一种船用发动机尾气处理SCR控制系统及方法与流程

一种船用发动机尾气处理scr控制系统及方法
技术领域
[0001]
本发明涉及柴油机后处理系统控制技术领域，具体为一种船用发动机尾气处理scr控制系统及方法。


背景技术：

[0002]
随着国内外发动机排放法规的逐步实施，对排气污染物排放限值的控制越来越严，选择性催化还原系统(后面简称scr，scr是selective(选择性)catalytic(催化)reduction(还原)的英文缩写)作为降no
x
的技术路线，已成为公认的有效降低no
x
排放的途径，目前世界各国纷纷针对降no
x
的方法进行研究，虽各有所得但技术水平仍待提高，其中scr系统中的控制方法各有不同，现有的系统的排放控制精度较单一，还原剂易在管道沉积造成管道和喷嘴堵塞，而且响应速度迟缓，控制架构采用一体化的方式布置，在安装结构复杂的环境中，安装极其不便。


技术实现要素：

[0003]
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种船用发动机尾气处理scr控制系统及方法，提高系统响应速度，同时根据发动机的运行工况，scr系统自行调节，有效降低no
x
的排放量，系统包含两种相互补充的还原剂管道清洁方式，对管道和喷嘴组件清洁，有效解决还原剂沉积问题，另外组成部分采用分布式结构，安装方便，很好解决船体结构复杂安装空间受限，排气管路各异的问题，可以有效解决背景技术中的问题。
[0004]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船用发动机尾气处理scr控制系统，包括基本监控系统和安保系统以及传感器组件，基本监控系统和安保系统通过通讯线束交互信息，所述基本监控系统和安保系统均包括scr系统还原剂喷射控制单元、还原剂存储监控系统、还原剂供给监控系统、还原剂喷射监控系统、还原剂辅助喷射监控系统、催化剂吹扫监控系统、scr反应/旁通管道切换监控系统、远传监控系统、管路清洗监控系统和scr系统传感器件，所述各系统之间采用分布式结构，根据实际空间位置和排气管道走向择位安装，传感器组件的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr还原剂喷射控制单元采集各个系统的传感信号，监控scr系统工作，同时根据发动机的运行工况变化自行调节还原剂喷射量，保证发动机经过scr系统处理后的尾气排放达到环境标准要求，同时该系统设置有管路清洗监控系统，还原剂喷射结束后还原剂管道清洁功能开启，保证管道没有还原剂结晶物沉积，系统异常时，基本监控系统内发出报警信号，当系统出现故障信号时，基本监控系统报警同时安保系统发出保护动作指令，输出scr系统停止、尾气旁通一系列动作指令，基本监控系统和安保系统协调工作，保护scr系统安全可靠运行。
[0005]
作为本发明的一种优选技术方案，所述还原剂存储监控系统包括液位计、温度传感器和加热器，所述液位计和温度传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与加热器的输入端相连接。
[0006]
作为本发明的一种优选技术方案，所述还原剂供给监控系统主要包括供给泵组、
电磁阀、压力控制装置、压力传感器件、还原剂供给集线盒，供给泵组由两个供给泵和一个电磁阀组成。
[0007]
作为本发明的一种优选技术方案，所述供给泵组中的两个供给泵互为备用，所述电磁阀采用电动三通阀。
[0008]
作为本发明的一种优选技术方案，所述还原剂喷射监控系统包括比例电磁阀、压力传感器、流量计和喷嘴组件，所述压力传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，所述scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与比例电磁阀的控制输入端相连接，所述流量计、比例电磁阀、喷嘴组件依次将还原剂喷射管道相串联，喷嘴组件上设置有辅助喷射压缩空气接口和吹扫接口。
[0009]
作为本发明的一种优选技术方案，所述还原剂辅助喷射监控系统主要包括稳压器、电磁阀和压力传感器，压力传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与电磁阀的输入端相连接。
[0010]
作为本发明的一种优选技术方案，所述scr反应/旁通管道切换监控系统在旁通管道和反应管道分别设置有管道电磁阀和电磁阀开关位置指示器，电磁阀开关位置指示器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，电磁阀控制器输入端和喷射控制单元的输出端连接scr反应管道电磁阀和旁通管道电磁阀设有连锁机构。
[0011]
作为本发明的一种优选技术方案，所述管路清洗监控系统包括还原剂、清洁水源切换电磁阀、压力传感器、喷嘴清洁电磁阀和喷嘴吹扫电磁阀，还原剂入口与还原剂存储装置输出端相连，还原剂出口与还原剂供给系统输入端相连，清洁水源切换电磁阀入口与清洁水源相连，清洁水源切换电磁阀出口与还原剂供给系统入端相连，控制系统检测到还原剂喷射结束后，将清洁水源引入还原剂供给及喷射管路，冲洗还原剂管道和喷嘴组件残存的还原剂溶液，之后引入压缩空气吹扫喷嘴组件进行吹扫清洁。
[0012]
作为本发明的一种优选技术方案，所述催化剂吹扫监控系统包括催化剂前后压差传感器、压力传感器、吹扫电磁阀，压差传感器和压力传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与电磁阀的输入端相连接。
[0013]
一种船用发动机尾气处理scr控制方法，其步骤如下：
[0014]
s1：scr系统开始预备工作，并设定还原剂温度和发动机排气温度，并进入步骤s2；
[0015]
s2：还原剂存储监控系统工作，对还原剂的液位和温度进行检测，并对还原剂进行预热、温控，进入步骤s3；
[0016]
s3：若发动机排气温度满足温度预值，进入步骤s4；若不满足温度预值，则进入步骤s3；
[0017]
s4：采集发动机运行工况信息，并将信号传输给scr系统还原剂喷射控制单元，并进入步骤s5；
[0018]
s5：scr系统还原剂喷射控制单元根据采集的发动机信号读取map还原剂基础喷射量,调整还原剂供给监控系统、还原剂喷射监控系统、还原剂辅助喷射监控系统和催化剂吹扫监控系统的工作状态，并进入步骤s6；
[0019]
s6：通过传感器组件检测scr系统的运行状态，不断修正还原剂喷射量，同时检测scr系统运行状态，若scr系统检测异常，则进入步骤s7；若scr系统检测正常，则进入步骤
s8；
[0020]
s7：基本监控系统进行报警；并进入步骤步骤s8；
[0021]
s8：检测scr系统是否发生故障，若scr系统出现故障，则进入步骤s9；若scr系统检测正常，则进入步骤s10；
[0022]
s9：scr系统停止运行；同时scr反应/旁通管道切换监控系统开始工作，并进入步骤s11；
[0023]
s10：判断scr系统是否停止工作，若停止工作，则进入步骤s11；若正常工作，则进入步骤s2；
[0024]
s11：管路清洗监控系统和催化剂吹扫监控系统工作，待管路清洗监控系统和催化剂吹扫监控系统工作预设的时间后，进入步骤s12；
[0025]
s12：scr系统停止运行。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本船用发动机尾气处理scr控制系统及方法有两个互相独立的基本监控系统和安保系统组成，可以实时监测scr系统的工作状态，智能调节系统工作状态和还原剂喷射量，同时安保系统对严重故障进行报警和保护动作，起到安全保护的作用，提高系统运行的可靠性，管路清洗监控系统采用清洁水和压缩空气相互配合的两种清洁方式，将还原剂整个管道和喷嘴组件清洁，有效防止还原剂沉积，催化剂吹扫监控系统采用还原剂喷射对催化剂定时吹扫、催化剂前后压差值限压吹扫以及还原剂喷射结束后限时吹扫多种吹扫方式，有效防止尾气中颗粒物堵塞。
附图说明
[0027]
图1为本发明结构示意图；
[0028]
图2为本发明结构工作流程示意图；
[0029]
图3为还原剂存储监控系统工作流程示意图；
[0030]
图4为还原剂供给监控系统工作流程示意图一；
[0031]
图5为还原剂供给监控系统工作流程示意图二；
[0032]
图6为还原剂喷射监控系统工作流程示意图；
[0033]
图7管道清洗监控系统工作流程示意图；
[0034]
图8scr系统工作流程示意图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种船用发动机尾气处理scr控制系统，包括基本监控系统和安保系统以及传感器组件，基本监控系统和安保系统通过通讯线束交互信息，所述基本监控系统和安保系统均包括scr系统还原剂喷射控制单元、还原剂存储监控系统、还原剂供给监控系统、还原剂喷射监控系统、还原剂辅助喷射监控系统、催化剂吹扫监控系统、scr反应/旁通管道切换监控系统、远传监控系统、管路清洗监控系统和scr系
统传感器件，scr系统还原剂喷射控制单元对采集信号处理后在显示面板上显示scr系统工作状态和运行参数；同时对采集信号逻辑处理，输出相应控制指令，智能调节系统工作状态和还原剂喷射量；还原剂喷射结束后，管路清洗监控系统对还原剂管路清洗，避免残留还原剂结晶堵塞管路；实时监控系统运行状态，当出现异常信号时发出报警信号，当出现故障信号时发出报警信号同时输出动作保护指令；将运行参数和运行状态输出到远传监控装置，使得在喷射控制单元本体和远传位置均能实时显示scr系统运行参数和工作状态，所述还原剂存储监控系统包括液位计、温度传感器和加热器，所述液位计和温度传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与加热器的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元设置有液位检测和液位低报警功能，当检测到液位低于设置值时，系统声光报警，提醒工作人员还原剂溶液欠缺；scr系统还原剂喷射控制单元设置有温控范围的温度控制高值和温度控制低值，并实时检测还原剂温度信息，当系统检测到还原剂温度低于温度控制低值，控制加热器开始加热，当系统检测到还原剂温度高于温度控制高值，控制加热器停止加热，所述还原剂供给监控系统主要包括供给泵组、电磁阀、压力控制装置、压力传感器件和还原剂供给集线盒，供给泵组由两个供给泵和一个电磁阀组成，所述供给泵组中的两个供给泵互为备用，所述电磁阀采用电动三通阀，scr系统还原剂喷射控制单元控制电动三通阀打开并控制相应通道供给泵工作，同时检测供给泵工作状态，若检测到当前工作供给泵故障时，立刻控制另一个供给泵工作，同时切换电动三通阀到另一个通道，压力控制装置对供给泵后压力控制，使输送到喷嘴组件的还原剂压力维持在压力设置范围内，所述还原剂喷射监控系统包括比例电磁阀、压力传感器、流量计和喷嘴组件，所述压力传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，所述scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与比例电磁阀的控制输入端相连接，所述流量计、比例电磁阀、喷嘴组件依次将还原剂喷射管道相串联，喷嘴组件上设置有辅助喷射压缩空气接口和吹扫接口，scr系统还原剂喷射控制单元根据各种参数综合处理后获得理论还原剂喷射量，调整比例电磁阀对应开度，还原剂经过流量计后再到喷组组件，流量计对实际喷射流量进行实时检测，scr系统还原剂喷射控制系统据此对还原剂喷射量进行修正从而实现喷射量精确控制，所述还原剂辅助喷射监控系统主要包括稳压器、电磁阀和压力传感器，压力传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与电磁阀的输入端相连接，压缩的空气通过稳压器稳定在设定压缩空气压力值，所述设定压缩空气压力值要与还原剂压力相匹配，太低起不到雾化作用，太高还原剂喷射不出去或者喷射量受影响，在scr系统运行时，打开辅助喷射电磁阀，既定压力的压缩空气对还原剂溶液进行雾化，使还原剂溶液雾化效果更好，以便还原剂和发动机尾气充分混合更好的反应，所述催化剂吹扫监控系统包括催化剂前后压差传感器、压力传感器和吹扫电磁阀，压差传感器和压力传感器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元的输出端与电磁阀的输入端相连接，催化剂吹扫监控系统防止尾气中颗粒物堵塞反应装置，scr系统还原剂喷射控制单元在scr系统工作时一方面按照既定逻辑定时对催化剂吹扫；另一方面实时检测反应装置入口和出口压差，当反应装置压差达到设置压力值时，开启scr吹扫功能；当压差达到保护设置值时，停止scr系统喷射功能，开启scr旁通系统，然后再关闭scr反应通道，所述scr反应/旁通管道切换监控系统在旁通管道和反应管道分别设置有管道电磁阀和电磁阀开关位置指示器，电磁
阀开关位置指示器的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，电磁阀控制器输入端和喷射控制单元的输出端连接，scr反应管道电磁阀和旁通管道电磁阀设有连锁机构，所述scr反应/旁通管道切换监控系统是发动机尾气经scr管道和旁通通道切换的控制系统，当发动机工作在非限制排放区或scr系统出现异常时，需要停止scr系统的运行，并将发动机尾气的排放切换到旁通管道，以满足发动机运行需求或对发动机进行保护，旁通管路及scr反应管路上均安装有位置指示器，随着管道的开启/关闭，本地位置状态标记随之变化，同时位置指示器的状态信号会传输到控制单元，控制单元主界面能同步显示相应状态，scr反应管道和旁通管道设有连锁机构，关闭scr管路时，会首先检测旁通管路状态，旁通管道开启后scr管路关闭指令才会被执行，可有效防止旁通管路及主管路同时关闭，所述管路清洗监控系统包括还原剂、清洁水源切换电磁阀、压力传感器、喷嘴清洁电磁阀和喷嘴吹扫电磁阀，还原剂入口与还原剂存储装置输出端相连，还原剂出口与还原剂供给系统输入端相连，清洁水源切换电磁阀入口与清洁水源相连，清洁水源切换电磁阀出口与还原剂供给系统入端相连，管路清洗监控系统将清洁水源引入还原剂供给及喷射管路，冲洗还原剂管道和喷嘴组件残存的还原剂溶液，压缩空气吹扫喷嘴组件进行清洁，所述管道清洗监控系统是指每次还原剂喷射结束后，scr系统还原剂喷射控制单元切断还原剂供给，把清洁水源引入还原剂供给及喷射管路，冲洗还原剂管道和喷嘴组件残存的还原剂溶液，再通过压缩空气吹扫喷嘴组件对喷嘴组件进一步清洁，防止尿素结晶阻塞喷嘴或阀体，所述各系统之间采用分布式结构，根据实际空间位置和排气管道走向择位安装，传感器组件的输出端与scr系统还原剂喷射控制单元的输入端相连接，scr系统还原剂喷射控制单元采集各个系统的传感信号，监控scr系统工作，同时根据发动机的运行工况变化自行调节还原剂喷射量，保证发动机经过scr系统处理后的尾气排放达到环境标准要求，同时该系统设置有管路清洗监控系统，还原剂喷射结束后还原剂管道清洁功能开启，保证管道没有还原剂结晶物沉积，系统异常时，基本监控系统内发出报警信号，当系统出现故障信号时，基本监控系统报警同时安保系统发出保护动作指令，输出scr系统停止、尾气旁通一系列动作指令，基本监控系统和安保系统协调工作，保护scr系统安全可靠运行，该装置有效提高精度，采用闭环策略，自适应调整喷射量，保证寿命内满足排放要求。
[0037]
其工作流程如下步骤：
[0038]
s1：scr系统开始预备工作，并设定还原剂温度和发动机排气温度，并进入步骤s2；
[0039]
s2：还原剂存储监控系统工作，对还原剂的液位和温度进行检测，并对还原剂进行预热、温控，进入步骤s3；
[0040]
s3：若发动机排气温度满足温度预值，进入步骤s4；若不满足温度预值，则进入步骤s3；
[0041]
s4：采集发动机运行工况信息，并将信号传输给scr系统还原剂喷射控制单元，并进入步骤s5；
[0042]
s5：scr系统还原剂喷射控制单元根据采集的发动机信号读取map还原剂基础喷射量,调整还原剂供给监控系统、还原剂喷射监控系统、还原剂辅助喷射监控系统和催化剂吹扫监控系统的工作状态，并进入步骤s6；
[0043]
s6：通过传感器组件检测scr系统的运行状态，不断修正还原剂喷射量，同时检测scr系统运行状态，若scr系统检测异常，则进入步骤s7；若scr系统检测正常，则进入步骤
s8；
[0044]
s7：基本监控系统进行报警；并进入步骤步骤s8；
[0045]
s8：检测scr系统是否发生故障，若scr系统出现故障，则进入步骤s9；若scr系统检测正常，则进入步骤s10；
[0046]
s9：scr系统停止运行；同时scr反应/旁通管道切换监控系统开始工作，并进入步骤s11；
[0047]
s10：判断scr系统是否停止工作，若停止工作，则进入步骤s11；若正常工作，则进入步骤s2；
[0048]
s11：管路清洗监控系统和催化剂吹扫监控系统工作，待管路清洗监控系统和催化剂吹扫监控系统工作预设的时间后，进入步骤s12；
[0049]
s12：scr系统停止运行。
[0050]
本发明有两个互相独立的基本监控系统和安保系统组成，根据发动机的运行工况变化自行调节还原剂喷射量，保证发动机经过scr系统处理后的尾气达到环境标准要求，同时安保系统保证本系统运行的安全性，催化剂吹扫监控系统有效防止尾气中颗粒物堵塞反应装置，进一步提高使用的可靠性，管道清洗监控系统将还原剂整个管道和喷嘴组件清洁，有效防止还原剂沉积，还原剂辅助喷射监控系统保证还原剂和发动机尾气充分反应。
[0051]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。