电站煤粉锅炉炉内压力信号的混沌特性

　　引　言

　　大型电站煤粉锅炉炉内过程是一个复杂的非线性时变过程,此过程受到锅炉形式,燃用煤种,煤质变动,制粉系统形式及运行方式,炉内燃烧装置形式及布置方式以及锅炉整套运行方式等大量参变量的影响。各参变量的综合相互作用构成了宏观的炉内过程,也导致了炉内过程对各种参数激励响应的非线性特征,因此系统的非线性机理,作为重要的可反映系统行为的因素,其研究具有十分重要的意义。将混沌理论应用于大型锅炉炉内过程研究,深入理解炉内过程的混沌特性及非线性机理[1~4],对优化锅炉设计、提高锅炉运行效率及安全性能都是十分有益的。

　　1　炉内过程参变量的选取

　　因现代大型电站煤粉锅炉自动化程度均较高,锅炉实际运行过程中随时可提供大量的参变量信息,本研究从实际运行的锅炉参数中选择合适的研究变量。在固定炉型、燃烧器、制粉系统等基本形式参量后,具体影响炉内过程的运行参数可归纳为:锅炉出力、煤质波动、制粉情况、配风情况、各次风压、风量及均匀性。但这些参数仅决定了炉内燃烧及运行工况的一个方面,任何一个单独使用都无法检验瞬态燃烧及炉内工况。

　　火检强度、炉内温度、炉内压力可直接反映炉内瞬态过程。但受实际运行条件的限制,火检强度在低负荷,炉内温度较低时,有较强的参数变化,但在燃烧稳定时,变化趋势不明显;炉内温度变化可以反映炉内燃烧状况,但测量不方便,测点安装要求较高;炉内压力信号作为锅炉运行过程中重要的监视信号,具有测量安装方便,瞬态反应灵敏等特点,因此选择炉内压力信号作为反映炉内过程的主要参变量。对某300 MW锅炉机组满负荷稳定运行期间的炉内压力进行了取样,采样间隔1 s,采样时间30min。

　　2　炉内压力信号是否为混沌信号的判定

　　能否利用炉内压力信号研究炉内混沌运动,必须判断炉内压力信号是否包含足够的炉内混沌运动的信息,即判断炉内压力信号是否是混沌信号。混沌现象有别于随机现象,其特点是在确定性规律下,由于对初始条件高度依赖而使系统产生了随机性的表现,这种随机性被称为系统的内在随机性。与之对应,实际测量信号中由于外部干扰产生

　　的噪声被称为系统的外在随机性。因此如何区分系统的内在随机性和外在随机性,即区分混沌与噪声信号是一个十分重要的工作。功率谱是观测系统非线性及混沌特性的重要方法。虽然时间序列的图像看上去是不规则的,但其功率谱却可呈现出某种规则性。一般而言,周期运动在功率谱中对应尖峰,混沌运动则无明显的峰值或峰连成一片,完全随机信号的功率谱是在各频率下均匀分布的一条直线,带有噪声的混沌信号的功率谱中会出现了各频率下的噪声背景与对应系统频率的宽峰。