Wstęp
5.1 Maszyny do pozyskiwania drewna w lasach
5.2. Produkcja zrębków
5.3. Produkcja brykietów
5.4. Produkcja pelletów
Wstęp
Uprawy roślin energetycznych i pozyskiwanie z nich biomasy to dopiero pierwszy etap produkcji biopaliw. Uzyskanie pełnowartościowego, przystosowanego do spalania w kotłach wsadu paliwowego wymaga wielu dodatkowych procesów jak: suszenie, zrębkowanie, brykietowanie, itp.
5.1 Maszyny do pozyskiwania drewna w lasach (w przygotowaniu)
5.2 Produkcja zrębków
Zrębki, to drobne kawałki drewna o długości 1-3 cm uzyskane w procesie mechanicznego rozdrabniania. Po wysuszeniu mogą być stosowane jako gotowe paliwo lub jako surowiec wyjściowy do produkcji brykietów i pelletów. Zrębki można uzyskiwać z upraw roślin energetycznych, upraw leśnych, a także gałęzi i drzew usuwanych w procesach prześwietleń w parkach, wiatrołomów, etc. Duża ilość zrębków wytwarzana jest w przemyśle tartacznym.
Do produkcji zrębków służą maszyny zwane rębakami, młynami, kruszarkami lub rozdrabniarkami. Rębaki na potrzeby gospodarstw rolnych czy zakładów zieleni miejskiej wytwarzane są jako stacjonarne i mobilne. Urządzenia stacjonarne mają najczęściej napęd elektryczny, mobilne – silnik spalinowy.
Rębaki produkowane są w szerokim zakresie wydajności, od małych urządzeń ogrodowych wytwarzających do 1 m3/h zrębek i rozdrabniających tylko niewielkie gałęzie o maksymalnej średnicy
7 cm, poprzez bardziej profesjonalne jednostki o wydajności 2-10 m3/h po urządzenia przemysłowe zdolne rozdrabniać nawet całe drzewa.
Fot. Rębak ogrodowy spalinowy.
Pod względem budowy rębaki można dzielić na:
– bębnowe
– tarczowe
– bijakowe
a ze względu na rodzaj napędu:
– elektryczne
– spalinowe
Fot. Rębak ciągnikowy
Fot. Rębak do całych pni.
Sercem rębaka tarczowego, jest szybkoobrotowa tarcza tnąca wyposażona w szereg ostrzy ze stali szybkotnącej. Zrębkowany materiał podawany jest do leja zasypowego, na końcu którego znajdują się walce wciągające. Wciągnięte gałęzie przechodzą do tarczy, gdzie następuje ich rozdrabnianie. Zasada działania przypomina trochę szatkownice do kapusty. Ukształtowanie tarczy zapewnia jednocześnie wyrzut zrębek na zasadzie wiatraka, bądź wspomagane jest dodatkowym wentylatorem. W małych urządzeniach wyrzutnia jest workowana, w dużych – skierowana do podstawionego wózka. Rozróżnia się rębaki z tarczą pionowa i z tarczą skośną w zależności od usytuowania tarczy w stosunku do poziomu. Tego typu rozwiązanie umożliwia wzdłużno – prostopadłe skrawanie przy poziomym podawaniu drewna. Podczas obracania tarcza z nożami mija kowadło, którym jest stały blok stalowy, umieszczony w małej odległości. Wielkość zrębów może być kontrolowana poprzez zmianę ustawień kowadła względem noży. Średnica tarczy tego rodzaju rębaków mieści się w zakresie 1200 – 2300 mm. Przy takiej średnicy liczba noży wynosi najczęściej 2 – 8 sztuk, co powoduje, że wydajność urządzenia wynosi 20 – 220 mp/h dla drewna okrągłego.
Rys. Schemat rębaka tarczowego. 1 – tarcza nożowa, 2 – nóż, 3 – przeciwnóż, 4 – łopatka, 5 – dolny zespół walców posuwowych, 6 – górny, wychylny zespół walców posuwowych, 7 – punkt obrotu wysięgnika, 8 – przenośnik
W rębaku bębnowym zespołem roboczym jest wał/bęben nożowy, na którym osadzone są noże. Skrawany materiał doprowadza się do wału za pomocą urządzenia posuwowego, składającego się z dwóch zespołów walców. Jeden z tych zespołów, dzięki możliwości odchylenia pozwala na podawanie materiał u niezależnie od jego grubości. Wielkość zrębów kontrolowana jest na podobnej zasadzie jak w rębakach tarczowych, czyli odległością noży od kowadła. Otrzymane zrębki charakteryzują się wielkością od 10 do 50 mm. Średnica wału nożowego rębaka wykosi najczęściej 300 – 2400 mm, a ilość zamocowanych na wale noży waha się w granicach 2 – 8 sztuk. Urządzenia o takich parametrach posiadają wydajność 8 – 230 mp/h. Rębarka bębnowa tnie całą długością noży dzięki czemu jest bardziej odporna na piach i inne zanieczyszczenia
Rys. Budowa rębaka bębnowego. ozn. 1 – wał/bęben nożowy, 2 – nóż, 3 – stały zespół walców posuwowych, 4 – wychylny zespół walców posuwowych, 5 – przeciwnóż, 6 – sito, 7 – przenośnik.
Rębak bijakowy – w rębaku tym ruch ostrzy zaznacza walec. W pierwszej kolejności materiał do rozdrobnienia jest wstępnie rozgniatany, miażdżony (młotkami bijakowymi miażdżącymi), następnie ulega rozdrobnieniu przez młotki bijakowe tnące. Ten typ rębaka nadaje się do rozdrabniania takiej biomasy jak słoma, liście czy odpady sadownicze.
Fot. Rębak bijakowy.
Fot. gardziel rębaka bijakowego.
5.3 Produkcja brykietów
Brykiety, to sprasowane kawałki biomasy w kształcie walca o średnicy od kilku do kilkunastu cm i długości do 30 cm, rzadziej spotyka się brykiety o przekroju wielokątnym lub brykiety pierścieniowe
(puste w środku).
Fot. Brykiet ze słomy pierścieniowy
Fot. Brykiety z drewna
Maszyny do brykietowania można ogólnie podzielić na:
– tłokowe,
– ślimakowe,
-hydrauliczne.
Brykieciarki tłokowe
Działają na zasadzie pulsac yjnej, wytwarzając brykiety w formie ciągłego walca. Długość brykietu daje się dowolnie regulować przez ustawienie dodatkowych elementów tnących. Brykieciarka tłokowa ma charakterystyczną budowę; silnik napędza tutaj potężne koło zamachowe, którego obrót stanowi jednocześnie napęd mimośrodu z zamocowanym tłokiem. Rozdrobniony materiał podawany jest w
pierwszej kolejności do zasobnika, wewnątrz którego porusza się ślimacznica. Ruch ślimacznicy zagęszcza wstępnie biomasę
przemieszczając ją dalej do właściwej komory zasypowej, gdzie w wyniku cyklicznych ruchów tłoka zostaje przepchnięta do komory prasującej. Komora ta ma kształt zwężającego się stożka; silne uderzenia tłoka (150-250 cykli na minutę) i tarcia o ścianki komory podgrzewają biomasę, zagęszczając ją z siłą dochodząca do 200 MPa. Chłodzenie powstającego brykietu odbywa się w długiej na kilka metrów prowadnicy. Brykiet z brykieciarki tłokowej ma strukturę warstwową, daje się dość łatwo kruszyć co predysponuje go do spalania w kotłach przemysłowych. Wydajność
maszyn ma dużą rozpiętość od 150 do 2500 kg/h. Ich podstawową wadą są duże drgania wymagające dobrego umocowania do podłoża.
Rys. Cykle pracy brykieciarki tłokowej. U góry zadawanie materiału przez ślimak do komory zgniotu, u dołu – prasowanie brykietu.
Fot. Brykieciarka tłokowa.
Brykieciarki ślimakowe
Urządzenia powyższe prasują biomasę w sposób ciągły z siłą dochodzącą do 100 MPa i w temperaturze do 200°C. Tak wysokie parametry wymagają dobrej jakości materiałów. Sercem brykieciarki jest ślimak wykonujący ruch obrotowy, wymuszający stałe przemieszczanie się surowca wzdłuż swoich wrębów. Pod wpływem powstających oporów biomasa ulega nagrzaniu, wzrasta też jej ciśnienie. Oba czynniki wpływają na sklejanie i prasowanie surowca do postaci podłużnego brykietu. Brykieciarki ślimakowe produkowane są w szerokiej gamie wydajności i mogą być wykorzystywane zarówno w małych gospodarstwach rolnych, gdzie ilość surowca preferuje brykietowanie tylko na własne potrzeby, jak i w firmach dysponujących znaczną ilością biomasy.
Rys. Schemat brykieciarki ślimakowej.1 – układ łożyskowania 2 – komora podająca 3- ślimak podający 4 – komora zagęszczająca 5 – ślimak prasujący. 6-grzałka
Rys. Schemat pracy brykieciarki ślimakowej. 4a – strefa podawania i odpowietrzania
4b – strefa zagęszczania, 4c – strefa wstępnego prasowania, 4d – strefa brykietowania
Fot. Brykieciarka ślimakowa.
Tabela. Przegląd modeli brykieciarek.
Brykieciarka hydrauliczna
W odróżnieniu do ww. rozwiązań prasowanie brykietu odbywa się tutaj za pomocą siłowników hydraulicznych. Biomasa w pierwszej fazie przemieszczana jest do komory prasującej przenośnikiem ślimakowym. Właściwe prasowanie odbywa się za pomocą dwóch siłowników wykonujących ruchy posuwisto-zwrotne, wciskających surowiec do matrycy (tulei wykonanej ze stali nierdzewnej). Po osiągnięciu wymaganego ciśnienia zgniotu gotowy brykiet wypychany jest trzecim siłownikiem tzw. „krótkiego skoku” na zewnątrz urządzenia. Zaletą rozwiązania jest stosunkowo mała masa i powtarzalność produkowanego brykietu. Niektóre rozwiązania umożliwiają regulację wymiarów produkowanego brykietu poprzez wymianę matrycy.
Rys. Schemat pracy brykieciarki hydraulicznej.
1 – mechanizm podający
2 – stempel zagęszczający
3, 4, 8 – siłowniki hydrauliczne
5 – stempel prasujący
6 – komora zagęszczająca
7 – komora prasująca
9 – mechanizm regulacji oporu prasowania
Rys. Cykl pracy brykieciarki hydraulicznej.
I – mechanizm podający (1) napełnia komorę zagęszczającą (6) i prasującą (7) materiałem,
II – siłownik hydrauliczny (3) przesuwa stempel (2) w dolne położenie, powodując zamknięcie komory prasującej (7) i wstępne zagęszczenie brykietowanego materiału,
III – siłownik hydrauliczny przesuwa stempel prasujący (5), który z kolei napiera i prasuje materiał znajdujący się w tulei w kierunku poprzednio sprasowanego materiału,
IV – po osiągnięciu zakładanego ciśnienia brykietowania (najczęściej do 100 MPa) siłownik hydrauliczny, mechanizmu regulacji oporu prasowania (9), pozwala na przepchnięcie brykietowanego materiału w kierunku wylotu w celu zwolnienia miejsca na następną operację prasowania.
Fot. Brykieciarka hydrauliczna.
c.d.n.