Macroscopic analysis of biomass briquettes

Bc. Veronika Chaloupková

Diplomová práce

Makroskopická analýza briket z biomasy

Anotace:

Biomasa z rostlin, zvláště zbytky ze zemědělské či lesnické výroby a energetické plodiny slouží jako slibný alternativní, obnovitelný a ekologicky šetrný zdroj pro výrobu energetických paliv. Densifikace, ve formě briketování, zvyšuje objemovou hmotnost rostlinného materiálu a produkuje pevná bio-paliva uniformní ve velikosti a tvaru, která mohou být snadněji a efektivněji manipulována, přepravována a skladována. V současné době je výroba vysoce kvalitních briket s dobrými mechanickými, chemickými a energetickými vlastnostmi silně žádoucí. Jedna z metod hodnocení kvality zrnitého/částicového materiálu je počítačové vidění a doprovodná analýza obrazu. Cílem předkládané práce je prostřednictvím obrazově založené makroskopické analýzy zanalyzovat a zhodnotit strukturu povrchu briket za účelem zjistit velikost částic a jejich rozložení a tak lépe pochopit vzorec chování vstupního materiálu při aglomeraci v lisovací komoře briketovacího stroje a identifikovat potenciální zásady a pravidla chování a interakce mezi částicemi v různých místech, jak na povrchu, tak i uvnitř briket vyrobených z různých rostlinných materiálů. Před briketováním, důležité vstupní parametry testovaných materiálů mající vliv na proces densifikace, tj. obsah vlhkosti a rozdělení velikosti částic, byly stanoveny na základě příslušných norem. Brikety vyrobené ze tří různých materiálů biomasy byly použity v rámci výzkumu; a to miscanthus (Miscanthus × giganteus L.), technické konopí (Cannabis sativa L.) a borovicové piliny (Pinus L.). Celkem 135 snímků bylo nasnímáno a kvalitativně i kvantitativně zanalyzováno. Pomocí Nis-Elements, softwaru pro analýzu obrazu, 900 délek a 900 ploch částic bylo změřeno. Získaná data byla statisticky zpracována a testována pomocí Kruskal-Wallisova testu (na hladině významnosti 0,05). Výsledky celkově ukázaly, že větší částice se vyskytují na přední straně briket, naopak menší částice ce koncentrují na zadní straně briket. Zároveň největší částice se nacházejí ve středu průřezů briket, zatímco nejmenší částice jsou umístěny ve spodní části briket.

Abstract:

Biomass from plants, specifically agricultural or forestry waste and energy crops serve as promising alternative, renewable and environmentally friendly source for energy fuel production. Densification in terms of briquetting increases the bulk density of biomass material and produce uniform solid fuels in size and shape that can be more easily and efficiently handled, transported and stored. Nowadays the production of high-quality briquettes with good mechanical, chemical and energy properties is strongly desired. One of the methods for evaluating a quality of various granular/particulate materials is computer vision and accompanying image analysis. The aim of the presented work is via image-based macroscopic analysis to analyse and assess the briquette surface structure in order to determine particle size and its distribution, and thus better understand the behavioural pattern of input material during agglomeration process in the pressing chamber of briquette machine and to identify potential principles and rules in behaviour and interaction between particles at different locations on the surface as well as inside of the briquettes made of different sources of biomass material. Before briquetting important input parameters of tested feedstock materials affecting densification process, i.e. the moisture content and particles size distribution, were determined according to the standards. The briquettes made of three different biomass materials were used within the research; namely miscanthus (Miscanthus × giganteus L.), industrial hemp (Cannabis sativa L.) and pine sawdust (Pinus L.). In total, 135 images were scanned and qualitatively as well as quantitatively analysed. Using Nis-Elements, software for image analysis, 900 lengths and 900 areas of particles were measured. Obtained data were statistically processed and tested by Kruskal-Wallis test (with significance level 0.05). The results showed that larger particles are generally on the front side of briquettes and vice versa smaller are on the rear side as well as larger particles are centred in the briquette cross-sections and smaller particles are located on the briquette bottom.

Klíčová slova

strojové vidění, počítačové vidění, obrazová analýza, shlukování, struktura, lisování, velikost částic

Keywords

machine vision, computer vision, image analysis, agglomeration, structure, compaction, particle size

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 4. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Tatiana Ivanova, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta tropického zemědělství

Magisterský studijní program / obor:
Tropické zemědělství / Sustainable Rural Development in the Tropics and Subtropics