Комплексное использование древесины Часть 1 1 Древесная

Комплексное использование древесины Часть 1 1

Древесная биомасса JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Биологическая масса – это общее количество вещества, составляющее растущее дерево. • Биомасса образуется в процессе фотосинтеза из веществ, содержащихся в почве и атмосфере, под действием солнечного света. • Биомасса дерева является одним из немногих видов возобновляемого сырья на Земле. 2

Распределение биомассы в растущем дереве JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Вершинная часть – составляет 5% от общей биомассы дерева • Крона – 10 -15% • Ствол – 60 -65% • Пень – 5 -10% • Корни – 10 -20% 3

Химический состав биомассы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Химический состав биомассы По химическому составу биомасса дерева представляет собой следующее: • углерод – 49, 5 -51%; • водород – 6, 1 -6, 3%; • азот – 0, 1%; • кислород – 44%; • минеральные частицы (соединения калия, кальция) – 0, 3 -1%. Химические элементы входят в состав углеводородных соединений, в том числе: • целлюлоза (С 6 Н 10 О 5)n – составляет 43%. (Целлюла – клетка, клеточное строение). (n – степень полимеризации); • гемицеллюлоза (полисахариды) – 25%. Включает пентозаны (С 5 Н 8 О 4)n и гексозаны (С 6 Н 10 О 5)n; • лигнин ОСН 3 – 28%; • смолы, жиры, белки – 4%. 4

Биомасса как источник сырья JOHN DEERE FORESTRY GROUP Биомасса Основное сырье Дополнительное сырье Реальные ресурсы Экономически доступные Технологические потери Экономически недоступные 5

Биомасса как источник сырья JOHN DEERE FORESTRY GROUP • К основному сырью относится часть биомассы, на которое сориентировано конкретное производство, например в лесопилении – стволовая часть древесины. • К дополнительному (потенциальному) сырью относится вся остальная часть биомассы. • Реальные ресурсы оцениваются как возможные, потенциальные за исключением технологических потерь. • Технологические потери – древесина, расходуемая на собственные нужды (производственные). • Экономически доступные ресурсы – часть реальных ресурсов, освоение и переработка которых дает экономический эффект. • Экономические недоступные ресурсы – часть реальных ресурсов, освоение и переработка которых экономически нецелесообразно. 6

Методы количественной оценки биомассы на лесосеке JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Выборочный способ оценки • Оценка запасов сучьев и древесной зелени по модельным деревьям • Оценка запасов отходов древесины по выходу щепу • Способ линейных пересечений • где V — объем кусковых отходов на единицу площади, м 3/м 2; d — диаметр i-го куска, измеренного в точке пересечения его с линией отбора, м; L — длина линии отбора образцов, м. 7

Способы использования биомассы JOHN DEERE FORESTRY GROUP 8

Структура распределения дополнительного сырья по фазам лесозаготовительного производства JOHN DEERE FORESTRY GROUP 9

Пневая древесина. Корни JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Пень – надземная часть ствола, которая остается после валки на лесосеке. • Между диаметром дерева на высоте груди (1, 3 м) и диаметром пня существует прямолинейная зависимость d 1, 3 = 0, 75∙dn • Продукция: пневый осмол, щепа и т. д. • Сложность использования: засоренность минеральными примесями, свилеватость и т. д. 10

Сучья и ветки JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Сучья – крупные боковые отростки от ствола. • Ветви – мелкие побеги от ствола и сучьев. У ели сучья составляют 18% от стволовой древесины, у сосны – 14%, у березы – 6%, у осины – 8%. • Продукция: - зеленая щепа, - древесная зелень и т. д. - Сложность использования: • засоренность минеральными примесями, сбежистость, низкая полнодревесность и т. д. 11

Вершинки и обломки стволов JOHN DEERE FORESTRY GROUP • В составе лесосечных отходов можно встретить довольно крупные отрезки вершин, которые как дополнительное сырье имеют большое значение (1, 5 % от объема заготовки). • Наименьший диаметр вершин должен быть не более 6 см. На практике толщина в месте отреза составляет 7 -8 см. и даже 17 и более см. • Обломки стволов – зимой, при валке, при погрузке челюстными погрузчиками (до 6, 6 % от общего запаса древесины на га). • Продукция: технологическая и топливная щепа • Сложность использования: трещины и т. д. 12

Дровяные деревья JOHN DEERE FORESTRY GROUP • В связи с низкой товарной ценностью значительная часть дровяных деревьев остается не вырубленной. • Заготовка не оправдывает затрат • Продукция: - ДВП и ДСт. П - топливная щепа и т. д. • Сложность • использования: • низкое качество и т. д. 13

Тонкомерная древесина JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Могут составлять до 40% лесосечных отходов d = 14 см на высоте 1, 3 м • Продукция: щепа, балансы, пиловочник на фрезерно-брусующих станках (короткий). • Сложность использования: высокое содержание коры, малый выход товарной продукций и т. д. 14

Кора JOHN DEERE FORESTRY GROUP Защита от вредных воздействий солнечного излучения, микроорганизмов, перепадов температуры и влажности атмосферного воздуха. • Среднее объемное содержание коры – до 10% к объему деловой сосновой и еловой древесины. В коре содержатся азот, кальций, магний, калий, фосфор, марганец, бор. Продукция: удобрение, древесно-корьевые плиты и т. д. Сложность использования: засоренность минеральными 15 примесями, гнилью и т. д.

Древесная зелень JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Хвоя, листья, побеги. • Содержит: – углеводы; – сахара; – белки; – жирорастворимые пигменты (каротиноиды); – витамины (групп Е, К, Р, С); – эфирные масла; – микроэлементы. • Продукция: кормовые продукты, эфирные масла и т. д. • Сложность использования: рассредоточенность, засоренность минеральными примесями и т. д. 16

Отходы лесоперерабатывающих производств JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Горбыли, рейки, отторцовки, опилки и т. д. • Продукция: щепа, гидролизное производство и т. д. • Сложность использования: примеси коры, наклон волокон (отторцовки) и т. д. 17

Измельченная древесина JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Щепа – древесные частицы, получаемые в результате измельчения древесного сырья рубительными машинами или специальными режущими устройствами. • Различают щепу технологическую, зеленую и топливную. • Технологическая щепа – древесные частицы в виде косоугольного параллелепипеда с острым углом 30 -60º, заданной длины и толщины. 18

Измельченная древесина JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Зеленая щепа – древесные частицы, содержащие примеси коры, хвои, листьев, получаемые при измельчении тонкомерных деревьев, лесосечных отходов, сучьев и ветвей. • Топливная щепа – измельченное древесное сырье, которое по своему качеству может быть использовано только как топливо. 19

Измельченная древесина JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Дробленка – древесные частицы, получаемые при измельчении древесного сырья в дробилках и молотковых мельницах. Она характеризуется неопределенностью формы частиц. • Древесная стружка – тонкие длинные древесные частицы, образующиеся при резании древесины на стружечных станках. • Микростружка – мелкие частицы, толщиной до 0, 25 мм и длиной 6 -8 мм, получаемые из древесной стружки или опилок на специальных размольных станках. Микростружка наряду с древесной пылью используется для формирования наружных слоев древесностружечных плит. 20

Измельченная древесина JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Технологические опилки имеют вид тонких длинных частиц, получаемых в процессе пиления специальными пилами (в отличие от обычных мелких древесных опилок). • Древесная пыль – несортированные древесные частицы размером менее 1 мм, которые образуются при шлифовании и другой механической обработке древесины. • Древесная мука – мелкие, измеряемые в десятках и сотнях микрон, древесные частицы заданного гранулометрического состава, получаемые размолом сухих древесных опилок стружек. 21

Виды частиц технологической щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP Большинство частиц имеют размеры и форму, близкую к стандартной (рис. 14, а). Мятая поверхность (рис. 14, г). Частицы с рваными торцами (рис. 14, б). Трещины в щепе (рис. 14, е, ж). Частицы-спички (рис. 14, д). Скалывание щепы по годичному слою (рис. 14, з). Трещиноватые частицы (рис. 14, в).

Виды частиц технологической щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • В тщательно отрегулированной дисковой рубительной машине с хорошо заточенными ножами большинство частиц имеют размеры и форму, близкую к стандартной (рис. 14, а). • Однако один из торцов щепы часто имеет заметно поврежденную, мятую поверхность (рис. 14, г). • При затуплении ножей или неустойчивом положении чурака в процессе резания могут быть получены частицы с рваными торцами (рис. 14, 6). • Измельчение древесины нередко сопровождается образованием трещин в щепе (рис. 14, е, ж), в результате чего получаются частицы-спички (рис. 14, д). Игольчатую форму они приобретают при резании древесины с таким пороком, как наклон волокон. • Один из торцов такой щепы имеет плоскую поверхность, образованную резцом. Второй торец, более тонкий и часто в виде острой кромки, получается в результате скалывания щепы по годичному слою (рис. 14, з). • Трещиноватые частицы (рис. 14, в) характерны для фрезерованной щепы, полученной в фрезерно-брусующих станках.

Марки и направления использования JOHN DEERE FORESTRY GROUP

Допустимая доля включений в щепе JOHN DEERE FORESTRY GROUP

Классификация щепы • Классификация щепы осуществляется: • По назначению щепа подразделяется на технологическую, зеленую и топливную. • По гранулометрическому составу различают щепу кондиционную и некондиционную: крупной и мелкой фракции. • По виду и качеству исходного сырья различают щепу из пнево-корневой древесины, из сучьев и целых тонкомерных деревьев (зеленая щепа) и т. д. • По породному составу исходного сырья различают щепу хвойных, лиственных и смешанных пород. • По способу переработки древесного сырья (измельчения) различают щепу, полученную в дисковых или барабанных рубительных машинах и щепу, полученную фрезерованием древесины. JOHN DEERE FORESTRY GROUP

Щепа JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Щепа — сыпучий материал. По геометрической форме древесных частиц, их размерам и составу щепа характеризуется как однородный сыпучий материал. Условие однородности такого материала характеризуется коэффициентом неоднородности частиц kн, который определяется из соотношения: • где d 60 —диаметр отверстий сита, через которое просеивается не менее 60% материала; d 10— наименьший диаметр отверстий сита, через которые просеивается 10 % мелких частиц. • Для технологической щепы, где параметру d 60 соответствуют сита с ячейками 28 мм, а параметру d 10 — с ячейками 10 мм, коэффициент неоднородности составляет величину kн= 2, 8, поэтому щепу относят к однородному сыпучему материалу.

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Структура щепы как сыпучего тела является важнейшим фактором, определяющим ее механические свойства. • Для щепы характерны связность частиц, их подвижность, смерзаемость, слеживаемость, уплотнение при статических и динамических воздействиях, сводообразование при истечении из бункеров и силосов. • Как материал органического происхождения, щепа гигроскопична, подвержена поражению микроорганизмами. • Подобно другим растительным материалам большая масса щепы обладает способностью саморазогреваться и при определенных условиях самовозгораться.

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Основными параметрами, характеризующими свойства щепы, являются • объемная масса, влажность, коэффициент полнодревесности, коэффициент уплотнения, угол естественного откоса, коэффициент внутреннего трения, начальное сопротивление сдвигу, коэффициент трения скольжения о различные поверхности.

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Объемная масса щепы характеризует плотность ее укладки и определяется содержанием массы влажной древесины mw в измеренном объеме Vнас щепы. • Объемная масса зависит от плотности измельчаемой древесины, влажности сырья, коэффициента полнодревесности щепы, а также степени ее уплотнения и фракционного состава.

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Плотность древесины, определяемая отношением ее массы к единице объема. • Различают плотность абсолютно сухой древесины ро, плотность влажной древесины рw и условную плотность русл. • В практике учета технологической щепы часто пользуются значением условной плотности, которая определяется отношением массы абсолютно сухой древесины mo к ее плотному объему во влажном состоянии Vпл.

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Влажность древесного сырья, измельчаемого в щепу, в лесозаготовительном производстве обычно составляет 70 -90 %. • где W — абсолютная влажность древесины, %; k 0 — коэффициент объемной усушки древесины, % на процент влажности. Доля объема щепы, занятого древесиной, определяется коэффициентом полнодревесности kпнас — важнейшей характеристикой в системе учета вырабатываемой технологической щепы. Для свободно насыпанной щепы

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Коэффициент полнодревесности kп щепы, находящейся в любой степени уплотнении, в общем виде можно выразить следующим образом: • - коэффициент уплотнения щепы. • На практике коэффициент уплотнения щепы определяют как отношение начальной высоты слоя свободно отсыпанной щепы к высоте после уплотнения. Для свободно отсыпанной щепы коэффициент уплотнения равен единице. При уплотнении щепы статическим нагруженном коэффициент уплотнения достигает значительной величины, равной 1, 15— 1, 47.

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Теоретически возможная предельная величина коэффициента уплотнения численно равна коэффициенту раз рыхления kр, равному отношению объема свободно насыпанной щепы к исходному объему измельченного древесного сырья: • В этом случае коэффициент полнодревесности щепы имеет наибольшее теоретически возможное значение, равное единице. На практике эта величина недостижима и kп не превышает 0, 51.

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • С учетом изложенного, величина объемной массы влажной щепы, находящейся в любой степени уплотнения, может быть найдена из выражения в общем виде • Когда известна условная плотность древесины, объемную массу влажной щепы можно определить по формуле

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Подвижность щепы характеризуется углом естественного откоса, коэффициентом внутреннего трения, начальным сопротивлением сдвигу. • Угол естественного откоса образуется плоскостью естественного откоса свободно отсыпанной кучи щепы с горизонталью. Величина угла естественного откоса изменяется для щепы в пределах 30— 40° и зависит от подвижности частиц. α

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Коэффициент внутреннего трения f, численно равный тангенсу угла внутреннего трения • Сопротивление щепы сдвигу обусловливается, таким образом, внутренним трением сцеплением частиц: • • - нормальное напряжение в сыпучем теле - начальное сопротивление сдвигу

Свойства щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • При перемещении щепы механическими и пневматическими транспортными устройствами важное значение имеют коэффициенты трения щепы. • Различают коэффициенты трения покоя и трения скольжения , которые находятся в соотношении

Подготовка сырья JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Подготовительные операции проводят до измельчения древесного сырья в рубительных машинах. Они могут включать в себя: • подача древесного сырья, • раскряжевка (разделка) сырья, • раскалывание древесины, • окорка древесного сырья, • гидротермическая обработка древесины.

Подготовка сырья JOHN DEERE FORESTRY GROUP 1. Полуавтоматическая линия. 2. Шаговый транспортер. 3. Питатель (типа ЛТ-79). 4. Сортировочный лесотранспортер. 5. Поперечный лесотранспортер. 6. Лесотранспортер для коротья (дров)

Технологическое оборудование JOHN DEERE FORESTRY GROUP Пневмотранспортная установка ПНТУ-2 М Бункерный питатель ПБ-6

Технологическое оборудование JOHN DEERE FORESTRY GROUP Устройство окорочных барабанов периодического и непрерывного действия

Технологическое оборудование JOHN DEERE FORESTRY GROUP Дисковая рубительная машина Барабанные рубительные машины

Технологическое оборудование JOHN DEERE FORESTRY GROUP

Производство щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Выработка щепы включает следующие операции: • —подготовку древесного сырья; • —измельчение; • —сортировку; • —доизмельчение крупных частиц; • —очистку; • —складирование; • —хранение; • —погрузочно-разгрузочные и транспортные работы.

Производство щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP 1 – питатель пневмотранспортная установка ПНТУ-2 М; 2 – сортировочная установка типа СЩМ-60; 3 – накопитель; 4 – ленточный конвейер; 5 – приемный стол; 6 – окорочный барабан КБ-3 А; 7 – ленточный конвейер; 8 – накопитель; 9 – узел подготовки древесного сырья; 10 – вагон; 11 – открытые кучи щепы (хвойной и лиственной); 12 – пневмопогрузчик щепы; 13 – устройство для гидротермической обработки; 14 – бункер; 15 – трехпозиционный переключатель; 16 – трубопровод; 17 – рубительная машина типа МРНП-10; 18 – ленточный конвейер; 19 – цепной конвейер.

Сортировка щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Классификация сортировочных машин для щепы осуществляется: • по способам перемещения частиц во время сортировки (пневматическим или механическим способами. ); • по конструктивным и • технологическим признакам (гирационные, барабанные, • вибрационные • сортировочные машины).

Сортировка щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP 1. подвижный короб, 2. опорная рама, 3. шаровые опоры (4 шт. ), 4. фундамент, 5. эксцентриковы й вал, 6. сита (с мелкими отверстиями), 7. сита (с крупными отверстиями), 8. загрузочный лоток.

Формы отверстий сит JOHN DEERE FORESTRY GROUP Отношение суммарной площади всех отверстий FO к общей площади сита Fn определяет коэффициент использования полезной площади М: где m – половина расстояния между кромками смежных отверстий; r – радиус отверстия.

Формы отверстий сит JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Величина перемычки 2 m характеризует прочность сита. Для практики: • Для сит с квадратными отверстиями со стороной h:

Качество сортировки JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Качество работы сортировочной машины оценивается коэффициентом разделения смеси ε. • Этот коэффициент определяется отношением количества (n‘) просеянных через сито частиц данного размера к их содержанию в щепе до сортировки (n): • ε = n' / n. • Высокое качество сортировки ε= 0, 90… 0, 98, среднее ε = 0, 85, низкое ε = 0, 80.

Транспорт и погрузка щепы JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Лесотранспортеры • Подъемнотранспортные машины (краны и погрузчики) с грейферными захватами для работы с сыпучими грузами • Смешанный способ (транспортеры и ПТМ)

Транспортеры JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Механические • Скребковые (перемещают по лотку, имеющим прямоугольное сечение): наклон до 30 град, надежны, просты; доп. измельчение щепы, большие энергозатраты, ограниченная скорость перемещения, износ цепей и лотков. • Ленточные (перемещение по прорезиненной ленте): экономичность, равномерность подачи, простота. • Винтовые или шнековые (перемещение винтом при вращений): наклон до 20 град на расстояние до 40 м, доизмельчение щепы. • Пневматические (пневмотранспортные установки): можно располагать под любым углом; доп. измельчение щепы, большие энергозатраты, не эффективен на большие расстояния.

Хранение JOHN DEERE FORESTRY GROUP • Три способа • Закрытый (в бункерных галереях, закрытых складах, 50 -100 м 3 или 6501500 м 3) • Открытый (в кучах на спец. площадках, от 1 -700 тыс. м 3) • Контейнерный (в небольших емкостях, 12, 5 -17, 5 м 3)