船機SCR多路噴射控制系統技術方案

本發明專利技術公開船機SCR多路噴射控制系統，涉及在多臺船用柴油機SCR裝置的噴射控制技術，屬于船機排氣后處理系統領域。本發明專利技術是從船用多臺柴油機的后處理需要出發，分別針對高壓泵和普通泵提出了不同解決方案，主要區別在于普通泵需要外接入壓縮空氣，對噴出的尿素溶液進行輔助霧化；普通泵的噴嘴可由液體和氣體兩個輸入口組成，壓縮空氣一般接入氣體入口，而高壓泵的噴嘴不需要氣體入口，僅保留液體入口。本發明專利技術針對多路柴油機的排氣后處理問題，提出了采用單泵+共軌管路進行尿素溶液噴射控制的方案，不僅能滿足多路管路排氣處理的需要，而且能減小系統的結構組成，縮減設備的重量，滿足集成優化的需要，更好地提高該系統的艦船適裝性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術公開了船機SCR多路噴射控制系統，涉及在多臺船用柴油機SCR裝置的噴射控制技術，屬于船機排氣后處理系統領域。
技術介紹
2008年10月，IMO正式通過了MARPOL73/78附則VI的修正案《NOX技術規則》，對NOX排放提出了三個階段的限制要求。隨著船機排放法規的加嚴和世界航運業的發展，針對當前船用柴油機的排放水平，單靠機內凈化已難以滿足第三階段對NOx的排放限值要求，機外控制技術的應用已是必然，因此，在船用排氣后處理上SCR后處理技術是必然趨勢。SCR(選擇性催化還原)技術是指在富氧條件下，選用合適的催化劑，使還原劑與廢氣中NOx的化學反應被催化加速，同時抑制還原劑被排氣中的氧氣氧化。使SCR實現NOx的快速、高效還原主要取決于催化劑、還原劑和反應溫度。一般而言，車載重型柴油機配有1臺，民用船舶配有2～4臺柴油機，大型艦船配有6～8臺柴油機。而在傳統SCR裝置的設計中，噴射控制系統僅針對單個柴油機進行噴射控制，并沒有涉及多臺柴油機的復用。這對于艦船而言，不僅增加了艦用設計的負擔、浪費了艙內空間，而且加大了艦載設備的重量。因此，本專利技術提出了一種多路SCR噴射控制系統的設計。
技術實現思路
本專利技術是針對船用多臺柴油機的后處理需要，提供一種多路SCR噴射控制系統。船機SCR多路噴射控制系統，主要包括尿素柜，共軌管路，高壓噴嘴，排氣管路，手動閥A和B，過濾閥，高壓噴射泵，脈動阻尼器，調壓閥，電磁閥，減壓閥，止回閥和三通閥，其中，尿素柜與高壓噴射泵通過手動閥A、B和過濾閥連接，手動閥A設置在尿素柜下游，手動閥B設置在高壓噴射泵的上游；脈動阻尼器安裝在高壓噴射泵的下游，用于消除噴射系統的管道內液體壓力脈動的壓力容器，穩定流體壓力和流量，提高高壓噴射泵的工作精度及噴射能力；尿素溶液經過高壓噴射泵流出后，通過三通閥流入共軌管路進行分流，共軌管路后的噴射分路數量由艦船機艙布置的柴油機設定；共軌管路裝有調壓閥，用于監測噴射共軌管路的壓力信息，并向控制系統反饋；共軌管路有輸出接口，每個輸出接口都對應單個噴射分路，噴射分路布置有電磁閥，減壓閥、止回閥和高壓噴嘴，減壓閥用于調節噴射溶液進入高壓噴嘴的壓力，止回閥用于防止管路溶液的倒灌保證管路中的正壓；高壓噴嘴有液體入口，安裝在各柴油機排氣管路上，其朝向和排氣流向保持一致；當共軌管路壓力超過設定閥值，控制系統自動調節調壓閥和電磁閥的工作狀態，以保證管路噴射溶液的流量正常供應；控制系統根據柴油機噴射量和排氣管路的位置信息，對噴射分路的電磁閥占空比或開閉時間進行分配，并安排個噴射分路的電磁閥工作時間及順序，以滿足共軌管路中尿素溶液的噴射需要，實現單泵對多路柴油機排氣管路的后處理，包含電源箱，控制器，電源供電線路和通訊總線，電源箱提供控制系統的電源；傳感器包括NOx傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器、扭矩傳感器、轉速傳感器和液位傳感器；控制系統選用現場總線CAN通訊或總線+I/O控制方式，控制器通過電磁閥調節管路流量的供應。所述的船機SCR多路噴射控制系統，尿素柜容積的大小由接入柴油機的數量決定，按一天連續工作時間來設定。所述的船機SCR多路噴射控制系統，高壓噴射泵和高壓噴嘴分別替換為普通噴射泵和普通噴嘴，通過外接入壓縮空氣，對噴出的尿素溶液進行輔助霧化，普通噴嘴由液體和氣體兩個輸入口組成，壓縮空氣接入氣體入口；控制系統增加對空氣分路中的壓縮空氣電磁閥閉合的控制；壓縮空氣管路包含壓縮空氣源，電磁閥，手動閥和減壓閥；其中壓縮空氣源由艦船的空氣壓縮機提供，壓縮空氣流量由柴油機的數量決定；壓縮空氣的電磁閥僅用于控制閉合，不考慮占空比及流量分配問題，重點在于空氣分路中的減壓閥對壓縮空氣的壓力控制；普通噴嘴的設計增加壓縮空氣的管路接口，壓縮空氣的接入可在噴射管路中設計壓縮空氣接口，不局限在普通噴嘴上。所述的船機SCR多路噴射控制系統，控制系統實時接收多個柴油機的工況信號，包含扭矩、轉速、排氣流量和排氣溫度，根據柴油機排放特性，計算不同柴油機的排氣管路中需要噴射的尿素溶液量；控制系統打開噴射管路中連接尿素柜的電磁閥并發送工作指令給噴射泵，使噴射泵開始工作，噴射泵按計算的噴射量吸取尿素溶液通過管路傳輸給共軌管路。綜合上述，本專利技術針對多路柴油機的排氣后處理問題，提出了采用單泵+共軌管路進行尿素溶液噴射控制的方案，不僅能滿足多路管路排氣處理的需要，而且能減小系統的結構組成，縮減設備的重量，滿足集成優化的需要，更好地提高該系統的艦船適裝性。附圖說明圖1為本專利技術的高壓噴射泵系統圖。圖2為本專利技術的控制系統圖。圖3為本專利技術的普通噴射泵系統的壓縮空氣管路示意圖。圖4是本專利技術的普通噴射泵系統的噴射管路示意圖。圖中標號示意如下：P1-尿素柜，P2-共軌管路，P3-高壓噴嘴，P4-排氣管路，P6-普通噴嘴，P7-排氣管路，V1-手動閥A，V3-手動閥B，V2-過濾閥，V4-高壓噴射泵，V5-脈動阻尼器，V6-調壓閥，V7-電磁閥，V8-減壓閥，V9-止回閥，V10-三通閥，V11-手動閥，V13-減壓閥，C1-電源箱，C2-控制器，D1-電源供電線路，t1-通訊總線，I1-I6為壓縮空氣的管路接口。具體實施方式本專利技術以集成優化、節省空間和優化資源為目標，針對多臺船用柴油機的排氣后處理問題，提供了單泵多輸出的噴射系統的兩套設計方案。(1)高壓泵噴射方案如圖1所示，本專利技術高壓泵噴射系統，包括尿素柜P1，共軌管路P2，高壓噴嘴P3，排氣管路P4，手動閥A和B，過濾閥V2，高壓噴射泵V4，脈動阻尼器V5，調壓閥V6，電磁閥V7，減壓閥V8，止回閥V9和三通閥V10。尿素柜P1與高壓噴射泵V4通過手動閥A、B和過濾閥V2連接，手動閥A設置在尿素柜P1下游，手動閥B設置在高壓噴射泵V4的上游，主要是因為艦船艙室的布置約束而定；尿素柜P1容積的大小由接入柴油機的數量決定，按一天連續工作時間來設定。脈動阻尼器V5用于消除管道內液體壓力脈動的壓力容器，穩定流體壓力和流量，提高高壓噴射泵V4的工作精度及噴射能力。尿素溶液經過高壓噴射泵V4流出后，通過三通閥V10流入共軌管路P2進行分流，共軌管路后的噴射分路數量由艦船機艙布置的柴油機設定，一般為3～6路，每個噴射分路中接入可調電磁閥V7，減壓閥V8和止回閥V9。共軌管路P2安裝有調壓閥V6，用于監測噴射共軌管路的壓力信息，并向控制系統反饋；如果超過設定閥值，則調節管路壓力，以保證管路噴射溶液的流量正常供應。如圖2所示，控制系統包含電源箱C1，控制器C2，電源供電線路D1和通訊總線t1。電源箱C1用于提供控制系統的電源；控制器根據設計需要可選用嵌入式處理系統、單片機或PLC，軍用級可選用加固機等；傳感器的種類和常用SCR系統一樣，包括NOx傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器、扭矩傳感器、轉速傳感器和液位傳感器；由于該系統控制對象的電磁閥、噴射泵和傳感器較多，選用現場總線CAN通訊或總線+I/O控制方式。控制系統包含以下幾個主要功能：1)顯示多機SCR系統的工作狀態及數據信息，有傳感器、泵、閥件等數據與狀態；2)噴射量的計算、分配與顯示；3)噴射泵、共軌管路調壓及噴射分路電磁閥的控制；4)尿素柜的監控及流量控制；5)傳感器的超限設定本文檔來自技高網...

【技術保護點】
船機SCR多路噴射控制系統，其特征在于，主要包括尿素柜(P1)，共軌管路(P2)，高壓噴嘴(P3)，排氣管路(P4)，手動閥A(V1)和B(V3)，過濾閥(V2)，高壓噴射泵(V4)，脈動阻尼器(V5)，調壓閥(V6)，電磁閥(V7)，減壓閥(V8)，止回閥(V9)和三通閥(V10)，其中，尿素柜(P1)與高壓噴射泵(V4)通過手動閥A(V1)、B(V3)和過濾閥(V2)連接，手動閥A(V1)設置在尿素柜(P1)下游，手動閥B(V3)設置在高壓噴射泵(V4)的上游；脈動阻尼器(V5)安裝在高壓噴射泵(V4)的下游，用于消除噴射系統的管道內液體壓力脈動的壓力容器，穩定流體壓力和流量，提高高壓噴射泵(V4)的工作精度及噴射能力；尿素溶液經過高壓噴射泵(V4)流出后，通過三通閥(V10)流入共軌管路(P2)進行分流，共軌管路(P2)后的噴射分路數量由艦船機艙布置的柴油機設定；共軌管路(P2)裝有調壓閥(V6)，用于監測噴射共軌管路的壓力信息，并向控制系統反饋；共軌管路有輸出接口，每個輸出接口都對應單個噴射分路，噴射分路布置有電磁閥(V7)，減壓閥(V8)、止回閥(V9)和高壓噴嘴(P3)；減壓閥用于調節噴射溶液進入高壓噴嘴的壓力，止回閥用于防止管路溶液的倒灌保證管路中的正壓；高壓噴嘴僅保留液體入口，安裝在各柴油機排氣管路上，高壓噴嘴的朝向和排氣流向保持一致；當共軌管路壓力超過設定閥值，控制系統自動調節調壓閥(V6)和電磁閥(V7)的工作狀態，以保證管路噴射溶液的流量正常供應；控制系統柴油機噴射量和排氣管路的位置信息，對噴射分路的電磁閥占空比或開閉時間進行分配，并安排個噴射分路的電磁閥工作時間及順序，以滿足共軌管路中尿素溶液的合理噴射需要，實現單泵對多路柴油機排氣管路的后處理，包含電源箱(C1)，控制器(C2)，電源供電線路(D1)和通訊總線(t1)，其中電源箱(C1)用于提供控制系統的電源；傳感器包括NOx傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器、扭矩傳感器、轉速傳感器和液位傳感器；系統選用現場總線CAN通訊或總線+I/O控制方式；控制器(C2)通過電磁閥(V7)調節管路流量的供應。...

【技術特征摘要】
1.船機SCR多路噴射控制系統，其特征在于，主要包括尿素柜(P1)，共軌管路(P2)，高壓噴嘴(P3)，排氣管路(P4)，手動閥A(V1)和B(V3)，過濾閥(V2)，高壓噴射泵(V4)，脈動阻尼器(V5)，調壓閥(V6)，電磁閥(V7)，減壓閥(V8)，止回閥(V9)和三通閥(V10)，其中，尿素柜(P1)與高壓噴射泵(V4)通過手動閥A(V1)、B(V3)和過濾閥(V2)連接，手動閥A(V1)設置在尿素柜(P1)下游，手動閥B(V3)設置在高壓噴射泵(V4)的上游；脈動阻尼器(V5)安裝在高壓噴射泵(V4)的下游，用于消除噴射系統的管道內液體壓力脈動的壓力容器，穩定流體壓力和流量，提高高壓噴射泵(V4)的工作精度及噴射能力；尿素溶液經過高壓噴射泵(V4)流出后，通過三通閥(V10)流入共軌管路(P2)進行分流，共軌管路(P2)后的噴射分路數量由艦船機艙布置的柴油機設定；共軌管路(P2)裝有調壓閥(V6)，用于監測噴射共軌管路的壓力信息，并向控制系統反饋；共軌管路有輸出接口，每個輸出接口都對應單個噴射分路，噴射分路布置有電磁閥(V7)，減壓閥(V8)、止回閥(V9)和高壓噴嘴(P3)；減壓閥用于調節噴射溶液進入高壓噴嘴的壓力，止回閥用于防止管路溶液的倒灌保證管路中的正壓；高壓噴嘴僅保留液體入口，安裝在各柴油機排氣管路上，高壓噴嘴的朝向和排氣流向保持一致；當共軌管路壓力超過設定閥值，控制系統自動調節調壓閥(V6)和電磁閥(V7)的工作狀態，以保證管路噴射溶液的流量正常供應；控制系統柴油機噴射量和排氣管路的位置信息，對噴射分路的電磁閥占空比或開閉時間進行分配，并安排個噴射分路的電磁閥工作時間及順序，以滿足共軌管路中尿素溶液的合理噴射需要，實現單泵對多路柴...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋鑫，游加慰，李緒祿，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11