Обоснование рациональной конструктивной схемы измельчителя отходов льна масличного для изготовления топливных пеллет

ЛИТЕРАТУРА

1. Клочков, А. В. Зерноуборочные комбайны:этапы совершенствования, современное состояние, перспективы развития: монография / А. В. Клочков, А. А. Дюжев, В. В. Гусаров. - Горки: БГСХА, 2012. -182 с.

2. Клочков, А. В. Концепция зерноуборочного комбайна: монография / А. В. Клочков. - Горки: БГСХА, 2011. - 120 с.

3. Кузин, Г. А. Интенсификация процессов обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов / Г. А. Кузин. - Ростов-н/Д, 1989. - 503 с.

4. Липкович, Э. И. Исследование процесса обмолота с одновременной сепарацией зерна из грубого вороха в молотильном аппарате с целью изыскания возможности их интенсификации / Э. И. Липкович. - Зерноград, 1969. - С. 15-25.

5. Липкович, Э. И. Процессы обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов / Э. И. Липкович. - Зерноград: ВНИПТИМЭСХД973. - 65 с.

6. Гусаров, В. В. Сравнительные показатели работы зерноуборочного комбайна с дифференцированной рабочей поверхностью подбарабанья молотильного аппарата / Гусаров В. В. / Вестник БГСХА. - 2013. - №3. - С. 137 - 139.

7. ТКП 151-2008 (ОСТ 10.2.18-2001) Испытания сельскохозяйственной техники. Методы экономической оценки. Порядок определения показателей. - М., 1988. - 25 с.

8. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки: ГОСТ 23728 - 88 - ГОСТ 23730 - 88. - Введ. 01.08.88. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 25 с.

9. Справочник нормативов трудовых и материальных затрат для ведения сельскохозяйственного производства/ Сост. Я. Н. Бречко, М. Е. Суманов. - Минск: БелНИИ АЭ, 2002. - С. 249.

10. Нормативно-справочный материал для экономической оценки сельскохозяйственной техники. - М., 1988 (НСМ-88).

УДК 631.363.25:633.521:662.636

В. Е. КРУГЛЕНЯ, А. С. АЛЕКСЕЕНКО, В. И. КОЦУБА, А. В. БЕЗРУЧЕНКО

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ОТХОДОВ ЛЬНА МАСЛИЧНОГО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ПЕЛЛЕТ

Cultivation area of oil flax increases both in the world and in the Republic of Belarus. At the same time there arises a problem of utilization of stalk mass, which is of no use today. The article bases the possibility of processing oil flax stalks for the production of alternative fuel. We have analyzed comparative indicators of the main shredding machines and suggested a constructive scheme of oil flax stalks shredder. We have presented data of research into size-mass and strength properties of oil flax as an object for shredding.

Посевные площади льна масличного увеличиваются как во всем мире, так и в Республике Беларусь. Одновременно возникает проблема утилизации стебельчатой массы, не находящей в настоящее время дальнейшего применения. В статье обоснована целесообразность переработки отходов льна масличного для производства альтернативного топлива. Проанализированы сравнительные показатели основных измельчающих машин и предложена конструктивная схема измельчителя стеблей льна масличного. Приведены данные по результатам исследований размерно-массовых и прочностных свойств льна масличного как объекта для измельчения.

Введение

Важный вклад в решение задачи энергообеспечения вносят возобновляемые виды энергии. В настоящее время биомасса - 4-е по значению топливо в мире, дающее около 2 млрд. тонн условного топлива в год, что составляет около 14 % общемирового потребления первичных энергоносителей. Одним из таких видов могут стать отходы, возникающие при переработке льна масличного. Наибольшие посевные площади льна масличного в Индии, Канаде, Китае, Аргентине, США и они увеличиваются как во всем мире, так и в Республике Беларусь. По мере расширения в нашей республике посевов масличного льна среди специалистов все чаще возникают дискуссии, что делать с льняной соломой. Сейчас в основном такой лен убирают зерноуборочным комбайном на высоком срезе до 40 см, а оставшуюся на корню солому сжигают за ненадобностью [1, 2].

Анализ источников

На ряде Белорусских льнозаводов уже действуют установки по переработке костры льна-долгунца в топливные брикеты. Их охотно покупают в странах Прибалтики. А ведь в соломке льна масличного костры больше, чем в долгунце. Следовательно, из него более выгодно производить топливо и продавать на экспорт. Одновременно с этим решается и проблема утилизации отходов [3, 4].

Имеющийся в Республике Беларусь объем льнокостры, преобразованный в пеллеты, позволяет заменить около 83,1 тыс. м3 газа, 87,5 тыс. тонн дизтоплива и 120 тыс. тонн мазута. Согласно отраслевой научно-технической программе «Лен масличный» на 2012-2016 гг., утвержденной постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 31.08.2012 №799, намечено развитие производства льна масличного в Республике Беларусь [5]. Посевные площади льна масличного в Республике Беларусь на ближайшую перспективу приведены на рис. 1:

Рис. 1. Существующие и прогнозируемые посевные площади льна масличного в Республике Беларусь

В долгосрочной перспективе, по мнению специалистов института льна, посевы льна масличного возможно увеличить по стране до 30 тыс. гектаров. Однако в этом случае возникает проблема с посевными площадями, которых не хватает. Один из вариантов решения данной проблемы - увеличение урожайности льна долгунца и при этом сокращении его посевных площадей, которые впоследствии займет лен масличный [6].

В настоящем году было посеяно 962 га льна масличного, из них в Гродненской области - 500 га, в Минской области - 380 га, в Брестской области - 82 га. С каждого гектара посева получается 34 тонны стебельчатой массы, это означает, что в качестве сырья для производства топлива пригодно 12-16 тыс. тонн [6, 7]. С увеличением посевных площадей количество сырья, из которого можно будет производить альтернативное топливо, будет возрастать.

Для того чтобы получить топливные пеллеты из стеблей льна, их предварительно необходимо измельчить. Сегодняшние линии гранулирования не имеют такого оборудования, поэтому разработка устройства для измельчения стеблей льна масличного с целью получения сырья для производства топлива является актуальной. Отечественные дробилки не уступают зарубежным аналогам, однако уровень удельных энергозатрат на измельчение остается достаточно высоким. Значительным недостатком существующих дробилок является также переизмельчение материала, низкий коэффициент однородности измельчения (48,6 %) и высокий удельный расход энергии [8].

Развитие отечественного измельчающего оборудования требует решения следующих задач: устранение переизмельчение материала; снижение удельного расхода энергии на измельчение; повышение качества (однородность) конечного продукта; надежности измельчающих машин.

Решение данных задач предусматривает разработку и применение новых технических решений, направленных на оптимизацию процесса измельчения. Перспективными в данном направлении являются разработка и внедрение измельчителей с применением дисковых пил (триммера), позволяющих эффективно решить вышеуказанные задачи (рис. 2).

•а

*

! _1_1 и _1 '__

_м

Рис. 2. Схема устройства для измельчения стеблей льна масличного: 1 - противорежущая пластина; 2 - рама; 3 - опора подшипниковая; 4 - бункер; 5 - клиноременная передача; 6 - дисковый измельчающий рабочий орган; 7 - электродвигатель

Методы исследования

Исследования выполнены в лаборатории кафедры безопасности жизнедеятельности, химико-экологической лаборатории УО БГСХА и в лаборатории Горецкого льнозавода по стандартным методикам.

Основная часть

Нами были проанализированы различные дробилки для измельчения растительных отходов. По результатам проведенного анализа для измельчения отходов льна масличного предлагается применять роторное устройство с пакетом дисковых пил, которое по основным показателям превосходит сравниваемые машины (табл. 1).

Таблица 1. Сравнительные показатели основных измельчающих машин

Показатели Универсальный измельчитель ИРР-2М Молотковая дробилка ДМУ-200 (ДМУ-250, ДМУ-350) Измельчитель рулонов соломы ИСС-180 Измельчитель веток Bosch AXT RAPID 2000 HP Разработанное устройство

Производительность, т/ч до 1,5 до 1 2,5 т/ч 0,008 0,6-1,2

Установленная мощность, кВт 40 до 10 4-5 2 3-5

Частота вращения, мин.-1 1500 до 1000 1940 3650 900-3000

Масса без электродвигателя, кг 1450 80-350 2000 11,5 30-60

Проанализировав данные табл. 1, видно, что разработанное устройство по производительности превышает сравниваемые машины в 1,2-2,4 раза; по установленной мощности меньше в 1,3-4,4 раза; по частоте вращения больше в 2,3-3,0 раза; по массе без электродвигателя меньше в 2,3-55,8 раз, что свидетельствует о превосходстве данного устройства над аналогами.

Были проведены лабораторные исследования прочности льна масличного сорта «Илим» на разрывной машине марки ДКВ-60, результаты которых приведены на рис. 3.

.1,1,1

Plllfll I If]

Рис. 3. Диаграмма прочности на разрыв льна масличного

Анализ рис. 3 показывает, что стебли льна масличного при задержке уборки на 10 дней увеличивают свою прочность на 30-40 %, поэтому лен рекомендуется убирать в фазе желтой спелости, что позволит снизить энергоемкость процесса их измельчения.

В химико-экологической лаборатории УО БГСХА были исследованы размерно-массовые характеристики льна масличного и проведен анализ сравнения (табл. 2).

Таблица 2. Размерно-массовые характеристики льна масличного в различные сроки уборки

№ п.п. Масса растения, г Масса стебля, г Масса семян, г Масса коробочек, к Длина растения, мм Соотношение массы стебля к массе растения, %

1 2 3 4 5 6 7

лен масличный U6.U8.13

1 2,32 1,54 0,52 0,78 640 66,4

2 2,01 1,1 0,57 0,91 610 54,7

3 2,48 1,35 0,68 1,13 620 54,4

4 2,57 1,11 0,85 1,46 660 43,2

5 5,43 3,28 1,2 2,15 740 60,4

6 2,89 1,45 0,93 1,44 650 50,2

7 2,85 1,47 0,91 1,38 600 51,6

8 4,83 2,72 1,11 2,11 580 56,3

9 1,47 0,84 0,38 0,63 500 57,1

10 3,41 1,45 1,05 1,96 610 42,5

Среднее значение 3,026 1,631 0,82 1,395 621 53,4

лен масличный 16.U8.13

1 1,45 0,73 0,47 0,72 590 50,3

2 4,75 2,37 1,77 2,38 700 49,9

3 2,56 1,3 0,92 1,26 630 50,8

4 1,64 0,89 0,48 0,75 580 54,3

1 2 3 4 5 6 7

5 1,54 0,7 0,58 0,84 610 45,5

6 1,64 0,76 0,66 0,88 660 46,3

7 1,38 0,77 0,39 0,61 650 55,8

8 3,41 1,88 1,06 1,53 640 55,1

9 2,15 0,99 0,85 1,16 680 46,0

10 5,62 2,35 2,28 3,27 660 41,8

Среднее значение 2,614 1,274 0,946 1,34 640 72,4

Проанализировав данные табл. 2, видно, что процентное соотношение массы стебля составляет 41,8-66,4 %, следовательно при уборке льна масличного получают значительное количество отходов в виде стебельчатой массы, которую можно использовать при производстве альтернативного топлива.

В лаборатории Горецкого льнозавода были проведены исследования по измельчению стебельчатой массы льна масличного разработанным устройством с применением различных рабочих органов - диском и триммером. Данные по размеру измельченных частиц приведены на рис. 4.

Рис. 4. Результаты исследований по измельчению стеблей льна масличного

Из рис. 4 видно, что наибольшее содержание частиц (40 %) приходится на более мелкие частицы - до 1 мм. Также отмечен плавный переход снижения количества измельченных частиц от мелких (до 1 мм) до крупных (более 3 мм), диск - 40, 28, 22, 10 % и триммер - 38, 26, 20, 16 %. В среднем процентное отклонение между показателями рабочих органов по измельченному материалу составляет 3 %.

Заключение

В последнее время во всем мире и в Республике Беларусь в том числе наблюдается тенденция значительного увеличения посевных площадей льна масличного. С каждого гектара посевов льна масличного получается 3-4 тонны стебельчатой массы, которая не находит дальнейшего применения. Одним из перспективных вариантов переработки отходов льна масличного является производство топливных пеллет.

Для измельчения стеблей льна масличного предлагается применять роторное устройство с пакетом дисковых пил, которое превосходит существующие машины по производительности на 10-40 %; по установленной мощности меньше в 1,3-4,4 раза; по частоте вращения больше в 2,33,0 раз; по массе без электродвигателя меньше в 2,3-55,8 раз, по качеству и однородности измельчения в сравнении с триммером выше на 5-7 %.

Результаты проведенных лабораторных исследований показали, что стебли льна масличного сорта «Илим» при задержке уборки на 10 дней увеличивают свою прочность на 30-40 %, поэтому лен рекомендуется убирать в фазе желтой спелости, что позволит снизить энергоемкость процесса их измельчения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ильина, З. М. Рынок продовольствия и сырья. Лен: монография / З. М. Ильина, Н. Н. Батова, В. Н. Перевозников; под ред. З. М. Ильиной: Институт экономики НАН Беларуси. - Минск, 2005. - 108 с.

2. Пеллеты (Топливные гранулы). / [Электронный ресурс].-2010. - Режим доступа: http://steeltechnology.deal.by/a1702-pellety-toplivnye-granuly.html/. - Дата доступа 18.06.2013.

3. Биотопливо - инновационная перспектива энергетики / [Электронный ресурс]. - 2011. - Режим доступа: http:/ekoterm-krym.com.ua /. - Дата доступа 10.07.2013.

4. Костра: Льнозавод / [Электронный ресурс]. - 2010. - Режим доступа: http://lnozavod.com.ua/Костра/. - Дата доступа 12.06.2013.

5. Технология возделывания льна масличного / В.А. Прудников [и др.]. - Орша: Оршанская типография, 2011. - 23 с.

6. Снопов, А. Н. Возрождение забытого продукта / А.Н. Снопов // Белорусская Нива. - 2012. - 28 сент. - С. 3.

7. Труш, Д. М. К вопросу раздельной уборки льна [Электронный ресурс] / Д. М. Труш // Русский лен. - Фонд «Русская цивилизация», 2004. - Режим доступа: http//www.rustrana.ru, свободный. - Дата доступа 12.06.2013.

8. Льноводство: реалии и перспективы: сб. науч. мат. Междунар. науч.-практ. конф. на РУП «Институт льна» 25-27 июня 2008 года. - Могилев: Могилев. обл. укрупн. тип., 2008. - 408 с.