煤炭的构成:碳、氢、氧、氮和硫等,此外,还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。
构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧是煤炭有机质的主体,占95%以上;煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低。
碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素,氧是助燃元素。
煤炭燃烧时,氮不产生热量,在高温下转变成氮氧化合物和氨,以游离状态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分,其中以硫重要。
煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫(SO2),随烟气排放,污染大气,危害动、植物生长及人类健康,腐蚀金属设备;当含硫多的煤用于冶金炼焦时,还影响焦炭和钢铁的质量。
所以,“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。
物中的矿物质,较难分开。一般而言,灰分越大、发热量越低、排渣量增加,动力煤灰分一般需小于35%,其中褐煤需小于30%,炼焦煤灰分需小于12.5%。
煤中的有机质在定温度和条件下,受热分解后产生的可燃性气体,被称为“挥发分”,它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体。挥发分也是主要的煤质指标,在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时,挥发分有重要的参考作用。煤化程度低的煤,挥发分较多。如果燃烧条件不适当,挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒,俗称“黑烟”;并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物,热效率降低。因此,要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备。
煤中的无机物质含量很少,主要有水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质,如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等,其中大部分属于有害成分。
1)“水分”对煤炭的加工利用有很大影响。水分在燃烧时变成蒸汽要吸热,因而降低了煤的发热量。煤炭中的水分可分为外在水分和内在水分,一般以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。
2)“灰分”是煤炭完全燃烧后剩下的固体残渣,是重要的煤质指标。灰分主要来自煤炭中不可燃烧的矿物质。矿物质燃烧灰化时要吸收热量,大量排渣要带走热量,因而灰分越高,煤炭燃烧的热效率越低;灰分越多,煤炭燃烧产生的灰渣越多,排放的飞灰也越多。一般,煤和洗精煤的灰分含量相对较低
3)挥发分和固定碳,挥发分的主要成分是甲烷、氢及其他碳氢化合物,固定碳是指除去水分、灰分和挥发分的残留物。
4)发热量,指单位质量的煤完全燃烧时产生的热量,是衡量动力煤质量的重要指标,分为高位发热量和低位发热量,低位发热量为高位发热量减去水的汽化热,是国内衡量发热量的常用指标。根据分类标准,发热量约在2000-3000K、3000-5700K、5700K-6500K、6500K以上的煤炭,分别称为低热值煤、中热值煤、高热值煤和特高热值煤。
5)全硫,为煤炭中的有害物质,分为有机硫和无机硫,有机硫与煤的有机质结为一体较难清除,一般低硫煤以有机硫为主,洗选后精煤全硫因灰分减少而增高。无机硫主要为硫化物,在高硫煤的全硫中占比较大。全硫越大,煤炭质量越差,还会造成空气污染,工业生产中动力煤要求全硫小于2.5%,其中褐煤需小于1.5%,炼焦煤全硫需小于1.5%。
在各大陆、大洋岛屿都有煤分布,但煤在的分布很不均衡,各个煤的储量也很不相同。中国、美国、俄罗斯、德国是煤炭储量丰富的,也是世界上主要产煤国,其中中国是世界上煤产量高的。中国的煤炭资源在世界居于前列,仅次于美国和俄罗斯。