0、引言
    生物質具有資源分散、能量密度低、儲運及直接利用不方便等缺點，這些不利因素嚴重地制約了其大規模應用。生物質成型技術可將農業剩余物、林業剩余物等生物質從松散、無定形的狀態壓縮成有固定形狀、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。生物質壓縮成型燃料可以節約生物質燃料的運輸和儲存費用，擴大應用范圍，提高燃燒效率，同時可以減少煤燃燒所帶來的環境污染，有利于社會的可持續發展。生物質固化成型在生物質干燥、粉碎、壓縮成型等技術及設備方面已有許多研究成果，但要達到生物質成型燃料的規模化利用，不僅要使各單體設備達到擬定的性能指標，同時還要將這些設備進行合理的配置和系統整合，使其滿足一體化、自動化的要求，進而能夠規模化運行，滿足實際生產需要。本文對生物質干燥、粉碎和顆粒機壓縮成型等單體設備進行了一體化和自動化研究設計，為農林剩余物等生物質的規模化利用提供技術基礎和參考，富通新能源生產銷售木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料成型機械設備，同時我們又大量出售楊木木屑和玉米秸稈顆粒燃料。
1、生物質成型系統一體化設計
1.1生物質成型系統一體化流程
    生物質成型系統包含了干燥、粉碎、水分調整、輸送、壓縮成型、冷卻干燥分離等生產環節，各個設備組成了有機的整體，從而實現生產工藝一體化運行。
    該系統集生物質的干燥、粉碎和壓縮成型等設備于一體，其技術路線：將生物質原料送人干燥機，干燥機的熱源由熱風爐提供，熱風經過沉降配風后進入干燥機：干燥后的物料含水不均勻度小于3%，其含水率可靈活調節。干燥后的生物質進入粉碎系統，利用平衡性好、振動小、粉碎效率高的生物質粉碎機進行粉碎，使其粒徑滿足下一步的木屑顆粒機壓縮成型。粉碎后的生物質經自動傳輸系統進入壓縮成型機，壓縮后形成密度為0.9～1.3g/cm3的生物質成型燃料。1.2生物質成型系統主要設備
    (1)物料干燥系統
    干燥是生物質成型的首要環節，本系統干燥機的供熱熱源由熱風爐提供，該熱風爐以生物質原料為燃料，熱風通過沉降配風后，煙氣溫度控制在350℃左右，然后進入干燥機。
    (2)物料粉碎收集系統
    干燥后的物料經粉碎機粉碎后由旋風分離器收集，經螺旋輸送機進入喂料攪拌器。針對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切揉粉碎機，它在主軸上安裝有風葉，可以一定的風速把物料吹出粉碎室。旋風分離器不再單獨配置風機，要選用阻力較小、效率高的分離器。
    (3)加水攪拌系統
    如果粉碎后的生物質物料含水率過低，可在料倉內加水調至含水率為12%～30%，并在喂料攪拌器內攪拌均勻，送入制粒機。水在水箱中由一增壓泵加壓后噴入喂料攪拌器內，使物料的含水率適中。
    (4)制粒系統
    粉碎后的物料在生物質壓縮成型機內壓縮成型，成型燃料由斗式提升機送入冷卻干燥器。成型燃料輸送系統的燃料輸送量取決于線載荷的值（單位長度上物料的重量）和提升速度。
    (5)冷卻干燥分離系統
    在于燥冷卻器內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。成型燃料機出口處成型燃料的溫度為60—70℃，含水率為12%～25%，此時成型燃料的硬度較低，不易貯存與運輸，需將其冷卻干燥與分離。
1.3生物質成型系統一體化配置及效果
該生物質成型系統中單臺設備的選擇：干燥設備的干燥能力為300—1 500 kg/h，粉碎設備的粉碎能力為300—500kg/h，成型設備的成型能力為300～1500kg/h，生物質熱風爐的功率可選擇0.1～0.5 MW．旋風分離器圓桶直徑為400—2 000mm，成型燃料輸送系統采用斗式提升機，電機功率為1.2～6.0 kW。主要設備可合理匹配，根據規模化生產需求組成相應的生物質成型燃料系統。
    在生物質物料干燥過程中采用生物質熱風爐提供熱源，設備熱利用率可達70%以上，一體化的生物質成型系統電耗小于100 kWh/t．人工費不超過100元/t。
2、生物質成型系統自動化設計
2.1生物質成型系統自動化設計總體要求
    生物質成型系統自動化設計的總體要求：系統可根據原料的種類、含水率等要求，對生產線的運行參數進行自動調整。針對玉米秸稈、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和成型參數的要求，有不同的控制程序，分別調用相應的數據庫，使其在最佳狀態下工作。針對成型工藝的不同過程，也應有相應的子程序，使各個工段的設備在最佳狀態下工作：熱風爐運行的自動控制，使其可根據總程序的要求提供相應溫度與總量的熱風；干燥機運行的自動控制，可使干燥機在總程序的要求下以最高的熱利用率把生物質原料干燥到合適的含水率：加水過程控制，如生物質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原料加入一定的水分，達到成型工藝的要求。
2.2生物質成型系統主要自動控制部分及效果’
    生物質成型燃料的控制系統工藝流程如圖2所示。其過程可分為熱風控制系統、干燥控制系統、加水控制系統與成型控制系統。
    控制系統可對進入成型機前的生物質的含水率、粉碎機和成型機的電流、進入干燥機前的熱風與排出的濕氣溫度、成型倉的溫度進行在線檢測。其主要調節功能：可對熱風爐的加料與鼓風、干燥機的進料皮帶機、配風電機、干燥機的拖動電機進行無級調節。其控制過程：控制系統檢測到成型原料的含水率高于所需含水率時，可同時調用熱風控制程序，增加高溫煙氣的產量，溫度要保證在設定的溫度，同時降低拖動電機的轉速，使干燥機的熱利用率保持在較高的水平。如含水率低于設定的值，則向相反的方向調節，啟動加水程序，增加原料含水率，以滿足成型機對原料水分的要求。控制系統檢測到粉碎機或成型機的主電機工作電流大于設定值時，則減少干燥機進料皮帶的轉速，減少給料量，同時熱風爐的產風量也相應減少，干燥機拖動電機轉速增加。控制系統硬件配置如圖3所示。
    熱風控制系統如圖4所示，控制系統檢測到進入成型機的物料含水率高于最佳成型所需含水率時，啟動熱風控制系統子程序，發出增加熱風量的指令，其運行過程：按設定比例增加進料電機與風機轉速，從而按比例增加熱風爐的進料量與空氣量，提高熱風爐的輸出負荷；同時控制系統檢測到熱風溫度高于350℃時，增加配風風機轉速，提高冷空氣進入量，使熱風溫度維持在350℃左右；當控制系統檢測到進入成型機的物料含水率低于最佳成型所需含水率時，熱風系統按相反的方向調整各電機減速，從而減少熱風的輸出量。該子程序可根據物料的脫水量，為干燥機提供所需的最佳溫度與風量的熱空氣。
    干燥控制系統如圖5所示，該子程序可保證干燥機在設定的最佳工況下運行，能保證進風溫度為350℃時，排風溫度為80℃。
    干燥控制系統檢測到干燥機排煙溫度增加時，就發出降低拖動電機轉速指令，增加原料的干燥時間，使干燥機排氣溫度維持在設計的80℃，使干燥機的干燥效率最高。干燥系統運行參數的控制過程：加入物料的含水率增加時，在控制系統的作用下，熱風爐提供的高溫煙氣量也相應增加，如物料干燥時間不變，排煙溫度升高，其干燥效率會下降，而干燥控制子程序能較好地解決這個問題。當控制系統檢測到干燥機的排氣溫度高于設定的80℃時，控制系統的干燥子程序啟動，發出指令降低電機轉速，提高物料干燥時間，高溫煙氣能充分與物料換熱，從而降低排氣溫度，可保證干燥機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測量設備生產過程中原料水分和成型壓力的變化，根據測量值采用微電腦自動調整進料系統的加水裝置的噴水速率以及加料絞龍的給料速率，從而保持成型設備始終在最佳的成型原料水分及壓力下工作，達到最經濟的運行狀態。其水分控制精度在t3%以內，成型壓力控制精度在±lMPa以內。
    生物質成型系統采用控制理論和技術，根據原料的進料量、粉碎量、供熱量、出料量及物料水分含量等條件的變化自動調整設備運行工況，實現全系統的自動化運行和調節，使該系統連續穩定運行，提高了設備的技術集成化水平，進一步降低成本，提高產量。
3、結語
    (1)研究設計出包括生物質干燥、粉碎、水分調整、輸送、壓縮成型、冷卻干燥分離系統等生物質成型設備及生產工藝流程，實現了系統的一體化運行，降低了能耗及費用。
    (2)采用控制理論和技術，根據原料種類及含水率等條件的變化，自動調整設備運行工況，實現整套設備自動化運行，從而使系統連續穩定運行，減少了人工操作，形成規模化生產。
    (3)生物質原料干燥過程采用生物質熱風爐提供熱源，不消耗傳統能源，降低了系統整體能耗，實現了能源的自循環利用。
    (4)本文只是對生物質成型系統進行了一體化、自動化設計，而不斷改進成型系統各個設備性能、減少能源消耗也是提高生物質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銷售木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料成型機械設備，而且還大量銷售生物質顆粒燃料。