ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕДВИЖНЫХ РУБИТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВНОЙ ЩЕПЫ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ КАРЕЛИЯ

English version

The Timber Industry Worker

Журнал "Лесопромышленник"

Интернет-журнал "Лесопромышленник"

Новости лесной промышленности Рубительные машины, производство топливной щепы
СЕГОДНЯ: БИОЭНЕРГЕТИКА

  

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕДВИЖНЫХ РУБИТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВНОЙ ЩЕПЫ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ КАРЕЛИЯ

Селиверстов Александр Анатольевич, к.т.н., доцент кафедры Тяговых машин лесоинженерного факультета ПетрГУ

alexander@petrsu.ru

Суханов Юрий Владимирович, Преподаватель кафедры Технологии и оборудования лесного комплекса лесоинженерного факультета ПетрГУ

yurii_ptz@bk.ru

Сюнёв Владимир Сергеевич, д.т.н., профессор кафедры Тяговых машин лесоинженерного факультета ПетрГУ

siounev@psu.karelia.ru

Катаров Василий Кузьмич, к.т.н., доцент кафедры Промышленного транспорта и геодезии лесоинженерного факультета ПетрГУ

vkatarov@psu.karelia.ru

Одним из перспективных видов биотоплива является древесное топливо. Российская Федерация, имея самые большие в мире лесные ресурсы, обладает огромным потенциалом в области лесной биоэнергетики. Перспективными направлениями являются развитие внутреннего потребления древесного биотоплива и экспорт топлива за границу.

Сырье для производства древесного топлива может быть заготовлено непосредственно в лесу (первичное древесное топливо) или представлять собой отходы лесопиления и бывшую в употреблении древесину (вторичное древесное топливо).

При производстве первичного древесного биотоплива широко используются следующие виды сырья [1]:

– неделовая древесина: малоценная, низкокачественная, дровяная;

– порубочные остатки от сплошнолесосечных рубок: вершины, ветви, сучья, обломки стволов, откомлевка;

– ‎‏‎тонкомерная древесина от некоммерческих рубок ухода и специально выращиваемая для энергетических целей;

– пнёвая и корневая древесина.

Отличительной особенностью лесной биоэнергетики в России является то, что значительные объемы древесного топлива можно получать из неделовой древесины. Например, на Северо-Западе России выход неделовых сортиментов составляет: для ели 15-25%, для сосны 14-25%, для березы 46-74% и для осины 56-78% [2]. Стоимость древесного топлива, полученного из неделовой древесины, значительно ниже, чем топлива, в качестве сырья для которого выступают порубочные остатки, пнёвая или тонкомерная древесина. Поэтому, в условиях России, на первых этапах развития лесной биоэнергетики, основным источником сырья для производства древесного топлива следует рассматривать неделовую древесину, часто достаточно крупномерную.

Актуальной проблемой для лесных регионов Российской Федерации является перевод муниципальных котельных на местные виды топлива. Например, на Северо-Западе Российской Федерации до 20% от общих нужд в энергоносителях может быть покрыто древесным топливом, произведенным из древесной биомассы, заготовляемой в регионе [3]. Наиболее перспективным видом древесного биотоплива для крупных потребителей, находящихся недалеко от источников древесного сырья, следует признать топливную щепу.

Процесс получения топливной щепы из древесной биомассы состоит, как минимум, из трех этапов: заготовка (или сбор) биомассы, измельчение биомассы в топливную щепу и транспортировка готовой щепы до потребителя [4].

Система производства топливной щепы строится вокруг операции измельчения, производимой рубительной машиной. Поэтому, технологии и системы машин, позволяющие получать топливную щепу, как правило, из предварительно подсушенной древесной биомассы, можно классифицировать по месту выполнения операции измельчения (рисунок 1) [5]:

– на делянке (у пня). Измельчение древесной биомассы в щепу происходит непосредственно на делянке;

– на погрузочной площадке (у дороги). Древесная биомасса трелюется с делянки к месту примыкания лесовозной дороги, где она измельчается в щепу;

– на терминале (нижнем складе). Биомасса транспортируется на терминал, где происходит ее измельчение в щепу;

– у потребителя (мини-ТЭЦ, котельная). Древесная биомасса доставляется до потребителя, где происходит ее измельчение.

Схема. Рубительные машины, производство топливной щепы

Рисунок 1 Комплексная технология освоения древесной биомассы для биоэнергетики при сплошнолесосечной сортиментной технологии

Последние две системы производства топливной щепы получили наибольшее распространение в условиях Республики Карелия в настоящее время. В рамках этих систем чаще всего применяются мобильные рубительные машины зарубежного производства с барабанным рабочим органом. В отдельных поселках на котельных находят применение стационарные рубительные машины с электроприводом (рисунок 2). Например, в Сортавальском, Медвежьегорском и Муезерском муниципальных районах Республики Карелия работают передвижные рубительные машины различных конструкций: на прицепной тележке с пневмошасси и приводом от вала отбора мощности (ВОМ) трактора (рисунок 3а,б); на прицепной тележке с автономным силовым двигателем (рисунок 4а); на полуприцепе с автономным силовым двигателем (рисунок 4б); на шасси автомобиля с приводом от автономного двигателя (рисунок 5а) или с приводом от двигателя автомобиля (рисунок 5б).

Рубительные машины, производство топливной щепы

Рисунок 2 Стационарная рубительная машина в Муезерском районе Республики Карелия

Рубительные машины, производство топливной щепы

Рисунок 3 Рубительные машины на пневмошасси с приводом от ВОМ трактора: Kesla (a) и УРП-1 с дисковым рабочим органом (б)

Рубительные машины, производство топливной щепы

Рисунок 4 Рубительная машина Bandit на прицепной тележке с автономным двигателем (а) и машина Heinola с дисковым рабочим органом на полуприцепе (б)

Рубительные машины, производство топливной щепы

Рисунок 5 Рубительные машины Heinola на шасси автомобиля: с автономным двигателем (а) и с приводом от двигателя автомобиля (б)

При производстве топливной щепы у потребителя, переработка древесной биомассы производится мощной стационарной или передвижной рубительной машиной. Одна передвижная рубительная машина может обслуживать несколько территориально распределенных потребителей. Например, в условиях Республики Карелия установлено, что для перспективной схемы развития сети потребителей топливной щепы в системе ЖКХ, состоящей из 22 территориально распределенных котельных, хватит трех передвижных рубительных машин на шасси автомобиля [6].

На лесоинженерном факультете ПетрГУ в рамках проектов «Система поддержки принятия решений по стимулированию рационального использования древесной биомассы и отходов лесозаготовок в биоэнергетике», «Технико-экономическая и эколого-социальная оценка перспективности заготовки древесной биомассы для нужд местной энергетики с использованием логистического подхода и ГИС-технологий» и «Лесозаготовки и логистика в России» (TEKES) в сотрудничестве с НИИ леса Финляндии проводились исследования работы ряда передвижных рубительных машин финского производства на терминалах и у котельных в Республике Карелия.

Одним из объектов исследования была выбрана рубительная машина барабанного типа Kesla 4560С, установленная на прицепной тележке с пневмошасси (рисунок 6). Силовой привод всех механизмов рубительной машины осуществлялся от ВОМ главным двигателем трактора-тягача Valtra t191h мощностью 155 кВт.

Рубительные машины, производство топливной щепы

Рисунок 6 Рубительная машина Kesla 4560С во время работы

Технические характеристики Kesla 4560С:

  • потребляемая мощность 110-220 кВт;
  • производительность дробления 60-150 куб.м/ч.;
  • размер загрузочного окна 600х450 мм;
  • барабан с 6 ножами диаметром 570 мм;
  • размер решетки 80х80 мм;
  • объем пальцевого захвата 0,12 куб. м.

Рубительная машина применялась на терминале для измельчения круглых лесоматериалов, сложенных в штабеля. Готовая щепа отсыпалась в конус. Вся полученная топливная щепа отправлялась на экспорт в Финляндию. На момент проведения исследований рубительная машина Kesla 4560С и трактор-тягач Valtra t191h были в эксплуатации один год.

В процессе полевых исследований проводились хронометражные наблюдения за работой рубительной машины, проводились замеры объемов штабеля круглых лесоматериалов (с учетом ГОСТ 2292-88, ОСТ 13-43-79) и топливной щепы. Полученные данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Распределение производственного времени за 8 часовую смену и производительность машины

Показатель    

Значение   

Наведение грейферного захвата, зажим, формирование пачки, перенос к столу подачи, обработка (рубка) 86 % (6 часов 56 минут)
Переезд машины вдоль штабелей 4 % (0 часов 17 минут)
Перерывы менее 15 минут 3 % (0 часов 12 минут)
Перерывы более 15 минут 7 % (0 часов 35 минут)
Фактическая часовая производительность 26 пл. куб. м щепы в час
Потери объема при измельчении древесины около 2 %

На основе фактических бухгалтерских данных предприятия и данных полевых исследований рассчитывались прямые затраты на эксплуатацию машины. Для обоснования затрат на машину использовались:

  1. Фактические данные по лизингу машины;
  2. Фактические технические показатели использования машины;
  3. Переменные затраты: расходы на ГСМ, ремонт и техническое обслуживание, запасные части, оплата труда операторов (включая дополнительные компенсации операторам).

Исходные данные для расчета экономических показателей работы машины представлены в таблице 2.

Таблица 2

Исходные данные для расчета экономических показателей

Показатель

Значение

Капитальные вложения на приобретение Kesla 4560С и Valtra t191h (155 кВт), включая НДС 7 160 тыс. руб.
Годовой фонд рабочего времени 226 дней
Сменность работы 2 смены
Годовой фонд рабочего времени 4 068 часов
Эффективное время работы 2 564 часов
Срок использования Kesla 4560С 3 года
Срок использования Valtra t191h 5 лет
Срок лизинга (в нем также амортизация) 3 года
Годовая выработка на машину 40 000 пл. куб. м щепы
Часовая производительность (средняя за год) 16 пл. куб. м щепы
Среднее удорожание по лизингу 12 %

Экономические показатели работы машины представлены в таблице 3.

Таблица 3

Распределение затрат за первый год работы машины

Показатель

Значение

Затраты за первый год работы машины составили, всего
на один машино-час работы машины
на один пл. куб. м щепы

7 511 тыс. руб.

2 929 руб.

188 руб.

Условно постоянные затраты за первый год работы,
из них:
лизинговые платежи за первый год
удорожание по лизингу за первый год
страховка на технику за первый год

3 727 тыс. руб.

 

77 %

21 %

2 %

Переменные затраты за первый год работы,
из них:
Р и ТО, запасные части
оплата труда операторов, вкл. ЕСН и страхование
расходы на ТСМ
заточка ножей

3 784 тыс. руб.

 

42 %

36 %

21 %

1 %

Выручка за первый год работы машины (без НДС) 8 426 тыс. руб.
Балансовая прибыль за год 915 тыс. руб.

Распределение лизинговых платежей по времени эксплуатации приведено на рисунке 7.

Рубительные машины, производство топливной щепы

Рисунок 7 Распределение лизинговых платежей за 3 года

По результатам исследования установлено несоответствие параметров рубительной машины условиям эксплуатации. Рубительная машина Kesla 4560С изначально не предназначена для постоянной работы с крупномерными лесоматериалами. Кроме этого, мощность двигателя трактора-тягача Valtra t191h на 30% меньше максимальной потребляемой мощности рубительной машины. В связи с этим, рубительная машина при рубке крупномерной дровяной древесины и баланса со средней толщиной около 400 мм показала низкую производительность – 16 пл. куб. м в час. За время эксплуатации машины происходили поломки барабана и подшипников, что было связано с применением машины на измельчении крупномерной древесины. В первый год эксплуатации Kesla 4560С себестоимость щепы оказалась очень высокой – 188 руб. за пл. куб. м, что обусловлено низкой производительностью и значительными выплатами по лизингу за первый год эксплуатации.

На основании проведенных исследований выработаны следующие рекомендации для выбора рубительных машин:

  1. Для эффективной работы на терминале необходимы мощные рубительные машины с приводом от собственного двигателя (200 кВт и более);
  2. При использовании рубительной машины на переработке крупномерной неделовой древесины, необходимо выбирать машину с большим размером загрузочного окна или оснащать её дополнительным устройством для раскалывания особо крупных (или с пороками формы) сортиментов.
  3. Трактор-тягач целесообразно оснащать п-образной рамой для навешивания ковша, что позволит отказаться от дополнительного погрузчика.

Литература:

1. Goltsev V., Ilavsky J., Gerasimov Y., Karjalainen T. 2010. Potential for biofuel development in Tihvin and Boksitogorsk districts of the Leningrad region - the analysis of energy wood supply systems and costs // Forest Policy and Economy. – № 12(4)

2. Karjalainen T., Gerasimov Y., Goltsev V., Ilavský J., Tahvanainen T. Assessment of Energy Wood Resources in the Leningrad Region // DevelopingBioenergyMarkets – Focuson ForestSectorand Russia. – Lappeenranta, 2006. – 20 p.

3. Gerasimov Y, Karjalainen T. Energy wood resources in Northwest Russia // Biomass and Bioenergy 35. – 2011. – P. 1655-1662

4. Васильев С. Б. Техника и технология производства щепы в леспромхозе: монография / С. Б. Васильев, В. И. Патякин, И. Р. Шегельман. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2001. – 100 с.

5. Сюнёв В. С. Лесосечные машины в фокусе биоэнергетики: конструкции, проектирование, расчет: учеб. пособие / В. С. Сюнёв, А. А. Селиверстов, Ю. Ю. Герасимов, А. П. Соколов. – Йоэнсуу : Изд-во НИИ леса Финляндии METLA, 2011.– 143 c.

6. 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

О Интернет-Журнале "Лесопромышленник"      Редакция     Партнеры     Реклама     Архив номеров    Ссылки о ЛПК     Каталог ссылок

 Иконка сайта сделана при помощи favicon.ru

©H&G - Studio 

© Интернет-журнал "Лесопромышленник" («The Internet-magazine «Lesopromyshlennik»)

Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-32798 от 11.08.2008 г.

E-mail: priorov@lesopromyshlennik.ru, karpachev@mgul.ac.ru.

При цитировании информации гиперссылка наИнтернет-журнал "Лесопромышленник"  обязательна.
Использование материалов журнала в коммерческих целях допускается только с письменного разрешения редакции.

 

С целью ограничения спам-рассылок в электронных адресах символ "@" замещён на "[at]". Приносим свои извинения за причиненное неудобство.