Рациональное использование древесины и отходов – стратегическая основа развития ЛПК страны

По итогам производственной деятельности предприятий ЛПК в России каждый год выделяется около 70 млн. т. отходов. При этом большая часть их никак не используется, тем самым оказывая негативное влияние на экологическую обстановку региона. Тогда как рациональное использование древесных отходов возможно. В настоящее время, в связи с ростом цен на энергоносители, весьма актуален вопрос энергосбережения на предприятии. Деревообрабатывающие предприятия отличаются высокой энергоемкостью производства. Именно поэтому применение древесных отходов на этих предприятиях значительно увеличивает рентабельность производства и позволяет повысить эффективность технологического процесса. Древесина хорошо реагирует с другими материалами, то есть, нет необходимости сжигать ее на высоких температурах, при этом выход окислов азота уменьшается. Если получаемое количество биомассы вполне соизмеримо с затратами энергии на ее выработку, то содержание в атмосфере CO2 не меняется. Существует три способа выработки энергии из древесных отходов: пиролиз, газификация, прямое сжигание. При этом, прямое сжигание наиболее часто применяется в России, как одно из направлений безотходных технологий. Котлы большинства деревообрабатывающих предприятий построены с применением слоевых методов сжигания. Они довольно просты в применении и надежны, и при этом не требуют больших вложений. Однако эффективность прямого сжигания частенько может быть снижена за счет перемены влажности и различающегося состава отходов, а также тяжелой их транспортабельностью. Для выравнивания гранулометрического состава применяются рубительные машины. Чтобы повысить транспортабельность таких отходов, применяют их брикетирование и гранулирование.

Объемы энергетического использования биомасссы среди развитых странах распределено неравномерно. Прежде всего, лидируют страны с развитой целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленностью. В мире: США, Китай, Финляндия, Швеция, Германия, Канада и др. Отходы деревообработки и черный щелок составляют основную энергетическую массу которую используют предприятия этой отрасли для производства электрической и тепловой энергии, в том числе водяного пара. Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность России значительно уступает мировым лидерам при наличии лучшей ресурсной базы. К 2020 году должны претерпеть значительную модернизацию, в результате чего увеличится объем отходов, остающихся для энергетического использования. Эффективное вовлечение древесной биомассы в энергетику возможно в районах масштабной переработки древесины. Поэтому особый экономический режим должен создаваться не для получения энергии из древесной биомассы, а для развития деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности. На душу населения в России потребляется бумаги в 10 раз меньше, чем в США.

Учитывая высокий темп, взятый в модернизации лесопромышленного комплекса, необходимы скоординированные программы высокоэффективного энергетического использования ресурсов лесопромышленной отрасли. Подчеркну: «высокоэффективного», поскольку в проекты новых объектов могут быть заложено (или не заложено вовсе) строительство энергетических объектов, использующих древесные отходы. При изучении данного вопроса мы сталкивались с тем, что огромное количество отходов либо вовсе не используются, либо сжигаются на малопродуктивных установках. Необходимо разработать ряд стратегических документов для осуществления энергетического использования древесной биомассы в лесопромышленном комплексе. Понят.о, что Министерство энергетики РФ также должно участвовать и необходимые документы должны быть разработаны.

Оценки возможностей использования отходов деревообработки показывают широкие перспективы для технического перевооружения существующего оборудования и создания нового высокоэффективного оборудования для различных предприятий ЛПК. За рубежом, особенно в Скандинавских странах, широко используются различные виды биомассы, в частности древесное топливо для производства тепла и энергии. Важным является то обстоятельство, что это топливо является возобновляемым, его стоимость в случае использования невостребованных отходов ниже, чем других источников энергии. Кроме того, при сжигании биомассы снижаются выбросы углекислого газа СО2, что уменьшает парниковый эффект в глобальном масштабе. Например, в Дании в начале будущего века будет пущена крупнейшая установка мощностью около 100 МВт. эл. и 125 МВт тепл. для сжигания угля, соломы и щепы, обеспечивающая высокий кпд при минимальных выбросах вредных веществ. [5 c.3]

В России насущной необходимостью является, прежде всего, использование отходов ЛПК на небольших по мощности установках. В основном требуется перевести имеющиеся небольшие котлы, сжигающие дорогостоящее топливо (газ, мазут), на сжигание коры, стружек, щепы, опилок; а также создание новых котлов и энергетических установок, производящих тепло, пар и в некоторых случаях электроэнергию. Типичная тепловая мощность таких установок составляет 1-10 МВт. Для крупных предприятий, в особенности целлюлозно-бумажной промышленности, необходимо модернизация имеющихся и строительство новых котлов паропроизводительностью 50-100 т/ч.

В настоящее время серийно выпускаемые небольшие котлы, имеют невысокие технико-экономические показатели, невелика надежность топочного устройства (механическая решетка) особенно для крупных котлов, значительные трудности возникают при сжигании высоковлажной коры, а также при сжигании опилок, кустарно выполненные реконструкции котлов и самодельные агрегаты также не отвечают современному техническому уровню. Наиболее известные зарубежные фирмы, поставляющие небольшие котлы для сжигания отходов ЛПК (SERMET OY, Финляндия, S.A. COMPTE, Франция с совместным предприятием в Белоруссии) имеют хорошо отработанное оборудование и обеспечивают комплексную его поставку. Для малых котлов с мощностью "100 кВт хорошие решения предлагаются фирмой BNE (Словакия). Вместе с тем зарубежные котлы, поставляемые в Россию, не всегда адаптированы к нашим условиям, очень дороги и требуют затрат валюты на запасные части.

В конечном итоге, также как и для малых котлов, при техническом перевооружении крупных объектов и строительстве новых целесообразно ориентироваться на отечественных поставщиков. Наш богатый опыт в части разработки, исследования и наладки энергетического оборудования и знание современных тенденций развития этой техники способствуют успешному внедрению новых эффективных и экологически чистых технологий переработки отходов ЛПК.

Пути снижения затрат, которые решают сразу две серьезные проблемы, возникающие у предприятий лесохозяйственного и лесопромышленного комплексов страны:

• утилизации отходов заготовки или переработки древесины;

• обеспечения своего производства тепловой энергией и электричеством.

Возможности использования древесины для получения тепловой и электрической энергии, поскольку тема использования возобновляемых источников очень обширна. Возобновляемые энергоносители могут быть животного и растительного происхождения. К энергоносителям животного происхождения относятся отходы переработки рыбы, ракообразных, отходы выращивания птицы и животных. Объемы этих энергоносителей могут быть значительными.

Возможности использования порубочных остатков, то есть сучьев, веток, стволовой неликвидной древесины, отходов лесопиления и деревообработки, то есть горбылей, реек, обрезков пиломатериалов и бревен, карандашей, шпона-рванины, обрезков шпона, фанеры, обрезков древесно-стружечных плит, опилок, стружки, шлифовальной пыли и коры.

Определение теплоты сгорания - одна из самых важных задач при анализе топлива. Теплота сгорания отражает содержание энергии в топливе и зависит от содержания в нем горючих веществ и их состава. Теплота сгорания определяется обычно в лаборатории, но может быть рассчитана и с помощью химического анализа топлива. Различают два вида теплоты сгорания - калориметрическую теплоту сгорания и эффективную теплоту сгорания (или высшая и низшая теплота сгорания). Разница между этими значениями заключается в том, что при определении высшей теплоты сгорания учитывается все образующееся тепло, в том числе и тепло парообразования. На практике используется понятие низшей (эффективной) теплоты сгорания, поскольку в большинстве котельных отсутствуют конденсаторы дымовых газов, и весь водяной пар вместе с дымовыми газами уходит в дымоход. Низшая теплота сгорания может выражаться в МДж / кг сухой массы. Здесь надо быть внимательным, поскольку низшая теплота сгорания на килограмм сухой массы может быть рассчитана как для влажного, так и для сухого топлива.

Транспортировка и хранение топливной щепы. Эффективность использования древесного топлива в большей степени, чем ископаемого, зависит от методов организации его хранения и транспортировки. При хранении древесные отходы подвергаются разрушению микроорганизмами, что приводит к снижению древесины в их составе и соответственно теплоты сгорания. Риск потерь от разрушения микроорганизмами тем меньше, чем суше материал, сухой материал легче воспламеняется. Вследствие гниения древесные отходы (в част.ости опилки) могут терять в весе до 20 %. Опилки в отвалах при длительном хранении превращаются в плохо проницаемую для воздуха массу, причем влажность их из-за атмосферных осадков увеличивается. Длительное нахождение опилок и щепы в отвалах может привести к их самовозгоранию. Для уменьшения риска самовозгорания необходимо следовать следующим рекомендациям:

• хранить древесные отходы отдельно по каждой породе и виду отходов, они не должны соприкасаться между собой;

• не утрамбовывать кучи щепы или опилок, полученных непосредственно из коры или неокоренного пиловочника;

• хранить отходы в кучах, длина которых вдвое больше высоты (или более);

• время складирования и размер кучи рекомендуется минимизировать;

• первые признаки повышения температуры в куче - появление над ней пара и запах дыма; склад должен контролироваться с помощью зонда или тепловой камеры.

Лесосечные отходы могут поставляться на склад конечного потребителя либо с помощью лесной компании, либо отдельным поставщиком древесного топлива, либо организацией из сектора SME (SME - небольшие и средние по размеру предприятия). Если энергоустановка, использующая местное древесное топливо, находится в собственности лесной компании, целесообразно организовать заготовку сырья для дальнейшего изготовления древесного топлива таким же способом, что и заготовку ликвидной древесины.

Лесные организации играют важную роль в коммуникации и в обеспечении поддержки организованных поставок, даже если производство и сбыт находятся в руках других предпринимателей.

Основная причина, сдерживающая широкое использование биотоплива, до последнего времени было отсутствие оборудования для его эффективного использования. Однако даже после создания котлов с высоким КПД дело по-прежнему продвигается медленно, поскольку не была решена проблема механизации подачи топлива.

Склад биотоплива должен удовлетворять следующим основным требованиям:

• обеспечивать защиту топлива от влияния погодных условий, грунтовых и почвенных вод;

• склад должен быть механизирован, при больших мощностях - автоматизирован;

• у транспортных средств, доставляющих топливо на место, должна быть возможность выгрузки непосредственно на склад или на механизированное приемное устройство.

В конструкцию основного склада входят устройства по его разгрузке. Основные требования, предъявляемые к этим устройствам,
следующие:

• устройства должны обеспечивать заданную производительность и позволять ее регулировать;

• горловина, через которую происходит выгрузка топлива, не должна забиваться;

• пустой склад должен выдерживать динамический удар от падающего топлива;

• топливоподача должна моментально прекращаться при останове оборудования;

• обеспечение полной разгрузки склада;

• разгрузка и конструкция склада должны исключать образование свода;

• конструкция должна быть огнестойкой;

• должно быть исключено пыление;

• при выборе материалов необходимо учитывать их износ.

Экономика реконструкции котельной с угля или мазута на древесное топливо и ее эксплуатации на основе системного анализа перевода около 20 котельных три варианта расчета сроков окупаемости инвестиций:

• расчет срока окупаемости по установленному тарифу с учетом инфляции;

• расчет срока окупаемости при условии сопоставления себестоимости 1 Гкал отпускаемого тепла котельной при работе на исходном топливе и щепе;

• расчет тарифа на 1 Гкал отпускаемого тепла при установленном сроке окупаемости.

Экономический эффект от внедрения таких установок должен оцениваться применительно к конкретному региону, предприятию и т. д. с учетом местных тарифов, сложившегося уровня зарплат, условий заготовки и доставки топлива - дров и торфа.

Использование древесного топлива для получения тепловой и электрической энергии в Финляндии и Швеции. Так, в Финляндии эксплуатируется не менее 10 ТЭС на древесном топливе с электрической мощностью от 0,47 до 20 МВт с характеристиками пара до 510 °С и давлением до 93 баруб.  В настоящее время одна из ведущих финских фирм заканчивает реализацию проекта ТЭС на биотопливе мощностью 125 МВт по электричеству и 385 МВт по тепловой энергии.

В Швеции эксплуатируется не менее 14 ТЭС на древесном топливе с электрической мощностью от 1,6 до 20 МВт с характеристиками пара до 510 °С и давлением до 92 бар. В городе Калмар, Швеция, финской фирмой установлена ТЭС на биотопливе общей мощностью 90 МВт.

Приведенные примеры как небольших, так и крупных ТЭС подтверждают возможность использования биотоплива в больших объемах и его пригодность для котлоагрегатов, работающих на высоких давлениях.

2. АНАЛИЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ОАО «ПО УСТЬ-ИЛИМСКИЙ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС»