基于模型的柴油机Urea-SCR系统闭环控制策略仿真

针对某型柴油机的尿素选择性催化还原(Urea-SCR)系统,在相关SCR化学反应特性试验的基础上,考虑到NH_3泄漏引起的NO_x传感器交叉敏感问题,采用Matlab/Simulink建立了基于模型的SCR闭环控制策略,主要包括动态床温估算模型、起喷温度控制模型、基于NO_x传感器的原机NO_x排放估算模型、空速计算子模型、目标转化效率修正模型、尿素水溶液换算子模型、NH_3泄漏峰值修正以及储氨修正模型等.在此基础上搭建了基于Simulink和GT-Power的耦合仿真平台,并对SCR控制策略进行模型验证.结果表明:柴油机最终NO_x排放为1.92,g/(k W·h),NH_3泄漏的平均体积分数值为9.26×10~(-6),能达到国Ⅴ排放标准.     

铜基分子筛SCR催化剂活性及NH3存储特性

对比反应温度对大孔Cu/beta和新型小孔Cu/SSZ-13催化剂新鲜和老化样的平均反应速率、NO_x转化率、NH_3存储量和NH_3泄漏的影响;分析了NH_3存储、释放过程以及NH_3存储量与瞬时NO_x转化率的关系;研究了Cu/SSZ-13在空速为3×10~4h~(-1)和5×10~4h~(-1)下NH_3存储特性.结果表明:温度对催化还原反应速率影响显著,空速影响次之;温度升高,两种催化剂平均反应速率升高.两种Cu基催化剂显示出相似的NH_3存储、释放过程.随着温度升高或者空速增加,催化剂的饱和NH_3存储量变小、饱和NH_3存储时间变短;标称NO_x转化率随着温度的增加而增加,随着空速增加而降低.低温下瞬时NO_x转化率随着NH_3存储量的增加而增加;300℃时NH_3存储量对NO_x转化率影响减小.两种催化剂中Cu/SSZ-13对NH_3存储量依赖度更低,且水热稳定性能更优.     

基于模型的Urea-SCR系统添蓝流量控制策略

基于对SCR系统时滞特性和阻容特性的深入分析,利用带时滞的多元可变阻容模型描述SCR系统催化器出口NO_x浓度随添蓝流量的变化规律,提出基于模型的SCR系统控制策略。研究结果表明,催化器的储氨量得到准确控制,NO_x转化效率提高且NH_3泄漏浓度显著降低。     

高功率密度柴油机的喷油时刻对燃烧排放的研究

运用AVL FIRE软件,建立某台单缸高功率密度柴油机模型,研究喷油时刻对该柴油机燃烧排放的影响规律,并用柴油机台架试验验证模型的合理性。着重仿真分析了不同喷油时刻对柴油机缸内压力、温度、放热率、功率、燃油消耗率以及排放的影响。分析结果表明:喷油时刻每提前3°曲轴转角,缸内压力和温度分别升高6.55%和2.8%;放热速率快,放热相对集中;NO_x排放增加,碳烟排放降低;功率下降,燃油消耗率升高;当喷油时刻为上止点前16°曲轴转角时,NO_x和碳烟排放都能满足排放法规要求,且动力性和经济性能较好。     

SCR催化剂表面NH3和NO吸附实验与机理研究

选择性催化还原(SCR)技术被广泛应用于大型燃煤机组烟气氮氧化物脱除中,脱硝效率达到90%以上。烟气温度下降会导致SCR系统的催化剂受损,在停机之前会停止向SCR系统喷氨,导致此期间的NO_x排放超标。采集并计算了某电厂停炉过程中排放NO的数据,实验发现NO排放量在此过程中仍会有不同幅度的降低。运用密度泛函理论(DFT)基于V_2O_5团簇模型研究了NO和NH_3在催化剂不同吸附位上的吸附机理。研究结果表明:NO不会稳定吸附在催化剂的表面;NH_3既能吸附在钒基表面的Lewis酸性位,又可吸附在Br?nsted酸性位,而且更稳定。由此可知,停机后由于吸附在催化剂表面的NH_3与烟气中的NO反应,使得出口处的NO量降低。     

煤粉炉高温还原性氛围下NH_3还原NO_x

在一台75,t/h煤粉炉上采用炉内空气分级和低氮燃烧器进行改造,在主燃区创造高温强还原性氛围,在该区域喷入氨还原剂,通过实验研究在高温强还原性气氛下NH_3还原NO_x的影响因素及效果,结果表明:当主燃区过量空气系数(37)11时,喷入尿素溶液后,NO_x体积分数明显低于仅采用空气分级时的工况,当(37)11.15时,则得到相反结果,在富氧条件下NH_3易生成NO_x;在(37)1=0.9时,四角处和侧墙处沿喷枪轴线方向氧体积分数均小于0.4%,,温度在1,200~1,300,℃,该氛围下NH_3可有效降低NO_x;喷射位置在炉膛四角时NO_x排放浓度明显低于在侧墙处,最佳氨氮摩尔比为1.73,且在侧墙处喷入尿素溶液,随着氨氮摩尔比的增加NO_x排放有明显上升趋势;在主燃烧区喷入尿素溶液((37)1=0.9,氨氮摩尔比为1.73)NO_x还原效率为66.5%,,比单独采用空气分级高35.27%,,零氨逃逸.     

基于性能优化的小缸径二冲程低速船用柴油机喷油方式研究

针对小缸径二冲程高压共轨低速船用柴油机,在常用工况75%负荷下,通过台架性能试验和仿真计算研究了燃油标准喷射、预喷射和后喷射等喷射方式对整机燃油消耗和氮氧化物(NO_x)排放的影响。研究结果表明:相对于标准喷油方式,预喷加主喷的燃油喷射方式大幅提高了最高燃烧压力,最高燃烧压力增幅达9.3%,既降低了NO_x排放同时又获得良好的燃油经济性,NO_x排放降低了3.8%,燃油消耗率降低了0.4%。在性能试验的基础上建立仿真计算模型,通过模拟计算研究不同预喷开始角度对整机性能的影响,获得最佳的预喷开始角。     

燃气锅炉烟气潜热势利用技术研究

为进一步提高燃气锅炉热效率,同时兼顾低氮燃烧技术的应用,研发了一种烟气潜热回收与低氮燃烧耦合技术,并对1台7 MW燃气热水锅炉实施改造,通过实测对比分析改造前后锅炉能效和NO_x排放的变化。结果表明:改造后烟气潜热回收率提高,锅炉热效率升至102.7%,提高了6.2%;其中,锅炉本体和省煤器结算热分别提高1.3%和5.5%,散热损失增加0.6%。NO_x排放浓度与助燃空气含湿量有关,随助燃空气含湿量升高显著降低,当助燃空气含湿量为116.6 g/kg时,NO_x排放浓度可低至19 mg/m~3;改造后锅炉单位热产品NO_x减排率达80%以上,环境效益显著。     

基于NO_x传感器的Urea-SCR系统氨闭环控制策略

考虑到氨闭环控制中NH_3传感器成本高的问题,针对基于氮氧化物(NO_x)传感器的尿素选择性催化还原(Urea-SCR)系统氨闭环控制策略进行了研究,以Matlab/Simulink软件为仿真平台建立了前馈控制模型、反馈控制模型、催化器模型和NO_x传感器模型;考虑到NO_x传感器对NH_3的交叉敏感特性,通过扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,可根据NO_x传感器信号对催化器下游NH_3泄漏量进行估计;在3个典型工况下采用不同的尿素喷射量进行试验,根据试验数据用非线性最小二乘法对催化器模型进行了参数辨识;在欧洲瞬态测试循环(ETC)下进行了试验,并与模型仿真结果进行对比.结果表明:模型能较好地预测催化器下游NO排放和NH_3泄漏情况,且该控制策略在仿真和试验条件下均能将催化器下游NO排放控制在2,g/(k W·h)以下,NH_3体积分数控制在9×10~(-6)左右.     

喷油策略对混合燃料压燃模式排放物的影响

针对燃油喷射参数对微粒排放的影响进行了试验,分析了燃油喷射时刻、喷射压力及EGR率对微粒排放粒径分布的影响规律,试验在一台4缸柴油机上进行,采用了体积分数为80%,汽油与20%,柴油的混合燃料(记为G80).结果表明:在其他喷油策略不变的情况下,提高喷射压力,各模态微粒数量浓度峰值向小粒径方向偏移,各模态微粒数量均呈下降趋势,NO_x排放有大幅度提升;当EGR率从10%,增加到30%,时,各模态微粒数量浓度峰值均向大粒径方向偏移,各模态微粒数均呈上升趋势,尤其EGR率从25%,增加到30%,时,微粒数量大幅度增加,而EGR率的增加同样抑制了NO_x的生成;提前第一次喷射时刻,对微粒排放影响不大,NO_x排放降低;提前第二次喷射时刻,各模态微粒数量浓度峰值均向小粒径方向偏移,且各模态微粒数均呈下降趋势,而NO_x排放呈现明显的上升趋势.     

车用柴油机排放NOx催化还原净化初探

简要分析柴油机NOx的产生机理、控制方法；比较各种柴油机NOx催化还原净化技术的特点；根据车用柴油机工作要求，确定了适合车用柴油机NOx净化的NH3—SCR方法，进行发动机台架实验，分析了实验结果。     

SCR烟气脱硝系统性能试验中几个问题的探讨

针对目前我国还没有SCR烟气脱硝装置性能试验规程的情况,结合某电厂600 MW机组SCR烟气脱硝装置性能试验的实践,介绍了烟气脱硝系统性能试验采用的标准、性能试验的特点和性能试验中NOx、NH3、SO3等     

SCR烟气脱硝效率及催化剂活性的影响因素分析

分析了影响选择性催化还原法烟气脱硝性能的主要因素,重点分析了脱硝效率及催化剂活性随反应温度、NH3/NOx摩尔比、入口NOx浓度等参数的变化规律.     

不同路线国V车用柴油机非常规排放对比研究

在AVL全流采样(CVS)发动机台架上,对2台国V柴油机进行了ESC、ETC测试循环,并利用FTIR气体分析仪对非常规气体排放进行了测试。通过对比不同技术路线(增压中冷+共轨+EGR+DOC+DPF和增压中冷+共轨+SCR)发动机的NO2、SO2、NH3、HCHO和NOx排放,对它们的排放特性进行了试验研究;同时还分析了两种路线的CO2排放和油耗情况。研究结果表明DOC+DPF可以使NOx中NO2的比例升高,ESC循环达到了24.3%;两种路线都可以使车用柴油机满足国V排放标准要求,但前者THC、CO、HCHO、NH3排放明显低于后者,后者NO2排放及NO2在NOx排放中的比例明显低于前者。SCR路线在油耗和CO2排放方面相对具有优势。     

柴油机Urea-SCR系统内流场与化学反应耦合研究

提出三维流场与一维化学反应相耦合的方法对柴油机尿素(urea)-选择性催化还原(SCR)系统进行全尺寸模拟,真实反映SCR系统内部气流运动状态对化学反应的影响。选择柴油机典型工况的排气温度、流量及压力等物理信息作为边界条件,对SCR系统进行流场分析,截取催化器前端截面的速度切片,建立流速均匀性系数与工况的函数模型,研究各流速分布下运行参数对NO_x转化效率及副产物N_2O生成的影响,为优化SCR系统控制策略提供指导。结果表明,不同工况下柴油机SCR催化器前端各区域流速差异明显,且流速均匀性系数在0.6～0.8区间内,氨氮比为1.1且NO_2、NO_x之比在0.0～0.5区间内时,NO_x转化效率最高,副产物N_2O的生成最少。     

大功率柴油机尿素-选择性催化还原系统混合器仿真与试验研究

针对大功率柴油机选择性催化还原技术(SCR)应用需求,设计了两种混合器方案,两方案的差别在于是否在喷射点前安装前置混合器。利用计算流体动力学(CFD)技术对两方案的气流轨迹、尿素分解率、分布均匀性及压力损失进行了仿真分析,并进行D2排放循环测试验证两方案的NO_x转化效率。仿真及试验结果表明:安装前置混合器可以产生旋流,促进尿素液滴与气流充分混合,提高尿素分解率和NH_3分布均匀性,压力损失增高;安装前置混合器能够提高SCR催化器的NO_x转化效率,并可以通过标定优化使NO_x比排放满足欧盟第五阶段排放限值要求。研究表明,前置混合器更能适应当前及未来大功率柴油机NO_x排放法规限值要求。     

重型柴油机欧Ⅵ后处理系统构型方案试验研究

以柴油机氧化催化器(DOC)、催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)、选择性催化还原催化器(SCR)及氨氧化催化器(ASC)为研究对象,利用发动机台架,对DOC-CDPF-SCR-ASC和DOC-SCR-CDPF两种不同的后处理系统构型方案在不同测试循环下的NO_x转化效率、NH_3泄漏、N_2O排放、颗粒(PM)排放、颗粒数(PN)排放及CDPF的被动再生效果进行了对比研究。研究表明:两种构型方案下的PM及PN排放基本一致;DOC-CDPF-SCR-ASC构型方案具有更高的NO_x转化效率和颗粒物被动再生效果,该构型方案下CDPF对SCR催化器入口处的NO_2/NO_x摩尔比起到调控作用,使其更有利于SCR的反应,同时由于CDPF中的被动再生及NO氧化反应会释放热量,SCR催化器平均温度与DOC-SCR-CDPF构型方案下差别不大;而DOC-SCR-CDPF构型方案下,CDPF可以起到ASC的作用且具有更低的氨泄漏,但会产生较高的NO_2和N_2O排放。     

基于CNN-LSTM的燃气轮机NOx排放预测研究

为了建立精准的NO_x预测模型,解决燃气轮机电站存在NO_x超标排放的问题,提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)和长短期记忆神经网络(Long Short-term Memory, LSTM)组合模型的NO_x排放预测方法。将NO_x排放历史数据和燃气轮机燃烧的状态参数通过滑动窗口法构建成特征图格式输入到CNN中,利用其卷积层和池化层提取表征NO_x动态变化的特征向量,并转化为时间序列格式输入到LSTM中进一步挖掘内部规律,从而实现NO_x的排放预测。以某三菱燃气轮机的历史运行数据进行试验。结果表明:CNN-LSTM的相对均方误差e_(RMSE)为1.811 mg/m~3,并通过与PCA-BP,PCA-RNN和PCA-LSTM模型进行比较,验证了方法的可行性。     

结合改进雨量不确定性计算方法的洪水概率预报及其应用

为更准确地预报洪水发生概率,针对传统雨量不确定性计算方法中相对误差估计不准确的问题,将独立同分布中心极限定理引入降雨不确定性计算中,推求一定区域内某次降水过程中面雨量测值的相对偏差、测量误差以及相对误差,实现降雨不确定性概率描述;降雨量概率分布计算与确定性水文预报模型耦合,最终实现考虑降雨不确定性的洪水概率预报,并以滩坑流域2014年间5场洪水过程为例对该方法进行了验证。结果表明,5场洪水预报的确定性系数均在0.89以上,洪峰误差均在9%以内,洪量误差均在7%以内,且预报区间覆盖率均在61%以上。说明结合改进雨量不确定性计算方法的洪水概率预报效果较好,预报精度和覆盖率高,具有一定工程实际意义。     

锅炉热效率不确定度计算软件开发

在对锅炉性能试验测试结果的评定中,不确定度理论越来越多的被广泛应用.本文介绍了不确定度评定的理论模型,并根据其计算方法基于C++ Builder6.0进行软件开发.经过检验计算结果准确,可较好的指导电厂实际运行.