1、生物质烘干机的设计
1.1生物质烘干机的总体结构
生物质烘干过程可分为3个阶段：短时间的升温段、等速烘干段与降速烘干段。在整个烘干周期的前半周期中，物料含水率高、密度大，是烘干过程中的主要吸热段，应以较高的温度与气流速度来提高烘干机的产量。在烘干过程的后半个周期，物料的温度较高、含水率较低、密度小，在此阶段，物料的烘干时间基本不变，可以较小的气流速度进行烘干，以节约能源。
根据生物质的烘干特性，设计的生物质烘干机结构如图1所示，粉碎后的生物质由进料口进入烘干机，在传动系统的链条、刮杆的拖动下，沿供热系统的射流板上表面缓缓移动，此时受到加热板上表面的传导加热，同时受到上一层加热板下表面辐射加热和从射流孔射流出的高温加热介质的强化对流换热。这样，被烘干的物料在多层加热板的传导、对流、辐射3种传热方式的作用下，水分迅速地扩散出来，由排湿系统排出烘干机外，达到快速、高效烘干的目的。
1.2供热系统的设计
加热气流均匀是烘干机设计的核心问题，也是影响烘干速度和烘干质量的主要因素。升温段是生物质烘干过程中的加热阶段，此时生物质具有含水量高、堆积密度大等特点，在此阶段不仅需要大量的热能，而且还需要较大的风速，以便穿透物料层，达到物料快速、均匀升温的目的。等速烘干段是生物质烘干过程中的主要脱水段，水分蒸发量大，此时只需供给生物质水分持续蒸发所需的热量即可。降速烘干段是生物质烘干过程中的最后一个阶段，在此阶段生物质已变得很膨松，只需脱去少量的水，因此，此阶段只需少量的热量，风速不宜太高，以免将物料吹飞。根据这一理论研究和基础试验的结果，结合空气调节技术与传热学原理，设计出了由等压分流的静压箱和高效换热的射流加热板组成的供热系统所示。它由静压箱、射流换热板、输送板等组成。生物质在上两层换热板上主要进行物料升温与等速烘干过程，在第3,4层换热板上完成等速与降速烘干过程。生物质在拖动系统的带动下自上而下运动，完成升温、等速烘干与降速烘干的过程，换热板孔眼总面积自上而下依次减小，各换热板可提供不同的能量，实现了生物质烘干过程的按需供能。
(1)静压箱的设计
可等压分流的静压箱为一楔形箱体，它有1个加热介质进口与数个矩形加热介质出口，出口数量与换热板的数量相同。静压箱入口风速Vk应比最末出风口的风速Vm大，利用这2个速度差形成的动压差补偿静压箱内的摩擦阻力损失和局部阻力损失，使静压箱内各处的静压力能够保持稳定，各处的压力基本相同，使各矩形加热介质出口的流量与其面积成正比。欲达到上述要求，静压箱的入口风速与出口风速需满足下式：
(2)射流换热板的设计
热空气经静压箱可等压进入各层射流换热板，射流换热板为能承受一定压力的箱式结构。其上表面为平板，可用作物料床；下表面为多孔板，可根据不同烘干阶段所需能量设定不同的孔眼面积。加热介质在换热板内经多孔板均匀地射向被烘干物料，完成传热、传质任务。在进口压力相同的条件下，不同孔眼直径、不同孔眼总面积为生物质不同的烘干阶段提供不同的能量，为设计按需供能的生物质烘干机提供了可能。
1.3拖动系统的设计
生物质在烘干机内的移动由烘干机的拖动系统完成。拖动系统由调速电机、传动系统、链条刮杆等部分组成。刮杆为φ12 mm的圆钢，两端铰接于链条上，链条在链轮的带动下移动时，刮杆便拖动生物质随链条在换热板上表面移动，其工作过程如图3所示。生物质在链条刮杆拖动下沿换热板上表面从一端向另一端移动，落到下一层换热板后重新往回移动，这样的过程由上至下连续进行4次。生物质向前移动的同时，圆的刮杆也把下面的物料翻到了上面，物料落向下一层加热板时进行了掺混，这样就保证了产品烘干的均匀性。
2、生物质烘干机的试验研究
我们完成了生物质烘干机样机的设计加工后，对其各项性能进行了试验研究，为生物质烘干机的放大提供了基础数据。
2.1试验系统
试验系统如图4所示，它是以天然气燃烧生成的烟气与空气混合后的高温混合气为烘干介质，在烘干机内进行生物质的烘干。燃气进气量调节阀可控制燃烧器的燃气进气量，从而控制烘干机的能量供给。高温烟气调节阀可调节进入烘干机内高温混合气中烟气与空气的比例，从而调节高温混合气的温度，通过测量孔可测出高温混合气进气量、温度及水分的含量，通过排气量控制阀可控制废气的排出速度，通过废气特性测量孔可测量废气温度、流量及含水量。
生物质原料为当年收获后的玉米秸秆，经筛孔直径为5 mm的锤片式粉碎机粉碎后，加水调湿至一定含水量，密封1 d后备用。
2.2生物质烘干机烘干曲线
在烘干机内的物料中放置3个热电偶，让它随物料一起移动，即可测定出原料在不同烘干时间内的温度，取3个温度的平均值；取烘干机内不同烘干时间的物料，测定其含水量，即可测定出物料在不同烘干时间内的含水量。图5为生物质烘干机的烘干曲线。由图5可以看出，在第一层加热板，物料温度从36℃升至63℃，含水量从55%降至48%，这是因为在第一层加热板上，物料只受到了传导加热，表面无射流热风加热，所以含水量下降较慢。在第二层加热板，温度从63℃升至68℃，含水量从48%降至30%，这是因为物料既受到了传导加热，又有上一层换热板的对流与辐射加热，所以物料的含水量迅速下降，水分蒸发带走了大量的热量，物料的温度上升较慢。在第三层加热板上，温度从68℃升到85℃，含水量从30%降至20%，此时物料的含水量较低，热风速度较低，物料在上、下换热板的加热下，温度上升较快。在第四层加热板上，物料温度从82℃降至71℃（约在第24 min时），这是因为物料从第三层加热板落向第四层加热板时，遇到逆向流动的冷空气传热所致。第24 min后物料温度变化不大，主要是因为第四层板为输送板，物料只受到上层加热板的辐射与对流加热，热风速度较小，水分蒸发带走的热量与上层加热板提供的热量基本平衡。
图6为烘干机在不同进风温度、不同料层厚度与不同烘干时间条件下进行烘干的烘干特性曲线（进风温度仅选择了340℃和280℃。分析表明，在其它条件不变的条件下，温度越高，物料的脱水率越大，但由生物质的烘干特性可知，进风温度不宜过高，当物料湿球温度超过150℃时，物料的挥发分便会析出，影响烘干后的生物质品质：烘干时间越长，物料的脱水率越大，但烘干机的处理量却会变小：物料厚度越大，脱水率越低，但处理量变大。
3、结束语
①板式生物质烘干机可根据物料特性改变物料的烘干速度、烘干时间与烘干温度，并可在不同的烘干阶段提供不同的热量与风速，具有较好的原料适用性。其独特的换热元件与物料拖动系统，使其热利用率达到了70%以上。因此，烘干机在不同种类的生物质能烘干方面具有较好的优势，具有广泛的应用前景产。
②本文通过试验研究，得到了生物质烘干机在不同工况下的烘干特性曲线，为烘干机的放大及优化设计提供了参考依据。
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