[01528326]柴油机SCR控制关键技术开发及系统集成应用

本项目属于柴油机尾气治理领域。柴油机是交通运输、工程和农用机械以及船舶的主要动力源。我国现有柴油机保有量约3000万台,其尾气污染问题日益受到关注与重视。 选择性催化还原技术（SCR）已成为柴油机后处理系统中去除NOx的主要手段。当前SCR 应用的主要问题是NOx转化效率不高、应对动态工况和特殊使用场景的适应性能力不强、氨泄漏等。团队从推广应用的需求出发,研发了提高SCR控制和集成水平,提升NOx净化效率的系列技术。主要包括： 1.提出了优化柴油机SCR系统控制的系列算法：包括柴油机SCR催化箱出口温度计算模型、以氨存储饱和度为控制目标的控制算法、多点加权以及流量自适应计算NOx浓度的控制算法、根据催化箱氧浓度变化在线识别NOx转化效率的的算法、发动机原排参数的自动识别智能算法,可明显提高动态工况下相关数据的测量精度,使控制效率由常见的85%提升到92%以上,满足最新的国六法规要求。 2.针对多台柴油机并联场景,发明了SCR集中监管、分布控制智能协调管理技术：解决了负荷、转速多变的动态特征下柴油机SCR自适应,以及多台架控制资源分配问题。在稳态和动态下的处理效率均可达到95%以上,同时有效节约能耗和NH3水喷射量。 3.针对高功率柴油机,开发了SCR多泵并联系统集成优化设计方法和生产工艺：避免了使用大流量尿素泵而成本高、误差范围大;解决了多泵联动时流量调节、结晶、精度、空间管理等问题;尿素供给量可比常见泵增加20倍,可满足10000kw的柴油机;喷射精度误差由5%减小到1%。 4. 通过流场计算,优化了喷射、混合以及排气流动,研发出一种新型尿素喷射混合器,和催化箱耦合集成,构建了高效低流阻的后处理集成装置：优化了氨水雾化和气液射流混合,提升混合效率并降低结晶风险;基于此开发出一款DOC和SCR高效集成的催化箱并形成了生产工艺,体积小,性能达到了国内领先水平。 与常用相关技术对比,本成果在催化箱温度、NOx浓度等尾气信息的采集精度及成本方面比常规方式具有明显优势。在使用相关算法得到更精准数据的基础上对系统进行优化后,NOx的转化效率由常见的85%提升到92%以上,可满足最新的国六法规要求,达到国内领先水平。开发出集中监管、分布控制的智能协调管理技术,应用在多台柴油机并联的应用场景,在稳态和动态均可达到95%以上效率,适应性强,耗损低,属国际上首创。对于大功率采油机尾气治理场景,新开发的尿素喷射混合器明显优化了气液两态混合效果;再通过流场计算优化,与催化单元耦合集成优化后,可使智能尿素供给系统的喷射精度误差由传统方法的5%减小到1%,达到国内领先水平。 综上所述,本研究成果在精准采集柴油机尾气等相关信息方面比常规方式明显提升;面向多台柴油机并联的特殊使用场景开发出集中监管、分布控制的智能协调管理技术,以及面向大功率柴油机开发出多泵并联处理技术,在提高SCR系统适应性、智能控制和集成优化等方面具有明显技术优势;新开发的尿素喷射混合器以及与催化单元耦合技术,明显提高了尿素供给系统的喷射精度。系列技术和产品较好地解决了传统SCR系统所面临的系列问题,可以明显提高NOx转化效率,降低能耗和资源损耗。相关成果为柴油机SCR系统的更好应用以及相关产品的研发升级提供了理论与技术支撑,可广泛服务于柴油机尾气治理和达标排放相关行业,经济和社会效益良好,具有良好的应用价值和发展前景,为推动相关产品和产业的升级,为促进该行业的发展进步做出了积极贡献。 项目获得发明专利17个,实用新型专利4个。发表论文60余篇。团队主持相关项目8项,总金额约500万元。 成果通过河北索奇、绿创环保、江苏联测等单位,新增销售额约8000万元。协助玉柴、潍柴突破了柴油机电控的核心技术,实现了我国柴油机电控系统的自主量产;支撑河北索奇等实施单位成为全国首家且是最大的柴油机台架固定源尾气治理供应商;DOC和SCR高效集成的催化箱技术通过绿创环保建成2万套/年生产线,在玉柴股份等装机1万余套;支撑北京大学包头研究院实现车用SCR控制单元产业化。 按相关柴油机的尾气排量计算,每年可减少NOx排放1.89万吨,减少HC排放0.314万吨,为我国的大气污染防治作出了积极贡献。