双层SCR脱硝系统及其控制方法

本发明涉及脱硝设备，更具体地，涉及一种双层scr脱硝系统及其控制方法。

背景技术：

1、在海运船舶为全球贸易运输做出巨大贡献的同时，其运输过程中由于船舶柴油废气排放所带来的大气污染也不容忽视。特别是在沿海港口、海峡等一些船舶密集分布的场所，船舶废气甚至成为该区域主要的污染来源。船舶柴油机尾气中的氮氧化物(nox)是主要的大气污染物之一，对环境和人类健康都带来了巨大的威胁。

2、选择性催化还原技术(selective catalytic reduction)即scr技术，主要用于降低柴油机尾气中氮氧化物(nox)的含量，是最有前景的柴油机尾气后处理技术之一。scr技术的主要原理是在催化剂的作用下，使用还原剂(如尿素、液氨、nh3等)将尾气中的nox还原成对大气没有污染的n2和h2o(通常称为脱硝)。

3、评价scr脱硝系统性能的主要两个指标为：脱硝率和氨逃逸。然而，这两者之间存在不可避免地权衡关系。当nh3供给过低，则不足以将nox还原，使得nox排放不达标；当nh3供给过高，则过量的氨逃逸，造成二次污染。现有的许多scr脱硝控制设计大多将目标集中在高的脱硝率上，忽视氨逃逸带来的问题。

4、与此同时，只有吸附在催化剂上的nh3才能与nox发生反应。因此，催化剂吸附nh3的能力是scr脱硝系统的关键，这也表征在催化剂层的氨覆盖率上。在双层scr系统当中，上下层的氨覆盖率的控制给scr脱硝系统带来了巨大的挑战。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种双层scr脱硝系统及其控制方法，从节能、减排和降耗的角度出发，满足按需脱硝的同时，限制氨逃逸。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种双层scr脱硝系统，其特征在于，包括：

3、尿素喷射系统，包括尿素溶液及其喷嘴；

4、scr催化器，包括依次连通的混合器、上层scr催化剂单元和下层scr催化剂单元；所述混合器设于所述喷嘴后端，混合待处理尾气和尿素汽化的氨；

5、旁路结构，包括分流阀和旁路通道；所述分流阀设于所述喷嘴之前、所述旁路通道入口处；所述旁路通道出口设于所述下层scr催化剂单元入口端；

6、控制器，包括上层控制器和下层控制器；所述上层控制器根据所述上层scr催化剂单元的氨覆盖率来控制所述尿素喷射系统的喷氨量；同时，所述下层控制器根据所述下层scr催化剂单元的氨覆盖率来控制下层scr催化剂单元入口的期望氨浓度；所述下层控制器结合上层scr催化剂单元出口的氨浓度进行解耦控制，一方面控制所述分流阀的分流比，另一方面作为所述上层控制器的输入影响喷氨量的控制。

7、进一步地，所述分流阀前设有上游nox传感器，所述下层scr催化剂单元出口端设有下游nox传感器。

8、进一步地，所述分流阀前还设有温度传感器。

9、进一步地，所述下层控制器包括第一下层控制器和第二下层控制器；所述第一下层控制器根据所述下层scr催化剂单元的氨覆盖率的实际值和期望值，输出所述下层scr催化剂单元入口期望氨浓度至所述第二下层控制器；所述第二下层控制器同时输出所述分流阀的分流比至所述分流阀和上层控制器。

10、另一方面，本发明提供一种双层scr脱硝系统的控制方法，其特征在于，对如上述的双层scr脱硝系统进行控制；上层scr催化剂单元的氨覆盖率期望值满足高脱硝率要求，下层scr催化剂单元的氨覆盖率期望值满足低氨逃逸的要求；上层控制器控制喷嘴的喷氨量来调节上层scr催化剂单元的氨覆盖率；下层控制器控制分流阀的分流比来调节下层scr催化剂单元的氨覆盖率，同时输出分流比信息至上层控制器作为输入。

11、进一步地，所述上层控制器的输入还包括待处理尾气的温度。

12、进一步地，所述下层控制器通过两个独立的控制器实现解耦控制。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点或有益效果：

14、(1)从结构设计角度，本发明的分流结构设计虽然脱硝率略有下降，但却能在很大程度上减低氨逃逸。

15、(2)从控制器设计角度，本发明的解耦设计，使得下层氨覆盖率更接近期望值，与此同时，从尾气排放(nox和nh3)和喷氨成本角度考虑，本发明的控制方法具有一定的优势。

16、(3)本发明的结构设计结合下层单元的解耦控制设计使得本发明具有更优的scr性能和更低的喷氨成本。

技术特征：

1.一种双层scr脱硝系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种双层scr脱硝系统，其特征在于，所述分流阀(8)前设有上游nox传感器(1)，所述下层scr催化剂单元(7)出口端设有下游nox传感器(5)。

3.根据权利要求1或2所述的一种双层scr脱硝系统，其特征在于，所述分流阀(8)前还设有温度传感器(2)。

4.根据权利要求1所述的一种双层scr脱硝系统，其特征在于，所述下层控制器(11、12)包括第一下层控制器(11)和第二下层控制器(12)；所述第一下层控制器(11)根据所述下层scr催化剂单元(7)的氨覆盖率的实际值和期望值，输出所述下层scr催化剂单元(7)入口期望氨浓度至所述第二下层控制器(12)；所述第二下层控制器(12)输出所述分流阀(8)的分流比至所述分流阀(8)和上层控制器(10)。

5.一种双层scr脱硝系统的控制方法，其特征在于，对如权利要求1至4中任一项所述的双层scr脱硝系统进行控制；上层scr催化剂单元(6)的氨覆盖率期望值满足高脱硝率要求，下层scr催化剂单元(7)的氨覆盖率期望值满足低氨逃逸的要求；上层控制器(10)控制喷嘴的喷氨量来调节上层scr催化剂单元(6)的氨覆盖率；下层控制器(11、12)控制分流阀(8)的分流比来调节下层scr催化剂单元(7)的氨覆盖率，同时输出分流比信息至上层控制器(10)作为输入。

6.根据权利要求5所述的一种双层scr脱硝系统的控制方法，其特征在于，所述上层控制器(10)的输入还包括待处理尾气的温度。

7.根据权利要求5或6所述的一种双层scr脱硝系统的控制方法，其特征在于，所述下层控制器(11、12)通过两个独立的控制器实现解耦控制。

技术总结本发明公开了一种双层SCR脱硝系统及其控制方法，满足按需脱硝的同时，限制氨逃逸。所述脱硝系统包括SCR催化器及其旁路结构以及控制器。SCR催化器包括依次连通的混合器、上层SCR催化剂单元和下层SCR催化剂单元；旁路结构包括分流阀和旁路通道；分流阀设于尿素溶液喷嘴之前、旁路通道入口处；旁路通道出口设于下层SCR催化剂单元入口端；控制器包括上层控制器和下层控制器；上层控制器根据上层SCR催化剂单元的氨覆盖率来控制喷氨量；同时，下层控制器根据下层SCR催化剂单元的氨覆盖率来控制下层SCR催化剂单元入口的期望氨浓度，结合上层SCR催化剂单元出口的氨浓度进行解耦控制，一方面控制分流阀的分流比，另一方面作为上层控制器的输入影响喷氨量的控制。技术研发人员：彭黎,许媛媛,魏京蕾,廖艺祯受保护的技术使用者：上海海事大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2