CN113006908B - 一种scr智能喷氨系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及柴油发动机SCR系统技术领域，公开了一种SCR智能喷氨系统及方法，解决SCR脱硝过程中过量喷氨造成的污染和浪费。系统包括SCR反应装置、反应参数测量模块、计算控制、计量喷射模块。设置在SCR反应装置内的反应参数测量模块与计算控制模块输入端相连，计算控制模块输出端与计量喷射模块输入端相连。计算控制模块根据反应参数测量模块实时采集的数据进行机器学习，改进尾气量与喷氨量的预测模型和脱硝过程的计算模型，实现喷氨量的智能调整。本发明能够实时有效地调整SCR反应器中的喷氨量。

Description

一种SCR智能喷氨系统及其方法
技术领域
本发明属于柴油机尾气脱硝领域，具体涉及一种SCR智能喷氨系统及其方法。
背景技术
柴油机因其动力性强、经济性好以及可靠性高等特点，一直是许多大型动力机械的主要选择。与此同时，柴油发动机运行期间排放的氮氧化物(NOX)引起的大气污染问题也变得更加严重。SCR是降低柴油机NOx排放的有效措施。
SCR系统的控制策略从控制方式上分类，可以分为开环控制和闭环控制。开环控制存在标定工作量大、控制精度低等缺点，无法满足相应法规的排放要求。相对应的是，基于传感器信号反馈的闭环控制通过NOX传感器读取SCR反应器下游的NOX信号并反馈到控制单元，对尿素喷射量进行修正，很大程度上提高了控制精度。然而由于NOX传感器成本价格高昂，并且存在交叉敏感问题，会将SCR反应器下游NH3错误检测成NOX，造成尿素喷射过量。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种SCR智能喷氨系统及其方法，旨在解决SCR脱硝过程中喷氨量过剩、氨逃逸的现象，能够实时有效地调整SCR反应器中的喷氨情况。
技术方案：一种SCR智能喷氨系统，其特征在于：所述的SCR智能喷氨系统包括SCR反应装置、反应参数测量模块、计算控制模块、计量喷射模块；
设置在SCR反应装置内的反应参数测量模块与计算控制模块输入端相连，计算控制模块输出端与计量喷射模块输入端相连。
作为优化：所述的反应参数测量模块在尿素箱内的具体设置包括一个PH传感器1，一个液位传感器1和一个温度传感器1，PH值与氨气摩尔质量关系式为
PH＝14-(1/2(PKb+Pc)) (1)
式中，PKb是弱碱的电离常数Kb的负对数，表示碱性强度。pC类似于pH，是指极稀溶液中的溶质浓度的常用对数的负值。
根据式(1)以及尿素箱内各反应参数计算脱硝反应前喷氨量。
作为优化：所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器入口管道内的具体设置包括一个气体流量传感器和一个温度传感器2，通过气体流量传感器得到尾气量和其温度参数。
作为优化：所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器内的具体设置包括一个PH传感器2、一个液位传感器2和一个温度传感器3，同样根据PH值计算公式计算脱硝后氨的摩尔质量。
作为优化：所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器出口管道内的具体设置包括一个氨气传感器和一个温度传感器4，通过氨气传感器得到逸氨量。
作为优化：在所述的SCR催化反应器底部出液口连接一个集液箱，用于液体回收再利用。
作为优化：所述的计算控制模块内置数据库存储动态数据。
作为优化：所述的计算控制模块内置机器学习功能，利用数据库记录的硝反应前后液体中氨的摩尔质量、尾气量以及逸氨量，完善尾气量和喷氨量的预测模型以及脱硝过程的计算模型，并对喷氨量进行实时、合理的调整。
一种所述的SCR智能喷氨系统方法，包括如下步骤：
步骤一、建立系统装置三维模型，获取尾气管道、尿素箱、尿素喷射管道、SCR催化反应器等具体参数，用于尾气量与喷氨量预测模型、脱硝过程计算模型的建立；
步骤二、建立尾气量与喷氨量预测模型；
步骤三、建立脱硝过程计算模型；
步骤四、通过PH传感器、氨气传感器、温度传感器获取反应参数；
步骤五、结合三维模型、预测模型、计算模型和反应参数计算并调整喷氨量；
步骤六、记录动态数据并建立数据库，通过机器学习完善预测模型和计算模型。
有益效果：本发明克服了现有SCR脱硝系统中大迟滞、非线性、多扰动等缺陷，能够实时有效地调整SCR反应器中的喷氨情况，且在一定程度上节约了成本。
附图说明
图1为本发明的SCR智能喷氨系统方法的流程图；
图2为本发明的SCR智能喷氨系统装置的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-2所示，一种SCR智能喷氨系统，包括SCR反应装置、反应参数测量模块、计算控制模块、计量喷射模块。设置在SCR反应装置内的反应参数测量模块与计算控制模块输入端相连，计算控制模块输出端与计量喷射模块输入端相连。
所述的反应参数测量模块在尿素箱内的具体设置包括一个P H传感器1，一个液位传感器1以及一个温度传感器1。PH值与氨气摩尔质量关系式为
PH＝14-(1/2(PKb+Pc)) (1)
式中，PKb是弱碱的电离常数Kb的负对数，表示碱性强度。pC类似于pH，是指极稀溶液中的溶质浓度的常用对数的负值。
根据式(1)以及尿素箱内各反应参数计算脱硝反应前喷氨量。
所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器入口管道内的具体设置包括一个气体流量传感器和一个温度传感器2，通过气体流量传感器得到尾气量和其温度参数。
所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器内的具体设置包括一个PH传感器2，一个液位传感器2和一个温度传感器3，同样根据PH值计算公式计算脱硝后氨的摩尔质量。
所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器出口管道内的具体设置包括一个氨气传感器和一个温度传感器4，通过氨气传感器得到逸氨量。
在所述的SCR催化反应器底部出液口连接一个集液箱，用于液体回收再利用。
所述的计算控制模块内置数据库存储动态数据。
所述的计算控制模块内置机器学习功能，利用数据库记录的硝反应前后液体中氨的摩尔质量、尾气量以及逸氨量，完善尾气量和喷氨量的预测模型以及脱硝过程的计算模型，并对喷氨量进行实时、合理的调整。
一种所述的SCR智能喷氨系统方法，包括如下步骤：
步骤一、建立系统装置三维模型，获取尾气管道、尿素箱、尿素喷射管道、SCR催化反应器等具体参数，用于尾气量与喷氨量预测模型、脱硝过程计算模型的建立；
步骤二、建立尾气量与喷氨量预测模型：尾气管道内直径D，尾气流速VG，通过经验数据确定尾气中NOX浓度QG，柴油机运行时间t，则有NOX产生TNOx：
TNOx＝(π/4)D2·VG·t (2)
尿素箱横截面积S，配制的尿素溶液浓度QL，尿素液面变化高度L,则有尿素喷射量TNH3：
TNH3＝S·L·QL (3)
根据反应温度的不同，SCR反应器内分为三个主要反应。
低温(<250℃)条件下，发生快速反应：
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O (4)
较高温度(>400℃)以及缺氧条件下，发生慢速反应：
4NH3+3NO→3.5N2+6H2O (5)
在300-400℃范围，发生标准反应：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (6)
结合NOX产生量式(2)、尿素喷射量式(3)，以及不同温度下的反应方程式(4)、(5)、(6)，进行尾气量与尿素量的预测模型建立；
步骤三、建立脱硝过程计算模型；
SCR反应器底部的矩形回收液箱长为l,宽为w，收集到的反应后的尿素溶液高度为h，根据式(1)计算得到该PH值下的尿素溶液浓度为C，则有反应后尿素的量T：
T＝l·w·h·C (7)
则消耗的尿素量ΔT：
ΔT＝TNH3-T (8)
式(7)(8)通过结合不同温度下的反应方程式(3)、(4)、(5)、(6),建立脱硝过程计算模型；
步骤四、通过PH传感器、氨气传感器、温度传感器获取反应参数；
步骤五、结合三维模型、预测模型、计算模型和反应参数计算并调整喷氨量；
步骤六、记录动态数据并建立数据库，通过机器学习完善预测模型和计算模型。
本发明克服了现有SCR脱硝系统中大迟滞、非线性、多扰动等缺陷，能够实时有效地调整SCR反应器中的喷氨情况，且在一定程度上节约了成本。

Claims (3)

1.一种SCR智能喷氨系统，其特征在于：所述的SCR智能喷氨系统包括SCR反应装置、反应参数测量模块、计算控制模块、计量喷射模块；设置在SCR 反应装置内的反应参数测量模块与计算控制模块输入端相连，计算控制模块输出端与计量喷射模块输入端相连；所述的反应参数测量模块在尿素箱内的具体设置包括一个PH传感器1，一个液位传感器1和一个温度传感器1，PH值与氨气摩尔质量关系式为
PH = 14 - (1/2(PKb + Pc)) (1)
式中，PKb是弱碱的电离常数Kb的负对数，表示碱性强度；Pc是指极稀溶液中的溶质浓度的常用对数的负值；
根据式（1）以及尿素箱内各反应参数计算脱硝反应前喷氨量；
所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器入口管道内的具体设置包括一个气体流量传感器和一个温度传感器2，通过气体流量传感器得到尾气量和其温度参数；
所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器内的具体设置包括一个PH传感器2、一个液位传感器2和一个温度传感器3，同样根据PH值计算公式计算脱硝后氨的摩尔质量；
所述的反应参数测量模块在SCR催化反应器出口管道内的具体设置包括一个氨气传感器和一个温度传感器4，通过氨气传感器得到逸氨量；
在所述的SCR催化反应器底部出液口连接一个集液箱，用于液体回收再利用。
2.根据权利要求1所述的SCR智能喷氨系统，其特征在于：所述的计算控制模块内置数据库存储动态数据；所述的计算控制模块内置机器学习功能，利用数据库记录的脱硝反应前后液体中氨的摩尔质量、尾气量以及逸氨量，完善尾气量和喷氨量的预测模型以及脱硝过程的计算模型，并对喷氨量进行实时、合理的调整。
3.一种根据权利要求1所述的SCR智能喷氨系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、建立系统装置三维模型，获取尾气管道、尿素箱、尿素喷射管道、SCR催化反应器的具体参数，用于尾气量与喷氨量预测模型、脱硝过程计算模型的建立；
步骤二、建立尾气量与喷氨量预测模型；
步骤三、建立脱硝过程计算模型；
步骤四、通过PH传感器、氨气传感器、温度传感器获取反应参数；
步骤五、结合三维模型、预测模型、计算模型和反应参数计算并调整喷氨量；
步骤六、记录动态数据并建立数据库，通过机器学习完善预测模型和计算模型。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5924280A (en) * 1997-04-04 1999-07-20 Clean Diesel Technologies, Inc. Reducing NOx emissions from an engine while maximizing fuel economy
JP2006111602A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Purearth Inc 安定化された尿素水溶液およびその製造方法
CN107243257A (zh) * 2017-05-08 2017-10-13 浙江大学 适合全负荷的智能喷氨控制系统
WO2020258940A1 (zh) * 2019-06-26 2020-12-30 佳化化学科技发展（上海）有限公司 一种含氨尾气吸收系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5924280A (en) * 1997-04-04 1999-07-20 Clean Diesel Technologies, Inc. Reducing NOx emissions from an engine while maximizing fuel economy
JP2006111602A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Purearth Inc 安定化された尿素水溶液およびその製造方法
CN107243257A (zh) * 2017-05-08 2017-10-13 浙江大学 适合全负荷的智能喷氨控制系统
WO2020258940A1 (zh) * 2019-06-26 2020-12-30 佳化化学科技发展（上海）有限公司 一种含氨尾气吸收系统

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