一种多个柴油机试验台架排气烟道集中净化系统的制作方法_2

文档序号:8455095阅读:来源:国知局
3相连,四台尿素计量泵并列放置于烟气总管I旁边,四个喷嘴周向均匀分布在烟气总管I上,保证雾状尿素与烟气混合均匀。
[0023]所述的压缩空气净化系统通过进气管25与尿素计量泵19进气口相连。
[0024]所述的尿素水溶液存储系统通过进液管21、回液管22连接尿素计量泵19和尿素存储箱16,进液口在尿素存储箱16的下端,借助于尿素存储箱16内的尿素水溶液的压力以便向尿素计量泵19输送尿素水溶液,尿素计量泵19在进行定量喷射时存在剩余的尿素水溶液,通过回液管22回收再利用,回液口在尿素存储箱16的上端,便于尿素水溶液的回流。同时在尿素存储箱16的下端还布置液位传感器14,监测尿素存储箱16内尿素水溶液的量,以便及时添加尿素水溶液,上端布置第五温度传感器13,在尿素存储箱16内部周围布置小功率加热器24。
[0025]所述的催化系统设置在尿素计量喷射系统之后,与烟气总管I连接,使烟气经过催化系统,SCR催化转化器10在前,DOC催化转化器11在后。在整个催化系统前端的烟气总管I上依次设有第三温度传感器4、第一取压口 5、第一 NOx传感器6,后端的烟气总管I上同样依次设有第二 NOx传感器7、第二取压口 8、第四温度传感器9,压差变送器15单独放置。
[0026]由于SCR的最佳反应温度为300°C -400°C,烟气由大功率加热器2加热后要经过一段行程才到进入催化系统,中间存在一定的热量损耗。为了确保催化转化反应在最佳温度范围内进行,设置第三温度传感器4、第四温度传感器9检测催化系统前后端的温度,只有当第三温度传感器4、第四温度传感器9检测到的温度值高于300°C时,整个集中净化系统才能运行,否则不运行。
[0027]第一取压口 5、第二取压口 8通过气管与内置在控制器20的压力传感器连接,测量烟气总管I内烟气压力值,用于修正尿素水溶液的最终喷射量;同时连接到压差变送器15的两个压力输入接口,测量整个催化系统前后压差,用于计算烟气流量和检测催化系统是否发生堵塞。
[0028]所述的控制系统通过CAN总线与拓展后的尿素计量喷射系统相连,同时连接各个传感器,接受处理各个传感器采集的数据,并完成对大功率加热器2和小功率加热器24电加热的智能控制,以及控制尿素计量喷射系统的定量喷射。
[0029]所述的监控系统通过自主研发的监控软件来实现。
[0030]各个子系统在安装上相互独立、可拆卸的,方便日后维护工作。
[0031]SCR技术要求整个系统的最佳工作温度必须保持在300°C ~400°C之间,而烟气在进入集中净化系统前,烟气输送过程中存在热量损耗,一般烟气进入集中净化系统前温度低于300°C。为此,在烟气进入排气烟道集中净化系统前通过大功率加热器24对烟气进行加热,确保烟气温度处于催化转化器最佳反应的最佳反应温度范围内。
[0032]本发明对烟气恒温预热系统采用闭环控制,设定烟气恒温预热系统所要达到的理想温度为320°C (用户可自行定义),当大功率加热器2前端的第一温度传感器29检测到的温度低于320°C时,控制器20发出控制命令,使第一继电器17导通,大功率加热器2开始工作,烟气恒温预热系统进入加热状态。当大功率加热器2后端的第二温度传感器30检测到的温度高于320°C时,断开第一继电器17停止加热,实现了对烟气恒温预热系统的恒温控制,确保了烟气在进入催化系统时温度不低于300°C。之所以设定理想温度为320°C,因为烟气恒温预热系统与催化系统之间有一段距离,会造成热量损失,理想温度设为320°C就留有裕量。
[0033]烟气总管1、SCR催化转化器10、D0C催化转化器11和大功率加热器2等外表面均裹有保温材料。为了达到更好的保温效果,保温材料的厚度达到10CM,这样防止了烟气在烟气总管I内的热量损失;同时,当整个系统运行时,烟气总管1、SCR催化转化器10、DOC催化转化器11和大功率加热器2等外表面的温度较高,出于安全考虑,裹有保温材料防止人员烫伤。
[0034]经过烟气恒温预热系统加热过的烟气再与尿素计量喷射系统定量喷射的雾状尿素充分混合,以便尿素的水解和NOx的选择还原反应充分进行。
[0035]尿素计量喷射系统定量喷射的雾状尿素是控制系统根据催化系统前端的第一 NOx传感器6采集到的烟气总管I内NOx的浓度值,根据该浓度值结合控制系统的控制策略计算出一个基础喷射量,最后综合温度、压力、压差等因素修正得到最终喷射量。控制器20再将最终喷射量通过CAN总线发送命令给尿素计量泵19进行喷射。
[0036]控制器20主要包括MCU、5路CAN通讯模块、16路16位AD采集通道、子控制模块,同时本发明针对不同的子系统采用不同的控制策略。
[0037]所述的5路CAN总线模块是由于四台尿素计量泵的CAN通讯地址一致,所以必须通过4路CAN分别实现控制系统与尿素计量泵19的通讯,而两个NOx传感器的CAN通讯地址不同,可以在I路CAN上进行通讯。这样就必须要求在一个控制模块上集成5路CAN通讯模块,尿素计量泵19的定量喷射的控制命令也是通过CAN总线发送的。
[0038]所述的16路16位AD采集通道分别采集各传感器信号,并将传感器采集的模拟信号转换成可被MCU识别的数字信号。16位AD采集确保了 AD转换的精度,并且16路AD采集通道完全适应将来系统拓展。
[0039]所述的子控制模块包括对烟气恒温预热系统的控制、尿素存储系统的加热控制。
[0040]整个控制系统需要对不同的子系统进行控制,针对不同的子系统控制系统采用不同的控制策略。
[0041]对烟气恒温预热系统的控制如上所述采用闭环控制策略,实现了对大功率加热器2的恒温控制。
[0042]控制系统对于SCR采用闭环控制策略,在催化系统前后均布置NOx传感器,根据前端的第一 NOx传感器6检测到的NOx浓度、所需要达到的排放法规(可由用户自己定义)计算出所需要降低的NOx的量,再根据图2所示尿素水溶液需求量计算关系示意图结合温度、压力、SCR催化转化效率,最终确定所需要喷射的尿素溶液的量,控制系统根据最终喷射量控制尿素计量喷射系统的定量喷射。但考虑到成本问题,当后端第二 NOx传感器7检测到的NOx含量低于某一设定值(该设定值小于法律规定极限值)时,就停止尿素计量泵的喷射,采用闭环控制策略使整个系统控制精度较高,抗干扰能力强。
[0043]本发明综合考虑了各个子系统的性能,整个系统设计简单、稳定、响应速度快、控制精度高,最终NOx催化转化效率更佳。
[0044]在尿素计量泵19进行定量喷射时,需要干净且干燥的空气辅助喷射,所以当尿素计量泵19处于计量喷射状态时,需要压缩空气净化系统为其提供干净且干燥的压缩空气,辅助尿素计量泵19的喷射,使尿素溶液能更好的雾化。压缩空气先经过空气滤清器18去除压缩空气中的杂质和水分,保证压缩空气的干净和干燥,再经过减压阀27使气体压力维持在0.6-0.7MPa之间。
[0045]尿素计量喷射系统喷射的尿素水溶液来自尿素存储系统。
[0046]所述的尿素存储系统用于存放质量分数为32.5%的Adblue尿素水溶液,根据其中的液位传感器14采集的数据可以实时监测尿素存储箱16内的尿素水溶液容量。当尿素水溶液在温度低于-1rC是会冻结,所以当尿素存储箱上的温度传感器13检测到温度低于(TC时,控制系统将控制继电器26导通,小功率加热器24开始工作,对尿素箱进行加热处理,当温度传感器13检测到温度高于5°C时停止加热。
[0047]经过烟气预热系统加热过的烟气再与尿素计量喷射系统定量喷射的雾状尿素充分混合,随后进入催化系统进行催化转化处理。最后处理过的烟气经风机12排出。
[0048]混合气体先经过SCR催化转化器10,保证了反应时的温度不低于300°C,混合气体经过SCR催化氧化后将氮氧化物转化成N2和水,之后混合气体进入DOC催化转化器11,去除混合气体中的颗粒物、CO、HC等有害物质。
[0049]系统通过压差变送器15监测催化系统前端与后端的压差,一方面估算出烟气总管I内的烟气流量,另一方面借此判断催化系统是否发生堵塞。
[0050]整个系统的运行状态通过监控系统直观的反应出来。对于监控系统,一方面检测各传感器以及CAN总线传输的信号,另一方面实现对各子系统的控制。同时监控系统具有故障诊断功能。
[0051]监控系统实时接收CAN总线传输的信号、AD采集的信号,当传感器采集的数据有偏差时,可以对其进行重新标定。同时,系统故障诊断功能也根据标定值来实现。
[0052]所述的故障诊断,监控系统实现了对相关传感器、CAN通讯的故障诊断功能,并判断是否有信号输入。系统中安装的压力传感器、温度传感器、液位传感器的输出信号均为4~20mA电流信号,适合长距离信号输送(如果采用电压信号输出,长距离输送会造成信号的衰减)。在监控系统内将电流信号转化成电压信号。对这三种传感器的电路故障诊断方法类似:将检测到的传感器信号与标定值对比,如果传感器输出的电压信号大于标定的上限值,则认为传感器对电源短路;如果传感器输出的电压信号小于标定的下限值,则认为传感器对地短路。
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