Бегунков О.И., Выводцев Н.В., Гурьев В.В. и др. Использование низкотоварной древесины и отходов лесопромышленного производства

Подождите немного. Документ загружается.

Активированный древесный уголь производится в России на заводе в г.

Перми на установках, представляющих собой сложные дорогостоящие произ-

водственные комплексы. Создание подобного производства в Хабаровском крае,

располагающем значительным запасом сырья, но не имеющего развитого хими-

ческого производства, по ряду причин невозможно.

Единственным путём производства активированного угля в условиях

Дальнего Востока является создание технологии малых форм, технологий и обо-

рудования, которые могут быть приближены к сырью для производства.

В качестве сырья может быть использован древесный уголь и размолотая

древесина (щепа, опилки).

Перед употреблением сырьё подвергается подготовке: древесный уголь

размалывается до фракции минус 4 мм, опилки подвергаются сушке и грануля-

ции. Все малые установки находятся в стадии лабораторных и опытных работ.

Продуктом производства является активированный древесный уголь,

имеющий самое разнообразное применение, парогаз и смолы. Активированный

уголь из древесины имеет большие преимущества перед углями, получаемыми

из минеральных углей, из-за значительно низкой зольности (см. табл.12).

Активированный уголь применяется также для:

- извлечения жидких углеводородов из природного газа,

- извлечение растворителей при утечке растворителей в различных процес-

сах, например при печати,

- очистка ацетилена,

- обессеривание при очистке катализаторов при очистке промышленных

газов,

- удаление радиоактивных газов из воздуха и гелия,

- фильтры для сигарет,

- очистка ванн в гальванотехнике,

- производство нейлона,

- производство винилхлорида и винилацетата.

Применение активных углей в различных отраслях промышленности

(марки углей).

Таблица 12

№ От

асли п

омышленности Ма

ка

глей

1 Водоочистка

АГ-5. АГ-ОВ. БАУ-МФ. БАУ-А. ОУ-А.

ОУ-В. КАД МОЛОТЫЙ. АГМ. ДАУ

2 Очистка питьевой воды

БА

-МФ. БА

-А. АГМ. АГ-5. АГ-ОВ.

КАД МОЛОТЫЙ

3 Очистка ликё

оводочных изделий БА

-МФ. БА

-А

4 Обесцвечивание саха

ных си

опов АГС-4.О

-В. КАД МОЛОТЫЙ

5 Очистка и п

иготовление медп

епа

атов О

-А. О

-Б. ПН.

6 Очистка органических кислот

ОУ-А. ОУ-В. ПН. УАФ. КАД

МОЛОТЫЙ

7 Очистка к

ахмалопаточных

аство

ов О

-Б. АГС-4.

8 Очистка ксилита и ксилитана О

-Б.

Адсорбция органических соединений из

аство

АГМ. ФДТ-Д. КАД МОЛОТЫЙ. БА

-А.

АК. БА

-МФ. ПН.

Очистка хозяйственно бытовых и сточных

вод

АГ-ОВ. АГМ. КАД МОЛОТЫЙ. АРД-2.

АГН-1. АГН-2. УАФ.

11 Рекуперация органических растворителей АР (А.Б.В.). АГ-ПР. ДАУ (А.Б.В.)

Адсорбция газов и паров органических

веществ

АГ-2. ДАУ (А.Б.В.).

13 Очистка минеральных масел

КАД МОЛОТЫЙ. ПН. ОУ-А. ОУ-Б. ОУ-

В.

14 Очистка па

ового конденсат

ДАК

Для изготовления элементов химических

источников питания

СИТ-1

Особой значимости применения является импрегированный древесный уголь

для очистки питьевой воды в бытовых фильтрах с бактерицидными свойствами.

Парогаз используется для получения тепла и пара, а также коптильных аг-

регатов (типа «жидкий дым»).

Смолы подразделяются на отстойные и растворимые,

применяемые в производстве:

- резинотехнических изделий,

- в канатном производстве,

- в электропромышленности,

- антиокислителей,

- в качестве флотоагентов.

Объём мирового рынка 500 000 т/год. СССР производил 200 000 т/год. По

данным научно- исследовательского и технологического института углерод-

ных сорбентов, г. Пермь, мощности по производству сорбентов удовлетворя-

ются на 30-35 %. По данным Электростальского научно-исследовательского

технологического института (ЭНИТИ) после 2000 года потребность в активиро-

ванных углях_достигнет 200 000 т в год. В это же время «ВНИИДРЕВ» оценива-

ет потребность внутреннего рынка России в углеродных материалах

в 1,5 млн. т в год.

Цены реализации

Таблица 13

№ Марка угля Цена реализации без НДС, $ / т

1 Уголь активный д

евесный д

облёный ДАК 2000

2 Уголь активный древесный дроблёный БАУ-А 2800

3 Уголь активный д

евесный по

ошковый типа ДАК 2400

4 Уголь активный древесный порошковый типа ДАУ 1000

5 Уголь активный древесный дроблёный БАУ-МФ 2800

6 Уголь древесный порошковый ОУ-А 2100

Оборудование для производства активированного древесного угля

(АДУ) – это установки большой производительности, которые под силу экс-

плуатировать большим предприятиям (например, завод «Сорбент», г. Пермь).

Среди них имеются:

-печи шахтные объёмом 50 м;

-печь системы «Ламбиот» – производительностью 75 000 пл. м

/год

-проект завода по производству АДУ (один из авторов Санкт-

Петербургский технологический институт) производительностью 300 т/год.

Проектная стоимость 630 000 $.

Печи малого объёма и сравнительно малой производительности про-

мышленностью не производятся. Имеются отдельные разработки. Среди них

разработка Красноярского НИИХХ, Красноярского технологического инсти-

тута, установка «Поликор», установка «Мидас». Все малые установки нахо-

дятся в лабораторной стадии.

В Хабаровском крае также проведены лабораторные исследования тех-

нологии активирования и проведена эскизная проработка опытно-

промышленной установки.

В 2002 году будет выполнено макетирование и испытания для проверки

принятых конструкторских и технологических решений, а также разработана

конструкторская документация на опытно- промышленную установку.В основу

технологического процесса активации принята обработка древесного угля пе-

регретым до температуры 850 – 950 °С водяным паром. В печи НТА-1 конст-

рукции НПО «Новые технологии» обработка ведётся в реторте, имеющей ру-

башку, в которую поступают дымовые газы от топки, работающей на древеси-

не. Газами той же топки перегревается пар. Расход пара составляет 300 кг на

1 т угля. Производительность печи составляет от 50 до 100 кг в час. Печь

может работать в непрерывном режиме и циклично по мере накопления сырья.

Полная конфигурация участка переработки отходов лесопереработки

предусматривает получение активированного угля из угля древесного (сырца) и

отходов лесопиления (табл. 14).

Состав участка активации угля. Полная конфигурация

Таблица 14

№ Наименование участка Площадь, м

1 Склад древесного угля 200

2 Компрессорная 14

3 Дробильное отделение 20

4 Г

ру

ппа

асситовки 35

5 Участок активации 42

6 Участок подготовки сырья (опилок) 35

7 Участок зата

ивания 66

8 Склад готовой продукции 70

ИТОГО 482

Уголь сырец производится из отходов лесозаготовки непосредственно на

мобильных печах, например, НТУ-1.

Для случая использования в качестве сырья отходов лесопиления (опи-

лок, мелкой щепы) в состав участка не будет входить склад угля древесного и

общая площадь участка составит 282 м

Технологический процесс состоит из следующих основных операций:

1. Склад древесного угля. Уголь древесный доставляется автомобиль-

ном транспортом в мешках рогожных или коробах на базу по переработке угля,

складируется в складе, обеспечивающим защиту от осадков. Объём склада ра-

вен месячной производительности 5 – 10 печей НТУ-2 60 – 100 т, т. е.

180 – 350 м

. При высоте штабеля 2 м полезная площадь склада должна быть от

90 до 175 м

2. Дробильная группа. Уголь дробится на шнековой дробилке до раз-

меров не более 25 мм. Фракция более 25 мм подаётся на повторное дробление.

Раздробленный уголь сжатым воздухом перегоняется в цикл с бункером сырья

для активации, расположенным над печью активации НТА-1. Аналог циклона

– вихревой скруббер марки ВС-2,5 фирмы ВТ (вихревые технологии).

3. Печь для активации НТА-1 состоит из топки-парогенератора, реак-

тора с колошниковым загрузочным и разгрузочным шнековым устройствами,

дымоотвода с экономайзером, скруббера-конденсатора на тракте парогазового

тракта. Производительность печи:

На входе……….………..2 160 кг/сутки древесного угля (ДУ), 88 кг / час.

На выходе…………1 080 кг / сутки активированного угля (АУ), 45кг/час.

4. Группа помола АУ на товарные фракции. Активированный уголь

пневмотранспортом подаётся в скруббер и бункер-питатель вихревой мельни-

цы для помола до фракции 10 – 100 мкм или другой мельницы для помола до

круптости, согласованной с заказчиком. От мельниц АУ подаётся на циклоны

с накопителем продукта.

5. Группа затаривания АУ. АУ из бункеров рассыпается в упаковоч-

ные мешки и зашивается (заваривается).

6. Склад готовой продукции - закрытый, защищённый от осадков, по-

лезной площадью 50 – 100 м

Комплекс оборудования размещается в одном помещении высотой не

менее 6 – 7 м и площадью не менее 80 м

. Общая площадь – не менее 220 м

Энергетика на древесных отходах

В Дальневосточном регионе проблема энергетики остается главной. Для ее

решения необходимо шире использовать нетрадиционные теплоносители, в ка-

честве которых вполне объективно могут стать низкотоварная древесина и от-

ходы деревообработки. Это вполне соответствует тенденциям, имеющим место в

энергетике в настоящее время:

1. Разработка и внедрение источников генерации тепловой и элек-

трической энергии на установках малой мощности 2 – 10 МВт с системами па-

ровой котёл - турбина. Это связано с использованием нетрадиционных источ-

ников энергии: древесина, ветер, солнце, тепло подземных вод, и т.д.

2. Создание установок на базе газогенераторных технологий, рабо-

тающих на тепло и электроэнергию.

3. Разработка технологий использования древесины в энергетических

целях, вместо стремления подключить удалённые посёлки к централизованным

источникам, а ориентация на мазут и газ для решения энергетических проблем

является ошибочным из-за ограниченности их запасов и постоянного роста

цены.

Анализ показывает, что даже при низшей теплотворной способности

древесины в 1 933 ккал / кг (влажность 50 %), тепловой эквивалёнт от 4 млн. м

древесины составит 6 млн. Гкал в год. Если принять, что удастся использовать

50 % потерь и сжечь древесину в котлах при коэффициенте полезного действия

85 % можно будет получить около 3 млн. МВтч/год, что соответствует 250 000 т

условного мазута. При отопительном сезоне в 219 дней (5 256 часов) это соста-

вит 570 МВт энергии, что находится на уровне самой крупной на Дальнем

Востоке Приморской ГРЭС и намного превышает мощность всех угольных ко-

тельных районов края.

Это то количество энергии, которое можно было бы привлечь в экономику

края, используя только половину древесины, безвозвратно теряемой в лесу при

лесозаготовках. Необходимо также учесть, что это возобновляемый ресурс, на-

ходящийся в крае, в то время как традиционные ископаемые энергоносители

завозятся главным образом извне по постоянно возрастающим ценам. Насколько

эта проблема важна, можно проиллюстрировать следующими цифрами: по ре-

зультатам 1 квартала 2002 года муниципальные образования края смогли рас-

считаться за потреблённые тепло и электроэнергию только на 44 %. Некоторые

районы, в том числе богатые лесным ресурсам, являются рекордсменами:

Солнечный район оплатил только 0,1 % , г. Бикин – 0,1 % , Нанайский

район – 0,7 %, Верхнебуреинский – 6 %, Вяземский – 12 %. Проблема дефицита

энерго- ресурсов, стоящая перед районами Хабаровского края может быть

значительно ослаблена за счёт использования отходов древесины.

Примером решения этих проблем в России является ряд населённых

пунктов Ленинградской области. Например, за счёт перевода котла мощностью

2 МВт с мазута на древесину Лисинский лесхоз Гатчинского района в сезоне

1998 – 1999 гг. получил экономию в 630 000 руб. при выработке 6 000 Мвт те-

пловой энергии. В Ленинградской области ведётся интенсивная работа по ис-

пользованию в целях получения тепловой и электрической энергии древесных

отходов и неликвидной древесины. Многие котельные ЖКХ переведены на

древесину: в Сестрорецке, в Лисино-корпусе, Красном Бору, п. Петровское. На

ряде предприятий -"Рощинский дом", "Фиро-О", "Норд Тимбэ", Волосовский

лесхоз, "Элител-лес", "Де-лак" имеются котельные на щепе,

За рубежом лидерами энергетического использования древесины является

Финляндия (23 % энергетического баланса), и Швеция, где доля биотоплива в

энергетическом балансе страны составляет 18 %, при этом 70 % тепловой

энергии вырабатывается теплостан-циями на древесных отходах. Мощность

станций достигает 375 МВт. Имеются сотни котельных, работающих на щепе.

Город Эксельсунд с населением в 200 тыс. человек снабжается теплом и элек-

троэнергией, вырабатываемыми только на щепе. В Дании эксплуатируется более

700 тысяч котлоагрегатов на дровах, древесных щепе и гранулах мощностью до

365 МВт. Эту работу стимулируют цены на сырьё для энергетики.

Древесное топливо разделяется на необлагороженное (дрова, дроблёные

отходы, стружка, щепа, кора, опилки) и облагороженное (брикеты, гранулы,

древесный порошок).

Сырьё - древесина, образуется на делянах и на деревоперерабатывающих

предприятиях, для целей энергетики может быть использовано в видах: собст-

венно дрова; щепа топливная; уголь древесный; газ генераторный. Эти виды

топлива призваны конкурировать с традиционными видами топлива, поэтому

приводим сравнение их цен.

Дрова (для населения), р./ пл. м

...........................................…................ 150

Щепа топливная, р./ пл. м

......................................................….....…...... 100

Щепа технологическая, р./ пл. м

.............................................…............. 280

Природный газ, р./ 1000 м

внутри России ............................................………………................. 340 (11$)

международные цены .................................…………......................... 60 – 80$

Уголь ископаемый, р./т………………………………………………….....460

Уголь древесный костровой (себестоимость), р./т……….…….1000 – 1500

Мазут топочный, р./т……………………………………………………..1500

Поставщиками древесного топлива могут быть

арендаторы участков лес-

ного фонда, лесопользователи по краткосрочному пользованию, лесхозы, де-

ревообрабатывающие предприятия, прочие предприятия, получившие лесные

земли в связи с отчуждением под строительство, например, дорог; имеющие

защитные полосы (ж/д, энергосети); лесные порты и районы отгрузки; тамо-

женные и ж/д склады; свалки.

Поскольку теплота сгорания у видов топлива различна, то сравнение

проводим по их стоимости в рублях, отнесённой на 1 МВтч произведённой

энергии:

Древесина……………………………………………………….54 р./ МВтч

Уголь ископаемый………………………………………….…113 р./ МВтч

Газ природный (тенденция к повышению до международных цен)………37,3 р./ МВтч

Мазут…………………………………………………………...156 р./ МВтч

Дизельное топливо……………………………………………420 р./ МВтч

Оценочно, энергия, полученная с использованием пиролизного газа, будет

стоить менее 40 р./ МВтч.

Учитывая, что цена на природный газ непрерывно растёт и приблизится к

ценам экспорта, древесина является наиболее привлекательным источником

энергии. Также необходимо учесть, что цена природного газа для Дальнего

Востока будет выше.

Тепловая энергия из древесины получается в результате: открытого го-

рения дров без подготовки сырья; горения щепы

в слое или во взвешенном со-

стоянии; горения генераторного газа, выделяемого при пиролизе древесины с

получением древесного угля, или активации угля с получением активированного

древесного угля.

Для получения тепловой энергии используются самые разнообразные

топки, предтопочные устройства к существующим котлам, специальные котлы,

бойлеры, миниТЭЦ, и т.д. Получаемый пар преобразуется в электроэнергию по

схеме котёл - турбина- генератор.

Имеются многочисленные производители оборудования для сжигания

древесины как в России, так и за рубежом.

Выпускаются мобильные контейнерные установки на 50 – 1000 КВт, так и

2000 – 6000 КВт и мини ТЭЦ на 2000 – 6000 КВт. Это оборудование может быть

применено для лесных посёлков и участков.

В условиях лесопромышленных узлов и крупных обрабатывающих пред-

приятий с объёмом переработки не менее 100 тыс. м

древесины целесообразно

использовать крупные бойлерные установки полностью обеспечивающие

предприятие тепловой и электрической энергией и продажей излишней энергии,

например, для отопления 300 м

требуется мощность 5 КВт.

Среди разработчиков и производителей оборудования в России целесо-

образно упомянуть ЗАО СП «Энергософин», ОАО «Белэнергомаш», НПП

«Белкотломаш», СМУ «Спецмонтаж», АОЗТ «Сорок второй трест», Концерн

«ЛЕМО», СП « ООО КОМКОНТ», ЦКТИ им. Ползунова, «Бийскэнергомаш»,

Костромское ОАО «Эксмаш», СПб «Энерготехнология», ГНЦ ЛПК,

ОАО «ИНЭКО», из зарубежных - американскую фирму «Веллонс» («Wellons»),

а также многие европейские фирмы.

Зарубежные котлы дороги. Например, котлы европейские – 170 тыс. $ за

1 МВт., такие же прибалтийские – 145 тыс. $ за 1 МВт.

Котлы отечественные дешевле. Например, котлы 2 МВт поставки

фирмы «НОТАВ» – 44 000 $, Балтийского завода – 22 200 $, ЦКТИ – 13 500 $.

Установки небольшой мощности: зарубежные стоят из расчёта 500 – 700 $/КВт,

отечественные – 5 – 30 $/КВт.

На Дальнем Востоке, к сожалению, имеются только единичные примеры

производства и продажи теплового оборудования с использованием древесины.

Фирма «Дальтерм» предлагала котлы ДКВТ для обогрева помещений на 500 и

800 м

, ООО «Востоктурбизнес» предлагало калориферы «Буллерьян» для обог-

рева помещений 100 м

и 400 м

Отходом производства тепловой и электроэнергии с использованием

древесины является древесная зола, являющаяся экологически чистым удобре-

нием для сельского хозяйства. Цена продажи её будет установлена рынком.

Конкурентоспособность её с минеральными удобрениями не вызывает сомне-

ния.

С точки зрения экологии, количество выделяющихся при сжигании дре-

весного сырья газов меньше в несколько раз, чем при сжигании традиционных

топлив: газа природного - в 5 раз, мазута в 13,5 раза, угля ископаемого - в 16,6

раза. При этом необходимо учитывать, что в соответствии с Киотским согла-

шением выбросы в окружающую среду окислов углерода, образующиеся при

сгорании древесины не нарушают карбонового баланса планеты и не создают

опасности парникового эффекта.

Для районов края, располагающих лесным ресурсом, переход на древесное

топливо с постепенным вытеснением традиционных видов топлива - один из

немногих и наиболее эффективных путей решения энергетических проблем,

проблем лесопользования и использования низкотоварной древесины и отходов.