關鍵詞：生物質；固體成型燃料；標準體系
0、引言
生物質固體成型技術是指在一定溫度與壓力作用下，將松散的生物質壓制成具有一定形狀的、密度較大的成型燃料的技術。壓縮后得到的生物質固體成型燃料體積為原有生物質體積的1/8～1/6，密度為1.0～1.4t/m3，能源密度相當于中質煙煤，使用時火力持久，爐膛溫度高燃燒特性得到了明顯改善，近年來受到人們的廣泛關注。開發(fā)利用生物質固體成型燃料，有利于保護和改善生態(tài)環(huán)境，拓展農業(yè)功能，增加農民收入，促進經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，是生物質能開發(fā)利用技術的主要發(fā)展方向之一。也是中國應對氣候變化的有效措施之一。
我國在20世紀80年代引進了螺旋擠壓式秸稈成型機，生物質固體成型技術的研發(fā)工作已開展了20多年。近年來，許多科研機構和企業(yè)競相開展研究，已有不少廠家開始進行小批量生產和市場化銷售，形成了研究、生產、開發(fā)的良好局面。國家發(fā)布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出，到2010年我國生物質固體成型燃料年利用量將達到100萬t以上，到2020年力爭達到5000萬t，該產業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?br /> 作為一個新興產業(yè)，我國還沒有制定相應的生物質固體成型燃料技術、設備標準，影響了該產業(yè)的市場化、規(guī)模化和專業(yè)化發(fā)展進程。針對這種情況，本文擬在借鑒歐美先進經驗的基礎上，結合我國生物質固體成型燃料發(fā)展實際情況，建立我國生物質固體成型燃料標準體系。研究和建立我國生物質固體成型燃料標準體系，不僅可以有效地整合研究、開發(fā)和推廣應用等各個方面的資源，促進生物質固體成型燃料技術、設備和產品市場的建立，還可以克服不同種類燃料特性所造成的市場障礙，使固體成型燃料在生產者與使用者之間進行自由交易，在規(guī)范市場的同時，促進產業(yè)快速健康發(fā)展，這對擴大國際貿易也具有十分重要的意義。此外，統(tǒng)一的標準可使主管部門進行技術監(jiān)督和市場管理時有章可循，為生物質固體成型燃料技術的推廣創(chuàng)造良好的市場環(huán)境。
1、國內外相關產業(yè)標準現(xiàn)狀分析
1.1國外標準分析
目前，國外生物質固體成型燃料技術及設備的研發(fā)已經趨于成熟，相關標準體系也比較完備，形成了商業(yè)化生產和市場化運作的模式，發(fā)達國家間的技術聯(lián)盟也對某些標準的制定形成了壟斷，其中以美國和歐盟的標準最具代表性。
1.1.1美國標準
美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)于1985年成立了E48生物技術委員會，下設E48.05生物轉化子委員會，共制訂了9項標準，主要適用于生物質水分、灰分、揮發(fā)分、元素分析、堆積密度等特性的測定（表1）。由于體制所限，ASTM所制定的標準存在以下不足之處：適用范圍不統(tǒng)一，其中涉及到的生物質、木質燃料和木質顆粒燃料3個概念相互之間存在著交叉重復：沒有形成完整的標準體系，缺乏取樣、機械特性試驗方法等必備的標準；沒有制定生物質發(fā)熱量和元素分析的試驗方法，而是引用了垃圾衍生燃料的標準，實際上垃圾衍生燃料的特性與生物質存在著一定的差異，并不完全適用于生物質燃料：測試方法之間（如E871和E1358以及E1534和E1755）也存在著重復現(xiàn)象。
表1 ASTM 固體生物質顆粒燃料標準
| 標準名稱 | 適用范圍 | 測試內容和方法 |
| E870木質燃料分析測試方法 | 適用于木質燃料。 | 工業(yè)分析和元素分析，引用了D1102，E771，E775，E777。E778等本材、垃圾衍生燃料的標準。 |
| E871木質顆粒燃料全水分試驗方法 | 適用于鋸末、顆粒、木屑、木塊及其它體積不超過16.39cm3的木質顆粒燃料。 | 取出50g樣品，放置在103±1℃干燥箱內烘干16h。 |
| E872木質顆粒燃料揮發(fā)分試驗方法 | 同E871。 | 將1mg樣品放置在密閉的坩堝內，放置在950±20℃馬弗爐內7min。 |
| E873生物質顆粒成型燃料堆積密度的試驗方法 | 適用于體積不超過16.39cm3的生物質顆粒成型燃料。 | 采用規(guī)格為305mmx305mmx305mm的容器進行測量。 |
| E1358木質顆粒全水分試驗方法——微波法 | 提供了E871的替代試驗方法。 | 在控制溫度、時間、樣品質量的條件下，用微波爐進行加熱。 |
| E1534本質顆粒燃料灰分試驗方法 |
適用于木質顆粒燃料。 |
將2g樣品放人馬弗爐中，緩慢升溫至580～600℃。 |
| E1755生物質灰分試驗方法 | 適用于硬木、軟木、草本作物（如柳枝稷等）、農業(yè)剩余物（如玉米秸、稻草和蔗渣）、廢紙等，其中木質顆粒燃料適用于E1534。 | 在溫度為575±20℃馬弗爐中氧化。 |
| E1757生物質分析樣品準備方法 | 同E1755。 | 用于元素分析，分為A，B．C3個方法。 |
歐盟雖然沒有專門制定燃燒設備的標準，但已制定的標準中包括鍋爐和燃燒器、室內采暖設備等相關標準，主要適用于包括生物質在內的周體燃料（表2）。在歐盟使用的生物質固體燃料燃燒設備種類較多，包括鍋爐、顆粒燃燒器、炊事爐、嵌入式壁爐和蓄熱式爐等多種形式，這也與生物質固體燃料用途廣泛有關。
表2 CEN燃燒設備標準
| 標準名稱 | 發(fā)布時間 | 規(guī)定的內容 |
| EN 303-5加熱鍋爐第5部分：熱輸出小于300kW的手動或自動爐排固體燃料加熱鍋爐一定義、要求、測試和銷售 | 1999 | 該標準適用于薪柴、木屑、木質顆粒和壓塊、鋸末、煙煤、褐煤、焦炭等固體燃料。根據熱輸出可分為<50 kW，50～150 kW和150～300 kW 3個規(guī)格。 |
| EN 12953-12火管鍋爐第12部分：固體燃料鍋爐一爐排系統(tǒng)要求 | 2003 | 該標準適用于煤炭、生物質固體燃料、城市固體廢物和工業(yè)同體廢物等，規(guī)定了從料倉至灰室的爐排系統(tǒng)的要求。 |
| 用于小型供熱鍋爐的顆粒燃燒器一定義、要求、測試和標示(CEN/TC 57) | 正在制定 | 該標準適用于額定熱輸出小于70 kW的顆粒燃燒器，使用高質量的顆粒燃料(CEN/TS 14961)，可用于熱水鍋爐，包括安全、燃燒質量、運行和維護的要求和測試方法。 |
| EN 1324WA2固體燃料房間加熱器一要求和測試方法 | 2004 | 該標準適用于使用固體燃料（如木材）、無機械部件的加熱裝置，規(guī)定了設計、制造、安裝、性能（效率和污染物排放）、安全、操作指南、標示的要求以及測試方法，可以通過對流或輻射產生熱量或熱水。另外，該標準也適用于中心供熱系統(tǒng)。 |
| EN 12809/A1熱輸出小于50 kW的民用獨立式固體燃料鍋爐一要求和測試方法 | 2004 | 該標準適用于手動和自動燃燒設備，額定熱輸出小于50kW，僅適用于工作壓力不大于0.4MPa的開放式排放系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于提供熱水或取暖。 |
| EN 12815/Al民用固體燃料炊事爐灶一要求和測試方法。 | 2004 | 該標準適用于炊事爐或炊事采暖爐，規(guī)定了設計、制造、安裝、性能（效率和污染物排放）．安全、操作指南、標示的要求以及測試方法。該設備可以使用礦物固體燃料、泥煤球、木材等。 |
| EN 13229/A2固體燃料嵌入式裝置一要求和測試方法 | 2004 | 該標準適用于嵌入式固體燃料燃燒裝置，可用于室內采暖或提供熱水，包括定義、要求、測試方法。 |
| EN 14785木質顆粒民用采暖裝置一要求和測試方法 | 正在制定 | 該標準適用干以本質顆粒為燃料，自動進料，額定熱輸出小于50kW的家用采暖爐，規(guī)定了設計、制造、安裝、性能（效率和污染物排放）、安全、操作指南、標示等要求以及測試方法。 |
| EN 15250固體燃料蓄熱式爐一要求和測試方法 | 正在制定 | 該標準規(guī)定了蓄熱式爐的設計、制造、安裝、性能（效率和污染物排放）、安全、操作指南、標示要求以及測試方法。蓄熱式爐在燃燒階段可貯存大量熱量，當火焰熄滅后，爐灶仍能夠時間地向室內空氣施放熱量。 |
表3 CEN/TC335 固體生物質顆粒燃料標準體系
| 分類 | 規(guī)定的內容 | 技術規(guī)范 |
| 術語 | 術語 | CEN/TS 14588 |
| 規(guī)格、分類和質量 | 規(guī)格和分類 | CEN/TS 14961 |
| 保證 | 質量保證和質量控制 | CEN/TS 15234 |
| 采樣和樣品設備 | 采樣方法、抽樣檢驗方法、樣品制備方法 |
CEN/TS 14778-1 CEN/TS 14778-2 CEN/TS 14779 CEN/TS 14780 |
| 物理（或機械）試驗 |
熱值 堆積密度 累積密度 |
CEN/TS 14918 CEN/TS 15103 CEN/TS 15150 |
| 化學試驗 | 全水分 |
CEN/TS 14774-1 CEN/TS 14774-2 CEN/TS 14774-3 |
| 灰分 |
CEN/TS 14775 CEN/TS 15370 |
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| 揮發(fā)分 | CEN/TS 15148 | |
| 機械強度 |
CEN/TS 15210-1 CEN/TS 15210-2 |
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| 尺寸分布 |
CEN/TS 15149-1 CEN/TS 15149-2 CEN/TS 15149-3 |
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| CxHxN | CEN/TS 15104 | |
| CL，Na，K | CEN/TS 15105 | |
| S，Cl | CEN/TS 15289 | |
| 主要元素（AL，Si，K，Na，Ca，Mg，F(xiàn)e，P和Ti | CEN/TS 15290 | |
| 微量元素（As，Ba，Be，Cd，Co，Cr，Cu，Hg，Mo，Mn，Ni，Pb，Se，Te，V和Zn） | CEN/TS 15297 |
1.2國內相關標準發(fā)展現(xiàn)狀
我國已制訂了GB/T17664-1999《木炭和木炭試驗方法》、NY/T12-1985《生物質燃料發(fā)熱量測試方法》、NY/T8-2006《民用柴爐、柴灶熱性能試驗方法》、NY/T1001-2006《民用省柴節(jié)煤灶、爐、炕技術條件》、CB/T21923-2008《固體生物質燃料檢測通則》等國家或農業(yè)行業(yè)標準。農業(yè)部正在組織制定《生物質固體成型燃料技術條件》和《生物質固體成型設備技術條件》2項農業(yè)行業(yè)標準。此外，《固體生物質燃料檢測通則》在術語和定義、分類和特性信息方面完全參考了歐盟標準，并不符合我國國情。
目前，我國生物質固體成型燃料的試驗方法基本上是參照煤炭的測試方法。雖然都屬于固體燃料，存在著許多共同之處，但由于生物質燃料和煤炭的組成及結構存在一定的差異，其物理和化學特性也不同，因此煤炭的測試標準不完全適用于生物質固體成型燃料。隨著生物質固體成型燃料市場的逐漸成熟，我國生物質固體成型燃料的標準化工作已明顯滯后于生物質燃料產業(yè)的發(fā)展速度。
2、我國生物質固體成型燃料標準體系的研究
標準體系是指一定范圍內的標準按其內在的聯(lián)系形成的科學的有機整體，是由標準組成的系統(tǒng)，包括現(xiàn)有的標準和預計應發(fā)展的標準。制定生物質固體成型燃料標準體系，目的是促進生物質固體成型燃料標準化的發(fā)展，提高標準化管理水平，確保標準編制工作的秩序，減少標準之間的重復與矛盾，使標準之間協(xié)調，配套，使標準組成合理。
2.1研究原則
根據生物質固體成型燃料生產應用全過程對標準的需求和標準體系自身分類的特點，在編制標準體系框架的過程中，應遵循以下原則：①完整性。標準體系的組成應完整、配套，要基本覆蓋生物質固體成型燃料已經實現(xiàn)產業(yè)化或在近期能夠實現(xiàn)產業(yè)化的領域。②前瞻性。標準體系要盡可能反映生物質固體成型燃料的國內外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，盡可能包容最新研究成果。③統(tǒng)一性。標準體系內各項標準之間，應盡量做到協(xié)調、統(tǒng)一。④科學性。標準體系分類應科學、層次清晰、結構合理，并具有一定的可分解性和可擴展空間。⑤實用性。標準體系應便于使用和管理，對今后的生物質固體成型燃料標準化工作應具有指導作用。
2.2總體框架和標準體系構成
根據標準體系的內在聯(lián)系特征和生物質固體成型燃料行業(yè)的具體特點，可將生物質固體成型燃料標準分為基礎標準、通用標準和專用標準3個層次。
通過分析國內外相關領域標準化研究的現(xiàn)狀和原則可知，生物質固體成型燃料標準體系的創(chuàng)建應根據其產業(yè)化發(fā)展的需求，涵蓋未來寬泛的商業(yè)化范圍，包括生產、應用等方方面面。從產業(yè)鏈的角度看，生物質固體成型燃料產業(yè)包括從農作物秸稈等生物質資源的收集、存儲和運輸，到燃料生產、配送以及應用等（圖2），主要分為生物質原料方面的收集、運輸和貯藏：生產裝備設施方面的儀器、設備和關鍵部件等；產品方面的成型燃料規(guī)格、試驗方法、包裝和貯運；應用方面的專用燃燒器具技術條件、試驗方法和環(huán)境保護；衛(wèi)生、安全和環(huán)境保護等。
2.2.1基礎標準
基礎標準闡述了標準化的總體需求、涉及的概念與術語、標準的組成與相互關系，是制定生物質固體成型燃料技術規(guī)范和標準的基礎。此層次包括生物質固體成型燃料術語、生物質固體成型燃料規(guī)格和分類2項標準，建議近期制定完成。
2.2.2通用標準
適用于本行業(yè)的通用性標準包括原料收集、運輸和貯藏；生物質固體成型燃料廠的建設規(guī)劃和設計規(guī)范：固體成型設備的技術條件和試驗方法：生物質固體成型燃料的取樣和樣品制備、物理特性和試驗方法、化學特性和試驗方法、質量保證等；生物質固體成型燃料配送技術規(guī)范；各種燃燒設備的命名、分類、技術條件、試驗方法以及污染物排放；安全、衛(wèi)生和環(huán)境保護等標準。
2.2.3專業(yè)標準
適用于某一具體對象的專業(yè)標準，包括成型設備的關鍵部件（如模具、壓輥）、配套設備（如粉碎機）等。
2.3近期擬制定的標準
根據輕重緩急原則，結合我國實際情況，建議近期制定生物質固體成型燃料原料收集、貯藏和運輸技術規(guī)范，生物質固體成型燃料廠建設規(guī)劃和設計規(guī)范，生物質固體成型設備命名、分類和技術條件，生物質固體成型設備試驗方法，生物質固體成型燃料取樣方法，生物質固體成型燃料全水分試驗方法，生物質固體成型燃料顆粒密度試驗方法，生物質固體成型燃料堆積密度試驗方法，生物質固體成型燃料機械性能試驗方法，生物質固體成型燃料工業(yè)分析試驗方法，生物質固體成型燃料元素分析試驗方法，生物質固體成型燃料配送技術規(guī)范，生物質固體成型燃料廠安全、衛(wèi)生和環(huán)境保護等13項國家或行業(yè)標準。
3、結束語
本文在全面分析國內外生物質固體成型燃料技術與標準發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的基礎上，系統(tǒng)地確定我國生物質固體成型燃料各標準項目的名稱、內容和在標準體系中的位置，構建一個結構優(yōu)化、層次清晰、數量合理的標準體系。該標準體系的制定，有利于提高標準化管理水平，減少標準之間的重復與矛盾，提高標準的編制和管理效率，節(jié)約人力、物力、財力，使標準化工作有計劃、有目標、有秩序地進行，對促進生物質固體成型燃料標準的發(fā)展，加快標準制定的進程，適應市場經濟的需要，都有著重要的理論意義與實用價值。
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