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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 %.

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.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu