CN114109566A - 一种发电机组scr系统控制策略及净化装置 - Google Patents

一种发电机组scr系统控制策略及净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发电机组SCR系统控制策略及净化装置，控制策略包括：发动机涡轮出口的温度传感器T1作为发动机启动或关闭的判断条件，以此确定是否启动混合管前端的电加热器、同时控制SCR系统的启动或回抽；SCR控制模块基于SCR反应器入口的温度传感器T2对电加热器是否关闭进行控制；基于所述温度传感器T1和温度传感器T2对尿素预注、喷射、回抽状态进行管理；对柴油机各个工况点的烟气流量进行标定，得到各个工况下的尿素喷射速率；SCR控制模块根据尿素喷射速率从尿素箱中抽取尿素，并将其输送至尿素喷枪。电加热作为机组的负载，一方面使机组避开空载低温工况，同时对机组烟气进行升温，使SCR工作在高效温度区间。

Description

一种发电机组SCR系统控制策略及净化装置
技术领域
本发明涉及柴油发电机组的SCR控制系统技术领域，尤其涉及一种发电机组SCR系统控制策略及净化装置。
背景技术
随着排放法规的不断升级，柴油发电组需要匹配SCR系统NOx排放才能满足环评的指标要求。目前成熟的柴油机SCR控制技术通过CAN通讯从发动机ECU端获取工作所需的信号，时刻追踪发动机工况，控制系统通过预先标定好的各个工况下的烟气量、NOx原始排放、目标转化效率等时时计算需求的尿素喷射量，保证排放满足标准要求。
对于柴油发电机组而言，由于发动机ECU未开通CAN报文，甚至有很多为机械泵柴油机，不具备从发动机获取信号的条件，因此SCR控制系统无法从发动机端获取所需信息，不能追踪发动机的工况变化。这就意味着目前发电机组类项目无法通过预先标定各个工况边界参数的方式满足排放要求，成熟的车机SCR控制技术不能用于机组类项目。
柴油机发电机组基本都是备用机组，排放检测在客户现场，由于检测时通常无用电需求，因此柴油机经常运行在怠速或空载工况，排温极低，尿素无法分解，催化剂也无法发挥作用，因此检测时NOx排放无法达标。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种发电机组SCR系统控制策略及净化装置，SCR控制模块通过温度值比较判定系统工作情况，进行状态管理，解决了SCR控制系统无法从发动机端获取所需信息的弊端。电加热作为机组的负载，一方面使机组避开空载低温工况，同时对机组烟气进行升温，使SCR工作在高效温度区间。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种发电机组SCR系统控制策略，包括：
步骤一，发动机涡轮出口的温度传感器T1作为发动机启动或关闭的判断条件，以此确定是否启动混合管前端的电加热器、同时控制SCR系统的启动或回抽；
步骤二，SCR控制模块基于SCR反应器入口的温度传感器T2对电加热器是否关闭进行控制；
步骤三，基于所述温度传感器T1和温度传感器T2对尿素预注、喷射、回抽状态进行管理；
步骤四，对柴油机各个工况点的烟气流量进行标定，得到各个工况下的尿素喷射速率；
步骤五，SCR控制模块根据所述步骤四得到的尿素喷射速率从尿素箱中抽取尿素，并将其输送至尿素喷枪。
所述步骤一中，当温度传感器T1的温度T1高于标定阈值N时，SCR控制模块认为柴油机已启动，此刻接通所述电加热器，开启气路模块。
所述步骤二中，当温度传感器T2的温度T2高于标定阈值Q时，电加热器停止工作，避免机组正常运行过程中的能量浪费；
电加热器作为机组的负载，对机组烟气进行升温，使SCR反应器工作在高效温度区间。
所述步骤三的具体方法为：
SCR控制模块对所述温度传感器T2的温度T2进行判断，当温度T2＞标定阈值S时，SCR反应器前后的前NOx传感器和后NOx传感器进行露点检测，并激活；
当温度T2＞标定阈值P时，尿素喷射系统进入状态2预注；
温度进一步升高，当温度T2＞标定阈值I时，尿素喷射系统进入状态3喷射；
当前NOx传感器和后NOx传感器处于激活状态、系统处于状态3喷射时且尿素喷射速率＞0时，尿素喷射系统进行尿素喷射；
当温度T1＜启动温度的阈值R时，尿素喷射系统进入状态4回抽，回抽完成关闭气路模块和电加热器。
所述步骤四中，SCR控制模块通过温度传感器T1或来自机组控制屏的4mA～20mA功率模拟信号识别柴油机工况。
所述步骤四中，尿素喷射速率的计算方法为：
SCR控制模块根据各个工况点的烟气流量、SCR反应器前的前NOx传感器实测的前NOx浓度及尿素喷射量系数计算出基础尿素喷射速率；
SCR控制模块根据前NOx传感器实测的NOx浓度、目标排放浓、浓度系数及效率修正系数计算NOx需求效率；
SCR控制模块根据NOx需求效率和基础尿素喷射速率计算最终尿素喷射速率。
所述基础尿素喷射速率的计算方法为：前NOx浓度、烟气流量及尿素喷射量系数相乘得到基础尿素喷射速率。
NOx需求效率的计算方法为：
浓度系数乘以前NOx传感器实测的前NOx浓度得到前NOx质量浓度，前NOx质量浓度减去目标浓度后再除以前NOx质量浓度得到浓度需求效率，浓度需求效率再乘以效率修正系数得到NOx需求效率。
NOx需求效率和基础尿素喷射速率相乘得到最终需要的尿素喷射速率。
采用所述一种发电机组SCR系统控制策略的净化装置，包括SCR反应器，所述SCR反应器的前端为混合管，所述混合管的前端管道上设有电加热器；所述电加热器与SCR控制模块连接；
所述混合管内靠近所述SCR反应器入口的地方设有朝向所述SCR反应器的喷枪；所述喷枪与气路模块和尿素箱都连接，所述尿素箱上设有尿素计量装置，所述尿素箱、尿素计量装置及气路模块都与SCR控制模块连接；
所述混合管内设有前NOx传感器和温度传感器T2，所述前NOx传感器和温度传感器T2都与SCR控制模块连接；
所述电加热器的前端设有温度传感器T1，所述温度传感器T1与SCR控制模块连接；
所述SCR反应器后端的管道上设有后NOx传感器，所述后NOx传感器与SCR控制模块连接；
SCR控制模块驱动尿素计量装置根据需求的尿素喷射速率从尿素箱中抽取尿素，并输送至喷枪；喷枪喷射尿素后，气体再将液态尿素雾化，并在喷雾尿素混合管中，用高温烟气将尿素分解为NH3，使SCR反应器内的NH3和NOx反应生成N2，实现降低NOx的目的。
本发明的有益效果：
1、电加热作为机组的负载，一方面使机组避开空载低温工况，同时对机组烟气进行升温，使SCR工作在高效温度区间。
2、通过温度进行尿素喷射系统状态2预注、状态3喷射和状态4回抽的管理，解决柴油发电机组条件有限情况下SCR控制策略应用问题。
3、基于多个不同条件下喷射量计算策略，保证发电机组SCR控制策略正常应用。
附图说明
图1为净化装置系统图；
图2为启动策略图；
图3为基于温度的状态管理策略；
图4-1为基于温度T1的喷射量计算策略；
图4-2为基于功率信号的喷射量计算策略。
其中，1.温度传感器T1、2.电加热器、3.温度传感器T2、4.前NOx传感器、5.喷枪、6.混合管、7.SCR反应器、8.后NOx传感器、9.尿素箱、10.尿素计量装置、11.气路模块、12.SCR控制模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
一种发电机组SCR系统控制策略，包括：
如图2所示，发动机启动后，SCR控制模块基于温度传感器T1启动控制系统。当温度传感器T1高于标定阈值N时，SCR控制模块认为柴油机已启动，此刻接通电加热器、开启气路模块，系统进入状态1。
利用电加热器作为发电机组的负载，能使机组启动后避开空载低温工况，并对烟气进行升温加热。SCR控制模块利用温度传感器T2对电加热器进行控制，当电加热器出口的温度T2高于标定阈值Q时，电加热器停止工作，避免机组正常运行过程中的能量浪费。
SCR控制模块基于温度传感器T2激活前NOx传感器和后NOx传感器；同时基于温度传感器T1和温度传感器T2进行尿素喷射系统状态2预注、状态3喷射和状态4回抽管理，详细策略如图3所示。SCR控制模块对所述温度传感器T2的温度T2进行判断，当温度T2＞标定阈值S时，SCR反应器前后的前NOx传感器和后NOx传感器进行露点检测，并激活；
当温度T2＞标定阈值P时，尿素喷射系统进入状态2预注；
温度进一步升高，当温度T2＞标定阈值I时，尿素喷射系统进入状态3喷射；
当前NOx传感器和后NOx传感器处于激活状态、系统处于状态3喷射时且尿素喷射速率＞0时，尿素喷射系统进行尿素喷射；
当温度T1＜启动温度的阈值R时，尿素喷射系统进入状态4回抽，回抽完成关闭气路模块和电加热器。
SCR控制模块通过温度传感器T1或来自机组控制屏的4mA～20mA功率模拟信号识别柴油机工况，对各个工况点的烟气流量进行标定。根据烟气流量得到的方法的不同，尿素喷射速率的方法分为两种，一种是如图4-1所示，烟气流量基于温度T1得来，一种是如图4-2所示，烟气流量基于功率信号得来。
烟气流量得到后，SCR控制模块根据各个工况点的烟气流量、前NOx传感器实测NOx浓度及尿素喷射量系数计算出基础尿素喷射速率。
SCR控制模块根据前NOx传感器实测NOx浓度、目标排放浓、浓度系数及效率修正系数计算NOx需求效率。浓度系数乘以前NOx传感器实测的前NOx浓度得到前NOx质量浓度，前NOx质量浓度减去目标浓度后再除以前NOx质量浓度得到浓度需求效率，浓度需求效率再乘以效率修正系数得到NOx需求效率。
SCR控制模块根据NOx需求效率和基础尿素喷射速率计算最终尿素喷射速率。NOx需求效率和基础尿素喷射速率相乘得到最终需要的尿素喷射速率。
SCR控制模块驱动尿素计量装置根据需求的尿素喷射速率从尿素箱中抽取尿素，并输送至喷枪；喷枪喷射尿素后，气体再将液态尿素雾化，并在喷雾尿素混合管中，用高温烟气将尿素分解为NH3，使SCR反应器内的NH3和NOx反应生成N2，实现降低NOx的目的。
一种采用所述一种发电机组SCR系统控制策略的净化装置，如图1所示，包括SCR反应器7，所述SCR反应器7的前端为混合管6，所述混合管6的前端管道上设有电加热器2；所述电加热器2与SCR控制模块12连接。
所述混合管6内靠近所述SCR反应器7入口的地方设有朝向所述SCR反应器7的喷枪5；所述喷枪5与气路模块11和尿素箱9都连接，所述尿素箱9上设有尿素计量装置10，所述尿素箱9、尿素计量装置10及气路模块11都与SCR控制模块12连接；
所述混合管6内设有前NOx传感器4和温度传感器T2 3，所述前NOx传感器8和温度传感器T2 3都与SCR控制模块12连接；
所述电加热器的前端设有温度传感器T1 1，所述温度传感器T1 1与SCR控制模块12连接；
所述SCR反应器7后端的管道上设有后NOx传感器8，所述后NOx传感器8与SCR控制模块12连接；
SCR控制模块12驱动尿素计量装置10根据需求的尿素喷射速率从尿素箱9中抽取尿素，并输送至喷枪5；喷枪5喷射尿素后，气体再将液态尿素雾化，并在喷雾尿素混合管中，用高温烟气将尿素分解为NH3，使SCR反应器7内的NH3和NOx反应生成N2，实现降低NOx的目的。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，发动机涡轮出口的温度传感器T1作为发动机启动或关闭的判断条件，以此确定是否启动混合管前端的电加热器、同时控制SCR系统的启动或回抽；
步骤二，SCR控制模块基于SCR反应器入口的温度传感器T2对电加热器是否关闭进行控制；
步骤三，基于所述温度传感器T1和温度传感器T2对尿素预注、喷射、回抽状态进行管理；
步骤四，对柴油机各个工况点的烟气流量进行标定，得到各个工况下的尿素喷射速率；
步骤五，SCR控制模块根据所述步骤四得到的尿素喷射速率从尿素箱中抽取尿素，并将其输送至尿素喷枪。
2.如权利要求1所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，所述步骤一中，当温度传感器T1的温度T1高于标定阈值N时，SCR控制模块认为柴油机已启动，此刻接通所述电加热器，开启气路模块。
3.如权利要求1所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，所述步骤二中，当温度传感器T2的温度T2高于标定阈值Q时，电加热器停止工作；
电加热器作为机组的负载，对机组烟气进行升温，使SCR反应器工作在高效温度区间。
4.如权利要求1所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，所述步骤三的具体方法为：
SCR控制模块对所述温度传感器T2的温度T2进行判断，当温度T2＞标定阈值S时，SCR反应器前后的前NOx传感器和后NOx传感器进行露点检测，并激活；
当温度T2＞标定阈值P时，尿素喷射系统进入状态2预注；
温度进一步升高，当温度T2＞标定阈值I时，尿素喷射系统进入状态3喷射；
当前NOx传感器和后NOx传感器处于激活状态、系统处于状态3喷射时且尿素喷射速率＞0时，尿素喷射系统进行尿素喷射；
当温度T1＜启动温度的阈值R时，尿素喷射系统进入状态4回抽，回抽完成关闭气路模块和电加热器。
5.如权利要求1所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，所述步骤四中，SCR控制模块通过温度传感器T1或来自机组控制屏的4mA～20mA功率模拟信号识别柴油机工况。
6.如权利要求1所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，所述步骤四中，尿素喷射速率的计算方法为：
SCR控制模块根据各个工况点的烟气流量、SCR反应器前的前NOx传感器实测的前NOx浓度及尿素喷射量系数计算出基础尿素喷射速率；
SCR控制模块根据前NOx传感器实测的NOx浓度、目标排放浓、浓度系数及效率修正系数计算NOx需求效率；
SCR控制模块根据NOx需求效率和基础尿素喷射速率计算最终尿素喷射速率。
7.如权利要求6所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，所述基础尿素喷射速率的计算方法为：前NOx浓度、烟气流量及尿素喷射量系数相乘得到基础尿素喷射速率。
8.如权利要求6所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，NOx需求效率的计算方法为：
浓度系数乘以前NOx传感器实测的前NOx浓度得到前NOx质量浓度，前NOx质量浓度减去目标浓度后再除以前NOx质量浓度得到浓度需求效率，浓度需求效率再乘以效率修正系数得到NOx需求效率。
9.如权利要求6所述一种发电机组SCR系统控制策略，其特征是，NOx需求效率和基础尿素喷射速率相乘得到最终需要的尿素喷射速率。
10.采用权利要求1-9任意一项所述一种发电机组SCR系统控制策略的净化装置，其特征是，包括SCR反应器，所述SCR反应器的前端为混合管，所述混合管的前端管道上设有电加热器；所述电加热器与SCR控制模块连接；
所述混合管内靠近所述SCR反应器入口的地方设有朝向所述SCR反应器的喷枪；所述喷枪与气路模块和尿素箱都连接，所述尿素箱上设有尿素计量装置，所述尿素箱、尿素计量装置及气路模块都与SCR控制模块连接；
所述混合管内设有前NOx传感器和温度传感器T2，所述前NOx传感器和温度传感器T2都与SCR控制模块连接；
所述电加热器的前端设有温度传感器T1，所述温度传感器T1与SCR控制模块连接；
所述SCR反应器后端的管道上设有后NOx传感器，所述后NOx传感器与SCR控制模块连接；
SCR控制模块驱动尿素计量装置根据需求的尿素喷射速率从尿素箱中抽取尿素，并输送至喷枪；喷枪喷射尿素后，气体再将液态尿素雾化，并在喷雾尿素混合管中，用高温烟气将尿素分解为NH3，使SCR反应器内的NH3和NOx反应生成N2，实现降低NOx的目的。
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