CN103266941A - 船用scr系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于柴油发动机尾气氮氧化物排放污染控制技术领域，具体涉及一种船用SCR系统主动控制方法。其技术方案是：船用SCR系统的控制方法，在SCR催化器（10）前的排气管上依次设置温度传感器A（1）、排气流量质量传感器（2）、喷射装置（8）、压力传感器A（3）和氮氧化物传感器A（4），在SCR催化器（10）后的排气管上依次设置氮氧化物传感器B（5）、压力传感器B（6）和温度传感器B（7）；通过测量温度、排气质量流量、压力、氮氧化物浓度等信号，经过PID控制器处理后输入至主调节模块和副调节模块，利用算法实现闭环控制；可实现SCR系统NOX排放转化率值的自寻优，具有完全自适应、响应速度快、收敛性能好、稳定性优越和应用维护方便的特点。

Description

船用SCR系统的控制方法
技术领域
本发明属于柴油发动机尾气氮氧化物排放污染控制技术领域，具体涉及一种船用SCR系统主动控制方法。 
背景技术
选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction—SCR）是船用柴油机氮氧化物（NOx）排放处理的主流技术，目前，国内外船用SCR系统的控制方法均为MAP图算法，该算法流程图如图1所示。通过将柴油机工况信号和MAP图进行比对，可以得到废气中NOx的含量，然后根据系统预设的NOx转化率，计算出所需要喷射的尿素溶液的体积，最后通过计量单元将尿素溶液喷射到排气管内完成一个控制周期。 
在实际应用过程中，该控制方法存在以下弊端： 
1.许多船用柴油机的工况会经常发生变化，导致柴油机运行时产生的NOx排放量和稳态工况下建立的MAP图中的NOx量有所差别，造成喷射误差； 
2.尿素溶液的热解效率会随着排气管路温度的变化而发生变化，这种变化导致尿素溶液的有效分解量与实际喷射量之间产生较大的偏差，造成NOx转化率漂移，甚至可能导致反应器出口产生比较大的NH3泄漏； 
3.该方法依赖柴油机本体控制系统获取工况信号，无法有效应用于控制系统接口不开放的柴油机； 
4.该方法MAP图建立需要大量的人力物力支撑，运行过程中无法有效跟进装置老化损耗，实时性和动态稳定性能差，抗干扰能力低，并且不易于产品升级。 
发明内容
本发明的目的是：为克服现有技术的上述缺点，提供一种拥有喷射误差修正、尿素溶液浓度变化补偿、不依赖柴油机本体控制器、器件损耗补偿修正的船用SCR系统的控制方法； 
本发明的技术方案是：一种船用SCR系统的控制方法，它基于SCR系统，SCR系统的布局方式为：在SCR催化器前的排气管上依次设置温度传感器A、排气流量质量传感器、喷射装置、压力传感器A和氮氧化物传感器A，在SCR催化器后的排气管上依次设置氮氧化物传 感器B、压力传感器B和温度传感器B； 
将温度传感器A、排气流量质量传感器、喷射装置、压力传感器A、氮氧化物传感器A、氮氧化物传感器B、压力传感器B和温度传感器B分别与PID控制器相连； 
对PID控制器进行设置，将PID控制器内设置主调节模块与副调节模块；其中，主调节模块内包括有信息接收模块A、数据运算模块、数据修正模块与信息驱动模块；副调节模块内包括有信息接收模块B、数据转化模块与动态调节模块； 
所述方法按如下步骤进行： 
A.PID控制器中的信息接收模块A接收来自温度传感器A、温度传感器B、压力传感器A和压力传感器B所采集到的数据，并将所采集到的数据与预存的参数进行对比，当达到预存参数值时，PID控制器中数据运算模块被激活； 
B．数据运算模块采集氮氧化物传感器A、排气流量质量传感器的实测数据，根据预先设定好的目标转化率计算出目标氮氧化物浓度，并将计算结果送至信息驱动模块； 
其中，目标氮氧化物的浓度的计算方法为： 
目标氮氧化物浓度=氮氧化物传感器A测得的浓度数据×（1-目标转化率） 
排气流量质量传感器实时显示SCR催化器之前的排气管内氮氧化物排放量； 
C.信息驱动模块根据目标氮氧化物浓度计算出所需的还原剂喷射量，并将计算结果发送至副调节模块的信息接收模块B； 
其中，还原剂喷射量的计算方法为： 
还原剂喷射量=[K1×目标氮氧化物浓度+K2×（目标氮氧化物浓度-反应后的氮氧化物浓度）]×K3；式中，反应后的氮氧化物浓度由氮氧化物传感器B测量得到，K1、K2、K3为修正系数； 
D.数据转化模块接收来自信息接收模块B的数据，并将数据转化形成给定喷射数值，传递至动态调节模块，动态调节模块将喷射数值发送至喷射装置，喷射装置根据接收的数值进行定量喷射； 
E.喷射装置将实际的喷射数值反馈给动态调节模块，动态调节模块根据接收的实际喷射数值与给定的喷射数值进行比较，在通过内部PID算法进行滞后补偿、修正喷射装置的实际喷射数值，实现对喷射装置的喷射数值闭环控制； 
F步骤B-E的同时，主调节模块中的数据修正模块接收氮氧化物传感器B的实测数据，并与目标转化氮氧化物浓度进行比较，将比较结果送至信息驱动模块，信息驱动模块通过内部PID算法进行滞后补偿、修正还原剂喷射量，并将调整结果送至信息接收模块B，实现对SCR系统还原剂喷射量的闭环控制。 
有益效果是：本发明使用主动控制驱动方法，通过选择和设计PID控制器输入信号，可实现SCR系统NOX排放转化率值的自寻优，具有完全自适应、响应速度快、收敛性能好、稳定性优越和应用维护方便的特点，解决了传统的MAP图算法中NOX转化率不能自动调整并保持为最优、信号获取依赖柴油机控制系统、氨气泄漏不可控以及应用维护困难等一些突出的、典型的问题。搭载主动控制方法的SCR系统装船后即可使用，无需试验，无需另外投入人力物力。在运行过程中，系统会根据工况自动调整保持为最优，确保排放保证满足IMO要求，另运行过程中尿素溶液喷射量实时调整，应用发现同一工况下单位时间内尿素溶液的消耗量比传统控制喷射的量减少大约3%，更具经济性。此外主动控制方法数据无需定期修正，维护可根据船舶出航的情况进行灵活的变化。 
附图说明
图1为背景技术中传动控制算法流程示意图； 
图2为本发明控制算法流程示意图； 
图3为本发明硬件装置布置示意图； 
其中，1-温度传感器A、2-排气流量质量传感器、3-压力传感器A、4-氮氧化物传感器A，5-氮氧化物传感器B、6-压力传感器B、7-温度传感器B、8-喷射装置、9-PID控制器、10-SCR催化器。 
具体实施方式
参见附图2、3，一种船用SCR系统的控制方法，它基于SCR系统，SCR系统的布局方式为：在SCR催化器10前的排气管上依次设置温度传感器A1、排气流量质量传感器2、喷射装置8、压力传感器A3和氮氧化物传感器A4，在SCR催化器10后的排气管上依次设置氮氧化物传感器B5、压力传感器B6和温度传感器B7； 
将温度传感器A1、排气流量质量传感器2、喷射装置8、压力传感器A3、氮氧化物传感器A4、氮氧化物传感器B5、压力传感器B6和温度传感器B7分别与PID控制器9相连； 
对PID控制器9进行设置，将PID控制器9内设置主调节模块与副调节模块；其中，主调节模块内包括有信息接收模块A、数据运算模块、数据修正模块与信息驱动模块；副调节模块内包括有信息接收模块B、数据转化模块与动态调节模块； 
所述方法按如下步骤进行： 
A.PID控制器9中的信息接收模块A接收来自温度传感器A1、温度传感器B7、压力传 感器A3和压力传感器B6所采集到的数据，并将所采集到的数据与预存的参数进行对比，当达到预存参数值时，PID控制器9中数据运算模块被激活； 
B．数据运算模块采集氮氧化物传感器A4、排气流量质量传感器2的实测数据，根据预先设定好的目标转化率计算出目标氮氧化物浓度，并将计算结果送至信息驱动模块； 
其中，目标氮氧化物的浓度的计算方法为： 
目标氮氧化物浓度=氮氧化物传感器A4测得的浓度数据×（1-目标转化率） 
排气流量质量传感器2实时显示SCR催化器10之前的排气管内氮氧化物排放量； 
C.信息驱动模块根据目标氮氧化物浓度计算出所需的还原剂喷射量，并将计算结果发送至副调节模块的信息接收模块B； 
其中，还原剂喷射量的计算方法为： 
还原剂喷射量=[K1×目标氮氧化物浓度+K2×（目标氮氧化物浓度-反应后的氮氧化物浓度）]×K3；式中，反应后的氮氧化物浓度由氮氧化物传感器B5测量得到，K1、K2、K3为修正系数；以首次计算出的还原剂喷射量为标准，通过不断调整K1、K2、K3的修正系数，将还原剂喷射量的变化量控制在±3%； 
D.数据转化模块接收来自信息接收模块B的数据，并将数据转化形成给定喷射数值，传递至动态调节模块，动态调节模块将喷射数值发送至喷射装置8，喷射装置8根据接收的数值进行定量喷射； 
E.喷射装置8将实际的喷射数值反馈给动态调节模块，动态调节模块根据接收的实际喷射数值与给定的喷射数值进行比较，在通过内部PID算法进行滞后补偿、修正喷射装置8的实际喷射数值，实现对喷射装置8的喷射数值闭环控制； 
F.步骤B-E的同时，主调节模块中的数据修正模块接收氮氧化物传感器B5的实测数据，并与目标转化氮氧化物浓度进行比较，将比较结果送至信息驱动模块，信息驱动模块通过内部PID算法进行滞后补偿、修正还原剂喷射量，并将调整结果送至信息接收模块B，实现对SCR系统还原剂喷射量的闭环控制。 

Claims (1)

1.一种船用SCR系统的控制方法，它基于SCR系统，SCR系统的布局方式为：在SCR催化器（10）前的排气管上依次设置温度传感器A（1）、排气流量质量传感器（2）、喷射装置（8）、压力传感器A（3）和氮氧化物传感器A（4），在SCR催化器（10）后的排气管上依次设置氮氧化物传感器B（5）、压力传感器B（6）和温度传感器B（7）；
将温度传感器A（1）、排气流量质量传感器（2）、喷射装置（8）、压力传感器A（3）、氮氧化物传感器A（4）、氮氧化物传感器B（5）、压力传感器B（6）和温度传感器B（7）分别与PID控制器（9）相连；
对PID控制器（9）进行设置，将PID控制器（9）内设置主调节模块与副调节模块；其中，主调节模块内包括有信息接收模块A、数据运算模块、数据修正模块与信息驱动模块；副调节模块内包括有信息接收模块B、数据转化模块与动态调节模块；
其特征在于，所述方法按如下步骤进行：
A.PID控制器（9）中的信息接收模块A接收来自温度传感器A（1）、温度传感器B（7）、压力传感器A（3）和压力传感器B（6）所采集到的数据，并将所采集到的数据与预存的参数进行对比，当达到预存参数值时，PID控制器（9）中数据运算模块被激活；
B．数据运算模块采集氮氧化物传感器A（4）、排气流量质量传感器（2）的实测数据，根据预先设定好的目标转化率计算出目标氮氧化物浓度，并将计算结果送至信息驱动模块；
其中，目标氮氧化物的浓度的计算方法为：
目标氮氧化物浓度=氮氧化物传感器A（4）测得的浓度数据×（1-目标转化率）
排气流量质量传感器（2）实时显示SCR催化器（10）之前的排气管内氮氧化物排放量；
C.信息驱动模块根据目标氮氧化物浓度计算出所需的还原剂喷射量，并将计算结果发送至副调节模块的信息接收模块B；
其中，还原剂喷射量的计算方法为：
还原剂喷射量=[K1×目标氮氧化物浓度+K2×（目标氮氧化物浓度-反应后的氮氧化物浓度）]×K3；式中，反应后的氮氧化物浓度由氮氧化物传感器B（5）测量得到，K1、K2、K3为修正系数；
D.数据转化模块接收来自信息接收模块B的数据，并将数据转化形成给定喷射数值，传递至动态调节模块，动态调节模块将喷射数值发送至喷射装置（8），喷射装置（8）根据接收的数值进行定量喷射；
E.喷射装置（8）将实际的喷射数值反馈给动态调节模块，动态调节模块根据接收的实际喷射数值与给定的喷射数值进行比较，在通过内部PID算法进行滞后补偿、修正喷射装置（8）的实际喷射数值，实现对喷射装置（8）的喷射数值闭环控制；
F.步骤B-E的同时，主调节模块中的数据修正模块接收氮氧化物传感器B（5）的实测数据，并与目标转化氮氧化物浓度进行比较，将比较结果送至信息驱动模块，信息驱动模块通过内部PID算法进行滞后补偿、修正还原剂喷射量，并将调整结果送至信息接收模块B，实现对SCR系统还原剂喷射量的闭环控制。
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