CC BY
28
^^ТхИМИЧЕ'
СКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ
УДК 634*867:631.8
Ю.Л. Юрьев, А.В. Солдатов
Юрьев Юрий Леонидович родился в 1950 г., окончил в 1972 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, заведующий кафедрой химической технологии древесины Уральского государственного лесотехнического университета. Имеет около 60 печатных работ в области термохимической переработки древесины.
Солдатов Александр Владиславович родился в 1957 г., окончил в 1979 г. Уральский лесотехнический институт, доцент кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства УГЛТУ. Имеет около 30 печатных работ в области оценки ресурсов круглых лесоматериалов и оптимального лесопользования.
ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ В УСЛОВИЯХ
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Рассмотрены вопросы термохимической переработки древесины в условиях лесопромышленного предприятия; приведен пример расчета ресурсов и выхода продуктов термохимической переработки.
Ключевые слова: таксационные показатели, выход сортиментов, алгоритм расчета, древесный уголь, металлургия.
При выполнении лесосечных и лесоскладских работ, вывозке древесины, обработке лесоматериалов в лесообрабатывающих цехах образуется значительное количество низкосортной и низкокачественной древесины и отходов. Использование этих ресурсов в качестве вторичного сырья позволяет повышать эффективность производства, а некоторым лесопромышленным предприятиям дает возможность выхода из кризиса.
По нашему мнению [3], наиболее реальным вариантом использования отходов, особенно лиственных пород, является их термохимическая пе-
реработка (ТХП). Ее продукты - газы, жидкости и твердые материалы. Остановимся на товарном продукте ТХП - древесном угле (ДУ).
Нами создан алгоритм расчета ресурсов и выхода продуктов ТХП древесного сырья на основе количественных и качественных характеристик имеющегося лесного фонда и принятой на конкретном предприятии технологии заготовки и переработки древесины.
Для примера рассмотрим лесопромышленное предприятие (леспромхоз), расположенное в Свердловской области, с объемом лесозаготовок 100 тыс. м3 в год и типичными таксационными показателями лесо-
сырьевой базы:
Состав насаждения.................................................................4С2Е2Б2Ос
Средний объем хлыста, м3.................................................................0,44
Запас на 1га, м3'.....................................................................................180
Средний диаметр на высоте груди, см..............................................23,7
Средний диаметр в комле, см............................................................29,6
Средняя высота, м / разряд высот...............................................21,9/ III
Класс бонитета....................................................................................III, 4
Годовой объем производства сортиментов рассчитаем с учетом производственных мощностей леспромхоза. На основе материалов отводов лесосечного фонда определим породную структуру планируемого под раскряжевку сырья, средний диаметр, выход деловой древесины и средний разряд высот, а также объемную структуру баланса раскряжевки хлыстов. Для этой цели воспользуемся методикой [2], позволяющей по известным таксационным характеристикам сырья и на основании регрессионных уравнений коэффициентов максимального выхода из здоровых и низкокачественных хлыстов определить объемы ресурсов.
Сырьем при раскряжевке хлыстов являлась низкосортная (пиловочник обычный и тарный кряж) и низкокачественная древесина мягколиствен-ных пород - тонкомерное и среднетолщинное сырье диаметром 8 ... 20 см, дровяное сырье и отходы от раскряжевки и вторичной переработки.
Определив ресурсы выхода сортиментов, получим возможность оценить имеющиеся объемы сырья для различных видов производств в условиях нижнего склада.
В табл. 1 приведен расчет сортиментного состава древостоев для исходных данных, приведенных выше. При расчетах использованы таблицы Н.П. Анучина [1].
Анализируя данные табл. 1, можно сделать вывод, что число выпиливаемых сортиментов для лесопромышленного предприятия с небольшим объемом лесозаготовок превышает разумные пределы. Учитывая это, целесообразно общее число сортиментов сократить. Низкосортное пиловочное сырье, тарный и клепочный кряж, строительное бревно (имеет ограниченный сбыт), спичечный кряж (резко снижено производство спичек), короткие балансы целесообразно направить на таропиление, остальные сортименты отгружать потребителю в круглом виде.
Таблица 1
Сосна Ель Береза Осина Все породы
Сортимент % тыс.м3 % тыс.м3 % тыс.м3 % тыс. м3 хвойные листвен-ные всего
Деловая древесина (без коры) В том числе: пиловочник строительное бревно шпальник тарный кряж рудстойка фанерный кряж спичечный кряж клепочный кряж лыжный кряж балансы упаковочная стружка Технологическое сырье Дрова 86 55 19 5 11 10 1 1 34,4 18,9 6,5 1,8 3,8 3,4 0,4 0,4 84 53 10 2 7 28 3 3 16,8 8,9 1,7 0,3 1,2 4,7 0,6 0,6 57 6 10 43 15 16 10 11 11 11,4 0,7 1,1 5.0 1.7 1.8 1.1 2,2 2,2 44 20 23 20 20 9 8 23 18 8,8 1,8 2 1,8 1,8 0,7 0,7 4,6 3,6 51,2 27,8 8,2 2,1 5 8,1 1 1 20,2 2,5 3,1 5 1,8 1,8 1.7 2,5 1.8 6,8 5,8 71,4 30,3 8,2 2,1 3,1 5 5 1,8 1,8 1.7 10,6 1.8 7,8 6,8
Отходы 12 4,8 10 2 11 2,2 15 3,0 6,8 5,2 12
Итого 100 40 100 20 100 20 100 20 60 40 100
Таблица 2
Лесосечные Лесо- Лесо- Всего
Отходы работы складские обрабаты- по предприятию
работы вающие цехи
Общие 39,5 16,1 12,3 67,9
В том числе при-
год- 18,5 4,5 12,3 35,3
ные для ТХП:
хвойные 11,1 2,7 7,4 21,2
лиственные 7,4 1,8 4,9 14,1
8*
Кусковые отходы и их реальные ресурсы для ТХП (тыс. м3) в данных условиях образуются при лесосечных, лесоскладских работах и в лесообрабатывающих цехах (табл. 2).
Из общих ресурсов исключены проблемные или непригодные для ТХП (сучья, ветви, вершинки, пни, корни и древесная зелень (лесосечные работы), а также корье (лесоскладские работы)). Для них отсутствует технология ТХП, позволяющая получать ДУ необходимого уровня качества по приемлемой цене, что связано с большими затратами на подготовку сырья (сучья, ветви, пни) или с его высокой исходной зольностью (вершинки, корни, древесная зелень, корье).
ДУ может иметь как промышленное, так и бытовое применение. В промышленности основным потребителем ДУ является металлургия, где его используют в качестве топлива или углеродного восстановителя ферросплавного производства.
При выплавке чугуна к доменному топливу предъявляются следующие требования:
высокая газопроницаемость насыпной массы, которая создается отсевом мелких фракций и высокой механической прочностью, сохраняющейся до высокой температуры; разрушение топлива в доменной печи недопустимо, так как это снижает газопроницаемость столба шихтовых материалов и затрудняет дренаж жидких продуктов плавки;
пористость, обеспечивающая интенсивное горение в горне печи; высокая теплота сгорания, обеспечивающая достижение нужной температуры;
низкое содержание вредных примесей (сера, фосфор), которые могут существенно ухудшить качество чугуна и повысить относительный расход горючего;
низкое содержание золы, которая, переходя в шлак, увеличивает относительный расход горючего;
низкий выход летучих веществ; невысокая стоимость.
Этим требованиям удовлетворяет ДУ с содержанием 70 ... 85 % нелетучего углерода, следов серы, 0,01 ... 0,04 % фосфора, 1 ... 2 % золы, 10 ... 30 % летучих веществ и 3 ... 5 % влаги, обладающий высокой пористостью (70 ... 90 %). Однако механическая прочность ДУ оставляет желать лучшего. Поэтому его используют в доменных печах высотой не более 16 ... 18 м.
Основные требования к качеству углеродистых восстанови-тел ей при получении ферросплавов:
содержание твердого (нелетучего) углерода, золы, летучих веществ, рабочей влаги и серы;
химический состав золы;
удельное электрическое сопротивление;
пористость;
физико-химические свойства (гранулометрический состав, прочностные характеристики);
восстановительная способность по отношению к оксидам определенного элемента.
Углеродистые восстановители применяют в зависимости от их физико-химических свойств, которые зависят от способа получения, мощности и конструкции печи, температуры восстановления, химического состава золы и летучих продуктов, электрического сопротивления, химической активности по отношению к конкретным оксидам и т.д. Поэтому обоснование и выбор конкретного восстановителя определяют при испытаниях в промышленных условиях.
Важным свойством шихты для получения ферросплавов углетерми-ческим процессом с погруженными в шихту электродами является ее удельное электрическое сопротивление. Оно при прочих равных условиях зависит от гранулометрического состава отдельных компонентов и шихты в целом. В общем случае удельное электрическое сопротивление шихтовых материалов подчиняется правилу аддитивности. При этом с уменьшением размеров кусков используемых материалов удельное электрическое сопротивление должно возрастать. В тоже время при уменьшении размеров углеродистого восстановителя и неизменных размерах кусков руды удельное электрическое сопротивление снижается.
Чрезмерное уменьшение размеров кусков шихты снижает газопроницаемость ее столба в ванне печи, что может привести к снижению производительности агрегата и технико-экономических показателей выплавки ферросплавов. Электрическое сопротивление шихты может быть изменено путем смешения различных восстановителей вплоть до древесных отходов.
Исходя из технологических требований, можно сделать вывод, что в большинстве случаев требуется сравнительно прочный ДУ с высоким содержанием нелетучего углерода и низкой зольностью, особенно в отношении фосфора и серы, а в производстве ферросплавов, кроме этого, ДУ должен иметь и достаточное электрическое сопротивление.
Эти показатели в основном зависят от породы исходной древесины и конечной температуры ТХП. Самый слабый ДУ получают из еловой древесины, самый прочный - из березовой. Содержание нелетучего углерода в ДУ зависит, в основном, от конечной температуры ТХП. Обычно она находится в пределах 450 ... 650 °С. Если ДУ предполагается использовать в быту, то температуру ТХП принимают ближе к нижнему пределу, если в промышленности - к верхнему.
Исходя из сырьевых ресурсов, рассматриваемых в примере, и в соответствии с ГОСТ, предприятие может получать древесный уголь трех марок: А - из березы, Б - из осины, В - из сосны и ели. В нашем случае из отходов можно получить 3700 т ДУ, в том числе: марки В - 2120 т, марки Б - 710 т, марки А - 870 т общей стоимостью 24,2 млн руб. При средней цене сырья в Свердловской области 150 руб/м3 и условии, что ДУ будет продано как бытовое топливо, это даст прибыль около 10 млн руб.
Реальная ситуация в Свердловской области заключается в том, что осина не имеет сбыта, а из березы имеет сбыт только фанерное сырье (в примере - 5 тыс. м3). В этом случае ресурсы лиственной древесины для ТХП возрастают и при производстве 2120 т ДУ марки В возможно получение уже 2000 т ДУ марки Б и 1870 т ДУ марки А (всего 4990 т) общей стоимостью 41,6 млн руб, что обеспечивает прибыль от его продажи в размере около 22 млн руб на каждые 100 тыс. м3 объема лесозаготовок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анучин Н.П. Сортиментные и товарные таблицы / Н.П. Анучин. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 536 с.
2. Прешкин Г.А. Моделирование специализированной раскряжевки осиновых и березовых хлыстов / Г.А. Прешкин, А.В. Солдатов // Лесн. журн. - 1989. - № 3. - С. 43-48. - (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Юрьев Ю.Л. Основные проблемы термохимической переработки лиственной древесины / Ю.Л. Юрьев // Материалы межд. научно-техн. конф., посвященной 75-летию АЛТИ-АГТУ. - Архангельск, 2004. - Т. 1. - С. 290-292.
Yu.A. Yurjev, A. V. Soldatov
Thermochemical Woodworking in Forest-industrial Enterprises
The questions of thermochemical woodworking in forest-industrial enterprises are considered; the example of resources calculation and products output of thermochemical treatment is provided.
