Введение к работе
Диссертация посвящена обоснованию технологии переработки порубочных остатков для выращивания сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой. Обоснованы рекомендации по подбору оборудования, технологии его применения с учетом породного, фракционного и объемного состава порубочных остатков лиственных пород в целях наилучшего роста сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой. Работа выполнена с учетом требований рационального природопользования при лесовосстановлении после вырубок, лесных пожаров и при рекультивации земель, карьеров и полигонов складирования отходов.
Актуальность темы. При заготовке круглых лесоматериалов, расчистке воздушных трасс электропередач, нефте- и газопроводов, обочин авто- и железных дрог неизбежно образуются порубочные остатки, в составе которых в большом количестве представлена древесная зелень лиственных пород - березы, ольхи, ивы, осины. При существующих способах переработки древесного сырья полезно используется около половины биомассы дерева.
Согласно Лесному плану Республики Карелия на 2009 - 2018 годы освоение технически доступной древесины будет производиться в объеме 9,9 млн. куб. м. Это приведет к образованию значительного количества порубочных остатков. В условиях Севера органическое вещество порубочных остатков медленно вовлекается в процесс биоконверсии. Оставленные в лесу порубочные остатки являются источником возникновения лесных пожаров, способствуют размножению энтомовредите-лей, провоцируют грибные заболевания, что может приводить к ослаблению и гибели лесных массивов.
Проблема рационального лесопользования приобретает комплексный характер, если в дополнение к вышеизложенному учесть, что в современных условиях в Европе обостряется проблема получения лесных ресурсов. По прогнозам дефицит круглого леса в странах Евросоюза в 2015 году составит 77 млн. куб. м. По этой причине становятся все более актуальными вопросы лесовосстановления, в частности технологии получения качественных сеянцев с учетом современных требований рационального природопользования, экономии ресурсов и снижения затрат энергии.
Одним из путей решения проблемы является использование порубочных остатков в комплексе с торфом и другими компонентами для приготовления субстратов, которые необходимы при выращивании сеянцев древесных растений.
Согласно данным «Ведомственной целевой программы «Воспроизводство лесов на территории лесного фонда Республики Карелия» на 2008-2010 годы» для проведения работ по искусственному лесовосста-новлению в Карелии ежегодно требуется около 30 млн. сеянцев хвойных пород. Из этого числа более 6 млн. выращивается с закрытой корневой системой в тепличных комплексах. Для выращивания этих сеянцев необходимо постоянное производство субстрата, для приготовления которого используется верховой торф, комплекс минеральных удобрений и доломитовая мука (или иные известковые материалы). При этом ежегодная потребность в субстрате торфа только в Карелии составляет около 200 тонн.
Необходимость снижения потребления торфа обусловлена тем, что, во-первых, его добьгаа - процесс, требующий больших затрат трудовых и энергетических ресурсов, во-вторых, торф является медленно возобновляемым ресурсом. Если процессы лесозаготовки и лесовосстановления рассматривать комплексно, то затраты, необходимые для добьгаи или покупки торфа, рационально использовать на переработку отходов лесозаготовки для нужд лесовосстановления. Однако для этого необходима разработка соответствующих технологий и обоснование выбора системы машин и оборудования.
Цель исследования: повышение эффективности утилизации порубочных остатков путем подбора и обоснования параметров измельчающего оборудования для переработки их в компонент субстрата.
Задачи исследования:
Подобрать оборудование для до измельчения древесных частиц до крупности необходимой при изготовлении субстрата.
Провести теоретическое исследование закономерностей процесса измельчения древесных частиц, получаемых из порубочных остатков на дисковых мельницах.
Провести экспериментальное исследование влияния породы и объёмной доли древесного компонента субстрата на рост сеянцев.
Провести экспериментальное исследование на лабораторной установке для определения значения параметров, обеспечивающих наибольший выход древесного компонента субстрата
Обосновать рекомендации по технологии использования порубочных остатков лиственных пород при выращивании сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой в условиях защищенного грунта.
Объектами исследования являются технологии переработки порубочных остатков, размола технологической щепы и выращивания сеянцев сосны, а также оборудование для измельчения древесных частиц.
Предметом исследования являются форма размалывающих поверхностей дисков и величина зазора между ними, а также породный состав исходного сырья для получения древесной части и её массовая доля в субстрате.
Методы исследования: экспериментальные исследования на лабораторной установке и в производственных условиях лесопитомника «Вилга» ГУЛ «Леса Карелии».
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Определены конструктивно-технологические параметры гарнитурных дисковых мельниц при использовании их для измельчения порубочных остатков в древесный компонент субстрата для выращивания сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой в условиях защищенного грунта.
Разработана и опробована в производственных условиях технология выращивания сеянцев сосны обыкновенной с использованием субстрата, содержащего древесный компонент из порубочных остатков.
Практическая ценность и внедрение результатов работы.
Практическая значимость выполненной работы определяется тем, что применение разработанной и апробированной в условиях Республики Карелия технологии использования порубочных остатков лиственных пород позволяет сократить: потребление торфа на 30%, минеральных удобрений основной заправки на 100% без увеличения расхода доломитовой муки. При этом улучшается качество посадочного материала и сокращается нагрузка на окружающую среду.
Достоверность результатов исследования. Достоверность результатов обеспечивается корректным выбором экспериментальных методов исследований технологических процессов лесопромышленного комплекса, подбором соответствующего лабораторного оборудования, применением лицензионного программного обеспечения, подтверждается статистической обработкой материалов при помощи программной среды Excel, согласованностью результатов теоретических расчетов с результатами экспериментальной проверки.
Основные результаты, выносимые на защиту:
Порода и объёмная доля частиц древесного компонента для приготовления субстрата.
Тип гарнитур дисковых мельниц, а также зазор между ними, обеспечивающие наибольший выход древесных частиц компонента субстрата.
Математические зависимости для определения полезной мощности резания массива древесных частиц, полезного удельного расхода
энергии на резание и величину силы, необходимой для перерезывания древесной частицы.
4. Рекомендации по особенностям технологии использования порубочных остатков лиственных пород при выращивании сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой в условиях защищенного грунта.
Апробация работы. Основное содержание и результаты работы были представлены на следующих научных конференциях: Вторая республиканская научно-практическая конференция «Повышение эффективности лесного комплекса республики Карелия» (22 апреля 2010, г. Петрозаводск); Третья международная Интернет-конференция «Леса России в XXI веке» (апрель 2010, г. С-Петербург) ; Международный симпозиум «Экология 2004» (5 - 12 июня 2004, г. Бургас, Болгария); Международный симпозиум «Экология 2006», (7 - 14 июня 2006, г. Бургас, Болгария); Международная научно-техническая конференция «Наука и образование 2010» (5-9 апреля 2010, г.Мурманск); Седьмая Всероссийская конференция «Математическое моделировании и краевые задачи» (3-6 июня 2010, г. Самара); семинары кафедры целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих производств.
Публикации по теме диссертации. Основное содержание работы представлено в 10 публикациях из них три в ведущих научных журналах и изданиях, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 137 страниц. Список использованных источников включает 195 наименование.
