一种适用于大功率柴油机氮氧化物控制的方法及装置制造方法及图纸

一种适用于大功率柴油机氮氧化物控制的方法及装置属于柴油机技术领域，装置由第一级SCR系统和第二级SCR系统组成，对于柴油机稳态和动态工况同样适用。通过入口处上游氮氧化物的浓度变化率判断柴油机所处工况，当处于稳态工况下，此装置只有第一级SCR系统与第二级SCR系统的下游氮氧传感器工作，相当于一个闭环控制，由出口处的下游氮氧传感器反馈回来的信息调整尿素喷射量，使最终排气氮氧化物含量趋近于目标值；当检测到柴油机处于动态工况下，两级SCR系统都工作，其中第一级是开环控制，排气首先经过第一级SCR系统，除去95％以上的氮氧化物，第二级是闭环控制，通过反馈调节细微调整尿素喷射量，提高尿素喷射的响应速度和控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大功率柴油机氮氧化物控制的方法及装置
本专利技术涉及的是稳态和动态工况下大功率柴油机后处理系统氮氧化物的处理方法，提出双级SCR(选择性催化还原)后处理系统解决了传统后处理过程响应速度慢且精度控制较差的问题，属于大功率柴油机氮氧化物(NOX)处理

技术介绍
SCR是一种广泛应用于氮氧化物处理的方法，如应用在电厂、钢厂锅炉的烟气脱硝处理以及柴油机的尾气中氮氧化物处理方面。其中电厂、钢厂的锅炉的运行工况比较稳定，它所释放的烟气的流量和氮氧化物的含量很稳定，一般会建设一个大型的脱硝塔来处理。对于应用于船舶、大型工程机械的等领域的大功率柴油机，在额定功率点的时候对应的排气流量很大，同时由于工况的变化排气流量也会发生变化。若用由一个催化箱组成的单级SCR系统来处理的话，尾气排量比较大时，相应的催化箱体积很大就会造成响应时间长、反馈滞后的问题；尿素喷嘴的喷射精度也是有限的，喷射量程大时相应的喷射误差也会增大。为解决上述单级SCR后处理系统的问题，特专利技术双级SCR后处理系统。
技术实现思路
：为解决动态工况下排气量大的大功率柴油机氮氧化物处理问题，提升动态过程中的控制精度和响应速度，从而实现尾气排放能够达标的目的，专利技术了如图1所示的双级SCR后处理系统，且此双级处理系统也可用于稳态工况下氮氧化物的处理。本专利技术的系统组成包括第一喷嘴、第一温度传感器、上游氮氧传感器、第一取压管路、第一压差传感器、控制器(ACU)、第一尿素泵、尿素箱、第一催化箱、中游氮氧传感器、第二温度传感器、第二喷嘴、第二取压管路、第二压差传感器、第二尿素泵，第二催化箱、下游氮氧传感器。双级SCR系统都是由同一个控制单元分别控制的，在第一级SCR系统中，控制器与第一温度传感器、上游氮氧传感器、第一压差传感器、第一催化箱、第一尿素泵之间通过线束连接，实现信息的传递；在第二级SCR系统中，控制器与第二温度传感器、中游氮氧传感器、下游氮氧传感器、第二压差传感器、第二尿素泵之间也用线束连接，实现通讯，尿素箱、控制器与尿素泵之间也是通过线束连接的，以达到控制调整尿素泵喷射量的目的。判断大功率柴油机处于稳态还是动态工况的方法：利用上游氮氧传感器3s内5次测量氮氧化物的浓度即每隔500ms测一次，前一次与本次氮氧化物浓度的差值与前一次氮氧化物浓度的比值的绝对值就是氮氧化物的浓度变化率，若4个变化率中任意一个大于10％则视为柴油机处于动态工况，若都小于10％则视为柴油机处于稳态工况下；当任意氮氧化物变化率α＜10％,大功率柴油机排气处于稳态工况下，双级SCR后处理系统中仅仅第一级系统工作，出口处的一个下游氮氧传感器，起一个反馈调节的作用；当存在氮氧化物变化率α≥10％,其处于动态工况下，整个双级SCR后处理系统共同工作，其中，第一级SCR系统采用开环控制，作为基准控制清除95％以上含量的氮氧化物，第二级SCR系统采用闭环控制。根据第一温度传感器可以得到排气密度ρ1，根据第二温度传感器可以得到经过一级处理后的排气密度ρ2。根据上游氮氧传感器可以得到排气中氮氧化物的体积浓度fNOX，根据中游氮氧传感器可以得到排气中氮氧化物的体积浓度f'NOX，根据下游氮氧传感器可以得到排气中氮氧化物的体积浓度f”NOX。根据第一取压管路可以得到前后截面积S1、S2，根据第二取压管路可以得到前后截面积S3、S4。根据第一压差传感器可以得到第一催化箱的变截面压差△p1，根据第二压差传感器可以得到第二催化箱的变截面压差△p2。利用上游氮氧传感器3s内5次测量氮氧化物浓度，每隔500ms测一次，求出氮氧化物浓度变化率α。具体的计算方法为:假设第1、2、3、4、5次测量的氮氧化物浓度分别是计算α1、α2、α3、α4之中只要有一个变化率大于10％，则视为柴油机处于动态工况下，若都小于10％,则视为处于稳态工况下。如图2所示，当3s内氮氧化物变化率α都小于10％，柴油机看以看作处于一个稳态工况下，双级SCR后处理系统的第一级SCR系统与下游氮氧传感器工作，通过一个反馈调节细微调整尿素喷射量，以达到更好地处理效果。具体的过程是：尾气从排气管入口进入第一催化箱，根据图1所示入口处的第一温度传感器、上游氮氧传感器、第一压差传感器、第一取压管路获得的相关参数利用伯努利方程的方法求出氮氧化物的质量流量，控制器会驱动第一尿素泵喷射对应量的尿素，进入到第一催化箱反应。根据下游氮氧传感器测得的氮氧化物的体积浓度可以得到氮氧化物的质量流量，将其与目标值进行比较，当大于目标值时，会相应增加尿素的喷射量，从而使排气的氮氧化物含量趋近于目标值。如图2所示，当3s内氮氧化物变化率任意一个大于10％时，柴油机看以看作处于一个动态工况，此双级SCR后处理系统的两级系统共同工作，其中，第一级系统采用的是开环控制，第二级系统采用的是闭环控制。同理，首先尾气从排气管入口进入第一催化箱，根据图1所示的第一温度传感器、上游氮氧传感器、第一压差传感器、第一取压管路得到的相关参数通过伯努利方程求出氮氧化物的质量流量，运用开环控制的方式，控制器会命令第一尿素泵喷射能够除掉95％以上氮氧化物的尿素，在第一催化箱内反应。经过第一催化箱处理后的尾气进入到第二级SCR系统，同样根据第一二级之间管路上的第二温度传感器、中游氮氧传感器、第二压差传感器、第二取压管路得到的相关参数求出一级处理后的氮氧化物的质量流量，这样能够得到一个尿素喷射量的基准值。根据下游氮氧传感器可以求出氮氧化物的质量流量，与目标值进行比较，对尿素的喷射量进行细微调节，在这个调节过程中，由于第二催化箱体积小以及要处理的氮氧化物的量比较少，反馈调节响应时间的大大缩短，同时所要求的第二尿素泵流量比较小，量程小的尿素泵的喷射精度也大大提高，所以第二级SCR系统中，能够快速精确的完成闭环控制的目标。运用双级SCR系统，先由第一催化箱去除绝大部分的氮氧化物，再经过第二催化箱的细微调节，解决了大功率柴油机动态工况下氮氧化物的处理问题。本专利技术的特点：1、此双级SCR后处理系统可用于柴油机的稳态和动态工况，尤其是对于动态工况氮氧化物的处理效果更好。2、根据3s内任一氮氧化物变化率α与10％比较判断柴油机处于动态还是稳态工况下。3、对于动态工况下的大功率柴油机，采用双级SCR后处理系统，大大提高了尿素喷射的响应速度和控制精度。附图说明图1双级SCR后处理系统附图标记说明：1-第一温度传感器2-上游氮氧传感器3-第一喷嘴4-第一压差传感器5-第一尿素泵6-尿素箱7-控制器8-第一取压管路上端9-第一取压管路下端10-第一催化箱11-第二温度传感器12-中游氮氧传感器13-第二喷嘴14-第二取压管路上端15-第二取压管路下端16-第二压差传感器17-第二尿素泵18-第二催化箱19-下游氮氧传感器图2是本专利技术的方法示意图。具体实施方式一种适用于大功率柴油机氮氧化物控制的装置，所述大功率为1000千瓦以上；其特征在于：包括第一级SCR系统和第二级SCR系统；第一级SCR系统是由安装在排气管道入口处的第一温度传感器(1)、上游氮氧传感器(2)、第一喷嘴(3)和后面的第一压差传感器(4)、第一尿素泵(5)、第一取压管路、第一催化箱(10)组成，其中，第一压差传感器测量的就是第一取压管路的压差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于大功率柴油机氮氧化物控制的装置，所述大功率为1000千瓦以上；其特征在于：包括第一级SCR系统和第二级SCR系统；第一级SCR系统是由安装在排气管道入口处的第一温度传感器(1)、上游氮氧传感器(2)、第一喷嘴(3)和后面的第一压差传感器(4)、第一尿素泵(5)、第一取压管路、第一催化箱(10)组成，其中，第一压差传感器测量的就是第一取压管路的压差，即入口管路与第一催化箱之间的变截面压差；第二级SCR系统是由安装在第一二催化箱之间中间管路的第二温度传感器(11)、中游氮氧传感器(12)、第二喷嘴(13)和后面的第二压差传感器(16)、第二取压管路、第二尿素泵(17)、第二催化箱(18)和安装在排气管道出口处的下游氮氧传感器(19)组成，其中，第二压差传感器测量的就是第二取压管路的压差，即中间管路与第二催化箱之间的变截面压差；一级SCR系统与二级SCR系统共用同一个控制器(7)和尿素箱(6)，所述第一温度传感器、上游氮氧传感器、第一压差传感器、第二温度传感器、中游氮氧传感器、第二压差传感器、下游氮氧传感器是通过线束连接以实现通讯，控制器与第一尿素泵、第二尿素泵也是通过线束连接实现对尿素泵喷射量的控制，第一喷嘴、第二喷嘴、尿素箱、第一二尿素泵之间通过管路连接实现尿素的供应，由这两级系统共同组成双级SCR后处理系统。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于大功率柴油机氮氧化物控制的装置，所述大功率为1000千瓦以上；其特征在于：包括第一级SCR系统和第二级SCR系统；第一级SCR系统是由安装在排气管道入口处的第一温度传感器(1)、上游氮氧传感器(2)、第一喷嘴(3)和后面的第一压差传感器(4)、第一尿素泵(5)、第一取压管路、第一催化箱(10)组成，其中，第一压差传感器测量的就是第一取压管路的压差，即入口管路与第一催化箱之间的变截面压差；第二级SCR系统是由安装在第一二催化箱之间中间管路的第二温度传感器(11)、中游氮氧传感器(12)、第二喷嘴(13)和后面的第二压差传感器(16)、第二取压管路、第二尿素泵(17)、第二催化箱(18)和安装在排气管道出口处的下游氮氧传感器(19)组成，其中，第二压差传感器测量的就是第二取压管路的压差，即中间管路与第二催化箱之间的变截面压差；一级SCR系统与二级SCR系统共用同一个控制器(7)和尿素箱(6)，所述第一温度传感器、上游氮氧传感器、第一压差传感器、第二温度传感器、中游氮氧传感器、第二压差传感器、下游氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷艳，李泳，仇滔，陈新宇，刘显武，岳广照，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11