Energiafűz és élelmiszeripari melléktermékek, hulladékok, mint pellet alapanyagok vizsgálata. Készítette: Cseh Roland

MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT 3515 MISKOLC Egyetemváros

Energiafűz és élelmiszeripari melléktermékek, hulladékok, mint pellet alapanyagok vizsgálata

Készítette: Cseh Roland

Konzulens: Dr. Póliska Csaba Dr. Szemmelveisz Tamásné

Energia- és Minőségügyi Intézet Tüzeléstani és Hőenergia Intézeti Tanszék 2011. november

TARTALOMJEGYZÉK 1. BEVEZETÉS

3

2. IRODALMI ÖSSZEFOGLALÁS

4

1.1 ENERGIAFŰZ 1.1.1 AZ ENERGETIKAI FŰZFAÜLTETVÉNYEKRŐL ÁLTALÁBAN 1.1.2 AZ ENERGIAFÜZEK NEMESÍTÉSE ÉS A FAJTÁK 1.2 ÉLELMISZERIPARI ÉS MEZŐGAZDASÁGI MELLÉKTERMÉKEK 1.2.1 DIÓHÉJ 1.2.2 KUKORICASZÁR 1.2.3 NAPRAFORGÓMAGHÉJ 1.3 PELLET KÉSZÍTÉS 1.3.1 PELLET 1.3.2 PELLET FAJTÁI 1.3.3 PELLET MINŐSÍTÉSE KÜLSŐ ALAPJÁN 1.3.4 A PELLET GYÁRTÁSA 1.3.5 PELLET FELHASZNÁLÁSA 1.3.6 PELLET SZABVÁNYOK 1.3.7 TERMÉKPECSÉTEK 1.4 PELLET TÜZELÉS 1.4.1 A PELLETÉGETŐK MŰKÖDÉSE 1.4.2 PELLETKANDALLÓK 1.4.3 PELLETKAZÁNOK

5 5 6 8 8 8 9 9 9 10 10 12 12 12 13 13 14 15 16

3. PELLET ALAPANYAGOK TÜZELÉSTECHNIKAI JELLEMZŐINEK LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATA

17

1.5 NEDVESSÉGTARTALOM MEGHATÁROZÁSA 1.6 HAMUTARTALOM MEGHATÁROZÁSA 1.7 KARBON-, HIDROGÉN-, NITROGÉN ÉS KÉNTARTALOM MEGHATÁROZÁSA 1.8 ÉGÉSHŐ ÉS FŰTŐÉRTÉK MEGHATÁROZÁSA 1.8.1 AZ ÉGÉSHŐ MEGHATÁROZÁSA 1.8.2 A FŰTŐÉRTÉK MEGHATÁROZÁSA 1.8.3 MÉRT ÉS SZÁMÍTOTT EREDMÉNYEK 1.9 A VIZSGÁLT MINTÁKBAN A HŐ HATÁSÁRA VÉGBEMENŐ FOLYAMATOK 1.9.1 A DERIVATOGRÁFFAL VÉGZETT TERMONALITIKAI VIZSGÁLATOK ELVE 1.9.2 A A MINTÁK TERMOANALITIKAI VIZSGÁLATA 1.9.3 A FŰZFA MINTÁK KEVERÉSE A MEGFELELŐ ADALÉKANYAGGAL

17 18 19 20 21 22 22 23 23 24 31

4. ÖSSZEFOGLALÁS

33

5. IRODALOMJEGYZÉK

34

2

1.

BEVEZETÉS

A kommunális és lakossági hőellátásban a földgáz kiváltására egyik lehetőség a napjainkban egyre nagyobb teret hódító pellet. A pellettel kapcsolatos eddigi gyártási és tüzelési tapasztalatok azt mutatják, hogy a pellet minőségében meghatározóak az alapanyag termesztésének körülményei. Ez indokolja, hogy a magyarországi természeti adottságok közepette is termeszthető energiafüzet, mint egy lehetséges pellet alapanyagot, vizsgálatnak vessük alá. A dolgozat további célkitűzése elemezni, hogy az élelmiszeriparban nagy mennyiségben keletkező hulladékokat milyen feltételekkel lehet a fűzfa alapanyaghoz keverve azokat pellet gyártásban hasznosítani. Ez a felhasználás összhangban áll, a hulladékgazdálkodás területén tapasztalható törekvésekkel, melyek arra irányulnak, hogy a hulladékból terméket állítsunk elő. A kitűzött célok eléréséhez a munka első fázisában az energiafűzzel kapcsolatos ismereteket – kiindulva a termesztéstől a betakarításon át egészen a végső felhasználásig – elemzem. Mivel energiafüzekből is sok fajta nemesített változat létezik már hazánkban is, így szükséges az egyes fajták tulajdonságainak meghatározása minőségi és mennyiségi szempontból egyaránt. Az élelmiszeripari technológiák gyakran eredményeznek olyan melléktermékeket, hulladékot, amelyek energetikai felhasználásra alkalmasak lehetnek. Az alapanyagok, a technológiák különbözősége miatt csak akkor lehet e melléktermékeket hasznosítani, ha pontosan ismerjük tüzeléstechnikai jellemzőiket. Laboratóriumi méréseket végeztünk az alapanyagok tüzeléstechnikai tulajdonságainak – égéshő, fűtőérték, nedvesség-, illó-, hamutartalom – meghatározására. A tüzelőanyagok hőtermelésre való felhasználhatóságának egyik alapfeltétele, hogy tüzeléstechnikai jellemzői állandóak legyenek. Ezért az eredmények ismeretében a különböző alapanyagokból számítással olyan tüzelőanyag keverékeket – pellet gyártási alapanyagot – állítottunk elő, amelyeknek jellemzői közel azonosak. A munka második szakaszában az így meghatározott arányok figyelembevételével készített keverék minták tulajdonságainak meghatározása után, égetési kísérletek eredményeire alapozva kiválasztjuk a pellet előállítására legalkalmasabb keverékeket.

3

2.

IRODALMI ÖSSZEFOGLALÁS

A biomassza biológiai eredetű szerves anyag, amely - a szárazföldön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek (növények, állatok, mikroorganizmusok) tömege; - biotechnológiai iparágak termékei, hulladékai, melléktermékei. A biomassza tehát valamely élettérben, egy adott pillanatban jelenlévő szerves anyagok, és élőlények összessége. Az ökoszisztémában létrejövő szerves anyag mennyiség a zöld növények által a fotoszintézis során a Nap sugárzó energiájából átalakított és megkötött kémiai energia. Ez az energia áll rendelkezésre a növényben a saját életfolyamataira, valamint az állatok számára. A biomassza tehát transzportált napenergia. Környezeti és energetikai szempontból kiemelt szerepe abból adódik, hogy alkalmazása szén-dioxid semleges, ugyanis felhasználásakor csak annyi szén-dioxid keletkezik belőle, amennyit korábban fotoszintézise során felhasznált, ezáltal alkalmazása nem növeli az üvegházhatású gázok kibocsátását. A megújuló energiafajták közül a biomassza, csaknem minden országban hozzáférhető, az egyik leginkább hasznosítható, és a legkönnyebben kiaknázható energiaforrás. A biomasszán alapuló energiatermelés beruházási költségei lényegesen kedvezőbbek lehetnek, mint a többi megújuló energiaforrás esetében [1]. A biomassza energianyerésre közvetlen és közvetett módon hasznosítható. Tehát az alkalmazható módszerek, egy másik csoportosítás szerint, az alábbiak lehetnek: Közvetlenül: - tüzeléssel a) előkészítés nélkül, b) előkészítés után. Közvetve: Kémiai átalakítás után (cseppfolyósítás, elgázosítás) - folyékony üzemanyagként, - éghető gázként, - alkohollá, erjesztés után üzemanyagként, - növényi olajok észterezésével, bio-dizelként, - anaerob fermentálás után biogázként. A továbbiakban a fa pelletálhatóságával, előállításával foglakozom, aprított, száraz fa alapanyagból történő pellet gyártás, és égetése valamint jelenleg a gyakorlatba nem kerülő egyéb hulladékokkal. A vizsgált eredményekkel szeretném bizonyítani, hogy a fűzfa aprítékból is érdemes és lehet gazdaságosan előállítani pelletet. A jelen termesztői számára 4

lehetőséget nyújtva arra, hogy a leghatékonyabban legyenek képesek feldolgozni az alapanyagukat. A fűzfák közül három nemesített fajtát, az Ingert, a Torát és a Svent vizsgálom. A Tora, Sven pangóvizes, gyakorta vízborított területre javasolható. Sven só tűrő képességének köszönhetően szerepet kaphat a gyökérzónás szennyvíztisztításban is. Az Inger magas hozamú, szárazságtűrő fajta. Vegetációját nagyon korán kezdi, ezért gyomelnyomó képessége kiemelkedő. Fagytűrő képessége nagyon jó. Hamar hormonális mélynyugalomba kerül, ezért betakarítása már novemberben megkezdhető (1. ábra).

1.1

ENERGIAFŰZ

1.1.1 AZ ENERGETIKAI FŰZFAÜLTETVÉNYEKRŐL ÁLTALÁBAN A köznyelvben „energiaerdő”-ként ismert új ültetvényforma hivatalosan a „rövid vágásfordulójú energetikai faültetvény” - eket jelenti. Energiaültetvény létesítésére alkalmas minden olyan fás szárú növény, amelynek kezdeti (első két-három éves) növekedése gyors, nagy biomassza tömeget nevel, vágás után sarjakról gyorsan megújul, regenerálódik, géppel könnyen betakarítható, valamint technológiatűrése megfelelő. A fajok közül leginkább a fűz az akác és nyár felelt meg ezeknek a feltételeknek. Az energiaültetvényeket (növekedésüktől függően) két-három évente járvaszecskázó gépekkel takarítják be. A megtermelt faaprítékot néhány hetes száradás után erő-, vagy fűtőművekben égetik el. A fűz energiatartalma nagy. A svéd nemesítésű füzek égéshője 21000-21200 kJ/kg, a hazai füzeké 16-18000 kJ/kg. Alacsony hamutartalmuk és természetes körülmények közötti gyors száradásuk is kedvező. (Hamutartalom: 0,31-0,52% m/m, nedvesség tartalom betakarításkor 46-52% m/m).

1. ábra. Energiafűz „Inger”csemete ültetvény, a rendezett soroknak a betakarításnál van nagy szerepük [2] 5

Fűz ültetvényeket telepíteni elsősorban ott célszerű, ahol magas talajvizű, víznyomásos, vagy időszakos vízborított területek állnak rendelkezésre. A különböző fás szárú energianövények (akác, nyár, fűz) nem konkurenciái egymásnak, mivel mindegyik faj más ökológiai (elsősorban talaj) adottságokat igényel. Az akác a száraz, a nyár az üde, a fűz a kifejezetten vizes élőhelyek növénye. Elsősorban a talajadottságok döntik el, melyiket termeszthetjük eredményesen. A tévhitekkel ellentétben az energianövény termesztés nem konkurál az élelmiszer-, vagy takarmány termesztéssel! A hazai szántóterületek 80%-os kihasználtsága mellett is túltermeléssel kell számolni. A szántóterületek mellett pedig több százezer hektár műveletlen parlagfelület van, melyek egy része eredményesen hasznosítható lehetne energianövényekkel! Az energiafüzek magas összes só tartalom és magas nitrogéntartalom tolerálására és hasznosítására képesek. Ezen tulajdonságuknál fogva használhatók szennyvíziszap, tisztított szennyvíz és ipari szennyvíz ártalmatlanítására is. Az országosan képződő szennyvíziszap, kommunális szennyvíz és technológiai szennyvíz megsemmisítése és ártalmatlanítása jelentős költségekkel bír. Gyökérszűrős szennyvíztisztításra létesített fűz ültetvényekkel ezek a költségek megtakaríthatók lennének és a biomassza hozamra gyakorolt pozitív hatás miatt a szennyvíztelepeknek, önkormányzatoknak bevételt is jelenthetnének [2].

1.1.2 AZ ENERGIAFÜZEK NEMESÍTÉSE ÉS A FAJTÁK A legnagyobb nemesítő központban, Svédország déli részén a Lanmännen Agroenergie-nél, Stig Larsson vezetésével több mint harminc éve végeznek fajta nemesítést. A svéd nemesítés kezdetben az őshonos fajták kiválasztó szelekciójára alapozott, mára azonban a keresztezéses nemesítésre helyezték át a fő hangsúlyt. A nemesítői munka a kedvező növekedésű, jó sarjadzó képességű, fagyállóságú, ellenállóságú és beltartalmi értékű fajtákra koncentrált. Ennek megfelelően a kizárólag szelekcióra alapozott nemesítői tevékenységekkel szemben a svéd nemesítésű füzek jelentősen magasabb biomassza produkcióra képesek, mint más európai fajták (2.ábra).

2.ábra 1,5-2 éves energiafűz ültetvény Piricsén [2]

6

A Magyarországon hozzáférhető fajták név szerint a következők: Inger, Tordis, Tora, Torhild, Sven, Jorr, Gudrun, Olof és Doris. Telepítők által végzett vizsgálatok lezárultával bebizonyosodott, hogy a svéd fajták a hazai ökológiai környezetben is felülmúlják más európai társaikat. A Doris és az Olof fajták környezetvédelmi okok miatt kikerültek a támogatható fajták köréből. Ezek a fajták szibériai fűz vérvonalat tartalmaznak, mely hazánkban nem őshonos. A hazai állományok védelmének érdekében ezen fajták telepítését engedélyezik ugyan, de telepítési támogatásban nem részesíthetők. Magas talajvizű területeken pedig nagyon nagy (akár 40 t/ha/év) szárazanyag hozamra is képesek és jól bírják az időszakos vízborítást is. A fennmaradó hét fajta közül a Tora, a Tordis, a Torhild, valamint a Sven nedvesebb, de nem extrém vizes (pangóvizes, gyakorta vízborított) körülmények közé javasolható fajta. Ilyen körülmények között magas hozamokra képesek. E mellett a Sven sótűrő képességének köszönhetően szerepet kaphat a gyökérzónás szennyvíztisztításban is. Honosított fajták közül, számos előnyös tulajdonsága miatt az „Inger” fajta érdemel külön kiemelést. Az Inger nagy hozamú, szárazságtűrő fajta. Vegetációját nagyon korán kezdi, ezért gyomelnyomó képessége kiemelkedő. Fagytűrő képessége nagyon jó. A korai fakadás utáni enyhe fagyokat jól tolerálja, mínusz három celsius fokig nem károsodik. Az Inger hamar hormonális mélynyugalomba kerül, ezért betakarítása már novemberben megkezdhető. A betakarításkori nedvességtartalom 44-52 % körül alakul. (A szállítás 35%-tól már gazdaságos. Ezt 4-6 hét alatt éri el) Az Inger legkiválóbb tulajdonsága a kimagasló termésbiztonság, mely a hazai ökológiai szélsőségekhez (aszály és belvíz) való alkalmazkodáson alapszik [2]. 2.1.3.

A füzek környezetvédelmi jelentősége

Magyarországon éves szinten több százezer tonna kommunális szennyvízből képződő, veszélyes hulladéknak minősülő kezeletlen és hasznosítatlan szennyvíziszap képződik. A szennyvíziszap elhelyezése a szennyvíztisztító telepeken költségnövelő tényező. A keletkező kommunális szennyvíz és szennyvíziszap egy része illegális úton kerül kijuttatásra, megsemmisítésre, ezzel terhelve a környezetet. A mezőgazdaság (ezen belül a rövid vágásfordulójú energetikai ültetvénytelepítések) számára azonban a szennyvíziszap olcsó és jól hasznosítható tápanyagforrást jelent. Az élelmiszer és takarmánytermesztésben használt szántó területeken a szennyvíz iszap felhasználásának lehetősége korlátozott. A rövid vágásfordulójú fűz ültetvényekben (a magas összes só illetve magas nitrogén tolerancia miatt és a nem élelmiszer célú termelés miatt ) nagyobb arányban biztosított ezen veszélyes hulladékok ártalmatlanítása. Az idősebb fűz ültetvények a 2-3 évente elvégzett szennyvíziszap trágyázásra kedvezően reagálhatnak megfelelő injektálási és kijuttatási technológia mellett alacsonyabb (20-25 t/ha) trágya adagoknál nagy mértékű biomassza hozam növekedés tapasztalható [2].

7

1.2 ÉLELMISZERIPARI ÉS MEZŐGAZDASÁGI MELLÉKTERMÉKEK 1.2.1 DIÓHÉJ Rendelkezésre álló durva dióhéjat aprítottuk egy kalapácsos törővel a megfelelő finomságúra. Mohs-féle keménységi foka 2,5-3,0, ezért a lágy fémeknél se keményebb. Alakja sokszögű, sarkos. Kémiai összetétele: cellulóz, lignin. Kémiailag semleges, vízben oldhatatlan, savakkal, lúgokkal nem reagál. Száraz, víztartalma <8-9 %. Zsírtartalma kb. 0,5 %. A finom dió apríték Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Laboratoriumában készült (3. ábra). Az emberi szervezetre semmilyen formában nem káros, nem tartalmaz szilikózist okozó porfrakciót [11].

3.ábra 600 g finom dió apríték, 2 mm alatti szemcsemérettel

1.2.2 KUKORICASZÁR Magyarországon a kukoricaszár a legnagyobb mennyiségben keletkező növényi melléktermék. A több mint 12 millió tonna kukorica-termesztési melléktermék 90%-a szár és levél. A kukoricaszár levágására, aprítására és rendre rakására átalakított járvaszecskázót használnak legelterjedtebben. Mivel a kukoricaszár nedvességtartalma betakarításkor nagy (40–60%), probléma léphet fel a kukoricaszár-bálák tárolásával (4. ábra). A tárolás a nagy nedvességtartalom miatt fokozott gondosságot és körültekintést igényel [9].

8

4.ábra Kukoricaszár-bálák első lépésben történő szárítása, szabadlevegőn[12]

1.2.3 NAPRAFORGÓMAGHÉJ A napraforgó tisztítása során keletkező melléktermék (5. ábra), kiemelkedően alacsony nedvességtartalommal, és magas fűtőértékkel bír, ezért kifejezetten nagy energetikai jelentősége van megújuló energiaforrásként [10].

5.ábra Napraforgómaghéj *13]

1.3 PELLET KÉSZÍTÉS 1.3.1 PELLET A pellet néhány mm átmérőjű és hosszú tüzelőanyag, melyek a fafeldolgozáskor keletkező (60% keményfa, 40% puhafa) szárított, összepréselt hulladékból készülnek. A pellettel való tüzelés egy természetes, megújuló, biológiai alapú energiahordozó elégetése, amely kémiai adalékokat vagy mesterséges kötőanyagokat nem tartalmaz (lignin tartja össze a faforgácsot,

9

ami a fa természetes alkotóanyaga). A feldolgozás során a nedvességtartalom a minimálisra csökken, ami elősegíti a tökéletes égést és magas hő teljesítményt eredményez [3].

1.3.2 PELLET FAJTÁI A pelleteknek két fő fajtája van:  fapellet a fa belső tiszta részéből kikerülő fűrészpor, forgács az alapanyaga.  agripellet lágyszárú növényekből (szalma, kukorica, energiafű) készül. A két pellet fajta tüzeléstechnikai jellemzői között a hamutartalmukban mutatkozik a legnagyobb különbség. A fapellet 1% , az agripellet 3-10% hamut kapunk megfelelő elégetés után [3]. Fapellet A fapellet amerikai találmány, az 1920-as években kezdett a gyártási technológia terjedni az USA-ban és Kanadában. A fűrészmalmok porát, forgácsát kezdték összepréselni. A jól égő, tiszta és kellemes illatú anyag páratlan karriert futott be a világban. Komoly iparággá nőtte ki magát a pellet-, és az égetésére alkalmas kazánok gyártása és forgalmazása. A fapellet tisztaságát annak köszönheti, hogy a fának csak a legbelső - kéreg, levél és pormentes részét préselik össze pelletnek. A fapellet hamutartalma 1% alatt van. Ennél több hamut a pelletégők nem viselnek el. A fapelletre alkalmas berendezések csak fapellettel használhatók, más anyagtól eldugulnak. A fapellet ára Németországban a gáz árához képest jóval olcsóbb és már itthon is kedvező áron kapható, 2011-ben 60 Ft/kg körül alakult [3]. Agripellet , agropellet A mezőgazdasági termelés során keletkező növényi anyagok, maradékok, hulladékok aprítás és préselés után, pelletálva azonnali fűtőanyagokká alakíthatóak. A fával ellentétben ezek a növények évente újra megnőnek és learatják, kaszálják őket. A gyors növekedésnek és fejlődésnek az az ára, hogy a növény több ásványi anyagot épít magába, mint a fa. A betakarítás során sok por, homok kerül a növényi részek közé. Ha ezekből a lágyszárú növényekből pelletet, vagy brikettet készítünk, akkor annak hamutartalma jóval nagyobb lesz, mint a fa tiszta belsejéből készített fapelleté. Az agripellet hamuja 3-10%. Az agripelletek égetési tulajdonságai eltérőek a fapellettől. Fűtőértékük is jóval tágabb tartományban mozog. Sok esetben célszerű a különböző alapanyagok keverése a jobb préselhetőség miatt. Ezek miatt az okok miatt az agripelletek beszerzésekor fontos a megbízható információ a gyártótól, esetleg minőségi bizonylat kérése is célszerű [3].

1.3.3 PELLET MINŐSÍTÉSE KÜLSŐ ALAPJÁN A pelletet külseje alapján elég jól lehet jellemezni, de a minősége nem állapítható meg csupán szemrevételezéssel. A felszín:

A jó pellet külseje sima, fényes, vastag hosszrepedésektől mentes

Ezek a tulajdonságok a pelletálás optimális feltételeire utalnak. Például hogy elegendően magas hőmérsékletet értek el a gyártás során, ami ahhoz szükséges, hogy a fában lévő lignin 10

kötőanyag folyékonnyá váljon és így "újraformálja" a farostokat. Ez határozza meg a pellet szilárdságát. A szilárdság a pellet legfontosabb ismérve. Ez határozza meg ugyanis a pellet sűrűségét és a törmelék illetve a por arányát. Minimális mennyiségű törmelék a fűtés üzembiztonságát növeli, nagy mennyiségben már akadályozza a csigával történő szállítást. A tiszta és hatékony égéshez pedig a minél nagyobb sűrűség (>1,12 kg/dm3) a jó. A pellet szilárdságát az úgynevezett ledarálódás jellemzi. A ledarálódás azt jelenti, hogy mennyi törmelék keletkezik bizonyos terhelés hatására. Az értéke Lingotester készülékkel mérhető és nem haladhatja meg a 2,3 %-os értéket. Átmérő: Leggyakoribb a 6 és 8 mm átmérőjű, de néha előfordul 4 vagy 5 mm ill. 10 mm átmérőjű pellet is. Kisméretű tűzhelyekhez (normál méretű kályha, kandalló) 6 mm pelletet ajánlanak a kandallógyártók a jó hatásfok és üzembiztosság érdekében. A pellet vastagsága az égési időt és az égéshez szükséges levegő mennyiségét határozza meg, a kandallókat ez alapján tervezik. A gyártó által ajánlott mérettől tehát nem érdemes eltérni. Hossz: A hossz csak akkor számít, ha a pellettárolóból szívócsövön keresztül szivattyúzzák ki a pelletet. Ezek a csövek általában 50 mm átmérőjűek. A DIN 51731-es német szabvány a pellet hosszát legfeljebb 50 mm-ben rögzítette, ez már problémát jelenthet a szívórendszernek. Az ÖNORM M 7135-ös osztrák szabvány a pellet maximális hosszát 45 mm-ben határozta meg. Minimális méret nincs kikötve. Illat: Az illata alapján is jól meg lehet határozni a pellet minőségét, de ezt már csak kiegészítő vizsgálatként alkalmazzák és némi gyakorlat is kell hozzá. A pellet természetesen nem feltétlenül fenyőerdőként illatozik. A gyártás során előforduló nagy hőmérséklet miatt a lignin megolvadása szagképződéssel jár. A friss pelletnek tehát enyhén édeskés szaga van. Ez mindenesetre a jó minőség ismérve, bár néhány ember nem szereti ezt a szagot. A szag intenzitásából gyorsan veszít. Szín: A szín, csakúgy, mint a szag, nem jellemzi teljes biztonsággal a minőséget, csupán másodrangú érvként szerepelhet, de az alapanyagra és a feldolgozás módjára lehet következtetni belőle. A forgács hosszú ideig tartó nem megfelelő tárolásával enyhén megszürkül, de ez nem jelent komoly minőségbeli csökkenést. A pellet, ill. a forgács a tárolás közbeni lebomlási folyamat miatt is elszíneződhet, amely gombásodásra utal. A gomba lebonthatja a lignint és a cellulózt! A szárítás közben is megszürkülhet a forgács, szakszerűtlen szárításnak azonban nem ez az egyedüli következménye, hanem más tulajdonságokat is befolyásolhat (pl.: rugalmasság elvesztése). Az ilyen alapanyagú pelletnél a ledarálódás is nagyobb. A pellet világossága ill. sötétsége is adhat okot minőségbeli gyanúra, de a különböző fafajták miatt ezt elég nehézkes követni [4].

11

1.3.4 A PELLET GYÁRTÁSA A mezőgazdasági és erdészeti anyagok tömörítése a pelletálás. Pelletnek nevezik a körcellás, vagy síkmatricás görgős préseken készített 3 - 25 mm-es tömörítvényeket. A tüzelésre szánt nagyobb tömörségű 10-25 mm-es pelletnek "tűzipellet" megnevezést is használják. A tüzelési célra alkalmas biopellet vagy tűzipellet legfőbb jellemzője a nagy sűrűség, tömörség (1-1,3 g/cm3). A melléktermékekből a pelletet rendszerint kötőanyag nélkül készítik, fűrészporból és faforgácsokból préselik össze nagy nyomáson. Kötőanyagként a fában természetes anyagként megtalálható lignin szolgál, esetleg olajat adagolnak hozzá. Gyakran célszerű különböző melléktermékek összekeverése, ill. bekeverése. A fűrészpornak, fenyőfakéregnek, viasznak adalék anyagként való hozzáadása a szalmához javítja a szilárdságot. A tömörségen kívül az alacsony nedvességtartalom az, mely igen kedvező tüzeléstechnikai tulajdonságokat ad a pelletált mellékterméknek [4].

1.3.5 PELLET FELHASZNÁLÁSA Ha a környezetvédelemre, a kényelemre, a precizitásra, a megbízhatóságra, a hatékonyságra, valamint a pénzre is odafigyelünk, akkor tesszük a legjobban, ha a pellet fűtést választjuk! A pellet 100 %-ban természetes alapanyagokból készülő, 6 mm átmérőjű granulátum, leginkább a nyúltáphoz hasonló formájú anyag. A pellet égése során mindössze annyi széndioxidot bocsát ki, amennyit a fa élete során beszívott (szén-dioxid semleges), így globálisan nem növeli a levegőben található káros anyagokat, valamint nem segíti elő az üvegházhatást. Megújuló energiaforrásként nem fenyeget az a veszély, hogy esetleg elfogy, szemben a fosszilis energiaforrásokkal (szén, földgáz, olaj). A tüzelőberendezések széles termékskálájának segítségével biztosan megtalálhatjuk az otthonunkhoz illő megoldást. Nagy teljesítményű pelletkazánok vagy a nappali elegáns bútoraként is funkcionáló légfűtéses vagy központi fűtésre köthető pelletkandallók, bármelyiket is választjuk, ezzel a döntéssel az egyik leggazdaságosabb fűtésmód mellett tesszük le a voksunkat. A pellet kandallók és kazánok nagy megbízhatósággal és nagy hatásfokkal hasznosítják a pelletet [4].

1.3.6 PELLET SZABVÁNYOK DIN 51731, DIN Plus és az új EU szabvány: ENplus-A1: Préstermék természetes fából követelmények és feltételek A préstermék alatt itt a pelletet és a brikettet értik. Ezeket hossztól és átmérőtől függően 5 kategóriába sorolták. A 6 mm átmérőjű pelletet sorolták a kisebb tűzhelyekhez, amelyek a normál háztartásokban használatos kandallókat, kazánokat jelenti. Ez a pellet a DIN 51731 HP5 jelölést kapta. A szabványban többek közt például a pellet nedvességét és fűtőértékét definiálták, valamint rögzítették a nehézfém-koncentráció határértékeit. A túlságosan általános DIN-nél valamennyivel szigorúbb megkötéseket tartalmaz az új DIN

12

Plus szabvány és az osztrák ÖNORM követelményrendszer, leginkább a hamutartalom (0,5 % alatt) vonatkozásában, amelyből a kéregtartalomra és a fűrészporban lévő szennyezőanyagokra (homok, föld, sár, stb.) lehet következtetni, amely akár a fa kérgébe beletapadva kerülhet a pelletbe. Azokból a gyárakból vásárolunk pelletet, ahol zárt gyártástechológiával készül a pellet. Ez azt jelenti, hogy a fűrészpor csöveken keresztül kerül a pelletáló gépsorba a silóból, és a siló pedig a fafeldolgozás melléktermékét, a faforgácsot és a fűrészport gyűjti össze szintén zárt csöveken keresztül. Így teljesíthető maradéktalanul a DIN Plus szabvány egyik legfontosabb paramétere, a hamutartalom alacsony volta. Az új EU szabvány, az ENplus-A1valamivel engedékenyebb a hamutartalom tekintetében, 0,5 % helyett 0,7% a kritérium, viszont sokkal szigorúbb a hamu olvadáspontjára vonatkozóan, amely paraméterre a DIN Plus szabvány nem tér ki. ÖNORM M 7135 Préstermék természetes fából, vagy kéregből - követelmények és feltételek Osztrák szabvány, amelyben már megfelelő követelményeket támasztanak a pellet minőségével kapcsolatban. Rögzítették többek közt a ledarálódás fogalmát (törmeléktartalom), a préselési segédanyagok és a kötőanyagok mennyiségét. Valamit a pelletgyártók helyi ellenőrzését is belefoglalták. Pelletvásárláskor mindenképpen a DIN Plus, ENplus-A1 és az ÖNORM szabványoknak megfelelő pelletet válasszuk! A szabvány további pontokban (M 7136; M 7137) tesz megkötéseket a szállítással és a tárolással kapcsolatban [5].

1.3.7 TERMÉKPECSÉTEK DEPV Német pellet-energia szövetség (DeutscherEnergiePelletVerbandes) Megbízható minőséget biztosít, a DIN minősített termékek automatikusan nem kapják meg ezt a jelölést. PVA Osztrák Pelletszövetség (PelletverbrandAustria) PVD Német Pelletszövetség (PelletverbrandDeutschland) A kettő közt nincs lényeges különbség, szintén megfelelő minőséget biztosítanak [5].

1.4 PELLET TÜZELÉS A földgáz és a kőolaj árak drasztikus emelkedése miatt ismét divatba jöttek a fatüzelésű kazánok, amit a technikai fejlesztések, újítások is elősegíthetnek. A füstgázok nem csak a széntüzeléshez viszonyítva bizonyultak rendkívül környezetbarátnak, de még a hagyományos fatüzelésű kazánokhoz képest is alacsony a káros anyag kibocsátás ( CO < 200 mg/m3). A hagyományos fatüzelésű kazánok mellet igen nagy sikernek örvendenek a hazánkban nemrég bevezetett pellet égető kazánok. Nagy előnyük a komfort és a kényelem! Míg a hagyományos kazánokba kézzel kell beadagolnunk a tüzelésre szánt eltérő méretű 13

fatuskókat, addig a pellet égető kazánba a szabvány méretű pelletet egy adagoló automatikusan továbbítja az égőfejhez. Így az égés folyamatos és emberi beavatkozást nem igényel. A pelletet fa fűrészporból állítják elő nagy nyomással, cilinderes géppel préselve, mely hossza 1,5-2 cm, átmérője 6 mm lehet. Az ilyen típusú fűtőanyag jellegzetességei a tömörség és a magas kalória tartalom. (4.000-4.500 kcal/kg). A pellet nedvességtartalma kiemelkedően alacsony (kevesebb, mint 10-12 %), egyenletes sűrűsége a fűtőanyag szabályozhatóságát biztosítja. A fapellet előállítása hántolt, száraz fa alapanyagból történik elsősorban, jelenleg a gyakorlatban nem kerül bele kéreg, vagy egyéb hulladék [5].

1.4.1 A PELLETÉGETŐK MŰKÖDÉSE (A) Fűtőanyag tartály (pellet) (B) Ecokeram égéstér (C) Csiga a fűtőanyag ellátáshoz (D) Izzítószál (E) Kiemelhető öntvény tűzlap és csiga fogantyúval (F) Füstkivezetés és levegőbeszívás koaxiális és/vagy párhuzamos vezetékkel (G) Konvekciós ventilátor (I) Légrács (L) Vezérlő panel (M) Füstvezetés tisztító rudak

6.ábra Pellet kályha mükődési vázlata [6]

(N) Hőszigetelésű hátfal

A pellet a szállítórendszerről csőből vagy csúszólapos töltőaknából hullik a parázságyra. Egy másik szerkezetben csiga tolja alulról vagy oldalról a lángtérbe. A lehulló pellet zavarhatja az égést és egyetlen elosztású is lehet, de a 15 kW-nál kisebb teljesítményű berendezéseknél ez nem okoz gondot. Az alulról betáplált tüzelőanyag lassan közelíti az égésteret, a pelletágy szimmetrikusan épül fel. Nincs szükség a hamumentesítéshez sem motorra, sem mechanikára, erről ugyanis gondoskodik a folyamatos pelletáramlás, amely a hamut az égéstér peremére, onnan a hamukamrába löki. A fapelletet befúvott forró levegő vagy elektromos kerámiapatron gyújtja meg. A füstgáz hőjét csőrendszeren keresztül hőátvevő lemezek irányítják a fűtőtestbe. A csövek épített úgynevezett turbulátorokkal a füstgázban előidézett örvénylés növeli a hőcsere-teljesítményt.

14

7.ábra Pelletkazán metszeti nézetben [8]

A pellet készülékek használata rendkívül kényelmes, akár több napon keresztül felügyelet nélkül működtethető (7. ábra). A legújabb generációs vezérlő panel garantálja a készülék autonómiáját, elektromosan vezérli a kályha működését, igény szerint napi három program írható a heti programozó órába (6.ábra). Ez a megoldás garantálja a fűtés folyamatosságát és valóban a praktikum és a komfort legmagasabb élményét nyújtja: hazaérve kellemes érzéssel léphet be lakásába. Egy 100 m²-es lakást kb. 1500 m³ földgázzal lehet kifűteni, melynek kb. 1100 EURO költsége a fűtési idényben; ugyanez a lakás kifűthető 2600 kg pellet-tel is, 660 EURO költséggel. A fűtési idény fűtési költségeinek összehasonlítása (Földgáz - Pellet) egy 100 m²-es lakás paraméterei alapján lettek kalkulálva [5].

1.4.2 PELLETKANDALLÓK Légfűtéses: beépített ventillátor fújja a helyiségbe a meleg levegőt Vízfűtéses: központi fűtés esetén, radiátor és padlófűtésre Elcsatornázható: beépített ventillátor, meleg levegőt juttat el légcsatornán távolabbi helyiségekbe Teljesen automatikusan működik, csak az alapanyag betöltése, és a hamu kitakarítása igényel munkát. A kályhákban található pellet tartály akár 48 órás működést is biztosít. Egy átlagos kályha fogyasztása 0,5-2,5 kg/h 2,5-11 kW/h teljesítmény mellett. A pellet a készülékben lévő csiga segítségével (amit motor hajt) eljut a tartályból az égéstérbe. A meggyújtás az izzító által felhevült levegővel történik. Az égéstermék a füstgázventilátor 15

segítségével távozik a füstcső csatlakozón keresztül a kéménybe. A tüzelőanyag és az égési levegő mennyiségét a központi egység szabályozza, a minél nagyobb égési hatásfok és az optimális működés érdekében. Az egész teljesen automatikus, állandó odafigyelést nem igényel, hasonlóan a gázkazánokhoz. Központi fűtéses pelletkályha, radiátorokra rákötve a komplett épület fűtését is ellátja. Indirekt tárolóval összekötve a használati melegvíz előállítása is megoldható [5].

1.4.3 PELLETKAZÁNOK Több típust különböztetünk meg. A kompakt készülékek egy egységben tartalmazzák a kazánt, a pellet tárolót és az adagoló csigát. A külső tárolós, mint a neve is mutatja két részre bontható és egymáshoz képest szabadon elhelyezhető egységek. Egy másik típus a tároló nélküli, ebben az esetben a pellet tárolására általában egy külön helyiség, vagy siló szolgál, ezekből adagoló csigával juttatják el a kazánig a tüzelőanyagot. Tüzelőanyagként a pellet és fa apríték kombinációja is alkalmazható. Nagyobb teljesítmény esetén a kazánt is két részből gyártják, egyik részben történik az égés és egy másikban a hőcserélés (7. ábra). Mindegyik típusra jellemző a teljesen automatikus üzem, azaz a begyújtás, a pellet adagolása és az égéshez szükséges levegő biztosítása a kívánt teljesítmény szerint, mind beavatkozás nélkül történik. A drágább készülékek esetében a kazán tisztítása és az égéstermék, azaz hamu kiszállítása is automatikus. Egyes készülékek a fűtésrendszert és a melegvíz készítést is tudják szabályozni. Bármelyikre jellemző, hogy helységben termosztáttal kommunikál, azaz csak akkor termeli a hőt ha arra szükség van. Általában minden kazánra érvényes az, hogy jó minőségű pellettel üzemel biztonságosan. A gyengébb minőségű pellet morzsolódik, a tároló alján fokozatosan összegyűlik a porszerű anyag, ez pedig egy idő után megakadályozhatja az adagoló csiga forgását. Szintén a rossz pelletre jellemző, hogy az égéstermék a nagy hőmérséklet miatt salakosodik, ez pedig ha az égőtálban van akkor rontja az égést esetleg megakadályozza a gyújtást [8].

16

3.

PELLET ALAPANYAGOK TÜZELÉSTECHNIKAI JELLEMZŐINEK LABORATÓRIUMI

VIZSGÁLATA A fűzfa minták és a felhasználni kívánt adalékanyagok tüzeléstechnikai paramétereinek megismeréséhez laboratóriumi méréseket végeztem. Ezek során az alábbi jellemzőket határoztuk meg:  összes nedvesség (Wt) a durva nedvesség és a higroszkópos nedvesség összege, meghatározása 105 ± 5 °C-on tömegállandóságig történő hevítéssel, (MSZ 24000-231977)  hamutartalom a minta elégetés utáni szilárd halmazállapotú maradéka, ami szervetlen komplexekből és ásványi anyagokból származik, meghatározása 815 ± 15 °C-on tömegállandóságig történő hevítéssel, (MSZ ISO 1171-1993)  égéshő (Ho) az a hőmennyiség, amely a tüzelőanyag tömegegységének kaloriméter bombában, sűrített oxigén atmoszférában, 25 °C hőmérsékleten való tökéletes elégetésekor felszabadul. Az égés utáni maradékok: gáz halmazállapotú oxigén, nitrogén, széndioxid, kéndioxid, cseppfolyós halmazállapotú víz és szilárd halmazállapotú hamu. Meghatározása PARR 6200 kaloriméterrel, (MSZ 24000-5:1978)  karbontartalom (C) a szerves (éghető) és szervetlen (nem éghető) kötésű karbon összege, meghatározása Carlo Erba EA 1108 Elemanalizátorral, (MSZ 24000-11-1988)  hidrogéntartalom (H) meghatározása Carlo Erba EA 1108 Elemanalizátorral, (MSZ 24000/11-1988)  nitrogéntartalom (N) meghatározása Carlo Erba EA 1108 Elemanalizátorral, (MSZ 24000/11-1988)  kéntartalom (S) meghatározása Carlo Erba EA 1108 Elemanalizátorral, (MSZ 24000/111988) Számítással határoztuk meg:  a fűtőértéket (Hu) ami, az elégetés során a tüzelőanyagból eltávozó nedvesség és a hidrogén elégetéséből keletkező víz párolgási hőjével csökkentett égéshő. A fűtőértéket az égéshő, a nedvesség és a hidrogéntartalom méréssel történő meghatározása után azok eredményeiből számíthatjuk (MSZ 24000-5:1978)

1.5 NEDVESSÉGTARTALOM MEGHATÁROZÁSA Az összes nedvesség (Wt) a durva nedvesség és a higroszkópos nedvesség összege. A hulladék tüzelőanyag összes nedvességtartalma meghatározható egy és két lépcsőben, utóbbi esetben a durva majd a higroszkópos nedvesség meghatározásával.

17

Vizsgálataink során a hulladék tüzelőanyag összes nedvességét határoztuk meg egy lépcsős szárításos módszerrel az MSZ 24000-23-1977 szabvány előírásai alapján. Az egylépcsős módszerrel meghatározott összes nedvességet az alábbi képlettel számítjuk ki:

Wt 

m1  100 , m/m % m

ahol m1

a tömegvesztés a bemért minta szárításakor, g;

m

a bemért minta tömege, g.

A tüzelőanyag mintákból 3-3 párhuzamos mérést végeztünk, a mért értékeket a 20. táblázat foglalja össze.

20. táblázat. A vizsgált minták nedvességtartalma Nedvességtartalom Wt, % (m/m)

Minta Fűzfa, Inger

39,64

Fűzfa, Tora

39,33

Fűzfa, Sven

37,66

Kukoricaszár

17,35

Dióhéj

12,76

Napraforgómaghéj

13,15

A tüzelésre kerülő hulladékok nedvességtartalma tág határok között (12,76 – 39,64% m/m) változik, ami nagyban befolyásolja a tüzelési technológia kialakítását. Az együtt tüzelhető hulladékok kiválasztásánál feltétlenül figyelembe veendő paraméter a nedvességtartalom.

1.6 HAMUTARTALOM MEGHATÁROZÁSA A szilárd és folyékony tüzelőanyag levegőben való elégetése után hamu marad vissza, amely az eredeti tüzelőanyagban lévő szervetlen komplexekből és ásványi anyagokból származik. A mérés elve, hogy a mintát zárt térben áramoltatott levegőben, előírt sebességgel 815±10 °C hőmérsékletre hevítjük és ezen hőmérsékleten tömegállandóságig tartjuk. A minta hamutartalmát az égés utáni maradék tömegéből számítjuk.

18

A méréseket az MSZ ISO 1171 szabvány előírásai szerint végeztük el. A tüzelőanyagokra 3 párhuzamos vizsgálatot végeztünk. A tüzelőanyag minta hamujának mennyiségét (A) tömegszázalékban kifejezve a következő képlettel számítjuk ki: A

m 3  m1  100 % m/m m 2  m1 ,

ahol m1

az izzítóedény tömege, g;

m2

az izzítóedény és a minta tömege, g;

m3

az izzítóedény és a hamu tömege, g.

A vizsgálat eredményeit a 21. táblázat foglalja össze.

21. táblázat. A vizsgált tüzelőanyag minta átlagos hamutartalma nedves állapotra vonatkoztatva Hamutartalom A, % (m/m)

Minta Fűzfa, Inger

0,63

Fűzfa, Tora

0,65

Fűzfa, Sven

0,64

Kukoricaszár

6,51

Dióhéj

1,12

Napraforgómaghéj

2,54

A hamutartalom tekintetében hasonló a helyzet, mint a nedvességtartalomnál, e-paraméter eredményei is nagyon nagy szórást mutatnak. Megfontolandó, hogy a 5,68% m/m hamutartalmú hulladékokat érdemes-e vegyítve a fűzfával pelletállni illetve szabad-e beadagolni a pellet kemencébe, vagy egyéb módszert kell alkalmazni a hasznosítására.

1.7 KARBON-, HIDROGÉN-, NITROGÉN ÉS KÉNTARTALOM MEGHATÁROZÁSA A tüzelőanyagok elemi összetételének meghatározása alatt a szerves vegyületek elemi összetevőinek (azaz karbon-, hidrogén-, kén-, nitrogén- és oxigéntartalmának) mennyiségi analízisét értjük. Az elemi összetételre több okból kifolyólag is szükségünk lehet: fűtőérték meghatározáshoz, égéselméleti számításokhoz, stb. 19

Az égési tulajdonságok szempontjából a tüzelőanyag C-, H- és O-tartalma a legfontosabb, a kén- és nitrogéntartalom a környezetszennyezés és a korrózió szempontjából lényeges paraméter. A tüzelőanyagok elemi összetételének meghatározására számos módszert fejlesztettek ki a különböző korok technikai színvonalának megfelelően. Szinte valamennyi eljárás alapelve, hogy a vizsgálandó tüzelőanyagot tökéletesen elégetik, és a keletkező füstgázból következtetnek annak összetételére. Jelen vizsgálat során a karbon, hidrogén és kéntartalom műszeres meghatározására vonatkozó ISO, DIN, vagy CEN szabványok alapján Carlo Erba EA 1108 típusú elemanalizátorral végeztük a méréseinket. Az eredményeket két tizedesre kerekítve adjuk meg a 24. táblázatban.

24. táblázat. A vizsgált minták átlagos karbon, hidrogén, nitrogén és kén tartalma Minta

C tart. nedves H tart. nedves N tart. nedves S tart. nedves % (m/m) % (m/m) % (m/m) % (m/m)

Fűzfa, Inger

47,81

6,46

0,18

<0,01

Fűzfa, Tora

47,96

6,63

0,22

<0,01

Fűzfa, Sven

49,37

6,83

0,13

<0,01

Kukoricaszár

46,98

6,29

0,21

<0,01

Dióhéj

50,94

6,67

0,71

<0,01

Napraforgómaghéj

47,45

6,32

1,25

<0,01

A vizsgált minták C tartalma 47,4 – 50,9% m/m, a H tartalom 6,2 – 6,8% m/m, a N tartalom 0,1 – 1,2% m/m között változik. Az S tartalom a kimutatási határ alatt van 0,01 % m/m

1.8 ÉGÉSHŐ ÉS FŰTŐÉRTÉK MEGHATÁROZÁSA A vonatkozó szabványokat követve a minták égéshőjét kalibrált Parr 6200 típusú oxigén bomba kaloriméterrel határoztuk meg. Az oxigén bomba kaloriméter az égéshőt a minta, valamint egy ismert tömegű és égéshőjű kalibrálóanyag (ami jellemzően benzoesav) elégetéséből felszabaduló hőmennyiség összehasonlítása útján számolja ki. Az elégetés nagynyomású oxigén atmoszférában fém nyomástartó edényben vagy bombában történik. Az égetés során felszabaduló hőenergiát a kaloriméteren belül elnyeletjük, és az abszorbeáló közeg hőmérsékletváltozását regisztrálja a készülék. Az égetéskor felszabaduló hőmennyiséget a hőmérséklet növekedés, valamint a kalibráció során előzetesen meghatározott kaloriméter állandó vagy hőkapacitás 20

szorzataként számítja ki. A kapott értéket korrigálni kell bizonyos hőforrások, azaz a bombában végbemenő, a minta égésétől különböző mellékfolyamatok figyelembevételével.

1.8.1 AZ ÉGÉSHŐ MEGHATÁROZÁSA Miután meghatároztuk a kaloriméter vízértékét a kaloriméter készen áll a tüzelőanyagok vizsgálatára. Az ismert tömegű mintát elégetjük és a fellépő hőmérsékletkülönbséget mérjük és rögzítjük. A megfigyelt hőmérsékletemelkedés és a vízérték szorzata adja a felszabaduló hőmennyiséget. Részletesen: Ho 

V( t m  t 0  c)  b , kJ/kg G

ahol: Va kaloriméter vízértéke, J/C; t0

a főkísérlet első hőmérséklete, C;

tm

a főkísérlet utolsó hőmérséklete, C;

c a kaloriméter és környezete közötti hőközlés korrekciós tényező, C; b

a kísérletnél fellépő, idegen anyagokból származó égéshők összege, J;

G

a bemért minta tömege, g.

A c hőközlési korrekciós tényezőt kiszámíthatjuk a Regnault-Pfaundler-, a Botló- vagy a Langbein-képlettel. A vizsgálatoknál a Regnault-Pfaundler-képletet alkalmaztuk, mind a vízérték, mind az égéshő kiszámításához. Regnault-Pfaundler-képlete a következő: c  m  e 

u  e  m1 t e  t m  t   m  te  tu  te  1 2 

ahol: m

a főkísérlet időtartama, min;

e

az előkísérlet közepes hőmérsékletváltozása (értéke negatív, ha az előkísérletben a hőmérséklet emelkedik),

u

az utókísérlet közepes hőmérsékletváltozása (értéke negatív, ha az utókísérletben a hőmérséklet csökken, és pozitív, ha az utókísérletben a hőmérséklet emelkedik);

te

az előkísérlet közepes hőmérséklete, C;

tu

az utókísérlet közepes hőmérséklete, C;

t0

a főkísérlet első hőmérséklete, C; 21

t1

a főkísérlet második hőmérséklete, C;

tm

a főkísérlet utolsó hőmérséklete, C;

Σt

a főkísérlet leolvasott hőmérsékleteinek összege, az első és az utolsó kivételével, C;

b

az idegen anyagok égéshőjének összege, J.

1.8.2 A FŰTŐÉRTÉK MEGHATÁROZÁSA A fűtőérték meghatározására a szabvány a következő összefüggést adja meg:

H u  H o  24,49278  9  H  Wt  , kJ/kg ahol Ho

a fentiek szerint meghatározott égéshő, kJ/kg;

H

a minta hidrogéntartalma (meghatározása az MSZ 24000/11 szerint , % (m/m);

Wt

a minta nedvességtartalma (nedves minták esetében az összes nedvesség, száraz minták esetében „0”), % (m/m).

1.8.3 MÉRT ÉS SZÁMÍTOTT EREDMÉNYEK A kaloriméterrel meghatározott égéshő értékek és az ebből számított fűtőértékek a 27. táblázatban találhatók.

27. táblázat. A tüzelőanyag minták mért égéshő és számított fűtőértéke Minta

Égéshő (mért) Fűtőérték (számított) Ha, [kJ/kg] Hu, [kJ/kg]

Fűzfa, Inger

19228

16834

Fűzfa, Tora

18512

16087

Fűzfa, Sven

18941

16514

Kukoricaszár

16697

14886

Dióhéj

18933

17150

Napraforgómaghéj 18753

17038

A vizsgált fűzfa nemesítések és adalékanyagok fűtőértéke 14886 – 17150 kJ/kg között változik.

22

1.9 A VIZSGÁLT MINTÁKBAN A HŐ HATÁSÁRA VÉGBEMENŐ FOLYAMATOK 1.9.1 A DERIVATOGRÁFFAL VÉGZETT TERMONALITIKAI VIZSGÁLATOK ELVE Az Erdey-Paulik féle elven működő derivatográfos vizsgálat lehetővé teszi a tüzelő¬anyagokban a hőmérséklet növelése hatására zajló folyamatok (dehidratációs, illókiválási, oxidációs, égési, stb.) nyomon követését. A derivatográfiai vizsgálat a legösszetettebb termikus elemzési módszerek közé tartozik. A termikus elemezési módszerek a vegyületekben, illetve több komponensű rendszerek esetén a vegyületek között, hő hatására végbemenő kémiai reakciók, illetve fizikai átalakulások vizsgálatára szolgálnak. A termikus folyamatok, akár kémiai reakcióról, akár állapot-, vagy halmaz állapotváltozásról legyen is szó, mindig a rendszer belső hőtartalmának kisebb-nagyobb arányú megváltozásával járnak. Az átalakulást vagy hőelnyelési (endoterm) vagy hőfelszabadulási (exoterm) folyamatok kísérik. Ezeket a hő hatásokat a differenciál-termikus elemzés módszereivel meglehetősen nagy érzékenységgel és pontossággal lehet kimutatni. A legtöbb esetben az átalakulásokat tömegváltozás kíséri, ezen jelenségek különböző tényezőit a termogravimetria módszereivel, lehet nagy pontossággal meghatározni. A Magyar Optikai Művek 1965-ben Derivatográf néven olyan készüléket készített mellyel kiválóan meghatározhatók az ilyen összetett folyamatok jellemzői. A berendezést dr. Erdey László és Paulik Jenő kutatási tevékenységének eredményeként készítették el és korszerűsített változatait szerte a világon, használják. A derivatográf berendezés a vizsgálati eredményeket három görbével ábrázolja:  Termogravimetria (TG): ez a görbe a hőmérséklet emelkedésének hatására a mintában bekövetkező tömegváltozást mutatja. Ez a tömegváltozás egyszerű függvénye.  Differenciál termogravimetria (DTG): a termogravimetrikus görbék kiértékelésnek nehézségei vezettek oda, hogy a TG-görbéjének szükségessé ill. lehetségessé vált a derivált görbéjének az un. differenciál termogravimetrikus görbének a megalkotása. Ahol a TG-görbének inflexiós pontja van, ott a DTG-görbén csúcs jelentkezik ez által pontos képet alkothatunk a mintában lezajló termikus folyamatokról.  Differenciál-termikus analízis (DTA): ez a vizsgálati módszer azt a hőmennyiséget határozza meg, amely a vizsgálandó anyag felmelegítése illetve hevítése esetén a hőtartalom változással járó fizikai és kémiai változások miatt felszabadul, illetve elnyelődik a vizsgálati rendszerben. A kapott görbe a minimuma felé, endoterm míg a maximuma felé haladva, exoterm folyamatokra utal. A vizsgálati mintát egy porcelán pálcában lévő termoelemre helyezett tégelybe helyezzük, a berendezés másik „kara” az etalon, így mint egy mérlegre helyezzük a mintákat. A termoelemmel lehetővé válik a hőmérséklet mérése, feljegyzése. A mérleg segítségével a TG-görbét megkapjuk. A mérleg második tényleges „karja” egy mágneses erőtérbe benyúló 23

nagy menetszámú tekercs, mellyel a mérleg kitérésének sebessége tehát a DTG-görbe határozható meg. A DTA-görbe felvételéhez a kemence térbe a vizsgálandó anyag mellett egy etalon anyagot is behelyezünk. Majd a berendezés a minta és az etalon anyag hőmérsékletét méri differenciál termoelemmel. A mért jelek detektálása elektronikus úton, a mérési adatok gyűjtése digitalizálva, az adatok tárolása és kiértékelése pedig számítógépen történik. A derivatográfos vizsgálatokat a tüzelőanyag mintán elvégeztük. A mérés eredményeként kapott diagramon nyomon követhető, a tüzelőanyagnak a hőmérséklet emelkedése hatására bekövetkező viselkedése. A diagram kiértékelésével adatokat nyerünk a tüzelőanyagok összetételére, illetve a különböző folyamatok hőmérséklettartományaira vonatkozóan. A következőkben a vizsgált minták hőmérséklet növelés hatására bekövetkező száradási és bomlási folyamatainak vizsgálati eredményeit mutatom be.

1.9.2 A A MINTÁK TERMOANALITIKAI VIZSGÁLATA A fűzfa termoanalitikai vizsgálatának eredményeként kapott derivatogramokat az 28.,29.,30. ábrán mutatom be.

28. ábra Az „INGER” jelű energiafűz derivatogramja a minta tömegváltozásai és hőeffektusai a hőmérséklet függvényében Az INGER minta derivatogramjának kiértékelésével nyert adatokat a 28.1. táblázatban foglaltam össze.

24

28.1. táblázat. Az „INGER” jelű energiafűz derivatogramjának jellemző pontjaihoz tartozó értékek Jellemző pont

Hőmérséklet T, °C

Tömegváltozás TG, %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

27 113 180 322 394 446 714 756 764 814 1188

-0,28 -22,16 -37,42 -60,82 -76,13 -80,24 -96,75 -98,04 -98,10 -98,24 -98,96

Hőmérséklet különbség DTA, °C -0,14 1,574 9,836 19,788 23,22 25,125 20,52 16,148 12,652 8,265 1,68

Tömegváltozás sebessége DTG -0,171 -7,602 -0,226 -8,835 -1,741 -1,759 -0,738 -0,225 -0,054 -0,044 -0,032

A derivatogramból (28. ábra) megállapítható legfontosabb jellemzők: - a legintenzívebb nedvesség eltávozás hőmérséklete Tw, max = 113 °C; - a száradás befejeződésének hőmérséklete Tw, 0 = 180 °C; - az illók kiválásának kezdőhőmérséklete Till, kezd = 150 °C; - az illók begyulladásának kezdőhőmérséklete Till,gyull, = 180 °C; - az illók leggyorsabb kiválásának hőmérséklete Till,max = 322 °C; - az illók kiválásának véghőmérséklete Till,vég = 400 °C; - az intenzív égés hőmérséklet tartománya Tint,ég = 300-800 °C; - az égés teljes befejeződésének hőmérséklete Tégés,bef = 1188 °C.

25

29. ábra A „TORA” jelű energiafűz derivatogramja Az TORA minta derivatogramjának kiértékelésével nyert adatokat a 29.1. táblázatban foglaltam össze. 29.1. táblázat A „TORA” jelű energiafűz derivatogramjának jellemző pontjaihoz tartozó értékek Jellemző pont



Hőmérséklet különbség DTA, °C

Tömegváltozás sebessége DTG

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

26 109 169 327 399 443 690 705 714 744 1191

-0,30 -20,81 -33,00 -57,95 -76,56 -80,35 -97,56 -98,00 -98,06 -98,18 -99,05

-0,128 2,812 10,09 21,106 24,487 26,071 20,543 17,193 13,69 11,25 2,996

0,067 -6,035 -0,193 -10,868 -1,723 -1,78 -0,651 -0,169 -0,048 -0,042 -0,025

26


30. ábra A „SVEN” jelű energiafűz derivatogramja Az SVEN minta derivatogramjának kiértékelésével nyert adatokat a 30.1. táblázatban foglaltam össze.

27

30.1. táblázat A „SVEN” jelű energiafűz derivatogramjának jellemző pontjaihoz tartozó értékek Jellemző pont



Hőmérséklet különbség DTA, °C

Tömegváltozás sebessége DTG

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

28 113 177 313 395 560 738 754 787 806 1200

-0,37 -23,12 -36,90 -56,19 -75,76 -89,68 -98,05 -98,48 -98,78 -98,83 -99,30

-0,377 2,039 9,089 18,355 22,035 23,35 15,155 11,51 6,247 5,662 3,006

-0,246 -6,36 -0,331 -7,574 -1,665 -1,243 -0,598 -0,261 -0,058 -0,048 -0,049


28

31. ábra A „napraforgó maghéj” jelű adalékanyag derivatogramja Az napraforgó maghéj minta derivatogramjának kiértékelésével nyert adatokat a 31.1. táblázatban foglaltam össze. 31.1. táblázat A „napraforgó maghéj” jelű adalékanyag derivatogramjának jellemző pontjaihoz tartozó értékek Hőmérséklet Tömegváltozás Jellemző Hőmérséklet Tömegváltozás különbség sebessége pont T, °C TG, % DTA, °C DTG 1 26 -0,04 -0,097 -0,062 2 103 -5,68 5,883 -1,575 3 164 -9,62 11,909 -0,347 4 274 -26,45 22,121 -10,88 5 380 -59,15 24,456 -2,324 6 406 -62,3 24,686 -2,473 7 903 -97,17 14,742 -0,645 8 924 -97,66 12,067 -0,357 9 937 -97,82 9,038 -0,094 10 955 -97,93 7,862 -0,114 11 1200 -98,59 3,94 -0,024

29

A derivatogramból (31. ábra) megállapítható legfontosabb jellemzők: - a legintenzívebb nedvesség eltávozás hőmérséklete Tw, max = 103 °C; - a száradás befejeződésének hőmérséklete Tw, 0 = 164 °C; - az illók kiválásának kezdőhőmérséklete Till, kezd = 170 °C; - az illók begyulladásának kezdőhőmérséklete Till,gyull, = .180 °C; - az illók leggyorsabb kiválásának hőmérséklete Till,max = 274 °C; - az illók kiválásának véghőmérséklete Till,vég = 380 °C; - az intenzív égés hőmérséklet tartománya Tint,ég = 200-1000 °C; - az égés teljes befejeződésének hőmérséklete Tégés,bef = 1200 °C.

32. ábra A „Dióhéj ” jelű adalékanyag derivatogramja Az dióminta derivatogramjának kiértékelésével nyert adatokat a 32.1. táblázatban foglaltam össze.

30

32.1. táblázat A „Dióhéj ” jelű adalékanyag derivatogramjának jellemző pontjaihoz tartozó értékek Jellemző pont



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

26 92 183 290 365 473 668 697 704 715 1197

-0,19 -3,58 -10,48 -29,46 -57,57 -71,34 -93,8 -96,34 -96,5 -96,6 -96,82

Hőmérséklet különbség DTA, °C -0,056 -1,669 0,795 6,85 9,402 11,412 9,466 4,659 2,643 2,533 2,787

Tömegváltozás sebessége DTG 0,12 -0,99 0,038 -1,809 -0,404 -0,436 -0,331 -0,137 -0,02 -0,005 -0,109


1.9.3 A FŰZFA MINTÁK KEVERÉSE A MEGFELELŐ ADALÉKANYAGGAL Az alábbi 33. táblázatban láthatóak a vizsgált minták főbb jellemzői. Az adatok alapján a dióhéjat illetve a napraforgó maghéjat választottam ki, mint lehetséges pellet adalékanyag. A pellet alapanyagaként szolgáló energiafűz ezt a kettőt képes korlátozottan elfogadni keverés esetén. 33. táblázat Kielemzett minták, energiafűzfa fafajták és lehetséges adalékanyagok Wt inger tora sven kukorica dió napf héj

39,64 39,33 37,66 17,35 12,76 13,14

Hu

16834,3 16087,4 16514,2 14797,4 17149,9 17038,4 31

Hamu

0,63 0,65 0,64 6,51 1,12 2,53

34. táblázat A Dió és az energiafűz fajták százalékos keverése

35. táblázat A Napraforgó maghéj és az energiafűz fajták százalékos keverése

32

4.

ÖSSZEFOGLALÁS

Az irodalmi összefoglalómban bemutattam, hogy az újranövő, őshonos energiafűz termeszthető gazdaságosan és jól pelletálható megfelelő szárítás után. CO2 semleges és ezáltal nem növeli az üvegházhatást. A pellet tüzelés a hagyományos fűtőberendezések komfortját is nyújtja. A fa ily módon történő elégetése jóval nagyobb hatásfokkal történik. A fatüzelés jó-, a pellettüzelés a gáz-és olajtüzeléssel azonos hatásfokú. A pelletkandalló komfortja, szabályozhatósága hasonló a gázkészülékhez. A fafűtés minden más energiahordozóval kombinálható. Jelenleg a leggazdaságosabb ami nem megy a minőség kárára. A tűz látványa ősidők óta az emberben kellemes érzéseket ébreszt, így a modern kandallókon kívül ma már igény szerint beépíthető változatban is lehet venni, ami jelentősen növeli a befűthető teret és látványa nem kisebb rangú mint a sima régi fatüzelésűeké. Arra a eredményre jutottam a vizsgálatok elvégzése után, hogy az energiafűzek megfelelő szárítás után megfelelhetnek pellet alapanyagnak. A fűzfa nemesítések mellett válogatott élelmiszeripari melléktermékeket, hulladékokat vetettem alá ugyanazon vizsgálatoknak. Eredményül azt kaptam, hogy a kiválasztott három adalékanyag közül a dióhéj és a napraforgó maghéj rendelkezik a legjobb értékekkel, elsősorban az alacsony nedvességtartalomnak is köszönhetően. Részletesebb vizsgálatok után a dióhéj tűnik a legmegfelelőbb adalékanyagnak fűzfa pellet gyártáshoz, mivel az elméletben előállított keverékek hamutartalma a megengedett határokon belül marad.

33

5.

IRODALOMJEGYZÉK

[1] Tankonyvtar.hu/Biomassza adatbázis; készítette:dr. szemmelveisz tamásné, koós tamás [2]

www.hollandalma.hu/sved-energiafuzek (-képek, -technológia, -piaci lehetőségek, prezentációk)

[3]

www.carborobot.hu/HU/fűtőanyagok/Pellet.htm

[4]

www.globstone.hu/?modul=oldal&tartalom=1118571

[5]

www.5mp.eu/web.php?a=pellet&o=SrGLG2Cr1y

[6]

www.briketcenter.hu/pellet-kalyhak; -kazanok; illetve céges adatbázis

[7]

www.kandalloker.hu/pellet-info

[8]

www.pellet-kazanok.hu/pellet-kazan-tipusok/

[9]

www.bitesz.hu; A kukoricaszár ipari hasznosítása; Írta: Fábián Csaba; 2008. május 07.

[10] www.ragrar.hu/termekeink/Napraforgó maghéj.html [11] www.web.t-online.hu/juglans/diohej.htm [12] www.agroinform.com/aprohirdetes/korbalas-kukoricaszar/183664/ [13] www.sollers2003.hu/hu/texts/view/12

34

Energiafűz és élelmiszeripari melléktermékek, hulladékok, mint pellet alapanyagok vizsgálata. Készítette: Cseh Roland

Recommend Documents