Vermeer HG6000 terminaalihaketuksessa ja -murskauksessa Kalle Kärhä, Metsäteho Oy Arto Mutikainen, TTS tutkimus Antti Hautala, Helsingin yliopisto / Metsäteho Oy Metsätehon tuloskalvosarja Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala
Tausta & tavoitteet I Viime aikoina on keskusteltu runsaasti, missä haketus/murskaus on kannattavinta tehdä. Tienvarsivarastolla, terminaalissa, käyttöpaikalla? 2000-luvulla on tehty hyvin vähän energiapuun haketuksen tuottavuustutkimuksia Suomessa. Uutta kalustoa on tullut markkinoille. Biojalostamoilla on kovat vaatimukset hakkeen palakokojakaumasta. Pystytäänkö uudella haketus-/murskauskalustolla tuottamaan em. vaatimusten mukaista haketta? Metsäteho Oy käynnisti yhteistyökumppaneineen keväällä 2010 Metsähakkeen tuotantoketjujen tehostaminen -projektin, jossa tarkastellaan erilaisia logistisia tuotantoketjuvaihtoehtoja metsähaketoimituksiin. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 2
Tausta & tavoitteet II Metsäteho on tehnyt yhteistyökumppaneineen sarjan haketuksen tuottavuustutkimuksia vuonna 2010. Näistä tutkimuksista, joissa on tarkasteltu haketuksen/murskauksen ja hakkeen/murskeen kaukokuljetuksen ajanmenekkiä, polttoaineen kulutusta haketuksessa/murskauksessa ja hakkeen/murskeen palakokojakaumaa, raportoidaan Metsätehon julkaisusarjoissa vuosina 2010 ja 2011. Projektissa ensimmäiset aikatutkimukset tehtiin Vermeer HG6000 -murskaimesta, jossa oli Duplex II -rumpu. Vermeer-murskaimia valmistaa yhdysvaltalainen Vermeer Corporation (www.vermeer.com). Niitä tuo Suomeen Several Oy (www.several.fi). Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 3
Vermeer HG6000 Metsätehon tuloskalvosarja 4
Vermeer HG6000 & Duplex II -rumpu Tutkimuksessa uusi, vaakasyöttöinen Vermeer HG6000 -murskain Duplex II -rummulla. Ensimmäinen Duplex II -rumpuinen murskain Suomessa. Duplex II = sama koneyksikkö voi toimia hakkurina ja murskaimena. Puhtaat puut (= runkopuu & pienpuu) hakkurilla. Likaiset puut (= kannot & hakkuutähteet) murskaimella. Yksi koneyksikkö eri varustuksella eri raaka-ainejakeille. Kullekin energialaitokselle juuri sille sopivaa haketta/ mursketta kustannustehokkaasti. Vähemmän konesiirtoja. Vaihto hakkurista murskaimeksi ja murskaimesta hakkuriksi vie noin 3 4 tuntia/vaihtokerta. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 5
Duplex II -rumpu Hakkurina Murskaimena Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 6
Eri raaka-aineita, eri seuloja Aikatutkimukset tehtiin UPM-Kymmene Oyj:n Tervasaaren tehtaan puuterminaalissa Valkeakoskella elokuussa 2010. Tutkimuksessa haketettiin hakkuutähteitä ja pienpuuta (4 5-metristä koivukokopuuta). Ja murskattiin hakkuutähteitä ja kantoja. Seulakoot tutkimuksessa olivat 3 (7,6 7,6 cm) ja 4 (10,2 10,2 cm). Kunkin tutkimusajon hake-/murskemäärä punnittiin puuterminaalin siltavaa alla. Tutkimuksessa haketettiin/murskattiin yhteensä 176 tonnia (tuore) puuta. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 7
Hakkuutähdettä Kantoja Pienpuuta Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 8
Kosteus, tuoretiheyspaino, palakoko Kustakin valmistetusta hake-/murske-erästä (=tutkimusajosta) otettiin 40 litran hake-/murskenäytteet, josta A. Määritettiin kosteusprosentti (SFS-EN 14774-2) ja tuoretiheyspaino Helsingin yliopiston Puuteknologian laboratoriossa. B. Selvitettiin palakokojakauma (FprEN 15149-1) Enas Oy:ssä. Kiintokuutiometreinä tutkimuksessa haketettiin 100 m 3 ja murskattiin 175 m 3 puuta (yhteensä 275 m 3 ). Irtokuutiometreinä (käytetty kerroin 2,5) tutkimuksessa valmistettiin yhteensä 686 i-m 3 haketta/mursketta. Kuiva-aineena tutkimusaineisto oli yhteensä 139 tonnia. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 9
Tutkimusajot ja -aineistot Tutkimusajo Kosteus, % Tuoretiheyspaino, kg/m 3 ton (tuore) ton (kuiva-ainetta) m 3 i-m 3 (2,5) Hakkuri, Hakkuutähde, 4 seula 21 604 25,5 20,1 42,2 105,6 Hakkuri, Pienpuu, 4 seula 23 696 23,3 17,9 33,5 83,7 Murskain, Hakkuutähde, 4 seula 30 691 27,1 18,9 39,2 97,9 Murskain, Kannot, 4 seula 13 513 25,1 21,9 48,8 122,0 Murskain, Hakkuutähde, 3 seula 16 751 45,6 38,2 60,6 151,5 Murskain, Kannot, 3 seula 25 585 29,4 22,0 50,3 125,6 YHTEENSÄ 176 139 275 686 Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 10
Kokenut murskainyrittäjä tutkimuksessa Aikatutkimuksessa haketus-/murskaustyö jaettiin työvaiheisiin (mm. taakan nouto, syöttö, työpistesiirtymiset). Tehoaikatarkastelussa mukana vain taakan nouto, syöttö ja mahdollinen odottaminen syötössä. Murskaimen siirto- ja syöttökoneena oli Volvo FH 12 500 6 4 -kuorma-auto, jossa kuormaimena Foresteri 2010T -nosturi (ulottuvuus 9,7 m). Kuormainta käyttänyt kuljettaja oli kokenut murskainyrittäjä, jolla Vermeer HG6000 -murskain oli ollut neljä vuotta. Polttoaineen kulutus mitattiin siten, että kunkin tutkimusajon jälkeen murskaimen polttoainesäiliöt täytettiin. Tankattu polttoainemäärä kohdennettiin tehdylle tutkimusajolle. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 11
- Volvo FH 12 500 6 4 -kuorma-auto - Foresteri 2010T -nosturi - Vahva-38B E7 -kahmari Metsätehon tuloskalvosarja Kärhä, Mutikainen & Hautala 12
- Moottori C18 Tier 3 Catepillar (470 kw). - Murskaimen paino 26,1 tonnia. - Kuljetusasennossa pituus 11,4 m ja leveys 2,5 m. - Työasennossa pituus 15,9 m. - Poistokuljettimen pituus 6,1 m ja leveys 1,22 m. - Polttoainesäiliö 1 136 litraa. Metsätehon tuloskalvosarja Kärhä, Mutikainen & Hautala 13
- Syöttöpöydän pituus 6,1 m ja leveys 1,52 m. Metsätehon tuloskalvosarja Kärhä, Mutikainen & Hautala 14
Vermeer HG6000 1 2 3 4 Seulan vaihto (edellisen irrotus ja uuden kiinnitys) vei tutkimuksessa vajaa 10 min. Metsätehon tuloskalvosarja XX/2010 XX.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 15
Taakkakoko & tehoajanmenekki Pienpuun haketuksessa keskitaakkakoko nousi yli 0,6 m 3 :n. Hakkuutähteellä taakkakoko oli keskimäärin 0,34 0,47 m 3 eli 256 322 kg. Kantojen murskauksessa taakkakoko jäi selvästi pienemmäksi ollen keskimäärin vain 0,25 0,27 m 3 (137 147 kg). Taakan nouto vei noin 70 % tehoajanmenekistä. Pienin noutoaika oli hakkuutähteillä ja korkein kannoilla ja pienpuulla. Pienpuulla syöttö hakkuriin oli nopeinta. Odotusta taakkaa syötettäessä oli hyvin vähän (1 2 % tehoajanmenekistä). Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 16
Taakkakoko Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Taakan koko, m 3 Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 17
Taakkakoko Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 100 200 300 400 500 Taakan koko, kg Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 18
Tehoajanmenekin rakenne Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Osuus, % Nouto Odotus Syöttö Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 19
Tehoajanmenekki Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 5 10 15 20 25 Tehoajanmenekki, s/i-m 3 Nouto Odotus Syöttö Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 20
Tehoajanmenekki Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 10 20 30 40 50 60 70 Tehoajanmenekki, s/m 3 Nouto Odotus Syöttö Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 21
Tehoajanmenekki Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 20 40 60 80 100 120 Tehoajanmenekki, s/ton(tuore) Nouto Odotus Syöttö Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 22
Tehotuntituottavuus Tutkimuksessa hakkuutähteiden murskauksen tuottavuus oli korkeampi kuin kantojen. Samoin tehotuntituottavuus oli isompi, kun käytettiin 4 :n seuloja kuin murskattaessa 3 :n seuloilla. Korkein tuottavuus (241 i-m 3 = 97 m 3 = 67 tuoretonnia/tehotunti) saavutettiin siis hakkuutähteiden murskauksessa, kun käytössä oli 4 :n seula. Hakkuutähteiden haketuksessa tehotuntituottavuus oli 203 i-m 3 = 81 m 3 = 49 tuoretonnia/h. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 23
Tehotuntituottavuus (i-m 3 ) Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 50 100 150 200 250 Tuottavuus, i-m 3 /tehotunti Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 24
Tehotuntituottavuus (m 3 ) Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 20 40 60 80 100 Tuottavuus, m 3 /tehotunti Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 25
Tehotuntituottavuus (tuoretonnia) Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 10 20 30 40 50 60 70 Tuottavuus, ton(tuore)/tehotunti Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 26
Polttoaineen kulutus Polttoaineen kulutus oli tutkimusajoittain välillä 73 113 l/tehotunti. Tutkimuksessa 3 :n seulalla polttoaineen kulutus oli korkeampi kuin 4 :n seulalla. Pienin polttoaineen kulutus (0,37 l/i-m 3 eli 0,92 l/m 3 ) saavutettiin hakkuutähteiden murskauksessa 4 :n seulalla. Vastaavasti korkeimmat polttoaineen kulutukset (0,65 ja 0,67 l/i-m 3 eli 1,63 ja 1,68 l/m 3 ) olivat 3 :n seulalla hakkuutähteiden ja kantojen murskauksessa. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 27
Polttoaineen kulutus Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 20 40 60 80 100 120 Polttoaineen kulutus, l/h Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 28
Polttoaineen kulutus Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Polttoaineen kulutus, l/i-m 3 Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 29
Polttoaineen kulutus Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Polttoaineen kulutus, l/m 3 Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 30
Palakokojakauma Tutkitulla hakkurilla/murskaimella tehtiin hyvälaatuista haketta/mursketta: Kaikkien tutkimusajojen hakkeen/murskeen kuivaainepainosta yli 90 % oli palakooltaan alle 40 mm. Karkeaa jaetta (palan maksimipituus > 100 mm) ei ollut yhdenkään tutkimusajon hake-/murskenäytteissä. Hienoaineksen (palakoko < 3,15 mm) osuus kuivaaineesta nousi suhteellisen korkeaksi (10 35 p-%). Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 31
Palakokojakauma Kumulatiivinen osuus, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Hakkuri, Hakkuutähde, 4" seula Hakkuri, Pienpuu, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 4" seula Murskain, Kannot, 4" seula Murskain, Hakkuutähde, 3" seula Murskain, Kannot, 3" seula 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Palakoko, mm Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 32
Hakkuutähdehaketta Hakkuri, 4 seula Hakkuutähdehaketta Murskain, 4 seula Kantomursketta Murskain, 4 seula Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 33
Tarkastelu Tuottavuus Tutkittu koneyksikkö mahdollistaa tehokkaan haketus- ja murskaustyön. Yli 200 i-m 3 tehotunnissa -tuottavuus saavutettiin tutkimuksessa sekä haketus- että murskaustyössä hakkuutähteillä. Hakkurikäytössä puun on oltava puhdasta. Tutkimuksessa kantojen murskauksen tuottavuus oli pienempi kuin hakkuutähteiden. Kantojen murskauksessa taakkakoko oli pienehkö. Isomman kahmarin voisi olettaa nostavan taakkakokoa ja kantojen murskauksen tuottavuutta. Tuottavuus 3 :n seulalla oli myös pienempi kuin 4 :n seulalla. Tuottavuustuloksia tarkasteltaessa on pidettävä mielessä, että tuottavuudet ovat tehotuntituottavuuksia. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 34
Tarkastelu Polttoaineen kulutus Polttoaineen kulutus tutkimuksessa oli keskimäärin 0,53 l/i-m 3 eli 93 l/tehotunti. Kulutustasoa voidaan pitää kilpailukykyisenä. Polttoaineen kulutus oli korkeampi 3 :n seulalla kuin 4 :n seulalla. Raportoituja polttoaineen kulutuksia tarkasteltaessa on muistettava, että kaikkien tutkimusajojen polttoaineen kulutuksen mittaustulos ei välttämättä ollut tarkka. Tasaisella, asfaltoidulla terminaalikentällä tankkaus pyrittiin tekemään siten, että murskain oli joka kerta samassa asennossa siirtoauton perässä. Pienikin ero murskaimen asennossa saattoi aiheuttaa virheen määritettyyn tutkimusajokohtaiseen polttoaineen kulutukseen (tutkimusajojen polttoaineen kulutus oli noin 40 100 litraa ja polttoainesäiliön tilavuus yli 1 100 litraa). Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 35
Tarkastelu Palakoko Valmistettu hake/murske oli palakooltaan hyvää. Palakokojakauma 3 :n ja 4 :n seuloilla oli lähes samalla tasolla. Onko mielekästä käyttää 3 :n seulaa, kun tuottavuus on matalampi kuin 4 :n seulalla, polttoaineen kulutus on korkeampi kuin 4 :n seulalla, palakoko on hyvä jo isompaa 4 :n seulaa käytettäessä? Tulosten perusteella haketusta/murskausta 4 :n seulalla voidaan suositella. Mitä karkeampaa haketta/mursketta energialaitos pystyy käyttämään, sitä karkeampaa siitä kannattaa tehdä ja sitä kustannustehokkaampaa metsähakkeen tuotanto on. Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 36
Yhteistyökumppanit Metsätehon tuloskalvosarja 15/2010 8.12.2010 Kärhä, Mutikainen & Hautala 37