CN106870079A - 用于发电厂中排放物控制的系统和方法 - Google Patents

用于发电厂中排放物控制的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种排放物控制的方法包括从选择性催化还原(SCR)反应器接收对应于还原剂的漏失设置点和残余设置点。该方法进一步包括接收该SCR反应器的多个入口参数以及从该SCR反应器的出口接收对应于该还原剂的漏失值。该方法还包括使用增益规划途径生成反馈信号值和前馈信号。基于该漏失设置点和该漏失值来确定该反馈信号。使用随时间变化的动力学模型基于该还原剂的残余值以及该多个入口参数来确定该前馈信号值。该方法进一步包括基于该反馈信号值和该前馈信号值来确定对应于该还原剂的流量设置点，并基于该流量设置点调整到该SCR反应器中的还原剂的注入。

Description

用于发电厂中排放物控制的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及用于发电厂中排放物控制的系统，并且更特别地涉及用于控制还原剂的流动来控制发电厂中的排放物的系统。
背景技术
诸如氮氧化物和二氧化硫的工业排出物产生环境污染。在大多数工业中都对环境污染进行管制。政府和标准组织采取着严格管制要求以便使由工业设施向大气中排放的有害气体极小化。
出于遵守管制要求的目的，对来自排气的排出物执行分析，以确定排放量。可通过使用安装在排气器中的气体分析仪来连续执行排放物分析。备选地，可使用通过提取系统连接至排气器的气体分析仪来执行排放物分析。然而，由于安装成本、维护和校准要求，连续的分析是昂贵的。可使用基于计算机的模型来预测诸如氮氧化物(NOx)排放物的排放物，以便减少排出物的分析的成本。该基于计算机的模型使用与燃料转换过程相关的多个预测性的参数(诸如温度、压力)来确定排放量的估算值。
过去使用的方法包括非线性统计、神经网络、特征值、随机指标以及其他处理来自可用现场设备的输入参数的方法并预测过程排出速率和燃烧或过程效率。
在发电厂的排气系统和发动机系统中可使用还原反应器以处理排出物来减少排放物。特别地，将诸如氨的还原剂注入进入该还原反应器的排气气流中，以从该排气气流中除去诸如NOx的排放物。注入的还原剂的一部分可能保持未与排放物发生反应，并可能连同与未还原的排放物组合的排气一起从还原反应器中出来。
发明内容
按照本说明书的一方面，公开了一种排出物控制的方法。该方法包括从选择性催化还原(SCR)反应器接收对应于还原剂的漏失(slip)设置点和残余设置点。该方法进一步包括接收该SCR反应器的多个入口参数，其中该多个入口参数包括排放气体的浓度。该方法还包括从该SCR反应器的出口接收与该还原剂对应的漏失值。该方法包括基于该漏失设置点和该漏失值使用增益规划途径(gain scheduling approach)来生成反馈信号值。该方法进一步包括使用随时间变化的动力学模型基于该SCR反应器内的催化剂表面上的还原剂的残余值以及该多个入口参数来使用增益规划途径生成前馈信号值。该方法还包括基于该反馈信号值和前馈信号值来确定对应于该还原剂的流量设置点(flow sct-point)。该方法包括基于该流量设置点调整到该SCR反应器中的还原剂的注入。
按照本说明书的另一方面，公开了一种用于排放物控制的系统。该系统包括选择性催化还原(SCR)反应器，该反应器具有入口、出口和置于该SCR反应器中的催化剂。该系统进一步包括配置为从该选择性催化还原(SCR)反应器获取漏失设置点和残余设置点并测量SCR反应器的多个入口参数和来自SCR反应器的出口的漏失值的信号获取单元。该多个入口参数包括排放气体的浓度值。该系统进一步包括联接至该SCR反应器配置为将还原剂注入该SCR反应器的注入器单元。该系统还包括联接至该信号获取单元和该注入器单元并配置为基于该漏失设置点和该漏失值使用增益规划途径生成反馈信号值的调整器单元。该调整器单元进一步配置为使用随时间变化的动力学模型基于SCR反应器内的催化剂表面上的残余值以及该多个入口参数来使用增益规划途径生成前馈信号值。该调整器单元还配置为基于该反馈信号值和该前馈信号值来确定流量设置点。该调整器单元配置为基于该流量设置点调整到该SCR反应器中的还原剂的注入。
按照本说明书的一个方面，公开了一种具有程序的非暂态计算机可读介质。该程序指示至少一个处理器从选择性催化还原(SCR)反应器接收与还原剂对应的漏失设置点和残余设置点。该程序进一步指示该至少一个处理器接收该SCR反应器的多个入口参数并从该SCR反应器的出口接收漏失值。该程序还指示该至少一个处理器基于该漏失设置点和该漏失值使用增益规划途径生成反馈信号值。该程序指示该至少一个处理器使用随时间变化的动力学模型基于该SCR反应器内的催化剂表面上的残余值以及该多个入口参数来使用增益规划途径生成前馈信号值。该程序进一步指示该至少一个处理器基于该反馈信号值和该前馈信号值来确定流量设置点。该程序还指示该至少一个处理器基于该流量设置点来调整到该SCR反应器中的还原剂的注入。
实施方案1.一种排放物控制的方法，包括：从选择性催化还原(SCR)反应器接收对应于还原剂的漏失设置点和残余设置点；接收所述SCR反应器的多个入口参数，其中所述多个入口参数包括排放气体的浓度；从所述SCR反应器的出口接收对应于所述还原剂的漏失值；基于所述漏失设置点和所述漏失值使用增益规划途径来生成反馈信号值；使用随时间变化的动力学模型基于所述SCR反应器内的催化剂表面上的还原剂的残余值以及所述多个入口参数来使用增益规划途径生成前馈信号值；基于所述反馈信号值和所述前馈信号值来确定对应于所述还原剂的流量设置点；以及基于所述流量设置点来调整到所述SCR反应器中的所述还原剂的注入。
实施方案2.根据实施方案1所述的方法，其特征在于，接收所述漏失值包括：从置于所述SCR反应器的所述出口处的还原剂传感器接收还原剂测量结果；从所述随时间变化的动力学模型生成还原剂估算值；以及使用互补滤波基于所述还原剂估算值和所述还原剂测量结果来确定所述漏失值。
实施方案3.根据实施方案2所述的方法，其特征在于，生成所述反馈信号值包括：确定所述漏失值和所述漏失设置点之间的差以生成漏失差值；将反馈增益应用至所述漏失差值；以及基于所述漏失差值从比例积分(PI)控制器确定所述反馈信号值。
实施方案4.根据实施方案3所述的方法，其特征在于，基于在SCR反应器的入口处测得的入口参数中的至少一个来动态地确定所述反馈增益。
实施方案5.根据实施方案1所述的方法，其特征在于，从随时间变化的动力学模型来生成所述残余值。
实施方案6.根据实施方案5所述的方法，其特征在于，生成所述前馈信号值包括：基于所述残余值和残余设置点值来确定残余差值；将前馈增益应用至所述残余差值；以及将所述前馈增益应用至所述残余差值以生成所述前馈信号值。
实施方案7.根据实施方案6所述的方法，其特征在于，基于在所述SCR反应器的入口处测得的所述入口参数中的至少一个来动态地确定所述前馈增益。
实施方案8.根据实施方案1所述的方法，其特征在于，所述多个入口参数包括在所述SCR反应器的入口处测得的气体成分的浓度值、流速值、温度值、以及压力值。
实施方案9.根据实施方案1所述的方法，其特征在于，确定所述流量设置点包括确定排放气体量和所述漏失值之间的折中(trade-off)。
实施方案10.一种用于排放物控制的系统，包括：选择性催化还原(SCR)反应器，其具有入口、出口以及置于所述SCR反应器中的催化剂；信号获取单元，其配置为：从所述选择性催化还原(SCR)反应器获取漏失设置点和残余设置点；以及测量所述SCR反应器的多个入口参数以及从所述SCR反应器的出口测量漏失值，其中所述多个入口参数包括排放气体的浓度值；配置为将还原剂注入所述SCR反应器中的联接至所述SCR反应器的注入单元；以及联接至所述信号获取单元和所述注入单元的调整器单元，其配置为：基于所述漏失设置点和所述漏失值使用增益规划途径生成反馈信号值；使用随时间变化的动力学模型基于所述SCR反应器内的催化剂表面上的残余值以及所述多个入口参数来使用增益规划途径生成前馈信号值；基于所述反馈信号值和所述前馈信号值来确定流量设置点；以及基于所述流量设置点来调整到所述SCR反应器中的所述还原剂的注入。
实施方案11.根据实施方案10所述的系统，其特征在于，所述调整器单元进一步配置为：从置于所述SCR反应器的所述出口处的还原剂传感器接收还原剂测量结果；生成从所述随时间变化的动力学模型生成的还原剂估算值；以及使用互补滤波技术基于所述还原剂估算值和所述还原剂测量结果来确定所述漏失值。
实施方案12.根据实施方案11所述的系统，其特征在于，所述调整器单元进一步配置为：基于在所述SCR反应器的入口处测得的所述入口参数中的至少一个中的至少一个来相对于所述漏失值动态地确定反馈增益；确定所述漏失值和所述漏失设置点之间的漏失差值；以及基于所述漏失差值从比例积分(PI)控制器确定所述反馈信号值。
实施方案13.根据实施方案10所述的系统，其特征在于，所述调整器单元进一步配置为从随时间变化的动力学模型生成所述残余值。
实施方案14.根据实施方案13所述的系统，其特征在于，所述调整器单元进一步配置为：基于所述残余值和残余设置点值来确定残余差值；基于在所述SCR反应器的入口处测得的所述入口参数中的至少一个来动态地确定前馈增益；以及将所述前馈增益应用至所述残余差值以生成所述前馈信号值。
实施方案15.根据实施方案10所述的系统，其特征在于，所述信号获取单元进一步配置为接收在所述SCR反应器的入口处测得的气体成分的浓度值、流速值、温度值以及压力值中的至少一个。
实施方案16.根据实施方案10所述的系统，其特征在于，所述调整器单元进一步配置为确定排放物的浓度值和所述漏失值之间的折中。
实施方案17.一种非暂态计算机可读介质，其具有程序以指示至少一个处理器来：从选择性催化还原(SCR)反应器接收对应于还原剂的漏失设置点和残余设置点；接收所述SCR反应器的多个入口参数；从所述SCR反应器的出口接收漏失值；基于所述漏失设置点和所述漏失值使用增益规划途径来生成反馈信号值；使用随时间变化的动力学模型基于所述SCR反应器内的催化剂表面上的残余值和所述多个入口参数来使用增益规划途径来生成前馈信号值；基于所述反馈信号值和所述前馈信号值来确定流量设置点；以及基于所述流量设置点来调整到所述SCR反应器中的所述还原剂的注入。
附图说明
当参考附图阅读了以下详细描述时，本发明的实施例的这些和其他特征和方面将得到更好的理解，其中贯穿附图的相同字符表示相同的零件，在附图中：
图1是按照示例性实施例的用于排放物控制的系统的图示说明；
图2是按照示例性实施例的用于排放物控制的调节器单元的框图；
图3A是按照示例性实施例的描绘前馈增益规划的图形化说明；
图3B是按照示例性实施例的描绘反馈增益规划的图形化说明；
图3C是按照示例性实施例的描绘排放物的还原的图形化说明；
图3D是按照示例性实施例的描绘还原剂的还原的图形化说明；
图4是按照示例性实施例的用于估算漏失值的互补滤波技术的框图；
图5是按照示例性实施例的描绘在估算漏失值中的性能提升的图形化说明；以及
图6是按照示例性实施例的用于排放物控制的方法的流程图。
具体实施方式
用于发电厂中排放物控制的方法和系统的实施例包括从选择性催化还原(SCR)反应器接收漏失设置点值和残余设置点值，并测量该SCR反应器的多个入口参数。还测量来自该SCR反应器的出口的漏失值。基于该漏失设置点和该漏失值使用随时间变化的比例积分(PI)控制器来生成反馈信号值。使用随时间变化的动力学模型基于该多个输入参数来估算表示该SCR反应器内部的催化剂表面上的还原剂的前馈信号值。基于该反馈信号值和该前馈信号值来确定流量设置点。基于流量设置点来调整到该SCR反应器中的还原剂的流动。
术语排放物是指在排气排出物中存在的有害化学成分，诸如以百万分率(ppm)为单位测量的氮氧化物排放物。术语选择性催化还原(SCR)是指在催化剂的辅助下将氮氧化物转换为二价氮和水的化学反应。术语‘SCR反应器’是指该选择性催化还原反应发生的室。术语‘还原剂’一般是指在化学反应中丢失电子至另一化学元素或化合物的化学元素或化合物。术语‘漏失设置点’是指指示从SCR反应器的出口出来的还原剂的参考量的设计参数。术语‘残余设置点’是指指示沉积在该SCR反应器内的催化剂上的还原剂残余的参考量的设计参数。术语‘漏失值’是指在该SCR反应器的出口处的还原剂的量。术语‘残余值’是指在该SCR反应器内的催化剂上沉积的还原剂的估算量。术语‘还原剂估算值’是指该还原剂的漏失值的估算。术语‘流量设置点’是指要引入该SCR反应器中以用于还原氮氧化物的还原剂的参考量。术语‘反馈信号’是指对应于该漏失值的流量设置点的组分。术语‘前馈信号’是指对应于该残余值的流量设置点的组分。
图1是按照示例性实施例的用于排放物控制的系统100的图示说明。该排放物控制系统100从发电厂102接收多个参数(一般由附图标记104表示)，并配置为调整至系统100的还原剂的流动以控制来自该发电厂的排放物。该发电厂102包括联接至燃气轮机排气106的选择性催化还原(SCR)反应器108。该SCR反应器108包括入口114、出口110和置于该SCR反应器108内侧的催化剂112。该入口114配置为接收该燃气轮机排气106的排出物。而且，该出口110配置为在接收的排出物至少部分经过SCR后将该排出物释放至大气。该SCR反应器108还包括用于将该还原剂引入该SCR反应器108的注入器116。该还原剂在催化剂112的存在下与排出物相互作用并减少释放至环境的排放物。该排放物控制系统100包括通过通信总线132彼此互连的信号获取单元118、注入器单元120、调整器单元122、处理器单元124、以及存储器单元126。
该信号获取单元118通信地联接至该发电厂102并配置为接收多个参数104。在一个实施例中，该多个参数包括在多个入口参数和在该SCR反应器108的出口处测量的漏失值。该多个入口参数包括，但不限于，氨(NH3)、氧气(O2)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)以及它们的组合。该信号获取单元118还配置为从预定存储器位置检索漏失设置点。在一个实施例中，该漏失设置点由脱机实验确定并存储在可由信号获取单元118访问的存储器位置中。
该注入器单元120联接至该发电厂102并配置为以一种受控的方式通过注入器116将还原剂引入该SCR反应器108中，以最佳地减少来自该SCR反应器108的出口110的排放物。在一个实施例中，该注入器单元120接收基于该多个入口参数和该漏失设置点确定的流量设置点值。该注入器单元120基于该流量设置点确定还原剂到该SCR反应器中的流速。
该调整器单元122通信地联接至该信号获取单元118和该注入器单元120。而且，该调整器单元122配置为接收多个入口参数，以及来自该出口110的该漏失值。在一个实施例中，该调整器单元122配置为从置于该SCR反应器108出口处的还原剂传感器接收还原剂测量值。然而，存在与来自该还原剂传感器的还原剂测量值相关的时间延迟。有利地，使用随时间变化的动力学模型基于该还原剂测量值来提供该还原漏失值的估算。使用该随时间变化的动力学模型至少部分补偿了否则在此类测量中可能导致的时间延迟的效果。在一些实施例中，可能由该调整器单元122应用反馈增益至由该随时间变化的动力学模型提供的该漏失值。而且，该调整器单元122配置为使用该随时间变化的动力学模型基于该多个入口参数来估算表示该SCR反应器内的催化剂表面上的还原剂的前馈信号值。该调整器单元122还配置为基于该漏失设置点和该漏失值使用随时间变化的比例积分(PI)控制器来生成反馈信号值。在一个实施例中，该漏失值和该漏失设置点之间的差用于生成漏失差值。使用该漏失差值来生成该反馈信号。该调整器单元122还配置为基于该反馈信号值和该前馈信号值来确定流量设置点。在一个实施例中，基于来自该SCR反应器的出口的排放物量来确定该流量设置点。在另一实施例中，该调整器单元122配置为基于对应于该氮氧化排放物的增益值确定该流量设置点。使用随时间变化的动力学模型来估算该流量设置点，该动力学模型使用互补滤波技术。该调整器单元122还配置为基于该流量设置点调整到该SCR反应器108中的还原剂的注入。
本文中公开的调整器单元122配置为确定该排出物量和该漏失值之间的折中。对于给定的管理规范，调整器单元122的该前馈增益和该反馈增益可用于将诸如NOx的排放物和诸如氨的还原剂残余维持在可接受的限制内。在一个实施例中，基于增益规划途径来确定该前馈增益和该反馈增益。该增益规划途径包括基于该SCR的入口处的排放物量与该SCR的入口处的排放物的温度和流动中的至少一个来动态地确定该前馈增益和该反馈增益。在一些实施例中，该调整器单元122配置为从存储器检索该反馈增益和该前馈增益的至少一个。在这些实施例的一些中，该增益值可能基于脱机实验事先计算，并随后存储在该存储器中。在其他实施例中，由用户提供该前馈增益和该反馈增益的至少一个。
该处理器单元124通信地联接至该通信总线132并可包括至少一个算术逻辑单元、微处理器、通用控制器或处理器阵列以执行期望的计算或运行该计算机程序。在一个实施例中，处理器单元124的功能可被限制为由信号获取单元118执行的任务。在另一实施例中，处理器单元124的功能可取决于由注入器单元120执行的功能。在另一实施例中，该处理器单元124的功能可取决于由调整器单元122执行的功能。虽然处理器单元124示为单个单元(在示例性实施例中)，但该排放物控制系统100可包括两个或更多个处理器单元。而且，该单个或多个处理器单元可具有信号获取单元118、注入器单元120、以及调整器单元122中的一个或更多个的功能。虽然系统100示为与发电厂102不同的单元，但在一些实施例中，系统100可与发电厂102整体结合。
存储器单元126通信地联接至处理器单元124并配置为由单元118、120、122中的至少一个访问。在示例性实施例中，存储器单元126可能是指存储器模块中的一个或更多个。存储器单元126可能为非暂态存储介质。举例来说，该存储器可为动态随机存取存储器(DRAM)设备、静态随机存取存储器(SRAM)设备、闪存或其他存储器设备。在一个实施例中，该存储器可包括非易失性存储器或相似的永久存储设备，诸如硬盘驱动器、软盘驱动器的媒介，光盘只读存储器(CD-ROM)设备，数字化通用光盘只读存储器(DVD-ROM)设备，数字化通用光盘随机存取存储器(DVD-RAM)设备，数字化通用磁盘可重写(DVD-RW)设备、闪存设备或其他非易失性存储设备。在一个特定实施例中，可用程序编码非暂态计算机可读介质以指示至少一个处理器来执行信号获取单元118、注入器单元120以及调整器单元122中的一个或更多个的功能。
图2是按照示例性实施例的用于排放物控制的调整器单元200的框图。调整器单元200配置为接收与还原剂漏失设置点值对应的参考输入202。该还原剂漏失设置点值由用户提供，或者基于实验确定并存储于存储器位置。在其中该还原剂漏失设置点由用户提供的实施例中，可通过适当的用户接口(诸如键盘、仪表板或者触摸屏)来插入该值。在其中自动提供该还原剂漏失设置点值的实施例中，该调整器单元可从该存储器位置检索该通过实验确定的值。
调整器单元200配置为接收反馈输入，一般由附图标记204表示。该反馈输入表示从测量结果获得的漏失值。在一个实施例中，测量值228是从置于SCR反应器108的排气装置中的还原剂传感器获得的漏失值的还原剂测量结果。应当注意的是，该测量值228是该漏失值的延迟响应。在一个实施例中，互补滤波技术被应用于该测量值228以获得该反馈输入204。特别地，该互补滤波基于还原剂估算值产生该反馈输入204，该还原剂估算值基于该还原剂测量结果由表示该随时间变化的动力学模型的SCR模型224生成。
在一个实施例中，该随时间变化的动力学模型是表示发生在SCR反应器中的化学反应的数学模型。在该SCR反应器中，氨从该注入器注入到该排气装置气流中，并可在存在催化剂的情况下与NOx反应来生成氮气(N2)和水(H2O)。该化学反应包括，但不限于，与催化剂的氨吸附和脱附反应，氨的氧化反应，标准SCR反应，快速SCR反应，NO2SCR反应，以及NO氧化反应。该数学模型包括特征化SCR反应器中的反应的代数方程集合以及常微分方程集合。该代数方程集合包括描述诸如每个化学反应物或制品的浓度改变的单独反应的特征的多个速率方程。该代数方程集合还包括催化剂温度方程，氨、一氧化氮和二氧化氮的质量守恒方程。该常微分方程集合包括氨表面覆盖度的质量守恒方程。该数学模型的代数方程集合和常微分方程集合具有多个参数，诸如每个化学反应物或制品的化学成分和浓度以及该催化剂上氨的覆盖率。
使用减法器208基于该参考输入202和该反馈输入204产生误差值206。该减法器208用于确定参考输入202和反馈输入204之间的差值。随时间变化的比例积分控制器212用于基于该误差值206生成反馈信号值210。在生成该反馈信号值210的同时在控制器212中应用反馈增益238。在一个实施例中，该SCR模型224还可能基于在SCR的入口处测量的排放气体的温度、流动和量中的至少一个来生成该反馈增益238。使用前馈信号值216修改该反馈信号值210以生成流量设置点214。在说明的实施例中，基于作为残余设置点232和残余值236之间的差产生的残余误差信号234确定该前馈信号值216。可能注意到的是，该残余值236表示沉积于该SCR反应器230的催化剂上的还原剂的量。在一个实施例中，该残余值236由该SCR模型224基于多个SCR入口参数226确定。该多个SCR入口参数226包括但不限于氨(NH3)的流速，氧气(O2)的百分比浓度，在SCR入口处测得的排放物的浓度值，位于SCR的入口处的气体成分的温度(由符号Tg表示)，在SCR的入口处测得的气体成分的压力(由符号Pg表示)，位于SCR的入口处的气体成分的流动(由符号Fg表示)，NH3与NOx的比率。以百万分率(ppm)为单位测量该浓度值。以磅每小时(lb/hr)为单位测量该流速。该排放物包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。前馈增益222被应用至该残余误差信号234以生成该前馈信号值216。该前馈增益包括对应于该残余值236的第一组分。而且，该前馈增益还包括与对应于进入该SCR反应器的排放物220的量的与NOx信号218相关的第二组分。
在一个实施例中，该互补滤波技术补偿从SCR反应器108获取的漏失测量值228中固有的时间延迟。使用具有联接至时间延迟补偿电路的低通滤波器电路的互补滤波器来执行本文公开的该互补滤波。在一个实施例中，该时间延迟补偿电路具有第一时间常量并且该低通滤波电路具有与第一时间常量匹配的第二时间常量。该低通的输出是表示该漏失测量值228的时间延迟的信号。在另一实施例中，使用互补滤波技术来确定表示该漏失值的该反馈输入204。
图3A是说明了按照示例性实施例的前馈增益的规划的图300。图300包括表示以分钟为单位的时间的x轴线302以及表示前馈增益的y轴线304。图300包括表示随时间变化的前馈增益的增益规划曲线306。时间索引为零表示发电厂102的启动的开始。在一个实施例中，该前馈增益被规划为进入SCR反应器的NO，进入SCR反应器的NO2，Fg和Tg中的一个或更多个的函数。在说明的实施例中，在启动期间该前馈增益高并在启动时间后大约三十分钟的较晚时间达到较低值。
图3B是说明了按照示例性实施例的反馈增益的规划的图320。该图320包括表示以分钟为单位的时间的x轴线322以及表示前馈增益的y轴线324。图320包括表示随时间变化的反馈增益的增益规划曲线326。时间索引为零表示发电厂102启动的开始。在一个实施例中，该反馈增益被规划为进入SCR反应器的NO，进入SCR反应器的NO2，Fg和Tg中的一个或更多个的函数。在说明的实施例中，在启动期间该反馈增益低，并在四十分钟时其值降低至二十之前在启动时间之后大约二十分钟的较晚时间达到较高值。正如所说明的，从增益规划途径获得的由曲线306表示的该前馈增益以及由曲线326表示的该反馈增益在五十分钟的时间段中随着八十的因子改变。
图3C是说明了按照示例性实施例的来自SCR反应器的排放物的还原的图340。图340包括表示时间的x轴线342以及表示排放物量的y轴线344。图340包括多条曲线346，348，350，其分别表示在SCR入口处的排放物，用于比较在SCR的排放装置处的排放物还原的基线，以及基于互补滤波技术获得的排放物。如所说明的，该互补滤波技术(曲线350)相对于表示基线性能的曲线348和SCR入口曲线346具有较低的排放物值。
图3D是说明了按照示例性实施例的还原剂的还原的图360。该图360包括表示时间的x轴线362和表示漏失值的y轴线364。在说明的实施例中，以百万分率(ppm)为单位来测量该漏失值。图360包括多条曲线366，368，370和372，表示使用不同技术获得的漏失值。曲线366表示在不采用互补滤波的情况下使用前馈组分获得的漏失值。曲线368表示使用前馈组分和反馈组分两者获得的漏失值。曲线370表示对应于表示图3C中的基线性能的曲线348的漏失值。曲线372表示对应于使用采用互补滤波技术确定的前馈和反馈组分两者的技术的漏失值。可能观察到的是，表示根据公开的技术获得的性能的曲线366，368，370具有权衡漏失值与排放物的能力，这可能在具有不同管制要求的不同地区是有用的。
图4是说明按照示例性实施例的用于估算该漏失值的互补滤波的框图400。对应于该还原剂估算值的第一输入402被并行地供给至互补滤波器406和加法器412。对应于该还原剂测量值的第二输入404被供给至该加法器412。互补滤波器406包括传输延迟408和第一阶滞后滤波器410。该互补滤波器406接收表示该还原剂估算值的第一输入402并产生表示还原剂估算值的时间延迟补偿版本的互补滤波的输出416。加法器412合并对应于第一输入402、第二输入404的信号并减去该互补滤波的输出416。而且，使用饱和器414移除在加和的信号值中的异常值。因此由该饱和器414生成的输出418是该漏失值的估算值。
图5是说明按照示例性实施例的在估算该漏失值中的性能提升的图500。图500包括表示以秒为单位的时间的x轴线502和表示以百万分率(ppm)为单位的漏失值的y轴线504。在说明的实施例中，y轴线表示氨漏失值。图500包括多条曲线506，508，510，512，其表示从公开的各实施例生成的漏失值。曲线506表示位于SCR反应器的排出装置处的实际漏失值。曲线508表示使用SCR模型确定的估算漏失值。曲线510表示从位于SCR反应器的排出装置处的漏失传感器获得的还原剂测量值。曲线512表示使用互补滤波技术确定的还原剂的漏失值。
图6是按照示例性实施例的用于排放物控制的方法的流程图600。该方法包括如602中所示的从选择性催化还原(SCR)反应器接收漏失设置点和残余设置点。该方法进一步包括在步骤604中测量SCR反应器的多个入口参数。该多个入口参数包括，但不限于，氨(NH3)的流速，氧气(O2)的百分比浓度，在SCR入口测得的排放物的浓度值，在SCR的入口处的气体成分的温度，在SCR的入口处测得的气体成分的压力，在SCR的入口处的气体成分的流动，NH3与NOx的比率。该方法还包括在步骤606中从SCR反应器的出口接收漏失值。接收该漏失值的步骤606进一步包括从位于SCR反应器的出口处的还原剂传感器测量还原剂浓度。而且，步骤606包括从该随时间变化的动力学模型生成该漏失值的估算值。步骤606还包括使用互补滤波基于该漏失值的估算值以及该还原剂测量值来确定该漏失值。
在步骤608中，基于该SCR反应器的多个入口参数确定随时间变化的前馈增益。而且，在相同步骤中，还基于该SCR反应器的多个入口参数确定反馈增益。在一个实施例中，使用增益规划途径来确定该前馈增益和该反馈增益。在另一实施例中，从存储器检索该前馈增益和该反馈增益。该前馈增益和反馈增益用于同时优化位于SCR反应器的出口处的排放物等级和该漏失值。
在步骤610中基于该漏失设置点和该漏失值使用随时间变化的比例积分(PI)控制器来生成反馈信号值。在一个实施例中，在PI控制器中使用增益规划途径来确定该反馈信号值。该增益规划途径包括应用反馈增益，其应用至该漏失值。在一个实施例中，基于排放气体的浓度，排出气体的温度以及还原剂的流速值来确定随时间变化的反馈增益。在步骤612中，生成表示SCR反应器内的催化剂表面上的还原剂的前馈信号值。前馈信号值的生成以基于残余值和残余设置点值的残余差值为基础。该残余值由该SCR模型估算并表示SCR反应器内的催化剂表面上的还原剂的浓度。在一个实施例中，使用增益规划途径来确定该前馈信号值。在一个实施例中，基于排放气体的浓度，排出气体的温度值以及还原剂的流速值的一个或更多个组合来确定随时间变化的前馈增益。在其他实施例中，也可使用其他入口参数来确定该前馈增益值。在一个实施例中，基于脱机实验事先确定该前馈增益和该反馈增益中的至少一个。
该方法还包括在步骤614中基于该反馈信号值和该前馈信号值来确定流量设置点。确定该流量设置点的步骤614包括结合排放气体量的估算值。在步骤616中，基于该流量设置点调整该还原剂流的注入。这里应当注意的是，确定流量设置点的步骤614提供排放物量和该漏失值之间的折中。流程图600的方法还包括在步骤616中的基于该流量设置点调整到该SCR反应器中的还原剂的注入。
应理解的是，按照任意特定实施例未必可达成上文描述的所有这些目标或优点。因此，举例来说，本领域技术人员将认识到，本文描述的系统和技术可以以达成或改善本文教导的一个优点或一组优点而不必要地达成如本文中可教导或建议的其他目标或优点的方式来实现或实施。
虽然仅结合受限数量的实施例来具体描述了本技术，但应当易于理解的是，该说明书并不限于这些公开的实施例。而是，该技术可被修改以结合迄今未描述、但与权利要求的精神和范围相称的任意数量的变形、改变、代替或等价布置。另外，虽然已经描述了该技术的各种实施例，但应理解的是，该说明书的各方面可能仅包括所描述的实施例中的一些。因此，该说明书不看作受前面描述来限制，而是仅由所附权利要求范围来限制。

Claims (10)

1.一种排放物控制的方法，包括：
从选择性催化还原(SCR)反应器接收对应于还原剂的漏失设置点和残余设置点；
接收所述SCR反应器的多个入口参数，其中所述多个入口参数包括排放气体的浓度；
从所述SCR反应器的出口接收对应于所述还原剂的漏失值；
基于所述漏失设置点和所述漏失值使用增益规划途径来生成反馈信号值；
使用随时间变化的动力学模型基于所述SCR反应器内的催化剂表面上的还原剂的残余值以及所述多个入口参数来使用增益规划途径生成前馈信号值；
基于所述反馈信号值和所述前馈信号值来确定对应于所述还原剂的流量设置点；以及
基于所述流量设置点来调整到所述SCR反应器中的所述还原剂的注入。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收所述漏失值包括：
从置于所述SCR反应器的所述出口处的还原剂传感器接收还原剂测量结果；
从所述随时间变化的动力学模型生成还原剂估算值；以及
使用互补滤波基于所述还原剂估算值和所述还原剂测量结果来确定所述漏失值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，生成所述反馈信号值包括：
确定所述漏失值和所述漏失设置点之间的差以生成漏失差值；
将反馈增益应用至所述漏失差值；以及
基于所述漏失差值从比例积分(PI)控制器确定所述反馈信号值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于在SCR反应器的入口处测得的入口参数中的至少一个来动态地确定所述反馈增益。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从随时间变化的动力学模型来生成所述残余值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，生成所述前馈信号值包括：
基于所述残余值和残余设置点值来确定残余差值；
将前馈增益应用至所述残余差值；以及
将所述前馈增益应用至所述残余差值以生成所述前馈信号值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于在所述SCR反应器的入口处测得的所述入口参数中的至少一个来动态地确定所述前馈增益。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个入口参数包括在所述SCR反应器的入口处测得的气体成分的浓度值、流速值、温度值、以及压力值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述流量设置点包括确定排放气体量和所述漏失值之间的折中。
10.一种用于排放物控制的系统，包括：
选择性催化还原(SCR)反应器，其具有入口、出口以及置于所述SCR反应器中的催化剂；
信号获取单元，其配置为：
从所述选择性催化还原(SCR)反应器获取漏失设置点和残余设置点；以及
测量所述SCR反应器的多个入口参数以及从所述SCR反应器的出口测量漏失值，其中所述多个入口参数包括排放气体的浓度值；
配置为将还原剂注入所述SCR反应器中的联接至所述SCR反应器的注入单元；以及
联接至所述信号获取单元和所述注入单元的调整器单元，其配置为：
基于所述漏失设置点和所述漏失值使用增益规划途径生成反馈信号值；
使用随时间变化的动力学模型基于所述SCR反应器内的催化剂表面上的残余值以及所述多个入口参数来使用增益规划途径生成前馈信号值；
基于所述反馈信号值和所述前馈信号值来确定流量设置点；以及
基于所述流量设置点来调整到所述SCR反应器中的所述还原剂的注入。
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