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摘要随着全球能源结构转型与碳中和战略的深入推进，固体生物燃料作为可再生能源的重要组成部分，其产品质量控制和标准化检测体系建设日益受到国际社会的高度关注。型煤作为固体生物燃料的主要形态之一，其机械耐久性直接影响产品在运输、贮存和燃烧利用全生命周期中的性能表现与经济效益。本标准立项发展报告以国际标准化组织（ISO）发布的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》为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、制定过程、核心技术内容及其在国内外生物质燃料标准体系中的地位与作用。报告详细分析了型煤机械耐久性测试方法的技术原理、试验装置要求、操作流程及数据处理方法，并对标准的技术创新点、国际协调性及预期经济社会效益进行了深入评估。该标准的发布实施填补了国际固体生物燃料型煤产品机械耐久性检测方法标准的空白，为全球范围内型煤产品的质量评价、国际贸易和技术交流提供了统一、科学、可复现的检测依据，对促进生物质燃料产业规范化发展和国际标准互认具有重要的里程碑意义。关键词：固体生物燃料；型煤；机械耐久性；国际标准；ISO17831-2；质量检测；生物质能Keywords:Solidbiofuels;Briquettes;Mechanicaldurability;Internationalstandard;ISO17831-2;Qualitytesting;Bioenergy1引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推动能源绿色低碳转型的大背景下，生物质能作为唯一可再生的碳基能源，其战略地位日益凸显。根据国际能源署（IEA）发布的《2024年可再生能源市场报告》，全球生物质能供应量在可再生能源总供应量中占比超过50%，预计到2028年，现代生物质能消费量将增长10%以上。在生物质能利用体系中，固体生物燃料（包括颗粒和型煤）以其能量密度高、燃烧效率好、便于运输和贮存等优势，成为生物质能规模化利用的重要载体。固体生物燃料的物理机械性能直接关系到产品从生产到终端用户全供应链的质量保障。特别是机械耐久性指标，反映了燃料颗粒或型煤在搬运、装载、运输和贮存过程中抵抗破碎和粉化的能力。机械耐久性不足的燃料不仅会导致粉尘产生和原料损失，还可能引发贮存过程中的自燃风险，影响燃烧设备的正常运行和排放性能。因此，建立科学、统一、国际认可的机械耐久性测定方法标准，是保障固体生物燃料产品质量、促进国际贸易和技术合作的关键基础。1.2标准立项的必要性在国际标准体系中，固体生物燃料标准化工作主要由ISO/TC238（固体生物燃料技术委员会）负责。该技术委员会自2008年成立以来，已发布多项固体生物燃料相关国际标准，涵盖术语、规格分级、取样、物理机械性能测试、化学性能测试等多个方面。然而，在机械耐久性测定领域，尽管ISO17831-1已经规定了颗粒（Pellets）的机械耐久性测定方法，但针对型煤（Briquettes）的机械耐久性测定国际标准长期处于空白状态。由于型煤与颗粒在几何尺寸、成型工艺、材料特性和使用方式上存在显著差异，不能直接套用颗粒的测试方法和设备要求。不同国家和地区的实验室和企业采用各自的方法进行型煤耐久性测试，导致检测结果缺乏可比性，严重制约了型煤产品的国际贸易和质量监管。在此背景下，ISO/TC238经过充分调研和论证，决定制定ISO17831-2标准，专门规定型煤机械耐久性的测定方法，以填补这一国际标准空白。2标准立项过程2.1标准制定机构ISO17831-2:2025由国际标准化组织固体生物燃料技术委员会（ISO/TC238）负责制定。ISO/TC238成立于2008年，秘书处设于瑞典标准协会（SIS），目前共有40余个参与成员国和20余个观察成员国。该技术委员会的工作范围涵盖固体生物燃料（包括来源于林业、农业、园艺和水产养殖的固体生物燃料原料及其加工产品）的标准化工作，具体包括术语定义、规格分类、质量控制、取样和样品制备、物理机械性能测试、化学性能测试、安全要求和可持续性评估等。在ISO17831-2标准的制定过程中，德国、瑞典、芬兰、奥地利、荷兰等欧洲国家发挥了重要作用，这些国家在生物质固体燃料的生产和应用领域拥有先进的技术经验和成熟的市场体系。同时，中国、巴西、美国、加拿大等非欧洲国家也积极参与了标准制定工作。2.2标准制定时间线ISO17831-2标准的制定工作遵循ISO/IEC导则规定的标准制定程序，经历了提案阶段、准备阶段、委员会阶段、询问阶段、批准阶段和出版阶段。关键时间节点包括：标准提案在ISO/TC238工作会议上通过立项论证，正式注册为新工作项目；由来自多个成员体的专家组成工作组，起草标准工作草案；经多轮技术讨论和修改，形成委员会草案（CD）；随后进入询问阶段（DIS），征求各成员国意见并进行投票；最终经过批准阶段（FDIS）投票通过后，于2025年4月30日正式发布实施。2.3标准编写主要参与单位在ISO17831-2:2025标准制定过程中，德国达姆施塔特工业大学（TechnicalUniversityofDarmstadt，简称TUDarmstadt）可再生原料与生物质能源研究团队作为核心技术支撑单位，深度参与了标准的全流程制定工作。该团队在固体生物燃料物理机械性能测试领域积累了超过二十年的研究经验，其多位研究人员担任ISO/TC238/WG7（物理机械性能工作组）的注册专家。TUDarmstadt的研究团队在标准制定中主要贡献体现在以下几个方面：第一，基于大量实验数据提出了适用于型煤尺寸特性和结构特征的耐久性测试转鼓参数方案，包括转鼓尺寸、转速和翻转次数的优化设计；第二，建立了型煤预处理条件（温度、湿度）与耐久性测试结果之间的相关性模型；第三，主导了多个国际实验室间的循环比对试验（RoundRobinTest），验证了标准方法的重复性和再现性。该团队在德国生物质研究中心（DBFZ）的支持下，利用欧洲不同来源的木质类、草本类和果壳类型煤样品进行了系统的验证实验，为标准技术指标的确定提供了翔实的科学数据。3标准主要内容3.1标准适用范围ISO17831-2:2025规定了测定型煤机械耐久性的方法，适用于经过压缩成型、具有一定形状和尺寸规格的固体生物燃料型煤产品。该标准适用于各种来源的生物质型煤，包括但不限于木质生物质型煤、草本生物质型煤、果壳类生物质型煤以及混合生物质型煤。标准明确了其适用性范围涵盖产品检验、质量控制、型式试验和国际贸易仲裁等应用场景。需要特别指出的是，该标准仅适用于型煤产品的机械耐久性测定，而颗粒燃料的机械耐久性测定方法由ISO17831-1单独规定。这两个部分共同构成了ISO17831系列标准的完整体系，为不同形态的固体生物燃料提供了分类的耐久性测试方法。3.2术语和定义标准对以下关键术语进行了明确定义：（1）型煤（Briquettes）：通过机械压缩方式将生物质原料加工成具有一定几何形状（通常为圆柱形、方形或多边形）的致密固体燃料，其典型尺寸明显大于颗粒燃料；（2）机械耐久性（Mechanicaldurability）：型煤在规定的机械力作用下抵抗破碎、磨损和粉化的能力，以测试后保持完整性的型煤质量占测试前总质量的百分比表示；（3）粉化率（Finescontent）：在耐久性测试过程中产生的小于规定筛孔尺寸的颗粒和粉末的质量占比；（4）单块型煤质量（Weightofsinglebriquette）：用于耐久性测试的单个型煤的质量。3.3测试原理ISO17831-2:2025规定的测试方法基于转鼓（tumbler）测试原理。其基本思路是将一定质量的型煤样品置于一个旋转的鼓形容器中，在规定的转速下旋转一定次数，使型煤样品在翻转过程中受到机械碰撞、摩擦和压缩等综合作用力，以模拟实际运输和搬运过程中的机械应力。测试完成后，对样品进行筛分，以筛上部分的质量占比作为机械耐久性指标。该测试原理的核心优势在于：测试条件标准化程度高，结果可重复性强；测试装置结构简单、成本较低；测试过程能够较好地模拟实际工况下的机械应力特征。3.4试验装置标准对试验装置的规格和精度提出了明确要求。耐久性测试仪主要由以下几个核心部件构成：驱动电机（功率和转速可调，转速控制精度需满足标准要求）、转鼓（鼓体通常为金属制或硬质塑料制，内径和深度有明确规定）、支撑与传动系统（确保转鼓转动平稳）、计数器（准确记录转鼓旋转次数）和安全防护装置。与颗粒测试所使用的转鼓相比，型煤测试转鼓在结构上进行了针对性调整。考虑到型煤的体积和质量显著大于颗粒，转鼓的尺寸参数相应增大以确保型煤样品在鼓内有足够的翻转和碰撞空间。标准对转鼓的内径、深度、挡板结构和数量等参数均给出了具体规定值，以保证不同实验室间的测试结果具有可比性。此外，标准还规定了筛分装置的要求，用于测试后对样品进行筛分，准确测定保持完整性的型煤部分与粉化部分的质量比例。3.5取样与样品制备样品的代表性和制备的规范性是保证测试结果准确可靠的前提。标准规定，型煤样品应按照ISO18135（固体生物燃料取样）的要求进行取样，确保所取样品能够代表被检验批次的整体质量状况。采取的样品应置于密封容器中，避免在运输和贮存过程中受到机械损伤和水分变化的影响。在样品制备环节，标准对测试样品规定了明确要求：样品应处于空气干燥状态，避免因含水率过高或过低影响测试结果；对于表面有松散碎屑的型煤，应在测试前进行预筛处理以去除表面粘附的碎屑；每批样品应至少包含规定数量的型煤块体，以确保测试结果具有统计学代表性。3.6测试步骤标准规定的测试步骤主要包括以下环节：预处理：将型煤样品在标准大气条件下（温度23℃±2℃，相对湿度50%±10%）进行状态调节，使样品含水率达到与环境平衡的状态，消除环境因素对测试结果的影响。称量：精确称量经过预处理的型煤样品总质量，精确至0.1g。转鼓测试：将称量后的样品全部放入转鼓中，密封转鼓盖，按照标准规定的转速和旋转次数启动仪器运行。在测试过程中，型煤样品在转鼓内反复提升、跌落和相互碰撞，经受累积的机械作用力。筛分与称量：测试完成后，将转鼓内所有物料（包括完整的型煤块体、破碎块和粉末）取出，使用规定孔径的标准筛进行筛分。称量筛上部分的质量，记录数据。结果计算：按标准规定的计算公式计算机械耐久性数值，以筛上部分质量占测试前样品总质量的百分比表示。3.7结果计算与表示机械耐久性（DU，Durability）按以下公式计算：DU=(m_A/m_E)×100%其中：-m_E——测试前样品的总质量，单位为克（g）；-m_A——测试后筛上部分的质量，单位为克（g）。测试结果以机械耐久性百分数表示，精确至0.1%。标准要求对同一批次样品进行至少两次平行测定，取算术平均值作为最终结果。两次平行测定结果之间的差值应符合标准规定的允许偏差范围，否则需重新进行测试。3.8精密度与质量保证为确保测试结果的准确性和可比性，标准规定了方法的精密度要求。通过国际实验室间比对试验，确定了方法的重复性限（r）和再现性限（R）。在正常操作条件下，同一实验室内同一操作人员使用同一设备对同一样品进行两次独立测试，其结果之差不应超过重复性限；不同实验室对同一样品进行测试，其结果之差不应超过再现性限。标准还规定了质量控制要求，包括定期使用参考样品进行仪器校准和验证、对操作人员进行培训考核、对测试环境进行监控和记录、建立完整的测试记录和可追溯体系等。这些要求确保了标准方法在实际应用中的可靠性和稳定性。3.9测试报告标准规定了测试报告应包含的内容要求。测试报告应提供完整的测试信息：样品标识和来源描述、取样方法和取样时间、样品制备方法、测试条件（包括状态调节条件、转鼓参数、旋转次数等）、测试结果（包括单次测定值和平均值）、精密度数据、本标准未规定的任何操作细节以及可能影响测试结果的任何异常情况。完整、规范的测试报告是保证检测结果可追溯性和可信度的重要保障。4标准的技术特点与创新点4.1针对型煤产品特性的专门设计ISO17831-2:2025最显著的技术特点是充分考虑并针对性解决了型煤产品与颗粒燃料在物理特性上的本质差异。型煤在几何尺寸上显著大于颗粒，其典型直径通常在50mm以上，长度可达200mm以上，单块质量可达数十克至数百克。尺寸和质量的显著差异意味着型煤在转鼓中受到的冲击力和碰撞模式与颗粒完全不同。标准通过优化转鼓结构参数和测试条件，确保了测试过程中型煤样品能够承受与实际工况相符的机械应力，真实反映其耐久性能。4.2科学合理的测试参数设定标准在确定测试参数时参考了国际大量实验研究成果和实际应用经验。转鼓的长度和直径、转速、旋转次数等关键参数均经过系统优化，在保证测试效果的前提下兼顾了测试效率。对于不同尺寸规格的型煤产品，标准提供了灵活性调整的合理范围，既保证了不同测试对象的适用性，又避免了因条件差异过大导致结果不可比的矛盾。4.3完善的精密度数据支撑标准制定过程中组织了大规模的国际实验室间比对试验（RoundRobinTest），参与的实验室来自欧洲、亚洲和美洲多个国家的标准化研究机构和权威检测实验室。基于比对试验数据，标准给出了经过统计验证的重复性限和再现性限数值，为测试结果的可靠性和可比性提供了科学依据。5标准应用前景与效益分析5.1应用前景ISO17831-2:2025作为国际上首个专门针对型煤机械耐久性测定的标准方法，具有广阔的应用前景。该标准将广泛适用于以下方面：（1）型煤生产企业的产品质量控制和工艺优化；（2）第三方检测机构的独立质量评价和认证服务；（3）国际贸易中的质量验收和争端仲裁；（4）政府监管部门的市场监管和质量监督；（5）科研机构在型煤技术研发和性能评估中的应用；（6）消费者和用户对产品质量的鉴定和比较。随着全球生物质能产业的持续发展，特别是发展中国家生物质成型燃料市场的快速扩大，该标准的应用范围和影响力将持续扩展。5.2经济社会效益该标准实施产生的经济社会效益体现在多个层面。经济效益层面，统一的测试方法将减少重复检测和贸易摩擦，降低交易成本；有助于优质产品获得合理市场溢价，促进产业升级。社会效益层面，标准有助于提高生物质燃料产品质量水平，减少使用过程中的粉尘排放和安全事故，改善作业环境和用户体验。环境效益层面，标准化检测方法支持更精确的质量分级，促进生物质资源高效利用和能源结构的清洁化转型，完善了生物质能标准化体系的关键环节。6结论与展望6.1结论ISO17831-2:2025的正式发布标志着国际固体生物燃料标准化体系建设迈出了重要一步。该标准有效填补了型煤机械耐久性检测方法国际标准的空白，与ISO17831-1共同构成了覆盖颗粒和型煤两大类固体生物燃料的完整耐久性测定标准体系。标准建立在充分的技术研究和实验验证基础之上，测试方法科学严谨，参数设定合理可行，精密度数据充实可靠，具备了在国际范围内推广应用的技术条件和实践基础。该标准的实施将为全球型煤产业提供统一的检测依据和质量评价基准，对促进国际贸易、推动技术进步、保障产品质量和安全使用具有不可替代的重要作用。6.2展望展望未来，ISO17831-2:2025的实施效果将在实践中不断检验和完善。建议相关行业持续推进以下工作方向：一是加快标准的宣传推广和应用指导，特别是在主要型煤生产和贸易国家和地区开展技术培训和能力建设活动；二是密切跟踪标准实施过程中反馈的技术问题和改进建议，适时启动标准修订程序；三是促进与区域性标准和国家标准的协调一致，降低标准壁垒，推动国际标准互认；四是结合数字化和智能化检测技术发展趋势，探索耐久性快速检测方法和在线检测装备的研发；五是与国际生物质能可持续发展标准体系密切衔接，促进生物质能产业在绿色、低碳、可持续的轨道上健康发展。随着全球碳中和进程的加速和生物质能产业的不断壮大，固体生物燃料标准化工作必将发挥越来越重要的技术支撑和规范引领作用。参考文献[1]ISO17831-2:2025,Solidbiofuels—Determinationofmechanicaldurabilityofpelletsandbriquettes—Part2:Briquettes[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2025.[2]ISO17831-1:2015,Sol