随着世界能源危机的不断加剧和环境污染的日益严重，风能、太阳能、生物质能等可再生能源如何有效替代化石类能源，已逐渐成为世界各国科学家的重点研究课题。生物质能作为人类长期赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要的地位。木煤作为生物质资源转化产物的重要组成部分，是指经过专业设备对松散的生物质原料进行干燥、粉碎处理后，在一定的温度、湿度和压力条件下，生成的形状规则且密度较大的生物质固体燃料。木煤的研制对于提高生物质原料的密度和强度、减少原料运输和储存成本、改善燃烧性能和燃烧利用效率均有着极为显著的效果，具有极高的研究价值。本课题依托国家发展和改革委员会审批的“年产20万吨木煤生产线项目”，围绕木煤生产过程中原料干燥这一主要耗能工段展开研究工作。通过对国内在产木煤生产线干燥工段的实地调研发现，原料干燥系统控制模式落后、控制精度低、系统响应性慢、鲁棒性差、热能损耗高、原料终含水率不均匀等问题，严重影响了原料后续工段的加工效果。本文针对上述问题，一方面采用生产现场数据采集和实验室模拟仿真相结合的研究手段，对原料干燥过程中的干燥速率、运动模式、热质传递机理进行分析，建立了适用于木煤原料干燥的热质传递模型，实现了木煤原料的干燥工艺优化；另一方面，以生产线中LH3015-T型三通道烟气干燥设备及其辅助设备的机械传动结构为研究主体，在传统PID控制模式的基础上加入模糊控制环节，设计出并联型模糊-PID控制器对干燥系统的控制模式进行改进。课题研究成果提高了干燥系统的热能利用效率和控制品质，有效降低系统的能量损耗，具有重要的现实和经济意义。课题的研究的主要成果与创新：1、木煤原料干燥过程的理论研究参照原料干燥工艺参数（烟气温度、烟气流速、原料进料量和干燥筒体转速）定量变化环境下，LH3015-T型三通道烟气干燥设备出口处原料终含水率数据的检测结果，分别进行单因素分析、双因素正交分析和多因素交互分析实验，提出原料终含水率回归模型，确定出木煤原料干燥的最佳工艺参数；以原料内部含水率饱和点为界面，分别建立原料内部液相迁移模型和热量迁移模型。借助多孔介质传输基础理论，从固相、液相和气相的质量、动量和能量守恒为出发点，对原料传热传质模型进行化简与数值求解；结合干燥设备对原料干燥过程进行模拟仿真，推导出原料运动模型，计算出原料干燥滞留时间。2、木煤原料干燥控制系统的优化木煤原料干燥控制系统是存在大滞后、非线性、时变性的复杂控制系统，以传统PID控制模式对系统进行控制，控制品质难以取得令人满意的效果。在缺乏精确控制模型的现状下，通过并联型模糊-PID控制器的研发进行木煤原料控制系统的优化设计。并重点围绕如何精确和稳定干燥设备出口处原料含水率，展开干燥控制系统的二次搭建工作，提高了原干燥控制系统的稳定性和鲁棒性等指标。现场测试结果表明：干燥设备出口处原料终含水率的稳定性相较于系统优化前提高了约2.7倍，原料干燥合格率从原先的71.2%左右提高到94.1%以上。3、原料含水率预测模型的建立及预测装置的研发根据生产线中原料含水率干燥工艺的要求，通过大量的现场数据采集与分析，首次提出了以指数衰减函数作为原料含水率的预测模型，并且采用基于ARM920T内核的16/32位微处理器S3C2410设计出适用于木煤原料含水率检测的含水率预测装置，取得了极佳的预测效果，提升了干燥现场数据的检测准确性和更新速度。测试结果表明：基于指数衰减模型的含水率预测装置对原料终含水率预测误差不超过1.4%，重量预测误差不超过2%，预测时间由20分钟缩减至10~15秒钟。4、木煤原料干燥系统组态网络建立的与监控界面研发通过西门子STEP7编程软件的硬件组态窗口HW Config将电源、CPU、信号模块等设备安装至相应的机架上，并对模块的参数进行设置和修改，在STEP7中生成一个与之现场设备层完全相同的组态网络系统，实现了STEP7对干燥现场设备的集中管理。同时，利用西门子WinCC组态软件实现监控界面设计，以报表、曲线等形式对干燥生产线现场设备层运行状态、烟气温度、烟气流速、原料喂入量、报警等信息进行监控显示。