[發(fā)明專利]一種基于SCR的船舶尾氣脫硝控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910307180.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN109985523A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱志宇;張揚(yáng);戴曉強(qiáng);姜文剛;陳俊豪;魏海峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/94
• 分類號(hào): B01D53/94;B01D53/56
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發(fā)明涉及一種船用選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，SCR)系統(tǒng)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于SCR的船舶尾氣脫硝控制方法，首先根據(jù)SCR化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理，分別建立NO_X模型、NH₃模型、溫度模型以及儲(chǔ)氨模型，聯(lián)立構(gòu)建SCR反應(yīng)器模型，并進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)；然后通過(guò)排氣模型精確預(yù)測(cè)不同工況下排氣流量、溫度、以及排氣中NO_X的含量，作為SCR反應(yīng)器總模型輸入，從而確定尿素水溶液的基本噴射量；再采取非線性模型預(yù)測(cè)控制，將NO_X的轉(zhuǎn)化率作為優(yōu)化目標(biāo)，將系統(tǒng)氨逃逸量作為系統(tǒng)約束，設(shè)計(jì)優(yōu)化控制器，在線求解系統(tǒng)當(dāng)前所需最佳尿素水溶液的量。該方法可以根據(jù)出口NO_X濃度變化趨勢(shì)和NH₃逃逸量，提前調(diào)整尿素噴射量，保證氨氣逃逸率盡量小的前提下，達(dá)到最高的NO_X轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種船用選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，SCR)系統(tǒng)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于SCR的船舶尾氣脫硝控制方法。

背景技術(shù)

隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，在促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易繁榮的同時(shí)，船舶造成的大氣污染也日益嚴(yán)重。因此為了防止、減少和控制船舶柴油機(jī)的排放造成大氣污染，國(guó)際海事組織(International Maritime Organization，IMO)近年來(lái)加緊了有關(guān)法規(guī)的制定，對(duì)船用柴油機(jī)氮氧化物(NO_X)排量提出了Tier I、Tier II、Tier III三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的限制要求。

根據(jù)目前的技術(shù)水平，僅僅依靠柴油機(jī)自身減排技術(shù)已經(jīng)很難滿足Tier III標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著柴油機(jī)必須通過(guò)后處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。選擇性催化還原(SelectiveCatalytic Reduction SCR)具有技術(shù)成熟、NO_X轉(zhuǎn)化率高、最佳反應(yīng)溫度區(qū)間寬、對(duì)燃料含硫量不敏感、不需貴重金屬等優(yōu)勢(shì)，是業(yè)界公認(rèn)最有效的NO_X減排技術(shù)，可以降低NO_X含量高達(dá)90％。應(yīng)用該技術(shù)可在不增加現(xiàn)有船舶柴油機(jī)燃油消耗率的情況下，降低氮氧化物的排放，從而滿足有關(guān)排放法規(guī)對(duì)氮氧化物的限制要求。

SCR的基本工作原理為定量的尿素水溶液以霧狀形態(tài)噴入排氣管道，在高溫作用下分解為還原劑氨氣，氨氣進(jìn)入催化器內(nèi)并吸附在催化劑上，在催化劑作用下與廢氣中氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成無(wú)害的水和氮?dú)狻?/p>

確定尿素水溶液的量是SCR技術(shù)的關(guān)鍵所在。過(guò)少的尿素水溶液不能分解出足夠的氨氣與廢氣中氮氧化物反應(yīng)，導(dǎo)致NO_X的轉(zhuǎn)化率達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)；過(guò)多的尿素水溶液分解出過(guò)量的氨氣，未參與反應(yīng)的氨氣排到大氣中，形成氨泄漏，造成二次污染問(wèn)題。

目前，SCR尿素噴射量一般通過(guò)下述方法確定：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載等因素可確定穩(wěn)態(tài)下催化劑轉(zhuǎn)化率的脈譜圖，查詢發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前工況對(duì)應(yīng)的催化劑轉(zhuǎn)化效率，作為目標(biāo)轉(zhuǎn)化率，以此計(jì)算確定尿素噴射量。然而，該類方法標(biāo)定工作量大，瞬態(tài)工況下NO_X轉(zhuǎn)化效率低，氨氣逃逸率不能控制，難以滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)。

因此，如何在不同工況下確定合理的尿素噴射量，保證氨氣逃逸率盡量小的前提下，達(dá)到最高的NO_X轉(zhuǎn)化效率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于SCR的船舶尾氣脫硝控制方法，通過(guò)精確建立SCR反應(yīng)器模型，采用非線性模型預(yù)測(cè)控制在線求解最佳尿素噴射量，保證氨氣逃逸率，提高SCR出口NO_X轉(zhuǎn)化率，使船舶尾氣在經(jīng)過(guò)SCR后處理系統(tǒng)后滿足Tier III標(biāo)準(zhǔn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于SCR的船舶尾氣脫硝控制方法，其特征在于：包括以下步驟：