本发明专利技术属于新型内燃机领域，涉及一种船用氨催化制氢系统及控制方法，包括氨催化制氢反应系统和氨氢混合比控制系统，包括氨燃料箱、气化器、烟气余热加热器、氨催化反应器、冷却器以及氨氢缓冲罐，温度、压力、流量、爆震、转速、曲轴位置传感器、氨氮氢比例超声在线测定仪、数字信号处理器和流量、压力调节阀执行器、电源电路及PC机；通过增加内燃机入口处氨燃料直接通道，通过流量、氨氮氢比例超声在线测定仪检测结果通过数字信号处理器实时控制烟气余热加热器入口处流量阀门执行器、氨燃料直接通道流量阀门执行器和发动机入口处压力阀门执行器以匹配内燃机工况需求，调节反应器温度和氨燃料的补给实现内燃机预设氨氢混合比。
1、目前，消耗化石燃料产生的环境污染问题日益突出。同时，航运业近年来发展迅速。80％以上的国际贸易来自海运；每年全球远洋船舶排放的氮氧化物约占总排放量的15.2％。
2、氨、氢虽然是很好的船舶替代燃料，但单独使用都存在不可避免的技术难题。氢气的储运问题和安全性制约其发展，氨气燃烧性能差等特点限制其发展，同时发动机尾气余热会带走一部分热量，使内燃机效率降低，氨氢混合燃烧有望解决这些技术瓶颈。
3、本专利技术设计了一种船用氨催化制氢系统及控制方法，增加内燃机入口处氨燃料直接通道，通过流量、氨氮氢比例超声在线测定仪检测结果实时控制烟气余热加热器入口处流量阀门执行器、氨燃料直接通道流量阀门执行器和发动机入口处压力阀门执行器以匹配内燃机工况需求，通过调节反应器温度和氨燃料的直接补给实现内燃机预设氨氢混合比。
4、氨氢混合比控制系统还包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、爆震传感器、转速传感器、曲轴位置传感器、氨氮氢比例超声在线测定仪、数字信号处理器和流量、压力调节阀执行器。
>5、进一步的，还包括：6、内燃机入口处氨燃料直接通道，液氨从氨燃料箱流出经过气化器分两路，一路进入烟气余热加热器加热，进入氨催化反应器进行裂解反应，混合气进入冷却器，最后流入氨氢缓冲罐；另一路不进行催化裂解反应，用于添加进混合气完成预设氨氢混合比的配平，供内燃机使用。
7、进一步的，氨燃料直接通道安装氨流量传感器以及第一氨流量调节阀；
8、氨燃料反应通路安装在第二氨流量调节阀，烟气余热加热器、氨催化反应器、冷却器后分别安装温度传感器以及流量传感器，氨氢缓冲罐出口管路安装压力、流量传感器、氨氮氢比例超声在线测定仪以及流量调节阀。
9、进一步的，所述数字信号处理器输入信号来自所述温度、压力、流量传感器、爆震传感器、转速传感器、曲轴位置传感器、氨氮氢比例超声在线测定仪，输出信号控制流量、压力调节阀执行器、反应器加热温度以及冷却器换热介质流量。
10、进一步的，所述气化器所用换热介质为50％的水-乙二醇溶液；
11、所述冷却器所用换热介质为50％的水-乙二醇溶液。
12、根据本专利技术第二方面，本专利技术请求保护一种船用氨催化制氢系统控制方法，控制所述的一种船用氨催化制氢系统，包括：
13、数字信号处理器通过内燃机工况、入口处燃料状态以及氨氢缓冲罐出口管路气体状态实时控制氨流量直接通道的第一氨流量调节阀、氨反应通道的第二氨流量调节阀以及压力调节阀，通过调节氨燃料的直接补给实现发动机预设氨氢混合比；
14、软件算法采用pid控制，其传递函数如下：
15、gc(s)＝[(1+tds)/(1+εtds)][kp+(kp/tis)]
16、其中，td为微分时间常数，ε为微分增益，kp为放大系数，ti为积分时间常数。
17、进一步的，数字信号处理器通过转速传感器、曲轴位置传感器获取内燃机运行工况，通过温度、流量、压力传感器获取内燃机入口处燃料状态，通过压力、流量传感器以及氨氮氢比例超声在线测定仪获取氨氢缓冲罐出口管路气体状态。
18、进一步的，数字信号处理器通过温度传感器获取实时数据控制冷却器的传热介质流量；
19、数字信号处理器通过温度传感器-获取实时数据控制氨催化反应器的加热温度；
20、数字信号处理器通过流量传感器获取实时数据控制第一氨流量调节阀；
21、数字信号处理器通过爆震传感器判断内燃机缸内是否产生爆震等异常燃烧。
22、进一步的，数字信号处理器由四路a/d和四路d/a转换器及atd-c25-f开发板构成；
23、atd-c25-f型开发板中cpu是32位数字信号处理器tms320c25，时钟频率是40mhz；
24、开发板在系统软件支持下，可以实现对目标系统的硬件调试及软件开发，其命令格式与pcdebug命令格式兼容，可以方便可靠地对用户系统进行硬件、软件开发和调试；
25、a/d转换器采用转换频率为200khz的12位高速器件ad678kd，将ad678kd设计成双极性同步工作方式，数据从低12位输入；
26、d/a转换芯片采用电流建立时间为1μs的12位d/a转换芯片dac1210，设计成双极性工作方式，数据从高12位输出。
27、进一步的，gc(s)用数字信号处理器实现，化成离散控制算法；
28、利用微分先行的流程，用微分-差分映射设计法求得采样周期t，第n个采样时刻各输出量为：
29、u0(n)＝k1u0(n-1)+k2ue-k3ue(n-1)
30、u1(n)＝kpu0(n)
31、u2(n)＝u2(n-1)+k4u0(n)
32、uc(n)＝u1(n)+u2(n)
33、k1＝εtd/(t+εtd)
34、k2＝(t+td)/(t+εtd)
35、k3＝td/(t+εtd)
36、k4＝kpt/ti
37、其中，ue为系统输入，u0、u1、u2、uc分别为系统微分环节、比例环节、积分环节及系统最终的输出值，k1、k2、k3、k4分别为系统上一个时刻、微分环节、比例环节、积分环节的增益，kp为放大系数，ε为微分增益，td为微分时间常数，ti为积分时间常数。
38、有益效果
39、本专利技术通过增加内燃机入口处氨燃料直接通道，通过流量、氨氮氢比例超声在线测定仪检测结果通过数字信号处理器实时控制烟气余热加热器入口处流量阀门执行器、氨燃料直接通道流量阀门执行器和发动机入口处压力阀门执行器以匹配内燃机工况需求，调节反应器温度和氨燃料的补给实现内燃机预设氨氢混合比。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，包括：氨催化制氢反应系统和氨氢混合比控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，氨燃料直接通道安装氨流量传感器(24)以及第一氨流量调节阀(8)；
4.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，所述数字信号处理器(25)输入信号来自第二温度传感器(12)、第三压力传感器(20)、第三流量传感器(16)、爆震传感器(21)、转速传感器(22)、曲轴位置传感器(23)、氨氮氢比例超声在线测定仪(17)，输出信号控制流量、压力调节阀执行器、氨催化反应器(3)加热温度以及冷却器(4)换热介质流量。
5.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，所述气化器(1)所用换热介质为50％的水-乙二醇溶液；
6.一种使用权利要求1至5任一所述船用氨催化制氢系统控制方法的制氢系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种船用氨催化制氢系统控制方法，其特征在于，数字信号处理器(25)通过转速传感器(22)、曲轴位置传感器(23)获取内燃机(5)运行工况，通过温度、流量、压力传感器获取内燃机入口处燃料状态，通过压力、流量传感器以及氨氮氢比例超声在线测定仪(17)获取氨氢缓冲罐出口管路气体状态。
8.根据权利要求7所述的一种船用氨催化制氢系统控制方法，其特征在于，数字信号处理器(25)通过第三温度传感器(13)获取实时数据控制冷却器(4)的传热介质流量；
9.根据权利要求8所述的一种船用氨催化制氢系统控制方法，其特征在于，数字信号处理器(25)由四路A/D和四路D/A转换器及ATD-C25-F开发板构成；
10.根据权利要求9所述的一种船用氨催化制氢系统控制方法，其特征在于，GC(s)用数字信号处理器(25)实现，化成离散控制算法；
...
【技术特征摘要】
1.一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，包括：氨催化制氢反应系统和氨氢混合比控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，氨燃料直接通道安装氨流量传感器(24)以及第一氨流量调节阀(8)；
4.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，所述数字信号处理器(25)输入信号来自第二温度传感器(12)、第三压力传感器(20)、第三流量传感器(16)、爆震传感器(21)、转速传感器(22)、曲轴位置传感器(23)、氨氮氢比例超声在线测定仪(17)，输出信号控制流量、压力调节阀执行器、氨催化反应器(3)加热温度以及冷却器(4)换热介质流量。
5.根据权利要求1所述的一种船用氨催化制氢系统，其特征在于，所述气化器(1)所用换热介质为50％的水-乙二醇溶液；
6.一种使用权利要求1至5任一所...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁一麟，张亚迪，宋恩哲，
申请(专利权)人：烟台哈尔滨工程大学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。