生物質(zhì)的能源化利用，不僅保護(hù)了環(huán)境，而且實(shí)現(xiàn)了能源的可持續(xù)發(fā)展。生物質(zhì)能源化利用的途徑包括氣化發(fā)電、液化、高溫?zé)峤狻嚎s成型后直接燃燒等。無論哪一種利用方式，都對生物質(zhì)的含水率有嚴(yán)格要求。在收獲季節(jié)，農(nóng)作物秸稈的初含水量通常在30%以上，長時(shí)間貯存非常容易引起秸稈變質(zhì)。因此，秸稈的烘干就成為秸稈大規(guī)模資源化工業(yè)利用的關(guān)鍵問題。本文根據(jù)生物質(zhì)的烘干特性，設(shè)計(jì)了一種高效的板式生物質(zhì)烘干機(jī)，它利用熱傳導(dǎo)、對流、輻射3種傳熱方式對物料快速加熱，根據(jù)空氣調(diào)節(jié)技術(shù)設(shè)計(jì)的多孔射流板換熱原件，使烘干機(jī)內(nèi)溫度場與氣流速度場達(dá)到了物料烘干的要求，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)烘干的“按需供能”，提高了烘干機(jī)的熱利用率，為生物質(zhì)的規(guī)模化利用奠定了基礎(chǔ)，富通新能源生產(chǎn)銷售
滾筒烘干機(jī)、
氣流式烘干機(jī)等干燥烘干機(jī)械設(shè)備。
1、生物質(zhì)烘干機(jī)的設(shè)計(jì)
1.1生物質(zhì)烘干機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
生物質(zhì)烘干過程可分為3個(gè)階段：短時(shí)間的升溫段、等速烘干段與降速烘干段。在整個(gè)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(yīng)以較高的溫度與氣流速度來提高烘干機(jī)的產(chǎn)量。在烘干過程的后半個(gè)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(shí)間基本不變，可以較小的氣流速度進(jìn)行烘干，以節(jié)約能源。
根據(jù)生物質(zhì)的烘干特性，設(shè)計(jì)的生物質(zhì)烘干機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，粉碎后的生物質(zhì)由進(jìn)料口進(jìn)入烘干機(jī)，在傳動(dòng)系統(tǒng)的鏈條、刮桿的拖動(dòng)下，沿供熱系統(tǒng)的射流板上表面緩緩移動(dòng)，此時(shí)受到加熱板上表面的傳導(dǎo)加熱，同時(shí)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(zhì)的強(qiáng)化對流換熱。這樣，被烘干的物料在多層加熱板的傳導(dǎo)、對流、輻射3種傳熱方式的作用下，水分迅速地?cái)U(kuò)散出來，由排濕系統(tǒng)排出烘干機(jī)外，達(dá)到快速、高效烘干的目的。
1.2供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
加熱氣流均勻是烘干機(jī)設(shè)計(jì)的核心問題，也是影響烘干速度和烘干質(zhì)量的主要因素。升溫段是生物質(zhì)烘干過程中的加熱階段，此時(shí)生物質(zhì)具有含水量高、堆積密度大等特點(diǎn)，在此階段不僅需要大量的熱能，而且還需要較大的風(fēng)速，以便穿透物料層，達(dá)到物料快速、均勻升溫的目的。等速烘干段是生物質(zhì)烘干過程中的主要脫水段，水分蒸發(fā)量大，此時(shí)只需供給生物質(zhì)水分持續(xù)蒸發(fā)所需的熱量即可。降速烘干段是生物質(zhì)烘干過程中的最后一個(gè)階段，在此階段生物質(zhì)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(fēng)速不宜太高，以免將物料吹飛。根據(jù)這一理論研究和基礎(chǔ)試驗(yàn)的結(jié)果，結(jié)合空氣調(diào)節(jié)技術(shù)與傳熱學(xué)原理，設(shè)計(jì)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(tǒng)所示。它由靜壓箱、射流換熱板、輸送板等組成。生物質(zhì)在上兩層換熱板上主要進(jìn)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(zhì)在拖動(dòng)系統(tǒng)的帶動(dòng)下自上而下運(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)烘干過程的按需供能。
(1)靜壓箱的設(shè)計(jì)
可等壓分流的靜壓箱為一楔形箱體，它有1個(gè)加熱介質(zhì)進(jìn)口與數(shù)個(gè)矩形加熱介質(zhì)出口，出口數(shù)量與換熱板的數(shù)量相同。靜壓箱入口風(fēng)速Vk應(yīng)比最末出風(fēng)口的風(fēng)速Vm大，利用這2個(gè)速度差形成的動(dòng)壓差補(bǔ)償靜壓箱內(nèi)的摩擦阻力損失和局部阻力損失，使靜壓箱內(nèi)各處的靜壓力能夠保持穩(wěn)定，各處的壓力基本相同，使各矩形加熱介質(zhì)出口的流量與其面積成正比。欲達(dá)到上述要求，靜壓箱的入口風(fēng)速與出口風(fēng)速需滿足下式：
(2)射流換熱板的設(shè)計(jì)
熱空氣經(jīng)靜壓箱可等壓進(jìn)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(jié)構(gòu)。其上表面為平板，可用作物料床；下表面為多孔板，可根據(jù)不同烘干階段所需能量設(shè)定不同的孔眼面積。加熱介質(zhì)在換熱板內(nèi)經(jīng)多孔板均勻地射向被烘干物料，完成傳熱、傳質(zhì)任務(wù)。在進(jìn)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(zhì)不同的烘干階段提供不同的能量，為設(shè)計(jì)按需供能的生物質(zhì)烘干機(jī)提供了可能。
1.3拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
生物質(zhì)在烘干機(jī)內(nèi)的移動(dòng)由烘干機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)完成。拖動(dòng)系統(tǒng)由調(diào)速電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、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(dòng)下移動(dòng)時(shí)，刮桿便拖動(dòng)生物質(zhì)隨鏈條在換熱板上表面移動(dòng)，其工作過程如圖3所示。生物質(zhì)在鏈條刮桿拖動(dòng)下沿?fù)Q熱板上表面從一端向另一端移動(dòng)，落到下一層換熱板后重新往回移動(dòng)，這樣的過程由上至下連續(xù)進(jìn)行4次。生物質(zhì)向前移動(dòng)的同時(shí)，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(shí)進(jìn)行了摻混，這樣就保證了產(chǎn)品烘干的均勻性。
2、生物質(zhì)烘干機(jī)的試驗(yàn)研究
我們完成了生物質(zhì)烘干機(jī)樣機(jī)的設(shè)計(jì)加工后，對其各項(xiàng)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，為生物質(zhì)烘干機(jī)的放大提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.1試驗(yàn)系統(tǒng)
試驗(yàn)系統(tǒng)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(zhì)，在烘干機(jī)內(nèi)進(jìn)行生物質(zhì)的烘干。燃?xì)膺M(jìn)氣量調(diào)節(jié)閥可控制燃燒器的燃?xì)膺M(jìn)氣量，從而控制烘干機(jī)的能量供給。高溫?zé)煔庹{(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)高溫混合氣中煙氣與空氣的比例，從而調(diào)節(jié)高溫混合氣的溫度，通過測量孔可測出高溫混合氣進(jìn)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(zhì)原料為當(dāng)年收獲后的玉米秸稈，經(jīng)篩孔直徑為5 mm的錘片式粉碎機(jī)粉碎后，加水調(diào)濕至一定含水量，密封1 d后備用。
2.2生物質(zhì)烘干機(jī)烘干曲線
在烘干機(jī)內(nèi)的物料中放置3個(gè)熱電偶，讓它隨物料一起移動(dòng)，即可測定出原料在不同烘干時(shí)間內(nèi)的溫度，取3個(gè)溫度的平均值；取烘干機(jī)內(nèi)不同烘干時(shí)間的物料，測定其含水量，即可測定出物料在不同烘干時(shí)間內(nèi)的含水量。圖5為生物質(zhì)烘干機(jī)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?yàn)樵诘谝粚蛹訜岚迳希锪现皇艿搅藗鲗?dǎo)加熱，表面無射流熱風(fēng)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?yàn)槲锪霞仁艿搅藗鲗?dǎo)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(fā)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(shí)物料的含水量較低，熱風(fēng)速度較低，物料在上、下?lián)Q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(shí)），這是因?yàn)槲锪蠌牡谌龑蛹訜岚迓湎虻谒膶蛹訜岚鍟r(shí)，遇到逆向流動(dòng)的冷空氣傳熱所致。第24 min后物料溫度變化不大，主要是因?yàn)榈谒膶影鍨檩斔桶澹锪现皇艿缴蠈蛹訜岚宓妮椛渑c對流加熱，熱風(fēng)速度較小，水分蒸發(fā)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(jī)在不同進(jìn)風(fēng)溫度、不同料層厚度與不同烘干時(shí)間條件下進(jìn)行烘干的烘干特性曲線（進(jìn)風(fēng)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(zhì)的烘干特性可知，進(jìn)風(fēng)溫度不宜過高，當(dāng)物料濕球溫度超過150℃時(shí)，物料的揮發(fā)分便會(huì)析出，影響烘干后的生物質(zhì)品質(zhì)：烘干時(shí)間越長，物料的脫水率越大，但烘干機(jī)的處理量卻會(huì)變小：物料厚度越大，脫水率越低，但處理量變大。
3、結(jié)束語
①板式生物質(zhì)烘干機(jī)可根據(jù)物料特性改變物料的烘干速度、烘干時(shí)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(fēng)速，具有較好的原料適用性。其獨(dú)特的換熱元件與物料拖動(dòng)系統(tǒng)，使其熱利用率達(dá)到了70%以上。因此，烘干機(jī)在不同種類的生物質(zhì)能烘干方面具有較好的優(yōu)勢，具有廣泛的應(yīng)用前景產(chǎn)。
②本文通過試驗(yàn)研究，得到了生物質(zhì)烘干機(jī)在不同工況下的烘干特性曲線，為烘干機(jī)的放大及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。
相關(guān)烘干機(jī)產(chǎn)品：
1、
滾筒烘干機(jī)
2、
氣流式烘干機(jī)
