Solid biofuels — Determination of grindability — Hardgrove type method for thermally treated biomass fuels

This document describes a method for determination of grindability of graded thermally treated and densified biomass fuels such as classified in ISO/TS 17225-8, for the purpose of preparing fuels with a defined particle size distribution for effective combustion in pulverized fuel boilers. The grindability characteristics determined by the test method provide guidance as to the pulverizing mill performance when utilizing such fuels. Apart from pelletized materials as described in ISO/TS 17225-8, the method can also be applied to non-compressed or non-densified thermally treated biomass as specified in ISO 17225-1:2021, Table 14 and Table 15. The results created with this method are not relevant for large wood chips, since limitations apply for large pulverizing coal mills, which are typically not used for grinding materials such as chips.

Biocombustibles solides — Détermination de la broyabilité — Méthode de type Hardgrove pour les combustibles de biomasses traitées thermiquement

Le présent document décrit une méthode de détermination de la broyabilité des combustibles de biomasse traitée thermiquement et densifiée selon le classement donné dans l'ISO/TS 17225-8, dans le but de préparer des combustibles avec une distribution granulométrique définie pour une combustion efficace dans les chaudières à combustible pulvérisé. Les caractéristiques de broyabilité déterminées par la méthode d'essai fournissent des recommandations quant aux performances du broyeur-pulvérisateur lors de l'utilisation de tels combustibles. Outre les matériaux sous forme de granulés décrits dans l'ISO/TS 17225-8, la méthode peut également être appliquée à de la biomasse traitée thermiquement non comprimée ou non densifiée décrite dans l'ISO 17225-1:2021, Tableaux 14 et 15. Les résultats obtenus par cette méthode ne sont pas pertinents pour les gros copeaux de bois, car des limites s'appliquent aux grands broyeurs-pulvérisateurs à charbon, qui ne sont généralement pas utilisés pour le broyage de matériaux tels que les copeaux.

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Publication Date
14-Oct-2021
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6060 - International Standard published
Start Date
15-Oct-2021
Completion Date
15-Oct-2021
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ISO/TS 21596:2021 - Solid biofuels -- Determination of grindability -- Hardgrove type method for thermally treated biomass fuels
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REDLINE ISO/TS 21596:2021 - Solid biofuels — Determination of grindability — Hardgrove type method for thermally treated biomass fuels Released:10/22/2021
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ISO/TS 21596:2021 - Biocombustibles solides -- Détermination de la broyabilité -- Méthode de type Hardgrove pour les combustibles de biomasses traitées thermiquement
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 21596
First edition
2021-10
Solid biofuels — Determination of
grindability — Hardgrove type method
for thermally treated biomass fuels
Biocombustibles solides — Détermination de la broyabilité —
Méthode de type Hardgrove pour les combustibles de biomasses
traitées thermiquement
Reference number
ISO/TS 21596:2021(E)
© ISO 2021
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ISO/TS 21596:2021(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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ISO/TS 21596:2021(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ..................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions .................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Apparatus .................................................................................................................................................................................................................... 2

5.1 Standard HGI mill ................................................................................................................................................................................. 2

5.2 Sieves ............................................................................................................................................................................................................... 2

5.3 Glass measuring cylinder .............................................................................................................................................................. 2

5.4 Sieving machine ..................................................................................................................................................................................... 3

5.5 Balance .......................................................................................................................................................................................................... 3

5.6 Cutting mill ................................................................................................................................................................................................ 3

6 Sampling and sample preparation .................................................................................................................................................... 3

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

6.2 Moisture conditions ........................................................................................................................................................................... 3

6.3 Pre-grinding and sieving ............................................................................................................................................................... 3

6.4 Sample size ................................................................................................................................................................................................. 3

7 Procedure ....................................................................................................................................................................................................................3

8 Calculation .................................................................................................................................................................................................................. 4

9 Reproducibility ...................................................................................................................................................................................................... 5

10 Test report .................................................................................................................................................................................................................. 5

Annex A (normative) Calibration curve and thermally treated biomass grindability index

(TTBGI) values for the reference materials............................................................................................................................ 6

Bibliography ................................................................................................................................................................................................................................ 9

iii
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ISO/TS 21596:2021(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to

the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see

www.iso.org/iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 238, Solid biofuels, in collaboration with

the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 335, Solid biofuels, in

accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO/TS 21596:2021(E)
Introduction

Grindability characteristics are of fundamental importance during solid biofuel preparation for energy

conversion processes, requiring a predictable particle size distribution. Particles that are too large or

too wide in their distribution may result in feeding problems as well as un-burnt fuel passing through

the conversion process. Also, in case of processing of biomass for pre-treatment, consistency in particle

size determines the yield of such pre-treatment as well as the quality of the final solid biofuel.

The effectiveness of combustion in a pulverized fuel furnace depends strongly on the reactivity and

particle size distribution of the pulverized fuel among other factors. For coal, the Hardgrove Grindability

Index (HGI) test was developed to characterize the relative grindability of a particular quality of coal

relative to a pre-determined standard quality of coal (ASTM D409). The HGI test is an empirical batch

method that simulates the continuous grinding and crushing operation of a ball, table or tube type of

industrial coal pulverizer, herein also called coal mill. The HGI value is an indication of the degree of

grinding required to reach a particular particle size necessary for effective combustion.

Manufacturers of coal pulverizers for preparation of pulverized coal for combustion in coal burning

plants provide curves that show the relationships between the HGI for coal, coal mill capacity in terms

of tonne/h and coal mill power in kW. This is done as part of the boiler contract and guarantees. It

also serves as a first indication as to how to operate a mill when pulverizing different coals with

predetermined standard properties. A HGI of 50, which is standard industry convention, implies that

100 % capacity in tonnes per hour (as indicated) can be reached for the coal at a fineness of 70 % less

than 75 microns and 99,5 % less than 300 microns. If a coal has a HGI of less than 50 it implies some

level of pulverizer capacity loss while on the other hand, a HGI higher than 50 indicates some level

of pulverizer capacity gain. The HGI method is internationally accepted and quoted as part of the

specification of coal for international trade.

Grindability may also be applied to thermally pre-treated compressed biomass materials, such as

pellets, for pulverization in coal mills. Pre-treatment methods for biomass fuels such as torrefaction,

steam treatment or hydro-thermal carbonization (HTC) upgrade the properties of biomass making it

more effective as a fuel. With increasing interest in the use of such pre-treated biomass fuels for direct

co-firing applications in conventional pulverized coal boilers, this method herein describes a laboratory

procedure for determination of the grindability of pre-treated biofuels for powder fuel preparation.

The HGI determination is subject to many limitations, including the fact that measurements can be

insensitive to the heterogeneous properties of coal that arise from different mineral contents, maceral

constituents and levels of maturity. Three relevant adaptations are applied to the standard HGI method

in order to extend its applicability to thermally pre-treated biomass fuels. The adaptations and their

justification are as follows:
— Amount of sample used for the test determination.
— Particle size used as basis for defining grindability.
— Reference materials for establishing the calibration curve.
0.1 Amount of the sample used for test determination

Coal pulverizers are volumetric devices but with the densities of coals being fairly similar, the capacity

of these devices is expressed in mass units per hour. In contrast different biomass materials have

different densities. Therefore, the sample amount was changed to the volume (75 ± 0,5) cm of input

material, which approximates the bulk volume of the standard reference coal samples with a particle

size between 1,18 mm and 600 μm.
0.2 Particle size used as basis for defining grindability

The standard HGI test for coal uses the mass of particles passing a sieve with an aperture size of 75 μm

as criteria for determining the grindability and the resulting HGI value. The furnace volume is designed

from the knowledge of coals to be utilized so as to provide an adequate residence time for complete

combustion. Combustion efficiency depends in part on fuel particle size especially for pulverized coal

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ISO/TS 21596:2021(E)

furnaces. As the combustion efficiency also depends on the reactivity, which is linked to volatile matter

content of fuels, the particle size for high-volatile fuels, such as thermally treated biomass, would not

necessarily need to meet the strict fineness requirements for coal powders. Therefore, a sieve with an

aperture size of 500 μm is used for determination of grindability of thermally treated biomass. This

adaptation also has positive implications on the repeatability of the determination.

0.3 Reference materials for establishing the calibration curve

In the standard HGI test for coal, four references coals are needed for calibrating a HGI mill. This enables

reproducibility of the results across different labs. For the thermally treated biomass grindability

index determination, this is the very first step. The thermally treated biomass grindability index is

an index for materials originating from biomass. The sieving behavior of biomass materials differs

fundamentally from that of coals due to the difference in the sphericity of the coal particles. Biomass

materials, including thermally treated biomass, are more fibrous and have lengthy dust particles

compared to coals. Thermal treatment processes, such as torrefaction, modifies the property of biomass

by making biomass more like charcoal. Woody charcoal is a product of slow pyrolysis, which degrades

the fibrous nature of the biomass. This consequently improves its grindability as well as the sphericity

of the pulverized fuel.

The adapted grindability method uses wood pellets (ISO 17225-2:2021 A1 class pellets) and wood based

charcoal (ISO 17225-1:2021, Table 14) as calibration reference materials. These biomass reference

materials will be given assigned Thermally Treated Biomass Grindability Index (TTBGI) values as

a result of the procedures described in Annex A. The materials are available commercially for the

determination.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 21596:2021(E)
Solid biofuels — Determination of grindability —
Hardgrove type method for thermally treated biomass
fuels
1 Scope
This document describes a method for determination of grindability of
...

ISO/TS 21596:2021(F)
Date: 2021-10
ISO/TC 238
Date : 2021-04-01
ISO/TS 21596:2021 (F)
ISO/TC 238
Secrétariat : SIS

Biocombustibles solides — Détermination de la broyabilité — Méthode type de Hardgrove pour

les combustibles de biomasses traitées thermiquement

Solid biofuels — Determination of grindability — Hardgrove type method for thermally treated biomass

fuels
ICS 75.160.40
Type du document: Norme internationale
Sous-type du document:
Stade du document: (60) Publication
Langue du document: F
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Type du document: Norme internationale
Sous-type du document:
Stade du document: (60) Publication
Langue du document: F
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ISO/TS 21596:2021(F)
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre,

aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit

et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur l’internet

ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être

adressées à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
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ISO/TS 21596:2021(F)
Sommaire

Avant-propos ............................................................................................................................................................... 6

Introduction................................................................................................................................................................. 7

1 Domaine d'application ............................................................................................................................... 1

2 Références normatives .............................................................................................................................. 1

3 Termes et définitions .................................................................................................................................. 2

4 Principe ........................................................................................................................................................... 1

5 Appareillage .................................................................................................................................................. 2

5.1 Broyeur HGI étalon ...................................................................................................................................... 2

5.2 Tamis ............................................................................................................................................................... 2

5.3 Éprouvette graduée en verre ................................................................................................................... 2

5.4 Machine de tamisage ................................................................................................................................... 2

5.5 Balance ............................................................................................................................................................ 2

5.6 Broyeur à couteaux ..................................................................................................................................... 2

6 Échantillonnage et préparation des échantillons .............................................................................. 2

6.1 Généralités ..................................................................................................................................................... 2

6.2 Conditions d'humidité ................................................................................................................................ 2

6.3 Prébroyage et tamisage ............................................................................................................................. 3

6.4 Taille d'échantillon ...................................................................................................................................... 3

7 Mode opératoire ........................................................................................................................................... 3

8 Calcul ................................................................................................................................................................ 4

9 Reproductibilité ........................................................................................................................................... 4

10 Rapport d'essai ............................................................................................................................................. 4

Annexe A (normative) Courbe d'étalonnage et valeurs de TTBGI pour les matériaux de

référence ......................................................................................................................................................... 6

Bibliographie ............................................................................................................................................................ 10

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ISO/TS 21596:2021(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux

de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général

confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire

partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont décrites

dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents critères

d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été rédigé

conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2

(voir www.iso.org/directives www.iso.org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les références

aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration du document

sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par l'ISO

(voir www.iso.org/brevets www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour

information, par souci de commodité, à l'intentionl’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de

l'ISO aux principes de l'Organisationl’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant : www.iso.org/iso/fr/avant-proposwww.iso.org/avant-

propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 238, Biocombustibles solides., en

collaboration avec le comité technique CEN/TC 335, Bio combustibles solides, du Comité européen de

normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de

Vienne).

Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent

document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se

trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.
© ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO/TS 21596:2021(F)
Introduction

Les caractéristiques de broyabilité sont d'une importance majeure dans la préparation de biocombustibles

solides destinés aux procédés de conversion de l'énergie, nécessitant une distribution granulométrique

prévisible. Une distribution de particules trop grosses ou trop larges peut entraîner des problèmes

d'alimentation ainsi que l'utilisation de carburant non brûlé dans le procédé de conversion. De plus, dans le

cas du prétraitement de la biomasse, l'uniformité de la taille des particules détermine le rendement d'un tel

prétraitement ainsi que la qualité du biocombustible solide final.

L'efficacité de la combustion dans un four à combustible pulvérisé dépend fortement de la réactivité et de la

distribution granulométrique du combustible pulvérisé, entre autres facteurs. Pour le charbon, l'essai

d'indice de broyabilité Hardgrove (HGI, de l'anglais « Hardgrove grindability index ») a été élaboré pour

caractériser la broyabilité relative d'une qualité particulière de charbon par rapport à une qualité étalon

prédéterminée de charbon (ASTM D409). L'essai d'HGI est une méthode empirique par lots qui simule

l'opération de broyage et de concassage en continu d'un pulvérisateur industriel de charbon de type boule,

table ou tube, également appelé ici broyeur à charbon. La valeur d'HGI indique le degré de broyage requis

pour obtenir une taille de particule particulière nécessaire à une combustion efficace.

Les fabricants des broyeurs à charbon, ceux-ci permettant de préparer le charbon pulvérisé pour servir de

combustible dans les centrales à charbon, fournissent des courbes qui établissent les relations entre le HGI

du charbon, la capacité du broyeur à charbon en t/h et la puissance du broyeur à charbon en kW. Ces courbes

sont établies dans le cadre du contrat de chaudière et des garanties associées. Elles servent également de

première indication sur la façon de faire fonctionner un broyeur lors de la pulvérisation de différents

charbons avec des propriétés normalisées prédéterminées. Un HGI de 50 (convention sectorielle

normalisée) implique qu'une capacité de 100 % en t/h (comme indiqué) peut être atteinte pour le charbon

dont la finesse est, pour 70 % du charbon, inférieure à 75 µm et, pour 99,5 % du charbon, inférieure à

300 µm. Ainsi, siSi un charbon a un HGI inférieur à 50, cela implique une certaine perte de capacité du

pulvérisateur, tandis qu'un HGI supérieur à 50 indique un certain gain de capacité du pulvérisateur. La

méthode de l'HGI est internationalement reconnue et citée dans le cadre de la spécification du charbon au

niveau du commerce international.

La broyabilité peut également être appliquée à des matériaux de biomasse comprimée et prétraitée

thermiquement, tels que les granulés, pour pulvérisation dans des broyeurs à charbon. Les méthodes de

prétraitement des combustibles de biomasse telles que la torréfaction, le traitement à la vapeur ou la

carbonisation hydrothermale (HTC, de l'anglais « hydro-thermal carbonization ») améliorent les propriétés

de la biomasse en la rendant plus efficace en tant que combustible. En raison de l'intérêt croissant pour

l'utilisation de ces combustibles de biomasse prétraités pour des applications de co-combustion directe dans

des chaudières à charbon pulvérisé conventionnelles, cette méthode décrit un procédé de laboratoire

permettant de déterminer la broyabilité des biocombustibles prétraités pour la préparation de combustibles

en poudre.

La détermination de l'HGI est soumise à de nombreuses limites, notamment le fait que les mesurages

peuvent être insensibles aux propriétés hétérogènes du charbon qui résultent de différentes teneurs en

minéraux, constituants macéraux et degrés de maturation. Trois adaptations pertinentes sont appliquées à

la méthode de l'HGI étalon afin d'étendre son applicabilité aux combustibles de biomasse traitée

thermiquement. Les adaptations et leur justification sont les suivantes :
— quantité d'échantillons utilisée pour la détermination de l'essai ;
— taille des particules utilisée comme base pour définir la broyabilité ;
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ISO/TS 21596:2021(F)
— matériaux de référence permettant d'établir la courbe d'étalonnage.
0.1 Quantité d'échantillons utilisée pour la détermination de l'essai

Les pulvérisateurs à charbon sont des dispositifs volumétriques, mais, avec des densités de charbon assez

similaires, la capacité de ces dispositifs est exprimée en unités de masse par heure. En revanche, différents

matériaux de biomasse ont des densités différentes. Par conséquent, la quantité d'échantillons a été modifiée

par un volume de (75 ± 0,5) cm de matières entrantes, ce qui correspond approximativement au volume

apparent des échantillons de charbons de référence étalons dont la taille des particules est comprise

entre 1,18 mm et 600 μm.
0.2 Taille des particules utilisée comme base pour définir la broyabilité

L'essai d'HGI étalon pour le charbon utilise la masse des particules traversant un tamis de taille d'ouverture

de 75 μm comme critère pour la détermination de la broyabilité et de la valeur d'HGI résultante. Le volume

du four est établi en fonction des charbons qui seront utilisés afin d'adapter le temps permettant d'obtenir

une combustion complète. L'efficacité de la combustion dépend en partie de la taille des particules du

combustible, en particulier pour les fours à charbon pulvérisé. L'efficacité de la combustion dépendant

également de la réactivité, qui est liée à la teneur en matières volatiles des combustibles, la granulométrie

des combustibles hautement volatils, comme la biomasse traitée thermiquement, n'a pas nécessairement

besoin de répondre aux exigences strictes de finesse des poudres de charbon. Par conséquent, un tamis avec

une taille d'ouverture de 500 μm est utilisé pour déterminer la broyabilité de la biomasse traitée

thermiquement. Cette adaptation a également des implications positives sur la répétabilité de la

détermination.
0.3 Matériaux de référence permettant d'établir la courbe d'étalonnage

Dans l'essai d'HGI étalon pour le charbon, quatre charbons de référence sont nécessaires pour étalonner un

broyeur HGI. Cela permet la reproductibilité des résultats dans différents laboratoires. Pour la

détermination de l'indice de broyabilité de la biomasse traitée thermiquement, il s'agit de la toute première

étape. L'indice de broyabilité de la biomasse traitée thermiquement est un indice concernant les matériaux

issus de la biomasse. Le comportement relatif au tamisage des matériaux de biomasse diffère

fondamentalement de celui des charbons en raison de la différence de sphéricité des particules de charbon.

Les matériaux de biomasse, y compris la biomasse traitée thermiquement, sont plus fibreux et ont de longues

particules de poussière comparativement aux charbons. Les procédés de traitement thermique, par exemple

la torréfaction, modifient les propriétés de la biomasse en les rendant plus proches de celles du charbon de

bois. Le charbon de bois est un produit de pyrolyse lente, qui dégrade la nature fibreuse de la biomasse. Sa

broyabilité est par conséquent améliorée, et il en est de même pour la sphéricité du combustible pulvérisé.

La méthode de broyabilité adaptée utilise des granulés de bois (ISO 17225-2:2021, granulés de bois de

classe A1) et du charbon de bois (ISO 17225-1:2021, Tableau 14) comme matériaux de référence pour

l'étalonnage. Ces matériaux de référence de biomasse se verront attribuer des valeurs d'indice de broyabilité

de biomasse traitée thermiquement (TTBGI) à partir des procédures décrites à l'Annexe A. Les matériaux

pour la détermination sont disponibles dans le commerce.
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viii
---------------------- Page: 7 ----------------------
SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 21596:2021(F)
Biocombustibles solides — Détermination de la broyabilité —
Méthode type de Hardgrove pour les combustibles de biomasses
traitées thermiquement
1 Domaine d'application

Le présent document décrit une méthode de détermination de la broyabilité des combustibles de

biomasse traitée thermiquement et densifiée selon le classement donné dans l'ISO/TS 17225-8, dans le

but de préparer des combustibles avec une distribution granulométrique définie pour une combustion

efficace dans les chaudières à combustible pulvérisé. Les caractéristiques de broyabilité déterminées par

la méthode d'essai fournissent des recommandations quant aux performances du broyeur-pulvérisateur

lors de l'utilisation de tels combustibles.

Outre les matériaux sous forme de granulés décrits dans l'ISO/TS 17225-8, la méthode peut également

être appliquée à de la biomasse traitée thermiquement non comprimée ou non densifiée décrite dans

l'ISO 17225-1:2021, Tableaux 14 et 15.

Les résultats obtenus par cette méthode ne sont pas pertinents pour les gros copeaux de bois, car des

limites s'appliquent aux grands broyeurs-pulvérisateurs à charbon, qui ne sont généralement pas utilisés

pour le broyage de matériaux tels que les copeaux.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'éditi

...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 21596
Première édition
2021-10
Biocombustibles solides —
Détermination de la broyabilité —
Méthode de type Hardgrove pour les
combustibles de biomasses traitées
thermiquement
Solid biofuels — Determination of grindability — Hardgrove type
method for thermally treated biomass fuels
Numéro de référence
ISO/TS 21596:2021(F)
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ISO/TS 21596:2021(F)
Sommaire Page

Avant-propos .............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ...................................................................................................................................................................................1

2 Références normatives ..................................................................................................................................................................................1

3 Termes et définitions ...................................................................................................................................................................................... 1

4 Principe.......................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 2

5.1 Broyeur HGI étalon ............................................................................................................................................................................. 2

5.2 Tamis ............................................................................................................................................................................................................... 2

5.3 Éprouvette graduée en verre ..................................................................................................................................................... 3

5.4 Machine de tamisage ......................................................................................................................................................................... 3

5.5 Balance .......................................................................................................................................................................................................... 3

5.6 Broyeur à couteaux ............................................................................................................................................................................. 3

6 Échantillonnage et préparation des échantillons ............................................................................................................ 3

6.1 Généralités ................................................................................................................................................................................................. 3

6.2 Conditions d'humidité ...................................................................................................................................................................... 3

6.3 Prébroyage et tamisage .................................................................................................................................................................. 3

6.4 Taille d'échantillon .............................................................................................................................................................................. 3

7 Mode opératoire ................................................................................................................................................................................................... 4

8 Calcul ................................................................................................................................................................................................................................ 4

9 Reproductibilité ................................................................................................................................................................................................... 5

10 Rapport d'essai ......................................................................................................................................................................................................5

Annexe A (normative) Courbe d'étalonnage et valeurs de TTBGI pour les matériaux de

référence....................................................................................................................................................................................................................... 6

Bibliographie .............................................................................................................................................................................................................................. 9

iii
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ISO/TS 21596:2021(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a

été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir

www.iso.org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

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Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 238, Biocombustibles solides, en

collaboration avec le comité technique CEN/TC 335, Bio combustibles solides, du Comité européen de

normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de

Vienne).

Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent

document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.
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ISO/TS 21596:2021(F)
Introduction

Les caractéristiques de broyabilité sont d'une importance majeure dans la préparation de

biocombustibles solides destinés aux procédés de conversion de l'énergie, nécessitant une distribution

granulométrique prévisible. Une distribution de particules trop grosses ou trop larges peut entraîner

des problèmes d'alimentation ainsi que l'utilisation de carburant non brûlé dans le procédé de

conversion. De plus, dans le cas du prétraitement de la biomasse, l'uniformité de la taille des particules

détermine le rendement d'un tel prétraitement ainsi que la qualité du biocombustible solide final.

L'efficacité de la combustion dans un four à combustible pulvérisé dépend fortement de la réactivité et

de la distribution granulométrique du combustible pulvérisé, entre autres facteurs. Pour le charbon,

l'essai d'indice de broyabilité Hardgrove (HGI, de l'anglais «Hardgrove grindability index») a été élaboré

pour caractériser la broyabilité relative d'une qualité particulière de charbon par rapport à une qualité

étalon prédéterminée de charbon (ASTM D409). L'essai d'HGI est une méthode empirique par lots qui

simule l'opération de broyage et de concassage en continu d'un pulvérisateur industriel de charbon de

type boule, table ou tube, également appelé ici broyeur à charbon. La valeur d'HGI indique le degré de

broyage requis pour obtenir une taille de particule particulière nécessaire à une combustion efficace.

Les fabricants des broyeurs à charbon, ceux-ci permettant de préparer le charbon pulvérisé pour servir

de combustible dans les centrales à charbon, fournissent des courbes qui établissent les relations entre

le HGI du charbon, la capacité du broyeur à charbon en t/h et la puissance du broyeur à charbon en kW.

Ces courbes sont établies dans le cadre du contrat de chaudière et des garanties associées. Elles servent

également de première indication sur la façon de faire fonctionner un broyeur lors de la pulvérisation

de différents charbons avec des propriétés normalisées prédéterminées. Un HGI de 50 (convention

sectorielle normalisée) implique qu'une capacité de 100 % en t/h (comme indiqué) peut être atteinte

pour le charbon dont la finesse est, pour 70 % du charbon, inférieure à 75 µm et, pour 99,5 % du charbon,

inférieure à 300 µm. Si un charbon a un HGI inférieur à 50, cela implique une certaine perte de capacité

du pulvérisateur, tandis qu'un HGI supérieur à 50 indique un certain gain de capacité du pulvérisateur.

La méthode de l'HGI est internationalement reconnue et citée dans le cadre de la spécification du

charbon au niveau du commerce international.

La broyabilité peut également être appliquée à des matériaux de biomasse comprimée et prétraitée

thermiquement, tels que les granulés, pour pulvérisation dans des broyeurs à charbon. Les méthodes

de prétraitement des combustibles de biomasse telles que la torréfaction, le traitement à la vapeur

ou la carbonisation hydrothermale (HTC, de l'anglais «hydro-thermal carbonization») améliorent les

propriétés de la biomasse en la rendant plus efficace en tant que combustible. En raison de l'intérêt

croissant pour l'utilisation de ces combustibles de biomasse prétraités pour des applications de co-

combustion directe dans des chaudières à charbon pulvérisé conventionnelles, cette méthode décrit un

procédé de laboratoire permettant de déterminer la broyabilité des biocombustibles prétraités pour la

préparation de combustibles en poudre.

La détermination de l'HGI est soumise à de nombreuses limites, notamment le fait que les mesurages

peuvent être insensibles aux propriétés hétérogènes du charbon qui résultent de différentes teneurs

en minéraux, constituants macéraux et degrés de maturation. Trois adaptations pertinentes sont

appliquées à la méthode de l'HGI étalon afin d'étendre son applicabilité aux combustibles de biomasse

traitée thermiquement. Les adaptations et leur justification sont les suivantes:
— quantité d'échantillons utilisée pour la détermination de l'essai;
— taille des particules utilisée comme base pour définir la broyabilité;
— matériaux de référence permettant d'établir la courbe d'étalonnage.
0.1 Quantité d'échantillons utilisée pour la détermination de l'essai

Les pulvérisateurs à charbon sont des dispositifs volumétriques, mais, avec des densités de charbon

assez similaires, la capacité de ces dispositifs est exprimée en unités de masse par heure. En

revanche, différents matériaux de biomasse ont des densités différentes. Par conséquent, la quantité

d'échantillons a été modifiée par un volume de (75 ± 0,5) cm de matières entrantes, ce qui correspond

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ISO/TS 21596:2021(F)

approximativement au volume apparent des échantillons de charbons de référence étalons dont la taille

des particules est comprise entre 1,18 mm et 600 μm.
0.2 Taille des particules utilisée comme base pour définir la broyabilité

L'essai d'HGI étalon pour le charbon utilise la masse des particules traversant un tamis de taille

d'ouverture de 75 μm comme critère pour la détermination de la broyabilité et de la valeur d'HGI

résultante. Le volume du four est établi en fonction des charbons qui seront utilisés afin d'adapter le

temps permettant d'obtenir une combustion complète. L'efficacité de la combustion dépend en partie

de la taille des particules du combustible, en particulier pour les fours à charbon pulvérisé. L'efficacité

de la combustion dépendant également de la réactivité, qui est liée à la teneur en matières volatiles

des combustibles, la granulométrie des combustibles hautement volatils, comme la biomasse traitée

thermiquement, n'a pas nécessairement besoin de répondre aux exigences strictes de finesse des

poudres de charbon. Par conséquent, un tamis avec une taille d'ouverture de 500 μm est utilisé pour

déterminer la broyabilité de la biomasse traitée thermiquement. Cette adaptation a également des

implications positives sur la répétabilité de la détermination.
0.3 Matériaux de référence permettant d'établir la courbe d'étalonnage

Dans l'essai d'HGI étalon pour le charbon, quatre charbons de référence sont nécessaires pour étalonner

un broyeur HGI. Cela permet la reproductibilité des résultats dans différents laboratoires. Pour la

détermination de l'indice de broyabilité de la biomasse traitée thermiquement, il s'agit de la toute

première étape. L'indice de broyabilité de la biomasse traitée thermiquement est un indice concernant

les matériaux issus de la biomasse. Le comportement relatif au tamisage des matériaux de biomasse

diffère fondamentalement de celui des charbons en raison de la différence de sphéricité des particules

de charbon. Les matériaux de biomasse, y compris la biomasse traitée thermiquement, sont plus fibreux

et ont de longues particules de poussière comparativement aux charbons. Les procédés de traitement

thermique, par exemple la torréfaction, modifient les propriétés de la biomasse en les rendant plus

proches de celles du charbon de bois. Le charbon de bois est un produit de pyrolyse lente, qui dégrade la

nature fibreuse de la biomasse. Sa broyabilité est par conséquent améliorée, et il en est de même pour la

sphéricité du combustible pulvérisé.

La méthode de broyabilité adaptée utilise des granulés de bois (ISO 17225-2:2021, granulés de bois

de classe A1) et du charbon de bois (ISO 17225-1:2021, Tableau 14) comme matériaux de référence

pour l'étalonnage. Ces matériaux de référence de biomasse se verront attribuer des valeurs d'indice de

broyabilité de biomasse traitée thermiquement (TTBGI) à partir des procédures décrites à l'Annexe A.

Les matériaux pour la détermination sont disponibles dans le commerce.
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 21596:2021(F)
Biocombustibles solides — Détermination de la broyabilité
— Méthode de type Hardgrove pour les combustibles de
biomasses traitées thermiquement
1 Domaine d'application

Le présent document décrit une méthode de détermination de la broyabilité des combustibles de

biomasse traitée thermiquement et densifiée selon le classement donné dans l'ISO/TS 17225-8, dans le

but de préparer des combustibles avec une distribution granulométrique définie pour un

...

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 21596
First edition
Solid biofuels — Determination
of grindability — Hardgrove type
method for thermally treated biomass
fuels
PROOF/ÉPREUVE
Reference number
ISO/TS 21596:2021(E)
ISO 2021
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ISO/TS 21596:2021(E)
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Published in Switzerland
ii PROOF/ÉPREUVE © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO/TS 21596:2021(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 2

5.1 Standard HGI mill ................................................................................................................................................................................. 2

5.2 Sieves ............................................................................................................................................................................................................... 2

5.3 Glass measuring cylinder ............................................................................................................................................................... 2

5.4 Sieving machine ..................................................................................................................................................................................... 3

5.5 Balance ........................................................................................................................................................................................................... 3

5.6 Cutting mill ................................................................................................................................................................................................. 3

6 Sampling and sample preparation .................................................................................................................................................... 3

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

6.2 Moisture conditions ............................................................................................................................................................................ 3

6.3 Pre-grinding and sieving ................................................................................................................................................................ 3

6.4 Sample size ................................................................................................................................................................................................. 3

7 Procedure..................................................................................................................................................................................................................... 3

8 Calculation .................................................................................................................................................................................................................. 4

9 Reproducibility ...................................................................................................................................................................................................... 5

10 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 5

Annex A (normative) Calibration curve and Thermally Treated Biomass Grindability Index

(TTBGI) values for the reference materials ............................................................................................................................. 6

Bibliography ................................................................................................................................................................................................................................ 9

© ISO 2021 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE iii
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ISO/TS 21596:2021(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 238 Solid biofuels.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO/TS 21596:2021(E)
Introduction

Grindability characteristics are of fundamental importance during solid biofuel preparation for energy

conversion processes, requiring a predictable particle size distribution. Particles that are too large or

too wide in their distribution may result in feeding problems as well as un-burnt fuel passing through

the conversion process. Also, in case of processing of biomass for pre-treatment, consistency in particle

size determines the yield of such pre-treatment as well as the quality of the final solid biofuel.

The effectiveness of combustion in a pulverized fuel furnace depends strongly on the reactivity and

particle size distribution of the pulverized fuel among other factors. For coal, the Hardgrove Grindability

Index (HGI) test was developed to characterize the relative grindability of a particular quality of coal

relative to a pre-determined standard quality of coal (ASTM D 409). The HGI test is an empirical batch

method that simulates the continuous grinding and crushing operation of a ball, table or tube type of

industrial coal pulverizer, herein also called coal mill. The HGI value is an indication of the degree of

grinding required to reach a particular particle size necessary for effective combustion.

Manufacturers of coal pulverizers for preparation of pulverized coal for combustion in coal burning

plants provide curves that show the relationships between the HGI for coal, coal mill capacity in terms

of tonne/h and coal mill power in kW. This is done as part of the boiler contract and guarantees. It

also serves as a first indication as to how to operate a mill when pulverizing different coals with

predetermined standard properties. A HGI of 50, which is standard industry convention, implies that

100 % capacity in tonnes per hour (as indicated) can be reached for the coal at a fineness of 70 % less

than 75 microns and 99,5 % less than 300 microns. So, if a coal has a HGI of less than 50 it implies

some level of pulverizer capacity loss while on the other hand, a HGI higher than 50 indicates some

level of pulverizer capacity gain. The HGI method is internationally accepted and quoted as part of the

specification of coal for international trade.

Grindability may also be applied to thermally pre-treated compressed biomass materials, such as

pellets, for pulverization in coal mills. Pre-treatment methods for biomass fuels such as torrefaction,

steam treatment or hydro-thermal carbonization (HTC) upgrade the properties of biomass making it

more effective as a fuel. With increasing interest in the use of such pre-treated biomass fuels for direct

co-firing applications in conventional pulverized coal boilers, this method herein describes a laboratory

procedure for determination of the grindability of pre-treated biofuels for powder fuel preparation.

The HGI determination is subject to many limitations, including the fact that measurements can be

insensitive to the heterogeneous properties of coal that arise from different mineral contents, maceral

constituents and levels of maturity. Three relevant adaptations are applied to the standard HGI method

in order to extend its applicability to thermally pre-treated biomass fuels. The adaptations and their

justification are as follows:
— Amount of sample used for the test determination.
— Particle size used as basis for defining grindability.
— Reference materials for establishing the calibration curve.
0.1 Amount of the sample used for test determination

Coal pulverizers are volumetric devices but with the densities of coals being fairly similar, the capacity

of these devices is expressed in mass units per hour. In contrast different biomass materials have

different densities. Therefore, the sample amount was changed to the volume (75 ± 0,5) cm of input

material, which approximates the bulk volume of the standard reference coal samples with a particle

size between 1,18 mm and 600 μm.
0.2 Particle size used as basis for defining grindability

The standard HGI test for coal uses the mass of particles passing a sieve with an aperture size of 75 μm

as criteria for determining the grindability and the resulting HGI value. The furnace volume is designed

from the knowledge of coals to be utilized so as to provide an adequate residence time for complete

combustion. Combustion efficiency depends in part on fuel particle size especially for pulverized coal

© ISO 2021 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE v
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ISO/TS 21596:2021(E)

furnaces. As the combustion efficiency also depends on the reactivity, which is linked to volatile matter

content of fuels, the particle size for high-volatile fuels, such as thermally treated biomass, would not

necessarily need to meet the strict fineness requirements for coal powders. Therefore, a sieve with an

aperture size of 500 μm is used for determination of grindability of thermally treated biomass. This

adaptation also has positive implications on the repeatability of the determination.

0.3 Reference materials for establishing the calibration curve

In the standard HGI test for coal, four references coals are needed for calibrating a HGI mill. This enables

reproducibility of the results across different labs. For the thermally treated biomass grindability

index determination, this is the very first step. The thermally treated biomass grindability index is

an index for materials originating from biomass. The sieving behavior of biomass materials differs

fundamentally from that of coals due to the difference in the sphericity of the coal particles. Biomass

materials, including thermally treated biomass, are more fibrous and have lengthy dust particles

compared to coals. Thermal treatment processes, such as torrefaction, modifies the property of biomass

by making biomass more like charcoal. Woody charcoal is a product of slow pyrolysis, which degrades

the fibrous nature of the biomass. This consequently improves its grindability as well as the sphericity

of the pulverized fuel.

The adapted grindability method uses wood pellets (ISO 17225-2:2021 A1 class pellets) and wood

based charcoal (ISO 17225-1:2021 Table 14) as calibration reference materials. These biomass reference

materials will be given assigned Thermally Treated Biomass Grindability Index (TTBGI) values as a

result of the procedures described in the Annex A. The materials are available commercially for the

determination.
vi PROOF/ÉPREUVE © ISO 2021 – All rights reserved
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 21596:2021(E)
Solid biofuels — Determination of grindability —
Hardgrove type method for thermally treated biomass
fuels
1 Scope

This document describes a method for determination of grindability of graded thermally treated and

densified biomass fuels such as classified in ISO/TS 17225-8, for the purpose of preparing fuels with a

defined particle size distribution for e
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.