CN112627945B - 尿素喷射量的修正方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素喷射量的修正方法，包括：确定初始的SCR氨存储设定值以及氮氧化物的原排量；根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率；根据所述氨存储设定值与所述氨存储实际值得到尿素偏差喷射量；根据所述氮氧化物的转化效率、氮氧化物的原排量以及所述尿素偏差喷射量得到需要补充的尿素喷射量。根据本发明公开的修正方法，基于尿素水解、存储、反应等特性，识别理论与实际的控制偏差，更加精确地控制尿素的喷射量，有效提高SCR模型排放的控制精度及适应性。

Description

尿素喷射量的修正方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及尾气处理技术领域，特别涉及一种尿素喷射量的修正方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

柴油机在运行中会产生氮氧化物，为满足法规排放要求，现有柴油机的后处理系统中大多都安装了SCR(Selective Catalystic Reduction，选择性催化还原)装置，通过向安装在排气管路当中的催化剂喷射尿素水溶液，将氮氧化物还原为无公害的氮气，从而降低排放，满足排放法规的要求。

现有技术中的尿素喷射量的控制方法，没有考虑氨的流动均匀性、氨在整个SCR截面上的分布均匀性、氨的水解、热解等化学反应，从而导致氨存储的分布不均匀，影响尿素喷射量的控制精度。

发明内容

本公开实施例提供了一种尿素喷射量的修正方法、装置、设备及存储介质。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

第一方面，本公开实施例提供一种尿素喷射量的修正方法，包括：

确定初始的SCR氨存储设定值以及氮氧化物的原排量；

根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率；

根据氨存储设定值与氨存储实际值得到尿素偏差喷射量；

根据氮氧化物的转化效率、氮氧化物的原排量以及尿素偏差喷射量得到需要补充的尿素喷射量。

在一个实施例中，确定初始的SCR氨存储设定值，包括：

根据SCR的空速和温度确定初始的SCR氨存储设定值。

在一个实施例中，根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率之前，还包括：

将SCR催化剂的横截面划分为若干个区域；

根据每个区域的占比系数以及每个区域的氨存储量、氨浓度、NO浓度、NO2浓度建立分区域SCR模型。

在一个实施例中，根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值，包括：

根据能量守恒方程以及质量守恒方程计算每个区域的氨存储实际值；

根据每个区域的占比系数以及每个区域的氨存储实际值得到总的氨存储实际值。

在一个实施例中，根据预设的分区域SCR模型计算氮氧化物的转化效率，包括：

获取SCR上游氮氧化物浓度；

根据能量守恒方程以及质量守恒方程计算每个区域的氮氧化物浓度；

根据每个区域的占比系数以及每个区域的氮氧化物浓度得到总的下游氮氧化物浓度；

根据上游氮氧化物浓度以及下游氮氧化物浓度计算氮氧化物的转化效率。

在一个实施例中，根据氨存储设定值与氨存储实际值得到尿素偏差喷射量，包括：

计算氨存储设定值与氨存储实际值的差值；

将差值输入PI闭环控制器，得到尿素偏差喷射量。

在一个实施例中，根据氮氧化物的转化效率、氮氧化物的原排量以及尿素偏差喷射量得到需要补充的尿素喷射量，包括：

计算氮氧化物的转化效率与氮氧化物的原排量的乘积；

将乘积与尿素偏差喷射量相加得到需要补充的尿素喷射量。

第二方面，本公开实施例提供一种尿素喷射量的修正装置，包括：

获取模块，用于确定初始的SCR氨存储设定值以及氮氧化物的原排量；

第一计算模块，用于根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率；

第二计算模块，用于根据氨存储设定值与氨存储实际值得到尿素偏差喷射量；

修正模块，用于根据氮氧化物的转化效率、氮氧化物的原排量以及尿素偏差喷射量得到需要补充的尿素喷射量。

第三方面，本公开实施例提供一种尿素喷射量的修正设备，包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行上述实施例提供的尿素喷射量的修正方法。

第四方面，本公开实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，计算机可读指令可被处理器执行以实现上述实施例提供的一种尿素喷射量的修正方法。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

根据本公开实施例提供的尿素喷射量的修正方法，基于尿素蒸发、热解、水解、存储、反应等特性，结合氨储存储特性与效率的关系，采用轴向分层横向分区的建模方式建立分区域SCR模型，根据分区域SCR模型计算实际氨储量，然后识别理论与实际的控制偏差，更加精确地控制尿素的喷射量，有效提高SCR模型排放的控制精度及适应性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种尿素喷射量的修正方法的流程示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种利用SCR进行废气处理的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种分区域的SCR催化剂的示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种尿素喷射量的修正方法的示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种尿素喷射量的修正装置的结构示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种尿素喷射量的修正设备的结构示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种计算机存储介质的示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或一个以上实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

根据背景技术可知，现有技术中的尿素喷射量的控制方法，没有考虑氨的流动均匀性、氨在整个SCR截面上的分布均匀性、氨的水解、热解等化学反应，从而导致氨存储的分布不均匀，影响尿素喷射量的控制精度。如图2所示，向SCR模型中喷射尿素水溶液，尿素在SCR模型中会蒸发、分解以及沉淀，由于SCR前段NH3的混合长度有限，在某些工况下会造成较大的NH3分布不均匀，对排放控制造成影响。本公开实施例通过采用轴向分层横向分区的建模方式建立分区域SCR模型，根据分区域SCR模型计算实际氨储量，然后识别理论与实际的控制偏差，更加精确地控制尿素的喷射量，有效解决现有技术中的问题。

下面将结合附图1-附图4，对本申请实施例提供的尿素喷射量的修正方法进行详细介绍。

参见图1，该方法具体包括以下步骤。

S101确定初始的SCR氨存储设定值以及氮氧化物的原排量。

在本公开实施例中，确定初始的SCR氨存储设定值，包括根据空速和温度确定SCR的氨存储设定值，即SCR的空速和温度确定之后，按照初始的尿素喷射量进行喷射，待稳定后，即可确定初始的SCR氨存储设定值。

然后计算氮氧化物的原排量，氮氧化物的原排量指的是未经过SCR处理的废气中的氮氧化物的含量，在一种可能的实现方式中，可在SCR装置之前加装一个检测氮氧化物的传感器，根据传感器测得的氮氧化物浓度计算出氮氧化物的原排量。

S102根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率。

在一个实施例中，根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率之前，还包括构建分区域SCR模型。

具体地，SCR催化剂会涂抹在带有孔状的固体上，将SCR催化剂的横截面划分成若干个区域，可采用轴向分层横向分区的划分方法，具体地划分方法本公开实施例不做具体限定，通常，划分的区域越多计算精度越高，每个区域的大小也不做具体限定。

图3是根据一示例性实施例示出的一种分区域的SCR催化剂的示意图，如图3所示，将SCR的催化剂的横截面划分成了8个区域。对于每个区域分别采用不同的占比系数，该系数可根据空速和温度确定。

然后，根据每个区域的占比系数以及每个区域的氨存储量、氨浓度、NO浓度、NO2浓度建立分区域SCR模型。根据建立的SCR模型，可计算出总的氨存储实际值，下游氨浓度、下游NO浓度以及下游NO2浓度。

具体地，根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率，包括：

首先，根据能量守恒方程以及质量守恒方程计算每个区域的氨存储实际值、氨浓度、NO浓度、NO2浓度。

SCR的反应方程包括：

NH3吸附:NH3+S->NH3(S)；

NH3脱附:NH3(S)->NH3+S；

标准SCR反应:4NH3(S)+4NO+O2→4N2+6H20+4S；

快速SCR反应:4NH3(S)+2NO+2NO2→4N2+6H2O+4S；

慢速SCR反应8NH3(S)+6NO2→7N2+6H2O+8S；

NH3的氧化:4NH3(S)+302→2N2+6H2O+4S；

N2O的生成:2NH3(S)+2NO2→2N2+6H2O+4S。

根据上述反应方程式，对SCR模型的每个区域应用能量守恒方程以及质量守恒方程，计算出每个区域的氨存储实际值、氨浓度、NO浓度、NO2浓度。

进一步地，根据每个区域的氨存储实际值与占比系数的乘积的和可得到总的氨存储实际值，其中，每个区域的占比系数可根据转速和温度查表得出。

然后，根据每个区域的氨浓度与每个区域的废气流量的乘积的和可得到下游氨质量，然后根据质量与浓度的关系可计算出总的下游氨浓度；根据每个区域的NO浓度与每个区域的废气流量的乘积的和可得到下游NO质量，然后根据质量与浓度的关系可计算出总的下游NO浓度；根据每个区域的NO2浓度与每个区域的废气流量的乘积的和可得到下游NO2质量，然后根据质量与浓度的关系可计算出总的下游NO2浓度。总的下游NO浓度与NO2浓度的和为下游总的氮氧化物浓度。其中，每个区域的废气流量可事先标定，相加等于总的废气流量，总的废气流量可以根据传感器测得。

进一步地，获取SCR上游氮氧化物浓度，在一种可能的实现方式中，可根据传感器获取，然后根据上游氮氧化物浓度以及下游氮氧化物浓度计算氮氧化物的转化效率，具体为：

根据该步骤，可得到氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率。

S103根据氨存储设定值与氨存储实际值得到尿素偏差喷射量。

在一个实施例中，计算氨存储设定值与氨存储实际值的差值，将差值输入PI闭环控制器，得到闭环修正量，也就是尿素偏差喷射量。

S104根据氮氧化物的转化效率、氮氧化物的原排量以及尿素偏差喷射量得到需要补充的尿素喷射量。

在一个实施例中，首先计算氮氧化物的转化效率与氮氧化物的原排量的乘积，然后将计算出来的乘积与尿素偏差喷射量相加得到当前工况下需要补充的尿素喷射量。根据计算出来的需要补充的尿素喷射量，可对当前的尿素喷射量进行修正。

为了便于理解本申请实施例提供的尿素喷射量的修正方法，下面结合附图4进行说明，如图4所示，该方法包括：

根据空速和温度确定不同况下的氨储量设定值，将该氨储量设定值输入氨储闭环控制器，然后将温度、尿素喷射量、上游氮氧化物浓度、废气流量输入建立好的分区域SCR模型，得到氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率，将氨存储实际值输入氨储闭环控制器，氨储闭环控制器对氨储设定值与氨储实际值的差值进行闭环控制，得到氨储偏差喷射量。

进一步地，计算氮氧化物的转化效率与氮氧化物的原排量的乘积，然后将计算出来的乘积与氨储偏差喷射量相加得到当前工况下需要补充的尿素喷射量。

根据本公开实施例提供的尿素喷射量的修正方法，基于尿素蒸发、热解、水解、存储、反应等特性，结合氨储存储特性与效率的关系，采用轴向分层横向分区的建模方式建立分区域SCR模型，根据分区域SCR模型计算实际氨储量，然后识别理论与实际的控制偏差，更加精确地控制尿素的喷射量，有效提高SCR模型排放的控制精度及适应性。

本公开实施例还提供一种尿素喷射量的修正装置，该装置用于执行上述实施例的尿素喷射量的修正方法，如图5所示，该装置包括：

获取模块501，用于确定初始的SCR氨存储设定值以及氮氧化物的原排量；

第一计算模块502，用于根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率；

第二计算模块503，用于根据氨存储设定值与氨存储实际值得到尿素偏差喷射量；

修正模块504，用于根据氮氧化物的转化效率、氮氧化物的原排量以及尿素偏差喷射量得到需要补充的尿素喷射量。

需要说明的是，上述实施例提供的尿素喷射量的修正装置在执行尿素喷射量的修正方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的尿素喷射量的修正装置与尿素喷射量的修正方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本公开实施例还提供一种与前述实施例所提供的尿素喷射量的修正方法对应的电子设备，以执行上述尿素喷射量的修正方法。

请参考图6，其示出了本申请的一些实施例所提供的一种电子设备的示意图。如图6所示，电子设备包括：处理器600，存储器601，总线602和通信接口603，处理器600、通信接口603和存储器601通过总线602连接；存储器601中存储有可在处理器600上运行的计算机程序，处理器600运行计算机程序时执行本申请前述任一实施例所提供的尿素喷射量的修正方法。

其中，存储器601可能包含高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口603(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。

总线602可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器601用于存储程序，处理器600在接收到执行指令后，执行程序，前述本申请实施例任一实施方式揭示的尿素喷射量的修正方法可以应用于处理器600中，或者由处理器600实现。

处理器600可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器600中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器600可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器601，处理器600读取存储器601中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本申请实施例提供的电子设备与本申请实施例提供的尿素喷射量的修正方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

本申请实施例还提供一种与前述实施例所提供的尿素喷射量的修正方法对应的计算机可读存储介质，请参考图7，其示出的计算机可读存储介质为光盘700，其上存储有计算机程序(即程序产品)，计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施例所提供的尿素喷射量的修正方法。

需要说明的是，计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。

本申请的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本申请实施例提供的尿素喷射量的修正方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种尿素喷射量的修正方法，其特征在于，包括：

确定初始的SCR氨存储设定值以及氮氧化物的原排量；

根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率；

根据所述氨存储设定值与所述氨存储实际值得到尿素偏差喷射量；

计算所述氮氧化物的转化效率与所述氮氧化物的原排量的乘积,将所述乘积与所述尿素偏差喷射量相加得到需要补充的尿素喷射量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定初始的SCR氨存储设定值，包括：

根据SCR的空速和温度确定所述初始的SCR氨存储设定值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率之前，还包括：

将SCR催化剂的横截面划分为若干个区域；

根据每个区域的占比系数以及每个区域的氨存储量、氨浓度、NO浓度、NO2浓度建立所述分区域SCR模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值，包括：

根据能量守恒方程以及质量守恒方程计算每个区域的氨存储实际值；

根据每个区域的占比系数以及每个区域的氨存储实际值得到总的氨存储实际值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据预设的分区域SCR模型计算氮氧化物的转化效率，包括：

获取SCR上游氮氧化物浓度；

根据能量守恒方程以及质量守恒方程计算每个区域的氮氧化物浓度；

根据每个区域的占比系数以及每个区域的氮氧化物浓度得到总的下游氮氧化物浓度；

根据所述上游氮氧化物浓度以及所述下游氮氧化物浓度计算所述氮氧化物的转化效率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述氨存储设定值与所述氨存储实际值得到尿素偏差喷射量，包括：

计算所述氨存储设定值与所述氨存储实际值的差值；

将所述差值输入PI闭环控制器，得到所述尿素偏差喷射量。

7.一种尿素喷射量的修正装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于确定初始的SCR氨存储设定值以及氮氧化物的原排量；

第一计算模块，用于根据预设的分区域SCR模型计算当前氨存储实际值以及氮氧化物的转化效率；

第二计算模块，用于根据所述氨存储设定值与所述氨存储实际值得到尿素偏差喷射量；

修正模块，用于计算所述氮氧化物的转化效率与所述氮氧化物的原排量的乘积,将所述乘积与所述尿素偏差喷射量相加得到需要补充的尿素喷射量。

8.一种尿素喷射量的修正设备，其特征在于，包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至6任一项所述的尿素喷射量的修正方法。

9.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如权利要求1至6任一项所述的一种尿素喷射量的修正方法。

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