CC BY
14
УДК 662.818 Доц. О.О. Шепелюк1, канд. техн. наук; асист. Р.И. Салдан , канд. техн. наук; асист. 1.Р. Шепелюк1; викл. О.М. Шевчук
ВИКОРИСТАННЯ ДЕРЕВНО1 МЕЛЕСИ У ВИГОТОВЛЕНН1 ПАЛИВНИХ МАТЕР1АЛ1В
Проведено аналiз використання вiдходiв виробництва волокнистих плит мок-рим способом та м'яких вiдходiв люопильного виробництва у створенш нов^шх па-ливних матерiалiв. Розроблено методику, проведено експериментальш дослiдження та отримано результати основних фiзико-механiчних показникiв виготовлення па-ливних матерiалiв iз вiдходiв люопиляння шдвищено! вологостi.
Актуальн1сть. Свггова економжа значною м1рою залежить в1д видо-бувних енергоресуршв, споживання яких постшно збшьшуетъся, через що перед кра!нами всього св1ту постае проблема гарантування енергетично! безпе-ки та зниження антропогенного впливу енергетики на довкшля. Вихщ 1з заз-начено! проблеми вбачаеться у використанш альтернативних джерел енергп, яю мають важливе значення для сталого розвитку та здатш допомогти у за-безпеченш добробуту майбутшх поколшь.
На деревообробних тдприемствах утворюеться значна кшьюсть м'яких в1дход1в, яю можна подшити на сух1 та волоп. Сух1 (Ш=10±2 %), м'як та тверд1 вщходи е цшним видом сировини для виробництва р1зного виду альтернативних джерел енергп, водночас використання вологих в1дход1в де-що обмежене через необхщнють впровадження додаткових матер1ально-енергетичних затрат.
На заводах з виробництва волокнистих плит мокрим способом основ-ним вщходом е деревна мелеса, яка мютить цший комплекс оргашчних та мь неральних речовин, коротком1рш волокна, продукти пдрол1зу деревини та проклеювальш речовини. У сухому сташ мае високу липюсть та мщнють, що зумовлюе можливють використання !! як в'яз1вника. Водночас значна кшьюсть в1дход1в основних виробництв нагромаджуеться на смггтезвалищах, що приз-водить до негативного антропогенного впливу на людину та довкшля загалом.
Мета роботи: встановити можливють використання деревно! мелеси та м'яких вщход1в люопиляння у виробнищв нових паливних матер1ал1в.
Матер1али та методи досл1дження. Експериментальш дослщження полягали у в1дбор1 тирси люопильного виробництва вологютю 87 % та деревно! мелеси, дозуванш компоненпв (у сшввщношенш 20 %: 80 %) та !х змшу-ваш, розробленш режим1в холодного пресування (5; 15; 25 МПа) з подаль-шим сушшням композиту за температури (40; 60; 80°С) до вологосл 8 %; та випробування та визначення властивостей паливного матер1алу. Основними властивостями паливного матер1алу були: щшьнють в сухому та вологому сташ проводили зпдно з ГОСТ 16483.7-81; вологопоглинання та максимальна вологють - зпдно з ГОСТ 9621-72; зольнють - зпдно з ГОСТ 11022-95 (1СО 1171-97); час горшня та час затримки запалення; стирання, скидання 1 стискання - зпдно з ГОСТ 21289-75, ГОСТ 18132-72, ГОСТ 21289-75.
1 НЛТУ Укра!ни, м. Льв1в;
2 Кременецький тсотехтчний коледж
Результати та Ух обговорення. Внаслiдок оброблення експеримен-тальних результатiв отримано залежностi щшьносп сухих та вологих палив-них матерiалiв на основi деревинно! мелеси вщ тиску пресування та темпера-тури сушiння (рис. 1, 2). Зi збiльшенням тиску пресування паливних матерь алiв щiльнiсть !х зростае за рахунок ди мехашчно! сили стискання, а у разi шдвищення температури сушiння щiльнiсть брикету зменшуеться внаслiдок часткового його руйнування за штенсивного випаровування вологи. Зокрема, з тдвищенням температури сушiння вiд 40 до 80°С щiльнiсть паливного ма-терiалу зменшуеться на 100-150 кг/м3. З пiдвищенням тиску пресування вщ 5 до 25 МПа щшьшсть сухого паливного матерiалу зростае: за температури сушшня (40°С) - на 16 %; за температури сушшня (60°С) - на 12 %%; за температури сушiння (80°С) - на 18 %. Особливютю вологих паливних матерь алiв е значно вища !х щiльнiсть порiвняно iз сухими, вона змiнюеться залеж-но вiд тиску пресування, в межах 620-815 кг/м3. З тдвищенням тиску пресування вщ 5 до 25 МПа щшьнють зростае на 24 %.
600
550 а 500
1 450
2 400 §350
300
15 25
Тиск пресування, МПа
Рис. 1. Графт залежност1 щиьност1 сухих паливних матерiалiв
вiд тиску пресування i температури суштня
^ 900
а 800
.2 700 | 600 ^ 500
0
5
10 15 20 25 Тиск пресування, МПа
Рис. 2. Графш залежност1 щiльностi вологих паливних матерiалiв вид тиску пресування
Результати залежност вологопоглинання та максимально! вологосп вщ тиску пресування паливних матерiалiв на основi деревинно! мелеси та м'яких вiдходiв тдвищено! вологи наведено вщповщно на (рис 3, 4).
1з збшьшенням тиску пресування вологопоглинання (рис. 3) максимальна вологють (рис. 4) паливного матерiалу зменшуеться. Ця залежшсть по-яснюеться перешкоджанню швидкому проникненням вологи iз зростанням щiльностi матерiалу. Варто зауважити, що вибiр режимiв сушiння мае iстотно бiльший вплив на вказаш показники, нiж тиск пресування, що зумовлюеться руйнiвним впливом тдвищених температур на цiлiснiсть паливного матерiалу.
8,3
7,9
К
7,7
5
Тиск пресування, МПа
Рис 3. Графш залежностг вологопоглинання в1д тиску пресування паливних матер1алш
8,5
«
к §
к к
Е
с с
е
с с; с К
8,3
7,9
7,7
5 15 25
Тиск пресування, МПа
Рис 4. Графш залежностг максимальноТ вологостг в1д тиску пресування паливних матер1алв на основ1 деревинноТмелеси
Залежшсть зольносл вщ тиску пресування паливних матерiалiв на ос-новi деревинно! мелеси та м'яких вiдходiв люопиляння мае лiнiйний характер. Цю залежнiсть можна пояснити тим, що зола, яка залишаеться пiсля спа-лювання палива, утворюеться з неоргашчних сполук, що входять до складу паливно! речовини, та з мшеральних включень. Зольнiсть палива змiнюеться лише за рахунок змши хiмiчного складу паливних матерiалiв. Тиск пресування ^ вiдповiдно, щiльнiсть паливного матерiалу не впливають на зольнiсть та становлять 2,67 %.
Внаслiдок експериментальних дослiджень часу горiння i часу затрим-ки запалення паливних матерiалiв на основi деревинно! мелеси та вiдходiв ль сопиляння (рис. 5, 6), можна зробити висновок, що зi збшьшенням тиску пресування швидюсть горiння зростае, як i час затримки запалення. Ця залежшсть пояснюеться тим, що деревинна мелеса мютить значну кшьюсть орга-нiчних речовин (продуктiв гiдролiзу деревини та проклеювальш органiчнi добавки), яю в процесi горiння розкладаються на простi органiчнi продукти, легшi нiж деревина, що сприяе !х швидкому окисленню (горiнню). 1з збшьшенням тиску пресування зростае щшьшсть паливного матерiалу, яка водно-час сповшьнюе процес горiння та запалення, а за збшьшення температури су-шiння паливного матерiалу зменшуеться його щшьнють, що призводить до швидшого процесу горшня та запалення.
5
1
1
35
34,5
34
сг 33,5
33
5 15 25
Тиск пресування, МПа
Рис. 5. Графт залежност1 часу гортня вид тиску пресування паливних матерiалiв на основi деревинноЧ мелеси
11,2
0
* , В 11
х
<и
1 10,8 §
18 10,6 И
Ц 10,4 13
2 10,2 й сг
10
5 15 25
Тиск пресування, МПа
Рис. 6. Графш залежност1 часу затримки запалення вид тиску пресування паливних матерiалiв на основi деревинноЧ мелеси
З метою забезпечення транспортабельно! мщносп паливних матерь алiв на основi деревинно! мелеси та м'яких вiдходiв люопиляння визначали транспортабельну мщнють на стирання, скидання i стискання. Характер мщ-нюних характеристик паливних матерiалiв на стирання, скидання i стискання вiд тиску пресування i температури сушiння представлено на (рис. 7, 8, 9).
5 15 25
Тиск пресування, МПа Рис. 7. Графт залежност1 вiдсотка стирання вiд тиску пресування та температури суштня паливних матерiалiв на основi деревинноЧ мелеси
95
—♦—40°С -■— 60°С —*— 80°С
! 90
и
* 85
13 80
75
5 15 25
Ттек пpecyвaння, Mna
Pue. S. Графш залeжнocmi вiдсоmка скшдання в 'д тпску прeсування та meмпeраmурu суштня палмвных маmeрiалiв на основi дeрeвuнноïмeлeсu
16
J 14
12
и g 10 ss 8 ® 6
л 6
и
1 4 я
2 2 0
5 15 25
Tиcк пpecyвaння, Mna
Pue. 9. Графт залeжнocmi мщносш1 сшаскання в 'д mucKy прeсування mu meMnepumypu суштня палмвных маmeрiалiв на ocнoвi дeрeвuннoï мeлecu
З p^. 7, 8 видно, що i3 збiльшeнням racxy пpecyвaння пaливних MaTe-piaлiв вдаотковий вмicт нa cтиpaння Ta cкидaння 3pocTae. Ця зaлeжнicть по-яcнюeтьcя тим, що 3a тиcкy пpecyвaння 5 Mna пaливний мaтepiaл, MaK^ низьку щiльнicть, володie виcокою eлacтичнicтю тa пpyжнicтю, що зумовлюе дeщо мeнший вiдcоток вiдколювaння вiд випpобyвaльного пaливного зpaзкa. 3a тиcкy пpecyвaння 25 Mna пaливний мaтepiaл Mae вищу щiльнicть тa твep-дють i водночac - нижчу eлacтичнicть тa пpyжнicть, що зумовлюе вищу ^их-кicть пiд 4ac випpобyвaння нa cтиpaння тa cкидaння.
Aнaлiз впливу тeмпepaтypи cyшiння пaливного мaтepiaлy нa вiдcоток cтиpaння тa cкидaння зумовлюе викоpиcтaння низьких тeмпepaтyp. Ц можнa пояcнити pyйнiвним впливом зpоcтaння швидкоcтi випapовyвaння вологи iз одночacним pyйнyвaнням пaливного мaтepiaлy зa тeмпepaтypи 60 тa 80°С.
Aнaлiз зaлeжноcтi мiцноcтi нa cтиcкaння пaливних мaтepiaлiв нa ошо-вi дepeвинноï мeлecи тa м'яких вiдходiв лicопиляння (жа 9) покaзaв ^оти-лeжнe. Тобто, iз зpоcтaнням тиcкy пpecyвaння i змeншeнням тeмпepaтypи cy-шiння мщнють пaливного мaтepiaлy зpоcтae. Цe вiдбyвaeтьcя зa paхyнок збiльшeння кiлькоcтi внyтpiшнiх зв'язкiв тa зpоcтaння щiльноcтi пaливного мaтepiaлy.
Висновки та узагальнення:
1. Вперше встановлено можлив1сть та доцiльнiсть створення нових компо-зицiйних паливних матерiалiв на основi вiдходiв основного виробництва волокнистих плит мокрим способом (деревна мелеса) та м'яких вiдходiв лiсопиляння (тирса).
2. Встановлено доцшьшсть використовувати тиск пресування 25 МПа та низьких температур сушшня паливного матерiалу (40°С). З практичних мiркувань на значних виробничих площах потрiбно застосовувати атмос-ферне сушшня.
Л1тература
1. Бехта П.А. Технолопя деревинноволокнистих плит / П.А. Бехта, В.К. Ошсько. - Льв1в : Вид-во "Престиж-1нформ". - 2007. - С. 92-100.
2. Закон Украши "Про альтернативш джерела енерп!" вщ 20.02.2003 р., № 555-IV i3 зм> нами та доповненнями. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.zakon.rada.gov.ua/ cgibin/laws/main.cgi? nreg=555-15.
3. Розпорядження Кабiнету мiнiстрiв Укра1ни "Про схвалення Концепци Державно! цiльовоi науково-технiчноi програми розвитку виробництва та використання бюлопчних ви-дiв палива" вiд 12.02.2009 р., № 276. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.zakon. rada.gov.ua.
4. Макси]шв В.М. Анашз, особливосп, проблеми та досвiд використання додаткових ре-сурсiв сировини - вiдходiв та вживано! деревини / В.М. Максимшв, С.В. Гайда // Науковий вю-ник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2007. - Вип. 33. -С. 63-73.
5. Кухар В. Екобютехнолопя та бюенергетика: проблеми становлення та розвитку / В. Кухар, С. Кузьмшський, О. 1гнатюк, Н. Голуб // Вюник Нацiональноi академii наук Укра!ни : загальнонаук. та громадсько-полiтичний журнал, 2005. - № 9. - С. 3-18.
6. Maija Hellberg. Biomass the alternative to fossil fuel with the greatest potential / Hellberg Maija // Timberjack news. The International Forest Machine Magazine 2/1999. - S. 12-14 c.
Шепелюк О.О., Салдан Р.И., Шепелюк И.Р., Шевчук О.М. Использование древесной мелесы в производстве топливных материалов
Проведен анализ использования отходов производства волокнистых плит мокрым способом и мягких отходов лесопильного производства в создании новейших топливных материалов. Разработана методика, проведены экспериментальные исследования и получены результаты основных физико-механических показателей изготовления топливных материалов из отходов лесопиления повышенной влажности.
Shepelyuk O.O., Saldan R.I., Shepelyuk I.R., Shevchuk O.M. Use of arboreal melesi in the production of fuel materials
The analysis of utilization of wastes of production of fibred flags is conducted wet-process and soft off cuts of sawing production in created the newest fuel materials. A method is developed, experimental researches are conducted and it is got the results of basic physic and mechanic indexes of making of fuel materials from the off cuts of sawmill of enhance able humidity.
