Учет потерь и отходов древесины при производстве технологической щепы
Древесина как сырье для выработки продукции различного назначения обладает рядом специфических качеств, усложняющих процесс ее обработки. В отличие от металла или полимерных материалов, стволовая древесина, будучи подвергнута делению путем механической обработки, даже при помощи каких-либо технологических приемов уже никогда не приобретает естественную структурную целостность.
Применение связующих веществ - клеев, смол и пр. - позволяет получать материалы уже с иными, чем у исходной древесины, свойствами. Круглая форма и сбег ствола дерева сами по себе создают предпосылки к образованию большого количества отходов при технологических переходах к плоским или угловым поверхностям изделий.
Дополнительные проблемы создает и анизотропность древесины по отношению к направлению ее волокон, зачастую вынуждая технологов производить механическую обработку массива древесины в определенной плоскости или под некоторым заданным углом.
Основные виды потерь на этапе подготовки и транспортировки сырья для выработки щепы
Проблема потерь древесины в первую очередь связана с применяемыми на предприятии технологиями ее переработки. При этом все потери можно разделить на две условные группы: потери в буквальном смысле слова, понимая их как утрату (например, просыпания щепы в реку при выгрузке из баржи), и потери определенных категорий качества древесины. Вторая группа имеет место в результате изменения (ухудшения) определенных характеристик заготовленной древесины. По мере продвижения по технологической цепочке от свежезаготовленного хлыста даже до таких простейших полуфабрикатов, как технологическая щепа, исходный массив древесины неуклонно теряет свою физическую целостность. При этом образуются крупные или мелкие отходы, иначе говоря, некондиционная древесина. Соответственно, возникает проблема комплексной утилизации производственных отходов, перспективы решения которой в отечественном лесном комплексе пока весьма туманны.
Частичные потери как полная утрата объемов древесины наиболее характерны для водного транспорта хлыстов и сортиментов, а также для процессов выгрузки судов (барж) с круглыми лесоматериалами и технологической щепой. Для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности наиболее актуальны потери именно при выгрузке и хранении, поскольку обычно оплата поступившей древесины производится по результатам приемки на пирсе покупателя. Если же, например, плот закуплен на рейде отправителя, то риск того, что часть древесины не попадет на склад заказчика, существенно возрастает.
Водный транспорт по-прежнему остается наиболее дешевым, а иногда и единственно доступным способом доставки заготовленной древесины на перевалочный пункт или склад потребителя. Утрата части груза круглых лесоматериалов возможна по таким причинам, как:
- разрушение оплотника и унос целых пучков бревен в открытую воду во время транспортировки плота в шторм или при посадке на мель;
- разрушение отдельных пучков при буксировке плота;
- размолевка пучков при подъеме и утоп части бревен;
- утоп отдельных сортиментов при их выгрузке из барж на рейде в кошели;
- падение бревен и унос в открытую воду в процессе выгрузки барж у пирса.
Выгрузка щепы из барж с применением механических грейферов нередко сопровождается ее просыпаниями. Также возможен распыл щепы при выгрузке верхней части баржи в результате воздействия сильного ветра.
Сухопутный транспорт щепы может сопровождаться выдуванием небольшой части груза из открытых транспортных емкостей при высокой «шапке». Однако, если оплата щепы производится по результатам ее приемки потребителем, потери ложатся на бюджет поставщика.
При открытом кучевом хранении щепы неизбежен распыл некоторого ее количества на окружающую территорию, особенно при пневмоподаче в кучу. Вернуть обратно в кучу эту щепу невозможно и нецелесообразно, поскольку частицы древесины собирают большое количество минеральных примесей, присутствие которых недопустимо для дальнейшего технологического процесса. Также, при наличии открытых транспортеров, возможен распыл щепы на пересыпных устройствах при воздействии сильного ветра.
Предприятия, на которых организовано собственное производство технологической щепы, получают древесное сырье в виде хлыстов (очищенных от сучьев стволов деревьев) или в виде круглых лесоматериалов (сортиментов-балансов). Сортименты получают путем поперечного деления хлыста (раскряжевки). Некоторые целлюлозно-бумажные комбинаты (ЦБК), такие, как Байкальский, Селенгинский ЦБК, закупают и хлысты, и сортименты.
Поступающие на деревоперерабатывающее предприятие хлысты раскряжевывают на сортименты, и на этом этапе открывается счет многочисленным видам древесных отходов. Основные отходы при поперечной распиловке хлыстов - откомлевки и козырьки. Откомлевка - удаляемая комлевая часть хлыста, имеющего пороки древесины или дефекты обработки. Пороками в данном случае могут быть прикорневые лапы, ребристая закомелистость, а дефектами обработки - зарубы, запилы и прочие механические повреждения. Козырек - выступающая над поверхностью нижнего торца часть ствола, оставшаяся после валки дерева. Обычно образуется в процессе падения дерева как результат отщепа части ствола. Потери древесины на откомлевку составляют около 1 %, на козырьки - около 0,5 % от объема хлыста.
Теоретически откомлевки и козырьки могут использоваться для производства технологической щепы, гидролиза, лесохимии и пр. На практике это происходит нечасто, и в лучшем случае эти отходы используются в качестве топлива. Производство щепы из них возможно, но она будет низкого качества, т. к. кусковая древесина позволяет получать значительно меньшую долю стандартных фракций по сравнению со щепой, произведенной из круглых лесоматериалов - балансов. Это объясняется тем, что куски древесины попадают под ножи рубительных машин (барабанов) под различными углами по отношению к направлению волокон древесины. Другая причина низкого качества такой щепы - большое содержание коры, поскольку окорить обрезки хлыстов или сортиментов практически невозможно. В процессе раскряжевки неизбежно образуется и некоторое количество опилок (порядка 0,1 - 0,2 % от объема хлыста). Поскольку опилки смешаны с корой, попадающей под пилу в процессе поперечного пиления, то использоваться они могут только в качестве топлива.
Как правило, после разделки хлыстов полученные сортименты сортируют с целью отобрать наиболее ценные лесоматериалы (фанкряж, пиловочник), а балансы направляют на производство щепы. Эта технология применяется в таких крупных лесоперерабатывающих комплексах, как Братский и Усть-Илимский ЛПК. После фазы сортировки дальнейший ход технологического процесса переработки балансов на комбинатах, закупающих хлысты, практически не отличается от процесса производства щепы на предприятиях, закупающих сортиментную древесину.
Длины закупленных или произведенных балансов могут различаться в достаточно большом диапазоне от 2,0 до 6,0 м, однако при поставке чаще всего используют длины в пределах от 4,0 до 6,0 м. Балансы короче 4,0 м неудобны в погрузке, выгрузке и складировании, а также при механизированной разделке на коротье (балансы минимальной длины, подаваемые на окорку без дальнейшего поперечного деления).
Древесные отходы целлюлозно-бумажного производства
Поступающие на древесно-подготовительное производство балансы последовательно проходят несколько основных стадий переработки, на каждой из которых часть древесины неизбежно переходит в отходы. Выгруженные из прибывших на предприятие транспортных средств балансы подаются на слешерные столы для поперечной распиловки. Полученное коротье подается в окорочные барабаны, а после окорки - в рубительную машину, измельчающую древесину в щепу определенных размеров (фракций), толщины и заданного угла среза. После сортировки щепы с целью отбора мелких фракций, не соответствующих стандарту, кондиционная щепа пневмотранспортом подается в кучу для хранения и дальнейшей подачи, по мере необходимости, на производство целлюлозы.
Процессам механической подготовки древесного сырья сопутствует образование отходов двух основных типов - отходы окорки и древесные отходы. Отходы окорки состоят из частиц коры, лома, кусков и размочаленных волокон древесины, частиц гнилой древесины (гнили). Древесные отходы - это смесь отсева щепы, опилок и гнили.
Существует еще одна промежуточная группа отходов, которая появляется после окорки балансов: это сортименты, содержащие металлические включения, а также толстомерные бревна. Балансы с металлом (гвоздями, проволокой, осколками со времен войны) отслеживаются с помощью стационарного металлоискателя, который автоматически останавливает транспортер и подает сигнал о наличии металла. Такие бревна обычно изымаются из производства, т. к. металл может повредить ножи рубительной машины. С толстомерной древесиной, иначе говоря, с бревнами диаметром комля большим, чем размер загрузочного отверстия рубительной машины, на каждом предприятии поступают по-разному.
Например, на Байкальском ЦБК такие сортименты раскалывают гидравлическим колуном и затем подают в рубку, на Котласском ЦБК рубят на щепу в специальной машине с большим диаметром загрузочного отверстия. На Светогорском ЦБК толстомер изымают из производства и затем продают в качестве топливных дров местным потребителям. Выбор способа решения этой проблемы зависит в первую очередь от объема поступающего толстомера, что и определяет целесообразность внедрения отдельного технологического потока для его переработки.
Отсев - нестандартные фракции щепы, образующиеся после сортирования технологической щепы и дезинтегрирования, т. е. измельчения в специальной машине древесных частиц нестандартно большой крупности. На повторное измельчение в дезинтегратор чаще попадают куски древесины с отклонением в строении волокон, например, около сучьев. Такое явление более характерно для твердых пород, таких как береза. Количество отсева во многом зависит от степени затупления ножей рубительной машины, породы и температуры древесного сырья. Зимой из-за промерзания балансов качество щепы несколько снижается, поскольку древесина становится более хрупкой и при рубке сильнее подвержена разрушению до размера частиц малой (нестандартной) крупности. Большое значение имеет качество балансового сырья, поскольку гнилая древесина из-за пониженной прочности распадается на мелкие части легче, чем здоровая. Гнилью называют частицы гнилой древесины, выделяемые при окорке и рубке древесины. Отсев при сортировании сразу после рубки составляет около 2 - 3 % по объему для основных хвойных пород и достигает 8 % для лиственницы. Осина и береза дают 3 - 4 %.
Опилками в данном случае принято называть не только частицы древесины, образующиеся при поперечной распиловке круглых лесоматериалов. Это также мелкие отходы, образующиеся при рубке древесины и транспортировке щепы пневмотранспортом. Но все же основной объем опилок образуется при поперечной разделке древесного сырья и, в зависимости от исходной длины сортимента и длины полученных отрезков, может составлять от 0,4 до 0,9 %. Объем потерь на опилки от поперечной распиловки не включается в общий баланс потребления древесины предприятием, поскольку балансы должны поставляться с припуском по длине бревна. Суммарная ширина пропилов сортимента на слешере примерно равна величине припуска (3 - 5 см по ГОСТ 9462 - 88).
Среди всех перечисленных видов отходов кора занимает первое место по объему и создает наибольшее количество проблем при хранении, утилизации или вывозе в отвалы. Тем не менее сама кора фактически является отходами, но не является потерями производства. В отличие от банановой кожуры, за которую мы платим в магазине наравне с мякотью плода, предприятие-потребитель оплачивает поставщикам только объем чистой древесины без коры. Общепринятые методы измерений лесоматериалов при их приемке исключают объем коры из того объема, который предъявляется к оплате. Однако процесс окорки весьма энергоемок и к тому же сопровождается потерями уже той самой древесины, за которую комбинат расплачивается из собственных средств. При этом часть коры со свежесрубленной древесины теряется по пути с лесосеки до конечного потребителя. Интересно, что количество коры на поверхности сортиментов, поступивших на перерабатывающее предприятие, зависит от способа их транспортировки. Обдир коры при поставке сплавом происходит значительно интенсивнее, чем на других видах транспорта. На сплаве в сортиментах потери коры в среднем составляют около 30 %, в хлыстах - около 20 % (от объема ствола без коры). При поставке другими видами транспорта потери коры значительно меньше, всего около 12 - 15 %. Величина обдира зависит и от принадлежности древесины к группе пород - лиственной или хвойной.
Требования к степени окорки балансов зависят от требований технологии к допустимому количеству коры в щепе на данном предприятии, а также от содержания коры на свежесрубленной древесине. Это означает, что чем больше коры (в процентах к объему чистой древесины) на сортиментах определенной породы, тем большей степени окорки необходимо добиваться, чтобы обеспечить необходимое качество щепы. Провести окорку балансов на 100 % в принципе возможно, но при этом будут значительно увеличены отходы окорки, поэтому здесь необходим разумный компромисс между степенью окорки и содержанием коры в произведенной щепе. При высшей степени окорки 95 - 98 % количество отходов более чем в 2 раза превышает аналогичный показатель для степени 50 - 60 %. Объем отходов чистой древесины при окорке зависит от множества факторов: вид поставки (сплав или сухопутный), способ окорки (сухой или полусухой), породы древесины и ее сортности. Общий порядок потерь нормальной древесины на окорке составляет около 1 - 3 %, потери на отделение гнили находятся в тех же пределах.
Хранение сортиментов и щепы в течение летнего сезона сопровождается заметной потерей их качества, чего не происходит в холодное время года. Условные потери при хранении лиственных балансов 1 - 3 сорта в штабелях достигают 1,5 % в месяц летнего сезона, а при их кучевом хранении - до 3 %. Для хвойных балансов 1 - 3 сорта эти показатели примерно в 3 раза ниже. Вследствие протекания деструктивных биохимических процессов происходит ухудшение качества щепы при хранении в кучах открытым способом: до 1 % для хвойной и до 1,5 % для лиственной щепы за один месяц.
Транспортировка щепы в пределах предприятия чаще всего происходит с применением пневмотранспорта. Высокая скорость движения щепы в воздушном потоке приводит к измельчению части щепы нормальных фракций до некондиционных размеров. На каждые 100 м трубы пневмопровода приходится около 0,04 % потерь за счет перехода щепы в отсев. Повороты трассы трубы на суммарные 100° добавляют еще 0,1 % отсева из-за ударов частиц щепы о стенки на изогнутых участках. При транспортировке открытыми ленточными транспортерами потери составляют около 0,04 % на каждое пересыпное устройство.
Непосредственно перед подачей щепы в производство выполняется ее дополнительное сортирование, после которого в отсев переходит от 2 % (по нормативу для щепы марки Ц-3 собственного производства) до 5 %. Большое значение имеет место, например, при производстве полуцеллюлозы на гофробумагу. Механическое сортирование с помощью механических сит (грохотов) может дополняться мокрой сортировкой, основная цель которой - избавиться от минеральных примесей. При этом вместе с водой через сливные устройства уходит до 0,5 % от объема щепы в виде самых мелких частиц отсева, которые не удалось отделить на механических ситах.
Привозная (закупаемая) щепа в отдельных случаях содержит до 14 % отсева. Как правило, это щепа, полученная из кусковых отходов лесопильного производства. Такая щепа также обязательно проходит этап сортировки перед подачей в производство.
Учет и измерение отходов
Кора составляет львиную долю отходов, образующихся при производстве технологической щепы. В среднем расчетный объем коры находится в пределах от 10 до 14 % от общего поступившего объема чистой древесины, что составляет более 100 тысяч м3 в год. Некоторые комбинаты решили проблему утилизации коры, используя ее как топливо (Котласский, Светогорский ЦБК). Переработка коры на топливные брикеты, производство фурфурола, удобрений и прочего с технологической точки зрения значительно сложнее. Поэтому на отдельных предприятиях кору по-прежнему вывозят в отвалы или складируют на собственной территории.
Второе место по объему отвалов занимает отсев щепы, хотя количество отсева несопоставимо с объемом коры. Тем не менее на крупном ЦБК в год образуется более 10 тысяч м3 отсева. Организовать утилизацию отсева, по сравнению с корой, значительно проще. Он может быть использован и как топливо, и на гидролиз или производство древесноволокнистых плит и прочего.
Другие виды отходов образуются в гораздо меньших количествах. Отходы окорки обычно вывозят или утилизируют вместе с корой, опилки - вместе с ними или с отсевом. Таким образом, на территории древесно-подготовительного производства любого ЦБК можно обнаружить террикон из коры и отходов окорки размером от нескольких сотен м3 до сотни тысяч и более. Часть отсева хранится непосредственно около участка сортировки, откуда периодически подается на утилизацию или в отвал.
Целлюлозно-бумажным предприятиям необходимо ежегодно проводить контрольный расчет фактического количества образующихся отходов и потерь древесины при механической подготовке. Расчетные данные не должны иметь значительных расхождений с фактическими объемами отходов. В противном случае потребуются корректирующие мероприятия по оптимизации существующей технологии подготовки древесного сырья или по ее модернизации.
Фактические объемы отходов могут быть определены с помощью измерений объема отвалов или посредством организации контроля (возможно, выборочного) транспортных перемещений коры, отсева и т. д. Измерение геометрического объема отвалов может быть с достаточной точностью выполнено с применением электронных тахеометров. В одном из прошлогодних номеров «Леспроминформ» этому методу, использованному для расчета объемов куч технологической щепы, была посвящена отдельная статья. Проведение периодических инвентаризаций отвалов позволит определить количество образующихся отходов в любой период времени. Тогда, зная объем переработанной древесины, можно рассчитать фактическую норму произведенных отходов и сравнить ее с нормативной.
Необоснованные потери сырья снижают рентабельность производства и, как следствие, уровень конкурентоспособности предприятия. Знание слабых мест собственного предприятия зачастую важнее, чем аналогичные сведения о конкурентах.
Неточный учет количества отходов приводит к неверным расчетам суммарного баланса потребления древесины. В этом случае неизбежны неувязки между данными о подаче щепы со склада в производство, ее остатках на складе и об объеме древесины, переработанной древесно-подготовительным цехом комбината на щепу. В свою очередь, такие ошибки могут привести к просчетам в планировании закупок древесного сырья.
Специалисты независимой инспекционной компании ЗАО «Шмидт энд Олофсон» готовы выполнить комплекс работ по оценке качества древесного сырья, измерениям лесоматериалов и объема отходов целлюлозно-бумажного производства.
В.В. Кочанов
