙种存粒矿在或物于水质成中原煤钙来的、不植镁含物离于中子煤沉，淀层主及中要硫，是铁它碱矿是金的在属形采、成煤碱，过土与程金泥中属炭混掺的 入独混体盐2，，煤立类.3 有呈中存，煤的透的在与中均 镜顶的有矿匀状、，机物分、底几质质散条板乎分的在带和不子来泥状夹影紧源炭、矸 响密的薄层 煤结有片机状中 的合质等的 可，中；矸 选很，此石 性难有外所 。用的，形机则煤成械形层的方成形。法独成它分立后与开的，煤。包地是裹下
（1）物理态结合的水 煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水
(phsycally-associated water) ，它吸附在to be adsorbed in/on煤的外表面outer surface和内部孔隙interior pores中。 因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水 分就越高。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
1.3.2 收到煤样as-received sample和收到基水分
按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输 工具或用户煤场等处所采煤样，称为应用煤样，将 应用煤样送到化验室后称为收到煤样，它含有的水 分占收到煤样质量的百分数称为收到基水分 (moisture on as received basis) ，也称全水分total
如果不作特殊指明，煤中的水分均是指煤中的物理吸附 态的水adsorbed water。
1、 煤中的水分
1.2 煤中水分的 来源
（1）成煤过程中，沼泽中的水随着成煤过程进入煤中； （2）煤层coal seam形成后，地下水ground water进入 煤层的裂隙fracture/fissure、孔隙pore中； （3）开采mining、洗选preparation、运输 transportation、贮存reserve过程中进入煤中。