ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТОПЛИВНОЙ ЩЕПЫ ИЗ ЛЕСОСЕЧНЫХ ОТХОДОВ ПУТЕМ ЕЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Орлов Виталий Владимирович

• Орлов Виталий Владимирович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Орлов Виталий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Лесосечных отходы и их свойства

1.1.1. Количество лесосечных отходов

1.1.2. Свойства лесосечных отходов

1.2. Способы заготовки древесины и производства щепы из лесосечных отходов

1.3. Щепа из лесосечных отходов и ее свойства

1.3.1. Общие сведения

1.3.2. Строение древесины (щепы)

1.3.3. Влажность древесины (щепы)

1.3.4. Фракционный состав щепы

1.3.5. Засоренность щепы минеральными примесями

1.3.6. Плотность щепы

1.3.7. Коэффициент полнодревесности древесины (щепы)

1.3.8. Теплотворная способность древесины (щепы)

1.4. Способы обезвоживания древесины (щепы)

1.4.1. Термические способы обезвоживания древесины

1.4.2. Механические способы обезвоживания

1.4.3. Комбинированные способы обезвоживания

1.4.4. Способы сушки измельченных древесных материалов

1.4.5. Особенности центробежного способа обезвоживания

1.5. Способы очистки щепы от посторонних минеральных включений 46 Выводы по главе

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ

ЩЕПЫ В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

2.1. Постановка задачи

2.2. Обезвоживание единичного капилляра

2.3. Определение зависимостей для снижения влажности щепы при центрифугировании

3...............АППАРАТУРА И МЕТОДИКА. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ЩЕПЫ И ОЧИСТКИ ЕЕ ОТ МИНЕРАЛЬНЫХ

ПРИМЕСЕЙ

3.1. Исследования процесса обезвоживания щепы

Исследование процесса очистки щепы от минеральных примесей

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5....................ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

ТОПЛИВНОЙ ЩЕПЫ ИЗ ЛЕСОСЕЧНЫХ ОТХОДОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

5.1. Предложения по производству щепы из лесосечных отходов с повышенными эксплуатационными свойствами

5.2. Экономические аспекты лесозаготовок и производства щепы из лесосечных отходов с повышенными эксплуатационными свойствами

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Литература

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение

Виды лесосечных отходов

Приложение

Технологии лесозаготовок и производства щепы из лесосечных отходов115 Заготовка древесины деревьями и производство щепы из лесосечных

отходов

Заготовка хлыстов и производство топливной щепы из лесосечных отходов

Заготовка сортиментов и производство топливной щепы из лесосечных

отходов

Заготовка древесины щепой

Приложение

Мобильные рубительные машины

Приложение

Пакетирование лесосечных отходов

Приложение

Строение древесины

Приложение

Требования к качеству щепы

Приложение

К расчету коэффициента полнодревестности щепы

Приложение

Результаты определения теплотворной способности древесных отходов

(топливная щепа), проведенных кафедрой Теплотехники СПбГЛТУ

Приложение

Сушка измельченных древесных материалов

Приложение

Способы очистки щепы от посторонних минеральных включений

Приложение

Расчет организации производства топливной щепы из лесосечных отходов

Приложение

Расчет производительности промышленной центрифуги для

обезвоживания топливной щепы

Расчет мощности привода центрифуги

Приложение

Расчет передвижной сортировки щепы

Приложение

Патенты на полезные модели и способ

Приложение

Акт о передачи результатов научных исследований

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТОПЛИВНОЙ ЩЕПЫ ИЗ ЛЕСОСЕЧНЫХ ОТХОДОВ ПУТЕМ ЕЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Основной задачей лесного комплекса России является сохранение, приумножение и эффективное использование лесных богатств в интересах человека, общества и государства. Одним из путей выполнения этих требований является использование всей биомассы дерева, в том числе и лесосечных отходов, составляющих 20-25% от заготовляемой древесины. Полное использование всего древесного сырья имеет значение не только экономическое, но и экологическое.

Лесосечные отходы для использования в качестве топлива подвергают измельчению на щепу мобильными рубительными машинами.

Для повышения эффективности использования щепы в качестве топлива необходимо повысить ее теплотворную способность путем снижения влажности (обезвоживания). Так же щепу необходимо очистить от большого количества минеральных примесей, составляющих 8-10%. Обезвоживание щепы возможно осуществлять различными способами, но наиболее приемлемым в условиях лесосеки является центрифугирование. При обезвоживании (удалении свободной влаги) масса щепы снижается на 2025%, что позволит сократить расходы на перевозку более легкой щепы.

Способ обезвоживания цельной древесины путем центрифугирования освещен в научной литературе, но обезвоживанием щепы под действием центробежных сил, с целью повышения ее теплотворной способности, не занимались.

Учитывая, что процессы снижения влажности щепы центрифугированием изучены недостаточно, необходимы дальнейшие исследования. Математические модели и установленные закономерности обезвоживания слоя щепы центрифугированием помогут расширить и углубить представления о процессах движения жидкости в капиллярах

щепы, позволят получить данные для разработки промышленных установок для центробежного обезвоживания щепы.

Степень разработанности темы исследования

Применение центробежного способа обезвоживания древесины в промышленных масштабах стало возможным в результате научных трудов группы ученых во главе с проф. В.И. Патякиным. Исследованиями по обезвоживанию цельной древесины занимались ученые России: В.А. Баженов, В.П. Кожин, И.В. Костин, О.А. Куницкая, В.И. Марков, А.И. Мига-чев, Э.П. Полесский, А.И. Расев, В.А. Соколова, Б.С. Чудинов, В.А. Шама-ев, В.И. Шаплыко и зарубежные авторы. Однако вопросы, посвященные обезвоживанию щепы в поле центробежных сил, с целью повышения ее теплотворной способности в научной литературе не рассматривались.

Выполненные исследования по обезвоживанию щепы из лесосечных отходов позволяют обосновать параметры процесса обезвоживания слоя сосновых и березовых щепок цетрифугированием, определить продолжительность центрифугирования щепы для снижения ее влажности до ~30%, определить энергетические показатели процесса, рассчитать производительность центрифуг непрерывного действия и обосновать основные направления повышения показателей параметров щепы как топлива. Результаты исследований могут быть внедрены на предприятиях по производству топливной щепы из лесосечных отходов, а также использованы в учебном процессе.

Цель работы - повышение эксплуатационных свойств щепы из лесосечных отходов путем совершенствования технологии и установления рациональных параметров мобильной техники для обезвоживания щепы и ее очистки от минеральных примесей.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ явлений, происходящих в щепе в процессе ее обработки в поле центробежных сил.

2. Разработать математическую модель процесса обезвоживания щепы, находящейся в слое на периферии центробежного поля, позволяющую определить продолжительность обработки щепы различных пород древесины, необходимую для достижения минимально возможной влажности конечной продукции.

3. Дать рекомендации для разработки мобильного оборудования для обезвоживания щепы непрерывным способом в поле центробежных сил, а также для очистки щепы от минеральных примесей, в условиях лесосеки.

4. Оценить экономический эффект от предлагаемых технических решений.

Научная новизна:

1. Выполнена оценка параметров процесса обезвоживания слоя щепы, находящегося на периферии барабана центрифуги, учитывающая различия в строении хвойных и лиственных пород древесины.

2. Обоснованы критерии оценки эффективности процесса обезвоживания щепы, позволяющие определить режимы технологического процесса, параметры оборудования и являющиеся основой для экономических расчетов.

3. Сформулированы, обоснованы и математически описаны основные закономерности процесса обезвоживания щепы, находящейся в слое по периферии барабана центрифуги.

4. Проведены исследования обезвоживания слоя сосновой и березовой щепы с первоначальной влажностью от 60 до 120% (абс.) при факторах разделения от 3500 до 10500. Установлено, что время центрифугирования

-5

1м щепы для снижения ее влажности до 35-40% (абс.) находится в пределах 100-300 секунд в зависимости от начальной влажности, породы древесины и фактора разделения.

Теоретическая значимость. Разработанная математическая модель обезвоживания щепы, находящейся в слое на внутренней поверхности барабана центрифуги, позволяет рассчитывать продолжительность процесса с учетом специфики строения порового пространства древесины хвойных и лиственных пород и развивает теорию процесса обезвоживания древесных материалов центрифугированием.

Практическая значимость. Полученные результаты исследований процесса обезвоживания щепы могут быть использованы специалистами лесозаготовительных, деревообрабатывающих, целлюлозно-бумажных, плиточных производств, в энергетике, при перевозке щепы, при управлении технологическими процессами. Разработанная установка для обезвоживания щепы центрифугированием позволяет исследовать процесс при различных качественных показателях щепы и показателях работы центрифуги. Снижение влажности щепы центрифугированием позволяет повысить теплотворную способность щепы. Разработанные конструкции центрифуг непрерывного действия позволяют применять установки для обезвоживания щепы непосредственно на лесосеке. Удаление свободной влаги из щепы снижает ее массу примерно на 20-25% без изменения объема, что снижает транспортные расходы. Новизна предлагаемого способа и разработанных мобильных устройств для обезвоживания щепы и ее очистки от минеральных примесей защищены патентами на изобретение и полезные модели.

Методология и методы исследования. Исследования по обезвоживанию щепы базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска, современного научного проникновения, применения современных методов исследований с использованием поверенного оборудования, приборов и средств контроля. Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, учебная и методическая литература,

материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса обезвоживания щепы различных пород древесины, образующей слой хаотически расположенных щепок, находящихся на внутренней поверхности центрифуги, позволяет определить и прогнозировать основные показатели процесса центробежного обезвоживания щепы, углубляет теорию движения свободной влаги в поровом пространстве древесины при расположении пласти щепы под любым углом к вектору центробежных сил.

2. Созданная экспериментальная установка центробежного типа для обезвоживания щепы позволяет устанавливать рациональные параметры процесса удаления свободной влаги из слоя щепы, оцениваемые комплексным показателем - фактором обезвоживания.

3. Новая технология позволяет производить топливную щепу очищенную от минеральных включений с пониженной влажностью.

Достоверность выводов и результатов исследования: подтверждается адекватностью математической модели обезвоживания слоя щепы центрифугированием и проведением исследований в лабораторных условиях за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались и получили одобрение на заседаниях кафедры ТЛЗП СПбГЛТУ, на Девятой международной научно-практической интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2012 год), научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса», - ВоГУ (Вологда, 2014 год), Одиннадцатой Международной научно-технической конференции «Леса России в XXI веке» в (СПб, 2014

год). Получены патенты РФ на полезные модели: № 128959, №129354, №129355, № 141391, № 143554, а также патент на изобретение № 2537529.

Публикации. По результатам исследований автором опубликовано 21 печатная работа, в том числе 2 статьи в журналах, рецензируемых ВАК РФ, и 6 патентов.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 160 страниц, список литературы содержит 99 наименований.

Реализация работы. Основные результаты работы легли в основу разработки исходных данных на создание мобильной установки для производства топливной щепы и использованы при подготовке лекционно-практических занятий со студентами в СПбГЛТУ.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1. Лесосечных отходы и их свойства

1.1.1. Количество лесосечных отходов

Лесосечные отходы образуются при лесозаготовках и зависят как от состава древостоя, бонитета, способа заготовок древесины [3],[4] так и от почвенно-климатических показателей и от времени года заготовок.

К лесосечным отходам относятся:

• Ветки и сучья. Количество этих отходов зависит от породы древесины и составляет: для ели - 11, сосны - 9, березы - 12, осины - 12, лиственницы - 12 %. Ветки - это живые части кроны, отходящие от сучьев, сучья - это части кроны, отрастающие от ствола. При заготовке (валке) деревьев падающие деревья задевают соседние деревья, а ветки и сучья частично обламываются.

• Вершина. Эта часть ствола дерева с кроной диаметром в нижней части менее 6 см. Длина вершины может достигать 2...4 м в зависимости от породы древесины. Количество этих отходов может составлять 7.10 %

• Мелкие деревья. К ним относятся деревья диаметром в комлевой части менее 10 см, не представляющие промышленного интереса. Количество такой древесины (отходов) не превышает 5%.

• Кустарники. Древесные растения высотой 0,8.2,0 м, растущие кучно и мешающие вести лесосечные работы. Количество их составляет 1,5.2,0%.

Надломленные деревья. Во время валки древесины и падения дерева на землю, особенно в зимний период, дерево может расколоться поперек (надломится) даже в нескольких местах. Кроме того, появляются глубокие продольные трещины. Такая древесина трудна для трелевки,

погрузки, обработки и идет в отходы (брак). Количество таких отходов составляет 2... 3%.

Величина лесосечных отходов в среднем составляет ~20-25% от объема стволовой части заготавливаемой древесины (табл. 1.1). Лесосечные отходы не входят в объемы заготовок, т.е. не учитываются. Это обстоятельство в прошлом и определило отношение к лесосечным отходам, как не нужному, не учитываемому сырью, с которым не надо заниматься. Однако в последнее время ужесточилось требование к пожарному состоянию лесосеки, к срокам очистки лесосеки от отходов и т.д. которые регламентируются Лесным кодексом РФ [47]. В связи с этим лесозаготовителям приходится собирать отходы и думать об их утилизации [73],[74],[94]. Часть лесосечных отходов лесозаготовители используют для укрепления волоков или сжигают их, но и это становится проблемой, так как пожарники запрещают сжигать их летом в сухие периоды, в сильный ветер, а в дождливую погоду они не горят.

Таблица 1.1. Состав лесосечных отходов

Наименование отходов Количество в % от стволовой части дерева

Вершины деревьев 9-12

Ветки, сучья 7-10

Ломанные деревья 2-3

Мелкие деревья 3-5

Кустарники 1-2

Сумма (общее количество отходов) 22-32

В среднем по породам 20-25

Используются на укрепление волоков ~ 10-15

Не используемые ~ 10-15

Количество лесосечных отходов зависит от применяемой технологии лесозаготовок [1]. В таксационных справочниках [2] имеются данные о количестве кроны на древесине в зависимости от породы и бонитета лесонасаждений. Количество лесосечных отходов, возможных к использованию в ООО «Кириши Леспром» приведены в табл. 1.2. [3].

Объем лесосечных отходов зависит от способа лесозаготовок. Если

лесозаготовки производят в виде хлыстов, а хлысты производят на лесосеке, то и вершинная часть и ломаные деревья, и мелкие деревья и кустарник, которые вальщик должен повалить для безопасности своей работы, войдут как лесосечные отходы (табл. 1.1.).

По оценкам различных предприятий (Кириши-Леспром и др.) количество лесосечных отходов может составлять до 20-25% от объема заготовляемой древесины [4]. Эти отходы разбросаны по всей лесосеке.

Таким образом, возникает задача в зависимости от технологии лесозаготовок обеспечить сбор этих отходов и их утилизацию. При трелевке деревьями часть веток отпадает и остается на волоке, но при этом оставшиеся ветки и вершинная часть сосредотачивается на пункте погрузки. Отпад веток с дерева при трелевке может составить 2-3% от заготовляемой древесины.

Таблица 1.2. Количество лесосечных отходов в ООО Кириши Леспром

Бонитет Зимняя заготовка Количество лесосечных отходов пригодных к использованию при способе заготовке древесины, %

Заготовлено древесины, м3 Объем кроны на деревьях, м3

Хлыстовая заготовка с бензопилой Сортиментная

Сосна

II 1460 125 12 11

III 3270 314 10 10

Всего 4730 439 11 10

Ель

I 349 39 17 16

II 314 43 16 15

III 908 143 15 14

Всего 1571 225 16 15

Береза

I 543 71 15 15

II 401 54,0 15 14

III 919 145,0 15 13

Всего 1863 270 15 14

Осина

I 1255 125 14 13

II 182 20 15 14

III 283 37 17 16

Всего 1720 182 17 16

Итого 9884 1116 12 11

При заготовке сортиментами, возле волока могут образовываться кучи лесосечных отходов, которые показаны в Приложении 1. Кучи рыхлые и занимают большие объемы, так как коэффициент полнодревесности лесосечных отходов очень мал и составляет всего К=0,15-0,20.[5].Это обстоятельство затрудняет перевозку лесосечных отходов от лесосеки к потребителям и требуется их уплотнять (рассматривается в Приложении 4) или их рубят на щепу, создавая удобный материал для перевозки и утилизации таких отходов [55],[56]. Для производства щепы из лесосечных отходов служат различные мобильные рубительные машины, которые (рассматриваются в Приложении 3). Щепа, нарубленная из лесосечных отходов, по основным свойствам соответствует древесине, из которой она была нарублена [6].

1.1.2. Свойства лесосечных отходов

Из представленного выше следует, что лесосечные отходы имеют большую разнокалиберность по длине, диаметру, наличию листьев и хвои и др. компонентов. Длина лесосечных отходов может быть от 0,5 до 4 м, диаметр от 2-3 см до 20-25 см. Породный состав лесосечных отходов соответствует породному составу лесонасаждения на данной лесосеке. Например, породный состав лесонасаждений 3С4Е2Б1Ос, такой же породный состав характерен и для лесосечных отходов.

Влажность лесосечных отходов соответствует влажности стволовой части дерева и зависит от времени года, почвенно-климатических условий и состояния почво-грунтов, так как лесосечные отходы лежат на земле. В связи с этим влажность лесосечных отходов может быть значительно выше или ниже влажности стволовой части дерева. Влажность лесосечных отходов может колебаться от 60 до 120% (абс.) и выше.

Для того чтобы лесосечные отходы привести к удобному для перевозки и утилизации виду их необходимо измельчать - производить щепу,

но эта щепа будит содержать кроме основной части (древесины) много коры, листьев, иголок, сучков и веточек. Кроме того, так как лесосечные отходы находятся на земле в составе щепы нарубленной из лесосечных отходов будут находиться минеральные примеси: камешки, глина, песок.

Из приведенных в разделе 1.1. сведений о лесосечных отходах можно сделать следующие выводы:

- Величина лесосечных отходов может достигать 20-25% от объема заготовляемой древесины (стволовой части дерева);

- Лесосечные отходы разноколиберны, занимают большие объемы при очень низком коэффициенте полнодревесности 0,15-0,20; Влажность лесосечных отходов составляет 60-120% (абс);

Для удобства утилизации лесосечных отходов их измельчают на щепу.

1.2. Способы заготовки древесины и производства щепы из

лесосечных отходов

Известно множество способов заготовки древесины, для которых создали различную лесозаготовительную технику. Основных способов заготовки три: заготовка деревьями, заготовка хлыстами и заготовка сортиментами (рис.1.) [7]. В настоящее время разрабатываются и новые способы заготовки: щепой (топливной или технологической, вырабатываемой из стволовой части дерева или из всей биомассы дерева) и заготовка древесины полудеревьями.

Заготовка древесины - это технология производства древесного сырья вывозимого с лесосеки и доставляемого на лесопромышленное производство: лесопромышленный склад, целлюлозно-бумажное производство, участки по производству плит и т.п.

Как видно из рис. 1.1, производство щепы из лесосечных отходов тесно связано с технологией лесозаготовок, сосредоточением отходов, их

количеством и транспортировкой. От этих параметров зависит выбор технологии производства самой топливной щепы и выбор необходимого оборудования, которое подробно (рассмотрены в Приложениях 2 и 3).

Щепа, произведенная из лесосечных отходов, не относится к технологической, так как она содержит много коры, сучков, листьев, хвои, загрязнена минеральными примесями и т.д. Эту щепу используют в качестве топлива в котельных установках для выработки тепловой энергии. Однако, если такую щепу подвергнуть облагораживанию -очистке от минеральных примесей: от листьев и хвои, просортировать, то мы можем получить сырье для производства различных древесных плит, брикетов, пеллет и других товаров. Таким образом, производство щепы можно рассматривать и как первую стадию подготовки древесного сырья (лесосечных отходов) для производства древесной продукции.

Лесосечные отходы являются частью биомассы дерева. В настоящее время из всего объема биомассы дерева используются только 70% - это стволовая часть дерева [80]. Если учесть, что выход полезной продукции из стволовой части дерева составляет 60%, то мы получим величину выхода полезной продукции из биомассы дерева около 40%. Естественно, что это очень низкий выход и то, что мы получим из лесосечных отходов полезную продукцию - топливную щепу с повышенной теплотворной способностью, является прогрессивным и очень актуальным направлением.

Подробнее технологические схемы заготовки древесины деревьями, хлыстами, сортиментами, щепой и техника, применяемая для осуществления приведенных технологий, а также технологии и техника производства топливной щепы из лесосечных отходов приведены в Приложении 2.

Большую проблему для лесозаготовок и использования лесосечных отходов представляют участки от ветролесоповала [91].

Измельчение лесосечных отходов на щепу производят мобильными рубительными машинами (Приложение 3), которые подразделяются на:

1. Самоходные рубительные машины. К этому типу относят рубительные машины, которые смонтированы на шасси трактора или автомобиля. При этом на автомобиле или тракторе устанавливают манипулятор, загрузочный лоток, щепопровод или транспортер. К этому типу относят и рубительные машины, смонтированные сзади или спереди трактора (рис. П 3.1).

2. Передвижные рубительные машины. К этому типу рубительных машин относят машины, смонтированные на раме шасси специальной тележки или трейлера. На такой раме монтируют и двигатель для рубительной машины, гидростанцию, манипулятор и т.п. Тележку или трейлер перевозят трактором или автомобилем в отведенные места (на пункт погрузки или специальную площадку) и там ее оставляют для производства щепы (рис. П 3.2).

3. Прицепные рубительные машины. Эти машины смонтированны на прицепе, но вращение ножевого аппарата рубительной машины (диска или барабана) происходит от двигателя трактора через раздаточную коробку и карданный вал. Таким образом, без трактора эти машины не работают (рис. П 3.3).

4. Самоходные рубительные комбайны. К этому типу относят установки, включающие трактор, рубительную машину, двигатель машины, манипулятор и бункер-самосвал для щепы, смонтированные на самом тракторе (рис. П 3.4).

5. Самоходные лесозаготовительные комплексы. Они включают харвестер для заготовки сортиментов, рубительную машину для рубки вершин и веток и бункер для щепы (рис. П 3.5).

6. Мобильные комплексы для производства технологической и топливной щепы. Подобный комплекс включает устройство для очистки деревьев от сучьев, окорочный станок, рубительную машину, бункер для щепы и устройство для подачи щепы в кучу или щеповоз. Комплекс

смонтирован на трейлере, который перемещают тягачом. Комплекс предназначен для производства технологической щепы для ЦБП и древесных плит, а также для измельчения сучьев и вершин на топливную щепу (рис. П 3.6).

Все перечисленные типы мобильных рубительных машин находят широкое применение в различных странах, в том числе и в России.

Кроме производства щепы из лесосечных отходов практикуется производство пакетов (вязанок) из лесосечных отходов, которые все равно подвергают измельчению, но уже у крупного потребителя: котельной, ТЭЦ, и т.д. Устройства для производства этих вязанок указано в Приложение 4.

В некоторых странах Европы, таких как Швеция, Финляндия, Дания, древесные отходы, в том числе и щепа из лесосечных отходов, уже составляют ~ 20% в топливном балансе этих стран. К 2030г. планируется довести эту долю до 35%. В топливный баланс этих стран кроме древесного топлива включают: мазут, газ, уголь, торф.

Выводы:

1. Лесозаготовительные процессы включают заготовку древесины различными способами: деревьями, хлыстами, сортиментами, щепой.

2. Для производства щепы из лесосечных отходов разработаны различные типы мобильных рубительных машин производительностью от 15

3 3

пл. м /час до 100 пл. м /час.

d ж

CD О

E

о м d n о и

ш

Хлыстами

ЗазощоЙки хлыстов но лесосеке

ПроизВоЭстВо хлыстой на _пункте погрузку_

Сортиментами

_ Производство сортиментов hq лесосеке

Т^ЕНсЖфймёнтоШ пункте погрузки

Щепой

Деревья

Хлигти

Лесосечные отходы

Сортименты

Деревья

РуЗка hq щепу

Погрузка деревьев

— Трелевки клыстсб —

Погрузка «листов --

— [Sop отходов -

Трелевка отхойов —-

Очистка от сучьев

Трелебка сортиментов

Погрузка сортиментов

Лесосечные отходи -*- СВор отхаЗоВ

Очистка от сучьев --

ТрелеЬка Зеребьеб

Учистко от сучьев и

Трелевка цепы

Погрузка цепи

Очистка от сучьев

Окорка

Рувка на топливную щепу —

Очистка деревьев от сучьев и

Лесной склад раскряжевка

Производство щепы Ю

d

Перевози шстов ^

и

Производство топливной цепы Перевозка топливной щепы — О

Погрузка хлыстов Перевозка хлыстов — -О I

Перевозка сортиментов I

Ш

^

Погрузка «листов ПервЁQ3KQ хлыстов — 3

Погрузка сортиментов Перевозка сортиментов - Z о

п

Производство щепы Перевозка щепы - с 0 и Ш с;

Перевозка щепы

Руки на шешлмичшук щепу Перевозка технологической щепы -

- Перевозке топливной щепы

Рисунок 1.1. Технологические схемы основных процессов лесозаготовок и производства топливной щепы

из лесосечных отходов

1.3. Щепа из лесосечных отходов и ее свойства 1.3.1. Общие сведения

Щепа из лесосечных отходов - это измельченный древесный материал, обладающий признаками сыпучего вещества и имеющий определенные рзмеры:

- по длине от 2-4 мм до 30-50 мм по толщине 1 - 7 мм

- по ширине 5-50 мм

У щепы ярко выраженная пласть (поверхность, ширина и длина), но по своим признакам щепа является сыпучей средой со всеми свойствами сыпучей среды: угол естественного откоса а; угол динамического откоса |3; насыпная плотность материала р1 ; коэффициент полнодревесности К.

Так как щепа из лесосечных отходов как и заготовляемая древесина имеет переменную влажность W, то и ее показатели как сыпучего материала будут зависеть от влажности [8]. Кроме того, щепа под действием статического давления, которое возникает при хранении в больших кучах, в бункерах и контейнерах, а также от вибрации при перевозках, уплотняется, т.е. увеличивается насыпная плотность щепы р1 и коэффициент полнодревесности ^ Это приводит к слеживанию щепы и к изменению ее характеристик как сыпучей среды [8].

Угол естественного откоса а для щепы при свободной отсыпки в кучи и бункера составляет 40-45°, но у слежавшейся щепы он увеличивается до 50-60° и даже до 90°[8]. Негативные явления от слеживания щепы приводят к трудностям при истечении щепы из бункеров, разборе куч щепы, выгрузки щепы из щеповозов, вагонов и других транспортных средств.

В зимних условиях щепа, особенно влажная, смерзается и образует мороженный конгломерат, требующий специальных устройств для ее разрушения.

Насыпная плотность щепы рпас это количество щепы в плотной мере в единице объема. Величина рнас непостоянная, она зависит от многих факторов: высоты отсыпки щепы (кучи, бункера), срока хранения щепы, влажности, условия перевозки щепы и т.д. Насыпная плотность связана с коэффициентом полнодревесности щепы К и представляет отдельный раздел исследования (рассмотрено в разделе 1.3.7 и Приложении 7). По величине К производят учет щепы и определяют ее количество в бункерах, кучах, варочных котлах, в железнодорожных вагонах, в кузовах автомобилей, в судах. Величина К может увеличиваться от К=0,36 до К = 0,43 и выше в зависимости от дальности перевозки. Это связано с уплотнением щепы от вибрации транспортных средств при перевозке. Некоторые значения К при перевозке щепы приведены в ГОСТ 15815-83 и технической литературе [9].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Орлов Виталий Владимирович, 2016 год

/ м / м

ность щепы начальная (абс.) Wi = 120%; влажность щепы конечная (абс.)

W2 = 35 - 40%; скорость вращения барабана п = 2000°б/

/ мин.

1. Абдулжабарова И.К., Мансурова Н.Е. Комплексное использование древесины: Краткий курс лекций./ Сост.- Иркутск: Изд-во БГУЭП, 2007. - 69 с.

2. Б.И. Грошев, С.Г. Синицын, ПИ. Мороз, И.П. Сеперович. ЛЕСОТАКСАЦИОН-НЫЙ СПРАВОЧНИК 2-е изд., перераб. — М.: Лесная промышленность, 1980. — 288 с.: ил.

3. Локштанов Б.М., Суворова Н.А., Орлов В.В. «Определение объемов порубочных остатков на лесосеке, их измельчение и перевозка» Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы, научно-технической конференции.- Вологда: ВоГУ, 2014. с. 57-60

4. Бит Ю.А., Локштанов Б.М., Грамматиков А.В., Козырев Р.С., Федоров Ю.В. Древесные отходы-биотопливо «Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз. Сб. науч. тр. / СПБЛТА. СПБ.: ЛТА, 1999. 100с.

5. Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов.-М.: Лесн. пром-сть, 1987.-224с.

6. Локштанов Б.М., Тихонов И.И., Фаст О.В., «Производство щепы из лесосечных отходов» Технология и оборудование лесопромышленного комплекса: Сборник научных трудов / Под ред. В.И. Патякина. Вып. 1. СПб.: СПбГЛТА, 2008. 67-77с.

7. Локштанов Б.М. Проектирование лесозаготовительных производств: учебное пособие для бакалавров направления подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» / Б. М. Локштанов, В.В. Орлов [и др.] -СПб.: СПбГЛТУ, 2015. - 80 с.

8. Бачериков И.В., Локштанов Б.М., Ржавцев А.А., Симоненков М.В. Обеспечение бесперебойного истечения щепы из бункеров / Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы Международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ 2014 с.159-161

9. Полищук В.П. Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств. Оценка качества и учет лесоматериалов: учебное пособие В.П. Полищук [и др.].- СПб.: СПбГЛТА, 2011. -132с.

10. Технология целлюлозно-бумажного прроизводства. Спавочные материалы. В 3-х томах Т.1 часть 1. Сырье и производство полуфабрикатов СПб.: ЛТА, 2002.,432с.

11. Перелыгин Л.М., Уголев Б.Н. «Древесиноведение». Издание третье, переработан-

ное доц. Б.Н. Уголевым М.:ГОСЛЕЗБУМИЗДАТ 1963г.-282с.

12. Практическое руководство по Пеллетному производству по материалам западных публикаций Alligno Maschinenexport GmbH. 2006. http://www.alligno.ru/Pellets.pdf

13. Полубояринов О.И. «Плотность древесины» уч.-п. Л.: ред.-изд. отд. ЛОЛЛТА 1973.

14. Коперин Ф.И. и др. Производство технологической щепы в леспромхозах. М.: «Лесная промышленность» 1971. 272с.

15. ГОСТ 15815-83 Щепа технологическая. Технические условия http://meganorm.ru/Index2/1/4294836/4294836503.htm

16. Цыгарова, М. В. Комплексное использовании древесины [Текст]: метод. указания / М.В. Цыгарова. - Ухта: УГТУ, 2007. - 55 с. ТУ 13-735-83

17. Локштанов Б.М. и др. Производство технологической щепы из круглых лесоматериалов различного качества. Материалы международной научно-технической конференции "Современные проблемы переработки древесины" 25-27 марта 2011. СПб.: СПбГЛТА. 2011. с. 148-152.

18. Никишов В.Д. «Комплексное использование древесины» Учебник для вузов, М.: Лесн. пром-сть, 1985.-264 с.

19. Бессараб Н.Г. "Коэффициент полонодревестности технологической щепы" http://spbftu.ru/UserFiles/Image/izvesti/12-204.pdf

20. Локштанов Б.М., Теппоев А.В., Орлов В.В. Складирование и перемещение измельченных материалов на лесных складах [Текст] // Технология и оборудование лесопромышленного комплекса. Сборник научных трудов под ред. В.И. Патякина. Вып. 1. СПб.: СПбГЛТА, 2008. с. 52-58

21. Брик М.И. Технологическая щепа [Текст] / М.И. Брик, Б.А. Васильев. М.: Лесная пром-ть,1975. 208 с.

22. Глуховский В.М. Теплотворная способность древесины

23. http://www.lesintech.ru/files/present/8.pdf

24. Померанский А.И. Определение теплотворной способности отходов лесосечной древесины // Изв.ЛТА им. С М. Кирова. 1933.-№ 3.- С.16-19.

25. Теплотворность древесины http://tehnopost.kiev.ua/drevesina/13-teplotvornost-drevesiny-drova.html#teplotvornost

26. Лыков А.В. Теория сушки. М. Энергия, 1968. 465 с.

27. Кречетов И.В. Сушка древесины. М., "Лесная промышленность". 1972, 440 с

28. Пейч Н.Н., Бороненко З.В. Справочник по сушке древесины. М., "Лесная промышленность", 1966. 365 с.

29. Першанов Н.А. Конвективно-высокочастотная сушка древесины. М., ГЛБИ, 1963. 112 с.

30. Расев А.И. Об эффективности механических способов сушки обезвоживания древесины.- В кн. Сушка древесины. Архангельск, ЦНИИМОД, 1969, с. 218-296.

31. Центробежно-высокочастотный способ - Научно-исследовательский отчет ЦНИИ-лесосплава. Л., 1975. 442 с.

32. Jacobsen H. Holz als Rohf-und Werkstoff Bd. 1954, р. 155.

33. Патякин В. И. Проблема повышения плавучести круглых лесоматериалов. - М.: «Лесная промышленность», 1976 г. 264 с.

34. Орлов В.В., Бачериков И.В. Снижение влажности щепы из лесосечных отходов // Леса России в XXI веке [Текст]: Материалы девятой международной научно-технической интернет-конференции. Сентябрь 2012 г. / Под ред. авторов; Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» -Санкт-Петербург, 2012. - с. 87-89.

35. Использование центрифуги [Электронный ресурс] URL: http://baza-referat.ru/Использование центрифуги (дата обращения: 31.01.2013).

36. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги М.: Машиностроение., 1967.-522 с.

37. Шкоропад Д. Е., Новиков О. П., Центрифуги и сепараторы для химических производств, М.:Химия, 1987.- 256 с.

38. Воробейчик Б.Ю., Свирин Л.В., Локштанов Б.М.Промышленное использование коры (брошюра) печ. Обзор ВНИПИЭИлеспром «Бумага и целлюлоза» М.: 1976. 44 с.

39. Свирин Л.В., Кожин В.В., Локштанов Б.М. Очистка технологической щепы (брошюра) Обзор ВНИПИЭИлеспром «Бумага целлюлоза» М.: 1977. 42 с.

40. Григорьева Н.К., Комлев Е.Н., Лузина Л.Н., Локштанов Б.М. Способ подготовки древесной щепы для производства целлюлозосодержащих волокнистых полуфабрикатов, А.с. № 761645 БИ 1980. № 33

41. Патент на полезную модель № 141391 Российская Федерация. Устройство для изготовления топливной щепы из лесосечных отходов / Б.М. Локштанов, И.В. Бачериков, Н.А. Суворова, И.И. Костюков, В.В. Орлов Патентообладатель: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова: опубл. 10.06.2014 Бюл.№16.

42. Патякин В.И., Тишин Ю.Г., Базаров С.М. Техническая гидродинамика древесины. -М.: Лесная промышленность, 1990. - 300 с.

43. Патякин В.И. Проблема обезвоживания и сохранения плавучести древесины, дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук, Л.: ЛТА, 1979. Т.1. -77, 309с.

44. Костин И.В. Повышение эффективности использования тонкомерной мягко-лиственной древесины путем обоснования технологии центробежного обезвоживания и пропитки. Автореферат дисс. к.т.н., Архангельск, 2011 - 20 с.

45. Базаров С.М. Совершенствование технологических процессов обезвоживания и пропитки лесоматериалов силовыми полями различной физической природы. Дисс. докт. техн. наук, СПб: ЛТА, 1999.

46. Локштанов Б.М. Математическая модель процесса обезвоживания щепы центрифугированием [Текст] / Локштанов Б.М., Бачериков И.В., Орлов В.В. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2014. Вып. 209. СПб.: СПбГЛТУ, с.185-197.

47. Локштанов Б.М. Технология производства щепы из лесосечных отходов и способы повышения ее энергетических характеристик [Текст] / Локштанов Б.М., Орлов В.В., Бачериков И.В., Пашков А.В. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2015. Вып. 212. СПб.: СПбГЛТУ, с.140-154.

48. 47. Лесной кодекс РФ www.lesnoykodeks.ru/

49. Baily P.J., Preston R.D. Some Aspects of Softwood Permeability. II Flow of Polar and Non Polar liquids Sapwood and Heartwood of Douglas Fir. // Holzforschung. 1970. В 24, Н 2, Р. 34-45.

50. Bramhall, G. The validity of Darcy's law in the axial penetration of wood. Wood Sci. Technol. 5 (2): 121-134, 1971.

51. Drain, A.; Taverdet, J. L.; Vergnaud, J. M. 1988. Modeling the kinetics of moisture adsorption by wood. Wood Sci. Technol. 22: 11-20, 1974.

52. Grinchik N. N., Kozhin V. P. // Modern problems of combustion and it applications. II International school-seminar. Minsk,1997. P. 93-94.

53. Heizemann H. Holz als Roh-und Werkstoff, 1970, Heft 8. S. 295-309.

54. Resch A. Unsteady - State Flow of Compressible Fluid through Wood. - For. Prood. J. 1967. V17, №3, р.48-54.

55. Sian J. F. Flow in Wood Syracuse. 1971, р. 41-55

56. Шегельман И. Р. Комплексное использование лесных ресурсов/ И. Р. Шегельман, И. В. Скадорва. Петрозаводск: Изд-во ПетрГу, 2000. 40 с.

57. Шегельман И.Р., Кузнецов А.В., Баклагин В.Н., Будник П.В., Скрыпник В. И. Под-

готовка и переработка древесного сырья для получения щепы энергетического назначения (биотоплива) // Научный журнал Ученые записки Петрозаводского Государственного Университета Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ №8(113). Декабрь 2010.

58. Шегельман И.Р., Патякин В.И., Костин К.В. Интенсификация процессов сушки древесного сырья и коры // Новые информационные технологии в целлюлозно- бумажной промышленности и энергетике: материалы IX межд. науч.-техн. конф. - Петрозаводск, 2010. - С. 73-74.

59. Васильев А.С. Обезвоживание древесного сырья центробежным способом Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск., журнал: "Глобальный научный потенциал" № 12., Изд.: Фонд развития науки и культуры (Тамбов) 2012 г., 53-55 с.

60. Богданов ДМ. "РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ И КОРЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ СПОСОБОМ" Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск., журнал: Перспективы науки, № 10 (61) г.2014 81-84 с.

61. Васильев А.С. "НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ" ПетрГУ, Россия, г. Петрозаводск Материалы всероссийской научно-практической конференции. Петрозаводский государственный университет.Петрозаводск, 2013 Издательство: ООО "Verso" С. 40-41.

62. Васильев, А.С. Новый метод обезвоживания пиломатериалов центробежным способом / А.С. Васильев // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. - 2012. - № 05(79).

63. Базаров С.М. и др. К обезвоживанию и пропитке древесины в силовом механическом поле. — М.:ВНИПИЭИ, №2568, 1989.

64. Базаров С.М., Дмитриева И.Н., Патякин В.И. Построение и совершенствование теоретической модели течения жидкости в древесине в поле центробежных сил. — М.:ВНИПИЭИ, 1981.-21 с.

65. Кацадзе В.А., Виноградов Д.В. Центробежная пропитка древесины. Архан-гельск.: Лесной журнал, №3, 2007, с. 17-21. 143

66. Кожин, В.П. Центробежное обезвоживание и сушка высоковлажной древесины / В.П. Кожин // Инженерно-физический журнал. - 2012. - Т. 85. - № 6. - С. 1178-1182.

67. Крумл Я. Влияние центробежной силы на влажность древесины. Изд. ЦБТИ лесной промышленности. М., Гослесбумиздат, 1960.

68. Крумл Я. Влияние температуры, скорости циркуляции и относительной влажности воздуха на уменьшение влажности при центробежной сушке древесины. Изд. ВНИ-

ПИЭИлеспрома, 1959, №2, с. 209-220.

69. Оти Мото П.М. Результаты исследования качества обезвоженной древесины при хранении.// Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии.Статьи молодых ученых, отобранные по итогам ежегодной научной конференции Санкт-Петербургской лесотехнической академии № 13: Вып. 181 - СПб.;СПбГЛТА, 2007, с. 145-150.

70. Оти Мото, П.М. Экономическая эффективность применения центробежного способа обезвоживания лесоматериалов / П.М. ОтиМото // Известия СПбГЛТА. - 2008. - № 183. - С. 121-127.

71. Соколов В. И. Центрифугирование. - М.: Химия, 1976. 405 с.

72. Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Машиностроение, 1994, 398 с.

73. Богданов Е. С., Козлов В. А., Пейч Н. Н. Справочник по сушке древесины. - М.: Лесная промышленность, 1981. - 191 с.

74. В. И. Патякин, И. Р. Шегельман, И. В. Скадорва, С. В. Авдашкевич. Комплексное использование лесных ресурсов // Учебное пособие. СПб: СПбГЛТА, 2002. 56 с.

75. Патякин В.И. «Проблемы устойчивого лесопользования» Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. С-Петербург, 2003., 112-118 с.

76. Карпов. А.С., Цветков. Е.И. Влагометрия, качество, конкуренция. Методы и средства развития конструктивной конференции на российском рынке контроля влажности древесины. СПб.: 1997 г. - 66 С.

77. Говорухин В.Н. , Цибулин В. Г. Введение в Maple. Математический пакет для всех. М.: Мир, - 1997. - 287 С.

78. Дьяконов В.П. Maple 9 в математике, физике и образовании. М.: СОЛОН-Пресс.-2004. - 624 С

79. Дьяконов В.П. Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании. М.: Солон-Пресс, 2006, 720 С.

80. Кирсанов М.Н. Maple 13 и Maplet. Решение задач механики. М.: Физматлит, 2010, 349 С.

81. Коробов В. В., Рушнов Н. П. Переработка низкокачественного сырья. Проблемы безотходной технологии. М., Экология, 1991.

82. Патент на полезную модель № 128959 Российская Федерация. Устройство для изготовления топливной щепы из лесосечных отходов / В.И. Патякин, Б.М. Локштанов, В.В. Орлов. Патентообладатель: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова: опубл.20.06.2013 Бюл.№17.

83. Патент на полезную модель № 129354 Российская Федерация. Устройство для про-

изводства топливной щепы из лесосечных отходов / В.И. Патякин, Б.М. Локштанов, В.В. Орлов. Патентообладатель: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова: опубл.27.06.2013 Бюл.№18.

84. Патент на полезную модель № 129355 Российская Федерация. Система производства топливной щепы из лесосечных отходов / В.И. Патякин, Б.М. Локштанов, В.В. Орлов. Патентообладатель: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова: опубл.27.06.2013 Бюл.№18.

85. Патент на полезную модель № 143554 Российская Федерация. Средство для транспортирования древесной щепы / А. А. Ржавцев, А. Н. Комяков, Б. М. Локштанов, И. В. Бачериков, В.В. Орлов Патентообладатель: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова: опубл.27.07.2014 Бюл.№21.

86. Патент на изобретение № 2537529 Российская Федерация. Способ переработки топливной щепы из лесосечных отходов в условиях лесосеки / В. И. Патякин, Б. М. Локштанов, В. В. Орлов Патентообладатель: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова: опубл.10.01.2015

87. Локштанов Б.М. Технология производства щепы из лесосечных отходов [Текст] / Локштанов Б.М., Глуховский В.М., Орлов В.В. // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов из древесины: пиломатериалы, фанера, плиты, деревянные дома заводского изготовления, столярно-строительные изделия». 27-28 марта 2009 г. СПб.: НП «НЦО МТД». Т.2 с. 146-150

88. Локштанов Б.М. Системы производства щепы из лесосечных отходов для производства древесных гранул [Текст] / Локштанов Б.М., Орлов В.В. // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию лесоинженерно-го факультета Воронежской гос. лесотехнической академии "Ресурсосберегающие и экологически перспективные технологии и машины лесного комплекса" 17-19 сентября 2009г., ГОУ ВПО «ВГЛТА» Воронеж 2009г., с.124-128

89. Локштанов Б.М. Прессованный древесный материал для котельных [Текст] / Локштанов Б.М., Орлов В.В. // Технология и оборудование лесопромышленного комплекса: Сборник научных трудов/ под ред. В.И. Патякина, Вып. 3. СПбГЛТА, 2009. с. 37-42.

90. Локштанов Б.М. Подготовка древесного сырья для производства древесных гранул [Текст] / Локштанов Б.М., Глуховский В.М., Орлов В.В. // Материалы международной научно-практической конференции "Современные проблемы механической технологии древесины" СПб, 26 марта 2010, под ред. В.В. Сергеевичева, А.Н. Чубинского. СПб.:

СПбГЛТА. 2010. с. 140-145.

91. Бачериков И.В. Снижение влажности щепы из лесосечных отходов [Текст] / Баче-риков И.В., Орлов В.В. // Материалы девятой международной научно-практической интернет-конференции. Сентябрь 2012/ Под ред. авторов; Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова» - Санкт-Петербург, 2012. с.87-89.

92. Локштанов Б.М. Технология лесозаготовок на ветролесоповальных участках [Текст] /Локштанов Б.М., Бачериков И.В., Теппоев А.В., Орлов В.В. // Технология и оборудование лесопромышленного комплекса: сборник научных трудов. Выпуск 6 / Под ред. В.И. Патякина.. - СПб: СПбГЛТУ, 2013. - 236 с.

93. Локштанов Б.М. Технология производства топливной щепы из лесосечных отходов [Текст] / Локштанов Б.М., Орлов В.В. // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы Международной научно-технической конференции. -Вологда: Во-ГТУ 2013 с. 118-120

94. Локштанов Б.М. Устройство для производства топливной щепы из лесосечных отходов и ее очистка от минеральных включений [Текст] / Локштанов Б.М., Бачериков И.В., Орлов В.В. // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы, научно-технической конференции.- Вологда: ВоГУ, 2014. с.47-51

95. Локштанов Б.М. Определение объемов порубочных остатков на лесосеке, их измельчение и перевозка [Текст] / Локштанов Б.М., Суворова Н.А., Орлов В.В. // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы, научно-технической конференции.- Вологда: ВоГУ, 2014. с. 57-60

96. Локштанов Б.М. Обезвоживание и очистка топливной щепы в условиях лесосеки [Текст] / Локштанов Б.М., Бачериков И.В., Орлов В.В. // Леса России XXl века [Текст]: Материалы одиннадцатой Международной научно-технической конференции-СПб

:СПбГЛТУ ,2014. № 1, с. 160-166

97. www.zhsk594.ru/teplo.html

98. Фихтенгольц Г.М. Основы математического анализа. В 2-х томах. М. Изд.:Наука, 1968 463 с.

99. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б.Н. Уго-лев, издательство: МГУЛ, 2005. -340 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Виды лесосечных отходов

Рисунок П 1.1 Лесосечные отходы после харвестерной заготовки

Рисунок П 1.2. Характер лесосечных отходов при работе ВПМ

Рисунок П 1.3. Характер лесосечных отходов при работе форвардера

Технологии лесозаготовок и производства щепы из лесосечных

отходов

Заготовка древесины деревьями и производство щепы из лесосечных

отходов

При заготовке древесины деревьями валку деревьев производит вальщик или валочно-пакетирующяя машина (ВПМ) (рис. П 2.1. в) или валочно-трелевочная машина (ВТМ) (рис. П 2.1. б). Деревья на пункт погрузки трелюет трелевочный трактор с лебедкой и щитом (рис. П 2.1. а) или с клещевым захватом (рис. П 2.1. г).

д е

Рисунок П 2.1. Лесозаготовительная техника при заготовке деревьями

Трелевку осуществляют или комлями вперед, или вершиной вперед. Во втором случае часть веток и сучьев обламываются и остаются на волоке. На пункте погрузки деревья формируют в штабель и с помощью погрузчика (рис. П 2.1. д) деревья погружают на автомобиль с прицепом-роспуском (рис. П 2.1. е) и перевозят на лесопромышленный склад. На лесопромышленном складе производят очистку деревьев от сучьев с помощью различных установок, например Л0-30.

Ветки и вершины, отделенные от стволовой части дерева на лесопромышленном складе, собирают и направляют или к участку рубки их на топливную щепу, где установлена стационарная рубительная машина, или рубят передвижной (мобильной) рубительной машиной, а щепу загружают в контейнеры (или в тракторную тележку). Щепу перевозят к котельной или перегружают в автомобильный или железнодорожный транспорт для отгрузки потребителям (рис. П 2.2).

1 Л Е С 0 С Е К а Лесопзочьш я и Н >1 и Г К ,1 3 в 1

1 Валка ТрелеВка Погрузка | Разгрузка Очистка от

1 Зере&ьеб йерейьеб ! сучьеб

1 !

Рубка на щепу

1

Рисунок П 2.2. Технологическая схема лесозаготовок деревьями и производства топливной щепы из веток и вершин на лесопромышленном складе

Следует отметить, что заготовка деревьями в России составляет в настоящее время очень малую величину - 4...5 % и с каждым годом сокращается. Это связано с тем, что перевозить деревья с кроной можно только по лесовозным дорогам без встречного движения, так как ширина воза может составить 3,5...6,0 м, что значительно превышает габариты автомобиля по ширине.

Кроме того, на лесопромышленном складе (нижнем складе) необходимо создавать массивные установки по очистке деревьев от сучьев. Создание высокопроизводительных компактных установок для очистки деревьев от сучьев непосредственно на лесосеке вытесняет способ заготовки деревьями на способы заготовки хлыстами или сортиментами.

Заготовка хлыстов и производство топливной щепы из лесосечных

отходов

Заготовка хлыстов может производиться по различным технологиям: очистка деревьев от сучьев и вершин и получение хлыстов осуществляется на лесосеке, при этом отходы разбросаны по всей территории лесосеки;

очистка деревьев от сучьев и вершин с получением хлыстов на волоке, при этом лесосечные отходы сосредоточены на волоке;

очистка деревьев от сучьев и вершин производится на пункте погрузки, при этом лесосечные отходы сосредотачиваются на пункте погрузки.

Технология заготовки хлыстов указана на рис. П 2.3, а техника для валки деревьев, трелевки деревьев или хлыстов указана на рис. П 2.1, а;2.1, б; 2.1, в.

При сплошных рубках механизированным способом (вальщиком с бензопилой) (рис. П. 2.3, а) и хлыстовой заготовке древесины лесосечные отходы разбросаны по всей территории пасеки (лесосеки). Естественно, что собирать такие отходы затруднительно.

Еще в 60-е годы XX века была создана специализированная техника для сбора лесосечных отходов - механизированные подборщики (грабли) (рис. П 2.4) и трактор с прицепом и манипулятором (рис. П 2.5). С помощью граблей лесосечные отходы собирают в кучки, расположенные вдоль пасечного волока. С помощью манипулятора трактор собирает эти отходы, передвигаясь по волоку, и грузит их в тракторную тележку -прицеп. После заполнения прицепа отходами их трелюют на пункт погрузки, разгружают и подают в мобильную рубительную машину. Полученную топливную щепу грузят в контейнер или автощеповоз, который направляют к котельной или к другим потребителям.

Другой способ работы с лесосечными отходами, разбросанными по лесосеке, основан на том, что для сбора лесосечных отходов и производства из них щепы в последнее время применяют комбайны -многооперационные машины, которые манипулятором собирают отходы и загружают ими рубительную машину, смонтированную на шасси трактора. Нарубленная щепа через щепопровод направляется в бункер, расположенный на тракторе. При заполнении бункера щепой комбайн трелюет щепу на пункт погрузки, где располагается контейнер или щеповоз. Комбайн перекидывает щепу из бункера в щеповоз путем опрокидывания самого бункера. Комбайн выполнен на шасси колесного трелевочного трактора (форвардера). Применение комбайна отображено в схеме рис. П 2.3, б.

При способе заготовки хлыстов, основанном на валке деревьев под углом к волоку и очистке деревьев от сучьев (рис. П 2.3, в), значительная часть отходов сосредотачивается на волоке или рядом с ним, тогда используют трактор с манипулятором и с кузовом для сбора лесосечных отходов. Использование колесного форвардера для этих целей возможно, но коники у обычного трактора, предназначенного для трелевки бревен, расположены редко и часть лесосечных отходов может вывалиться из такого кузова. Кроме того, лесосечные отходы имеют очень низкий коэффициент полнодревесности - 0,15...0,2, и заполненный лесосечными

отходами кузов трактора в результате будет перевозить мало самой древесины (отходов). Требуется эти отходы уплотнить. Для этого разработаны специальные тракторы с кузовом, имеющим подвижные коники или борта, с помощью которых лесосечные отходы уплотняют в 1,5... 1,7 раза (рис. П 2.6). Трелевочный трактор трелюет лесосечные отходы на пункт погрузки, где имеются мобильная рубительная машина и щеповоз.

Технология заготовки хлыстов, основанная на валке деревьев, трелевке деревьев на пункт погрузки и получении хлыстов путем очистки их от сучьев с помощью передвижной сучкорезной машины (рис. П 2.7) позволяет сосредотачивать лесосечные отходы на пункте погрузки (см. рис. П 2.3, г). На пункте погрузки лесосечные отходы с помощью передвижной рубительной машины рубят на топливную щепу и загружают ее в щеповоз.

Практикуется технология производства хлыстов на пункте погрузки, а образующиеся лесосечные отходы перегружают на лесовозы с кузовом большой емкости и перевозят их на лесопромышленный склад, где установлена стационарная рубительная машина для производства топливной щепы непосредственно у котельной (см. рис. П 2.3, д).

Погрузка хлыстов на пункте погрузки осуществляется погрузчиком ПЛ-1 (см. рис. П 2.1, д), вывозка хлыстов осуществляется хлыстовозами (см. рис П 2.1, е), а также хлыстовозами, снабженными манипуляторами (рис. П 2.8), в этом случае погрузчик не требуется.

Перевозка лесосечных отходов на дальние расстояния, несмотря на применение кузовов большой емкости, экономически невыгодна из-за низкого коэффициента полнодревесности лесосечных отходов. Более рационально прессовать эти отходы в пакеты, а пакеты перевозить лесовозами. Для осуществления этой технологии созданы пакетирующие машины на базе форвардера. При этом пакет имеет следующие характеристики: длина 3...4 м, диаметр 0,7...1,2 м, коэффициент полнодревесности уже может составить 0,35...0,40. Масса пакета зависит от породы древесины и ее влажности и составляет ~ 300...600 кг. Пакет обвязан синтетической лентой. Пакеты на лесопромышленном складе или распускают, или, если позволяет патрон рубительной машины, целиком подают на рубку вместе с обвязкой.

Рисунок П 2.3. Технологические схемы заготовок хлыстов и производства щепы из

лесосечных отходов

/

Рисунок П 2.4. Грабельный подборщик сучьев для очистки лесосек: 1 - базовый

трактор; 2 - грабли подвижные.

Рисунок П 2.5. Трактор-подборщик с кузовом или с прицепом для очистки лесосек: 1 -базовый трактор; 3 - манипулятор с челюстным захватом; 4 - кузов или прицеп

а б

Рисунок П 2.6. Трелевочный трактор (форвардер) для транспортировки лесосечных отходов: а - платформа форвардера Ponsse Buffalo; б - грузовая подвижная платформа

TimberPro 810B

Рисунок П 2.7. Передвижная сучкорезная Рисунок. П 2.8. Лесовоз-хлыстовоз с машина ЛП-33 гидроманипулятором

Заготовка сортиментов и производство топливной щепы из

лесосечных отходов

Заготовка сортиментов может производиться по различным технологиям:

• производство сортиментов на лесосеке, при этом лесосечные отходы разбросаны по лесосеке (отходы на волоке или возле волока на расстоянии 3...10 м);

производство сортиментов на пункте погрузки, при этом и лесосечные отходы сосредоточены на пункте погрузки.

Сортиментная технология заготовки древесины получает все большее распространение в мировой практике лесозаготовок, в том числе и в России. Сортиментная технология известна давно, но с появлением современных высокопроизводительных машин (рис. П 2.9, П 2.10) эта технология вытесняет другие виды лесозаготовок.

Рисунок П 2.9. Многооперационная лесозаготовительная машина (харвестер) для производства сортиментов на лесосеке фирмы Johne Deere 1270D Eco 111: 1 -харвестерная головка; 2 - манипулятор

Рисунок П 2.10. Колесный трелевочный трактор (форвардер) для трелевки сортиментов

John Deere 1010D Eco 111

Производство сортиментов на лесосеке возможно осуществлять по технологии лесозаготовок с привлечением вальщика с бензопилой и

трелевочного трактора с манипулятором и кузовом для перевозки сортиментов (форвардер). При этом лесосечные отходы разбросаны по всей лесосеке (Рис. П 1.1). Сбор лесосечных отходов и их трелевку может осуществить сам трелевочный трактор - форвардер, который трелюет лесосечные отходы на пункт погрузки, где производят щепу (рис. П 2.11,

а).

По такой же технологии лесозаготовок осуществляют заготовку сортиментов, но образовавшиеся лесосечные отходы собирает комбайн, рубит на щепу и загружает щепой бункер. При заполнении бункера щепой ее трелюют на пункт погрузки и перегружают в автощеповоз (рис. П 2.11,

б).

Технология лесозаготовок, основанная на применении многооперационной лесозаготовительной машины - харвестера (см. рис. П 2.9.), позволяет одной машиной производить валку деревьев, очистку их от сучьев и раскряжевку на сортименты. Так как харвестер манипулятором может подтаскивать сваленные им деревья к волоку, то лесосечные отходы сосредотачиваются на волоке или возле волока на расстоянии 6...8 м от волока (см. рис. П 1.1).

При этом сбор лесосечных отходов и их трелевку до пункта погрузки осуществляет трелевочный трактор - форвардер (см. рис. П 2.10.), имеющий кузов с раздвижными бортами, или кониками (см. рис. П 2.6.). На пункте погрузки лесосечные отходы рубят на щепу и грузят ее в автощеповоз (см. рис. П 2.11.,в).

По такой же технологии заготавливают сортименты, а сбор отходов и их рубку на щепу осуществляет комбайн (рис. П 2.13). Он же трелюет щепу на пункт погрузки и перегружает ее в автощеповоз. Технологическая схема данного процесса представлена на рис. П 2.11, г.

Валка

Очистка от Трелевка Погрузка

сучьей Т сортиментов сортиментов

Раскряже&ка

С5ор отхойоС

РуБка

Т'реле&ка

Погрузка щепы

Валка

Очистка от суньеВ

Раскряжевка

1

ТрелеЙко сортиментов

Погрузке сортиментов

Сйор отходов

Трелевка

Пакетирование отхоЗов

Погрузка

Перевозка

РуВка на щепу

Валка

Очистка от сучьей

Раскряжевка Трелевка Погрузка сортаментов

Рубка сортиментов

Трелевка щепы Погрузка щепы

Рисунок П 2.11. Технологические схемы сортиментной лесозаготовки и производства

щепы из лесосечных отходов

В отличие от предыдущих схем производство щепы из лесосечных отходов возможно осуществлять на лесопромышленном складе, но лесосечные отходы доставляют на склад уже в пакетах. Пакеты формирует машина (рис. П 4.1). Схема технологического процесса в данном случае примет вид, представленный на рис. П 2.11, д.

Принцип «Чем меньше машин на лесозаготовках, тем лучше экологические показатели» привел к тому, что была создана многооперационная машина, которая валит деревья, очищает их от сучьев, раскряжевывает на сортименты, собирает лесосечные отходы, рубит их на щепу, щепу загружает в свой бункер, трелюет щепу на пункт погрузки и перегружает ее в автощеповоз (или в контейнер) (см. рис. П 3.7). Однако такая машина получилась очень тяжелой и дорогой. Сортименты, полученные в результате работы такой машины, трелюет форвардер на пункт погрузки. Схема технологического процесса с такой техникой отображена на рис. П 2.11, е.

Заготовка древесины щепой

В последние 20 лет древостои уже начали рассматривать в большей мере как сырье для получения тепловой энергии. Искусственно выращивают быстрорастущие породы древесины для этих целей на плантациях. Например, в странах Северной Европы выращивают иву, которая за 4...5 лет может дать 400...500 м /га древесной биомассы. Это

почти в два раза больше биомассы, чем сейчас мы в России получаем с 1 га лесосеки при сроках произрастания хвойной древесины 50...60 лет.

В южных странах в благоприятных климатических условиях урожай на древесных плантациях можно получить в 1,5...2,0 раза больший. Однако в таком случае мы уже не получим сортименты: пиловочник, балансы, фанерный кряж, шпальный кряж и т.п., из которых вырабатывают пиломатериалы, фанеру, шпалы, столбы, рудничную стойку и другую продукцию.

Большие проблемы уже в мировом масштабе возникают из-за потепления климата. Угрозу представляют леса, зараженные вредителем -сосновиком. Так, например, в Канаде в 2007...2009 годы было забраковано несколько десятков миллионов гектар лесов, пораженных вредителями. Такие леса подлежали полному и скорейшему уничтожению. В этом случае лесозаготовки уже нельзя рассматривать как санитарные рубки -это бедствие, и задача должна быть решена немедленно.

В данном случае древесину решили превращать в щепу и быстро перерабатывать уже полученную щепу. Одним из решений в Канаде стало производство прессованных древесных гранул (пеллет) на специальных площадках, укомплектованных передвижными пеллетными заводами.

Еще одна проблема - пожары в лесных массивах. Как убрать подгоревшую древесину и подготовить эти участки к посадкам -возрождению леса?

Одним из эффективных решений является производство из подгоревшей древесины топливной щепы.

Технология заготовки древесины в виде щепы может быть представлена несколькими схемами, связанными с применением мобильных рубительных машин:

производство щепы из целых деревьев, трелюемых или доставленных на пункт погрузки или на специальную площадку, где установлена мощная мобильная рубительная машина и организована перевозка щепы в больших масштабах;

производство щепы из целых деревьев, трелюемых на пункт погрузки, перегрузка их на автомобиль-хлыстовоз и доставка на специально оборудованную площадку, где их рубят на щепу;

производство технологической щепы для целлюлозно-бумажных и плитных производств, включая очистку деревьев от сучьев, окорку и рубку древесины и здесь же производство - топливной щепы из сучьев, веток, вершин на базе мощных мобильных комплексов.

Производство щепы из целых деревьев у пня срезающе-рубительно-трелевочной машиной, осуществляющей срезание деревьев по типу валочно-пакетирующей машиной и опускание дерева в вертикальном положении на горизонтальный диск рубительной машины, установленной на том же манипуляторе, а щепу лопатками диска через щепопровод

передают в бункер, расположенный на раме машины или прицепленный к машине.

Производство щепы из целых деревьев предусматривает применение мобильной рубительной машины с большим патроном. В такой технологии рубительную машину перемещают либо на пункт погрузки (верхний склад) (рис. П 2.12, а), либо на специальную площадку, на которой располагают мощную мобильную машину, обеспечиваемую древесным сырьем от нескольких бригад заготовителей (рис. П 2.12, б). В последнем случае заготовку ведут в два этапа: первый - заготовку деревьев, включая валку, трелевку до пункта погрузки, перегрузку деревьев на лесовозы, перевозку и разгрузку деревьев на специальную площадку, и второй этап -производство щепы из целых деревьев, погрузку щепы в щеповозы. В связи с тем, что с этой площадки перевозят щепу в больших количествах, то здесь организуют и кучевое хранение щепы, и ее перегрузку из кучи в щеповозы при помощи погрузчика (рис. П 2.13).

Площадку организуют вблизи автодороги общего назначения, так как объемы перевозки щепы значительны - до -100 пл. м в час или до 700 пл. м3/сут.

Способ заготовки щепы непосредственно у пня отражен на схеме рис. П 2.12,в. Применяют и самоходный лесозаготовительный комплекс а также мощные мобильные комплексы для производства как технологической, так и топливной щепы из целых деревьев но при этом деревья трелюют на специальную площадку, где установлен мобильный комплекс (см. рис. П

"3

2.12, г). Производительность этого комплекса значительна: 500 000 м технологической щепы в год и около 100000 м топливной щепы (дробленки), включающей дробленые ветки, вершины и кору.

а,

Рисунок П 2.12. Технологические схемы процессов заготовки древесины щепой

Рисунок П 2.13. Погрузчик щепы фирмы Liebherr

В последнее время большой проблемой становится переработка деревьев диаметром до 16 - 22 см от рубок ухода и мелколесья, так как они представляют собой сырье для выработки продукции (технологической щепы) для ЦБП. В связи с этим компания Peterson Corporation (USA) разработала мобильный комплекс DDC 5000 для производства технологической щепы из целых мелких деревьев. Комплекс включает: сучкорезное устройство, окорочное устройство, рубительное устройство, манипулятор, приемное устройство для деревьев, транспортеры для удаления измельченной топливной щепы (дробленки), полученной из веток, вершин и коры, щепопровод для загрузки технологической щепы в щеповозы.

Комплекс смонтирован на трейлере и может передвигаться с помощью трактора или тягача (рис. П 2.14).

Комплекс Peterson Corporation DDC 5000 может перерабатывать деревья до минимального размера в вершине 5...6 см и вырабатывать

"5

технологическую щепу в объеме 500 000 м в год. На лесосеке этот комплекс обеспечивают сырьем 13 единиц техники, в том числе:

- сам комплекс - 1 единица;

- валочно-пакетирующая машина TimberPro - 3 единицы;

- скиддер (трелевочный трактор) TimberPro - 3 единицы;

- щеповозы с емкостью кузова 110 м - 6 единиц при перевозке щепы до 100 км.

Двигатель Са1егрШег Сверх прочный диск

" рубильнои машины

Рисунок П 2.14. Мобильный комплекс для производства технологической и топливной

щепы из целых мелких деревьев

Мобильные рубительные машины

Рисунок П 3.1. Самоходная рубительная установка ЛО-63Б: 1 - база трелевочной машины ЛП-18А; 2 - манипулятор; 3 - цепной привод диска машины; 4 - отводящий щепопровод; 5 - диск машины; 6 - механизм подачи сырья к ножам диска; 7 -грейферный захват; 8 - карданные валы механизма подачи; 9 - редуктор

в г

Рисунок П 3.2. Самоходные рубительные машины: а - ДОП-1; б - Farmi Forest CH-260;

в - Farmi Forest CH-160; г - Kesla C1060

а б

Рисунок П 3.3. Передвижные рубительные машины: а - VERMEER; б - BANDIT 2400

Рисунок П 3.4. Общий вид прицепной рубительной установки УРП-1: 1 - трактор Т-

150^ 2 - гидроманипулятор; 3 - щепопровод; 4 - механизм подачи сырья; 5 -наклонный двухножевой диск; 6 - платформа прицепа; 7 - аутригеры; 8 - грейферный

захват

Рисунок П 3.5. Модель прицепной рубительной машины фирмы KESLA

Рисунок П 3.6. Самоходный рубительный комбайн Bruks 805.2 STC

Рисунок П 3.7. Самоходный лесозаготовительный комбайн Silvatec 878 CH Wood

Chipper

Пакетирование лесосечных отходов

Технология сбора и пакетирования лесосечных отходов разработана сравнительно недавно. Наибольших успехов в разработке этой технологии достигли кампании John Deere и Valmet

Одна из главных проблем использования лесосечных отходов -проблема логистики. Лесосечные отходы неоднородные по своему составу и транспортировка их навалом занимает большие объемы. Что можно сделать? Уплотнить отходы или привести их к однородной массе, например, переработать их на топливную щепу. Сравнительный анализ показывает, что наименьший объем занимают пакеты (англ. «bundles»). Пакеты представляют собой уплотненные лесосечные отходы в форме цилиндров (рис. П 4. 1).

Рисунок П 4.1. Внешний вид пакетов из лесосечных отходов

а б

Рисунок П 4.2. Подборщики-пакетировщики лесосечных отходов фирм: а - John Deere 1490D; б - Valmet Wood Pac

Для транспортировки пакетов с лесосеки (с верхнего склада) до специальной площадки (склада) обычно используют стандартные форвардеры, но могут применяться и колесные трактора сельскохозяйственного назначения с прицепными тележками, оснащенными гидроманипуляторами.

Рисунок П 4.3. Технологическая последовательность сбора лесосечных отходов, формирования пакетов, транспортировки их к теплостанции для сжигания и получения

энергии

Для измельчения пакетов требуется довольно мощное и достаточно дорогое оборудование. Такое оборудование доступно только крупным энергетическим компаниям. Это является одним из препятствий для широкого внедрения технологии пакетирования и сжигания лесосечных отходов. Решение этой проблемы для малых энергетических станций сегодня видится в использовании мобильных рубительных машин.

Строение древесины

П 5. (к разд.1.3.2.)

Рисунок П 5.1. Схема макроскопического строения древесины сосны: ГС - годовой

слой; СЦ - сердцевинный луч; ВСХ - вертикальный смлояной ход; РТ - ранние трахеиды; ПТ - поздние трахеиды; ЛТ - лучевые (горизонтальные) трахеиды; ОП -

окаймленная пора.

Рисунок П 5.2. Схема строения ствола лиственной древесной породы (березы) ГС -годичный слой, Л - либриформ, С - сосуды, СП - сердцевинные лучи (по Вихрову)

П 6. ( к разд.1.3.4)

Требования к качеству щепы

3/ \2 м

Рисунок П 6.1. Схема анализатора щепы АЛГ-М

Размеры щепы

Таблица П.6.1

Марка щепы Длина, мм Толщина, мм, не более

по ГОСТ 15815-83

Ц-1, Ц-2, Ц-3 15-25 5

ГП-1, ГП-2, ГП-3 5-35 5

ПВ 10-35 5

ПС 10-60 30

по ТУ-13-735-83

ЭЩ 5-50 20

Таблица П.6.2 Назначение щепы по ГОСТ 15815-83

Марка щепы Назначение щепы по ГОСТ 15815-83

Ц-1 Сульфитная целлюлоза и древесная масса, предназначенные для изготовления бумаги с регламентируемой сорностью

Ц-2 Сульфитная целлюлоза и древесная масса, предназначенные для изготовления бумаги и картона с не регламентируемой сорностью, сульфатная и бисульфат-ная целлюлоза, предназначенные для изготовления бумаги и картона с регламентируемой сорностью

Ц-3 Сульфатная целлюлоза и различные виды полуцеллюлозы предназначенные для изготовления бумаги и картона с не регламентируемой сорностью

ГП-1 Спирт, дрожжи, глюкоза и фурфурол

ГП-2 Пищевой кристаллический ксилит Т

ГП-3 Фурфурол и дрожжи при двухфазном гидролизе

ПВ Древесноволокнистые плиты

ЭЩ Топливной (энергетической) щепе по ТУ 13-735-83 Использование в энергетических целях. Примесь к щепе марки Ц-3 в количестве не более 10% без нарушений качества по табл. 1.5 и 1.6.

Таблица П.6.3

оказатели качества щепы по засоренности

Показатели Норма для качества марок щепы

Ц-1 Ц-2 Ц-3 ГП-1 ГП-2 ГП-3 ПВ ПС ЭЩ

Массовая доля коры, % не более 1,0 1,5 3,0 11,0 3,0 3,0 15,0 15,0 не регламентируется

Массовая доля гнили, % не более 1,0 3,0 7,0 2,5 1,0 1,0 5,0 5,0 Не регламентируется

Массовая доля минеральных примесей, % не более не до-пускаются 0,3 0,3 0,5 Не до- пускаются 0,3 1,0 0,5 до 8

Обугленные частицы не д о п у с к а ю т с я не регламентируется

Металлические включения не д о п у с к а ю т с я

Таблица П.6.4_Фракционный состав щепы

Показатели Норма для качества марок щепы

Ц-1 Ц-2 Ц-3 ГП-1 ГП-2 ГП-3 ПВ ПС ЭЩ

Массовая доля остатков

на ситах с отверстиями диаметром: 30 мм, не более 3,0 5,0 6,0 5,0 5,0 5,0 10,0 5,0 50,0

20 и 10 мм, не более 86,0 84,0 81,0 90,0 90,0 94,0 79,0 85,0

5 мм, не более 10,0 10,0 10,0 10,0 50,0

на поддоне, не более 1,0 1.0 3,0 5,0 5,0 1,0 1,0 10,0

П 7. (к разд.1.3.7.) К расчету коэффициента полнодревестности щепы

Расчет коэффициента полнодревесности щепы при перевозке ее автомобильным транспортом производится следующим образом.

Величина коэффициента полнодревнесности щепы рассчитывается по формуле

к =

V

нас

отсюда

(П 7.1)

где Упл - объем измельченного сыпучего материала (щепы, опилок, коры) в плотной

3 3

мере, пл. м ; Унас - насыпной объем материала, нас. м ; К - коэффициент полнодревесности.

-5

Плотный объем материала Унас, пл. м , можно выразить через плотность материала р и его массу т:

ш

(П 7.2)

р 4 у

пл

Если взвесить щепу (опилки или кору), находящуюся в кузове автомобиля, и знать объем кузова, который был заполнен грузом полностью (до движения автомобиля), то можно определить коэффициент полнодревесности:

т

к = (П7.3)

г нас

Так как плотность древесины (щепы) величина не постоянная - она зависит от влажности материала р = f(w), нужно определить величину влажности древесины (щепы).

Такой метод расчета применяется при весовом способе определения уже плотного объема насыпного материала (щепы).

т

Vm=- = Vwe-K. (П7.4)

Насыпной объем сыпучего материала, например, щепы, в процессе перевозки может уменьшаться (за счет уплотнения, например, щепы от вибрации кузова), это приводит к увеличению коэффициента полнодревесности К.

т з

р =- кг/нас. м .

h V

-5

Емкость (ящик) объемом V = 1 м заполнена щепой, соответствующей ГОСТу 15815-83 (сосна, влажностью 45 % отн. 90% абс., плотностью ря =800 кг/м3). При свободной отсыпке в ящике

разместилось кн1=1 нас. м3щепы, масса которой составила т81= 288кг.

Подставив эти значения в формулу (П 7.4.), получим значение коэффициента полнодревесности щепы К1:

^т/ = ^ = 0,36. 1 /Р 800-1

Тогда плотный объем щепы Упл1 рассчитаем по формуле:

=уи1 -К = 1-0,36 =0,36 пл. м3,

а насыпной объем будет Уи1 = 1 м3, плотность насыпного объема щепы:

ш

рн1 =-= 288 кг/м3.

Кг

Ящик со щепой установили на вибростол и включили стол на 1...2 с. Щепа немного осела - уплотнилась. Замерив величину оседания, мы подсчитали объем щепы в ящике - объем составил Ун2 = 0,85 м3. Масса щепы в ящике осталась прежней т:<1 = т:<] = 288 кг, плотный объем щепы

_ тх - п 'гл ттт

пл 2

остался прежний = = 0,36 пл. м3, однако изменилась насыпная

плотность щепы:

Рн2 - ——-338кг/м3. Ка 0,85

и коэффициент полнодревесности щепы:

V 0,36 К, = -22- = — = 0,42.

МЪ2 0,85

3

м

При включении вибрации уплотнение продолжилось, но при продолжительности вибрации ~ 60 с уплотнение прекратилось (рис. П 7.). Таким образом, насыпной объем щепы в ящике уменьшился до Ун3= 0,65 а масса щепы в ящике осталась прежней тё3 = тё2 = тё1 = 288 кг. Плотность насыпного объема щепы увеличилась до

ш£1= 288 =440 Кз 0,65

а плотный объем щепы остался прежний

^3=^2=^=0,36 кг/м3, тогда коэффициент полнодревесности щепы увеличился до

V , 0,36 К, = = -— = 0,55. К в 0,65

Таким образом, коэффициент полнодревесности для данного вида измельченной древесины (щепы) имеет предел к = 0,55.

Если, изменив условия, произвести засыпку щепы в ящик уже при включенном вибраторе, то получим данные, представленные на рис. П 7.1.

Д-

Насыпной объем щепы составил Ун4 = 1 м3, масса щепы в ящике увеличилась до т:;4 = 440 кг, плотность насыпного объема увеличилась до рн4 = 440 кг/м3, коэффициент полнодревесности будет (формула 9.8):

1>,-1',и 800-1

-5

Плотный объем щепы в ящике составил У1п4 =Ун4-К4= 1 • 0,55 =0,55 пл. м .

Так рассчитывается коэффициент полнодревесности щепы при искусственном уплотнении ее вибрацией. Коэффициент полнодревесности изменился под воздействием вибрации от 0,36 до 0,55 (для данной щепы). Изменения коэффициента полнодревесности приведены в ГОСТ 15815-83 для щепы и в ГОСТ 18320-78 для опилок при перевозке авто- и железнодорожным транспортом.

А.

В.

С.

V = 1 м3; Кн1=1м3;

р =800 кг/м3; £

рн1 = 288 кг/м3; гш1 =0,36 пл. м3; т х = 288 кг ; К = 0,36.

V = 1 м3; Кн2=0,85 м3;

=800 кг/м3; р^ =338 кг/м3; т82 = т81 = 288 кг;

^=^-1= 0,36 м3; К2 = 0,42.

V =1м"; ^ = 0,65 м3; р^ =800 кг/м3; рн3 = 440 кг/м3;

-0,36 пл. м

з.

= тг2 = тг\ = 288 кг; К, =0,55.

Б.

¥ = 1мд; Гн4=1м3; р^ =800 кг/м3; рн4 =440 кг/м3; = 0,55 пл. м"; т 4 = 440 кг ; К4 =0,55.

Рисунок П 7.1. Процесс уплотнения щепы вибрацией: А - щепа до уплотнения; В -щепа с начальным уплотнением; С - уплотненная щепа; D - уплотненная щепа во

время засыпки

Результаты определения теплотворной способности древесных отходов (топливная щепа), проведенных кафедрой Теплотехники

СПбГЛТУ

Таблица П 8.1. Состава рабочей массы топлива из древесных отходов (опилки)