用于控制后處理系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于控制后處理系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。一種系統(tǒng)包括流體地聯(lián)接至發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣導(dǎo)管的氮氧化物還原催化器。氮氧化物還原催化器構(gòu)造成減少發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物。系統(tǒng)還包括氨氧化催化器，其流體地聯(lián)接至氮氧化物還原催化器下游的排氣導(dǎo)管，且構(gòu)造成減少發(fā)動機(jī)排氣中的氨。此外，系統(tǒng)包括還原劑噴射控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成控制還原劑到排氣導(dǎo)管中的噴射、確定氮氧化物還原催化器的第一氮氧化物轉(zhuǎn)化率、確定氮氧化物還原催化器的氨儲存值、以及確定氨氧化催化器上游的發(fā)動機(jī)排氣的第一溫度。還原劑噴射控制系統(tǒng)還構(gòu)造成基于第一氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存值和第一溫度來增加或減少還原劑噴射。
【專利說明】
用于控制后處理系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本文公開的主題涉及發(fā)電系統(tǒng)。具體而言，本文所述的實施例涉及改善發(fā)電系統(tǒng) 內(nèi)的后處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多發(fā)電系統(tǒng)使用后處理系統(tǒng)來調(diào)節(jié)由發(fā)電系統(tǒng)生成的排出氣體。具體而言，后 處理系統(tǒng)可用于通過將由發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的排出氣體轉(zhuǎn)換成其它類型的氣體或液體來減少 某些類型的排放。例如，后處理系統(tǒng)可用于減少排出氣體內(nèi)的氮氧化物的量。
[0003] 為了減少排出氣體中的氮氧化物的量，后處理系統(tǒng)可包括氮氧化物(ΝΟχ)還原催 化器和氨氧化催化器，其分別減少排出氣體中的氮氧化物和氨的量。此外，后處理系統(tǒng)還可 將流體(諸如尿素)噴射到排出氣體中以有助于減少氮氧化物和氨。將有益的是改善穿過用 于發(fā)電系統(tǒng)的后處理系統(tǒng)的ΝΟχ轉(zhuǎn)化率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 下文歸納了在范圍上等同于原來提出的發(fā)明的某些實施例。這些實施例不旨在限 制提出的權(quán)利要求的范圍，相反這些實施例僅旨在提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。實 際上，本發(fā)明可包含可類似于或不同于下文闡明的實施例的多種形式。
[0005] 在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括流體地聯(lián)接到發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣導(dǎo)管上且構(gòu)造成 減少發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的氮氧化物還原催化器，以及流體地聯(lián)接到氮氧化物還原催 化器下游的排氣導(dǎo)管上且構(gòu)造成減少發(fā)動機(jī)排氣中的氨的氨氧化催化器。此外，系統(tǒng)包括 還原劑噴射控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成控制還原劑噴射到排氣導(dǎo)管中、確定氮氧化物還原催化器 的氮氧化物轉(zhuǎn)化率、確定氮氧化物還原催化器的氨儲存值，以及確定氨氧化催化器上游的 發(fā)動機(jī)排氣的第一溫度。還原劑噴射控制系統(tǒng)還構(gòu)造成基于氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存值和 第一溫度來增加、減少或組合增加減少還原劑的噴射。
[0006] 在第二實施例中，一種方法包括控制還原劑噴射到發(fā)動機(jī)排氣中，以及確定構(gòu)造 成接收發(fā)動機(jī)排氣且減少發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的氮氧化物還原催化器的氮氧化物轉(zhuǎn) 化率和氨儲存值。該方法還包括接收對應(yīng)于流體地聯(lián)接到氮氧化物催化器上的氨氧化催化 器上游的第一溫度的第一輸入，其中氨氧化催化器在氮氧化物催化器下游，且構(gòu)造成減少 發(fā)動機(jī)排氣中的氨。此外，該方法包括基于氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存值和第一溫度來增加或 減少還原劑噴射。
[0007] 在第三實施例中，一種非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)包括計算機(jī)可執(zhí)行代碼。計算機(jī) 可執(zhí)行代碼包括指令，其配置成控制還原劑噴射到發(fā)動機(jī)排氣中，且確定構(gòu)造成接收發(fā)動 機(jī)排氣且減少發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的氮氧化物催化器的氮氧化物轉(zhuǎn)化率和氨儲存值。 計算機(jī)可執(zhí)行代碼還包括配置成接收對應(yīng)于流體地聯(lián)接到氮氧化物催化器上的氨氧化催 化器上游的第一溫度的第一輸入的指令，其中氨氧化催化器在氮氧化物催化器下游，且構(gòu) 造成減少發(fā)動機(jī)排氣中的氨。此外，計算機(jī)可執(zhí)行代碼包括配置成基于氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨 儲存值和第一溫度增大或減小還原劑噴射的指令。
[0008] 本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括:氮氧化物還原催化器，其流體地聯(lián) 接至發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣導(dǎo)管，且構(gòu)造成減少發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物;氨氧化催化器，其流 體地聯(lián)接至氮氧化物還原催化器下游的排氣導(dǎo)管，且構(gòu)造成減少發(fā)動機(jī)排氣中的氨；以及 還原劑噴射控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成:控制到排氣導(dǎo)管中的還原劑的噴射;確定氮氧化物還原催 化器的氮氧化物轉(zhuǎn)化率;確定氮氧化物還原催化器的氨儲存值;確定氨氧化催化器上游的 發(fā)動機(jī)排氣的第一溫度；以及基于氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存值和第一溫度增大、減小或組合 增大減小還原劑的噴射。
[0009] 本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于第 一溫度和氨氧化催化器溫度窗口中的一者或兩者確定氨氧化催化器溫度窗口增大。
[0010] 本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成確定氨 氧化催化器下游的發(fā)動機(jī)排氣的第二溫度，以及基于第一和第二溫度確定氨氧化催化器溫 度窗口。
[0011] 本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成確定氨 氧化催化器溫度窗口以提高氨氧化催化器的氨選擇性。
[0012] 本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成使用后 處理系統(tǒng)的模型、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的模型或它們的組合來確定氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存、第一溫 度或它們的任何組合。
[0013] 本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成在氮氧 化物轉(zhuǎn)化率低于參考值時增加還原劑的噴射。
[0014] 本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于氮 氧化物轉(zhuǎn)化率和第一溫度來開始氮氧化物還原催化器、氨氧化催化器或它們的任何組合的 診斷評估。
[0015] 本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于氨 儲存值來開始氮氧化物還原催化器的診斷評估。
[0016] 本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括貧燃燒發(fā)動機(jī)系 統(tǒng)。
[0017] 本發(fā)明的第十技術(shù)方案提供了一種方法，包括:控制到發(fā)動機(jī)排氣中的還原劑噴 射;確定構(gòu)造成接收發(fā)動機(jī)排氣和減少發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的氮氧化物還原催化器的 氮氧化物轉(zhuǎn)化率;確定氮氧化物還原催化器的氨儲存值;接收對應(yīng)于流體地聯(lián)接至氮氧化 物催化器的氨氧化催化器上游的第一溫度的第一輸入，氨氧化催化器流體地聯(lián)接至氮氧化 物催化器，氨氧化催化器在氮氧化物催化器下游，且構(gòu)造成減少發(fā)動機(jī)排氣中的氨；以及基 于氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存值和第一溫度增加或減少還原劑噴射。
[0018] 本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第十技術(shù)方案中，包括接收對應(yīng)于氮氧化物還原催 化器下游的發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的量的第二輸入，以及基于氮氧化物的量確定氮氧化 物轉(zhuǎn)化率。
[0019] 本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十技術(shù)方案中，包括基于氮氧化物轉(zhuǎn)化率和第一 溫度調(diào)整氨氧化催化器的溫度窗口。
[0020] 本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，包括調(diào)整溫度窗口以使氨氧化 催化器的氨選擇性極大化。
[0021] 本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十技術(shù)方案中，包括基于氨儲存值開始氮氧化物 還原催化器、氨氧化催化器或它們的組合的診斷評估。
[0022] 本發(fā)明的第十五技術(shù)方案提供了一種包括計算機(jī)可執(zhí)行代碼的非暫時性計算機(jī) 可讀介質(zhì)，包括配置成以下的指令:控制到發(fā)動機(jī)排氣中的還原劑噴射;確定構(gòu)造成接收發(fā) 動機(jī)排氣和減少發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的氮氧化物還原催化器的氮氧化物轉(zhuǎn)化率;確定 氮氧化物還原催化器的氨儲存值;接收對應(yīng)于流體地聯(lián)接至氮氧化物催化器的氨氧化催化 器上游的第一溫度的第一輸入，氨氧化催化器在氮氧化物催化器下游，且構(gòu)造成減少發(fā)動 機(jī)排氣中的氨；以及基于氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存值和第一溫度增大或減小還原劑噴射。
[0023] 本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，包括配置成基于氮氧化物轉(zhuǎn)化 率、第一溫度或它們的任何組合開始氨氧化催化器的診斷評估的指令。
[0024] 本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，包括配置成確定氨氧化催化器 下游的發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的量和基于氮氧化物的量確定尿素的噴射的指令。
[0025] 本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，包括配置成基于氮氧化物轉(zhuǎn)化 率和第一溫度調(diào)整氨氧化催化器的溫度窗口的指令。
[0026] 本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，包括配置成調(diào)整溫度窗口以使 氨氧化催化器的氨選擇性極大化的指令。
[0027] 本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，包括配置成在氮氧化物轉(zhuǎn)化率 低于參考值時增加還原劑的噴射的指令。
【附圖說明】
[0028] 在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點將變得 更好理解，其中相似的標(biāo)號貫穿附圖表示相似的零件，在附圖中： 圖1為按照本途徑的實施例的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖； 圖2為按照本途徑的實施例的用于圖1的發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖； 圖3為按照本途徑的實施例的圖1的發(fā)電系統(tǒng)的后處理系統(tǒng)的示意圖；以及 圖4為按照本途徑的實施例的示出用于圖3的后處理系統(tǒng)中的尿素噴射控制系統(tǒng)的操 作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 下文將描述本發(fā)明的一個或更多個特定實施例。為了提供這些實施例的簡要描 述，實際的實施方式的所有特征可能未在說明書中描述。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，在任何此類實際 實施方式的開發(fā)中，如任何工程或設(shè)計項目中那樣，必須進(jìn)行許多實施方式特有的決定來 實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，如符合系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，這可從一個實施方式到另一 個不同。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，此開發(fā)工作可能很復(fù)雜且耗時，但對于受益于本公開內(nèi)容 的普通技術(shù)人員仍是進(jìn)行設(shè)計、制作和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0030] 當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，詞語"一"、"一個"、"該"和"所述"旨在表示 存在一個或更多個元件。用語"包括"、"包含"和"具有"旨在為包含性的，且意思是可存在除 所列元件之外的附加元件。
[0031] 許多發(fā)電系統(tǒng)使用后處理系統(tǒng)來調(diào)節(jié)由發(fā)電系統(tǒng)生成的排出氣體。例如，某些發(fā) 電系統(tǒng)使用設(shè)計成減少排出氣體中的氮氧化物的量的后處理系統(tǒng)。這些后處理可包括氮氧 化物(NOx)還原催化器和氨氧化催化器。在進(jìn)入催化器之前，排出氣體可與尿素或促進(jìn)期望 的化學(xué)反應(yīng)的一些其它類型的流體混合。排出氣體尿素混合物然后進(jìn)入催化器且與催化器 反應(yīng)以生成期望的轉(zhuǎn)化(即，將氮氧化物和氨還原成二氧化碳、水等）。
[0032] 為了改善催化劑的轉(zhuǎn)化率，后處理系統(tǒng)的本實施例包括尿素噴射控制系統(tǒng)。尿素 噴射控制系統(tǒng)評估催化劑的操作特征（例如，當(dāng)前轉(zhuǎn)化率、一個或更多個位置處的當(dāng)前溫 度、流速等），且基于催化器的操作特征和對于后處理系統(tǒng)的期望轉(zhuǎn)化率來調(diào)整噴射到排出 氣體中的尿素的量。尿素噴射控制系統(tǒng)還基于期望的轉(zhuǎn)化率來控制催化器的某些特征的操 作窗口。此外，在某些實施例中，由尿素噴射控制系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)可用于執(zhí)行后處理系統(tǒng)的 各種構(gòu)件的診斷評估，以及在需要時執(zhí)行各種動作(例如，報警、警告、校正動作）。
[0033] 鑒于前文，圖1繪出了發(fā)電系統(tǒng)10,其可用于將功率提供至負(fù)載，諸如發(fā)電機(jī)、機(jī)械 負(fù)載等。發(fā)電系統(tǒng)10包括燃料供應(yīng)系統(tǒng)12,其繼而又包括燃料儲存器14和節(jié)流器16,節(jié)流器 16控制從燃料儲存器14且進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)10的燃料流。發(fā)電系統(tǒng)10還包括發(fā)動機(jī)系統(tǒng)18,其 包括壓縮機(jī)20、燃燒器22和燃?xì)廨啓C(jī)24。此外，發(fā)電系統(tǒng)10包括后處理系統(tǒng)26,其在下文中 更詳細(xì)描述。
[0034]發(fā)電系統(tǒng)10還包括控制系統(tǒng)28,其監(jiān)測發(fā)電系統(tǒng)10的操作的各種方面。具體而言， 控制系統(tǒng)28可連同傳感器30和促動器32工作，以監(jiān)測和調(diào)整發(fā)電系統(tǒng)10的操作。例如，各種 類型的傳感器30(諸如溫度傳感器、氧傳感器、流體流傳感器、質(zhì)量流傳感器、流體成分傳感 器和/或壓力傳感器)可設(shè)置在發(fā)電系統(tǒng)10的構(gòu)件上或構(gòu)件中，且節(jié)流器16為特定促動器 32。盡管發(fā)電系統(tǒng)10描述為燃?xì)獍l(fā)動機(jī)系統(tǒng)，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，其它類型的發(fā)電系統(tǒng)（例 如，渦輪、冷天系統(tǒng)、聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、共同發(fā)電系統(tǒng)等)可使用，且包括控制系統(tǒng)28、后處理系 統(tǒng)26和尿素噴射控制系統(tǒng)34。
[0035]在操作期間，燃料供應(yīng)系統(tǒng)12可經(jīng)由節(jié)流器16將燃料提供至發(fā)動機(jī)系統(tǒng)18,且具 體是燃燒器22。同時，壓縮機(jī)20可吸收流體(例如，空氣或其它氧化劑），其在其發(fā)送至燃燒 器22之前壓縮。在燃燒器22內(nèi)，接收到燃料與壓縮的流體混合，以產(chǎn)生流體燃料混合物，其 然后在流入燃?xì)獍l(fā)動機(jī)24中之前燃燒。燃燒的流體燃料混合物驅(qū)動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)24,其繼而 又產(chǎn)生適用于驅(qū)動負(fù)載的動力。例如，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)24可繼而又驅(qū)動連接到負(fù)載(諸如用于產(chǎn) 生能量的發(fā)電機(jī))上的軸。將理解的是，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)24可包括內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)等。 [0036]由燃?xì)獍l(fā)動機(jī)24產(chǎn)生的燃燒氣體流出發(fā)動機(jī)，且作為排出氣體排放到后處理系統(tǒng) 26中。在本實施例中，排出氣體經(jīng)過一個或更多個催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)，其將在下文中更詳細(xì)描 述。在一些實施例中，排出氣體還可經(jīng)過余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，其可從排出氣體回收 熱來產(chǎn)生蒸汽。為了監(jiān)測和調(diào)整后處理系統(tǒng)26的性能，發(fā)電系統(tǒng)10包括尿素噴射控制系統(tǒng) 34,其在下文中更詳細(xì)描述。
[0037]如前文所述，控制系統(tǒng)28監(jiān)督發(fā)電系統(tǒng)10的操作。如圖2中所示，控制系統(tǒng)28包括 處理器36、存儲器38和硬件接口 40。如圖所示，處理器36和/或其它數(shù)據(jù)處理電路可操作地 聯(lián)接到存儲器38上，以取得和執(zhí)行用于管理發(fā)電系統(tǒng)10的指令。例如，這些指令可在存儲于 存儲器38中的程序中編碼，且存儲器38可為有形的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)的實例。指令 或代碼可由處理器36存取或執(zhí)行，以允許執(zhí)行當(dāng)前公開的技術(shù)。存儲器38可為大容量儲存 裝置、閃速存儲器裝置、可除去的存儲器，或適用于儲存可執(zhí)行指令或代碼的任何其它非暫 時性計算機(jī)可讀介質(zhì)。此外和/或作為備選，指令可儲存在附加的適合制品中，其包括至少 一個有形的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，該介質(zhì)以類似于上文所述的存儲器38的方式至少共 同地儲存這些指令或例行程序。控制系統(tǒng)28還可經(jīng)由硬件接口 40與傳感器30和促動器32通 信。在一些實施例中，控制器28還可包括顯示器42和用戶輸入裝置44，以允許操作者與控制 系統(tǒng)28交互。
[0038]在一些實施例中，控制系統(tǒng)28可為分布式控制系統(tǒng)(DCS)或類似的多個控制器系 統(tǒng)，使得發(fā)電系統(tǒng)10中的各個構(gòu)件(例如，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)24、后處理系統(tǒng)26、尿素噴射控制系統(tǒng) 34)或成組構(gòu)件包括用于控制特定(多個)構(gòu)件的控制器或與其相關(guān)聯(lián)。在這些實施例中，各 個控制器均包括類似于上文所述的處理器36、存儲器38和硬件接口 40的處理器、存儲器和 硬件接口。各個控制器還可包括與其它控制器通信的通信鏈路。
[0039]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3,后處理系統(tǒng)26包括選擇性催化還原（SCR)催化器46,以及接收和調(diào) 節(jié)流出燃?xì)獍l(fā)動機(jī)24的排出氣流50的氨滑移催化器(ASC)48。由于圖3包括類似于圖1和2的 元件，故相似的元件以相似的數(shù)字描述。盡管繪出的實施例繪出了 SCR催化器46和ASC48,但 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，后處理系統(tǒng)26可包括任何類型的NOx還原催化器和氨氧化催化器，以及其 它催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)和其它構(gòu)件，諸如上文提到的HRSG。
[0040] SCR催化器46為用于將氮氧化物轉(zhuǎn)化成雙原子氮(N2)和水的特定類型的排氣催化 器。除用于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)系統(tǒng)24中之外，SCR催化器46也可用于公用鍋爐、工業(yè)鍋爐、城市固體 廢物鍋爐、柴油發(fā)動機(jī)、柴油機(jī)車、燃?xì)廨啓C(jī)和汽車。SCR催化器46可使用氨，以協(xié)助觸發(fā)將 排出氣體中的氮氧化物轉(zhuǎn)化成N 2和水的反應(yīng)。然而，一些氨可保持在化學(xué)反應(yīng)中并未消耗 的排出氣流50內(nèi)。為了將剩余氨轉(zhuǎn)化成N2,后處理系統(tǒng)包括ASC48JSC48可為沸石類型的催 化器，即可使用微多孔鋁硅酸鹽礦物來提供化學(xué)反應(yīng)，其氧化排出氣體內(nèi)的氨。
[0041] 為了引起SCR催化器46和ASC48內(nèi)的期望反應(yīng)，尿素噴射到SCR催化器46上游的排 出氣流50中。噴射可為連續(xù)的或離散的，且可由控制系統(tǒng)28和/或尿素噴射控制系統(tǒng)34控 制，這將在下文中更詳細(xì)描述。此外，盡管本文所述的實施例描述了尿素噴射到排出氣流50 中，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，實施例可針對任何適合的氣態(tài)還原劑(諸如無水氨和氨水)改變。此 外，噴射到排出氣流50中的尿素的量可基于尿素的體積、尿素的質(zhì)量或尿素噴射引起的化 學(xué)還原的潛力。一旦尿素噴射到排出氣流50中，則排出氣流50進(jìn)入SCR催化器46,且然后ASC 催化器48,其將排出氣體內(nèi)的氮氧化物和氨轉(zhuǎn)化成如上文所述的N2和水。
[0042]如上文所述，尿素噴射控制系統(tǒng)34監(jiān)測后處理系統(tǒng)26的性能。具體而言，尿素噴射 控制系統(tǒng)34可基于催化劑的當(dāng)前NOx轉(zhuǎn)化率、催化劑的操作特征(例如，溫度、流體流、壓力、 尿素類型）和對于后處理系統(tǒng)26的期望轉(zhuǎn)化率來確定噴射到排出氣流50中的尿素的適當(dāng) 量。這繼而又可減少保持在排出氣體中的NOx的量，以允許發(fā)電系統(tǒng)10實現(xiàn)較低的NOx排放 值，特別是對于使用貧燃燒發(fā)動機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)10。尿素噴射控制系統(tǒng)34還可確定用于ASC48 的特定特征的適當(dāng)操作窗口，以使轉(zhuǎn)化成N 2的氨的選擇性最大化。此外，尿素噴射控制系統(tǒng) 34可促進(jìn)后處理系統(tǒng)26的診斷評估和某些動作(例如，警報、警告、校正動作）。
[0043]如圖3中所示的尿素噴射控制系統(tǒng)34可與控制系統(tǒng)28分開，且可包含類似于控制 系統(tǒng)28的處理器、存儲器和硬件接口的處理器、存儲器和硬件接口。在其它實施例中，尿素 噴射控制系統(tǒng)34可為控制系統(tǒng)28的一部分。例如，尿素噴射控制系統(tǒng)34可位于如上文所述 的分布式控制系統(tǒng)內(nèi)的多個控制器中的一個中，或可提供為可經(jīng)由控制系統(tǒng)28執(zhí)行的計算 機(jī)指令。
[0044]在一個實例中，尿素噴射控制系統(tǒng)34可使用由傳感器30收集的數(shù)據(jù)，以確定流出 SCR催化器46之后的排出氣體的溫度，以及SCR催化器46與ASC催化器48之間的區(qū)域或多個 區(qū)域中的排出氣體的NOx量。在其它實施例中，尿素噴射控制系統(tǒng)34可使用源于后處理系統(tǒng) 26和其構(gòu)件的模型（例如，諸如動力模型的第一主要模型、統(tǒng)計模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法 和/或數(shù)據(jù)挖掘模型），以及作為總體的發(fā)動機(jī)24和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)18的模型的虛擬測量結(jié)果來 確定測量結(jié)果。
[0045]尿素噴射控制系統(tǒng)34可基于流出SCR催化器46之后的排出氣流50的溫度是否落入 期望的操作窗口內(nèi)來調(diào)整噴射到排出氣流50中的尿素的量。類似地，尿素噴射控制系統(tǒng)34 可基于SCR催化器46與ASC48之間的區(qū)域中的排出氣體的NOx值是否小于(或大于)設(shè)置的基 準(zhǔn)值來調(diào)整噴射到排出氣流50中的尿素的量。操作窗口和基準(zhǔn)值可通過使用工作臺反應(yīng)實 驗來導(dǎo)出。在一個實施例中，工作臺反應(yīng)實驗在實驗室中執(zhí)行，且結(jié)果包括在表格或儲存在 存儲器中的其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。在另一個實施例中，工作臺反應(yīng)實驗可在現(xiàn)場執(zhí)行，且還可實 時執(zhí)行以提供結(jié)果的實時包含。
[0046]作為備選或此外，操作窗口和基準(zhǔn)值可使用后處理系統(tǒng)26和其構(gòu)件或發(fā)動機(jī)系統(tǒng) 18和其構(gòu)件的模型（例如，諸如動力模型的第一主要模型、統(tǒng)計模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法 和/或數(shù)據(jù)挖掘模型）來導(dǎo)出。盡管本尿素噴射控制系統(tǒng)34基于流出SCR催化器之后的排出 氣流50的溫度和SCR催化器46與ASC48之間的區(qū)域中的排出氣流50的NOx值調(diào)整噴射到排出 氣流50中的尿素的量，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，尿素噴射控制系統(tǒng)34可構(gòu)造成基于后處理系統(tǒng) 26的其它操作特征(例如，觀測壓力、流體流等)調(diào)整噴射到排出氣流50中的尿素的量。 [0047]除調(diào)整尿素噴射之外，尿素噴射控制系統(tǒng)34還可調(diào)整ASC48操作溫度窗口來使最 大化如上文所述的氨到N2的選擇性。如上文所注意到的，ASC48將氨轉(zhuǎn)化成N2;然而，ASC48還 可將氨轉(zhuǎn)化成NOx。因此，最大化氨到犯的選擇性必然伴有增大ASC48將氨轉(zhuǎn)化成犯的概率。 此外，ASC48的操作溫度窗口與氨到他的選擇性之間存在關(guān)系。即，ASC48的入口溫度可影響 發(fā)生在ASC48內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的效率。例如，在包含沸石配方的一些ASC48中，氨到N 2的選擇性 在ASC48的入口溫度在400 °C到510 °C之間時最大化。
[0048]為了最大化或以其它方式改善氨到犯的選擇性，尿素噴射控制系統(tǒng)34可使用以下 公式：
即，尿素噴射控制系統(tǒng)34可基于存在于ASC48上游和下游兩者的排出氣流50中的氮氧 化物的量和ASC48上游的排出氣流50中存在的氨量來確定氨到犯的選擇性。尿素噴射控制 系統(tǒng)34然后可基于期望的選擇性來調(diào)整用于ASC48的操作溫度窗口；操作溫度窗口和對應(yīng) 選擇性的值可以以查找表的形式保存在存儲器38中。操作溫度窗口與選擇性之間的關(guān)系可 經(jīng)由包括實時實驗的工作臺反應(yīng)實驗導(dǎo)出，或經(jīng)由如上文所述的后處理系統(tǒng)26的模型，以 及如由傳感器30確定的ASC上游和下游的溫度的當(dāng)前值導(dǎo)出。
[0049]此外，如上文所述，尿素噴射控制系統(tǒng)34可基于收集的數(shù)據(jù)執(zhí)行或開始后處理系 統(tǒng)26和其構(gòu)件的診斷評估。例如，如下文所述，如果流出ASC48之后的排出氣體的NOx值小于 一組參考值，則尿素噴射控制系統(tǒng)34可開始ASC48的診斷評估。尿素噴射控制系統(tǒng)34或控制 系統(tǒng)28可執(zhí)行診斷評估。在一些實施例中，尿素噴射控制系統(tǒng)34還可基于診斷評估的結(jié)果 來促進(jìn)校正動作(例如，警告操作者計劃維護(hù)）。作為備選，控制系統(tǒng)32可促進(jìn)校正動作。
[0050] 實際上，本文所述的技術(shù)利用了最大1^3到％的選擇性的ASC48溫度窗口的方面， 且在穿過SCR催化器的最佳NOx轉(zhuǎn)化并未在SCR-ASC后處理網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)時命令額外的尿素噴 射。如下文參照圖4所述，這可通過讀取SCR催化器處的溫度、通過感測SCR催化器46之前和 之后的NOx來計算穿過SCR催化器的NOx轉(zhuǎn)化、比較NH3儲存配置文件、讀取ASC輸出處的NOx傳 感器30,以及然后如果滿足某一邏輯就命令額外尿素來用于更理想的NOx還原來實施。
[0051] 現(xiàn)在參看圖4,附圖為適用于由用于控制后處理系統(tǒng)26的尿素噴射控制系統(tǒng)34執(zhí) 行的過程60的實施例的流程圖。盡管過程60在下文中詳細(xì)描述，但過程60可包括圖4中未示 出的其它步驟。此外，所示步驟可同時或以不同順序執(zhí)行。如上文所述，過程60可實施為儲 存在存儲器38中且由處理器36執(zhí)行的計算機(jī)指令或可執(zhí)行代碼。
[0052]在框62處開始，尿素噴射控制系統(tǒng)34確定流出SCR催化器46之后的排出氣體的溫 度，其在下文中稱為SCR出口溫度64,且在圖4中示為SCRexit。如上文所述，SCR出口溫度64可 基于來自溫度傳感器30,以及來自后處理系統(tǒng)26和其構(gòu)件及發(fā)動機(jī)系統(tǒng)18和其構(gòu)件的模型 導(dǎo)出的虛擬測量結(jié)果的讀數(shù)來確定。
[0053] 在框66處，尿素噴射控制系統(tǒng)34確定SCR出口溫度64是否在下限與上限之間。溫度 極限可通過如上文所述的工作臺反應(yīng)實驗實時或脫機(jī)確定，且可儲存在存儲器38中。如果 尿素噴射控制系統(tǒng)34確定SCR出口溫度64并未在下限和上限內(nèi)，則其可進(jìn)行至框68。在框68 處，過程60(例如，尿素噴射控制系統(tǒng)34)確定SCR出口溫度64是否低于下限或高于上限?；?于框56處的確定，尿素噴射控制系統(tǒng)34在框70處調(diào)整噴射到排出氣流中的尿素的量。尿素 噴射控制系統(tǒng)然后可回到框62處開始過程60。
[0054] 如果尿素噴射控制系統(tǒng)34確定SCR出口溫度64在下限和上限內(nèi)，則在框72處，尿素 噴射控制系統(tǒng)34確定流出SCR催化器之后的排出氣體的NOx值，這在下文中稱為SCR出口 NOx 值74,且在圖4中標(biāo)為NOx,SCR。如上文所述，SCR出口 NOx值74可經(jīng)由來自傳感器(諸如氣體分 析器)30,以及來自從后處理系統(tǒng)26和其構(gòu)件及發(fā)動機(jī)系統(tǒng)18和其構(gòu)件的模型導(dǎo)出的虛擬 測量結(jié)果的讀數(shù)來確定。
[0055]在框76處，使用SCR出口 NOx值74，尿素噴射控制系統(tǒng)34計算SCR催化器46的NOx轉(zhuǎn)化 率的估值，其在下文中稱為估計的SCR NOx轉(zhuǎn)化率78，且標(biāo)為估計的SCR_N0x。在框80處，尿素 噴射控制系統(tǒng)34確定估計的SCR NOx轉(zhuǎn)化率是否小于目標(biāo)SCR NOx轉(zhuǎn)化率，其在圖4中示為目 標(biāo)SCR_N0x。如果不是，則尿素噴射控制系統(tǒng)34然后返回以在框62處確定SCR出口溫度64。 [0056]如果尿素噴射控制系統(tǒng)34確定估計的SCR NOx轉(zhuǎn)化率小于目標(biāo)SCR NOx轉(zhuǎn)化率，則 在框82處，尿素噴射控制系統(tǒng)34確定儲存在SCR催化器46中的氨量，其在下文中稱為氨儲存 值84,且在圖4中標(biāo)為NH 3,scr。如上文所述，SCR催化器46使用氨來觸發(fā)將氮氧化物轉(zhuǎn)化成N2 和水的化學(xué)反應(yīng)。因此，如果在排出氣體經(jīng)過SCR催化器46之后大量氨保持在SCR催化器46 中，則其可為SCR催化器46并未按期望起作用的指示。因此，在框86處，尿素噴射控制系統(tǒng)34 確定氨儲存值是否小于圖4中標(biāo)為NH 3,stcirace的氨儲存基準(zhǔn)值。如果是如此，則尿素噴射控制 系統(tǒng)34可在框88處開始SCR催化器46的診斷評估。SCR催化器46的診斷評估可由尿素噴射控 制系統(tǒng)34或控制系統(tǒng)28執(zhí)行。此外，尿素噴射控制系統(tǒng)34或控制系統(tǒng)28可如上文所述基于 診斷評估的結(jié)果來促進(jìn)校正動作(例如，操作者警告以計劃維護(hù)）。
[0057]如果尿素噴射控制系統(tǒng)34確定氨儲存值不小于氨儲存參考值，則在框90處，尿素 噴射控制系統(tǒng)34確定流出ASC48之后的排出氣體的NOx值，這在下文中稱為ASC出口 NOx值92， 且在圖4中標(biāo)為N0x,asc。如上文所述，ASC出口 NOx值92可從傳感器(諸如氣體分析器)30,或從 后處理系統(tǒng)26和其構(gòu)件及發(fā)動機(jī)系統(tǒng)18和其構(gòu)件的模型的讀數(shù)導(dǎo)出。
[0058] 在框94處，尿素噴射控制系統(tǒng)34確定ASC出口 NOx值92是否小于系統(tǒng)NOx參考值，其 可代表經(jīng)過后處理系統(tǒng)26之后存在于排出氣體中的NOx的期望量，且在圖4中不為NOx, system。 如果是這樣，則尿素噴射控制系統(tǒng)34可在框96處開始ASC48的診斷評估。如上文所述，尿素 噴射控制系統(tǒng)34或控制系統(tǒng)28可執(zhí)行診斷評估，且可基于診斷評估的結(jié)果促進(jìn)校正動作。 [0059]如果尿素噴射控制系統(tǒng)34確定ASC出口 NOx值并非小于系統(tǒng)NOx參考值，則尿素噴射 控制系統(tǒng)34可在框98處增大噴射到排出氣體中的尿素的量。增大可允許SCR催化器46實現(xiàn) 期望的轉(zhuǎn)化率，同時仍允許ASC48氧化SCR催化器46下游的排出氣體中的任何剩余的氨。尿 素噴射控制系統(tǒng)34然后回到框72處的確定SCR出口 NOx值74。
[0060] 本發(fā)明的技術(shù)效果包括監(jiān)測和調(diào)整發(fā)電系統(tǒng)的后處理系統(tǒng)的操作。某些實施例允 許了在由后處理系統(tǒng)基于后處理系統(tǒng)的操作特征處理之前通過調(diào)整噴射到排出氣體中的 尿素量來改善后處理系統(tǒng)的性能。例如，本尿素噴射控制系統(tǒng)可基于流出SCR催化器之后的 排出氣體溫度以及SCR催化器和ASC的氮氧化物轉(zhuǎn)化率來調(diào)整噴射到排出氣體中的尿素的 量。其它實施例允許了調(diào)整后處理系統(tǒng)的操作特征以改善各種構(gòu)件的轉(zhuǎn)化率。例如，本尿素 噴射控制系統(tǒng)可確定ASC將氨轉(zhuǎn)化成N 2的概率，且可調(diào)整ASC的操作溫度窗口以提高概率。 說明書中的技術(shù)效果和技術(shù)問題是示范性而非限制性的。應(yīng)當(dāng)注意的是，說明書中所述的 實施例可具有其它技術(shù)效果，且可解決其它技術(shù)問題。
[0061] 本書面描述使用了實例來公開包括最佳模式的發(fā)明，且使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員 能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，且執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利 范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它實例。如果這些其它實例具 有并非不同于權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)元件，或如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的書 面語言無實質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實例將在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種系統(tǒng)，包括： 氮氧化物還原催化器，其流體地聯(lián)接至發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣導(dǎo)管，且構(gòu)造成減少發(fā)動機(jī) 排氣中的氮氧化物； 氨氧化催化器，其流體地聯(lián)接至所述氮氧化物還原催化器下游的排氣導(dǎo)管，且構(gòu)造成 減少所述發(fā)動機(jī)排氣中的氨；以及 還原劑噴射控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成： 控制到所述排氣導(dǎo)管中的還原劑的噴射； 確定所述氮氧化物還原催化器的氮氧化物轉(zhuǎn)化率； 確定所述氮氧化物還原催化器的氨儲存值； 確定所述氨氧化催化器上游的所述發(fā)動機(jī)排氣的第一溫度；以及 基于所述氮氧化物轉(zhuǎn)化率、所述氨儲存值和所述第一溫度增大、減小或組合增大減小 所述還原劑的噴射。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于所述 第一溫度和氨氧化催化器溫度窗口中的一者或兩者確定氨氧化催化器溫度窗口增大。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成確定所述 氨氧化催化器下游的所述發(fā)動機(jī)排氣的第二溫度，以及基于第一和第二溫度確定所述氨氧 化催化器溫度窗口。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成確定所述 氨氧化催化器溫度窗口以提高所述氨氧化催化器的氨選擇性。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成使用后處 理系統(tǒng)的模型、所述發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的模型或它們的組合來確定所述氮氧化物轉(zhuǎn)化率、氨儲存、 所述第一溫度或它們的任何組合。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成在所述氮 氧化物轉(zhuǎn)化率低于參考值時增加所述還原劑的噴射。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于所述 氮氧化物轉(zhuǎn)化率和所述第一溫度來開始所述氮氧化物還原催化器、所述氨氧化催化器或它 們的任何組合的診斷評估。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述還原劑噴射控制系統(tǒng)構(gòu)造成基于所述 氨儲存值來開始所述氮氧化物還原催化器的診斷評估。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括貧燃燒發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。10. -種方法，包括： 控制到發(fā)動機(jī)排氣中的還原劑噴射； 確定構(gòu)造成接收所述發(fā)動機(jī)排氣和減少所述發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化物的氮氧化物還 原催化器的氮氧化物轉(zhuǎn)化率； 確定所述氮氧化物還原催化器的氨儲存值； 接收對應(yīng)于流體地聯(lián)接至所述氮氧化物催化器的氨氧化催化器上游的第一溫度的第 一輸入，所述氨氧化催化器流體地聯(lián)接至所述氮氧化物催化器，所述氨氧化催化器在所述 氮氧化物催化器下游，且構(gòu)造成減少所述發(fā)動機(jī)排氣中的氨；以及 基于所述氮氧化物轉(zhuǎn)化率、所述氨儲存值和所述第一溫度增加或減少所述還原劑噴 射。
【文檔編號】F01N9/00GK105937425SQ201610116846
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月2日
【發(fā)明人】M.N.R.德瓦拉康達(dá)
【申請人】通用電氣公司