[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于選擇性催化還原脫硝裝置的控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710470971.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107168065A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許媛媛;王艷;解翔;梁璟旻;郭志麗;喻哲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04;B01D53/90;B01D53/86
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所11569
• 代理人: 王戈

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脫硝領(lǐng)域，特別是涉及一種用于選擇性催化還原脫硝裝置的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展，全球海運(yùn)船舶排放的氮氧化物(nitric oxide metabolite，NOx)尾氣逐年增加，鑒于NOx對(duì)人類(lèi)和環(huán)境的極大危害，如何高效地減少NOx的排放引起了全球的關(guān)注。國(guó)際海事組織(International Maritime Organization，IMO)通過(guò)了《MARPOL73/78公約》附則Ⅵ，且在2016年元旦開(kāi)始實(shí)施更為嚴(yán)格的三等級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)tierⅢ。2016年人大建議第3192號(hào)也提出了關(guān)于控制沿海船舶空氣污染的建議。因此，減少NOx的排放成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

選擇性催化還原脫硝(Selective Catalytic Reduction Denox，SCR-DeNOx)技術(shù)以其高效性、可靠性以及易維護(hù)性等優(yōu)良的性能成為全球應(yīng)用最為廣泛、最有成效的減少NOx的方法之一。SCR-DeNOx控制系統(tǒng)包括反應(yīng)器子系統(tǒng)、噴氨控制子系統(tǒng)、檢測(cè)控制子系統(tǒng)等多個(gè)組成部分。選擇性催化還原脫硝技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理是在溫度為250℃～450℃以及在催化劑五氧化二釩/二氧化鈦(V2O5/TiO2)的作用下，通過(guò)噴射氨水將船舶尾氣中的NOx還原為無(wú)污染的氮?dú)?N2)和水，其中氨水為37.5％的尿素水溶液。

SCR-DeNOx的主要化學(xué)反應(yīng)如下所示：

(1)尿素水解反應(yīng)：

CO(NH₂)₂+H₂O→2NH₃+CO₂

(2)氨氣的吸附和脫附反應(yīng)：

(3)氨氣的SCR反應(yīng)：

快速反應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)要快一個(gè)數(shù)量等級(jí)，在催化劑釩基(Vanadium)中慢速反應(yīng)十分緩慢，而在鐵-沸石(Fe-Zeolite)中慢速反應(yīng)又比標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)快。但在SCR-DeNOx系統(tǒng)中NO占NOx的90％，快速反應(yīng)較弱，因此本發(fā)明以標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)為主。

在SCR-DeNOx控制系統(tǒng)中，噴氨量子系統(tǒng)的控制是最為關(guān)鍵的部分，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的脫硝率和氨氣逃逸量。噴氨量控制策略主要有兩種方式：固定氨氮摩爾比控制和固定出口NOx濃度控制。兩者在控制主回路上基本相同，但固定氨氮摩爾比控制是一種簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，根據(jù)氨氮摩爾比直接獲取噴氨量。該方式忽略了出口NOx濃度值的變化，尤其是噴氨量過(guò)高時(shí)會(huì)造成脫氮過(guò)度，氨氣的逃逸量大大增加而形成二次污染。而固定出口NOx濃度控制方法則是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，脫硝率為函數(shù)，其氨氮摩爾比是可變的，通過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)噴氨量可避免脫氮過(guò)度。

現(xiàn)有技術(shù)中，SCR-DeNOx噴氨控制子系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的比例、積分、微分(proportional-integral-derivative，PID)控制器對(duì)噴氨量進(jìn)行控制，但是，由于SCR-DeNOx噴氨量控制子系統(tǒng)具有非線性和時(shí)滯性，傳統(tǒng)的PID控制器具有動(dòng)態(tài)反應(yīng)較慢、魯棒性弱的缺點(diǎn)，噴氨量過(guò)低則不能保證NOx的轉(zhuǎn)換率，噴氨量過(guò)高又會(huì)造成脫氮過(guò)度，大量逃逸的氨氣還會(huì)形成二次污染。因此，采用傳統(tǒng)的PID控制器難以獲得較好的脫硝效果，容易造成脫硝效率低或氨逃逸量大的問(wèn)題。

因此，如何提供一種能夠根據(jù)入口氮氧化合物濃度精確調(diào)節(jié)噴氨量的控制方法和系統(tǒng)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于選擇性催化還原脫硝裝置的控制方法，能夠根據(jù)入口氮氧化合物濃度精確調(diào)節(jié)噴氨量，在提高脫硝效率的同時(shí)還能減少氨氣的逃逸量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種用于選擇性催化還原脫硝裝置的控制方法，所述控制方法包括：

建立選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；

根據(jù)各給定的第一入口氮氧化合物濃度和第一出口氮氧化合物濃度運(yùn)行所述仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，獲得對(duì)應(yīng)的第一噴氨量；

采用軟測(cè)量分析方法分析多組離線數(shù)據(jù)，獲得噴氨控制系統(tǒng)模型，其中，各組所述離線數(shù)據(jù)均包括：所述第一入口氮氧化合物濃度、所述第一出口氮氧化合物濃度和所述對(duì)應(yīng)的第一噴氨量；

采用模型預(yù)測(cè)控制方法對(duì)所述噴氨控制系統(tǒng)模型進(jìn)行雙線性變換，獲得用于控制噴氨量的預(yù)測(cè)控制模型。

可選的，所述采用模型預(yù)測(cè)控制方法對(duì)所述噴氨控制系統(tǒng)模型進(jìn)行雙線性變換具體包括：

對(duì)所述噴氨控制系統(tǒng)模型進(jìn)行雙線性變換，獲得雙線性模型；