1. Характеристика древесных отходов как топлива

1. Виды древесины и древесных отходов

Древесина является одним из самых древних видов топлива. Она применяется как топливо для теплоснабжения зданий и сооружений, получения горячей воды и воздуха. Однако это применение в России, как правило, носит частный бытовой характер и в промышленном масштабе используются главным образом другие источники энергии: электричество, каменный уголь, нефтепродукты и природный газ. Стоимость тепловой и электрической энергии, полученной при использовании последних, превышает этот показатель для случая использования древесины от 2 до 18 раз. При этом древесина имеет неоспоримое преимущество, являясь возобновляемым и экологически чистым ресурсом.

Главными составными частями древесины явля­ются целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы.

В любом лесном регионе России ежегодно образуется значительное количество низкотоварной древесины и отходов деревопереработки (НДОД) (Рисунок 1), при разумном использовании которых может быть значительно снята острота постоянного роста стоимости энергии.

Рисунок 1 Основные виды низкотоварной древесины

1. Древесные отходы

Государственный стандарт классифицирует древесные отходы как безопасные (относящиеся к пятому классу опасности). Древесные отходы это:

- древесина, собранная в ходе уборки территорий и вырубки лесонасаждений и непригодная для применения в качестве сырья для деревообрабатывающей промышленности (20% от объема всех древесных отходов);

- отходы лесозаготовительного производства: щепа, корневища, ветки, сучья, пни и пр. (до 40% общего объема);

- обрезь деревьев и кустарников, собранная в процессе уборки городской территории;

- отходы деревообработки: опилки, щепа, «горбыль» (в отход идет примерно 40% всего пиломатериала, поступающего от лесозаготовительного производства);

- старые деревянные материалы и изделия: элементы столбов, шпалы, отходы мебельного производства (древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фанера), строительные отходы.

В зависимости от производства, при котором образуются древесные отходы, их можно подразделить на два вида: отходы лесозаготовок и отходы деревооброботки.

Отходы лесозаготовок – это отделяемые части дерева в процессе лесозаготоительного производства. К ним относятся хвоя, листья, неодревесневшие побеги, ветви, сучья, вершинки, откомлевки, козырьки, фаутные вырезки ствола, кора, отходы проиводства колотых балансов и т.п.

В своем естественном виде отходы лесозаготовок малотранспортабельны, при энергетическом использовании они предварительно измельчаются в щепу.

Отходы деревообработки – это отходы, образующиеся в дереобрабатывающем производстве. К ним относятся: горбыль, рейки, срезки, короткомер, стружка, опилки, отходы производства технологической щепы, древесная пыль, кора.

По характеру биомассы НДОД подразделяют на следующие виды: отходы из элементов кроны; отходы из стволовой древесины; отходы из коры; древесная гниль.

В зависимости от формы и разера частиц древесные отходы подразделяются на кусковые и мягкие.

Кусковые древесные отходы – это откомлевки, козырьки, горбыль, рейка, срезки, короткомеры. К мягким древесным отходам относятся опилки и стружка.

Количество отходов при производстве конкретного вида товарной продукции из древесины опрееделяется по ее доле, которая осталась не использованной в данном технологическом процессе.

Количество образующихся древесных отходов исчесляется обычно в процентах от объема древесного сырья, использованного при производстве продукции, и оно зависит от вида производимой продукции.

При проведении расчетов топливного баланса объединения или предприятия в зависимости от местных условий количество древесных отходов лесопиления от объема распиливаемого сырья следует принимать в следующих пределах:

- Горбыль…………………………………………………… 5 - 10 %;

- Стульчаки…………………………………………………. 2 - 5 %;

- Рейки ………………………………………………………10 - 15 %;

- Вырезки……………………………………………………. 2 - 5 %;

- Опилки ……………………………………………………. 10 - 15 %.

В процессе лесопиления получаются различные кусковые отходы, которые в ряде случаев используются для энергетичеких целей. Кусковые отходы лесопиления образуются из переферийной части бревен и при отсутствии предварительной окорки бревен имеют в своем составе имеют такое количество коры, при котором использование их для варки целлюлозы и производства древесных плит невозможно.

Количество коры находящейся на древесине, зависит главным образом от породы, а также от возраста деревьев, условий их произростания, диаметра ствола и т.п.

Общее количество коры, получаемой при окорке древесины на предприятиях, с учетом потери коры в процессе лесозаготовок, изменяется в пределах от 10 до 14,5 % объема товарной древесины. При транспортировании древесины часть коры отваливается и фактический выход коры в среднем составляет от 8 до 10 % от объема окоренной древесины.

В практических расчетах количество коры обычно принимается в размере 10 % от объема окоренной древесины.

Такое количество содержание коры на древесине определяет важность проблемы полезного использования отходов окорки древесины, учитывая производства, где окорка древесины обязательна.

В последние десять лет строительная отрасль развивается быстрыми темпами. Города разрастаются, поглощая ближайшие населенные пункты. Это и есть ни что иное, как реалии настоящего сегодняшнего дня. Глобальная урбанизация. Старые дома либо идут под снос, либо подвергаются капитальному ремонту. Если взглянуть на любой развивающийся город, то можно увидеть, вырастающие повсеместно, на окраинах и в центре, многоэтажные дома-великаны на месте старых деревянных домов.. Но как известно, большая стройка и ремонт – это еще и большая уборка! Подобная деятельность неизбежно порождает большие отходы, в том числе строительный древесный мусор. Поэтому, перед строительными компаниями встает неизбежный и естественный вопрос: «Как лучше утилизировать строительные отходы?».

Появляется строительный древесный мусор при любых строительно-ремонтных работах, таких как: снос зданий, ремонт и строительство сооружений. Строительный древесный мусор - это остатки деревянных рам и дверных косяков, входные и межкомнатные двери и т.д.

Удельная доля древесных отходов в общей доле мусора составляет 15-22%. Естественно, сортировкой себя никто не утруждает, и непригодная древесина сваливается в общую кучу. Хотя при правильном подходе утилизация древесных отходов могла бы не только разгрузить мусорные полигоны, но и принести прибыль.

Древесина относится к биоразлагаемым материалам. Если она не пропитана специальными составами (битумом, био-растворами, антипиренами и т.д.), то не представляет угрозы для здоровья человека и окружающей среды. Однако свалки с деревянным мусором все же опасны, там активно развивается грибок и плесень, пируют жуки-короеды, кроме того, такая свалка опасна с противопожарной точки зрения и является излюбленным местом скопления клещей. Поэтому древесные отходы необходимо собирать и осуществлять вывоз мусора на участки его переработки или утилизации.

Самый простой метод утилизации древесного мусора – термический. Казалось бы, чего уж проще, чем сжечь ненужное дерево? Однако термическая утилизация мусора в промышленных масштабах представляет угрозу экологии, да и требует немалых материальных затрат на поддержание оборудования, замену фильтров, утилизацию золы и т.д. То есть вывоз мусора и утилизация обходятся весьма накладно.

Однако, на сегодняшний день в Европе взяты на вооружение технологии, позволяющие преобразовывать древесные отходы в тепловую и электрическую энергию и высококалорийное топливо.

Основными технологиями преобразования древесного мусора в синтез-газ являются: быстрый пиролиз (газификация).