循环流化床锅炉炉膛压力频域分析学士学位论文.doc

内蒙古科技大学本科毕业论文内蒙古科技大学本科生毕业论文说明书题 目：循环流化床锅炉炉膛压力频域分析 学生姓名： 学 号：专 业：热能与动力工程班 级：热动2011-1班指导教师： IV内蒙古科技大学本科毕业论文摘 要 当前正在运行的循环流化床锅炉，炉膛故障及损坏仍是其停产检修的最重要的原因之一，随着循环流化床锅炉和它的设备趋于大型化，锅炉运行时的经济性、安全性等越来越引起工程师们的重视。对炉膛压力分布及所受外界因素影响的研究已经成为大型循环流化床锅炉能否高效运行的关键。针对这一突出问题，本课题在搭建的冷态循环流化床实验模型上通过变化不同工况，采集炉膛测压点的随机压力波动信号，并深入分析得出特征频率。在分析实验采集的样本频率时，本文基于MATLAB编程，利用傅里叶变换，对原始数据进行处理。将采集到的压力模拟信号转换为数字电信号，再将其导入MATLAB软件中。把数据由文本格式，转变为MATLAB默认格式，并且利用Welch谱估计窗函数计算得到每个采集样点的频谱图。本文控制单因素影响，测量了不同粒径、不同料高、不同测压点和不同主风量的炉膛静压频域分布并进行频域分析。关键词：压力信号；循环流化床；压力分布； 频谱分析IVABSTRACTCurrently running circulating fluidized bed boiler, hood fault and damage is still one of the most important objectives of its shutdown overhaul. With the circulating fluidized bed boiler and equipment large-scale, boiler operation economy and safety engineers are increasingly valued. How to stop furnace maintenance will be able to know the status of the air distribution hood damaged board, has become the key to run smoothly with large-scale circulating fluidized bed boilers . For this outstanding issue, the subject of the cold fluidized build an experimental model, simulated air distribution chamber, the air distribution plate and operating conditions hood and hearth. By changing working conditions, collecting normal random hood hood and bad pressure fluctuation signals and in-depth analysis derived characteristic frequency.In the analysis of experimental samples collected frequency, Based on MATLAB programming, using Fourier transform raw data processing. The pressure will be collected convert analog signals to digital signals, befor import it into MATLAB software. The data from the text format, the default format into MATLAB, and use Welch spectral estimation window function is calculated for each sample collection point spectrum.In this paper, the control unit factors, measuring the different size, different material level height, different measurement points and different amounts of the main air chamber static pressure distribution in the frequency domain and frequency domain analysis.Keywords: wind cap；Circulating fluidized bed； Stress distribution；Spectrum Analysis目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1循环流化床锅炉简介11.2循环流化床锅炉的发展11.2.1循环流化床锅炉的优点21.3循环流化床锅炉的发展总况21.3.1循环流化床锅炉的结构形式31.3.2国外循环流化床锅炉的先进性51.3.3国内循环流化床锅炉技术情况61.3.4循环流化床锅炉目前存在的主要问题61.4发展循环流化床锅炉的意义7第二章 实验介绍92.1实验装置92.2实验材料102.3目数的换算112.4循环流化床锅炉模型炉膛压力采样点的布置122.5压力波动信号的频谱分析132.5.1压力波动信号的时域描述132.5.2压力波动信号的频域描述14第三章 实验方法183.1实验参数的设定183.2实验参数的设定183.3正交实验方法193.4试验步骤简述19第四章 试验结果及分析204.1不同测压点的频域分析204.2不同送风量的频域分析244.3不同粒径的频域分析264.4不同料高的频域分析284.5不同测压点波峰值的散点图分析314.6实验结论总结32参考文献34附录A37附录B51附录C66附录D71致谢78第一章 绪论1.1循环流化床锅炉简介 迄今为止循环流化床锅炉已经在全世界范围内变得家喻户晓。CFB锅炉系统一般情况下由两大系统组成即：燃烧系统，汽水系统。燃料在循环流化床锅炉的燃烧系统中完成燃烧过程，并且，通过燃烧来进行能量之间的转换；锅炉的汽水系统的功能的实现是通过受热面吸收烟气所发出的热量，完成工质由水转变为饱和蒸汽，进而再转变为过热蒸汽而实现的。通过研究知道它具有很多异于旧式锅炉的鲜明特点，例如脱硫效率高、燃烧效率高、污染物排放量量小、燃料的适用性强、有很大的负荷调节比、灰渣可以综合利用等一系列特点。1.2循环流化床锅炉的发展在1979年，位于Finland的奥斯龙公司开发出了全球第一台20t/h商业用途的循环流化床锅炉，并投入使用，在这之后，Germany的鲁奇公司于20世纪八十年代年开发的全球第一台用于产汽与供热双重用途的CFBB并且建成运营。至此以后，CFB以及其相关的技术开始飞速的发展。尽管我国在CFBB的研究与开发方面，虽然起步相对较晚，但是由于政府的高度重视和我国科研人员的不屑努力使我国的CFBB发展非常的迅速。在1987年中国科学院，它的工程热物理研究所与原名为开封的锅炉制造厂共同研究开发生产出中国首台CFBB，并且在开封中药厂投入运行，至此我国在CFB锅炉领域取得了零的突破。到目前为止，该台锅炉还在继续的工作，并且对该企业的发展做出了非常重要的贡献。在20世纪八十年代之后，全国几乎所有与热工程有关的科研院校和科研机构，比如清华大学、西安交通大学等高校和西安热工研究院等其它研究院，都投入到CFB锅炉的研发当中，各锅炉制造厂先后开发出20t/h、35t/h、65t/h、75t/h、130t/h及220t/h等中、小型循CFB锅炉，通过我国多年的发展与研究，我国在中、小型循环流化床技术等相关方面已经相当的成熟。由此可知，CFBB是中国锅炉这一行业的发展总的趋势，对于其他类型的锅炉，一定会被被CFB锅炉取而代之1。1.2.1循环流化床锅炉的优点循环流化床具有许多的优点2：(1)循环流化床是一种低污染燃烧方式； (2)燃料适应性广；(3)循环流化床锅炉燃烧效率高 ；(4)可以对老电厂进行改造；(5)灰渣易于综合利用。正因为循环流化床具有以上的诸多好处，让它在未来的社会中拥有广阔的前景。1.3循环流化床锅炉的发展总况循环流化床锅炉和利用其它燃烧方式的锅炉相比较拥有相对较高的锅炉运行效率，并且它的脱硫效果也非常的好，除此之外它的氮氧化物排放量也较之普通的燃烧锅炉偏低，更重要的是它的燃料即煤炭的适用性非常的广，正是由于诸如这么多的优点，CFBB才受到了广泛的流行。经过近30年的迅猛发展，国外循环流化床锅炉技术已经趋于成熟，循环流化床锅炉的蒸发量已由最初的每小时几十吨发展到现在的每小时几百吨乃至上千吨，并已从工业锅炉扩展到电站锅炉，具有广阔的应用前景3-6。尤其是美国的福斯特惠勒公司、德国的鲁奇、拔柏葛公司、法国的阿尔斯通和ABB-CE等公司在循环流化床锅炉技术的研究及开发中都有突出的成就，并形成了自己的特色，已能够提供功率600MW以下的全套大型商品化循环流化床锅炉发电设备7-10。由于近几十年来的发展与改进，截至到现在，外国的循CFB锅炉的生制造与研发大部分都集中到惠勒公司以及阿尔斯通公司及其相关的子公司中。截止到现在，循环流化床锅炉的检查规格和检查程序以及安全规格和安全程序都已经被列入到了美国的ASME标准，这是其CFB锅炉的相关技术走向成熟的一个非常重要的里程碑11。近几十年来，国外的CFB锅炉技术快速迅猛地发展，并且正趋向于大型化、高参数，到近期为止，国外的100MW以上容量的CFB锅炉已经在六十台以上，并且它们中许现在已经投入运营的CFBB在四十台以上。据目前来说，国外大型的循环流化床锅炉（大于一百兆瓦）的用户主要集中在欧美地区，亚洲地区分布的非常少大约占有20%上下。我国CFBB的燃烧技术的发展较之欧美国家相对比较晚，但是发展的非常之快，仅仅在20世纪后期，我国的许多科学研究机构和高等院校实验室先后开发了一系列有其独特优点的CFB锅炉，并且很快从实验室走向了大型工业生产上的应用。上世纪90年代以来，我国CFB锅炉的不但在数量上，而且在单台容量上也在不断的增加，同时锅炉的参数也从中压、次高压、高压不断发展到超高压。到现在为止，我国已成为世界上CFB锅炉台数和总蒸发量最大的国家12。截止到现在，国产220t/h和其以下容量的CFBB已在我国的工业生产中得到普遍的运用，并且已经实现了生产的商业化。我国自主研究和生产的410t/h高压CFB锅炉和些许通过引进国外的技术与自主开发相结合的440465t/h超高压一次再热循环流化床锅炉已开始投入商业运行12,16。据现有的情况统计，迄今为止我国已经工作的CFBB和正在建造的CFBB发电机组的总容量已经超过全国总装机容量的8%。最近几年我国的大型锅炉制造厂和科研机构还联合进行了关于600MW超临界循环流化床锅炉的开发和研究的一系列工作。并且我国还在2003年的时候与France的阿尔斯通公司签订了关于引进200350MW级CFB锅炉制造的相关技术和有关电站设计的一系列技术,首台300MW循环流化床锅炉已于2006年在四川白马循环流化床锅炉示范电厂投运13。1.3.1循环流化床锅炉的结构形式迄今为止，世界上比较有代表性的CFB锅炉炉型14为：德国Lurgi型，芬兰Pyroflow型，美国FW型，德国Circofluid型和内循环(IR)型，见图1.1。 Lurgi型。锅炉的炉膛内布置膜式水冷壁受热面，采用工作温度与炉膛燃烧温度相接近的高温旋风分离器。它的主要技术特点是在循环灰回路上设置有外置式流化床换热器15。这种锅炉的类型最早由Lurgi公司推出。 Pyroflow型。采用绝热的高温旋风分离器，膜式水冷壁炉膛内布置管屏和分隔墙两个受热面。由于无外置式换热器，固体物料循环回路中的吸热靠膜式水冷壁和分隔墙受热面这两个来完成。图1.1 循环流化床锅炉的主要型式 FW型。这种型式的CFB锅炉因由美国的福斯特惠勒公司制造而得名。 Circofluid型。炉膛运行时气速相对较低。此种炉型由德国拔柏葛公司研发制造而成。 内循环型。在炉膛出口处布置一级U型分离元件，分离下来的烟灰沿炉墙后墙向下流动，形成内循环，故称内循环型，这种形式的循环流化床锅炉结构简单，外形与常规煤粉炉相似，比较适合于现有煤粉锅炉的改造17。国内在CFB锅炉基础研究及工程应用等方面都起步相对较晚，至今还没有完全自主知识产权的循环流化床锅炉布置方案，但在某些设备部件方面，具有自主知识产权的新技术18。主要有：下排气旋风分离器循环流化床锅炉。这种拥有下排气旋风分离器的CFB锅炉是经过华科大煤碳燃烧国家重点实验室和武锅容器厂共同研究开发而成，该CFBB的最大的不同之处就是使用华科大的专利技术即：下排气旋风分离器。该分离器布置在锅炉水平烟道与尾部竖井烟道相连接的换向室，将水平烟道与尾部竖井烟道整装为一体，使锅炉具有典型的“”型布置，锅炉深度小，结构紧凑，占地面积小19，下排气旋风分离器布置在过热器之后，属于中温分离器，与高温分离器相比，有体积小、耐火层薄、重量轻、点火启动时间短等优点17-18。中温分离器的应用能够有效地避开由于高温引起的循环系统结渣，从而减小影响CFBB连续安全运行的有关问题。方形水冷分离器循环流化床锅炉。方形水冷分离器CFBB由清华大学和四川锅炉制造厂联合开发的结果。该锅炉有如下特点：1）采用了一个膜式壁构成的方形水冷上排气旋风分离器。该分离器与燃烧室整装为一体，结构紧凑；2）水冷分离器与燃烧室由膜式水冷壁组装成一个整体，非常好的解决了膨胀的密封性的情况；3）和在外边放置高温分离器的情况作比较，相比之下水冷分离器有：耐火层薄，重量相对较轻，水冷分离器的加热时间对CFB锅炉启动的时间没有限制；4）与Pyroflow方形水冷分离器相比，它采用了进口加速段结构。1.3.2国外循环流化床锅炉的先进性在西欧、北美和日本，循环流化床燃烧技术的开发受到高度重重视，许多有关的高等院校，科研机构一直在开展研究工作，经常举行各种国际性学术会议研讨循环流化床锅炉发展技术20。现在国外一些电力公司正在考虑设计制造新一代的、更大的容量的循环流化床锅炉，国外循环流化床锅炉的先进性主要有以下几点20:(1)有扎实的工作基础。到现在为止国外对CFBB的基础理论研究已经非常的深入，并且在锅炉的设计方法方面也是相当的先进，在CFBB的设计与制造中，利用与之相对应的计算机软件并进行冷态实验、热态实验和对燃料进行试烧等多种实验。(2)锅炉的可用率较高。国外CFB锅炉的可用率已达90 以上。由于国外CFB锅炉设计技术、制造技术都比较先进合理，在锅炉的安装质量上也能得到很好的保证，有专门为CFB锅炉而配套的装备，辅助系统和给煤系统等都有很高的可靠性，因此CFB锅炉的连续运行时间可以达到半年左右甚至还可以更长。(3)锅炉的燃烧效率较高。CFB锅炉的燃烧效率和一般的锅炉的燃烧效率相比来说循环流化床锅炉的燃烧效率较高，一般来说在百分之八十八到百分之九十五的区间之内，以至于可以与煤粉锅炉并驾齐驱。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点，气固混合良好，燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧21。(4)锅炉的负荷可调节性好，自控水平高。当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，循环流化床锅炉的负荷调节比可达(34)，负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4%22。1.3.3国内循环流化床锅炉技术情况循环流化床锅炉的应用与发展，在我国的当今情况下具有特殊的意义。由于我国是煤炭大国化石燃料中主要以煤炭为主，目前，我国煤炭的消耗大约占一次能源消费的比例在75%以上，并且我国的煤炭利用率较低进而导致环境污染较为严重，因此在我国发展循环流化床锅炉符合我国的大的国情以及近几年中央提出的建设环境友好型社会的主张，对资源的利用和环境的治理都有一定的益处具有较好的综合社会效益。由于我国在电力行业的技术相对落后大多采用煤粉炉，对于大型的循环流化床锅炉的制造技术还没有完全掌握，最终导致能源部决定，作为范例引进的国外100MW CFB锅炉，其购买价格竟达到三千万美元之多。因此迅速发展大容量的国产CFB锅炉是锅炉制造业以及锅炉科研单位的重中之重。循环流化床锅炉 在我国的发展前景非常的广大，我国必须大力推进洁净煤燃烧技术的发展和利用, 减轻我国的环境压力。用发展的眼光看, 发展先进的煤炭燃煤技术用来提高煤碳的有效利用率不但经济而且又有实际的战略意义，从整个发电技术来看煤气化联合循环发电技术和超临界蒸汽参数锅炉将成为发电设备的主流23。1.3.4循环流化床锅炉目前存在的主要问题（1）炉膛、分离器和回送装置及其之间的膨胀性以及密封性的问题。由于循环流化床锅炉的表面附着一层非常厚的耐磨材料以及保温材料，并且它的各个部位受热时间和受热程度也不一定完全一样，因此会产生相应的热应力进而造成局部部位的膨胀不均，导致出现循环颗粒的外漏情况。（2）由于设计或施工工艺的操作不当造成的磨损问题。锅炉部件的磨损主要与风速、颗粒浓度以及流场的不均匀性等有关，实验研究表明：磨损与风速的3.6 次方和浓度成正比24。（3）飞灰含炭量高的问题。对于CFB来说，它的底渣含炭量较低，但由于其最佳脱硫温度的限制，飞灰含炭量却比之前相对较高25。（4）NO2 排放较高。流化床燃烧技术可有效抑制氮氧化物、二氧化硫的排放，但流化床低温燃烧是产生NO2 最主要的原因26。（5）厂用电率高。由于在循环流化床锅炉存在布风板，以及飞灰再循环燃烧产生的阻力，流化床的送风系统的阻力远大于煤粉锅炉的送风阻力，而且烟气系统中又增加了循环灰分离器的阻力，所以流化床的烟风系统阻力大27。1.4发展循环流化床锅炉的意义随着社会的发展科技的进步人们认识水平增长的同时，人们对能源的需求程度也在随着对空气质量的不断要求而逐渐增加。循环流化床锅炉作为近几十年在国际上迅速发展起来的新一代高效率低污染排放的煤炭洁净燃烧技术正是借着这股春风如雨后春笋般迅速发展起来得到广泛的推广，由于CFB锅炉各控制变量非常多并且个变量之间相互关联，导致手动操作很难达到非常好的结果，因此借用计算机的运算技术以及自动化操作技术来达到CFB锅炉的自动化控制，并且这种自动化控制是目前科研工作者的主要研究方向之一，是一个有着非常重要实际意义的课题。保护环境，走可持续发展的道路，循环流化床锅炉正是基于此发展起来，其最佳的环保特性以及广泛的燃料适应性，越来越受到广泛关注，完全适合我国国情及发展优势。 能源是社会发展的基础，对全球未来五十年的能源需求及能源利用结构的预测表明，人类对能源的需求将增加到现在的三倍，而电能的需求将增加到现在的五倍。在地球上可探知的矿物能源中60%的可采储量和82%的估计储量是煤28。截至到目前，在我国煤炭发电所占比例仅仅有47%，而美国的煤炭发电已经达80以上。据专家预测到2030年我国用于发电的煤炭将高达70%。想要我国的发电所用煤炭达到70%这一相对较高的目标，必须要拥有先进的煤炭清洁燃烧的发电技术以及与这一技术相对应的被套装备。高效清洁煤燃烧技术对我国协调可持续发展具有重大的战略意义。正是由于循环流化床锅炉具有高的效率，较低的污染，煤炭种类的适应性广泛，锅炉的负荷调节能力非常强，同时也是因为循环流化床锅炉的造价较低，技术操作方面较为成熟，并且技术方面相对较容易学习，符合国家的基本战略等优点，得到了国家的重视，到现在为止它已经成为煤炭洁净燃烧的最有效的技术之一，得到了非常快的发展。从国内和国外的应用实践来说，CFB锅炉与常规煤粉锅炉相比，它采用的这种技术可使燃烧煤炭的电站锅炉排烟中二氧化硫和氮氧化物等有害气体减少到百分之八十到九十，对有效减少燃烧煤碳发电对大气环境的污染做出了不小的贡献。由于近几年国家的一系列的可持续发展战略的提出，以及我国的CFBB设计与制造方面的大幅度提高，我国在新建电厂和改造旧电厂等方面得到了较为广泛的运用。32第二章 实验介绍2.1实验装置 在整个实验操作以及分析过程中，我们可以将循环流化床的床内流动划分为多个不同的特性区域，并且每个区域有着不同的流动特性，这是描述系统整体宏观流动的有效方法。本文采用在冷态循环流化床锅炉试验台上，针对在不同主流化风速和风量变化、物料粒径、静止料位高度运行条件下，对沿炉膛高度的压力值进行测量和分析。如图，试验台的安装方式采用底部支架定位和上部固定相结合的方案。具体方式为一次风室和返料风室采用支架固定，炉膛顶部法兰固定辅助以分离器顶部固定。采用的材料为有机玻璃和钢化玻璃结合，具有美观耐用的特点。循环流化床锅炉的燃烧分为两部分, 一部分是燃烧室,进入炉膛的煤粒首先在这里燃烧, 二是燃烧室出去的旋风分离器, 未完全燃烧的部分颗粒和灰分通过这里与烟气分离后下落收集到料腿中, 通过回料阀回到燃烧室, 再去携带大量的热来完成炉膛热量的有效发散，燃烧室分为两个区域, 床上部的浓相区和稀相区，进入炉膛的燃料分布在床上, 被通过床下进入的一次风流化，使得燃料在炉膛燃烧室内呈流化状态29。图2.1 模型整体结构 2.2实验材料1、 实验模型：所采用的矩形圆柱体循环流化床锅炉， 高320cm，横截面积为2830cm2 。 2、实验条件：温常压下，风量变化10%80%。3、实验物料：本实验中使用的是非常细小的玻璃微珠，粒径范围100-180微米，具有质轻、低导热、高分散、和热稳定性好等诸多优点，其中在本实验中选用的是40-60、60-80、100-120目三种料径和料高100、140、180三类。4、测量位置：0号高度为床底至地面高度，高37.5cm；1-24号高度沿炉膛正面中间从低到高排列，其中111号高度差为7.5cm，1112号高度差为20cm，1224号高度差为15cm。5、使用仪器： agilent，引风机，U形管压力测量器，数据采集卡。6、处理软件：matlab，excle。2.3目数的换算1. 目是指每平方英吋筛网上的空眼数目，50目就是指每平方英吋上的孔眼有50个，500目就有500个，孔眼随着目数的增高而增多。目除了表示筛网的孔眼外，它同时也用于表示能够通过筛网的粒子的粒径，目数越高，粒径就越小30。 2. 料的颗粒大小被称作为颗粒粒度。但是由于颗粒形状及其的不规则，因此通常有筛分粒度、沉降粒度、等效体积粒度、等效表面积粒度等多种表示方法,筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸宽度的筛网内的筛孔数来表示，因而我们称他们为“目数”,目前在国内和国外还没有统一的粉体粒度技术标准，在不同的国家、不同行业的筛网规格都有着各自不同的标准，因此“目”的含义非常的不好统一31。表2.1 目数换算网目数 m 网目数 m 网目数 m 280004235518080367004532520075447504830023062540005027024061633506025025058728006523027053823607021230048101700801803254512140090160400381411801001505002516100011512560023188801201208001820830125115100013247001301131340102860014010920006.53055015010650002.6325001609680001.63542517090100001.340380175862.4循环流化床锅炉模型炉膛压力采样点的布置测压点图2.2为循环流化床沿布风板以上炉膛的压力测点的分布图，根据炉膛结构以及己了解的颗粒的流动特性，在炉膛边壁中心线上沿高度方向上测压点设置了25个采样点，为了提高测量的准确性，压力均用毕托管和同一U型管压力计测量，得到不同工况下相应位置的压力值。密相区 图2.2 炉膛测压点分布图2.5压力波动信号的频谱分析本次实验中所利用到的压力波动信号全部都是随机信号，因此都不具备确定性信号的相关特性，信号即不是周期的也不是有限能量的。所以，对于压力波动信号只能采取数值统计的方法来对所得的数据进行观察和分析。它与有固定周期的信号不同之处在于，它的能量不是有限的，并且波动图形也基本上不具有周期的特性，因此必须要用数据统计的方法对它进行数值分析，然后得到随机信号的相关特性。根据查阅的资料得：随机信号分析，数学理论中的自相关函数和互相关函数能够很好地对随机信号进行时域描述，而傅里叶变换又很适合对随机信号进行频域描述。而Welch谱估计法也能充分对随机信号进行功率谱分析。所以本节着重通过以上方法对压力波动信号进行频谱分析。2.5.1压力波动信号的时域描述随机信号的时域描述涉及算法的数学描述形式，主要是通过自相关函数和互相关函数来表达出来。所谓自相关，就是观察某个随机变量在一段时间内与自身在另一段时间内是否具有相关性，即观察该随机变量在一段时间后的x（t+）时间点是否还会出现该变量过去x（t）时间点出现的信号特征。对于不同的时间延迟，x（t+）与x（t）波动信号图形的相近或同步的程度有时会有所不同，因此对于相关性的结果，时间延迟是其函数的自变量。自相关函数即为不同值下x（t）与x（t+）成绩的总体平均，公示表达为：Rxx（t，）= E x（t）x（t +） 式 (2-1)总体平均法描述的自相关函数为：Rxx（t，）= E x（t）x（t +） 式 (2-2)总体平均法描述的自协方差函数为： 式 (2-3)上式给出了自相关函数、自协方差函数、均值这三者之间的关系。由上式可知 ，当x（t）的均值为零时，自相关函数的函数值与协方差函数的相等。如果随机波动信号是随着时间逐步变动的，那么我们还可以通过自相关函数的时间平均法对这个样本信号进行描述或计算它的自相关和自协方差函数 式 (2-4)而互相关与自相关函数他们的定义非常的类似，互相关函数与自相关函数不同的地方是互相关表示的是某个随机变量的某段随机信号与另一随机变量的某段随机信号的同步的相关性。用总体平均法描述压力随机波动信号所用的互相关函数为：Rxy（t，）= E x（t）y（t +） 式 (2-5)用总体平均法描述压力随机波动信号所用的协方差函数为：Cxy（t，）= E x（t）x y（t +）y 式 (2-6)用时间平均法描述压力随机波动信号所用的互相关函数为： 式 (2-7)用时间平均法描述压力随机波动信号所用的协方差函数为：式 (2-8)由以上几个函数式可知，协方差函数和互相关函数就是把数理统计基础理论中的经典协方差定义推广到了随时间序列变化的随机变量上的结果，它很好地阐述了随机变量x（t）与经历时刻后的随机变量y（t+）的相关性。2.5.2压力波动信号的频域描述在随机信号分析中，之所以频域描述应用得如此广泛，是因为按照频域描述的方法进行频域分析，能够获得比时域分析更丰富、更具直观性的关于随机信号特性方面的分析结论。在随机信号频域描述方法中，傅里叶级数和傅里叶变换就显得尤为突出。法国数学家傅里叶在十八世纪到十九世纪之间提出的这两大理论，不仅促进了当时数学和物理学的发展，也为现代随机信号分析在工程领域的广泛应用奠定了基础。傅里叶级数的应用就是为了将一个不能用数学关系式表达的任意周期性信号用公式描述为一个由一系列已知的正弦信号和余弦信号相互叠加的结果，并且这一系列的正弦和余弦信号对原任意周期信号产生所影响的大小由傅里叶级数中的系数值决定。傅里叶级数有两种描述形式，一种是三角函数形式，即用三角函数的正弦函数和余弦函数表示一个周期为T的任意波形周期性信号x（t），然后用傅里叶级数展开的三角函数形式表示，即： 式 (2-9)待定系数ak，bk由下式求出 式 (2-10)式中：k=1时的1=1/T为信号的基频，而k=k/T为信号的第k次谐波频率。另一种是复数表现形式，就是将三角函数表现形式中的正弦sin2kt和余弦cos2kt用欧拉公式cos=和sin=代替便可得到傅里叶级数的复数表现形式，即： 式 (2-11)式中： 式 (2-12)傅里叶级数可对任意的周期性信号x（t）作出描述，但如果x（t）为非周期信号，就必须作出此信号周期为无限大的假设。在此条件下对傅里叶级数进行推广，即在周期为无穷大的条件下进行傅里叶展开，此种变换就被称为傅里叶变换。由傅里叶级数复数表现式中的系数Ck可知 式 (2-13)当T时，频率分量的带宽将会趋近于很窄的情况，所以傅里叶的谱线也会趋于连续，即： 式 (2-14)上式中是个特殊的变量，它反映了在频率f处单位带宽下的幅值，我们把它称作是中心频率f上的傅里叶谱密度，并且把它定义为傅里叶变换，因此他的数学描述是，-f 式 (2-15)从上式来看，显然傅里叶谱值是物理信号能量在所求频率分量上的分量。从时间上来看，记录样本的时间越长，最终求出的谱值就越大，即包含的能量就越多；从做功方面来看，做功的时间越长，能量的消耗就越多。但是在具体的实验中，我们采集信号的长度不可能无穷大，即傅里叶变换数学描述中的积分上下限是有限的。由此得来评价物理信号在各频率分量的大小就不受信号记录时间长短的影响，因此在计算中就可以直接取时间平均后的量X（f）/T。由前面傅里叶级数和傅里叶变换的数学描述式可以看出，傅里叶级数与傅里叶变换间存在以下关系Cf=X（f）df，f 式 (2-16) 式中：傅里叶级数系数Cf值的大小反映的是物理信号在中心频率为f，带宽为df的情况下其频率分量的均方值或功率的大小。第三章 实验方法3.1实验参数的设定 1、床料高度 由于床料高度过低，会引起回料阀内回料量不够，使其起不到“止回阀”的作用。又由于分离器内的压力低于床内压力，循环物料无法回送到床内，同时高压区气体反窜进入分离器， 将破坏分离工况，降低分离效率，影响物料循环以致流化床锅炉不能正常运行。相反床料过高，流化效果将会受到影响。所以我们选用的床料高度依次为：100mm、140mm、180mm。2、颗粒直径由于流化介质物性不变的流态化情形，固体颗粒的流态化性能或流化性能与颗粒的粒径、密度密切相关，因此我们选用料径为40-60、6080、100-120目这三种。3.2实验参数的设定 1、不同床料高度的试验选用同种粒径的玻璃微珠大小相同的送风量和相同的测压点，通过改变床料高度进行试验，经过压力信号的频域分析从而确定床料高度对炉膛压力频率分布的影响。2、不同颗粒直径的试验在床料高度、炉膛压力测试点、送风量一定的情况下，通过改变玻璃微珠的粒径进行试验，从而确定粒径大小对炉膛压力频率分布的影响。3、不同风量的试验 在玻璃微珠粒径、料高、测压点一定的情况下通过改变风量进行实验，从而确定炉膛风量的大小对炉膛压力频率分布的影响。4、不同测压点的实验选用同种粒径的玻璃微珠大小相同的送风量和相同的料高，通过改变压力测试点进行试验，经过压力信号的频域分析从而确定测压点的不同对炉膛压力频率分布的影响。3.3正交实验方法事实上大家所说的正交实验法其本质上就是运用排列整齐的正交表来对其所对应的实验进行整体的考虑、全方位的对比，然后进行整体的分析，通过及少数的实验来找到相对较好的影响因素，进而来达到最高的生产工艺和生产的效果，同时正是因为正交表能够在有多因素的变化范围内均匀的抽样，进而来使每次试验都具有相当的代表性，正是因为正交表具有均匀的分散的特性，所以保证了全面实验的要求，往往来说这些试验能够较好的、准确的达到实验的目的，正交实验方法的进行主要有两大发面：1、如何进行正交实验；2、如何对实验所得的结果进行分析。本实验一共有粒径、料高、风量、测量点、这四个因素，根据四个因素建立四维正交实验表然后进行实验。3.4试验步骤简述1. 把40-60目玻璃微珠装入床内至料位高度为100mm。2