Инновации в лесопромышленном комплексе

Студентка БФ РГТЭУ

 группа Э-304

Николаева Д. С.

Научный руководитель

дэн профессор

Дриго М. Ф.

 

ИННОВАЦИИ В ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

Краткая аннотация

В статье рассматриваются инновации на примере  лесопромышленного комплекса. А именно, рассматривается применение ,  изготовление, виды и преимущества  таких инноваций ,как ориентировано-стружечные плиты и древесные топливные гранулы.

Лесопромышленный комплекс (ЛПК) был  и остаётся одним из важнейших и перспективных направлений экономики России. Предприятия лесопромышленного комплекса России производят примерно 5,6% валовой продукции страны, обеспечивают свыше 12% средств государственного бюджета и значительную долю валютных поступлений. На предприятиях и в организациях лесопромышленного профиля занято более 2 млн. человек.

Актуальность данной темы обусловлена  тем, что имеющийся потенциал предприятий данного комплекса и его ценность для экономики страны до сих пор полностью не используется и не приносит возможного эффективного результата.

Конкурентным преимуществом лесного  сектора следует считать ее обеспеченность такими видами ресурсов, которых нет у конкурентов и которые нельзя создавать, привлекая нетрадиционные источники. Наиболее перспективным направлением использования лесных ресурсов Российской Федерации должно стать производство: бумаги высокого качества, доски, мебельных заготовок, строительных конструкций. Необходимо развитие таких производств, которые бы не требовали больших вложений, просто и быстро создавались, быстро окупались, создавали бы конкурентоспособный товар и имели бы устойчивый рынок сбыта.

 На примере данной отрасли  можно рассмотреть следующие   инновационные технологии.

В результате новейших исследований и разработок в технологии древесных  композиционных материалов были получены  ориентировано-стружечные плиты ( сокращенно ОСБ плиты).

Первая настоящая OSB-плита была произведена в 1982 году в Альберте (Канада) на заводе «Эдисон-OSB», принадлежавшем тогда компании «Пеликан Сомилз Лимитед». Первые плиты OSB появились  в нашей стране в 1986 году. На одном  из предприятий Белорусской ССР  был организован первый советский  цех по выпуску ориентированно-стружечных плит. Но в конце 80-х годов прошлого века, после скандала, связанного с  отравлением людей формальдегидом, эти плиты в СССР были запрещены  к применению в строительстве. Запрещение исходило от Минздрава СССР, а представление  к запрету сделал «Междуведомственный  комитет по санитарно-гигиенической  регламентации применения полимерных материалов в строительстве и на транспорте» (1).

По физическим характеристикам OSB похожа на ДСП, но ее характеристики при этом лучше, чем у ДСП и MDF. Данный материал хорошо сочетает качественные характеристики дерева и удобство технологического применения, присущее всем блочно используемым материалам. К несомненным достоинствам плит OSB относится высокая прочность, а так же то, что несмотря на то, что данный продукт не является цельным  деревом, он сохраняет все его  эстетические потребительские качества: имеет такой же цвет, что и цельная  древесина, красивую структуру.

Плиты OSB отвечают самым жестким  современным требованиям, предъявляемым  к древесным плитным материалам, и плюс к этому лишены недостатков, присущих натуральной древесине  и даже фанере – расслоение, гигроскопичность и коробление, внутренние пустоты  и трещины, выпавшие сучки и др.

Своего предшественника, ДСП, OSB обходит по ряду параметров: более высокой стойкости к  атмосферным влияниям, прочностным  характеристикам и другим показателям.

Кроме того, по сравнению  с традиционными материалами (пиломатериалами, фанерой) конструктивные древесные  плиты, к которым относится и  ОСП, обладают рядом дополнительных преимуществ:

• влагостойкость (разбухание при нахождении в воде в течении 24ч составляет 17 - 25 %, при этом материал не разрушается и практически сохраняются прочность),
• легкость в обработке (достаточно легко режутся и сверлятся, могут склеиваться и красится любыми клеями и красками, предназначенными для дерева);
• способность прочно удерживать гвозди и шурупы,
• строение из ОСП получается очень легким, что делает ненужным массивный фундамент, подъемные механизмы, большое количество людей, занятых в строительстве (то есть именно то, что в конечном итоге весьма ощутимо влияет на себестоимость такой постройки),
• экологически и гигиенически безвредный материал,
• при данной технологии производства существует возможность получать плиты со специальными свойствами, ориентированными на использование в различных экстремальных условиях,
• OSB характеризуется меньшей стоимостью по сравнению с натуральным деревом и фанерой.

Уникальные физико-механические параметры  плиты объясняются размерами  и характером укладки щепы – длинные  тонкие щепы (длина – до 140 мм, толщина  – до 0,6 мм) укладываются в ковре  тремя слоями. Внешние слои образуются щепой, ориентированной параллельно  длине готовой плиты. Во внутреннем слое щепа укладывается перпендикулярно  длине готовой плиты. Благодаря  такой ориентации плоской щепы мы получаем конструкционный материал с изотропными свойствами – повышенной прочностью на изгиб и повышенной упругостью вдоль главной оси  плиты. По сути, OSB – это "улучшенная древесина" – более прочная  и эластичная за счёт сохранения в  плоской щепе всех полезных свойств  массива древесины, при отсутствии таких дефектов, как сучки, и изменение  направления волокон в связи  с естественными условиями роста  дерева.

Связующее и специальная обработка  поверхности обеспечивают водо- и  огне-стойкость плит, значительно  превышающие сходные характеристики массива древесины. Плиты ОСП  ОСБ устойчивы к ударам, изменению  погодных условий (влажность, температура), легко пилятся и обрабатываются любым инструментом, предназначенным  для работы с древесиной. Существенным отличием плит OSB от других плитных  материалов является то, что прочностные  свойства и способность удерживать крепёж обеспечиваются не связующим, а  характером укладки щепы – при  нагружении в процессе эксплуатации длинные щепы передают нагрузку друг через друга, образуя единый конструкционный  элемент, свободный от концентраторов напряжений, и сочетающий в себе высокую прочность с высокой  эластичностью.

Технические характеристики ОСБ плиты  позволяют использовать её во многих областях, в первую очередь как  стеновой материал. Плиты этого типа могут служить в качестве чернового  настила. Крепление плит ОСБ к  деревянному каркасу выполняется  при помощи саморезов. Широко применяется  ОСБ плита при строительстве  малых архитектурных форм, временных  зданий и сооружений, а также при переоборудовании чердачного пространства дома под жилые помещения. Плиты данного типа также применяются для изготовления стеновых и потолочных панелей типа «сэндвич». При создании кровли из битумной черепицы плита ОСБ используется для устройства сплошного настила, на котором закрепляются гонты черепицы. 

Выделяют следующие виды ориентировано-стружечных плит:

• OSB-1 — предназначена для использования в условиях пониженной влажности (мебель, обшивка, упаковка)
• OSB-2 — используется при изготовлении несущих конструкций в сухих помещениях
• OSB-3 — используется при изготовлении несущих конструкций в условиях повышенной влажности
• OSB-4 — используется при изготовлении конструкций, несущих значительную механическую нагрузку в условиях повышенной влажности
• Лакированная — покрытая лаком с одной стороны
• Ламинированная — покрытая ламинатом (под многоразовую опалубку при бетонных работах: количество циклов — до 50)
• Шпунтованная — плита с обработанными торцами паз — гребень, с 2 или 4 сторон плиты, для укладки по площади поверхности (2).

 

Проанализировав данный вид инновации  в лесопромышленном комплексе можно  выделить положительные стороны  данного продукта:

- высокая прочность;

- стабильность размеров (То есть  у всех плит OSB строго одинаковые  размеры после того, как они  покидают лесозавод);

- абсолютно однородный состав (Это  означает, что в них нет пустот  и пузырьков воздуха.);

- экологичный материал;

- OSB изготавливают из быстрорастущих  деревьев и производство является  практически безотходным;

- это экономически выгодная  покупка (т.к. этот материал  стоит значительно дешевле сопоставимой  по качеству и физическим характеристикам  фанере).

Так же одним из видов   инновационных  продуктов в лесопромышленном комплексе  являются древесные топливные гранулы. Это биотопливо, получаемое из древесных отходов и отходов сельского хозяйства.

Впервые древесные гранулы  были произведены баварцем Руди Гуннерманом, живущим в США. Он применил известную  технологию гранулирования для экономии на перевозке отходов. Затем в  США нашли применение гранулам и  для отопления.

 

В Европе первооткрывателем  считается Швеция, где в 1984-1988 годах  начинают изготавливать гранулы  из остатков деревообработки и после  их используют для отопления. С начала 90-х годов в Швеции начался  бум и промышленное производство древесных гранул. Затем стремительное  развитие получает изготовление гранул в Канаде, Дании, Австрии, Голландии, Финляндии, Норвегии, Англии, Франции, Италии. Производство гранул в Германии началось в 1998 году.  
В настоящее время предприятия по производству топливных гранул устанавливают рядом с лесозаготовительными или деревообрабатывающими производствами, и это производство работает 24 часа в сутки круглый год (3).

Сырьём для производства пеллет могут быть древесные отходы: кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также отходы сельского хозяйства: отходы кукурузы, солома, отходы крупяного  производства, лузга подсолнечника  и т.д.

Процесс производства древесных  гранул классически строится по следующей  схеме:

Крупное дробление

Крупные дробилки измельчают сырье для дальнейшей просушки. Измельчение  должно дойти до размеров частиц не более 25x25x2 мм. Крупное дробление  позволяет быстро и качественно  высушивать сырье и подготавливает его к дальнейшему дроблению  в мелкой дробилке. 
Обычно влажные древесные отходы хранятся на бетонном полу, чтобы избежать смешивания с песком или камнями. Сырье подается в систему сушки с помощью скребкового устройства. Оператор может брать сырье с различных площадок и подавать необработанный продукт в систему сушки.

 

Сушка

Древесные отходы с влажностью более 15% очень плохо прессуются особенно прессами с круглыми матрицами. Кроме этого, изготовленные гранулы  с повышенной влажностью не подходят для котлов. Поэтому сырье перед  прессованием должно иметь влажность  между 8 и 12%. Для качественного продукта влажность должна составлять 10% +/- 1%. Сушилки бывают барабанного и  ленточного типа. Выбор типа сушилки  определяется видом сырья (щепа, опилки), требованиями к качеству продукции  и источником получаемой тепловой энергии. В пеллетном производстве сушка  является наиболее энергоемким процессом. Для сушки опилок расходуется  приблизительно 1 МВт энергии на тонну выпариваемой влаги или  для практического расчета можно  принимать, что на 1 т гранул требуется  теплота сгорания от 1 плотного м3 древесины. Оптимальным решением является сжигание коры или опила в топке сушильной  установки.

 

Мелкое дробление

В пресс сырье должно заходить с размерами частиц менее 4 мм. Поэтому  дробилка измельчает сырье до необходимых  размеров. Для качественного продукта насыпной вес после измельчения  должен составлять 150 кг/м3 +/- 5%, а размер частиц не более 1,5 мм. 
Молотковые мельницы - наиболее подходящие устройства для измельчения волокнистой стружки, опилок или щепы.

 

Водоподготовка

Сырье с влажностью менее 8% плохо поддается склеиванию во время прессования. Поэтому слишком  сухое сырье также плохо. Для  этого нужна установка дозирования  воды в смесительной емкости. Лучший вариант - это шнековые смесители, в  которых встроены входы для подачи воды или пара. 
Добавление горячего пара требуется, если прессуются твердые сорта древесины (дуб, бук), или сырье залежалое, некачественное. Для мягких сортов древесины хвойных пород достаточно добавления воды в смесителе.

 

Прессование

Производиться на прессах  различных конструкций, с плоской  или цилиндрической матрицей. При  этом диаметр матрицы может быть более метра, а мощность пресса до 500 кВт, в зависимости от заданной производительности. Так же на производительность пресса в пределах 20% влияет размер получаемых гранул, обычно 6 мм для частного потребления и 10 мм для промышленного.

 

Охлаждение

Охлаждение обеспечивает получение качественного конечного  продукта. Оно нужно для осушения гранул, нагретых после прессования  до 70°…90° С. Затем пеллеты можно  просеивать и упаковывать.

 

Расфасовка

Обычно пеллеты хранятся в бункерах и транспортируются россыпью. Однако для исключения потери в качестве рекомендуется производить расфасовку в Биг-Бэги – большие мешки. Наиболее качественные пеллеты для частного потребителя могут поставляться в 20-ти килограммовых мешках.

Изготовление топливных  гранул - хорошая альтернатива прямому  использованию древесных отходов  в виде топлива. Гранулы выделяют больше тепла, чем опилки и щепа, увеличивая коэффициент полезного  действия котельных, не требуют больших  складских площадей и при хранении не самовоспламеняются. При этом процесс  загрузки гранул в топочное устройство автоматизирован. Кроме этого, гранулы  используются для сжигания в домашних каминных печах и отопительных устройствах. Это печи с открытым пламенем, которые  устанавливаются внутри помещения  и отдают тепло за счет теплового  излучения или вследствие конвекции. Именно этот тип теплового излучения  считается наиболее комфортным для  человека. Нагревательные устройства, работающие на древесных гранулах, регулируются в автоматическом режиме (4).