Потенциал совмещения операций очистки деревьев от сучьев и коры в рамках сквозных технологий лесопромышленных производств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Петрозаводский государственный университет

Потенциал совмещения операций очистки деревьев от сучьев и коры в рамках сквозных технологий лесопромышленных производств

Шегельман И. Р., Васильев А.С.

Обоснованный выбор сквозных технологических процессов заготовки биомассы дерева и ее переработки на технологическую щепу, увязывающих в одном функционально-технологическом комплексе лесовладельцев и потребителей древесины и совершенствование связей между ними необходимы для эффективного функционирования предприятий региональных лесопромышленных комплексов (ЛПК).

Постановка и решение этой научной проблемы базируется на следующих положениях [2], [3], [5], [6], [8]:

- отрасли необходимы научно обоснованные сквозные ресурсосберегающие процессы заготовки и переработки биомассы дерева на технологическую щепу;

- приоритетным направлением использования технологической щепы в региональных ЛПК Северо-Запада России являются целлюлозно-бумажная промышленность, плитное производство и биоэнергетика;

- лесная промышленность страны, обладающая колоссальным лесосырьевым потенциалом, и ее лесозаготовительные предприятия должны ориентироваться на отечественную технику, которая на основе возрастающей роли отечественного лесного машиностроения должна выйти на современный тактико-технический уровень за пять лет;

- за названный период необходимо усовершенствовать традиционные процессы с увеличением объемов заготовки сортиментов на лесосеке;

- при модернизации отечественных техники и технологии необходимо учесть зарубежный опыт, возможность трансфера знаний и технологий [9], [10];

- эффективным путем поиска новых технологических и технических решений для совершенствования известных и создания и освоения новых сквозных ресурсосберегающих технологий является функционально-технологический анализ [8].

С точки зрения функционально-технологического анализа сквозные технологические процессы целесообразно рассматривать с использованием блок-схемы, включающей элементы нескольких уровней: лесничества-арендодатели, лесопользователи-лесозаготовители, деревообрабатывающие (лесопильные и др.) и деревоперерабатывающие предприятия (целлюлозно-бумажные, гидролизные и др.) и функционально-технологические связи поставок-потребления между заготовителями и потребителями биомассы дерева.

Сырье для производства технологической щепы при этом образуется или используется: на лесосеках, на верхних и нижних лесоскладах, на деревообрабатывающих (лесопильных) предприятиях, на целлюлозно-бумажных предприятиях, на гидролизных заводах, на предприятиях по производству древесностружечных и древесноволокнистых плит.

Выбор места производства щепы может быть привязан к различным элементам блок-схемы, а операции сквозных процессов смещены в пространстве и во времени. При анализе учтено, что существующие технологические операции очистки деревьев от сучьев и окорки балансов, как правило, выполняются на различных технологических стадиях (обычно обрезка сучьев - на лесосеке или верхнем лесоскладе, окорка - в подготовительном цехе целлюлозно-бумажного предприятия) [1], [3], [4], [7], [8]. При этом используется два варианта сквозных технологий, оценка которых проведена совместно с А. Ф. Булатовым, В. И. Скрыпником, О. Н. Галактионовым, В. М. Лукашевичем, А. В. Кузнецовым и др. [2], [6].

При варианте 1 (заготовка балансов на лесосеке, прямая вывозка их потребителю, их окорка и производство окоренной щепы на ЦБК) на рубках главного пользования, проходных рубках и при прореживании, соответственно 59,0; 66,0 и 66,2 % затрат приходится на трелевку сортиментов. Достаточно высокая доля затрат приходится и на комплекс валка-обрезка сучьев-раскряжевка, если по всем другим вариантам на подготовку к трелевке затрачивается 2,9-3,6 % затрат, то по первому - 17,2 %. Причем по первому варианту 76,2 % приходится на операции, выполняемые на лесосеке (для сравнения: по второму - 28,8 %, по третьему - 44,2 %). Cовершенствование форвардеров и снижение затрат на доставку биомассы дерева к месту погрузки (верхнему лесоскладу) является важнейшим резервом повышения эффективности производства сортиментов на лесосеке.

При варианте 2 (заготовка на лесосеке хлыстов, вывозка их на верхний лесосклад, производство окоренной щепы на нижнем лесоcкладе и вывозка ее на ЦБК) на рубках главного пользования и проходных рубках соответственно 44,4 и 40,5 % затрат приходится на переработку древесного сырья на щепу. На рубках главного пользования этот показатель в 5,4 раза ниже, чем по первому варианту из-за того, что на нижнем лесоскладе значительно менее производительное оборудование, чем на бирже ЦБК.

Базой для формирования комплекса новых сквозных технологий послужил морфологический анализ и положения, сформулированные для приложений функционально-технологического анализа в лесной промышленности [3], [8]. С учетом изложенного построена морфологическая матрица области формирования вариантов сквозных технологических процессов.

«Морфологический ящик» построен для совокупности базовых морфологических признаков: 1 - предмет труда (вход в процесс); 2 - назначение продукции, выход из процесса; 3 - место производства щепы; 4 - место отделения (обрезки) сучьев от ствола дерева; 5 - основные базовые операции; 6 - совмещение операций, выполняемых одной машиной; 7 - место сортировки хлыстов (деревьев, сортиментов); 8 - место окорки древесины; 9 - место сортировки (облагораживания) щепы. 10 - отходы, образующиеся при производстве щепы.

Как показал функционально-технологический анализ, имеется реальная возможность эффективного совмещения двух названных операций в одной установке для групповой обработки древесного сырья. Благодаря совмещению двух операций на очистке деревьев от сучьев и окорке используется одна техническая система, у которой расширение функциональных возможностей опережает рост ее сложности [7], [8].

Новое направление, основанное на групповой очистке деревьев от сучьев и их окорке в одной установке, особенно актуально в связи с имеющейся тенденцией роста объемов древесного сырья, заготовленного при выборочных рубках леса. При этом возрастает объем тонкомерных деревьев, древесина которых пригодна преимущественно для производства технологической щепы.

Реализация нового направления требует решения вопросов транспортировки деревьев или их частей к месту групповой обработки, отработки процесса групповой очистки от сучьев и окорки древесного сырья, обеспечения промышленного использования получаемых при обработке в барабанах отходов в качестве топлива.

На основе выполненного анализа была сформулирована гипотеза о целесообразности создания технологических процессов и оборудования для одновременной групповой очистки древесного сырья от сучьев и коры [7], [8].

С учетом специфики процесса групповой очистки для подтверждения высказанной гипотезы возникла необходимость проведения широкомасштабных экспериментальных исследований. Процесс групповой очистки отрезков деревьев от сучьев и коры исследован в барабанах КБ-3, КБ-6. Исследования в барабане КБ-6 проведены при отрицательной температуре (- 8...10⁰С); в барабанах КБ-3 в Суоярвском (при температуре + 18...22С⁰) и в Ладвинском КЛПХ при температуре + 8...10⁰С.

Анализ качества обработки отрезков деревьев с сучьями и без сучьев в барабане КБ-6 при отрицательной температуре свидетельствует о том, что для сосны и ели в этих условиях обеспечивается полное (до 100 %) отделение сучьев.

Продолжительность обработки сосновых отрезков с сучьями колебалась от 60 до 111 мин, в среднем - 90 мин; без сучьев - от 64 до 125 мин, в среднем - 91 мин. Продолжительность обработки еловых отрезков с сучьями 65...118 мин; без сучьев - 61...108 мин, в среднем соответственно 90 и 81 мин.

Продолжительность пребывания еловых отрезков с сучьями в барабане по сравнению с отрезками без сучьев была больше на 11 %. Показатели качества очистки отрезков деревьев от сучьев и коры в барабане КБ-6 при отрицательной температуре приведены в таблице № 1.

Таблица № 1 Качество очистки отрезков деревьев от сучьев и коры в барабане КБ-6 при отрицательной температуре