一种基于工况变化率的尿素水溶液喷射量计算方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种基于工况变化率的尿素水溶液喷射量计算方法


[0001]本专利技术涉及热动力设备后处理催化反应器
，更具体的说，是涉及一种尿素水溶液喷射量计算方法。

技术介绍

[0002]随着热动力设备排放法规日趋严格，SCR催化反应器(selective catalyst reduction，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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]另外如
技术介绍
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。
[0009]当前尿素水溶液量控制策略少有考虑NH3存储量，未考虑当前工况参数的变化率，未考虑NH3的实际释放过程，导致尿素水溶液量计算不完全合理，不能及时响应工况的变化，不能完全满足越来越严格的排放法规要求。所以，要正确计算任意工况下的尿素水溶液量，必须分析清楚从零时刻开始的NH3存储量，同时必须分析当前工况下的温度变化率，NOx
浓度、排气流量等参数的变化率，这样才能保证既能充分还原NOx，又能保障不因喷射过多而产生NH3二次泄漏。

技术实现思路

[0010]鉴于上述问题，本专利技术提出一种基于工况变化率的尿素水溶液喷射量计算方法，其特征在于：
[0011]S1：通过获取的排气温度、NOx浓度、排气流量V工况参数，计算得到相应的工况参数变化率；
[0012][0013]其中，ΔV为所述SCR催化器在Δτ时间内的排气流量变化量，为排气流量的变化率；
[0014][0015]其中，ΔT为所述SCR催化器在Δτ时间内的排气温度变化量，为排气温度的变化率；
[0016][0017]其中，为所述SCR系统进口在Δτ时间内的NOx浓度变化量，为催化反应器入口NOx浓度的变化率；
[0018]S2：根据SCR催化器进口和出口的NOx浓度，计算SCR催化器的NOx转化效率：
[0019][0020]其中，η为所述SCR催化器NOx转化效率；
[0021]S3:利用SCR催化反应器入口的NOx浓度n
NOx_in
、排气流量以及步骤S2所述的NOx转化效率计算得到累计氨存储量；
[0022]S
t+Δτ
＝S
t
+ΔS
[0023]ΔS＝(1
‑
η)m(n
NOx
)
[0024]其中，η为时间Δτ内的NOx转化效率，S
t+Δτ
为从零时刻开始累计到t+Δτ时刻的累积氨存储量，S
t
为从零时刻开始累计到t时刻的累积氨存储量，ΔS为t时刻到t+Δτ时刻的新增氨存储量，m为NOx浓度与NH3浓度转换函数；
[0025]S4:在发动机运行的某一时刻，根据排气流量V变化率NOx浓度变化率排气温度变化率从零时刻开始的累计氨存储量S
t+Δτ
，计算得到当前时刻的氨释放量R
t
；
[0026]S5:测试稳态/非稳态工况下，SCR催化器在不同排气温度、排气流量下的最大氨存储量
[0027]S6:根据排气流量变化率、NOx浓度变化率，SCR催化器载体温度变化率，最大氨存
储量以及从零时刻开始的累计氨存储量，计算得到当前时刻的氨释放量
[0028]S7:利用SCR催化器入口的NOx浓度、排气流量V，计算理论所需的NH3量
[0029][0030]其中，n
NOx_in
为SCR催化反应器入口的NOx浓度，V为排气流量，为理论所需的NH3量，f为理论NH3需求量的计算函数；
[0031]S8:基于S3所述的累计氨存储量，步骤S6所述的氨释放量以及步骤S7所述的理论NH3量，尿素喷射量计算模块能够获得实际所需的尿素喷射量；
[0032][0033][0034]其中，S
t
为从零时刻开始到t时刻的累计氨存储量，R
t
为t时刻的氨释放量，为理论所需的NH3量，为实际所需的NH3量，h为氨气与尿素水溶液量的计算函数，Q为实际所需的尿素水溶液量。
[0035]进一步地，步骤6通过以下方式实现：
[0036]S61:测试稳态/非稳态工况下，SCR催化反应器在不同排气温度、排气流量下的最大氨存储量
[0037]S62:利用排气流量变化率NOx浓度变化率排气温度变化率从零时刻开始到t时刻计算得到累计氨存储量S
t
以及最大氨存储量计算得到当前时刻的氨释放量R
t
；
[0038][0039]其中，分别为t时刻的排气温度变化率、排气流量变化率、SCR催化器入口的NOx变化率，为SCR催化器在t时刻的最大氨存储量，S
t
为从零时刻开始到t时刻的累积氨存储量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于工况变化率的尿素水溶液喷射量计算方法，其特征在于：S1：通过获取的排气温度、NOx浓度、排气流量V工况参数，计算得到相应的工况参数变化率；其中，ΔV为所述SCR催化器在Δτ时间内的排气流量变化量，为排气流量的变化率；其中，ΔT为所述SCR催化器在Δτ时间内的排气温度变化量，为排气温度的变化率；其中，为所述SCR系统进口在Δτ时间内的NOx浓度变化量，为催化反应器入口NOx浓度的变化率；S2：根据SCR催化器进口和出口的NOx浓度，计算SCR催化器的NOx转化效率：其中，η为所述SCR催化器NOx转化效率；S3:利用SCR催化反应器入口的NOx浓度n
NOx_in
、排气流量以及步骤S2所述的NOx转化效率计算得到累计氨存储量；S
t+Δτ
＝S
t
+ΔSΔS＝(1
‑
η)m(n
NOx
)其中，η为时间Δτ内的NOx转化效率，S
t+Δτ
为从零时刻开始累计到t+Δτ时刻的累积氨存储量，S
t
为从零时刻开始累计到t时刻的累积氨存储量，ΔS为t时刻到t+Δτ时刻的新增氨存储量，m为NOx浓度与NH3浓度转换函数；S4：在发动机运行的某一时刻，根据排气流量V变化率NOx浓度变化率排气温度变化率从零时刻开始的累计氨存储量S
t+Δτ
，计算得到当前时刻的氨释放量R
t
；S5：测试稳态/非稳态工况下，SCR催化器在不同排气温度、排气流量下的最大氨存储量S6：根据排气流量变化率、NOx浓度变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭理刚，郭雅各，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：