MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2014 TADEÁŠ MĚRKA

2 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva Využití odpadů na pile v Prusinovicích Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: Ing. Karel Janák, CSc. Brno 2014 Vypracoval: Tadeáš Měrka

3

4

5 Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto práci: Využití odpadů na pile v Prusinovicích vypracoval samostatně a veškeré použité prameny a informace jsou uvedeny v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 Autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně dne: podpis

6 Poděkování Touto cestou bych rád poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing. Karlu Janákovi, CSc. za odborné vedení, metodickou pomoc a cenné připomínky při tvorbě této práce. Dále bych chtěl poděkovat Ing. et Ing. Janu Klepárníkovi za pomoc při řešení energetických výpočtů. V neposlední řadě poděkování patří také mé rodině za podporu a motivaci během studia.

7 Jméno: Tadeáš Měrka Název bakalářské práce: Využití odpadů na pile v Prusinovicích Abstrakt Práce porovnává možnosti využití odpadů a navrhuje způsob jeho využívání, vhodný pro podmínky pilařského závodu v Prusinovicích. Vychází z celkového objemu a sortimentu zpracovávané suroviny při zastoupení jednotlivých sortimentů vyráběného řeziva, technologického toku výroby a dosahované výtěže. Zaměřuje se na veškeré druhy odpadů vznikající při výrobě, místa jejich vzniku, objemy, charakter, vlastnosti a možnosti využití. Současně se zaměřuje na druhy sušáren řeziva, sortiment rozměrů a druhů sušeného řeziva a jeho vstupní a potřebné výstupní vlhkosti. Stanovuje průměrnou spotřebu tepla na jednotku objemu vysušeného řeziva pro jeho hlavní sortimenty pro daný typ sušárny, spotřebu tepla pro vytápění objektů provozu a množství tepla, které lze získat spalováním odpadů. Stanovuje možnosti krytí energetických potřeb provozu a možnosti prodeje, případně nákupu jednotlivých druhů odpadu včetně jeho úpravy. Práce navrhuje alternativy využití pilařského odpadu pro vytápění a vysoušení řeziva na pile v Prusinovicích, vyhodnocuje je a doporučuje optimální variantu. Klíčová slova: Dřevní odpad, sušárny, řezivo, spotřeba tepla, rámová pila, pila Prusinovice

8 Name: Tadeáš Měrka Subject of bachelor work: Use of wastes from sawmill in Prusinovice Abstract This work compares the possibilities of use of wastes and proposes a method of its use, suitable for the conditions of the sawmill in Prusinovice. It based on from the total volume and ranges of processed material with representation individual ranges produced lumber, technological flow of production and achieved yield. It focuses on all types of wastes generated during the production, their place of origin, volumes, character, features and usability. At the same time focuses on the species of timber drying kilns, a range of sizes and types of dried lumber and its input and needed output moisture. It sets the average consumption of heat per unit volume of dry timber for its main product and for the type of drying kilns, the heat consumption for heating buildings of plant and the amount of heat that can be obtained by incineration of wastes. It sets options cover the energy needs of the plant and the possibilities of sale or buying individual types of waste, including the treatment. The work proposes alternatives of use of sawmill wastes for heating and drying timber in the sawmill in Prusinovice, evaluates and recommends optimal variant. Keywords: Wood waste, dryers, lumber, heat consumption, sawmill machine, sawmill Prusinovice

9 OBSAH 1. ÚVOD CÍL PRÁCE METODIKA Současný stav pilařského provozu Měření vlhkosti Váhová metoda Měření elektrickým vlhkoměrem Výhřevnost vyprodukovaných odpadů Objem řeziva k sušení Alternativy způsobů využití odpadu SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY Stručná charakteristika provozu Zpracovávaná surovina Vyráběný sortiment Technologický tok výroby Výroba paletových přířezů Výroba štípaného palivového dříví Současné zpracování odpadů Objemy a místa vzniku odpadů Dřevní odpady v pilařské výrobě Piliny Kusový odpad Objem a zastoupení jednotlivých sortimentů UMĚLÉ SUŠENÍ DŘEVA A DRUHY SUŠÁREN Teplovzdušné sušení Kondenzační sušení Vakuové sušení KOTELNY S KOTLI NA DŘEVO Litinové Ocelové s ruční dodávkou paliva Ocelové speciální (zplynovací) Automatické kotle

10 7. VLASTNÍ ŘEŠENÍ A JEHO VÝSLEDKY Vlhkost zpracovávané suroviny Měření váhovou metodou Měření elektrickým vlhkoměrem Výhřevnost vyprodukovaných odpadů Piliny Kusový odpad Úprava odpadu k automatizovanému spalování Objem a doba sušení řeziva Návrh alternativ Varianta 1 - Výroba pelet Varianta 2 - Prodej upraveného odpadu Varianta 3 - Prodej stávající formy odpadu DISKUSE DOPORUČENÍ VÝSLEDNÉHO ŘEŠENÍ ZÁVĚR SUMMARY PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK

11 1. ÚVOD Kulatina, jakožto výchozí materiál dále zpracovávaný v dřevařských závodech, je svým tvarem velice vzdálená výsledným výrobkům. Kruhový avšak nepravidelný průřez kulatiny a často jedno, či vícesměrné zakřivení kmene stromu nás nutí upravovat a formátovat kulatinu na vhodnější rozměry a také nás nutí odstraňovat nerovnosti, které jsou pro dřevo jakožto přírodní materiál naprosto běžné. Při přípravě kulatiny a jejím následném pořezu dochází ke vzniku množství pilařsky nevyužitelného materiálu ve formě pilin, kůry, kusového odpadu, dřevního prachu a dřevní štěpky o čemž velmi jasně hovoří maximální výtěžnost materiálu, která se pohybuje u dřeva někde kolem %. Tato výtěž se vztahuje na pilařskou výtěž, tedy výtěž řeziva, a jedná se o nejvyšší dosažené výtěže. Při následném obrábění v nábytkářském nebo stavebním průmyslu dochází k další produkci odpadu a tím ke snižování výtěže. (Kvietková a Bomba, 2013) Rozeznáváme několik druhů odpadního materiálu, který dělíme hlavně podle frakce a tvaru. Běžným odpadem v pilařském zpracování dřeva je štěpka vzniklá na sekacích strojích z odpadního dřeva nebo jako vedlejší produkt při pořezu dřeva na agregátech pomocí kuželových sekacích hlavic. Dalším odpadem je hoblina nebo pilina vzniklá obráběním dřeva frézkami nebo řezáním. (Kvietková a Bomba, 2013) Pohled na zpracování odpadu v pilařských provozech a v dřevozpracujícím průmyslu obecně se v posledních padesáti letech výrazně změnil, když dříve byl využíván hlavně k energetickým účelům. S rozvojem možností dřevozpracujících strojů a technologií se zvyšoval zájem o využívání dříve nevyužívaných produktů jako například piliny, hobliny a štěpky, které se dnes považují za druhotnou surovinu určenou k dalšímu zpracování na výrobu materiálů na bázi dřeva, ve výrobě papíru a celulózy, k energetickým účelům apod. Kvůli tomu, že se vyprodukovaný odpad na pile v Prusinovicích nikterak nevyužívá, nabízí se možnost využití k energetickým účelům. Protože daný pilařský provoz nevlastní sušárnu řeziva, je zde snaha o její zavedení. Je to z toho důvodu, že k rozšíření nabízeného sortimentu o řezivo k výrobě výrobků ze dřeva do interiéru, je nutné řezivo po přirozeném sušení dosoušet uměle, na konečnou vlhkost dřeva 8 %, respektive 12 % pro stavebně truhlářské výrobky. Klement a Detvaj (2007) uvádí, že jedna z nejvyšších nákladových položek při sušení dřeva je položka na tepelnou energii. Proto je vhodné se touto problematikou zabývat, jelikož v současném období jsou příznivé hodnoty této položky dosahované v provozech, kde se teplo pro sušení získává spalováním dřevního odpadu. 9

12 2. CÍL PRÁCE Hlavním cílem práce je návrh využití odpadů na pile v Prusinovicích. Návrh je třeba vypracovat v alternativách a podle jejich výhod a nevýhod vyhodnotit nejvhodnější způsob v podmínkách daného závodu. Dílčími cíli jsou: stanovení druhů vznikajících odpadů ve výrobě z celkového objemu a sortimentu zpracovávané suroviny při zastoupení jednotlivých sortimentů vyráběného řeziva, technologickém toku výroby a dosahované výtěže, místa jejich vzniku, objemy, charakter, vlastnosti a možnosti využití. stanovení průměrné spotřeby tepla na jednotku objemu vysušeného řeziva pro jeho hlavní sortimenty pro daný typ sušárny, spotřebu tepla pro vytápění objektů provozu a množství tepla, které lze získat spalováním odpadů. stanovení možnosti krytí energetických potřeb provozu a možnosti prodeje (případně nákupu) jednotlivých druhů odpadu včetně jeho úpravy. 10

13 3. METODIKA 3.1 Současný stav pilařského provozu Nejprve bude proveden rozbor daného provozu, z hlediska jeho umístění, počtu pracovníků, výrobního programu, zpracovávané suroviny, vyráběného sortimentu, technologického toku výroby, odpadů vznikajících ve výrobě a výtěže. Zpracovávaná surovina bude zjišťována z fakturačních údajů od dodavatele za roky 2012 a Vypsán a přehledně zpracován do tabulky bude druh dřeviny, jakost a objem v uvedených letech. Z této tabulky budou následně vytvořeny výsečové grafy jednotlivých roků, udávající procentuální zastoupení zpracovaných dřevin z celkového objemu za daný rok. V další fázi bude proveden rozbor vyráběných sortimentů, kde nejprve budou uvedeny rozměry jednotlivých druhů řeziva, jenž jsou nejčastěji vyráběny. Dále, opět jako v předchozím případě u kulatiny, budou vypsány objemy jednotlivých sortimentů řeziva a zpracovány do tabulky ve sledovaných letech. V technologickém toku výroby bude podrobně popsán postup výroby řeziva s veškerým strojně-technologickým zařízením pilnice. Nejdříve bude popsán primární tok výroby na rámové pile a následně sekundární tok výroby na úhlové kmenové kotoučové pile. V neposlední řadě bude také popsána výroba paletových přířezů, která do jisté míry zvýšila produkci deskového řeziva v posledním roce a je předpoklad, že tento trend bude v budoucnosti stoupat. Na závěr bude stručně popsána výroba štípaného palivového dříví, které je vyráběno jako doplňkový sortiment. V části pojednávající o odpadech vznikajících ve výrobě budou v první fázi jednotlivé odpady, které ve výrobě vznikají vypsány s popisem jejich zpracování, dále budou kvantifikovány a zpracovány formou tabulky s následným popisem míst jejich vzniku. V další fázi budou odpady vznikající v pilařské výrobě blíže charakterizovány z literatury. Z objemu kulatiny a vyprodukovaných hotových výrobků (řezivo, štípané palivové dříví) bude vypočteno procentuální zastoupení. Tato část bude zpracována tabulkově. V první tabulce budou uvedeny objemy kulatiny, řeziva, štípaného palivového dříví, pilin a kusového odpadu v různých jednotkách typických pro danou komoditu. Pro výpočet zastoupení budou různé jednotky (prostorové metry) jednotlivých druhů odpadů převedeny na jednotku shodnou. Touto jednotkou je jeden kubický metr masivního dřeva. Každá jednotka s ohledem na velikost a tvar odpadu má jiný přepočtový koeficient na 11

14 kubický metr, což bude uvedeno také v samostatné tabulce. Následující tabulka bude stejná jako v prvním případě, objemy v ní však budou uvedeny v kubickým metrech. Z těchto údajů bude vypočítáno zastoupení produkovaných sortimentů v procentech, které bude uvedeno v následující tabulce. Poslední tabulka bude zjednodušením tabulky předešlé a bude uvádět procentuální zastoupení hotových výrobků a odpadů. Kapitola UMĚLÉ SUŠENÍ DŘEVA A DRUHY SUŠÁREN bude zpracována formou literárního přehledu. Nejprve bude obecně popsán samotný proces sušení a jeho podmínky s následným popisem zařízení k sušení dřeva. Dále bude proveden rozbor nejpoužívanějších způsobů sušení, a to teplovzdušné, kondenzační a vakuové. U těchto jednotlivých způsobů bude popsán princip sušení, spotřeba energie, výhody a nevýhody. Obdobnou formou jako předešlá bude zpracována kapitola KOTELNY S KOTLI NA DŘEVO. Budou uvedeny nejčastěji využívané kotle ke spalování dřeva a dřevních odpadů. U jednotlivých typů bude popsáno palivo, jenž je možné v daném kotli spalovat, dále účinnost kotle a zařazení do emisní třídy. Před samotným řešením bude vybrána konkrétní sušárna řeziva a kotel z předešlých kapitol, pro které budou vypracovány energetické výpočty. 3.2 Měření vlhkosti Pro potřeby pozdějších energetických výpočtů bude změřena vlhkost odpadů vznikajících ve výrobě. Na vzorku pilin váhovou (gravimetrickou) metodou a na vzorcích krajin a kusového odpadu dielektrickým vlhkoměrem z důvodu obtížné proveditelnosti váhové metody Váhová metoda Měření bude probíhat na vzorku pilin ze smrku, který představuje nejvyšší podíl zpracovávané suroviny, při sušení v kuchyňské horkovzdušné troubě se sušící teplotou 103 C. Nejprve bude odebrán vzorek pilin, který bude rozmístěn na pečící plech, zvážen digitální váhou a jeho hmotnost zapsána. Poté bude umístěn do trouby, která se zapne k vyhřátí na 103 C se současným zapnutím ventilátoru k odvodu vlhkosti. V intervalu jedné hodiny bude vzorek vždy zvážen a jeho hmotnost zapsána. Při shodné hmotnosti posledních dvou měření bude tato hodnota stanovena jako hmotnost absolutně suchého vzorku, čímž bude možno vypočítat vlhkost dřeva před sušením. Vlhkost dřeva se v dřevařské praxi a literatuře běžně uvádí jako absolutní, při energetických výpočtech se však vychází z vlhkosti relativní, která se také označuje jako vlhkost energetická a 12

15 výhřevnost paliv je na ní lineárně závislá. Z těchto důvodů budou vypočteny obě vlhkosti podle následujících vzorců: w abs = m w m 0 m [%] (Gandelová a kol., 2012) w rel = m w m 0 m w 100 [%] (Gandelová a kol., 2012) kde: w - vlhkost dřeva [%] mw - hmotnost vlhkého dřeva [g] m0 - hmotnost absolutně suchého dřeva [g] Obr. 1: Sušení pilin v horkovzdušné troubě Měření elektrickým vlhkoměrem Měření bude provedeno na náhodně vybraných vzorcích krajin a kusového odpadu, k němuž bude použit dielektrický vlhkoměr. Postup zjišťování vlhkosti bude probíhat přesně podle manuálu vlhkoměru a celkem bude provedeno 25 měření. Ze zaznamenaných hodnot vlhkosti bude následně vypočten aritmetický průměr. Výsledky měření budou znázorněny v grafu. Měření vlhkoměrem poskytuje pouze hodnoty absolutní vlhkosti dřeva. Pro následný výpočet výhřevnosti je tyto hodnoty nutné přepočítat na hodnoty relativní vlhkosti podle následujícího vzorce: w rel = 100 w abs w abs [%] 13

16 Obr. 2: Měření vlhkosti dielektrickým vlhkoměrem 3.3 Výhřevnost vyprodukovaných odpadů Pro výpočet výhřevnosti odpadů bude zjištěna jejich hmotnost vynásobením objemu a hustoty při konkrétní vlhkosti dřeva. Objem bude znám z předcházejících přepočtů v kubických metrech a hustota dřeva při konkrétní vlhkosti bude vypočítána podle následujícího vzorce: ρ w = ρ w 1 + 0,28ρ 0 [g cm 3 ] (Gandelová a kol., 2012) kde: ρ0 - hustota dřeva v suchém stavu [g/cm 3 ] w - absolutní vlhkost dřeva [-] Z hmotnosti dřevního odpadu při konkrétní vlhkosti bude zjištěna výhřevnost paliva. Ta bude vypočtena podle níže uvedeného vzorce, který vychází z lineární závislosti výhřevnosti na relativní vlhkosti dřeva uvedené pod vzorcem. H u = 5,2 0,06 w [kwh kg] (Pastorek a kol., 2004) kde: w - relativní vlhkost dřeva [%] 14

17 výhřevnost [kwh/kg] relativní vlhkost dřeva [%] Obr. 3: Závislost výhřevnosti na relativní vlhkosti dřeva (Pastorek a kol., 2004) Energie, kterou je možné získat spálením odpadů, bude vypočítána vynásobením výhřevnosti a hmotnosti vyprodukovaných odpadů. Pro daný typ zvoleného kotle bude na základě jeho účinnosti spalování stanovena reálně získatelná energie a bude navržena úprava odpadu na požadovanou frakci ke zvolenému způsobu vytápění. 3.4 Objem řeziva k sušení Podle průměrné vstupní a výstupní vlhkosti vysoušeného řeziva bude stanoveno, kolik vody bude potřeba vysušit z 1 m 3 řeziva. Podle množství odpařené vody z 1 m 3 a energetické náročnosti konkrétní sušárny bude stanovena energie potřebná na vysušení 1 m 3 řeziva a objem řeziva, který je možné vysušit ze spálení veškerého odpadu. Na základě určeného sortimentu řeziva bude vypracován sušící řád s vyobrazením průběhu teplot a vlhkosti během sušení. 3.5 Alternativy způsobů využití odpadu Podle určeného typu sušárny, její kapacity, vysoušeného objemu řeziva a energetické spotřeby k vysušení stanoveného objemu budou vypracovány alternativy využití nevyužitého odpadu. Podle možných způsobů úpravy a využití odpadu budou navrženy tři alternativy, které budou podrobněji rozebrány. Pro porovnání variant budou stanovena kritéria hodnocení. Na základě vlastností (výhod a nevýhod) jednotlivých variant bude doporučeno a zdůvodněno výsledné řešení. 15

18 4. SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY 4.1 Stručná charakteristika provozu Pilařský provoz se nachází v obci Prusinovice, cca 22 km severovýchodně od okresního města Kroměříž a západně od Bystřice pod Hostýnem, která je mimo jiné známá jako hlavní město ohýbaného nábytku. Pila byla postavena v roce 1994 jako nový provoz a jelikož se jedná o provoz velmi malý, tentýž rok byla uvedena do provozu. Výrobní program je zakázkový, to znamená výrobu malých objemů řeziva ve velké škále rozměrů se sezonní, případně příležitostnou délkou provozu v roce. Vyráběné řezivo je určeno pro stavební účely, nábytkářskou anebo stavebně truhlářskou výrobu. Odběrateli jsou většinou místní nebo lokální dřevozpracující a stavební firmy. Zvláštním sortimentem je štípané palivové dříví vyráběné z jinak nezužitkovatelné suroviny. Jako doplňkové služby pila nabízí i frézování řeziva a jeho impregnaci proti dřevokazným houbám a hmyzu, jakož i pořez nebo frézování ve mzdě. V současné době pracují na pile celkem tři pracovníci, z nichž jeden je na skladu kulatiny a zbylí dva na pilnici. 4.2 Zpracovávaná surovina Níže uvedená tabulka (Tab. 1: Objem zpracované suroviny v jednotlivých letech) udává objemy zpracované suroviny jednotlivých dřevin a jejich jakostí ve sledovaných letech 2012 a

19 Tab. 1: Objem zpracované suroviny v jednotlivých letech Dřevina Jakost Objem [m 3 ] BK Surové kmeny 18,90 81,39 III. A 1,33 0,00 BO III. B 13,11 0,00 III. C 17,14 1,62 III. D 3,97 10,48 BŘ III. D 0,00 8,34 Surové kmeny 30,56 0,00 III. A 2,25 0,00 III. B 0,38 9,75 DB III. C 0,38 7,06 III. D 5,80 1,70 Surové kmeny 2,65 0,00 HB Surové kmeny 7,45 0,00 JD III. A 0,00 0,63 III. C 0,00 18,00 JS III. B 5,54 0,00 Surové kmeny 0,40 0,00 LP Surové kmeny 1,95 0,90 III. A 4,01 0,00 III. B 18,24 15,36 MD III. C 18,92 4,58 III. D 12,94 12,47 Surové kmeny 0,20 0,00 III. A 12,28 0,00 III. B 138,51 27,13 SM III. C 259,57 229,88 III. D 83,84 236,38 V. 10,22 5,51 Surové kmeny 95,40 25,00 TP Surové kmeny 10,00 0,00 Celkem zpracováno 775,94 696,18 17

20 SM 77% Ostatní 11% BO 5% MD 7% Obr. 4: Zpracovaná surovina v roce 2012 Ostatní 8% BK 12% SM 75% MD 5% Obr. 5: Zpracovaná surovina v roce Vyráběný sortiment Prkna tloušťka: 22 mm šířky: 80, 100, 120, 140 mm (při zpátkování možné i širší rozměry podle tloušťky prismy) délky: 2 5 metrů s odstupňováním po 0,5 m (kratina 1,5 m) 18

21 Paletové přířezy tloušťky: 16, 22 mm šířka: 80 mm délky: 930, mm Fošny tloušťka: 50 mm šířky: 100, 140, 160, 180, 200, 250 mm délky: 2 5 metrů (nejčastěji 4 m) Hranoly profily: , , mm délky: 2 5 m Hranolky profily: 80 80, mm délky: 2 5 m Latě profily: 30 50, mm délky: 2 5 m Lišty tloušťka: 22 mm Štípané palivové dříví [prm] dřeviny: BK, BŘ, SM, LS - měkké (TP, LP) délky polen: 25 cm, 33 cm, 1 m Výše jsou uvedeny rozměry nejčastěji vyráběné nebo vyráběné na sklad. Protože se však jedná o zakázkovou výrobu, jsou běžně vyráběny různé rozměry řeziva podle přání zákazníka např. na střešní vazby nebo různé individuální potřeby. 19

22 Tab. 2: Objemy vyrobených sortimentů Sortiment Objem Prkna [m 3 ] 138,67 190,11 Fošny [m 3 ] 64,11 26,50 Hranoly [m 3 ] 208,21 139,37 Hranolky [m 3 ] 19,43 13,00 Latě [m 3 ] 28,60 7,32 Lišty [m 3 ] 7,66 5,57 Štípané dříví [prm] 101,00 146,00 Deskové řezivo [m 3 ] 202,78 216,61 Hraněné řezivo [m 3 ] 263,90 165, Technologický tok výroby Základní technologii představuje rámová pila MR 45 od výrobce Královopolská strojírna Brno (Moravské Budějovice), která slouží pro pořez výřezů do průměru 40 cm. Ze skladu kulatiny jsou vymanipulované výřezy naváženy vysokozdvižným vozíkem na líhy navážecí rampy před pilnici. Protože při přípravě suroviny neprobíhá odkorňování, je nutné očistit výřez od nečistot, jež by mohly značně urychlit otupování nástrojů. Je-li výřez křivý nebo má nesouměrné kořenové náběhy, odřízne se jeho část do vzdálenosti pro upnutí kleští vozíku tak, aby se docílilo vystředění využitelné části po celé délce. Když je výřez připravený, nakulí se na upínací vozíky, kde je napolohován s ohledem na předchozí úpravy, upnut a následně dopraven k rámové pile a vložen do jejich podávacích válců. Svazek řeziva, vycházející z rámové pily se upne do čelistí zadního vozíku, ze kterého je posléze po dořezání výřezu uvolněn. Krajiny obsluha odhodí do kolejového vozíku s bočními sloupky, ve kterém se po jeho naplnění (objem odpovídá přibližně jednomu prostorovému metru) odpad páskuje. Boční řezivo, prakticky pouze prkna, se odloží na kolejový vozík u zkracovací pily. Prismy se odkládají na kolejový vozík z druhé strany, kterým jsou po vytvoření větší skládky natlačeny znovu před rámovou pilu ke zpátkování. Následuje pořez jako v předchozím případě. Boční řezivo se odloží na tentýž vozík u zkracovací pily a středové řezivo na další kolejový vozík, na kterém se vytváří balík určité zakázky. Po dořezání dané zakázky se vozík vytlačí k vratům, kde je 20

23 zapáskován a následně odvezen vysokozdvižným vozíkem na sklad řeziva k přirozenému vysoušení, potažmo expedici. Obr. 6: Rámová pila MR 45 Boční řezivo odkládané na vozík ke zkracovací pile se vykracuje, aby se odstranily části, pro své rozměry nebo jakost nevhodné k dalšímu zpracování. Jsou to především podrozměrné sbíhavé části bočního řeziva, blíže k čepovému konci výřezu (Janák a Král, 2003). Obsluha rozhoduje o vhodné poloze zkracovacího řezu s ohledem na nejvyšší možnou výtěž, čímž určí délku, ale i šířku budoucího řeziva, která je dána potřebami výroby - obvykle prodejností, obvykle minimálně 80 mm. Následující operace omítání řeziva se provádí na vícekotoučové rozmítací pile, na které jsou za pomocí distančních kroužků vymezeny šířky vyráběného bočního řeziva. Podle využitelné plochy vykráceného řeziva obsluha vkládá řezivo do omítací pily v místě, kde je požadovaná rozteč kotoučů pro omítnutí, která je naznačena na rámu stroje pomocí stavitelných vodítek. Po omítnutí další pracovník u zadního stolu odstraní oblinky, které složí do mobilního vozíku s bočními sloupky, který je konstrukčně stejně řešen jako v předchozím případě u rámové pily. Omítnuté řezivo ještě případně zbaví zbytků kůry a podle délky, případně jakosti uloží do balíku. Balíky jsou skládány z šířkově netříděných prken na šířku 1 m a po jednotlivých řadách prokládány. Hotový balík, který má 25 řad se zapáskuje a vysokozdvižným vozíkem vyveze na sklad řeziva k přirozenému sušení. 21

24 K pořezu výřezů o průměru větším než 40 cm slouží úhlová kmenová kotoučová pila UH500 od výrobce Strojcad. Tento stroj není sice tak využíván jako rámová pila, která je zařazena do hlavního technologického toku, avšak pro některé vyráběné sortimenty je použití tohoto stroje velmi výhodné, hlavně s menšími průřezy, jako např. střešní latě. Přesto je možné podle průměru kotouče vyrábět i hranoly o větších příčných rozměrech. Obr. 7: Kmenová úhlová kotoučová pila UH500 Výhoda tohoto stroje oproti rámové pile spočívá v individuálním pořezu. Operátor při pořezu může reagovat na vady objevené v průběhu pořezu ve vnitřních částech výřezu. Mimo to také může jednotlivé profily řeziva odřezávat ve vertikální, respektive horizontální poloze podle polohy řezu na výřezu. Tím může být dosaženo vyšší výtěže radiálního řeziva, které je pro svou tvarovou stálost hodnotnější, a tím i vyššího zhodnocení výřezu. Při tomto pořezu je výřez navezen vysokozdvižným vozíkem na pojezdovou dráhu pily, kde je obsluhou zajištěn a upnut. Následuje očištění výřezu a poté samotný pořez, u kterého jeden pracovník ovládá řeznou jednotku a řídí tak vlastní pořez 22

25 a nastavování kotouče, přičemž druhý pracovník odebírá odříznuté řezivo a odpad, aby ho uložil do balíku, respektive na vozík s bočními sloupky jako při omítání řeziva Výroba paletových přířezů Zvláštní případem výroby jsou paletové přířezy pro jednorázové palety, které se vyrábí pro konkrétního odběratele s velmi nízkými nároky na jakost, což umožňuje zpracovat i kulatinu jinak nevyužitelnou pro svou jakost nebo druh dřeviny. Mimo to jsou také minimální nároky na ostrohrannost přířezů, takže je možné využít i boční řezivo, jež by jinak z důvodu nedosažení minimální šířky bylo vyhozeno jako kusový odpad. Významným faktorem pro výtěž je však také délka tohoto sortimentu, která je 930 nebo mm. To umožňuje zpracovat i vykrácené délky pod 1,5 metru, které jakostí nebo minimální šířkou neodpovídají požadavkům bočního řeziva. Výroba probíhá obdobně jako u standardní výroby řeziva na rámové pile. Nejprve je na rámové pile vyrobena prisma tloušťky 80 mm, ale v tomto případě se prisma odkládá na kolejový vozík ke zkracovací pile a boční řezivo je odkládáno na opačnou stranu. Prismy jsou postupně kráceny na konečnou délku přířezu, která je již zmíněna výše a odkládány na stojan u omítací pily, na kterou se upne až 8 kotoučů s roztečí 22 mm. Po vytvoření větší zásoby vykrácených prisem začne jejich rozmítání. Tímto způsobem je možné vyrobit až 7 přířezů při jednom průchodu strojem, což je zřejmé z 8 upnutých kotoučů. Obsluha u přední části stroje umisťuje prismy do stroje s ohledem na maximální výtěž a reguluje rychlost podávání, jelikož je zde vyšší řezný odpor z důvodu velkého počtu řezných spár. Obsluha u zadní části po rozmítnutí odebere krajiny, které odloží do stojanu, kde jsou později zapáskovány po naplnění na stanovený objem a hotové přířezy uloží do balíku. Boční řezivo vznikající při prismování na rámové pile se při této výrobě v další fázi také krátí na konečnou délku přířezu, ale je omítáno na šířku 80 mm, protože konečnou tloušťku už má Výroba štípaného palivového dříví Tento doplňkový sortiment je vyráběn hlavně z listnaté suroviny, nakupované přímo k této výrobě, ale i z odpadových a kazových častí běžné pilařské kulatiny. Vyrábí se buďto klasicky ručně pomocí seker nebo za pomoci vertikální hydraulické štípačky na dřevo ve skladu kulatiny. 23

26 4.5 Současné zpracování odpadů V daném provozu vznikají v současné době tyto druhy odpadů: piliny, případně v malém množství hobliny a kusový odpad. Občas se vyskytne i minimální množství kůry, která odpadne z výřezů při pořezu anebo jakékoliv manipulaci. Odkorňování jako samostatná operace před pořezem se neprovádí. Neupravená kůra je odvážena na hromadu k přilehlému pozemku u provozu, kde je využívána k mulčování. Proto pro potřeby této práce nebudeme uvažovat kůru jako vznikající odpad. Piliny jsou v současné době ihned po naplnění sila prodávány a odváženy zákazníky, kterými jsou nejčastěji chovatelé koní a jiného zvířectva, jako podestýlka. Veškerý kusový odpad jako krajiny a obliny z deskového řeziva delších rozměrů (do 4 m) je svazkován a v této formě prodáván zákazníkům jako palivo. Drobný kusový odpad, vznikající zejména pří krácení řeziva, délek okolo 25 cm je skládán do připravených beden a využíván jako surovina k vytápění ubytovny vedle provozu, případně může být také prodáván jako palivo zákazníkům Objemy a místa vzniku odpadů Tab. 3: Objemy odpadů Piliny [prm] Krajiny (obliny) [prm] Odřezky [prm] Výše uvedená tabulka pojednává o objemech vyprodukovaných odpadů ve sledovaných letech. Všechny tyto odpady jsou uvedeny v jednotkách, ve kterých jsou běžně uváděny v literatuře. Piliny vznikají a jsou přímo odsávány od rámové, zkracovací, omítací a kmenové úhlové kotoučové pily, ale při frézování i od tloušťkovací frézky. Krajiny, případně obliny vznikají při pořezu na rámové, respektive omítací pile. Odřezky a drobný kusový odpad vzniká pří krácení bočního řeziva na zkracovací pile, ale také při přípravě výřezů před pilnicí. 24

27 4.6 Dřevní odpady v pilařské výrobě Piliny Piliny jsou sypký materiál obsahující jemné částice dřevní hmoty o různé vlhkosti. Vznikají jako vedlejší produkt při mechanickém dělení dřeva řeznými pilovými nástroji. (Kvietková a Bomba, 2013) Podle počtu řezných spár (dáno typem pořezu, průměrem výřezu a rozměry řeziva) a jejich tloušťky (dáno tloušťkou nástroje a úpravou ozubení) se pohybuje objem pilin mezi 8 13 % z celkového objemu výřezu. Piliny jsou dnes prakticky vždy odsávány přímo od strojů a shromažďovány v silech. (Janák a Král, 2003) Ze všech odpadů je u pilin nejvíce patrný odklon od prostého spalování k průmyslovému využívání. V minulosti byly považovány za zbytečný odpad, zatímco dnes se z nich stává nedostatkový artikl. Současné využívání lze rozdělit na tři možnosti - briketování/peletování, výroba dřevotřískových desek a přidávání ve výrobě keramických cihel. (Kvietková a Bomba, 2013) Kusový odpad Nejstarší a stále zřejmě nejoblíbenější druh biomasy, využívaný pro vytápění domácností. Jeho největší výhodou je cena a místní dostupnost. Velkým záporem však jsou vysoké nároky na skladovací prostor a v neposlední řadě také nemožnost kotle na kusové dřevo výrazněji automatizovat. (Kvietková a Bomba, 2013) Představují jej všechny odřezky. Opět podle typu pořezu, průměru výřezů a sortimentu řeziva je celkový objem kusového odpadu mezi %. V pilařských závodech se kusový odpad využívá jen výjimečně na energetické účely. Obvykle se využívá jako surovina pro výrobu aglomerovaných materiálů. Proto se na většině závodů kusový odpad seká na štěpky, málokde se svazkuje a prodává vcelku. Pokud není na vstupu do pilnice zařazen odkorňovač, obsahuje kusový odpad i kůru. Ta snižuje jeho hodnotu (případně hodnotu štěpek) jako suroviny pro další zpracování. (Janák a Král, 2003) 25

28 4.7 Objem a zastoupení jednotlivých sortimentů Tab. 4: Vyprodukované objemy Řezivo [m 3 ] 466,68 381,87 Štípané dříví [prm] 101,00 146,00 Piliny [prm] 480,00 352,00 Kusový odpad [prm] 193,00 225,00 Tab. 5: Přepočtové koeficienty kubického metru Přepočtový koeficient na m 3 Řezivo 1,00 Štípané dříví 1,42 Piliny 3,50 Kusový odpad 2,20 Tab. 6: Vyprodukované objemy Řezivo [m 3 ] 466,68 381,87 Štípané dříví [m 3 ] 71,13 102,82 Piliny [m 3 ] 137,14 100,57 Kusový odpad [m 3 ] 87,73 102,27 Tab. 7: Zastoupení jednotlivých sortimentů Řezivo [%] 60,14 54,85 Štípané dříví [%] 9,17 14,77 Piliny [%] 17,67 14,45 Kusový odpad [%] 11,31 14,69 Ztráty [%] 1,71 1,24 Tab. 8: Zastoupení hotových výrobků Hotové výrobky [%] 69,31 69,62 Odpady [%] 28,98 29,14 Ztráty [%] 1,71 1,24 26

29 5. UMĚLÉ SUŠENÍ DŘEVA A DRUHY SUŠÁREN Umělé sušení dřeva je snižování vlhkosti dřeva za uměle vytvořených a průběžně řízených podmínek. Těmito podmínkami jsou především teplota, vlhkost a rychlost proudění vzduchu. K nim mohou u některých druhů sušení přistupovat i další, např. tlak vzduchu nebo působení chemických látek, případně se dřevo může vysoušet v jiném prostředí než ve vzduchu (pára, horké oleje). Způsoby, kterými se podmínky sušení vytváří, nebo podmínky za kterých se dřevo vysouší, se u jednotlivých druhů umělého sušení liší. Podle toho můžeme umělé sušení členit na různé druhy. Ty nejčastější postupy, určené především pro sušení řeziva jsou popsány níže. (Janák a Král, 2003) 5.1 Teplovzdušné sušení Teplovzdušné sušení je klasický způsob, při kterém se řezivo, vyrovnané do hrání a zavezené do sušárny suší při teplotách 50 až 90 C, při vlhkosti vzduchu 90 až 40 % a za stálé nebo řízené rychlosti proudění vzduchu 1 až 2,5 m.s -1 (výjimečně do 4 m.s -1 ). Jeho počátky sahají do 50. let 19. století a je dodnes nejrozšířenější, i když postupy a sušící režimy i konstrukce komor se v průběhu doby měnily. Nejběžnějším typem teplovzdušné sušárny je komorová sušárna s příčným prouděním vzduchu. Klasicky se stavěla zděná, ale dnes zcela převažují celokovové konstrukce. (Janák a Král, 2003) Měrná spotřeba tepla na 1 kg odpařené vody je okolo kj.kg -1, měrná spotřeba elektrické energie přibližně 0,2 kwh.kg -1 (Dejmal, 1995). Výhody: sušení všech druhů dřevin (nejuniverzálnější způsob) sušení všech tlouštěk a počáteční vlhkosti, na konečnou vlhkost při dodržení malého vlhkostního rozptylu možnost dosáhnutí různé požadované kvality střední až krátká doba sušení možnost různého vyhřívacího média Nevýhody: vyšší energetické náklady spojené s relativně nízkou účinností, způsobenou hlavně výměnou vzduchu nebezpečí vzniku vad při sušení (trhlin, napětí) ekologické problémy s odpadní vodou, odpadním vzduchem a hlukem (Klement a Detvaj, 2007; Nutsch a kol., 2009) 27

30 5.2 Kondenzační sušení Kondenzační sušení je způsob vysoušení, při kterém se vlhkost z vysoušecího vzduchu odstraňuje její kondenzací při ochlazení vzduchu. Řezivo v hráních se suší při teplotách 45 až 65 C. Vlhkost vzduchu (90 až 40 %) a stálá nebo řízená rychlost proudění vzduchu (1 až 2,5 m.s -1 ) je blízká klasickému teplovzdušnému sušení. Blízká klasické sušárně je i konstrukce komory, je celokovová s tepelnou izolací, s vraty podle způsobu zavážení (kolejová, vysokozdvižný vozík). (Janák a Král, 2003) Měrná spotřeba elektrické energie na odpaření 1 kg vody je okolo 2 kwh.kg -1 (Dejmal, 1995). Výhody: velmi jemné sušení vhodné pro tvrdé, cenné a těžko se sušící listnaté dřeviny vysoká kvalita sušení - snížení ztrát na řezivu (2 až 3 %) vysoká flexibilita současným sušením různých druhů dřevin s rozdílnou počáteční vlhkostí a tloušťkou jednoduchá obsluha a kontrola Nevýhody: delší čas sušení (2 3 krát) a tím i vyšší náklady ekonomicky zajímavé sušení do konečné vlhkosti 15 %, při sušení na nižší vlhkost náklady stoupají rychle vzhledem k dlouhému času sušení nedoporučuje se pro dřeviny, které se lehce suší (jehličnany, lehké listnáče) možná změna barvy, protože velké množství vody se pomalým sušením nestačí dostatečně rychle odpařit z povrchu dřeva velké nebezpečí je u dřevin náchylných na modrání (borovice), protože se vytváří příznivé podmínky pro houby odvoz kondenzátu - možné ekologické problémy (Klement a Detvaj, 2007) 5.3 Vakuové sušení Vakuové sušení je odstraňování vody při sníženém tlaku vzduchu. Využívá snížení bodu varu vody, který má vliv i na snadnější a rychlejší únik hlavně povrchové vlhkosti dřeva. Pro sušení dřeva se užívají tlaky kolem 20 až 60 kpa, kterým odpovídá bod varu vody mezi 60 až 80 C. Vakuová sušárna je ležatá válcová tlaková nádoba, jejíž jedno čelo je otevírací. (Janák a Král, 2003) 28

31 Vakuové sušení se může provádět různými způsoby s ohřevem dřeva kontaktním způsobem (topnými deskami) nebo teplým vzduchem bez topných desek. Postupy se však od sebe liší. (Nutsch a kol., 2009) Měrná spotřeba tepla na 1 kg odpařené vody při vakuovém sušení je srovnatelná s teplovzdušným sušením, spotřeba elektrické energie na odpaření 1 kg vody je až 5 kwh.kg -1. (Dejmal, 1995) Výhody: krátké časy sušení velmi dobrá kvalita vysušeného dřeva vhodné pro tvrdé, cenné a těžko se sušící listnaté dřeviny nižší energetická náročnost sušení Nevýhody: větší opotřebení sušárny vlivem agresivního kondenzátu (koroze) náročnější regulace procesu sušení (nutnost regulovat i tlak a odvod kondenzátu) vyšší investiční náklady v porovnání s klasickým teplovzdušným sušením odvoz kondenzátu a jeho likvidace - možný ekologický problém (Klement a Detvaj, 2007) 29

32 6. KOTELNY S KOTLI NA DŘEVO Za kotelnu lze považovat samostatnou budovu, stavební objekt, skříň, zvláštní přístavek, či místnost, nebo vyhrazený prostor, ve kterém je umístěn jeden nebo více kotlů pro ústřední vytápění (teplovodní, horkovodní, parní nízkotlaké a teplovzdušné), pro přípravu teplé vody nebo pro výrobu užitkového tepla. Provedení kotelny je dáno především druhem a způsobem spalování paliva a typem kotlů. Zařízení, ve kterém se spaluje palivo a ohřívá teplonosná látka, se nazývá kotel. 6.1 Litinové Jsou vhodný řešením pro spalování vlhčího tvrdého kusového dřeva, kdy je w < 30 %. Vzhledem k prohořívacímu způsobu spalování nejsou v žádném případě vhodné pro spalování drobného dřeva a dřevního odpadu. Tato paliva rychle nahořívají v celé vrstvě, rychle uvolňují prchavé látky, které nestačí v kotli vyhořet. Vedle účinnosti na hranici 50 % se to pak projevuje především velice tmavým kouřem, který vychází po značnou část topení z komína. Výkon se dá regulovat prakticky pouze množstvím paliva v násypce a regulací tahu sání spalovacího vzduchu pomocí regulační klapky. Vzhledem k velkému množství žhavého paliva je možnost regulace značně omezena. Díky nízké tlakové ztrátě na straně spalin jsou vhodné pro komín s malým tahem do 15 mbar. Při volbě komína je nutné počítat s tím, že se teplota spalin může při spalování suchého dřeva dlouhodobě pohybovat v oblasti C. Nízká cena je vykoupena nízkou účinností, která se reálně pohybuje u dřeva na hranici 60 %. Relativně malý objem násypky znamená zvýšené nároky na obsluhu, zvláště přikládání paliva. Tyto kotle se emisně řadí převážně do 1. třídy. (Lyčka, 2008) 6.2 Ocelové s ruční dodávkou paliva Jsou vhodné pro drobnější dřevo a dřevní odpad. Převážně se jedná o kotle odhořívací s pohyblivým roštem. Vzhledem k tomu, že nenahořívá celá vrstva paliva v násypce, lze tyto kotle snáze řídit regulací přisávání primárního a sekundárního vzduchu, vyžadují však komín s větším tahem nad 25 mbar. Malý objem násypky paliva znamená opět zvýšené nároky na obsluhu, tj. přikládání, roštování. Reálná účinnost kotlů se pohybuje na hranici 65 %. Emisně tyto kotle dosahují zařazení maximálně do 2. třídy. (Lyčka, 2008) 30

33 6.3 Ocelové speciální (zplynovací) Přestavují moderní technologii spalování kusového dřeva. Jsou to kotle odhořívací převážně s odtahovým ventilátorem a s poměrně vysokou účinností spalování, která se reálně pohybuje na hranici 75 %. Konstruovány jsou především na kusové dřevo o vlhkosti do 20 %, drobný dřevní odpad a dřevní brikety. Výkon kotlů se dá relativně dobře regulovat v rozsahu % jmenovitého výkonu díky regulaci dodávky spalovacího vzduchu ventilátorem. Mají ve většině případů až dvojnásobný objem násypné šachty oproti běžným kotlům. To spolu s vyšší účinností znamená podstatné snížení četnosti obsluhy 4 5 denně. I když vyžadují suché palivo, pro zvýšení jejich životnosti nad 5 let, je prakticky nezbytné vedle udržování teploty vratné vody na 60 C také zapojení s akumulační nádrží. Jejich cena je o 1/3 vyšší než u obyčejných. Emisně dosahují tyto kotle běžně 2. třídy, v některých případech 3. třídy. (Lyčka, 2008) 6.4 Automatické kotle Představují nejnovější technologie spalování. Díky zásobníkům paliva o velkých objemech a automatickému doplňování paliva umožňují několikadenní bezobslužný provoz. Jsou převážně ocelové s nuceným i přirozeným odtahem spalin. Určeny jsou pro drobný dřevní odpad ve formě pilin a štěpky a pro pelety. Existuje mnoho konstrukčních řešení dopravy paliva, hořáků i kotlových těles. Vedle různého komfortu, jako je elektrické zapalování a automatické odpopelňování, se vyznačují také různými cenami a různými požadavky na kvalitu paliva. Je nutné proto zvolit vhodné řešení pro dané podmínky i možnosti investora. Ceny automatických kotlů jsou dvoj až trojnásobné oproti obyčejným litinovým a ocelovým kotlům, jejich reálná účinnost však v celém režimu spalování u většiny výrobků přesahuje 80 %. Navíc možnost několikadenního nepřetržitého provozu podstatně zvyšuje tepelnou pohodu ve vytápěném objektu, který není vystaven periodickému ohřívání a opětovnému vychládání. Emisně několikanásobně podkračují limity pro kotle třídy 3. (Lyčka, 2008) 31

34 7. VLASTNÍ ŘEŠENÍ A JEHO VÝSLEDKY Pro řešení byla vybrána klasická teplovzdušná komorová sušárna z důvodu univerzálnosti a tím i nejrozšířenějšího užívání teplovzdušných sušáren obzvláště v pilařských provozech, které je celosvětově 90%. Kotel byl vybrán automatický, jelikož je vhodný pro spalování dřevního odpadu ve formě pilin a štěpek, s jejichž spalováním se do budoucna uvažuje. Dalším důvodem je vysoká účinnost spalování a tepelná pohoda, která je zajištěna zásobníky paliva velkých objemů, jenž automaticky doplňují palivo, čímž umožňují několikadenní bezobslužný provoz. Před samotným spalováním uvažme, že se bude odpad po určitou dobu vysoušet, až vyschne na 30% vlhkost (absolutní), která odpovídá 23,08% vlhkosti relativní. Zároveň lze předpokládat, že kotel je konstrukčně vyřešen tak, aby požadovaný odpad o této vlhkosti dokázal spalovat při příznivých hodnotách emisí vypouštěných do ovzduší. 7.1 Vlhkost zpracovávané suroviny Měření váhovou metodou Před sušením bylo naváženo 500 g pilin v mokrém stavu, po vysušení 333 g. Absolutní vlhkost byla naměřena 50,15 %, čemuž odpovídá relativní vlhkost 33,40 %. Protože se vlhkost dřeva v průběhu roku mění, je vhodnější uvažovat s průměrnou vlhkostí uváděnou v literatuře, jelikož vlhkost, která byla naměřena, se vztahuje k určitému konkrétnímu období (duben 2014). Pro čerstvě vytěžené dřevo uvádí Gandelová a kol. (2012) vlhkost %. Ta se však po vytěžení při skladování snižuje, a proto je reálné uvažovat jako průměrnou vlhkost při pořezu v průběhu roku 60 %, což odpovídá 37,5% vlhkosti relativní. 32

35 absolutní vlhkost [%] Měření elektrickým vlhkoměrem číslo měření [-] Obr. 8: Jednotlivá měření dielektrickém vlhkoměrem Průměrná vlhkost z měření znázorněných ve výše uvedeném grafu je 49,59 %, což odpovídá relativní vlhkosti 33,15 %. I zde je nutné uvést, že se jedná o vlhkost v konkrétním období, tudíž je vhodnější uvážit vlhkost průměrnou v průběhu roku. Vlhkost uvažujme stejnou jako v předchozím případě. 7.2 Výhřevnost vyprodukovaných odpadů Protože je možné vycházet ze spotřeby paliva pro vytápění ubytovny vedle provozu uplynulých let, která představuje celé vyprodukované množství odřezků v obou letech (Tab. 3: Objemy odpadů), bude toto množství odečteno, čímž bude vypočtena energie využitelná pouze k sušení. Charakteristiky pro výpočet energetických parametrů: ρ30 = 0,5037 g/cm 3 = 503,7 kg/m 3 Hu = 3,82 kwh/kg η kotle = 80 % Piliny Tab. 9: Energetické parametry vyprodukovaných pilin x hmotnost [kg] , , ,27 energie [kwh] , , ,95 reálná energie [kwh] , , ,36 33

36 7.2.2 Kusový odpad Tab. 10: Energetické parametry vyprodukovaného kusového odpadu x hmotnost [kg] , , ,27 energie [kwh] , , ,15 reálná energie [kwh] , , ,12 Celkový součet reálně získatelné energie, kterou je možné získat spálením odpadů: rok 2012: ,94 kwh rok 2013: ,02 kwh průměrně: ,48 kwh Úprava odpadu k automatizovanému spalování Aby bylo možno spalování v kotli automatizovat, je nutné odpad upravit na požadovanou frakci. Co se týče pilin, zde není žádná další úprava nutná, avšak u kusového odpadu ano. Nejvhodnější úpravou by zřejmě bylo sekání kusového odpadu na štěpky (štěpkování), které se provádí sekačkami. V pilařské výrobě jsou používány převážně bubnové nebo diskové sekačky. Bubnové sekačka má nejčastěji dva nebo čtyři ploché nože na povrchu bubnu. Upevněny jsou šrouby s příložkou, klínem, u větších strojů též hydraulicky. Délka bubnu odpovídá šířce vstupního hrdla (30 až 50 cm). Pod bubnem je umístěno síto, které nedovolí propad částem větším, něž je velikost jeho ok. Tyto části se dosekají buď pomocí druhého protinože, nebo se vracejí zpět. (Janák a Král, 2003) Disková sekačka má obdobné nože upevněné na čelní ploše disku, ukloněného o asi 45 vzhledem k rovině podávání. Spodní síto disková sekačka nemá, protože v rámci sekačky není návrat případných větších částí možný. (Janák a Král, 2003) 7.3 Objem a doba sušení řeziva Pro výpočet tepelné bilance byla vybrána sušárna KWC 122 od výrobce VZT- Vzduchotechnika, pro níž Trebula (1996) uvádí měrnou spotřebu tepla kj.kg -1 (1,24 kwh.kg -1 ) a měrnou spotřebu elektrické energie 0,175 kwh.kg -1 odpařené vody. Ze vzorce pro výpočet absolutní vlhkosti lze stanovit kolik vody bude vysušeno z 1 m 3 dřeva při předpokladu, že absolutně suché dřevo smrku má hustotu 420 kg/m 3. mw = 0,6 m0-0,08 m0 = ,6 = 218,4 kg z 1 m 3 34

37 Při spotřebě 1,24 kwh na 1 kg odpařené vody to znamená, že na odpaření vody z 1 m 3 bude spotřebováno 270,82 kwh. Bez ohledu na čas sušení, množství a sortiment sušeného řeziva je při výše uvedených podmínkách, vycházíme-li z průměrné hodnoty získatelného tepla, možné vysušit 1 176,76 m 3 řeziva za rok, což je cca dvojnásobek průměrné roční produkce pily. Podle sortimentu a podmínek v zadání lze stanovit čas sušení, podle sušícího řádu, který uvádí níže uvedená tabulka. Tab. 11: Zadání sušícího řádu druh typ tloušťka [mm] délka [m] w počáteční [%] w konečná [%] teplota dřeva [ C] teplota sušárny [ C] kvalita (1, 2, 3) rychlost vzduchu [m/s] směny provoz SM deska úsek sušení vlhkostní stupně [%] Tab. 12: Časový sušící řád (podle ON ) t s [ C] t m [ C] p r [ C] RVV [%] RVD [%] čas [hod] opr. koef. čas upr. [hod] τ o ,3 3,8-3,80 τ vs , ,74 0, ,1 9 8, ,7 5 5,65 1, ,3 5 5, ,5 8 10, ,5 6 7,98 1, ,2 5 6, ,9 6 7,98 τ KO - egal ,7 7-7,00 τ KO - zlah ,3 7-7,00 τ OCH ,8-3,80 Celkový sušící čas [hod] 87,71 35

38 t [ C] vlhkost [%] ts [ C] tm [ C] vlhkost dřeva [%] čas [hod] Obr. 9: Průběh teplot a vlhkosti dřeva během sušení 7.4 Návrh alternativ Protože lze spálením vyprodukovaných odpadů získat více tepelné energie, než je možné využít, je vhodné navrhnout různé alternativy, jak se získanou, respektive potencionální energií naložit. Uvažme, že by se vysušilo 100 m 3 řeziva ročně, což je zhruba polovina průměrné roční produkce deskového řeziva, pro které by byl zajištěn odbyt u místních nebo lokálních truhlářů a výrobců nábytku. Při předpokladu stejného provozu jako v současnosti uvažujme celkem 40 pracovních týdnů za rok, včetně pracovních sobot, čemuž odpovídá přibližně 60 sušících cyklů (3 cykly během 2 týdnů). To znamená, že na jednu vsádku je třeba vysušit 1,6 m 3 řeziva, což by bylo neekonomické, protože nejmenší sušárny jsou vyráběny alespoň na objem 4 m 3. Z toho vyplývá, že je vhodné ročně vysušit 240 m 3 řeziva. Produkčně je pila schopná tento objem pokrýt, ale nabízí se otázka, jestli by pro takové množství byl zajištěn odbyt. V případě, že ne, bylo by rozumné nabízet i sušení ve mzdě, aby byla naplněna sušící kapacita, přestože najít odbyt pro řezivo vyrobené a vysušené na pile by bylo ekonomicky výhodnější. Z hlediska tepelné energie je proto třeba získat energii na vysušení kg vody, což představuje spotřebu ,8 kwh. To v podstatě znamená, že k získání energie dalece stačí využití energie spálením pouze jednoho druhu odpadu uvedeného v této práci, a to ,59 kg. 36

39 7.4.1 Varianta 1 - Výroba pelet Tato varianta uvažuje s využitím zbylého odpadu, který nebyl spálen k vytápění sušárny, na výrobu pelet, kde jsou vstupní surovinou piliny. Proto k vytápění sušárny budou spalovány pouze štěpky, aby veškeré piliny byly využity k výrobě pelet. Po spotřebě štěpky k vytápění sušárny je k dispozici níže uvedená hmotnost a potencionální energie paliva. hmotnost štěpky: ,68 kg potencionální energie: ,31 kwh (80% účinnost) Lyčka (2011) uvádí, že na výrobu 1 kg pelet je potřeba 1,8 kg pilin při spotřebě tepelné energie 0,52 kwh, z čehož vyplývá, že by podle energie vázané ve zbylé štěpce bylo možné vyrobit ,13 kg pelet, na kterou by bylo potřeba ,83 kg pilin. Pilin však zůstává k dalšímu zpracování pouze ,27 kg, z kterých by bylo vyrobeno ,59 kg pelet. Na výrobu tohoto množství by bylo spotřebováno ,99 kwh tepelné energie vázané v 5 659,35 kg štěpky. Po úplné spotřebě pilin stále zůstává ,33 kg štěpky, která by takto byla prodána zákazníkům k energetickým účelům. Cena pelet je průměrně Kč/tunu a štěpky Kč/tunu. Je však vhodné uvést, že pelety jsou vysušeny na vlhkost 12 %, tudíž mají i vyšší výhřevnost, na rozdíl od štěpky, která se většinou prodává o vlhkosti kolem 30 %, proto i hmotnost sušiny v 1 tuně štěpky je menší. Výhody: využití veškeré produkce pilin vyšší cena za tunu pelet ve srovnání se štěpkou nižší nároky na skladovací plochu odpadu snadná manipulace s peletami Nevýhody: nákup peletovací linky se sušičkou pilin, sekačky kusového odpadu a vybudování nové haly malé využití peletovací linky (nejmenší linky při nejnižším výkonu vyrábějí 50 kg/hod) z důvodu nedostatku suroviny předpokládaná vysoká vstupní investice s dlouhodobou návratností nejistý odbyt 37

40 7.4.2 Varianta 2 - Prodej upraveného odpadu Tato varianta spočívá ve využití pouze pilin, ke spálení na výrobu tepla pro sušení řeziva z toho důvodu, že výkupní cena pilin je ve srovnání se štěpkou nižší přibližně o 250 Kč/m 3. K dalšímu využití zbývá: hmotnost pilin: ,68 kg potencionální energie: ,57 kwh (80% účinnost) hmotnost štěpky: ,27 kg potencionální energie: ,12 kwh (80% účinnost) Zbylý objem vyprodukovaných pilin nevyužitých k vytápění sušárny by byl po naplnění sila vysypán do připravených kontejnerů tepelných elektráren, které vykupují dřevní odpady jako palivo k výrobě tepelné energie a poté následně odvážen ze závodu. Možný by taktéž byl prodej pilin v kontejnerech nebo přistavených vlečkách pro výrobce briket/pelet. Kusový odpad by byl nejprve posekáním upraven na štěpku a v této frakci opět jako piliny prodáván v kontejnerech jako palivo pro tepelné elektrárny. Výhody: nižší nároky na skladovací plochu odpadu trvalý dlouhodobý odbyt možná vyšší výkupní cena (dotace EU na energetickou surovinu) snadná manipulace s upraveným odpadem Nevýhody: nemožnost vyhovění zájemcům o kusový odpad Varianta 3 - Prodej stávající formy odpadu Poslední varianta spočívá taktéž ve využití pouze pilin, ke spálení na výrobu tepla pro sušení řeziva z důvodu nižší výkupní ceny ve srovnání se štěpkou, což již bylo zmíněno ve výše uvedené variantě. Tato varianta představuje minimální odklon od současného využívání odpadů, avšak zřejmě nejvyšší variabilitu úpravy s ohledem na požadavek zákazníka. K využití zbývá stejné množství odpadů jako ve variantě 2: hmotnost pilin: ,68 kg potencionální energie: ,57 kwh (80% účinnost) hmotnost štěpky: ,27 kg potencionální energie: ,12 kwh (80% účinnost) Zbytkový odpad ve formě pilin by mohl být prodáván jako v současnosti pro různé chovatele zvířectva, případně výrobcům briket/pelet, jako palivo tepelným elektrárnám a 38