Повышение эффективности использования древесных отходов лесозаготовок путем производства из них топлива для газогенераторных установок

На правах рукописи

Глядяев Сергей Олегович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ

ОТХОДОВ ЛЕСОЗАГОТОВОК ПУТЕМ ПРОИЗВОДСТВА ИЗ НИХ

ТОПЛИВА ДЛЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК

05.21.01. – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Архангельск - 2009

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им.С.М.Кирова

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Беленький Юрий Иванович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Мартынов Борис Григорьевич

кандидат технических наук

Ведущая организация Братский государственный технический

университет

Защита диссертации состоится « » 2009 г. в часов на заседании диссертационного Совета Д.212.008.01 в Архангельском государственном техническом университете (наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд.228).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Земцовский А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективное использование природных возобновляемых ресурсов на базе их устойчивого воспроизводства в условиях улучшения экологии окружающей среды является одним из основных направлений развития лесной отрасли народного хозяйства. Работа машин и оборудования в лесной промышленности производится на сжигании дорогостоящих и токсичных нефтепродуктах. Поэтому актуальным становится с одной стороны замена не возобновляемого топлива возобновляемым, и с другой создание на его основе эффективных и рентабельных технических установок, способных обеспечить автономным теплом и энергией лесозаготовительное производство в лесу и на лесопромышленном складе. Имеющиеся значительные запасы низкокачественной древесины и отходов лесозаготовки являются основой для развития биоэнергетической промышленности, способной решать задачу энергетической и экологической безопасности регионов.

Древесные отходы лесозаготовок после естественной сушки удовлетворяют условиям автогенного горения: влажность меньше 50%, зольность меньше 60%, горючая масса больше 25%/

Технологическая схема полной газификации в газогенераторных установках может рассматриваться как перспективное энерготермическое использование древесного сырья. Целенаправленная работа по развитию биоэнергетики позволит создать технологии, улучшающие экологическую обстановку при их невысокой стоимости.

Газогенераторные двигатели, работающие на продуктах газификации древесины, применялись в годы Великой Отечественной войны, в середине прошлого столетия большое количество газогенераторных станций работало на биотопливе и торфе. Но затем их производство быстро свернулось, и опыт их производства стал мало пригоден. Научно обоснованные методы расчета любых типов газогенераторных установок с дизельным приводом должны быть основаны на решении вопросов качественной подготовки древесного топлива, газофикации древесины, работы на производимом газе и системы регулирования. Это возможно путем проведения экспериментальных исследований на газогенераторной дизельной установке и их аналитического обобщения с целью получения методической базы при проектировании и технического оснащения промышленных установок.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования является процесс производства биотоплива из древесных отходов лесозаготовок. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены на основе технической термодинамики, системного анализа, теории вероятностей и статистики.

Цель работы и задача исследования. Совершенствование технологии лесозаготовки на основе научно обоснованных решений производства качественного древесного топлива из отходов для газогенераторных установок, обеспечивающих автономное воспроизводство энергии в лесу и лесопромышленном складе.

Исходя из поставленной цели, сформулирована задача исследования:

• обосновать оптимальный выбор технологических схем разработки лесосек и оборудование, включающих основной технологический процесс заготовки круглого леса и переработки древесных отходов,
• исследовать качество измельченной древесины, получаемой в стационарных и передвижных рубительных машинах, и определить статистические закономерности формирования её фракционного состава,
• построить математическую модель естественного способа сушки древесных отходов,
• провести экспериментальные исследования на лабораторной газогенераторной установке.
• разработать методику расчета основных массогабаритных параметров газогенераторной установки с газодизелем.

Научные положения, выносимые на защиту :

• статистический детерминизм формирования фракционного состава измельченной древесины в рубительных машинах,
• выбор и обоснование оптимальных технологических процессов лесосечных работ с переработкой древесных отходов,
• математическая модель атмосферной и транспирационной сушки древесины,
• аналитическое обобщение результатов работы лабораторной газогенераторной установки на древесных отходах,
• методика расчета основных параметров газогенераторных установок на древесных отходах в качестве автономных тепло-энергетических установок для лесопромышленных предприятий.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается аналитическим обобщением экспериментальных исследований, корректностью принятых допущений при формулировании математической модели с позиции теории статистических инвариантов, теории принятия оптимальных решений

Практическая значимость работы. Результаты выполненных исследований способствуют выбору оптимальных решений ресурсосберегающих технологий переработки древесных отходов на биотопливо и их эффективное использование на лесопромышленных предприятиях

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:

- аналитическое обобщение формирование фракционного состава

измельченной древесины в рубительных машинах с позиции теории

статистических инвариантов,

- математическая модель естественной сушки древесных отходов

лесозаготовок,

- методика расчета основных параметров газогенераторных установок с

дизелем, работающих на горючем газе, производимого из древесных

отходов лесозаготовок,

- рекомендация использования тепла отработанных газов в

газодизеле в качестве сушильного агента для измельченной древесины.

Место проведения. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии на кафедре Технологии лесозаготовительных производств.

Апробация работы. Основные научные положения диссертации обсуждались и были одобрены на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины» (СПб, 2009 г), научно-технических конференциях СПбГЛТА ( 2007-2009 г.г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 5 печатных работ, из них 1 в издании, рекомендованнным ВАК, и монография.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов, списка литературы 133 наименований. Общий объём работы 119 стр., включая 10 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задача исследования, научная новизна и научные положения, выносимые на защиту, а так же практическая значимость.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧА ИССЛЕДОВАНИЯ.

В данном разделе выполнен аналитический анализ четырех основных

типов технологических процессов заготовки древесины целыми деревьями, хлыстами, сортиментный и щепой и переработки получаемых древесных отходов на лесосеке и промышленном складе; образования лесосечных отходов в процессе проведения рубок главного и промежуточного пользования, разнообразия номенклатуры отходов лесозаготовок, древесных ресурсов для биотоплива потенциальных, реальных и экономически доступных. Определение отдельных видов ресурсов древесного сырья основано на использовании аналитического, нормативного и табличного методов. Применение метода зависит от требуемой точности и влияния различных факторов. Реальный объем вторичного сырья в процессе лесозаготовок зависит от принятой технологии и системы машин.

Технологические процессы использования древесных отходов в качестве сырья в последующих производствах предполагают его измельчение с предъявлением соответствующего качества. Комплексное использование лесных ресурсов в целом становится необходимой составляющей рентабельного развития предприятий лесной отрасли

Информация о зольности древесины различных пород, содержание энергии и вещественного состава сжигаемых топлив, представленные соответственно таблицами 1, 2, 3 указывает на то, что использование измельченной древесины в качестве топлива для тепло-энергетических установок является экологически перспективным.

Таблица 1.

Зольность древесины в зависимости от породы.

Порода древесины	Содержание золы в % от абсолютно сухой древесины
Дуб Береза Бук Липа Клен Сосна Ель	1,58 1,1 0,90 - - 1,22 0,8

Поэтому древесным отходам как биотоплива соответствует процесс автогенного горения в тепло-энергетических установках, обеспечивающего благоприятную экологическую обстановку региона.

Аналитический анализ выполнен на основании исследований

Анучина Н.П., Кочегарова В.Г., Бит Ю.А., Меньшикова В.Н., Коробова В.В., Рушнова Н.П., ПатякинаВ.И., Шегельмана И.Р., Васильева С.Б., Гинзбурга Д.Б., Лаутнера Э.М. и других.

Таблица 2

Содержание энергии в одной тонне различных видов топлив.

Вид топлива	кВт/ч	В сравнении с 1 т. Нефти
Нефть	11806	1,0
Уголь	7528	0,63
Кокс	7750	0,65
Дизельное	11806	1,0
Древесный уголь	7861	0,66
Древесное(30% влажности)	1722	0,35