ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2022.241.207-217isplta-188Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВОКTECHNOLOGY AND EQUIPMENT OF LOGGING INDUSTRIESЭнергоемкость прессования древесного сырья при производстве биотопливаEnergy consumption of bruquetting raw wooden material in biofuel productionhttps://orcid.org/0000-0002-0962-1490МихеевскаяМ. А.MikheevskayaM. A.

МИХЕЕВСКАЯ Марина Александровна – доцент кафедры технологии и транспортно-технологических машин, кандидат технических наук

169300, ул. Первомайская, 13, Ухта, Республика Коми

MIKHEEVSKAIA Marina A. – PhD (Technical), associate professor of the Department of Technology and Transport and Technological Machines

169300, st. Pervomaiskaya, 13, Ukhta, Komi Republic

voronin.mary@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5409-3837ДрузьяноваВ. П.DruzyanovaV. P.

ДРУЗЬЯНОВА Варвара Петровна – заведующий кафедрой эксплуатация автомобильного транспорта и автосервиса, доктор технических наук

677000, ул. Белинского, 58, Якутск

DRUZYANOVA Varvara P. – DSc (Technical), Head of the Department “Operation of road transport and car service”

677000, ul. Belinskogo, 58, Yakutsk

druzvar@mail.ruБурмистроваД. Д.BurmistrovaD. D.

БУРМИСТРОВА Дарья Денисовна – аспирант кафедры технологии лесозаготовительных производств

169300, ул. Первомайская, д. 13, г. Ухта

BURMISTROVA Daria D. – PhD graduate student of the Department of Logging Technology

169300, ul. Pervomaiskaya, 13, Ukhta

https://orcid.org/0000-0001-8566-2326ШвецоваВ. В.ShvetsovaV. V.

ШВЕЦОВА Виктория Викторовна – доцент кафедры начертательной геометрии и инженерной графики, кандидат технических наук

190005, 2я Красноармейская ул., 4, Санкт-Петербург

SHVETSOVA Viktoria V. – PhD (Technical), associate professor of the Department of Descriptive Geometry and Engineering Graphics

190005, 2nd Krasnoarmeyskaya st., 4, St. Petersburg

vikt.schvetzova2012@yandex.ruМарковО. Б.MarkovO. B.

МАРКОВ Олег Борисович – доцент кафедры транспортных и технологических машин и оборудования

185910, пр. Ленина, 33, Петрозаводск

MARKOV Oleg B. – PhD (Technical), associate professor, Department of Transport and Technological Machines and Equipment

185910, Lenina pr., 33, Petrozavodsk

markovob@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7758-5110ИльюшенкоД. А.IliushenkoD. A.

ИЛЬЮШЕНКО Дмитрий Александрович – доцент кафедры технологии лесозаготовительных производств

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

ILIUSHENKO Dmitrii A. – PhD (Technical), associate professor of the Department of Logging Technology

194021, Institutskii per., 5, St. Petersburg

dilium@yandex.ruУхтинский государственный технический университетРоссияUkhta State Technical UniversityRussian FederationСеверо-Восточный федеральный университет имени М.К. АммосоваРоссияNorth-Eastern Federal University named after M.K. AmmosovaRussian FederationСанкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университетРоссияSt. Petersburg State University of Architecture and Civil EngineeringRussian FederationПетрозаводский государственный университетРоссияPetrozavodsk State UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt Petersburg State Forest Technical UniversityRussian Federation2022290220240241207217Copyright © Михеевская М.А., Друзьянова В.П., Бурмистрова Д.Д., Швецова В.В., Марков О.Б., Ильюшенко Д.А., 20242024Михеевская М.А., Друзьянова В.П., Бурмистрова Д.Д., Швецова В.В., Марков О.Б., Ильюшенко Д.А.Mikheevskaya M.A., Druzyanova V.P., Burmistrova D.D., Shvetsova V.V., Markov O.B., Iliushenko D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/188

Топливные брикеты из древесного сырья нашли широкое применение в хозяйстве, брикеты являются экологически чистым источником энергии. Технологический процесс их производства включает в себя несколько операций, основные из которых – транспорт, сушка, измельчение и непосредственно брикетирование (прессования) сырья. Современные исследователи изучают вопросы производства топливных брикетов не только из древесных опилок, но и из коры, ветвей, корневой. В этой связи возникает вопрос об оценке показателей эффективности производства биотоплива, включая энергоемкость. Статья посвящена развитию подхода к теоретической оценке затрат энергии на стадии прессования подготовленного древесного сырья. Исследование строится на анализе результатов, полученных ранее в области математического моделирования прессования упрочняющихся древесных материалов. В качестве основы использовано нелинейное уравнение прессования древесного материала, учитывающее увеличение предела пластичности материала брикета. Расчеты в статье выполнены с использованием методов приближенного решения дифференциальных уравнений в системе компьютерной математики Maple. Выполнена оценка энергоемкости и силовых параметров прессования хвойных древесных опилок. Результаты проведенных расчетов показали, что затраты энергии, вызванные прессованием материала брикета, практически линейно связаны с плотностью формируемого брикета. Для получения брикета из хвойных древесных опилок плотностью 1 т/м3 рабочий орган пресса совершает работу ориентировочно 40 кДж; для получения брикета 1,2 т/м3 – ориентировочно 55 кДж. По теоретической оценке, усилие рабочего органа в конце процесса прессования достигает 700 кН (70 тс).

Fuel briquettes from wood raw materials are widely used in the economy, briquettes are an environmentally friendly source of energy. The technological process of their production includes several operations, the main of which are transport, drying, grinding and direct briquetting (pressing) of raw materials. Nowadays researchers are studying the production of fuel briquettes not only from sawdust, but also from tree bark, branches and roots. This raises the question of assessing the efficiency of wooden biofuel production, including energy consumption. Our article is devoted to the development of an approach to the theoretical assessment of energy costs at the stage of pressing prepared raw wood materials. The study bases on the analysis of the results obtained earlier in the field of mathematical modeling of the pressing of strengthening wooded materials. As a basis, a non-linear equation for pressing a wood material is used, taking into account the increase in the plasticity limit of the briquette material. The calculations in the article are performed using the methods of approximate solution of differential equations in the Maple computer mathematics system. The estimation of power consumption and power parameters of pressing coniferous wood sawdust is carried out. The results of the calculations showed that the energy costs caused by pressing the briquette material are almost linearly related to the density of the formed briquette. To obtain a briquette from softwood sawdust with a density of 1 t/m3, the working body of the press does work of approximately 40 kJ; to obtain a briquette of 1.2 t/m3 – approximately 55 kJ. According to a theoretical estimate, the force of the working body at the end of the pressing process reaches 700 kN (70 tf).

затраты энергииплотность брикетауплотнениеупрочняющийся материалenergy consumptionbriquette densitycompactionstrengthening materialReferencesБирман А.Р., Хитров Е.Г., Угрюмов С.А., Власов Ю.Н. Совершенствование производства круглых топливных брикетов из древесных опилок // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2020. № 1. С. 41–46.Birman A.R., Khitrov E.G., Ugriumov S.A., Vlasov Iu.N. Sovershenstvovanie proizvodstva kruglykh toplivnykh briketov iz drevesnykh opilok [Improving the production of round fuel briquettes from sawdust]. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik, 2020, no. 1, pp. 41–46. (In Russ.)Власов Ю.Н., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Хитров Е.Г. Анализ исследований по тематике прессования древесных отходов // Resources and Technology. 2020. Т. 17. № 2. С. 1–22.Chibirev O.V., Kunitskaia O.A., Davtian A.B. Analiz issledovanii protsessa briketirovaniia otkhodov lesopererabotki na gidravlicheskom pressovom oborudovanii [Analysis of studies of the process of briquetting timber waste on hydraulic press equipment]. Resources and Technology, 2019, vol. 16, no. 2, pp. 97–118. (In Russ.)Григорьев И.В., Хитров Е.Г., Никифорова А.И., Григорьева О.И., Куницкая О.А. Определение энергоемкости продуктов лесопользования в рамках методики оценки экологической эффективности лесопользования // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. Т. 19. № 5. С. 1499–1502.Chibirev O.V., Kunitskaia O.A., Grigorev M.F. Raschet potrebnogo davleniia pressovaniia opilok pri formirovanii briketa [Calculation of the required pressure for pressing sawdust when forming a briquette]. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiia, 2019, no. 2, pp. 22–25. (In Russ.)Коршак А.В., Бирман А.Р., Онегин В.И., Хитров Е.Г. Брикетирование опилок на прессах ударного типа // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2011. Вып. 197. С. 175–181.Grigorev I.V., Khitrov E.G., Nikiforova A.I., Grigoreva O.I., Kunitskaia O.A. Opredelenie energoemkosti produktov lesopolzovaniia v ramkakh metodiki otsenki ekologicheskoi effektivnosti lesopolzovaniia [Determining the energy intensity of forest management products in the framework of the methodology for assessing the environmental efficiency of forest management]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriia: Estestvennye i tekhnicheskie nauki, 2014, vol. 19, no. 5, pp. 1499–1502. (In Russ.)Куницкая О.А., Помигуев А.В., Бурмистрова Д.Д., Тихонов Е.А. Теоретический анализ процесса брикетирования измельченных древесных материалов в условиях лесного терминала // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2021. № 9. С. 25–33.Khitrov E.G., Vlasov Iu.N., Ugriumov S.A. Toplivnye brikety iz drevesnykh opilok i matematicheskoe opisanie protsessa ikh briketirovaniia [Fuel briquettes from sawdust and mathematical description of the process of their briquetting]. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik, 2019, no. 10, pp. 34–40. (In Russ.)Михеевская М.А., Бурмистрова Д.Д., Стородубцева Т.Н., Швецова В.В., Рябухин П.Б. Теоретическое исследование брикетирования древесных отходов с учетом нелинейного упрочнения сырья // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2022. Вып. 240. С. 175–181.Korshak A.V., Birman A.R., Onegin V.I., Khitrov E.G. Briketirovanie opilok na pressakh udarnogo tipa [Briquetting sawdust on impact presses]. Izvestiia Sankt-Peterburgskoi lesotekhnicheskoi akademii, 2011, iss. 197, pp. 175–181. (In Russ.)Помигуев А.В., Куницкая О.А., Тихонов Е.А., Чжан С.А. Математическая модель брикетирования измельченных древесных материалов на лесных терминалах // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 3(51). С. 129–134.Kunitskaia O.A., Pomiguev A.V., Burmistrova D.D., Tikhonov E.A. Teoreticheskii analiz protsessa briketirovaniia izmelchennykh drevesnykh materialov v usloviiakh lesnogo terminala [Theoretical analysis of the process of briquetting of crushed wood materials in the conditions of the timber terminal]. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiia, 2021, no. 9, pp. 25–33. (In Russ.)Хитров Е.Г., Власов Ю.Н., Угрюмов С.А. Топливные брикеты из древесных опилок и математическое описание процесса их брикетирования // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2019. № 10. С. 34–40.Mikheevskaia M.A., Burmistrova D.D., Storodubtseva T.N., Shvetsova V.V., Riabukhin P.B. Teoreticheskoe issledovanie briketirovaniia drevesnykh otkhodov s uchetom nelineinogo uprochneniia syria [Theoretical study of briquetting of wood waste, taking into account the non-linear hardening of raw materials]. Izvestiia Sankt-Peterburgskoi lesotekhnicheskoi akademii, 2022, iss. 240, pp. 175–181. (In Russ.)Чибирев О.В., Куницкая О.А., Григорьев М.Ф. Расчет потребного давления прессования опилок при формировании брикета // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2019. № 2. С. 22-25.Pomiguev A.V., Kunitskaia O.A., Tikhonov E.A., Chzhan S.A. Matematicheskaia model briketirovaniia izmelchennykh drevesnykh materialov na lesnykh terminalakh [Mathematical model of briquetting of crushed wood materials at timber terminals]. Sistemy. Metody. Tekhnologii, 2021, no. 3(51), pp. 129–134. (In Russ.)Чибирев О.В., Куницкая О.А., Давтян А.Б. Анализ исследований процесса брикетирования отходов лесопереработки на гидравлическом прессовом оборудовании // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 2. С. 97–118.Vlasov Iu.N., Grigorev I.V., Kunitskaia O.A., Khitrov E.G. Analiz issledovanii po tematike pressovaniia drevesnykh otkhodov [Analysis of research on the pressing of wood waste]. Resources and Technology, 2020, vol. 17, no. 2, pp. 1–22.Vlasov Ju., Khitrov E., Khakhina A., Gigorev G., Dmitrieva I. Theoretical effect of moulding speed and processing time on sawdust briquettes density // Soils; Forest ecosystems: 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019. Conference proceedings. Sophia, 2019. P. 861–868.Vlasov Ju., Khitrov E., Khakhina A., Gigorev G., Dmitrieva I. Theoretical effect of moulding speed and processing time on sawdust briquettes density. Soils; Forest ecosystems: 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019. Conference proceedings.. Sophia, 2019, pp. 861–868.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.