生物質(zhì)具有資源分散、能量密度低、儲(chǔ)運(yùn)及直接利用不方便等缺點(diǎn)，這些不利因素嚴(yán)重地制約了其大規(guī)模應(yīng)用。生物質(zhì)成型技術(shù)可將農(nóng)業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物等生物質(zhì)從松散、無定形的狀態(tài)壓縮成有固定形狀、密度大、能量密度高的成型燃料，密度為700～1400 kg/m3，能量密度與中值煤相當(dāng)。生物質(zhì)壓縮成型燃料可以節(jié)約生物質(zhì)燃料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存費(fèi)用，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高燃燒效率，同時(shí)可以減少煤燃燒所帶來的環(huán)境污染，有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。生物質(zhì)固化成型在生物質(zhì)干燥、粉碎、壓縮成型等技術(shù)及設(shè)備方面已有許多研究成果，但要達(dá)到生物質(zhì)成型燃料的規(guī)模化利用，不僅要使各單體設(shè)備達(dá)到擬定的性能指標(biāo)，同時(shí)還要將這些設(shè)備進(jìn)行合理的配置和系統(tǒng)整合，使其滿足一體化、自動(dòng)化的要求，進(jìn)而能夠規(guī)模化運(yùn)行，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。本文對(duì)生物質(zhì)干燥、粉碎和顆粒機(jī)壓縮成型等單體設(shè)備進(jìn)行了一體化和自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)，為農(nóng)林剩余物等生物質(zhì)的規(guī)模化利用提供技術(shù)基礎(chǔ)和參考，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們又大量出售楊木木屑和玉米秸稈顆粒燃料。
1、生物質(zhì)成型系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)
1.1生物質(zhì)成型系統(tǒng)一體化流程
生物質(zhì)成型系統(tǒng)包含了干燥、粉碎、水分調(diào)整、輸送、壓縮成型、冷卻干燥分離等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，各個(gè)設(shè)備組成了有機(jī)的整體，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝一體化運(yùn)行。
該系統(tǒng)集生物質(zhì)的干燥、粉碎和壓縮成型等設(shè)備于一體，其技術(shù)路線：將生物質(zhì)原料送人干燥機(jī)，干燥機(jī)的熱源由熱風(fēng)爐提供，熱風(fēng)經(jīng)過沉降配風(fēng)后進(jìn)入干燥機(jī)：干燥后的物料含水不均勻度小于3%，其含水率可靈活調(diào)節(jié)。干燥后的生物質(zhì)進(jìn)入粉碎系統(tǒng)，利用平衡性好、振動(dòng)小、粉碎效率高的生物質(zhì)粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，使其粒徑滿足下一步的木屑顆粒機(jī)壓縮成型。粉碎后的生物質(zhì)經(jīng)自動(dòng)傳輸系統(tǒng)進(jìn)入壓縮成型機(jī)，壓縮后形成密度為0.9～1.3g/cm3的生物質(zhì)成型燃料。
1.2生物質(zhì)成型系統(tǒng)主要設(shè)備(1)物料干燥系統(tǒng)
干燥是生物質(zhì)成型的首要環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)干燥機(jī)的供熱熱源由熱風(fēng)爐提供，該熱風(fēng)爐以生物質(zhì)原料為燃料，熱風(fēng)通過沉降配風(fēng)后，煙氣溫度控制在350℃左右，然后進(jìn)入干燥機(jī)。
(2)物料粉碎收集系統(tǒng)
干燥后的物料經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后由旋風(fēng)分離器收集，經(jīng)螺旋輸送機(jī)進(jìn)入喂料攪拌器。針對(duì)原料中含水率差別比較大，粉碎物料種類不固定，研制了具有較好物料適用性和水分適用性的組合式生物質(zhì)切揉粉碎機(jī)，它在主軸上安裝有風(fēng)葉，可以一定的風(fēng)速把物料吹出粉碎室。旋風(fēng)分離器不再單獨(dú)配置風(fēng)機(jī)，要選用阻力較小、效率高的分離器。
(3)加水?dāng)嚢柘到y(tǒng)
如果粉碎后的生物質(zhì)物料含水率過低，可在料倉(cāng)內(nèi)加水調(diào)至含水率為12%～30%，并在喂料攪拌器內(nèi)攪拌均勻，送入制粒機(jī)。水在水箱中由一增壓泵加壓后噴入喂料攪拌器內(nèi)，使物料的含水率適中。
(4)制粒系統(tǒng)
粉碎后的物料在生物質(zhì)壓縮成型機(jī)內(nèi)壓縮成型，成型燃料由斗式提升機(jī)送入冷卻干燥器。成型燃料輸送系統(tǒng)的燃料輸送量取決于線載荷的值（單位長(zhǎng)度上物料的重量）和提升速度。
(5)冷卻干燥分離系統(tǒng)
在于燥冷卻器內(nèi)成型燃料由冷空氣冷卻干燥后落人分離器，完成成型燃料與未成型粉料的分離。成型燃料機(jī)出口處成型燃料的溫度為60—70℃，含水率為12%～25%，此時(shí)成型燃料的硬度較低，不易貯存與運(yùn)輸，需將其冷卻干燥與分離。
1.3生物質(zhì)成型系統(tǒng)一體化配置及效果
該生物質(zhì)成型系統(tǒng)中單臺(tái)設(shè)備的選擇：干燥設(shè)備的干燥能力為300—1 500 kg/h，粉碎設(shè)備的粉碎能力為300—500kg/h，成型設(shè)備的成型能力為300～1500kg/h，生物質(zhì)熱風(fēng)爐的功率可選擇0.1～0.5 MW．旋風(fēng)分離器圓桶直徑為400—2 000mm，成型燃料輸送系統(tǒng)采用斗式提升機(jī)，電機(jī)功率為1.2～6.0 kW。主要設(shè)備可合理匹配，根據(jù)規(guī)模化生產(chǎn)需求組成相應(yīng)的生物質(zhì)成型燃料系統(tǒng)。
在生物質(zhì)物料干燥過程中采用生物質(zhì)熱風(fēng)爐提供熱源，設(shè)備熱利用率可達(dá)70%以上，一體化的生物質(zhì)成型系統(tǒng)電耗小于100 kWh/t．人工費(fèi)不超過100元/t。
2、生物質(zhì)成型系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)
2.1生物質(zhì)成型系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)總體要求
生物質(zhì)成型系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的總體要求：系統(tǒng)可根據(jù)原料的種類、含水率等要求，對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。針對(duì)玉米秸稈、玉米芯、稻草、小麥秸稈、棉花秸稈、木屑、鋸末等原料的不同特點(diǎn)和成型參數(shù)的要求，有不同的控制程序，分別調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，使其在最佳狀態(tài)下工作。針對(duì)成型工藝的不同過程，也應(yīng)有相應(yīng)的子程序，使各個(gè)工段的設(shè)備在最佳狀態(tài)下工作：熱風(fēng)爐運(yùn)行的自動(dòng)控制，使其可根據(jù)總程序的要求提供相應(yīng)溫度與總量的熱風(fēng)；干燥機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)控制，可使干燥機(jī)在總程序的要求下以最高的熱利用率把生物質(zhì)原料干燥到合適的含水率：加水過程控制，如生物質(zhì)的含水率低于成型工藝要求的最佳含水率，可向粉碎后尚未成型的生物質(zhì)原料加入一定的水分，達(dá)到成型工藝的要求。
2.2生物質(zhì)成型系統(tǒng)主要自動(dòng)控制部分及效果’
生物質(zhì)成型燃料的控制系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。其過程可分為熱風(fēng)控制系統(tǒng)、干燥控制系統(tǒng)、加水控制系統(tǒng)與成型控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)可對(duì)進(jìn)入成型機(jī)前的生物質(zhì)的含水率、粉碎機(jī)和成型機(jī)的電流、進(jìn)入干燥機(jī)前的熱風(fēng)與排出的濕氣溫度、成型倉(cāng)的溫度進(jìn)行在線檢測(cè)。其主要調(diào)節(jié)功能：可對(duì)熱風(fēng)爐的加料與鼓風(fēng)、干燥機(jī)的進(jìn)料皮帶機(jī)、配風(fēng)電機(jī)、干燥機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)。其控制過程：控制系統(tǒng)檢測(cè)到成型原料的含水率高于所需含水率時(shí)，可同時(shí)調(diào)用熱風(fēng)控制程序，增加高溫?zé)煔獾漠a(chǎn)量，溫度要保證在設(shè)定的溫度，同時(shí)降低拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使干燥機(jī)的熱利用率保持在較高的水平。如含水率低于設(shè)定的值，則向相反的方向調(diào)節(jié)，啟動(dòng)加水程序，增加原料含水率，以滿足成型機(jī)對(duì)原料水分的要求。控制系統(tǒng)檢測(cè)到粉碎機(jī)或成型機(jī)的主電機(jī)工作電流大于設(shè)定值時(shí)，則減少干燥機(jī)進(jìn)料皮帶的轉(zhuǎn)速，減少給料量，同時(shí)熱風(fēng)爐的產(chǎn)風(fēng)量也相應(yīng)減少，干燥機(jī)拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。控制系統(tǒng)硬件配置如圖3所示。
熱風(fēng)控制系統(tǒng)如圖4所示，控制系統(tǒng)檢測(cè)到進(jìn)入成型機(jī)的物料含水率高于最佳成型所需含水率時(shí)，啟動(dòng)熱風(fēng)控制系統(tǒng)子程序，發(fā)出增加熱風(fēng)量的指令，其運(yùn)行過程：按設(shè)定比例增加進(jìn)料電機(jī)與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而按比例增加熱風(fēng)爐的進(jìn)料量與空氣量，提高熱風(fēng)爐的輸出負(fù)荷；同時(shí)控制系統(tǒng)檢測(cè)到熱風(fēng)溫度高于350℃時(shí)，增加配風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提高冷空氣進(jìn)入量，使熱風(fēng)溫度維持在350℃左右；當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到進(jìn)入成型機(jī)的物料含水率低于最佳成型所需含水率時(shí)，熱風(fēng)系統(tǒng)按相反的方向調(diào)整各電機(jī)減速，從而減少熱風(fēng)的輸出量。該子程序可根據(jù)物料的脫水量，為干燥機(jī)提供所需的最佳溫度與風(fēng)量的熱空氣。
干燥控制系統(tǒng)如圖5所示，該子程序可保證干燥機(jī)在設(shè)定的最佳工況下運(yùn)行，能保證進(jìn)風(fēng)溫度為350℃時(shí)，排風(fēng)溫度為80℃。
干燥控制系統(tǒng)檢測(cè)到干燥機(jī)排煙溫度增加時(shí)，就發(fā)出降低拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速指令，增加原料的干燥時(shí)間，使干燥機(jī)排氣溫度維持在設(shè)計(jì)的80℃，使干燥機(jī)的干燥效率最高。干燥系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的控制過程：加入物料的含水率增加時(shí)，在控制系統(tǒng)的作用下，熱風(fēng)爐提供的高溫?zé)煔饬恳蚕鄳?yīng)增加，如物料干燥時(shí)間不變，排煙溫度升高，其干燥效率會(huì)下降，而干燥控制子程序能較好地解決這個(gè)問題。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到干燥機(jī)的排氣溫度高于設(shè)定的80℃時(shí)，控制系統(tǒng)的干燥子程序啟動(dòng)，發(fā)出指令降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，提高物料干燥時(shí)間，高溫?zé)煔饽艹浞峙c物料換熱，從而降低排氣溫度，可保證干燥機(jī)在較高的效率下工作。
通過原料水分傳感器及成型壓力傳感器連續(xù)測(cè)量設(shè)備生產(chǎn)過程中原料水分和成型壓力的變化，根據(jù)測(cè)量值采用微電腦自動(dòng)調(diào)整進(jìn)料系統(tǒng)的加水裝置的噴水速率以及加料絞龍的給料速率，從而保持成型設(shè)備始終在最佳的成型原料水分及壓力下工作，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。其水分控制精度在t3%以內(nèi)，成型壓力控制精度在±lMPa以內(nèi)。
生物質(zhì)成型系統(tǒng)采用控制理論和技術(shù)，根據(jù)原料的進(jìn)料量、粉碎量、供熱量、出料量及物料水分含量等條件的變化自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行和調(diào)節(jié)，使該系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，提高了設(shè)備的技術(shù)集成化水平，進(jìn)一步降低成本，提高產(chǎn)量。
3、結(jié)語(yǔ)
(1)研究設(shè)計(jì)出包括生物質(zhì)干燥、粉碎、水分調(diào)整、輸送、壓縮成型、冷卻干燥分離系統(tǒng)等生物質(zhì)成型設(shè)備及生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的一體化運(yùn)行，降低了能耗及費(fèi)用。
(2)采用控制理論和技術(shù)，根據(jù)原料種類及含水率等條件的變化，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)整套設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行，從而使系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，減少了人工操作，形成規(guī)模化生產(chǎn)。
(3)生物質(zhì)原料干燥過程采用生物質(zhì)熱風(fēng)爐提供熱源，不消耗傳統(tǒng)能源，降低了系統(tǒng)整體能耗，實(shí)現(xiàn)了能源的自循環(huán)利用。
(4)本文只是對(duì)生物質(zhì)成型系統(tǒng)進(jìn)行了一體化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)，而不斷改進(jìn)成型系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備性能、減少能源消耗也是提高生物質(zhì)能源化利用水平的主要研究方向之一，富通新能源不但生產(chǎn)銷售木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備，而且還大量銷售生物質(zhì)顆粒燃料。
