Энергия древесины

ПОДГОТОВКА ДРЕВЕСНОЙ КОРЫ К СЖИГАНИЮ

Для того чтобы эффективно использовать древесную кору в качестве котельно-печного топлива, необходимо разработать и провести ряд подготовительных мероприятий. К таким меро­приятиям следует причислить следующие:

Определение объемов образования коры в производстве и их теплотехническая оценка как вторичных горючих энергетиче­ских ресурсов;

Проектирование и строительство бункерных устройств для хранения буферных запасов коры в окорочных цехах пред­приятий;

Определение потребных площадей межсезонного хранения древесной коры, проектирование и строительство склада для этой цели;

Разработка системы внутризаводского транспортирования коры;

Монтаж и освоение эксплуатации оборудования для измель­чения коры и ее обезвоживания в случае, если влажность коры превышает 50 % отн.

Схемы бункерных устройств для мелкой древесины [46] при­ведены на рис. 18. Наилучшим вариантом схемы для бунке­ровки смерзающейся в зимних условиях коры является вариант рис. 18, в. При этом варианте дно бункера образуют два пово­
ротных щита, а боковые стенки устроены с отрицательным уг­лом наклона во избежание зажатия смерзшейся щепы в объеме бункера.

Щиты, образующие дно бункера, поворачиваются при по­мощи ручной лебедки или рычажной системы. Для накопления и буферного хранения коры, образующейся при сухой окорке и не смерзающейся на морозе, применяются бункерные галереи с боковой разгрузкой (рис. 18, а и б).

Наклон дна этих галерей принимают в пределах от 50 до 60°. Высыпные люки устраиваются при этом во всю ширину дна бункера. Для побуждения разгрузки иногда на дно бункера ус­танавливают электровибраторы, включаемые только в момент опоражнивания бункера.

Объем бункера для смерзающейся щепы обычно принима­ется несколько превышающим грузоподъемность применяемого для отвозки коры автосамосвала. Объем бункерной галереи для несмерзающейся щепы рассчитывают, исходя из местных усло­вий (вида применяемого транспорта, производительности око­рочного оборудования, сменности его работы, расстояния вы­возки и др.).

Измельчение коры. Измельчение коры необходимо для обес­печения надежного и устойчивого процесса ее сжигания. Кроме того, однородный фракционный состав коры требуется при тран­спортировании ее пневмотранспортными установками, а также при организации подсушки ее в устройствах с использованием процессов, предусматривающих взвешенное состояние частиц подсушиваемого материала.

Наименьшая степень измельчения коры требуется для сжи­гания ее слоевым способом. При слоевом сжигании необходимо только, чтобы размер кусков коры по длине не превышал 100 мм. Несколько более высокие требования к размерам ча­стиц необходимо удовлетворять при сжигании и сушке коры во взвешенном состоянии.

Для измельчения коры применяются корорубки и молотко­вые мельницы. В молотковых мельницах измельчение происхо­дит между шарнирно закрепленными билами и контрножами. Однако наибольшее распространение получили корорубки ро­торного типа. Конструктивно роторные корорубки подразделя­ются на однороторные и двухроторные. Как те, так и другие бывают с вертикальным и горизонтальным расположением ро­торов. На рис. 19 показаны принципиальные схемы работы ко - рорубок роторного типа.

Однороторные корорубки с вертикально расположенным ро­тором рис. 19, а измельчают кору между жестко закрепленными на роторе ножами 1 и тремя эластично закрепленными на кор­пусе контрножами, расположенными относительно друг друга под углом 120°. Недостатком корорубок с вертикальным распо­ложением ротора является затруднительность удаления измель-

Подача норы

- I г,

А

Подача коры

I

Ченной коры. Корорубки этого типа изготовляются финской фир­мой «Раума-Репола».

Наибольшее распространение как в Советском Союзе, так и за рубежом получили однороторные корорубки с горизонтальным ротором (рис. 19, б). В этих корорубках кора измельчается между ножами, закрепленными на роторе, и контрножом, скреп­ленным с корпусом. Ножи и контрнож закреплены жестко и действуют как пуансон и матрица. Однороторные корорубки с горизонтальным ротором просты по устройству, имеют высо­кую производительность, хорошую степень измельчения коры,

Редкие случаи забивания корорубки корой, обеспечивают из­мельчение отщепа и небольших кусков древесины, попадающих с корой.

Ротор корорубки в некоторых конструкциях представляет собой барабан, на котором закреплены ножи, а в других со­стоит из вала с набором дисков, несущих ножи.

Из отечественных конструкций корорубок этого типа наи­более удачна корорубка КР-6, разработанная вологодским ГКТБ. Схема работы двухроторной корорубки с расположением роторов в горизональной плоскости показана на рис. 19, в. В ней кора измельчается ножами, жестко закрепленными на роторах, вращающихся навстречу друг другу с различной скоростью. На одном из роторов ножей больше в 3—4 раза, чем на другом. Данная схема принята при разработке финской корорубки РМВ - 50МЗ фирмы «Вяртсаля» и отечественной Ц6-01. Опыт эксплуа­тации корорубок этого типа показал, что измельчение коры в них происходит менее надежно, с большими затратами энер­гии на измельчение коры по сравнению с однороторными коро - рубками. Конструктивное устройство корорубок этого типа от­личается большей сложностью. Корорубки Ц6-01 не оправдали себя в эксплуатации, сняты с производства.

Схема работы двухроторных корорубок с расположением ро­торов один над другим показана на рис. 19, г. Корорубки этого типа представляют собой две однороторные корорубки, заклю­ченные в одном корпусе, причем кора после измельчения ее ро­тором первой ступени попадает во вторую ступень. Дополни­тельное измельчение коры на роторе второй ступени достига­ется за счет уменьшения ширины ножа и увеличения количества ножей на диске. По этой схеме спроектирована отечественная корорубка КРН-2/25 и КРС-68.

В табл. 27 показаны технические характеристики наиболее распространенных корорубок роторного типа, как отечествен­ных, так и зарубежного производства.

Снижение влажности коры. Приведенные выше данные по­казывают, что в случаях окорки древесины, поступившей спла­вом, применения оттаивания древесины перед окоркой в бассей­нах, а также применения парового обогрева при барабанной окорке древесины кора имеет влажность выше критической и перед поступлением такой коры в топки необходимо снизить ее относительную влажность до 60 %.

Снижение влажности коры осуществляется обычно либо по­средством механического отжима влаги из коры, либо подсуши­ванием коры при помощи отходящих газов котельных, вентиля­ционными выбросами и другими низкопотенциальными вторич­ными тепловыми энергетическими ресурсами.

Механическое обезвоживание коры. Механическое обезвожи­вание коры осуществляется с помощью короотжимных прессов. По устройству короотжимные прессы подразделяются на валко-

Вые, валковые со свободным кольцом, винтовые, цепные и порш­невые.

Валковые короотжимные прессы представляют собой си­стему последовательно установленных цилиндрических валков, поверхность которых имеет острые грани. Приводные валки по­лучают вращение от механического привода, и к ним при по­мощи гидравлических устройств прижимаются подвижные

Валки. Валки могут устанавливаться горизонтально или верти­кально. Схема валкового пресса с горизонтальными валками изображена на рис. 20.

Кора, подаваемая между валками, отжимается и частично измельчается. Острые грани на поверхности валков способ­ствуют лучшему отжиму воды и измельчению крупных кусков коры. Недостатками валковых прессов являются их большие габаритные размеры, малая производительность, повышенная металлоемкость и энергоемкость. Крупные куски древесины, ко­торые попадают между валками вместе с корой, раздвигают валки, и часть коры проходит между ними без отжима. При вертикальном расположении валков кора отжимается только нижней частью валков, что приводит к неравномерному их из­носу по высоте.

Разновидностью валковых прессов является пресс со свобод­ным кольцом, схема которого приведена на рис. 21. Основными рабочими элементами являются приводные рабочий и прижим­ный валки и свободно вращающийся, открытый с обеих торцов цилиндр (кольцо) шириной 1000 и диаметром 1524 мм, стенка которого с внутренней и наружной поверхности зажата между приводным и прижимным валками. Под действием сил тре­ния кольцо приводится во вращательное движение. Кора посту­пает внутрь кольца из загрузочной воронки, расположенной с торца кольца, и проходит в зазор между свободным кольцом и

Рис. 23. Схема цепного короотжимного пресса:

1 — загрузочная воронка; 2 — барабан; 3 — цепной пояс; 4 — прижимный валок; 5 — выгрузочная воронка; 6 — корпус пресса

Рабочим валком. Обезвоженная кора скребками снимается с по­верхности рабочего валка и попадает в желоб шнекового транс­портера, проходящего внутри свободного кольца. Конструкция этого пресса позволяет прилагать большее давление, чем в вал­ковом прессе, не нарушая процесса подачи коры. Несмотря на это, прессу со свободным кольцом присущи те же недостатки, что и простым валковым прессам.

Схема винтового короотжимного пресса показана на рис. 22. Кора загружается в воронку и подается внутри корпуса шне­ком, имеющим переменный шаг, уменьшающийся к выходному концу шнека, а также переменный диаметр лопастей, тоже уменьшающийся по направлению выхода коры. При вращении шнека щепа проходит в сужающийся объем между витками и корпусом шнека, в результате чего ее объем уменьшается и про­исходит отжатие воды, которая через маленькие отверстия в корпусе шнека удаляется наружу. На выходном свободном конце шнека устанавливается коническая втулка, позволяющая регулировать давление, которое сжимает кору.

В цепных короотжнмных прессах (рис. 23) основными рабо­чими органами являются цепной пояс 3, барабан 2, корпус 6. Кора через загрузочную воронку 1 поступает между бараба­ном 2 и цепным поясом 3. Цепной пояс прижимает кору к ба­рабану, который вращается под действием сил трения между его поверхностью и корой. Кора перемещается вместе с цепным поясом, воспринимает давление, передаваемое тремя парами гидроцилиндров через три прижимных валка 4.

Давление, передаваемое на кору каждым последующим вал­ком, больше давления передаваемого предыдущим. В зоне дей­ствия каждого прижимного валка кора испытывает давление, возрастающее по мере приближения ее к валку. По мере уда­ления от прижимного валка давление несколько снижается, таким образом силовое воздействие на слой коры имеет цикли­ческий характер.

Цепной пояс собирается из прочных стальных звеньев. От­жатая вода удаляется через свободные пространства между звеньями. Ижевским заводом тяжелого бумагоделательного оборудования изготовляются цепные прессы ДО-318 и ДО-318М. Новозыбковский станкостроительный завод изготовляет прессы КП-6.

Техническая характеристика цепных прессов

Модель пресса.............................................. ДО-318 ДО-318М КП-6

Производительность по коре, отжатой до

55% отн., кг/ч................................................ 15 000 15 000 6 000

Ширина цепного пояса, мм....................................... 978 978 525

Скорость движения цепного пояса, м/мин:

Максимальная ............................................

Минимальная .............................................

Общее усилие, передаваемое прессом, т

Мощность, кВт.............................................

Габаритные размеры, мм:

Длина .........................................................

Ширина ......................................................

Высота .......................................................

Масса, кг........................................................

Схема поршневого короотжимного пресса показана на рис. 24. Основными узлами пресса являются загрузочная во­ронка, станина, балка прессующая, толкатель, гидроци­линдры, гидростанция (на рисунке не показана). Кора через загрузочную воронку проходит к толкателю, который уплот­няет ее и подает под прессующую балку. При достижении толкателем крайнего положения включается вертикальный гидроцилиндр. Он прижимает вниз прессующую балку, под действием которой вода выжимается из коры. После того как давление в вертикальном гидроцилиндре снимается, толка­тель возвращается в исходное положение, а затем толкает
новую порцию коры и продвигает отжатую кору к разгрузоч­ному окну. Длительность цикла не менее 12 с.

При испытаниях короотжимных прессов установлено, что обезвоживание коры методом чередования давления с пау­зами более эффективно, чем обезвоживание коры при непре­рывном возрастании давления.

Большим недостатком обезвоживания коры с помощью ко­роотжимных прессов является образование в процессе их работы сточных вод. Анализы сточной воды, отжимаемой из коры, показывают, что она не отвечает нормам, предъявляе­мым к воде, которую можно сбрасывать в открытые водоемы. Сброс воды от короотжимных прессов может быть разрешен

Только после очистки их до норм, оговоренных правилами ох­раны окружающей среды.

Количество сточных вод при отжиме коры (по данным Ф. И. Зыкова) на четырехрамном лесопильном заводе с объ­емом лесопиления по сырью 200 тыс. м3 составляет 8. ..11 м3 в смену [15].

Проблема сброса сточных вод при отжиме коры прессами может быть решена различными путями.

1. Очистка сточных вод в специальных очистных сооруже­ниях, как это предусмотрено в целлюлозно-бумажном произ­водстве. Строительство таких сооружений в обычных усло­виях лесопильно-деревообрабатывающих и лесозаготовитель­ных предприятий экономически не оправдано.

2. Испарение сточных вод естественным путем. При есте­ственном испарении сточных вод, возможном в районах с теп­лым климатом, требуются большие площади под устройство ис­парительных водоемов сточных вод и происходит в какой-то мере загрязнение воздушной среды.

3. Переброска сточных вод на соседние предприятия, рас­
полагающие мощными очистными сооружениями (например, на крупные целлюлозно-бумажные комбинаты или лесопиль - но-деревообрабатывающие предприятия с цехами древесново­локнистых плит).

4. Замена процесса обезвоживания коры ее сушкой за счет вторичных тепловых энергетических ресурсов предприятий.

5. Сжигание высоковлаж­ной коры совместно с другими видами топлива с высокой те­плотой сгорания.

6. Переход на сухие спосо­бы окорки древесины.

Предварительная подсушка высоковлажной Коры. Обезво­живание коры посредством ко - роотжимных прессов может быть рекомендовано только там, где есть возможности очистки сточных вод, обра­зующихся при этом процессе. Поэтому следует рассмотреть способы снижения влажности коры без образования сточных вод. Одним из таких способов является предварительная под­сушка высоковлажной коры перед ее сжиганием. Высоко­влажной корой В данном слу - Рис. 25. Зависимость доли коры, чае называют кору, ОТНОСИ - сжигаемой для осуществления ее тельная влажность которой подсушки, ОТ начальной влажности превышает 60%.

Если влажность коры ниже, то ее можно эффективно сжи­гать в топках без предварительного обезвоживания или под­сушки.

На подсушку коры потребуется сжечь часть подсушенной коры. Эту часть в процентах можно определить по формуле

2680 [(100— (100— №р)]-100 РР(100- 1ГР)т)с

Где Wp — относительная влажность коры после окорки, %; №„—влажность коры после ее подсушки, % отн.; ■— теплота сгорания подсушенной коры, кДж/кг; цс — КПД су­шилки, в долях единицы; Ьп — расход подсушенной коры на процесс сушки в процентах от массы подсушенной коры.

На рис. 25 показаны графики расхода топлива на под­сушку в зависимости от влажности коры, поступающей из цеха окорки. На основании этих графиков можно определить,
что предварительная сушка за счет сжигания части подсу­шенной коры целесообразна только в том случае, если перво­начальная влажность коры не превышает 70—75 % отн.

Следует при этом отметить, что при любой влажности пер­воначальной коры предварительная сушка ее перед сжига­нием теплотехнически обоснована, если процесс осуществля­ется за счет вторичных тепловых ресурсов (тепла дымовых

Газов котельных и электростанций, тепла воздуха, выбрасы­ваемого при вентиляции помещений и т. п.).

Для предварительной сушки коры можно применять су­шилки различного типа. Примерная технологическая схема подготовки к сжиганию отходов окорочных цехов показана на рис. 26.

Кора высокой влажности из окорочного цеха 1 проходит магнитный сепаратор 2, где из нее извлекаются металличе­ские частицы, и поступает в корорубку 3, где измельчается и направляется в бункерное устройство 4 для накопления и бу­ферного хранения сырой измельченной коры. Из бункерного устройства 4 кора транспортируется в сушильную уста­новку 12. Сушильная установка высушивает кору, используя тепло либо дымовых газов, подаваемых в сушилку из борова котельной 9 вентилятором 11, либо продуктов сгорания опре­деленной доли подсушенной коры, сжигаемой в топке 13. Под­сушенная кора из сушилки 12 подхватывается сушильным агентом, засасываемым вентилятором 5, и подается в цик­лон 6, где она отделяется от газов и поступает в бункерное устройство 8 сухой щепы. Отработавшие газы очищаются от пыли в циклоне 7 и выбрасываются в атмосферу через дымо­вую трубу 10. Из бункера 8 сухой коры она направляется для сжигания в топки котельной 9, и частично идет в топку 13, обеспечивающую приготовление теплоносителя для сушки коры в случае, если дымовые газы в этих целях по каким- либо обстоятельствам не могут быть использованы.

Важнейшей частью технологической схемы подготовки коры к сжиганию является сушильная установка. Для сушки измельченной коры применялись сушилки следующих типов: слоевая двухпоточная каскадно-лотковая; барабанная; пнев­матическая труба-сушилка с восходящим потоком; пневмати­ческие спиральные сушилки.

Двухпоточная каскадно-лотковая сушилка для коры Сев- НИИП— ЦКТИ была установлена на котле ДКВр-10 в ко­тельной ЛДК им. В. И. Ленина (г. Архангельск). Она состо­яла из топливных рукавов плавных очертаний, смонтирован­ных над топкой котла. Внутри рукавов устанавливались колос­ники для подвода и отвода дымовых газов, подсушивающих топливо в слое. Подсушенная кора опускалась в шахту топки скоростного горения котла и там сжигалась. Испытания су­шилки показали возможность сжигания неотжатой и недробле­ной коры в смеси с опилками и кусковыми отходами в соотно­шении 1:1. Влажность топлива после сушилки была на 10— 15% ниже влажности сырого топлива.

Наиболее надежными и совершенными средствами сушки измельченной коры и древесины являются барабанные су­шильные установки. При сушке высоковлажных коры и дре­весных отходов барабанные сушильные установки позволяют применять высокотемпературный теплоноситель, что обеспечи­вает высокую напряженность сушильного пространства и су­щественно повышает КПД сушки. Впервые высокотемператур­ный теплоноситель с температурой до 900° С применен при сушке измельченных отходов лесозаготовок на энергохимиче­ской установке Крестецкого леспромхоза. В настоящее время высокотемпературная сушка мелкой древесины с применением барабанных установок нашла широкое применение при произ­водстве древесностружечных плит.

Однако барабанные сушильные установки не лишены не­достатков, они имеют высокую металлоемкость, сложны по устройству, имеют тяжелые вращающиеся детали. Более про­стыми и менее металлоемкими являются пневматические трубы-сушилки с восходящим потоком. Основная часть такой сушилки — вертикальная труба, в которой частицы подсуши­ваемого материала движутся в потоке нагретого газа-тепло­носителя.

Трубы-сушилки имеют и существенный недостаток. Они работают надежно только при условии, что высушиваемый материал однороден по размерам частиц. Это значит, что для обеспечения надежной работы необходимо тщательное из­мельчение коры с дополнительным расходом для этого элект­рической энергии. Недостатком труб-сушилок являются их большой размер по высоте.

Для того чтобы избежать этого недостатка,'труба-сушилка выполняется в виде спирали. На базе такой сушилки ЦНИИМОД совместно с ЦНИИФом разработали технологи­ческую линию для подготовки к сжиганию высоковлажной коры. В этой линии отходы окорки с окорочной станции или из цеха подают через магнитный сепаратор в молотковую дробилку МК-5 или МК-Ю, где они измельчаются на частицы с эквивалентным диаметром 2.. .8 мм. Измельченная кора на­правляется в циклонно-спиральную сушилку. В качестве су­шильного агента можно применять дымовые газы котельной или автономной топки, в которой сжигается часть подсушен­ной коры. Экономический эффект по данным ЦНИИМОД от сжигания 1 м3 коры составляет 1 р. 40 к.

Технико-экономическая характеристика линии ЦНИИМОД

Для подготовки коры к сжиганию

Производительность по подсушенной коре, т усл. топл/ч 0,34 Относительная влажность коры, %:

TOC o "1-3" h z до сушки.......................................................................................... 70

После сушки........................................................................... 40

Температура топочных газов, °С:

На входе в сушилку................................................................ 300

На выходе из сушилки.................................................................... 130

Теплота сгорания подсушенной коры, кДж/кг.... 10 000 Удельный расход на 1 т усл. топлива:

Электроэнергии, кВт-ч.......................................................... 235,3

Теплоэнергии, Гкал................................................................. 1,76

Стоимость дробления и подсушки, р/т усл. топлива. . . 14,89