традиционная технология производства топливной древесной щепы состоит из 5 этапов: рубка деревьев, измельчение древесины в щепу, перемещение щепы к месту хранения, хранение щепы в лесу, транспортировка щепы из леса [Suadicani, K., 1993].

Рубка деревьев. Как правило, влажность свежесрубленной дре­весины достигает наименьшего значения в январе - марте, и рубка деревьев, предназначенных для получения топливной щепы, осу­ществляется в эти месяцы. срубленные деревья остаются лежать в течение лета для просушки, а также осыпания хвои. таким образом, влажность щепы может быть снижена с 50-55 до 40 %. Кроме того, летняя сушка срубленных деревьев позволяет большей части пита­тельных веществ остаться в почве, поскольку они в основном содер­жатся в хвое.

Валка леса может выполняться либо вручную с помощью цепных пил, либо специальными валочными машинами. Перемещение дере­вьев, стволов и других лесоматериалов к лесопогрузочным пунктам (трелевка леса) осуществляется с помощью различного трелевочного оборудования: тракторами, лебедками, валочно-трелевочными маши­нами и др. Для вывозки лесоматериалов используются специализиро­ванные автопоезда, состоящие из седельного тягача и одного-двух при­цепов. при перевозке щепы в состав автопоезда вместо прицепа входит съемный контейнер.

Для выполнения работ, связанных с валкой и трелевкой леса, а так­же уборки лесосек от веток и мелколесья Минский тракторный завод в последние годы разработал и начал выпуск специального оборудова­ния, которое позволяет в значительной степени механизировать и эти работы, повысить производительность труда на лесосеках (рис. 61-63) [Коробкин, В. А., 2009].

Рис. 61. Общий вид универсальной валочной машины на базе трактора МТЗ

Рис. 62. Трелевочный трактор и погрузчик-транспортировщик мерной древесины

Рис. 63. погрузочно-транспортная машина

Измельчение древесины. существуют два подхода к получению щепы: непосредственно на лесоповале и на специальных площадках, расположенных у лесовозной дороги [Korpilahti, A., 1996]. измельче­ние древесины в щепу производится рубительными машинами. типич­ная рубительная машина состоит из базовой машины либо трактора с расположенными спереди дробилкой и краном, который подает дере­вья в дробилку (рис. 63). сзади рубительной машины устанавливает­ся опрокидывающийся контейнер. существуют как специально скон­струированные самодвижущиеся рубительные машины, так и машины, смонтированные на большом сельскохозяйственном тракторе. система подачи сырья в дробилку состоит из загрузочной воронки и гидравли­ческих роликов, которые подают деревья в измельчитель. существуют три основных вида дробилок: дисковая, барабанная и шнековая. все дробилки имеют воздуходувку, с помощью которой щепа перемещает-

ся в контейнер. Ниже приведена серия дробильных машин, выпускае­мых МТЗ [коробкин, в. А., 2009].

рис. 64. серия рубительных машин производства Мтз

В некоторых западных странах разработаны стандарты для древес­ной щепы, используемой в качестве топлива. Так, в Дании коммерче­ский комитет Ассоциации собственников лесных хозяйств разработал стандарты для мелкой и крупной топливной щепы, регламентирующие ее фракционный состав [Suadicani, K., 1993].

Перемещение щепы к месту хранения. рубительная машина с контейнером является дорогостоящим оборудованием, и использовать ее для транспортировки щепы нерационально. Для этих целей исполь­зуется специальная техника: на вырубках обычно трактора с прицеп­ными высокими опрокидывающимися кузовами (рис. 65).

рис. 65. общий вид контейнерного полуприцепа, выпускаемого Мтз

Хранение щепы в лесу. хранение щепы в лесу, как правило, необ­ходимо с целью снижения влажности. Место для хранения должно вы­бираться тщательно и распологаться как можно ближе к лесовозной до­роге, его уровень должен исключать возможность затопления, площадка должна быть ровной (без пней, отходов рубки леса и больших камней).

Щепа в виде кучи может храниться под открытым небом (влаж­ность при этом повышается), под брезентом (почти не изменяется) или под навесом (понижается с 45 до 25-30 % в течение 4-6 месяцев). Нельзя хранить в виде кучи щепу влажностью более 50 %, так как она начинает разлагаться. Если срок хранения щепы в лесу превышает две недели, то она должна быть накрыта брезентом. Куча щепы должна быть как можно большей, поскольку при этом снижаются ее потери в нижней части. Рекомендуемая максимальная высота кучи составляет 7-8 м. При дальнейшем увеличении высоты может произойти само­воспламенение щепы. Хранение щепы может также организовываться на площадках около сжигающей станции. принципы организации ее хранения при этом такие же, как и при хранении щепы в лесу.

Транспортировка щепы из леса. После окончания хранения щепа с помощью колесного погрузчика загружается в контейнеры и седель­ными тягачами транспортируется к месту назначения. Если щепа вы­возится из леса в процессе ее производства, то в лесу должны оста­ваться по крайней мере два пустых контейнера. рубительная машина производительностью 25-30 неплотных м3/ч может наполнить контей­нер за 3-4 часа.

В последние годы в основном в Финляндии ведутся активные работы по совершенствованию новых технологий получения древесной щепы. Сконструированы и введены в эксплуатацию валочно-рубительные ма­шины новой конструкции (Chipset 536С, MONA-SISU) (рис. 43). Одна машина выполняет большое число операций: рубит деревья, измель­чает их в щепу и транспортирует щепу. Кроме того, разработан новый метод (MASSAHAKE) комплексной лесозаготовки с оптической сорти­ровкой древесной щепы [Korpilahti, A., 1996].

Приготовление древесных брикетов и пеллет. Необходимо от­метить, что технологии энергетического использования первичного древесного топлива требуют достаточно дорогостоящего, сложного и громоздкого оборудования для заготовки, измельчения, хранения и транспорта, включая межоперационный и технологический.

как нами уже указывалось, существует целый ряд проблем, связан­ных с энергетическим использованием первичного древесного топлива. в ряде западных стран использование таких видов топлива ограничи­вается законодательными и нормативными актами. Для эффективного использования энергетического потенциала древесного топлива, коли­чество которого в Республике Беларусь ограничено, необходимо исход­ную топливную древесину должным образом подготовить: высушить, гомогенизировать, т. е. придать ей стабильные физико-химические и механические параметры и свойства [Гребеньков, А. Ж. [и др.], 1995]. Это позволит существенно (в 2-3 раза) повысить удельную теплотвор­ную способность, оптимизировать топочные процессы, увеличить кпД теплогенерирующего оборудования его эффективность (в 1,3-2,8 раза) и снизить стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию. очевидно, что теплоэнергетическая эффективность таким образом подготовленного (концентрированного по горючей массе, имеющего стабильные физико-химические и механические характеристики), т. е. рафинированного древесного топлива в несколько раз будет выше по сравнению с первичным древесным топливом.

низкая влажность древесных топливных гранул, однородность и стабильность их физико-химических и механических характеристик способствуют увеличению теплотворной способности, повышают эф­фективность процессов горения, упрощают конструкцию теплоэнер­гоустановок, процессы регулирования и управления ими, повышают

кпД.

гранулирование (брикетирование, пеллетирование) используется

для:

• повышения удельной теплотворной способности топлива;

• увеличения эффективности работы и возможности полной ав­томатизации теплоэнергетических установок мощностью от 10-40 кВт до 10-20 МВт с реальным КПД 80-85 % (для те­плоэнергоустановок большей мощности гранулы измельчаются в тонкодисперсный порошок, который сжигается в камерных топках по аналогии с технологией сжигания угля, при этом КПД превышается до 90 %);

• повышения физической и насыпной плотности топлива;

• упрощения оборудования для хранения топлива, включая тех­нологический, межоперационный транспорт;

• существенного снижения затрат на транспортировку и хране­ние топлива;

• возможности длительного хранения топлива без ухудшения его качественных характеристик, отрицательного влияния его на окружающую среду, здоровье обслуживающего персонала и пожаровзрывобезопасность;

• улучшения условий труда обслуживающего персонала.

По оценкам скандинавских энергопроизводителей древесные топ­ливные гранулы (ДТГ - pellets) эффективнее дров и щепы примерно в 5-6 раз при комплексной оценке их эффективности. Этим, по-видимому, можно объяснить «бум» производства и энергетического использова­ния пеллет (ДТГ) в странах ЕС, США, Канаде, а последние три года и в России (рис. 66).

В нашей республике до последнего времени этой тематике не уде­лялось должного внимания. Системных, глубоких, корректных в необ­ходимом объеме исследований и работ не проводилось. тем не менее определенные знания, опыт, а также практические заделы в создании технологий, оборудования и производства рафинированного древесно­го топлива (гранул и брикетов) мы уже имеем. Дтг в сравнительно не­больших объемах уже более двух лет на несовершенном, в основном б/у оборудовании, производятся в Республике Беларусь (СООО «ЭКО­ГРАН», СООО «ПРОфИТСИСТЕМ», УП «ИВА» и др.) и успешно экс­портируются в страны ЕС.

Основными предпосылками по созданию производства и энергети­ческого использования рафинированного древесного топлива в Респуб­лике Беларусь являются:

Рис. 66. Места производства и энергетического использования пеллет

• киотское соглашение;

• национальные государственные программы по обеспечению энергетической и экологической безопасности, повышения энергоэффективности народного хозяйства, включая утилиза­цию вторичного и низкопотенциального тепла действующих энергоустановок (тэц, котельных и др.);

• проблемы размещения, переработки и утилизации древесных отходов и побочных продуктов промышленного производства.

таким образом, наиболее оптимальным, сбалансированным реше­нием задачи максимально эффективного использования энергетического потенциала древесного топлива в Республике Беларусь, поставленной Государственной комплексной программой 2006-2010 гг., утвержденной Указом Президента Республики Беларусь от 25 августа 2005 г., № 399, Целевой государственной программой использования МВТ до 2012 г., утвержденной Постановлением СМ РБ от 30 декабря 2004 г. № 1680, является создание отечественного промышленного производства ра­финированного древесного топлива (РДТ), прежде всего древесных топливных гранул, и высокоэффективного теплогенерирующего обо­рудования для разных потребителей. Использование рафинированных видов древесного топлива и эффективное теплопроизводящее обору­дование позволит получить в 2-4 раза больше тепловой энергии из имеющегося потенциала топливной древесины по сравнению с техно­логиями сжигания, газификации и т. д. первичных видов древесного топлива, таких как дрова, щепа и др.

Древесные брикеты имеют широкое применение и могут использо­ваться для всех видов топок, котлов центрального отопления, котлов на дерево и пр., отлично горят в каминах и печках, грилях и пр. (рис. 67). теплоотдача брикетов: 4 500 ккал или 18 МДж.

рис. 67. Древесные топливные брикеты

положительным аспектом при использовании древесных брикетов в виде топлива является их минимальное влияние на окружающую сре­ду при сгорании по сравнению с классическим твердым топливом при одинаковой теплотворной способности. так, например, при сгорании бурого угля возникает 40 % золы, а при сгорании древесных брикетов возникает 0,5-1 % золы.

Древесные гранулы (пеллеты) - современный экологически чистый вид топлива, который изготавливают из древесного сырья методом прессования. котлы и камины на пеллетах используют для отопления дачных домов и коттеджей в любое время года. Их отличает простота установки, несложное подключение к системе отопления и наличие ав­томатических систем управления режимами работы.

Пеллеты как вид топлива появились сравнительно недавно. Но благодаря натуральности и высоким теплотворным способностям они получили большое распространение в Европе, странах Северной Аме­рики, Японии. Рост их потребления обусловлен возможностью исполь­зования гранул на промышленных теплоэлектростанциях и в установ­ках, предназначенных для частного применения. Производят данное топливо из отходов деревообрабатывающей и лесозаготовительной промышленности на специальных линиях без применения каких-либо проклеивающих веществ. таким образом, удается решить сразу две проблемы: переработать потенциально пожароопасные отходы и про­извести высококалорийное топливо. в готовом виде пеллеты представ­ляют собой цилиндры диаметром 6-10 мм длиной до 50 мм (рис. 68).

Рис. 68. Древесные пеллеты

По причине высокой собственной плотности они прекрасно сохра­няют форму во время перевозки и хранения, а поверхностная пленка, образующаяся в процессе производства, препятствует проникновению атмосферной влаги. Хранение даже больших запасов такого теплоно­сителя не требует особых мер предосторожности и контроля. В отли­чие от древесной щепы и опилок, зачастую являющихся причиной по­жаров, пеллеты не подвержены самовозгоранию, их можно держать в непосредственной близости от жилого помещения. По теплотворной способности древесные гранулы аналогичны углю или 2 кг пеллет за­меняют 1 кг дизельного топлива. Учитывая дороговизну традицион­ных теплоносителей в Европе, можно представить ту выгоду, которую получают частные потребители от использования пеллет.

Преимущества древесных пеллет:

• Древесные пеллеты производят без использования химиче­ских закрепителей; по своим тепловым свойствам пеллеты превосходят даже каменный уголь (теплота сгорания пеллет равна 5 кВт-ч на 1 кг), а их экологические характеристики вне конкуренции.

• При сжигании 1 т пеллет достигается кПД до 94 % и выделяется столько тепловой энергии, сколько образуется при сжигании:

1600 кг - древесины 475 м3 - газа

500 л - дизельного топлива 685 л - мазута

• При хранении древесные пеллеты не самовоспламеняются при повышении температуры, т. к. не содержат скрытых пор. Пел­леты не взрывоопасны, в отличии от газа, солярки и т. д. Дре­весные пеллеты не имеют запаха, в отличии от традиционных видов топлива (газ, солярки и т. д.). Древесные пеллеты не впи­тывают влагу из воздуха, поэтому их высокая теплотворность не снижается со временем. следовательно, оборудование спе­циальных хранилищ для древесных пеллет не требуется.

• Древесные пеллеты легко поддаются автоматизации за счет хорошей сыпучести, что делает их удобными в использовании в частном секторе, древесные пеллеты могут храниться в не­посредственной близости от жилых помещений. поскольку древесные пеллеты это прессованный материал, обладающий высокой насыпной массой, то они занимают меньше места при транспортировке и хранении, чем другие виды топлива из от­ходов древесины.

• Древесные пеллеты удобны для транспортировки на большие расстояния и позволяют автоматизировать пеллетные котлы. при сжигании древесных пеллет в специальных котлах не нуж­но ежедневно удалять золу и добавлять топливо, при этом пыли, сажи или грязи вы не увидите. Да и тепло от сгорания древес­ных пеллет как производных от древесины воспринимается как более приятное, чем от сжигания газа или солярки.