BR102016004088A2

BR102016004088A2 - sistema, método e meio legível por computador

Info

Publication number: BR102016004088A2
Application number: BR102016004088A
Authority: BR
Inventors: Maruthi Narasinga Rao Devarakonda
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2016-09-06
Also published as: JP2016183668A; CN105937425B; US20160256823A1; JP6794120B2; CA2921267A1; CN105937425A; BR102016004088B1; EP3064265B1; EP3064265A1; CA2921267C; KR20160106503A; KR102315788B1; US9517437B2

Abstract

trata-se de um sistema que inclui um catalisador de redução de óxido de nitrogênio acoplado de maneira fluida a um conduto de escape de um sistema de motor. o catalisador de redução de óxido de nitrogênio é configurado para reduzir os óxidos de nitrogênio em um escape de motor. o sistema inclui também um catalisador de oxidação de amônia acoplado de maneira fluida ao conduto de escape a jusante do catalisador de redução de óxido de nitrogênio e configurado para reduzir a amônia no escape de motor. além disso, o sistema inclui um sistema de controle de injeção de redutor configurado para controlar uma injeção de redutor no conduto de escape, determinar uma primeira taxa de conversão de óxido de nitrogênio do catalisador de redução de óxido de nitrogênio, determinar um valor de armazenamento de amônia do catalisador de redução de óxido de nitrogênio e determinar uma primeira temperatura do escape de motor a montante do catalisador de oxidação de amônia. o sistema de controle de injeção de redutor é configurado também para aumentar ou diminuir a injeção de redutor com base na primeira conversão de óxido de nitrogênio, no valor de armazenamento de amônia e na primeira temperatura.

Description

“SISTEMA, MÉTODO E MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR” Antecedentes [001] A matéria revelada no presente documento refere-se a sistemas de geração de energia. Especificamente, as realizações descritas no presente documento se referem a melhorar sistemas de pós-tratamento dentro de sistemas de geração de energia.

[002] Muitos sistemas de geração de energia usam um sistema de pós-tratamento para condicionar os gases de escape gerados pelo sistema de geração de energia. Especificamente, os sistemas de pós-tratamento podem ser usados para reduzir certos tipos de emissões através da conversão de gases de escape produzidos pelo sistema de geração de energia em outros tipos de gases ou líquidos. Por exemplo, os sistemas de pós-tratamento podem ser usados para reduzir a quantidade de óxidos de nitrogênio dentro dos gases de escape.

[003] Para reduzir a quantidade de óxidos de nitrogênio nos gases de escape, um sistema de pós-tratamento pode incluir um catalisador de redução de óxido de nitrogênio (NOx) e um catalisador de oxidação de amônia, que reduzem a quantidade de óxidos de nitrogênio e de amônia nos gases de escape, respectivamente. Além disso, o sistema de pós-tratamento pode injetar também um fluido, tal como uréia, nos gases de escape para facilitar a redução de óxidos de nitrogênio e de amônia. Seria benéfico melhorar a taxa de conversão de NOx por todo um sistema de pós-tratamento para um sistema de geração de energia.

Breve Descrição [004] Certas realizações incluídas no escopo da invenção originalmente reivindicada são resumidas abaixo. Essas realizações não são destinadas a limitar o escopo da invenção reivindicada, mas, ao invés disso, essas realizações são destinadas apenas a fornecer um breve resumo de possíveis formas da invenção. De fato, a invenção pode abranger uma variedade de formas que podem ser similares ou diferentes das realizações apresentadas abaixo.

[005] Em uma primeira realização, um sistema inclui um catalisador de redução de óxido de nitrogênio acoplado de maneira fluida a um conduto de escape de um sistema de motor e configurado para reduzir os óxidos de nitrogênio no escape de motor e um catalisador de oxidação de amônia acoplado de maneira fluida ao conduto de escape a jusante do catalisador de redução de óxido de nitrogênio e configurado para reduzir uma amônia no escape de motor. Além disso, o sistema inclui um sistema de controle de injeção de redutor configurado para controlar uma injeção de redutor no conduto de escape, determinar uma taxa de conversão de óxido de nitrogênio do catalisador de redução de óxido de nitrogênio, determinar um valor de armazenamento de amônia do catalisador de redução de óxido de nitrogênio e determinar uma primeira temperatura do escape de motor a montante do catalisador de oxidação de amônia. O sistema de controle de injeção de redutor é configurado também para aumentar, diminuir, ou uma combinação dos mesmos, a injeção de redutor com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio, no valor de armazenamento de amônia e na primeira temperatura.

[006] Em uma segunda realização, um método inclui controlar uma injeção de redutor em um escape de motor e determinar uma taxa de conversão de óxido de nitrogênio e um valor de armazenamento de amônia de um catalisador de redução de óxido de nitrogênio configurado para receber o escape de motor e reduzir os óxidos de nitrogênio no escape de motor. O método inclui também uma primeira entrada que corresponde a uma primeira temperatura a montante de um catalisador de oxidação de amônia acoplado de maneira fluida ao catalisador de óxido de nitrogênio, em que o catalisador de oxidação de amônia é a jusante do catalisador de óxido de nitrogênio e configurado para reduzir a amônia no escape de motor. Além disso, o método inclui aumentar ou diminuir a injeção de redutor com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio, no valor de armazenamento de amônia e na primeira temperatura.

[007] Em uma terceira realização, um meio legível por computador não transitório inclui um código executável por computador. O código executável por computador inclui as instruções configuradas para controlar uma injeção de redutor em um escape de motor e determinar uma taxa de conversão de óxido de nitrogênio e um valor de armazenamento de amônia de um catalisador de óxido de nitrogênio configurado para receber o escape de motor e reduzir os óxidos de nitrogênio no escape de motor. O código executável por computador inclui também as instruções configuradas para receber uma primeira entrada que corresponde a uma primeira temperatura a montante de um catalisador de oxidação de amônia acoplado de maneira fluida ao catalisador de óxido de nitrogênio, em que o catalisador de oxidação de amônia é a jusante do catalisador de óxido de nitrogênio e configurado para reduzir a amônia no escape de motor. Além disso, o código executável por computador inclui as instruções configuradas para aumentar ou diminuir a injeção de redutor com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio, no valor de armazenamento de amônia e na primeira temperatura.

Breve Descrição das Figuras [008] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos anexos nos quais caracteres similares representam peças similares por todos os desenhos, em que: A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de geração de energia, de acordo com uma realização da presente abordagem; A Figura 2 é um diagrama de blocos de um sistema de controle para o sistema de geração de energia da Figura 1, de acordo com uma realização da presente abordagem; A Figura 3 é uma vista esquemática do sistema de pós-tratamento do sistema de geração de energia da Figura 1, de acordo com uma realização da presente abordagem; e A Figura 4 é um fluxograma que ilustra um método de operação para um sistema de controle de injeção de ureia no sistema de pós-tratamento da Figura 3, de acordo com uma realização da presente abordagem.

Descrição Detalhada [009] Uma ou mais realizações específicas da presente invenção serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa dessas realizações, todas as funções de uma implantação real podem não ser descritas no relatório descritivo. Deve ser compreendido que no desenvolvimento qualquer das tais implantações reais, como em qualquer projeto de engenharia ou design, várias decisões específicas de implantação precisam ser feitas para atingir os objetivos específicos dos desenvolvedores, tal como adequação às restrições relacionadas ao sistema e aos negócios, que podem variar de uma implantação para a outra. Além disso, deve ser entendido que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas seria, de qualquer modo, uma aplicação rotineira de projeto, fabricação e produção para os versados na técnica que disfrutam do benefício dessa revelação.

[010] Ao apresentar elementos de várias realizações da presente invenção, os artigos “um”, “uma”, “o(a)” e “o(a) dito(a)” são destinados a significar que existem um ou mais dos elementos. Os termos “que compreende”, “que inclui” e “que tem” são destinados a ser inclusivos e a significar que podem existir elementos adicionais além dos elementos listados.

[011] Muitos sistemas de geração de energia usam um sistema de pós-tratamento para condicionar os gases de escape gerados pelo sistema de geração de energia. Por exemplo, certos sistemas de geração de energia usam sistemas de pós-tratamento que são projetados para reduzir uma quantidade de óxidos de nitrogênio nos gases de escape. Esses sistemas de pós-tratamento podem incluir um catalisador de redução de óxido de nitrogênio (NOx) e um catalisador de oxidação de amônia. Antes de entrar nos catalisadores, os gases de escape podem ser misturados com ureia ou com algum outro tipo de fluido que estimula as reações químicas desejadas. A mistura gás-ureia de escape entra, então, e reage com os catalisadores para gerar as conversões desejadas (isto é, reduzir os óxidos de nitrogênio e a amônia para dióxido de carbono, água, etc.).

[012] Para melhorar as taxas de conversão dos catalisadores, as presentes realizações do sistema de pós-tratamento incluem um sistema de controle de injeção de ureia. O sistema de controle de injeção de ureia avalia as características operantes (por exemplo, taxa de conversão atual, temperatura atual em um ou mais locais, taxas de fluxo, etc.) dos catalisadores e ajusta uma quantidade de ureia injetada dentro dos gases de escape com base nas características operacionais dos catalisadores e em uma taxa de conversão desejada para o sistema de pós-tratamento. O sistema de controle de injeção de ureia controla também a janela operacional para certas características dos catalisadores com base na taxa de conversão desejada. Além disso, em certas realizações, os dados coletados pelo sistema de controle de injeção de ureia podem ser usados para executar avaliações diagnosticas de vários componentes do sistema de pós-tratamento e executar várias ações (por exemplo, alarmes, alertas, ações corretivas) se necessário.

[013] Com o supracitado em mente, a Figura 1 representa um sistema de geração de energia 10 que pode ser usado para fornecer energia para uma carga, tal como um gerador elétrico, uma carga mecânica e similares. O sistema de geração de energia 10 inclui um sistema de suprimento de combustível 12, que, por sua vez, inclui um repositório de combustível 14 e uma regulagem 16 que controla o fluxo de combustível a partir do repositório de combustível 14 e para o sistema de geração de energia 10. O sistema de geração de energia 10 inclui também um sistema de motor 18 que inclui um compressor 20, um combustor 22 e um motor a gás 24. Além disso, o sistema de geração de energia 10 inclui um sistema de pós-tratamento 26, que é descrito em detalhes adicionais abaixo.

[014] O sistema de geração de energia 10 inclui também um sistema de controle 28 que monitora vários aspectos da operação do sistema de geração de energia 10. Especificamente, o sistema de controle 28 pode funcionar juntamente a sensores 30 e atuadores 32 para monitorar e ajustar a operação do sistema de geração de energia 10. Por exemplo, vários tipos de 30, tias como sensores de temperatura, sensores de oxigênio, sensores de fluxo de fluidos, sensores de fluxo de massa, sensores de composição de fluidos e/ou sensores de pressão podem ser dispostos sobre ou nos componentes do sistema de geração de energia 10 e a regulagem 16 é um atuador específico 32. Embora o sistema de geração de energia 10 seja descrito como um sistema de motor a gás, deve ser compreendido que outros tipos de sistemas de geração de energia (por exemplo, turbinas, sistemas de dias frios, sistemas de ciclos combinados, sistemas de cogeração, etc.) podem ser usados e incluem o sistema de controle 28, o sistema de pós-tratamento 26 e o sistema de controle de injeção de ureia 34.

[015] Durante a operação, o sistema de suprimento de combustível 12 pode fornecer combustível ao sistema de motor 18 e, especificamente, ao combustor 22, através da regulagem 16. Concomitantemente, o compressor 20 pode admitir um fluido (por exemplo, ar ou outro oxidante), que é comprimido antes que o mesmo sejam mandado para o combustor 22. Dentro do combustor 22, o combustível recebido se mistura com o fluido comprimido para criar uma mistura fluido-combustível que, então, queima antes de fluir para o motor a gás 24. A mistura fluido-combustível queimada aciona o motor a gás 24, que, por sua vez, produz energia adequada para acionar uma carga. Por exemplo, o motor a gás 24 pode, por sua vez, acionar um eixo conectado à carga, tal como um gerador, para produzir energia. Deve ser entendido que o motor a gás 24 pode incluir motores de combustão interna, motores de turbina a gás e similares.

[016] Os gases de combustão produzidos pelo motor a gás 24 saem do motor e ventilam como gases de escape para o sistema de pós-tratamento 26. Nas presentes realizações, os gases de escape passam através de um ou mais sistemas de conversor catalítico, que serão descritos em detalhes adicionais abaixo. Em algumas realizações, os gases de escape podem passar também através de um gerador de corrente de recuperação de calor (HRSG), que pode recuperar o calor dos gases de escape para produzir uma corrente. Para monitorar e ajustar a execução do sistema de pós-tratamento 26, o sistema de geração de energia 10 inclui um sistema de controle de injeção de ureia 34, que é descrito em detalhes adicionais abaixo.

[017] Conforme mencionado anteriormente, o sistema de controle 28 prevê a operação do sistema de geração de energia 10. O sistema de controle 28 inclui um processador 36, uma memória 38 e uma interface de hardware 40, conforme mostrado na Figura 2. Conforme representado, o processador 36 e/ou outros circuitos de processamento de dados podem ser acoplados operadamente à memória 38 para recuperar e executar as instruções para gerenciar o sistema de geração de energia 10. Por exemplo, essas instruções podem ser codificadas em programas que são armazenados na memória 38 e a memória 38 pode ser um exemplo de um meio legível por computador não transitório tangível. As instruções ou os códigos podem ser acessados e executados pelo processador 36 para permitir que as técnicas aqui reveladas sejam executadas. A memória 38 pode ser um dispositivo de armazenamento em massa, um dispositivo de memória FLASH, uma memória removível ou qualquer outro meio legível por computador não transitório adequado para armazenar instruções ou códigos executáveis. Adicional e/ou alternativamente, as instruções podem ser armazenadas em um artigo adequado adicional de produção que inclui pelo menos um meio legível por computador não transitório tangível que armazene coletivamente, pelo menos, essas instruções ou rotinas de forma similar à memória 38 conforme descrito acima. O sistema de controle 28 pode se comunicar também com os sensores 30 e com os atuadores 32 através da interface de hardware 40. Em algumas realizações, o sistema de controle 28 pode incluir também um visor 42 e um dispositivo de entrada do usuário 44 para permitir que um operador interaja com o sistema de controle 28.

[018] Em algumas realizações, o sistema de controle 28 pode ser um sistema de controle distribuído (DCS) ou múltiplos sistemas controladores similares, tal como cada componente (por exemplo, motor a gás 24, sistema de pós-tratamento 26, sistema de controle de injeção de ureia 34) ou um grupo de componentes no sistema de geração de energia 10 incluí ou é associado a um controlador para controlar o(s) componente(s) específico(s). Nessas realizações, cada controlador incluí um processador, uma memória e uma interface de hardware similares ao processador 36, à memória 38 e à interface de hardware 40 descritas acima. Cada controlador pode incluir também uma ligação comunicativa com os outros controladores.

[019] Referindo-se agora à Figura 3, o sistema de pós-tratamento 26 inclui um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) 46 e um catalisador de amônia não reagida (ASC) 48 que recebem e condicionam uma corrente de gás de escape 50 que sai do motor a gás 24. Devido ao fato de a Figura 3 incluir elementos similares às Figuras 1 e 2, os elementos similares são representados com números similares. Embora a realização representada representar um catalisador de SCR 46 e um ASC 48, deve ser entendido que o sistema de pós-tratamento 26 pode incluir qualquer tipo de catalisador de redução de NOx e catalisador de oxidação de amônia, assim como outros sistemas de conversor catalítico e outros componentes, tal como o HRSG mencionado acima.

[020] O catalisador de SCR 46 é um tipo específico de catalisador de escape usado para converter os óxidos de nitrogênio em nitrogênio diatômico (N2) e em água. Adicionalmente a ser usados no sistema do motor a gás 24, os catalisadores de SCR 46 podem ser usados também em in caldeiras de utilidade, em caldeiras industriais, em caldeiras de dejetos sólidos municipais, motores a diesel, locomotivas a diesel, turbinas a gás e automóveis. O catalisador de SCR 46 pode usar amônia para ajudar a disparar a reação que converte os óxidos nítricos nos gases de escape para N2 e água. Entretanto, alguma amônia pode restar dentro da corrente de gás de escape 50 que não é consumida na reação química. Para converter a amônia restante para N2, o sistema de pós-tratamento inclui o ASC 48. O ASC 48 pode ser um catalisador de estilo zeólito, em que o mesmo pode usar minerais microporosos e aluminiossilicatos para fornecer as reações químicas que oxidam a amônia dentro dos gases de escape.

[021] Para causar as reações desejadas dentro do catalisador de SCR 46 e do ASC 48, a ureia é injetada dentro da corrente de gás de escape 50 a montante do catalisador de SCR 46. A injeção pode ser contínua ou discreta e pode ser controlada pelo sistema de controle 28 e/ou pelo sistema de controle de injeção de ureia 34, conforme será descrito em detalhes adicionais abaixo. Além disso, embora as realizações descritas no presente documento descrevam uma injeção de ureia na corrente de gás de escape 50, deve ser entendido que as realizações podem ser modificadas por qualquer redutor gasoso adequado, tal como amônia anidra e amônia aquosa. Adicionalmente, uma quantidade de ureia injetada dentro da corrente de gás de escape 50 pode ser baseada no volume da ureia, na massa da ureia ou no potencial de redução química devido à injeção de ureia. Uma vez que a ureia é injetada dentro da corrente de gás de escape 50, a corrente de gás de escape 50 entra no catalisador de SCR 46 e, então, no catalisador ASC 48, que converte os óxidos de nitrogênio e a amônia dentro dos gases de escape para N2 e água conforme descrito acima.

[022] Conforme declarado acima, o sistema de controle de injeção de ureia 34 monitora a execução do sistema de pós-tratamento 26. Especificamente, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode determinar a quantidade de ureia apropriada para injetar dentro da corrente de gás de escape 50 com base nas taxas de conversão de NOx atuais dos catalisadores, as características operacionais (por exemplo, temperatura, fluxo de fluidos, pressão, tipo de ureia) dos catalisadores e as taxas de conversão desejadas para o sistema de pós-tratamento 26. Isso, por sua vez, pode reduzir uma quantidade de NOx que resta nos gases de escape, permitindo o sistema de geração de energia 10 a atingir valores de emissão de NOx mais baixos, especificamente para sistemas de geração de energia 10 que usam motor de queima pobre. O sistema de controle de injeção de ureia 34 pode determinar também a janela operacional apropriada para características específicas do ASC 48 para maximizar a seletividade de amônia que é convertida para N2. Além disso, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode estimular avaliações diagnosticas de uma certa ação (por exemplo, alarmes, alertas, ações corretivas) para o sistema de pós-tratamento 26.

[023] O sistema de controle de injeção de ureia 34, conforme mostrado na Figura 3, pode ser separado do sistema de controle 28 e pode conter um processador, uma memória e uma interface de hardware similar àquelas do sistema de controle 28. Em outras realizações, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode ser parte do sistema de controle 28. Por exemplo, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode estar alojado em um dos múltiplos controladores dentro de um sistema de controle distribuído, conforme descrito acima, ou pode ser fornecido como instruções de computador executáveis através do sistema de controle 28.

[024] Em um exemplo, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode usar os dados coletados por sensores 30 para determinar a temperatura dos gases de escape após saírem do catalisador de SCR 46 e uma quantidade de NOx nos gases de escape em uma área ou em áreas entre o catalisador de SCR 46 e o catalisador ASC 48. Em outras realizações, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode determinar as medições usando medições virtuais derivadas de modelos (por exemplo, modelos de primeiro princípio, tal como modelos cinéticos, modelo estatísticos, redes neurais, algoritmos genéticos e/ou modelos de mineração de dados) do sistema de pós-tratamento 26 e os componentes dos mesmos, assim como modelos do motor 24 e do sistema de motor 18 como num todo.

[025] O sistema de controle de injeção de ureia 34 pode ajustar uma quantidade de ureia injetada dentro da corrente de gás de escape 50 com base em se a temperatura da corrente de gás de escape 50 após sair do catalisador de SCR 46 está incluída em uma janela operacional desejada. Similarmente, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode ajustar uma quantidade de ureia injetada dentro da corrente de gás de escape 50 com base em se os valores de NOx dos gases de escape em áreas entre o catalisador de SCR 46 e o ASC 48 são menores (ou maiores) do que os valores de referências definidos. A janela operacional e os valores de referência podem ser derivados através do uso de experimentos de reação de bancada. Em uma realização, os experimentos de reação de bancada são executados no laboratório e os resultados são incluídos em uma tabela ou outra estrutura de dados armazenada na memória. Em outra realização, os experimentos de reação de bancada podem ser executados em campo e podem ser adicionalmente executados em tempo real para fornecer uma inclusão em tempo real dos resultados.

[026] Alternada ou adicionalmente, a janela operacional e os valores de referência podem ser derivados usando modelos do sistema de pós-tratamento 26 e os componentes dos mesmos ou do sistema de motor 18 e os componentes dos mesmos (por exemplo, modelos de primeiro princípio, tal como modelos cinéticos, modelos estatísticos, redes neurais, algoritmos genéticos e/ou modelos de mineração de dados). Embora o presente sistema de controle de injeção de ureia 34 ajuste uma quantidade de ureia injetada na corrente de gás de escape 50 com base na temperatura da corrente de gás de escape 50 após sair do catalisador de SCR e os valores de NOx da corrente de gás de escape 50 em áreas entre o catalisador de SCR 46 e o ASC 48, deve ser compreendido que o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode ser configurado para ajustar uma quantidade de ureia injetada dentro da corrente de gás de escape 50 com base em outras características operacionais do sistema de pós-tratamento 26, por exemplo, pressões observadas, fluxos de fluidos e assim por diante.

[027] Adicionalmente a ajustar a injeção de ureia, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode ajustar também a janela de temperatura operacional de ASC 48 para maximizar a seletividade de amônia para N2, conforme mencionado acima. Conforme observado acima, o ASC 48 converte a amônia para N2; entretanto, o ASC 48 pode também converter a amônia para NOx. Portanto, maximizar a seletividade de amônia para N2 acarreta no aumento da probabilidade de que o ASC 48 converta a amônia para N2. Além disso, pode existir uma relação entre a janela de temperatura operacional do ASC 48 e a seletividade de amônia para N2. Isso é, a temperatura de ingresso do ASC 48 pode afetar a eficácia das reações químicas que ocorrem dentro do ASC 48. Por exemplo, em alguns ASCs 48 que contém formulações de zeólito, a seletividade de amônia para N2 é maximizada quando a temperatura de ingresso do ASC 48 está entre 400 e 510 °C.

[028] Para maximizar ou, de outro modo, melhorar a seletividade de amônia para N2, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode usar a fórmula a seguir: Entrada Saída de Saída Saída de Entrada Entrada Entrada 5(1¾) = 1 {)(>;-™ ·-'de ASC - - ASC + ASC ' + - - ASC ~ ^de ASC ~ A C^-de ASC ~ Ode ASC r Λ Η',ϊ,. Entrada de ASC

[029] Isto é, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode determinar a seletividade de amônia para N2 com base em uma quantidade de óxidos de nitrogênio presente na corrente de gás de escape 50 ambos a montante e a jusante do ASC 48 e uma quantidade de amônia presente na corrente de gás de escape 50 a montante do ASC 48. O sistema de controle de injeção de ureia 34 pode, então, ajustar a janela de temperatura operacional para o ASC 48 com base na seletividade desejada; os valores das janelas de temperatura operacionais e a seletividade correspondente podem ser salvos na forma de uma tabela de referência na memória 38. A relação entre a janela de temperatura operacional e a seletividade pode ser derivada através de experimentos de reação de bancada, que incluem experimentos em tempo real, ou através de modelos do sistema de pós-tratamento 26, conforme descrito acima, assim como os valores atuais de temperatura a montante e a jusante do ASC, conforme determinado pelos sensores 30.

[030] Além disso, conforme observado acima, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode executar ou começar avaliações diagnosticas do sistema de pós-tratamento 26 e os componentes do mesmo com base nos dados coletados. Por exemplo, conforme descrito abaixo, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode começar uma avaliação diagnostica do ASC 48 se o valor de NOx dos gases de escape após saírem do ASC 48 for menos que um valor de referência definido. O sistema de controle de injeção de ureia 34 ou o sistema de controle 28 pode executar as avaliações diagnosticas. Em algumas realizações, o sistema de controle de injeção de ureia 34 pode também estimular uma ação corretiva (por exemplo, um aviso para um operador para agendar uma manutenção) com base nos resultados das avaliações diagnosticas. Alternativamente, o sistema de controle 32 pode estimular uma ação corretiva.

[031] De fato, as técnicas descritas no presente documento exploram o aspecto da janela de temperatura de ASC 48 para seletividade máxima de NH3 para N2 e comandam uma injeção extra de ureia quando uma conversão ideal de NOx pelos catalisadores de SCR não é atingida em uma rede de pós-tratamento SCR-ASC. Isso pode ser implantado através da leitura da temperatura na saída no catalisador de SCR, da computação de conversão de NOx pelo catalisador de SCR através da detecção de NOx antes e após o catalisador de SCR 46, da comparação de perfis de armazenamento de NH3, da leitura de sensor de NOx 30 na saída de ASC e, então, do comando de ureia extra para uma redução de NOx mais ideal se uma certa lógica for cumprida, conforme descrito abaixo com referência à Figura 4.

[032] Referindo-se agora à Figura 4, a figura é um fluxograma de uma realização de um processo 60 adequado para execução pelo sistema de controle de injeção de ureia 34 para controlar o sistema de pós-tratamento 26. Embora o processo 60 seja descrito abaixo em detalhes, o processo 60 pode incluir outras etapas não mostradas na Figura 4. Adicionalmente, as etapas ilustradas podem ser executadas concomitantemente ou em uma ordem diferente. O processo 60 pode ser implantado como instruções de computador ou códigos executáveis armazenados na memória 38 e executados pelo processador 36, conforme descrito acima.

[033] A começar pelo bloco 62, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina a temperatura dos gases de escape após saírem do catalisador de SCR 46, que é referido abaixo como a temperatura de saída de SCR 64 e ilustrado na Figura 4 como SCRsaIda· Conforme mencionado acima, temperatura de saída de SCR 64 pode ser determinada com base nas leituras de um sensor de temperatura 30 ou de medições virtuais derivadas de um modelo do sistema de pós-tratamento 26 e dos componentes do mesmo e do sistema de motor 18 e os componentes do mesmo.

[034] No bioco 66, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina se a temperatura de saída de SCR 64 está entre um limite mais baixo e um limite mais alto. Os limites de temperatura podem ser determinados através de experimentos de reação de bancada em tempo real ou offline, conforme descrito acima, e podem ser armazenados memória 38. Se o sistema de controle de injeção de ureia 34 determinar que a temperatura de saída de SCR 64 não está dentro dos limites mais baixo e mais alto, o mesmo pode, então, proceder para o bloco 68. No bloco 68, o processo 60 (por exemplo, o sistema de controle de injeção de ureia 34) determina se a temperatura de saída SCR 64 está abaixo do limite mais baixo ou acima do limite mais alto. Com base na determinação no bloco 56, o sistema de controle de injeção de ureia 34 ajusta uma quantidade de ureia injetada dentro da corrente de gás de escape no bloco 70. O sistema de controle de injeção de ureia pode, então, retornar para o começo do processo 60 no bloco 62.

[035] Se o sistema de controle de injeção de ureia 34 determinar que a temperatura de saída de SCR 64 está dentro dos limites mais baixo e mais alto, no bloco 72, então, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina o valor de NOx dos gases de escape após saírem do catalisador de SCR, que é referido abaixo como o valor de NOx de saída de SCR 74 e chamado na Figura 4 de NOx>scr- Conforme declarado acima, o valor de NOx de saída de SCR 74 pode ser determinado através de leituras de um sensor 30, tal como analisador de gás, ou de medições virtuais derivadas de um modelo do sistema de pós-tratamento 26 e os componentes do mesmo e do sistema de motor 18 e os componentes do mesmo.

[036] Ao usar o valor de NOx de saída de SCR 74, no bloco76, o sistema de controle de injeção de ureia 34 computa uma estimativa da taxa de conversão de NOx do catalisador de SCR 46, referida abaixo como a taxa de conversão estimada SCR NOx 78 e chamada de SCR_NOx estimado. No bloco 80, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina se a taxa de conversão estimada SCR NOx é menor que um alvo de taxa de conversão SCR NOx, ilustrada na Figura 4 como SCR_NOx alvo. Se não, o sistema de controle de injeção de ureia 34, então, retorna para determinar a temperatura de saída de SCR 64 no bloco 62.

[037] Se o sistema de controle de injeção de ureia 34 determinar que a taxa de conversão SCR NOx estimada é menor que o alvo de taxa de conversão SCR NOx, então, no bloco 82, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina uma quantidade de amônia armazenada no catalisador de SCR 46, referido abaixo como o valor de armazenamento de amônia 84 e chamado na Figura 4 de NH3,scr. Conforme mencionado acima, o catalisador de SCR 46 usa amônia para disparar a reação química de conversão de óxidos de nitrogênio em N2 e água. Portanto, se uma grande quantidade de amônia resta dentro do catalisador de SCR 46 após os gases de escape passarem por todo o catalisador de SCR 46, então, a mesma pode ser uma indicação de que o catalisador de SCR 46 não está funcionando conforme o desejado. Consequentemente, no bloco 86, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina se o valor de armazenamento de amônia é menor que um valor de referência de armazenamento de amônia, chamado na Figura 4 de NH3iArmazenamento· Se sim, o sistema de controle de injeção de ureia 34, então, pode começar uma avaliação diagnostica do catalisador de SCR 46 no bloco 88. A avaliação diagnostica do catalisador de SCR 46 pode ser executada pelo sistema de controle de injeção de ureia 34 ou pelo sistema de controle 28. Além disso, o sistema de controle de injeção de ureia 34 ou o sistema de controle 28 pode estimular uma ação corretiva (por exemplo, um alerta ao operador para agendar uma manutenção) com base nos resultados da avaliação diagnostica, conforme mencionado acima.

[038] Se o sistema de controle de injeção de ureia 34 determinar que o valor de armazenamento de amônia não é menor que o valor de referência de armazenamento de amônia, então, no bloco 90, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina o valor de NOx dos gases de escape após saírem do ASC 48, que é referido abaixo como o valor de NOx de saída de ASC 92 e chamado na Figura 4 de NOx,asc- Conforme mencionado acima, o valor de NOx de saída de ASC 92 pode ser derivado de leituras por um sensor 30, tal como um analisador de gás, ou de modelos do sistema de pós-tratamento 26 e os componentes do mesmo e 18 e os componentes do mesmo.

[039] No bloco 94, o sistema de controle de injeção de ureia 34 determina se o valor de NOx de saída de ASC 92 é menor que o valor de referência de sistema de NOx, que pode ser representativo da quantidade de ΝΟχ presente nos gases de escape após passarem por todo o sistema de pós-tratamento 26 e é ilustrado na Figura 4 como NOXjsistema- Se for, o sistema de controle de injeção de ureia 34, então, pode começar uma avaliação diagnostica do ASC 48 no bloco 96. Conforme mencionado acima, o sistema de controle de injeção de ureia 34 ou o sistema de controle 28 pode executar avaliações diagnosticas e de qualquer forma estimular uma ação corretiva com base nos resultados da avaliação diagnostica.

[040] Se o sistema de controle de injeção de ureia 34 determinar que o valor de NOx de saída de ASC não é menos que o valor de referência de sistema de NOx, o sistema de controle de injeção de ureia 34, então, pode aumentar uma quantidade de ureia injetada dentro dos gases de escape no bloco 98. O aumento pode permitir que o catalisador de SCR 46 atinja a taxa de conversão deseja enquanto permitindo ainda que o ASC 48 oxide qualquer amônia restante nos gases de escape a jusante do catalisador de SCR 46. O sistema de controle de injeção de ureia 34, então, retorna para determinar o valor de NOx de saída de SCR 74 no bloco 72.

[041] Os efeitos da técnica da invenção incluem monitorar e ajustar a operação de um sistema de pós-tratamento de um sistema de geração de energia. Certas realizações permitem melhorar a execução de um sistema de pós-tratamento pelo ajuste de uma quantidade de ureia injetada dentro dos gases de escape anteriores ao tratamento pelo sistema de pós-tratamento com base em características operacionais do sistema de pós-tratamento. Por exemplo, o presente sistema de controle de injeção de ureia pode ajustar uma quantidade de ureia injetada dentro dos gases de escape com base na temperatura dos gases de escape após saírem de um catalisador de SCR assim como as taxas de conversão de óxido de nitrogênio de um catalisador de SCR e um ASC. Outras realizações permitem ajustar características operacionais do sistema de pós-tratamento para melhorar as taxas de conversão de vários componentes. Por exemplo, o presente sistema de controle de injeção de ureia pode determinar a probabilidade de um ASC converter amônia para N2 e pode ajustar a janela de temperatura operacional do ASC para aumentar a probabilidade. Os efeitos da técnica e os problemas da técnica no relatório descritivo são exemplificativos e não limitadores. Deve ser observado que as realizações descritas no relatório descritivo podem ter outros efeitos da técnica e podem resolver outros problemas da técnica.

[042] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, que incluem o melhor modo e também para permitir que qualquer versado na técnica pratique a invenção, incluindo fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e podem incluir outros exemplos que ocorram aos versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estar dentro do escopo das reivindicações se os mesmos tiverem elementos estruturais que não sejam diferentes da linguagem literal das reivindicações ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais em relação à linguagem literal das reivindicações.

Claims

1. SISTEMA, caracterizado pelo fato de que compreende: um catalisador de redução de óxido de nitrogênio acoplado de maneira fluida a um conduto de escape de um sistema de motor e configurado para reduzir óxidos de nitrogênio no escape de motor; um catalisador de oxidação de amônia acoplado de maneira fluida ao conduto de escape a jusante do catalisador de redução de óxido de nitrogênio e configurado para reduzir uma amônia no escape de motor; e um sistema de controle de injeção de redutor configurado para: controlar uma injeção de um redutor no conduto de escape; determinar uma taxa de conversão de óxido de nitrogênio do catalisador de redução de óxido de nitrogênio; determinar um valor de armazenamento de amônia do catalisador de redução de óxido de nitrogênio; determinar uma primeira temperatura do escape de motor a montante do catalisador de oxidação de amônia; e aumentar, diminuir, ou uma combinação dos mesmos, a injeção de redutor com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio, no valor de armazenamento de amônia e na primeira temperatura.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de injeção de redutor é configurado para determinar um aumento de janela de temperatura de catalisador de oxidação de amônia com base em uma ou ambas dentre a primeira temperatura e uma janela de temperatura de catalisador de oxidação de amônia.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de injeção de redutor é configurado para determinar uma segunda temperatura do escape de motor a jusante do catalisador de oxidação de amônia e para determinar a janela de temperatura de catalisador de oxidação de amônia com base na primeira e na segunda temperaturas.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de injeção de redutor é configurado para determinar a janela de temperatura de catalisador de oxidação de amônia para aumentar uma seletividade de amônia do catalisador de oxidação de amônia.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de injeção de redutor é configurado para usar um modelo do sistema de pós-tratamento, um modelo do sistema de motor, ou uma combinação dos mesmos, para determinar a taxa de conversão de óxido de nitrogênio, o armazenamento de amônia, a primeira temperatura, ou qualquer combinação dos mesmos.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de injeção de redutor é configurado para aumentar a injeção de redutor quando a taxa de conversão de óxido de nitrogênio estiver abaixo de um valor de referência.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de injeção de redutor é configurado para começar uma avaliação diagnostica do catalisador de redução de óxido de nitrogênio, do catalisador de oxidação de amônia, ou qualquer combinação dos mesmos, com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio e na primeira temperatura.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de injeção de redutor é configurado para começar a avaliação diagnostica do catalisador de redução de óxido de nitrogênio com base no valor de armazenamento de amônia.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de motor compreende um sistema de motor de queima pobre.

10. MÉTODO, caracterizado peio fato de que compreende: controlar uma injeção de redutor em um escape de motor; determinar uma taxa de conversão de óxido de nitrogênio de um catalisador de redução de óxido de nitrogênio configurado para receber o escape de motor e reduzir óxidos de nitrogênio no escape de motor; determinar um valor de armazenamento de amônia do catalisador de redução de óxido de nitrogênio; receber uma primeira entrada que corresponde a uma primeira temperatura a montante de um catalisador de oxidação de amônia acoplado de maneira fluida ao catalisador de óxido de nitrogênio, em que o catalisador de oxidação de amônia é acoplado de maneira fluida ao catalisador de óxido de nitrogênio, em que o catalisador de oxidação de amônia está a jusante do catalisador de óxido de nitrogênio e é configurado para reduzir amônia no escape de motor; e aumentar ou diminuir a injeção de redutor com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio, no valor de armazenamento de amônia e na primeira temperatura.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende receber uma segunda entrada correspondente a uma quantidade de óxidos de nitrogênio no escape de motor a jusante do catalisador de redução de óxido de nitrogênio e determinar a taxa de conversão de óxido de nitrogênio com base na quantidade de óxidos de nitrogênio.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ajustar uma janela de temperatura do catalisador de oxidação de amônia com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio e na primeira temperatura.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ajustar a janela de temperatura para maximizar a seletividade de amônia do catalisador de oxidação de amônia.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende começar uma avaliação diagnostica do catalisador de redução de óxido de nitrogênio, do catalisador de oxidação de amônia, ou uma combinação dos mesmos, com base no valor de armazenamento de amônia.

15. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR não transitório, caracterizado pelo fato de que compreende um código executável por computador que compreende instruções configuradas para: controlar uma injeção de redutor em um escape de motor; determinar uma taxa de conversão de óxido de nitrogênio de um catalisador de redução de óxido de nitrogênio configurado para receber o escape de motor e reduzir os óxidos de nitrogênio no escape de motor; determinar um valor de armazenamento de amônia do catalisador de redução de óxido de nitrogênio; receber uma primeira entrada que corresponde a uma primeira temperatura a montante de um catalisador de oxidação de amônia acoplado de maneira fluida ao catalisador de óxido de nitrogênio, em que o catalisador de oxidação de amônia está a jusante do catalisador de óxido de nitrogênio e é configurado para reduzir a amônia no escape de motor; e aumentar ou diminuir a injeção de indutor com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio, no valor de armazenamento de amônia e na primeira temperatura.

16. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR não transitório, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende as instruções configuradas para começar a avaliação diagnostica do catalisador de oxidação de amônia com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio, na primeira temperatura, ou em qualquer combinação dos mesmos.

17. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR não transitório, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende as instruções configuradas para determinar uma quantidade de óxido de nitrogênio no escape de motor a jusante do catalisador de oxidação de amônia e aumentar a injeção de ureia com base na quantidade de óxido de nitrogênio.

18. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR não transitório, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende as instruções configuradas para ajustar uma janela de temperatura do catalisador de oxidação de amônia com base na taxa de conversão de óxido de nitrogênio e na primeira temperatura.

19. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR não transitório, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende as instruções configuradas para justar a janela de temperatura para maximizar uma seletividade de amônia do catalisador de oxidação de amônia.

20. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR não transitório, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende as instruções configuradas para aumentar a injeção de redutor quando a taxa de conversão de óxido de nitrogênio estiver abaixo de um valor de referência.