Использование древесной биомассы для получения энергии

Использование древесной биомассы для получения энергии

Введение

В России находится около 50% мировых запасов древесины. Более половины ее ежегодных заготовок направляется на нужды строительства.

Анализ потребления древесины показывает, что ее заготовка и переработка сопровождаются огромными потерями. До 50% всей перерабатываемой древесины составляют побочные продукты в виде отходов, большая часть которых сжигается или вывозится в отвал. Между тем они являются ценным сырьем для производства разнообразных строительных материалов, а также для гидролизной, целлюлозной и других отраслей промышленности. Утилизация отходов древесины имеет огромное народнохозяйственное значение. С одной стороны, она позволяет удовлетворить потребность строительства во многих конструктивных, облицовочных и теплоизоляционных материалах, по техническим свойствам в ряде случаев превосходящих пиломатериалы, а с другой - существенно сократить объемы вырубки леса.

1. Образование, классификация и использование отходов древесины

В настоящее время в стране заготавливается около 500 млн. м3 древесины. При этом на всех стадиях процесса от заготовки до переработки древесного сырья образуется значительное количество отходов. Только на лесозаготовках в отходы уходит более 32 % вырубленного леса.

Древесину используют в следующих производствах (в скобках приведены объемы использования):

·  лесопилении и деревообработке (41 %);

·  целлюлозно-бумажном производстве (23 %);

·  гидролизном и лесохимическом производстве (4 %). Кроме того, значительная часть древесины используется в необработанном виде (32 %), в том числе в качестве топлива (13 %). Наибольшая часть древесины, как это видно из приведенных данных, расходуется на лесопиление, где и образуется больше всего отходов: только 60-62 % исходного сырья превращается в основную продукцию.

Отходами лесопильного производства являются горбыли, рейки, обрезки досок, вырезки дефектных мест, опилки, стружка и кора. На рис. 11.1 приведена технологическая схема лесопильного производства. При выработке длинномерных обрезных досок в горбыли отходит 6-10 % от объема бревна, 10-13 % превращаются в рейки; 2-4 % - в обрезки досок; 11-12 % - в опилки; 2-3 % идет на вырезку брака.

Кроме того, безвозвратно при сушке теряется 5-7 % и распыляется 1-2 %. Количество коры составляет около 10-12 % от всего объема бревна (кора, правда, не входит в баланс древесины и считается внебалансовым отходом). В раскройных цехах при раскрое необрезных досок на заготовки образуется 7-10 % опилок, 10-15 % обрезков. В строгальных цехах отходы в виде стружки составляют 12-20 % объема поступающих пиломатериалов. Вследствие этого в себестоимости пиленой продукции затраты на сырье составляют 70-80 % от затрат на ее выработку.

Из всего количества образующихся древесных отходов только 60-65 % используется в качестве вторичного сырья, остальные отходы сбрасываются в отвалы, отрицательно влияя на окружающую среду.

Значительное количество отходов образуется при использовании древесины на предприятиях автомобильной промышленности, в транспортном строительстве, станкостроении, торговле, коммунальном хозяйстве, мебельной промышленности и других отраслях экономики.

Древесные отходы можно классифицировать по ассортименту выпускаемой продукции (отходы пиломатериалов, фанеры, древесноволокнистых плит и др.), по породам древесины (отходы хвойных, лиственных пород деревьев), по влажности (сухие - с влажностью до 15 %, полусухие - с влажностью15-30 %, влажные - с влажностью выше 30 %), по структуре (кусковые, сыпучие) и другим признакам.

По количеству получаемых отходов деревообрабатывающая промышленность стоит на одном из первых мест. Количество отходов в этой отрасли зависит от качества поставляемого сырья, типа и размера изготавливаемой продукции, используемой технологии и применяемого оборудования. Количество отходов, образующихся, например, на мебельной фабрике, достигает 60 % от всей использованной древесины.

К отходам, объем которых зависит от используемого для раскроя оборудования, относят опилки. Объем древесины, переходящей в опилки, зависит от толщины пил: чем тоньше пила, тем меньше опилок. Их образование можно вообще устранить, если использовать другие способы деления древесины.

К отходам, обусловленным качеством исходного сырья, относятся горбыли, торцовые срезки, рейки, разнообразные вырезки с пороками и дефектами.

Все отходы древесины являются ценным сырьем для производства различной продукции, однако по возможности утилизации они не равноценны. Наибольшую ценность представляют деловые отходы, из которых можно изготавливать разнообразную мелкую пилопродукцию. К ним относятся горбыли, рейки, крупные кусковые отходы. Их можно использовать и для производства целлюлозы, древесноволокнистых плит (ДВП), древесностружечных плит (ДСП), цементностружечных плит (ЦСП) и химической продукции.

Меньшей ценностью обладают отходы, возможность использования которых ограничена (стружка, опилки, мелкие кусковые отходы, щепа). Опилки и стружку благодаря адсорбирующим, абразивным, изоляционным и другим свойствам широко используют в различных производствах: для хозяйственных целей и как технологическое сырье.

Щепа и мелкие кусковые отходы являются исходным химическим сырьем при производстве строительных материалов, вискозного волокна (а затем тканей), технического спирта, кормовых дрожжей, уксуса, целлюлозы, бумаги, картона и многих других продуктов. Для производства этой продукции древесина измельчается, а затем поступает на переработку по специальной технологии, используемой при производстве конкретной продукции.

Часть древесных отходов в брикетированном виде применяют как топливо для бытовых и промышленных печей.

Необходимо упомянуть об энергохимическом использовании отходов древесины в газогенераторных установках. Принцип энергохимического использования отходов древесины основан на газификации древесины и получении из нее химических продуктов и горючего газа с последующим использованием его в качестве топлива. После войны находились какое-то время в эксплуатации автомобили с газогенераторными установками. Источником энергии для двигателя таких автомобилей была древесина. Теплота сгорания вырабатываемых из отходов древесины генераторных газов составляет 6400-7200 кДж/м3, а выход газов - 0,45-0,7 м3/кг сухого топлива.

Для использования в лесохимической и целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве строительных материалов кусковые отходы деревообработки должны быть переработаны в технологическую щепу. Этот процесс осуществляется на лесопильном производстве, а сама щепа является сопутствующей товарной продукцией.

Щепа является основным сырьем целлюлозно-бумажной, гидролизной промышленности и ряда других отраслей, эффективность работы которых зависит от ее качества и от стабильности поставок. Поэтому производство щепы не только дает возможность утилизировать отходы древесины, но имеет и важное самостоятельное значение. В зависимости от назначения к технологической щепе предъявляются различные требования. Особенно важно, чтобы щепа не содержала посторонних включений: металла, гнили, песка и т. п. Содержание коры строго лимитируется в зависимости от дальнейшего применения щепы. Например, щепа, идущая на варку целлюлозы, вообще не должна содержать кору. Содержание коры в щепе, идущей на производство ДВП и ДСП, не должно превышать 15 %. Для изготовления специальных высококачественных ДВП применяется щепа, содержание коры в которой не превышает 3 %. Поэтому при изготовлении щепы, идущей в целлюлозно-бумажное производство и на изготовление таких ДВП, используют только очищенные от коры отходы древесины, т. е. отходы, образующиеся от распиловки окоренных бревен.

В процессе производства щепы основной операцией является измельчение древесных отходов. Эта операция определяет качество и выход кондиционной технологической щепы, а также удельные энергозатраты на ее производство. Измельчение кусковых отходов осуществляют на рубильных машинах. В зависимости от формы ротора рубильные машины делятся на барабанные и дисковые. Барабанные рубильные машины производят щепу низкого качества, с неоднородным фракционным составом и с поврежденными волокнами, что связано с их конструкцией. Такая щепа может использоваться для гидролизного производства, но малопригодна для целлюлозно-бумажной промышленности и изготовления ДВП и ДСП. Для получения щепы, пригодной для этих производств, используют дисковые рубильные машины с плоским и геликоидальным диском.

Основной рабочий орган дисковых рубильных машин - стальной диск с радиально закрепленными на нем ножами, количество которых может быть от 3 до 16 (рис. 11.4). Диск заключен в кожух и закреплен на стальном валу, вращающемся в двух или трех подшипниках скольжения или в роликовых подшипниках.

Дисковые рубильные машины бывают с плоской и геликоидальной рабочей поверхностью диска.

В зависимости от аппарата подачи (загрузочного патрона) дисковые рубильные машины бывают со свободной и принудительной подачей древесины к диску для дальнейшей переработки в щепу. В рубильных машинах со свободной подачей древесина поступает к ножам Диска за счет ее самозатягивания.

Механизм принудительной подачи материала в машину представляет собой два ряда приводных валков с шипами. Перерабатываемый материал захватывается валками и направляется к режущим ножам. Величина просвета между нижним и верхним подающими валками определяется толщиной перерабатываемого слоя отходов и регулируется перемещением верхних подающих валков вверх или вниз под действием противовеса или пружин.

Схемы резания древесины в дисковых рубильных машинах показаны на рис. 11.5. Геликоидальная рабочая поверхность диска представляет собой винтовую поверхность, которая сливается с задними кромками ножей, заточенными по той жевинтовой линии. При вращении такого диска и при одновременной подаче древесины к диску ножи срезают древесину не в одной плоскости, как у машин с плоским диском, а по винтовой линии. Резание происходит не в вертикальной плоскости, а по ходу винта. Благодаря этому обеспечивается устойчивое положение и самозатягивание перерабатываемой древесины в процессе резания.

Многоножевые рубильные машины с геликоидальной поверхностью диска могут перерабатывать на щепу не только отходы лесопиления, но и круглый лесоматериал, карандаши фанерного производства и др.

Полученная на рубильных машинах щепа сортируется по размерам на барабанных установках вибрационного или гира-ционного (с круговым качанием сит в горизонтальной плоскости) типа. Наиболее рационально использование гирационных сортировочных машин, основу которых составляют три последовательно установленных по вертикали барабана сита с отверстиями различных размеров. Сита совершают качательные движения в горизонтальной плоскости. На верхнем сите остаются самые крупные куски древесины, которые поступают на повторное измельчение. Со среднего и нижнего сит выходят две фракции щепы, а опилки и мелочь, проскочившие через все три сита, поступают в бункер для опилок.

Технические характеристики сортировочных установок приведены в табл. 11.3.

Для того, чтобы определить кондиционность получаемой продукции и при необходимости внести своевременные коррективы в технологический процесс, проводят лабораторный анализ сырья и готовой продукции. При анализе определяют качество срезов у щепы, ее фракционный состав, наличие и количество посторонних включений, влажность.

Транспортирование щепы в пределах предприятия осуществляется с помощью ленточных, скребковых и шнековых транспортеров, а также пневмотранспортом.

Пневмопогрузчики щепы, характеристики которых приведены в табл. 11.4, отличаются от обычных пневмотранспортных установок более высокой производительностью, обеспечивающей минимальный простой транспортных средств под погрузкой.

Для транспортирования щепы за пределами предприятия, вырабатывающего щепу, используют автомобильный, водный и железнодорожный транспорт.

Автомобильная промышленность Белоруссии и Украины изготавливает специализированные автомобили для перевозки щепы.

Для перевозки щепы железнодорожным транспортом используют вагоны общего назначения с надстроенными по высоте бортами и специализированные вагоны-щеповозы грузоподъемностью 58 т и объемом 135 м3. Вагоны имеют по 10 разгрузочных люков с каждой стороны.

Дальнейшая переработка щепы, полученной из древесных отходов, производится вне лесопильного производства на предприятиях соответствующих отраслей промышленности (стройматериалов, лесохимии, целлюлозно-бумажной и др.) по технологиям, принятым в этих отраслях.

2. Материалы из отходов переработки древесины и другого растительного сырья

В России находится около 50% мировых запасов древесины. Более половины ее ежегодных заготовок направляется на нужды строительства.

Анализ потребления древесины показывает, что ее заготовка и переработка сопровождаются огромными потерями. До 50% всей перерабатываемой древесины составляют побочные продукты в виде отходов, большая часть которых сжигается или вывозится в отвал. Между тем они являются ценным сырьем для производства разнообразных строительных материалов, а также для гидролизной, целлюлозной и других отраслей промышленности. Утилизация отходов древесины имеет огромное народнохозяйственное значение. С одной стороны, она позволяет удовлетворить потребность строительства во многих конструктивных, облицовочных и теплоизоляционных материалах, по техническим свойствам в ряде случаев превосходящих пиломатериалы, а с другой - существенно сократить объемы вырубки леса.

Объемы строительно-монтажных работ увеличиваются гораздно быстрее, чем объемы заготовляемой древесины. В связи с этим кондиционная древесина становится в строительстве все более дефицитным материалом. Удельные нормы расхода лесоматериалов в капитальном строительстве постоянно снижаются. Использование отходов заготовки и переработки древесины является важнейшим источником удовлетворения потребностей строительства в эффективных строительных материалах.

Отходы древесины образуются на всех стадиях ее заготовки и переработки. К ним относятся: ветви, сучья, вершины, откомлевки, козырьки, опилки, пни, корни, кора и хворост, которые в сумме составляют около 21% всей массы древесины. При переработке древесины на пиломатериалы выход продукции составляет в среднем 65%, а остальная часть образует отходы в виде горбыля (14%), опилок (12%), срезок и мелочи (9%). При изготовлении из пиломатериалов строительных деталей, мебели и других изделий получают отходы в виде стружки, опилок и отдельных кусков древесины, составляющие до 40% массы переработанных пиломатериалов.

Отходы, образующиеся в процессе обработки древесины, классифицируют в зависимости от их вида на три группы: твердые (или кусковые), мягкие (опилки, стружка) и кора. Отходы классифицируют также в зависимости от последовательности получения: образуемые при заготовке леса; использовании древесины в круглом виде; первичной и вторичной обработке и переработке древесного сырья.

Для производства строительных материалов и изделий в основном используют опилки, стружку и кусковые отходы. Последние применяют как непосредственно для изготовления клееных строительных изделий, так и перерабатывая их на техническую щепу, а затем на стружку, дробленку, волокнистую массу и т. д.

Опилки - один из наиболее массовых отходов лесопиления и деревообработки. Частично опилки используют на гидролизных заводах спиртового и дрожжевого профиля, как выгорающую добавку при производстве кирпича или как заполнитель в гипсоопилочных плитах, но значительная их часть сжигается или сбрасывается в отвал. Фракционный состав опилок зависит от способа получения и составляет 10-0,2 мм. Частицы крупностью менее 0,2 мм составляют древесную муку. Насыпная плотность и пористость древесных отходов зависят от вида древесных пород и фракционного состава.

Способ получения опилок предопределяет их физические особенности. При распиловке бревен на лесопильной раме получают опилки крупностью до 7 мм, имеющие форму, близкую к кубической. При обработке древесины на круглопильных станках <http://click02.begun.ru/click.jsp?url=aS54N0JLSkv8yOBBkqeWamlts3XsoWa6HxvIRwsi3RhGJAgDDwR8vXw2NmWbk1IcWsSddAb7RY4rAcuQJHmUyqqo-178b219gME1aIaGSVApeFeESntBs7ZbOZsz0zeSfjUUusAhX*i1h65e34e-VY6-EIOR7BAlcFmdLtTISbFKYgKSXdHJSpmKrEJlaRxl8Ny45SRdXIphHZtUKL6eJvgJSWTBTmwGC3OgRL8qykk9dqlh6uzCZ9aia3K0BRTKT7*ZdD1at37uap6stPl5un5y0BCr4PNjZJbCsACwutDvSPLW5JMfyMsuRLODp20slPoiSf4SfRnjgQVVY-tWW0R1suyTqaqujO1aaSX68*jKf8ecvbuod5zh9bY> опилки имеют волокнистую структуру и размеры 1-2 мм. Опилки, полученные на лесопильной раме, имеют большие размеры поперек волокон, что, как правило, неблагоприятно сказывается на механических свойствах изделий.

Технологическая щепа - это продукт первичного измельчения кусковых отходов и неделовой древесины, предназначенный для последующей переработки на дробленку, стружку или волокнистую массу. Щепу получают на дисковых или барабанных рубильных машинах.

Требования к щепе определяются ее назначением. Обычно нормируются размеры щепы, содержание в ней гнили, коры и минеральных примесей. При изготовлении волокнистой массы в производстве древесно-волокнистых плит для нормальной работы размольных агрегатов желательно, чтобы куски щепы были приблизительно одинаковы: длина волокон 20-25 мм, ширина поперек волокон 15-30 мм и толщина 3-5 мм. Для производства древесно-стружечных плит плоского прессования оптимальная длина щепы составляет 40 мм, а при эк-струзионном - 20, оптимальная же толщина в обоих случаях равна 30 мм. В технологической щепе содержание гнили ограничено (до 5%) или вообще недопустимо, содержание минеральных примесей должно составлять 0,3-1%. Объем коры в производстве древесно-волокнистых плит не должен превышать 15%, а древесно-стружечных - 12%.

Характер последующей переработки щепы определяется видом получаемого материала. Для получения арболита применяют дробленку или стружку, древесно-стружечных плит - стружку, древесно-волокнистых плит - волокнистую массу.

Древесная дробленка должна иметь коэффициент формы (отношение наибольшего размера к наименьшему) 5-10 и толщину 3-5 мм.

Наибольшая длина - до 25 мм. Такая форма частиц позволяет приблизить по абсолютному значению влажностные деформации вдоль и поперек волокон и снизить их отрицательное воздействие на струк-турообразование и прочность арболита.

Стружка для изготовления арболита должна иметь минимальную толщину 0,1 - 1 мм и длину 2-20 мм, для наружных слоев древесностружечных плит - соответственно 0,1-0,2 и 10-20, средних слоев - 0,4 и 40-60. Стружка может быть получена и непосредственно из отходов лесопиления без предварительной их переработки на щепу.

Сырье перед переработкой на стружку подвергается специальной подготовке, заключающейся в сортировке по породам, гидротермической обработке, окорке, разделке, удалению гнили. Гидротермическая обработка древесины производится паром при давлении 0,25- 0,3 МПа или проваркой ее в воде при 70-85 °С. Нагрев и увлажнение древесины снижают шероховатость стружек, сокращают количество мелкой фракции. Древесина, поступающая на переработку в стружку, должна иметь влажность 30-40% и температуру в зависимости от породы 10-50 °С.

Волокнистую массу для изготовления древесно-волокнистых плит получают механическими, термохимическими и химико-механическими способами.

Механический размол основан на истирании древесины в специальных машинах, рабочими органами которых служат быстро вращающиеся рифленые диски или металлические билы. Для облегчения размола и увеличения выхода волокнистой массы в смесь добавляют большое количество воды.

Особенностью термомеханического размола является предварительная обработка волокнистой массы паром при давлении 0,8- 1 МПа.

Химико-механические способы основаны на различной растворимости отдельных химических веществ, составляющих древесину, в слабых растворах щелочей. Эти способы состоят из двух процессов: химической обработки щепы и механического размола.

Средняя длина волокон в массе колеблется от сотых долей миллиметра до 3-4 мм, а диаметр их составляет 30-50 мкм.

В производстве строительных материалов применяют отходы как хвойных, так и лиственных пород. При этом для производства большинства материалов хвойные породы предпочтительнее, так как они содержат меньше водорастворимых экстрактивных веществ, а также различных Сахаров, дубильных и смолянистых веществ, отрицательно влияющих на процессы твердения цементов. В древесине хвойных пород велико содержание длинных и прочных волокон, что позволяет получать из нее высококачественную волокнистую массу.

При применении в производстве экструзионных древесно-стру-жечных плит сырья из лиственных пород повышается расход смолы, уменьшается производительность пресса на 30-40%, а прочность плит снижается на 25-30%.

Для уменьшения количества экстрагируемых веществ в древесных отходах содержание примесей коры должно быть минимальным, полезно также вылеживание древесины после рубки на складах в течение 4-6 мес. «Цементные яды», содержащиеся в древесине, обезвреживаются ее минерализацией, т. е. пропиткой растворами солей, такими как хлорид кальция, сернокислый глинозем, растворимое стекло и др.

Разработаны технологии получения строительных материалов из коры и одубины - отхода производства дубильных экстрактов.

Дубильные экстракты используются в кожевенной промышленности, для обработки и облагораживания натуральной кожи.

Исследования подтвердили возможность организации производства арболита на одубине фракции 2,5-10 мм. Полученный на этих отходах арболит имеет среднюю плотность около 650 кг/м3 и прочность 1,5-2 МПа.

Механические свойства коры зависят от влажности и изменяются в больших пределах. Так, при увеличении влажности коры сосны от 20 до 70% временное сопротивление растяжению вдоль волокон снижается в 2,3 раза, поперек волокон - в 6,7 раза, временное сопротивление срезу поперек волокон - в 2,1 раза, вдоль волокон - в 3,8 раза.

Химический состав коры резко отличается от состава древесины. Это различие обусловливается их разным анатомическим строением. Кора содержит значительно больше экстрактивных веществ, чем древесина.

Важным источником строительного сырья также являются сельскохозяйственные отходы растительного происхождения. Особенно значительным является объем таких отходов переработки растительного сырья как стебли хлопчатника и костра.

Костра - это отход первичной переработки стеблей конопли и льна после пропускания их через пенькомяльные машины, отделяющие пеньку от измельченной одревесневшей части стебля. Длина частиц конопляной костры составляет 10-70 мм (льняной - 55 мм), ширина - до 3 мм и толщина - 0,2-0,3 мм. Средняя плотность 100- 120 кг/м3.

Костра практически не содержит водорастворимых Сахаров, так как они выщелачиваются при предварительном вымачивании лубяных культур на пенькообрабатывающих предприятиях. Поэтому костру перед смешиванием с цементом, в отличие от древесного заполнителя, предварительно не замачивают в проточной воде или растворе солей.

Дробленые стебли хлопчатника (гуза-пай) остаются после уборки хлопка. В стеблях хлопчатника так же, как и в древесине, присутствуют водорастворимые вещества, состав которых представляет собой сложный комплекс органических соединений. При вылеживании стеблей хлопчатника в результате биологического и климатического воздействия содержание в ней водорастворимых веществ уменьшается.

Содержание очесов, пакли и других комковатых включений в костре льна, конопли и дробленых стеблях хлопчатника не должно превышать 4% по массе.

В качестве заполнителей композиционных строительных материалов, кроме рассмотренных выше отходов, могут быть использованы рисовая солома, рисовая и подсолнечная лузга.

3. Использование древесной биомассы в биоэнергетических проектах северо- западного региона Российской Федерации

Использование древесной биомассы для получения энергии является традиционным для человечества на протяжении миллионов лет. Потребление энергии в промышленно развитых странах постоянно растёт, и эти страны являются крупнейшими в мире производителями энергии. В странах с развитой лесной промышленностью наблюдается устойчивый рост производства биоэнергии, то есть энергии, получаемой из биомассы.

Биоэнергия определяется как "энергия из биомассы или торфа", получаемая в результате цепочки природного цикла, где под воздействием солнечной энергии на биологическое вещество происходит производство биомассы, и затем, при распаде биомассы выделяется энергия. Биоэнергетическая система считается нейтральной в отношении выбросов СО2, и распад биомассы не способствует глобальному потеплению. Это объясняется тем, что при распаде биомассы в техногенных процессах выделяется столько же парниковых газов, сколько выделилось бы при естественном распаде биомассы в природных условиях.

Для определения понятия "биотоплива" можно воспользоваться определением, которое дает шведский стандарт SS 187106, издание 3: "топливо, для которого исходным материалом является биомасса или торф. Топливо может подвергаться химическим процессам или переработке, а также может быть использованным ранее в других целях" [2]. Биомасса в том же стандарте определяется как "материал биологического происхождения, не прошедший химической обработки или эта обработка была незначительной". Биотопливо за последние несколько лет становиться важным фактором решения проблем, связанных с климатом. Киотский протокол определяет почти для каждой страны необходимость снижения выбросов парниковых газов, для чего необходимо уменьшить использование ископаемых видов топлив. "Белый документ по возобновляемой энергии" комиссии Европейского Союза [3], опубликованный в декабре 1997 года, предписывает довести вклад возобновляемой энергии в Европейском Союзе с 6 % до 12 % к 2010 году. Биомасса рассматривается как сектор, который должен быть развит в наибольшей степени и в кратчайшие сроки. Ожидается, что в 2010 году он должен составить 74 % общего потребления возобновляемой энергии в Европейском Союзе.

Традиционно биотопливо разделяется на пять подгрупп: - древесное топливо (сырьё из леса, не прошедшее химической обработки); - торфяное топливо; - аграрные топлива (биотопливо сельскохозяйственного происхождения, например, энергетический лес, трава, солома и зерно для производства этанола); - биотопливо из отходов, из органического мусора; - щелоки - побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности. Образуется при варке щепы и содержит органические соединения, которые можно сжигать, и химикалии, подлежащие восстановлению.

Строго говоря, торф нельзя отнести к возобновляемым источникам, так это не полностью разложившийся биологический материал, образующийся в болотах в течение сотен лет. Скорость образования торфа в природе в несколько десятков раз меньше скорости его исчерпания. Поэтому использование торфа для производства энергии не относят к "зеленой энергетике". Древесина также обладает относительной возобновляемостью, потому что для образования её запаса определённого качества требуются многие десятилетия. Источником древесины является лес. Согласно классификации Н.Ф. Реймерса, лес как природный ресурс относится к энергетическому типу ресурсов и является исчерпаемым. Лес, как природная система, может быть возобновляемым ресурсом только в том случае, если методы его управления устойчивые и экологически сбалансированные [1]. Это означает, что условия для будущего поколения леса должны быть такого качества, чтобы позволили будущим экосистемам выжить.

Для Северо-запада России с учетом природного ресурса и существующих технологий в настоящее время наиболее актуальной является задача эффективного использования древесного топлива, в первую очередь низкосортной древесины, а также отходов лесозаготовок. Эти отходы для многих лесозаготовителей стали настоящей проблемой, так как их утилизация требует дополнительных расходов, отражающихся на себестоимости продукции.

Есть определение, что отходы - это продукт незавершенной технологической цепи, а потому древесные отходы надо рассматривать не как отходы, а как сырье для получения тепловой и электрической энергии. При этом использование древесины в таком качестве целесообразно рассматривать с точки зрения экологии, экономики и решения социальных вопросов. Большое количество древесных отходов образуется на лесосеке в процессе проведения рубок главного и промежуточного пользования и включают в себя обломки стволов, крону деревьев, тонкомер и др. К отходам деревообработки относятся опилки, стружка, обрезки досок, горбыль, дрова, кора.

В лесах Северо-западной части России сосредоточены большие запасы древесины. Общая площадь Ленинградской, Новгородской и Псковской областей составляет 368,9 тыс. км2, лесной фонд - 278,3 тыс. км2. Лесистость региона - 52 %, в т.ч. по областям: Новгородская - 63,8 %, Ленинградская - 55 %, Псковская - 38 %. Около 76 % площади лесного фонда региона считается пригодной для эксплуатации. В Ленинградской области сосредоточено 56 %, в Новгородской - 28%, в Псковской области - 16 % всего лесного фонда [3]. По оценкам специалистов Правительства Ленинградской области, сделанным в 2003 году, общий запас древесины области составляет 864,6 млн. м3, в том числе спелой и перестойной древесины 368,0 млн. кубометров (43 %). По оценкам доктора технических наук Суханова В.С., при рубках главного пользования в перестойных насаждениях образуются дрова в объёме около 30% от общего объёма заготавливаемой древесины [4], что является потенциальным ресурсом для использования в качестве биотоплива. характеризуется следующими данными: Ленинградская область - 20С ЗОЕ ЗОБ 20Ос Новгородская область - 17С 26Е 28Б 29Ос Псковская область - 24С 21Е 29Б 22Ос 4Ол По региону - 20С 27Е 29Б 24Ос Расшифровка: 20 С - 20 % сосны, 27 Е - 27 % ели, 29 Б - 29 % березы, 24 Ос - 24 % осины. В усреднённых цифрах в Ленинградской области на одного человека приходится 3,2 га леса и 573 м3 древесины, в Финляндии соответственно 4,9 га/чел и 351 м3/чел. В Швеции - 2,6 га/чел, в Норвегии - 1,6 га/чел, в Германии 0,12 га/чел.

В процессе работ по заготовке древесины и её дальнейшей переработки только 28 % первоначального дерева становиться пиломатериалом, остальное становится отходами. Простейший расчёт показывает, что при объёмах лесозаготовок в пределах 8,0 млн. м3 образуется около 30 % отходов в виде вершин, сучьев и веток, что составляет 2,6 млн. м3 отходов, которые в настоящее время не используются. Таким образом, потенциальный ресурс древесного биотоплива для котельных Ленинградской области составляет не менее 3 млн. м3, а, по оценкам специалистов Комитета по природным ресурсам и охране окружающей среды Ленинградской области, он составляет около 3,9 млн. пл. м3 в год, что эквивалентно 1 млн. тонн угля или 697 млн. тонн мазута [5].

В настоящее время 30 % заготовленной в Ленинградской области древесины идёт на экспорт. 50 % для предприятий ЦБП и 20 % (1,6 млн. м3) используется на лесопильных заводах области. При лесопилении образуется около 40 % отходов, которые имеют высокие энергетические показатели и могут быть использованы для получения энергии. Объём отходов лесопильного производства для Ленинградской области составляет около 640 тыс. пл. м3/год, что эквивалентно 164 тыс. тонн угля или 114 тыс. тонн мазута. Россия и Северо-западный регион Российской Федерации в особенности обладают огромным сырьевым потенциалом для развития биоэнергетики. Однако доля использования биотоплива в муниципальных котельных Ленинградской области незначительна, из 534 котельных только 12 (2,2 %) [6] используют древесное топливо. В Швеции 15 % всей производимой энергии получается за счёт древесного топлива. Используя опыт Швеции и других экономически развитых стран, можно поэтапно осуществить перевод собственных энергетических мощностей на биотопливо. При содействии Шведской Энергетической Администрации (STEM) на Северо-западе России уже осуществлён ряд таких проектов. Работы по повышению эффективности энергопотребления включают в себя реконструкцию систем передачи тепла в зданиях и тепловых сетях, снижение теплопотерь. В результате выполнения текущих проектов уменьшение эмиссии СО2 оценивается в 250000 тонн в год, SО2 - по крайней мере 2500 тонн в год и NО2 - больше 100 тонн в год. Труднее поддается измерению уменьшение эмиссии в результате мер по энергосбережению при передаче тепла и теплопотребления. Однако можно сказать, что в результате этих мер достигается экономия по меньшей мере 30 % энергии. Многие и вышеуказанные объекты располагают собственным источником древесного топлива. Средняя инвестиционная стоимость таких проектов составляет около 100 долл. США на кВт. Период окупаемости оценивается в 3 - 5 лет. Очень важно, что в этих проектах проблема теплоснабжения решается комплексно, то есть совместно с применением энергосберегающих технологий, основанных на применении новых или усовершенствованных технологических процессов, происходит более эффективное использование топливно-энергетических ресурсов.

Одним из наиболее "удачных" с технической точки зрения является проект котельной в Государственном образовательном учреждении среднего профессионального образования Лисинский лесхоз-техникум (лесной колледж). В 1995 году был подписан договор о сотрудничестве между ГОУ СПО Лисинский лесхоз-техникум и Шведской Энергетической Администрацией. В рамках договора, как элемент рационального ведения лесного хозяйства, в 1996 году был осуществлён перевод четырёх мазутных котлов на один котёл на биотопливе (древесной щепе), оснащённый топочной камерой с подвижной колосниковой решёткой. Главный поставщик оборудования - шведская фирма HOTAB. В 1999 году, во второй стадии проекта, была проложена двухтрубная сеть централизованного теплоснабжения, которая заменила основную часть старых сетей и установлены новые теплопункты в 22 зданиях. Котельная снабжает теплом все жилые дома, учебные и производственные корпуса на территории колледжа. Создание участка по производству топливной щепы позволило решить проблему с использованием дров и утилизации древесных отходов, образующихся в результате проведения рубок главного и промежуточного пользования, а также в результате переработки древесины.

Заключение

Древесные отходы производства представляют собой отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки. Древесные отходы классифицируются по трем основным признакам: виду древесных отходов (породный состав, тип отходов, размер), отраслевой принадлежности и области применения.

Наибольшую ценность у древесных отходов представляют крупнокусковые отходы (длиной более метра) в виде стволов малоценной древесины, реек, горбыля, обрезки пиломатериалов и заготовок, карандаши.

древесина отходы биомасса сырье

Литература

1.      Мансуров И.З., Бромберг А.И. Ломоперерабатывающее оборудование. Обзор. - М.: НИИМАШ, 1982. - 96 с.

2.      Вторичные материальные ресурсы черной металлургии. Справочник в 2-х т. т.1: Лом и отходы черных металлов и огнеупорных материалов / под ред. Хомского Г.С. - М.: Экономика, 1986. - 229 с.

.        Морозов С.И. Оборудование для переработки легковесного лома. - М.: Металлургия, 1982. - 232 с.

.        Справочник по чугунному литью / под ред. Гиршовича Н.Г. - Л.: Машиностроение, 1978. - 758 с.

.        Высококачественные чугуны для отливок / под ред. Александрова Н.Н. - М.: Машиностроение, 1982. - 222 с.

.        Шевелева Л.Н., Метушевская В.И. Качество стали и влияние на него использования лома (по материалам Европейской экономической комиссии ООН) - М.: Машиностроение, 1995. - 176 с.

.        Валеев В.Х., Сомова Ю.В., Авдеева М.В. Разработка способа переработки замасленной окалины прокатного производства / Межрегиональный сб. науч. тр.: Теория и технология металлургического производства. Вып. 7. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - С.150-152.

.        Вторичные материальные ресурсы черной металлургии. Справочник в 2-х т. т.2: Шлаки, шламы, отходы обогащения железных и марганцевых руд, отходы коксохимической промышленности, железный купорос / под ред. Смирнова Л.А. - М.: Экономика, 1986. - 344 с.

.        Черепанов К.А., Черныш Г.И., Динельт В.М., Сухарев Ю.И. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. - М.: Металлургия, 1994. - 224 с.

.        Сокуренко А.В., Шеремет В.А., Кекух А.В. Опыт утилизации железосодержащих шламов и вторичной окалины // Сталь. 2006. - №1. - С.82-85.