Author: guest63

Lisanditega puitbriketi energiabilanss
Mart Hovi ja Külli Hovi
EMÜ tehnikainstituut Kreutzwaldi 56, Tartu
Annotatsioon
Briketeerimisprotsessi loetakse suhteliselt energiamahukaks, kuid võrreldes kulutatud energiat kütuse kütteväärtusega, siis jääb see isegi primaarenergiaks ümber arvutatult alla kümne protsendi. Autorite poolt läbi viidud katsed näitavad, et tegelik energiakulu on veel oluliselt väiksem, sest põhiline kulu tuleneb seadme töömehhanismi enda liigutamisest. Briketi moodustumiseks vajalik energia on üliväike. Põllumajandus ja metsatööstuse jääkidena tekkiv puistematerjal on madala mahumassi ja sellest tulenevate käitlemisprobleemidega ning on igati põhjendatud sellest survetöötlemise teel ühtlaste omadustega kütuse tootmine. Kahjuks ei allu tooraine briketimasina survele. Käideldavust saab oluliselt parandada puidu lisamisega segudesse.
Märksõnad: Kütusebrikett, puit, jäätmed, väärindamine
Sissejuhatus
Lähtudes asjaolust, et meditsiini ja infotehnoloogia kõrval on Eesti nutikate prioriteetide hulgas ka ressursside väärindamine, tuleks kütusena vaadeldavaid põllumajanduses ja puidutööstuses tekkivaid jääke käsitleda kui toorainet. Lõuna-Eesti spetsialiseerumisvaldkonnad on puit ja toit. Seetõttu vajavad ka teravilja- ja puidutööstuse tootmisjäägid täielikku tähelepanu.
Metoodika
2014 aasta suvel toimus EMÜ tehnikainstituudis põllumajanduslike brikettide proovipartiide tootmine. Töö põhiline eesmärk oli valmistada tehiskütust edaspidisteks põletuskatseteks automaatse tigusööturiga tahkekütusekatlale LUK-50. Segud teraviljatootmisjääkidest ja saepurust valmistati suhtes 3/1. See tähendab, et briketeeriti saepuru, millele lisati 25% mahus viljajääke. Lisaks segudele rapsi, odra ja kaera tootmisel teraviljapuhastist saadud ülejääkidest tehti võrdluskatsed haava hakkpuidust ning kasekoorest. Tootmise käigus registreeriti energiaarvestiga pressi Weima C-150 poolt kulutatud elektrienergia. Kasekoore briketi tootmisel salvestati andmed täiendavalt võrguanalüsaatoriga. Katsetele järgnes tühikäigukatse, mis näitas, et kui toodangut andva briketeerija elektriline võimsus on 4,9 kW ja tühikäigul 4,4 kW, siis erinevus mõõtmistulemustes on ainult 0,5 kW ehk täisvõimsusest 9,8%. Seega võib järeldada, et briketeerimismasina kasutegur kaudsel meetodil hinnatuna on väga madal – alla kümne protsendi. Selline tulemus on tingitud seadme tööga kaasnevast suurest hõõrdumisest.
Joonis 1 Pressimisel kasutatud press Weima C- 150 (Foto autor Kaspar Dobrus)
Figure 1 Used bricket machine Weima C- 150 (Photo Kaspar Dobrus)
Tabel 1 Briketeerimisel kogutud andmed energiakulu ja tootlikkuse kohta
Table 1 Data collected during the experiments about energetics and productivity
Samalaadne katse tehti projekti ECOHOUSING raames Eesti Maaülikoolis 2013 aastal koostöös Riia tehnikaülikooli energia- ja keskkonnatehnika osakonnaga, mille kohta on ilmunud ka konverentsimaterjal (Žandeckis jt. 2013)
Joonis 2 Kasekoor ja sellest valmistatud silindrililine presstoode (Foto autor Kaspar Dobrus)
Figure 2 Raw material and produkt (Photo Kaspar Dobrus)
Teooria
Teoreetilises käsitluses saaks väljendada otseselt briketeerimisele kuluvat energiat jõu ja teepikkuse kaudu. Teatavasti Newtoni teine seadus sätestab, et jõu poolt teekonnal tehtud töö on arvutatav teepikkuse ja jõu korrutisena. Kui lähtuda briketitoorme keskmisest tihedusest 300 kg/m3 ja valmis toote tihedusest ligikaudu 1000 kg/m3, siis saab teisendada 5 cm briketi algmaterjali pikkuseks 15 cm. Teisalt on briketi tootmisel väljuva briketi kiirus ligikaudu 0,01 m/s. Kui seejuures eeldada, et selle väljumise põhjustajaks on töösilindri pidev surve kuni 200 kN 0,001963 m2 pinnale, saaks hinnanguliselt väita, et tegelikult vajalik võimsus oleks P=0,01*200/0,001963=1020 MW. Kuna aga maksimumsurvet rakendatakse väga lühiajaliselt, siis tegelik kulu on oluliselt väiksem. Survesilindri töörõhu mõõtmised võiksid anda täpsema ettekujutuse päriselt vajaliku energia kohta.
Joonis 3 Energiakulu mõõtmiseks kasutati tööstuslikku energiaarvestit (Foto autor Kaspar Dobrus)
Figure 3 Measuring energy with industrial energy meter (Photo Kaspar Dobrus)
Kokkuvõte
Tavakasutaja, kes lisas Eestis klassikaliselt levinud pliidi restkoldesse eelkirjeldatud briketti nendib, et kütus esialgu ei võtnud nii hästi tuld külge, kui halupuu. Põlemine oli veidi raugem ja tekkinud tuhakogus suurem. Kütus sobib hästi, kui on vaja rahulikku tuld näiteks toidu hautamisel.
Kasutatud kirjandus
Žandeckis, A., Romagnoli, F., Beloborodko, A., V.Kirsanovs, V., Menind, A., Hovi, M., Blumberga, D. Briquetes from mixtures of herbaceous biomas and wod: biofuel investigation and combustion tests. procedings of the The 8th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, Zagreb 2013
Raagmaa, G., Lilles, A., Ernits, R., Tartu ja Lõuna-Eesti nutika spetsialiseerumise strateegia Tartu Ülikool 2014 võrguteavik Kättesaadav: http://www.ec.ut.ee/sites/default/files/ec/lenss_raport.pdf (1.10.2014)
Annotation
The process of making briquette is considered to be fairly energy-intensive. Nevertheless, if we compare energy expenditure to the heating value of the fuel, then it will be less than 10 % even when calculated into primary energy. The experiments that were conducted by the authors illustrate that the actual energy expenditure is significantly smaller. The main expenditure comes from moving the device. The energy that is needed for making the briquette is insignificant. As the residual bulk-material from agricultural and forest industry has low bulk density and consequently it has several management problems. However, it is strongly justified to produce fuel with homogeneous properties using pressure processing. Unfortunately the raw material does not obey the pressure from the briquette machine, yet, the management can be substantially improved with adding wood to the mixtures.

Joonis 2 Kasekoor ja sellest valmistatud silindrililine presstoode (Foto autor Kaspar Dobrus)
Figure 2 Raw material and produkt (Photo Kaspar Dobrus)
Teooria
Teoreetilises käsitluses saaks väljendada otseselt briketeerimisele kuluvat energiat jõu ja teepikkuse kaudu. Teatavasti Newtoni teine seadus sätestab, et jõu poolt teekonnal tehtud töö on arvutatav teepikkuse ja jõu korrutisena. Kui lähtuda briketitoorme keskmisest tihedusest 300 kg/m3 ja valmis toote tihedusest ligikaudu 1000 kg/m3, siis saab teisendada 5 cm briketi algmaterjali pikkuseks 15 cm. Teisalt on briketi tootmisel väljuva briketi kiirus ligikaudu 0,01 m/s. Kui seejuures eeldada, et selle väljumise põhjustajaks on töösilindri pidev surve kuni 200 kN 0,001963 m2 pinnale, saaks hinnanguliselt väita, et tegelikult vajalik võimsus oleks P=0,01*200/0,001963=1020 MW. Kuna aga maksimumsurvet rakendatakse väga lühiajaliselt, siis tegelik kulu on oluliselt väiksem. Survesilindri töörõhu mõõtmised võiksid anda täpsema ettekujutuse päriselt vajaliku energia kohta.
Joonis 3 Energiakulu mõõtmiseks kasutati tööstuslikku energiaarvestit (Foto autor Kaspar Dobrus)
Figure 3 Measuring energy with industrial energy meter (Photo Kaspar Dobrus)
Tavakasutaja, kes lisas Eestis klassikaliselt levinud pliidi restkoldesse eelkirjeldatud briketti nendib, et kütus esialgu ei võtnud nii hästi tuld külge, kui halupuu. Põlemine oli veidi raugem ja tekkinud tuhakogus suurem. Kütus sobib hästi, kui on vaja rahulikku tuld näiteks toidu hautamisel.
Kasutatud kirjandus
Žandeckis, A., Romagnoli, F., Beloborodko, A., V.Kirsanovs, V., Menind, A., Hovi, M., Blumberga, D. Briquetes from mixtures of herbaceous biomas and wod: biofuel investigation and combustion tests. procedings of the The 8th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, Zagreb 2013
Raagmaa, G., Lilles, A., Ernits, R., Tartu ja Lõuna-Eesti nutika spetsialiseerumise strateegia Tartu Ülikool 2014 võrguteavik Kättesaadav: http://www.ec.ut.ee/sites/default/files/ec/lenss_raport.pdf (1.10.2014)
Annotation
The process of making briquette is considered to be fairly energy-intensive. Nevertheless, if we compare energy expenditure to the heating value of the fuel, then it will be less than 10 % even when calculated into primary energy. The experiments that were conducted by the authors illustrate that the actual energy expenditure is significantly smaller. The main expenditure comes from moving the device. The energy that is needed for making the briquette is insignificant. As the residual bulk-material from agricultural and forest industry has low bulk density and consequently it has several management problems. However, it is strongly justified to produce fuel with homogeneous properties using pressure processing. Unfortunately the raw material does not obey the pressure from the briquette machine, yet, the management can be substantially improved with adding wood to the mixtures.

Joonis 3 FLUKE võrguanalüsaatoriga mõõdetud briketimasina keskmistatud võimsus näitab, et ei ole märgatavat erinevust seadme töö ja tühijooksuolukorras
Figure 3 The average power meazured with the FLUKE network-analyzer indicates that there is no noticable differences between working and nonworking regime

Kokkuvõte
Autorid leiavad, et kütuse väärindamist briketeerimise või muul moel survetöötlusega peaks täiendavalt uurima just mitmesuguste põllumajandusjääkide kasutamisel. Selline töötlus annab võimaluse algselt raskesti käideldava toorme laialdasemaks kasutuseks. Artiklis kirjeldatud ümarbrikett on kergesti kasutatav ka tigusööturiga automaatpõletites, kus puistematerjal kipub moodustama võlvi. Brikett on hästi kasutatav ka käsitsiteenindatavates kolletes, kus saab laiema kütusevalikuga juhtida põlemisrežiimi soovitud suunas. Tavakasutaja kogemusel sobib põllumajanduslik brikett näiteks toidu hautamisel rahulikuma kuumuse saavutamiseks.
Kasutatud kirjandus
Žandeckis, A., Romagnoli, F., Beloborodko, A., V.Kirsanovs, V., Menind, A., Hovi, M., Blumberga, D. Briquetes from mixtures of herbaceous biomas and wod: biofuel investigation and combustion tests. procedings of the The 8th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, Zagreb 2013
Raagmaa, G., Lilles, A., Ernits, R., Tartu ja Lõuna-Eesti nutika spetsialiseerumise strateegia Tartu Ülikool 2014 võrguteavik Kättesaadav: http://www.ec.ut.ee/sites/default/files/ec/lenss_raport.pdf (1.10.2014)
THE ENERGY BALANCE OF THE WOODEN BRIQUETTE WITH ADDITIVES
The process of making briquette is considered to be fairly energy-intensive. Nevertheless, if we compare energy expenditure to the heating value of the fuel, then it will be less than 10 % even when calculated into primary energy. The experiments that were conducted by the authors illustrate that the actual energy expenditure is significantly smaller. The main expenditure comes from moving the device. The energy that is needed for making the briquette is insignificant. As the residual bulk-material from agricultural and forest industry has low bulk density and consequently it has several management problems. However, it is strongly justified to produce fuel with homogeneous properties using pressure processing. Unfortunately the raw material does not obey the pressure from the briquette machine, yet, the management can be substantially improved with adding wood to the mixtures.

Briketid	vahekord	aeg, h	E, kWh	MASS, kg	ρ, kg/m3	E1, kWh/kg	τ, kg/h	P, kW
Kaer	1+3	0,45	1,768	28,18	983,62	0,06274	62,62	3,93
Kaer	1+3	0,40	1,829	24,94	976,28	0,073336	62,26	4,57
Oder	1+3	0,60	2,709	33,92	1031,3	0,079864	56,53	4,52
Oder	1+3	0,68	2,741	34,86	1065,6	0,078629	51,01	4,01
Kaer	1+4	0,52	2,055	30,7	920,81	0,066938	59,01	3,95
Hake	1	0,64	3,078	26,54	965,4	0,115976	41,43	4,81
Koor	1	0,47	1,983	22,12	1059,3	0,089647	47,04	4,22
Tühijooks								3,55