生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)作為較成熟的技術(shù)之一，可以將生物質(zhì)經(jīng)干燥、粉碎、壓縮成型，變?yōu)榘魻睢K狀或顆粒狀的成型顆粒燃料。成型燃料的密度可達0.80～1.35g/cm3，能量密度與中值煤相當(dāng)，燃燒特性較成型前也有明顯改善。
目前，國內(nèi)外對生物質(zhì)壓縮成型的研究集中在成型燃料的制造技術(shù)（主要是解決成型后生物質(zhì)燃料不松散、能長期存放的問題）和相應(yīng)的爐具（能提高燃燒效率）的開發(fā)上。對于生物質(zhì)壓縮成型工況的研究也做了一定的工作，但仍缺乏適應(yīng)性較廣的模型對成型工況進行理論指導(dǎo)，缺少從成型機理的角度對成型燃料的性能進行優(yōu)化。
本研究在建立生物質(zhì)稻殼壓縮成型過程的模型基礎(chǔ)上，尋找使成型燃料達到滿意性能的較好工況。
1、稻殼壓縮成型過程模型的建立
生物質(zhì)壓縮成型工況，主要包括生物質(zhì)原料的含水率、物料粒徑、成型壓力、成型溫度、添加粘結(jié)劑以及成型燃料的松弛密度、熱值及抗?jié)B水性、抗變形性、抗跌碎性等。
成型燃料的品質(zhì)特性包括燃燒特性和物理特性，除燃燒特性外，成型燃料的物理特性是最重要的品質(zhì)特性，它直接決定了成型燃料的使用、運輸要求和貯藏條件。松弛密度即是衡量成型燃料物理品質(zhì)特性的重要指標(biāo)之一。一般認為，松弛密度大于或接近1g/cm3的成型燃料無論對于燃燒、存儲和運輸都是比較理想的，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機、稻殼顆粒機等生物質(zhì)燃料成型機械設(shè)備，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料出售。
本文以生物質(zhì)稻殼作為研究對象，不考慮其粒徑影響，研究稻殼壓縮成型過程中原料含水率和成型溫度對成型燃料松弛密度的影響，尋找出較為理想的成型工況（適宜的含水率和成型溫度），從而得到較為理想的松弛密度。
1.1模型建立
本文采用最小二乘支持向量機，建立了一種簡化的生物質(zhì)稻殼壓縮成型過程模型，如式(1)所示。支持向量機模型只關(guān)心對象的輸入與輸出，而不必關(guān)心對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在小樣本的情況下具有良好的統(tǒng)計學(xué)規(guī)律和泛化能力，輸入與輸出的映射關(guān)系由支持向量機來實現(xiàn)。在最小二乘支持向量機算法中，核函數(shù)有多種形式，本文采用的是高斯徑向基核函數(shù)(RBF)。
本文建立的模型是以生物質(zhì)（稻殼）的含水率M和成型溫度丁作為模型的輸入，以成型燃料的松弛密度p作為模型的輸出。
1.2模型驗證
本文以生物質(zhì)物料稻殼為研究對象，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。
由表1可知，在同一含水率條件下，稻殼成型松弛密度隨著成型溫度的升高而減小；在同一成型溫度下，稻殼成型松弛密度隨著含水率的變化較小，在含水率較低的情況下，．隨著含水率的升高，成型燃料松弛密度有升高的趨勢，但隨著含水率的繼續(xù)升高，成型燃料松弛密度卻降低，甚至不能成型。
本文取表1中含水率M=7.76%，成型溫度分別為T=140，170，230，260℃；含水率為M=8.90%，成型溫度為T=140，170，230，260℃；含水率為M=10.82%，成型溫度為T=170，230，260℃；含水率為M=12.56%．成型溫度為T=200,230,260℃；含水率為M=14.89%．成型溫度為T=230,260℃的16組數(shù)據(jù)作為模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。利用遺傳算法對模型參數(shù)C和仃2尋優(yōu)，選擇初始種群規(guī)模為50，遺傳代數(shù)為100．參數(shù)尋優(yōu)范圍為CE[1，1 000]，a2∈[1，10]，尋優(yōu)結(jié)果為C=435.391 5,a2=2.5271.
根據(jù)尋優(yōu)得到的C和a2對LS-SVM模型進行訓(xùn)練，從而確定稻殼壓縮成型過程的最優(yōu)LS-SVM模型，如式(2):
為了驗證模型的準確性，選擇表1中成型溫度T=200℃，含水率分別為M=7.76%，8.90%，10.82%的3組數(shù)據(jù)進行模型估計值與實驗值的線性回歸分析。線性回歸相關(guān)系數(shù)( Regressioncoefficient．回歸直線的斜率)R=1，可以說明支持向量機對訓(xùn)練樣本擬合精確。
1.3結(jié)果分析
在模型訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，把測試數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的模型進行泛化能力的檢驗。結(jié)果是成型燃料松弛密度平均相對誤差為0.699 2c70．可以認為型具有較好的泛化能力和擬合效果，在實際過程中可以考慮采用該模型對稻殼壓縮成型過程松弛密度進行模擬預(yù)測。稻殼壓縮成型松弛密度回歸測試結(jié)果及相對誤差如表2所示。
由以上分析可知，本文建立的最小二乘支持向量機模型，相對誤差較小，擬合效果較好。
2、壓縮成型過程的優(yōu)化
基于以上模型，對稻殼壓縮成型過程進行優(yōu)化，即尋找當(dāng)成型燃料的松弛密度達到最大值時，成型溫度T和含水率M兩個控制量應(yīng)滿足的優(yōu)化目標(biāo)值。
2.1約束條件
2.1.1含水率的限定
原料的含水率是生物質(zhì)成型過程中需要嚴格控制的一個重要參數(shù)，含水率過高或過低時，都影響其松弛密度。在適當(dāng)?shù)暮屎统尚蜏囟葪l件下，成型燃料才能具有較高的松弛密度。當(dāng)含水率較低時，雖然能得到較好的松弛密度，但由于成型燃料本身含水率太低，容易吸收空氣中的水分，導(dǎo)致燃料漲裂變形；當(dāng)?shù)練ず瘦^高時，原料中的水分被快速汽化，水蒸氣不能及時從成型筒中排出，造成成型燃料出模時漲裂，表面粗糙，無法成型。
由圖3（據(jù)表l數(shù)據(jù)繪制）可以看出，稻殼成型燃料的松弛密度與含水率、成型溫度密切相關(guān)，隨著含水率的增加，成型溫度越高，則松弛密度越小，當(dāng)含水率為7%一8%，成型溫度在140—170℃時，成型燃料可達到較高的松弛密度。即在相對較低的含水率下成型時，其松弛密度較高，此時所需的成型溫度也較低。綜合考慮，本文選擇稻殼含水率為5%~15%。
2.1.2成型溫度的限定
在熱壓成型時，對成型溫度的要求是很嚴格的，由于生物質(zhì)原料中的木質(zhì)素都有一個軟化溫度(70—110℃)，成型溫度太低，無法對木質(zhì)素進行軟化，即木質(zhì)素達不到作為粘結(jié)劑的作用，無法使分散的原料成型；當(dāng)成型溫度過高時，燃料的表層被高溫保型筒炭化，導(dǎo)熱性能變差，使溫度無法及時傳遞到燃料中心，造成成型燃料松弛密度降低；過高的成型溫度使原料中的水分快速汽化，蒸汽不能及時從成型筒排出，形成很大的蒸汽壓力，造成生物質(zhì)成型燃料出模開裂，同樣降低了成型燃料的松弛密度。
圖4(據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制)直觀地說明了稻殼在5種不同的含水率下，成型溫度對松弛密度的影響規(guī)律。所得結(jié)論與圖3基本一致。本文選取稻殼成型溫度為100—300℃。
2.2成型過程優(yōu)化
本文采用遺傳算法進行優(yōu)化。
(1)確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型，優(yōu)化變量及其變化范圍
3、結(jié)論
(1)通過對稻殼壓縮成型過程中成型燃料松弛密度與含水率、成型溫度之間關(guān)系的分析，建立了稻殼壓縮成型過程最小二乘支持向量機LS-SVM模型。通過驗證，模型預(yù)測值與實驗值平均相對誤差最大值為0.699 2%，表明模型具有較好的模擬效果。
(2)在建模基礎(chǔ)上，對稻殼壓縮成型過程進行了優(yōu)化計算。尋優(yōu)結(jié)果：當(dāng)?shù)練こ尚腿剂纤沙诿芏冗_到最大值1.2816 g/cm3時，含水率和成型溫度兩個控制量的優(yōu)化目標(biāo)值分排政策的實施，大中城市取締中小型燃煤工業(yè)鍋爐將成為必然，如果改用燃油或天然氣，運行成本較高，長期使用難以為繼。因此，將燃煤鍋爐尤其是小型鍋爐改造為生物質(zhì)成型燃料鍋爐，在技術(shù)和經(jīng)濟上都是可行的。
《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出，到2020年，全國生物質(zhì)同體成型燃料年利用量達到5 000萬t。農(nóng)業(yè)部《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2007-2015)》提出，到2010年，全國將建成400個左右秸稈固化成型燃料應(yīng)用示范點，秸稈固化成型燃料年利用量將達到100萬t左右：到2015年，秸稈固化成型燃料年利用量將達到2 000萬t左右。以此推算，到2020年可以實現(xiàn)年C02減排量6600萬t，發(fā)展?jié)摿薮蟆?br /> 5、結(jié)論與建議
目前，我國生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)正處于起步階段，開發(fā)CDM項目，引入發(fā)達國家的資金，有利于加快我國生物質(zhì)固體成型燃料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。通過測算．年生產(chǎn)1萬t生物質(zhì)固體成型燃料可以凈減排C02量13 200t。按照2020年生物質(zhì)同體成型燃料年利朋量達到5 000萬t的目標(biāo)估算，可以實現(xiàn)年C02減排量6 600萬t，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｒ虼耍谖覈_發(fā)生物質(zhì)同體成型燃料CDM項目是可行的，但目前還沒有專門的方法學(xué)可用于該領(lǐng)域的CDM項目開發(fā)。鑒于目前我國生物質(zhì)固體成型燃料企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小，大多為1—2萬.t/a，建議開發(fā)專門的小規(guī)模方法學(xué)，用于生物質(zhì)固體成型燃料CDM項目的開發(fā)，富通新能源出售的稻殼顆粒機專業(yè)壓制稻殼顆粒燃料。
