生物质干燥机的设计及试验研究

基金项目：国家计划项目2001AA514010）生物质的能源化利用，不仅保护了环境，而且实现了能源的可持续发展。生物质能源化利用的途径包括气化发电、液化、高温热解、压缩成型后直接燃烧等。无论哪一种利用方式，都对生物质的含水率有严格要求。在收获季节，农作物秸秆的初含水量通常在30以上，长时间贮存非常容易引起秸秆变质。因此，秸秆的干燥就成为秸秆大规模资源化工业利用的关键问题。本文根据生物质的干燥特性，设计了一种高效的板式生物质干燥机，它利用热传导、对流、辐射3种传热方式对物料快速加热，根据空气调节技术设计的多孔射流板换热原件，使干燥机内温度场与气流速度场达到了物料干燥的要求，实现了生物质干燥的狻需供能“提高了干燥机的热利用率，为生物质的规模化利用奠定了基础。
1生物质干燥机的设计1.1生物质干燥机的总体结构生物质干燥过程可分为3个阶段：短时间的升温段、等速干燥段与降速干燥段。在整个干燥周期的前半周期中，物料含水率高、密度大，是干燥过程中的主要吸热段，应以较高的温度与气流速度来提高干燥机的产量。在干燥过程的后半个周期，物料的温度较高、含水率较低、密度小，在此阶段，物料的干燥时间基本不变，可以较小的气流速度进行干燥，以节约能源。
根据生物质的干燥特性，设计的生物质干燥机结构如所示，粉碎后的生物质由进料口进入干燥机，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，被干燥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，由排湿系统排出干燥机外，达到快速、高效干燥的目的。
5-鼓风机；6-拖动调速电机；7-供热系统1.2供热系统的设计加热气流均匀是干燥机设计的核心问题，也是影响干燥速度和干燥质量的主要因素。升温段是生物质干燥过程中的加热阶段，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。等速干燥段是生物质干燥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。降速干燥段是生物质干燥过程中的后一个阶段，在此阶段生物质己变得很膨松，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2.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如）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干燥过程，在第3，4层换热板上完成等速与降速干燥过程。生物质在拖动系统的带动下自上而下运动，完成升温、等速干燥与降速干燥的过程，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，实现了生物质干燥过程的按需供能。
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！\"应比末出风口的风速！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：V静压箱末端热空气出口风速；静压箱内摩擦阻力损失之和；静压箱内局部阻力损失之和；p空气密度。
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，可根据不同干燥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干燥物料，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干燥阶段提供不同的能量，为设计按需供能的生物质干燥机提供了可能At进出干燥机物料的温差1-2，2原料干燥后含水量；C玉米秸秆的比热，k/kg）；在上述条件下，测得本样机热利用率为71.02.。
3结束语板式生物质干燥机可根据物料特性改变物料的干燥速度、干燥时间与干燥温度，并可在不同的干燥阶段提供不同的热量与风速，具有较好的原料适用性。其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，干燥机在不同种类的生物质能干燥方面具有较好的优势，具有广泛的应用前景产。
本文通过试验研究，得到了生物质干燥机在不同工况下的干燥特性曲线，为干燥机的放大及优化设计提供了依据。