Щепки - Woodchips
Древесная щепа - это небольшие и средние куски древесины, образующиеся при распиловке или измельчении более крупных кусков древесины, таких как деревья , ветки , остатки лесозаготовок, пни , корни и древесные отходы.
Древесная щепа может использоваться в качестве твердого топлива биомассы и является сырьем для производства древесной массы . Их также можно использовать в качестве органической мульчи в озеленении , озеленении и восстановлении экосистем ; в биореакторах для денитрификации ; и как субстрат для выращивания грибов .
Процесс изготовления щепы называется дроблением древесины и осуществляется с помощью измельчителя древесины . Типы древесной щепы, образующейся после измельчения, зависят от типа используемого измельчителя древесины и материала, из которого они изготовлены. К разновидностям древесной щепы относятся: древесная щепа (из лесных массивов), щепа из древесных остатков (из необработанных древесных остатков, переработанной древесины и обрезков), щепа из остатков пиления (из отходов лесопиления) и древесная щепа с коротким оборотом (из энергетических культур).
Сырье
Сырьем для щепы может быть балансовая древесина , древесные отходы и остаточная древесина сельского хозяйства , озеленения , лесозаготовок и лесопиления . Щепа также может быть произведена из оставшихся лесных материалов, включая кроны деревьев , ветви, непродаваемые материалы или низкорослые деревья.
Лесное хозяйство обеспечивает сырье, необходимое для производства щепы. Практически любое дерево можно переработать в щепу, однако тип и качество древесины, используемой для производства щепы, во многом зависит от рынка. Например, породы древесины хвойных пород, как правило, более универсальны для использования в качестве щепы, чем породы древесины лиственных пород, поскольку они менее плотны и быстрее растут.
Производство
Дробилка древесины это машина используется для резки дерева на более мелкие куски (чипы). Существует несколько типов измельчителей древесины, каждый из которых имеет разное применение в зависимости от типа обработки, которой будет подвергаться щепа.
Целлюлозно-бумажная промышленность
Древесная щепа, используемая для производства целлюлозы, должна быть относительно однородной по размеру и не содержать коры. Оптимальный размер зависит от породы дерева. Важно избегать повреждения древесных волокон, поскольку это важно для свойств целлюлозы. Для круглого леса чаще всего используют дисковые измельчители. Типичный размер диска - 2,0–3,5 м в диаметре, 10–25 см в толщину и вес до 30 тонн. Диск оснащен от 4 до 16 ножей и приводится в движение двигателями ½ –2 МВт. Барабанные измельчители обычно используются для остатков древесины от лесопильных заводов или другой деревообрабатывающей промышленности.
Способы перевозки
Существует четыре возможных метода перемещения щепы: пневматический , с конвейерной лентой , бункер с прямым желобом и периодическая система (ручная транспортировка).
Виды измельчителей древесины
Диск
Дисковый измельчитель древесины оснащен стальным маховиком и режущими лезвиями с шлицевыми дисками. Лезвия прорезают древесину, когда материал подается по желобу. Ножи, расположенные в горловине измельчителя, режут древесину в обратном направлении. Этот дизайн не так энергоэффективен, как другие стили, но позволяет получать древесную щепу одинаковой формы и размера.
Барабан
Барабанный измельчитель веток имеет вращающийся барабан с параллельными сторонами, прикрепленный к двигателю с усиленными стальными лезвиями, прикрепленными в горизонтальном направлении. Дерево втягивается в желоб под действием силы тяжести и вращения барабана, где оно разбивается стальными лезвиями. Барабанный тип шумит и создает большие неровные стружки, но он более энергоэффективен, чем дисковый.
Винтовой
Шнековый измельчитель древесины содержит коническое лезвие винтовой формы. Вращение лезвия установлено параллельно отверстию, поэтому древесина втягивается в измельчитель по спирали. Винтовые ролики, также называемые роликами с высоким крутящим моментом, популярны в жилых помещениях, поскольку они бесшумны, просты в использовании и безопаснее, чем дисковые и барабанные.
Приложения
Щепа используется в основном как сырье для технической обработки древесины. В промышленности обработка стружки коры часто отделяется после лущения бревен из-за различных химических свойств.
Древесная масса
Для изготовления целлюлозы пригодны только сердцевина и заболонь. Кора содержит относительно мало полезных волокон, ее удаляют и используют в качестве топлива для производства пара на целлюлозном заводе . Большинство процессов варки целлюлозы требуют, чтобы древесина была измельчена и просеяна для получения щепы одинакового размера.
Мульча
Щепа также используется для озеленения и садовой мульчи , для сохранения воды , борьбы с сорняками, а также для уменьшения и предотвращения эрозии почвы . Древесная щепа, используемая в качестве мульчи, имеет толщину не менее трех дюймов. У него неоднозначная репутация в садоводстве.
Он был продвинут для использования в проектах восстановления среды обитания . По мере разложения ветвистой щепы улучшается структура почвы, проницаемость, биоактивность и доступность питательных веществ в почве.
Покрытие детской площадки
Древесная щепа не соответствует стандартам Американского общества испытаний и материалов для использования в качестве материала для покрытия игровых площадок, а с 2011 года запрещено использовать в качестве покрытия для детских площадок в США, поскольку она не одобрена ADA в соответствии с руководящими принципами Министерства юстиции США.
Барбекю
Древесную щепу также можно использовать для придания аромата и усиления дымного вкуса мяса и овощей, приготовленных на гриле. В зависимости от желаемого вкуса можно использовать несколько разных пород дерева. Для мягкого сладкого фруктового вкуса можно использовать древесину яблони, а гикори дает дымный, похожий на бекон аромат. Другие используемые породы дерева - вишня, мескит и орех пекан.
Биореактор
Древесную щепу можно загружать в « биореактор для денитрификации древесной щепы » для очистки сельскохозяйственных сточных вод путем удаления нитратов . Эксперимент 2013 года показал, что после 70 дней запуска штабеля щепы, загруженного жидким свиным навозом из расчета 5 л / м 2 / день, удаляла в среднем 90% нитратов за один месяц. В биореакторе из щепы образуется закись азота , парниковый газ .
Топливо
Древесная щепа традиционно использовалась в качестве твердого топлива для отопления помещений или на электростанциях для выработки электроэнергии из возобновляемых источников энергии . Основным источником древесной щепы в Европе и в большинстве стран являются отходы лесозаготовок. Ожидается, что в будущем доля пней и круглого леса увеличится. По состоянию на 2013 год в ЕС оценки потенциала биомассы для получения энергии, доступные в текущих условиях 2018 года, включая устойчивое использование леса, а также обеспечение древесины для традиционных лесных секторов, составляют: 277 миллионов м 3 для наземной биомассы и 585 млн м 3 общей биомассы.
В более новых топливных системах для отопления используется щепа или древесные гранулы . Преимущество щепы - стоимость, преимущество древесных гранул - контролируемая топливная ценность. Использование щепы в автоматизированных системах отопления основано на надежной технологии.
Размер щепы, содержание влаги и сырье, из которого она сделана, особенно важны при сжигании щепы на небольших предприятиях. К сожалению, стандартов для определения фракций щепы не так много. Однако по состоянию на март 2018 года Американский национальный институт стандартов утвердил стандарт качества топлива на древесной щепе AD17225-4. Полное название стандарта: ANSI / ASABE AD17225-4: 2014 FEB2018 Твердое биотопливо - Характеристики и классы топлива - Часть 4: Сортированная древесная щепа. Одной из распространенных категорий микросхем является GF60, который обычно используется на небольших предприятиях, включая небольшие производства, виллы и многоквартирные дома. «GF60» известен как «мелкая, сухая, мелкая стружка». Требования к GF60 заключаются в том, чтобы влажность составляла 10–30%, а фракции щепы распределялись следующим образом: 0–3,5 мм: <8%, 3,5–30 мм: <7%, 30–60 мм: 80–100 %, 60–100 мм: <3%, 100–120 мм: <2%.
Энергосодержание в одном кубическом метре обычно выше, чем в одном кубическом метре деревянных бревен, но может сильно варьироваться в зависимости от влажности. Влажность определяется обращением с сырьем. Если деревья срубить зимой и оставить сохнуть на лето (с чаем в коре и накрыть, чтобы дождь не мог добраться до них), а затем сколотить осенью, содержание влаги в щепе будет примерно 20–25%. Таким образом, энергосодержание составляет примерно 3,5–4,5 кВтч / кг (~ 150–250 кг / кубический метр).
Угольные электростанции были переоборудованы для работы на щепе, что довольно просто сделать, поскольку оба они используют идентичный тепловой двигатель с паровой турбиной , а стоимость древесной щепы сравнима с углем .
Твердая биомасса является привлекательным топливом для решения проблем, связанных с энергетическим кризисом и изменением климата , поскольку топливо является доступным, широко доступным, близким к углеродно-нейтральным и, следовательно, климатически нейтральным с точки зрения углекислого газа (CO2), поскольку в идеальном случае только углекислый газ, который был втянут во время роста дерева и сохранен в древесине, снова выбрасывается в атмосферу.
Отходы и выбросы
По сравнению с проблемами удаления твердых отходов угля и ядерного топлива, проблемы удаления отходов древесной щепы менее серьезны; в исследовании, проведенном в 2001 г., зола от сжигания древесной щепы содержала 28,6 мг кадмия / кг сухого вещества. По сравнению с летучей золой от сжигания соломы кадмий был связан сильнее, при этом выщелачивалось лишь небольшое количество кадмия. Он был определен как форма оксида кадмия, силиката кадмия (CdSiO 3 ); Авторы отметили, что добавление его в сельскохозяйственные или лесные почвы в долгосрочной перспективе может вызвать проблемы с накоплением кадмия.
Как и уголь, сжигание древесины является известным источником выбросов ртути , особенно в северном климате зимой. Ртуть находится в газообразном состоянии в виде элементарной ртути (особенно при сжигании древесных гранул) или оксида ртути, а также твердых твердых частиц PM2,5 при использовании необработанной древесины.
Когда сжигание древесины используется для отопления помещений, выбросы в помещении 1,3-бутадиена , бензола , формальдегида и ацетальдегида , которые считаются канцерогенными соединениями или считаются известными, повышаются. Риск рака от них после воздействия древесного дыма оценивается как низкий в развитых странах.
Некоторые методы сжигания щепы приводят к производству биоугля - по сути, древесного угля - который можно использовать как древесный уголь или возвращать в почву, поскольку древесная зола может использоваться в качестве богатого минералами удобрения для растений . Последний метод может привести к созданию эффективно отрицательной углеродной системы, а также действовать как очень эффективный кондиционер почвы, увеличивая удержание воды и питательных веществ в бедных почвах.
Автоматизированная обработка твердого топлива
В отличие от гладкой однородной формы производимых древесных гранул , размеры щепы различаются, и ее часто смешивают с ветками и опилками. Эта смесь имеет более высокую вероятность заклинивания в малых механизмах подачи. Таким образом, рано или поздно может произойти одно или несколько замятий. Это снижает надежность системы, а также увеличивает расходы на обслуживание. Несмотря на то, что могут сказать некоторые производители пеллетных печей, исследователи, имеющие опыт работы с древесной щепой, говорят, что они несовместимы с 2-дюймовым (5-сантиметровым) шнеком, используемым в пеллетных печах.
Сравнение с другими видами топлива
Древесная щепа похожа на древесные гранулы тем , что ее перемещение и манипулирование более поддается автоматизации, чем древесный корд, особенно для небольших систем. Древесная щепа дешевле в производстве, чем древесные гранулы, которые необходимо перерабатывать на специализированных предприятиях. Избегая затрат, связанных с очисткой, более низкая плотность и более высокое содержание влаги в древесной щепе снижает их теплотворную способность , существенно увеличивая количество сырья, необходимое для выработки эквивалентного количества тепла. Более высокие требования к физическому объему также увеличивают расходы и воздействие на выбросы при транспортировке, хранении и / или транспортировке древесины.
Щепа дешевле, чем корд , потому что заготовка происходит быстрее и в большей степени автоматизирована. Древесная щепа является более распространенной, отчасти потому, что все части дерева могут быть расколоты, в то время как небольшие ветви и ветви могут потребовать значительных трудозатрат для преобразования в древесину корда. Кордную древесину обычно необходимо «выдержать» или «высушить», прежде чем ее можно будет чисто и эффективно обжечь. С другой стороны, системы обработки древесной щепы обычно предназначены для чистого и эффективного сжигания «зеленой щепы» с очень высоким содержанием влаги 43–47% (влажная основа). (см. газификация и древесный газ )
Экологические аспекты
По сравнению с традиционной заготовкой древесины, заготовка щепы оказывает большее воздействие на окружающую среду, поскольку удаляется большая часть биомассы. Более широкое использование щепы может отрицательно сказаться на стабильности и долгосрочном росте лесов, из которых они удалены. Например, было показано, что вырубка деревьев в лесу увеличивает удаление питательных веществ и органических веществ из экосистемы, тем самым снижая содержание питательных веществ и гумуса в почве. Один из вариантов уравновесить негативные последствия уборки древесной щепы - вернуть древесную золу в лес, что позволит восстановить часть потерянных питательных веществ обратно в почву.
Если древесную щепу собирают как побочный продукт устойчивых методов ведения лесного хозяйства, то это считается источником возобновляемой энергии .
Теоретически, уборка древесной щепы не имеет такого высокого КПД солнечной энергии по сравнению с короткооборотной порослью ; однако это может быть энергоэффективный и недорогой метод сбора урожая.
Переработка отходов
Древесная щепа и щепа из коры могут использоваться в качестве наполнителей при промышленном компостировании городских биоразлагаемых отходов, особенно твердых биологических веществ .
Профилактика лесных пожаров
Сбор древесной щепы может использоваться вместе с созданием искусственных противопожарных заграждений, которые используются в качестве барьеров для распространения лесных пожаров . Подлесок идеально подходит для скалывания, а большие деревья можно оставить на месте, чтобы затенить лесную подстилку и снизить скорость накопления топлива.
Рыночные продукты, спрос и предложение
Соединенные Штаты
Стоимость древесной щепы обычно зависит от таких факторов, как расстояние от точки доставки, тип материала (например, кора, остатки лесопиления или древесная щепа), спроса на других рынках и способа транспортировки древесного топлива. Чипы, доставляемые грузовиком непосредственно на станцию (силовую установку), дешевле, чем доставляемые ... и отправляемые железнодорожным транспортом. Диапазон цен обычно составляет от 18 до 30 долларов США за поставленную тонну (мокрой).
В 2006 г. на северо-востоке цены составляли 15 и 30 долларов США за тонну сырой нефти.
В течение 20 лет, предшествовавших 2008 г., цены колебались между 60–70 долл. США за метрическую тонну (одинарную тонну) в южных штатах и от 60 до 160 долларов США за тонну на северо-западе.
Канада
Древесная щепа использовалась в качестве источника отопления отдельных жилых домов в Канаде с первых дней заселения, но разработка нефти и природного газа резко сократила ее использование. Большая часть древесной щепы используется в школах, больницах и тюрьмах. На острове Принца Эдуарда (PEI) больше всего заводов по переработке древесной щепы из-за высоких тарифов на электроэнергию и субсидий со стороны федерального правительства. В Новой Шотландии имеется система сжигания древесной щепы мощностью 2,5 МВт, которая обеспечивает электроэнергией текстильную фабрику, а также системы, обеспечивающие электроэнергией птицеперерабатывающий завод, две больницы и сельскохозяйственный колледж.
Университет Нью-Брансуика эксплуатирует систему сжигания древесной щепы для обеспечения теплом университета, нескольких промышленных зданий, жилого комплекса и больницы. Использование древесной щепы для обогрева в Квебеке невелико из-за низких тарифов на электроэнергию, но небольшой город использует древесную щепу в качестве альтернативы дорожной соли для обледенелых дорог. EMC3 Technologies начала производство древесной щепы, покрытой хлоридом магния, в ноябре 2017 года для города и заявила, что она поддерживает тягу при -30 градусов по Цельсию по сравнению с обычной дорожной солью при -15 градусов по Цельсию. В Онтарио предприятия по производству древесной щепы включают колледж в Броквилле, несколько средних школ в Северном Онтарио, а также котел, работающий на щепе, в Национальном институте лесоводства в Петававе. В конце 1980-х годов правительство провинции Онтарио совместно с федеральным правительством субсидировало строительство трех когенерационных электростанций рядом с лесопильными заводами. Первый был построен в 1987 году в Чапло, за ним последовал завод в Кокране в 1989 году, а самый большой завод на озере Киркланд был построен в 1991 году.
Европа
В нескольких европейских странах с богатой лесной растительностью (например, в Австрии, Финляндии, Германии, Швеции) щепа становится альтернативным топливом для семейных домов и больших зданий из-за большого количества щепы, что приводит к низким расходам на топливо. Европейский Союз продвигает древесную щепу для производства энергии в Плане действий ЕС по лесам на 2007–2011 годы. Общий долгосрочный потенциал древесной щепы в ЕС оценивается в 913 миллионов м 3 .
Япония
Древесная щепа используется в Японии в бумажной промышленности. С этой целью большие запасы щепы хвойных пород импортируются из таких стран, как США и Австралия.