CC BY
1*
УДК 630
Б. М. Локштанов,
кандидат технических наук, доцент
tlzp@inbox.ru
Санкт-Петербургская государственная
лесотехническая академия
ВЫХОД ЩЕПЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Распиловка, окорка, рубка балансов, сортирование щепы, выход щепы, отходы древесины.
Sawing, disbarking, chopping wood into chips, sorting chips; chips output, waste wood.
На целлюлозно-бумажных предприятиях основным древесным сырьем для производства продукции являются балансы и привозная технологическая щепа. Балансы как правило имеют размеры 3-6 м (длинник) и 1,2-2,5 м (коротье). Балансы могут быть хвойные (сосна, ель, пихта, лиственница) и лиственные (береза, осина, тополь и т. д.). По качеству балансы могут быть 1-3 сортов по ГОСТу [2, 3], техсырье по ТУ [4-6]. Щепа по ГОСТ 15815-83 может быть марок Ц-1, Ц-2, Ц-3 из различных пород древесины [7].
Балансы могут быть поставлены на предприятия ЦБП как сухопутным транспортом - в вагонах по железной дороге или автолесовозами по автодорогам, так и водным путем - балансы (длинник) сплавом в плотах или судах. Технологическая щепа может быть поставлена сухопутным транспортом в вагонах или автощеповозах или водным путем в судах.
Большое разнообразие видов древесного сырья, его состояние (влажность, температура, качество) оказывают значительное влияние на технологические режимы подготовки древесного сырья к переработке, на выход подготовленного древесного сырья и на количество отходов древесины, образующихся при этом [8].
Основные технологические операции при подготовке балансов к переработке: распиловка длинника на коротье требуемого размера; окорка балансов; рубка на щепу; сортирование щепы; система подачи щепы на пере-
работку. Технологические операции при подготовке привозной технологической щепы: системы приема и подачи щепы на хранение и в подготовительные цеха; сортировка щепы, очистка щепы от примесей (промывка щепы). Кроме перечисленных технологических операций определенное влияние на показатели оказывает технология складирования хранения древесного сырья.
Расчет расхода древесины (без учета коры) на производство 1 т целлюлозы по варке или древесной массы по дефибрированию стандартной влажностью (12 % а. с.) производится в плотных кубометрах древесины или плотных кубометрах щепы для каждого вида этих полуфабрикатов по формуле [1]
- 880-100
i =-, (1)
где 880 - содержание абсолютно сухого вещества (а. с. в.) в 1 т полуфабриката при его стандартной влажности 12 %, кг (величина постоянная); рбаз -
3 3
базисная плотность - содержание а. с. в. в 1 м влажной древесины, кг/м (устанавливается экспериментальным путем, не зависит от влажности и для данного образца древесины является однозначной величиной; имеются данные по породам и регионам [1]); Рв - выход полуфабриката из 1 пл. м древесины, подготовленного для переработки (рассчитывают экспериментальным путем), % к а. с. массе; K - коэффициент выхода технологической древесины при механической подготовке ее в производство (устанавливается экспериментальным путем).
Несмотря на кажущуюся простоту формулы (1) определение показателей требует огромных затрат труда и времени. В связи с этим показатели проверяют каждые пять лет или если в технологии производства целлюлозы, использования пород древесины, их качества, способа поставки, технологии подготовки древесины произошли изменения.
Коэффициент выхода технологической древесины K при механической подготовке определяется по формуле
К = Кд K Кь йК б0 К M, (2)
где Кр, К0, Кр c, Кхр, Ктр - коэффициенты выхода древесного сырья соответственно при распиловке, окорке, рубке балансов и сортировании полученной щепы, хранении древесного сырья, транспортировке.
Когда на предприятиях стоит вопрос о нормировании расхода древесины на производство целлюлозы и древесной массы, Кр принимают за единицу (Кр = 1,0), так как по стандарту [2, 3] у длинномерных балансов должен быть припуск на поперечную распиловку. Кроме того, при хранении и транспортировке не должно быть потерь, т. е. Кхр = 1 и Ктр = 1. Однако на практике это осуществить сложно, и возникают косвенные потери и отходы.
Таким образом, уже на этой стадии расчетов мы сталкиваемся с разногласиями по определению выхода подготовленного древесного сырья и количеству отходов древесины. И еще немаловажный фактор - учет коры. Балансовая древесина во всех документах значится в пл. м3 без учета коры, но кора на древесине имеется - как быть? В этом случае кору определяют и учитывают сверх объемов поставляемой древесины. Количество же коры на древесине зависит от большого количества факторов: породы древесины, условий произрастания, места ее на стволе, способа поставки древесины на предприятие, способа и техники разгрузки бревен, условий хранения.
Для предварительных расчетов принимают количество коры на древесине: ель - 9 %, сосна - 11, береза 13, осина - 14, лиственница - 16 %. Так как балансовая древесина - это комлевая и вершинная части ствола дерева, то количество коры (по объему) может быть и больше. Если балансы поставляются сплавом в плотах, то количество коры может быть меньше на 30 % из-за потерь ее при сплаве. Количество коры на древесине определяют по соответствующей методике [1].
Коэффициенты выхода древесины на различных стадиях при окорке балансов Ко , рубке на щепу и сортировании щепы Кр с определяют по формулам
К, = Ш-З., КН = , (3)
1 10^ 5п 100
где Ро - потери и отходы древесины при окорке, %; Рр с - потери и отходы при рубке, сортировке и дезинтегрировании щепы, %.
К,йп = К, Кбп. (4)
Как отмечалось, потери и отходы рассчитывают по каждой породе, качеству балансов или щепы, способу поставки и т. д. Средневзвешенные проценты потерь и отходов древесины рассчитывают по формуле
£ = £д 1 + £20 2 + ... + ЦО ; (5)
Пб 0 1 + 0 2 + ... + д ; '
где Р1, Р2, ..., Рп - потери и отходы древесины на отдельной операции ее подготовки для каждой партии древесины с учетом породы, качества и т. д., %; т1, т2, ..., тп - объем древесины в пл. м с учетом породы, качества и т. д. или доля этого сырья в общем объеме поставки.
Определение потерь и отходов древесины на каждой стадии ее обработки подробно описано в Инструкции [1], руководствуясь которой большинство предприятий отрасли определяют нормы расхода древесины. Наиболее трудоемко определение отходов древесины при окорке в барабанах, особенно при мокрой окорке, так как приходится учитывать изменение влажности древесины и отходов.
Широкое внедрение в отрасли сухой окорки балансов в барабанах позволило использовать несколько упрощенную методику определения отходов и повысить точность полученных показателей.
Для примера рассмотрим выход подготовленной к переработке технологической щепы из короткомерных балансов I категории (1, 2 сортов) и балансов II категории (3 сорта и техсырья); причем системы окорки в барабанах - с применением как воды (мокрый способ), так и пара (сухой способ). Таким образом, имеем четыре системы подготовки древесного сырья (см. рисунок). Решаем обратную задачу - расчет потребного количества балансов для производства единицы продукции (целлюлозы) и количества отходов, образующихся при этом.
За основу принято, что на производство 1 т воздушно-сухой целлюлозы (влажностью 12 %) с выходом 50 % расходуется 2143 кг а. с. древесины (технологической щепы), а также что отходы древесины при окорке в барабанах балансов I категории составляют 2, а балансов II категории - 11,3 % (увеличение за счет удаляемой гнили и снижения качества самой древесины). Отходы при рубке балансов и сортировании щепы составляют для древесины I категории 2, для II категории 7 %. Количество коры на балансах принято 13 % (кора учтена сверх объема древесины). Все расчеты по древесине ведутся в кг а. с. в.
Кроме того, нами рассмотрены расходные характеристики воды при 75 %-м водообороте при мокрой окорке (теоретически возможном) и расход пара при сухой окорке. Представлены схемы мокрой окоркой в барабанах балансов I категории (рисунок а) и балансов II категории (рисунок б), схемы сухой окорки в барабанах балансов I категории (рисунок в) и балансов II категории (рисунок г). В последнем случае предусмотрен обмыв окоренных балансов водой для удаления прилипших частичек гнили и коры на поверхности бревен.
Схемы расхода древесного сырья, воды и пара на 1 т воздушно-сухой целлюлозы при различных способах окорки балансов: а - окорка балансов I категории в барабанах с применением воды; б - то же, балансов II категории; в - окорка балансов I категории в барабанах с применением пара; г - то же, балансов II категории
1 - окорка; 2 - рубка; 3 - дробление отходов; 4 - ТЭЦ; 5 - отделение воды; 6 - режим отходов; 7 - очистка воды
(□□) - вода; (ЕЭ) - сырье и отходы древесины; (ШШ) - кора; (^И) - пар; (2233) - сырье, кора, отходы при абсолютно сухом состоянии, кг; 660 - количество пара, кг
Предусмотрено прессование (отжим) коры и отходов окорки после мокрой окорки в барабанах для дальнейшей утилизации их в ТЭЦ для получения тепловой энергии. Как показала практика, относительная влажность коры и древесных отходов после отжима коры и отходов после мок-
рой окорки достигает 55-65 %. С другой стороны, влажность коры и отходов после сухой окорки составляет 45-55 % без прессования [8], что позволяет получить больше тепла с 1 кг этих отходов.
Анализируя приведенные системы, можно отметить, что на производство 2143 кг а. с. в. щепы требуется различное количество балансов I и II категорий. Так, при мокрой окорке (см. рисунок) по схеме а требуется 2233 кг а. с. в. (исходного сырья - балансов I категории), а по схеме б -2520 кг а. с. в. (балансов II категории); разница 287 кг. При этом расход
33
оборотной воды увеличивается с 27 до 37 м (разница 10 м ), а свежей во-
33
ды - с 6 до 9 м (разница 3 м ). При этом количество подаваемых в ТЭЦ древесных отходов (коры и отходов) увеличивается почти в два раза (см. рисунок а, б), количество сбрасываемых отходов в отвал и со стоками также увеличивается в два раза. В то же время количество вырабатываемого в ТЭЦ пара увеличивается в два раза (с 660 до 1270 кг) за счет увеличения количества отходов с 330 до 635 кг.
Сравнивая системы производства щепы на основе мокрой и сухой окорки балансов, можно отметить почти полное отсутствие сброса коросо-держащих стоков при сухой окорке, полное улавливание отходов древесины и получение почти удвоенного количества пара (за счет снижения влажности отходов) при сухой окорке (см. рисунок в, г).
Как отмечалось, отходы древесины при распиловке не входят в расчет нормы расхода древесины при производстве целлюлозы, но эти отходы составляют 0,8-1,2 % в зависимости от количества поперечных резов (требуемая длина короткомерных балансов, вырабатываемых из длинника) и должны учитываться при расчете количества отходов древесины, направляемых, например, в ТЭЦ.
На некоторых предприятиях отрасли количество длинника, поступающего на распиловку на слешер, оценивается величиной 1 млн пл. м3 и более; тогда эти отходы древесины могут составить не менее 10000 пл. м , из которых можно выработать значительное количество тепловой энергии.
В последнее время на предприятиях ЦБП внедряют новые системы подготовки древесного сырья без распиловки длинника на слешерах, осуществление сухой окорки балансов в барабанах диаметром 6.0, применение роторных станков для окорки длинника, применение системы сортирования щепы по толщине и др.
Так, на Сыктывкарском ЛПП на одном из потоков осуществлена система окорки длинника длиной 4-6,5 м, диаметром 12-40 см на роторном
станке, рубки балансов в машине с горизонтальным патроном. Это позволило повысить выход щепы и сократить отходы на 2-2,5 %.
На Светогорском ЦБК установлены окорочный барабан диаметром 6 м, а перед барабаном - цепной транспортер с размораживающей камерой, что позволило окаривать сухим способом как хвойные, так и лиственные балансы длиной 2-5 м, в том числе и низкокачественные с высоким качеством окорки и производительностью до 400 м /ч.
В 2007 году на этом предприятии осуществлена впервые в России новая система подготовки осины длиной 4-6,5 м, диаметром 10-50 см. для производства БХТММ, которая включает сортировку балансов (2 и 3 сортов), окорку их на роторном станке, рубку длинника в машине с горизонтальным патроном и сортировку щепы на дисковой сортировке. Такая система подготовки древесины обеспечивает высокое качество щепы с минимальными отходами осиновой древесины.
Внедрение системы сортирования щепы по толщине (на дисковых сортировках) на Усть-Илимском ЛПК позволило повысить выход целлюлозы на 3-4 % за счет повышения качества щепы и снижения непровара.
Вовлечение в производство целлюлозы таких пород, как береза и лиственница, вызывает трудности при окорке и рубке в связи с повышенным содержанием на них коры и прочностью ее сцепления с древесиной, с высокой плотностью самой древесины и хрупкостью ее при замораживании.
Для повышения эффективности окорки березы в барабанах и снижения отходов при этом применяют специальные надрезатели коры, в том числе с гидронадрезом. Рубку лиственницы рекомендуется вести в специальных многоножевых машинах с регулируемой скоростью рубки (зимой 8-10 м/с, летом 15-20 м/с) и с безударным выбросом щепы. Это позволяет повысить качество щепы и сократить количество ее отсева (особенно зимой) на 5-10 %.
Хранение технологической щепы в кучах более трех месяцев приводит к снижению базисной плотности щепы и соответственному увеличению расхода щепы при производстве целлюлозы. Снижение выхода целлюлозы при длительном хранении щепы составляет 1 % в месяц [8].
Транспортирование щепы также связано с ее измельчением, например на пересыпах ленточных транспортеров, в коленах труб пневмотранспорта щепы, при перемещении щепы бульдозерами. Особенно велико измельчение щепы при пневмотранспорте, достигающее величины 3-8 %, из которых половина отсеивается в отходы при сортировании. По этой причине, а
также из-за значительного расхода электроэнергии пневмотранспорт все реже применяют в ЦБП и заменяют его легкими ленточными транспортерами.
Кора, которая не входит в систему учета древесного сырья на варку, составляет около 10-13 % (а это для предприятия, потребляющего ее, на-
33
пример, 1 млн м в год может составить 100-130 тыс. пл. м ) и должна учитываться при расчете отходов древесины, подаваемых на утилизацию.
По оценкам предприятий ЦБП, выполнивших работу по Инструкции [1], выход щепы из балансов I категории составляет для хвойных пород около 95, для лиственных около 93 %, а из балансов II категории хвойных и лиственных пород выход щепы уменьшается соответственно до 88 и 83 %.
Общее количество отходов (включая кору), образующихся при подготовке к переработке 1 млн пл. м балансов I категории хвойных пород
33
может достигать 180 тыс. пл. м , лиственных - 200 тыс. пл. м , а для балансов II категории хвойных пород количество отходов увеличится до
33
250 тыс. пл. м , лиственных пород - до 300 тыс. пл. м .
Использование привозной технологической щепы, которая по всем нормам должна направляться на варку без какой-либо подготовки, на предприятиях ЦБП связано с ее обработкой. Во-первых, в зимний период щепа смерзается и для ее разгрузки из вагонов необходимо разрыхление, которое сопровождается измельчением на 2-4 % и соответствующими отходами при сортировании. Во-вторых, при перевозке щепы в нее попадают минеральная пыль и грязь, которые удаляют, например, промывкой, что также сопровождается отходами из мелких част щепы.
Таким образом, совершенствование процессов подготовки древесного сырья к переработке на целлюлозу и древесную массу повышает выход и качество щепы. При этом научно обоснованный расход древесины на производство целлюлозы и древесной массы позволяет рассчитывать не только объемы требуемого сырья, но и объемы древесных отходов и определять способы их утилизации.
Библиографический список
1. Инструкция по нормированию расхода древесины в производстве целлюлозы и древесной массы [Текст] / Ю. П. Степанов, Б. М. Локштанов и др. - М.: Лесн. пром-сть 1982. - 65 с.
2. ГОСТ 9462-88. Лесоматериалы круглые лиственных пород. Технические условия [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1988.
3. ГОСТ 9463-88. Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1988.
4. ТУ 13-0273685-402-89. Сырье древесное (балансы IV сорта) [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
5. ТУ 13-0273685-404-89. Дровяная древесина для технологических нужд [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
6. ТУ 134-0273685-405-89. Сырье для целлюлозно-бумажной промышленности [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
7. ГОСТ 15815-83. Щепа технологическая. Технические условия [Текст]. -М.: Изд-во стандартов, 1983.
8. Технология целлюлозно-бумажного производства [Текст] : справоч. матер. - В 3 т. Т. 1, ч. 1. Сырье и производство полуфабрикатов. - СПб.: ЛТА, 2002. - 432 с.
Рассмотрены вопросы выхода подготовленного к переработке древесного сырья и количество образующихся отходов древесины и коры. Приведены данные по выходу древесины при окорке балансов, рубке балансов на щепу и сортирование щепы. Приведенные сравнительные данные по использованию различных способов окорки в барабанах балансов первой и второй категории. Приведены расходные характеристики древесины при производстве одной тонны целлюлозы.
* * *
Questions of output of arboreal raw materials prepared for processing and quantity of wood waste and bark are observed in the article. Data of wood output at barking, chipping logs and sorting of chips are cited. Relative data on use of various methods of barking of balances in drums are cited. Characteristics of wood consumption at production of one ton of cellulose are given.
