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皮中原
(1．國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京100013；2．煤炭科學(xué)研究總院煤炭分析實驗室，北京100013)
摘要：簡要介紹了歐盟、美國及其他歐洲國家的固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)，重點對中國固體生物質(zhì)燃料檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹，并就主要技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了說明。
固體生物質(zhì)燃料是指由生物質(zhì)直接或問接產(chǎn)生的燃料，主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，其主要來源于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、食品加工業(yè)、林業(yè)及林業(yè)加工等行業(yè)的固體生物質(zhì)或擠壓成型的固體顆粒，主要包括木炭、燃料木和成型燃料等幾種產(chǎn)品，目前發(fā)展最快的當(dāng)屬固體成型燃料。
1歐盟固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)化
歐盟固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)化工作開始于2000年，目前共有30個技術(shù)規(guī)范，分為術(shù)語、規(guī)格、分類和質(zhì)量保證、采樣和樣品制備、物理(或機(jī)械)特性、化學(xué)特性等5個方面(見表1)。
2美國固體生物質(zhì)燃料測試方法標(biāo)準(zhǔn)
美國ASTM協(xié)會制訂的固體成型燃料相關(guān)測試方法標(biāo)準(zhǔn)，主要包括生物質(zhì)成型顆粒燃料堆積密度、灰分、揮發(fā)分、元素分析、木質(zhì)燃料分析、球形顆粒燃燒室內(nèi)加熱爐、用于微波爐的木質(zhì)顆粒燃料水分含量測試等9項標(biāo)準(zhǔn)以及木炭化學(xué)分析測試方法、木炭粒度分布、耐磨性等；美國農(nóng)業(yè)和生物工程協(xié)會制訂了生物質(zhì)產(chǎn)品收割、收集、儲運、加工、轉(zhuǎn)化、應(yīng)用術(shù)語和定義標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)由顆粒燃料研究所制訂，主要產(chǎn)品指標(biāo)包含了外形、堆積密度、機(jī)械強(qiáng)度、灰分以及氯化物；美國國防部制訂了用于制備***的木炭標(biāo)準(zhǔn)。ASTM固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)見表2。
3其他歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)
瑞典固體成型燃料標(biāo)準(zhǔn)SS 187120，主要包含外形尺寸、密度、耐久性、水分、灰分、總水分(運輸)、熱值、硫、氯等指標(biāo)。在歐盟標(biāo)準(zhǔn)頒布實施之前，普遍被芬蘭、丹麥等歐洲國家所采用。
德國木質(zhì)成型燃料標(biāo)準(zhǔn)DIN 51713，性能指標(biāo)中對于砷、鈣、鉻、銅、汞、鉛、鋅、抽提有機(jī)鹵等元素含量都作了較為詳細(xì)的要求。木炭標(biāo)準(zhǔn)DIN 51749，主要包含水分含量、灰分、固定炭、顆粒大小、黏接劑等指標(biāo)。
奧地利根據(jù)原料來源不同分為木材原料和樹皮成型，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(Onorm M7135)與瑞典標(biāo)準(zhǔn)包含指標(biāo)大體相同，還補充了與質(zhì)量、規(guī)格相關(guān)的Onorm M7136和Onorm M7137。另外瑞士也有相應(yīng)的SN166000標(biāo)準(zhǔn)；英國除根據(jù)灰分指標(biāo)分為三級(1％、3％或6％)，基本與瑞典標(biāo)準(zhǔn)一致；芬蘭、丹麥等國大多采用瑞典標(biāo)準(zhǔn)。
4中國固體生物質(zhì)燃料檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)
我國于20世紀(jì)80年代末制訂了GB/T 17664—1999《木炭和木炭試驗方法》、GB 5186—1985、NY/T 12—1985《生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測試方法》、NY/T 8—2006《民用柴爐、柴灶熱性能試驗方法》、NY/T 1001-2006《民用省柴節(jié)煤灶、爐、炕技術(shù)條件》、GB/T 21923-2008《固體生物質(zhì)燃料檢測通則》等國家或農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)業(yè)部正在組織制定《生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)條件》和《生物質(zhì)固體成型設(shè)備技術(shù)條件》2項農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。煤炭科學(xué)研究總院煤炭分析實驗室正組織制定固體生物質(zhì)燃料相關(guān)檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：樣品制備方法、全水分、工業(yè)分析、碳?xì)?、全硫、發(fā)熱量、灰熔融性、灰成分、氯、氮等。其中全水分、工業(yè)分析、碳?xì)?、全硫?biāo)準(zhǔn)已通過審查，待批準(zhǔn)發(fā)布。
GB/T 21923-2008《固體生物質(zhì)燃料檢驗通則》統(tǒng)一了有關(guān)生物質(zhì)燃料及其檢驗的概念、術(shù)語和定義、檢驗規(guī)則和結(jié)果表述等。為今后建立的一系列固體生物質(zhì)燃料檢驗標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范(包括采、制樣)奠定基礎(chǔ)。
固體生物質(zhì)燃料全水分測定方法與DD CEN/TS 14774-1：2004和DD CEN/TS 14774-2：2004相比修改了換氣次數(shù)和檢查性干燥時間，具體規(guī)定了首次干燥時問、稱樣量、試驗終止條件和重復(fù)性限。較歐盟技術(shù)規(guī)范規(guī)定的方法更具體、更具可操作性；檢查性干燥時問為30min，縮短了總的測定時間。
固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法提出的方法主要技術(shù)條件與歐盟技術(shù)規(guī)范基本一致，對試驗條件進(jìn)行優(yōu)化，試驗程序、操作步驟規(guī)定的更詳細(xì)，可操作性增強(qiáng)。其中水分測定規(guī)定了兩種測定方法。方法A為通氮干燥法，方法B為空氣干燥法。如樣本材料在(105±2)℃易于氧化，應(yīng)首選方法A。
在仲裁分析中遇到有用一般分析試驗試樣水分進(jìn)行校正以及基的換算時，應(yīng)用方法A測定一般分析試驗試樣的水分。
固體生物質(zhì)燃料全硫測定方法包括艾士卡法和庫侖滴定法。其中高溫燃燒庫侖滴定法為我國自主研發(fā)，相比歐盟標(biāo)準(zhǔn)方法和ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法，儀器設(shè)備簡單，自動化程度高，易操作。
固體生物質(zhì)燃料元素分析方法中碳?xì)錅y定采用三節(jié)爐法，由吸收劑的增量計算生物質(zhì)燃料中碳和氫的含量。生物質(zhì)燃料中硫和氯對碳測定的干擾在三節(jié)爐中用鉻酸鉛和銀絲卷消除。氮對碳測定的干擾用粒狀二氧化錳消除。采用凱氏法消解樣品后采用酸堿滴定法測定。
固體生物質(zhì)燃料樣品制備研制具有切割、破碎和擊打功能的破碎機(jī)，能順利制備出小于30mm的全水分樣品和小于0．5mm的分析試樣。比歐盟標(biāo)準(zhǔn)的小于1mm粒度，代表性更好；同時發(fā)現(xiàn)，對于固體生物質(zhì)燃料樣品，粗碎階段的樣品可在105℃下進(jìn)行預(yù)干燥而不影響試樣的品質(zhì)，由此可縮短固體生物質(zhì)樣品制備時間。
固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測定方法用預(yù)先標(biāo)定了熱值的擦鏡紙包裹樣品再進(jìn)行燃燒試驗，比歐盟標(biāo)準(zhǔn)提出的將試樣壓餅，或裝入燃燒袋或膠囊后再進(jìn)行試驗，更簡單、更方便實用，且能有效防止樣品燃燒時的噴濺和燃燒不完全現(xiàn)象。
固體生物質(zhì)燃料氯建立了自動化程度高的高溫燃燒水解～電位滴定法。較歐盟標(biāo)準(zhǔn)中的氧彈燃燒分解或高壓容器酸溶法分解樣品一離子色譜法相比，儀器設(shè)備簡單、操作方便，高含量測定結(jié)果精密度較高，結(jié)果穩(wěn)定、自動化程度高。
固體生物質(zhì)燃料灰成分測定方法建立了適合我國國情且可操作性強(qiáng)的固體生物質(zhì)燃料的灰成分(包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、P2O5、SO3)測定方法。
固體生物質(zhì)燃料灰熔融性測定方法通過對不同類型樣品的條件試驗，確定了(550±5)℃的樣品灰化溫度；從700℃控制升溫程序為(4～6)℃/min；550℃時通入還原性氣體。且較歐盟標(biāo)準(zhǔn)多一種氣氛控制方法——封碳法。
5結(jié)語
參考國際先進(jìn)的固體生物質(zhì)燃料檢驗標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)我國固體生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和適用，制定既符合中國國情又與國際接軌的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，能有效克服不同種類燃料特性、檢驗方法等造成的障礙，促進(jìn)我國固體生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)健康、有序、持續(xù)發(fā)展。 |
