Использование отходов деревообрабатывающих производств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время процессы заготовки и переработки всей биомассы дерева на предприятиях лесного комплекса развиты слабо. Такие виды потенциального сырья, как отходы лесозаготовок, тонкомерная древесина от различных видов рубок, пнево-корневая древесина, отходы лесопильных и деревообрабатывающих производств используются для выработки товарной продукции в незначительных количествах, а зачастую и вовсе остаются невостребованными. Одной из причин такого положения является плохое освещение в литературе технологий и оборудования для переработки упомянутого сырья. В то же время условия экономической деятельности предприятий в современной России требуют более полного использования сырьевых ресурсов как главного источника повышения эффективности производства в целом.

В связи с изложенным особую значимость приобретают технологические процессы, обеспечивающие рациональное использование всей биомассы дерева и отходов переработки древесины. Они позволяют комплексно решать экологические и экономические проблемы предприятий лесного комплекса.

С учетом этого Основная цель работы заключается в следующем:

· Рассмотрение назначения и основных методов использования отходов деревообрабатывающих производств.

1. Классификация отходов

Отходы можно классифицировать:

· по сортименту исходного сырья (отходы пиломатериалов, отходы фанеры и древесноволокнистых плит, отходы древесностружечных плит);

· по породам древесины (хвойная, лиственная);

· по влажности (сухие до 15%, полусухие 16-30%, влажные 31% и выше, сверхвлажные 100% и выше);

· по структуре (кусковые крупные, кусковые средние, кусковые мелкие, сыпучие);

· по стадийности обработки (первичные, вторичные).

На деревообрабатывающих производствах все отходы делят на типы для дальнейшего использования в разных отраслях производств.

Все основные типы этих отходов с их точными характеристиками приведены в номенклатуре ниже.

Номенклатура отходов деревообрабатывающего производства

Наименование	Группа отходов по структуре	Характеристика	Размеры, мм
			длина	ширина	толщина
Отходы пиломатериалов
Рейка обзольная	Кусковые крупные	Боковая часть доски, отделяемая при продольном раскрое необрезной доски	1000-6500	-	-
Короткомер крупный	Кусковые крупные	Неполномерные короткие отрезки пиломатериалов	500-1500	100-200	10-50
Недомерок средний	Кусковые средние	Отрезки после продольной и поперечной распиловки	250-500	100-220	16-36
елоч кусковая	Кусковые мелкие	Мелкие отрезки и срезки после поперечной распиловки	До 250	15-60	12-30
Стружка	Сыпучие	Древесина, отделяемая резцами при строгании или фрезеровании	1-5	-	0,1-3
Опилки	Сыпучие	Отделяемая в процессе распиловки зубьями пил часть древесины	-	-	0,1-3
Древесная пыль	>>	Пылевидные частицы древесины, измельчаемой в процессе обработки резцами или шлифованием	-	-	0,01-0,02
Отходы фанеры и древесноволокнистых плит
Обрезки клееной фанеры	Кусковые крупные	Обрезки	225-1525	15-175	4-15
Обрезки строганого шпона	Кусковые крупные	Обрезки	30-1700	15-150	0,8-1,2
Опилки	См. «Отходы пиломатериалов»
Отходы древесностружечных плит
Обрезки плит	Кусковые крупные	Обрезки	225-1700	15-220	6-32
Опилки	См. «Отходы пиломатериалов»

Количество отходов деревообрабатывающих производств зависит от качества поставляемого сырья, типа и размера изготовляемой продукции, техновооруженности предприятия и его мощности. Количество отходов в деревообработке составляет 45-63% исходного сырья (пиломатериалов, фанеры).

Виды и количество кусковых отходов в различных деревообрабатывающих производствах указаны в ниже в таблице.

Производство	Сырье	Кусковые отходы	Количество отходов, % от сырья
Производство черновых заготовок	Пиломатериалы	Рейки, торцовые отрезки	50
Столярно-мебельные производства	Пиломатериалы	Рейки, торцовые отрезки	35-40
	древесные плиты и фанера	Обрезки плит и фанеры	10-15
Производство паркета	Пиломатериалы, черновые заготовки	Рейки, отрезки досок	20-40

Виды и количество кусковых отходов в деревообрабатывающих производствах [1].

2. Свойства отходов

А) Физико-механические свойства отходов

Физико-механические свойства кусковых отходов, за исключением насыпного веса, мало отличаются от свойств цельной древесины. Основное отличие любого сыпучего материала от сплошного заключается в дискретности его частиц (опилки, стружка, пылинка). В связи с этим необходимо рассматривать физико-механические свойства отдельных частиц и свойства всей массы сыпучего материала.

Насыпная масса, коэффициент полнодревесности и учет отходов. Древесные отходы, накапливаясь в одном месте без принудительного уплотнения, образует насыпь (кучу) и занимают объем больший, чем они занимали в цельной древесине до обработки последней, а вес единицы объема такой насыпи уменьшается за счет разрыхления, т.е. уменьшения полнодревесности. Отсюда возникают понятия и термины: «насыпная масса», «складочная масса» и «коэффициент полнодревесности».

Отношение складочной массы к плотной массе в 1 м³ древесины одинаковой влажности называется коэффициентом заполнения или коэффициентом полнодревесности:

Kv = G / Y,

где G - насыпная масса отходов, кг/м3; Y - объемная масса плотной древесины, кг/м³.

Б) Гигроскопичность

Гигроскопичностью древесины называется ее способность поглощать (сорбировать) пары воды; выражается она не только влагопоглощением, но и набуханием, которые являются показателями одного и того же сорбционного процесса. Поверхностно-активные свойства древесины повышаются по мере ее измельчения. Если цельная древесина увеличивает свою влажность на 25% за двое суток, то измельченная, т.е. сыпучая древесина, повышает свою влажность на 28% за одни сутки. Наиболее интенсивно древесина поглощает влагу в интервале от 0 до 12%, и различие в поглощении влаги цельной древесиной и измельченной продолжает быть заметным до влажности 16-17%. Однако уже в интервале влажности от 18 до 26% динамика поглощения влаги оказывается одинаковой для цельной и для измельченной древесины.

Таким образом, сорбирующие свойства древесных отходов зависят от их структуры, крупности, а также их начальной влажности.

В) Пирофорные свойства

При хранении измельченной древесины (опилок) в кучах возможно их самовоспламенение. Температура самовоспламенения опилок близка к 275°С. Взрывоопасность может возникнуть всюду, где имеется мелкая и сухая сыпучая древесина. Поэтому особо опасными в отношении пожара и взрыва являются сухие опилки и древесная пыль. Условиями для образования взрыва являются: определенная концентрация пыли в воздухе; наличие источников тепла, способных воспламенить взвешенную в воздухе пыль, а также скопление электростатических зарядов, присутствие в воздухе достаточного количества кислорода, расходуемого на полное сгорание аэросмеси. Древесная пыль имеет температуру вспышки 430°С и температуру самовоспламенения 775°С.

Минимальная взрывоопасная концентрация древесной пыли в воздухе (нижний предел взрыва) 12,6 т/м3, а опилок - 65 г./м3.

Эти данные относятся к продукту, имеющему влажность 6,35%, а зольность 5,4%. С повышением влажности показатели повышаются, а со снижением зольности уменьшаются.

Г) Шлифующие свойства

Сухая сыпучая древесина обладает абразивными (шлифующими) свойствами. Шлифующие свойства ярко выражены у сухой и пересушенной древесины твердых пород. По этой причине песчинкообразные, относительно крупные частицы опилок твердых древесных пород (бука, березы) применяются для чистки мехов в легкой промышленности. При помощи опилок можно быстро снять окалину с металла и отшлифовать его.

Д) Парусность частиц сыпучих отходов и скорость витания

Под летучестью или парусностью частиц материала понимают их способность под действием газового потока перемещаться и витать в газовой среде. Этому способствуют небольшие размеры частиц и небольшая масса при относительно низкой влажности. Парусность частиц характеризуется скоростью витания, т.е. той минимальной скоростью газового потока, при которой эти частицы продолжают, не опускаясь, витать в газовой среде.

Скорости витания частиц сыпучих древесных отходов необходимо знать при аспирации помещений и машин, пневмотранспортировании, сушке этих отходов и др. Скорость витания зависит от толщины частицы: с уменьшением толщины эта зависимость выражается слабее.

3. Методы хранения и транспортировки древесных отходов

А) Хранение отходов:

Открытые склады. Отходы необходимо хранить отсортированными по видам и породам, причем совершенно обязательно хранить сыпучие отходы отдельно от кусковых. Сыпучая древесина на открытых складах размещается в бунтах конической или призматической формы высотой до 5 м на бетонном, асфальтированном или деревянном основании. Деревянный настил толщиной не менее 6 см должен быть обработан антисептиками. Ширина или диаметр бунта должны быть не более 15 м, а длина не ограничивается.

Допускается хранение в бунтах высотой 10-12 м. В этом случае необходимо предусмотреть вентиляционные деревянные трубы с отверстиями в стенках. Трубы укладывают горизонтально в шахматном порядке по высоте бунта при расстоянии между ними не более 4 м. Продолжительность хранения сыпучей древесины в кучах должна быть не более четырех месяцев летом и шесть месяцев зимой со дня ее заготовки.

Опилки, используемые в качестве топлива, хранят обычно под открытым небом. За сезон влажность опилок несколько повышается, что приводит к снижению их калорийности, а вследствие гниения опилки могут терять в весе до 20%. Опилки в отвалах при длительном хранении слеживаются в плохо проницаемую для воздуха массу, причем влажность их из-за атмосферных осадков увеличивается. Длительное нахождение опилок в отвалах может привести к их самовозгоранию.

Гипродрев рекомендует принимать ширину куч от 20 до 50 м, высоту от 12 до 20 м, длину от 50 до 450 м. По периметру площадка ограждается сеткой высотой 2,5 м, чтобы предотвратить раздувание щепы.

Открытое хранение щепы позволяет достичь высокого уровня механизации погрузки и разгрузки.

Бункеровка сыпучей древесины. Щепу в количестве, не превышающем 150-200 м³, целесообразно хранить в бункерах и галереях. Такой склад является буферной емкостью с запасом щепы от нескольких часов до 5-7 дней. Бункера большой емкости изготовляют обычно из железобетона, бункера средней емкости представляют собой каркасы из полосового или уголкового железа, обшитые листовым железом. Основное требование, предъявляемое к бункерам, - обеспечить равномерную выдачу сыпучих отходов. [3]

Б) Транспортирование щепы и сыпучих отходов:

Механический транспорт. Для заводского и межзаводского транспортирования щепы и ее погрузки часто применяют механические транспортеры (ленточные, скребковые, шнековые и др.). Ленточные транспортеры используются также при хранении в галереях для распределения щепы по бункерам с помощью стационарных плужковых сбрасывателей. При хранении в закрытой наземной емкости (шатре или силосе) щепа подается на погрузку ленточными или скребковыми конвейерами.

Пневмотранспорт. Механические транспортеры постепенно вытесняются пневмотранспортом низкого и высокого давления. В установках низкого давления воздух отсасывается из трубопровода или подается в него вентилятором, а количество подаваемого воздуха зависит от разницы давления его в трубопроводах и перед вентилятором (при максимальном статическом давлении у вентилятора 30,5 см вод. ст. или 0,03 кг/см²). В установках высокого давления воздух нагнетается в трубопроводы компрессором таким образом, что его количество, подаваемое в единицу времени, не зависит от давления воздуха в трубопроводе при давлении 0,21-0,42 и 0,70 кгс/см².

Для внутрицехового транспортирования сыпучих отходов (стружки, опилок, пыли) обычно применяется пневмотранспорт низкого давления. Основное требование к пневмотранспорту - не допускать пыления всей системы и особенно циклона. Принято, что размер выделяемой с отходящим из циклона воздухом (на выхлопе) пылинки не должен превышать 10 мкм.

При пневмотранспорте сыпучей древесины в системе образуются электростатические заряды, что может привести к взрыву. Потенциальным очагом возникновения взрыва в системе пневмотранспорта является участок циклон - бункер. Для нейтрализации зарядов можно применить генератор ионов нейтрализатора, устанавливая его непосредственно перед циклоном. Ионы, генерируемые коронным разрядом с острия, имеют знак, противоположный знаку зарядов, образующихся на транспортируемом материале. Наиболее целесообразно вводить ионы из генератора в трубопровод эжектированием. Для уменьшения пыления применяют батареи циклонов.

Пневмотранспортер высокого давления отличается высокой экономичностью и увеличенным радиусом действия. Опыт работы цехов на севере Карелии показал, что щепа, прошедшая через пневмотранспортер, склад открытого хранения и погруженная ленточным транспортером или пневмотранспортером в железнодорожные вагоны, не смерзается при перевозке на расстояния 500-700 км. Расходы по установке пневмотранспортные системы высокого давления окупаются примерно в течение года.

Автотранспорт. Для перевозок щепы и сыпучей древесины на расстояние до 100 км применяется автотранспорт. При перевозках щепы автотранспортом и в железнодорожных вагонах щепа уплотняется примерно в 1,05-1,15 раза, а при отрицательных температурах, кроме того, и смерзается. Эти явления крайне осложняют разгрузку и требуют применения разрыхляющих механизмов. Техническая характеристика автощеповозов-самосвалов приведена в специальной литературе.

Железнодорожный транспорт. Технологическая щепа, вырабатываемая из отходов лесопиления и деревообработки, перевозится также по железной дороге. Экономически оправданной считается перевозка щепы на расстояния до 1000 км.

Торфовозные хопперы и вагоны для угля целесообразно использовать в составе вертушек для транспорта щепы только на короткие расстояния. Расчеты показали, что наиболее целесообразна организация перевозок в специализированных вагонах. На практике используют вагоны общего назначения с надстроенными по высоте бортами и специализированные вагоны-щеповозы Днепродзержинского вагоностроительного завода.

4. Использование древесных отходов в различных отраслях производств

отход древесина хранение производство

А) Использование кусковых отходов в продукции столярно-механических производств.

В столярно-механических производствах древесные отходы применяются в основной продукции данного предприятия без обработки или с минимальной обработкой. Длинномерные кусковые отходы используются для изготовления реечных щитов, серединок столярных плит и пустотелых щитов, а также для изготовления панельных домов. Мелкие кусковые отходы применяются для наборки среднего слоя в переклеенных щитах. Отходы шпона, фанеры и древесноволокнистых плит идут на серединки пустотелых щитов. Короткомерные кусковые отходы (дощечки, рейки, бруски) применяются для изготовления щитов настила чистых полов, а рейки - для нижнего основания паркетных досок.

Сращивание короткомерных кусковых отходов увеличивает полезный выход на 4-7%. Минимальная длина отрезка, сращиваемого по длине в производстве строительных деталей, составляет 250 мм, а минимальная ширина неполномерного по ширине отрезка в производстве тарных изделий - 20 мм. Стружка и опилки применяются в производстве древесностружечных и древесноволокнистых плит.

На изготовление товаров народного потребления можно использовать до 20% кусковых отходов, получаемых при раскрое пиломатериалов и обработке заготовок до габаритных размеров, 50% кусковых отходов - при раскрое листовых материалов и 70% бракованных изделий, склеивая или сращивая короткомерные кусковые отходы.

Длинные и короткие куски древесины почти повсеместно используются в качестве сырья при изготовлении товарной продукции в столярно-механических цехах основных деревообрабатывающих производств. Описание технологии их обработки излагается в соответствующей специальной литературе.

Б) Использование щепы и сыпучих отходов в специальных производствах.

Щепа технологическая используется в качестве сырья для производства сульфитной и сульфатной целлюлозы, полуфабриката тарного картона, древесноволокнистых и древесностружечных плит, гидролизного спирта и кормовых дрожжей.

Основным размером щепы является ее длина, которая при рубке регулируется величиной выпуска рубильных ножей под плоскостью диска (при прочих постоянных параметрах). Толщина и ширина щепы при переработке кусковых отходов на рубительных машинах не регулируются, а являются производными.

Поскольку главным размером щепы является ее длина, а ширина и толщина не регулируются, при разработке технических условий на щепу достаточно указывать только длину щепы или ее пределы - наибольший и наименьший размеры, а также оптимальный. Однако в других условиях рубки или дробления (дробилками и др.) указанная пропорциональность может не иметь места. Поэтому должна быть предусмотрена сепарация для получения щепы не только требуемой длины, но и толщины. В этом случае полезный выход щепы заметно снижается.

Стружка-отход. Применительно к технологии производства древесностружечных плит целесообразно различать два термина: специальная стружка и стружка-отход.

Специальная стружка изготовляется непосредственно в производстве древесностружечных плит, а стружка-отход поставляется для использования в этом производстве с деревообрабатывающих предприятий.

Наиболее близко отвечает интересам деревообрабатывающих предприятий использование стружки-отхода для изготовления древесностружечных плит, поскольку эти плиты являются основным конструкционным материалом в мебельном производстве.

Из стружки можно изготовлять арболит - экономичный и эффективный строительный материал. Это - легкий бетон, получаемый на основе подобранной смеси цемента, органического заполнителя (стружки), химических добавок и воды. Изделия из арболита применяются для стен и теплоизоляции покрыли жилых, общественных и производственных зданий. Они разделяются на теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные, конструкционно-неармированные, армированные, гладкие, сложного профиля. Номинальные размеры изделий из арболита: длина до 6 м и ширина до 3 м.

Опилки. Чистые еловые опилки и стружка деревообрабатывающих цехов считаются лучшими сырьем для изготовления древесной муки, употребляемой в качестве наполнителя в производстве фенольных пластмасс, линолеума, взрывчатых веществ и пьезотермопластиков.

Из просеянных опилок изготовляют древесные плиты способом экструзионного прессования. В этом случае применяют до 50% опилок вместе со стружкой. Способность опилок лучше упрессовываться и увеличивать объемный вес наружных слоев при увлажнении поверхности ковра перед горячим прессованием позволяет получать трехслойные плиты, лицевые поверхности которых обладают высокой твердостью и износостойкостью, а средний слой имеет сравнительно небольшую объемную массу. Такие стружечно-опилочные плиты могут использоваться для лицевых покрытий панелей и для полов в жилых и общественных зданиях.

Путем холодного прессования опилок с магнезиальным вяжущим получают ксилолит. Соотношение количества вяжущего и древесных частиц обычно 1:2 или 1:4. Из ксилолита изготовляют плиты для отделки стен и потолков, лестничные ступени, подоконники и полы. Его объемная масса 1,2 г/см². Ксилолит несгораем, морозостоек, не боится ударов и выдерживает значительную нагрузку. Полы из ксилолита рекомендуются в цехах текстильных, бумажных фабрик, в типографиях, в цехах с интенсивным движением транспортных механизмов. Коэффициент теплопроводности ксилолита 0,33-0,3 ккал/т*ч*град.

Опилки могут значительно пополнить сырьевые ресурсы в целлюлозно-бумажной промышленности. Увеличение размеров опилок, получаемых при лесопилении, обеспечивает повышение прочности волокна, вырабатываемого из опилок путем варки.

В ЦНИИМОД изменением режимов резания древесины рамными пилами получены опилки длиной до 4 мм, т.е. получены технологические опилки. Из опилок длиной 4 мм получена целлюлоза, соответствующая требованиям стандарта.

Опилки используются также для чистки мехов в меховой промышленности (преимущественно, крупные березовые и буковые); для изготовления пористого кирпича в промышленности стройматериалов, вводимые в качестве компонента в состав глины, они при обжиге сгорают и образуют отверстия и каналы. Опилки применяются и в качестве подстилки для скота в животноводстве; для очистки полов; в фильтрах для биохимической очистки стоков от нерастворимых смол и масел. Стоки, прошедшие через фильтры, загруженные опилками, в 2 раза чище прошедших через загруженные углем.

В) Смеси строительные [6]

Смеси на основе отходов древесины и различных вяжущих применяют для возведения стен жилых зданий и хозяйственных построек.

Термопорит. Это плиты плотностью от 700 до 1300 кг/м3, различных форматов применяются в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала в каркасном строительстве.

Порядок приготовления смеси термопорита. В растворомешалку (бетономешалку) заливают воду, затем жидкое стекло; в полученный раствор добавляют известковое тесто, хлорную известь и цемент. После перемешивания массы в течение 1-2 мин вводят опилки и перемешивают 5-6 мин. Расход воды такой же, как при приготовлении опилкобетона. Плиты термопорита используются для закладки проемов каркасных стен с учетом толщины теплоизоляции, аналогично опилкобетону.

Опилкобетон. Это конструкционно-теплоизоляционный бетон, в котором опилки и песок используются в качестве заполнителя, а цемент и известь как вяжущее. Смеси можно использовать для изготовления штучных блоков различных размеров для последующего возведения стен построек, а также для непосредственной укладки в опалубку при возведении монолитных стен.

Гипсоопилочный бетон - это блоки, применяемые для устройства стен в жилых, общественных и производственных зданиях (одноэтажные здания III и IV степени долговечности) с относительной влажностью воздуха не более 60%.

Цементностружечная смесь - это смесь или блоки на ее основе, рекомендуемые для устройства стен жилых и хозяйственных одноэтажных зданий.

Для смеси применяется станочная стружка хвойных пород размером 10-50 мм (кроме лиственничной), влажностью не более 15%, не допускается содержание коры, опилок, гнили и загрязняющих веществ, которые должны отсеяться на сите с ячейками 10 мм.

Приготовление смеси: сначала приготовить цементный раствор в теплой воде, затем 15% раствора залить в смеситель вместе с расчетным количеством стружки, перемешать в течение 1 мин, после чего загрузить оставшиеся 85% стружки и перемешать до равномерной массы в течение 2 мин, не более.

Смесь может быть использована для укладки в опалубку и для изготовления стеновых блоков. Строительные материалы на основе древесных отходов и вяжущих широко применяются за рубежом.

Дюризол - изготавливается с 30-х годов одноименной швейцарской фирмой на специальных промышленных технологических линиях из станочной стружки, портландцемента М500 и химдобавок. Фирма выпускает стеновые панели, плиты покрытий, пустотные блоки (50*25*30 см). При строительстве жилых зданий высотой до 14 этажей в Швейцарии применяют дюризоловые пустотные блоки, при этом пустоты, расположенные по вертикали и горизонтали, заливаются бетоном, за счет чего образуется бетонная сетка, которая несет вертикальную нагрузку, а сам дюризол выполняет роль теплоизоляции.

Велокс - изготавливается из дробленой древесины, портландцемента и хлористого аммония.

Ксилолит - применяется в виде раствора или плит при устройстве полов в сухим помещениях жилых и общественных зданий. (Ксилолит изготовляется на основе опилок, каустического магнезита и хлористого магния.) Для покрытий плит используются опилки хвойных пород, просеянные через сита 25*25 мм и 5*5 мм, в которые при непрерывном помешивании сначала подается каустический магнезит MgO, затем водный раствор хлористого магния MgCl2.

Г) Древесная пыль.

Древесная пыль представляет собой совокупность частиц размером 15-20 мкм. Количество этой пыли, образующейся в столярно-мебельном производстве, недостаточно для того, чтобы использовать ее в промышленном масштабе. С другой стороны, древесная пыль образуется большей частью совместно с более крупными сыпучими отходами (опилками и др.) и специально выделить ее из массы сыпучих отходов трудно. Вместе с тем древесная пыль вследствие своей летучести (при наличии щелей в кожухах станков и транспортеров) легко проникает в помещение, угрожает здоровью людей и представляет собой подходящую среду для возникновения пожара и взрыва. Следовательно, более правильно ставить вопрос не об использовании древесной пыли, а о борьбе с ней.

При нормальной работе оборудования и аспирационных систем концентрация пыли в воздушной среде невзрывоопасна. Ее величина меньше нижнего концентрационного предела взрываемости пыли.

Взрыв взвешенной пыли может носить местный характер (хлопок). При больших залежах пыль от хлопка неизбежно переходит во взвешенное состояние. Концентрация пыли в воздухе становится взрывоопасной, вследствие чего повторный взрыв будет большей силы, его ударная волна вызовет переход во взвешенное состояние всей массы отложений пыли и может привести к новым, еще большим взрывам, способным разрушить здание.

Установлено, что нижний предел взрываемости аэровзвеси пыли равен 12,6 г/м³, а температура, при которой самовоспламеняется аэровзвесь, равна 610-775°С.

Наиболее взрывоопасны частицы пыли размером не более 100 мкм. Скорость воздушного потока, при которой происходит сдувание осевшей пыли, составляет около 1 м/с (0,83 м/с).

Источником пожара и взрыва может быть случайная искра, а также заряд статического электричества, образующийся при трении движущихся частиц. Минимальная энергия воспламенения древесной пыли равна 11,5 мдж.

На деревообрабатывающем заводе и мебельной фабрике имеется цех, в котором основным древесным отходом является древесная пыль; это - шлифовальный цех. Пыль можно собрать с помощью пневмотранспорта или аспирационной сети и направить для дальнейшего использования в производстве древесной муки, для переработки в формованные изделия или в пьезотермопластики, а также использовать в качестве наполнителя в разного рода материалах (клеи, замазки и др.).

Древесная пыль является также полезным ингредиентом в производстве древесностружечных плит.

Для уменьшения запыленности помещений необходимо применять пневмотранспорт сыпучих отходов; соблюдать герметичность кожухов машин и оборудования; не допускать скопления осевшей пыли на строительных конструкциях, оборудовании и в других местах; ежедневно проводить текущую очистку помещений и не реже 2 раз в месяц - генеральную уборку пыли; ликвидировать сквозняки, от которых взвихряется пыль, создающая взрывоопасную концентрацию в воздухе; для систематической уборки осевшей пыли применять централизованную систему пневмоуборки.

5. Отходы как топливо и их энергохимическое использование

А) Обобщенное понятие о древесных отходах как о топливе:

В промышленности скапливается большое количество первичных и вторичных отходов. Даже при высокой степени использования отходов всегда остается ощутимое количество некондиционных отходов, которые могут быть употреблены только на топливо. Следовательно, даже при использовании высококалорийных видов топлива (газа, мазута) в заводских топках вопрос об использовании древесных отходов на топливо не снимается с повестки дня.

В себестоимости продуктов деревообрабатывающей промышленности доля затрат на топливо весьма значительна, поэтому эффективное, технически совершенное сжигание отходов является одним из путей сбережения народнохозяйственных средств в этой промышленности.

Наиболее целесообразно создавать такие топочные устройства, которые допускали бы использование древесного топлива совместно с высококалорийными видами, т.е. с газом, нефтью, углем.

Принцип энергохимического использования древесных отходов заключается в том, чтобы путем совмещенного с газификацией неполного их сжигания в генераторном процессе получать из древесины химические продукты и горючий газ для последующего использования в качестве топлива.

Наиболее отработанными в промышленных и полупромышленных условиях являются энергохимические установки ЦКТИ, основанные на использовании скоростной топки системы В.В. Померанцева. Выход смол составляет 60-150 г./кг, выход кислот 16-35 г./кг и выход газов 0,45-0,7 м³/кг абсолютно сухого топлива. Низшая теплота сгорания этого газа составляет 1600-1800 ккал/м³.

Для использования в качестве топлива кусковые древесные отходы должны быть переработаны в топливную щепу, причем длина щепы не должна превышать 50 мм.

Б) Древесные отходы заменяют каменный уголь.

Эффективность энергопотребления возможна за счет увеличения использования возобновляемых источников энергетических ресурсов в энергобалансе. Резервы древесных отходов как биологических ресурсов топлива для работы котельных в Уральском и Западно-Сибирском регионе, где развита лесная и деревообрабатывающая промышленность, велики. Экономическая выгода от внедрения энергетического оборудования, работающего на древесных отходах, на предприятиях лесопереработки и деревопереработки и в регионах с развитыми указанными отраслями промышленности очевидна:

· цены на газ и жидкое топливо будут постоянно расти до уровня мировых;

· решаются вопросы утилизации древесных отходов;

· древесные отходы - экологически чистое топливо.

В следующей таблице приведена характеристика различных видов топлива:



Вид топлива	Теплота сгорания, МДж/кг	% серы в дымовых газах	% золы	Содержание CO2 в дымовых газах, кг/ГДж
Уголь	15-25	1-3	10-20	60
Мазут	42	1,2	1,5	78
Отходы древесные (опил, стружка, щепа)	10	0	2	0
Природный газ	36	0	0	57
Пеллеты (древесные гранулы)	17,5	0,1	1	0

Была проанализирована экономическая ситуация в регионе, связанная со стоимостью различных видов топлива.

Вид топлива	Теплотворная способность	Цена	Стоимость одного кВт*ч
Дизельное топливо	10 кВт*ч/л	18 руб./л	1,80 руб.
Уголь	4 кВт*ч/кг	1,2 руб./кг	0,3 руб.
Древесные отходы	2,5 кВт*ч/кг	0,3 руб./кг	0,12 руб.

(Таблица приведена из расчетов за один из годов. Но расчетные коэффициенты остаются действительным)

Таким образом, из таблицы следует, что при использовании различных видов топлива мы имеем значительный перерасход при использовании дизельного топлива и некоторую экономию при использовании котельных установок на древесных отходах в сравнении с угольными котельными.

В) Энергосберегающие технологии у профессионалов деревопереработки.

В 2003 году «Энергетическая стратегия России до 2020 года» одобрена правительством РФ.

Одним из важнейших моментов стратегии является положение о необходимости снижения энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП) в два раза. Это даст серьезный толчок развитию экономики страны. В настоящее время энергоемкость ВВП России в три раза превышает энергоемкость внутреннего продукта США. При этом однократное превышение объясняется суровыми климатическими условиями в России, а двукратное - это уже из-за организационных проблем.

Как положительное нововведение нужно оценить включение в стратегию раздела о теплоснабжении. В стратегии есть статья о возобновляемых источниках энергии и освоении местных видов топлива (торфа, древесных отходов).

Если проанализировать в настоящее время положение дел в отдельных отраслях экономики, то можно отметить, что лесопромышленный комплекс развивается вполне успешно. Объективно говоря, это больше относится к мощным предприятиям.

Средние и мелкие деревоперерабатывающие предприятия по-прежнему тяжело встают на ноги. Одна из причин профессионалам известна: деревопереработка - энергоемкая технология. Это тем более становится актуальным в рыночных условиях. Производство качественного пиломатериала (а «ширпотреб» уже не востребован на рынке) требует глубокой переработки древесины и, что особенно важно, - качественной сушки пиломатериалов. За всем за этим стоят энергоносители.

В настоящей статье на примере «Алапаевского завода погонажных изделий» Свердловской области рассмотрен пример внедрения энергосберегающих технологий и их эффективность при выпуске качественных конкурентоспособных изделий из дерева.

В августе 2005 года группой специалистов было принято решение о строительстве завода по выпуску высококачественных погонажных изделий в поселке Зыряновский Алапаевского района Свердловской области на территории местного авторемонтного завода.

При стратегическом планировании развития нового завода первым делом решался вопрос об обеспечении цехов завода и будущих сушильных камер пиломатериалов тепловой энергией в количестве, обеспечивающим нормальное функционирование предприятия, обеспечивающим сушильный комплекс и резерв в теплоснабжении на перспективное развитие предприятия Однозначно было принято решение, что тепловая энергия должна быть своя и дешевая. Своя - это значит автономная котельная, чтобы не зависеть от энергоснабжающих организаций, от их постоянно растущих тарифов, от перебоев в теплоснабжении (в летний период), т.к. сушильный комплекс должен работать круглогодично. В противном случае - это убытки.

Дешевая - это значит, что в качестве топлива должны использоваться отходы собственного деревообрабатывающего производства. За основу были приняты показатели, что себестоимость сушки пиломатериалов при отоплении сушильных камер тепловой энергией от котельной на древесных отходах снижается в 4 раза по сравнению с сушкой «на стороне». Так как рынок качественных пиломатериалов достаточно насыщен, то конкурировать придется ценами. Да и стоимость самого теплоносителя, полученного от сжигания древесных отходов, в сравнении с теплоносителем от централизованного теплоснабжения меньше в 3,5 раза. А это уже рентабельность самого предприятия.

Г) Практический пример реконструкции котла Е 1/9 с переводом на сжигание древесных отходов.

Для всех отраслей лесной промышленности самыми крупными статьями затрат являются расходы на древесное сырье с учетом затрат на доставку его потребителям и затраты на топливо и энергию. Суммарная величина этих затрат достигает 40-45%. Снижение этих затрат благотворно скажется на работе всего лесопромышленного комплекса. Из этого следует, что для повышения эффективности работы ЛПК приоритетной задачей является снижение затрат на производство древесного сырья, энергоресурсы.

Для динамичного развития ЛПК следует»… развернуть повсеместное строительство котельных и тепловых электростанций на древесном топливе, срочно перевести на древесное топливо котельные, работающие на минеральных источниках энергии» (выдержка из статьи Суханова В.С. (Государственный научный центр лесопромышленного комплекса России, Москва) «Развитие энергоэффективных ресурсосберегающих технологий в лесопромышленном комплексе», в которой рассмотрены проблемы развития энергоэффективных ресурсосберегающих технологий в лесопромышленном комплексе).

В настоящей статье представлены материалы по проведенной компанией «ЭкоТерм» работе по реконструкции котельной с котлами Е 1/9 с переводом их на сжигание древесных отходов. Место проведения работы - г. Усть-Илимск Иркутской области.

До начала реконструкции специалистами компании было проведено обследование котельной на предмет выяснения ситуации на месте и для выработки конкретного технического решения по реконструкции.

Ситуация до реконструкции: в котельной эксплуатировались 2 котла Е 1/9, переведенные в водогрейный режим.

В котлах организовано прямое сжигание топлива - дров естественной влажности.

Назначение котельной - обеспечение теплоносителем отопительной нагрузки (производственные и бытовые помещения) и технологической нагрузки (сушильные камеры).

Каждый котел оборудован дымососом Дн 3,5. Для организации поддува воздуха в подколосниковое пространство котлов был «кустарно» подключен дутьевой вентилятор.

Общая оценка работы каждого котла и котельной в целом:

1. Неудовлетворительное горение дров естественной влажности;

2. Низкая теплопроизводительность котлов и вследствие этого нарушение температурного режима подачи теплоносителя для отопления и для технологии;

3. Низкий КПД котельных агрегатов.

О способе прямого сжигания

Прямое сжигание происходит в топках с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах малой мощности для сжигания древесного топлива с высокой влажностью: кусковых и длинномерных отходов, щепы, коры, топливных брикетов и гранул.

Прямое сжигание древесины широко используется на бытовом уровне.

В то же время технологии энергетического использования древесных отходов постоянно совершенствуется. Наиболее распространенным является перевод котельных с жидкого топлива, угля или дров на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива.

Сейчас в России появляются специальные котельные для сжигания древесных отходов достаточно крупного размера, сконструированные по новым технологиям, КПД которых достаточно высок.

В компании «ЭкоТерм» накоплен достаточный опыт проведения реконструкции котлов и котельных с переводом на сжигание древесных отходов (г. Бодайбо Иркутской обл., г. Спас-Деменск Калужской обл.).

Основной вид деятельности предприятия, на котором проводилось обследование, - деревообработка: от круглого леса до выпуска погонажных изделий. В процессе производственной деятельности предприятия постоянно образуются древесные отходы в виде опил, щепы и стружки. Проведя анализ качества древесных отходов по составу (фракция), по влажности (W min и W max %) было принято следующее техническое решение:

1. Существующий котел Е 1/9 использовать в качестве теплообменника. При этом вся трубная обвязка котла остается без изменений.

2. Перед существующим теплообменником расположить газогенераторную топку с конструкцией, адаптированной под теплообменник и под имеющиеся характеристики древесных отходов и необходимой тепловой мощности.

3. Между существующим теплообменником и газогенераторной топкой установить жаровую трубу, которая является значимым элементом конструкции всего агрегата. В жаровой трубе при температуре до 1100°C происходит окончательное горение генераторного газа и сопутствующих химических элементов.

4. Для управления работой реконструированного котла внедрен шкаф автоматического управления с системой сигнализации. Процесс контроля за температурой воды после котла автоматизирован.

Экономика:

· предложенное техническое решение позволяет заказчику снизить объемы инвестиций на приобретение теплообменника и в связи с этим затраты на перемонтаж трубной обвязки котельной;

· в качестве топлива используются древесные отходы собственного производства, в связи с чем снижаются расходы на их утилизацию и вывоз;

· использование дешевых древесных отходов в качестве топлива и заметное улучшение при этом работы котельной снижают статьи затрат в себестоимости конечной продукции;

· снижается процент брака при сушке пиломатериалов.

Техника:

· реконструкция проведена на котле Е 1/9 - одном из самых распространенных в России котлов, надежных по конструкции и проверенных в эксплуатации длительное время;

· предложенная техническим решением газогенераторная топка практически позволяет сжигать различные по составу и влажности древесные отходы;

· в связи с тем, что трубная обвязка котельной остается без изменений, обслуживающему персоналу котельной легче адаптироваться к новой технологии работы котлоагрегата;

· реконструированный котлоагрегат поддается автоматическому регулированию с помощью программируемого контроллера.

6) Изготовление композиционных материалов из мягких отходов переработки древесины. [7]

Рассмотрена возможность использования мягких отходов переработки древесины для производства ДКМ. Описывается технология производства облицовочных панелей из опилок и станочной стружки, разработанная в СибГТУ. Приведено описание экспериментальной установки для экструзионного прессования погонажных ДКМ.

При механической обработке древесины наряду с кусковыми (твердыми) отходами образуется значительное количество так называемых мягких отходов, к которым относятся станочная стружка и опилки.

Объем опилок в лесопилении определяется шириной пропила и составляет, как правило, 11-12% объема распиливаемых бревен. Количество отходов деревообрабатывающих производств зависит от качества поставляемого сырья, типа и размера изготовляемой продукции, техновооруженности предприятия и его мощности и составляет 45-63% исходного сырья (пиломатериалов).

В России, по причине общего спада экономики, опилки и станочная стружка практически не использовались и в основном направлялись в отвалы. Только в последнее время, в связи с наметившимся ростом производства в деревообрабатывающей промышленности, многие лесопильные и деревообрабатывающие предприятия стали искать применение мягким отходам. Широкое распространение получило их использование в качестве дешевого древесного топлива в виде брикетов без применения связующих веществ. Кроме топлива мягкие отходы в небольших количествах используются в гидролизном производстве, для изготовления арболита. Однако наиболее перспективным направлением переработки мягких отходов является изготовление на их основе композиционных материалов, способных заменить массивную древесину.

Первые предложения по использованию стружки и опилок для производства прессованных композиционных изделий появились еще в конце 19-го века. Процесс перехода к широкому промышленному использованию мягких отходов древесины в различных странах начался в разные периоды и происходил различными темпами. Те страны, которые испытывают дефицит в лесе и в которых внутренние источники получения опилок и станочной стружки исчерпаны, например Германия и Швеция, стали ввозить их из соседних стран.

В настоящее время фирмы «Sorbilite», «Strandex», «Timber Tech» (США), «Polima» (Швеция), «Bizon» и «Stora» (Германия), «Fasalex» (Австрия) занимаются разработкой собственных технологий и производством разнообразных древесных композиционных материалов (ДКМ) и изделий на основе древесных отходов и связующих, в качестве которых используются термореактивные смолы или термопласты.

В зависимости от направления усилия прессования существует два метода производства ДКМ: плоский, при котором давление направлено перпендикулярно плоскости ДКМ, и экструзионный, где давление прикладывается с торца вдоль плоскости ДКМ

В США методом плоского прессования из опилок изготавливают массивные дверные полотна толщиной 35-40 мм и плотностью 640-1140 кг/м3. В Швеции и Германии производят формованные дверные облицовочные панели толщиной 3,6 мм, имитирующие филенки, для дверей щитовой конструкции с сотовым заполнением. Технология производства панелей аналогична технологии производства древесностружечных плит. Панели покрыты бумажной пленкой, пропитанной фенолоформальдегидной смолой. Благодаря использованию термореактивных малотоксичных смол двери, изготовленные с использованием формованных полотен, соответствуют самым жестким санитарно-гигиеническим требованиям. Содержание свободного формальдегида в панелях соответствует классу эмиссии Е-1 и не превышает 5 мг /100 г.

Методом плоского прессования также изготавливаются стеновые панели, плинтуса, наличники, рамы для картин и фотографий различного профиля, мебельные фасады для кухонь с любым профилем, части для кроватей, столов, стульев, внутреннюю отделку для автомобилей, тарные ящики, вкладываемые жесткие элементы для картонной тары и многое другое.

Методом экструзии получают различные погонажные изделия, которые применяются для изготовления оконных блоков, дверных коробок, в строительстве как конструкционные элементы. О темпах роста производства свидетельствует то, что только в США в 2000 году объем производства ДКМ методом экструзии по сравнению с 1998 годом, увеличился в два раза и составил 200000 т.

Одним из перспективных направлений является использование в качестве связующего для ДКМ распространенных синтетических полимеров - термопластов: полиэтилена низкого (ПЭНД) и высокого (ПЭВД) давления, полистирола, поливинилхлорида, разнообразных отходов их производства и переработки.

Применение термопластичных полимеров в качестве связующего позволяет получить материал с высокой стабильностью форм и размеров, хорошими монтажными свойствами (крепление гвоздями, сшивание и т.д.); возможно его штампование и тиснение. Поэтому применять такие ДКМ можно в самых различных отраслях промышленности - автомобилестроении, производстве тары, мебели, игрушек, строительных изделий. Их способность к неоднократной переработке позволяет создавать практически безотходные производства и использовать вторичные полимеры.

Учитывая возросший интерес к использованию мягких отходов переработки древесины, в СибГТУ ведутся работы по разработке технологий изготовления ДКМ из опилок и станочной стружки. Разработана технология изготовления декоративных стеновых и облицовочных дверных панелей с использованием в качестве связующего термореактивных карбамидо- и фенолоформальдегидных смол. Плотность панелей 800-1100 кг/м3. Процесс облицовывания панелей пленочными материалами (бумагой, пропитанной термореактивными смолами) совмещен с процессом формования. В результате облицовывания значительно улучшается внешний вид изделия, возрастают его физико-механические свойства.

Технологический процесс изготовления панелей состоит из следующих операций: приготовления древесно-клеевой массы, формования панели на гидравлическом прессе и послепрессовой обработки. Формование облицовочных панелей производится при давлении 4-10 МПа, температуре нагрева рабочих поверхностей прессформ 160-18°С, продолжительности выдержки 150-300 с при толщине панели 4 мм.

Панели готовы для поверхностной обработки. Возможно бейцевание, нанесение лессирующей краски, пигментированного или прозрачного лака, обыкновенная покраска (желательно двухкомпонентными красками). На панелях может быть нанесена текстура древесины.

Проводятся работы по исследованию процесса экструзионного прессования погонажных изделий из стружки и опилок. Для этих целей разработана и изготовлена установка, принципиальная схема которой приведена на рисунке. Максимальное давление прессования, развиваемое установкой, 10 МПа, температура канала пресса - 220°С.

Заключение

Из выше приведенного мы можем увидеть и сделать для себя вывод, что отходы деревообрабатывающих производств и вообще древесные отходы в целом играю большую роль в жизни современных людей и большинства современных предприятий.

Если бы человек не придумал рациональное использование этих отходов, то кто знает в какую бы сторону повернулось все. Ведь эти древесные отходы используются как и в строительстве материалов для дома так и в отоплении того же дома. И еще во многих других отраслях в различных направлениях своей деятельности.

Мы понимаем, что деревообрабатывающие производства стали практически безотходным производством, вед каждому их отходов этой отрасли найдется применение в разных направлениях.

Список литературы

1. Радчук Л.И. Основы конструирования изделий из древесины: Учебное пособие. - М.: МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2006

2. Редькин А.К., Никишов В.Д., Смехов С.Н., Ярцев И.В., Гнатовская И.В., Слинченков А.Н. Технология и оборудование лесозаготовок: Учебное пособие. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2010.

3. Глебов И.Т. Обработка древесины методом фрезерования: Учебное пособие. - Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2007.

4. Макаренко А.В., Тимохин А.Ю. Устройство и правила эксплуатации бензиномоторных пил: Учебно-методическое пособие. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2007.

5. Редькин А.К., Никишов В.Д., Смехов С.Н., Ярцев И.В., Гнатовская И.В., Слинченков А.Н. Технология и оборудование лесозаготовок: Учебное пособие. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2010.

6. Герц Э.Ф., Полукаров М.В., Беляйков Ф.Г. Технологические возможности и производительность оборудования для лесосечных работ: Учебное пособие. - Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2009.

7. Доклад научно-практической конференции «Инвестиционный потенциал лесопромышленного комплекса Красноярского края - СибГТУ, 2001» А.А. Филиппович к.т.н., доц.

Размещено на Allbest.ru