teoria brykietowania, Brykieciarka ślimakowa
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->¦InŜynieriaRolnicza 5/2006Roman HejftPolitechnika BiałostockaWYTWARZANIE BRYKIETÓW Z ODPADÓW ROŚLINNYCHWŚLIMAKOWYMUKŁADZIE ROBOCZYMStreszczenieW artykule omówiono proces brykietowania rozdrobnionych materiałówroślinnych. Przedstawiono budowę brykieciarki do materiałów roślinnych ześlimakowymukładem roboczym. Określono zaleŜności energochłonnościprocesu brykietowania od jego wydajności.Słowa kluczowe:rozdrobnione materiały roślinne, brykietowanie, energo-chłonność, wydajnośćWstępIlość odpadów drzewnych w Polsce szacuje się na około 3 mln ton rocznie.Dotychczas wykorzystuje się około 49% odpadów na cele energetyczne. Pozostałaczęść jest sprzedawana (około 30%) lub wywoŜona na wysypiska (21%) [Demia-niuk 2001]. Biorąc pod uwagę wysoką wartość opałową odpadów drzewnych, któ-ra wynosiśredniood 8,3 MJ/kg (odpady wilgotne -50% wilgotności) do16,7 MJ/kg (odpady suche -10% wilgotności), naleŜy uznać je za cenny materiałenergetyczny, który powinien być racjonalnie zagospodarowany. Najlepszą formąmateriału opałowego z odpadówśrednich(głownie wióry) i małych (trociny) sąbrykiety [Hejft 2002]. Brykiety powstają w procesie ciśnieniowej aglomeracji(brykietowania), w którym sypki materiał w wyniku działania sił zewnętrznych(naciski zagęszczające) i wewnętrznych (siły i wiązania międzycząsteczkowe)przybiera trwałą postać o określonych wymiarach geometrycznych [Hejft 2002,Grochowicz 1996; Kania 1991]. Najczęściej są to walce ośrednicyod 30 mm do100 mm i długości od kilku do kilkunastu centymetrów. Za formą brykietów prze-mawiają następujące zalety [Hejft 2002]:–brykiety moŜna spalać we wszystkich istniejących piecach,–podczas spalenia 1 m3brykietów o gęstości około 1000 kg/m3moŜna uzy-skaćśredniood 2,58 do 3,44 MWh energii, podczas gdy przy spaleniu 1 m3trocin czy wiórów moŜna uzyskaćśredniood 0,65 do 1,29 MWh,%&$¦Eb`Ta¦;X]Yg¦¦––––––kinetyka spalania brykietów jest podobna do spalania kawałków (polan)drewna,parokrotnie zmniejsza się powierzchnia magazynowania,brykiety mogą być przechowywane przez długi okres (od kilku do kilkunastumiesięcy), co daje moŜliwość zgromadzenia odpowiednich zapasów (w su-chych pomieszczeniach magazynowych),parokrotnie większa gęstość brykietów w porównaniu z wiórami czy troci-nami co istotnie zmniejsza koszty transportu,spalanie brykietów jest bezpieczne i nie grozi wybuchem,zwiększa się komfort obsługi (eliminacja pyłów).Spalanie drewna w róŜnych postaciach jest znacznie korzystniejsze (ze względówekologicznych) niŜ spalanie węgla czy oleju opałowego (brak dwutlenku siarki,piętnastokrotnie mniejsza emisja N2O5, siedmiokrotnie niŜsza emisja pyłów, 1/4raza mniejsza emisja CO2itp.) [Demianiuk 2001]. Brykiety mogą być eksportowa-ne za granicę jako ekologiczne paliwo.Podstawy procesu brykietowaniaMechanizm wiązania cząstek sypkiego materiału pochodzenia roślinnego nie jestjednoznacznie dotychczas wyjaśniony. Najbardziej popularna jest teoria moleku-larna związana z występowaniem wiązań fizykochemicznych. Podczas tworzeniasię brykietu występują następujące siły [Hejft 2002]:–przyciągania między cząstkami ciał stałych (van der Waalsa, elektostatyczne),–powierzchniowe, na granicy rozdziału fazy stałej i ciekłej,–adhezyjne, powstające w warstwie adsorpcyjnej,–spójności, przejawiające się w tworzeniu mostków, występujące przy spie-kaniu, zatęŜaniuśrodkawiąŜącego, stapianiu i krystalizacji rozpuszczonychsubstancji.Stąd teŜ duŜe znaczenie przypisywane jest odpowiedniemu rozdrobnieniu mate-riału, właściwemu składowi frakcyjnemu oraz jakości powierzchni cząstek.Otrzymanie trwałego brykietu wymaga dostatecznego zbliŜenia do siebie czą-stek. NajwaŜniejsze parametry procesu brykietowania trocin to:–ciśnienie (naciski) zagęszczająceNa rysunku 1 przedstawiono zmianę gęstości formowanego brykietu od naci-sków zagęszczających.%&%¦JlgjTemTa\X¦Uel^\XgÇj!!!¦15001400130012001100100090080070060050020406080100120140160180200naciski zagęszczające [MPa]Rys. 1.Fig. 1.gęstość [kg/m3]Charakterystyka zagęszczania trocinświerkowychtłokiem płaskim (śred-nica tłoka 0,048m)Characteristics of densification of spruce sawdust with a flat piston (pis-ton diameter 0,048m)MoŜna zaobserwować największy wzrost gęstości przy wzroście nacisków dookoło 40-50 MPa. Brykietowanie trocin przy duŜych naciskach (większych od120-140 MPa) nie powoduje znacznych wzrostów gęstości brykietów a pociągaza sobą istotny wzrost energochłonności procesu. Brykietowanie naleŜy prowa-dzić przy naciskach, które zapewniają uzyskanie gęstości gwarantującejŜądanątrwałość (wytrzymałość mechaniczną) brykietów.–wilgotność materiałuWiększa wilgotność (więcej cząstek wody) przeciwdziała zbliŜeniu cząstek ma-teriału podczas brykietowania, tym samym wiązania wewnętrzne są słabszei trwałość brykietów jest mniejsza. Wilgotność zapewniająca odpowiednią wy-soką odporność naścieranie(wytrzymałość mechaniczną) wynosi około 8-15%.–temperatura brykietowaniaSzkielet materiału drzewnego zbudowany jest z celulozy. RównieŜ ligninai chemiceluloza instruktujące poszczególne błony usztywniają materiał. Stądzagęszczanie na zimno nie zapewnia (nawet przy znacznym rozdrobnieniu)takiego zbliŜenia się łańcuchów celulozowych aby powstały trwałe wiązania(brykiet o odpowiednio duŜej wytrzymałości mechanicznej). Obok chemicelulozrozpuszczalnych w wodzie w postaci cukrów, spełniających rolę lepiszcza, istot-ne znaczenie ma równieŜŜywicazawarte w drewnie. PodwyŜszona temperaturabrykietowania drewna wywołuje częściową hydrolizę chemiceluloz oraz powo-duje rekrystalizacje celulozy (uplastycznienie cząstek materiału). Wpływ tempe-%&&¦Eb`Ta¦;X]Yg¦¦ratury brykietowania na gęstość (a tym samym trwałość) przedstawia rys. 2. Przy-kładowo: wzrost temperatury trocin sosnowych z 20 do 80 C powoduje,Ŝeprzy bry-kietowaniu uzyskujemy brykiety o gęstości większej o około 125 kg/m3[Hejft 2002].16001550Gęstość [kg/m3]1500145014001350130012501200204060Temperatura [oC]800%papieru5% papieru15% papieruRys. 2.Fig. 2.Wpływ temperatury podczas brykietowania trocin sosnowych na gęstośćformowanych brykietów, z róŜnym udziałem procentowym rozdrobnione-go papieru otrzymanych przy naciskach zagęszczających 110 MPaImpact of temperature during the briquetting of pine sawdust on the den-sity of the briquettes that are being formed, with different percentageshare of comminuted paper obtained at compression pressure of 110 MPa–wielkość cząstekOdpadowe trociny czy wióry posiadają cząstki o zróŜnicowanej wielkości. Przy-kładowo, trociny sosnowe o składzie granulometrycznym 31,3 % cząstek za-trzymanych na sicie o oczkach 1,5x1,5 mm, 16 % na sicie 1x1 mm, 13,5 % nasicie3x3 mm, 15,4 % na sicie 2x2 mm są dobrym materiałem do brykietowania.Na podstawie badań moŜna uwaŜać,Ŝeudział frakcji bardzo drobnych cząstekjak i duŜych nie sprzyja brykietowaniu materiałów pochodzenia roślinnego [Gro-chowicz 1996]. Rodzaj materiału, skład chemiczny (biologiczny) brykietowane-go materiału wpływa na przebieg procesu, brykiety z trocin sosnowych są bar-dziej trwałe od brykietów z trocin drzew liściastych.%&'¦JlgjTemTa\X¦Uel^\XgÇj!!!¦Wytwarzanie brykietówNa rysunku 3 przedstwiono schemat budowy brykieciarkiślimakowejo niewiel-kiej wydajności, której konstrukcję opracowano w Katedrze Maszyn i UrządzeńPrzemysłu SpoŜywczego Politechniki Białostockiej [Hejft 2002].Rys. 3Prototyp brykieciarkiślimakowejHD-3: 1-ślimakpodający, 2-ślimakzagęszczający, 3- komora robocza, 4- tuleja gardzieli, 5- trzpień formu-jący, 6- matryca formująca, 7- matryca przejściowa, 8- prowadnice bry-kietu, 9- regulacja nacisku prowadnic, 10- element grzejny matrycyformującej, 11- izolacja termiczna, 12- czujnik temperatury, 13- element%&(¦
[ Pobierz całość w formacie PDF ]