Энергия древесины

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ КАК ОСНОВА БЕЗОТХОДНОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В настоящее время стало насущной необходимостью осу­ществление в стране назревших преобразований, обеспечиваю­щих ускорение социально-экономического развития.

Ускоренное развитие общественного производства при его колоссальных объемах неизбежно в какой-то мере затрагивает природную среду так, что при недостаточном внимании к ней могут стать реальностью недопустимые воздействия на при - с роду, нарушающие веками сложившееся экологическое равно­весие.

В политическом докладе ЦК КПСС XXVII съезду Генераль­ный секретарь ЦК КПСС тов. М. С. Горбачев отметил: «Перед нами остро встает задача охраны природы и рационального ис­пользования ее ресурсов. Социализм с его плановой организа­цией производства и гуманистическим мировоззрением спосо­бен внести гармонию во взаимоотношения между обществом и природой»

Гармония во взаимоотношениях между природой и общест­вом при современных масштабах общественного производства не может быть достигнута путем простого декларирования ее, здесь требуется надлежащая разработка и осуществление це­лой системы целенаправленных мероприятий, специфичных для каждой отрасли промышленности, для каждого вида производ­ства, для каждого типа технологии.

Для практической реализации такой системы мероприятий необходимо проведение большого объема проектных работ, соз­дание специального оборудования, осуществление значительных объемов строительных и монтажных работ, связанных с тру­довыми, денежными и материальными затратами.

Лесозаготовительное производство не является в этом отно­шении исключением.

В последнее десятилетие ежегодный объем заготовки и вы­возки древесины в лесах государственного значения, находя­щихся в ведении органов лесного хозяйства, составлял 400... 411 млн. м3. Это значит, что ежегодно вырубались миллионы гектаров леса.

1 Материалы XXVII съезда Коммунистической партии Советского Сою­за.—М.: Политиздат, 1986.—С. 50.

Проведение лесозаготовок в нашей стране осуществлялось в основном в соответствии с научными предпосылками лесове­дения и лесоводства, обусловливающими оптимальное использо­вание лесных ресурсов социалистического государства как с точки зрения удовлетворения потребностей народного хозяйства в ле­соматериалах, так и с точки зрения сохранения окружающей среды. При этом одновременно с заготовкой леса выполнялся большой объем работ по лесовозобновлению, защитному лесо­разведению, рубкам ухода за лесом и другим лесохозяйствен - ным мероприятиям, направленным на возмещение ущерба, на­носимого окружающей среде при ведении заготовки древе­сины.

Однако огромные масштабы заготовок леса в стране тре­буют осторожного подхода к принятию ответственных решений, которые следует принимать на основе экспериментов, досто­верных научных изысканий и исследований.

Современные лесопромышленные предприятия все более при­обретают комплексный характер. Это значит, что за такими предприятиями закрепляются определенные площади лесносо фонда и возлагается на них полная ответственность не только за рациональное ведение лесозаготовок, но и за проведение всего необходимого комплекса лесохозяйственных работ, вклю­чая искусственное выращивание леса.

В этих условиях заготовка древесины составляет необходи­мую и неотъемлемую часть лесохозяйственного производства — своего рода сбор выращенного самими лесозаготовителями уро­жая лесных культур.

Такая структура и организация лесозаготовительных и ле­сопромышленных предприятий наиболее полно отвечает духу и содержанию социалистической системы хозяйства.

Кроме рубок главного пользования, комплексные лесопро­мышленные предприятия проводят рубки ухода за лесом, на­правленные на создание благоприятных условий роста ценных пород древесины, повышение полезных функций леса, своевре­менное использование заготавливаемой древесины.

Комплексные лесозаготовительные предприятия несут также полную ответственность за проведение санитарных рубок. Эти рубки проводят в древостоях любого возраста, находящихся в неудовлетворительном санитарном состоянии, с целью удале­ния больных деревьев, сухостоя, бурелома, ветровала и др.

Очевидно, что древесина, заготовляемая во время рубок ухода и особенно при санитарных рубках, по своему качеству значительно уступает древесине, заготовляемой при рубках главного пользования, она в большей степени поражена вред­ными насекомыми и грибковыми заболеваниями, содержит от­мершие и маломерные деревья.

Древесина от санитарных рубок в виду зараженности ее грибками должна по возможности в кратчайшие сроки уда­ляться из леса. Опыт работы показывает, что при хранении в штабелях в лесу она быстро разрушается — сгнивает, стано­вясь малопригодной даже для использования на топливо.

Объемы древесины, заготавливаемой при рубках ухода и санитарных рубках ежегодно, эквивалентны по тепловой энер­гии 8,0.. .8,5 млн. т условного топлива. Поэтому целесообразно иметь в каждом лесохозяйственном и лесопромышленном пред­приятии оборудование для эффективного энергетического ис­пользования части древесины, получаемой от санитарных рубок и рубок ухода, которая непригодна для каких-либо других тех­нологических целей.

Одной из неясных и до Конца не решенных проблем явля­ется проблема отходов лесозаготовок, оставляемых на лесо­секах после рубок главного пользования.

Многие специалисты считают правомерным оставлять на ле­сосеках после рубок главного пользования древесные отходы, образующиеся от обрубки сучьев, нетоварные хлысты, сухостой и т. п., полагая, что это не наносит особого вреда природе. Даже, более того, это полезно лесным насаждениям, так как компенсирует в какой-то части изъятие из кругооборота ве­ществ, принадлежащих вывозимой с лесосек древесной био­массе. Имеется при этом в виду, что древесные отходы, остав­ляемые на лесосеке, являются удобрениями для лесной почвы, поскольку содержат азот и целую гамму так называемых золь­ных элементов, дефицит которых в почве резко снижает про­дуктивность лесных массивов.

При решении вопроса о вывозке древесных отходов с лесо­секи имеет немаловажное значение и то обстоятельство, что ка­чество биомассы элементов кроны дерева более низкое по срав­нению с качеством древесины, заготавливаемой при рубках главного пользования. В то же время себестоимость заготовки и вывозки одного плотного кубометра отходов лесозаготовок существенно превышает себестоимость заготовки и вывозки плотного кубометра стволовой древесины.

Вывозка из леса нетоварных, поврежденных грибками и на­секомыми деревьев экономически нецелесообразна, так как их древесина не может найти полезного применения ввиду ее низкого качества.

Приведенные выше обоснования правомерности оставления в лесу древесных отходов при рубках главного пользования имеют объективный характер и должны приниматься во вни­мание при организации технологического процесса лесозагото­вок. Однако они отражают сущность проблемы односторонне, не исключая возможности другой точки зрения.

Так, с совершенно иной позиции рассматривают эту про­блему работники лесного хозяйства. Они прежде всего обра­щают внимание на деятельность в лесу насекомых-вредителей. Нет почти ни одной древесной породы и кустарника, которые в той или иной мере не повреждались бы каким-либо вредным насекомым. Отдельные виды насекомых повреждают не только растущие деревья и кустарники, но и заготовленную древесину, если она продолжительное время находится в лесу.

Древесные отходы, нетоварные деревья, сухостой, оставляе­мые на лесосеке, создают благоприятные условия для развития и размножения многих видов вредных для леса насекомых. Конечно заготовленная и своевременно вывезенная древесина не подвергается опасности повреждения этими насекомыми, од­нако то, что остается на лесосеке, в частности жизнеспособный подрост и новые поколения деревьев, неизбежно при этом ока­зываются в среде, существенно зараженной лесными вредите­лями.

Для того, чтобы обеспечить надлежащие условия для ус­пешного лесовозобновления после рубок главного пользования, чтобы уменьшить опасность распространения на вырубленных лесосеках вредных насекомых, целесообразно вывозить из леса все образующиеся там древесные отходы и другую низкока­чественную биомассу, являющуюся питательной средой для вредных насекомых.

Губительное воздействие на лес оказывают грибные болезни деревьев, вызываемые простейшими растениями — грибками, паразитирующими как на живых растениях, так и питающи­мися органическими веществами отмерших деревьев. Грибки размножаются с помощью спор или путем развития грибницы. Деревья заражаются грибными болезнями после того, как спора или грибница проникает внутрь живого органа и при благо­приятных условиях начинает там размножаться. Грибки вызы­вают у деревьев различные заболевания. Они поражают листья, хвою, ветки, семена, плоды, ствол и корни. Заражению дерева грибными болезнями способствуют различного рода механиче­ские повреждения. Во многих случаях грибковые заболевания вызывают гниль стволов и корней, чем снижаются технические качества заготавливаемой древесины и уменьшается выход де­ловых сортиментов.

В целях снижения вредного воздействия грибков на процесс лесовозобновления на лесосеках после рубок главного пользо­вания желательно удалять все древесные отходы, а также су­хостой и деревья, затронутые грибковыми заболеваниями, не­смотря на низкое качество и малую товарность их древесины, повышенную себестоимость заготовки и вывозки малотранс­портабельных лесосечных отходов.

Древесина, поврежденная грибковыми заболеваниями, по­ступающая на нижний склад лесопромышленного предприятия, должна в кратчайшие сроки измельчаться в топливную щепу и сжигаться в топках котельных установок.

Лес характеризуется интенсивным кругооборотом веществ, приводящим к наибольшей, по сравнению с другими природ­ными типами растительности, аккумуляциии органического ве­щества. В эксплуатируемых лесах некоторая часть зольных эле­ментов и азота выпадает из биологического кругооборота в связи с удалением из леса части выросшей там биомассы во время ле­созаготовок. Пока при рубках удаляется с лесосек преимущест­венно стволовая древесина, а ветви, сучья, хвоя, листва, т. е. наиболее богатые зольными элементами и азотом части дерева, остаются в лесу. Удаляемая часть зольных элементов и азота составляет не более 15. ..20% их содержания в массе дерева, поэтому почва в таком случае резко не обедняется. Однако по мере повышения доли практического использования древесной биомассы в комплексных лесозаготовительных предприятиях выпадающая из биологического круговорота веществ часть золь­ных элементов и азота будет возрастать, и может наступить такой момент, когда вывозка с лесосек всей биомассы (включая крону и корневую систему) вызовет опасность обеднения лесных почв.

В практике лесного хозяйства уже имеются примеры пол­ного использования биомассы деревьев. В связи с этим возни­кает проблема количественного определения и практического возмещения потерь питательных веществ почвой леса при по­вышении доли древесной биомассы леса, вывозимой с лесосек. По-видимому, при этом будет необходим новый подход к при­менению удобрений и возможно придется разработать новые методы лесовозобновления. Однако возникновение этой проб­лемы не может быть достаточной причиной, препятствующей развитию вывозки деревьев, или служить основанием для от­каза от надлежащей очистки лесосек после рубок главного пользования.

Острота этой проблемы несколько сглаживается тем, что та­кое полное изъятие древесной биомассы на одном и том же ме­сте осуществляется очень редко — в наших лесах 1 раз в 100 лет. Затем по мере роста нового поколения деревьев постепенно бу­дет вновь возрастать поступление органических веществ в почву.

Для правильного решения проблемы необходимо выявить значение перерыва или ослабления в накоплении питательных веществ в почве путем экспериментальных исследований с ко­личественной и качественной оценкой изменений в биологиче­ском кругообороте веществ при данных природных и экономи­ческих условиях.

Было бы неправильно не обратить внимания на одну весьма важную сторону проблемы очистки лесосек — необходимость снижения пожароопасности лесных массивов.

Наличие на лесосеке после рубки главного пользования сучьев, ветвей, валежника, сухостойных деревьев создает об­становку, способствующую возникновению лесных пожаров, так как в летних условиях влажность древесных отходов резко сни­жается, а способность их к воспламенению возрастает. Потен­циальная пожарная опасность на захламленных лесосеках во много раз превышает опасность возникновения пожара на очи­щенной лесосеке.

Несмотря на то, что очистка лесосек от древесных отходов после рубок главного пользования является операцией трудо­емкой и дорогостоящей, отказываться от нее с учетом всего изложенного выше нецелесообразно, особенно если рассматри­вать эту проблему не только с точки зрения сегодняшнего дня, айв перспективе развития комплексного предприятия. При этом следует иметь в виду, что энергетическое использование древесных отходов, вывезенных с лесосеки и измельченных в топливную щепу, возможно при любом даже самом низком качестве их биомассы.

Проблема использования древесных отходов первичной пе­реработки древесины на нижнем складе лесозаготовительного или лесопромышленного предприятия самым существенным об­разом затрагивает вопросы сохранения окружающей среды. Даже незначительное количество древесных отходов, образую­щихся в технологическом процессе, использование которых не предусмотрено технологией производства, приводит с течением времени к образованию больших куч (отвалов) этих отходов на территории самих предприятий или вне их. Находясь в боль­ших кучах, древесные отходы подвергаются действию атмосфер­ного воздуха, влаги, бактерий, грибков и насекомых. При этом биомасса отходов разрушается с выделением большего числа различных веществ распада древесины и коры, многие из ко­торых токсичны и канцерогенны. Растворяясь во влаге атмо­сферных осадков и поверхностных водах, эти вещества прони­кают под почву и загрязняют грунтовые воды, а также вымы­ваются в соседние водоемы, ручейки, речки, оказывая вредное воздействие на их биологическую и микробиологическую среду. Вместо чистых водоемов и прудов образуются хранилища дурно пахнущих стоков, а ручьи и речки превращаются в сточ­ные канавы с отравленной биологической средой.

С точки зрения экологии образование отвалов гниющих дре­весных отходов в лесозаготовительных и лесопромышленных предприятиях недопустимо, а тем более недопустимо возраста­ние их объемов с течением времени.

Следует принять как непреложное правило: все, что выве­зено из лесу и не может быть использовано для технологиче­ских целей, должно измельчаться в топливную щепу и своевре­менно сжигаться в топках котельных установок с получением необходимой в производстве и быту тепловой энергии. При этом каждый плотный кубометр древесных отходов, не нахо­дящий другого применения и направленный в топки котельной, позволит сэкономить 200.. .250 кг условного топлива.

Наиболее перспективным направлением использования низ­кокачественного сырья и древесных отходов является производ­ство технологической щепы для целлюлозно-бумажной промыш­ленности и заводов ДВП и ДСП.

По мнению многих работников лесозаготовительной про­мышленности, именно производство технологической щепы мо­жет обеспечить полную безотходность лесозаготовительного производства. Практика работы предприятий отрасли, однако, показывает, что на этом направлении решения проблемы безот - ходности лесозаготовок встречаются определенные трудности. Прежде всего, коэффициент полнодревесности щепы из отходов лесозаготовок составляет 0,30.. .0,36, в то время, как коэффи­циент полнодревесности технологических дров и круглых сорти­ментов изменяется в пределах от 0,70 до 0,80. Исходя из этого очевидно, что показатель, характеризующий транспортабель­ность технологической щепы, в 2 раза ниже этого показателя для стволовой древесины. Иными словами использование полез­ного объема транспортных средств при перевозке технологиче­ской щепы будет в 2 раза ниже, чем при перевозке технологи­ческих дров или колотых балансов. В связи с этим с общегосу­дарственной точки зрения производство технологической щепы наиболее целесообразно в определенных районах, тяготеющих к целлюлозно-бумажным предприятиям и заводам древесностру­жечных и древесноволокнистых плит. При производстве техноло­гической щепы на предприятиях, удаленных от ЦБК и заводов ДСП и ДВП, неизбежно возникнут трудности с транспортиро­ванием технологической щепы. Иначе говоря производство тех­нологической щепы имеет определенную, ограниченную область экономически целесообразной применимости, а следовательно, не может рассматриваться как универсальное направление, обес­печивающее в любых условиях положительное решение проб­лемы безотходности лесозаготовительного производства.

Некоторая часть древесной биомассы, поступающей из лесу при организации надлежащей очистки лесосек, неизбежно ока­жется пораженной грибковыми заболеваниями и вредными на­секомыми. Эта часть древесных отходов не пригодна для про­изводства технологической щепы и единственно возможное направление ее полезной утилизации есть энергетическое ис­пользование в топках котельных установок.

Лесосечные отходы — сучья, ветви, вершины имеют сложную и разнообразную форму и их измельчение в рубительных ма­шинах неизбежно сопряжено с получением, с одной стороны, мелочи, а с другой — крупных частиц, которые отсортировыва­ются в процессе производства технологической щепы, образуя так называемые вторичные отходы. При использовании в каче­стве сырья для производства щепы отходов лесозаготовок та­ких вторичных отходов образуется 20.. .30 % от объема пере­рабатываемого сырья.

Отходы производства технологической щепы в настоящее время вывозятся в основном в отвалы. Подобная практика дол­жна быть ликвидирована, отходы производства щепы следует использовать на топливо в котельных. Для этого будет необ­ходимо разработать применительно к местным условиям тех­нологию их подготовки к эффективному сжиганию в топках паровых и водогрейных котлов.

Одним из направлений использования древесных отходов яв­ляется гидролиз, в результате которого получается ряд про­дуктов, имеющих неограниченный сбыт в народном хозяйстве страны. Для гидролиза используются в основном мягкие от­ходы преимущественно хвойных пород. Опилки, стружки и щепа допускаются для применения в гидролизном производстве, если давность их хранения в открытом виде не более 4 мес. Примесь коры является вредной для этого вида производства и количе­ство ее в сырье не должно превышать 8%. Длина частиц дре­весины при гидролизе должна быть не более 40 мм. Допуска­ется примесь щепы с размерами более 40 мм в количестве не свыше 3°/о - На основании этих требований по качеству сырья для гидролизной промышленности, и учитывая малую транс­портабельность мягких древесных отходов и щепы, можно за­ключить, что так же, как и производство технологической щепы, гидролизное производство не может обеспечить полную безотходность лесозаготовительной отрасли промышленности.

Единственным достаточно универсальным видом полезного применения древесных отходов даже самого низкого качества, позволяющим организовать лесозаготовительное производство без каких-либо отходов, является использование отходов лесо­заготовок в энергетических целях для получения тепловой энер­гии, необходимой для производственных и бытовых нужд самих лесопромышленных предприятий.

Основным направлением энергетического использования дре­весных отходов в лесопромышленных предприятиях надо счи­тать прямое их сжигание в топках паровых и водогрейных кот­лов. Это направление получило повсеместное распространение как в нашей стране, так и в зарубежных странах.

Работами по прямому сжиганию древесных отходов, содер­жащих значительное количество минеральных включений, коры, гнили и т. п., выполненными в ЦНИИМЭ, МЛТИ, НПО ЦК. ТИ им. И. И. Ползунова, Ленинградском политехническом инсти­туте и других научно-исследовательских организациях в СССР и за рубежом, показана практическая возможность использо­вания древесной биомассы любого вида.

На основании этих работ можно считать реальной возмож­ность организовать лесозаготовительное производство так, чтобы полезно использовать всю биомассу, вывозимую из леса, без каких-либо отходов, обеспечивая наилучшие условия лесово­зобновления на вырубленных лесосеках и полностью удовлет­воряя современным требованиям по сохранению окружающей среды,

[1] Процент корней, которые можно извлечь механизмами.

[2] Здесь и в дальнейшем 1 м3 газа принимается при температуре О °С и давлении 101 кПа.

[3] В формулах для определения объема водяных паров (4.11); (4.14) влаго - содержаиие воздуха принято равным 10 г на 1 кг сухого воздуха.