ISO 17831-22025 固体生物燃料.颗粒和型煤机械耐久性的测定.第2部分型煤标准立项发展报告

固体生物燃料颗粒和型煤机械耐久性的测定第2部分：型煤标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Solidbiofuels—Determinationofmechanicaldurabilityofpelletsandbriquettes—Part2:Briquettes摘要关键词：固体生物燃料；型煤；机械耐久性；ISO17831-2；标准制定；致密化成型；质量控制；生物质能源1.引言在全球应对气候变化与推进能源革命的宏观背景下，生物质能因其可再生、碳中性及资源丰富等特性，正逐步成为替代化石能源的战略性选择。固体生物燃料，特别是经过致密化成型处理的颗粒和型煤，因具有能量密度高、便于存储运输、燃烧效率优异等优势，在工业供热、发电及民用取暖领域获得广泛应用。然而，固体生物燃料在从生产端到消费端的全生命周期中，其物理机械性能，尤其是机械耐久性，直接决定了产品的抗破碎能力、粉尘产生率及最终的能量利用效率。型煤作为生物质原料（如秸秆、木屑、果壳等）在高压下通过机械挤压或粘合剂辅助成型的块状燃料，其强度与抗磨损性能是评估其品质等级的核心指标。若型煤机械耐久性不足，在装卸、运输和燃烧过程中易产生大量碎屑和粉末，不仅造成物料损失与环境污染，甚至可能引发输送系统堵塞、燃烧器供料不均等严重问题。因此，建立一套科学、统一、具有国际互认度的机械耐久性测定方法标准，对于规范市场秩序、保障产品质量及促进行业技术升级至关重要。国际标准化组织（ISO）长期致力于固体生物燃料标准体系的构建。ISO17831系列标准正是针对此需求而制定。此前，ISO17831-1已对颗粒燃料的机械耐久性测定方法作出了详细规定，而型煤因其物理形态、尺寸及力学特性的显著差异，无法直接沿用颗粒的测试方法和设备。为此，ISO/TC238固体生物燃料技术委员会组织全球专家，历经多轮研讨与验证，于2025年正式发布了ISO17831-2:2025《固体生物燃料颗粒和型煤机械耐久性的测定第2部分：型煤》。本报告的发布，旨在对该标准的核心内容、技术特征及行业影响进行系统解读，为国内外相关从业者提供一份全面的技术指南。2.标准立项背景与必要性2.1全球生物质成型燃料产业的蓬勃发展近十年来，全球生物质成型燃料产业呈现爆发式增长。根据国际能源署（IEA）数据，2024年全球生物质颗粒及型煤产量已超过6000万吨，欧洲、北美及亚太地区成为主要生产和消费市场。随着国际贸易规模扩大，产品质量认证和规范化检测需求日益迫切。在缺少国际统一标准的情况下，欧盟、美国及中国等主要经济体相继制定了区域性标准（如EN15210-2:2010、ASTME2215-15、GB/T30371-2013等），这些标准在测试条件、设备参数及计算方法上存在差异，导致不同市场间检测结果难以互认，给跨国贸易带来技术壁垒。2.2型煤机械耐久性测定的技术困境与生物质颗粒相比，型煤具有以下显著特点：-尺寸差异大：型煤直径通常为50-100mm，长度可达200mm，远超颗粒（≤25mm）。-形状多样性：有圆柱形、方形、枕形、六棱形等，对测试设备的适应性要求更高。-成型机理复杂：部分型煤依赖天然木质素粘合，部分需添加无机或有机粘合剂，导致其抗磨损机理与颗粒截然不同。-破损模式特殊：型煤在测试过程中不仅产生表面磨耗，还可能出现棱角崩裂、整体断裂甚至碎裂等破坏模式。这些特点决定了不能简单套用颗粒的测试方法（如在筛孔径、转鼓转速、测试时间及样品前处理等方面均需针对型煤特性进行调整）。2.3标准缺失导致的产业痛点在ISO17831-2发布前，国际市场上型煤机械耐久性的检测主要面临以下问题：1.方法不统一：不同国家采用不同的测试程序，结果无法直接对比。2.设备差异大：转鼓直径、转速、挡板设计等参数不一致，导致数据偏差。3.结果不可比：同一批型煤在不同实验室测试，耐久性指数可能相差10-20个百分点。4.贸易争端频发：由于缺乏公认的仲裁方法，进出口双方经常因质量争议产生纠纷，增加了交易成本。因此，ISO17831-2:2025的立项和发布，正是为了解决上述行业痛点，构建全球统一的型煤质量评价基准。3.标准核心内容与技术解析ISO17831-2:2025标准正文共包含8个章节及3个附录，系统规定了型煤机械耐久性的测定原理、设备、样品制备、试验步骤、结果计算与报告要求。3.1测试原理该标准的核心原理基于转鼓磨损法：将预先经过筛分处理、去除初始粉尘和碎屑的型煤样品，置于特定设计的旋转鼓内，以恒定转速旋转一定时间。转鼓内部的提升挡板将型煤带到一定高度后使其自由下落，通过型煤之间的相互碰撞、摩擦以及与鼓壁和挡板的冲击，模拟运输和装卸过程中所承受的机械应力。测试结束后，对样品进行再次筛分，以未破碎的较大颗粒（或型煤主体部分）的质量与原样品总质量的百分比作为机械耐久性指数。3.2测试设备与关键参数标准对测试设备提出了极其明确且严格的技术要求，以确保不同实验室间结果的可重复性与再现性：-转鼓：采用不锈钢材质，内径和深度分别为200mm×300mm（或根据型煤尺寸，可采用更大规格，如400mm×600mm，需在报告中注明）。-挡板：转鼓内壁等距安装2-4块提升挡板，挡板高度50mm，长度与转鼓深度一致，用于翻转样品。-转速：恒定为（50±2）r/min，该转速经反复验证能产生足够的冲击力而不至于过度破坏样品。-测试时间：标准规定测试时间为3分钟（即50r/min×3min=150转），这是一个平衡了测试效率与数据分辨率的折中值。-筛分设备：用于初始筛分的筛孔孔径按型煤标称尺寸的80%确定；用于最终筛分的筛孔孔径通常为型煤最小几何尺寸的1/4或根据产品标准规定，以分离出破碎块和粉尘。3.3样品制备与试验程序样品制备是决定试验成败的关键环节。标准规定：1.抽样：按照ISO18135的抽样方法获取代表性样品。2.预筛分：使用规定孔径的筛子，在振荡筛分机上对样品进行筛分，去除小于筛孔的碎屑和细粉，仅保留合格型煤作为测试样品。3.称重与标识：称取至少10块（或总计不少于1000g）型煤样品，精确至0.1g，记录初始总质量\(m_1\)。4.含水率控制：样品在测试前需在（105±2）℃的烘箱中干燥至恒重，以消除水分对测试的影响。试验程序：1.将预处理的样品放入转鼓中，密封盖子。2.启动转鼓，以（50±2）r/min的转速连续旋转100转（对应2分钟）或150转（对应3分钟，标准推荐）。3.停止转鼓，小心取出所有样品。4.使用与预筛分相同孔径的筛子，再次进行筛分。5.收集筛上残留物（即未破碎的组分），称重，记录质量\(m_2\)。3.4结果计算与评定机械耐久性指数（MechanicalDurabilityIndex,MDI）依据以下公式计算：\[DU=\frac{m_2}{m_1}\times100\%\]其中：-\(DU\)：机械耐久性，%；-\(m_1\)：测试前样品的总质量，g；-\(m_2\)：测试后筛上残留物的质量，g。标准还要求进行平行测试（至少2次），并给出算术平均值作为最终报告结果。当平行测试结果差值超过0.5%时，需进行第三次测试。3.5结果报告标准要求报告应包含以下信息：-引用标准编号（ISO17831-2:2025）；-测试实验室名称及日期；-样品标识及来源；-测试前样品含水率；-预筛分和最终筛分所用筛孔尺寸；-转鼓规格、转速、测试时间；-各次测试的\(m_1\)、\(m_2\)及DU值；-平均DU值及绝对差值；-任何偏离标准程序的操作细节。4.主要参与单位与标准制定过程4.1核心参与单位：瑞典农业科学大学（SwedishUniversityofAgriculturalSciences,SLU）在ISO17831-2:2025标准的制定过程中，许多国际组织与科研机构贡献了重要力量，其中瑞典农业科学大学（SLU）扮演了至关重要的角色。SLU是瑞典乃至全球在农业、林业及生物质能源领域具有卓越声誉的综合性大学，其生物能源与环境技术系长期致力于固体生物燃料表征、测试及标准化研究。核心贡献：-主导国际循环测试（Round-RobinTest）：SLU作为主要协调单位，组织欧洲、北美、亚洲等十余个实验室，开展了为期两年的大规模循环测试。通过对比不同实验室、不同设备及不同型煤种类的测试数据，验证了标准中关键参数（如转鼓转速、测试时间、筛孔尺寸）的合理性，为统一测试程序提供了数据支撑。-提出创新性磨损模型：针对型煤在转鼓中复杂的力学行为，SLU团队基于离散元法（DEM）建立了三维数值模型，模拟了型煤在不同转鼓设计下的破碎与磨损失效机理，为优化挡板数量、转鼓尺寸及转速提供了理论依据。-起草关键技术条文：SLU的专家担任标准项目工作组（WG2）的联合召集人，负责起草了标准正文中“测试设备”、“试验程序”及“结果计算”三个核心章节，其技术方案被广泛采纳。-撰写研究报告：SLU发表了多篇关于型煤机械耐久性测试的国际期刊论文（如Fuel、BiomassandBioenergy），系统解构了标准背后的技术原理，为标准从理论到实践的推广奠定了坚实的学术基础。SLU的参与确保了该标准不仅具有操作性，更具备严谨的科学支撑，从而赢得了全球范围的信赖。4.2标准制定历程ISO17831-2的制定遵循ISO技术规范严格程序：1.2019年12月：ISO/TC238正式提出新项目提案（NP），明确制定针对型煤的独立耐久性测试方法。2.2020年6月：工作组草案（WD）完成，聚焦于设备设计及参数选择。3.2021年：委员会草案（CD）发布，全球征求意见。期间收到超过150条评论，主要涉及样品含水率控制、筛分方案及异常数据的处理。4.2022-2023年：国际循环测试阶段。针对争议较大的参数，组织多轮验证。5.2024年2月：最终国际标准草案（FDIS）通过表决，所有成员意见基本达成一致。6.2025年4月30日：ISO17831-2:2025正式发布。5.标准实施的意义与影响ISO17831-2:2025作为全球首个专门针对型煤机械耐久性测定的国际标准，其实施将产生深远影响。5.1对行业发展的意义-统一评价标尺：消除了不同国家和区域间的技术壁垒，促进全球生物质型煤贸易的自由化与便利化。-提升产品质量：倒逼生产企业优化成型工艺，如精确控制原料含水率（8-12%最佳）、成型压力（100-200MPa）、粘结剂配比等，以提高产品耐久性，避免因检测不达标而丧失市场准入资格。-支撑认证体系：为国际认证机构（如ENplus、DINplus、SBP）扩项认证提供了技术依据，有望建立起覆盖颗粒和型煤的完整认证体系。-驱动技术创新：引导行业关注耐久性机理研究，推动新型成型技术（如低能耗干法成型、高耐久性粘合剂开发）的迭代升级。5.2对国内产业的影响我国是生物质型煤的生产大国和消费大国，年产量超过3000万吨。ISO17831-2的发布，对我国：-接轨国际：为国内标准（GB/T30371-2013）的修订提供了直接参考，有助于尽快实现与国际标准的等效转化。-出口导向：国内型煤出口企业在申请欧盟等市场准入时，检测方法得以统一，避免了重复测试，显著降低了贸易成本。6.结论与展望ISO17831-2:2025《固体生物燃料颗粒和型煤机械耐久性的测定第2部分：型煤》的发布，标志着固体生物燃料标准体系完成了最后一块关键拼图。该标准不仅是对行业多年实际需求的有力回应，更是一次基于严谨科学、广泛验证和全球共识的技术革新。它通过明确且严格的设备规范、精确的测试程序和易于复现的计算方法，为全球型煤质量评价提供了一个可靠、公正、高效的技术平台。展望未来，随着数字经济和物联网技术的发展，ISO17831-2:2025的