Wytrzymałość mechaniczna pelletu to zdolność granulatu do zachowania kształtu i masy podczas obciążeń mechanicznych (uderzeń) oraz tarcia w czasie manipulacji i transportu. Zgodnie z normami PN-EN ISO 17831-1:2016-02 i PN-EN 15210-1:2010 jest to “miara oporu, jaki stawia zagęszczone paliwo w stosunku do wstrząsów (uderzeń) i/lub ścierania jako konsekwencji procesu przenoszenia (przeładowywania) i transportu tego paliwa”.
Innymi słowy, opisuje ile procent masy pelletu przetrwa symulowany proces transportu (test bębenkowy) bez rozkruszenia się na pył i drobne elementy. Odporność tę można też określić jako Pellet Durability Index (PDI), czyli procent masy granulatu pozostały po teście wytrzymałości.
W praktyce wysoka trwałość oznacza mniej pyłu generowanego przy obsłudze, transportu i podawaniu do kotła – co przekłada się na bezawaryjną pracę podajnika i wyższą sprawność spalania. Pellet o małej wytrzymałości daje natomiast dużo pyłu drzewnego, co powoduje awarie instalacji (zatkane podajniki), wzrost temperatury spalin, „płynięcie” i szlakowanie popiołu na wymienniku oraz obniżenie efektywności kotła. Dlatego każdy producent i użytkownik pelletu monitoruje ten parametr. Pomiar wytrzymałości mechanicznej wykonuje się w laboratorium zgodnie z normami (np. PN-EN ISO 17831-1), co pozwala certyfikować pellet (np. w systemie ENplus) i zapewniać jego powtarzalną jakość.
Surowiec i skład: Różne gatunki drewna dają pellet o innej trwałości. Zasadniczą rolę odgrywają zawartości lignin i innych naturalnych spoiw oraz skład chemiczny. Na przykład pellet z domieszką kory drzewnej często wykazuje wysoką odporność, gdyż kora zawiera substancje klejące, ale ma też więcej popiołu. Z drugiej strony zbyt duża zawartość siana, słomy czy innych pozostałości obniża trwałość. Drobność (uziarnienie) surowca przed peletowaniem jest jednym z najistotniejszych czynników: mniejsze cząstki (drobniejszy pył drzewny) zapewniają lepsze zagęszczenie i spójność pelletu. Mieszanka ziaren o różnych rozmiarach poprawia uzyskiwaną wytrzymałość dzięki lepszemu „zamykania” przestrzeni i wytwarzaniu mostków międzycząsteczkowych.
Wilgotność surowca: Istnieje optymalny zakres wilgotności trocin. Zbyt suche trociny nie tworzą efektywnie mostków wilgotnościowych, a zbyt mokre uniemożliwiają uzyskanie odpowiedniego ścisku. Literatura wskazuje optimum dla drewna na poziomie około 6–12% wilgotności (woda wagowo). Przykładowo Kaliyan i Morey (2005) stwierdzili wzrost wytrzymałości pelletu przy zwiększeniu wilgotności z 10% do 15%. Jednak nadmierna wilgotność (powyżej ~12–15%) osłabia spójność granulatu (mniej ogrzewania podczas prasowania i większe porowatość). Zaletą jest, że podczas procesu pelletowania dodaje się ciepło i wyrównuje wilgotność; pellet po schłodzeniu i dosuszeniu powinien mieć docelowo do ~10%. Drastyczne wahania wilgotności podczas przechowywania lub zbyt szybkie suszenie mogą powodować pęknięcia i pękliwość peletu.
Parametry procesu peletowania: Kluczowe znaczenie mają ciśnienie i temperatura w prasie peletującej. Podczas prasowania pod wpływem ciepła uaktywniają się naturalne spoiwa (ligniny) w drewnie, tworząc mostki między cząstkami. Zbyt niska temperatura (lub zużyta matryca) może nie doprowadzić do roztopienia lignin, obniżając trwałość. Z kolei zbyt wysoka wilgotność masy przed prasowaniem może obniżyć temperaturę deformacji elementów. Między prasą typu walcowego (ring die) a tłokową (flat die) może być różnica w wygenerowanym ciśnieniu – zwykle ring die osiąga wyższą wydajność, co może wpływać na trwałość. Istotna jest grubość ścian matrycy: cienka matryca daje mniej tarcia i niższą temperaturę, co też zmniejsza wytrzymałość (zgodnie z badaniami z lat 60. XX w. Pfosta).
Dodatki (spoiwa, środki smarne): W produkcji pelletów opałowych zwykle unika się dodatków chemicznych. Norma dopuszcza co najwyżej ~2% dodatków (klejów), ale w praktyce właściwie cały pellet opałowy wykonywany jest tylko z czystego drewna. Branża paszowa stosuje czasem śluzy olejowe lub skrobiowe, aby zwiększyć trwałość peletów, jednak w pelletach drzewnych takie dodatki są rzadko stosowane ze względu na koszty. Generalnie polega się na naturalnych wiązaniach ligniny; ew. niektóre firmy peletowe mogą dodać niewielką ilość celulozy lub skrobi (do 2%) by poprawić efekt wiązania.
Magazynowanie i transport: Nawet doskonały pellet w czasie transportu może ulec mechanicznemu uszkodzeniu. Wibracje, tarcia i zmiany wilgotności (z powodu różnic temperatur) mogą obniżać trwałość magazynowanego pelletu. Dlatego kluczowe jest przechowywanie w suchych, chłodnych warunkach (temperatura <40 °C) i ograniczenie mechanicznego tarcia (np. uniknięcie wielokrotnego przepakowywania).
Podsumowując: Na wytrzymałość pelletu wpływają: rodzaj i jakość surowca (gatunek drewna, wielkość cząstek), wilgotność początkowa, temperatura i ciśnienie podczas peletowania, zawartość naturalnych spoiw (lignina, żywice), ewentualne dodatki (środki smarne, spoiwa) oraz warunki przechowywania/transportu. Zbadano m.in., że wyższa zawartość ligniny (zbliżona do 28–30%) generalnie sprzyja trwałości, ale jej wpływ może być mniejszy niż innych parametrów (siła wiązań fizycznych między cząstkami). Zmiany w tych czynnikach wymagają skorelowania w procesie produkcyjnym – np. optymalizacja wilgotności trocin i zużycia matrycy.
To standardowa, precyzyjna metoda laboratoriów. Przygotowuje się próbkę (minimum 2,5 kg pelletu). Odsiewa się drobne cząstki (<3,15 mm) przez ręczne przesianie (elementy pływające należy usunąć). Następnie waży się 500 g próbki z dokładnością 0,1 g (dla dużych peletów 500±50 g) – to m_E (masa początkowa). Próba trafia do bębna testera (szczelne pudełko 300×300×125 mm z przegródką burtową). Bęben obraca się z prędkością ~50 obr./min przez 500 obrótów (ok. 10 min). Po teście ponownie przesiewa się zawartość bębna przez sito Ø3,15 mm i waży pozostały na sicie pellet. Otrzymaną masę oznaczamy jako m_A. Na jej podstawie oblicza się wskaźnik trwałości:
[ D_U = \frac{m_A}{m_E} \times 100% ]
gdzie D_U – trwałość mechaniczna [%], m_E – masa początkowa (przesiane, przed testem), m_A – masa po teście (po usunięciu pyłu). Wynik podaje się z dokładnością do 0,1% i zwykle jako średnią kilku powtórzeń. Przykład obliczenia: jeśli 500 g pelletu „przeżyło” test bębna w ilości 485 g, to D_U = 485/500×100% = 97,0%.
Sprzęt: tester trwałości (sztywny bęben z przykrywką i wlotem), napęd obrotowy, sitko Ø3,15 mm (zgodnie z ISO 3310-2), waga analityczna (dokładność 0,1 g). Przykładem urządzenia jest LignoTester (manualny tester z sitami) czy automatyczne systemy NHP (NHP 100/200/300).
Metodyk tego testu nie reguluje norma ISO, ale stosowany jest w badaniach i kontrolach jako symulacja upadku paliwa z podajnika. Polega on na kilkukrotnym upuszczaniu próbki pelletu z określonej wysokości (np. 0,5–1 m) na twardą powierzchnię. Po każdym upuszczeniu oddziela się powstałe drobne elementy (np. przesiewem) i mierzy procent zachowanych pelletów. Wynik można wyrazić jako procent masy nieuległej zniszczeniu lub odwrotnie procent masy utraconej. Schematycznie:
Test zrzutu jest prosty, ale mniej powtarzalny niż test bębnowy – używany raczej do szybkich ocen jakości.
W tym badaniu pojedyncza próbka pelletu jest ściskana między płytami maszyny wytrzymałościowej (np. uniwersalnej wytrzymałościowej). Mierzy się siłę (F) potrzebną do zgniecenia granulki. Wyniki zwykle wyraża się jako maksymalną siłę [N] lub przeliczane na naprężenie ściskające [MPa] przy uwzględnieniu przekroju poprzecznego granulki (σ = F/A, gdzie A ≈ π(d/2)²). Większa siła zniszczenia (lub naprężenie) oznacza silniejszy pellet. Chociaż nie ma jednolitej normy ściskania dla pelletu opałowego, test ten dostarcza informacji o twardości granulki. Przydatny jest zwłaszcza przy badaniu wpływu wilgotności i temperatury na wytrzymałość pojedynczych peletów.
W przemyśle paszowym powszechnie stosuje się wskaźnik Pellet Durability Index (PDI). Podobnie jak w teście bębnowym, określa on procent masy pelletu, która przetrwa obracanie (lub obijanie) próbnika. W przeszłości PDI obliczano np. po 30–120 s silnego rozdmuchiwania strumieniem powietrza lub w specjalnych urządzeniach*. W przypadku peletu opałowego każdy test generuje też frakcję drobną – masę cząstek mniejszych niż 3,15 mm. Norma ENplus zaleca, aby drobnych cząstek było jak najmniej: np. dla klasy A1 maksimum 0,5%, a dla A2/B – 1,0%. W praktyce często raportuje się właśnie zarówno D_U, jak i udział frakcji drobnej.
Porównanie metod: Poniższa tabela zestawia główne cechy popularnych testów:
| Metoda testu | Norma / Źródło | Opis | Miara/Rezultat |
|---|---|---|---|
| Test bębenkowy (PN-EN ISO 17831-1:2016) | PN-EN ISO 17831-1, EN 15210-1 | Próbka w szczelnym bębnie (303×303×125 mm) obraca się ~50 obr./min (500 obr). Po teście przesiew. | D_U = (m_A/m_E)·100% (%) |
| Test zrzutu | – | Kilkukrotne upuszczanie próbki (~1 m) na twardą płytę. Po testach przesiew i ważenie. | % granulatu nieuległego rozkruszeniu (masa) |
| Test ściskania | – | Ściskanie pojedynczego pelletu między płytami prasy. | F_max niszczenia [N] lub σ = F/A [MPa] |
| Tester z sito (LignoTester) | – | Obracanie w bębnie z ramą sit (oczek 3,15 mm) – ręcznie uderza się bębenkiem. | % pelletu po teście (podobny do D_U) |
Uwaga: LignoTester (i podobne) to ręczne systemy situjące pellet podczas rotacji – wyniki D_U są analogiczne do normatywnego testu bębnowego. Testy PDI zwykle wymagają mniejszych próbek i krótszych cykli, ale efektywnie oceniają to samo zjawisko odporności pelletu na rozdrabnianie.
W tabeli poniżej zestawiono wybrane parametry pelletu drzewnego dla klas jakości ENplus (według specyfikacji ST 1001) – w tym wymaganą wytrzymałość mechaniczną i limity cząstek drobnych:
| Parametr | ENplus A1 | ENplus A2 | ENplus B | Norma/specyfikacja |
|---|---|---|---|---|
| Wytrzymałość mechaniczna (% jak otrzymano)<br>(D_U) | ≥98,0 | ≥97,5 | ≥97,5 | PN-EN ISO 17831-1 (lab.) |
| Frakcja drobna (<3,15 mm, luźno) [%] | ≤0,5 (ENplus) | ≤1,0 | ≤1,0 | ENplus ST-1001 (norma jakości) |
| Wilgotność (jak otrzymano) [%] | ≤10,0 | ≤10,0 | ≤10,0 | PN-EN ISO 18134 (susz) |
| Popiół (MASA SUCHA) [%] | ≤0,70 | ≤1,20 | ≤2,00 | PN-EN ISO 18122 |
| Średnica pelletu (mm) | 6 ± 1 lub 8 ± 1 | 6 ± 1 lub 8 ± 1 | 6 ± 1 lub 8 ± 1 | PN-EN ISO 17829 (pomiar) |
| Długość pelletu (mm) | 3,15–40 | 3,15–40 | 3,15–40 | PN-EN ISO 17829 (pomiar) |
| Gęstość nasypowa (kg/m³) | 600–750 | 600–750 | 600–750 | PN-EN ISO 17828 (pomiar) |
Tabela: Przykładowe wymagania jakościowe pelletu drzewnego (ENplus A1/A2/B). Z normy ENplus wynika, że pellet klasy A1 powinien mieć trwałość ≥98% i bardzo mało drobnych cząstek (≤0,5%), podczas gdy klasy A2 i B wymagają ≥97,5% i ≤1% frakcji drobnych. Regulacje krajowe (program „Czyste Powietrze”) przewidują podobne progi (np. ≥97,5% dla większości przypadków, 98% dla najwyższych klas
Jest to miara odporności granulatu drzewnego na uszkodzenia mechaniczne (kruszenie/ścieranie) podczas transportu i obsługi. Im większa wytrzymałość, tym mniej powstaje pyłu i tym sprawniej pracują podajniki i paleniska. Pellet o niskiej wytrzymałości powoduje awarie sprzętu i wyższe emisje pyłu. Dlatego jakość pelletu określa się m.in. przez badanie jego trwałości.
Standardowo stosuje się PN-EN ISO 17831-1 (test bębnowy) lub jego odpowiednik PN-EN 15210-1. Dla pelletu certyfikowanego wg ENplus minimalna trwałość wynosi 97,5–98% w stanie „jak otrzymano”. Przykładowo, norma ENplus A1 określa próg ≥98,0%, klasy A2/B – ≥97,5%. Przepisy (np. programu „Czyste Powietrze”) wymagają nawet 98% dla pelletu do zaawansowanych kotłów. Pozostałe parametry jakości (wilgotność, popiół, wymiary) również są ściśle określone w normach PN-EN/ISO.
Przede wszystkim odpadają z próbki frakcje <3,15 mm przez przesianie. Następnie waży się dokładnie porcję (np. 500 g) przed testem (masa m_E). Umieszcza się ją w bębnie specjalnego urządzenia, które obraca się z ustaloną prędkością (zwykle 50 obr/min) przez określony czas (500 obrotów, ok. 10 min). Po teście ponownie przesiewa się zawartość, odrywając drobne fragmenty, i waży pozostały nietknięty pellet (masa m_A). Trwałość oblicza się jako D_U = (m_A/m_E)·100%. Wynik powtarza się co najmniej dwukrotnie dla rzetelności. Jeśli trwałość jest niższa niż wymagana (np. 97,5%), pellet uznaje się za niezgodny.
Wysoka wilgotność, zbyt grube cząstki drewna oraz obecność dodatków obcych (np. kora, glina, piasek) obniżają trwałość. Dodatkowo nieregularna praca peletownicy (zużyta matryca, niestabilna temperatura) także źle wpływają na spójność granulatu. W praktyce słabą trwałość powoduje np. zbyt mokry surowiec lub zbyt grubo zmielone wióry. Natomiast poprawiają ją optymalna wilgotność ok. 10% oraz bardzo drobna struktura trocin (drobne pyły). Dodatki spoiw rzadko się stosuje, ale np. kilka procent skrobi może poprawić wynik (choć kosztuje). Stabilne, suche warunki magazynowania pomagają utrzymać wytrzymałość na optymalnym poziomie.
W pierwszej kolejności sprawdzić wilgotność, stopień rozdrobnienia i czystość surowca w produkcji – to najczęstsze przyczyny niskiej trwałości. Dostosować proces: poprawić suszenie trocin, wymienić matrycę lub dozować więcej ciepła do presu. W laboratorium potwierdzić procedurami pobór próbki, aby wykluczyć błąd pobrania. Można też ponownie poddać wątpliwą partię przebiciu przez kruszarkę i przetestować mniejsze granulki. Jeśli pomimo korekty proces nadal nie daje wyników, konieczne może być zmieszanie surowca z lepszym drewnem lub zastosowanie niewielkich dodatków wiążących. W handlu natomiast należy odrzucić lub zreklamować dostawę, która nie spełnia określonych kryteriów (np. DU < 97,5%) i zawiera nadmiar frakcji drobnej. Regularna kontrola (np. co dostawę) daje pewność, że tylko zgodny produkt trafia do klienta.
Źródła: Definicje i normy pochodzą z dokumentów PN-EN ISO 17831-1:2016-02 i PN-EN 15210-1:2010. Przykładowe wymagania jakościowe – z wytycznych ENplus oraz polskich przepisów. Opisy metod i aparatury na podstawie normy oraz literatury technicznej. Wpływ czynników procesowych – zgodnie z badaniami inżynierskimi. Tekst służy celom edukacyjnym i informacyjnym.
Zapisz się do newslettera, aby być na bieżąco z ciągłymi zmianami w sektorze węglowym
©2023. Ekodystrybucja.eu All Rights Reserved. Made by ASMTECH