The invention discloses an observation method for ammonia coverage and storage capacity of a diesel engine series SCR system, belonging to the technical field of tail gas treatment. The present invention first establishes a state space model based on the main chemical reactions in a series SCR system and simplifies it into a single state space model; on this basis, the EKF algorithm is used to estimate the average catalyst surface ammonia coverage rate and the total ammonia storage capacity of two SCR reaction tanks; and finally, the two time scales method is used to estimate the average catalyst surface ammonia coverage rate and the total ammonia storage capacity respectively. The ammonia coverage and storage capacity of a reaction tank can reduce the calculation load. The observation method provided by the invention can effectively estimate the ammonia coverage and storage capacity on the catalyst surface at the same time, and provides the basis for the subsequent controller design; the invention adopts the double time scale method, effectively reducing the calculation time of the algorithm, and is more conducive to practical application.
【技术实现步骤摘要】
一种柴油机串联SCR系统氨气覆盖率与存储量观测方法
本专利技术属于尾气处理
,涉及一种控制估计方法,特别适用于中重型柴油机尾气后处理SCR系统催化剂中氨气覆盖率与存储量的估计观测,具体地说,是指一种柴油机串联SCR系统氨气覆盖率与存储量观测方法。
技术介绍
近十年来,随着我国排放法规越来越严格,柴油机尾气排放问题引起了广大民众的关注。柴油机选择性催化还原(SCR)系统由于其较高的氮氧化物转化效率和燃油经济性,成为了最具有前途的柴油机尾气后处理系统,同时也吸引了众多研究者的关注。SCR系统作为尾气后处理系统的一部分被广泛应用于柴油机中,主要功能是减少氮氧化物的排放。SCR系统实际上是一种选择催化还原技术,当它在正常工作时,SCR系统入口端被喷入尿素,尿素在一定温度条件下蒸发,水解产生出氨气,氨气再在催化剂的作用下将氮氧化物还原为对环境友好的氮气和水。在SCR系统中,如果要达到很高的氮氧化物转化效率,就必须喷入大量的尿素。但是尿素过多会导致未反应完全的氨气排入到大气之中,而氨气同样会对人体产生不好的影响。为了在提高氮氧化物转化效率的同时,又减少氨气的泄露,一种双串联SCR系统的技术被提出。双串联SCR系统就是在单个的SCR系统后再加一个反应罐,这样就可以控制第一个反应罐拥有较高的尿素含量以获得高的氮氧化物转化效率;控制第二个反应罐保持较低的尿素含量以达到降低氨气泄漏量的目的。这种方法完美地解决了高氮氧化物转化效率和低氨气泄漏量之间的矛盾,被该领域的诸多研究者认可。在双串联SCR系统中,尿素的喷射是系统唯一的控制输入,而系统中催化剂表面的氨气覆盖率被认为是 ...
【技术保护点】
1.一种柴油机串联SCR系统氨气覆盖率与存储量观测方法,其特征在于:包括如下步骤,第一步,根据串联SCR系统内化学反应建立状态空间模型,并将其简化为单状态空间模型;步骤1.1:尿素喷射系统喷射质量百分比浓度为32.5%的尿素溶液,尿素在排气管中生成NH3随柴油机尾气一起进入SCR系统;步骤1.2:NH3在催化剂上的吸附与解吸附过程:
【技术特征摘要】
1.一种柴油机串联SCR系统氨气覆盖率与存储量观测方法,其特征在于:包括如下步骤,第一步,根据串联SCR系统内化学反应建立状态空间模型,并将其简化为单状态空间模型;步骤1.1:尿素喷射系统喷射质量百分比浓度为32.5%的尿素溶液,尿素在排气管中生成NH3随柴油机尾气一起进入SCR系统;步骤1.2:NH3在催化剂上的吸附与解吸附过程:其中θfree代表SCR内催化反应位置点,表示吸附在催化剂表面的氨气;其中反应的正逆反应速度分别为:公式中,R代表化学反应速率,R是常数;T代表反应温度,Ead、Ede分别表示正逆反应的活化能;Kad和Kde分别表示正逆反应的化学反应系数;Rad、Rde分别表示正逆反应速度;代表正反应过程中氨气的浓度,代表催化剂上的氨气覆盖率,其中定义氨气覆盖率为:其中表示吸附在催化剂上氨气的摩尔量,Θ表示催化剂总的氨气覆盖率能力,也叫作催化剂表面氨气存储量;步骤1.3:催化剂表面吸附的NH*3的氧化:其中,Rox,Kox,Eox分别表示催化剂表面吸附的NH*3的氧化反应速度、反应系数和活化能;步骤1.4:氮氧化物的还原;只考虑NO的还原反应,反应方程式及反应速率如下,其中,Rre,Kre,Ere,CNO分别表示上述NO的还原反应的化学反应速度、化学反应系数、反应的活化能和NO的浓度;根据摩尔守恒和质量守恒定律,由上述的四个化学反应速率方程建立如下的状态空间模型:其中,i=1,2分别表示反应罐2和反应罐1,x=ad,de,ox,re,分别表示正反应过程即吸附反应、逆反应过程及解吸附反应、氧化反应和还原反应过程;CNO,i和是第i个反应罐的NO和氨气浓度;当i=2时,表示氨气入口的浓度,CNO,3表示柴油机尾气中NO的浓度;F是柴油机尾气流速;Vi是第i个反应罐的体积;Θi表示第i个反应罐中催化剂表面氨气存储量;代表第i个反应罐中催化剂上的氨气覆盖率;分别表示第i个反应罐中NO浓度的微分、氨气覆盖率的微分和氨气浓度的微分;将上述的状态空间模型(9)简化为单状态空间模型,假设氮氧化物和氨气浓度的微分为零,得到了只关于氨气覆盖率和存储量的状态方程,具体简化公式如下所示:第二步,在简化的单状态空间模型的基础上,运用拓展卡尔曼滤波EKF算法来估计两个SCR反应罐的平均催化剂表面氨气覆盖率和总体氨气存储量;第三步,运用双时间尺度方法来分别估计两个反应罐的氨气覆盖率和存储量,达到减少计算负荷的目的。2.根据权利要求1所述的一种柴油机串联SCR系统氨气覆盖率与存储量观...
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