本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)燃油富氧/全氧混沌燃燒實(shí)時診斷系統(tǒng)及方法，屬于能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著冶金工業(yè)的快速發(fā)展，其對能源燃料的需求量亦越來越大。我國冶金爐窯約為14萬臺，年耗能8.2億噸標(biāo)煤，占全國總能耗的19.86%，占工業(yè)總能耗的30%，有色冶金爐窯占冶金爐窯總數(shù)的60%以上。各種冶金工業(yè)爐窯在生產(chǎn)過程中，節(jié)能降耗、降低運(yùn)行成本、減少環(huán)境污染等已經(jīng)成為冶金企業(yè)在市場競爭中求生存、謀發(fā)展的關(guān)鍵。在當(dāng)前的冶金工業(yè)爐窯燃燒系統(tǒng)中，能源燃料大多采用煤炭、石油等化石類燃料或者工業(yè)煤氣等，但這些燃料不僅均屬于不可再生能源，而且由于這些燃料中含有較高的硫元素，其排放的顆粒物及硫化物亦會造成嚴(yán)重的大氣及環(huán)境污染，能耗較高。為了緩解日益嚴(yán)重的能源危機(jī)、減少大氣環(huán)境污染以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，勢必需要環(huán)保、可再生的生物燃料替代常規(guī)能源。

強(qiáng)化供熱技術(shù)是冶金爐窯節(jié)能增效的核心技術(shù)，現(xiàn)有的冶金爐窯強(qiáng)化供熱一般采用加大富氧/燃料供應(yīng)量的方式，熔池熔煉爐加大富氧供應(yīng)量存在攪拌過度噴濺沖刷導(dǎo)致爐體壽命短、攪拌不均勻?qū)е聽t渣中有價金屬含量高和金屬直收率低，而加熱爐加大燃料供應(yīng)量存在爐內(nèi)燃料燃燒不完全、爐溫不均勻?qū)е卤患訜岬慕饘俟ぜ^熱過燒及產(chǎn)品成材率低等難題。為了對燃燒系統(tǒng)非線性特征進(jìn)行描述，daw等建立了一種簡單的模型對燃燒過程進(jìn)行了研究，并認(rèn)為非線性燃燒過程中可能存在混沌特性；但是目前對燃燒系統(tǒng)內(nèi)在混沌特性的認(rèn)識還不充分。目前，在生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)中，生物質(zhì)燃油的主要應(yīng)用是提純高品位液體燃料和直接燃燒，但是由于生物質(zhì)燃油粘度大，燃燒效率較低，一般燃燒器霧化質(zhì)量很差，不完全燃燒熱損失較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種生物質(zhì)燃油富氧/全氧混沌燃燒實(shí)時診斷系統(tǒng)及方法，以生物質(zhì)燃油作為燃燒劑，以熱空氣作為霧化介質(zhì)，將兩者混合后霧化噴吹至燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒，同時送入氧濃度為24~99.5vt%的熱空氣保證生物質(zhì)燃油在富氧/全氧條件下燃燒；監(jiān)測實(shí)時燃燒室壓，基于時間序列混沌特性識別理論，對燃燒效果進(jìn)行實(shí)時診斷，根據(jù)診斷結(jié)果調(diào)整燃燒劑的噴吹狀態(tài)，使燃燒狀態(tài)保持在混沌狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)燃油富氧/全氧燃燒狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測與甄別，解決了生物質(zhì)燃油燃燒不完全、燃燒效率低的關(guān)鍵問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種生物質(zhì)燃油富氧/全氧混沌燃燒實(shí)時診斷系統(tǒng)，包括生物質(zhì)燃油燃燒器、室壓傳感器及混沌識別系統(tǒng)；室壓傳感器置于生物質(zhì)燃油燃燒器的燃燒室內(nèi)，并與混沌識別系統(tǒng)通過導(dǎo)線連接，可進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸；混沌識別系統(tǒng)根據(jù)室壓傳感器傳輸?shù)氖覊簲?shù)據(jù)對燃燒狀態(tài)進(jìn)行識別。

優(yōu)選地，所述生物質(zhì)燃油燃燒器為工業(yè)爐窯高壓內(nèi)混式霧化噴吹生物質(zhì)燃油燃燒器。

一種生物質(zhì)燃油富氧/全氧混沌燃燒實(shí)時診斷方法，將生物質(zhì)燃油過濾、脫水并加壓加熱，同時將空氣加壓加熱，然后將兩者混合，通過高壓霧化間歇式噴吹送入生物質(zhì)燃油燃燒器的燃燒室，并送入助燃劑點(diǎn)火燃燒，同時送入氧濃度為24~99.5vt%的熱空氣；通過室壓傳感器測取燃燒室內(nèi)室壓數(shù)據(jù)，每個工況點(diǎn)測取500~10000循環(huán)的室壓數(shù)據(jù)，傳輸至混沌識別系統(tǒng)進(jìn)行識別：當(dāng)最終度量值為0時，說明燃燒狀態(tài)處于周期狀態(tài)，當(dāng)最終度量值大于0時，說明該燃燒狀態(tài)處于混沌狀態(tài)，當(dāng)最終度量值小于0時，說明燃燒狀態(tài)處于偽周期狀態(tài)。

優(yōu)選地，生物質(zhì)燃油加壓加熱至1.0mpa、50~80℃。

優(yōu)選地，空氣加壓加熱至1.2~1.7mpa、160~80℃。

優(yōu)選地，助燃劑為0#柴油。

本發(fā)明原理：通過室壓傳感器獲取生物質(zhì)燃油燃燒器燃燒室的室壓信號x1傳輸至混沌識別系統(tǒng)，混沌識別系統(tǒng)將室壓時間序列x1（長度為n）劃分為q個單增的子集x1,j（長度為nj），使得，其中j=0,1,2,…,q-1，且n0=n；對單增子集x1,j進(jìn)行升序排列；計算各單增子集的最大斜率sj，并對x1,j中的相同值依據(jù)時間指數(shù)進(jìn)行升序排列；將斜率子集s劃分為p個單增子集vk（長度為mk），使得，其中k=0,1,2,…,p-1，且m0>2；針對每一個vk，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差σs,k，并推導(dǎo)相應(yīng)的生長速率μk=μ(nk，n)=log(1+σs,k)/logn；基于μk的集合，利用如下公式：

推導(dǎo)所得，其中uk=mk/p。當(dāng)最終度量值λ(n)為0時，說明燃燒狀態(tài)處于周期狀態(tài)，當(dāng)最終度量值大于0時，說明該燃燒狀態(tài)處于混沌狀態(tài)，當(dāng)最終度量值小于0時，說明燃燒狀態(tài)處于偽周期狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、間歇式噴吹方式有助于增大生物質(zhì)燃油在燃燒室中燃燒效率，易于點(diǎn)火，起到了省油作用；

2、通過室壓傳感器獲取生物質(zhì)燃油燃燒的室壓信號，有助于實(shí)時監(jiān)控燃燒效果；

3、提出基于生物質(zhì)燃油富氧/全氧霧化燃燒室壓的混沌診斷方法，高效精準(zhǔn)，并根據(jù)診斷結(jié)果，調(diào)整燃燒劑噴吹狀態(tài)，使燃燒狀態(tài)保持在混沌狀態(tài)，對提高生物質(zhì)富氧/全氧的燃燒效率具有重要作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例

一種生物質(zhì)燃油富氧/全氧混沌燃燒實(shí)時診斷系統(tǒng)，包括生物質(zhì)燃油燃燒器、室壓傳感器及混沌識別系統(tǒng)；室壓傳感器置于生物質(zhì)燃油燃燒器的燃燒室內(nèi)，并與混沌識別系統(tǒng)通過導(dǎo)線連接，可進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸；混沌識別系統(tǒng)根據(jù)室壓傳感器傳輸?shù)氖覊簲?shù)據(jù)對燃燒狀態(tài)進(jìn)行識別。所述生物質(zhì)燃油燃燒器為工業(yè)爐窯高壓內(nèi)混式霧化噴吹生物質(zhì)燃油燃燒器。

將生物質(zhì)燃油（如小桐子油、橡膠籽油、木質(zhì)素液化生物油等）過濾、脫水并加壓加熱至1.0mpa、80℃，同時將空氣加壓加熱至1.2mpa、160℃，將兩者通過自動調(diào)節(jié)閥門控制裝置送入生物質(zhì)燃油燃燒器的高壓油氣混合室內(nèi)進(jìn)行混合；高壓噴吹油槍從生物質(zhì)燃油燃燒器的四周插入燃燒室內(nèi)，將生物質(zhì)燃油和加壓加熱后的空氣的混合物經(jīng)過噴嘴通過高壓霧化間歇式噴吹的方式送入燃燒室，利用0#柴油作為助燃劑輔助點(diǎn)火燃燒，同時送入氧濃度為24~99.5vt%的熱空氣；通過室壓傳感器測取燃燒室內(nèi)室壓數(shù)據(jù)時間序列，每個工況點(diǎn)測取500~10000循環(huán)的室壓數(shù)據(jù)，即x1，傳輸至混沌識別系統(tǒng)，混沌識別系統(tǒng)將室壓時間序列x1（長度為n=500~10000）劃分為q=1000個單增的子集x1,j（長度為nj），使得，其中j=0,1,2,…,q-1，且n0=n=50；對單增子集x1,j進(jìn)行升序排列；計算各單增子集的最大斜率sj，并對x1,j中的相同值依據(jù)時間指數(shù)進(jìn)行升序排列；將斜率子集s劃分為p=998個單增子集vk（長度為mk），使得，其中k=0,1,2,…,p-1，且m0>2；針對每一個vk，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差σs,k，并推導(dǎo)相應(yīng)的生長速率μk=μ(nk，n)=log(1+σs,k)/logn；基于μk的集合，利用如下公式：

推導(dǎo)所得，其中uk=mk/p。當(dāng)最終度量值λ(n)為0時，說明燃燒狀態(tài)處于周期狀態(tài)，當(dāng)最終度量值大于0時，說明該燃燒狀態(tài)處于混沌狀態(tài)，當(dāng)最終度量值小于0時，說明燃燒狀態(tài)處于偽周期狀態(tài)。

為了說明斜率的計算問題，以下例作為說明。

考慮時間序列quote，即x1=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7,13,9,19,10,6,30)，其中有30個數(shù)值?？紤]x1的14個子集：

x1,0=(4,8,22,11,3,2)，

x1,1=(4,8,22,11,3,2,13)，

x1,2=(4,8,22,11,3,2,13,5)，

x1,3=(4,8,22,11,3,2,13,5,14)，

x1,4=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24)，

x1,5=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27)，

x1,6=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17)，

x1,7=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12)，

x1,8=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7)，

x1,9=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7,13)，

x1,10=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7,13,9)，

x1,11=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7,13,9,19)，

x1,12=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7,13,9,19,10)，

x1,13=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7,13,9,19,10,6)，

x1,14=(4,8,22,11,3,2,13,5,14,24,27,17,12,7,13,9,19,10,6,30)，

對每個子集進(jìn)行升序排列，分別得到其序號的序列：

a1,0=(6,5,1,2,4,3)，

a1,1=(6,5,1,2,4,7,3)，

a1,2=(6,5,1,8,2,4,7,3)，

a1,3=(6,5,1,8,2,4,7,9,3).

a1,4=(6,5,1,8,2,4,7,9,3,10)，

a1,5=(6,5,1,8,2,4,7,9,3,10,11)，

a1,6=(6,5,1,8,2,4,7,9,12,3,10,11)，

a1,7=(6,5,1,8,2,4,13,7,9,12,3,10,11)，

a1,8=(6,5,1,8,14,2,4,13,7,9,12,3,10,11)，

a1,9=(6,5,1,8,14,2,4,13,7,15,9,12,3,10,11)，

a1,10=(6,5,1,8,14,2,16,4,13,7,15,9,12,3,10,11)，

a1,11=(6,5,1,8,14,2,16,4,13,7,15,9,12,17,3,10,11)，

a1,12=(6,5,1,8,14,2,16,18,4,13,7,15,9,12,17,3,10,11)，

a1,13=(6,5,1,8,19,14,2,16,18,4,13,7,15,9,12,17,3,10,11)，

a1,14=(6,5,1,8,19,14,2,16,18,4,13,7,15,9,12,17,3,10,11,20)，

考慮把指標(biāo)序列（a1,j，0≤j≤14）成對鄰近值的差值作為斜率，在a1,0中有6個斜率，在a1,14中有9個斜率。因此，最大斜率是這四個序列中的斜率最大值。在此例中，對于a0,1，a1,1，a1,2，a1,3，a1,4，a1,5，a1,6，a1,7，a1,8，a1,9，a1,10，a1,11，a1,12，a1,13和a1,4，分別有s0=2，s1=3，s2=7，s3=7，s4=7，s5=7，s6=7，s7=9，s8=9，s9=9，s10=14，s11=14，s12=14，s13=14以及s14=14。

在本例中，σs,k為所有s0,s1,s2,…的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即14362；

μk=log(1+σs,k)/logn為0.5425，0.5728，0.6179，0.6418，0.6655，0.6816，0.7001，0.7167，0.7297，0.7405，…；

uk=mk/p為0.0025，0.0034，0.0042，0.0051，0.0059，0.0067，0.0076，0.0084，0.0093，0.0101，…；

為0.0025，0.0034，0.0042，0.0051，0.0059，0.0068，0.0076，0.0084，0.0093，0.010，…；

為0.8432。

>0，說明該情形下的生物質(zhì)燃燒狀態(tài)為混沌燃燒狀態(tài)。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。