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船舶中速柴油机SCR系统控制策略仿真与实验研究
| 论文题名： | 船舶中速柴油机SCR系统控制策略仿真与实验研究 |
| 关键词： | 船舶柴油机;控制策略;交叉敏感性;参数辨识;氮氧化物;选择性催化还原 |
| 摘要： | 近年来，船舶柴油机氮氧化物(NOx)减排问题一直备受关注，国际海事组织(IMO)将于2016年强制实施严格的Tier III标准。在众多NOx减排技术中，选择性催化还原技术(SCR)因具有高效经济等优点，而被视为最有发展前景的船舶柴油机NOx减排后处理技术。SCR系统控制技术已成为船舶柴油机NOx排放领域的重要研究课题。本文对SCR催化反应模型和基于该模型的尿素喷射控制技术实验等方面进行了深入研究，论文的主要内容和主要研究成果如下： 针对SCR催化反应模型的建立，先全面分析SCR系统钒基催化剂中各化学反应的反应原理。从反应温度和催化剂种类两方面分析并筛选出 SCR钒基催化剂中主要的化学反应，并提出模型假设，最后建立SCR催化反应模型。通过SCR系统基础实验台架实验，证明所建立的SCR催化反应模型能准确预测SCR反应器出口NOx浓度和NH3逃逸量。 综合运用非线性最小二乘方法理论和信赖域算法以解决 SCR系统动力学中未知参数辨识的问题。利用 SCR系统基础实验台架实验数据对辨识的结果进行验证。证明非线性最小二乘方法能准确辨识出SCR动力学未知参数，提高了SCR催化反应模型的精度。 利用扩展卡尔曼滤波方法(EKF)对NOx传感器的NH3交叉敏感性进行了实验研究。开展不同柴油机工况下的NOx传感器测试实验，分析排气温度、氨氮比等因素对NOx传感器交叉敏感性的影响，结果证明EKF方法能有效滤除NOx传感器对NH3的交叉敏感性误差。 以船舶中速柴油机的为对象，搭建SCR系统实验台架，并利用PLC S7-300控制器制定尿素喷射控制策略，对不同控制策略进行了理论分析。利用实验台架对所制定的开环控制策略和闭环PID反馈加前馈控制策略进行实验研究。对比分析了两种控制策略在同一个瞬态工况实验循环下的排放结果，结果证明闭环控制策略的控制效果优于开环控制策略，两种控制策略都能使船舶柴油机NOx排放达到Tier III标准。 |
| 作者： | 郑伟 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 肖友洪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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