Az energia megújul – a faipari üzemekben is

BIOMASSZA - DERMOMASSZA

A világ számos országához hasonlóan Magyarországon is szükséges a megújuló energiák részarányát növelni. Az egyik lehetőség a – jelenlegi adatok alapján mintegy 80%-os részt kitevő – biomassza, illetve ezen belül is a dendromassza alapú energiahordozókban rejlik. Nem véletlen tehát, hogy ezekkel a területekkel kiemelten kell foglalkozni mind a kutatások, mind pedig a képzések területén egyaránt. A közelmúltban számos energetikai kutatás (melyek többek között faipari üzemek energiahatékonysági területeire, napkollektoros, napelemes rendszerekre irányulnak) mellett kiemelt szerepet kaptak a pelletekkel kapcsolatos kutatások, fejlesztések. Magyarországon a pellet termelésének több fő módozata alakult ki, így alapvetően az előállítási lehetőségeket három csoportra osztottuk:

1. Faipari feldolgozó üzemek esetében a keletkező melléktermék helyben történő,
2. faipari üzemektől történő melléktermék felvásárlását, mezőgazdasági melléktermékek (pl. szalma, kukoricaszár) begyűjtését követő (külön erre a célra szakosodott vállalkozások),
3. energetikai ültetvényekről nyerhető „alapanyagok" energetikai nemesítése.

A felsorolásban említett pellet- előállítás során eltérő energiabefektetéssel nyerhetünk a kiinduló anyaghoz képest nagyobb energiasűrűségű, kisebb helyigényű és komfortfokozatában a földgázhoz hasonló tüzelőanyagot. Mindhárom esetben beszélhetünk szárítás nélküli és szárítást követő energetikai nemesítésről.

A pelletálás folyamata során a hő- és villamos energia felhasználásával egyaránt számolni kell, amelyek arányát alapvetően az alkalmazott technológia és az alapanyag tulajdonságai határozzák meg. A fenti tényeknek megfelelően az energiahatékonyság növelése érdekében kutatásaink fő céljai az alábbiak szerint összegezhető:

KEVESEBB ENERGIÁVAL ELŐÁLLÍTOTT PELLET A CÉL

Alapkutatásunk célja kettős: egyrészt gyakorlati vonatkozásban a célunk az, hogy a különböző mérési paraméterek figyelembevételével célzott vizsgálatokat végezzünk, hogy találjunk olyan optimális paramétereket, amelyek lehetővé teszik egyrészt a pellet előállítása során felhasznált energia csökkentését, másrészt a pellet minőségi, sűrűségi növekedését. Elméleti vonatkozásban pedig célunk a faalapú por-forgács halmazok nagy nyomáson történő tömörödési folyamatait leíró mechanikai ismeretek, törvényszerűségek bővítése a pelletálási tartományban.

A FAFAJ ÉS A SZEMCSEMÉRET HATÁSA A PELLET TÖMÖR SŰRŰSÉGÉRE

Az egyedi tervezésű fűtési és szabályozó mérőrendszer mérés közben

Korábbi vizsgálataink alapján megállapítottuk, hogy minél puhább a szemcse (fenyő), annál jobban összetömöríthető, mint pl. a nála keményebb akác. Érdekesség, hogy a pelletálási nyomásnál lényegesen alacsonyabb nyomásokon megfordult az előbbi állítás. Ennek oka, hogy az ömlesztett anyag szemcsékből áll, a szemcsék szintén tartalmaznak még belső pórusokat. Tehát a halmazban van külső és belső pórus. A tömörítéskor először a külső pórusok fogynak. Mikor a sűrűség a kiinduló anyag térfogati sűrűségéhez közeledik, a belső pórusok is elkezdenek csökkenni. Mivel az akác sűrűsége nagyobb a fenyőnél, ez azt jelenti, hogy a külső pórusok nagyrészt fedezni tudják a szükséges térfogatcsökkenést egy adott sűrűségi értékig (~600 kg/m³), vagyis a belső pórusok nagy része a tömörítés végén megmarad. Fenyő esetében ugyanakkor a belső pórusok nagymértékű tömörítése szükséges egy adott térfogatcsökkenés eléréséhez.

A PRÉSELÉSI SEBESSÉG HATÁSA A PELLET TÖMÖR SŰRŰSÉGÉRE

Kutatásaink során megállapítottuk, hogy a deformáció (tömörítés) sebessége befolyással van a pelletsűrűségre. Ha túl nagy a sebesség, akkor a faanyaghalmazban lévő deformációs folyamatok nem tudnak kellőképpen lezajlani, vagyis a deformációváltozás nem tudja követni a sebességváltozást a faanyag viszkoelasztikus tulajdonsága miatt. Ez azt jelenti, hogy fenyő és akác mintánál gyorsabb (60 mm/min) tömörítési sebességnél a pelletsűrűségi értékek szisztematikusan kisebbre adódtak a lassúbb (2 mm/min) sebességhez képest.

A FAFAJ ÉS A SZEMCSEMÉRET HATÁSA A PELLETSŰRŰSÉGRE

A fenyőpellet sűrűségi értékei adott nyomáson szisztematikusan alacsonyabbra adódtak, mint az akác esetében. A jelenség oka, hogy a fenyőszemcsék a terhelés megszüntetése után a halmazba bevitt nagyobb deformációs feszültség hatására jobban kirugóztak, mint az akácszemcsék.

A keményebb és nagyobb szilárdságú szemcsék tehát jobban ellenálltak a nyomásnak. Megfigyeltük továbbá azt is, hogy a szemcseméret csökkenésével a relatív visszarugózás is csökkent, a relatív maradó deformáció pedig nőtt. A különféle szabványokban (MSZEN, ÖNORM… stb.) előírt követelményeknek megfelelően tartós pelletet vizsgálataink alapján minimum 0,8-as maradó deformáció mellett érhetünk el. Ekkora maradó deformációnál a pelletsűrűségi értékek átlagosan – fafajtól függetlenül – 1050 kg/m3 körül adódtak.

A HŐMÉRSÉKLET HATÁSA A PELLETSŰRŰSÉGRE

A hőmérséklet emelkedése kedvezően hat a pellet sűrűségére és a préselési energiára. Éppen ezért méréseinket 25–200 °C közötti hőmérséklettartományban végeztük el. A hőmérséklet emelkedésével a pelletsűrűségi értékek szisztematikusan növekedtek a faanyaghalmaz kedvező thermoplasztikus és deformációs képessége, és a vele összefüggő porforgács halmazok pórusrendszerében bekövetkező mechanikai változások miatt. A gyakorlatban a préselési energia egy része a matrica falán kialakult jelentős falsúrlódás miatt hő formájában távozik. Ez a hőmérséklet jellemzően 80–90 °C körül van. Ilyen hőmérsékleten már 900–1000 bar préselési nyomás is elegendő a követelményeknek megfelelő sűrűségű (1050–1100 kg/m³) pellet előállításához.

A teljes méréskör képekben

PELLETEK TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA

A tüzeléstechnikai vizsgálatokhoz használt pelletfajtákat általános vizsgálatoknak vetettük alá, melyek az úgynevezett Enplus minősítésnek megfelelően az alábbi szabványos vizsgálatok voltak:

• Átlagos hosszúság [mm]
• Átlagos átmérő [mm]
• Sűrűség [kg/m?]
• Ömlesztett sűrűség [kg/m3]
• „F" Finomhányad [%]
• „DU" Mechanikai szilárdság [%]
• „M" Nedvességtartalom [%]
• „Q” fűtőérték-meghatározás [MJ/kg]

A vizsgálatok minden esetben a vonatkozó szabványok – melyek az egyes tulajdonságok vizsgálati módszereinél feltüntetésre kerülnek – alapján történtek a rendelkezésre álló és saját fejlesztésű mérőberendezések segítségével. A vizsgált, mérésnek alávetett pelletek a bemutatott mechanikai tulajdonságok tekintetében – az „EURÓPAI PELLET TANÁCS Fűtés céljára szolgáló fapellet tanúsítási eljárásának kézikönyve" alapján – A1 besorolást kaphattak.

PELLETEK TÜZELÉSTECHNIKAI VIZSGÁLATAI

A bevizsgált alapanyagot a Buderus LOGANO SH 25 apríték és pellet tüzelésére alkalmas kis teljesítményű (átlagos méretű családi ház hőellátására alkalmas, névleges teljesítménye 26 kW) kazánban tüzelési vizsgálatoknak vetettük alá. A kazán által termelt hőt két 1500 literes puffertartályban tudjuk tárolni. Az NRRC laboratórium HMVrendszere, valamint a tanüzemi thermoventilátorok segítségével hasznosítani lehetett a kísérletek alatt megtermelt energiát. Az alábbi négy fő mérés került lebonyolításra egy időben:

• Szilárd anyag kibocsátásának mérése.
• Füstgázösszetevők mérése.
• Hőmérséklet vizsgálata a kazán tűzterében.
• Hőmennyiség mérése az előremenő és visszatérő fűtéscső segítségével.

A bemutatott mérőegységek segítségével a pelletek tüzelésével összefüggő káros anyag kibocsátását vizsgáltuk. A füstgázösszetételre vonatkozó adatokat egy példa diagramon szemléltetjük. Az egyes pelletfajták tüzelése során létrejövő károsanyag-kibocsátás keretében nagy eltéréseket nem tapasztaltunk. Kutatásunknak eredetileg nem volt elsődleges célja, de időközben egy lényeges eleme lett, hogy összehasonlító elemzést végeztünk a dendromassza alapú decentralizált erőművek és az általunk vizsgált háztartási tüzelőberendezés füstgázkibocsátása által okozott környezeti terhelésére irányulóan is. Kutatások során megállapíthattuk, hogy egy adott lakóközösség esetén a decentralizált fűtőműves rendszerek kevésbé környezetterhelőek lehetnének az egyesével, külön-külön minden ingatlanba telepített fatüzelésű kazánok összességénél. A Soproni Faipari Gépészeti Intézet készséggel áll az ipari partnerek rendelkezésére a fent felsorolt kutatások, illetve más faenergetikai, faipari gépészeti, biztonságtechnikai, üzemfenntartási és faipari légtechnikai problémák megoldása, valamint por- és zajtechnikai akkreditált tevékenységek kapcsán.

Bükk-tölgy (50-50%) fafajú por-forgácsolásból készült pellet elégetéséhez tartozó füstgázelemzési adatok

KUTATÁSI EREDMÉNYEK OKTATÁSBA TÖRTÉNŐ ÁTÜLTETÉSE

Mint minden kutatási területen, így az energetikai kutatások esetében is az új eredményeket folyamatosan beépítjük a faipari mérnök alap- és mesterképzés tananyagába is. A felsőfokú diplomával rendelkező, az energetika iránt érdeklődők számára Sopronban energetikai szakképzést is tartunk. A szakirányú továbbképzés elsősorban mérnökök és közgazdászok szakirányú továbbképzésére irányul. A képzés azonban nyitott mindazon egyetemi vagy főiskolai oklevéllel rendelkező szakemberek számára is, akik a megújuló és egyéb alternatív energiaforrások alkalmazásának kutatási, műszaki fejlesztési, oktatási, illetve felsőbb irányító területein fejtik ki tevékenységüket vagy a jövőben ezeken a területeken kívánnak dolgozni.

További információ:
Szabó Csilla képzési koordinátor,
e-mail: csilla.szabo@skk.nyme.hu,
tel.: +36-99/518-158.

Németh Gábor
Kocsis Zoltán
Magoss Endre

1 kép a galériában

Tetszett a cikk?