国内外生物质成型燃料质量标准现状.pdf

第 36 卷 第 9 期 农 业 工 程 学 报 Vol 36 No 9 2020 年 5月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May 2020 245 国内外生物质成型燃料质量标准现状 霍丽丽 1 赵立欣 1 郝彦辉 2 孟海波 1 姚宗路 3 刘 昭 4 刘桐利 2 袁艳文 1 1 农业农村部规划设计研究院 农业农村部农业废弃物能源化利用重点实验室 北京 100125 2 海南大学机电工程学院 海口 570228 3 中国农业科学研究院农业环境与可持续发展研究所 北京 100081 4 中国质量认证中心 北京 100020 摘 要 中国生物质成型燃料标准体系建设初步取得了一些成效 但与欧美发达国家相比标准制定工作进展较为缓慢 一定程度上制约了产业发展 该研究分析了国内外生物质成型燃料标准体系和质量认证体系现状 研究生物质成型燃料 质量影响因素及质量要求 与 ISO 国际标准比较 分析了木质 非木质生物质成型燃料各指标质量分级要求 结合中国 国情 提出中国生物质成型燃料质量标准仍需进一步完善 同时与国内煤炭质量相关标准进行比较 生物质成型燃料灰 分含量低 硫含量 砷和汞等重金属含量极低 对环境友好 是良好的替代散煤的固体燃料 通过研究提出建议成立生 物质成型燃料国家标委会 亟需制定质量分级和污染物排放国家标准 并应区分商用 民用以及工业用等不同应用对象 的燃料质量要求 关键词 生物质 燃料 质量标准 认证体系 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 028 中图分类号 S38 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2020 09 0245 10 霍丽丽 赵立欣 郝彦辉 等 国内外生物质成型燃料质量标准现状 J 农业工程学报 2020 36 9 245 254 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 028 http www tcsae org Huo Lili Zhao Lixin Hao Yanhui et al Quality standard system of densified biomass fuels at home and abroad J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2020 36 9 245 254 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 028 http www tcsae org 0 引 言 生物质成型燃料指利用专门设备将农林废弃物等生 物质压缩为颗粒或块 棒 状燃料 具有使用方便 清 洁环保 燃烧效率高 便于储存和运输等优点 能够直 接替代煤炭 既能作为农村居民的炊事取暖燃料 又能 用于城镇供热 发电等 是生物质能利用的主要方向之 一 1 6 据欧洲生物质协会 AEBIOM 统计 2017 年 全球生物质成型燃料消费总量约 3 200 万 t 不含中国 其中欧洲消费占总量的 75 主要为木质颗粒燃料 7 8 与之相比 中国木质与秸秆类成型燃料并存 中国自 2000 年逐步形成产业 年产生物质成型燃料约 800 万 t 据生 物质能 十三五 规划目标 到 2020 年利用量将达 3 000 万 t 9 但就目前发展规模来看 还远达不到预期 除了 煤炭价格竞争 政策导向等原因 生物质成型燃料质量 不一的内因直接制约了产业发展 欧美生物质成型燃料 技术走在前列 标准体系较为完善 产品质量认证体系 成熟 已形成商业市场化运作模式 10 12 中国产业发展 初具规模 但技术标准体系还不完善 缺乏质量认证机 制 极大限制了中国生物质成型燃料商业化进程 13 收稿日期 2020 01 19 修订日期 2020 02 25 基金项目 国家重点研发计划 2017YFF021190401 现代农业产业技术体 系专项资金资助 CARS 02 31 作者简介 霍丽丽 博士 高级工程师 主要从事生物质能开发利用研究 Email huolili666 通信作者 赵立欣 博士 研究员 主要从事农业废弃物综合利用研究 Email zhaolixin5092 本文通过研究生物质成型燃料相关标准及质量认证 体系 对比国内外产品质量要求 系统分析影响质量的 主要因素及指标要求 提出适宜中国的生物质成型燃料 质量评价指标体系 为提升成型燃料产品质量和加快产 业发展提供依据 1 标准与质量认证体系现状 1 1 标准体系现状 2000 年 欧洲标准化委员会 CEN 授权瑞典标准 局 成立生物质成型燃料技术委员会 CEN TC335 经过 2007 2010 年修订和完善逐渐统一了欧盟标准 并 取代了欧盟其他国家标准 如 DIN ONORM 等标准 目前欧盟标准已发布 42 项标准 7 项正在制定 14 美国 材料与试验协会 ASTM 制定了生物质成型燃料的试验 方法标准 已制定 14 项 2007 年 ISO TC238 委员会开始 制定生物质成型燃料国际标准 基于欧盟标准进一步完 善 目前已制定并发布了 35 项 ISO 标准 正在制定 12 项 内容涵盖术语 规格和等级 质量保证 采样制样 试验方法 安全储运 排放控制等 同时考虑了住宅 商 业和工业应用等不同用户的分级质量要求 15 中国自 2008 年开始 通过借鉴国外标准经验 结合 中国国情 由农业部规划设计研究院承担研究课题初步 建立了生物质成型燃料标准体系 涵盖原料收储运 成 型设备 产品质量 产品储运 燃烧应用等环节 目前 已制定国家标准 11 项 行业标准 38 项 国内外制订的 相关标准详见表 1 农业资源循环利用工程 农业工程学报 http www tcsae org 2020 年 246 表 1 国内外生物质成型燃料相关标准 Table1 Relevant standard of densified biomass fuels at home and abroad 标准类别 Property class 国际 International standard 美国 American standard 中国 Chinese standard 术语定义 Terminology ISO 16559 NY T 1915 NB T 3406 规格和等级 Specifications and classes ISO 17225 1 8 ISO 17225 9 ISO 17225 2 NB T 34024 NY T 2909 采样与制备 Sample and sample preparation ISO 18135 ISO 21945 Simplified ISO 14780 ASTM E1757 GB T 28730 NY T 1879 NY T 1880 全水分 Total moisture ISO 18134 1 ISO 18134 2 ASTM E1358 GB T 28733 NY T 1881 2 一般样品水分 Moisture in general analysis sample ISO 18134 3 ASTM E871 GB T 28731 NY T 1881 3 灰分 Ash ISO 18122 ASTM E1534 D1102 GB T 28731 NY T 1881 5 挥发分 Volatile matter ISO 18123 ASTM E872 NY T 1881 4 低位发热量 Calorific value ISO 18125 ISO 18125 GB T 30727 堆积密度 Bulk density ISO 17828 ASTM E873 NY T 1881 6 颗粒密度 Particle density ISO 18847 NY T 1881 7 长度和直径 Length and diameter ISO 17829 粒度分布 Particle size distribution ISO 17827 1 ISO 17827 2 细颗粒物含量 Fines ISO 18846 ISO 18846 2 机械耐久性 Mechanical durability ISO 17831 1 ISO 17831 2 ISO 23343 1 吸水性 NY T 1881 8 3 15 mm 重质杂质含量 Heavy extraneous materials larger than 3 15mm ISO 19743 碎料粒度分布 Particle size distribution of disintegrated pellets ISO 17830 耐磨性 热处理后燃料 Grindability Thermally treated biomass fuels ISO 21596 ASTM E 1288 灰熔融性 Ash melting behavior ISO 21404 ASTM D1857 GB T 30726 全碳 全氢 Total content of carbon hydrogen ISO 16948 GB T 28734 全氮 Total content of nitrogen ISO 16948 GB T 30729 可溶性氯化物 钠 钾 Water soluble chloride sodium and potassium ISO 16995 全硫 Total content of sulfur ISO 16994 ISO 16994 GB T 28732 全氯 Total content of chlorine ISO 16994 ISO 16994 ASTM E 776 ASTM D 4208 ASTM D 6721 GB T 30729 Al Ca Fe Mg P K Si Na Ti ISO 16993 ISO 16996 X ray fluorescence ASTM E870 NB T 42116 As Cd Co Cr Cu Hg Mn Mo Ni Pb Sb V Zn ISO 16968 ISO 16996 X ray fluorescence ISO 16968 结果基准转换 Analytical results from one basis to another ISO 16993 ASTM E791 GB T 21923 NY T 1881 1 含相关内容 质量保证 Fuel quality assurance ISO 17588 ISO 17589 燃料安全存储 Safe handling and storage ISO 20023 住宅 ISO 20024 工业 NB T 34061 燃料存储自然发热 Self heating ISO 20049 架桥行为 散装燃料 Bridging behavior Bulk biofuels ISO 23437 燃料排放 Off gassing ISO 20048 1 ISO 20048 2 ASTM E2618 13 ASTM E2779 10 ASTM E2515 11 燃料灰成分 Fuel ash composition GB T 30725 注 为在编标准 Note is the compilation standard 1 2 质量分级标准 德国 瑞典等国家首先制定了生物质成型燃料质量 标准 1996 年 德国发布 DIN 51731 生物质颗粒和块 棒 状燃料标准 将木质燃料分为 5 个等级 1999 年 瑞典 发布标准 SS187120 颗粒燃料 和 SS187121 块 棒 状燃料 奥地利也颁布了生物质颗粒和块 棒 状标 准 ONORM M1735 16 17 为统一成型燃料标准 2010 2012 年 欧盟提出建立生物质成型燃料通用的技术分类 标准 DIN EN 14961 包含 6 个分标准 涵盖一般要求 非工业用木质成型燃料 非工业用块 棒 状成型燃料 非工业用木片 非工业用木柴 非工业用非木质成型燃 料等 18 20 美国生物质颗粒燃料研究所 PFI 制定了住 第 9 期 霍丽丽等 国内外生物质成型燃料质量标准现状 247 宅 商用生物质成型燃料分级标准 主要针对木质颗粒燃 料分为高级 标准以及实用 3 个等级 2014 年 ISO TC238 技术委员会制定了 ISO 17225 1 7 系列标准 描述了燃料的来源与交易形式 明确了 原料的种类和划分类别 内容包含通则 木质颗粒燃料 木质块 棒 状燃料 木片 薪柴 非木质颗粒燃料 非木质块 棒 状燃料等 7 项分标准 21 2016 年 发布 了 ISO 17225 8 热处理后的成型燃料质量分级标准 国内 2014 年能源和农业部门先后制定质量分级行业 标准 分别规定了木质颗粒燃料 非木质颗粒燃料 木 质块棒状燃料和非木质块棒状燃料分级要求 每种燃料 分 3 级 指标等级要求参考了 DIN EN 14961 并结合国 内实际情况 符合国内木质资源有限 秸秆类原料丰富 的特点 1 3 质量认证体系 质量认证体系建立有效促进了木质颗粒燃料在欧洲 乃至世界范围的流通 目前 在欧美地区应用较为广泛 的主要有 DINplus ENplus CANplus 等认证体系 以及 美国 PFI 标准计划 22 26 详见表 2 DINplus 成立于 2002 年 作为第一个木质颗粒燃料 质量认证计划进入市场 ENplus 最初由 Deutsches Pelletinstitut GmbH DEPI 公司 2010 年设计 作为供热 市场中木质颗粒的质量认证计划 目前由欧洲颗粒委员 会 European pellets council 进行管理 从产品收集 加 工生产 运输 贮藏最终到用户 贯穿整个供应链 CANplus 由加拿大木颗粒协会认证 与 ENplus 本质上基 本相同 ENplus 授权加拿大木颗粒燃料协会颁发认证全 国许可证者 美国 Pellet Fuels Institute PFI 1995 年提 出了生物质成型燃料质量分级标准 经过多次修订 已 成为颗粒燃料质量认证主要依据 美国 PFI 计划提供住 宅和工业两个级别木质颗粒燃料的规格 美国木材标准 委员会 ALSC 作为该计划的认证机构 提供计划实施 和执行 以及促进计划注册 质量认证体系包括认证范围 认证程序 产品原料 和颗粒燃料质量的要求 使用规定和产品检测 在认证 申请的过程中 对申请者进行相应的审核 审核通过后 授予申请者使用商标以及许可转让等权利 通过第三方 检测以及定期的测试来保证产品和服务的质量 当被认 证的对象或产品不再符合认证要求 将按照程序严格执 行 认证程序能够确保生物质颗粒燃料高质量以及公开 透明性 为生物质颗粒燃料市场化运作提供良好的保障 认证贯穿整个供应链 从加工生产到最终的供热 发电 等的应用 使用第三方进行审核和检测 能够保证交易 和使用中的颗粒燃料能够符合燃烧要求 环境要求以及 质量要求 认证的实施促进了颗粒燃料质量控制以及产 业化的推进 认证体系实施都取得了良好的效果 16 有 利于生物质成型燃料全球贸易 近年来欧洲 北美市场 以及亚洲市场的木质颗粒燃料市场贸易不断发展 进出 口量逐年增长 ENplus 目前拥有来自 42 个国家有八百余 家认证公司 经 ENplus 认证的木质颗粒燃料贸易量超过 1 100 万 t 超过全球认证总量的 1 3 26 27 表 2 ENplus DINplus 和 PFI 认证体系 Table 2 ENplus DINplus and PFI quality certification systems 内容 content 认证依据 Certification basis 认证机构 Certification body EN plus ISO 9001 EN 15234 2 CEN TC 15370 1 EN 14778 EN 14961 2 ISO 3166 ISO 16948 ISO 16968 ISO 16994 ISO 17225 1 ISO 17225 2 ISO 17828 ISO 17829 ISO 17831 1 ISO 18122 ISO 18125 ISO 18134 ISO 18846 欧洲颗粒委员会 EPC DIN plus ISO 9001 ISO 14001 ISO IEC 27001 OHSAS 18001 ISO 17225 2 德国标准化协会 DIN PFI 住宅 工业成型燃料的 PFI 标准规范 ALSC 住宅 工业成型燃料执法条例 PFI 住宅 工业成型燃料标准计划 美国木材标准委员 会 ALSC 2 质量评价指标 生物质成型燃料产品质量评价指标涵盖物理机械特 性 燃烧特性 环境影响等 2 1 物理机械特性 2 1 1 规格尺寸 生物质成型燃料与生物质锅炉 壁炉 热风炉等配 套使用 应用在取暖 炊事 供热等各个领域 为确保 燃料适应各类锅炉应用 保证燃料的储运方便 实现自 动进料连续燃烧 避免搭桥 堵塞等 需规定其规格要 求 颗粒燃料长度不宜过长 直径小于 8 mm 时 长度应 小于 40 mm 直径 12 25 mm 时 长度应小于 50 mm 2 1 2 全水分 生物质成型燃料的水分易受外界环境影响 易吸潮 导致运输与贮存过程松散或变质 也会影响燃烧效果 水分高 热值低 导致起燃困难 水分蒸发吸热导致燃 烧温度低 易引起设备腐蚀 国际 ISO 标准要求木质颗 粒燃料 10 木质块 棒 状燃料 15 非木质燃料 均 15 国内标准要求木质颗粒燃料 12 木质块 棒 状燃料 15 非木质燃料均 16 2 1 3 堆积密度 颗粒密度 密度表征原料的压实程度 密度越高抗磨损能力越 强 使用和运输过程不易断裂 压缩后的成型燃料体积 缩小 6 8 倍 大大减少了存储 运输以及燃烧设备的空 间 颗粒燃料一般采用堆积密度表征 块 棒 状燃料 可直接采用颗粒密度表征 颗粒燃料的堆积密度 ISO 标 准要求木质 600 kg m 3 非木质 550 kg m 3 国内标准 要求均 550 kg m 3 块 棒 状燃料的颗粒密度 ISO 标 准要求木质 900 kg m 3 非木质 600 kg m 3 国内标准 要求均 800 kg m 3 2 1 4 机械耐久性 机械耐久性指在装卸 输送和运输过程中保持完整 个体的能力 表征成型燃料的粘结性能 由成型燃料的 压缩条件及松弛密度所决定 主要表征颗粒燃料的不同 使用性能和贮藏性能 28 ISO 标准要求木质颗粒燃料 96 5 非木质颗粒燃料 96 0 国内标准要求均 95 0 农业工程学报 http www tcsae org 2020 年 248 2 2 燃烧特性 2 2 1 工业分析 工业分析包括一般样品水分 灰分 挥发分 固定 碳 灰分反映生物质中矿物质含量 包括钙 Ca 氯 Cl 钾 K 氮 N 硫 S 硅 Si 等元素 来源主要是生物质原料本身及收获 运输 加工和存储 过程中带入的杂质 对于同一种类燃料 发热量随灰分 增加而减少 燃料含有较多矿物质时 矿物质会分解吸 热 矿物质含量越高 所吸收的分解热越多 发热量随 之越少 固定碳越高 发热量越高 相同灰分条件下 挥发分含量越高 固定碳含量越低 越易引燃 但热值 相对较低 反之 挥发分含量越低 固定碳含量就会越 高 燃料不易引燃 但热值较高 灰分过高 易导致燃烧设备损耗 燃烧室易产生 结渣现象 燃料设备需耐腐蚀 控制燃烧温度 避免 高温灰熔融后结焦 同时燃烧形成飞灰通过烟囱排出 易污染大气环境 灰分 ISO 标准要求木质颗粒燃料 2 0 木质块 棒 状燃料 3 0 非木质燃料均 10 国内标准要求木质燃料均 6 0 非木质燃 料均 15 根据 GB T 15224 1 2018 煤炭质量分 级 第 1 部分 灰分 非木质燃料三级 热处理后非 木质燃料三级可达到低煤灰 10 20 的质量标准 要求 其他均可达到特低灰煤 10 煤炭的最 优标准要求 2 2 2 发热量 发热量是衡量生物质成型燃料质量优劣的重要指标 之一 一般以低位发热量为基准 发热量差异取决于生 物质自身组成 以及水分 灰分含量等 低位发热量 ISO 标准木质颗粒燃料 16 5 MJ kg 木质块 棒 状燃料 14 9 MJ kg 非木质燃料 14 5 MJ kg 国内标准木质类 均 14 6 MJ kg 非木质类均 12 6 MJ kg 2 2 3 氯元素 Cl 氯元素是影响燃烧结渣和腐蚀的重要元素之一 燃 烧过程中 Cl 几乎完全蒸发 形成 HCl Cl 2 和碱金属氯化 物 部分 Cl 束缚在飞灰中 或以 HCl 的形式随烟气排放 碱土金属氯化物冷凝在飞灰颗粒或换热器表面上 造成 积灰结渣问题 氯和碱土金属的结合可对燃烧单元造成 严重危害 29 同时 Cl 元素含量过高 易导致二噁英排 放污染问题 Cl 元素燃烧过程经过铜等金属离子的催化 作用易生成二噁英 秸秆类生物质成型燃料中 Cl 元素含量比木质类燃料 高 个别秸秆的 Cl 含量可超过 1 多分布在 0 01 0 60 之间 Cl 元素 ISO 标准要求木质燃料 0 03 非 木质燃料 0 30 国内标准要求木质燃料 0 03 非 木质燃料 0 80 2 2 4 结渣性与灰熔融点 生物质成型燃料的结渣性与燃烧温度和生物质中氯 元素及碱土金属含量直接相关 通常燃烧温度越高越易结 渣 30 Cl K Na 元素含量越高 越易结渣 31 32 K 是生 物质成型燃料中含量最高的碱金属元素 大部分以无机钾 离子形式存在于植物内 以 K 元素为主的碱金属会导致燃 烧过程结渣 腐蚀和聚团等 在高温条件下一部分 K 元素 以气态形式释放 如气态 KCl 气态 K 2 SO 4 以及气态 KOH 另一部分 K 元素固定在底灰中 如硅铝酸钾 AlKO 6 Si 2 硅酸钾 K 2 SiO 3 KCl 和 K 2 SO 4 气态钾可经冷凝形成 气溶胶粘附于飞灰上 或者直接冷凝与硫酸盐化合到飞 灰 降低熔点 造成颗粒聚团和积灰 33 35 结渣性一般用灰熔融点表征 包含变形温度 软化 温度 半球温度 熔融温度等 4 个特征温度 结渣性随 着软化温度的升高而降低 13 一般软化温度 1 390 燃料轻微结渣 软化温度在 1 260 1 390 时 中等结 渣 当软化温度 1 260 时 严重结渣 ISO 标准要求 生物质成型燃料应给出灰熔融点的具体数值 生物质成 型燃料灰熔融点软化温度一般 1 200 1 300 典型生 物质成型燃料的灰熔融点测定结果见表 3 国内结渣特 性除了采用灰熔融点表征外 参考煤炭还可采用结渣率 指标表征 非木质燃料为中等结渣性 木质燃料为弱结 渣性 表 3 典型生物质成型燃料的灰熔融点 Table 3 Ash melting behavior of typical densified biomass fuels 项目 Item 水稻秸秆 辽宁 Rice straw Liaoning Province 小麦秸秆 河南 Wheat straw Henan Province 玉米秸秆 河北 Maize stovers Hebei Province 豆秸 河北 Bean straw Hebei Province 花生壳 河北 Peanut shell Hebei Province 木屑 河北 Sawdust Hebei Province 变形温度 Deformation temperature DT 1 221 938 1 196 1 168 1 204 1 158 软化温度 Softening temperature ST 1 266 1 242 1 201 1 212 1 221 1 198 半球温度 Hemispherical temperature HT 1 283 1 225 1 205 1 238 1 225 1 212 流动温度 Flow temperature FT 1 430 1 398 1 218 1 305 1 230 1 266 2 2 5 添加剂 生物质成型燃料的添加剂能够缓解结渣问题和减少 对燃烧设备腐蚀影响 Steenari等将添加剂 Al 2 O 3 和 CaCO 3 加入流化床床料中 结果发现换热面上沉积现象减轻 并且沉积物中 KCl 的含量减少 从而使换热面的腐蚀程 度降低 36 刘兵等 37 研究 Al 2 O 3 对生物质燃料的结渣问 题有抑制作用 认为 Al 2 O 3 比 SiO 2 更容易与碱金属 K 元 素结合生成高熔点的化合物硅铝酸钾 有效缓解碱金属 K 产生结渣问题 添加剂中的 Al 元素与气态 KCl 反应 减 少气态 KCl 的生成量 燃料质量要求添加剂需标明添加 剂成分 ISO 标准要求木质燃料 2 非木质燃料 5 国内标准要求均 2 2 3 环境影响 生物质成型燃料所含细颗粒物不仅污染大气 还会 对人体健康造成一定危害 燃烧排放的污染物可分为两 第 9 期 霍丽丽等 国内外生物质成型燃料质量标准现状 249 类 不完全燃烧产生的污染物和完全燃烧产生的污染 物 不完全燃烧产生的污染物包括一氧化碳 焦油 多 环芳烃 碳氢化合物和焦炭 这些污染物通常是由于燃 烧温度过低 用于燃烧的空气在燃烧区与燃料混合不充 分或者停留时间过短造成的 因此 需要使用生物质成 型燃料专用燃烧设备 实现高效充分燃烧 生物质成型 燃料完全燃烧 也会产生颗粒物 NO X SO 2 以及固 体灰渣重金属 37 38 污染等 生物质成型燃料中的细颗 粒物含量 以及 N S 重金属等元素直接影响污染物 含量 2 3 1 小于 3 15 mm 细颗粒物 生物质颗粒燃料在运输过程其细颗粒物含量过高 会增加粉尘爆炸的风险 同时细小颗粒易吸入粉尘影响 人身健康 细小颗粒物燃烧易产生 PM10 PM2 5 等 39 生物质成型燃料的颗粒物排放远少于煤 如松木和玉米 秸秆燃烧颗粒物比传统煤燃烧减少 70 但生物质成 型燃料的 PM2 5 所占比重较大 主要成分 K 2 SO 4 含 有 K S Cl Zn Na Pb 等元素 40 42 生物质中的 K 等金属元素通过燃烧释放出来 大部分以无机盐形式凝 结成渣 但也有一小部分以气溶胶形式进入环境 这是 颗粒物形成的一个重要途径 根据 GB13271 2014 锅 炉大气污染物排放标准 燃煤锅炉的颗粒物排放限值 在用锅炉 80 mg m 3 新建锅炉 50 mg m 3 重点地区 30 mg m 3 2 3 2 N 元素 N 元素燃烧生成 NO x 有 3 种途径 即热力型 瞬态 型以及燃料型 生物质燃烧温度很难达到 1 300 以上 基本不产生热力型 NO x 80 的 NO x 来自于 800 1 100 时 N 的氧化 燃料型 也有少量在特定条件下由空气 中的 N 转化而成 瞬态型 NO x 排放量主要与生物质 成型燃料中 N 元素含量相关 43 通常 生物质成型燃料 中 N 含量越高 O N 比值越大 燃烧后 NO x 排放量也越 高 瑞典研究结果表明 在 CFB 燃烧炉中 虽然 NO x 的 整体排放量比固定床燃烧系统低得多 30 100 mg Nm 3 但是 NO x 生成量与燃料中含氮量成明显 的依赖关系 44 相比煤炭 生物质成型燃料中 N 含量相 对较低 NO x 排放相对较少 如玉米秸秆中 N 元素含量 为 0 50 0 67 而煤中 N 元素含量为 0 52 1 41 ISO 标准和中国标准均要求木质燃料 1 0 非木质燃 料 2 0 2 3 3 S 元素 S 元素包括生物质机体结构中的有机硫和硫酸盐形 式存在的无机硫 45 有机硫分解是硫析出的主要来源 燃烧时主要以 SO 2 和碱金属 碱土金属硫酸盐的形式存 在 大部分 S 都在气相中释放 随着烟气的冷却 硫酸 盐沉积在设备表面或附着在灰渣表面 SO 2 则在燃料挥发 分的析出及燃烧阶段释放出来 且燃料中 80 100 的 S 转化成 SO 2 46 SO 2 排放要求根据 GB13271 2014 锅 炉大气污染物排放标准 燃煤锅炉的排放限值 47 在用 锅炉 400 mg m 3 新建锅炉 300 mg m 3 重点地区 200 mg m 3 一般生物质成型燃料燃烧锅炉 SO 2 均可达标 排放 S 元素 ISO 标准要求木质燃料 0 05 非木质燃 料 0 30 国内标准要求木质燃料 0 10 非木质燃 料 0 20 生物质成型燃料中的 S 元素含量少 一般比 煤炭低 2 10 个数量级 根据 GB T 15224 2 2010 煤 炭质量分级 第 2 部分 硫分 48 均可达到特低硫煤 0 30 煤炭的最优标准 2 3 4 重金属 重金属元素包括砷 铜 铅 锌 铁 钴 镍 镉 汞等 生物质成型燃料的燃烧过程中 极少部分重金属 元素会随烟气中颗粒物排出 大部分存在于灰渣中 重 金属含量过高 其燃烧后灰渣回用会对土壤等造成污染 因此需严格要求重金属含量 根据 GB T 20475 3 2012 煤中有害元素含量分级 第 3 部分 砷 49 特低砷煤 4 mg kg 低砷煤 4 25 mg kg 中砷煤 25 80 mg kg 高砷煤 80 mg kg 生物质成型燃料中的砷元素含量较低 基本在特低砷煤 范围 根据 GB T 20475 4 2012 煤中有害元素含量分 级 第 43 部分 汞 50 特低汞煤 0 15 mg kg 低汞 煤 0 15 0 25 mg kg 中汞煤 0 25 0 60 mg kg 高汞 煤 0 60 mg kg 生物质成型燃料中汞元素含量较低 基 本在特低汞煤范围 3 生物质成型燃料质量评价 3 1 质量分级 生物质成型燃料的质量分级具体要求详见表 4 6 51 56 其中 生物质成型燃料指标数量分别为颗粒燃 料 21 项 块 棒 状燃料 20 项 热处理后的成型燃料 23 项 生物质成型燃料质量与 ISO 国际标准相比 国内生 物质成型燃料质量及指标要求还不够全面 缺少热处理 后的生物质成型燃料质量分级标准 同时 国内对生物 质成型燃料标准质量的等级划分指标也不够全面 缺少 重金属元素 As Cd Cr Cu Pb Hg Ni Zn 和灰 熔融点等指标要求 低位发热量 S Cl 等部分指标要求 仍偏低 需要进一步完善质量等级要求 3 2 与煤炭质量比较 生物质成型燃料与煤炭相比 如表 7 所示 57 生物 质成型燃料发热量低 但灰分含量低 硫含量 砷和汞 等重金属含量极低 环境效益较优 对保护大气及人居 环境具有重要作用 根据 GB T 15224 3 2010 煤炭质量分级 第 3 部分 发热量 58 热处理后的生物质成型燃料 木质颗粒燃 料一级可达到中低发热量煤 16 7 21 3 MJ kg 标准 其他均在低发热量煤 16 7 MJ kg 范围 根据 GB 34169 2017 商品煤质量 民用散煤 要 求 57 灰分含量无烟 1 号和烟煤 1 号 16 无烟 2 号 和烟煤 2 号 25 生物质成型燃料灰分含量可到达民用 散煤的最优标准要求 农业工程学报 http www tcsae org 2020 年 250 表 4 生物质颗粒燃料质量评价指标及要求 Table 4 Quality evaluation of biomass pellet fuels 木质颗粒燃料 Wood pellets 非木质颗粒燃料 Non woody pellets 指标 Property class I II III I II III 规格 Specification 长度小于直径 4 倍 D6 1 8 1 3 15 L 40 长度小于直径 4 倍 D6 25 1 3 15 L 40 D6 10 3 15 L 50 D12 25 长度小于直径 5 倍 D6 25 1 3 15 L 40 D6 10 3 15 L 50 D12 25 长度小于直径 5 倍 D6 25 1 3 15 L 40 D6 10 3 15 L 50 D12 25 水分 Moisture 10 10 10 10 16 10 10 12 12 16 15 12 10 灰分 Ash 1 5 0 7 3 0 1 2 6 0 2 0 6 0 6 0 8 0 12 0 10 0 6 0 4 0 8 0 机械耐久性 Mechanical durability 97 5 97 5 97 5 97 5 96 5 95 0 97 5 97 5 95 0 95 0 97 5 96 5 低位发热量 Net calorific value MJ kg 1 16 9 16 5 15 9 16 5 14 6 16 5 14 6 14 5 13 4 12 6 14 5 给出具体数值 添加剂 Additives 2 2 2 5 需要具体说明 小于 3 15mm 细颗粒物 Fines 1 0 1 0 1 0 2 0 1 0 1 0 3 0 1 0 堆积密度 Bulk density kg m 3 600 600 500 600 500 600 600 600 500 500 600 580 550 N 0 3 0 3 0 5 0 5 1 0 1 0 1 0 1 5 1 5 2 0 2 0 0 7 0 5 S 0 05 0 04 0 08 0 05 0 1 0 05 0 1 0 2 0 2 0 2 0 3 0 1 0 05 Cl 0 03 0 02 0 03 0 02 0 03 0 03 0 2 0 1 0 2 0 8 0 3 0 1 0 08 As mg kg 1 1 1 Cd mg kg 1 0 5 0 5 Cr mg kg 1 10 50 Cu mg kg 1 10 20 Pb mg kg 1 10 10 Hg mg kg 1 0 1 0 1 Ni mg kg 1 10 10 Zn mg kg 1 100 100 灰熔融性 Ash melting behavior 需要说明 需要说明 结渣性 Slagging 弱结渣性 弱结渣性 弱结渣性 中等结渣性 注 1 外为 NY T 2909 要求 内为 ISO 17225 要求 2 表示草本生物质 水果生物质 水生生物质及其混合物和混合物制得的颗粒燃料 表 示谷物秸秆颗粒燃料 表示芒草颗粒燃料 表示芦苇金丝雀草颗粒燃料 分别为 NY T2909 中 A1 A3 B1 B3 下同 Note outside are the requirements of NY T 2909 in are the requirements of ISO 17225 2 indicates pellets produced from herbaceous biomass fruit biomass aquatic biomass and blends and mixtures indicates cereal straw pellets indicates miscanthus pellets indicates reed canary grass pellets are A1 A3 B1 B3 in NY T2909 respectively the same below 表 5 生物质块 棒 状燃料质量评价指标及要求 Table 5 Quality evaluation of biomass briquettes 木质块 棒 状燃料 Wood briquettes 非木质块 棒 状燃料 Non woody briquettes 指标 Property class I II III I II III 规格