EnglishRSSkontaktyčlenstvísitemapinzerce a reklama
Biom.cz
biomasa, biopaliva, bioplyn, pelety, kompostování a jejich využití

ODBORNÉ ČLÁNKY

Výskum progresívnych konštrukcií zhutňovacích strojov

Úvod

Výroba ušľachtilých biopalív je vhodnou cestou ako energeticky efektívne zhodnotiť biomasu a ďalší energetický odpad. Ušľachtilé biopalivo musí okrem energetických, environmentálnych a ekonomických kritérií spĺňať aj kritérium vysokého komfortu a bezpečnosti pri jeho spaľovaní. Moderný energonosič musí mať rovnomernú veľkosť frakcie, hustotu, vlhkosť a vhodný tvar. Technológiami transformujúcimi biomasu do biopalív s požadovanými vlastnosťami sú technológie zhutňovania.

Obr. 1: Briketovací lis BZ 50-250

ÚSETM sa už niekoľko rokov venuje materiálovému a energetickému zhodnocovaniu biomasy. V predchádzajúcich rokoch sme pozornosť zamerali na vývoj strojov určených na úpravu a briketovanie biomasy. Na katedre sme vyvinuli modulový drviaci stroj DZ 240, bubnový rotačný triedič TR 2000, modulový dopravný a skladovací systém. V poslednom čase, v súlade s celosvetovým trendom, venujeme zvýšenú pozornosť technológiám zhutňovania. Dôkazom toho je na katedre vyvinutý a komerčne úspešný mechanický briketovací lis BZ 50-250, (obr. 1). Z prebiehajúcich výskumných aktivít sú významné hlavne skúšky nového konštrukčného princípu peletovacieho stroja, vývoj multitechnologickej konštrukcie zhutňovacieho stroja, lisovania suroviny so zvýšenou vlhkosťou, či vývoj zhuťnovacieho stroja novej generácie, produktom ktorého bude úplne nový tvar výlisku.

Obr. 2: Výskumné aktivity v oblasti zhutňovania

Často dostávame otázku, ktorá technológia je výhodnejšia, briketovanie alebo peletovanie? Podať jednoznačnú odpoveď na túto otázku je veľmi ťažké, prakticky nemožné. Výber technológie je závislý od finančných zdrojov, množstva, druhu a kvality spracovávanej suroviny, od dodavateľsko -odberateľských vzťahov, atď.

Výskum

Výskum, ktorý realizujeme na našom pracovisku v oblasti zhutňovania, môžeme rozdeliť do dvoch základných častí, na základný a aplikačný. Základný výskum zahrňuje samotných technológií zhutňovania, výskum a vývoj nových konštrukcií, (obr. 2). Obsahom aplikačného výskumu je projektová činnosť.

Výskum a vývoj nových konštrukcií zhutňovacích strojov možno rozdeliť do nasledujúcich etáp:

  • analýza technológie
  • analýza existujúcich konštrukcií
  • návrh novej konštrukcie
  • výroba prototypu a funkčné skúškyparametre ovplyvňujúce výslednú kvalitu výliskov a zhutňovací proces

Nové konštrukcie lisov

Nové princípy konštrukčných uzlov a zhutňovacích strojov možno zhrnúť do nasledovných reálnych výstupov, na:

  • cenovo dostupnú konštrukciu peletovacieho stroja
  • multitechnologickú konštrukciu zhutňovacieho stroja
  • dvojkomorový briketovací lis BL 2-65-700 – modulová stavba
  • novú konštrukciu zhutňovacieho stroja – nový tvar výliskov
  • protibežnú konštrukciu závitovkového lisu
  • hubicu umožňujúcu zhutňovať surovinu so zvýšenou vlhkosťou

Väčšinu týchto výstupov máme dnes už patentovo chránené.

Cenovo dostupná konštrukcia peletovacieho stroja

Malé a stredne veľké zhutňovacie stroje by bolo možné nasadiť v stolárskych a drevospracujúcich podnikoch rádovo v desiatkach a stovkách kusov. Tým by si viaceré firmy riešili problém s vykurovaním. Problémom je vysoká cena klasických peletovacích strojov.

Obr. 3: Nová konštrukcia peletovacieho stroja s axiálno – rotačnými kotúčmi

Jedným z možných riešení novej cenovo dostupnej konštrukcie peletovacieho stroja je lis s axiálno – rotačnými valcami vyvinutý na našej katedre. Rez lisom je znázornený na obrázku 3. V súčasnosti sme dokončili výrobu funkčného prototypu lisu a začali sme realizovať prvé prevádzkové skúšky, obr. 4. Na funkčnom modeli sme dosahovali výkon 25 – 40 kilogramov, a príkon 250 Wattov. Je reálny predpoklad, že prototyp vo väčšom prevedení bude mať dostatočný výkon a bude cenovo prijateľný.

Obr. 4: Pohľad na funkčný model novej konštrukcie peletovacieho stroja

Multitechnologická konštrukcia zhutňovacieho stroja

Našou snahou je, aby sme jednoduchou výmenou lisovacej hubice na briketovacom lise mohli vyrábať pelety. Princíp zmeny je zrejmý z obrázku 5. Máme vyrobenú špeciálnu peletovaciu hubicu na náš briketovací lis BZ 50280 av tomto období sme začali v Lehote pod Vtáčnikom a v spolupráci SDVÚ s realizáciou prevádzkových skúšok na konkrétnej surovine – slame.

Obr. 5: Briketovací lis BL 50-250 s vymeniteľnými lisovacími hubicami umoţňujúcimi vyrábať brikety i pelety

Dvojkomorový briketovací lis BL 2-65-700

V roku 2003 bol vypracovaný projekt dvojkomorového prevedenia lisu BL 2-65-700 použitím unifikovaných dielcov a podskupín z už existujúceho jednokomorového lisu BL 50-250, obr. 6. Výkon stroja (kg.h-1) sa zdvojnásobí, príkon lisu (kW) ale nie je dvojnásobný. Konečný cieľ projektu je rozpracovať existujúcu konštrukciu briketovacieho lisu na modulovú stavbu s rôznymi priemermi produkovaných brikiet (50, 55, 60, 65 mm), v jedno alebo dvojkomorovom prevedení. Výrobné náklady na lis by sa pritom znížili, pretože až 83 % dielov nezávisí od priemeru vyrábaných brikiet a počtu lisovacích komôr. Podľa požiadaviek zákazníka by sme potom vedeli navrhnúť stroj šitý na mieru tak z hľadiska výkonu ako aj z hľadiska požadovaného priemeru brikety. V súčasnosti ukončujeme úpravu výkresovej dokumentácie pre výrobu lisu vo firme Vural, a.s. Žilina.

Obr. 6: Briketovací lis BL 50-250 v samostatnom radeni, v paralelnom radeni a dvokomorove provedenie BL 250-250 lisu

Nová konštrukcia zhutňovacieho stroja – nový tvar a rozmer výlisku

Som presvedčený, že peleta nie je tvarovo a rozmerovo konečným riešením moderného energonosiča. Toto presvedčenie vyplýva z vysokých nárokov na kvalitu vstupnej suroviny a z vysokého opotrebovania lisovacích matríc pri výrobe peliet. Valec nie je optimálnym tvarom ani z hľadiska automatizovanej dopravy paliva. Preto už dnes dokončujeme výkresovú dokumentáciu pre výrobu funkčného modelu úplne novej konštrukcie zhutňovacieho stroja.

Obr. 7: Prstencový lis a) rez lisom, b) 3D model

Protibežná konštrukcia závitovkového lisu

U bežných jednostranných závitovkových lisov (napr. systém Pini & Kay) je nepopierateľný fakt extrémne vysokého axiálneho zaťaženia ložísk závitovky a samotné vysoké opotrebenie závitovky. Závitovkové lisy majú celý rad výhod (kontinuálne vytláčanie brikety, vysoký stupeň zhutnenia), pre ktoré je dobré zaoberať sa ich ďalším vývojom. V roku 2002 bola preto na katedre vypracovaná prvá štúdia závitovkového briketovacieho lisu s protibežným vytláčaním brikety (obr. 8). U protibežného spôsobu závitovkového briketovania sa predpokladá eliminácia vysokého zaťaženia ložísk závitovky. Kľúčom k úspechu riešenia celého problému bude vyriešenie extrémneho opotrebovania pracovnej závitovky lisu. Z uvedeného dôvodu kladieme zvláštny dôraz na materiálovú, konštrukčnú a rozmerovú optimalizáciu pracovnej závitovky. Vývoj v tejto oblasti orientujeme na optimalizáciu rozmeru závitovky, na hľadanie vhodného materiálu, či povrchovej úpravy alebo na možnosť návrhu skladanej konštrukcie závitovky (obr. 9), pri ktorej počítame s jednoduchou výmenou rýchlo sa opotrebovateľnej časti.

 
Obr. 8: Koncepcia odvrátenej konštrukcie závitovkového briketovacieho lisu
Obr. 9: Rekonštrukcia závitovky peletovacieho lisu
 

Zhutňovanie suroviny so zvýšenou vlhkosťou

V súčasnosti sa vo svete zhutňuje surovina, ktorá má menšiu relatívnu vlhkosť ako 18 %. Klasické sušenie je pritom energeticky veľmi náročné. V tejto súvislosti sa zaoberáme sa dvomi možnosťami výskumného bádania. Tou prvou je zvládnuť technologický proces zhutňovania pri vyššej hodnote relatívnej vlhkosti, ako je hraničná. Pre tento účel sme na katedre vyvinuli tzv. dýchaciu lisovaciu hubicu, ktorá umožňuje odvod vody z lisovacej hubice. Experimentálne skúšky potvrdili, že môžeme dosiahnuť kvalitný výlisok aj pri vstupnej vlhkosti suroviny 25 %.

Obr. 10: Výkres dýchacej hubice
Druhou cestou je náhrada technológie sušenia viacnásobným zhutnením suroviny. Keď zhutňujeme surovinu s vysokou vlhkosťou, výlisok sa po zhutnení opäť rozpadne. Dodaním tepla pri zhutnení sa zo suroviny v krátkom čase odparí veľké množstvo vody. Pri viacnásobnom zhutňovaní dostaneme na vstupe do lisu požadovanú vlhkosť lisovanej suroviny a na výstupe kompaktný výlisok. Laboratórne skúšky ukázali, že kvalitný výlisok je možne dosiahnuť už pri treťom zhutnení. Meraná vlhkosť suroviny na vstupe do lisu mala hodnoty 50, 28 a 16 percent.

Poďakovanie

„Tento príspevok bol vytvorený realizáciou projektu „Vývoj progresívnej technológie zhutňovania biomasy a výroba prototypov a vysokoproduktívnych nástrojov“ (ITMS kód Projektu: 26240220017), na základe podpory operačného programu Výskum a vývoj financovaného z Európskeho fondu regionálneho rozvoja.“

Použitá literatúra

  1. Projekt vedy a výskumu číslo: 2003 SP 26 028 0C 04. Technológia výroby a zariadenie na výrobu modifikovaného energonosiča. Bratislava December 2003, 84 s. Zodpovedný riešiteľ: ŠOOŠ, Ľ.
  2. ŠOOŠ, Ľ.: Briketovací alebo peletovací lis s vyššou odolnosťou závitovky. -, 2009. -Číslo úžitkového vzoru: SK 5222 Y1. -Dátum nadobudnutia: 1.7. 2009.
  3. ŠOOŠ, Ľ.: Multitechnologická hubica briketovacieho lisu. -, 2009. -Číslo patentu: SK 286878. -Dátum udelenia: 4. 5. 2009.
  4. ŠOOŠ, Ľ.: Skladaná hubica briketovacieho lisu. -, 2009. -Číslo patentu: SK 286889. -Dátum udelenia: 4.5. 2009.
  5. ŠOOŠ, Ľ. -GRMAN, M.: Spôsob lisovania peliet zo sypkej organickej a/alebo anorganickej suroviny alebo surovinovej zmesi a lis na pelety. -, 2009. -Číslo patentu: SK 286877. -Dátum udelenia: 4. 5. 2009.

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Potenciál odpadov v Slovenskej republike ako alternativa ku klasickým energonosičom
Úsporná vychytávka – vytápění peletami
Sušení biomasy na dvourotorové kontaktní kotoučové sušárně
Tuhá biopaliva z místních zdrojů
Brikety z biomasy - dřevěné, rostlinné, směsné brikety
Profity a úskalia výroby ušľachtilých biopalív
Vlastnosti paliv z RRD v závislosti na jejich zpracování

Zobrazit ostatní články v kategorii Obnovitelné zdroje energie, Pelety a brikety, Spalování biomasy

Datum uveřejnění: 11.1.2012
Poslední změna: 3.2.2012
Počet shlédnutí: 5148

Citace tohoto článku:
ŠOOŠ, Ľubomír: Výskum progresívnych konštrukcií zhutňovacích strojov. Sborník příspěvků ze semináře „Energie z biomasy X“, VUT v Brně, 2009, ISBN 978-80-214-4027-2

Komentáře:
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto


 
© 2001-2009, CZ Biom  -  České sdružení pro biomasu,  Opletalova 7/918, 111 44 Praha 1,   Tel.: 604 856 036,   E-mail: sekretariat@biom.cz
Webhosting/ webdesign / publikační systém TOOLKIT - Econnect
Treti ruka energieplus Česká peleta Ekologie, pasivní domy, solární energie, alternativní zdroje, zelené bydlení EnviWeb - portál pro ochranu a tvorbu životního prostředí Lesnicko-dřevařský www server Internetové energetické konzultační a poradenské středisko Portál Energetika Ekolist po drátě