Шрифт - Times New Roman Cyr – размер 11

На правах рукописи
Полежаев Константин Владимирович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА
ЩЕПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
МОБИЛЬНЫМИ МАШИНАМИ ДЛЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНО
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок
и лесного хозяйства
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Петрозаводск – 2009
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении
высшего
профессионального
образования
«Петрозаводский
государственный университет»
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Шегельман Илья Романович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Васильев Сергей Борисович
кандидат технических наук
Паничев Геннадий Павлович
Ведущая организация
Санкт-Петербургская государственная
лесотехническая академия им. С.М. Кирова
Защита диссертации состоится «___» октября 2009 г. в ____ часов на
заседании диссертационного совета Д 212.190.03 в Петрозаводском
государственном университете (185910, Республика Карелия,
Петрозаводск, пр. Ленина, д. 33).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского
государственного университета.
Автореферат разослан «___» _____________ 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
2
Поляков В. В.
О БЩ АЯ Х АРА К Т ЕРИ СТ И К А Р АБО ТЫ
Актуальность темы. В большинстве субъектов Северо-Запада России отсутствуют запасы ископаемых видов топлива, поэтому энергетика
регионов, десятилетиями ориентированная на потребление этих видов
топлива, в настоящее время является остродефицитной. В тоже время
значительный объем древесины (обломки стволов, валежник, дрова),
которая является полноценным заменителем ископаемых видов топлива, не используется.
В этой связи, вовлечение в переработку древесины энергетического
назначения становиться одним из приоритетных направлений работы
лесопромышленного комплекса Северо-Западного Федерального округа
и предполагает значительный эффект от замены угля и мазута местными видами древесного топлива.
Традиционные рекомендации по выбору технологии и состава оборудования для подготовки биомассы дерева к переработке на щепу
энергетического назначения (далее – ЩЭН) носят зачастую разноречивый характер, не учитывают региональные особенности жилищнокоммунального хозяйства (далее – ЖКХ), территориальную разобщенность потребителей и заготовителей энергетического сырья.
Все это предопределяет необходимость ускоренной разработки технических решений, повышающих эффективность использования древесной биомассы путем совершенствования сквозных технологических
процессов ее подготовки и переработки на ЩЭН с использованием
передвижных рубильных машин (далее – ПРМ) для территориально
распределенных потребителей (в настоящее время в Карелии в системе
ЖКХ 467 потребителей топлива (котельных), только 15 из них работают
на ЩЭН, а поставка сырья осуществляется на расстоянии 10…100 км).
Работа соответствует приоритетным направлениям, определенным
Указом Президента РФ от 04.06.2008 г. № 889 «О некоторых мерах по
повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики».
Цель исследований. Разработка технических решений, повышающих эффективность использования древесной биомассы, основанных на
совершенствовании сквозных технологических процессов ее подготовки
и переработки на щепу энергетического назначения для территориально
распределенных потребителей с использованием комплектов ПРМ.
Объекты исследований. Региональные лесосырьевые потоки низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок, потребители ЩЭН
системы ЖКХ Карелии, технологические процессы заготовки, транс3
портировки биомассы дерева и ее переработки на ЩЭН ресурсы древесного сырья для производства ЩЭН.
Научная новизна. Математическая модель, описывающая процессы
функционирования ПРМ для производства ЩЭН для территориально
распределенных потребителей с учетом формирования запасов энергетической древесины при использовании её в сфере ЖКХ. Новые данные, характеризующие эксплуатационные показатели древесины энергетического назначения, в т.ч. коэффициенты полнодревесности и коэффициент содержания полезной древесины в штабелях для энергетической переработки для условий Карелии. Электронная база данных
ресурсов древесного сырья для производства ЩЭН в Карелии по районам, видам сырья и древесным породам. Технические решения для
формирования рациональных процессов производства ЩЭН.
Научные положения, выносимые на защиту. Математическая модель, описывающая процесс функционирования ПРМ для производства
ЩЭН для территориально распределенных потребителей в лесопромышленном регионе с учетом формирования запасов древесного сырья
и щепы для использования в сфере ЖКХ. Методика определения ресурсов древесного сырья Карелии, используемого для производства ЩЭН и
база данных этих ресурсов. Новые эксплуатационные характеристики
древесного сырья, используемого для производства ЩЭН для условий
Карелии, включая коэффициенты полнодревесности и коэффициент
содержания полезной древесины в штабелях лесоматериалов для энергетической переработки. Прогноз образования древесного сырья для
производства ЩЭН в Карелии на период до 2020 года. Результаты исследований функционирования ПРМ УРП-600. Рекомендации по выбору рациональных сквозных технологических процессов производства
ЩЭН и режимов работы ПРМ.
Практическая значимость. Результаты исследования являются научной основой для принятия решений в области формирования систем
машин и выбора технологических процессов производства ЩЭН, позволяя снизить потери сырьевых, финансовых и материальных ресурсов
при реализации предлагаемых решений.
Обоснованные технические решения и результаты исследований
используются Госкомитетом Республики Карелия по реформированию
ЖКХ, использованы при разработке РЦП «Активное вовлечение местных топливно-энергетических ресурсов в топливно-энергетический
комплекс Республики Карелия» и в учебном процессе лесоинженерного
факультета ПетрГУ.
4
Достоверность научных исследований подтверждается значительным статистическим материалом, полученным в реальных природнопроизводственных условиях Республики Карелия, адекватностью разработанных моделей, внедрением результатов исследований.
Апробация работы. Основные результаты исследований, обоснованные положения и рекомендации доложены на Международных конференциях: «Биоэнергетика в России и в мире» (Санкт-Петербург,
2006), «Древесные пеллеты, щепа и торф» (Петрозаводск, 2006), «Новые
информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике» (Петрозаводск, 2006); на республиканских конференциях: «Ресурсосберегающие технологии лесного комплекса (Петрозаводск, 1998), «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Петрозаводск, 1999), «Инвестиционный климат и предпринимательство в
регионах России» (Петрозаводск, 2005), «Структурная перестройка
лесного комплекса Республики Карелия» (Петрозаводск, 2008); на заседаниях кафедры технологии и оборудования лесного комплекса и КарНИИЛПК ПетрГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в т.ч. 1 в
издании, входящем в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 165 с., в т. ч. 46 рис., 41 табл., 1 приложение. Список литературы содержит 111 наименования.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, показана научная новизна выполненных исследований, сформулированы цель и основные научные положения, выносимые на защиту.
В первом разделе выполнен анализ исследований в области освоения и использования топливно-энергетических ресурсов, а также состояние исследований и механизации вопросов использования ПРМ.
Процессы энергетического использования биомассы дерева исследовали Г. А. Борисов, И. С. Гелес, С. И. Головков, Ф. И. Зыков, И. Ф.
Коперин, Г. И. Липе, И. К. Савин, Г. И. Сидоренко, Х. И. Стассен,
В. Саволайнен, Н. Т. Хаккарайнен и др. ученые. Процессы подготовки
биомассы дерева к переработке на щепу исследовали И. Алябьев, С. П.
Бойков, Н. М. Вальщиков, С. Б. Васильев, В. В. Коробов, Э. М. Лаутнер,
В. Д. Никишов, Г. П. Паничев, А. А. Пижурин, Н. П. Рушнов, М. Н.
Симонов, И. Р. Шегельман, Ю. В. Шелгунов и др. Проблемы системно5
го комплексного подхода к обоснованию технологий и комплектов
машин в отрасли исследовали В. А. Александров В. И. Алябьев, Ю. Ю.
Герасимов, Г. М. Анисимов, А. В. Воронин, М. В. Иевинь, С. А. Кильпеляйнен, В. В. Коробов, А. К. Редькин, В. И. Патякин, В. С. Петровский, С. Ф. Орлов, В. С. Сюнев, Э. О. Салминен, А. М. Цыпук, И. Р.
Шегельман, В. Н. Шиловский и др.
Однако результатов известных работ недостаточно для разработки
новых технических решений, повышающих эффективность использования древесной биомассы, основанных на совершенствовании сквозных
технологических процессов ее подготовки и переработки на щепу энергетического назначения с использованием ПРМ для территориально
распределенных потребителей.
В соответствии с целью работы и, исходя из проведенного анализа
состояния вопроса, поставлены следующие основные задачи:
 разработать математическую модель, описывающую процессы функционирования ПРМ для производства ЩЭН для территориально распределенных потребителей с учетом формирования запасов энергетической древесины в сфере ЖКХ;
 дать оценку территориальной разобщенности потребителей ЩЭН по
районам Карелии;
 обосновать прогноз образования древесного сырья для производства
ЩЭН в Карелии до 2020 года;
 проанализировать ресурсы древесного сырья Карелии для производства ЩЭН и сформировать электронную базу данных этих ресурсов по
районам, видам сырья и древесным породам;
 получить данные, характеризующие эксплуатационные показатели
древесины энергетического назначения для условий Карелии, в т.ч.
коэффициенты полнодревесности и коэффициент содержания полезной
древесины в штабелях лесоматериалов для энергетической переработки;
 разработать и обосновать технические решения для формирования
рациональных процессов производства ЩЭН.
Во втором разделе разработана математическая модель, описывающая процесс функционирования ПРМ для производства ЩЭН территориально распределенным потребителям с учетом обеспечения всех
пунктов (котельных) необходимым количеством щепы на рассматриваемый период времени (в зависимости от сезона), с минимальными затратами на производство ЩЭН и передвижение ПРМ.
Имеется несколько ПРМ (n), обслуживающих несколько населенных пунктов (m), в которых расположены котельные. Для каждого
пункта (i) известны ежедневные (суточные) потребности в щепе для
6
различных сезонов работы в течение года (Wi). Для каждой ПРМ (k)
известны производительность (Pk), время, необходимое для выполнения
пуско-наладочных работ (Fk), затраты на производство щепы (Cgk), затраты на 1 км передвижения ПРМ (Cpk). Известны средняя скорость
передвижения ПРМ (Vavg) и расстояния между всеми пунктами и между
каждым пунктом и местом дислокации ПРМ
Результатом решения задачи, основанной на математической модели является график работы ПРМ с учетом обеспечения всех пунктов
(котельных) необходимым количеством ЩЭН на рассматриваемый
период времени (в зависимости от сезона) с минимальными затратами
на производство этой щепы.
Неуправляемыми факторами задачи являются: m – количество
пунктов, n – количество ПРМ, Tc – период планирования работы ПРМ
(сутки), Tp – период работы ПРМ (час), S – количество рабочих часов в
день (час), Vavg – средняя скорость перемещения ПРМ (км/час), Pk –
производительность ПРМ k (м3/час), Тk – время на выполнение пусконаладочных работ ПРМ k (ч), Cgk – затраты на производство 1 м3 щепы
ПРМ k (руб./пл. м3), Cpk – затраты на перемещение ПРМ k (руб./км), A0i
или Ai0 – расстояние от пункта i до места дислокации ПРМ (км), Aij –
расстояние от пункта i до пункта j (км), Wi – суточная потребность в
щепе для пункта i (м3), Wbi – объем щепы на начало периода в пункте i
(м3), Wei – объем щепы на конец периода в пункте i (м3).
Управляемыми факторами задачи являются: mk – количество пунктов, обслуживаемых ПРМ k, k=1..n; nik – номер пункта по порядку i в
маршруте ПРМ k, k=1..n, i=1..mk; tik – момент прибытия ПРМ k в пункт
nik, k=1...n, i=1..mk.
Ограничения задачи:
– количество пунктов, обслуживаемых ПРМ k не должно превышать
общее количество пунктов: mk  m, k=1..n;
(1)
– номер пункта в маршруте ПРМ k не должен превышать количество
пунктов, обслуживаемых ПРМ k: nik  m, k=1..n, i=1..mk;
(2)
– в каждый пункт прибывает ровно одна ПРМ:
n mk
 I (n
k
i
k 1 i 1
 h)  1 , h=1..m;
(3)
– прибытие ПРМ в пункт должно быть не позднее, когда от первоначального запаса ЩЭН в пункте останется не менее суточного запаса:
Wnbk
i
(4)
tik 
S , k=1..n, i=1..mk;
Wn k
i
7
– прибытие ПРМ в первый пункт маршрута должно быть равно времени
на перемещение ПРМ из места дислокации в первый пункт:
A0 n k
1
, k=1..n;
(5)
t1k 
Vavg
– прибытие ПРМ в следующий пункт маршрута должно быть позднее,
когда ПРМ произведет необходимое количество ЩЭН в текущем пункте, включая время, потраченное на пуско-наладочные работы, плюс
время на перемещение машины из текущего пункта в следующий пункт:
t ik 
TcWnk  Wnek  Wnbk
i
i
i
Pk
 Tk 
An k nk
(6)
 t ik1
i 1
i
Vavg
для mk>0, k=1..n, i=1..mk-1;
– прибытие ПРМ в конечный пункт маршрута должно быть такое, чтобы до окончания периода планирования ПРМ успела произвести необходимый объем ЩЭН в пункте и вернуться на место дислокации:
tnkmk 
TcWnk  Wnek  Wnbk
mk
mk
Pk
mk
 Tk 
Ank
mk
0
Vavg
(7)
 Tp
для mk>0, k=1..n;
– mk, nik, tik – целые, неотрицательные.
Целевая функция минимизирует суммарные затраты на перемещение ПРМ и затраты на производство ЩЭН в каждом пункте:
n
A
k 1
on1k
n mk 1
n
mk


Ckp   Ank 0Ckp    Ank nk Ckp   TcWnk  Wnek  Wnbk  Ckg  min
mk
k 1 i 1
i i 1
k 1 i 1
i
i
i
(8)
Алгоритм решения задачи предусматривает, что работа идет ежедневно при пятидневном рабочем режиме; период планирования продлевается до первого рабочего дня; все интервалы времени, затрачиваемые на работу ПРМ и ее передвижение, округляются до часа в большую
сторону; маршрут движения каждой ПРМ начинается из пункта, где
находится место дислокации, и заканчивается в этом же пункте; если
перемещение ПРМ в следующий пункт требует больше времени, чем
оставшееся рабочее время в течение текущего дня, то ПРМ остается в
текущем пункте до начала следующего рабочего дня; каждый пункт
обслуживается только одной ПРМ; каждая ПРМ перемещается независимо от маршрутов передвижения других ПРМ; ПРМ должна прибыть в
пункт до того момента, когда в пункте останется запас ЩЭН менее, чем
на сутки. Если этот момент времени приходится на выходные дни, то он
отодвигается назад до первого рабочего дня.
8
начало
построить разбиение на подмножества для каждого разбиения:
сформировать последовательность обхода для
каждого подмножества:
рассчитать время: прибытия в каждый пункт, пуско-наладочные работы,
производство щепы в пункте
проверить выполнение ограничений
нет
выполняются
да
рассчитать затраты на передвижение между пунктами маршрута и производство щепы в каждом пункте
сохранить маршрут и значение затрат
среди сохраненных маршрутов выбрать маршрут с
минимальными затратами
вывод решения
Рисунок 1 – Блок-схема алгоритма решения задачи
В третьем разделе выполнены исследования для обоснования прогноза образования ресурсов древесного сырья энергетического назначения в Карелии, и эксплуатационных показателей этого сырья, включая
обоснование нормативов их образования, оценку коэффициентов полнодревесности, определение коэффициентов объема полезной древесины в штабелях лесоматериалов для переработки на ЩЭН (таблица 1).
Таблица 1
Нормативы образования лесосечных отходов и дровяной древесины
по Республике Карелия, (%)
Состав отходов
обломки стволов
поврежденный тонкомер,
сучья, ветви, вершинки
пни и корни
дровяная древесина
всего
Потенциальные
сосна
1,9
ель
3,5
8,2
16,6
11,5
26,7
Экономически доступные
листв.
2,7
сосна
1,9
ель
3,5
листв.
2,7
12,3
8,2
3,4
9,2
5,3
22,2
9,1
38,0
18,3
19,4
29,2
—
11,5
5,3
—
9,1
12,7
—
19,4
8,0
9
На основании полученных нормативов образования лесосечных отходов и дровяной древесины сформирована электронная база данных
ресурсов древесного сырья энергетического назначения в Карелии по
районам, древесным породам и видам сырья.
Исследование коэффициентов полнодревесности проводилось на
промплощадках ОАО «Пяозерский леспромхоз» и ОАО «Карелия ДСП»
для штабелей из еловых (4,25; 6,0 м), сосновых (4,25 м), осиновых (6,0
м), березовых (4,0 м) и смешанных еловых и сосновых (3,0; 4,0; 6,0 м)
сортиментов, заготовленных в Лоухском и Пудожском районах.
Использованы два метода определения переводных коэффициентов:
метод диагоналей и при определении переводных коэффициентов для
лесоматериалов, погруженных на автомобили, – отношение геометрического объема штабеля на автомобиле к расчетному объему сортиментов
в этом штабеле (таблица 2).
Таблица 2
Коэффициенты полнодревесности для условий Республики Карелия
Порода
осина
ель
ель и сосна (смесь)
ель и сосна (смесь)
ель и сосна (смесь)
ель
сосна
береза
Длина, м
6
6
3
4
6
4,25
4,25
4
Фактический
коэффициент
0,66
0,64
0,67
0,66
0,62
0,67
0,67
0,57
Коэффициент по
ОСТ 13-43-79
0,61
0,61
0,6
0,56
0,53
0,63
0,63
0,56
Отклонение, %
7,6%
4,7%
10,4%
15,2%
14,5%
6,0%
6,0%
1,8%
Исследования объема полезной древесины проводились для еловых,
сосновых, осиновых, а также не сортированных по породам лесоматериалов в штабелях на промышленной площадке ОАО «Карелия ДСП» и
на территории хранения дровяной древесины у котельной в пос. Пряжа.
а)
б)
Рисунок 2 – Исследования объема полезной древесины в штабелях
10
Объем полезной древесины в штабелях лесоматериалов, предназначенных для энергетической переработки, рассчитывается по формуле:
древ
V
k
V
(9)
пол
пол общ,
где Vобщ – общий объем древесины в штабеле, м3; knол – коэффициент
содержания полезной древесины, рассчитанный
по формуле:
гн
k
пол
 1
 (S
ср
n
 ( Sср
)
гн ,
n)
(10)
где S гн – средняя площадь гнили, см; nгн – количество бревен с гнилью в
cp
штабеле лесоматериалов, шт; S – средняя площадь бревен, см; n – коcp
личество бревен в штабеле лесоматериалов, шт;
Таблица 3
Характеристики объема полезной древесины
энергетического назначения
Порода
Зависимость
Порода
Зависимость
Ель
древ
V
 0.850  V
пол
общ
Осина
древ
V
 0.820  V
пол
общ
Сосна
древ
V
 0.834  V
пол
общ
Смесь
древ
V
 0.833  V
пол
общ
На основании результатов исследований дан прогноз образования
объемов отходов лесозаготовок и дров до 2020 года в разрезе районов
Карелии.
Таблица 3
Фрагмент прогноза образования древесины энергетического
назначения по Республике Карелия до 2020 года
Тыс. м3
Порода
Дровяная
Отходы
древесина
лесозаготовок
Всего
сосна
562,7
505,5
1068,2
ель
328,4
759,4
1087,8
лиственные
555,1
386,1
941,2
всего
1446,2
1651,0
3097,2
При анализе объемов потребления и образования древесины энергетического назначения в среднесрочной перспективе до 2020 года, выделены категории районов, представленные на рисунке 4.
11
– районы, испытывающие дефицит в древесине
энергетического
назначения;
– районы, обеспеченные древесиной энергетического назначения, при
использовании отходов лесозаготовок;
– районы, обеспеченные древесиной энергетического назначения и
обеспечивающие потребность дефицитных районов.
Рисунок 3 – Категория районов Карелии по обеспеченности древесиной
энергетического назначения в среднесрочной перспективе до 2020 года
В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных
исследований работы ПРМ УРП-600, экспериментальная апробация
математической модели, описывающей функционирование ПРМ для
производства ЩЭН территориально распределенным потребителям.
Рисунок 4 – Работа ПРМ УРП-600 в пос. Кварцитный
12
Экспериментальные исследования работы ПРМ УРП-600 проведены
в пос. Кварцитный Прионежского района при производстве ЩЭН из
смеси сосновой, еловой и осиновой дровяной древесины длиной 6 м.
Установлена тесная связь между объемом древесины в пачке (Vпч),
перерабатываемой за один цикл рубки (tц), между временем ожидания и
числом обрабатываемых бревен (zпч):
(11)
tц  22,45  Vпч  100, 37 z  0, 02 z 
пч
пч
2
Рисунок 5 – Поверхность отклика, построенная по уравнению (11)
В результате апробации математической модели:
1. Определены рациональные режимы работы ПРМ, имеющихся в
ГУ РК «Лестоппром» для действующих котельных на ЩЭН.
2. Определены перспективные схемы развития сети потребителей
ЩЭН в системе ЖКХ Карелии при переводе котельных на древесные
энергетические ресурсы с учетом эффективных режимов работы ПРМ.
Для решения задачи построения графика ПРМ в условиях оперативных изменений была разработана программная система (рисунок 6).
Рисунок 6 – Внешний вид программной системы
13
Период: 04.11.2007 - 17.11.2007
Установка "УРП 500" № 1 (длина пути – 484 км)
Дата
Населенный пункт
Время в дороге (час)
Время работы (час)
05.11.2007
Салми
3
13
06.11.2007
Салми
0
16
07.11.2007
Салми
0
16
08.11.2007
Салми
0
16
09.11.2007
Пряжа
3
13
12.11.2007
Пряжа
0
16
13.11.2007
Пряжа
0
1
13.11.2007
Кварцитный
2
13
14.11.2007
Кварцитный
0
8
14.11.2007
Петрозаводск
2
0
Петрозаводск → Салми (177 км) → Пряжа (132 км) → Кварцитный (110 км) → Петрозаводск (65 км) (длина пути = 484 км)
Затраты – 100241.80 руб.
Рисунок 7 – Фрагмент результата работы программной системы
По результатам исследований даны рекомендации по формированию комплектов ПРМ, их дислокации и рациональные режимы работы
ПРМ в системе ЖКХ Карелии.
– районы Карелии функционирования 1-го комплекта ПРМ;
– районы Карелии функционирования 2-го комплекта ПРМ;
– районы Карелии функционирования стационарной рубильной
машины;
– пункт дислокации ПРМ;
– потребитель ЩЭН со стационарной рубильной машиной;
– существующие потребители
ЩЭН;
– перспективные потребители
ЩЭН;
Рисунок 8 – Схема развития сети потребителей ЩЭН в системе ЖКХ Карелии
Установлено, что в среднем ЩЭН, произведенная ПРМ УРП-600
больше на 11 % по длине, на 42 % по ширине и на 36 % по толщине, чем
щепа, произведенная ПРМ УРП-500.
14
В пятом разделе рассмотрены технологические схемы подготовки
биомассы дерева для ее переработки на ЩЭН, а также выполнен инвестиционный анализ рассматриваемых схем (таблица 4, 5).
Таблица 4
Технологические схемы производства щепы
№
Делянка
Тр
Вверх склад
Тр
Потребитель
оп техника оп техника
оп
техника оп
техника
оп техника
1 В МЛ-119А Д ТБ-1М-15 С, Ос, ЛО-120, Щ
ТМ-47
Р, Пщ УРП-600
2 В МЛ-119А Д ТБ-1М-15
Од КрАЗ-6437+ГКБ- Ос, Р, ЛО-120,
9362-010
Пщ УРП-600
3 В МЛ-119А Д ТБ-1М-15 С, Ос, СМ-33, Щ,
ТМ-47
Р, Пщ УРП-600 Хдел МАЗ-630308226+МАЗ-83782
4 В МЛ-119А Д ТБ-1М-15 С, Ос, ЛО-120, Щолз,ТМ-47
Пщ УРП-600
Р, Пщ УРП-600 Сдр, МАЗ-630308Сдел 226+МАЗ-83782
5 В МЛ-119А Д ТБ-1М-15 С, Ос, Р
Олз, ТМ-47
Пщ УРП-600
Сдр, МАЗ-630308Сдел, 226+МАЗ-83782
Сокращения: Оп - операции, В – валка, Тр – транспортировка, С – сортировка, Ос –
обрезка сучьев, Р – раскряжевка, Пщ – производство щепы, Щ – щепа, Д – деревья,
Од – отрезки деревьев, Хдел – хлысты деловые, Щолз – щепа из отходов лесозаготовок, Сдр, С дел – сортименты дровяные, деловые
Установлено, что экономически эффективно производство ЩЭН
ПРМ УРП-600 при подготовке древесной биомассы комплектами машин в сочетании с ВПМ типа МЛ-119А, трелевочной машины типа ТБ1М-15, сучкорезно-раскряжевочной машины типа ЛО-120 (таблица 5).
Таблица 5
Экономические показатели инвестиционного анализа технологических схем производства ЩЭН комплектами машин
Показатель
Технологические схемы
1
2
3
4
схема схема схема схема
200
200
200
108,8 108,8 108,8 108,8
91,2
91,2
54,4
78,4
60,9
77,3
58,6
62,5
Объем заготовки, тыс. м3
Объем круглых лесоматериалов, тыс. м3
Объем производства щепы, тыс. м3
Капитальные вложения, млн. руб.
Себестоимость производства круглых
101,9
лесоматериалов, млн. руб.
Себестоимость производства щепы, млн. руб. 15,3
Прибыль, млн. руб.
7,9
Чистый денежный доход, млн. руб.
20,3
Индекс доходности
1,04
5
схема
200
108,8
78,4
69,2
111,9
106,7
103,7
111,2
8,4
4,7
1,9
0,75
9,1
39,0
119,6
3
13,5
41,4
125,6
3
7,9
37,3
106,1
2,5
15
О СН О В Н Ы Е В Ы В О Д Ы И Р Е КО М ЕН Д АЦ И И
1. Использование дровяной древесины и отходов лесозаготовок на
ЩЭН является актуальной задачей комплексного использования всей
биомассы дерева, что обуславливает необходимость разработки технических решений, направленных на совершенствование сквозных технологических процессов подготовки и переработки древесной биомассы
на ЩЭН с использованием комплекта ПРМ для территориально распределенных потребителей с учетом распределения объемов сырья, потребности потребителей и транспортных связей.
2. Разработанная математическая модель, описывая процессы
функционирования ПРМ для производства ЩЭН, позволяет формировать рациональные решения, включая количество территориально распределенных потребителей, с учетом формирования запасов энергетической древесины при использовании её в сфере ЖКХ.
3. Сформированная электронная база данных ресурсов древесного
сырья Карелии для производства ЩЭН по районам, видам сырья и древесных пород рекомендуется для формирования комплектов машин для
подготовки и переработки биомассы древесины в энергетических целях.
4. Дан прогноз образования древесины энергетического назначения до 2020 года в объеме 3097,12 тыс. м 3, в том числе: сосна – 1068,15
тыс. м3, ель – 1087,72 тыс. м3, лиственные породы – 941,25 тыс. м3. В
соответствии с прогнозом определены категории районов Карелии:
районы, испытывающие дефицит в древесине энергетического назначения (Сортавальский, Лахденпохский, Пряжинский, Олонецкий); районы, обеспеченные древесиной энергетического назначения, при использовании отходов лесозаготовок (Кемский, Сегежский, Медвежьегорский, Кондопожский, Прионежский, Питкярантский, Петрозаводский
ГО); районы, обеспеченные древесиной энергетического назначения и
обеспечивающие потребность дефицитных районов (Лоухский, Беломорский, Калевальский, Муезерский, Суоярвский, Пудожский, Костомукшский ГО).
5. Полученные коэффициенты полнодревесности лесоматериалов
в штабелях целесообразно использовать для определения объема дровяной древесины (таблица 2).
6. Полученные зависимости объемов полезной древесины лесоматериалов в штабелях целесообразно использовать для определения реальных объемов древесины энергетического назначения (таблица 3).
7. Получено уравнение функционирования ПРМ УРП-600, описывающее зависимость времени цикла рубки древесины (tц) от объема
пачки (Vпч) и количества бревен (zпч) (11).
16
8. Установлено, что существующую сеть котельных в системе
ЖКХ Карелии способна обслуживать 1 ПРМ УРП-600с загрузкой в 67
%; действующие ПРМ способны обеспечить работу 15 котельных ЖКХ
Карелии; для перспективной схемы развития сети потребителей ЩЭН в
системе ЖКХ Карелии при использовании древесных энергетических
ресурсов в 22 котельных необходимо 3 ПРМ, в том числе УРП-500 – 1
ед., УРП-600 – 2 ед.; для перспективной схемы развития сети котельных
в системе ЖКХ Карелии, целесообразно обеспечить 2 пункта дислокации ПРМ – в г. Петрозаводске для УРП-500 и УРП-600 и в пос. Боровой
для УРП-600; для обеспечения тепловой энергией г. Пудож, при переводе котельной на использование ЩЭН, целесообразно установить
стационарную рубильную машину.
О СН О В Н О Е СО Д ЕР Ж АН И Е ДИ С С ЕР ТА Ц И И
О П УБ Л И КО В АН О В РАБО Т АХ
Статьи
1. Щеголева Л. В., Полежаев К. В. Задача оптимизации функционирования передвижной рубительной машины для производства щепы в топливно-энергетическом комплексе Республики Карелия / Известия СПб ГЛТА, вып 178: СПб, 2006 г. – С. 120-125.
(доля участия 50 %).
2. Биотопливо: Состояние и перспективы использования в теплоэнергетике Республики Карелия: Монография // И. Р. Шегельман, К. В.
Полежаев, Л. В. Щеголева, П. О.Щукин, – Петрозаводск: ПетрГУ, 2006.
– 88 с. (доля участия 25 %).
3. Шегельман И. Р., Полежаев К. В., Васильев А. С. Анализ конструктивных и технологических особенностей оборудования для групповой окорки лесоматериалов. (Рук. деп. в ВИНИТИ 22.06.99 № 2042В99), 1999. – 19 с. (доля участия 32 %).
4. Полежаев К. В. Изучение сопротивления коры разрушению при
групповой окорке / Современные методы обработки древесного сырья:
сборник научных трудов. Петрозаводск: КарНИИЛП. 1999. – С. 18-24.
5. Полежаев К. В. Оценка коэффициента полнодревесности при
учете круглых лесоматериалов в штабелях / Известия лесоинженерного
факультета: Сб. науч. трудов. Петрозаводск, 2006. – С. 100-105 (Деп. в
ВИНИТИ 21.07.2006 г., № 984-В2006).
6. Васильев А. С., Полежаев К. В. Методика и результаты исследования коэффициента полнодревесности круглых лесоматериалов в
условиях Республики Карелия. (Рук. деп. в ВИНИТИ 21.11.2007 г., №
1084-В2007), 2007. – 7 с. (доля участия 50 %).
17
7. Васильев А. С., Полежаев К. В. Эксплуатационные параметры
круглых лесоматериалов для производства топливной щепы. (Рукопись
деп. в ВИНИТИ 21.11.2007 г., № 1085-В2007), 2007. – 5 с. (доля участия
50 %).
8. Полежаев К. В., Бакланин В. Н., Будник П. В., Щукин П. О. Исследования параметров щепы энергетического назначения, произведенной передвижными рубильными установками. (Рукопись деп. в ВИНИТИ 19.01.2009 г. № 20-В2009), 2009. – 22 с. (доля участия 23 %).
Тезисы и материалы конференций:
9. Полежаев К. В. Анализ процессов подготовки древесины к переработке на щепу / Ресурсосберегающие технологии лесного комплекса: тез. докл. респ. науч.-практ. конф. Петрозаводск, 1998. – С. 35-36.
10. Лапатин А. Ю., Полежаев К. В., Васильев А. С. Совершенствование процессов групповой окорки лесоматериалов / Актуальные проблемы лесного комплекса: тез. докл. науч.-практ. конф. Петрозаводск,
1999. – С. 26-27. (доля участия 33 %).
11. Лапатин А. Ю., Полежаев К. В. К построению математических
моделей процессов групповой окорки круглых лесоматериалов /Научнометодическое обеспечение лесного комплекса Карелии: тез. докл. науч.практ. конф. ЛИФа ПетрГУ. Петрозаводск, 1999. – С. 24-25. (доля участия 50 %).
12. Полежаев К. В. Некоторые решения проблемы подготовки нетрадиционных ресурсов древесины для использования в качестве биотоплива / Инвестиционный климат и предпринимательство в регионах
России: Материалы респ. науч.-практ. конф. Петрозаводск, 2005. –
С. 32-33.
13. Полежаев К. В. Характеристика древесных топливноэнергетических ресурсов Карелии / Инвестиционный климат и предпринимательство в регионах России: Материалы науч.-практ. конф.
Петрозаводск, 2005. – С. 45-46.
14. Полежаев К. В., Галактионов О. Н. Влияние вторичных ресурсов биомассы дерева на ее топливный потенциал / Вузовская наука –
региону: Материалы 4-й всероссийской конф. Вологда, ВоГТУ, 2006. –
С. 110-112. (доля участия 50 %).
15. Шегельман И. Р., Полежаев К. В., Щукин П. О. Ресурсное обеспечение Республики Карелия местным топливом / Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике: Материалы VII межд. науч.-техн. конф. Петрозаводск, 2006. –
С. 91. (доля участия 33 %).
18
16. Полежаев К. В., Скрыпник В. И. Моделирование процессов
функционирования автотранспорта при заготовке и переработке биомассы дерева / Вузовская наука – региону // Материалы 4-й всероссийской конф. Вологда, ВоГТУ, 2006. – С. 112-115. (доля участия 50 %).
17. Полежаев К. В. Проблемы перехода на экологически безопасные виды топлива / Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия: Материалы науч.-практ. конф. Петрозаводск, 2008. –
С. 32-33.
18. Шегельман И. Р., Полежаев К. В., Щукин П. О. Пути интенсификации вовлечения в топливно-энергетический комплекс Карелии
местных топливно-энергетических ресурсов / Структурная перестройка
лесного комплекса Респ. Карелия: Материалы науч.-практ. конф. Петрозаводск, 2008. – С. 47-48. (доля участия 33 %).
19
Подписано в печать ___________. Формат 60x84 1/16.
Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Изд. № __.
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Типография Издательства ПетрГУ
185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33
20