CC BY
11
УДК 674.81:662.638
0. В. Д'ЯКОНОВ (ХНТУСГ), В. В. БОЖКО (ДП «УКРЗАЛ1ЗНИЧПРОЕКТ»),
1. О. ТКАЧЕНКО, В. I. Д'ЯКОНОВ (ХНУМГ)
Харкiвський нацiональний технiчний ушверситет сiльського господарства iм. Петра Василенка, тел.: 066-723-00-94, ел. пошта: dyakonov [email protected]
Державне пiдприeмство «Проектно-вишукувальний шститут залiзничного транспорту» ПАТ «Укрзалiз-ниця», Харкiвське вiддiлення, тел.: 099-015-32-20, ел. пошта: bozhko [email protected]
Харкiвський нацюнальний унiверситет мiського господарства iм. О. М. Бекетова, тел.: 099-940-57-59, 066-72300-94, ел. пошта: tia [email protected], dyakonov [email protected], ORCID: orcid.org/0000-0001-7326-8161
РОЗРОБКА I ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОБОТИ ЕФЕКТИВНО1 БАГАТОВАР1АНТНО1 ГНУЧКО1 ТЕХНОЛОГИ УТИЛ1ЗАЦП РОСЛИННИХ ТА ДЕРЕВНИХ В1ДХОД1В ДЛЯ ШДПРИСМСТВ ЗАЛ1ЗНИЦ1
Вступ
Традицiйнi джерела енергп (нафта, вугшля, дизельне паливо) а також зростаючi тарифи на електроенергiю i опалення не задовольняють потребам затзнищ. Сьогодення диктуе потреби в пошуку нових, легко вiдновлювальних, еко-лопчних i дешевих джерел енерги. 1х перероб-ка в технiчно зручш види палива мае декiлька шляхiв. Одним з них е утатзащя бiомаси в тве-рдi види палива.
Л^ературний огляд
Проблематика розвитку бюенергетики, ощ-нювання потенцiалу виробництва та ефектив-ностi використання висвгглеш в багатьох нау-кових працях [1-6].
Питання шляхiв розвитку виробництва бю-палива розглянуто в працях таких науковщв, як Железна Т. А., Матвеев Ю. Б., Жовшр М. М., та iн., однак стосовно доцшьносп виробництва бiопалив серед вчених ведеться дискушя [5, 6].
Мета статт
Створення ново! гнучко! технологи одер-жання палива з рослинних та деревних вiдходiв для опалення примщень тягових пiдстанцiй або ЕЧК.
Основний матерiал дослiдження
Вщновлювальш джерела енергп - це соняч-на, вiтрова, геотермальна енергiя, енерпя хвиль та припливiв, бiомаси, газу з оргашчних вщхо-дiв i каналiзацiйно-очисних станцiй, бiогазiв, гiдроенергiя та вторинш енергетичнi ресурси. З цього перелшу важливу роль вiдiграе бюмаса -продукти, що складаються повшстю або част-ково з речовин рослинного походження. Бюма-са вважаеться одним з ключових поновлюваних
енергетичних ресуршв майбутнього. Сьогоднi вона забезпечуе близько 14% споживання пер-винно! енергп [6-7, 9]. Тому, використання бю-маси як палива для опалення примщень тягових шдстанцш або ЕЧК при використанш твер-допаливних котелень може значно тдвищити енергоефективнють основних господарств зал> зниць Украши, тим паче, що переробцi шдляга-тимуть енергоресурси якi з'являтимуться при виконанш робiт з видалення деревно-чагарниково! рослинностi, що знаходяться у смузi вiдводу.
Енергетичний потенцiал бюмаси в Укра1ш становить понад 23 млн. т. умовного палива на рш, зокрема енергетичш культури та вщходи деревини - 6,7 млн. т.; солома зернових культур - 4,6 млн. т.; iншi вщходи сшьськогоспо-дарських культур - 5,2 млн. т.; рщю палива (б> одизель, етанол) - 2,2 млн. т.; торф -0,6 млн. т.; iншi - 4,0 млн. т. [8]
В природному виглядi бюмасу не можна ви-користовувати - ii необхiдно переробляти.
Отже нами було розроблено гнучку мобшь-ну установку [10] так як рослинш вiдходи дощ-льно переробляти прямо на мющ !х утворення для економи коштiв на транспортування. Бажа-но такi установки робити на базi трактора кл. 1.4-2 т. з трьома лшями переробки бюмаси рис 1.
Перша лшя - виробництво дров. Друга л> шя - виробництво евродров (сумiшевих бри-кетiв). Третя лiнiя - пiролiзна - виробництво газу та деревного вугшля.
Згщно поставлено1 задачi виробництва дров, установка оснащуеться модулем для поперечного рiзання нелшвщно1 деревини (МПРД) та модулем для розколювання нелшвщно1 деревини (полiн) (МРД).
© Д'яконов О. В. та ш., 2016
Друга лiнiя установки повинна оснащатися модулем для подрiбнення (МПД) та модулем для сушшня бiомаси (МСБ). Для виготовлення евродров потрiбен модуль для пресування (МП). Також в процесi роботи тако! установки накопичуеться багато тирси i гiлок деревини. Повнощнна робота установки передбачае необ-
хiднiсть використання допомiжних модулiв: МЗБ - модуль змшування бiомаси; МЗ - модуль зневоднення бiомаси; МТ - модуль збору тирси; МЩ - модуль пакування щепи; МБ - модуль пакування брикетiв; МД - модуль пакування дров; МТр - модуль транспортування; МУ - модуль управлшня.
Сонячна сушарка
Трактор
для суппння йомаси
Модуль для подр]онення бюмаси (МПБ)
(Б-.-бер:
Модуль для поперечного рЬання деревннн (МЛРД)
ГБуфер)
Модуль ДЛЯ СуГШННЯ бюмаси (МСБ)
[Буфер)
полютилен
Модуль для поперечного р1зання деревннн (МЛРД)
Модуль для зшшування бюмаси (МЗБ)
[Буфер)
деревне
ВУГ1ЛЛЯ
дрова
на реалгзашю населению
для двнгуна електростанш
Рис. 1. Схема переробки та утил1заци деревних 1 рослинних в1дход1в в тверде бюпаливо: 1-шнековий робо-чий орган для брикетування бюмаси 2- охолоджувач 3- затвор
Основними стадiями виробництва паливних брикетiв з рослинно! та деревно! сировини е И подрiбнення (МПД), сушiння (МСБ), брикетування, охолодження та пакування продукци. Кожна iз цих стадiй е енергоемною.
Лiнiя обробки деревних вiдходiв представ-ленi на рис. 2. Вс вищезазначенi модулi (осно-внi та допомiжнi) встановлюються на рамi 1, яка навшуеться за трьох-точковою схемою на заднш начiпний пристрiй трактора з маншуля-тором. Модуль поперечного рiзання деревини (МПРД) рис 2 складаеться iз пильного диска 2 закритого кожухом з накопичувачем тирси, рами надвигання з лотка 3 для стовбура нелшвщ-ноi деревини та лотка для дрiблення 4. Модуль для розколювання деревини (МРД) складаеться iз гiдроцилiндра 5, повзуна 6 та ножа 7. На мю-це цього модуля легко монтуеться модуль для зневоднення бiомаси при використанш пдро-цилiндра 5.
Маршрут виробництва дров наступний. Оператор кладе стовбур нелшвщно! деревини довжиною 1,5-2м на лоток 3 та подае його на пильний диск 2. Вiдрiзаний чурак 8 шд силою
тяжшня падае по направляючим 4 до модуля МРД та опиняеться мiж повзуном 6 та ножем 7. При подачi оливи до гщроцилшдра 5 повзун 6 тисне на чурак 8 та насувае його на шж 7 для розколення. Пдроцилшдр можна використову-вати не тшьки для розколювання деревини але i для зневоднення бюмаси при застосуванш модуля зневоднення бюмаси (МЗ).
Сушшня пиломатерiалiв може реашзовувати-ся у барабанних, стрiчкових сушарках та сушар-ках киплячого шару, яю е громiздкими та потре-бують встановлення очисного обладнання, а це в свою чергу е енергоемним, оскшьки на процес витрачаеться до 37 % енергозатрат технологiч-ного процесу виробництва брикетiв. Все це спо-нукае до пошуку шляхiв до !! зниження. Наш досвiд свщчить про високу ефективнiсть соняч-них сушарок, з огляду на штенсившсть процесу сушiння, можливiсть отримання достатньо низь-ко! кiнцево! вологостi матерiалу i його високу якiсть. Також для сушшня можливо використо-вувати вихлопш гази ДВЗ i бшьш ефективно висушувати рослиннi та дерев'яш вiдходи та знизити енерговитрати до 16%.
© Д'яконов О. В. та ш, 2016
Енерговитратною стащею виробництва яв-ляеться i брикетування або гранулювання, на реалiзацiю чого витрачаеться до 20 % загальних енергозатрат. Виготовлення дрiб'язку i3 рос-линно! та деревно! сировини наступна. Сиро-вина поступае до модулю подрiбнення (МП). Пiсля подрiбнення сировина поступае до модулю сушник (МС) i далi до модулю змшування. Бiомасу змiшують у змiшувачi Z-подiбною мь
шалкою з максимальною кшьюстю 4,7 % вщ-ходами полiетиленово! плiвки та тах 1,8 % шюряного пилу. Отриману сумш необхiдно пiдiгрiвати гарячим повiтрям при 140-160°С протягом 2-5 хв а по^м завантажити в прес-форму та зжимати пiд тиском 5,0-15,0 МПа протягом 0,3-0,5 хв з додатковим охолоджен-ням, пiсля чого утворюсться готовий брикет.
МРД
\7
Рис. 2. Лшя обробки деревних ввдход1в: 1 - рама транспортного засобу; 2 - пильний диск; 3 - лоток для де-ревини; 4 - лоток для др1блення; 5 - пдроцил1ндр; 6 - повзун; 7 - шж; 8 - перероблювана речовина.
Також можливий i варiант використання сухо! бюмаси при отриманнi дерев'яного вугшля. Для цього за допомогою регульованого шнеко-вого транспортера бюмаса подаеться на вхiд пiролiзноl установки (третя лшя). У процесi пiролiзу видiляються пiролiзнi гази, якi вщво-дяться в топку установки i згоряють, здшсню-ючи подальший процес пiролiзу. Також шрол> знi гази можна використовувати для живлення двигуна трактора, потреб населення а також для сушшня бюмаси або живлення двигуна електростанци. Даний процес вщбуваеться без-перервно i не потребуе додаткового палива. У кшцевому процесу пiролiзу ми отримуемо деревне вугшля. Для зменшення простою будь-яко! з трьох лiнiй мiж И модулями необхiдно застосовувати буферш пристро!.
Завдяки процесу пiролiзу з'являеться мож-ливiсть використання на тракторi газогенерато-рно! установки, що тдвищуе енергоефектив-нiсть дано! системи, що в свою чергу вже тдт-верджено нашими дослщженнями та досл> дженнями Житомирського нацiонального агроекологiчного ушверситету [5]. Тип газогенератора вибрано - обернений. Основною причиною цього е те, що при такому тиш газогенератора крекшгуються в бшьшосп сво!й смоли,
яю присутнi в складi деревини. Газогенератор-на установка дае змогу економити дизельне па-ливо на рiвнi 60-70 %.
Висновки
1. Бюмаса з деревини - одне з найефекти-вшших джерел вщновлювально! енергi!, з висо-ким потенцiалом застосування, яку можна використовувати для виршення комунально-побутових потреб (опалення примiщень тяго-вих пiдстанцiй за допомогою твердопаливних котелень та iн. примiщень), що може значно шдвищити енергоефективнiсть господарств затзнищ.
2. На вибiр системи машин для переробки бюмаси з деревини суттево впливають розмiр-но-яюсш характеристики сировини.
3. Збiльшення завантаження запропонова-ного устаткування на 30-40% досягаеться за рахунок можливост обробки в ньому рiзнома-нiтних видiв бiомаси.
4. Переробцi пiдлягатиме бюмаса з деревини, що потребуе утилiзацi! при виконанш робiт з видалення деревно-чагарниково! рос-линностi, що знаходяться у смузi вiдводу залiз-ниць.
© Д'яконов О. В. та ш., 2016
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Дубровш В.О. Бюпалива (технологи, машини i обладнання) / В.О. Дубровш, М.О. Корчемний, 1.П. Масло// - К.:Енергетика i електрифшащя, 2004. -256 с.
2. Блюм Я.Б. Новггш технологи бюенергоконве-рс][1': Монографiя / Я.Б. Блюм, Г.Г. Гелетуха, 1.П. Гри-горюк // - К.:Аграр Медiа Груп, 2010. - 360 с.
3. Орсик Л. С. Биоэнергетика: мировой опыт и прогнозы развития / Л.С. Орсик, Н.Т. Сорокин, В.Ф. Федоренко // -М.: Росинформ агротех, 2008. - 404 с.
4. Дубровш В.О. Бюенерпя в Укра!ш - розвиток сшьських територш та можливосп для окремих громад: Науково-методичш рекомендаци / В.О. Ду-бровiн, М.Д. Мельничук, Ю.Ф. Мельник // - К: НУБШ Украни, 2009. - 122 с.
5. Мельничук М.Д. Альтернативна енергетика: Навч. поабник для студ. вищ. навч. закл. / М.Д. Мельничук, В.О. Дубровш, В.Г. Мироненко та ш.// -К.: Аграр Медiа Груп, 2011. - 612 с.
6. Гелетуха Г.Г. Використання мюцевих видiв палива для виробництва енергп в Укра!ш / Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная, Ю.Б. Матвеев, М.М. Жовшр // Промислова теплотехнiка. - 2006. - Т. 28. - № 2. -С. 85-93.
7. Гомонай М.В. Производство топливных брикетов. Древесное сырье, оборудование, технологии, режимы работы: монография / М.В. Гомонай. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2006. - 68 с.
8. Сарана В.В. Багатокрш^альна оцшка су-часного обладнання для виготовлення паливних гранул i брикетiв з вiдходiв переробки сшьськогос-подарських культур та деревини / В.В. Сарана, М.М. Гудзенко, С.М. Кухарець // Науковий вюник Нацю-нального унiверситету бюресурав природокористу-вання Укра!ни. Серiя: техшка та енергетика. - К.: НУБШ Укра!ни, 2010. - Вип. 144, ч. 3. - С. 190-198.
9. Мельничук Д.О. Короткий словник-довщник найуживашших термшв з екологи, бютехнологи та бiоенергетики / Д.О. Мельничук, М.Д. Мельничук, В. А. Гайченко та ш. // За ред. акад. Д.О. Мельничу-ка. - К.: НУБШ Укра!ни, 2009. -310 с.
10. Д'яконов О.В., Д'яконов В.1., Богомолова В.П. Пристрш для переробки нел1кв1дно1 деревини на дрова. Патент №65904 МПК51. В27В5/00
Надiйшла до друку 15.01.2016.
Внутрiшнiй рецензент Кузнецов В. Г.
REFERENCES
1. Dubrovin V.O., Korchemnyi M.O., Maslo I.P. Bi-opalyva (tekhnolohii, mashyny i obladnannia) [Biofuel (technologies, machines and equipment)] Kyiv, Ener-hetyka i elektryfikatsiia, 2004. - 256 s
2. Blium Ia.B., Heletukha H.H., Hryhoriuk I.P. Novitni tekhnolohii bioenerhokonversii: Monohrafiia [The latest technology bioenergy conversion: Monograph] Kyiv, Ahrar Media Hrup, 2010. - 360 s.
3. Orsyk L.S., Sorokyn N.T., Fedorenko V.F. Byoenerhetyka: myrovoi opyt i prohnozy razvytyia [Bioenergy: international experience and forecast of development] Moscow, Rosynform ahrotekh, 2008. - 404 s.
4. Dubrovin V.O., Melnychuk M.D., Melnyk Iu.F. Bioenerhiia v Ukraini - rozvytok silskykh terytorii ta mozhlyvosti dlia okremykh hromad: Naukovo-metodychni rekomendatsii [Bioenergy in Ukraine - development of rural areas and opportunities for individual communities: methodological recommendations] Kyiv, NUBiP Ukrainy,
2009. - 122 s.
5. Melnychuk M.D., Dubrovin V.O., Myronenko V.H. Alternatyvna enerhetyka: Navch. posibnyk dlia stud. vyshch. navch. zakl. / [Alternative energy: Textbook for students of higher educational institutions] Kyiv, Ahrar Media Hrup, 2011. - 612 s.
6. Heletukha H.H., Zheleznaia T.A., Matvieiev Iu.B., Zhovnir M.M. Vykorystannia mistsevykh vydiv palyva dlia vyrobnytstva enerhii v Ukraini [Using a local fuels for energy production in Ukraine] Promyslova teplotekhnika. - 2006. - T. 28. - № 2. - S. 85-93.
7. Gomonay M.V. Proizvodstvo toplivnyih briketov. Drevesnoe syire, oborudovanie, tehnologii, rezhimyi rabotyi: monografiya [Production of fuel briquettes. Wood raw materials, equipment, technologies, modes of work: monograph] Moscow, GOU VPO MGUL, 2006. - 68 s.
8. Sarana V.V., Hudzenko M.M., Kukharets S.M. Bahatokryterialna otsinka suchasnoho obladnannia dlia vyhotovlennia palyvnykh hranul i bryketiv z vidkhodiv pererobky silskohospodarskykh kultur ta derevyny [Multi-criteria evaluation of modern equipment for the manufacture of fuel pellets and briquettes made of wastes of agricultural crops and wood] Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu bioresursiv pryrodokorystuvannia Ukrainy. Seriia: tekhnika ta enerhetyka. - Kyiv, NUBiP Ukrainy,
2010. - Vyp. 144, ch. 3 - S. 190-198.
9. Melnychuk D.O., Melnychuk M.D., Haichenko V.A. Korotkyi slovnyk-dovidnyk naiuzhyvanishykh ter-miniv z ekolohii, biotekhnolohii ta bioenerhetyky [A brief dictionary of the most commonly used terms in ecology, biotechnology and bioenergy] Kyiv, NUBiP Ukrainy, 2009. -310 s.
10. Diakonov O.V., Diakonov V.I., Bohomolova V.P. Prystrii dlia pererobky nelikvidnoi derevyny na drova. [Device for processing non-liquid wood for firewood]. Patent №65904 MnK51. B27B5/00
3oBHimmH pe^menr HewmmK n. ff.
Стаття присвячена розробш i дослiдженню роботи ефективноТ 6araTOBapiaHTHOi гнучкоТ технологií утилi-зацií рослинних та деревних вiдходiв. Об^рунтованi та подаш результати робiт 3i створення конструктивно-технологiчноí схеми утилiзацií рослинних та деревних вiдходiв шляхом розробки i впровадження у вироб-ництво ефективних гнучких засобiв. Розроблено нормативно-техшчну документацiю на ресурсозберiгаючу технологiю виробництва твердого бюпалива з деревних вiдходiв.
© Д'яконов О. В. та ш., 2016
Дослщжено перспективи розширення використання ra3oreHepaTopiB для газифкацп твердо!' паливно'1 бiомаси для забезпечення енергетичних потреб сшьських господарств pi3HOï спецiалiзацiï та виробничих потужностей, визначено основы можливост та обмеження господарства у впроваджеш обладнання для га-зифiкацiï бiомаси.
Ключовi слова: мобшьний агрегат, гнучкi технологiï, паливнi брикети, дрова, щепа, рослинш та деревины вщходи, тяговi пiдстанцiï.
УДК 674.81:662.638
А. В. ДЬЯКОНОВ (ХНТУСХ), В. В. БОЖКО (ГП «УКРЗАЛИЗНЫЧПРОЕКТ»), И. А. ТКАЧЕНКО, В. И. ДЬЯКОНОВ (ХНУГХ)
Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. Петра Василенка, тел.: 066-723-00-94, эл. почта: dyakonov [email protected]
Государственное предприятие «Проектно- изыскательский институт железнодорожного транспорта ПАТ «Укрзализныця», Харьковское отделение, тел.: 099-015-32-20, эл. почта: bozhko [email protected]
Харьковский национальный университет городского хозяйства им. А. Н. Бекетова, тел.: 099-940-57-59, 066-723-00-94, эл. почта: tia [email protected], dyakonov [email protected], ORCID: orcid.org/0000-0001-7326-8161
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭФФЕКТИВНОЙ МНОГОВАРИАНТНОЙ ГИБКОЙ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ И ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Статья посвящена разработке и исследованию работы эффективной многовариантной гибкой технологии утилизации растительных и древесных отходов. Обоснованы и представлены результаты работ по созданию конструктивно-технологической схемы утилизации растительных и древесных отходов путем разработки и внедрения в производство эффективных гибких средств. Разработана нормативно- техническая документация на ресурсосберегающую технологию производства твердого биотоплива из древесных отходов.
Исследованы перспективы расширения использования газогенераторов для газификации твердой топливной биомассы для обеспечения энергетических потребностей сельских хозяйств различной специализации и производственных мощностей, определены основные возможности и ограничения хозяйства во внедрении оборудования для газификации биомассы.
Ключевые слова: мобильный агрегат, гибкие технологии, топливные брикеты, дрова, щепа, растительные и древесные отходы, тяговые подстанции.
Внутренний рецензент Кузнецов В. Г. Внешний рецензент Лежнюк П. Д.
UDC 674.81:662.638
0. V. DYAKONOV (KNTUA), V. V. BOZHKO (UKRZALIZNYCHPROEKT),
1. O. TKACHENKO, V. I. DYAKONOV (KNUME)
Kharkiv National Technical University of Agriculture named after Peter Vasilenko, tel.: 066-723-00-94, e-mail: dyakonov [email protected]
The State Enterprise «Design and Research Institute of Railway Transport», Kharkov department, tel.: 099-015-32-20, e-mail: bozhko [email protected]
Kharkiv National University of Municipal Economy, tel.: 099-940-57-59, 066-723-00-94, e-mail: tia [email protected], dyakonov [email protected], ORCID: orcid.org/0000-0001-7326-8161
RESEARCH AND DEVELOPMENT WORK EFFICIENT UTILIZATION MULTIPLE FLEXIBLE TECHNOLOGY OF PLANT AND WOOD WASTE FOR ENTERPRISES OF RAILWAYS
The article is devoted to the development and research of effective multivariate flexible technologies for the utilization of plant and wood waste. It justifies and presents the results of works on creation of constructive-technological scheme of disposal of plant and wood waste through the development and introduction into production of effective flexible funds. Developed normative - technical documentation on resource-saving technology of production of solid biofuels from wood waste.
Investigates the prospects of extending the use of the gasifier for gasification of solid biomass fuel to meet the energy needs of the rural farms of different specialization and production capacity, identifies the main opportunities and constraints of agriculture in the implementation of equipment for biomass gasification.
Keywords: mobile unit, flexible technology, briquettes, firewood, wood chips, plant and wood waste, traction substations.
Internal reviewer Kuznetsov V. G. External reviewer Lezhnuk P. D.
© Д'яконов О. В. та ш., 2016
