ISOTS 46672022 煤.热稳定性和热碎裂的测定标准立项发展报告

煤热稳定性和热碎裂的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Coal—DeterminationoftheThermalStabilityandThermalFragmentation摘要煤炭作为全球最重要的基础能源之一，其热稳定性和热碎裂特性直接关系到气化、燃烧、炼焦等热加工过程的操作稳定性和资源利用效率。随着煤炭清洁高效利用战略的深入推进，建立统一、科学的煤热稳定性与热碎裂测定方法标准，已成为国际煤炭技术标准化领域的核心议题。本报告以国际标准化组织（ISO）发布的技术规范ISO/TS4667:2022《煤—热稳定性和热碎裂的测定》为研究对象，系统阐述了该标准的立项背景、技术内容、编制原则及预期应用价值。报告首先梳理了国内外煤热稳定性检测方法的发展沿革，分析了现行各类方法在适用范围、操作程序和结果可比性方面存在的不足；继而详细解析了ISO/TS4667:2022的技术框架，包括规范性引用文件、术语定义、方法原理、试验装置要求、测定步骤、结果计算与表述以及精密度要求等核心内容；最后对该标准的实施效益和未来发展趋势进行了展望。该标准的发布填补了煤热稳定性国际测定方法的技术空白，对促进煤炭国际贸易、推动煤化工产业技术升级以及保障气化装置高效稳定运行具有重要的支撑作用和指导意义。关键词：煤；热稳定性；热碎裂；国际标准；ISO/TS4667；煤炭检测Keywords:Coal;ThermalStability;ThermalFragmentation;InternationalStandard;ISO/TS4667;CoalTesting一、引言1.1研究背景煤炭是世界上最丰富、分布最广泛的化石能源资源。据国际能源署（IEA）统计，煤炭在全球一次能源消费结构中仍占有重要份额，尤其在亚太地区，煤炭在电力生产和工业热工过程中发挥着不可替代的作用。在中国，"富煤、贫油、少气"的资源禀赋决定了煤炭在能源体系中的主体地位将在较长时期内持续存在。随着碳达峰、碳中和目标的提出，煤炭行业的绿色低碳转型和清洁高效利用被提升至前所未有的战略高度。煤的热稳定性是指煤在高温作用下保持其原始粒度组成的性能，而热碎裂则描述了煤受热后因内部应力、挥发分释放、矿物质相变等因素导致的颗粒破裂和粉化现象。这两个指标对于煤炭气化（尤其是固定床气化）、炼焦、燃烧等热加工工艺至关重要——热稳定性差的煤在气化炉中容易产生大量粉末，不仅增加床层阻力、降低气化效率，还可能引发架桥、结渣等操作故障，严重影响装置的安全稳定运行。因此，准确测定煤的热稳定性和热碎裂特性，对于气化用煤的选择、配煤方案的优化以及气化工艺参数的调整具有直接而重要的指导意义。1.2国内外标准现状分析在国际标准化层面，煤炭热稳定性测定方法长期缺乏统一的国际标准。各国依据自身工业实践制定了不同的国家标准或行业标准，其中具有代表性的包括：中国国家标准GB/T1573-2018《煤的热稳定性测定方法》、俄罗斯国家标准ГОСТ7218、美国ASTM相关测试方法等。然而，不同标准在试样粒度范围、加热温度、恒温时间、转筛方式以及结果表征指标等方面存在显著差异，导致不同国家实验室之间的测定结果缺乏可比性。这种标准化层面的不一致，不仅增加了煤炭国际贸易中的检测成本和争议风险，也为跨国煤炭技术交流和工程应用带来了障碍。在此背景下，国际标准化组织固体矿物燃料技术委员会（ISO/TC27）启动了煤热稳定性测定方法国际标准的制定工作。经过多轮国际磋商和技术论证，ISO/TS4667:2022于2022年8月正式发布。该技术规范以中国现行国家标准GB/T1573为重要技术参考，同时兼顾了其他主要产煤国家的技术经验，力求在方法科学性和操作可行性之间取得平衡。二、标准编制概况2.1编制原则ISO/TS4667:2022的编制遵循了以下四项核心原则：科学性原则。标准中规定的测定原理、试验条件和结果计算方法均建立在系统的试验研究和理论分析基础之上。标准编制过程中，国际间实验室进行了大量的比对试验，以验证方法的重现性和再现性，确保技术指标设置有充分的试验数据支撑。适用性原则。考虑到煤炭种类的多样性和不同应用场景对热稳定性指标的需求差异，标准在方法设计上注重广泛适用性，适用于褐煤、烟煤、无烟煤等各类煤种的热稳定性评价，同时兼顾不同粒度范围试样的测定需求。协调性原则。标准的制定充分考虑了与现有国际标准和国家标准的协调一致，包括ISO11722《固体矿物燃料——硬煤——分析试样中水分的测定》、ISO1952《固体矿物燃料——稀盐酸可溶性微量元素的测定》等相关标准的技术衔接，避免了标准之间的交叉矛盾和重复规定。先进性原则。在继承传统测定方法核心要义的基础上，标准对试验装置的技术参数、控温精度和操作程序进行了优化完善，体现了当代煤炭检测技术的先进水平。2.2与其他标准的对比分析ISO/TS4667:2022与GB/T1573-2018在方法原理上具有一致性，均采用"高温加热-转筛处理-粒度分析"的技术路线。但在具体技术参数方面存在若干差异：首先，在试样粒度要求上，ISO/TS4667:2022给出了更为详细的粒度分布允差范围；其次，在加热装置的温度均匀性要求方面，ISO标准提出了更为严格的炉膛恒温区温度梯度控制指标；此外，在结果表达方面，ISO标准同时给出了以百分含量表示的热稳定性指数和以粒度变化分布表示的热碎裂曲线两种表征方式，为使用者在不同应用场景下选取适当的评价指标提供了灵活性。三、标准主要技术内容3.1范围与规范性引用文件ISO/TS4667:2022规定了煤热稳定性和热碎裂测定的方法原理、试验装置、试样制备、测定步骤、结果计算与表述以及精密度要求。该标准适用于褐煤、烟煤和无烟煤等固体矿物燃料的热稳定性评价，尤其适用于为固定床气化工艺选择和评价气化用煤提供技术依据。标准规范性引用了多项ISO国际标准，包括ISO331《煤——分析试样中水分的测定》、ISO687《固体矿物燃料——焦炭——分析试样中水分的测定》、ISO11722《固体矿物燃料——硬煤——分析试样中水分的测定》、ISO1952《固体矿物燃料——稀盐酸可溶性微量元素的测定》以及ISO5725系列《测量方法和测量结果的准确度（真实度与精密度）》等，保证了标准在操作程序和数据处理方面与国际通用方法的一致性。3.2术语和定义为统一各国对相关概念的理解，标准对以下关键术语进行了明确规定：热稳定性（thermalstability）：煤在规定条件下受热后保持其原始粒度组成的性能，以加热后筛上物占试样总质量的质量分数表示。热碎裂（thermalfragmentation）：煤在受热过程中因热应力、挥发分快速析出和内孔结构变化而产生的颗粒破裂现象，表现为粒度分布向细粒方向迁移。转筛处理（tumblingtreatment）：将加热后的煤样置于特定规格的转筛装置中，通过机械转动使不稳定的颗粒碎裂并分离的过程。3.3方法原理标准规定的方法原理为：取一定粒度范围的煤样，在隔绝空气（或惰性气氛保护）条件下于850℃±15℃的恒温炉中加热规定时间，使煤样经历热分解和热应力作用过程。加热结束后，将煤样冷却至室温，置于符合标准规定的机械转筛装置中进行筛分处理，通过筛分得到不同粒级的质量分布。以规定的粒度界限（通常为6mm）为分界，计算大于该粒度的物料占试样总质量的质量分数，即为煤的热稳定性指标。同时，通过对比加热前后各粒度级的质量分布变化，绘制热碎裂分布曲线，全面评价煤的热碎裂特性。3.4试验装置标准对试验装置提出了具体明确的要求：加热炉：采用竖式管状电炉或马弗炉，炉膛恒温区长度应满足试样坩埚完全置于恒温区内。炉温应能控制在850℃±15℃范围内，炉膛内温度梯度应不大于10℃。控温系统应采用精密温度控制器，配备热电偶测温装置，测温精度不低于±5℃。坩埚：采用耐高温陶瓷或石英材质，容积约100mL，配备密封盖以减少加热过程中的空气渗入。转筛装置：由电机驱动的水平回转筛组成，筛面规格和回转速率应符合标准规定。筛孔尺寸为6mm和3mm两种规格，回转速度控制在(60±5)r/min，转动时间为10min。干燥装置：采用电热恒温干燥箱，控温范围为105℃～110℃，用于试样干燥处理。3.5试样制备试样按照GB474（或ISO18283）规定的方法进行采样和缩分，制备成粒度为6mm～13mm的空气干燥煤样。试样应确保具有代表性，避免在破碎和缩分过程中产生过多的粉末。制备后的试样应放置在密封容器中，防止吸潮和氧化。测定前，称取两份各约500g的试样进行平行测定。3.6测定步骤测定步骤如下：（1）将称量后的试样均匀装入坩埚中，盖好坩埚盖；（2）将坩埚放入已升温至850℃的炉中，关闭炉门，在设定温度下恒温加热30min；（3）取出坩埚，在空气中冷却至室温（冷却过程中应防止试样吸潮）；（4）将冷却后的试样全部移入6mm和3mm组合筛中进行筛分，启动转筛装置，转动10min；（5）分别称量6mm以上、6mm～3mm和3mm以下各级物料的质量，计算各级质量占试样总质量的百分数。3.7结果计算与表述煤的热稳定性指标（TS）按以下公式计算：TS=(m₁/m)×100%式中：-m₁——筛上（大于6mm）物料的质量，单位为克（g）；-m——试样总质量，单位为克（g）。测定结果以两次平行测定的算术平均值表示，计算结果精确至小数点后一位。两次平行测定结果的差值不得超过标准规定的允差范围。热碎裂特性的表征采用各粒度级质量分布百分数的形式给出，并可绘制热碎裂曲线，以直观反映煤在受热过程中的粒度变化趋势。3.8精密度要求标准规定了方法的精密度指标：热稳定性指标的重复性限（同一实验室、同一操作者、同一仪器对同一试样的两次测定结果之差）应不超过3.0%；再现性临界差（不同实验室对同一试样的测定结果之差）应不超过5.0%。这些指标建立在国际间实验室比对试验的统计数据基础上，反映了方法在常规应用中的可接受波动范围。四、主要编制单位简介ISO/TS4667:2022的制定由ISO/TC27（固体矿物燃料技术委员会）归口管理，其技术核心工作由中国对口单位——煤炭科学技术研究院有限公司（原煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院，以下简称"煤科院"）牵头完成。作为该标准的主要起草单位，煤科院在标准编制过程中发挥了至关重要的技术支撑和组织协调作用。煤炭科学技术研究院有限公司隶属于中国煤炭科工集团，是中国煤炭行业综合性科学研究与技术开发的重要基地，具有六十余年的煤炭检测技术研究历史。该院下设的国家煤炭质量监督检验中心是国家市场监督管理总局授权的国家级质检中心，同时承担着全国煤炭标准化技术委员会（SAC/TC42）秘书处职能，负责组织协调我国煤炭领域国家标准和行业标准的制修订工作。此外，该院还是ISO/TC27的国内技术对口单位，长期代表中国参与国际煤炭标准化事务。在煤炭热稳定性测定技术领域，煤科院积累了丰富的研究经验和大量的基础试验数据。早在二十世纪八十年代，该院便牵头制定了我国首部煤炭热稳定性测定方法标准GB1573-79，此后相继完成了多次修订，形成了现行的GB/T1573-2018。在ISO/TS4667:2022的编制过程中，煤科院的专家团队系统总结了中国在该技术领域的成熟经验和数据积累，提出了以中国标准为核心技术蓝本的标准草案，并积极协调各参与国家的意见分歧，推动标准顺利通过各阶段投票程序。同时，煤科院组织国内多家权威检测机构开展了大量的验证试验，为标准中精密度指标的确定提供了坚实的数据支撑。煤科院拥有完善的煤炭检测实验室体系，配备有先进的热分析仪器设备和高水平的专业技术团队，在煤炭气化特性评价、煤质分析标准化等领域居于国际领先地位。该院的技术专家多次担任ISO/TC27工作组召集人或项目负责人，在国际煤炭标准化领域具有重要的学术影响力和话语权。五、标准实施的意义与预期效益5.1促进煤炭国际贸易便利化ISO/TS4667:2022作为国际上首个专门针对煤热稳定性测定的标准文件，为各国之间煤炭贸易中的质量检验提供了统一的技术依据。此前，由于缺乏国际公认的检测方法，进出口煤炭在热稳定性指标上的检验结果经常因检测方法不同而产生争议。该标准的发布有效地消除了这一技术壁垒，为贸易各方提供了公平、可比的质量评价手段，降低了交易成本和争议风险。5.2支撑煤炭气化技术发展煤炭气化是煤炭清洁高效利用的核心技术路径，而热稳定性是评价气化用煤适用性的关键指标之一。固定床气化工艺对煤的热稳定性有严格要求——以晋城无烟煤为代表的优质气化用煤，其热稳定性指标通常要求大于65%。通过采用统一的标准方法对煤的热稳定性进行准确评价，气化装置运营方可以在煤源选择和配煤方案优化方面获得更为可靠的决策依据，从而提升装置运行的经济性和安全性。5.3推动煤炭检测技术进步该标准在总结传统方法的基础上引入了更加精细化的技术要求，对试验装置的温度均匀性、控温精度和筛分操作规范性提出了更高标准，客观上推动了煤炭检测实验室技术装备的升级改造。同时，标准以中英文双语形式发布（英文版为正式文本），有利于中国煤炭检测技术和标准经验向国际输出，提升中国在国际煤炭标准化领域的影响力。5.4协同支撑"双碳"目标在碳达峰、碳中和战略背景下，煤炭行业亟需通过技术进步实现节能减排。煤热稳定性测定标准的国际化和统一化，有助于提高煤炭资源的利用效率，减少因煤质不适应而导致的资源浪费和能源损耗。每一吨煤炭的充分高效利用，都是对碳排放的实质性削减。该标准的发布正是标准化工作服务于绿色低碳转型的具体体现。六、结论与展望ISO/TS4667:2022《煤—热稳定性和热碎裂的测定》的发布是国际煤炭标准化领域的一项重要成果。作为首个专门针对煤热稳定性测定的ISO标准文件，它填补了该领域国际标准的空白，为全球煤炭行业提供了一套科学、统一、可操作的检测方法体系。该标准的实施将在促进煤炭国际贸易、支撑气化技术发展、推动检测技术进步等方面产生广泛而深远的积极影响。展望未来，随着全球能源转型进程的加快和煤炭清洁利用技术的持续创新，煤热稳定性测定方法的标准化需求将不断深化。一方面，行业期待ISO/TS4667能够从技术规范（TS）进一步升级为正式国际标准（IS），获得更广泛的国际认可和应用；另一方面，随着气化技术向高压、大容量方向发展，对煤在加压条件下的热碎裂行为评价方法的需求将逐渐显现，未来可能需要在现有标准基础上拓展加压条件下的测定方法研究。可以预见，在ISO/TC27的统筹协调下，在各成员体的通力合作下，煤热稳定性标准化工作将持续深化，为全球煤炭资源的清洁高效利用贡献更大的标准化力量。参考文献[1]ISO/TS4667:2022,Coal—Determinationofthethermalstabilityandthermalfragmentatio