一种船用低速柴油机SCR系统最小尿素喷射量的计算方法与流程

一种船用低速柴油机scr系统最小尿素喷射量的计算方法
技术领域
1.本发明涉及柴油机技术领域，尤其是涉及一种船用低速柴油机scr系统最小尿素喷射量的计算方法。


背景技术：

2.为了减少船舶航行时排放出的废气对环境的污染，选择性催化还原技术(scr)系统被设计出来，且满足修订过的marpolannexvi和 noxtechnicalcode2008(ntc2008)所制定的国际海事组织(imo)排放等级三(tier3)的氮氧化物(nox)规范。
3.对于转速130rpm的低速柴油机，在排放控制区域航行时，imonox循环值必须满足不超过限值3.4g/kwh的要求(排放等级三tier3)；在非排放控制区域航行时，imonox循环值必须满足不超过限值14.4g/kwh的要求(排放等级二tier2)。
4.选择性催化还原技术系统是一种通过尿素溶液的喷射，使尿素溶液热解生产的氨气(nh3)和废气中的氮氧化合物(nox)发生化学反应，从而减少废气中的nox浓度，降低排放，减少对环境的污染。
5.目前还没有任何方法来定义选择性催化还原技术中尿素溶液实际喷射量在多少范围里是有效的、合理的且满足imotier3要求，在船上只能通过一些其他的手段(如nox浓度测试)来验证满足imotier3要求。
6.所以定义柴油机选择性催化还原技术系统中最小尿素喷射量是十分必要的，且有利于船舶的检验。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是目前还没有任何方法来定义选择性催化还原技术中尿素溶液实际喷射量在多少范围里是有效的、合理的且满足 imotier3要求。
8.为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种船用低速柴油机 scr系统最小尿素喷射量的计算方法，其中，
9.定义
10.排放等级二的氮氧化合物的排放值为a g/kwh；
11.排放等级二的氮氧化合物的排放最大允许值为amax g/kwh；
12.排放等级三的氮氧化合物的排放值为b g/kwh；
13.排放等级三的氮氧化合物的排放最大允许值为bmax g/kwh；
14.达到排放等级三的氮氧化合物排放值时的尿素喷射量为r l/h；
15.所述计算方法如下：
16.通过公式
17.rmin＝[r*(1-bmax/amax)]/(1-b/a)
[0018]
得到最小的氮氧化合物转化率下的最小尿素喷射量。
[0019]
可选地，通过排放等级二和排放等级三的氮氧化合物排放值的比得到实际的氮氧
化合物转化率n％，得到n％＝1-b/a。
[0020]
可选地，通过排放等级二和排放等级三的氮氧化合物排放值的比得到最小的氮氧化合物转化率nmin％，得到nmin％＝1-(bmax/amax)。
[0021]
可选地，达到排放等级三的氮氧化合物排放值时的尿素喷射量/最小尿素喷射量＝实际氮氧化合物转化率/最小的氮氧化合物转化率，得到rmin＝(r*nmin％)/n％。
[0022]
本发明技术方案的有益效果是：
[0023]
本发明通过最小尿素喷射量的计算公式，基于四个负荷(25％、50％、75％、100％)nox的排放值、排放最大允许值和达到tier3nox排放值下的尿素喷射量，计算出四个负荷所需的最小尿素喷射量，可以方便地在船上通过验证选择性催化还原技术系统尿素喷射量是否超过最小喷射量来判断柴油机是否满足imotier3要求。
具体实施方式：
[0024]
下面对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0025]
本实施例示出了一种实施例的船用低速柴油机scr系统最小尿素喷射量的计算方法，其中，定义排放等级二的氮氧化合物的排放值为ag/kwh；排放等级二的氮氧化合物的排放最大允许值为amaxg/kwh；排放等级三的氮氧化合物的排放值为bg/kwh；排放等级三的氮氧化合物的排放最大允许值为bmaxg/kwh；达到排放等级三的氮氧化合物排放值时的尿素喷射量为rl/h；所述计算方法如下：
[0026]
通过公式
[0027]
rmin＝[r*(1-bmax/amax)]/(1-b/a)
[0028]
得到最小的氮氧化合物转化率下的最小尿素喷射量。
[0029]
本实施例中，通过排放等级二和排放等级三的氮氧化合物排放值的比得到实际的氮氧化合物转化率n％，得到n％＝1-b/a。
[0030]
本实施例中，通过排放等级二和排放等级三的氮氧化合物排放值的比得到最小的氮氧化合物转化率nmin％，得到nmin％＝1-(bmax/amax)。
[0031]
本实施例中，达到排放等级三的氮氧化合物排放值时的尿素喷射量/最小尿素喷射量＝实际氮氧化合物转化率/最小的氮氧化合物转化率，得到rmin＝(r*nmin％)/n％。
[0032]
通过以下说明进一步地认识本发明的特性及功能。
[0033]
根据scr基本原理可知：
[0034]
尿素溶液喷射量越大，尿素溶液热解的氨气就越多，废气中nox(nox是氮氧化合物的总称)的与更多的氨气发生反应，反应后废气中的nox浓度就越少，nox的转化率(减排率)就越高。反之尿素溶液喷射量越小，nox的转化率就越低。尿素溶液喷射量和转化率成正比，和nox浓度成反比。
[0035]
因此，本实施例提供了一种新的计算方法来获得最小尿素喷射量。
[0036]
同一单个负荷下(25，50，75，100％四个负荷中的其中一种)：
[0037]
i.tier2的nox排放值为ag/kwh；
[0038]
ii.tier2的nox排放最大允许值为amaxg/kwh；
[0039]
iii.tier3的nox排放值为bg/kwh；
[0040]
iv.tier3的nox排放最大允许值为bmaxg/kwh；
[0041]
v.达到tier3的nox排放值时的尿素喷射量为r l/h；
[0042]
通过以下步骤计算最小的nox转化率：
[0043]
a)通过tier2和的tier3的nox排放值的比得到实际的nox转化率n％， n％＝1-b/a；
[0044]
b)通过tier2和的tier3的nox排放值的比得到最小的nox转化率 nmin％，nmin％＝1-bmax/amax；
[0045]
c)达到tier3的nox排放值时的尿素喷射量/最小尿素喷射量＝实际的 nox转化率/最小的nox转化率，rmin＝(r*nmin)/n；
[0046]
从而得到最小的nox转化率下的最小尿素喷射量计算公式：
[0047]
rmin＝[r*(1-bmax/amax)]/(1-b/a)l/h。
[0048]
其中，
[0049]
tier2的nox排放值表示：尿素溶液未喷时的nox值；
[0050]
tier3的nox排放值表示：尿素溶液喷射反应减排后的nox值；
[0051]
tier2的nox排放最大允许值表示：最恶劣条件下且满足imotier2要求、尿素溶液未喷时的nox值排放值；
[0052]
tier3的nox排放最大允许值表示：最恶劣条件下且满足imotier3要求尿素溶液喷射减排后的nox排放值。
[0053]
下面结合表一和表二和具体的实施案例来对本发明作进一步的阐述和说明，但不能以此来限制本发明的保护范围。
[0054]
表1-tier2下的nox排放值和排放最大允许值
[0055]
负荷％100755025 nox
ꢀꢀꢀꢀꢀ
排放循环值排放值g/kwh8.3413.0316.3320.312.42排放最大允许值g/kwh9.8114.4813.8222.914.01
[0056]
表2-tier3下的nox排放值、排放最大允许值和达到tier3nox排放值时的尿素喷射量
[0057]
负荷％100755025 尿素喷射量l/h10913611058 nox
ꢀꢀꢀꢀꢀ
排放循环值排放值g/kwh1.742.022.072.231.96排放最大允许值g/kwh1.943.393.854.673.38
[0058]
以表1和表2中75％负荷为例:
[0059]
a)75％负荷时的实际转化率n％＝1-2.02/13.03＝84.5％
[0060]
b)75％负荷时的最小转化率nmin＝1-3.39/14.48＝76％
[0061]
c)75％负荷时的最小转化率下的最小尿素喷射量:
[0062]
75％负荷时的rmin＝[136*(1-3.39/14.48)]/(1-2.02/13.03)l/h
[0063]
＝123l/h
[0064]
综上所述，本发明通过最小尿素喷射量的计算公式，基于四个负荷(25％、 50％、75％、100％)nox的排放值、排放最大允许值和达到tier3nox排放值下的尿素喷射量，计算
出四个负荷所需的最小尿素喷射量，可以方便地在船上通过验证选择性催化还原技术系统尿素喷射量是否超过最小喷射量来判断柴油机是否满足imotier3要求。
[0065]
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种船用低速柴油机scr系统最小尿素喷射量的计算方法，其特征在于，定义排放等级二的氮氧化合物的排放值为ag/kwh；排放等级二的氮氧化合物的排放最大允许值为amax g/kwh；排放等级三的氮氧化合物的排放值为b g/kwh；排放等级三的氮氧化合物的排放最大允许值为bmax g/kwh；达到排放等级三的氮氧化合物排放值时的尿素喷射量为r l/h；所述计算方法如下：通过公式rmin＝[r*(1-bmax/amax)]/(1-b/a)得到最小的氮氧化合物转化率下的最小尿素喷射量。2.根据权利要求1所述的船用低速柴油机scr系统最小尿素喷射量的计算方法，其特征在于，通过排放等级二和排放等级三的氮氧化合物排放值的比得到实际的氮氧化合物转化率n％，得到n％＝1-b/a。3.根据权利要求1所述的船用低速柴油机scr系统最小尿素喷射量的计算方法，其特征在于，通过排放等级二和排放等级三的氮氧化合物排放值的比得到最小的氮氧化合物转化率nmin％，得到nmin％＝1-(bmax/amax)。4.根据权利要求1所述的船用低速柴油机scr系统最小尿素喷射量的计算方法，其特征在于，达到排放等级三的氮氧化合物排放值时的尿素喷射量/最小尿素喷射量＝实际氮氧化合物转化率/最小的氮氧化合物转化率，得到rmin＝(r*nmin％)/n％。

技术总结
本发明技术方案公开了一种船用低速柴油机SCR系统最小尿素喷射量的计算方法，定义排放等级二的氮氧化合物的排放值为A g/kwh；排放等级二的氮氧化合物的排放最大允许值为Amax g/kwh；排放等级三的氮氧化合物的排放值为B g/kwh；排放等级三的氮氧化合物的排放最大允许值为Bmaxg/kwh；达到排放等级三的氮氧化合物排放值时的尿素喷射量为R L/h；所述计算方法如下：通过公式Rmin＝[R*(1-Bmax/Amax)]/(1-B/A)得到最小的氮氧化合物转化率下的最小尿素喷射量。通过计算公式，基于四个负荷(25％、50％、75％、100％)NOx的排放值、排放最大允许值和达到Tier3NOx排放值下的尿素喷射量，计算出四个负荷所需的最小尿素喷射量，可以方便地在船上通过验证SCR系统尿素喷射量是否超过最小喷射量来判断柴油机是否满足IMOTier3要求。足IMOTier3要求。


技术研发人员：王煜 刘锋华
受保护的技术使用者：沪东重机有限公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2023/6/26