Экология. Ресурсосбережение Вестник БНТУ, № 6, 2011 57 Э К О Л О Г И Я. Р Е С У Р С О С Б Е Р Е Ж Е Н И Е УДК 620.9:662.638 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАГОТОВКИ ТОПЛИВНОЙ ЩЕПЫ ДЛЯ БЕЛОРУССКИХ ЭНЕРГОИСТОЧНИКОВ Докт. техн. наук, проф. ВАВИЛОВ А. В., канд. экон. наук, доц. НАГОРНОВ В. Н., канд. техн. наук ПАШКОВСКИЙ М. Н., инж. СОКОЛОВСКИЙ Ю. В. Белорусский национальный технический университет В Беларуси функционирует ряд энерго- источников, работающих на топливной щепе. До 2015 г. намечается ввод в эксплуатацию та- ких энергоисточников общей тепловой мощно- стью 1025,7 МВт и электрической – до 47,45 МВт. Однако эффективность работы энерго- источников сегодня снижается за счет больших затрат на топливообеспечение, т. е. на произ- водство и транспортировку топливной щепы. Основной причиной такого положения дел яв- ляется отсутствие научно обоснованной техно- логии и технических средств для топливообес- печения. Требуется существенно усовершенствовать применяемую технологию и подобрать эффек- тивные технические средства для ее реализа- ции. Для этого в качестве оценочного критерия выбрана себестоимость заготовки топливной щепы, включающей ее производство и доставку на склад энергоисточника. Себестоимость единицы продукции ком- плексно-механизированных процессов опреде- ляют из учета стоимости эксплуатации машин в течение часа и их часовой эксплуатационной производительности по формуле п 1 м-ч 2 ср о1 1 ед эк C С З С , П n k i i К К Т= = + + = ∑ ∑ руб./м3, (1) где м-чС – стоимость одного машино-часа экс- плуатации i-й машины, руб.; экП – часовая экс- плуатационная производительность комплекта машин, м3/ч; n – количество машин, входящих в комплект; срЗ – средняя заработная плата ра- бочих, не связанных с эксплуатацией машин, руб.; T0 – продолжительность работы комплек- та на объекте; k – количество рабочих, не свя- занных с эксплуатацией машин; пС – стои- мость подготовительно-заключительных работ на объекте, руб.; 1К , 2К – коэффициенты накладных расходов на эксплуатацию машин и заработную плату. В общем виде стоимость машино-часа определяется по формуле м-ч а зп эн то ос пбС З З З З З З ,= + + + + + руб.; (2) где аЗ – амортизационные отчисления, руб.; зпЗ – заработная плата машинистов, руб.; энЗ – затраты на энергоносители, смазочные матери- алы и гидравлическую жидкость, руб.; тоЗ – то же на ремонт и техническое обслуживание, руб.; осЗ – то же на сменную оснастку, руб.; пбЗ – то же на перебазировку техники, руб. Стоимость одного машино-часа для приме- няемых машин по (2) уже рассчитана в каждой конкретной организации или на предприятии. Поскольку для реализации технологии заго- товки топливной щепы, как правило, задей- ствованы различные типы известных машин, рассчитываем эксплуатационную производи- тельность. При заготовке щепы из дров переработку древесного сырья на топливную щепу можно осуществлять по двум вариантам стационарной рубильной машиной у склада энергоисточника или мобильной машиной на объекте заготовки дров. Доставка дров на склад по первому вари- анту осуществляется сортиментовозом, подача дров к стационарной рубильной машине для переработки в топливную щепу – погрузчиком, оборудованным челюстным захватом. Раскалы- вание бревен диаметром, превышающим раз- меры патрона (загрузочного окна) рубильной машины, выполняет раскалывающий рабочий орган, навешиваемый чаще всего на манипуля- Экология. Ресурсосбережение Вестник БНТУ, № 6, 2011 58 тор. Подачу щепы от рубильной машины к бу- ферному складу мини-ТЭЦ реализует транс- порт. По второму варианту дрова измельчаются на щепу на мобильной рубильной машине, ко- торая грузится в щеповозы и отвозится на склад энергоисточника. Эксплуатационная производительность сор- тиментовоза определяется по формуле c н в эс ц П , V k k Т = м3/ч, где Vc – объем дров, перевозимых сортименто- возом за один рабочий цикл, м3; нk – коэффи- циент наполнения грузового отсека сортимен- товоза; вk – то же использования рабочего времени сортиментовозом; Тц – время рабочего цикла сортиментовоза, ч. Производительность челюстного погрузчи- ка при погрузке дров рассчитываем следующим образом: п т в пч ц 3600 П , V k k T = м3/ч, где пV – объем пачки дров, захватываемой за один рабочий цикл, м3; тk – коэффициент технического использования времени, тk = = 0,8–0,9; kв – коэффициент использования ма- шины по времени, kв = 0,85–0,95; цT – время рабочего цикла погрузчика, ч. Рассчитаем производительность раскалы- вающего рабочего оборудования, навешивае- мого на манипулятор: б т в р ц 3600 П , V k k Т = м3/ч, где Vб – объем раскалываемого бревна, м3. Производительность стационарной рубиль- ной машины, а также мобильной, измельчаю- щей дрова, определяем по формуле 2 ср y в с.рм 3600 П , 4 D vk kπ = м3/ч, где срD – средний диаметр подаваемых дровя- ных бревен, м; v – скорость подачи, м/с; уk – коэффициент, учитывающий условия работы, уk ≈ 0,85. Производительность скребкового конвейера при доставке щепы на склад энергетической установки можно определить по формуле к с вП 3600 ψγ ,v F k= м3/ч, где vс – скорость скребков, м/с; F – площадь поперечного сечения материала на конвейе- ре, м2; ψ – коэффициент производительности конвейера; γ – объемная масса древесного топлива, т/м3. Производительность щеповоза к щ н в щ ц П , V k k k T= м 3/ч, где Vк – объем кузова щеповоза, м3; щk – ко- эффициент полнодревесности щепы, щk = 0,36. По технологии производства щепы из дре- весных отходов срезка маломерных деревьев и их укладка в кучи осуществляется валочно- пакетирующей машиной. Сбор тонкомерных деревьев, их вывозку к месту переработки на щепу и складирование в штабеля для предвари- тельной подсушки производит форвардер или машина лесная погрузочно-транспортная типа МТПЛ-5-11 или МПТ-461, выпускаемая Мо- зырским машиностроительным заводом. Пере- работка уложенных в штабеля тонкомерных деревьев и сложенных древесных отходов осу- ществляется мобильной рубильной машиной типа Беларус МР-25, оборудованной бункером- перегрузчиком. При заполнении бункера мо- бильная рубильная машина осуществляет транспортировку на небольшие расстояния и перегрузку топливной щепы в контейнер щепо- воза, который доставляет щепу на склад энер- гетической установки. Производительность валочно-пакетирую- щей машины ц в впм 3600 П T Vk = , м3/ч, где V – объем древесины, срезаемой за один рабочий цикл, м3; цT – время рабочего цикла валочно-пакетирующей машины, ч. Объем срезаемой древесины определяется следующим образом: д ,V V n= м3, где дV – средний объем одного срезаемого де- рева, м3; n – количество деревьев захватывае- мых валочно-пакетирующим оборудованием за один рабочий цикл, шт. Экология. Ресурсосбережение Вестник БНТУ, № 6, 2011 59 Производительность форвардера при сборе и вывозке тонкомерных деревьев и древесных отходов рассчитывается по формуле ц п21 фП T Vϕϕ = , м3/ч, где 1ϕ – коэффициент использования рабочего времени; 2ϕ – то же технической готовности. Производительность мобильной рубильной машины с бункером-перегрузчиком рм щ н в м.рм ц П , V k k k T = м3/ч, где Vрм – объем бункера рубильной машины, м3; нk – коэффициент наполнения контейнера рубильной машины (kн = 0,8–1,0). Производительность контейнерного топли- вовоза определяется по формуле к н щ в кщ ц П , Vn k k k T = м3/ч, где nк – количество контейнеров, перевозимых топливовозом за одну ездку. С помощью указанных выше формул прове- дем расчеты по определению себестоимости заготовки топливной щепы по различным тех- нологическим вариантам. Результаты расчетов представлены в табл. 1–3 и на рис. 1. Таблица 1 Технико-экономические показатели применяемой технологии заготовки щепы из дровяной древесины Показатель Производство щепы на рубильной машине в лесу Доставка щепы щепо- возом на резервный склад или к мини-ТЭЦ Погрузка щепы на резервном складе в транспортное средство Вывозка щепы из резервного склада к энергоисточнику Производительность в смену, м3/см 110 30,5 на расст. 50 км 242,1 114,4 Стоимость машино-смены, руб. /маш.-см. 1133990 463154 358712 199248 Себестоимость, руб./м3 10309 15185 1482 1742 Себестоимость, руб./т у. т. 39586 58310 5691 6689 Общая себестоимость, руб./т у. т. 50 км ∑ 110276 25 км ∑ 55138 Таблица 2 Технико-экономические показатели предлагаемой технологии заготовки щепы из дровяной древесины Показатель Вывозка дров из леса сортиментово- зом на резервный склад Доставка дров с ре- зервного склада к стационарной рубильной машине Переработка дров на щепу стационарной рубильной машиной и подача ее к энергоисточнику Раскалывание крупномерной дровяной древесины Производительность в смену, м3/см 43,6 114,4 136 133,5 Стоимость машино-смены, руб./маш.-см. 510623 36036 464232 36752 Себестоимость, руб./м3 11712 315 3413 275 Себестоимость, руб./ т у. т. 45046 1212 13127 1058 Общая себестоимость, руб./т у. т. 50 км ∑ 60443 25 км ∑ 37920 Таблица 3 Технико-экономические показатели предлагаемой технологии заготовки щепы из лесосечных отходов Показатель Вывозка отходов с лесосеки на верхний склад транспортно-погрузочной машиной МТПЛ-5-11 Переработка лесосечных отходов на щепу рубильной машиной Беларус МР-25 с доставкой к контейнерам топливовоза Доставка щепы к мини-ТЭЦ топливо- возом (МАЗ-630305-241) Производительность в смену, м3/см 17,3 30,7 46 Стоимость машино-смены, руб./маш.-см. 245152 415904 463154 Себестоимость, руб./м3 14170 13547 10068 Себестоимость, руб./т у. т. 54413 52020 38661 Общая себестоимость, 50 км ∑ 145094 Экология. Ресурсосбережение Вестник БНТУ, № 6, 2011 37 руб./т у. т. 25 км ∑ 125703 Тыс. руб. за 1 т у. т. Рис. 1. Графики зависимости себестоимости заготовки топливной щепы по различным технологиям от расстоя- ния вывозки: 1 – производство щепы у мини-ТЭЦ на базе стационарной рубильной машины; 2 – то же в лесу на базе передвижной рубильной машины; 3 – то же из лесосечных отходов на базе передвижной рубильной машины; 4 – то же из лесосечных отходов, когда лесозаготовительные бригады формируют кучи отходов на верхнем складе Как показывает анализ, переработка дровя- ной древесины в щепу в республике осуществ- ляется главным образом с применением мо- бильных рубильных машин непосредственно на лесосеке [1]. Нами же предлагается вариант приготовления топливной щепы с доставкой из лесосеки дров сортиментовозами с их после- дующей переработкой в щепу стационарными рубильными машинами непосредственно на электроисточнике [2, 3]. Преимущество пред- лагаемого варианта можно видеть, сравнивая данные табл. 1, 2 и графиков 1 и 2 на рис. 1. Главное преимущество предлагаемой схемы заключается в экономии затрат на доставку дровяной древесины от лесосеки к электро- источнику и замене дорогого дизельного топ- лива, необходимого на привод мобильной ру- бильной машины электроэнергией, генерируемой электро- источником, который использует древесное топливо. В представленных расчетах не учитывалась разница в стоимости затрат на топливо, расхо- дуемого на привод рубильной машины: Um = (bgЦg – т ээЭ )τ , руб.; где gb , тЭ – удельный расход дизельного топ- лива и электроэнергии на получение 1 м3 щепы; Цg, τээ – цена дизельного топлива и тариф (се- бестоимость) на электроэнергию. Из табл. 3 видно, что предлагаемая техноло- гия заготовки топливной щепы из лесосеч- ных отходов с применением отечественной мо- бильной рубильной машины МР-25 и съемных контейнеров топливовоза, оборудованного сис- темой «мультилифт», обеспечивает себестои- мость заготовки щепы значительно ниже уста- новленной на нее цены. В Ы В О Д Ы 1. Применяемая технология заготовки топ- ливной щепы для белорусских энергоисточни- ков, предусматривающая получение щепы на мобильных рубильных машинах непосред- ственно в лесу, и ее доставка щеповозами к энергоисточнику является затратной. 2. Предложено усовершенствовать техноло- гию заготовки щепы за счет вывозки дровяной древесины из леса имеющимися сортиментово- зами и получения щепы на стационарных ру- бильных машинах непосредственно у энерго- источника. 3. Выполненные расчеты по определению себестоимости заготовки топливной щепы по- казали, что предложенная усовершенствован- ная технология и подобранные технические средства обеспечивают существенное снижение затрат и повышение эффективности топливо- обеспечения. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Вавилов, А. В. Ресурсосберегающие технические средства для топливообеспечения энергетических уста- новок на биомассе / А. В. Вавилов. – Минск: Стрин- ко, 2006. – 179 с. 2. Вавилов, А. В. Дополнительные резервы топ- ливной древесины и пути их использования в Беларуси / А. В. Вавилов // Энергоэффективность. – 2009. – № 5. – С. 12–13. 3. Вавилов, А. В. Факторы, определяющие эффектив- ность производства и использования в Беларуси конкрет- ного вида древесного топлива / А. В. Вавилов // Энер- гоэффективность. – 2010. – № 5. – С. 8–9.