[发明专利]一种基于工况变化率的尿素水溶液喷射量计算方法

说明书

本发明公开了一种基于工况变化率的尿素水溶液喷射量计算方法，所述方法为：根据热动力设备实际工作过程计算当前t时刻排气流量变化率排气温度变化率催化反应器SCR进口NOx浓度变化率等；计算催化反应器从零时刻开始至当前t时刻内存储在催化反应器内部的氨存储量S_t；计算当前t时刻Δτ时间内氨存储量变化为S_t+Δτ‑S_t；计算当前t时刻Δτ时间内氨释放量R_t；计算得出当时所需氨量从而计算所需尿素水溶液喷射量Q。该方法动态计算了氨气的存储释放全过程，精确响应了工况的动态变化，可以实现工况变化复杂的尿素水溶液喷射量精确实时响应。

技术领域

本发明涉及热动力设备后处理催化反应器技术领域，更具体的说，是涉及一种尿素水溶液喷射量计算方法。

背景技术

随着热动力设备排放法规日趋严格，SCR催化反应器(selective catalystreduction，选择性催化还原反应器)成为降低NOx排放污染的主流技术，主要通过喷射尿素水溶液产生NH₃，催化还原氮氧化物。当前，《GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》已经明确规定了WHSC工况下NOx和NH₃排放限值分别为400mg/kWh和10ppm。对于非稳态工况，法规增加了发动机台架的非标准循环和利用车载排放测试催化器进行的实际道路排放测试，并规定了实际行驶工况有效数据点的排放限值要求。随着越来越严格法规的出台，对非稳态工况NOx和NH₃泄漏实时监控将成为必然。

氨气从产生到反应到泄漏流程比较复杂，流程如图1所示。在催化剂表面，大部分吸附态NH₃与NO_X发生反应，但仍有小部分吸附态NH₃未参与反应，存储在SCR催化器内，NH₃的存储会使参与化学反应的还原剂变少。

NH₃存储量受最大氨存储量、累计氨存储量以及工况变化率等因素影响，其中工况变化主要体现在排气温度，排气流量，排气NOx浓度等因素。

存储的NH₃受工况变化，会有一部分释放出来重新参与还原反应，另有一部分会泄漏出来，以气态方式随排气直接排出，由于NH₃具有强烈刺激性气味，高浓度NH₃会损害人体健康，NH₃泄漏会产生二次污染。

由于累计氨存储量是一个NH₃持续累积的过程，而且在某一时刻的累计氨存储量与前一时刻累计氨存储量以及前一时刻的NH₃存储速率和释放速率相关。

图2给出了SCR催化器累计氨存储量随时间的变化关系示意图，取相同时间间隔的三个时间点A、B和C，假设要计算时间点A处的累计氨存储量，就要相应的计算B时间点的累计氨存储量，而B时间点的累计氨存储量需要通过C时间点的累计氨存储量获得，以此类推，只有从0时刻开始，才能够准确的计算出任意时刻点的累计氨存储量。

另外如背景技术所述，某一时刻的累计氨存储量与前一时刻累计氨存储量以及前一时刻的NH₃存储速率和释放速率相关，与此同时，对于非稳态工况而言，排气温度、NOx浓度、排气流量等参数的变化率不断发生改变，这些工况参数的变化率同样影响NH₃的存储速率和释放速率。图3给出了SCR催化器氨气释放速率随温度变化的变化关系示意图，例如A时间点20℃/s的排气温度变化率与B时间点50℃/s的排气温度变化率对NH₃释放速率的影响差异明显。