Обоснование технологии производства топливных пеллет из неликвидной древесины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Сидорова Елена Николаевна

• Сидорова Елена Николаевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Сидорова Елена Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Исследования в области способов и технологий производства пеллет

1.2. Характеристика неликвидной древесины как сырья для производства пеллет

1.3. Физико-химические свойства неликвидной древесины

1.4. Понятие ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и ЯМР-релаксации

1.5. Объёмы неликвидной древесины в лесном хозяйстве Республики Марий Эл

1.6. Методы исследования технологических процессов производства пеллет

1.7. Выводы, цели и задачи исследования

2. Математическое моделирование процесса производства пеллет

из неликвидной древесины

2.1. Описание и формализация технологического процесса производства пеллет

2.2. Устройство для производства топливных пеллет

2.3. Общее описание математической модели

2.4. Моделирование степени поражения неликвидной древесины гнилью

2.5. Моделирование изменения распределения лигнина

в перерабатываемой неликвидной древесине

2.6. Моделирование процесса добавления технического лигнина

2.7. Моделирование работы автоматизированной системы управления технологическим процессом производства пеллет из неликвидной древесины

2.8. Анализ результатов математического моделирования

2.9. Выводы по разделу

3. Исследование показателей степени поражения неликвидной древесины гнилью

3.1. Методика исследования

3.2. Исследование влажности неликвидной древесины

3.3. Исследование степени поражения неликвидной древесины гнилью с помощью ядерно-магнитной томографии

3.4. Влияния характеристик деревьев на степень поражения неликвидной древесины гнилью

3.5. Выводы по разделу

4. Экспериментальные исследования

4.1. Цель, задачи и методика экспериментальных исследований процесса гранулирования неликвидной древесины

4.2. Описание экспериментальной установки

4.3. Результаты экспериментальных исследований

4.3.1. Определение показателей качества пеллет, полученных из неликвидной древесины

4.3.1.1. Определение влажности

4.3.1.2. Определение степени истирания (пыли)

4.3.1.3. Определение насыпной массы

4.3.1.4. Определение теплоты сгорания пеллет

4.3.1.5. Определение зольности

4.4. Анализ результатов

4.5. Выводы по разделу

5. Оценка экономической эффективности производства пеллет из неликвидной древесины

5.1. Сравнение пеллет из неликвидной древесины с существующими типами пеллет

5.2. Выводы по разделу

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ, РЕКОМЕНДАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологии производства топливных пеллет из неликвидной древесины»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Разработка и внедрение новых методов и технологий эффективного использования неликвидной древесины, доля которой при лесозаготовках составляет не менее 5 %, является важной проблемой лесопромышленных предприятий и отрасли в целом. В лесном фонде Российской Федерации площади лесонасаждений, ослабленных различными болезнями, достигают 100 тыс. га. Ежегодные объёмы неликвидной древесины, заготавливаемой при всех видах рубок, только в Республике Марий Эл составляют не менее 140 тыс. куб. м. Площадь лесных насаждений с нарушенной и утраченной устойчивостью под воздействием гнилевых грибов составляет около 1600 га. Существенную часть неликвидной древесины (до 50 %) составляет древесина, поражённая гнилью, для переработки которой сегодня нет эффективных технологий. Она не только не приносит доходов, но и требует значительных затрат на утилизацию.

Неликвидная древесина в настоящее время не находит применения в экономике страны, при этом она является крупнотоннажным отходом лесного комплекса. Особенно много неликвидной древесины появляется при санитарных рубках значительных площадей инфицированных лесонасаждений. Из-за отсутствия эффективных технологий переработки на ограниченной территории может скапливаться до нескольких десятков тысяч кубических метров неликвидной древесины, что очень негативно сказывается на экологической обстановке в данной местности.

Наиболее перспективным является использование неликвидной древесины в энергетических целях как экологически нейтрального топлива. Однако из-за высокой исходной влажности и гигроскопичности она не может быть использована в качестве топлива в естественном состоянии ни в виде дров, ни в виде топливной щепы. Неликвидная древесина имеет существенно отличающийся от здоровой древесины химический состав, что обусловлено разложением гнилостными микроорганизмами в первую очередь целлюлозы

и лигнина. Недостаточное количество лигнина, который выполняет роль связующего вещества при гранулировании, не позволяет производить из неликвидной древесины топливные древесные гранулы (пеллеты), соответствующие требованиям действующих стандартов.

Недостаток лигнина в неликвидной древесине может быть восполнен путем добавления технического лигнина, который является отходом целлюлозно-бумажных производств и накапливается в значительных количествах (сегодня по разным оценкам его накоплено от 100 до 200 млн тонн). Добавление технического лигнина к неликвидной древесине является перспективным направлением, позволяющим произвести качественные пеллеты. Востребованность пеллет обусловлена тем, что они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами древесного топлива (высокие стабильность и энергоконцентрация, низкая зольность, сравнительно невысокая стоимость). Изготовление пеллет из неликвидной древесины с добавлением технического лигнина позволит эффективно переработать данный вид отходов лесного комплекса. Развитие данного направления сдерживается тем, что в настоящее время не разработаны технологические решения по производству качественного древесного топлива (пеллет) с использованием неликвидной древесины.

Таким образом, разработка технических и технологических решений, направленных на возможность производства топливных пеллет из неликвидной древесины, это актуальная задача, имеющая научную и практическую значимость.

Степень разработанности темы. Большое значение для развития науки в области технологий и оборудования для заготовки и переработки древесины имеют работы таких ученых, как: А.Р. Бирман [7-11,64], О.А. Куницкая [24,24], Ю.Н. Власов [21-25], С.А. Угрюмов [103], Е.Г. Хитров [24,25,112], Ю.Ю. Герасимов [26,27], В.С. Сюнёв [26,27], А.П. Соколов [26], С.П. Карпа-чев [57], Ю.В. Суханов [26,27,106], В.Н. Баклагин [3], М.В. Гомонай [32], Н.Ф. Тимербаев [108], П.М. Мазуркин [62,66], С.Б. Васильев [17], С.О. Гля-

дяев [5,6], В.В. Сергеев[95], Р.Г. Сафин [90,91], А.А. Селиверстов [27,106], Д.А. Плотников [79,80], В.Н. Диденко [48,80], И.А. Полянин [81] и др.

Особое внимание уделено проблеме производства топливных пеллет из древесного сырья в работах ряда отечественных и зарубежных ученых: A. Mehrdad [143], M. Matus [136,141,142], P. Krisan [136-139,141,142], J.K. Holm [134,135] и др. Из отечественных ученых вопросы изготовления пеллет изучали Е.Л. Ивин [54,55], В.М. Глуховский [28], Д.А. Плотников [79,80], О.Д. Мюллер [68,69], П.М. Мазуркин [62,66], Л.А. Скорикова [104], А.Н. Попов [83], Н.Г. Пономарева [82] и др.

Не смотря на большое количество работ, посвященных данному вопросу, до настоящего времени недостаточно изучен вопрос влияния степени поражения гнилью неликвидной древесины на качество пеллет, не разработаны технические и технологические решения для производства качественных пеллет из такого древесного сырья.

Целью работы является обоснование технических и технологических решений, обеспечивающих переработку неликвидной древесины в качественное древесное топливо - пеллеты, соответствующие действующим стандартам.

Задачи исследования:

1) разработка технических и технологических решений, направленных на формирование необходимого состава смеси неликвидной древесины и технического лигнина и повышающих эффективность производства пеллет из неликвидной древесины;

2) разработка математической модели технологического процесса производства пеллет из неликвидной древесины, устанавливающей качественную и количественную взаимосвязь между параметрами технологического процесса и содержанием лигнина в перерабатываемом древесном сырье;

3) разработка и экспериментальная апробация методики определения концентрации лигнина в неликвидной древесине с использованием мето-

да ЯМР-анализа, пригодной для практического использования в технологическом процессе производства пеллет;

4) экспериментальное обоснование рациональных технологических режимов гранулирования неликвидной древесины;

5) оценка экономической эффективности разработанных технических и технологических решений, обеспечивающих переработку неликвидной древесины в пеллеты, соответствующие действующим стандартам.

Объект исследования: технологический процесс производства топливных пеллет из неликвидной древесины.

Предмет исследования: влияние конструктивно-технологических параметров системы добавления технического лигнина на показатели эффективности технологического процесса производства топливных пеллет из неликвидной древесины.

Методология и методы исследования включают теоретические и экспериментальные методы. Теоретические исследования выполнены путём математического моделирования, основанного на уравнениях механики, теории вероятностей и теории случайных процессов с использованием методов имитационного моделирования. При проведении экспериментальных исследований использованы методы наблюдения и активного лабораторного эксперимента. Для обоснования программы экспериментальных исследований использовались методы математического планирования и статистической обработки полученных результатов.

Научная новизна работы:

1) разработаны новые технические и технологические решения, обеспечивающие переработку неликвидной древесины в пеллеты, отличающиеся формированием необходимого состава смеси поражённой гнилью древесины и технического лигнина на основе контроля перерабатываемой неликвидной древесины методом ЯМР-анализа;

2) разработана математическая модель технологического процесса производства топливных пеллет из неликвидной древесины, отличающаяся

учётом специфических характеристик неликвидной древесины, особенностей технологического процесса, связанных с формированием состава гранулируемой смеси и устанавливающая качественную и количественную взаимосвязь между параметрами технологического процесса и выходом пеллет, соответствующих стандартам качества, в различных производственных условиях;

3) разработана и экспериментально апробирована методика определения концентрации лигнина в неликвидной древесине, отличающаяся использованием метода ЯМР-анализа и применимая в условиях технологического процесса производства пеллет;

4) экспериментально установлено влияние технологических режимов гранулирования неликвидной древесины на качественные характеристики получаемых пеллет.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) технические и технологические решения, направленные на формирование необходимого состава гранулируемой смеси из неликвидной древесины и технического лигнина по данным ЯМР-анализа перерабатываемого древесного сырья;

2) математическая модель технологического процесса производства топливных пеллет из неликвидной древесины;

3) методика определения концентрации лигнина в неликвидной древесине, основанная на ЯМР-анализе и адаптированная для условий технологического процесса производства пеллет из неликвидной древесины;

4) результаты экспериментальных исследований по определению рациональных технологических режимов гранулирования неликвидной древесины.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Результаты диссертации по паспорту специальности 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства» соответствуют пункту 7 «Разработка технологий и систем машин, обеспечивающих комплексное ис-

пользование древесного сырья и отходов в технологических и энергетических целях».

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена их соответствием имеющимся знаниям в области переработки древесины в пеллеты. Теоретические положения базируются на законах механики. Достоверность результатов обеспечена применением научно-обоснованных методик проведения сбора данных и экспериментальных исследований, а также использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности полученных результатов. Новизна технического решения подтверждается патентом на полезную модель.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке математических моделей, позволяющих решать задачи, касающиеся эффективности технологии производства пеллет из неликвидной древесины; регрессионных зависимостей, позволяющих определять качество полученных пеллет от степени поражения гнилью исходного сырья.

Практическая значимость полученных результатов заключается в разработке технических и технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности производства топливных пеллет из неликвидной древесины. Полученные экспериментальные и аналитические зависимости могут быть использованы при проектировании технологических процессов и оборудования для производства пеллет. Метод ЯМР - анализа позволит осуществить оценку степени поражения древесины гнилью с целью определения количества добавляемого в исходное сырье технического лигнина для производства качественных пеллет.

Личное участие автора в получении результатов состоит в определении целей и задач исследования, в разработке математических моделей функционирования линии производства пеллет, методик исследований, проведении экспериментов, в том числе на основе ЯМР - анализа, и обработке их результатов, анализе выявленных закономерностей, формулировке выводов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на всероссийской научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2016, 2017, 2019 гг.), научной конференции ППС, докторантов, аспирантов и сотрудников ПГТУ (Йошкар-Ола, 2018 г.), международной научно-практической конференции «Закономерности и тенденции инновационного развития общества» (Казань, 2020г.).

Реализация результатов работы.

Разработанные в ходе диссертационного исследования способы, математические модели, технические и технологические решения могут быть использованы ООО «Марикоммунэнерго», что подтверждается соответствующим актом технического соответствия на внедрение в работу предприятия. Разработанные модели используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «ПГТУ» при подготовке бакалавров направления 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» в дисциплинах «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» и «Тепломассообмен».

Публикации. Основные результаты опубликованы в 10 работах объемом 16, 83 п.л., авторский вклад 12,88 п.л., в т.ч. 3 статьи в научных изданиях из перечня ВАК РФ (13,17 п.л.), 1 статья в журналах из Web of Science и Scopus, 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 154 наименований, из них 28 на иностранном языке; содержит 211 страниц печатного текста, 50 иллюстраций, 29 таблиц, а также 7 приложений на 79 страницах.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Исследования в области способов и технологий производства

пеллет

Исследованиями в области способов и технологий производства топливных пеллет занимались ученые О.Д. Мюллер [68,69], П.М. Мазуркин, Л.А. Скорикова [104], А.Н. Попов [83], Пономарева Н.Г. [82] и др.

О.Д. Мюллер [68,69] в своей работе рассматривает влияние влажности древесной муки на качественные показатели древесных гранул. Она должна быть в диапазоне 10-12%. Высококачественные гранулы получаются при кажущейся плотности 1,16-1,24 г/см , давлении прессования 25-30 МПа и температуре

72-950С. Также автор установил, что на процесс формирования древесных гранул оказывают влияние уплотняемость древесного сырья, модуль Юнга на сжатие и коэффициент Пуассона. Принудительное охлаждение гранул при выходе из пресс - гранулятора также повышает их прочностные характеристики.

А.Н. Попов [83] в своих исследованиях изучал оптимальные режимы прессования гранул из мелкодисперсного древесного сырья древесины различных пород. Он также определил диапазоны характеристик исходного сырья для получения качественных гранул. Влажность сырья должна быть

в пределах 10-12%, кажущаяся плотность гранулированного топлива 1,1530

1,20 г/см , температура прессования 85-95 С с последующим принудительным охлаждением. С помощью слабо перегретого пара производится подготовка и разогрев смеси перед гранулированием.

Н.Г. Пономарева [82] в своей работе исследует вопрос производства гранул из коры березы. Установлено, что измельчение коры до состояния, пригодного для последующего прессования, возможно, получить лишь при ее термомодификации при 1=

240-2500С в течение 120-160 мин. Установлено, что наибольшее влияние на основные параметры работы

пресс - гранулятора оказывает давление формирования и проталкивания через фильеру матрицы. Влажность шихты из коры термомодифицированной березы должна составлять 20-30%, температура прогрева 120-150°С.

П.М. Мазуркин, Л.А. Скорикова [104] для получения качественных топливных гранул рекомендуют подготовку опилок с уменьшением влажности древесного сырья до 10-12%, сортировку по размерам частиц и по породам древесины. Они определили закономерности динамики температуры горения топливных гранул и проб опилок в зависимости от этих параметров. Наибольшей температурой и продолжительностью горения при наименьшей зольности обладают древесные опилки размерами 1 -4 мм с влажностью 5-6%.

Технология производства пеллет при использовании различного вида исходного сырья имеет некоторые отличия. Сравнительный анализ способов и технологий производства представлен на таблице 1.1.

Таблица 1.1

Сравнительный анализ способов и технологий производства топливных

пеллет

Этап произ- Вид сырья

водства пел- древесина опилки солома горбыль торф

лет

Крупное Измельчение Дробление Измельчение

дробление соломы в рубильной торфа

Крупное дробление древесных отходов в молотковой дробилке. (длина до 4 мм). Повторное дробление в мельничной дробилке. машине (Ь= 50 мм). Дробление щепы в молотковой дробилке. в дробильной машинке.

Сушка Сушка до Сушка Сушка Сушка до

Сушка в сушильном 12%. в сушильном в сушильном 12%.

барабане до 8-12% Просеять с помощью сита. барабане. барабане до 8 - 12%.

Продолжение таблицы 1.1

Мелкое дроб- Измельче- Мелкое Мелкое дроб-

ление (до со- ние опилок дробление ление

Мелкое стояния дре- в молотково в мельнично в мельничной

дробление весной пыли). й мельнице. й дробилке (до состояния древесной пыли). дробилке.

Контроль Контроль Контроль Контроль

влажности влажности влажности влажности

Увлажнение в смесителе (при необходимости подача пара либо воды). в смесителе до 8-10%. измельченной соломы в смесителе (подача воды или пара). в смесителе (если влажность ниже 8 % подается пар или вода).

Прессование Грануляция Прессовка Грануляция Грануляция

и грануляция пеллетов и грануляци древесной в пресс-

в пресс- из опилок. я соломен- муки горбы- грануляторе

Прессова- грануляторе ной муки. ля в пресс- со встроенным

ние грануляторе. смесителем для грануляции и обработки паром.

Охлаждение Охлаждение Охлаждение Охлаждение Охладить тор-

Охлажде- готовых гра- и просушка гранул со- гранул гор- фяные пеллеты

ние нул гранул ломы быля. в охладительно

в охладителе в охладител в охладителе й колонке.

до 70- 90°С. е.

Расфасовка Упаковка Упаковка Упаковка Упаковать го-

Упаковка и упаковка в бумажные соломенных пеллетов товые пеллеты

готовой про- мешки. пеллетов. из горбыля в мешки.

дукции. в мешки.

Древесные пеллеты бывают следующих видов (рисунок 1.1):

в

Рисунок 1.1 - Виды древесных пеллет: а - белые пеллеты; б - индустриальные пеллеты; в - агропромышленные пеллеты.

1) Белые пеллеты имеют светлый цвет, который достигается правильной сушкой древесины, а также удалением коры перед ее дроблением

и гранулированием. Они обычно производятся из опилок мягкой или твёрдой пород древесины, не содержащих кору. Белые пеллеты могут сжигаться в любых печах, созданных для топлива стандартного или повышенного качества.

2) Индустриальные пеллеты темного цвета из-за присутствия в сырье коры и прочих несгораемых остатков (земли, пыли). По теплотворной способности они практически не отличаются от белых пел-

лет, но имеют большую зольность, вследствие чего они могут применяться только в печах котельных.

3) Агропромышленные пеллеты - топливо стандартного качества, которое должно использоваться только в печах, определяемых для их использования. Пеллеты производят из отходов шелушения гречки, лузги подсолнечника, что придает им очень темный цвет. Основное преимущество агропеллет - низкая, по сравнению с другими видами пеллет, цена, что позволяет использовать их для сжигания в крупных котлах и на больших тепловых станциях.

Сравнительная характеристика различных видов пеллет приведена на таблице 1.2.

Таблица 1.2

Сравнительная характеристика различных видов пеллет

Виды пеллет Теплота сгорания, МДж/кг Зольность

Белые 17,2 < 0,5%

Индустриальные 17,0 > 0,7%

Агропромышленные 15,0 > 3%

Использование в качестве исходного сырья неликвидной древесины влияет на потребительские свойства пеллет. Стандарты на пеллеты приве-

денные в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Стандарты гранул

Нормы качества Единица измерения БШ р1ш (Германия) БК р1ш- А1 БК р1ш- А2 БК-В*

Диаметр мм 4-10 6 (±1) 6 (±1) 6 (±1)

Длина * мм < 5 х Б 3,15 < L< 40 3,15 < L< 40 3,15 < L < 40

Твёрдость % > 97,7 > 97,5 > 97,5 > 97,5

Продолжение таблицы 1.3

Насыпная масса кг/м3 - > 600 > 600 > 600

Теплота сгорания МДж/кг > 18 > 16,5 > 16,5 > 16,0

Содержание воды % < 10 < 10 < 10 < 10

Истирание /пыль % < 1 < 1 < 1 < 1

Зольность % < 0,5 < 0,7 < 1,0 < 3,0

Присутствующая в биомассе влажность облегчает процесс гранулирования. При влажности сырья 11-12% готовые пеллеты крошатся и не могут быть использованы для отопления. Аналогичный эффект наблюдается и при влажности менее 5 %. С другой стороны, каждый % уменьшения влажности -это дополнительные расходы на сушку.

Б. Мат с соавторами отмечают, что влага, присутствующая в биомассе в процессе производства пеллет действует как связующее, повышая сцепление с помощью Ван-дер-Ваальсовых сил, увеличивая площадь контакта между частицами [133]. А. Demirbas обнаружил, что если увеличивать влажность древесных опилок ели с 7 до 15 %, то прочность гранул при этом значительно увеличивается [135]. О.Д. Мюллер в своей работе отмечает, что древесные гранулы из осины обладают высокой механической прочностью при изменении их влажности от 8,5 до 15 % [68,69].

Многие исследователи пришли к выводу, что для каждого отдельного вида исходного сырья и условий его обработки отличается оптимальное содержание влаги для пеллетирования. Для уплотнения бука этот параметр составляет от 6 до 10 % [118-120, 140], осины 10-12 % [37], для ели около 10 % [71], сосны от 6 до 8 % [107].

Вывод: в настоящее время достаточно глубоко и подробно исследованы в основном способы и технологии производства пеллет из здоровой дре-

весины и коры, а особенности использования в качестве исходного сырья неликвидной древесины практически не изучены.

1.2. Характеристика неликвидной древесины как сырья для производства пеллет

Неликвидная древесина характеризуется увеличенной пористостью вследствие разрушения ее клеток гнилевыми грибами, что делает ее очень гигроскопичной. При этом влажность может достигнуть таких высоких значений, что использование такой древесины в качестве топлива становится нецелесообразным.

Как отмечают многие ученые, увеличение влажности исходного сырья выше оптимальной негативно влияет на плотность и механические свойства пеллет, такие как степень истирания, твердость и зольность [49,100,105,112,118,129]. Твердость неликвидной древесины, особенно на последних стадиях гниения, сильно уменьшается, что соответственно влияет и на твердость пеллет. Так, например, у осины и сосны твердость на 3 стадии гниения в 17 раз меньше, чем у здоровой древесины, а у дуба эта цифра возрастает до 35 раз [18].

Процесс гранулирования также зависит от содержания влаги в сырье. D. А^гако и J. Grochowicz пришли к выводу, что с увеличением содержания влаги уменьшаются затраты энергии на прессование с 9,5 % до 15,0 % [148]. Р. Rousset с соавторами показали, что при увеличении содержания влаги в сосновом сырье уменьшаются затраты энергии при гранулировании [149].

Содержание лигнина также зависит от степени поражения гнилью неликвидной древесины. Недостаточное содержание лигнина в исходном сырье негативно влияет на прочность и степень истираемости пеллет. Однако его избыточное содержание приводит к увеличению показателей зольности выше требуемых стандартами. Содержание лигнина в древесине ели при корозион-ном типе гниения, при котором в первую очередь разрушается лигнин, на 1

стадии составляет 22,18%, на второй стадии - 20,5%, а на третьей - 16,08% [18]. Содержание лигнина в древесине ели при деструктивном типе гниения, при котором разрушается целлюлоза и гемицеллюлоза, на 1 стадии составляет 24,6%, на второй стадии - 49,98%, а на третьей - 56,58% [18]. Зольность пеллет из неликвидной древесины также выше. В здоровой древесине ели содержание золы составляет 0,51%, а в III стадии поражения гнилью она возрастает до 2,5% [18].

Вывод: неликвидная древесина отличается повышенной влажностью и зольностью, а также пониженным содержанием лигнина, что негативно влияет на качественные характеристики пеллет, такие как насыпная масса, степень истирания, твердость и зольность.

1.3. Физико-химические свойства неликвидной древесины

Гниение древесины сопровождается изменениями ее химического состава, происходящими в ходе деятельности гнилевых грибов и микроорганизмов.

Повышенная способность неликвидной древесины к поглощению кислорода обуславливает ее большую склонность к самовозгоранию, а также малую механическую прочность [61].

Химический состав неликвидной древесины изучали R. Falk [120], Комаров [19], Никитин [71] и другие исследователи.

Изменения в химическом составе неликвидной древесины зависят от типа гнили и изучаются путем сравнительного анализа здоровой и гнилой древесины [18,71,94].

Существует несколько методов измерения степени поражения неликвидной древесины гнилью:

1. массовый метод;

2. химический метод;

3. метод определения поражения неликвидной древесины гнилью в зависимости от плотности;

4. объемный метод;

5. метод определения поражения неликвидной древесины гнилью в зависимости от водопоглощения (гигроскопичности);

6. ультразвуковой метод.

Массовый метод определения степени поражения гнилью состоит в том, что удельный вес древесинного вещества определяется путем погружения весьма тонких срезов древесины в раствор азотнокислого кальция разной концентрации; удельный вес раствора, в котором срезы останутся во взвешенном состоянии, и будет равен удельному весу древесинного вещества.

Плотность древесины определяется согласно ГОСТ 16483.1-84 Древесина. Метод определения плотности [36].

В основу ультразвукового способа определения степени поражения гнилью неликвидной древесины положена зависимость распространения ультразвуковых колебаний от плотности материала и его упругих свойств [52,53,58,59]

Все описанные методы отличают сложное приготовление образцов, необходимость долго обрабатывать результаты анализов, требование специального помещения-лаборатории.

В зависимости от особенностей процесса гниения различают коррозионные и деструктивные гнили.

При коррозионном типе разложения разрушается как лигнин, так и, частично, полисахаридный комплекс клеточных оболочек.

В одних случаях гриб единовременно разлагает лигнин и полисахариды, в результате чего в некоторых местах разрушаются целые группы клеток. В пораженной древесине появляются пустоты, заполненные остатками белой неразложившейся целлюлозы. К данному виду относится

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сидорова Елена Николаевна, 2021 год

Литература

1. Кирьянов К.В., Тельной В.И. Использование калориметра В-08 для прецизионного измерения теплоты сгорания // Труды по химии и хим. технологии. Горький: Горьк. гос. ун-т. 1975. Вып. 4(43). С. 109-110.

2. Скуратов С.М., Колесов В.П., Воробьев А.Ф. Термохимия. Т. 2. М.: МГУ, 1966. С. 104.

5

3. Олейник Б.И., Микина В.Д., Александров Ю.И. Новое абсолютное определение энтальпии сгорания янтарной кислоты // Труды по химии и хим. технологии. Горький: Горьк. гос. ун-т. 1975. Вып. 43. С. 22-26.

Зав лаб химической термодинамики (jmajJ/yv^O^^L Смирнова H.H.