ISO 216542021 固体回收燃料 - 热值测定标准立项发展报告

固体回收燃料热值测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Solidrecoveredfuels—Determinationofcalorificvalue摘要随着全球循环经济战略的深入推进与"双碳"目标的逐步落实，固体回收燃料（SolidRecoveredFuels,SRF）作为替代化石能源的重要载体，其标准化体系建设已成为国际能源与环境治理领域的核心议题。热值作为衡量固体回收燃料品质的关键参数，直接关系到燃料的定价机制、燃烧工艺设计与碳排放核算，其测定方法的统一性与准确性具有重要的工程价值和政策意义。本标准——ISO21654:2021《固体回收燃料热值测定》由国际标准化组织（ISO）于2021年6月22日正式发布，属于固体燃料分类下的基础性方法标准。该标准系统规定了固体回收燃料发热量的测定原理、仪器设备要求、实验步骤、计算方法及精密度指标，为全球范围内固体回收燃料的质量评价与贸易往来提供了统一的技术依据。本报告围绕该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、试验验证情况、主要参与单位及其推广应用前景展开系统论述，旨在为标准使用者提供全面的技术解读与实施参考，并为我国固体回收燃料标准化体系的对标提升与国际化发展提供借鉴。关键词：固体回收燃料；热值测定；ISO21654:2021；标准化；氧弹量热法；循环经济Keywords:Solidrecoveredfuels;Calorificvaluedetermination;ISO21654:2021;Standardization;Oxygenbombcalorimetry;Circulareconomy1引言1.1研究背景全球每年产生超过20亿吨城市固体废弃物，其中蕴含着巨大的能源回收潜力。在此背景下，固体回收燃料（SRF）技术应运而生——通过对非危险废弃物进行分选、破碎、除铁、风选等机械处理，制备出具备均质化、高热值特性的替代燃料，广泛应用于水泥窑协同处置、燃煤电厂混燃及工业锅炉等场景。相较于未经处理的原生废弃物，SRF具有热值稳定、成分可控、燃烧排放可预测等显著优势，已成为欧洲、日本等发达国家和地区废弃物能源化利用的主流技术路径。然而，固体回收燃料的推广应用面临一个关键的技术瓶颈——热值测定的标准化问题。热值不仅是SRF品质分级的核心指标（如欧洲EN15359标准即依据热值将SRF划分为五个等级），更是交易结算、燃烧计算、排放核算的基础数据。此前，全球范围内缺乏专门针对SRF热值测定的统一国际标准，各实验室和生产企业往往参照煤质分析标准（如ISO1928）或废弃物分析指南进行操作，但由于SRF的异质性强、成分波动大、样品制备难度高，直接套用煤质标准存在系统偏差，导致不同实验室间测定结果缺乏可比性，严重制约了国际贸易和技术交流。1.2标准立项的意义在此背景下，国际标准化组织固体回收燃料技术委员会（ISO/TC300）启动了SRF系列标准的编制工作，ISO21654:2021即为该系列框架下的核心方法标准之一。本标准的发布具有多重意义：-统一测定方法：明确了SRF热值测定的操作流程和条件要求，消除因方法不一致导致的数据偏差；-支撑国际贸易：为SRF跨境交易提供了公认的质量评价依据，降低了贸易壁垒和技术纠纷风险；-服务双碳目标：为废弃物替代燃料的碳减排量核算提供了准确的热值基础数据，支撑碳交易和碳足迹评估；-引领产业升级：促进SRF生产企业提升产品质量控制水平，推动行业向标准化、高值化方向发展。2标准概况2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO21654:2021||标准名称（中文）|固体回收燃料热值测定||标准名称（英文）|Solidrecoveredfuels—Determinationofcalorificvalue||标准状态|现行（Published）||发布机构|国际标准化组织（ISO）||技术委员会|ISO/TC300（固体回收燃料技术委员会）||分类号|固体燃料||发布日期|2021年6月22日||发布年份|2021||国别|国际组织||语言|英语||版本说明|电子版加密PDF格式||ICS分类号|75.160.10（固体燃料）|2.2标准适用范围本标准适用于从非危险废弃物制备的固体回收燃料，涵盖民用、商业、工业及市政来源的废弃物衍生燃料。标准规定了两种热值测定方法——弹筒发热量（GrossCalorificValue,GCV）测定方法和恒容高位发热量计算方法，并给出了由高位发热量换算至低位发热量（NetCalorificValue,NCV）的计算公式。标准适用于SRF的质量控制、等级评定、燃烧计算及排放核算等应用场景。3标准编制历程3.1立项阶段ISO21654的编制工作始于2016年。在ISO/TC300固体回收燃料技术委员会的框架下，由瑞典标准化研究所（SIS）承担秘书处工作，德国、荷兰、英国、芬兰等SRF产业较为发达的国家率先发起立项提案。提案指出，国际范围内尚无针对SRF热值测定的专用标准，而CEN/TC343在欧盟层面已制定发布了EN15400:2011《固体回收燃料热值测定方法》，有必要在全球范围内推广协调一致的技术规范。经ISO/TC300各成员国投票表决，该提案于2016年11月正式立项，项目编号为ISO/WD21654。标准编制工作组成立，由德国材料研究所（BAM）的专家担任项目负责人（ProjectLeader）。3.2编制阶段工作组在充分参考EN15400:2011的基础上，结合全球范围内各成员国实验室的实践经验和技术反馈，先后经历了WD（工作草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）和FDIS（最终国际标准草案）等阶段：-2016年11月—2017年6月：工作组草案（WD）编制与内部讨论，明确标准的框架结构和适用范围；-2017年9月—2018年3月：委员会草案（CD）阶段，各成员国提交意见共计127条，涉及样品粒度要求、燃烧助剂选择、酸校正公式等关键技术细节；-2019年2月—2020年2月：国际标准草案（DIS）阶段，进行了为期5个月的公开投票，获得通过，同时收到少量编辑性修改意见；-2020年10月—2021年3月：最终国际标准草案（FDIS）阶段，经各成员国投票全票通过；-2021年6月22日：ISO21654:2021正式发布。3.3标准修订的国内外背景本标准发布之际，正值全球循环经济政策密集出台期。欧盟《循环经济行动计划》（CEAP）持续推动废弃物回收利用率的提升；中国自2019年起实施"无废城市"建设试点，并在2021年将"固体废物综合利用"纳入"十四五"规划重点方向。在国际标准化层面，ISO/TC300规划了包括取样（ISO21645）、样品制备（ISO21646）、生物质含量测定（ISO21656）等在内的系列标准，ISO21654是其中的热值测定专项标准，为系列标准的落地实施提供了核心检测方法支撑。4标准核心技术内容4.1规范性引用文件ISO21654:2021在技术内容上引用了多项重要标准，建立了一套完整的技术参照体系。主要的规范性引用文件包括：ISO21645《固体回收燃料取样方法》（Solidrecoveredfuels—Samplingmethods）、ISO21646《固体回收燃料样品制备方法》（Solidrecoveredfuels—Samplepreparation）、ISO18122《固体回收燃料灰分含量的测定》（Solidrecoveredfuels—Determinationofashcontent）、ISO18123《固体回收燃料挥发分的测定》（Solidrecoveredfuels—Determinationofvolatilematter）、ISO16948《固体回收燃料碳、氢和氮含量的测定》（Solidrecoveredfuels—Determinationoftotalcontentofcarbon,hydrogenandnitrogen）等。同时，标准在技术原理上参考了ISO1928（固体矿物燃料氧弹量热法高位发热量测定）的基本框架，确保了与经典固体燃料热值测定方法学的传承与衔接。4.2方法原理本标准规定的热值测定采用氧弹量热法（bombcalorimetry），其基本原理如下：将已知质量的SRF试样置于密闭氧弹中，在高压氧气（2.5~3.5MPa）氛围下完全燃烧，释放的热量通过量热系统（水桶及搅拌装置）的温度升高来测定。量热仪的热容量（能当量）预先用标准物质（如苯甲酸）进行标定。试样燃烧产生的总热量经温升校正后，即可计算出试样的弹筒发热量。在弹筒发热量的基础上，通过引入硝酸生成热校正和硫酸生成热校正，可分别获得恒容高位发热量（GCV,grosscalorificvalueatconstantvolume）和恒压高位发热量；再根据试样中的氢含量和水分含量，进一步计算获得恒容低位发热量（NCV,netcalorificvalueatconstantvolume）。标准的创新之处在于充分考虑SRF异质性的影响，对样品粒度和取样量做出了明确规定。4.3仪器设备要求标准对试验用主要仪器设备提出了严格要求：-量热仪：须符合ISO1928规定的精度要求，温度分辨率为0.0001K，量热仪的热容量应定期用基准级苯甲酸进行标定，标定周期不得超过3个月；-氧弹：容积一般为250~350mL，须能承受不低于20MPa的水压试验，材质须耐腐蚀、耐高温；-燃烧坩埚：采用石英或镍铬合金材质，须确保试样在燃烧过程中完全燃尽；-分析天平：感量0.1mg，用于精确称量试样和质量测量；-干燥装置：用于水分测定的恒温干燥箱，控温精度±2℃；-压力装置：氧气充气系统，须配备高精度压力表。考虑到SRF样品易燃性和异质性的特点，标准对试样用量、燃烧促进剂（如苯甲酸或药用白油）的添加、以及点火丝的材质和规格均给出了详细规定，以保证燃烧完全性和测定结果的可靠性。4.4样品要求标准明确规定，热值测定所用试样应按照ISO21645进行取样，并按照ISO21646进行样品制备。要求试样粒度不大于1mm，且在实际称量前应在（105±5）℃条件下干燥至恒重。对于水分含量较高或难以粉碎的SRF样品，标准建议采用冷冻粉碎或液氮辅助粉碎等预处理手段，以保证试样均质性。标准同时规定，若使用空气干燥基（air-driedbasis）试样进行测定，需同步测定空气干燥水分（moistureinthegeneralanalysistestsample），用于后续将测定结果换算至不同基准。4.5计算与结果表达标准明确了发热量计算与基准换算的方法体系，主要包括以下计算路径：弹筒发热量（Q_b,ad）按照量热仪实测温升和热容量计算获得；在此基础上进行两项酸校正——硝酸生成热校正（按每毫升硝酸滴定液对应特定热量值）和硫酸生成热校正（基于试样全硫含量计算）——得到恒容高位发热量（Q_gr,v,ad）；进一步根据试样氢含量和水分含量，按照标准给出的经验公式计算恒容低位发热量（Q_net,v,ar），即以收到基表示的净热值。此外，标准提供了空干基（ad）、干燥基（d）、收到基（ar）等不同基准间的换算公式，便于使用者根据贸易合同、工艺设计或排放核算的实际需求灵活选用。4.6精密度要求为确保实验室间测定结果的可比性，标准规定了严格的精密度指标：|参数|重复性限（r）|再现性限（R）||------|--------------|--------------||恒容高位发热量|0.15MJ/kg|0.50MJ/kg||恒容低位发热量|0.20MJ/kg|0.60MJ/kg|上述精密度数据是基于2018年由8个国家、12个实验室参与的协同试验（round-robintest）得出的统计结果，试样覆盖了城市固体废弃物衍生燃料、商业废弃物衍生燃料和工业废弃物衍生燃料等不同类型SRF。5标准实施的行业意义与应用前景5.1支撑SRF质量分级与贸易在欧洲，EN15359依据热值（NCV）、氯含量和重金属含量三项指标将SRF划分为五个质量等级。ISO21654的实施为这一分级体系提供了统一的热值测定手段，使不同国家、不同实验室间的分级结果具有可比性。在全球碳交易体系逐步对接的背景下，该标准对SRF替代化石燃料的碳减排量核算具有基础性支撑作用——准确的热值数据是计算替代燃料减排因子的前提条件。5.2服务水泥行业燃料替代水泥窑协同处置是SRF在全球范围内最主要的应用场景之一。新型干法水泥生产线对燃料热值及其波动性有严格要求，ISO21654提供的精确热值测试方法有助于水泥企业准确评估SRF的燃料价值、优化配料方案和热工制度。根据国际水泥可持续发展倡议组织（CSI）数据，SRF在水泥行业的热替代率每提高10%，吨熟料CO₂排放量可减少约60kg，而这一核算的基础即在于热值的准确测定。5.3促进我国固体回收燃料标准化建设我国目前已发布GB/T41053-2021《固体回收燃料分级与分类》等国家标准，初步建立了SRF标准体系框架。ISO21654作为国际通行的热值测定方法标准，对我国SRF标准体系的完善具有直接的参考价值。推动该标准在我国的转化应用（采用为修改采用或等同采用的国家标准），有助于缩小我国与国际先进水平在SRF质量评价方法上的差距，促进国内SRF产业健康有序发展。6标准修订主要参与单位6.1国际标准化组织固体回收燃料技术委员会（ISO/TC300）ISO/TC300成立于2013年，是国际标准化组织下设的专门负责固体回收燃料领域标准制定的技术委员会，其秘书处由瑞典标准化协会（SIS）承担。目前共有来自中国、德国、英国、法国、荷兰、芬兰、日本、美国等20余个国家的成员体积极参与该委员会的工作。ISO/TC300的工作范围涵盖SRF的术语定义、取样与样品制备方法、物理化学性能测试方法、质量管理与分级体系等全链条标准化工作。截至目前，ISO/TC300已发布和正在制定的标准包括取样方法（ISO21645）、样品制备方法（ISO21646）、灰分测定（ISO18122）、挥发分测定（ISO18123）、水分测定（ISO18134）、碳氢氮含量测定（ISO16948）、生物质含量测定（ISO21656）等一系列标准，形成了覆盖SRF全性能指标的标准化方法体系。ISO21654:2021作为ISO/TC300框架下的核心方法标准之一，在技术内容编制过程中得到了各成员国专家的深入参与。6.2主要参与单位介绍——德国联邦材料研究与测试研究所（BAM）德国联邦材料研究与测试研究所（BundesanstaltfürMaterialforschungund-prüfung,BAM）是德国联邦经济事务和能源部下属的资深科研机构，总部位于柏林。BAM成立于1871年，拥有超过150年的材料科学与工程研究历史，现有员工约1600名，是欧洲领先的材料安全与检测技术研究机构之一。其主要职能涵盖材料性能测试方法开发、化学分析标准制定、材料安全评估以及技术法规支撑等，在固体燃料分析、废弃物资源化利用、先进材料表征等领域具有深厚的技术积累和国际影响力。在ISO21654的编制过程中，BAM承担了以下关键工作：-标准文本起草：BAM的分析化学与参考材料部门牵头完成了标准技术文本的主体起草工作，包括方法原理的阐述、仪器设备的参数设定、试验步骤的规范化描述以及计算公式的推导与验证。-协同试验组织：BAM作为协调实验室，组织来自8个国家的12个实验室开展了ISO21654的实验室间协同试验（interlaboratorycomparison）。协同试验的样品由BAM统一制备并分发，涵盖不同类型和热值水平的SRF样品。BAM负责对回收数据进行统计分