Энергоэффективное устройство для переработки отходов лесной промышленности

В статье описываются проблема утилизации отходов лесной промышленности, а также устройство с процессом работы для энергоэффективного решения проблемы.

Ключевые слова: лесная промышленность, устройство, отходы, тепловая энергия, лесоматериал.

В процессе производства продукции из древесины при обработке и переработке образуется большое количество отходов [1,2]. Во многих регионах большая часть не используется в дальнейшем производстве и их сваливают в отвалы или сжигают. Такие ситуации происходят в регионах, где отсутствуют заводы для комплексного использования древесины.

В настоящее время в населенных пунктах Красноярского края с лесным производством стоит проблемы с утилизацией отходов лесной промышленности. В результате этого вокруг и внутри поселений образуются отвалы отходов, которые создают экологическую и пожарную угрозу для края. Так же проблемой красноярского края является недостаток доступного и недорого топлива для получения тепловой энергии в частных секторах, дачах и небольших предприятиях. Основная проблема горбыля при использовании в целях получения тепловой энергии — это его поперечное деление на короткомерные лесоматериалы. Способы, которые существуют на данный момент не всегда эффективны или доступны для жителей.

Еще один из невостребованных ресурсов — это лесосечные отходы и продукты естественного отпада в виде сучьев, вершин, веток и тд., которые тоже можно использовать в целях получения тепловой энергии.

На сегодняшний день в научной литературе и патентах описано большое количество разработок по переработке древесных отходов на различные виды продукции [3–5]. Предлагается изготавливать древесное волокно [6], эфирные масла и биогаз [7,8] и другие различные материалы. Для реализации данных предложений также спроектировано большое количество различных машин и механизмов [9–11].

Наиболее распространенные и эффективные способы переработки древесины: химический; механический.

1. Химический способ. Переработка деревянных отходов посредством лесохимической технологии дает возможность получить продукты, которые применяются практически во всех сферах человеческой деятельности, вроде скипидара, канифоля, уксусной кислоты и других товаров.

Основой метода является реакция гидролиза, после которой образуются моносахариды. Далее эти вещества перерабатываются биохимическим способом, в результате образуются такие продукты, как глюкозы или этиловый спирт. Но химическая обработка больше нацелена на получение добычи фурфурола, который является основой при изготовлении лекарств, пластмассы и многих полезных изделий.

Для проведения подобной процедуры подходит далеко не каждый тип древесных отходов. Чаще используют вторичное сырье березы осины и ясеня. Существует химическая утилизация, которая отличается экологической чистотой, однако минус подобной утилизации — это ее экономическая нерациональность, она требует больших вложений и внимательной работы.

2. Механический способ. Основная суть способа — изменение размера и объема элементов. Механические методы подразумевают проведение операция пиления, строгания, разрезания и фрезерование. Из исходного древесного сырья сначала в основном производят технологическую или топливную щепу.

Механическая переработка по сравнению с химической, более экономична в плане денежных ресурсов и времени.

1. Электро- или бензопила. Плюсы устройств в том, что являются не дорогим средством для покупки и небольшие в размерах. Но есть и минусы, при пилении лесоматериалов возникают вибронагрузки на рабочего, высокое энергопотребление, низкая производительность и часто цепь застревает при пилении мелких лесоматериалов.
2. Рубительные машины. Данная конструкция не имеет энергоэффективности, на переработку лесоматериалов уходит много топлива или энергии. Кроме того, рубительные машины перерабатывают лесоматериалы на щепу, которую редко используют в качестве топлива в частном секторе.
3. Круглопильные станки. Для поперечной распиловки лесоматериалов используют круглопильные станки. Однако на данном оборудовании могут работать подготовленные работники. Устройство требует большего количества энергии с низкой производительностью.

Автором настоящей статьи разработан проект при поддержке Красноярского краевого фонда науки, в рамках которого предлагается устройство и технология для переработки длинномерных кусковых лесоматериалов.

В рамках настоящих исследований автором предлагается устройство и технология для переработки длинномерных кусковых лесоматериалов путем их передавливания с частичным перерезанием. Устройство отличается энергоэффективностью, ведь его привод может быть, как небольшим электро- или бензомотором или ручным.

В отличии от аналогов устройство эффективно перерезает тонкомерные лесоматериалы как круглого сечения, так и доски или горбыль. Устройство может исполняться как ручным, так и с электроприводом. Низкое энергопотребление позволит применять устройство даже приусадебных, дачных участках. Небольшое сопротивление резанию достигается за счет перерезания ножами оригинальной формы древесины. Суммарные силы, требуемые для перемещения и перерезания древесины, невелики, что позволит использовать ручной привод.

Данное устройство может устанавливаться на приусадебных хозяйствах для переработки длинномерных отходов лесопиления на дровяные короткомерные лесоматериалы. Тем самым невостребованные отходы эффективно используются для получения топливной энергии.

Устройство для переработки отходов лесной промышленности состоит из 3 частей: корпуса с роликовым столом, лентой с лезвиями и отсекателя-отбойника с бункером для приема готовой продукции (рис.1). Корпус состоит из роликов, которые позволяют материалу проще перемещаться до конца процесса. Лента с лезвиями расположена под углом относительно положения стола длиной около 3 м. Отбойник-отсекатель предназначен для доламывания материала в месте сдавливания и подачи готовой продукции в бункер.

Рис. 1. Схема энергоэффективного устройства для переработки кусковых отходов лесной промышленности: 1 — Роликовый стол; 2 — Механизм перемещения и деления лесоматериалов; 3 — Отбойник-отсекатель; 4 — Бункер для готовой продукции

Лесоматериал подаётся между столом и механизмом перемещения до зацепления ножами. Закрепленные на ленте механизма перемещения ножи продвигают лесоматериалы по столу, т. к. задняя часть ленты расположены ниже относительно передней, по мере перемещения ножи внедряются в древесину. Благодаря оригинальной форме ножей при внедрении древесины в дерево производится процесс резания. В конце действия ножа на древесину остается перерезанная часть размером 3–4 мм. Целостность позволяет перемещать лесоматериал до отбойника-отсекателя. Столкнувшись с отбойником, древесина доламывается в недорезанной части. Отрезок падает вниз, где может устанавливаться бункер или мешок для упаковки готовой продукции.

Рис. 2. Схема привода установки: 1 — Мотор-редуктор; 2 — Вал с муфтой; 3 — Лента

Предварительные расчеты показали низкое энергопотребление и высокую производительность установки.

Таким образом, можно выделить следующие результаты:

1. Предлагаемая конструкция позволит из длинномерных отходов лесозаготовок и лесопиления получать короткомерные топливные лесоматериалы заданной длины.
2. Установка позволит сократить энергетические ресурсы на переработке лесоматериалов.
3. При внедрении установки сократится количество производственных отходов, скапливаемых в населенных пунктах, а также сократится дефицит топлива в частном секторе

Литература:

1. Медведев С. О., Безруких Ю. А., Мохирев А. П. Теоретические аспекты переработки древесных отходов лесопромышленного комплекса // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 9–2 (20–2). С. 209–213.
2. Куницкая О. А., Григорьев И. В. Переработка низкотоварной древесины: проблемы и перспективы // Энергия: экономика, техника, экология. 2015. № 9. С. 70–75.
3. Зырянов М. А., Мохирев А. П., Рябова Т. Г., Карпук С. А. Разработка и экспериментально-теоретическое обоснование технологии переработки порубочных остатков древесины // В мире научных открытий. 2015. № 12–3 (72). С. 845–853.
4. Мохирев А. П., Зырянов М. А. Технология лесосечных работ с сортировкой порубочных остатков древесины // Системы. Методы. Технологии. 2015. № 3. С. 118–122.
5. Перспективы развития гидролизного производства в лесопромышленных центрах Сибири / С. О. Медведев, Ю. А. Безруких, А. П. Мохирев // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. — 2015. — № 2–1 (13–1) — с. 400–403.
6. Зырянов М. А., Мохирев А. П., Сыромятников С. В. Проектирование и моделирование оборудования для повышения эффективности использования порубочных остатков // Ремонт, восстановление, модернизация. 2017. № 3. С. 31–33.
7. Анисимов П. Н., Онучин Е. М. Моделирование работы системы энергообеспечения мобильных технологических линий по производству сухой топливной щепы с использованием части производимого биогенного топлива // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2013. — № 89. — С. 518–530.
8. Anisimov P. N., Onuchin E. M., Vishnevskaya M. M., Sidiganov J. N., Medyakov A. A. The study of biomass moisture content impact on the efficiency of a power-producing unit with a gasifierand the stirling engine // Journal of Applied Engineering Science. -2016. -Т. 14.№ 3. -С. 401–408.
9. Мохирев А. П. Моделирование процесса работы машины для сортировки и транспортировки порубочных остатков на лесосеке // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 1 (29). С. 89–94.
10. Мохирев А. П., Мамматов В. О., Уразаев А. П. Моделирование технологического процесса работы лесозаготовительных машин // Международные научные исследования. -2015. -№ 3 (24). -С. 72–74.
11. Mokhirev, P. A., Zyryanov, M., Ryabova, G. T., & Vititnev, A. Evaluation of possi-bility of obtaining woodchips from wood residues // Journal of Applied Engineering Science. 2019. 17(2), — С. 140–143.

[1] Проект «Энергоэффективное устройство для переработки длиномерных отходов лесной промышленности» выполнен при поддержке Красноярского краевого фонда науки.