ISO 221672021 固体回收燃料挥发物含量的测定标准立项发展报告

固体回收燃料挥发物含量的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Solidrecoveredfuels—Determinationofcontentofvolatilematter摘要固体回收燃料（SolidRecoveredFuels，SRF）作为替代化石燃料的重要可再生资源，在全球能源转型与废弃物资源化利用中扮演着日益关键的角色。挥发物含量是衡量固体回收燃料燃烧特性与热化学转化行为的基础指标，直接关系到燃料的着火性能、燃烧稳定性及热工设备的设计运行参数。然而，由于固体回收燃料具有原料来源复杂、组分波动大、非均质性强等特点，其挥发物含量的测定在样品制备、加热条件、保温时间等关键环节上均面临常规煤质分析方法难以直接适用的技术挑战，迫切需要建立专门的国际标准予以规范。ISO22167:2021《固体回收燃料挥发物含量的测定》由国际标准化组织（ISO）于2021年3月12日正式发布，是固体回收燃料国际标准体系中首个专门针对挥发物含量测定的方法标准。该标准基于欧洲标准化委员会（CEN）在固体回收燃料领域积累的成熟技术经验，结合国际通行的方法学验证成果，系统规定了适用于固体回收燃料特性的挥发物含量测定方法，包括方法原理、仪器设备、试样制备、测定步骤、结果计算及精密度要求等技术内容。本报告对该标准的立项背景、技术内容、编制过程、推广应用及未来发展方向进行了系统梳理与分析。报告指出，ISO22167:2021的发布有效填补了固体回收燃料挥发物测定领域国际标准的空白，为全球固体回收燃料的质量评价、贸易结算、燃烧利用及碳排放核算提供了统一的技术依据和技术支撑。该标准不仅为固体回收燃料的生产企业和用户单位提供了可靠的质量控制工具，也为各国建立和完善固体回收燃料标准化体系提供了重要参考。未来，随着固体回收燃料在全球能源结构中占比的持续提升，该标准有望在更多国家和地区获得更广泛的应用，并推动相关检测技术与标准化工作的持续深入发展。关键词：固体回收燃料；挥发物含量；ISO22167；标准化；燃料测试；废弃物资源化；国际标准Keywords:Solidrecoveredfuels;Volatilemattercontent;ISO22167;Standardization;Fueltesting;Wastevalorization;Internationalstandard1引言1.1研究背景全球废弃物产生量持续增长与化石能源日益枯竭的双重压力下，将废弃物转化为能源已成为各国实现循环经济战略的重要途径。固体回收燃料是从城市固体废弃物、商业废弃物及工业废弃物中经过分选、破碎、除铁、筛分和造粒等处理工艺制备而成的标准化替代燃料，具有热值较高、组分相对可控、品质均质性较好等优点。相较于未经处理的原生废弃物直接焚烧，固体回收燃料在热值稳定性、燃烧可控性、污染物排放控制等方面均具有显著优势，已被广泛应用于水泥窑协同处置、燃煤电厂耦合发电、区域供热及工业锅炉等热工场景。挥发物含量（VolatileMatter，VM）是固体燃料最重要的工业分析指标之一。它是指在规定的条件下，将燃料在隔绝空气的环境中加热至一定温度时，燃料中有机物质受热分解释放出的气态产物的质量分数。挥发物含量直接决定了燃料的着火温度、火焰长度、燃烧速率和燃尽特性，是热工设备设计选型、燃烧工况优化和燃料配比调整的关键设计依据。对于固体回收燃料而言，挥发物含量还与其原料组成、制备工艺和储存条件密切相关，因此也是评价产品质量稳定性、验证工艺一致性的重要质量指标。然而，固体回收燃料不同于煤、焦炭等传统固体燃料，其挥发物含量的测定面临着独特的困难。首先，固体回收燃料中含有塑料、纸张、木材、纺织物、橡胶等多种组分，各组分的热分解行为差异较大，部分组分（如PVC塑料）在加热过程中释放出的氯化氢等腐蚀性气体会对实验设备造成损害；其次，固体回收燃料的密度低、蓬松度高，常规坩埚装载方式难以保证试样量的准确性和加热的均匀性；再次，样品中可能含有少量金属颗粒和玻璃等不可燃组分，对结果计算和坩埚的重复使用均有不利影响。这些特殊问题均未能在基于煤质分析的传统挥发物测定方法（如ISO562）中得到充分考虑和有效解决。1.2立项意义在上述背景之下，制定专门针对固体回收燃料的挥发物含量测定国际标准，具有多重重要而深远的意义：从技术层面看，统一的测定方法标准能够确保不同实验室、不同检测机构之间测试结果的可比性和互认性，消除因方法差异导致的检测数据分歧，为固体回收燃料的质量分级、贸易结算和利用效果评价提供可靠的技术基础。从产业层面看，固体回收燃料的国际贸易日益活跃，标准化测试方法的建立有助于打破技术壁垒、促进国际流通，推动固体回收燃料市场的健康有序发展。从管理层面看，准确可靠的挥发物数据是碳排放核算、能效评价和环境监管的重要基础数据支撑，对于固体回收燃料的可持续认证和碳交易市场的有效运作具有重要意义。2标准立项背景2.1国际标准化组织与ISO/TC300技术委员会国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）成立于1947年，是制定和发布国际标准的最重要的非政府国际组织。截至2024年，ISO拥有来自全球160多个国家（地区）的标准机构成员，已发布超过25000项国际标准，覆盖了工业、农业、服务业、环境保护、信息技术等几乎所有技术领域。固体回收燃料领域的国际标准化工作主要由ISO第300号技术委员会——固体回收燃料技术委员会（ISO/TC300）负责。该技术委员会成立于2013年，秘书处由德国标准化协会（DIN）承担，其工作范围涵盖了固体回收燃料的术语定义、分类分级、取样制样、物理化学性能测试、质量管理等各方面的标准化工作。ISO/TC300的成立标志着固体回收燃料标准化正式纳入国际标准化组织的统一框架，其工作成果对全球固体回收燃料产业发展和质量监管产生了深远影响。ISO/TC300下设多个工作组（WorkingGroups，WG），其中负责固体回收燃料性能测定方法标准化的工作组（后调整为多个应用工作组）承担了挥发物含量测定方法标准的研制任务。工作组的专家来自各成员国家的标准化机构、研究机构、检测实验室、设备制造企业和燃料用户等利益相关方，拥有丰富的固体燃料测试和标准化工作经验。2.2标准编制历程ISO22167:2021的编制工作历时多年，凝聚了国际固体燃料检测领域众多专家的心血和智慧。其标准研制经历了以下关键阶段：初期探索阶段（2015—2016年）：在ISO/TC300的工作框架下，各成员国专家一致认为，固体回收燃料的挥发物测定不能直接套用煤或焦炭的测定方法，有必要制定专门的国际标准。2015年，ISO/TC300决定启动固体回收燃料挥发物含量测定标准的预研工作，收集各成员国的现有方法资料，评估制定新标准的必要性和可行性。标准立项阶段（2016—2017年）：经过充分的预研论证，ISO/TC300于2016年正式提出新工作项目提案（NewWorkItemProposal，NWIP）。该提案获得了多数成员国的支持，经ISO中央秘书处批准后正式立项，编号为ISO22167，由ISO/TC300/WG应用工作组（Application）负责具体起草工作。标准项目负责人由德国专家担任，充分反映了欧洲在固体回收燃料标准化领域的领先地位和经验积累。草案编制与讨论阶段（2017—2019年）：工作组基于欧洲标准EN15402:2011《固体回收燃料挥发物含量的测定》，结合国际实验室间循环比对试验的结果，起草了国际标准草案（WorkingDraft，WD）。此后，草案先后经历了委员会草案（CommitteeDraft，CD）和国际标准草案（DraftInternationalStandard，DIS）阶段，各成员国专家对标准的技术内容进行了多轮深入研讨和修改完善。讨论的重点集中在坩埚的规格要求、加热炉的温度均匀性控制、保温时间的最优化、试样的粒度要求以及精密度数据的国际验证等方面。批准发布阶段（2020—2021年）：2020年，经过技术审查和编辑修改，标准草案进入最终国际标准草案（FinalDraftInternationalStandard，FDIS）投票阶段。投票以高赞成率获得通过，ISO22167:2021于2021年3月12日正式发布，成为固体回收燃料挥发物含量测定领域的第一项ISO国际标准。3标准技术内容3.1标准适用范围与规范性引用文件ISO22167:2021规定了固体回收燃料挥发物含量测定的方法原理、仪器设备、试样制备、测定步骤、结果计算和精密度要求等技术内容。该标准适用于所有类型的固体回收燃料，包括但不限于由城市固体废弃物、商业废弃物和工业废弃物制备的固体回收燃料产品，无论是粉状、粒状还是压实成型等不同形态的产品均可适用。该标准在实施中引用了多项ISO标准作为规范性引用文件，主要包括：-ISO21646《固体回收燃料取样方法》：规定了固体回收燃料取样的基本原则和方法要求，确保所取样品具有代表性；-ISO21660《固体回收燃料水分含量的测定》：规定了水分含量测定的方法，用于挥发物结果计算时的基准换算；-ISO21637《固体回收燃料术语、定义与描述》：统一了相关术语和定义；-ISO14442《固体回收燃料实验室样品制备方法》：规定了从实验室样品制备测试试样的方法和要求。这些引用文件共同构成了固体回收燃料测试的方法体系，确保挥发物含量测定能够在统一的取样、制样和水分测定基础上进行，从而保证测试结果的准确性和可靠性。3.2方法原理ISO22167:2021规定的挥发物含量测定方法，其基本原理是在隔绝空气的条件下，将一定量的固体回收燃料试样置于带盖的专用坩埚中，在（900±10）℃的温度下快速加热7分钟，使试样中的有机物质受热分解并释放出挥发性气体，以加热过程中试样的质量损失占试样初始质量（扣除水分后）的质量分数作为挥发物含量。该方法的本质是模拟固体燃料在实际燃烧初期的热解和挥发过程，通过标准化的加热条件获得具有可比性的特征参数。在高温下快速加热时，试样中的水分首先蒸发，随后有机组分发生热解反应，生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳及各种烃类等挥发性气体逸出；而残留于坩埚中的部分则为固定碳和灰分。因此，加热过程中的质量损失与试样中的水分含量之和，即为挥发物和水分共同的质量损失。实际操作中，挥发物含量通常以干燥基为基准进行计算，需将水分的影响予以扣除。3.3关键试验条件及优化考量与传统的煤质挥发物测定方法（如ISO562）相比，ISO22167:2021在关键试验条件方面进行了针对性的优化和调整，主要体现在以下几个方面：坩埚及盖子的规格与材质：标准中规定使用带有密封盖的专用挥发分坩埚，坩埚材质应能耐受900℃以上的高温且不与挥发出的气体发生化学反应，通常采用石英玻璃、刚玉或铂金等材料制作。坩埚和盖子应具有良好的配合密封性能，以防止空气进入和挥发物逸出。考虑到固体回收燃料的蓬松特性，标准的坩埚设计为较高的坩埚（高度与直径之比约为1.5），以确保试样能全部容纳且不飞溅损失。加热温度与时间：加热温度为（900±10）℃，保温时间为7分钟。相较于煤质挥发物测定中常见的（900±5）℃的温度控制精度，（900±10）℃的公差范围充分考虑了固体回收燃料热解过程中可能释放的腐蚀性气体对热电偶测温精度的影响。7分钟的保温时间经实验验证能够保证各类固体回收燃料中的有机组分充分热解，同时避免过长的加热时间导致坩埚材料的老化加速。试样量与样品形态：试样量为（1.0±0.1）g，试样颗粒大小不超过1mm。对于蓬松密度较低的固体回收燃料，在实际操作中可能需要采用压实的措施以确保试样能全部置于坩埚内，且保证加热均匀性。标准中给出了针对不同形态试样的专门装样指导。特殊试样的处理：标准针对含有较多塑料组分的固体回收燃料给出了专门说明。这类试样在热解过程中会产生大量增塑剂烟雾和腐蚀性气体（如氯化氢气体），标准建议试验应在通风良好的通风橱内进行，并定期对加热炉内部进行清洁和维护，以防止腐蚀性气体积聚对炉膛和加热元件造成损害。坩埚在多次使用后应及时清理，如发现坩埚内壁有结渣或腐蚀痕迹，应停止使用。3.4结果计算与精密度挥发物含量的计算以干燥基为基准，计算公式为：>Vd=（m₁−m₂）/m₁×100−Mad其中，Vd为干燥基挥发物含量（质量分数，%）；m₁为试样的初始质量（g）；m₂为加热后剩余残渣的质量（g）；Mad为试样中水分含量（质量分数，%，以分析基计）。标准中给出了详细的精密度数据，包括重复性限（RepeatabilityLimit，r）和再现性限（ReproducibilityLimit，R）。在标准制定过程中，通过组织国际实验室间循环比对试验，基于来自不同国家的多个实验室对多种具有代表性固体回收燃料样品的测试结果，采用统计分析方法计算得到了方法的精密度指标。这些精密度数据为实验室的质量控制和检测能力的验证提供了参考依据。标准同时要求在每次测定时进行平行测定，取两次测定结果的算术平均值作为最终报告值，两次测定结果的差值应在重复性限范围之内。4标准实施与应用4.1标准在固体回收燃料质量评价中的作用ISO22167:2021作为固体回收燃料性能测定方法体系中一个关键而基础的组成部分，为固体回收燃料的质量评价提供了标准化、可比较的技术支撑。挥发物含量作为固体回收燃料工业分析的核心指标之一，与热值、水分、灰分等指标共同构成了燃料质量的综合评价体系。在实际应用中，固体回收燃料的生产企业利用该标准对其产品进行批批检测，确保出厂产品的挥发物含量稳定在一定范围，以满足不同终端用户的需求。水泥窑协同处置企业在接收固体回收燃料时，通过入厂检测验证燃料的挥发物含量是否满足工艺设计要求，从而保障窑况的稳定和熟料质量的可靠。燃煤电厂在固体回收燃料耦合发电过程中，需要根据挥发物含量调整燃烧器的配风参数，以优化燃烧效率并控制污染物排放。4.2标准对国际贸易和技术交流的推动ISO22167:2021的发布还对固体回收燃料的国际贸易起到了积极的推动作用。在缺乏统一国际标准之前，不同国家和地区使用各自不同的测定方法，检测结果缺乏可比性，给跨国贸易中的质量验收和结算带来了困难。按照ISO22167:2021方法测试且获得ISO/IEC17025认可的第三方检测结果，能够在各成员国之间实现互认，有效降低了交易成本和技术壁垒。4.3标准与碳排放核算及可持续认证的衔接值得特别指出的是，ISO22167:2021的应用还与碳排放核算和固体回收燃料的可持续认证密切相关。挥发物含量与燃料中有机碳的含量之间存在一定的相关关系，在固体回收燃料的碳排放因子核算方法中，采用挥发物数据对燃料进行分类分级，可为生物碳含量和化石碳含量的拆分估算提供参考依据。欧盟可再生能源指令（RenewableEnergyDirectiveII，REDII）框架下的可持续性认证体系，也将挥发物含量的测定作为燃料质量核查的内容之一。5标准编制与实施的企事业单位简介ISO22167:2021的编制和实施依托于ISO/TC300技术委员会的国际化工作平台，在其标准草案起草和技术方案论证过程中，德国联邦材料研究与检测研究所（BundesanstaltfürMaterialforschungund-prüfung，BAM）发挥了重要的技术支持作用。BAM是德国联邦政府下属的权威材料科学研究和检测机构，隶属于德国联邦经济事务和气候行动部，总部位于柏林。BAM成立于1871年，拥有超过150年的历史，是德国历史最悠久、规模最大的材料研究与检测机构之一。BAM的核心任务是为德国工业和经济的发展提供材料科学领域的研究支持、技术检测、标准制定和风险评估服务，涉及能源技术、环境保护、建筑材料和基础设施安全等多个领域。其在固体燃料分析领域积累了丰富的研究经验，尤其是对固体回收燃料的热化学转化行为、污染物释放规律和标准化测试方法进行了长期系统的研究，为ISO/TC300固体回收燃料系列国际标准的制定提供了坚实的技术支撑。以BAM为代表的欧洲研究机构在固体回收燃料标准化领域的深厚积累，直接推动了固体回收燃料挥发物含量测定方法从欧洲标准向国际标准的演进。ISO