17 dr in¿. Andrzej FISZER; dr hab. in¿. Zbigniew DWORECKI, prof. nadzw.; dr in¿. Mariusz ADAMSKI
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut In¿ynierii Biosystemów e-mail: afiszer@up.poznan.pl
Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki pomiarów wspó³czynnika trwa³oœci dostêpnych w handlu detalicznym brykietów. Wskazano na ró¿nice tego parametru, zale¿ne od gêstoœci brykietów. Badania wykonano na stanowisku zaprojektowanym wg normy PN-EN 15210-2:2011 i wykonanym w Instytucie in¿ynierii Biosystemów Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
biomasa, stanowisko do badania wspó³czynnika trwa³oœci brykietów, tester, wspó³czynnik trwa³oœci, Polska
S³owa kluczowe:
TRWA£OŒÆ DOSTÊPNYCH W SPRZEDA¯Y
DETALICZNEJ BRYKIETÓW Z BIOMASY
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 6/2013 Wprowadzenie
Powszechnie wiadomo, ¿e paliwa kopalne, takie jak ropa naftowa, wêgiel i gaz ziemny, stanowi¹ najlepsze Ÿród³a energii na œwiecie. Jednak przewiduje siê, ¿e te Ÿród³a mog¹ zostaæ wyczerpane w ci¹gu 40-50 lat [10]. Ponadto szkody œro-dowiskowe, takie jak globalne ocieplenie, kwaœne deszcze i smog, zmuszaj¹ do poszukiwania innych alternatywnych Ÿróde³. Jednym z nich, które ju¿ jest wykorzystywane do produkcji energii, jest biomasa.
Biomasa jako Ÿród³o biopaliw mo¿e byæ wykorzystywana na ró¿ne sposoby. Rys. 1 przedstawia prognozê wykorzystania s³omy na cele energetyczne na lata 2011-2020. Widoczny jest w tym okresie ponad 40% wzrost potencja³u technicznego i a¿ ponad 500% wzrost potencja³u rynkowego. Podobnie przed-stawiaj¹ siê prognozy dotycz¹ce potencja³ów technicznych i ekonomicznych pozosta³ych Ÿróde³ biopaliw [6]. Zaznacza siê w nich znaczna tendencja wzrostowa.
Biopaliwa sta³e, podobnie jak sta³e paliwa konwencjonalne, s¹ g³ównie wykorzystywane do celów grzewczych. W Wielko-polsce obserwuje siê wyraŸny udzia³ drewna i s³omy w pro-dukcji energii zu¿ywanej w gospodarstwach rolnych do ogrzewania budynków mieszkalnych i inwentarskich [2, 7].
Od kilkunastu lat zaznacza siê równie¿ spore zainte-resowanie brykietami z biomasy sta³ej, do wytworzenia których wykorzystuje siê komponenty pochodzenia roœlinnego lub odpady z szeroko rozumianego przetwórstwa drzewnego [8]. Powszechna ju¿ ich dostêpnoœæ w handlu detalicznym wi¹¿e siê równie¿ z koniecznoœci¹ poprawy ich w³aœciwoœci fizykomechanicznych. Brykiet, jako biopaliwo, jest nie tylko
noœnikiem energii, ale równie¿ towarem. Proponowany zaœ klientowi towar powinien odznaczaæ siê dobr¹ jakoœci¹ [4].
Wprowadzona w 2011 roku norma uznaniowa PN-EN 15210-2:2011 [9], wraz z normami towarzysz¹cymi doty-cz¹cymi sposobu pobierania próbek, metod oznaczania wilgotnoœci i wymaganiami w sprawie stosowania sit, jest prób¹ uporz¹dkowania doœæ chaotycznego sposobu badania jakoœci brykietów. Dot¹d bowiem stosowano ró¿ne metodyki [1, 3], które nie by³y ze sob¹ spójne i przez to nie mo¿na by³o porównywaæ wyników tak prowadzonych badañ [5]. Wspo-mniana norma nie jest co prawda obowi¹zuj¹cym aktem prawnym, ale szanuj¹cy siê producenci zostali niejako zobli-gowani do jej stosowania. Chc¹c bowiem utrzymaæ siê na rynku biopaliw powinni, przynajmniej w formie unormowañ wewn¹trzzak³adowych opartych na PN-EN 15210-2:2011, wykonaæ badania wspó³czynnika trwa³oœci produkowanych i oferowanych do sprzeda¿y brykietów.
W Instytucie In¿ynierii Biosystemów Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu zaprojektowano i wykonano urz¹dzenie do badania wspó³czynnika trwa³oœci brykietów z biomasy sta³ej oparte na normie PN-EN 15210-2:2011. Biopaliwa sta³e - Oznaczanie wytrzyma³oœci mechanicznej brykietów i peletów - Czêœæ 2: Brykiety. Celem pracy by³o przebadanie i porównanie wspó³czynnika trwa³oœci dostêpnych w handlu brykietów dla przetestowania zaprojektowanego stanowiska badawczego.
Opis stanowiska badawczego i metodyka pomiarów
Wyniki badañ i dyskusja wyników
Urz¹dzenie do badania wspó³czynnika trwa³oœci brykietów z biomasy sta³ej (rys. 2) sk³ada siê z obrotowego walca o we-wnêtrznej œrednicy = 598 mm i d³ugoœci = 600 mm. Wewn¹trz walca, prostopadle do jego bocznej œciany jest umieszczona przegroda (deflektor) o wymiarach (200 x 598) mm, której zadaniem jest spowodowanie przyspieszenia okruszania badanych brykietów. Walec otrzymuje napêd z sil-nika trójfazowego za pomoc¹ zespo³u kombinowanych przek³adni mechanicznych.
Prêdkoœæ obrotow¹ walca ustalono na = 21 min .
Urz¹dzenie wg opisu zosta³o zg³oszone do Urzêdu Patento-wego RP w celu uzyskania prawa ochronnego.
Zgodnie z norm¹ badanie polega na umieszczeniu w bêbnie minimum 2 kg porcji brykietów i poddaniu ich próbie trwa³oœci w czasie 5 min, przesianiu przez sito o oczkach mniej wiêcej równych 2/3 œrednicy brykietu, lecz nie wiêkszych ni¿ = 45 mm i zwa¿eniu pozosta³ych na sicie elementów. Wspó³czynnik trwa³oœci okreœla siê wg wzoru:
gdzie:
- wspó³czynnik trwa³oœci [%], - masa brykietu przed prób¹ [g],
- masa brykietu po przeprowadzonej próbie [g].
Badaniu poddano dwa rodzaje brykietów jeden o kszta³cie prostopad³oœcianu o wymiarach 65 x 105 x 155 mm, drugi walca o œrednicy = 95 mm i œredniej d³ugoœci = 110 mm. Oba rodzaje brykietów wykonane by³y z trocin drzewnych.
Metodyka okreœlona norm¹ przewiduje równie¿ ozna-czenie zawartoœci wody w badanych brykietach, zgodnie z norm¹ CEN/TS 14774-3.
Przeprowadzono po piêæ prób dla ka¿dego rodzaju bry-kietów (rys. 3). Wyniki pomiarów umieszczone s¹ w tab. 1 i 2.
Zawartoœæ wody wynosi³a:
- w brykietach prostopad³oœciennych = 7,35%; - w brykietach walcowych = 8,25%.
Poniewa¿ w trakcie badania zauwa¿ono znacz¹ce ró¿nice ubytku masy brykietów dla badanych rodzajów, wyznaczono
ö l n t = Du m m
Rys. 2. Stanowisko do badania wspó³czynnika trwa³oœci brykietów
Fig. 2. Briquette tester
l w w -1 ö ö Du=m · mA E · 100 , -1 [%] E A p w
dla nich dodatkowo gêstoœci, które wynosi³y odpowiednio: - brykietów prostopad³oœciennych = 780,0 kg · m ; - brykietów walcowych 670,0 kg · m . ñ ñw p -3 -3 =
Rys. 3. Brykiety w bêbnie stanowiska pomiarowego Fig. 3. Briquettes in the tester
Tab. 1. Ubytki masy brykietów prostopad³oœciennych Table 1. Losses in mass of cuboid briquettes
Tab. 2. Ubytki masy brykietów walcowych Table 2. Losses in mass of cylindrical briquettes
1 2 3 4 5 2551 2522 2548 2549 2526 2497 2469 2496 2479 2471 54 53 52 70 55 57 Œrednia Numer próby Masa brykietów przed prób¹ [g] Masa brykietów po próbie [g] Ubytek masy [g] 1 2 3 4 5 Œrednia Numer próby Masa brykietów przed prób¹ [g] Masa brykietów po próbie [g] Ubytek masy [g] 2561 2442 2445 2421 2437 2095 2117 2103 2058 2109 466 325 342 363 328 365
Zestawienie wyników badañ wspó³czynnika trwa³oœci przedstawiono na rysunku (rys. 4). Kolorem czerwonym zaznaczono wspó³czynnik trwa³oœci brykietów walcowych, niebieskim brykietów prostopad³oœciennych.
Widoczna jest wyraŸna ró¿nica miêdzy badanym rodzajami brykietów. Brykiety prostopad³oœcienne cechuje wy¿szy wspó³czynnik trwa³oœci, który zawiera siê w przedziale od 97,3 do 98,0%. Wartoœæ wspó³czynnika trwa³oœci dla brykietu walcowego jest zdecydowanie ni¿sza i mieœci siê dla badanych prób w przedziale od 81,8 do 86,7%. Zauwa¿ono równie¿, ¿e brykiety walcowe w trakcie eksperymentu rozpadaj¹ siê na mniejsze czêœci, jednak nie mo¿na tego zakwalifikowaæ do ubytków masy, gdy¿ zgodnie z norm¹ czêœci te maj¹ œrednicê wiêksz¹ ni¿ = 45 mm.
Przeprowadzone badania potwierdzi³y, ¿e zaprojektowane i wykonane w Instytucie In¿ynierii Biosystemów Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu stanowisko spe³nia wymagania normy
i mo¿e byæ stosowane do badania wspó³czynnika trwa³oœci brykietów wykonanych z biomasy sta³ej.
Wyniki badañ dwóch rodzajów brykietów dostêpnych Rys. 4. Wyniki pomiarów - wspó³czynnik trwa³oœci
Fig. 3. Results of measurements - coefficient of durability
PN-EN 15210-2:2011. Biopaliwa sta³e - Oznaczanie wytrzyma³oœci mechanicznej brykietów i peletów - Czêœæ 2: Brykiet
ö Wnioski
w handlu detalicznym dowiod³y, ¿e konieczne s¹ tego rodzaju testy, gdy¿ nie ka¿dy oferowany rodzaj brykietów spe³nia wymagania jakoœciowe pod wzglêdem trwa³oœci. Nale¿y jednak dodaæ, ¿e norma nie klasyfikuje brykietów pod tym wzglêdem.
Pomimo, ¿e w literaturze przedmiotu mo¿na znaleŸæ stwier-dzenia, i¿ mniejsza zawartoœæ wody powoduje wiêksze osy-pywanie siê brykietów, w badaniu nie stwierdzono takiej zale¿noœci. Zauwa¿ono natomiast wyraŸny zwi¹zek pomiêdzy wspó³czynnikiem trwa³oœci brykietu a jego gêstoœci¹. Im wiêksza gêstoœæ, tym brykiet jest bardziej odporny na uderzenia i osypywanie. Zale¿noœæ tê nale¿y jednak przebadaæ dok³adniej.
Bibliografia
[1] Adamczyk F. i in.: Trwa³oœæ brykietów ze s³omy przeznaczonej na opa³, uzyskanych metod¹ zwijania. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 2005, Vol. 51 (1), s. 33-36.
[2] Dworecki Z., Adamski M., Fiszer A., £oboda M.: Analiza zu¿ycia paliw sta³ych w gospodarstwach rolnych Wielkopolski. Technika Rolnicza, Ogrodnicza, Leœna, 2012, nr 5, s. 19-22. [3] Fiszer A.: Badania porównawcze wspó³czynnika trwa³oœci
brykietów ze s³omy. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 2008, Vol. 53 (3), s. 69-70.
[4] Fiszer A., Dworecki Z.: Wp³yw rodzaju surowca roœlinnego na odpornoœæ brykietów na zrzut grawitacyjny. Technika Rolnicza, Ogrodnicza, Leœna, 2012, nr 5, 9-12.
[5] Fiszer A.: Metodyki pomiaru wspó³czynnika trwa³oœci brykietowanych biopaliw sta³ych. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 2010, Vol. 55 (3), s. 68-70.
[6] Gajewski R.: Potencja³ rynkowy biomasy z przeznaczeniem na cele energetyczne. Czysta Energia, 2011, nr 1, s. 22-24.
[7] Grzybek A., Gradziuk P., Kowalczyk K.: S³oma, energetyczne paliwo. WNT, Warszawa, 2002.
[8] Niedzió³ka I., Sobczak P., Zawiœlak K.: Analiza wykorzystania wybranych surowców roœlinnych do produkcji biopaliw sta³ych. Autobusy - Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, 2010, nr 11, s. 79-86.
[9] PN-EN 15210-2:2011. Biopaliwa sta³e - Oznaczanie wytrzyma³oœci mechanicznej brykietów i peletów - Czêœæ 2: Brykiety.
[10] Saidur R. i in.: A review on biomass as a fuel for boilers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, vol. 15, Zeszyty Problemowe nr 5, s. 2262-2289.
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 6/2013
DURABILITY OF BIOMASS BRIQUETTES AVAILABLE IN RETAIL TRADE
SummaryThis article presents durability of biomass briquettes available in retail. Differences in researched quantities have been stated. Tests were conducted on a briquettes tester designed in accordance with PN-EN 15210-2:2011 in Institute of Biosystems Engineering at Poznañ University of Life Sciences.
: plant biomass, briquette tester, coefficient of durability, Poland
Key words
