CN106930809A - 用于排放控制系统中的故障诊断的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于包括选择性催化还原(SCR)反应器的SCR系统的故障检测方法包含从多个传感器接收SCR反应器的多个操作参数(702)。该方法还包含基于多个操作参数来估计表示SCR反应器的自适应反应器模型的状态(704)。该方法还包含基于多个操作参数和自适应反应器模型的估计状态来生成特征参数(706)。该方法包含基于特征参数来确定SCR系统中的故障(708)。

Description

用于排放控制系统中的故障诊断的系统和方法
技术领域
本发明一般涉及用于排放控制系统中的故障诊断的技术，以及更具体来说涉及用于检测选择性催化还原单元中的故障的技术。
背景技术
例如氧化氮和二氧化硫的工业排放造成环境污染。环境污染在许多工业中受到管制。严格管制要求由政府和标准团体来采用，以便使有毒气体被工业设施排放到大气中为最小。通常，排放控制系统包含还原反应器，其中工业散发(emanation)采用还原剂以化学方式处理，以降低排放。具体来说，将诸如氨的还原剂注入到进入还原反应器的废气流中，以降低来自废气流的排放、例如NOx。
执行废气排放的分析和控制，以遵守管制要求。排放分析可通过使用安装在排气烟囱(stack)中的气体组成分析器连续执行。备选地，排放分析可使用经过提取系统连接到排气烟囱的气体组成分析器来执行。但是，连续分析因安装成本、维护和校准要求而是昂贵的。基于计算机的模型可用来预测排放、例如氧化氮(NOx)排放，以便降低排放的分析成本。与燃料转换过程关联的多个预测参数、例如温度和还原剂覆盖区由基于计算机的模型用来确定排放量的估计。
以往所使用的方法包含非线性统计的,神经网络,本征值,随机的和处理来自可用现场装置的输入参数并且预测过程排放速率和燃烧或过程效率的其他方法。
发电厂中的排放控制系统可在性能方面遭遇退化，并且在操作期间形成故障。基于分析的排放控制技术在故障存在的情况下不是完全有效的。故障的知识可用在临时准备排放控制技术的效能中。故障的检测还帮助预知组件的故障并且准备计划的维护时间表。
发明内容
按照本说明书的一个方面，公开一种用于包括选择性催化还原(SCR)反应器的SCR系统的故障检测方法。该方法包含从多个传感器接收SCR反应器的多个操作参数。该方法还包含基于多个操作参数来估计表示SCR反应器的自适应反应器模型的状态。该方法还包含基于多个操作参数和自适应反应器模型的估计状态来生成特征参数。该方法包含基于特征参数来确定SCR系统中的故障。
按照本说明书的另一方面，公开一种用于SCR系统的故障诊断系统。该系统包含选择性催化还原(SCR)反应器和信号获取单元。该系统还包含多个传感器，其用于向信号获取单元提供SCR反应器的多个操作参数。该系统还包含排放控制单元，其在通信上耦合到信号获取单元，并且配置成基于多个操作参数来估计表示SCR反应器的自适应反应器模型的状态。该系统还包含故障管理单元，其耦合到SCR反应器和排放控制单元，并且配置成基于多个操作参数和自适应反应器模型来生成多个特征参数。故障管理单元还配置成基于多个特征参数来确定SCR系统中的故障。
按照本说明书的另一方面，公开一种具有指令的非暂时计算机可读媒介。指令使至少一个处理器单元能够从多个传感器接收与选择性催化还原(SCR)反应器有关的多个操作参数。指令还使至少一个处理器能够基于多个操作参数来估计表示SCR反应器的自适应反应器模型的状态。指令还使至少一个处理器能够基于多个操作参数和自适应反应器模型来生成特征参数。指令还使至少一个处理器能够基于特征参数来确定SCR系统中的故障。
本发明提供一组技术方案,如下:
1. 一种用于包括选择性催化还原(SCR)反应器的SCR系统的故障检测方法，所述方法包括：
从多个传感器接收所述SCR反应器的多个操作参数；
基于所述多个操作参数来估计表示所述SCR反应器的自适应反应器模型的状态；
基于所述多个操作参数和所述自适应反应器模型的所估计状态来生成特征参数；以及
基于所述特征参数来确定所述SCR系统中的故障。
2. 如技术方案1所述的方法，其中，所述多个操作参数包括多个入口参数、多个出口参数、还原剂滑移值、排放值和流量参数的一个或多个。
3. 如技术方案1所述的方法，其中，所述自适应反应器模型包含所述SCR反应器的时变数学模型。
4. 如技术方案3所述的方法，其中，估计包括使用扩展卡尔曼滤波来确定所述自适应反应器模型的状态的估计。
5. 如技术方案1所述的方法，其中，确定所述故障包括：
使用所述自适应反应器模型使用所述多个操作参数来估计与所述SCR系统的子系统对应的症状参数；以及
基于所述症状参数和所述多个操作参数来确定与所述子系统对应的所述特征参数。
6. 如技术方案5所述的方法，其中，所述症状参数包括排放偏移参数和还原剂滑移偏移参数中的至少一个。
7. 如技术方案5所述的方法，其中，所述特征参数包括气流偏移、还原剂流量偏移、还原剂阀偏移、入口排放偏移、出口排放偏移和滑移偏移值中的至少一个。
8. 如技术方案5所述的方法，其中，所述子系统包括注入网格子系统、反应器入口子系统、反应器子系统和反应器烟囱子系统中的至少一个。
9. 如技术方案1所述的方法，其中，所述故障包括鼓风机风扇故障、流量传感器故障、流量阀故障、入口传感器故障、烟囱传感器故障、滑移传感器故障和催化剂故障中的至少一个。
10. 一种用于SCR系统的故障诊断系统，包括：
选择性催化还原(SCR)反应器；
信号获取单元；
多个传感器，用于向所述信号获取单元提供所述SCR反应器的多个操作参数；
排放控制单元，在通信上耦合到所述信号获取单元，并且配置成基于所述多个操作参数来估计表示所述SCR反应器的自适应反应器模型的状态；
故障管理单元，耦合到所述SCR反应器和所述排放控制单元，并且配置成：
基于所述多个操作参数和所述自适应反应器模型来生成多个特征参数；以及
基于所述多个特征参数来确定所述SCR系统中的故障。
11. 如技术方案10所述的系统，其中，所述多个传感器配置成测量多个入口参数、多个出口参数、还原剂滑移值、排放值和流量参数。
12. 如技术方案10所述的系统，其中，所述自适应反应器模型包括所述SCR反应器的时变数学模型。
13. 如技术方案12所述的系统，其中，所述排放控制单元配置成使用扩展卡尔曼滤波器(EKF)来确定所述自适应反应器模型的状态的估计。
14. 如技术方案10所述的监测系统，其中，所述故障管理单元配置成：
使用所述自适应反应器模型使用所述多个操作参数来估计与所述SCR系统的子系统对应的症状参数；以及
基于所述症状参数和所述多个操作参数来确定与所述子系统对应的特征参数。
15. 如技术方案14所述的系统，其中，所述故障管理单元配置成确定排放偏移参数和还原剂滑移偏移参数中的至少一个。
16. 如技术方案14所述的系统，其中，所述故障管理单元配置成确定气流偏移、还原剂流量偏移、还原剂阀偏移、入口排放偏移、出口排放偏移和滑移偏移值中的至少一个。
17. 如技术方案14所述的系统，其中，所述故障管理单元配置成确定注入网格子系统、反应器入口子系统、反应器子系统和反应器烟囱子系统中的至少一个中的故障的至少一个。
18. 如技术方案10所述的系统，其中，所述故障管理单元配置成确定包括鼓风机风扇故障、流量传感器故障、流量阀故障、入口传感器故障、烟囱传感器故障、滑移传感器故障和催化剂故障的多个故障中的至少一个。
19. 一种具有指令的非暂时计算机可读媒介，所述指令用来使至少一个处理器单元能够：
从多个传感器接收与选择性催化还原(SCR)反应器有关的多个操作参数；
基于所述多个操作参数来估计表示所述SCR反应器的自适应反应器模型的状态；
基于所述多个操作参数和所述自适应反应器模型来生成特征参数；以及
基于所述特征参数来确定SCR系统中的故障。
附图说明
在参照附图阅读下面详细描述时，将会变得更好地理解本发明的实施例的这些及其他特征和方面，附图中，相似字符在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是按照本说明书的方面的用于排放控制系统中的故障诊断的系统的图解说明；
图2是按照本说明书的方面的图1的系统的信号流程图；
图3是图示按照本说明书的方面的选择性催化还原(SCR)模型的组件的框图；
图4是图示按照本说明书的方面的用于估计SCR模型的实施例的性能的图表；
图5图示按照本说明书的方面的用于排放控制系统中的故障诊断的示范架构；
图6是图示按照本说明书的方面的SCR系统中的症状参数、事件和故障及其相互关系的框图；以及
图7是按照本说明书的方面的用于排放控制系统中的故障诊断的示范方法的流程图。
具体实施方式
在某些实施例中，用于排放控制系统的故障诊断的方法和系统包含从选择性催化还原(SCR)反应器来接收多个操作参数，并且基于多个操作参数来确定SCR模型。表征SCR系统的多个操作事件的多个特征参数基于多个操作参数和SCR模型来确定。在其中一个或多个故障存在于系统中的情况下，SCR系统的一个或多个故障的至少一个基于多个特征参数来确定。
术语“选择性催化还原(SCR)反应器”用来指用来降低来自诸如发电厂、引擎系统和生产设施的工业设备的排放的单元。术语‘SCR模型’和‘反应器模型’等效和可互换地用来指表示SCR反应器的模型。术语“排放”指一个或多个氧化氮、二氧化氮，并且与NOx等效和可互换地一起使用的化合物。术语“还原剂”指用来经过化学还原过程降低来自工业设备的排放的化学品、例如氨。术语“排放控制系统”指基于处理器的硬件元件，其能够确定将要引入到SCR反应器中用于把来自发电厂的排放降低到预期等级的还原剂量。术语“故障”指SCR系统中的一个或多个子系统或组件的操作缺陷。
图1图示用于配备有排放控制系统102的发电厂中的故障诊断的系统100。排放控制系统102包含选择性催化还原(SCR)反应器108，其耦合到排气口106、例如配置成散发排气流的燃气涡轮机排气装置。SCR反应器108包含入口114、出口110和设置在SCR反应器108内部的催化剂112。入口114配置成接收燃气涡轮机排气装置106的排气流，以及出口110配置成将所处理排放释放到大气。SCR反应器108还包含注射器116，其用于将还原剂引入到SCR反应器108中。在催化剂112存在的情况下还原剂与排放进行交互，以生成将要释放到环境的所处理排放。系统100包含信号获取单元118、排放控制单元120和故障管理单元122。排放控制单元120包含自适应反应器模型134。系统100还包含处理器单元124和存储器单元126。
信号获取单元118在通信上耦合到排放控制系统102，并且配置成得到排放控制系统102的多个操作参数104。多个传感器(图1中未示出)可由排放控制系统102用来测量例如多个操作参数104。在一个实施例中，多个传感器设置在SCR反应器108的入口114和SCR反应器108的出口110处，用于向信号获取单元118提供多个操作参数。在一个实施例中，多个参数包含SCR反应器108的多个入口参数、SCR反应器108的多个出口参数、从出口110所获取的还原剂滑移值、来自SCR反应器108的排放值以及表示进入到SCR反应器108中的还原剂流入物的流量参数。多个入口参数可包含但不限于氨(NH3)、氧(O2)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)。多个出口参数可包含但不限于在SCR反应器108的出口110处所测量的排放值以及滑移值。信号获取单元118还可配置成从系统100的预定存储器位置来检索滑移设置点。在一个实施例中，滑移设置点通过脱机实验来确定，并且存储在可由信号获取单元118可访问的存储器单元126中。在一个实施例中，多个入口参数和多个出口参数从连续排放监测系统(CEMS)来得到。
排放控制单元120在通信上耦合到信号获取单元118，并且配置成从信号获取单元118接收多个操作参数104。排放控制单元120配置成基于多个操作参数来估计表示SCR反应器108的自适应反应器模型134。自适应反应器模型134配置成模拟SCR反应器的化学反应，并且生成多个操作参数的估计。在一个实施例中，自适应反应器模型134是工作在多个状态中的时变非线性模型。自适应反应器模型的状态指在特定时刻的自适应反应器模型的操作参数的组合。由排放控制单元120对自适应反应器模型134的估计包含实时地确定自适应反应器模型134的一个或多个参数。在一个实施例中，估计自适应反应器模型134包含基于多个操作参数来估计状态。在一些实施例中，排放控制单元120还配置成基于自适应反应器模型134和多个操作参数来估计还原剂流量设置点。向注射器116提供还原剂流量设置点，用于控制还原剂到SCR反应器108中的流动。作为示例，还原剂流量设置点可使用通过排放控制单元120的自动控制或者使用手动控制来提供给注射器116，以促进来自SCR反应器108的出口的散发的降低。在手动控制的情况下，操作员可手动设置还原剂阀，以促进来自SCR反应器108的出口110的散发的降低。排放控制单元120可由操作员用在估计通过存储器位置所检索的还原剂流量设置点中。
在一个实施例中，自适应反应器模型134包含SCR反应器的时变数学模型。在另一个实施例中，自适应反应器模型134基于多个传感器的至少一个的动态响应。作为示例，时变数学模型包含扩展卡尔曼滤波器(EKF)。在另一个示例中，时变数学模型可包含基于诸如卡尔曼滤波器的滤波器及其变体(例如无味卡尔曼滤波器(UKF))的其他滤波技术。时变数学模型配置成自适应地实时估计自适应反应器模型的状态。
自适应反应器模型134可包含电子器件(硬件和/或软件)，其能够执行包含但不限于信号解码和/或延迟插入的操作。在非限制性示例中，为了帮助上面提及的操作，自适应反应器模型134可包含微处理器、存储器或者其组合。微处理器可包含简化指令集计算(RISC)架构类型微处理器或者复杂指令集计算(CISC)架构类型微处理器。此外，微处理器可具有单核类型或者多核类型。
故障管理单元122耦合到排放控制单元120，并且配置成检测SCR反应器108的故障。在其中检测到一个或多个故障的实施例中，故障管理单元122可向操作员提供用于管理和校正故障的建议。此外，故障管理单元122配置成基于反应器模型134和多个操作参数来估计与排放控制系统102的子系统对应的症状参数。在一个实施例中，症状参数包含排放偏移和还原剂滑移偏移参数中的至少一个。术语“排放偏移”指来自出口110的排放值与来自SCR模型的排放值的估计之间的差。类似地，术语“还原剂滑移偏移”指还原剂流量设置点值与由传感器所测量的实际还原剂流量之间的差。本文中应当注意，症状参数还可包含多个操作参数中的一个。故障管理单元122还配置成基于症状参数和多个操作参数来确定与排放控制系统102的至少一个子系统对应的多个特征参数。排放控制系统102的至少一个子系统可包含注入网格子系统、反应器入口子系统、反应器催化剂子系统、反应器子系统、反应器烟囱子系统和热回收蒸汽发生器(HRSG)烟囱子系统中的至少一个。多个特征参数可用来识别SCR反应器108的操作事件。多个特征参数包括能够确定排放系统的操作期间的多个事件的特性参数，并且可包含例如气流偏移、还原剂流量偏移、还原剂阀偏移、入口排放偏移、出口排放偏移和滑移偏移值中的至少一个。
多个特征参数与子系统的至少一个相关。基于多个特征参数所确定的操作事件指示关联子系统的操作状态。此外，操作事件可由故障测量单元122用来生成故障指示符128。作为示例，流量传感器故障通过检测操作事件例如还原剂流量事件来确定。此外，还原剂流量事件又基于特征参数例如还原剂流量偏移来确定。通过本文所公开的示范技术所检测的多个故障包含但不限于鼓风机风扇故障、流量传感器故障、流量阀故障、入口传感器故障、烟囱传感器故障、滑移传感器故障和催化剂故障。
在系统100中，处理器单元124在通信上耦合到通信总线130，并且可包含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，以执行预期计算或运行计算机程序。在一个实施例中，处理器单元124的功能性可限制到由信号获取单元118所执行的任务。在另一个实施例中，处理器单元124的功能性可基于由排放控制单元120所执行的功能。在又一个实施例中，处理器单元124的功能性可基于由故障管理单元122所执行的功能。处理器单元124可配置成提供信号获取单元118、排放控制单元120和故障管理单元122的一个或多个的功能性。虽然处理器单元124示为单个单元，但是可注意，处理器单元124可作为两个或多个单元存在于系统100中，其中两个或多个单元的每个单元可包含一个或多个处理器，其配置成提供信号获取单元118、排放控制单元120和故障管理单元122的一个或多个的功能性。
此外，系统100的存储器单元126在通信上耦合到处理器单元124，并且配置成由驻留在单元118、120和122的至少一个中的至少一个处理器来访问。在示范实施例中，存储器单元126可指一个或多个存储器模块。存储器单元126可以是非暂时存储媒介。例如，存储器单元126可以是动态随机存取存储器(DRAM)装置、静态随机存取存储器(SRAM)装置、闪速存储器或者其他存储器装置。在一个实施例中，存储器可包含非易失性存储器或者类似永久存储装置、媒体,例如硬盘驱动、软盘驱动、致密光盘只读存储器(CD-ROM)装置、数字多功能光盘只读存储器(DVD-ROM)装置、数字多功能光盘随机存取存储器(DVD-RAM)装置、数字多功能可重写(DVD-RW)装置、闪速存储器装置或者其他非易失性存储装置。在一个具体实施例中，非暂时计算机可读媒介可编码有具有指令的程序，该指令用来指示至少一个处理器执行信号获取单元118、排放控制单元120和故障管理单元122的一个或多个的功能。
图2图示图1的故障诊断系统100的信号流程图200。信号流程图200包含SCR系统226，其具有燃气涡轮机入口、排气出口以及入口与出口之间的SCR反应器。来自SCR系统的排放由排放控制单元202(其具有表示SCR反应器的自适应反应器模型214)来监测和控制。故障管理单元212在通信上耦合到排放控制单元和SCR系统226，并且配置成确定多个故障220。
多个传感器设置在SCR系统26中，并且配置成测量多个操作参数206。多个操作参数206通常包含在SCR系统226的入口处所测量的多个入口参数以及还包含在SCR系统226的排气装置处所测量的多个出口参数。可由排放控制单元202、自适应反应器模型214和/或故障管理单元212来使用多个操作参数206。排放控制单元202还配置成接收表示SCR反应器中的残余还原剂的估计的前馈信号204以及表示来自SCR系统226的排气装置的还原剂滑移值的反馈信号210。排放控制单元202还配置成从自适应反应器模型214接收多个操作参数的估计。排放控制单元202配置成估计SCR反应器的状态208。此外，排放控制单元202还配置成估计将要提供给SCR系统226的注入子系统的还原剂流量设置点224。在一个实施例中，还原剂设置点224基于前馈信号204和反馈信号210来确定。在一个实施例中，扩展卡尔曼滤波器用来确定SCR反应器模型的状态208。在一个实施例中，从自适应反应器模型214来得到SCR系统226的多个操作参数的估计。
故障管理单元212配置成接收自适应反应器模型的状态208和多个操作参数206。故障管理单元212还配置成与SCR反应器226交换故障相关信息222。故障管理单元212配置成基于多个参数206来生成多个症状参数216。故障管理单元212还配置成基于多个症状参数216来生成多个特征参数218。故障管理单元212还配置成基于多个症状参数216和多个特征参数218来确定表示多个故障220的多个事件。
图3是图示定位在图1的排放控制单元120中的SCR模型的数学模型300的组件的框图。数学模型300是表示SCR单元中发生的化学反应的动力学模型。在SCR单元中，氨从注射器注入到废气流中，并且可在催化剂存在的情况下与NOx进行反应，以产生氮(N2)和水(H2O)。化学反应包含但不限于与催化剂的氨吸收和解吸反应、氨氧化反应、标准SCR反应、快速SCR反应、NO2 SCR反应和NO氧化反应。数学模型300包含代数方程集合304、306、308以及表征SCR反应器内的反应的常微分方程集合310。代数方程集合包含多个速率方程304，其描述个别反应的特性、例如每个化学反应物或产物的浓度变化。代数方程集合还包含催化剂温度的方程306、关于氨、氧化氮和二氧化氮的质量平衡方程308。常微分方程集合310包含关于氨表面覆盖的质量平衡的方程。SCR模型包含多个参数，例如每个化学反应物或产物的化学组成和浓度以及氨在催化剂上的覆盖比率。氨在催化剂上的覆盖比率还可至少取决于催化剂的特性，例如化学组成、催化剂基质、物理几何结构和使用时间。
图4是图示用于估计SCR模型的技术的执行的图表400。图表400包含表示单位为分钟的时间的x轴402以及表示按照百万分率的单位的SCR出口处的排放的y轴404。曲线406、408、410表示从SCR单元所得到的排放值以及分别从两个不同模型所得到的对应估计。曲线406表示在SCR单元的出口处的排放的测量。曲线408表示没有任何状态估计技术的情况下从SCR模型所得到的排放的估计。曲线410表示使用扩展卡尔曼滤波器从SCR模型所得到的排放的估计。可观察到，与曲线406相比，曲线408和410紧密匹配。
图5图示用于排放控制系统、例如图1的排放控制单元120中的故障诊断的架构500。架构500包含两个类别的控制单元，即SCR控制单元502和燃气涡轮机控制单元504，其分别对应于SCR单元和排气发生器(例如燃气涡轮机)。SCR控制单元502包含氨控制阀506、雾化空气控制阀508和稀释风扇510，其控制向注入网格514馈送还原剂流量的蒸发器的操作。燃气涡轮机控制单元504包含用于控制燃气涡轮机(GT)系统的操作的入口抽气加热系统(IBH)以及燃料划分(split)、燃料冲程参考(FSR)位置的机构512。多个传感器包含但不限于测量进入到SCR反应器中的还原剂流量的还原剂流量传感器、用于测量入口排放的SCR入口传感器、用于测量来自出口的排放的排放传感器以及测量来自SCR系统的出口的残余还原剂的滑移传感器。
多个操作参数522包含但不限于FCV(流量控制阀-位置)、FE(流量元素-经过控制阀的流量)、P(压力)、T(温度)。Fexh(来自燃气涡轮机排气装置的流量)、O2(氧百分比)、CO(一氧化碳-ppm)、从CEMS(连续排放监测系统)所得到的NO、NO2和NH3的测量。多个操作参数522可用来检测指示排放控制系统中的故障的一个或多个症状参数。排放控制系统包含多个子系统，例如注入网格514、SCR入口516、SCR催化剂518和HRSG 520。故障诊断架构500包含用于确定与子系统514、516、518和520的一个或多个关联的至少一个事件的多个技术524。至少一个事件基于一个或多个症状参数来确定。与特定子系统关联的排放控制系统的故障条件可基于一个或多个症状参数和所检测事件的至少一个来确定。
图6是图示指示排放控制系统中的一个或多个故障的症状的多个症状参数602、与故障关联的多个事件604以及与SCR排放控制系统中的特定子系统关联的多个故障606之间的关系的框图600。在示范实施例中，多个症状参数包含但不限于降低的烟囱排放还原608和增加的烟囱氨滑移值610。多个偏移值基于子系统的每个中的多个操作参数来确定。例如，与注入网格子系统对应，空气雾化偏移、鼓风机速度偏移、还原剂流量偏移和还原剂阀偏移可基于操作参数来确定。在另一个示例中，可确定与SCR入口子系统对应的入口排放偏移。在另一个示例中，出口排放偏移和滑移偏移可基于与SCR催化剂子系统和SCR烟囱子系统对应的多个操作参数来确定。
空气雾化偏移指空气雾化致动器的实际与预期位置之间的偏移。鼓风机速度偏移指实际鼓风机速度与期望鼓风机速度之间的差。术语“还原剂流量偏移”指从还原剂传感器所测量的实际还原剂流量与如由图1的排放控制单元120所估计的所要求的还原剂流量的估计之间的差。术语“还原剂阀偏移”指由SCR模型所估计的还原剂需求与基于流量阀位置所确定的实际还原剂流量之间的差。术语“入口排放偏移”指与燃气涡轮机和HRSG对应的基于燃气涡轮机模型的排放估计与由排气出口106提供给SCR入口的排放的实际测量之间的差。术语“出口排放偏移”指由SCR模型所估计的排放与在SCR单元的出口处所测量的排放之间的差。术语“出口排放偏移”和“排放偏移”在本说明书中可互换和等效地使用。术语“滑移偏移值”指由SCR模型所估计的滑移值与所测量滑移值之间的差。
指示与排放控制系统关联的多个故障的多个事件可基于多个偏移值来确定。多个阈值与多个偏移值一起用来确定多个故障。在第一步骤中，当偏移值超过对应的预定阈值时，检测到对应事件。此外，当检测到对应事件时，与所检测的事件关联的故障被识别为存在于排放控制系统中。与多个子系统关联的多个事件包含但不限于空气雾化事件和鼓风机速度事件612、还原剂流量事件614、还原剂需求事件616、入口排放事件618、出口排放事件620和滑移偏移事件622。通过示范技术所确定的多个故障包含但不限于空气雾化控制阀故障(和鼓风机风扇故障)624、流量传感器故障626、流量阀故障628、入口传感器故障630、烟囱传感器故障632、滑移传感器故障634和催化剂故障636。
在一个示例中，确定与注入网格子系统关联的一个或多个故障。作为示例，当空气雾化偏移值超过雾化阈值时，检测到空气雾化事件，并且检测到用于空气雾化的控制阀中的故障。在另一个示例中，当鼓风机速度偏移超过鼓风机偏移阈值时，检测到鼓风机速度事件并且检测到鼓风机风扇故障。当还原剂流量偏移值超过还原剂流量阈值时，检测到还原剂流量事件并且检测到流量传感器故障。当还原剂阀偏移超过还原剂阀阈值时，检测到还原剂需求事件并且检测到流量控制阀故障。
在另一个示例中，确定与SCR入口子系统关联的故障。具体来说，当入口排放偏移超过入口排放阈值时，检测到入口排放事件并且检测到SCR入口传感器故障。此外，在一个示例中，确定与SCR催化剂子系统关联的故障的一个或多个。具体来说，当滑移偏移超过滑移阈值时，检测到滑移事件并且检测到滑移传感器故障。当出口排放偏移超过出口排放阈值时，检测到出口排放事件并且检测到排放传感器故障。如果同时检测到滑移事件和出口排放事件，则检测到催化剂故障。
在一个实施例中，诸如雾化阈值、鼓风机偏移阈值、还原剂流量阈值、还原剂阀阈值、入口排放阈值、滑移阈值和出口排放阈值的多个阈值先验地确定并且存储在存储器位置中。在另一个实施例中，多个阈值可由系统的操作员提供。在一个实施例中，偏移值的变化率也用在确定多个故障中。在另一个实施例中，多个阈值中的一个超过对应偏移值所持续的时长用于确定故障条件。在一个实施例中，催化剂故障使用滑移阈值和出口排放阈值的附加值来检测。
图7是图示排放控制系统中的故障诊断的方法的步骤的流程图700。该方法包含在步骤702中从设置在SCR单元的入口中的多个传感器来接收多个操作参数。多个传感器中的传感器包含但不限于还原剂流量传感器、SCR入口传感器、排放传感器、滑移传感器或者其组合。多个操作参数包含诸如还原剂流率的多个入口参数、诸如来自排气装置的排放的多个出口参数以及诸如压力、温度、氧、来自流量控制阀的流量读数、FCV、FE、P、T、Fexh、O2、CO、从CEMS所得到的NO、NO2和NH3的测量的其他参数。在步骤704处，该方法还包含基于多个操作参数来估计表示SCR反应器的自适应反应器模型。自适应反应器模型基于表示SCR单元内的化学反应的数学方程集合。状态估计技术例如扩展卡尔曼滤波器(EKF)用来实时地更新自适应反应器模型。在步骤706处，多个估计操作参数基于自适应反应器模型来确定。此外，多个偏移值基于多个估计操作参数来确定。在步骤708处，排放控制系统的故障基于偏移值和自适应反应器模型来确定。
作为示例，将还原剂滑移偏移参数与还原剂滑移阈值进行比较，以检测故障的症状。当检测到故障的症状时，与SCR反应器的多个子系统相关的多个偏移值被确定并且与相应偏移阈值进行比较。如果空气雾化偏移值超过雾化阈值，则检测到空气雾化事件，并且检测到用于空气雾化的控制阀中的故障。
要理解，按照任何特定实施例不一定可实现上面所述的所有这类目的或优点。因此，例如，本领域的技术人员将会知道，本文所述的系统和技术可通过如下方式来体现或执行：实现或改进如本文教导的一个或一组优点，而不一定实现如本文可能教导或提出的其他目的或优点。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本技术，但是应当易于理解，本说明书并不局限于这类所公开实施例。本技术而是能够修改为结合至今没有描述的任何数量的变化、变更、替换或等效布置，但是它们与权利要求书的精神和范围一致。另外，虽然描述了本技术的各个实施例，但是要理解，本说明书的方面可以仅包含所述实施例的一些。相应地，本说明书不能被看作由前面描述限制，而是仅通过所附权利要求书的范围来限制。

Claims (10)

1.一种用于包括选择性催化还原(SCR)反应器的SCR系统的故障检测方法，所述方法包括：
从多个传感器接收所述SCR反应器的多个操作参数；
基于所述多个操作参数来估计表示所述SCR反应器的自适应反应器模型的状态；
基于所述多个操作参数和所述自适应反应器模型的所估计状态来生成特征参数；以及
基于所述特征参数来确定所述SCR系统中的故障。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个操作参数包括多个入口参数、多个出口参数、还原剂滑移值、排放值和流量参数的一个或多个。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述自适应反应器模型包含所述SCR反应器的时变数学模型。
4.如权利要求3所述的方法，其中，估计包括使用扩展卡尔曼滤波来确定所述自适应反应器模型的状态的估计。
5. 如权利要求1所述的方法，其中，确定所述故障包括：
使用所述自适应反应器模型使用所述多个操作参数来估计与所述SCR系统的子系统对应的症状参数；以及
基于所述症状参数和所述多个操作参数来确定与所述子系统对应的所述特征参数。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述症状参数包括排放偏移参数和还原剂滑移偏移参数中的至少一个。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述特征参数包括气流偏移、还原剂流量偏移、还原剂阀偏移、入口排放偏移、出口排放偏移和滑移偏移值中的至少一个。
8.如权利要求5所述的方法，其中，所述子系统包括注入网格子系统、反应器入口子系统、反应器子系统和反应器烟囱子系统中的至少一个。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述故障包括鼓风机风扇故障、流量传感器故障、流量阀故障、入口传感器故障、烟囱传感器故障、滑移传感器故障和催化剂故障中的至少一个。
10.一种用于SCR系统的故障诊断系统，包括：
选择性催化还原(SCR)反应器；
信号获取单元；
多个传感器，用于向所述信号获取单元提供所述SCR反应器的多个操作参数；
排放控制单元，在通信上耦合到所述信号获取单元，并且配置成基于所述多个操作参数来估计表示所述SCR反应器的自适应反应器模型的状态；
故障管理单元，耦合到所述SCR反应器和所述排放控制单元，并且配置成：
基于所述多个操作参数和所述自适应反应器模型来生成多个特征参数；以及
基于所述多个特征参数来确定所述SCR系统中的故障。
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