Отходы деревообработки в энергетике
Древесина была основным видом топлива до тех пор, пока в XIX веке на смену ей не пришли ископаемые топлива – уголь, а затем нефть и природный газ. Появление новых видов топлива, истощение лесов, а также постоянное увеличение потребностей в лесотехническом сырье для производства бумаги, строительных и других материалов привели к резкому сокращению использования древесины в качестве источника энергии. Однако при неблагоприятном положении дел с поставкой энергии в определенных районах мира роль древесины для производства тепловой энергии может вновь возрасти.
Структура расходования древесины в мире следующая:
- лесоматериалы – 57%;
- производство бумаги – 28%;
- древесное топливо – 4%;
- отходы при заготовке и транспортировке древесины – 11%.
Согласно этим данным, 85% срубленного леса расходуется для производства лесоматериалов и бумаги, и только 4% — в качестве топлива. Остальные 11% приходятся на отходы при заготовке и транспортировке, причем в одних случаях их приходится удалять, в других они могут быть использованы в качестве источников энергии или сырья для различных технологических процессов, например для производства ДСП или ДВП.
Отходы, накапливаемые в процессе лесозаготовок и лесопереработки, можно разделить на две большие группы: отходы леса и производственные отходы.
Первые образуются непосредственно в лесу и включают опавшие ветки, погибшие деревья, остатки от сгоревших деревьев и отходы, возникающие в процессе отбраковки, заготовки и транспортировки. Реальная оценка общего количества отходов леса отсутствует. Наибольшее количество отходов приходится на отбраковку, а также на заготовку и транспортировку. С точки зрения энергоресурсов именно эти отходы представляют наибольший интерес в качестве альтернативного источника энергии.
Основное количество производственных отходов образуется в процессе переработки лесоматериалов и приготовления пульпы для производства бумаги.
Энергетический потенциал отходов лесозаготовок
Количество отходов в виде сломанных деревьев, а также кроны ветвей и корни деревьев, образующиеся при лесозаготовках, зависит от породы древесины, его географического местонахождения, методов заготовки, характера местности и других факторов. По оценкам на сегодняшний день, количество отходов находится в пределах от 9 до 89 тонн сухой массы на 1 га, в среднем – примерно 20 тонн на гектар.
Отходы при лесозаготовках преимущественно состоят из древесины и целлюлозы, и их основными составляющими элементами являются углерод, кислород и водород. На долю углерода приходится около 50% массы, кислорода – 40%, водорода – 5%. Теплота сгорания отходов лесозаготовок составляет примерно 18610 кДж/кг сухой массы. Количество золы отходов зависит от метода их сбора. При выполнении некоторых операций в отходы попадают минеральные загрязнения в виде камней, грязи и песка, что приводит к резкому увеличению содержания золы. Обычно в древесине содержится 1% золы, а в корнях – от 2 до 10%.
Исходя из этого можно констатировать что отходы лесозаготовок обладают значительным энергетическим потенциалом и могут использоваться в качестве дополнительных источников энергии в некоторых странах.
Энергетический потенциал отходов деревообработки при производстве лесоматериалов
Производственные отходы, образующиеся в процессе деревообработки и используемые в качестве источника энергии, состоят главным образом из коры и горбыля.
Основными элементами отходов являются углерод, кислород и водород, на долю которых приходится соответственно 50, 40 и 6% из сухой массы; теплота сгорания отходов составляет от 19420 до 22300 кДж/кг – в зависимости от породы древесины.
Содержание влаги в древесине и древесной коре колеблется в значительных пределах. Это объясняется не только наличием связанной воды в пористой структуре, но и влиянием на содержание воды времени года, а также географического расположения деревьев. Содержание влаги также зависит от способов хранения и транспортировки древесины. Так, например, при транспортировке лесоматериалов по воде содержание влаги в них может достичь 80%. В горбыле содержание влаги, как правило, не превышает 50%.
В настоящее время 37% сухой массы отходов, образующихся в процессе деревообработки, используется для производства древесной массы и бумаги; 27% расходуется в качестве топлива. Увеличение потребности как в сырье, так и в источниках энергии, несомненно, приведет к снижению количества неиспользуемых отходов.
С точки зрения получения дополнительных источников энергии наибольший интерес представляет два вида отходов, образующихся в процессе производства древесной массы и бумаги, – кора и отходящий щелочной раствор. Кора представляет собой наружный слой древесины и сдирается с помощью машины. Отходящий черный щелочной раствор представляет собой жидкость, которая накапливается в процессе подготовки древесной массы и характеризуется высокой концентрацией растворенных в ней органических соединений.
Черный щелочной раствор образуется в процессе щелочной и сернокислотной обработки древесины и содержит около 98% щелочи, введенной в процесс расщепления целлюлозы и растворения лигнина при выделении свободной клетчатки и твердые вещества. Раствор отличается относительно высокой концентрацией карбоната натрия. Для регенерации щелочи черный раствор выпаривают, в результате чего содержание твердых веществ возрастает до 45-70%. Теплота сгорания сухого вещества составляет 15400 кДж/кг. Одновременно в сухом веществе содержится определенное количество загрязнений, что может вызвать затруднения, связанные с эксплуатацией регенерационного оборудования.
