[发明专利]一种用于选择性催化还原脱硝装置的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及脱硝领域，特别是涉及一种用于选择性催化还原脱硝装置的控制方法及系统。

背景技术

随着航运业的快速发展，全球海运船舶排放的氮氧化物(nitric oxide metabolite，NOx)尾气逐年增加，鉴于NOx对人类和环境的极大危害，如何高效地减少NOx的排放引起了全球的关注。国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)通过了《MARPOL73/78公约》附则Ⅵ，且在2016年元旦开始实施更为严格的三等级排放标准tierⅢ。2016年人大建议第3192号也提出了关于控制沿海船舶空气污染的建议。因此，减少NOx的排放成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

选择性催化还原脱硝(Selective Catalytic Reduction Denox，SCR-DeNOx)技术以其高效性、可靠性以及易维护性等优良的性能成为全球应用最为广泛、最有成效的减少NOx的方法之一。SCR-DeNOx控制系统包括反应器子系统、喷氨控制子系统、检测控制子系统等多个组成部分。选择性催化还原脱硝技术的反应机理是在温度为250℃～450℃以及在催化剂五氧化二钒/二氧化钛(V2O5/TiO2)的作用下，通过喷射氨水将船舶尾气中的NOx还原为无污染的氮气(N2)和水，其中氨水为37.5％的尿素水溶液。

SCR-DeNOx的主要化学反应如下所示：

(1)尿素水解反应：

CO(NH₂)₂+H₂O→2NH₃+CO₂

(2)氨气的吸附和脱附反应：

(3)氨气的SCR反应：

快速反应比标准反应要快一个数量等级，在催化剂钒基(Vanadium)中慢速反应十分缓慢，而在铁-沸石(Fe-Zeolite)中慢速反应又比标准反应快。但在SCR-DeNOx系统中NO占NOx的90％，快速反应较弱，因此本发明以标准反应为主。

在SCR-DeNOx控制系统中，喷氨量子系统的控制是最为关键的部分，直接影响整个系统的脱硝率和氨气逃逸量。喷氨量控制策略主要有两种方式：固定氨氮摩尔比控制和固定出口NOx浓度控制。两者在控制主回路上基本相同，但固定氨氮摩尔比控制是一种简单的单回路控制系统，根据氨氮摩尔比直接获取喷氨量。该方式忽略了出口NOx浓度值的变化，尤其是喷氨量过高时会造成脱氮过度，氨气的逃逸量大大增加而形成二次污染。而固定出口NOx浓度控制方法则是一个闭环控制系统，脱硝率为函数，其氨氮摩尔比是可变的，通过及时调节喷氨量可避免脱氮过度。

现有技术中，SCR-DeNOx喷氨控制子系统采用传统的比例、积分、微分(proportional-integral-derivative，PID)控制器对喷氨量进行控制，但是，由于SCR-DeNOx喷氨量控制子系统具有非线性和时滞性，传统的PID控制器具有动态反应较慢、鲁棒性弱的缺点，喷氨量过低则不能保证NOx的转换率，喷氨量过高又会造成脱氮过度，大量逃逸的氨气还会形成二次污染。因此，采用传统的PID控制器难以获得较好的脱硝效果，容易造成脱硝效率低或氨逃逸量大的问题。

因此，如何提供一种能够根据入口氮氧化合物浓度精确调节喷氨量的控制方法和系统，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于选择性催化还原脱硝装置的控制方法，能够根据入口氮氧化合物浓度精确调节喷氨量，在提高脱硝效率的同时还能减少氨气的逃逸量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于选择性催化还原脱硝装置的控制方法，所述控制方法包括：

建立选择性催化还原脱硝系统的仿真实验平台；

根据各给定的第一入口氮氧化合物浓度和第一出口氮氧化合物浓度运行所述仿真实验平台，获得对应的第一喷氨量；

采用软测量分析方法分析多组离线数据，获得喷氨控制系统模型，其中，各组所述离线数据均包括：所述第一入口氮氧化合物浓度、所述第一出口氮氧化合物浓度和所述对应的第一喷氨量；

采用模型预测控制方法对所述喷氨控制系统模型进行双线性变换，获得用于控制喷氨量的预测控制模型。

可选的，所述采用模型预测控制方法对所述喷氨控制系统模型进行双线性变换具体包括：

对所述喷氨控制系统模型进行双线性变换，获得双线性模型；