Technologie pro zpracování dendromasy - těžebních zbytků

Zvyšování poptávky po obnovitelných zdrojích energie je spojeno s plánovaným významným navýšením využití biomasy pro energetické účely. V sektoru lesního hospodářství lze za perspektivní energetické zdroje považovat zejména těžební zbytky, nekvalitní sortimenty dříví a teoreticky i cíleně pěstované dřeviny.

S rozvojem využívání dendromasy pro energetické účely je spojen i rozvoj technologií pro její zpracování. Štěpkovače, drtiče, popř. svazkovače musí splňovat mnoho požadavků producentů i zpracovatelů biomasy – producentů energie. Mezi základní požadavky patří ekonomická perspektivnost výroby, proveditelnost v daném terénu, technologické požadavky na kvalitu výstupního materiálu a ekologická šetrnost. V této oblasti již existuje mnoho zkušeností a technologie pro dezintegraci dendromasy (těžebních zbytků) jsou nabízeny mnoha výrobci.

Příspěvek se věnuje praktickému popisu vlastností běžně využívaných technologií pro zpracování dendromasy a technologiím zvyšujícím efektivitu zpracování dendromasy.

Technologie pro zpracování těžebních zbytků a nekvalitních sortimentů dříví

Rozdružování těžebních zbytků probíhá dvěma odlišnými metodami. První je metodou štěpkování, kde je vstupní materiál dělen ostrými noži na homogenní štěpku. Druhým způsobem rozdružení těžebních zbytků je drcení, kde je materiál dělen pomocí kladiv umístěných po obvodu rotoru. Další metodou zpracování těžebních zbytků je lisování a následné svazkování větví a stromových vršků do svazků (balíků).

Štěpkovače

Štepkovače jsou stroje dělící dendromasu řezným účinkem nožů umístěných na rotujícím disku nebo bubnu.

Štěpkovače lze dělit dle mnoha kritérií, uvedeno je pouze základní dělení.

Podle sekacího (štěpkovacího agregátu):

• Diskové štěpkovače

Jsou co do počtu nejrozšířenějším zařízením na výrobu štěpky. Mobilní diskové štěpkovače byly vyvinuty ze stacionárních sekaček, na kterých byly provedeny úpravy. Podávání vstupního materiálu probíhá ručně nebo hydraulickou rukou. Teoretická výkonnost těchto stěpkovačů v mobilním provedení je maximálně cca 30 prms/hod (pozn. prms – prostorový metr sypaný).

Obr. 1: Zobrazení diskového štěpkovače (štěpkovač Linddana 270 K, schéma, disk s noži)

• Bubnové štěpkovače

Na rozdíl od diskových jsou sekací nože bubnových štěpkovačů uloženy na obvodu rotujícího válce. Obvykle jsou vybaveny podávacím pásem a vtahovacími válci pro transport hmoty k rotoru s břity (noži). Vtahovací pás je tvořen řetězovým nebo jiným dopravníkovým systémem. Vtahovací válce jsou opatřeny hroty, obvykle speciálně tvarovanými, aby umožňovaly dokonalé posunování i nesourodého materiálu. Horní podávací válec je pohyblivě uchycen, což umožňuje přizpůsobení velikosti otvoru různým velikostem štěpkovaného materiálu při zachování schopnosti materiál posouvat dále k rotoru. Některé moderní stroje mohou být vybaveny nastavitelným spodním podávacím stolem, jenž lze vertikálně posunovat v závislosti na vstupním materiálu (nehomogenní klest nebo homogenní kmenové dříví). Po obvodu rotoru (bubnu) jsou pevně připevněny břity, jež jsou často horizontálně děleny na více jednotlivých břitů. Tyto nože jsou vyráběny ze směsí tvrdých, pevných a odolných kovů.

Obr. 2: Průřez bubnovým štěpkovačem (Jenz HEM 560) , detail rotoru (Bruks), bubnový štepkovač (Biber 70)

Bubnovým sekacím zařízením jsou vybaveny štěpkovače o vyšších výkonech s teoretickým výkonem pohybujícím se na hranici 200 prms/h. Jsou umísťovány na robustní samostatné podvozky, na podvozky nákladních automobilů nebo vyvážecích souprav. Umožňují štěpkování do průměru až 900 mm měkkého dřeva a zhruba 700 mm tvrdého dřeva.

• Šroubové sekačky (štěpkovače)

Šroubové sekačky jsou jednoúčelové menší sekačky k sekání tenkých stromků a kmínků. Sekací agregát v podobě šroubovice se stoupajícím průměrem se při otáčení postupně zařezává do dřeva a zároveň vtahuje dřevo k většímu průměru. Názorně si lze představit šroubovou sekačku na principu mlýnku na maso. Využití tohoto dělicího agregátu je testovánu při zpracování rychle rostoucích dřevin.

Podle způsobu dávkování materiálu do štěpkovače:

• S ručním dávkováním dřeva – pro sekání tenkého odpadového dříví menších objemů

Nasekaná štěpka se využívá pro vlastní technologické účely (např. cihlářský průmysl), k energetickým účelům, někdy také jako náhrada mulčovací kůry.

• S mechanickým dávkováním dřeva

Dávkovací zařízení je obvykle hydraulická ruka, která je umístěna na stejném podvozku jako štěpkovač nebo na traktoru nebo vyvážecího traktoru a může tak být ovládána z kabiny. Stěpkovače jsou obvykle vybaveny i elektronickou pojistkou proti přetížení, kdy v případě přetížení motoru dojde k blokaci přísunu materiálu do té doby, než je předešlý materiál zpracován a rotor získá potřebné otáčky.

Štěpkovače dle celkového technického řešení

• Štěpkovače zavěšené na tříbodový závěs univerzálního traktoru
• Štěpkovače přívěsné za traktory

Někteří výrobci nabízejí štěpkovače, které ve spojení se silným univerzálním traktorem poskytují vysokou výkonnost, dříve nabízenou pouze u štěpkovačů se samostatným spalovacím motorem.

Obr. 3: Štěpkovač zavěšený a poháněný traktorem (TP 200H), štěpkovač na vlastním přívěsném podvozku, poháněný vývodovým hřídelem traktoru (AMD Maxim 420) a štěpkovač s vlastním podvozkem i samostatným pohonem (Doppstadt DH 910)

• Štěpkovače na samostatném podvozku, pracující bez nutnosti připojení k vozidlu

Obr. 4: Štěpkovač umístěný na podvozku nákladního automobilu (Pezzolato PTH 1000)

Stroje se samostatným pohonem, vybavené dálkovým ovládáním základních prvků a často s vkládáním vstupního materiálu externím strojem.

• Štěpkovače umístěné na podvozcích nákladních automobilů a návěsů

Jedná se o skupinu nejvýkonnějších štěpkovačů. Mají obvykle vlastní pohon technologické nástavby. Nasazení těchto strojů vyžaduje důkladné vyřešení návaznosti těžby a přibližování dříví ke štěpkovači a plynulého odvozu nasekané štěpky, aby byl štěpkovač plně využit.

• Štěpkovače umístěné na podvozcích vyvážecích souprav jsou určeny ke štěpkování dřeva mimo zpevněné cesty

Mohou pracovat přímo na pasece bez předešlého shrnutí klestu nebo na odvozních místech a kontinuálně zpracovávat velké skládky po těžebních zbytků. Jsou vybaveny hydraulickou rukou ovládanou z kabiny operátora. Většinou je štěpkovač poháněn samostatným motorem.

Drtiče

Drtiče jsou určeny k dezintegraci zejména dříví, které není vhodné pro štěpkování. Jedná se o dřevo znečištěné, drobné, mimořádně netvárné. Znečištění mechanizovaným shrnováním klestu na pasekách, kde se mezi vlastní biomasu dostává i značné množství nečistot, zejm. písku, hlíny a kamenů či jiných tvrdých předmětů, je pro štěpkovače limitujícím činitelem, protože dochází k poškozování ostrých nožů a je nutná jejich častá výměna. Proto jsou štěpkovače v některých technologických postupech nahrazovány drtiči, jež mají na rotoru místo pevně umístěných ostrých břitů, pohyblivě nebo pevně umístěná kladiva. Pohyblivě umístěná kladiva při nárazu na tvrdý předmět mění svou polohu a snižují tak riziko poškození. Kladiva mohou být opatřena výměnnými hranami nebo jsou bez ostrých ploch speciálně tvarována pro drcení. Drtiče jsou umístěny na návěsných, přívěsných kolových podvozcích nebo na samostatných pásových podvozcích, které jim dovolují pohyb přímo v terénu. Vstupní materiál je čelním nakladačem nebo hydraulickou rukou, která může být součástí drtiče, nakládán na dopravníkový pás. Materiál je dopravován k podávacímu válci, jenž je umístěn na pohyblivých ramenech. Tato konstrukce umožňuje přizpůsobení se pro podávání různých objemů a velikostí vstupního materiálu. Vlastní drcení probíhá účinkem kladiv na rotoru. Za rotorem s kladivy je obvykle umístěn třídící (dodrcovací) koš, určující velikost výsledné frakce.

Obr. 5: Průřez drtící jednotkou (Jenz), rychloběžný drtič na dvounápravovém kolovém podvozku (Doppstadt AK 430), rychloběžný drtič na pásovém podvozku (Vermeer HG 365)

Svazkovače těžebních zbytků

Svazkovače těžebních zbytků neboli paketovací stroje, balíkovače vznikly jako reakce na zvýšený zájem o využívání biomasy v severských zemích. Podle dostupných informací vyrábí svazkovací jednotky firmy John Deere, Valmet a Pinox a všechny pracují na podobném principu. Popsán bude svazkovací stroj John Deere, který pracuje i v České republice.

John Deere 1490D sbírá klest a dřevní odpad, vzniklý po těžbě a zakládá ho do svazkovací jednotky, v níž je dřevní hmota lisována a svazkována do kompaktních balíků. Proces balení je průběžný bez omezení délky. Operátor si může nastavit délku balíku v závislosti na možnostech transportu z lesa. Každý takto vytvořený balík nabízí přibližně 1 MWh energie (balík o délce 3,2 metru). Tato hodnota se mění v závislosti na typu dřeviny a vlhkosti materiálu. V porostu o velikosti plochy 1 hektar může být vyrobeno 100-150 balíků s průměrnou hodinovou výrobou 20–30 balíků (v podmínkách skandinávských zemí).

Proces lisování je zcela automatický, operátor musí pouze umístit materiál hydraulickou rukou na podávací stůl. Svazkovací jednotka se skládá ze dvou pevných lisů a jednoho pohyblivého lisu. Lisováním je objem materiálu zredukován na cca 20 % původního objemu. Lisovací tlak je nastaven tak, aby byly vyráběny kompaktní balíky bez poškození materiálu. Balík je posouván pohyblivým lisem a strojem pevně vázán tak, že se motouz po uvolnění lisu napne. Parametry (například délka balíků, odstup mezi vinutím motouzu a kompresní intervaly) jsou nastavovány pomocí palubního počítače, který vyhodnotí, kolik vinutí je zapotřebí, aby balíky vykazovaly potřebnou pevnost pro nakládání a transport. Objem balíku činí dle materiálu 0,7 - 0,8 m³. Svazkovač je umísťován na podvozek vyvážecí soupravy v 6 nebo 8 kolové verzi. Výrobce uvádí náklady na výrobu balíků ve výši 3 % získané energie.

Svazkovače těžebních zbytků jsou v největší míře provozovány ve Finsku, v menší míře i v dalších zemích.

Obr. 6: Svazkovače John Deere 1490D a Valmet Woodpack, schéma produkce

Hlavní výhoda metody svazkování spočívá v jednoduchosti celého výrobního postupu, kdy dochází ke svazkování připraveného těžebních zbytků přímo na pasece, následně vyvezení již svázaného, tedy minimálně objemného materiálu vyvážecí soupravou na odvozní místo, odkud jsou balíky odvezeny standardní odvozní soupravou přímo ke spalování. Samotné štěpkování svázaného materiálu by mělo probíhat u zpracovatele, který musí před své dopravníky předřadit výkonný štěpkovač. Velkou výhodou je relativně jednoduchá manipulace bez nutnosti využití speciálních nebo upravených strojů pro přepravu svazků. Dle informací výrobce je objem svazků nižší než objem štěpky při stejné hmotnosti.

V České republice není producent energie, který by poptával svazky těžebních zbytků. Balíky vyrobené v ČR jsou exportovány k energetickému využití do zahraničí nebo štěpkovány.

Autor Ing. Jan Příhoda - šéfredaktor časopisu Lesnická práce

Seznam použité literatury a materiálů je k dispozici u autora.

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky