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船舶柴油机SCR尿素喷射电控系统研发
| 论文题名： | 船舶柴油机SCR尿素喷射电控系统研发 |
| 关键词： | 船舶柴油机;机内净化技术;SCR技术;尿素喷射系统 |
| 摘要： | 随着MARPOL公约附则Ⅵ中TierⅢ排放控制标准的实施，机内净化技术已经很难满足TierⅢ法规对船舶柴油机NOx排放控制要求。选择性催化还原(SCR)技术是满足船舶柴油机NOx排放控制最具前景的技术之一。目前，船用SCR系统技术核心基本为国外所有，因此，开发具有自主知识产权的高性能SCR电控系统很有必要。为此，本文针对一船用柴油机进行SCR尿素喷射电控系统研发，主要研究内容包括: 首先，根据TierⅢ排放控制标准及《选择性催化还原(SCR)系统认可及检验指南》相关要求确定SCR电控系统设计目标，进行电控系统总体方案设计和部件选型。 其次，根据SCR电控系统硬件功能需求，选用S20M0T型PLC和HD102TC型HMI联合作为SCR电控系统的电子控制单元;设计的电源供给网络、Modbus通讯网络和CAN通讯网络将各元器件连接为一体，构成了SCR电控系统的硬件系统。 再次，根据SCR电控系统设计目标，搭建电控系统软件架构。利用HMI组态软件通讯口配置工具设计了与硬件通讯的底层驱动软件;同时设计了基于模块化的故障诊断、MAP图查询、电控系统标定等上层应用软件。 然后，设计开环控制策略、闭环控制策略、前馈修正模型和瞬态修正模型;提出了基于NOx加权比排放的NOx目标转化率规划方法。设计多种控制策略联合控制的逻辑控制程序，并实现对SCR电控系统上层应用软件的封装，形成完整的软件系统。 最后，在柴油机实验台架上进行了SCR尿素喷射电控系统性能实验。尿素喷射计量泵误差标定试验结果表明:计量泵误差随着喷射量的增加而增加，设计的误差修正补偿程序可显著提高尿素计量泵的准确性。SCR尿素喷射电控系统台架试验结果表明:采用基于前馈修正的开环控制策略时，E3和D2测试循环下的NOx加权比排放分别为1.77g/kWh和1.73g/kWh，各工况NOx比排放最高值分别为2.69g/kWh和2.73 g/kWh，NH3逃逸最大平均浓度分别为0.9ppm和1.5ppm;采用基于前馈修正的闭环控制策略时，E3和D2试验循环下的NOx加权比排放分别为1.91g/kWh和2.00g/kWh，各工况NOx比排放最高值分别为2.61g/kWh和2.94 g/kWh，NH3逃逸最大平均浓度分别为10ppm和6.0ppm。采用开环控制策略和闭环控制策略，在E3和D2试验循环下，SCR系统均能满足TierⅢ阶段加权NOx比排放和单工况NOx比排放限值要求，NH3逃逸符合10ppm限值要求。闭环控制策略与开环控制策略相比，E3试验循环下尿素喷射量平均降低了3.99％，D2试验循化下尿素喷射量平均降低了1.28％，采用闭环控制策略经济性相对较好。 |
| 作者： | 欧顺华 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 尹自斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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