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 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

5 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.

6 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

7 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

8 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 využití odpadu SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY Stručná charakteristika provozu Zpracovávaná surovina Vyráběný sortiment Technologický tok výroby Výroba paletových přířezů Výroba štípaného palivového dříví Odpady ve výrobě Piliny Kusový odpad Objemy a místa vzniku odpadů Výtěž 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 VLASTNÍ ŘEŠENÍ A JEHO VÝSLEDKY

9 7.1 Vlhkost zpracovávané suroviny Měření váhovou metodou Měření elektrickým vlhkoměrem Výhřevnost vyprodukovaných odpadů Piliny Kusový odpad Úprava odpadu k automatizovanému spalování Objem řeziva k sušení 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

10 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

11 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

12 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 z fakturačních údajů pro odběratele 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 tyto jednotlivé odpady budou blíže charakterizovány z literatury, kde bude popsán samotný charakter daného odpadu, jeho objem z celkového objemu výřezu vznikající při pořezu a možnosti zpracování s následným využitím. V poslední řadě budou odpady kvantifikovány a zpracovány formou tabulky s následným popisem míst jejich vzniku. Z objemu kulatiny a vyprodukovaných hotových výrobků (řezivo, štípané palivové dříví) bude podle následujícího vzorce vypočtena výtěž: výtež = objem řeziva 100 [%] (Janák a Král, 2003) objem výřezů 11

13 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 výtěže 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 má jiný přepočtový koeficient na kubický metr, což bude uvedeno také v samostatné tabulce. Následující tabulka bude shodná jako v prvním případě, ve které budou uvedeny objemy, avšak všechny v kubickým metrech. Z těchto údajů bude vypočítána výtěž v procentech, která bude uvedena 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 neproveditelnosti váhové metody Váhová metoda Měření bude probíhat na vzorku pilin ze smrku, jenž představuje nejvyšší podíl zpracovávané suroviny, při sušení v kuchyňské horkovzdušné troubě se sušící teplotou 100 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 12

14 k vyhřátí na 100 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 určena 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 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 provozní dokumentace vlhkoměru a celkem bude provedeno 25 měření. Každá hodnota vlhkosti bude zapsána, z nichž bude následně vypočten aritmetický průměr. Výsledky měření budou uvedeny v grafu. Z toho důvodu, že z měření 13

15 vlhkoměrem budou získány pouze hodnoty absolutní vlhkosti dřeva, je nutné pro následný výpočet výhřevnosti přepočíst vlhkost na relativní podle následujícího vzorce: w rel = 100 w abs w abs [%] 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 (viz Tab. 6: Vyprodukované objemy v m 3 ) a hustota dřeva při konkrétní vlhkosti bude vypočítána podle následujícího vzorce: ρ w = ρ w 1 + 0,28ρ 0 [g cm 3 ] kde: ρ0 - hustota dřeva v suchém stavu [g/cm 3 ] w - absolutní vlhkost dřeva [-] 14

16 výhřevnost [kwh/kg] 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 [%] 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 údajů energetické náročnosti konkrétní sušárny bude stanoveno, kolik vody bude potřeba vysušit z 1 m 3 řeziva při zadání vstupní a výstupní vlhkosti. Podle množství odpařené vody z 1 m 3 bude stanovena energie potřebná na vysušení tohoto objemu 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. 15

17 3.5 Alternativy využití odpadu Na základě určeného typu sušárny, její kapacitě, sušeném objemu řeziva a energetické potřebě k vysušení stanoveného objemu budou vypracovány alternativy využití odpadu. Podle možných způsobů úpravy a využití budou navrženy tři alternativy, které budou podrobněji rozebrány. Na základě jejich výhod a nevýhod bude doporučeno výsledné řešení, jenž by mohlo být realizováno v provozu, které bude posléze zdůvodněno. 16

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 hoblování řeziva a jeho impregnaci proti dřevokazným houbám a hmyzu, jakož i pořez nebo hoblování 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 V níže uvedené tabulce (Tab. 1: Objem zpracované suroviny v jednotlivých letech) jsou vypsány 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 18

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) 19

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. 20

22 Tab. 2: Objemy vyrobených sortimentů Sortiment Objem [m 3 ] Prkna 138,67 190,11 Fošny 64,11 26,50 Hranoly 208,21 139,37 Hranolky 19,43 13,00 Latě 28,60 7,32 Lišty 7,66 5,57 Štípané dříví [prm] 101,00 146,00 Deskové řezivo 202,78 216,61 Hraněné řezivo 263,90 165,26 Celkem vyrobeno 567,68 527, 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 vycentrování 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 po jeho naplnění, odpovídajícímu jednomu prostorovému metru, probíhá jejich paketizace. 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 21

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 technologií a to 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. 22

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 tom, že se jedná o individuální pořez. Operátor tudíž při pořezu může reagovat na vady objevené odříznutím vnitřních částí 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 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. 23

25 4.4.1 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 uřezána 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 z odpadových a kazových častí kulatiny, ale hlavně z kulatiny listnaté k této výrobě přímo nakupované, buďto klasicky ručně pomocí seker nebo za pomoci vertikální hydraulické štípačky na dřevo na skladu kulatiny. 4.5 Odpady ve výrobě 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 opadne z výřezů při pořezu anebo jakékoliv manipulaci, protože se před 24

26 pořezem neodkorňuje. Takto 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 zákazníkovi 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 budovy vedle provozu, případně může být také prodáván jako palivo zákazníkovi 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 25

27 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) Objemy a místa vzniku odpadů Tab. 3: Objemy odpadů v prm Piliny Krajiny (obliny) Odřezky 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, kmenové kotoučové pily vertikálně-horizontální, ale při hoblování 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. 4.6 Výtěž Tab. 4: Vyprodukované objemy v různých jednotkách Kulatina [m 3 ] 775,94 696,18 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 Kulatina 1,00 Řezivo 1,00 Štípané dříví 1,42 Piliny 3,50 Kusový odpad 2,20 26

28 Tab. 6: Vyprodukované objemy v m Kulatina 775,94 696,18 Řezivo 466,68 381,87 Štípané dříví 71,13 102,82 Piliny 137,14 100,57 Kusový odpad 87,73 102,27 Tab. 7: Výtěž 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: Výtěž hotových výrobků Hotové výrobky 69,31 % 69,62 % Odpady 28,98 % 29,14 % Ztráty 1,71 % 1,24 % 27

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 vysokými náklady relativně nízké účinnosti způsobené 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) 28

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) 29

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) 30

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 pomocí klapky na sání spalovacího vzduchu. 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) 31

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) 32

34 7. VLASTNÍ ŘEŠENÍ A JEHO VÝSLEDKY Pro řešení byla vybrána klasická teplovzdušná komorová sušárna z toho důvodu, že konkrétní technické parametry ohledně měrné spotřeby tepla a elektrické energie jsou v literatuře nejdostupnější pro tento typ sušáren, což snad i vyplývá z celosvětového zastoupení, které je 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 bude odpad po určitou dobu schnout, čímž vyschne na 30% vlhkost (absolutní), která odpovídá 23,08% vlhkosti relativní. Zároveň je předpoklad, 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. 33

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 zmínit, že se jedná o vlhkost konkrétního 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 z potřeby paliva pro vytápění budovy vedle provozu uplynulých let, která představuje celé vyprodukované množství odřezků v obou letech (Tab. 3: Objemy odpadů v prm), bude toto množství odečteno, čímž bude vypočtena energie využitelná pouze k sušení. 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 34

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 řeziva k sušení 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. 35

37 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 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 Při spotřebě 1,24 kwh.kg -1 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 časového sušícího řádu, který uvádí níže uvedená tabulka. 36

38 t [ C] vlhkost [%] 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 ts [ C] tm [ C] vlhkost dřeva [%] čas [hod] Obr. 9: Průběh teplot a vlhkosti dřeva během sušení 37

39 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. Uvažujme, 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. Použitá sušárna KWC 122, pro kterou byl proveden výpočet spotřeby tepla, by měla kapacitu takovou, aby s ohledem na koeficient zaplnění vysušila na jednu sázku 5 m 3 řeziva. To znamená celkem 20 sušících cyklů ročně a 1 754,2 hodin sušení, což je něco přes 73 dní. Z hlediska tepelné energie je třeba získat energii na vysušení kg vody, což představuje spotřebu ,6 kwh. To v podstatě znamená, že k získání energie dalece stačí využití energie spálením pouze jednoho druhu odpadu uvedeného v této práci, a to 7 089,42 kg Varianta 1 výroba pelet Kdyby se uvažovalo pouze se spalováním štěpky, bylo by po spotřebě k sušení řeziva k dispozici ještě ,85 kg štěpky, což představuje energii ,85 kwh. Lyčka (2011) uvádí, že na výrobu 1 kg pelet je potřeba 1,8 kg pilin při spotřebě tepelné energie 0,52 kwh. Takto je možné zužitkovat veškerou produkci pilin, vycházíme-li z průměru roků 2012 a 2013, ze kterých by bylo vyrobeno ,59 kg pelet se spotřebou ,99 kwh a 4 503,91 kg štěpky. Zbytek odpadu by byl prodáván zákazníkovi jako palivo ve štěpce nebo ve svazcích, než by byl posekán podle požadavků zákazníka Varianta 2 prodej upraveného odpadu Tato varianta spočívá ve využití jak pilin, tak štěpky podle aktuální dostupnosti, ke spálení na výrobu tepla k sušení řeziva. Zbytek vyprodukovaných pilin nevyužitých k vytápění sušárny by byl po naplnění sila vysypán do připravených kontejnerů pro externí firmu, která se zabývá prodejem dřevních odpadů pro tepelné elektrárny. Zbytkový kusový odpad by byl nejprve posekán na štěpku a v této frakci opět jako piliny prodáván v kontejnerech externí firmě jako palivo pro tepelné elektrárny Varianta 3 prodej stávající formy odpadu Poslední varianta uvažuje prakticky s minimální změnou využití od současného. V podstatě je jedno, v jaké formě by byl spalován odpad v kotelně pro sušárnu řeziva, 38

40 opět podle aktuální dostupnosti. Zbytkový odpad ve formě pilin by byl prodáván jako v současnosti pro různé chovatele zvířectva, případně výrobcům briket/pelet anebo k jiným účelům. Kusový odpad by byl zpracováván podle poptávky zákazníků. To znamená ve svazcích anebo po posekání v různých balících ve formě štěpky. 39

41 8. DISKUSE Každá navrhnutá alternativa, která je uvedená výše, skýtá spoustu výhod a nevýhod, které je nutné rozebrat k doporučení výsledného řešení tak, aby bylo dosaženo nejefektivnějšího využití vyprodukovaných odpadů. První navrhnutá alternativa, která uvažuje s výrobou pelet je zřejmě nejnákladnější, co se týče vstupní investice. Při realizaci této alternativy by bylo nutné zakoupit sušičku pilin z toho důvodu, že jejich vlhkost by i po proschnutí na větrané skládce nebyla vhodná pro výrobu pelet, aby pelety dosahovaly předepsané celistvosti a výhřevnosti. Dalším zařízením nutným k výrobě pelet by byl peletovací lis, který by navazoval na sušičku pilin. Realizace takovéto peletovací linky by nejspíše obnášela vybudování samostatné budovy, což by byla další investice v této variantě. Otázkou však zůstává, jestli by bylo výhodné výrobu zavádět při výše uvedeném množství vyprodukovaných pelet, jelikož náročnost na elektrickou energii též není malá. Na závěr je vhodné také uvést problematiku odbytu, který by mohl být problémový z toho důvodu, že kotle na pelety s automatickým dávkováním nejsou v naší zemi tolik rozšířeny jako např. v Rakousku nebo Německu. Druhá varianta, která předpokládá prodej nevyužitelného odpadu externí firmě, jako palivo na prodej tepelným elektrárnám má v zásadě nároky na investici minimální. Jednalo by se o zakoupení sekačky kusového odpadu, případně sila na skladování vyrobených štěpek. Prakticky by se dal takto prodat jakýkoliv nezužitkovatelný kus dřevní hmoty i kůra, se kterou není v práci uvažováno jako se vznikajícím odpadem. V současnosti je to hlavně z toho důvodu, že na pile není zařízení, které by ji dokázalo upravit k definovatelné a obchodovatelné frakci. Poslední varianta nemá prakticky žádné nároky na vstupní investici, ale předpokládá zpracování téměř shodné se současným, které je však oproti předchozím variantám náročnější, hlavně časově. Při skládání, svazkování, dopravě na sklad, nakládce a další manipulaci s tímto odpadem vzniká ztrátový čas, který v předchozích alternativách vzhledem k zavedení sekačky kusového odpadu není. Tím se snižuje výkon pily, protože tento čas je využíván neefektivně. 40