Energija u Preradi Drveta

Šumarski fakultet Beograd

ENERGETIKA U DRVNOJ INDUSTRIJI

Gradimir Danon

Energetika u drvnoj industriji

2

SADRŽAJ 1. Uvod.................................................................................................................................3 1.1 Energija kao činilac društvenog razvoja.................................................................3 1.2 Primarni pojavni oblici energije na zemlji..............................................................3 1.3 Nosioci energije i energetske transformacije..........................................................4 1.4 Energetski resursi....................................................................................................5 1.5 Energetika u drvnoj industriji.................................................................................5 2. Potrebe za energijom u drvnoj industriji....................................................................7 3. Drvni ostatak u preradi drveta.....................................................................................9 3.1 Vrste otpadaka u preradi drveta..............................................................................9 3.2 Bilans otpadaka pilanske prerade drveta...............................................................10 3.3 Bilans otpadaka u proizvodnji furnira i furnirskih ploča.....................10 3.4 Bilans otpadaka u proizvodnji ploča iverica.........................................................12 3.5 Bilans otpadaka u proizvodnji ploča vlaknatica..................................................12 3.6 Bilans otpadaka u finalnoj preradi drveta.............................................................12 3.7 Bilans korišćenja drveta u hemijskoj preradi drveta.............................................13 4. Drvo kao gorivo............................................................................................................14 4.1 Vlažnost drveta u mehaničkoj i hemijskoj preradi drveta....................................16 4.2 Sagorevanje drveta................................................................................................18 4.3 Koncentracija štetnih materijala u dimnim gasovima...........................................19 4.4 Odlaganje i priprema drvnog otpatka za loženje..................................................21 4.4.1 Priprema drvnih otpadaka- usitnjavanje krupnog drvnog otpatka...........23 4.4.2 Briketiranje piljevine – iverja...................................................................23 4.4.3 Priprema kore za loženje..........................................................................24 4.5 Ložišta kotlova koja koriste drvni otpadak kao gorivo.........................................25 4.5.1 Loženje na rešetki.....................................................................................25 4.5.2 Loženje sa uduvavanjem..........................................................................26 4.5.3 Loženje sa donjom propulzijom...............................................................27 4.5.4 Gorionik prašine.......................................................................................27 4.5.5 Loženje sa pužastom rešetkom.................................................................28 4.5.6 Jamsko loženje.........................................................................................29 4.6 Kotlovska postrojenja (deo izmenjivača toplote) za loženje drvima....................30 4.6.1 Jednostrujni plamenocevni kotao.............................................................30 4.6.2 Trostrujni dimnocevni kotao....................................................................31 4.6.3 Trostrujni vodocevni kotao......................................................................32 4.6.4 Vodocevni kotao.......................................................................................32 4.6.5 Kotlovi sa termo uljem.............................................................................32 4.7 Uređaji za prečišćavanje dimnih gasova...............................................................33 4.8 Dimnjaci................................................................................................................34 4.9 Odstranjivanje pepela............................................................................................35 4.10 Upravljanje postrojenjima koja su ložena drvima i njihovo podešavanje.........35


3

vod U prošlosti su se problemi proizvodnje, snabdevanja i korišćenja nosilaca energije rešavali u okviru različitih struka. Tako se smatralo da se iscrpljivanje odredjenih energetskih resursa odnosi samo na odredjenu vrstu, odnosno lokaciju i sasvim se zanemarivala mogućnost globalnog iscrpljivanja resursa u srazmerno bliskoj budućnosti. Racionalno korišćenje energije razmatrano je samo u okviru datog procesa preko njegovog stepena korisnosti, dok je odlučujući kriterijum za primenu bio minimum troškova proizvodnje. Pokazalo se da je sistem čovek-okolina protivrečan. Čovek se opredelio za neograničeni rast stanovništva i svojih potreba dok čovekovo okruženje sa druge strane je ograničeni izvor potrebnih sirovina i recipijent otpadnih materija i otpadne energije. Energetika je relativno nova oblast tehnike. Zasniva se na različitim disciplinama čiji je zadatak u najširem smislu da prati razvoj potreba čoveka i obezbedi racionalno iskorišćenje energetskih resursa, u skladu sa razvojem čovečanstva. U užem smislu ova nauka se bavi predvidjanjem i planiranjem budućih potreba za energijom pojedinih društvenih zajednica.

Energija kao činilac društvenog razvoja Svaki robni proizvod se sastoji od tri komponente i to su: SUPSTANCA; ENERGIJA i LJUDSKI RAD. Supstanca (ili gradjevni materijal) potiče iz prirodne sredine i predstavlja ulaz u prizvodni proces. U organizovanim sistemima proces proizvodnje deli se na proizvodne linije a svaka od linija na sukcesivne faze. U svakoj od faza na ulazu imamo polufabrikat ili reprodukcioni materijal, u stvari proizvod prethodne faze ili drugih linija proizvodnog procesa. U toku procesa proizvodnje troši se i odredjena količina energije koju nosi odgovarajuća količina nosilaca energije. Proizvodnja nosilaca energije obavlja se na posebnim proizvodnim linijama i koji se takodje sastoje od supstance, energije i ljudskog rada. Nosioci energije su univerzalni repromaterijal i ne postoji nijedan vid proizvodnje bez utroška energije. Što se tiče ljudskog rada postoji trajna tendencija da se čovek u procesu proizvodnje koristi više kao kreativna a što manje kao mehanička snaga. U budućnosti sve poslove u direktnoj proizvodji obavljaće automati i roboti. Ljudski rad će biti ograničen samo na kreativne delove proizvodnje: projektovanje, razvoj,pripremu,... Iz svega ovoga sledi da je za odredjeni priraštaj društvenog proizvoda (povećani obim prozvodnje dobara) potreban i odgovarajući priraštaj korisne potrošnje energije. Veličina utrošene energije vezana je za rast društvenog proizvoda, i zavisi od proizvodne strukture privrede i uspešnosti privrede u medjunarodnoj razmeni. Enegetika je integralni deo sistema društvene reprodukcije i razmatranja u oblasti energetike imaju smisla samo ako se vrše u sklopu razmatranja razvoja ukupne privrede. Isti stav važi prenesen na nivo radne organizacije ili pogona. U sklopu planiranja razvoja radne organizacije veoma važnu stavku čini obezbedjenje svih vrsta energije.

Primarni pojavni oblici energije na zemlji Osnovni pojavni oblici energije na Zemlji su: - energija veze atomskih jezgara koja se oslobadja pri procesima fuzije i fisije, - gravitaciona i rotaciona energija nebeskih tela, - hemijska energija koja se u vidu toplote oslobadja pri hemijskim transformacijama. Sunce je izvor energije elektromagnetnog zračenja koje nastaje pri fuziji lakih atomskih jezgara. Pod dejstvom energije Sunca na Zemlji je iz vode i neorganske supstance nastala organska supstanca. Procesi fotosinteze su, u kasnijim fazama razvoja života na Zemlji, stvorili dovoljno kiseonika u atmosferi i omogućili nastanak biljaka i životinja. Tako su pored minerala (primarne rude) u Zemljinoj kori počele da se nagomilavaju i fosilne supstance (sekundarne rude). Ove supstance imaju svojstvo da pri sjedinjavanju sa kiseonikom oslobadjaju energiju akumliranu u procesu stvaranja. To su osnovni izvori energije koje čovek, sa unapredjivanjem svojih uslova života na Zemlji, sve više koristi i iscrpljuje. Sunce je posredno i izvor snage vetrova i vodenih tokova. Ovim izvorima mehaničke snage treba dodati snagu morskih talasa (koji su posledica vetra), kao i snagu plime i oseke koja su


4

posledica gravitacionih efekata Zemlje i Meseca. Sunčana energija može se i direktno koristiti uz pomoć prirodnih (bioloških) prijemnika i veštačkih (toplotnih) prijemnika. Prirodni prijemnici, korišćenjem procesa fotosinteze, transformišu energiju Sunca i akumuliraju je u organskoj materiji, koja se delimično, u skladu sa životnim ciklusom biljaka, deponuje kao fosilno gorivo. Fotonaponski i termoelektrični ili veštački pretvarači sunčeve energije u električnu energiju imaju za sada, zbog niza praktičnih nedostataka,samo ograničenu primenu u energetici. Nuklearna energija se se u vidu toplote i zračenja dobija fisijom atomskih jezgara uranijuma i torijuma ili fuzijom deuterijuma i litijuma. Zemljina kora se takodje javlja kao izvor toplote koja se zove geotermalna energija.

Nosioci energije i energetske transformacije Po fizičkoj suštini razlikuje se pet vrsta energije odnosno enegetskih stanja. Nosioci ovih stanja su materijalni pojavni oblici koji se nazivaju NOSIOCI ENERGIJE. Oni su pogodni za korišćenje, a neki od njih i za dopremu do mesta upotrebe. Tako su i nastali uslovni nazivi: proizvodnja, prenos i distribucija energije. U tablici 1 pokazane su vrste energetskih stanja i odgovarajući nosioci energije. Od navedenih nosilaca energije za drvnu industriju su interesantni samo neki. Oni su dati u tablici 2. Obično se pri transformacijama posmatraju parovi dominantnih vrsta energije, a ostale vrste koje nastaju smatraju se "izgubljenom energijom". Za pet energetskih vrsta goriva postoji dvadeset dominantnih transformacija, kao što su: transformacija mehaničke u toplotnu energiju, toplotne u mehaničku, mehaničke u električnu, električne u mehaničku itd. Odnos energije u koju se dominantna energija transformiše i dominantne energije naziva stepenom korisnosti transformacije. Stepen korisnog dejstva energetske transformacije () je najčešće manji od jedinice. Tabela 1.1: Nosioci energije u prirodi Energija

Nosilac energije

EE Elektricitet

električni napon i struja, elektromagnetsko polje

TO Toplota

čvrsto, tečno ili gasovito telo a. Molekulske veze čvrsto,tečno ili gasovito gorivo; b. Fazni prelazi: pare tečnosti, disocirani gasovi, plazma; c. Nuklearne veze: fisiono nuklearno gorivo, fuziono nuklearno gorivo a. Potencijalna: gravitaciono, magnetsko polje, napon, pritisak; b. Kinetička: plima, vetar, vodotokovi, zamajac i klatno, zvuk i ultrazvuk;

EV Energija veze

ME Mehanička

ZE Energija zračenja

Nuklearna energija, elektromagnetna energija.

U drvnoj industriji potrebe za energijom zadovoljavaju se korišćenjem električne energije iz distributivne mreže, za pogon motora i uredjaja i sagorevanjem fosilnih goriva i biomase u sopstvenim energetskim postrojenjima, za dobijanje toplotne energije. U pojedinačnim slučajevima deo proizvedene toplotne energije koristi se za proizvodnju električne energije, za zadovoljavanje sopstvenih potreba. Nosioci energije koji su zastupljeni u drvnoj industriji su:

Tabela 1.2: Nosioci energije zastupljeni u preradi drveta Energija

Nosilac energije


EE Elektricitet

Električna struja;

TO Toplota

Vlažan vazduh, topla voda, vrela voda, vodena para, termo ulje;

EV Energija veze

5

Vodena para

ME Mehanička

Sabijen vazduh, hidrauličko ulje

ZE Energija zračenja

Nuklearna energija, elektromagnetna energija.

Od nekih dvadeset mogućnosti transformacije dominantnih energija iz jedne u drugu vrstu za nas su interesantne samo neke Ove transformacije su date u tablici 1.3. Tablica 1.3: Transformacija energije Transformacija TO→ME (+TO) ME→TO ME→EE (+TO) EE→ME (+TO) EE→ TO TO→EE (+TO) ME→EV

Efikasnost η =ME/TO 1 η =EE/ME η =ME/EE 1 η =EE/TO EV=ME

Napomena Stepen korisnog dejstva toplotnih mašina Pri čistom trenju Stepen korisnog dejstva Stepen korisnog dejstva elektromotora Elektrootporni grejači Termoelektrični pretvarači Energija elastične deformacije

Energetski resursi Uobičajeno je da se energetski resursi dele na neobnovljive i obnovljive. Neiscrpni obnovljivi resursi su: sučano zračenje, hidroenergija, plima, talasi i vetar. Ostali obnovljivi resursi su samo uslovno neiscrpni, tojest samo u služaju da je brzina trošenja manja od brzine obnavljanja. Misli se na biomasu ili na neke vidove geotermalne energije. Neobnovljivi energetski resursi su fosilna goriva: ugalj, nafta ,prirodni gas, bitumenski škriljac... i nuklearna goriva Za ove resurse je karakteristično da je brzina stvaranja daleko manja od brzine trošenja na sadašnjem nivou razvoja. Da bi se neki resurs mogao koristiti potrebno je prethodno uložiti odredjenu količinu energije da bi se on mogao privesti korisnoj upotrebi. Osnovni uslov primenjivosti energetskog resursa je da se ostvari neto energetski efekat. Energija oslobodjena sagorevanjem goriva treba da je veća od energije uložene u dobijanje i pripremu goriva. Generalno gledano ovaj uslov ispunjavaju samo fosilna goriva i nuklearna goriva.

Drvna industrija i energetsko privređivanje su tesno međusobno povezani: drvo nije samo sirovina ove industrijske grane, drvo je uz to još i potencijalni nosilac energije. Ostaci proizvodnje industrije obrade i prerade drveta su oduvek korišćeni za proizvodnju potrebne toplote za proces rada i za grejanje prostorija. Do takozvane energetske krize u 1973. godini, snabdevanje energijom u drvnoj privredi je manje više imalo sporednu ulogu. Nije se previše obraćala pažnja na utrošak energije. Još pre samo 10 godina dr Gene Vengert je, poznati američki stručnjak, kao najveću prepreku povećanju energetske efikasnosti i većem korišćenju obnovljivih izvora energije u drvnoj industriji, označio jeftinu energiju iz neobnovljivih izvora. To je tada u SAD i većem delu razvijenog sveta bilo tako, ali to nije sprečilo stručnjake da, gledajući dalje u budućnost, predlože niz kratkoročnih i dugoročnih mera za povećanje energetske efikasnosti u preradi drveta. Promene,

6


koje su se u međuvremenu dogodile u svetskoj ekonomiji, učinile su vezu između energetske i ekonomske efikasnosti veoma čvrstom i dokazale njihovu dalekovidost. Mogućnosti za smanjenje potrošnje energije u pogonima za preradu drveta ima puno. Uštede bi se mogle ostvariti na grejanju, osvetljenju, potrošnji elektromotora i kompresora, u tehnogijama prerade drveta i na kraju, ali možda je trebalo na prvom mestu, efikasnijim radom kotlova, sušara i parionica. Kako je to moguće ostvariti? To se može rešiti na dva načina: • Unapređenjem energetske efikasnosti postojećih procesa. • Uvođenjem novih, energetski efikasnijih procesa. Oba pristupa zahtevaju dosta vremena, novca i angažovanja uprave i radnika i obično se kombinuju pri rešavanju konkretnih situacija. Međutim, pre bilo kakvih investicija neophodno je staviti pod potpunu kontrolu sve vidove potrošnje energije, pratiti i kontrolisati utroške energije, izvore snabdevanja i finansijske izdatke za energiju. Pored toga što kod nas nije do sada bilo ozbiljnijih studija u ovoj oblasti, može se predpostaviti da je situacija u Srbiji, u pogledu energetske efikasnosti u preradi drveta, lošija nego u ostalim evropskim zemljama. Stara oprema i orijentacija na električnu energiju sada predstavljaju prepreku za uključivanje drvne industrije na evropsko i svetsko tržište.


7

otrebe za energijom u drvnoj industriji U industriji za preradu drveta uglavnom se koristi električna energija, toplotna energija i pogonsko gorivo. Energije se troši za tri osnovne namene: • obradu i rukovanje materijalom; • hidrotermičku obradu rezane građe i poluproizvoda i • servisne potrebe: snabdevanje sabijenim vazduhom, grejanje prostorija i osvetljenje. Električna energija se koristi za pogon motora i za osvetljenje. Ovaj vid energije se ponegde koristi i kao izvor toplotne energije, ali bi to trebalo izbegavati. Električna energija se obezbeđuje se iz elektodistributivne mreže. Proizvodnja električne energije na licu mesta uz pomoć generatora na tečna goriva ili parnih turbo-generatora je kod nas više izuzetak nego pravilo. Primena koogeneracije energije, u našem slučaju kombinovanje proizvodnje električne i toplotne energije, je na samom početku. Toplotna energija se dobija sagorevanjem nafte, uglja, prirodnog gasa ili otpadaka od drveta. Na taj način se obezbeđuje potrebna energija za grejanje pogona, veštačko sušenje, parenje, tople prese, ... i za konverziju toplotne energije u druge sekundarne oblike energije. U tabeli 2.1 su navedene tehnologije u preradi drveta kod kojih se toplotna energija koristi u značajnijim količinama. Tabela 2.1: Pregled korišćenja toplotne energije u tehnološkim procesima u preradi drveta Tehnologija prerade drveta

Tehnološki proces

Pilanska prerada

sušenje rezane građe parenje rezane građe

Izrada furnira i furnirskih ploča

Kondicioniranje furnirskih trupaca sušenje furnira toplo presovanje

Proizvodnja ploča iverica

sušenje iverja priprema lepka toplo presovanje

Finalna prerada drveta

sušenje obradaka furniranje ploča sušenje lakiranih površina

Kao nosioci toplote koriste se topla ili vrela voda, vodena para, vlažan vazduh i termo ulje. Postoje i tehnologije direktnog grejanja plamenom ili dimnim gasovima, namenjene najviše za sušenje furnira i iverja. Sekundarni oblici energije mogu se dobiti različitim postupcima uz pomoć: • parnih turbogeneratora; • parnih i turbo mašina i • dizel i benzinskih motora Kao i u drugim industrijama utrošak svih oblika energije po jedinici proizvoda varira od fabrike do fabrike. On zavisi od velikog broja različitih faktora, kao što su: veličine pogona, korišćenja kapaciteta, vrsta i karakteristike opreme, stanja i stepena amortizovanosti, stepena finalizacije, primenjenog postupka sušenja, cene energije, primene mera za uštedu energije i kvaliteta održavanja opreme.


8

U tabeli 2.2 dati su podaci, prema OECD-u, koji se odnose na potrebe za energijom za najvažnije tehnologije u primarnoj preradi drveta. U razmatranje su uzeti pilanska prerada drveta (sa i bez veštačkog sušenja drveta), izrada furnirskih ploča i izrada ploča iverica. Podaci predstavljaju prosečne vrednosti za veći broj zemalja u razvoju koje su bogate šumom. Utrošak energije je raščlanjen na: električnu energiju, toplotnu energiju i pogonsko gorivo (dizel i motorni benzin) i sveden na m3 gotovog proizvoda. Tabela 2..2: Potrošnja energije u tehnologijama primarne prerade drveta (OECD) po jedinici zapremine gotovog proizvoda Tehnologija primarne prerade Pilanska prerada Prirodno sušenje - tvrdi lišćari - meki lišćari,četinari Veštačko sušenje - tvrdi lišćari - meki lišćari,četinari Izrada plemenitog furnira Izrada furnirskih ploča - tvrdi lišćari - meki lišćari,četinari Izrada ploča iverica - tvrdi lišćari - meki lišćari,četinari

Električna energija kWh/m3

Toplotna energija GJ/m3

Motorno gorivo l/m3

30 20

-

5 4

45 25

2,5 1,5

5 4

56-85

10

-

230 150

6,0 4,0

4 3

160 20

3,0 2,0

3 3

U sva tri spomenuta procesa najveći deo utrošene energije čini toplotna energija. Toplotni tretmani (veštačko sušenje, parenje, tople prese) su najveći potrošači toplotne energije. U pilanskoj preradi se za ove namene troši od 82 do 87% od ukupne energije, u izradi furnira više od 95%, kod furnirskih ploča 87%, a u izradi ploča iverica od 61 do 62%. U fabrikama primarne prerade električna energija se troši najviše za pogon elektro motora mašina i uređaja, unutrašnji transport i ostale namene gde spadaju osvetljenje, grejanje, proizvodnja i distribucija sabijenog vazduha i pogon mašina za održavanje. Pogonsko gorivo se uglavnom koristi za pogon stovarištima.

motornih vozila unutrašnjeg transporta na


9

rvni ostatak u preradi drveta Industrija prerade drveta koristi drvo u oblom (trupci, oblice) i cepanom obliku. Prema nameni drvo za preradu deli se na: drvo za mehaničku preradu i drvo za hemijsku preradu drveta. U Srbiji ima preko 1500 preduzeća koja se bave primarnom i finalnom preradom i trgovinom drvetom. Broj preduzeća koja se bave hemijskom preradom je daleko manji, ali se radi o velikim pojedinačnim kapacitetima. Mehanička prerada drveta podrazumeva vrstu prerade kod koje se na prvom mestu menjaju oblik i dimenzije drveta uz upotrebu mehaničkih sredstava (pila, noževa i sl.). Smatra se da hemijska svojstva drveta pri tome ostaju nepromenjena. Ulazni materijali za mehaničku preradu su trupci za piljenje, trupci za izradu furnira, oblice i cepanice. Proizvodi mehaničke prerade drveta dele se na dve velike grupe: proizvodi primarne mehaničke prerade drveta i proizvodi finalne mehaničke prerade drveta. U primarnoj preradi oblovina se prerađuje u pravougane - bazirane oblike. To su proizvodi koji predstavljaju osnovni materijal za izradu finalnih proizvoda (daske, planke, letve, grede, gredice, furnir, ploče i sl.). Pod finalnom mehaničkom preradom podrazumevamo preradu primarno obrađenog drveta u predmete namenjene direktnoj upotrebi (nameštaj, ambalaža, građevinska stolarija i sl.) Hemijska prerada drveta obuhvata postupke kojima se menjaju i hemijski sastav i svojstva drveta. Sirovinu za hemisku preradu čine oblice, cepanice i deo otpadaka iz šumarstva i prerade drveta. Proizvodi hemijske prerade drveta se mogu svrstati u četiri odvojene grupe: • proizvodi dobijeni termičkim razlaganjem drveta kao što su: drveni ugalj, generatorski gas i sl., • proizvodi dobijeni dejstvom različitih hemikalija: celuloza i sl., • proizvodi ekstracije drveta kao što su: terpentinska ulja, štavne materije i sl. i • drvnoplastične mase: lignoston, lignofol i sl..

Vrste otpadaka u preradi drveta Upotrebljeni termin ”otpadak” odnosi se na onaj deo drveta koji se ne može koristiti u daljoj preradi za iste svrhe. Međutim, drvo ima toliko različitih primena gde se ovaj ostatak može iskoristiti, tako da se termin ”otpadak” može samo uslovno koristiti. Otpadak - ostatak u preradi drveta delimo prema veličini na : a) Krupan • Odrubci (pri kraćenju trupaca) • Okrajci (sa boka trupaca pri piljenju) • Odsečci (pri obradi daska po dužini) • Porupci (pri obradi dasaka po širini) b) Sitan • Iverje (nastaje pri tesanju, piljenju ili glodanju) • Šuška • krupnija ( nastaje pri ručnom struganju) • sitnija (nastaje glodanjem, bušenjem ili sl.) • Piljevina ( nastaje pri struganju - piljenju) • Prašina • Drveno brašno c) Kora

10


Kora se pojavljuje kao nemereni otpadak. Ako se trupci prerađuju zajedno sa korom ona povećava zapreminu krupnog i sitnog otpatka svuda gde se trupci prerađuju. Ako su trupci pre primarne prerade oguljeni, onda je kora posebno na raspolaganju , što olakšava njenu eventualnu primenu. Drvni otpaci se javljaju i u fabrikama hemijske prerade drveta. Otpaci mogu biti u čvrstom, tečnom i gasovitom stanju. Oni nastaju i u postupku pripreme sirovine i u samom procesu prerade. U fazi pripreme drvo se guli i usitnjava pa se otpadak pogodan za korišćenje, ako se uopšte pojavljuje, javlja u vidu kore, iverja ili šuški ujednačenih dimenzija. U samom procesu javljaju se lug i isparenja. Svaka mehanička ili hemijska prerada usmerena je na proizvodnju određenih sortimenata i proizvoda i ima svoj bilans proizvodnje, odnosno bilans korišćenja ulazne sirovine.

Bilans otpadaka pilanske prerade drveta Trupci, dovezeni iz šume, najčešće se pre piljenja okoravaju. Glavni proizvod pilanske prerade je rezana građa. Učešće, karakteristike i struktura otpatka u preradi zavisi od vrste drveta i zahteva kupaca, odnosno plana rezanja. Građa se pre isporuke, ukoliko za to postoji zahtev ili potreba, hidrotermički obrađuje (pari i suši). U tabeli 3.1 dati su odvojeno bilansi zapreminskog korišćenja dve različite grupe drveća. u prvu grupu su svrstani tvrdi lišćari, a u drugu meki lišćari i četinari. Tabela 3.1: Bilans utrošenog drveta u pilanskoj preradi Ulazna sirovina pilanski trupci Glavni proizvod: Rezana građa Otpadak: Krupni piljevina Prašina utezanje* greške pri merenju** Ukupno otpatka Sveukupno (rezana građa i otpadak) Kora

Procentualno učešće Tvrdi lišćari Meki lišćari i četinari 50 65 24 16 3 5 2 50 100 14

12 14 2 5 2 35 100 14

* Trupci se mere i prerađuju u sirovom stanju, a piljena građa u prosušenom stanju. Izrađeni sortimenti se pre dalje prerade prirodno ili veštački suše. Pri sušenju drvo se uteže i pri tome mu se zapremina smanjuje. Utezanje zavisi od vrste drveta, dimenzija sortimenata i konačne vlage. **Sirovina za preradu drveta ima nepravilan oblik koji otežava merenja. Greške se javljaju i pri merenjima gotovih sortimenata. Smatra se da pozitivne greške uglavnom potiru negativne i da uticaj grešaka merenja ne prelazi 2%.

Krupan otpadak, ukoliko je bez kore i zdrav, može se iskoristiti u proizvodnji ploča iverica ili vlaknatica. Ostatak, piljevina, prašina, kora i krupan otpadak sa korom, se upotrebljava za loženje.

Bilans otpadaka u proizvodnji furnira i furnirskih ploča Pri izradi furnira koriste se dve međusobno različite tehnologije: sečenje i ljuštenje furnira. Sečenjem se dobija plemenit furnir i za tu namenu koriste se tvrdi lišćari (hrast, orah, bukva, voćkarice...) i to najkvalitetniji tzv. furnirski trupaci. Trupci se pre obrade pile u oblik pogodan za sečenje i hidrotermički pripremaju (parenja). Sečeni furnir se nakon izrade suši, seče u formate i


11

pakuje, prema određenom planu, u pakete spremne za isporuku. Koristi se za oplemenjivanje drvenih površina i ploča na bazi drveta. Za izradu ljuštenog furnira koriste se uglavnom bukovi trupci, za koji je bilans prikazan u tabeli 3.2, ali i druge vrste kao što su topola, breza, jela, smrča i sl. Trupci se pre ljuštenja mogu, ali i ne moraju hidrotermički pripremati. Neke vrste drveta, na primer topola, ako su dovoljno vlažne i na temperaturi okoline imaju dobra plastična svojstva. Tabela 3.2: Zapreminski bilans utrošenog drveta u proizvodnji furnira Ulazna sirovina

Zapreminsko učešće [%]

furnirski trupci

Sečeni furnir

Ljušteni furnir

hrast

orah

bukva

39,7

36,2

55,0

krupni kod pripreme

11,0

20,0

5,0

krupni pri sečenju, ljuštenju

18,6

23,6

24,0

furnira pri krojenju

23,6

14,5

10,0

utezanje

7,1

5,7

6,0

Ukupno otpatka

60,3

63,8

45,0

100,0

100,0

100,0

16,0

14,0

14,0

Glavni proizvod: Furnir Otpadak

Sveukupno (furnir i otpadak) Kora

Ljušteni furnir je namenjen za oblaganje neizloženih površina kod nameštaja i za izradu furnirskih ploča. Bilans iskorišćenja osnovne sirovine kod izrade ploča je niži nego kod ljuštenog furnira (55 % prema 41 %). Tabela 3.3: Bilans utrošenog drveta u proizvodnji furnirskih ploča Ulazna sirovina: furnirski trupci Glavni proizvod : Furnirske ploče Otpadak krupni kod pripreme krupni pri ljuštenju krupni pri krojenju furnira u formate krupni kod pripreme formata za ploče krupni pri formatiranju ploča sitni pri brušenju ploča utezanje Ukupno otpatka Sveukupno (furnirske ploče i otpaci) Kora

Zapreminsko učešće [%] 41,0 5,0 24,0 10,0 4,0 5,0 5,0 6,0 59,0 100,0 14,0

Krupni otpadak od trupaca i furnira može se koristiti za izradu ploča iverica, vlaknatica i celuloze uz uslov da su bez kore i zdravi. Ostatak, koji nije za dalju preradu, je na raspolaganju za energetske svrhe.

12


Bilans otpadaka u proizvodnji ploča iverica Osnovna sirovina za izradu ploča iverica je "prostorno" drvo i krupni otpadak iz mehaničke prerade drveta. U tabeli 3.4 dat je bilans utroška drveta u proizvodnji ploča iverica. Za izradu m 3 potrebno je 2,0 - 2,2 m3 topolovog drveta ili 1,1 - 1,3 m3 bukovog drveta. Utrošci za ostale navedene vrste nalazi se negde između ovih vrednosti. Tabela 3.4: Zapreminski bilans utrošenog drveta u proizvodnji ploča iverica Vrsta drveta

Topola

Smrča

Bor

Joha

Hrast

Bukva

Potrošnja drveta u m3/m3

2,0-2,2

1,6-1,8

1,5-1,7

1,2-1,4

1,1-1,4

1,1-1,3

Ploče iverice se u Srbiji izrađuju isključivo od bukovog drveta. Prosečan otpadak-gubitak iznosi 23 %, od čega 7 % čini utezanje ivera pri sušenju, a 15,3 % prašina od brušenja i mlevenja, te krupan otpadak kod formatiranja ploča. Drvo se pre iveranja obično ne okorava, obzirom da se u pločama ivericama toleriše učešće kore od 7 % do 10 %. Kod drugih vrsta drveća ti odnosi su nešto drugačiji i u korelaciji su sa gustinom drveta u apsolutno suvom stanju. Deo nastalih otpadaka u procesu izrada iverastih ploča se vraća u proces, a ostatak je na raspolaganju za energetske potrebe.

Bilans otpadaka u proizvodnji ploča vlaknatica Za izradu 1 t ploča vlaknatica potrebno je 1,1 do 1,25 t sirovine i iskorišćenje zavisi od vrste drveta. Najveći deo otpatka se javlja u vidu luga, dok je količina čvrstog otpatka beznačajna. Lug se taloži i čvrsti ostatak se odlaže ili sagoreva. Korišćenje luga vezano je za probleme zaštite životne sredine.

Bilans otpadaka u finalnoj preradi drveta U finalnoj preradi drveta se osušena rezana građa odgovarajućim postupcima pretvara u finalni proizvod. Bilans utrošenog materijala i otpatka-ostatka se menja i zavisi od vrste proizvoda i karakteristika primenjene tehnologije. U tabeli 3.5 dat je bilans utroška drveta za uslovni proizvod tipičan za domaću finalnu preradu. Tabela 3.5: Zapreminski bilans utrošenog drveta u finalnoj preradi drveta Ulazna sirovina: piljena građa Uslovni proizvod Otpadak pri krojenju Baziranje i prizmiranje završna obrada Odbačeni proizvodi Ukupni otpadak Sveukupno (proizvod i otpaci)

Zapreminsko učešće [%] 35,0 35,0 22,0 3,0 5,0 65,0 100,0

Ulazni materijal je rezana građa merena u m3. Od ukupne količine 35,8 % otpada na krupan otpadak, 18,0 % na šušku i 11,2 % na piljevinu i drvnu prašinu. Gubitaka na utezanje nema jer je drvo pre finalne obrade osušeno na konačnu vlagu.


13

Bilans korišćenja drveta u hemijskoj preradi drveta Proizvode hemijske prerade drveta delimo, kako je to već ranije rečeno, na četiri odvojene grupe (termičko razlaganje drveta, hemijsko razlaganje drveta, ekstrakcije drveta i izrada drvnoplastičnih masa). Kao sirovina za preradu koristi se "prostorno" drvo i otpaci iz mehaničkih prerada drveta. Otpaci se u tehnologijama hemiske prerade mogu podeliti na čvrste, tečne i gasovite. Ovde će pažnja biti usmerena na količinu i strukturu čvrstih otpadaka. Tečna i gasna faza otpadaka rešavaju se u okviru osnovne tehnologije prerade i neće biti predmet naših razmatranja. Termičkim razlaganjem drveta dobijaju se proizvodi (drveni ugalj, generatorski gas i sl.) koji su namenjeni za energetske potrebe, tako da raspoloživog ostataka praktično i nema. U proizvodnji ekstraktivnih sastojaka iz drveta glavni proizvodi su različite organske materije koje se koriste u hemijskoj i farmaceutskoj industriji. Posle tretmana, usitnjeno drvo se može koristiti za energetske potrebe. Ekstrahovano drvo u principu ima manju zapreminsku masu i nižu toplotnu moć od polaznog drveta. Tehnologijom delovanja hemikalijama dobijaju se celuloza, papir i sl. Kao sirovine za preradu koriste se okorano i usitnjeno drvo. Kao čvrsti otpadak ostaje kora i to do 10 % od prerađene zapremine drveta. Problem otpadnih voda, koje u sebi sadrže neizreagovane hemikalije, derivate lignina i celulozna vlakanca, rešava se u okviru osnovne tehnologije. Ostale tehnologije su veoma malo zastupljene i njihovi bilansi korišćenja drveta nisu od važnosti za razmatranu problematiku.


14

rvo kao gorivo Tradicionalno, drvo se koristi u domaćinstvima i za proizvodnju toplotne energije u pogonima drvne industrije. Osnovna prednost drveta kao goriva je u tome da se radi o obnovljivom izvoru i što ga u fabrikama za preradu drveta imamo u dovoljnim količinama. Takođe, drvo ima veoma nizak procenat pepela (<1%, što je mnogo niže nego kod ugljeva) i u sebi ne sadrži sumpor ili druge, kod fosilnih goriva uobičajene, zagađujuće i korodivne materije. Ostala svojstva drveta nemaju komparativne prednosti u odnosu na druga goriva. Raspoloživa energija po jedinici zapremine je prilično mala. Drvo je "kabasto" za transport i umerene toplotne moći. Sastoji se od približno 50% masenih delova ugljenika, 44% kiseonika i 6% vodonika. Isparljive frakcije (volatili) drveta čine približno 80% ukupne mase. Volatili sagorevaju prvi i osnovni su izvor aerozagađenja u slučaju da je sagorevanje nepotpuno. Gornja toplotna moć drveta je 18-22 MJ/kg i zavisi od vrste drveta. Više vrednosti se odnose na vrste drveta koje u sebi sadrže i određenu količinu smole. Drvo obavezno sadrži u sebi i određenu količinu vlage i za njeno isparavanje se troši značajan deo toplote oslobođene sagorevanjem (tabela 4.8). Važno je napomenuti da se pri sagorevanju vlažnog drveta snižava temperatura, što dovodi do nepotpunog sagorevanja i nižeg termičkog koeficijenta iskorišćenja. Smanjenje raspoložive tolote sa povećanjem procenta vlage nastaje zbog potrebe da voda iz drveta ispari i pregreje se do temperature dimnih gasova. Tabela 4.1: Donja toplotna moć drveta u funkciji sadržaja vlage u drvetu Sadržaj vlage u odnosu na apsolutno suvo [%]

Donja toplotna moć [MJ/kg]*

0

18,2

15

15,4

30

13,5

45

11,9

60

10,5

100

8,5

Vrednosti u tabeli 4.1 se odnose na lišćare. Kod četinara, zbog postojanja smolastih materija i većeg učešća lignina, toplotna moć je nešto viša. Toplotna moć kore je obično viša od toplotne moći drveta i to zavisi od učešća i karaktera ekstraktiva. U tabeli 4.2 date su izmerene gornje toplotne moći ksilema domaćih vrsta drveća. Upotrebna vrednost drveta kao goriva može se dobro proceniti ukoliko se poznaje njegova gornja toplotna moć. Gornja toplotna moć drveta se eksperimentalno određuje pomoću kalorimetra, ili se proračunava na osnovu elementarnog ili hemijskog sastava drveta.


15

Tabela 4.2: Gornje toplotne moći ksilema najrasprotranjenijih domaćih vrsta drveća

Bukva

Gornja toplotna moć [MJ/kg] (u apsolutno suvom stanju) 18,82

Prosečne vrednosti zapremiske mase [kg/m3] 720

Hrast

18,36

690

Crna topola

17,26

450

Smrča

19,66

470

Jela

19,46

450

Bor

21,21

520

Vrsta drveta

U tabeli 4.3 dati su rezultati merenja gornje toplotne moći za pet domaćih vrsta drveća i to odvojeno za različite delove stabla i koru. Rezultati merenja ukazuju da gornja toplotna moć bukve opada od centra prema periferiji stabla. Najvišu toplotnu moć ima srčevina, a najnižu kora bukve. Tabela 4.3: Izmerene vrednosti gornje toplotne moći domaćih vrsta drveća svedene na apsolutno suvo stanje Vrsta drveta

Gornja toplotna moć (apsolutno suvo stanje) [MJ/kg] Srčevina

Beljika

Kora

Bukva

20,6

19,3

17,9

Hrast

19,7

21,3

19,7

Topola

-

18,0

18,2

Bor

20,7

20,0

22,2

Smrča

-

-

21,2

Drvo u apsolutno suvom stanju sastoji se od ugljenika, vodonika i kiseonika. Osim ovih osnovnih elemenata u sastav drveta u manjem procentu ulazi i odredjen broj drugih elemenata kao što su azot, sumpor i mikroelementi, koji se pojavljuju kao sastojci pepela nakon sagorevanja drveta. Tabela 4.4: Hemijski sastav nekih domaćih vrsta drveća

Bukva Hrast Topola - P.robusta

C 48,5 49,4 49,7

Elementarni hemijski sastav (%) H 6,3 6,1 6,3

O 45,2 44,5 44,0

Smrča Jela Bor

49,6 50,0 49,9

6,4 6,4 6,3

44,0 43,6 43,8

Vrsta drveta

Koristeći podatke o elementarnom sastavu drveta (tabela 4.4) moguće je uz pomoć korigovanog VDI obrasca sračunati gornju toplotnu moć drveta:


16

H g = 339 ⋅ C + 1430 ⋅ ( H −

 kJ  O ) + 105 ⋅ S  . 10  kg 

U drvetu, koje je organska supstanca složene strukture, ugljenik, vodonik i kiseonik se nalaze u okviru ugljovodoničnih jedinjenja. Vodonik, čije je prisustvo utvrđeno elementarnom analizom, pored toga što ulazi u sastav ugljovodonika i uvek prisutne vlage, ulazi i u hidroksilne (OH) grupe. Takođe, deo kiseonika, vezan je sa ugljenikom, odnosno azotom, a deo je i u slobodnom stanju. Osnovne komponente koje čine strukturu drveta su celuloza, hemiceluloza, i lignin. Procentualno učešće pomenutih komponenata u drvnoj supstanci menja se od vrste do vrste, ali i od dela stabla koje se analizira. U suvom drvetu lišćara celuloza prosečno učestvuje sa 43-45%, lignin sa 19-26%, heksozana 3-6% i pentozana 21-26 %. Kod četinara celuloze ima između 53-54%, lignina 26-29 %, heksozana 13% i pentozana 10-12%. Drvo sadrži i male količine ekstraktiva, ali oni mogu imati velikog uticaja na toplotnu vrednost drveta. Na [umarskom fakultetu su analizirani drvo i kore lišćarskih i četinarskih vrsta zastupljenih u šumskom fondu Srbije. Deo dobijenih rezultata dati su u tabeli 4.5. Tabela 4.5. Hemijski sastav ksilema i kore domaćih vrsta drveća Ksilem Vrsta drveta Bukva (Fagus moesiaca) Hrast (Quercus petraea) Smrča (Picea abies) Crni bor (Pinus sylvestris)

Pepeo [%] 0.53 0.36 0.22 0.31

Celuloza [%] 50.26 47.29 52.87 47.53

Lignin*[%] 24.80 26.27 28.31 27.82

Ekstraktivi [%] 1.72 4.90 1.58 4.25

Pepeo [%] 1.99 6.89 1.15 0.77

Celuloza [%] 24.72 22.31 29.46 29.86

Lignin* [%] Ekstraktivi [%] 25.12 14.23 16.19 17.36 22.76 19.28 25.10 12.07

Kora Vrsta drveta Bukva (Fagus moesiaca) Hrast (Quercus petraea) Smrča (Picea abies) Crni bor (Pinus sylvestris) *Klasonov + kiselo-rastvorni lignin.

Na osnovu rezultatima hemijske analize drveta, odnosno procentualnog učešća u prvom redu celuloze, lignina i ekstraktiva, gornja toplotna moć drveta se može izračunati kao: Hg= Hgc . (Pc/100) + Hgl . (Pl/100) + Hge . (Pe/100) [kJ/kg] gde su: Hgc, Hgl i Hge - gornje toplotne moći celuloze i njoj sličnih jedinjenja, lignina, i ekstraktiva respektivno; Pc - procentulano učešće celuloze i njoj sličnih jedinjenja ; Pl - procentulalno učešće lignina; Pe - procentualno učešće ekstraktiva.

Vlažnost drveta u mehaničkoj i hemijskoj preradi drveta Stvarni energetski efekti, koji bi se dobili sagorevanjem, su uvek manji od energetskog potencijala i zavise od više faktora. Na prvom mestu je svakako vlažnost drveta. Drvo u proizvodnom procesu može da ima : • Spoljnu navlaženost, ako je ležalo u vodi, ili je zalivano vodom,snegom ili ledom. Ova navlaženost se rešava otapanjem i ceđenjem. Obično se primenjuje ceđenje pod dejstvom gravitacije.


17

•

Sopstvenu vlažnost u kojoj razlikujemo , vodu u lumenima i sudovima ćelija tzv. slobodnu vodu i vodu higroskopno vezanu za zidove ćelije tzv, vezanu vodu. Sopstvena vlažnost se otklanja prirodnim ili industrijskim sušenjem. Obe vrste sušenja imaju svoje prednosti i mane. Konačna vlažnost drveta zavisi od mesta upotrebe. Mana prirodnog sušenja je vreme potrebno za sušenje, a industrijskog značajne količine energije koja se ulaže za sušenje. Uobičajeno je da se relativno učešće vlage u drvetu računa u odnosu na suvu materiju:

u= (mvl-mas)/mas . 100 [%] gde je: mvl - masa vlažnog drveta; mas - masa apsolutno suvog drveta sušenog na 103 0C. Vlažnost nastalog otpatka-ostatka zavisi od dela procesa u kome je otpadak nastao, odnosno od vlažnosti sirovine u momentu obrade: • Pilanski otpaci imaju vlažnost koja odgovara vlažnosti trupaca i kreće se između 40 % i 50 % vlage; • Furnirski otpaci imaju: • u fazi mokrog tretmana 60 % do 70 % vlage i • u fazi suvog tretmana 8 % do 10 % vlage; • Otpaci pri izradi ploča iverica imaju od 7 % do 9 % vlage; • Otpaci u finalnoj preradi: • u proizvodnji nameštaja od 6 % do 9 % vlage i • u proizvodnji građevinske stolarije oko 12 % vlage; • U hemijskoj preradi drveta: • u mehaničkoj pripremi vlaga se kreće između 40 % i 50 % i • posle pranja, koranja i ceđenja vlažnost kore može biti i viša od 100%. Drvo povećane vlažnosti ima nižu toplotnu moć i manju efikasnost pri sagorevanju. Vlaga pri sagorevanju predstavlja nekoristan sastojak koji još i smanjuje toplotnu moć drveta. Deo toplote oslobođene sagorevanjem drveta koristi se za isparavanje vlage i pregrevanje vodene pare do temperature u ložištu. U stvarnosti u drvetu uvek postoji određen procenat vlage. U ložištu kotla troši se približno 2500 kJ/kg za isparavanje vode i nešto manja količina toplote za njeno pregrevanje. Na ovu količinu oslobođene vode treba dodati i vodu nastalu sagorevanjem vodonika. Na sve ovo treba dodati i toplotu, potrebnu za oslobađanje vezane vode iz drveta, koja prema Dunlapu, iznosi 314 kJ/kg isparene vode. Suviše vlažan otpadak (preko 60%) mora se pre upotrebe obavezno sušiti, jer u protivnom neće doći do njegovog paljenja. Donja topotna moć goriva Hd realnije odražava energetski potencijal goriva. Obrazac za donju topotnu moć drveta koji uzima u obzir sve navedene gubitke glasi: Hd =

u + 9 ⋅ H   kJ   ⋅ H − 2500 ⋅   u  g 100   kg  1+ 100 1

gde je: u- vlažnost drveta u procentima; H- procentualno maseno učešće vodonika u elementarnom hemijskom sastavu drveta. U tabeli 4.6 uporedo su dati podaci o količini toplote koja se realno može iskoristiti iz 1 kg drveta različite vlažnosti. Pri tome su uzeti u obzir i vlažnost drveta i odgovarajući stepen iskorišćenja ložišta pri sagorevanju drveta. Tabela 4.6: Uticaj vlažnosti na energetski efekat drveta Gorivo Drvo

Vlažnost

Hd

% 0

kJ/kg 19,8

Stepen iskorišćenja ložišta % 80

Korisna toplota kJ/kg 15,8


18 10 40 70

17,8 14,5 12,0

78 74 72

13,9 12,1 8,6

Kada se loži apsolutno suvi otpadak, čija je gornja tolotna moć 19,8 MJ/kg, iskorišćena-korisna toplota iznosi 15,8 MJ/kg uz stepen iskorišćenja ložišta od 80 %. Ukoliko se loži vlažan otpadak (u= 70 %) korisna toplota iznosi svega 8 MJ/kg, a stepen iskorišenja u ložištu opada sa 80 % na 72 %. Korišćenje drveta sa većom vlažnošću zahteva specijalne konstrukcije ložišta.

Sagorevanje drveta Osnovni cilj sagorevanja, kako je već rečeno, je da se oslobodi što veća količina toplotne energije. Prvi preduslov za ovo je "potpuno sagorevanje goriva". Pri tome kroz dimnjak treba da izađu samo neškodljivi produkti sagorevanja (vodena para i ugljendioksid). Nesagorljive materije koje sačinjavaju drvnu supstancu (osnovno gorivo u fabrikama za preradu drveta), a dobijene su iz zemljišta na kome je drvo raslo, ostaju kao pepeo na rešetki. Sagorevanje drveta se može raščlaniti u tri odvojene faze: 1. faza - sušenje: Zagrevanje drvnog otpatka i sušenje pri temperaturi od oko 120°C. U ovoj fazi troši se značajna količina toplote na isparavanje vode iz goriva. Veća količina vlage u drvnom otpatku značajno smanjuje neto efekte sagorevanja. 2. faza - piroliza: Drvo samo po sebi ne gori, već samo gasovi, koji se oslobađaju delovanjem toplote. Iznad 150oC raspadaju se sastojci drveta na svim slabim vezivnim mestima. Oslobađaju se na prvom mestu lako zapaljivi gasovi, kao što su CO i H 2, koji ukoliko je količina kiseonika u vazduhu dovoljna odmah sagorevaju podižući temperaturu okoline (od 400oC - 500oC). Maseno učešće volatila (isparljivih materija) u drvetu je 85%. Osim ovih oslobađaju se i teško zapaljivi tzv. katranski gasovi. Oni se ne smeju pustiti nesagoreli kroz dimnjak u atmosferu. Razlozi su ekonomske (smanjenje procenta iskorišćenja hemijske energije iz goriva) i ekološke prirode. Kao ostatak u ložištu, nakon završene druge faze, ostaje drveni ugalj. 3. faza - frakcionisanje i sagorevanje: Teško zapaljivi katranski gasovi se, na temperaturama iznad 450°C, raspadaju u lakše zapaljive gasove, koji uz dovoljno snabdevanje vazduhom (sekundarni vazduh) sagorevaju u zoni za dogorevanje. Na temperaturi preko 800°C prevodi se u gasovito stanje i drveni ugalj i započinje njegovo sagorevanje. Temperatura u ložištu od 900°C je dovoljna za potpuno sagorevanje drveta.


19

Slika 4.1: Prikaz reakcija sagorevanja drveta U ložištu ove faze nisu vremenski i prostorno razdvojene i teku paralelno ili se preklapaju. Drvni otpadak u različitim delovima ložišta se nalazi u različitim fazama sagorevanja. Takođe dok je unutrašnjost delića drveta u fazi sušenja na njegovoj površini već dolazi do pojave izdvajanja volatila. Na slici 4.1 sažeto su izložene opisane reakcije.

Koncentracija štetnih materijala u dimnim gasovima 0.1.1. Uslovi za pravilno sagorevanje drveta Da bi drvo sagorelo uz što manje štetnih gasova, potrebno je obezbediti dovoljno dugo reakciono vreme i odgovarajuću reakcionu temperaturu, kako bi kompleksni ugljeni hidrati sadržani u ćelijskoj građi, mogli u potpunosti da pređu u gasovitu fazu. Rezultat je utoliko bolji, ukoliko je zona sagorevanja gasova u ložištu bolje razdvojena od samog prostora gorenja, odnosno ukoliko je

20


gorivo homogenije (granulacija i vlažnost) i ukoliko se temperatura u prostoru za sagorevanje gasova može održavati ravnomernom. 0.1.2. Ravnomerno mešanje volatila sa vazduhom Volatili koji se izdvajaju iz piljevine odn. komadnog drveta u zoni sagorevanja gasova, koji su glavni nosioci energije drvnog goriva, mogu se potpuno sagoreti samo ukoliko im se dovede dovoljna količina kiseonika, najmanje ona dobijena korišćenjem formule za potpuno sagorevanje. Toj količini kiseonika odgovara, na osnovu sastava naše atmosfere, određena količina vazduha potrebnog za sagorevanje. Obezbeđivanje dovoljne količine kiseonika nije dovoljno. Istovremeno je potrebno osigurati i homogenu mešavinu gorljivih gasova i vazduha. Ukoliko to ne uspe, onda će se samo deo kiseonika iz vazduha utrošiti za sagorevanje, odnosno oksidaciju, drugi deo kiseonika će otići iz ložišta neutrošen, zajedno sa dimnim gasovima i nesagorelim volatilima, u atmosferu. Posledice su prekomerna koncentracija CO i tamni dim neprijatnog mirisa. Kako se idealna mešavina vazduha i gorljivih gasova nikada ne može postići, to se kotlovi, koji se lože drvetom, u cilju smanjenja emisije štetnih materija, obavezno snabdevaju većom količinom vazduha od minimalno potrebne. U praksi se nastoji da ovaj višak vazduha bude što manji. Sa povećanjem viška vazduha opada stepen korisnog dejstva sagorevanja, smanjuje se temperatura u prostoru za gorenja, pa samim tim i kvalitet sagorevanja. Dobro sagorevanje uz mali višak vazduha se može postići zadržavanjem smeše u vrućem prostoru za gorenje i/ili vrtloženjem. Na slikama 4.2 i 4.3 pokazane su koncetracije CO i NOX u funkciji od koeficijenta viška vazduha za određeni vid loženja. Prikazane relacije kvalitativno važe za sva postrojenja za loženje drveta.

Slika 4.2: Emisija CO u dimnim gasovima postrojenja za loženje drveta u zavisnosti od koeficijenta viška vazduha (λ - lambda) Količina NOx raste sa povećanjem koeficijenta viška vazduha. Maksimalne vrednosti se dostižu za  = 1,4, a nakon toga količina NOx počinje da opada (slika 4.3). Za koncentraciju oksida azota u dimnim gasovima važi još i to, da temperaturu prostora sagorevanja treba održavati ispod 1200 OC, jer se na višim temperaturama intenzivno se odvija reakcija N2+O2 = 2 NO.


21

Slika 4.3: Oksid azota - emisija u dimnim gasovima postrojenja za loženje drveta u zavisnosti od koeficijenta viška vazduha (λ )

Odlaganje i priprema drvnog otpatka za loženje Drvni otpadak u preradi drveta stvara se ravnomerno tokom cele godine. Odstupanja ima samo u toku letnjih meseca (remonti i godišnji odmori) i zimi ako temperatura padne značajno ispod nule. Sa druge strane, potrošnja goriva osciluje u širokim granicama u zavisnosti od godišnjeg doba, vrste i obima proizvodnje i karakteristika tehničkih potrošača (slika 4.4). Iz ovog nepoklapanje stvaranja i potrošnje drvnih otpadaka proizilazi potreba za odlaganjem viška otpadaka, koji bi se koristili u vreme vršnih potreba.

Slika 4.4: Dijagram uporednih potreba toplote i učešća goriva na primeru jednog drvno - industrijskog pogona

22


Piljevinu i drvnu prašinu je najbolje odlagati u silosima od čelika ili betona. Prednost imaju betonski silosi, koji se liju na licu mesta ili isporučuju u elementima i montiraju na gradilištu. Prilikom gradnje silosa za piljevinu mora se voditi računa o važećim normativima i odredbama zaštite na radu, koji se odnose na obezbeđenje od udesa za silose i bunkere, gromobranske instalacije, uređaje za gašenje požara, kao i zaštitu od pada i odronjavanja predmeta. Za dopremu, odnosno unošenje piljevine u silos postoji više mogućnosti, a izbor zavisi od konkretne situacije: • preko u silosu ili na silosu ugrađenih filtera ili • pomoću ciklonskog separatora pneumatske instalacije za transport usitnjenog otpadaka iz pogona za obradu drveta. Komadni krupni otpadak se odlaže u prikladnim kontejnerima ili jednostavno baca na gomilu. Ovaj otpadak se pre loženja mora usitniti, odnosno preraditi u sečku, koja se odmah može koristiti za loženje ili odložiti u poseban silos. Kvalitet iznošenja piljevine iz silosa ima bitan značaj ,odnosno uticaj, na sagorevanje. Stoga, u praksi bi trebalo usmeriti pažnju na izbor ovih komponenta i nastojati da ispune sledeće uslove: • rad uređaja, bez smetnji i zastoja, potpuno automatizovan, u trajanju od više dana, • po mogućstvu pražnjenje u jednakim, ravnomernim količinama, • rad bez prašine, • da rešenja omogućuju lako održavanje i popravke (lak pristup svim habajućim delovima, s tim da se ne prazni lagerovani materijal), • ekonomičan rad uređaja (mala potrebna energija i mali troškovi održavanja). Najednostavniji način uređaja za iznošenje piljevine iz silosa prikazan je na slici 4.5. Ovde je primenjen tzv. njihajući puž, čija je funkcija da piljevinu u donjem delu silosa isprva rastrese uz istovremeno iznošenje. Ovakvi uređaji se mogu bez daljeg koristiti za suve materijale (suva piljevina) i za silose do 5,0 m prečnika.

Slika 4.5: Uređaj za iznošenje piljevine sa tzv. klatnim pužem


23

Slika 4.6: Pokretni puž Kod vlažne piljevine i kod bunkera sa većim prečnicima koristiti se tzv. pokretni puž na podu silosa, čiji je zadatak da zaštiti središni deo postrojenja od prevelikog opterećenja (slika 4.6). 0.2.1.

Priprema drvnih otpadaka- usitnjavanje krupnog drvnog otpatka

Svi drvni otpaci nisu takavog oblika da se mogu koristiti u automatskom postrojenju za loženje. U takvim slučajevima otpadak bi trebalo prethodno pripremiti za loženje. Na tržištu se nude brojna i različita rešenja. Učinak mašina za usitnjavanja kreće se od 250 kg/h do preko 5000 kg/h. Utrošak pogonske energije za usitnjavanje komadnog otpatka se kreće između 30 i 60 kWh za tonu prerađenog materijala bez energije potrebne za odsisavanje. Potrošnja zavisi od vrste ulaznog materijala i konstrukcije postrojenja. 0.2.2.

Briketiranje piljevine - iverja

Specijalni vid izrade i pripremu drvnih otpadaka za loženje predstavlja briketiranje piljevine i prašine od brušenja. Postupak se zasniva na povećanju gustine piljevine (oko 10 do 15 puta), da bi se lakše čuvala i jednostavnije sa njom manipulisalo pri loženju. Pritisak se ostvaruje dejstvom valjaka, klipa ili pužne zavojnice. Usled dejstva visokog pritiska i visokih temperatura dolazi do termoplastičnih deformacija lignoceluloznog materijala i njegovog vezivanja i bez dodatka vezivnog materijala. Da bi se biomasa mogla pretvoriti u u formu briketa neophodno je obezbediti: vlažnost sirovine između 10% i 18% (mereno na apsolutno suvo) i granulaciju otpadaka ne veću od 10 mm. Na tržištu danas postoje brojni sistemi za briketiranje različitih konstrukcija, kao što su: • Klipne prese: Materijal, čija je vlažnost od 18 % (atro) se dovodi do jedne cilindrične cevi, u kojoj se kreće klip. Kretanje klipom se ostvaruje mehaničkim pogonom preko krivaje sa zamajnom masom, odnosno hidraulički. U svakom hodu klipa potisne se nova količina materijala na već sabijeni, tako se dobija cilindrični briket, koji izlazi u ritmu udaraca klipa. Pritisci presovanja dostižu i 1200 bar. Usled trenja o zidove cevi i sabijanja drvni otpadak se

24

Energetika u drvnoj industriji zagreva i do 200oC, što zahteva hlađenje prese. Učinak ovih presa je od 50 kg/h do 2.500 kg/h, a potrošnja električne energije između 50 i 70 kWh po toni izrađenog briketa. • Ekstruder prese za briketiranje: Pored klipnih presa na tržištu se mogu naći i prese kod kojih se sabijanje ostvaruje pužem umesto klipom. Piljevina se doprema ravnomerno pužu gde se pod velikim pritiskom sabija. • Presa sa komorom: Kod tehnike presovanja sa komorama materijal se sabija u dva koraka. u prvom se obavlja tzv. predpresovanje i tek nakon toga se materijal dovodi u komoru - kalup radi konačnog sabijanja. Po okončanju presovanja kalup se prazni, pa sledi novo punjenje. Pogon prese je hidraulički. Prednost ovog postupka je u smanjenoj potrošnji električne energije koja ne prelazi 20 kWh/t izrađenog briketa. Briketi su pravougaonog preseka što olakšava slaganje i transport.

Slika 4.7: Asortiman briketa izrađenih od drveta i kore Na slici 4.7 dat je asortiman različitih briketa urađenih od drveta i kore različitim sistemima. 0.2.3. Priprema kore za loženje U pogonima primarne prerade drveta, uz drvni otpadak, javlja se i velika količina otpadne kore. Jedino racionalno je da se odbačena kora iskoristiti kao gorivo za kotlove. Način pripreme kore za loženje zavisi od vrste i konstrukcije kotla, odnosno ložišta kotla. Kod kotlova sa ložištem kora se meša sa ostalim drvnim otpatkom i sagoreva. Ako kotao ne raspolaže ložištem sa rešetkama, kora se pre loženja mora prosejati (odvojiti kamenčiće i pesak), usitniti i po potrebi i sušiti. Za ovo nema gotovih sistema. Problemi su različiti od slučaja do slučaja. Svaki put treba individualno planirati, kako bi se pronašlo najbolje rešenje. Na slici 4.8 prikazana je jedna varijanta rešenja za ovu namenu. Za sušenje kore koristi se toplota dimnih gasova iz postrojenja za loženje: Na slici oznake znače sledeće: 1. bunker za koru 2. sito 3. mlin za krupni materijal 4. kontejner za nesagorljivi otpadak 5. međubunker 6. sušara za koru 7. izdvajanje piljevine 8. kamin 9. bunker za piljevinu 10. kotao za loženje s donjom propulzijom 11. izdvajanje prašine iz dimnih gasova 12. kontejner za pepeo.


25

Slika 4.8: Priprema kore za loženje

Ložišta kotlova koja koriste drvni otpadak kao gorivo 0.3.1. Loženje na rešetki Kod kotlovskih postrojenja koja koriste drvni otpadak najviše se primenjuje loženje na rešetki. Pri loženju na rešetki moguće je sagorevati neusitnjene krupne komade otpatka i veoma vlažno gorivo (slika 4.9).Ovakva postrojenja zahtevaju veliki prostor za gorenje iznad rešetke. U odnosu na druge sisteme za loženje drveta, ložište sa rešetkom je dva do tri puta skuplje. Teškoće se javljaju pri korišćenju veoma finog otpatka i suvog goriva (pojava kašaste mase, oštećenja rešetki, propadanja u pepelište nesagorelog goriva). U tom smislu potrebno je brižljivo odabrati prikladne oblike rešetke i mehaničkog pogona, kao i sistema za odstranjivanje pepela.

Slika 4.9: Loženje na rešetki sa trostrujnim kotlom i dopremom goriva dizalicom

26 0.3.2.

Energetika u drvnoj industriji Loženje sa uduvavanjem

Loženje sa uduvavanjem je dugi niz godina važilo kao idealno tehničko rešenje za loženje piljevine i drvne prašine. Gorivo se uduvava neposredno na čeličnu rešetku u plamenoj cevi, odnosno (ukoliko se istovremeno koristi i komadni otpadak), u ložište ispod nivoa poda. Kod obe varijante su se pojavili slični problemi u vezi sa pooštravanjem uslova zaštite životne sredine. Ovde dolazi do nepotpunog sagorevanja goriva usled visokog učešća vazduha za uduvavanje i "hladnog" prostora za loženje. Na slici 4.10 je data osnova gradnje jednog savremenog postrojenja sa uduvavanjem goriva, koje radi potpuno automatski i bez nadzora. Učinak se obezbeđuje stepenastom regulacijom dopreme goriva, uz stalno merenje količina i regulaciju broja obrtaja ventillatora za dopremu potrebnog vazduha za sagorevanje.

Slika 4.10: Loženje uduvavanjem sa izdvojenom komorom od gasova u kombinaciji sa vodenim kotlom 1. primarni vazduh, 2. dovođenje piljevine (iverja), 3. izdvajanje gasova i delimično sagorevanje, 4. dovođenje dimnih gasova, 5. izdvajanje pepela, 6. dovođenje sekundarnog vazduha, 7. dovođenje tercijarnog vazduha 8. vodocevni kotao. Pri korišćenju suve piljevine, velike toplotne moći (oko 18.000 kJ/kg), odnosno iverja od iver ploča, od velike važnosti je mogućnost ograničavanja gornje temperature u prostoru za loženje hlađenjem leđne površine kotla i vraćanjem dela dimnih gasova. Ukoliko bi temperatura porasla iznad temperature topljenja pepela (preko 1250°C) u ložištu bi došlo do formiranja šljake (zgure) i prevremenog oštećenja šamotne obloge ložišta.

Energetika u drvnoj industriji 0.3.3.

27

Loženje sa donjom propulzijom

Postrojenja za loženje sa donjom propulzijom koriste se zadnjih dvadesetak godina i u odnosu na postrojenja za loženje sa uduvavanjem i postrojenja sa rešetkama, predstavljaju značajan tehnološki napredak. Ovaj način loženja koristi se za krupnozrnasta i ne previše vlažna goriva (do 60%), kao i za manje toplotne učinke (do oko 5 MW). Mana loženja s donjom propulzijom u odnosu na loženje na rešetkama je teško uklanjanje pepela, koje se najčešće obavlja manuelno. Ponekad nastaju problemi prilikom korišćenja veoma suve piljevine (visoka toplotna moć), jer usled prekoračenja temperature u ložištu dolazi do formiranja šljake (zgure).

Slika 4.11: Kombinovano loženje na rešetki sa donjom propulzijom S dopunskom rešetkom ove mane se mogu delimično ublažiti. Da bi se ispunio zahtev za dovoljno dugo zadržavanje gasova u prostoru gorenja, nužno je povećati "vrući" prostor za gorenje. Posebnu pažnju treba obratiti na regulaciju loženja s donjom propulzijom, odnosno omogućiti kontinulane promene broja obrtaja puža. Korita se kod vlažnog goriva najčešće izrađuju od keramičkog materijala, dok pri upotrebi suve piljevine korita se izrađuju od livenog gvožđa. 0.3.4.

Gorionik prašine

Poseban način loženja drveta predstavlja gorionik za drvnu prašinu, kojim se mogu spaljivati samo čestice ne veće od 0,5 mm dužine. Ovaj gorionik radi najčešće sa centrično postavljenim plamenom za paljenje i održavanje plamena (lož ulje, gas). Ovi agregati se već godinama koriste i u potpunosti odgovaraju posebnim zahtevima u pogledu goriva, kako po ceni tako i po tehničkim rešenjima. Na slici 4.12 prikazan je uređaj za sušenje iverja sa gorionikom za drvnu prašinu.

28


Slika 4.12: Shema uređaja za loženje prašine postavljenog na sušari za iverje 1. doprema mokrog iverja; 2. sušara; 3. otprema iverja; 4. ventilator za usisni vazduh; 5. ciklon; 6. gorionik (za prašinu i gas); 7. bunker za drvnu prašinu; 8. dozator; 9. pneumatski transport drvne prašine; 10.ventilator za ulazni vazduh; 11. ventilatori vazduha za sagorevanje; 12. priključak za gas; 13. komora gorionik. Drvna prašina se iz bunkera (7) transportuje pneumatskim transportom u gorionik (6). Potrebnu energiju za transport obezbeđuje ventilator (10). Količina goriva se dozira uz pomoć uređaja (8). Istovremeno sa drvnom prašinom u gorionik se doprema i određena količina gasa (12). Gas služi za paljenje gorionika i održavanje plamena. Vazduh potreban za sagorevanje doprema se uz pomoć ventilatora (11). Mešavina gasa i drvne prašine sagoreva u komori (13) i dimni gasovi struje u sušaru (2). Dimni gasovi se koriste za sušenje vlažnog ivera koji se u sušaru (2) doprema kroz otvor (1). Cirkulaciju produkata sagorevanja i osušenog iverja obezbeđuje ventilator (4). Osušeni iver se otprema kroz otvore (3), a ohlađeni dimni gasovi oćišćeni od krupnih čestica, kroz ciklon odlaze u atmosferu. 0.3.5.

Loženje sa pužastom rešetkom

Loženje pužastom rešetkom je poseban način loženja i nalazi primenu kod homogenog i ne previše sitnog goriva (slika 8.13). Prednost ovakvog ložišta u odnosu, recimo, na ložišta sa donjom propulzijom sa koritom, leži u automatskom uklanjanju pepela, pomoću pužaste rešetke, koja se obrće u celom prostoru za loženje.

Slika 4.13: Shema loženja pužastom rešetkom: 1. doprema piljevine, 2. puž rešetke, 3. odvođenje pepela.


29

Vazduh za sagorevanje se uduvava u prostor za loženje vratilom puža i iznutra izdubljenim krilcima puža (nije reč o spirali puža). Ovim se postiže dobro mešanje mešavine gorivog gasa i vazduha za loženje i ujedno se obezbeđuje hlađenje puža. Loženje pužastom rešetkom je nepodesno za materijale neujednačene vlažnosti, pošto se puž - rešetka može postaviti optimalno samo za neki određeni dijapazon vlažnosti i dimenzije drvnog otpatka (piljevina, iverje). 0.3.6.

Jamsko loženje

Jamsko loženje sa sagorevanjem goriva odozdo omogućava, pri pravilnoj koncepciji i izvedbi spaljivanje komadnih drvnih otpadaka , na način kako to zahteva zaštita životne sredine. U jami za punjenje, koja se puni preko preklopne ustave, odvija se gasifikacija. Na donjem kraju jame se nalazi zona gorenja.

Slika 4.14: Shema jamskog loženja: 1. vazduh za sagorevanje, 2. donje sagorevanje goriva, 3. doprema goriva. U nastavku je prostor za gorenje sa potpritiskom, kojim se omogućava i obezbeđuje uvlačenje svih gasova u zonu gorenja i tu se mešaju sa kiseonikom, koji struji kroz rešetku. Problematična je regulacija pri malim / niskim rasterećenjima. Prednost jamskog loženja leži u uštedama jer nije potrebno usitnjavanje krupnih otpadaka. Za male kapacitete (počev od 50 kW) ovako rešenje ložišta je često i jedino rešenje. Na slici 4.15 prikazana je shema kotla koji se loži odozdo, odnosno kotla sa jamskim loženjem. Krupni otpaci se ubacuju kroz otvor (1) u jamu (2). U jami dolazi do karbonifikacije drvnog otpatka. Temperaratura potrebna za karbonifikaciju obezbeđuje se dovođenjem vrelih gasova iz ložišta kroz kanal (3). Sagorevanje u ložištu se obezbeđuje dovođenjem primarnog vazduha. Dotok vazduha se može regulisati klapnom (5). îšćenje ložišta se vrši pomeranjem rešetke (7). Pomeranje rešetke se vrši polugom (4). Pepeo iz ložišta pada u pepeljaru (8). Za sagorevanje volatila dovodi se dopunska količina vazduha kroz otvor (9). Za paljenje kotla i održavanje minimalnog režima koristi se prirodni gas (11). Produkti sagorevanja predaju toplotu radnom telu u izmenjivaču toplote (14). Promaja u kotlu se reguliše uz pomoć preklopnika (13), kojim se otvara i zatvara direktna veza sa dimnjakom.

30


Slika 4.15: Kotao sa sagorevanjem goriva odozdo 1. poklopac jame, 2. jama, 3. kanal karbonizacije, 4. poluga za pokretanje rešetke, 5. preklop -klapna za dovod primarnog vazduha, 6. klizna rešetka, 7. pokretna rešetka, 8. komora za pepeo, 9. mešač gasa i glava mešača, 10.dopunske površine loženja, 11. priključak gorionika, 12. zone stvaranja kovitlaca, 13. preklopnik udarne promaje, 14. izmenjivač toplote. 15. otvor za čišćenje.

Kotlovska postrojenja (deo izmenjivača toplote) za loženje drvima 0.4.1. Jednostrujni plamenocevni kotao Ranije, na početku razvoja kotlovskih postrojenja za drvnu industriju, korišćeni su jedino plameno cevni kotlovi, valjanih cevi, sa veoma slabim stepenom iskorišćavanja dobijene toplote gorenjem od svega 50 do 60%. Nizak stepen korisnosti je posledica visoke temperature produkata sagorevanja (od 300 do 400°C) i velikog procenta kiseonika u dimnim gasovima. Kotao prikazan na slici 4.16 sastoji se od ložišta (1) i plamenih cevi (2) koje prolaze kroz vodeni prostor (3). Dimni gasovi u atmosferu odlaze kroz dimljak (4). Mada su još i danas takvi kotlovi u radu, ipak se poslednjih decenija osetno razvila tehnika u korist efektivnijeg rada postrojenja.

Slika 4.16: Jednostrujni plamenocevni kotao

Energetika u drvnoj industriji 0.4.2.

31

1. ložište, 2. plamene cevi, 3. vodeni prostor, 4. dimnjak Trostrujni dimnocevni kotao

Trostrujni dimnocevni kotao iskorišćava toplotu dimnih gasova optimalno, pošto gasovi prostruje tri puta kroz kotao na putu do dimnjaka. Prva struja prolazi kroz cev kao što je plamena cev velikog prečnika (preko 500 mm), dok one druge dve struje, koje slede, prolaze kroz znatno uže cevi, oko kojih se nalazi voda i čiji je prečnik oko 80 mm (slika 4.17). Karakteristično za ovu vrstu kotlova predstavlja prednja i zadnja komora za skretanje dimnih gasova i dobra pristupačnost prilikom čišćenja (postoje vrata na komorama za skretanje i kroz koja se čiste cevi dugačkim četkama).

Slika 4.17: Trostrujni dimnocevni kotao Trostrujni kotlovi se isporučuju kao kotlovi niskog pritiska (toplovodni kotlovi) i kao parni kotlovi visokog pritiska. Granica korišćenog pritiska kod trostrujnog kotla se kreće od 30 do 32 bara. Ovaj tip se najčešće koristi u drvnoj industriji, jer je robustan i ekonomičan.Njegovu prednost predstavlja velika zapremina vode i samim tim relativna neosetljivost (stabilnost) u odnosu na oscilacije opterećenja. Trostrujni kotao se, zbog velike inercije, sporo pali i teško reguliše.

32


Slika 4.18: Trostrujni vodocevni kotao sa loženjem sa donjom propulzijom, u podužnom i poprečnom presek 0.4.3. Trostrujni vodocevni kotao Kod trostrujnog vodocevnog kotla, koji se koristi za niske pritiske i za male kapacitete, voda se nalazi u cevima, a dimni gasovi struje okolo cevi (slika 4.18). Ovaj tip kotla je veoma kompaktan sa integrisanim ložištem i pogodan je za montažu u malim prostorima. Mana mu je otežano čišćenje izmenjivača toplote. 0.4.4.

Vodocevni kotao

Jedna druga varijanta kotlova, koja se često koristi u drvnoj industriji je klasični vodocevni kotao sa vertikalno postavljenim cevima natopljenih vodom, u svojstvu površina za izmenu toplote (slika 4.19). Ovaj vid kotla se već decenijama posebno dobro pokazuje, naroćito u slučajevima gde su potrebni pritisci preko 30 bara, a loži se drvima. Bitni nedostatak, u odnosu na trostrujni kotao, su visoke cene i osetljivost prema većim oscilacijama opterećenja, što je posledica relativno malog sadržaja vode u sistemu.

Slika 4.19: Vodocevni kotao u kompaktnoj izradi Kotlovi sa termo uljem Termo ulje, kao toplotni medij, je našlo široku primenu i u drvnoj industriji. Jedan od razloga je visoka tačka ključanja (preko 350 °C). Koristi se za zagrevanje presa u proizvodnji ploča iverica .


33

Slika 4.20: Kotao sa termo uljem montiran u pogonu drvne industrije

Uređaji za prečišćavanje dimnih gasova Nove oštrije odredbe zaštite životne sredine zahtevaju uvođenje, kod mnogih postojećih i svih novih postrojenja, koji rade sa drvetom kao gorivom, odgovarajućih uređaja za prečišćavanje dimnih gasova. Uređaje za prečišćavanje možemo podeliti prema funkciji i prema konstrukciji. Prema funkciji razlikujemo prečistače za redukciju količine prašine u dimnim gasovima, uređaje za dehloridizaciju i uređaje za odstranjivanje azotnih jedinjenja. U prvu grupu prečistača (za redukciju količine prašine u dimnim gasovima) spadaju: • ciklonski/centrifugalni prečistači - jednostavni i jeftini; uz uslov da je sagorevanje potpuno sa ovim filterima je moguće obezbediti zakonom propisane vrednosti prašine u dimnim gasovima (< 50 mg/m3); • tekstilni prečistači - koriste se u drvnoj industriji za odsisavanje drvne prašine kod mašina; obezbeđuju zadovoljenje zakonom propisane vrednosti; nedostaci su: mala mehanička čvrstoća, slaba otpornost na paljenje i hemijsko delovanje dimnih gasova, velika potrošnja električne energije; • elektrofilteri - sastoje se iz brojnih tzv. iskrajućih elektroda pod visokim naponom i uzemljenih kondenzatorskih elektroda (elektrolitskih elektroda). êstice prašine se prilikom ulaska u filter naelektrišu i skreću prema omotu separatora; sa ovim filterima se postižu zadate vrednosti od 50 mg prašine u m3 dimnih gasova; troškovi za investicije su nešto viši nego što su kod tekstilnih filtera, ali su zato troškovi eksploatacije, po pravilu niži; • šljunčani filteri - rade na principu elektrostatičkog naboja. êstice prašine u dimnim gasovima se prethodno negativno naelektrišu i nakon toga propuštaju kroz sloj šljunka sa pozitivnim električnim nabojem; prašina se taloži po šljunku; šljunak se sa nataloženom prašinom kontinuirano odvodi iz filtera, prečišćava i očišćen vraća u korito filtera. Prema podacima proizvođača ostatak prašine u prečišćenom gasu iznosi ispod 20 mg/Nm3. Količina hlorida u dimnim gasovima ne može da se reguliše načinom loženja. Ona je uslovljena sastavom korišćenog goriva. Ograničenje prema nemačkim propisima za hlorovodonične materije u dimnim gasovima iznosi 30 mg/m3. Ovu vrednost je teško ostvariti ako u gorivu ima više od 0,03% PVC-a, koji se javlja u otpacima nastalim obradom oplemenjenih ploča. Pri kritičnim vrednostima potrebno je prvo obratiti pažnju na redukciju udela PVC u gorivu. To je moguće postići separatnim odsisavanjem PVC- ostataka ili njihovim odgovarajućim uklanjanjem. Sekundarne mere treba realizovati samo onda kada nije moguće, ili je samo delimično moguće izvesti odvojeno otklanjanje PVC-a. Za ovu namenu postoje sledeći postupci:

34


• dodavanje kreča gorivu - jednostavno je za realizaciju (doziranje kreča je automatski u zavisnosti od goriva). Kreč radi sa malim hemijskim dejstvom, pa su usled toga potrebne velike količine, što može da dovede do problema deponovanja povećane količine pepela; • doziranje kreča u dimne gasove - što se realizuje u kombinaciji sa tekstilnim filterom; • pranje krečom -mokra dehloridizacija putem kupke kalcijumhidroksida daje najbolju i najuspešniju dehloridizaciju, ali je skopčana sa problemima korozije i uklanjanja otpadnih voda. Oksidi azota u dimnim gasovima ne predstavljaju problem za savremena postrojenja sagorevanja sve dok se u njima loži piljevina masivnog drveta. Ukoliko se u ložištu sagoreva iverje iz prerade ploča iverica situacija je komlikovanija. U ivericama ima određeni procenat azota (od 3 do 3,5%) koji sagoreva pored azota iz vazduha. Azot samo delimično oksidira. Najnovija iskustva pokazuju da se kod izvedenih proba sa problematičnim gorivima ne prekoračuju vrednosti od oko 300 mg/m3, ukoliko temperatura prostora gorenja ne prelazi mnogo preko 1000°C. Pouzdano ograničavanje ove vrednosti se postiže naknadnim hlađenjem prostora sagorevanja i / ili vraćanjem dimnih gasova u ložište.

Dimnjaci Politika visokih dimnjaka, princip ravnomernog raspoređivanja štetnih materija, koje nastaju pri sagorevanju, davala je industrijskim preduzećima drvne industrije obeležje u vidu i do 100 m visokih zidanih dimnjaka. Savremeni pristup rešavanju ovih problema je drugačiji. Bolje je smanjiti koncentraciju štetnih materija u dimnim gasovima pre izlaska u atmosferu u kom slučaju dimnjaci i ne moraju biti tako visoki. Strana iskustva govore da propisane granične vrednosti emisija, uz korišćenje postrojenja za prečišćavanje visoke efikasnosti, zahtevaju dimnjake visine od 20 do 30 m. Ovo omogućava korišćenje mnogo jeftinijih slobodno stojećih čeličnih dimnjaka.


35

Slika 4.21: Shema upravljanja procesom za kotao ložen iverjem i piljevinom .

Odstranjivanje pepela Odstranjivanje pepela, koji se dobija pri loženju drvnog otpatka ne pričinjava veće probleme. Ovaj pepeo nije toksičan, te se može koristi za poboljšanje kvaliteta zemljišta, umesto da se odlaže na komunalne deponije. Problemi se mogu javiti usled podizanja prašine prilikom pražnjenja kontejnera sa pepelom, što se rešava vlaženjem pepela prilikom punjenja.

Upravljanje postrojenjima koja su ložena drvima i njihovo podešavanje

36


Iz ekonomskih i ekoloških razloga trebalo bi nastojati da se obezbedi puna automatizacija rada svih kotlova, pa i onih koja se lože drvnim otpatkom. Rukovalac kotla nije u stanju da manuelno kontroliše brojne faktore koji utiču na pravilno sagorevanje. Dosadašnji pokušaji sa modernom tehnikom upravljanja procesom, ukazuju da se kotlovska postrojenja mogu voditi ekonomičnije i uz bolju zaštitu životne sredine. Može se očekivati, da će se automatizacijom procesa upravljanja kotlovskim postrojenjem (slika 4.21) kod novih investicija uticati na smanjenje troškova nabavke za mehanička postrojenja.

Energija u Preradi Drveta

Recommend Documents