CN110276167A - 一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法,主要发明内容包括接收尿素SCR系统的状态;由NOx排放限值得到氨覆盖率下界;由NH3排放限值得到氨覆盖率上界;求得氨覆盖率参考目标。本发明提出的氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法,能够根据实时状态动态生成氨覆盖率参考目标,同时考虑到了排放限值和系统老化程度。
Description
技术领域
本发明属于尿素SCR排放后处理系统状态估计控制技术领域,具体涉及一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法。
背景技术
随着全世界范围内针对NOx排放越来越严格的法规出台,多种为降低NOx的排放后处理系统面世了。这些技术就包括尿素选择性催化还原(SCR)系统。在我国,目前的实际国情是燃油中硫含量较高,而且许多种排放控制技术推广都受到限制。所以,凭借其对硫的敏感性较低的特性,尿素SCR排放后处理技术在我国的发展更具优势。尿素SCR技术的基本原理是利用NOx与氨(NH3)之间的氧化还原反应,而所用的氨一般都来源于32.5%的尿素溶液(添蓝溶液)。虽然氨能够还原NOx,但其较高的排放也是对人体有害的,并且有着刺鼻的气味。为实现较高的NOx转化效率,要有充分的氨作为还原剂;但是,这一点反过来会增加氨的逃逸量,这一矛盾成为了尿素SCR系统研究面临的主要挑战之一。
目前更为普遍的共识是,通过改进尿素喷射控制技术达到上述目标,是一种较便捷且经济的方法。一部分尿素喷射反馈控制是基于NOx传感器的,但NOx传感器对氨有交叉敏感性。最近,德尔福公司推出了NH3传感器,但由于其还未被量产,在实际的工业应用中很少用到。这就使得单独的NOx和NH3反馈都很难达到理想的控制目的。于是,有学者提出了一种综合的反馈方法,即以氨覆盖率为反馈控制目标。
但是,氨覆盖率参考目标很难确定。尽管针对此问题,有学者已经提出了一些方法。但当前的氨覆盖率参考目标问题,依然面临以下挑战:1、根据尿素SCR系统的实时状态动态生成氨覆盖率参考目标;2、氨覆盖率参考目标的产生考虑排放限值。3、氨覆盖率参考目标的产生考虑系统老化程度。
发明内容
本发明的目的是要提出一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法,能够根据实时状态动态生成氨覆盖率参考目标,同时考虑到了排放限值和系统老化程度。
本发明提出的一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法,其特征在于包括以下步骤:
一、建立面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型:
其中:
表1和表2分别显示了模型中所有常量和变量的相关定义及参数名义参考值,
表1常量命名法
表2变量命名法
单核尿素SCR系统结构能够大致表述系统化学反应;然而,要想精确地描述尿素SCR系统化学反应动态特性,级联的多核结构是必不可少的;而且,有学者经过试验验证指出,至少需要两核结构,为了更好地描述尿素SCR系统沿催化器轴向的状态分布特性,同时对模型复杂程度保持一个可操作的水平,本发明提出一种由主从两个单元构成的模型,
基于公式(1)的单核模型和气体成分的流量与浓度关系公式(3),提出了一个面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型,如公式(4)所示:
二、由排放限值动态生成氨覆盖率参考目标
本发明假设尿素SCR系统处在较好的热管理控制条件下,氨覆盖率的上界需求总会比下届需求高,为了推导出氨覆盖率的参考目标的上下界,由公式(4)可以推导出部分NOx,NH3的浓度动态如下:
由于和的动态变化要比的动态更快,公式(5)可以推导得到:
由于本发明提出NOx转化率在92%以上,根据公式(6a)和(6b)可以得到不等式:
其中,被定义为8%的由公式(7)可以得到氨覆盖率的下界为:
其中,
本发明提出的氨逃逸限值为由公式(6c)可得:
为了同时满足上限和下限的要求,即同时满足较高的NOx转化率和较低的氨逃逸,可以将氨覆盖率参考目标定义为:
为了考虑到尿素SCR系统老化程度对状态的影响,最终实时调整的氨覆盖率参考目标为:
其中,α为系统老化因子。
本发明的优点和技术效果是:
1、能够根据尿素SCR系统的实时状态动态生成氨覆盖率参考目标;
2、氨覆盖率参考目标的产生考虑到了排放限值。
3、氨覆盖率参考目标的产生考虑到了系统老化程度。
附图说明
图1是一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法流程图。
图2是一种氨覆盖率参考目标动态产生器控制效果图。
具体实施方式
本发明提出的一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法,其特征在于
包括以下步骤:
一、建立面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型:
其中:
表1和表2分别显示了模型中所有常量和变量的相关定义及参数名义参考值,
表1常量命名法
表2变量命名法
单核尿素SCR系统结构能够大致表述系统化学反应;然而,要想精确地描述尿素SCR系统化学反应动态特性,级联的多核结构是必不可少的;而且,有学者经过试验验证指出,至少需要两核结构,为了更好地描述尿素SCR系统沿催化器轴向的状态分布特性,同时对模型复杂程度保持一个可操作的水平,本发明提出一种由主从两个单元构成的模型,
基于公式(1)的单核模型和气体成分的流量与浓度关系公式(3),提出了一个面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型,如公式(4)所示:
二、由排放限值动态生成氨覆盖率参考目标
本发明假设尿素SCR系统处在较好的热管理控制条件下,氨覆盖率的上界需求总会比下届需求高,为了推导出氨覆盖率的参考目标的上下界,由公式(4)可以推导出部分NOx,NH3的浓度动态如下:
由于和的动态变化要比的动态更快,公式(5)可以推导得到:
由于本发明提出NOx转化率在92%以上,根据公式(6a)和(6b)可以得到不等式:
其中,被定义为8%的由公式(7)可以得到氨覆盖率的下界为:
其中,
本发明提出的氨逃逸限值为由公式(6c)可得:
为了同时满足上限和下限的要求,即同时满足较高的NOx转化率和较低的氨逃逸,可以将氨覆盖率参考目标定义为:
为了考虑到尿素SCR系统老化程度对状态的影响,最终实时调整的氨覆盖率参考目标为:
其中,α为系统老化因子。
本发明提出的一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法,具体实施方式如图1所示,包括以下几个步骤:1)接收尿素SCR系统的和T信号以及系统老化因子α;2)由NOx排放限值得到氨覆盖率下界3)由NH3排放限值得到氨覆盖率上界4)动态生成氨覆盖率参考目标在瞬态测试循环下,具体的控制效果如图2所示。氨覆盖率参考目标“idealtarget”,在整个瞬态循环测试区间内,始终处于氨覆盖率下界“minimumlimit”和氨覆盖率上界“maximumlimit”之间。
Claims (1)
1.一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法,其特征在于包括以下步骤:
一、建立面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型:
其中:
表1和表2分别显示了模型中所有常量和变量的相关定义及参数名义参考值,
表1常量命名法
表2变量命名法
单核尿素SCR系统结构能够大致表述系统化学反应;然而,要想精确地描述尿素SCR系统化学反应动态特性,级联的多核结构是必不可少的;而且,有学者经过试验验证指出,至少需要两核结构,为了更好地描述尿素SCR系统沿催化器轴向的状态分布特性,同时对模型复杂程度保持一个可操作的水平,本发明提出一种由主从两个单元构成的模型,
基于公式(1)的单核模型和气体成分的流量与浓度关系公式(3),提出了一个面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型,如公式(4)所示:
二、由排放限值动态生成氨覆盖率参考目标
本发明假设尿素SCR系统处在较好的热管理控制条件下,氨覆盖率的上界需求总会比下届需求高,为了推导出氨覆盖率的参考目标的上下界,由公式(4)可以推导出部分NOx,NH3的浓度动态如下:
由于和的动态变化要比的动态更快,公式(5)可以推导得到:
由于本发明提出NOx转化率在92%以上,根据公式(6a)和(6b)可以得到不等式:
其中,被定义为8%的由公式(7)可以得到氨覆盖率的下界为:
其中,
本发明提出的氨逃逸限值为由公式(6c)可得:
为了同时满足上限和下限的要求,即同时满足较高的NOx转化率和较低的氨逃逸,可以将氨覆盖率参考目标定义为:
为了考虑到尿素SCR系统老化程度对状态的影响,最终实时调整的氨覆盖率参考目标为:
其中,α为系统老化因子。
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