CN114645752A - 一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法 - Google Patents
一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114645752A CN114645752A CN202210269891.5A CN202210269891A CN114645752A CN 114645752 A CN114645752 A CN 114645752A CN 202210269891 A CN202210269891 A CN 202210269891A CN 114645752 A CN114645752 A CN 114645752A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- working medium
- inlet
- exhaust pipeline
- way catalytic
- exhaust
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title claims description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 title claims description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 98
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 48
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 46
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 29
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 28
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 17
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 7
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 5
- 230000008676 import Effects 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/101—Three-way catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
- F01N11/002—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
本发明涉及内燃机节能减排与控制领域，具体为一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，包括发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化系统和控制系统，本发明利用有机朗肯循环余热回收装置实现了三元催化器入口温度的调节和控制，在天然气发动机的全工况范围内将三元催化器入口温度控制在对污染物实现99％转化率对应的最低温度点以上20℃，从而有助于降低三元催化器的热负荷，减缓贵金属催化剂的老化速率，降低三元催化器内部贵金属涂敷量，实现部分天然气发动机排气余热能的回收利用，提高天然气发动机系统的综合热效率。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机节能减排与控制领域，具体为一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法。
背景技术
三元催化技术由于其在当量混合气条件下可持续实现对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物高效转化的同时，相比于选择性催化还原装置能够更有效的控制实际驾驶排放，从而在国六阶段的轻型和重型天然气车上被普遍采用。三元催化技术是依靠其载体表面所覆盖的铂、铑、钯贵金属作为催化剂来催化发动机排气中的一氧化碳、甲烷及氮氧化物等污染物分别发生氧化、还原反应以达到净化排气的作用，因此，贵金属的活性直接决定了三元催化系统减排的性能，由于贵金属催化剂在长期使用过程中会出现由于温度过高、硫、铅、磷、锌元素氧化及表面积碳造成贵金属老化的情况，使三元催化器对污染物的转化率大幅降低，因此，贵金属老化问题自三元催化技术投入使用起就一直受到业界的广泛关注和研究，其中，由于发动机排气温度过高导致的热老化更是当前三元催化系统老化研究的重点，相比其他燃料发动机，天然气发动机的排气温度更高，因此，装备于天然气发动机的三元催化系统面临着更严峻的贵金属热老化挑战，主要表现在：(1)高温排气导致三元催化器上的贵金属涂层发生不可逆的氧化反应，直接影响碳氢化合物、一氧化碳以及氮氧化物的转化率；(2)贵金属涂层会被高温排气烧结，导致贵金属催化剂的微观结构发生改变，从而不仅会导致其催化性能大幅下降，而且会造成发动机排气背压升高，进而影响发动机动力性。当前，应对三元催化系统热老化问题的主流解决方案是在其蜂窝状陶瓷载体上涂敷过量的贵金属，以在排放法规要求的有效寿命周期(国四、五、六标准分别要求8、16、20万公里内排放控制装置的有效性)内确保车辆仍能达到法规限制需求。该技术虽然能够弥补老化带来的性能衰减，但会带来资源的过度消耗和成本的大幅增加。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种监测灵敏，监测准确的耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，包括发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化系统和控制系统，所述发动机系统包括天然气发动机以及排气管路，所述有机朗肯循环系统包括工质泵、蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、冷却水泵、散热器、有机工质储液罐、冷却介质储液罐、有机工质管路、发动机排气管路及冷却介质管路，所述排气管路包括第一排气管路以及第二排气管路，所述第一排气管路与蒸发器相连，使得天然气发动机原排先进入蒸发器降温，随后进入三元催化系统；所述第二排气管路旁通蒸发器直接通往三元催化系统，使得天然气发动机原排能够直接进入三元催化系统净化，所述有机工质管路主要连接有机工质储液罐、工质泵、蒸发器、膨胀机以及冷凝器，以实现有机工质在有机朗肯循环中的流动；所述发动机排气管路用于连接蒸发器和三元催化系统，以实现发动机排气经蒸发器换热降温后流入三元催化系统，所述冷却介质管路用于连接冷却介质储液罐、冷却水泵、冷凝器以及散热器，以实现冷却介质在冷凝有机工质乏汽过程中的循环流动，所述三元催化系统包括三元催化器以及第四排气管路，所述第四排气管路与三元催化器出口相连，用于净化后的天然气发动机排气排入大气，所述控制系统包括转速传感器、发动机进气质量流量传感器、冷却介质质量流量传感器、第一温度传感器、电控节流阀、控制单元以及变频器，所述转速传感器、发动机进气质量流量传感器、冷却介质质量流量传感器、第二温度传感器、电控节流阀、控制单元以及变频器之间通过系统线路连接。
进一步的，本发明改进有，所述发动机排气管路分别连接第一排气管路的进口和第二排气管路的进口，所述第一排气管路的出口连接蒸发器的排气进口，所述第二排气管路的出口连接三元催化器的进口。
进一步的，本发明改进有，所述有机工质储液罐的出口连接工质泵的进口，所述工质泵得到出口连接蒸发器的工质进口，所述蒸发器的工质出口连接到膨胀机，所述膨胀机与发电机同轴连接，所述膨胀机的出口连接到冷凝器的工质进口，所述冷凝器的工质出口连接到有机工质储液罐的进口，以上各部件之间全部通过有机工质管路连接。
进一步的，本发明改进有，所述冷却介质储液罐的出口连接到冷却水泵的进口，所述冷却水泵的出口连接到冷凝器的冷却介质进口，所述冷凝器的冷却介质出口连接到散热器的进口，所述散热器的出口连接到冷却介质储液罐的进口，以上各部件通过冷却介质管路连接。
进一步，本发明改进有，所述蒸发器上设有第三排气管路，所述三元催化器上设有第四排气管路，所述蒸发器的烟气出口连接第三排气管路的进口，所述第三排气管路的出口连接到三元催化器的进口。
进一步的，本发明改进有，所述控制系统各部件的连接关系为，所述发动机进气质量流量传感器布置在天然气发动机的进气道节气门前，所述转速传感器安装于天然气发动机机体上，与转速传感器配合使用的齿盘预先加工在天然气发动机的曲轴轴肩上，所述冷却介质质量流量传感器布置在冷凝器的工质入口处，所述第二温度传感器布置在第一排气管路上，且位于有机朗肯循环系统的入口上游，所述第一温度传感器布置在第三排气管路上，且位于三元催化系统的入口处，所述电控节流阀布置在第二排气管路上，所述变频器分别连接工质泵和冷却水泵，以上各电子元件分别通过相应系统线路连接至控制单元。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，具备以下有益效果：
本发明利用有机朗肯循环余热回收装置实现了三元催化器入口温度的调节和控制，在天然气发动机的全工况范围内将三元催化器入口温度控制在对污染物实现99％转化率对应的最低温度点以上20℃，从而有助于降低三元催化器的热负荷，减缓贵金属催化剂的老化速率，降低三元催化器内部贵金属涂敷量，实现部分天然气发动机排气余热能的回收利用，提高天然气发动机系统的综合热效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：1、天然气发动机；2、蒸发器；3、膨胀机；4、发电机；5、冷凝器；6、有机工质储液罐；7、工质泵；8、冷却水泵；9、散热器；10、冷却介质储液罐；11、三元催化器；12、控制单元；13、发动机排气管路；14、有机工质管路；15、冷却介质管路；16、发动机进气质量流量传感器；17、转速传感器；18、冷却介质质量流量传感器；19、第一排气管路；20、第一温度传感器；21、电控节流阀；22、变频器；23、第二温度传感器；24、第二排气管路；25、第三排气管路；26、第四排气管路；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
请参阅图1，本发明为一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，包括发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化系统和控制系统，所述发动机系统包括天然气发动机1以及排气管路，所述有机朗肯循环系统包括工质泵7、蒸发器2、膨胀机3、发电机4、冷凝器5、冷却水泵8、散热器9、有机工质储液罐6、冷却介质储液罐10、有机工质管路14、发动机排气管路13及冷却介质管路15，所述排气管路包括第一排气管路19以及第二排气管路24，所述第一排气管路19与蒸发器2相连，使得天然气发动机1原排先进入蒸发器2降温，随后进入三元催化系统；所述第二排气管路24旁通蒸发器2直接通往三元催化系统，使得天然气发动机1原排能够直接进入三元催化系统净化，所述有机工质管路14主要连接有机工质储液罐6、工质泵7、蒸发器2、膨胀机3以及冷凝器5，以实现有机工质在有机朗肯循环中的流动；所述发动机排气管路13用于连接蒸发器2和三元催化系统，以实现发动机排气经蒸发器2换热降温后流入三元催化系统，所述冷却介质管路15用于连接冷却介质储液罐、冷却水泵8、冷凝器5以及散热器9，以实现冷却介质在冷凝有机工质乏汽过程中的循环流动，所述三元催化系统包括三元催化器11以及第四排气管路26，所述第四排气管路26与三元催化器11出口相连，用于净化后的天然气发动机1排气排入大气，所述控制系统包括转速传感器17、发动机进气质量流量传感器16、冷却介质质量流量传感器18、第一温度传感器20、电控节流阀21、控制单元12以及变频器22，所述转速传感器17、发动机进气质量流量传感器16、冷却介质质量流量传感器18、第二温度传感器23、电控节流阀21、控制单元12以及变频器22之间通过系统线路连接。
实施例一
所述发动机排气管路13分别连接第一排气管路19的进口和第二排气管路24的进口，所述第一排气管路19的出口连接蒸发器2的排气进口，所述第二排气管路24的出口连接三元催化器11的进口，第一排气管路19使得天然气发动机1原排先进入蒸发器2降温，随后进入三元催化系统净化，第二排气管路24使得天然气发动机1原排能够直接进入三元催化系统净化。
实施例二
所述有机工质储液罐6的出口连接工质泵7的进口，所述工质泵7得到出口连接蒸发器2的工质进口，所述蒸发器2的工质出口连接到膨胀机3，所述膨胀机3与发电机4同轴连接，所述膨胀机3的出口连接到冷凝器5的工质进口，所述冷凝器5的工质出口连接到有机工质储液罐6的进口，以上各部件之间全部通过有机工质管路14连接。
实施例三
所述冷却介质储液罐10的出口连接到冷却水泵8的进口，所述冷却水泵8的出口连接到冷凝器5的冷却介质进口，所述冷凝器5的冷却介质出口连接到散热器9的进口，所述散热器9的出口连接到冷却介质储液罐10的进口，以上各部件通过冷却介质管路15连接。
实施例四
所述三元催化器11上设有第四排气管路26，所述蒸发器2的烟气出口连接第三排气管路25的进口，所述第三排气管路25的出口连接到三元催化器11的进口，所述三元催化器11的出口连接到第四排气管路26的进口，所述第四排气管路26的出口通往大气。
实施例五
所述控制系统各部件的连接关系为，所述发动机进气质量流量传感器16布置在天然气发动机1的进气道节气门前，所述转速传感器17安装于天然气发动机1机体上，与转速传感器17配合使用的齿盘预先加工在天然气发动机1的曲轴轴肩上，所述冷却介质质量流量传感器18布置在冷凝器5的工质入口处，所述第二温度传感器23布置在第一排气管路19上，且位于有机朗肯循环系统的入口上游，所述第一温度传感器20布置在第三排气管路25上，且位于三元催化系统的入口处，所述电控节流阀21布置在第二排气管路24上，所述变频器22分别连接工质泵7和冷却水泵8，以上各电子元件分别通过相应系统线路连接至控制单元12，将发动机不同转速、不同进气质量流量对应工况点下的三元催化器11转化效率MAP数据和不同工况点对应的三元催化器11转化效率达到99％时的排气温度T99的MAP数据输入控制单元12，以上MAP数据均可通过发动机标定试验获得。
综上所述，该耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，在使用时，系统进入工作状态后，由控制单元12采集发动机进气流量传感器提供的发动机运行时的进气质量流量、转速传感器17的信号，通过查阅发动机不同运行工况下的MAP确定有机朗肯循环系统的出口处(三元催化系统入口)的温度控制目标值，并发出信号，通过调节电控节流阀21的开启、闭合、工质泵7转速，实现对发动机排气温度的闭环控制。
本发明的工作原理及控制策略如下：
当发动机开始运行时，由发动机进气质量流量传感器16和转速传感器17测量发动机转速、进气量并传输至控制单元12，控制单元12根据台架试验测定的不同转速和进气流量条件下三元催化系统转化率为99％以上所对应的最低温度MAP判断并输出相应指令：
(1)当该工况下的三元催化系统转化率低于99％时，电控节流阀21关闭，天然气发动机1排气经第一排气管路19进入蒸发器2换热降温，最后再进入三元催化器11净化；同时，第二温度传感器23测量通过第一排气管路19的天然气发动机1排气温度并传输至控制单元12，控制单元12执行如下指令：根据公式(1)计算得到天然气发动机1的排气质量流量，查阅天然气发动机1不同工况下的三元催化器11转化效率达到99％时的温度MAP得到T99,并根据公式(2)得到蒸发器2的排气出口温度计算值，由公式(3)计算得到天然气发动机1的排气放热量，随后分别由公式(4)和公式(5)分别计算得到有机工质与天然气发动机1的排气之间的对流换热温差和有机工质吸热量，进而由公式(6)计算得到有机工质经蒸发器2换热后的温度，最后由公式(7)计算得到有机工质的质量流量目标值，控制单元12通过变频器22输出并调节工质泵7转速信号使得有机工质质量流量达到目标值，第一温度传感器20测量蒸发器2的出口的排气温度实际值并传输至控制单元12，控制单元12以蒸发器2的排气出口温度计算值为目标值，通过PID控制进一步调节排气温度实际值，以实现蒸发器2的出口温度实际值趋近于目标值；有机工质经蒸发器2换热后进入膨胀机3膨胀做功发电对外输出，做功后的乏汽随后流向冷凝器5，当冷却介质质量流量传感器18检测到有工质通过时，控制单元12通过变频器22控制冷却水泵8启动，驱动冷却介质与做功后的有机工质乏汽进行换热并将其冷凝为液态，吸热后的冷却介质经散热器9散热后流回冷却介质储液罐10，冷凝后的液态有机工质流回有机工质储液罐6，进行下一个循环；
(2)当该工况下的三元催化系统转化率高于99％时，电控节流阀21开启，天然气发动机1的排气大部分经由第二排气管路24旁通蒸发器2进入三元催化器11净化；少部分排气经第一排气管路19进入蒸发器2，由于有机朗肯循环系统不启动，进入蒸发器2的排气不进行换热，直接经第三排气管路25进入三元催化器11进行净化。
式中，
为天然气发动机1排气的质量流量，kg/s；
为天然气发动机1进气的质量流量，可由传感器(16)测得，kg/s；AF为空燃比，取17.2。
Tout(exh)＝T99+20(2)
式中，Tout(exh)为天然气发动机1排气经蒸发器换热后的温度，即目标温度，K；T99为三元催化系统转化效率达到99％时所对应的最低温度，可查阅发动机工况MAP获得，K。
式中，cp(exh)天然气发动1排气的比定压热容，数值可查表获得，kJ/(kg·K)；
为天然气发动机1排气的质量流量，kg/s；Tin(exh)为天然气发动机1排气进入蒸发器前的温度，可由传感器(19)测得，K；
式中，k为蒸发器2的换热系数，可查表获得，kW/(m2·K)；A为蒸发器2的换热面积，数值由蒸发器2数据获得，m2；Δ为有机工质与天然气发动机1排气之间的对流换热温差，K。
式中，
为天然气发动机1排气放热量，kW；ref为有机工质吸热量，kW；evap为蒸发器2的换热效率，数值由蒸发器2数据获得。
式中，ΔT为有机工质与天然气发动机1排气之间的对流换热温差，K。
式中，cp(ref)为有机工质的比定压热容，可查表获得，kJ/(kg·K)；
为有机工质的质量流量，kg/s；Tin(ref)为有机工质的进入蒸发器2前的温度，数值取环境温度，K；out(ref)为有机工质经蒸发器2换热后的温度，K。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，其特征在于，包括发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化系统和控制系统，所述发动机系统包括天然气发动机(1)以及排气管路，所述有机朗肯循环系统包括工质泵(7)、蒸发器(2)、膨胀机(3)、发电机(4)、冷凝器(5)、冷却水泵(8)、散热器(9)、有机工质储液罐(6)、冷却介质储液罐(10)、有机工质管路(14)、发动机排气管路(13)及冷却介质管路(15)，所述排气管路包括第一排气管路(19)以及第二排气管路(24)，所述第一排气管路(19)与蒸发器(2)相连，使得天然气发动机(1)原排先进入蒸发器(2)降温，随后进入三元催化系统；所述第二排气管路(24)旁通蒸发器(2)直接通往三元催化系统，使得天然气发动机(1)原排能够直接进入三元催化系统净化，所述有机工质管路(14)主要连接有机工质储液罐(6)、工质泵(7)、蒸发器(2)、膨胀机(3)以及冷凝器(5)，以实现有机工质在有机朗肯循环中的流动；所述发动机排气管路(13)用于连接蒸发器(2)和三元催化系统，以实现发动机排气经蒸发器(2)换热降温后流入三元催化系统，所述冷却介质管路(15)用于连接冷却介质储液罐、冷却水泵(8)、冷凝器(5)以及散热器(9)，以实现冷却介质在冷凝有机工质乏汽过程中的循环流动，所述三元催化系统包括三元催化器(11)以及第四排气管路(26)，所述第四排气管路(26)与三元催化器(11)出口相连，用于净化后的天然气发动机(1)排气排入大气，所述控制系统包括转速传感器(17)、发动机进气质量流量传感器(16)、冷却介质质量流量传感器(18)、第一温度传感器(20)、电控节流阀(21)、控制单元(12)以及变频器(22)，所述转速传感器(17)、发动机进气质量流量传感器(16)、冷却介质质量流量传感器(18)、第二温度传感器(23)、电控节流阀(21)、控制单元(12)以及变频器(22)之间通过系统线路连接。
2.根据权利要求1所述的一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，其特征在于，所述发动机排气管路(13)分别连接第一排气管路(19)的进口和第二排气管路(24)的进口，所述第一排气管路(19)的出口连接蒸发器(2)的排气进口，所述第二排气管路(24)的出口连接三元催化器(11)的进口。
3.根据权利要求2所述的一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，其特征在于，所述有机工质储液罐(6)的出口连接工质泵(7)的进口，所述工质泵(7)的出口连接蒸发器(2)的工质进口，所述蒸发器(2)的工质出口连接到膨胀机(3)，所述膨胀机(3)与发电机(4)同轴连接，所述膨胀机(3)的出口连接到冷凝器(5)的工质进口，所述冷凝器(5)的工质出口连接到有机工质储液罐(6)的进口，以上各部件之间全部通过有机工质管路(14)连接。
4.根据权利要求3所述的一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，其特征在于，所述冷却介质储液罐(10)的出口连接到冷却水泵(8)的进口，所述冷却水泵(8)的出口连接到冷凝器(5)的冷却介质进口，所述冷凝器(5)的冷却介质出口连接到散热器(9)的进口，所述散热器(9)的出口连接到冷却介质储液罐(10)的进口，以上各部件通过冷却介质管路(15)连接。
5.根据权利要求4所述的一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，其特征在于，所述蒸发器(2)上设有第三排气管路(25)，所述蒸发器(2)的烟气出口连接第三排气管路(25)的进口，所述第三排气管路(25)的出口连接到三元催化器(11)的进口。
6.根据权利要求5所述的一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法，其特征在于，所述控制系统各部件的连接关系为，所述发动机进气质量流量传感器(16)布置在天然气发动机(1)的进气道节气门前，所述转速传感器(17)安装于天然气发动机(1)机体上，与转速传感器(17)配合使用的齿盘预先加工在天然气发动机(1)的曲轴轴肩上，所述冷却介质质量流量传感器(18)布置在冷凝器(5)的工质入口处，所述第二温度传感器(23)布置在第一排气管路(19)上，且位于有机朗肯循环系统的入口上游，所述第一温度传感器(20)布置在第三排气管路(25)上，且位于三元催化系统的入口处，所述电控节流阀(21)布置在第二排气管路(24)上，所述变频器(22)分别连接工质泵(7)和冷却水泵(8)，以上各电子元件分别通过相应系统线路连接至控制单元(12)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210269891.5A CN114645752A (zh) | 2022-03-18 | 2022-03-18 | 一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210269891.5A CN114645752A (zh) | 2022-03-18 | 2022-03-18 | 一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114645752A true CN114645752A (zh) | 2022-06-21 |
Family
ID=81994837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210269891.5A Pending CN114645752A (zh) | 2022-03-18 | 2022-03-18 | 一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114645752A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115750049A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-03-07 | 北京理工大学 | 一种通过有机朗肯循环调控汽油机颗粒捕集器再生的方法 |
| CN116181458A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-05-30 | 北京理工大学 | 一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统及方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001200757A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Osaka Gas Co Ltd | コージェネレーションシステム |
| US20090308059A1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-12-17 | Denso Corporation | Catalyst warming-up control device |
| CN102410054A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-04-11 | 北京工业大学 | 基于有机朗肯循环的发动机排气余热回收控制系统及方法 |
| CN202954874U (zh) * | 2012-12-10 | 2013-05-29 | 宁波工程学院 | 一种汽车排气管废热回收系统 |
| CN107084032A (zh) * | 2016-02-15 | 2017-08-22 | 福特全球技术公司 | 车辆消声器中的用于郎肯循环的热交换器 |
| JP2018204879A (ja) * | 2017-06-06 | 2018-12-27 | アイシン精機株式会社 | エンジン駆動ヒートポンプの排気熱交換装置 |
| CN110259534A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-20 | 江苏大学 | 一种生物质气化有机朗肯循环系统 |
| CN110295959A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-10-01 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种有机朗肯循环余热回收系统及启动控制方法 |
| CN210343460U (zh) * | 2019-05-14 | 2020-04-17 | 北京工业大学 | 针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置 |
| CN113446127A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-09-28 | 北京理工大学 | 一种内燃机余热回收有机朗肯循环系统及其余热回收方法 |
| CN113775455A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-10 | 中国第一汽车股份有限公司 | 发动机排气运行方法、系统、电子设备及存储装置 |
-
2022
- 2022-03-18 CN CN202210269891.5A patent/CN114645752A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001200757A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Osaka Gas Co Ltd | コージェネレーションシステム |
| US20090308059A1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-12-17 | Denso Corporation | Catalyst warming-up control device |
| CN102410054A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-04-11 | 北京工业大学 | 基于有机朗肯循环的发动机排气余热回收控制系统及方法 |
| CN202954874U (zh) * | 2012-12-10 | 2013-05-29 | 宁波工程学院 | 一种汽车排气管废热回收系统 |
| CN107084032A (zh) * | 2016-02-15 | 2017-08-22 | 福特全球技术公司 | 车辆消声器中的用于郎肯循环的热交换器 |
| JP2018204879A (ja) * | 2017-06-06 | 2018-12-27 | アイシン精機株式会社 | エンジン駆動ヒートポンプの排気熱交換装置 |
| CN210343460U (zh) * | 2019-05-14 | 2020-04-17 | 北京工业大学 | 针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置 |
| CN110259534A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-20 | 江苏大学 | 一种生物质气化有机朗肯循环系统 |
| CN110295959A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-10-01 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种有机朗肯循环余热回收系统及启动控制方法 |
| CN113446127A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-09-28 | 北京理工大学 | 一种内燃机余热回收有机朗肯循环系统及其余热回收方法 |
| CN113775455A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-10 | 中国第一汽车股份有限公司 | 发动机排气运行方法、系统、电子设备及存储装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王崇尧等: "道路工况下有机朗肯循环系统节能潜力分析", 《西安交通大学学报》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115750049A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-03-07 | 北京理工大学 | 一种通过有机朗肯循环调控汽油机颗粒捕集器再生的方法 |
| CN115750049B (zh) * | 2022-11-11 | 2024-05-07 | 北京理工大学 | 一种通过有机朗肯循环调控汽油机颗粒捕集器再生的方法 |
| CN116181458A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-05-30 | 北京理工大学 | 一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统及方法 |
| CN116181458B (zh) * | 2023-03-23 | 2024-05-03 | 北京理工大学 | 一种调控柴油机颗粒捕集器再生的系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200173331A1 (en) | Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment in an internal combustion engine | |
| CN102619641A (zh) | 同时利用内燃机排气和冷却余热的发电系统及控制方法 | |
| CN114645752A (zh) | 一种耦合有机朗肯循环余热回收利用系统的三元催化系统热老化改善方法 | |
| CN102691555A (zh) | 带蓄热器的内燃机排气余热回收系统及控制方法 | |
| CN108843464A (zh) | 柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法 | |
| CN110005510B (zh) | 针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制策略 | |
| CN102322323B (zh) | 一种汽车三元催化反应器保护系统 | |
| CN210343460U (zh) | 针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置 | |
| US10371037B2 (en) | Internal combustion engine with exhaust-gas aftertreatment system and method for operating an internal combustion engine of said type | |
| CN206592181U (zh) | 一种提高柴油机排气温度的装置 | |
| CN115750049B (zh) | 一种通过有机朗肯循环调控汽油机颗粒捕集器再生的方法 | |
| FI106882B (fi) | Menetelmä suuren turboahdetun polttomoottorin ohjaamiseksi sekä tässä menetelmässä käytettävä moottori | |
| JP2007162489A (ja) | 過給機付き内燃機関の制御装置 | |
| CN212296578U (zh) | 一种带有余热回收装置的尾气后处理系统 | |
| KR20210005503A (ko) | 배출 가스 후처리 시스템 및 방법 | |
| JP2933644B2 (ja) | エンジンの排気ガス浄化装置 | |
| US9784170B2 (en) | Thermal management system for aftertreatment system | |
| CN211274231U (zh) | 一种解决内燃机冷启动NOx脱除问题的系统 | |
| CN211573645U (zh) | 一种用于发动机的热管理的装置及系统 | |
| CN113982722A (zh) | 一种三元催化器旁通节油减排装置及控制方法 | |
| KR200421745Y1 (ko) | 자동차의 배기가스 재순환장치 | |
| Bernhardt et al. | Methods for fast catalytic system warm-up during vehicle cold starts | |
| JPH10159542A (ja) | 脱硝装置付きディーゼル機関 | |
| CN218206834U (zh) | 用于混动汽车的管路调整装置 | |
| CN116181458B (zh) | 一种调控柴油机颗粒捕集器再生的系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220621 |