船用發動機選擇性催化還原系統可變阻容特性研究

《船用發動機選擇性催化還原系統可變阻容特性研究》是依託武漢理工大學，由呂林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：船用發動機選擇性催化還原系統可變阻容特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：呂林
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

申請者研究發現，SCR系統催化器出口NOx濃度隨添藍流量變化的規律具有阻容模型的特徵，導致擬降低的NOx和可用的NH3不能實時地維持等摩爾的關係，NOx轉化效率受到抑制。船舶進出港口時工況複雜，添藍流量變化頻繁，造成NOx排放偏高和NH3泄漏，加劇了港口城市大氣質量的惡化。為進一步提高NOx轉化效率並防止二次污染形成，申請者提出帶時滯環節的多元可變阻容模型描述SCR系統輸入與輸出的關係，為SCR系統控制開闢新途徑。主要研究描述SCR系統時滯特性的傳遞函式和阻容特性時間常數的表達形式。通過仿真與試驗，揭示關鍵因素影響SCR系統時滯特性的一般規律，建立描述系統時滯特性的傳遞函式；研究SCR反應的熱力學和動力學過程，建立Urea-SCR系統模型，確定影響系統阻容特性的關鍵因素；基於DOE方法研究關鍵因素對SCR系統阻容特性的影響規律；採用統計回歸建模法確定多元可變阻容模型時間常數的表達方式。

結題摘要

國家統計局2011年初的數據顯示：我國港口吞吐量已連續6年保持世界第一。香港最新的排放清單表明，船舶現已成為該城市NOX和PM10的最大排放源。可見，船機排放促使港口城市成為大氣污染的重災區。從2001年開始，國內部分船廠進口SCR系統控制NOX排放。在研究中發現，發動機工況充分穩定時（即NOX的生成速率保持不變），SCR催化器出口處NOX的濃度（輸出）隨添藍流量（輸入）的變化呈現出一定的規律NOX緩慢下降的過程導致其比排放（g/kwh）偏高，停噴時緩慢恢復原機排放的過程也表明在實際使用中將會出現NH3泄漏，伴隨催化器內部尚存在的 NH 3一起排入大氣，與SO2和NOX發生氧化反應形成二次微粒，成為港口城市PM2.5的一個重要但易被忽視的來源。SCR系統催化器出口NOX濃度隨添藍流量的變化規律具有阻容模型的特徵，這使得可參與NOX轉化的NH3物質的量難以確定。船舶進出港口時工況複雜，添藍流量變化頻繁，更加難以保證需轉化的NOX與可參與反應的NH3實時地維持等摩爾的關係，這會導致NOX排放偏高和NH3的泄漏。因此，為了解決這兩個問題，從現象學的角度，提出採用帶時滯環節的阻容模型描述SCR系統輸入與輸出的關係，對Urea-SCR系統阻容特性的影響因素、描述及套用方法展開研究，最終得到了一種基於模型的控制策略。了解影響NOX轉化效率的關鍵因素，是描述SCR系統阻容特性的前提。因此，基於系統級的SCR催化劑模型，從催化劑微孔結構的角度出發，分析得到了不同溫度下限制NOX轉化效率的關鍵因素。而後，給出了“帶時滯環節的多元可變阻容模型”時間常數和比例常數的求解方法，並使用三款不同的催化劑進行ESC/ETC循環，以用於驗證模型的精確度。試驗結果表明，“帶時滯環節的多元可變阻容模型”可對SCR系統阻容特性進行準確描述。SCR系統的阻容特性導致擬降低的NOX和可用的NH3不能實時地維持等摩爾的關係，NOX轉化效率受到抑制。通過對SCR系統的阻容特性進行描述，可以實時指導添藍噴射量，在降低NOX的同時減少二次污染的產生。