ТОПЛИВНАЯ ЩЕПА И ЕЕ СВОЙСТВА Локштанов Б.М., Бачериков И.В.

DOI: 10Л2737/15535

Аннотация. В статье приведены основные показатели топливной щепы из лесосечных отходов: влажность, плотность, насыпная плотность, коэффициент полнодревесности щепы, теплотворная способность, углы естественного и динамического откоса, которые характеризуют щепу как древесное сыпучее вещество и как биотопливо.

Ключевые слова: топливная щепа, измельченная древесина.

В последнее время во всем мире и в России большое внимание уделяют

биотопливу, вырабатываемого из отходов древесины, и, в частности, из лесосечных отходов. Лесосечные отходы, составляющие —15—25% от объема заготовляемой древесины рубят на щепу. Такая щепа, называется топливной или энергетической, так как по содержанию коры, листьев, сучков, засоренности минеральными примесями она не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к технологической щепе по ГОСТ 15815-83.

Биотопливо в виде щепы, нарубленной из лесосечных отходов, обладает свойствами, характеризующими ее и как древесину, и как топливо. Основными показателями этого вида топлива являются: влажность, плотность, фракционный состав, засоренность посторонними минеральными включениями, теплотворная способность, коэффициент полнодревесности, угол естественного и динамического откоса.

Вода составляет свыше 50% от массы щепы, является переменной величиной и меняется в течение года. Влажность - это отношение массы воды, содержащейся в древесине к массе древесины, выраженной в процентах. Различают влажность относительную и абсолютную. В древесиноведении и деревообработке пользуются абсолютной влажностью, а энергетики оперируют относительной влажностью, характеризующей количество воды в материале, которую необходимо испарить. От влажности древесины зависят многие показатели древесины (щепы): плотность, теплотворная способность, объемные характеристики, коэффициент трения, прочность и т.п. [1,2]

Плотность древесины - это физическая величина, определяемая массой древесины в единице объема. Различают три вида плотности древесины: плотность цельной древесины (ее обычно определяют на практике) - она показывает, какое количество древесины (вместе с водой) содержится в единице ее объема, при данной влажности; плотность твердой фракции или плотность упаковки клеточных стенок - это базисная плотность, представляющая собой отношение абсолютно сухой древесины в единице объема; плотность древесного вещества - плотность вещества клеточной оболочки, когда в объем не включаются никакие поровые пространства, практически она не зависит от породы древесины и равна 1540 кг/м3. При определении плотности древесины обычно указывают и величину влажности древесины, при которой она определялась. [2]

Кроме вышеперечисленных плотностей, у щепы есть важный показатель

- насыпная плотность. Этот показатель - переменный, так как щепа уплотняется, и плотность увеличивается. Например, плотность древесины 800 кг/м3, а насыпная плотность щепы, нарубленной из этой древесины до уплотнения, при коэффициенте полнодревесности К = 0,36 будет 8000,36 = 288 кг/м3. Максимальное (неразрушающее) уплотнение щепы позволяет увеличить коэффициент полнодревесности до К = 0,55, тогда насыпная плотность будет 8000,55 = 440 кг/м3. [2]

Вышеупомянутый коэффициент полнодревесности характеризует количество древесины в плотной мере в единице насыпного объема. Данный коэффициент важен при перевозке щепы и ГОСТ 15815-83 для технологической щепы дает значения коэффициента при различных способах засыпки и в зависимости от расстояния вывозки, так как щепа уплотняется. Уплотнение также наблюдается при хранении щепы в кучах, в бункерах, силосах, варочных котлах.

Фракционный состав топливной щепы, нарубленной из лесосечных отходов (несортированной щепы), характеризуется повышенным содержанием крупной и мелкой фракций. Если топливную щепу просортировать на промышленной сортировке, доизмельчить крупную щепу и удалить мелкую фракцию, то мы получим щепу с повышенным количеством нормальной фракции.

При сортировании щепы мы можем не только улучшить фракционный состав щепы, но и значительно снизить количество посторонних минеральных примесей, которые в большом количестве попадают в щепу при переработке лесосечных отходов.

Теплотворная способность древесины (щепы) зависит от породы древесины, ее плотности (влажности). Этот показатель показывает, какое количество тепла выделяется при сжигании 1 кг древесины (щепы) при данной влажности. Для снижения влажности топливной щепы можно использовать различные способы: сушка в камерах; обработка сухим паром 120-150°С;

центрифугирование в полях центробежных сил при факторе разделения от 350G. Наиболее энергоэффективным способом из перечисленных является центрифугирования, при котором за 100-250 секунд можно удалить свободную влагу из щепы и снизить ее влажность до 30% (абс.). [3]

Угол естественного откоса у топливной щепы составляет 40-45°, но щепа, особенно влажная, склонна к уплотнению и угол возрастает до 60-90°, что затрудняет истечение щепы из сосудов: бункеров, силосов, кузовов и вагонов. Этот угол необходимо учитывать при проектировании узлов хранения щепы в кучах и в бункерах.

Угол динамического откоса щепы составляет 18-25° и учитывается при проектировании транспортеров и средств перевозки щепы.

Выводы

Топливная щепа, нарубленная из лесосечных отходов, по многим показателям отличается от технологической щепы: повышенное содержание коры ~12%, посторонних минеральных включений до 8%, много древесной зелени, повышенная влажность до 110-120%, пониженная теплотворная способность.

Показатели топливной щепы можно значительно улучшить путем сортирования щепы и удаления ее мелкой фракции, что позволит и значительно снизить присутствие посторонних минеральных включений (до 1-2%), а применив центрифугирование можно снизить влажность щепы до 30%, тем самым улучшив теплотворную способность щепы почти в два раза (до 4500 ккал/м3).

Список литературы

  • 1. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: Учебник для лесотехнических вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп: М.: МГУЛ, 2001. - 340 с.
  • 2. Полубояринов О.И. Плотность древесины. М., «Лесная промышленность», 1976. 160 с.
  • 3. Орлов В.В., Бачериков И.В. Снижение влажности щепы из лесосечных отходов // Леса России в XXI веке. Материалы IX межд. научно-практич. интернет-конференции. СПбГЛТУ. Санкт-Петербург, 2012. с. 87-89.

Бачериков Иван Викторович, аспирант 3 года обучения кафедры технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургского государственного университета им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург, РФ

Научный руководитель - Локштанов Борис Моисеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургского государственного университета им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург, РФ

УДК 658.562.012.7

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >