1、生物質烘干機的設計
1.1生物質烘干機的總體結構
生物質烘干過程可分為3個階段：短時間的升溫段、等速烘干段與降速烘干段。在整個烘干周期的前半周期中，物料含水率高、密度大，是烘干過程中的主要吸熱段，應以較高的溫度與氣流速度來提高烘干機的產量。在烘干過程的后半個周期，物料的溫度較高、含水率較低、密度小，在此階段，物料的烘干時間基本不變，可以較小的氣流速度進行烘干，以節約能源。
根據生物質的烘干特性，設計的生物質烘干機結構如圖1所示，粉碎后的生物質由進料口進入烘干機，在傳動系統的鏈條、刮桿的拖動下，沿供熱系統的射流板上表面緩緩移動，此時受到加熱板上表面的傳導加熱，同時受到上一層加熱板下表面輻射加熱和從射流孔射流出的高溫加熱介質的強化對流換熱。這樣，被烘干的物料在多層加熱板的傳導、對流、輻射3種傳熱方式的作用下，水分迅速地擴散出來，由排濕系統排出烘干機外，達到快速、高效烘干的目的。
1.2供熱系統的設計
加熱氣流均勻是烘干機設計的核心問題，也是影響烘干速度和烘干質量的主要因素。升溫段是生物質烘干過程中的加熱階段，此時生物質具有含水量高、堆積密度大等特點，在此階段不僅需要大量的熱能，而且還需要較大的風速，以便穿透物料層，達到物料快速、均勻升溫的目的。等速烘干段是生物質烘干過程中的主要脫水段，水分蒸發量大，此時只需供給生物質水分持續蒸發所需的熱量即可。降速烘干段是生物質烘干過程中的最后一個階段，在此階段生物質已變得很膨松，只需脫去少量的水，因此，此階段只需少量的熱量，風速不宜太高，以免將物料吹飛。根據這一理論研究和基礎試驗的結果，結合空氣調節技術與傳熱學原理，設計出了由等壓分流的靜壓箱和高效換熱的射流加熱板組成的供熱系統所示。它由靜壓箱、射流換熱板、輸送板等組成。生物質在上兩層換熱板上主要進行物料升溫與等速烘干過程，在第3,4層換熱板上完成等速與降速烘干過程。生物質在拖動系統的帶動下自上而下運動，完成升溫、等速烘干與降速烘干的過程，換熱板孔眼總面積自上而下依次減小，各換熱板可提供不同的能量，實現了生物質烘干過程的按需供能。
(1)靜壓箱的設計
可等壓分流的靜壓箱為一楔形箱體，它有1個加熱介質進口與數個矩形加熱介質出口，出口數量與換熱板的數量相同。靜壓箱入口風速Vk應比最末出風口的風速Vm大，利用這2個速度差形成的動壓差補償靜壓箱內的摩擦阻力損失和局部阻力損失，使靜壓箱內各處的靜壓力能夠保持穩定，各處的壓力基本相同，使各矩形加熱介質出口的流量與其面積成正比。欲達到上述要求，靜壓箱的入口風速與出口風速需滿足下式：
(2)射流換熱板的設計
熱空氣經靜壓箱可等壓進入各層射流換熱板，射流換熱板為能承受一定壓力的箱式結構。其上表面為平板，可用作物料床；下表面為多孔板，可根據不同烘干階段所需能量設定不同的孔眼面積。加熱介質在換熱板內經多孔板均勻地射向被烘干物料，完成傳熱、傳質任務。在進口壓力相同的條件下，不同孔眼直徑、不同孔眼總面積為生物質不同的烘干階段提供不同的能量，為設計按需供能的生物質烘干機提供了可能。
1.3拖動系統的設計
生物質在烘干機內的移動由烘干機的拖動系統完成。拖動系統由調速電機、傳動系統、鏈條刮桿等部分組成。刮桿為φ12 mm的圓鋼，兩端鉸接于鏈條上，鏈條在鏈輪的帶動下移動時，刮桿便拖動生物質隨鏈條在換熱板上表面移動，其工作過程如圖3所示。生物質在鏈條刮桿拖動下沿換熱板上表面從一端向另一端移動，落到下一層換熱板后重新往回移動，這樣的過程由上至下連續進行4次。生物質向前移動的同時，圓的刮桿也把下面的物料翻到了上面，物料落向下一層加熱板時進行了摻混，這樣就保證了產品烘干的均勻性。
2、生物質烘干機的試驗研究
我們完成了生物質烘干機樣機的設計加工后，對其各項性能進行了試驗研究，為生物質烘干機的放大提供了基礎數據。
2.1試驗系統
試驗系統如圖4所示，它是以天然氣燃燒生成的煙氣與空氣混合后的高溫混合氣為烘干介質，在烘干機內進行生物質的烘干。燃氣進氣量調節閥可控制燃燒器的燃氣進氣量，從而控制烘干機的能量供給。高溫煙氣調節閥可調節進入烘干機內高溫混合氣中煙氣與空氣的比例，從而調節高溫混合氣的溫度，通過測量孔可測出高溫混合氣進氣量、溫度及水分的含量，通過排氣量控制閥可控制廢氣的排出速度，通過廢氣特性測量孔可測量廢氣溫度、流量及含水量。
生物質原料為當年收獲后的玉米秸稈，經篩孔直徑為5 mm的錘片式粉碎機粉碎后，加水調濕至一定含水量，密封1 d后備用。
2.2生物質烘干機烘干曲線
在烘干機內的物料中放置3個熱電偶，讓它隨物料一起移動，即可測定出原料在不同烘干時間內的溫度，取3個溫度的平均值；取烘干機內不同烘干時間的物料，測定其含水量，即可測定出物料在不同烘干時間內的含水量。圖5為生物質烘干機的烘干曲線。由圖5可以看出，在第一層加熱板，物料溫度從36℃升至63℃，含水量從55%降至48%，這是因為在第一層加熱板上，物料只受到了傳導加熱，表面無射流熱風加熱，所以含水量下降較慢。在第二層加熱板，溫度從63℃升至68℃，含水量從48%降至30%，這是因為物料既受到了傳導加熱，又有上一層換熱板的對流與輻射加熱，所以物料的含水量迅速下降，水分蒸發帶走了大量的熱量，物料的溫度上升較慢。在第三層加熱板上，溫度從68℃升到85℃，含水量從30%降至20%，此時物料的含水量較低，熱風速度較低，物料在上、下換熱板的加熱下，溫度上升較快。在第四層加熱板上，物料溫度從82℃降至71℃（約在第24 min時），這是因為物料從第三層加熱板落向第四層加熱板時，遇到逆向流動的冷空氣傳熱所致。第24 min后物料溫度變化不大，主要是因為第四層板為輸送板，物料只受到上層加熱板的輻射與對流加熱，熱風速度較小，水分蒸發帶走的熱量與上層加熱板提供的熱量基本平衡。
圖6為烘干機在不同進風溫度、不同料層厚度與不同烘干時間條件下進行烘干的烘干特性曲線（進風溫度僅選擇了340℃和280℃。分析表明，在其它條件不變的條件下，溫度越高，物料的脫水率越大，但由生物質的烘干特性可知，進風溫度不宜過高，當物料濕球溫度超過150℃時，物料的揮發分便會析出，影響烘干后的生物質品質：烘干時間越長，物料的脫水率越大，但烘干機的處理量卻會變小：物料厚度越大，脫水率越低，但處理量變大。
3、結束語
①板式生物質烘干機可根據物料特性改變物料的烘干速度、烘干時間與烘干溫度，并可在不同的烘干階段提供不同的熱量與風速，具有較好的原料適用性。其獨特的換熱元件與物料拖動系統，使其熱利用率達到了70%以上。因此，烘干機在不同種類的生物質能烘干方面具有較好的優勢，具有廣泛的應用前景產。
②本文通過試驗研究，得到了生物質烘干機在不同工況下的烘干特性曲線，為烘干機的放大及優化設計提供了參考依據。
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