авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности производстващепы энергетического назначениямобильными машинами для территориальнораспределенных потребителей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Полежаев Константин Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА
ЩЕПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
МОБИЛЬНЫМИ МАШИНАМИ ДЛЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНО
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок
и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Петрозаводск – 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петрозаводский
государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шегельман Илья Романович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Васильев Сергей Борисович

кандидат технических наук

Паничев Геннадий Павлович

Ведущая организация Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С.М. Кирова

Защита диссертации состоится «___» октября 2009 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 в Петрозаводском государственном университете (185910, Республика Карелия,
Петрозаводск, пр. Ленина, д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан «___» _____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Поляков В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В большинстве субъектов Северо-Запада России отсутствуют запасы ископаемых видов топлива, поэтому энергетика регионов, десятилетиями ориентированная на потребление этих видов топлива, в настоящее время является остродефицитной. В тоже время значительный объем древесины (обломки стволов, валежник, дрова), которая является полноценным заменителем ископаемых видов топлива, не используется.

В этой связи, вовлечение в переработку древесины энергетического назначения становиться одним из приоритетных направлений работы лесопромышленного комплекса Северо-Западного Федерального округа и предполагает значительный эффект от замены угля и мазута местными видами древесного топлива.

Традиционные рекомендации по выбору технологии и состава оборудования для подготовки биомассы дерева к переработке на щепу энергетического назначения (далее – ЩЭН) носят зачастую разноречивый характер, не учитывают региональные особенности жилищно-коммунального хозяйства (далее – ЖКХ), территориальную разобщенность потребителей и заготовителей энергетического сырья.

Все это предопределяет необходимость ускоренной разработки технических решений, повышающих эффективность использования древесной биомассы путем совершенствования сквозных технологических процессов ее подготовки и переработки на ЩЭН с использованием передвижных рубильных машин (далее – ПРМ) для территориально распределенных потребителей (в настоящее время в Карелии в системе ЖКХ 467 потребителей топлива (котельных), только 15 из них работают на ЩЭН, а поставка сырья осуществляется на расстоянии 10…100 км).

Работа соответствует приоритетным направлениям, определенным Указом Президента РФ от 04.06.2008 г. № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики».

Цель исследований. Разработка технических решений, повышающих эффективность использования древесной биомассы, основанных на совершенствовании сквозных технологических процессов ее подготовки и переработки на щепу энергетического назначения для территориально распределенных потребителей с использованием комплектов ПРМ.

Объекты исследований. Региональные лесосырьевые потоки низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок, потребители ЩЭН системы ЖКХ Карелии, технологические процессы заготовки, транспортировки биомассы дерева и ее переработки на ЩЭН ресурсы древесного сырья для производства ЩЭН.

Научная новизна. Математическая модель, описывающая процессы функционирования ПРМ для производства ЩЭН для территориально распределенных потребителей с учетом формирования запасов энерге­тической древесины при использовании её в сфере ЖКХ. Новые данные, характеризующие эксплуатационные показатели древесины энергетического назначения, в т.ч. коэффициенты полнодревесности и коэффициент содержания полезной древесины в штабелях для энерге­тической переработки для условий Карелии. Электронная база данных ресурсов древесного сырья для производства ЩЭН в Карелии по районам, видам сырья и древесным породам. Технические решения для формирования рациональных процессов производства ЩЭН.

Научные положения, выносимые на защиту. Математическая модель, описывающая процесс функционирования ПРМ для производства ЩЭН для территориально распределенных потребителей в лесопромышленном регионе с учетом формирования запасов древесного сырья и щепы для использования в сфере ЖКХ. Методика определения ресурсов древесного сырья Карелии, используемого для производства ЩЭН и база данных этих ресурсов. Новые эксплуатационные характеристики древесного сырья, используемого для производства ЩЭН для условий Карелии, включая коэффициенты полнодревесности и коэффициент содержания полезной древесины в штабелях лесоматериалов для энергетической переработки. Прогноз образования древесного сырья для производства ЩЭН в Карелии на период до 2020 года. Результаты исследований функционирования ПРМ УРП-600. Рекомендации по выбору рациональных сквозных технологических процессов производства ЩЭН и режимов работы ПРМ.

Практическая значимость. Результаты исследования являются научной основой для принятия решений в области формирования систем машин и выбора технологических процессов производства ЩЭН, позволяя снизить потери сырьевых, финансовых и материальных ресурсов при реализации предлагаемых решений.

Обоснованные технические решения и результаты исследований используются Госкомитетом Республики Карелия по реформированию ЖКХ, использованы при разработке РЦП «Активное вовлечение местных топливно-энергетических ресурсов в топливно-энергетический комплекс Республики Карелия» и в учебном процессе лесоинженерного факультета ПетрГУ.

Достоверность научных исследований подтверждается значительным статистическим материалом, полученным в реальных природно-производственных условиях Республики Карелия, адекватностью разработанных моделей, внедрением результатов исследований.

Апробация работы. Основные результаты исследований, обоснованные положения и рекомендации доложены на Международных конференциях: «Биоэнергетика в России и в мире» (Санкт-Петербург, 2006), «Древесные пеллеты, щепа и торф» (Петрозаводск, 2006), «Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике» (Петрозаводск, 2006); на республиканских конференциях: «Ресурсосберегающие технологии лесного комплекса (Петрозаводск, 1998), «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Петрозаводск, 1999), «Инвестиционный климат и предпринимательство в регионах России» (Петрозаводск, 2005), «Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия» (Петрозаводск, 2008); на заседаниях кафедры технологии и оборудования лесного комплекса и КарНИИЛПК ПетрГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в т.ч. 1 в издании, входящем в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 165 с., в т. ч. 46 рис., 41 табл., 1 приложение. Список литературы содержит 111 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, показана научная новизна выполненных исследований, сформулированы цель и основные научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе выполнен анализ исследований в области освоения и использования топливно-энергетических ресурсов, а также состояние исследований и механизации вопросов использования ПРМ.

Процессы энергетического использования биомассы дерева исследовали Г. А. Борисов, И. С. Гелес, С. И. Головков, Ф. И. Зыков, И. Ф. Коперин, Г. И. Липе, И. К. Савин, Г. И. Сидоренко, Х. И. Стассен, В. Саволайнен, Н. Т. Хаккарайнен и др. ученые. Процессы подготовки биомассы дерева к переработке на щепу исследовали И. Алябьев, С. П. Бойков, Н. М. Вальщиков, С. Б. Васильев, В. В. Коробов, Э. М. Лаутнер, В. Д. Никишов, Г. П. Паничев, А. А. Пижурин, Н. П. Рушнов, М. Н. Симонов, И. Р. Шегельман, Ю. В. Шелгунов и др. Проблемы системного комплексного подхода к обоснованию технологий и комплектов машин в отрасли исследовали В. А. Александров В. И. Алябьев, Ю. Ю. Герасимов, Г. М. Анисимов, А. В. Воронин, М. В. Иевинь, С. А. Кильпеляйнен, В. В. Коробов, А. К. Редькин, В. И. Патякин, В. С. Петровский, С. Ф. Орлов, В. С. Сюнев, Э. О. Салминен, А. М. Цыпук, И. Р. Шегельман, В. Н. Шиловский и др.

Однако результатов известных работ недостаточно для разработки новых технических решений, повышающих эффективность использования древесной биомассы, основанных на совершенствовании сквозных технологических процессов ее подготовки и переработки на щепу энергетического назначения с использованием ПРМ для территориально распределенных потребителей.

В соответствии с целью работы и, исходя из проведенного анализа состояния вопроса, поставлены следующие основные задачи:

  • разработать математическую модель, описывающую процессы функционирования ПРМ для производства ЩЭН для территориально распределенных потребителей с учетом формирования запасов энергетической древесины в сфере ЖКХ;
  • дать оценку территориальной разобщенности потребителей ЩЭН по районам Карелии;
  • обосновать прогноз образования древесного сырья для производства ЩЭН в Карелии до 2020 года;
  • проанализировать ресурсы древесного сырья Карелии для производства ЩЭН и сформировать электронную базу данных этих ресурсов по районам, видам сырья и древесным породам;
  • получить данные, характеризующие эксплуатационные показатели древесины энергетического назначения для условий Карелии, в т.ч. коэффициенты полнодревесности и коэффициент содержания полезной древесины в штабелях лесоматериалов для энергетической переработки;
  • разработать и обосновать технические решения для формирования рациональных процессов производства ЩЭН.

Во втором разделе разработана математическая модель, описывающая процесс функционирования ПРМ для производства ЩЭН территориально распределенным потребителям с учетом обеспечения всех пунктов (котельных) необходимым количеством щепы на рассматриваемый период времени (в зависимости от сезона), с минимальными затратами на производство ЩЭН и передвижение ПРМ.

Имеется несколько ПРМ (n), обслуживающих несколько населенных пунктов (m), в которых расположены котельные. Для каждого пункта (i) известны ежедневные (суточные) потребности в щепе для различных сезонов работы в течение года (Wi). Для каждой ПРМ (k) известны производительность (Pk), время, необходимое для выполнения пуско-наладочных работ (Fk), затраты на производство щепы (Cgk), затраты на 1 км передвижения ПРМ (Cpk). Известны средняя скорость передвижения ПРМ (Vavg) и расстояния между всеми пунктами и между каждым пунктом и местом дислокации ПРМ

Результатом решения задачи, основанной на математической модели является график работы ПРМ с учетом обеспечения всех пунктов (котельных) необходимым количеством ЩЭН на рассматриваемый период времени (в зависимости от сезона) с минимальными затратами на производство этой щепы.

Неуправляемыми факторами задачи являются: m – количество пунктов, n – количество ПРМ, Tc – период планирования работы ПРМ (сутки), Tp – период работы ПРМ (час), S – количество рабочих часов в день (час), Vavg – средняя скорость перемещения ПРМ (км/час), Pk – производительность ПРМ k (м3/час), Тk – время на выполнение пуско-наладочных работ ПРМ k (ч), Cgk – затраты на производство 1 м3 щепы ПРМ k (руб./пл. м3), Cpk – затраты на перемещение ПРМ k (руб./км), A0i или Ai0 – расстояние от пункта i до места дислокации ПРМ (км), Aij – расстояние от пункта i до пункта j (км), Wi – суточная потребность в щепе для пункта i (м3), Wbi – объем щепы на начало периода в пункте i (м3), Wei – объем щепы на конец периода в пункте i (м3).

Управляемыми факторами задачи являются: mk – количество пунктов, обслуживаемых ПРМ k, k=1..n; nik – номер пункта по порядку i в маршруте ПРМ k, k=1..n, i=1..mk; tik – момент прибытия ПРМ k в пункт nik, k=1...n, i=1..mk.

Ограничения задачи:

– количество пунктов, обслуживаемых ПРМ k не должно превышать общее количество пунктов:, k=1..n; (1)

– номер пункта в маршруте ПРМ k не должен превышать количество пунктов, обслуживаемых ПРМ k:, k=1..n, i=1..mk; (2)

– в каждый пункт прибывает ровно одна ПРМ:

, h=1..m; (3)

– прибытие ПРМ в пункт должно быть не позднее, когда от первоначального запаса ЩЭН в пункте останется не менее суточного запаса:

, k=1..n, i=1..mk; (4)

– прибытие ПРМ в первый пункт маршрута должно быть равно времени на перемещение ПРМ из места дислокации в первый пункт:

, k=1..n; (5)

– прибытие ПРМ в следующий пункт маршрута должно быть позднее, когда ПРМ произведет необходимое количество ЩЭН в текущем пункте, включая время, потраченное на пуско-наладочные работы, плюс время на перемещение машины из текущего пункта в следующий пункт:

(6)

для mk>0, k=1..n, i=1..mk-1;

– прибытие ПРМ в конечный пункт маршрута должно быть такое, чтобы до окончания периода планирования ПРМ успела произвести необходимый объем ЩЭН в пункте и вернуться на место дислокации:

(7)

для mk>0, k=1..n;

– mk, nik, tik – целые, неотрицательные.

Целевая функция минимизирует суммарные затраты на перемещение ПРМ и затраты на производство ЩЭН в каждом пункте:

(8)

Алгоритм решения задачи предусматривает, что работа идет ежедневно при пятидневном рабочем режиме; период планирования продлевается до первого рабочего дня; все интервалы времени, затрачиваемые на работу ПРМ и ее передвижение, округляются до часа в большую сторону; маршрут движения каждой ПРМ начинается из пункта, где находится место дислокации, и заканчивается в этом же пункте; если перемещение ПРМ в следующий пункт требует больше времени, чем оставшееся рабочее время в течение текущего дня, то ПРМ остается в текущем пункте до начала следующего рабочего дня; каждый пункт обслуживается только одной ПРМ; каждая ПРМ перемещается независимо от маршрутов передвижения других ПРМ; ПРМ должна прибыть в пункт до того момента, когда в пункте останется запас ЩЭН менее, чем на сутки. Если этот момент времени приходится на выходные дни, то он отодвигается назад до первого рабочего дня.

  Блок-схема алгоритма решения-4

Рисунок 1 – Блок-схема алгоритма решения задачи

В третьем разделе выполнены исследования для обоснования прогноза образования ресурсов древесного сырья энергетического назначения в Карелии, и эксплуатационных показателей этого сырья, включая обоснование нормативов их образования, оценку коэффициентов полнодревесности, определение коэффициентов объема полезной древесины в штабелях лесоматериалов для переработки на ЩЭН (таблица 1).

Таблица 1

Нормативы образования лесосечных отходов и дровяной древесины по Республике Карелия, (%)

Состав отходов Потенциальные Экономически доступные
сосна ель листв. сосна ель листв.
обломки стволов 1,9 3,5 2,7 1,9 3,5 2,7
поврежденный тонкомер, сучья, ветви, вершинки 8,2 12,3 8,2 3,4 9,2 5,3
пни и корни 16,6 22,2 18,3
дровяная древесина 11,5 9,1 19,4 11,5 9,1 19,4
всего 26,7 38,0 29,2 5,3 12,7 8,0


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.