[发明专利]基于非均匀分布式的船舶柴油机脱硝系统的喷氨控制方法

说明书

本发明从多尺度的角度出发，公开一种基于非均匀分布的选择性催化还原脱硝装置的喷氨控制方法及系统，包括：建立选择性催化还原脱硝系统的机理仿真实验平台；采用软测量方法分析数据，获取入口处的氮氧化物浓度，并基于该浓度运行仿真实验平台，获得系统当前的脱硝率；根据入口氮氧化物浓度和设定的出口氮氧化物浓度，获得喷氨控制系统模型；采用单神经元PI控制算法获得满足脱硝率的最少喷氨量，并编程获得非均匀喷氨控制系统模型，其中包括：采用UDF中的DEFINE_SOURCE宏编程作为喷氨格栅，实现非均匀喷氨控制，使用DEFINE_ADJUST宏编写控制算法。本发明获得的控制模型可非均匀的调整系统需要的喷氨量，在提高脱硝效率的同时还能有效降低氨气的逃逸量。

技术领域：

本发明涉及的是一种基于非均匀分布式的船舶柴油机选择性催化还原脱硝 系统过程的喷氨方法，特别是一种结合单神经元PI算法的非均匀分布式喷氨优 化算法，属于化工技术与控制科学交叉领域。

背景技术：

随着船舶数量的增加,由船舶柴油机排气造成的大气污染问题越来越严重， 为了降低排气中氮氧化物(Nitric Oxide，NOx)的排放，国际海事组织 (InternationalMaritime Organization，IMO)制定了相关的法规，第58次 会议海上环境保护委员会通过了《MARPOL公约73/78附则》VI的修订法规，规 定了更为严格的排放标准Tier III，TierIII规定从2016年1月1日开始，废 气排放量降低为Tier I排放阶段的20％，今年人大建议第3192号也提出了关于 控制沿海船舶空气污染的建议。为了满足Tier III排放标准，采用选择性催化 还原脱硝(Selective Catalytic Reduction DeNOx，SCR-DeNOx)技术限制氮氧化 物的排放成为船舶废气排放技术的首选，该技术也是目前唯一可商用的排气后处 理技术。

在所有的船舶柴油机后处理技术中，选择性催化还原脱硝(SCR-DeNOx)技 术是目前使用最广泛的脱硝技术，其脱硝效率高，可靠性强，而且容易维护。 SCR-DeNOx控制系统包括反应器子系统、喷氨控制子系统、检测系统等多个组成 部分。其反应机理是在温度为250℃～450℃以及在催化剂(V2O5/TiO2)的作用 下，通过喷射氨水(37.5％的尿素水溶液)，将船舶尾气中的氮氧化物还原为无污 染的氮气(N2)和水。

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氮氧化物浓度控制。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， 该方式忽略了出口氮氧化物浓度值的变化,尤其是喷氨量过高时会造成脱硝过度， 氨气的逃逸量大大增加而形成二次污染，而固定出口氮氧化物浓度控制方法则是 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 量可避免脱硝过度。