船用柴油机SCR控制系统研究及开发-动力机械及工程专业论文.docx

分类号： 密级： U D C ： 编号： 工学硕士学位论文 船用柴油机 SCR 控制系统研究及开发 硕 士 研 究 生 ：李文听 指 导 教 师 ：石勇 副教授 学 位 级 别 ：工学硕士 学 科 、 专 业 ：动力机械及工程 所 在 单 位 ：动力与能源工程学院 论文提交日期 ：2014 年 12 月 论文答辩日期 ：2015 年 03 月 学位授予单位 ：哈尔滨工程大学 Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M.Eng Study and Design of SCR Control System for Marine Diesel Engine Candidate: Li Wenting Supervisor: Associate Prof. Shi Yong Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Power Machinery and Engineering Date of Submission: Dec. 31, 2014 Date of Oral Examination: Mar. 15, 2015 University: Harbin Engineering University 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者 本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日期： 年 月 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位 期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将 论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本 人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署 名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文（□在授予学位后即可 □在授予学位 12 个月后 □解密后） 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）： 导师（签字）： 日期： 年 月 日 年 月 日 船用柴油机 船用柴油机 SCR 控制系统研究及开发 哈尔滨工程大学硕士学位论文 哈尔滨工程大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE IV 摘 要 船用柴油机 NOx 排放带来的环境与健康危害已成为全球性的严峻问题，随着越来 越严格的 IMO TierIII 阶段排放法规即将进入执行阶段，船用柴油机 NOx 排放控制新 技术成为研究热点领域。SCR 作为当前满足严苛排放法规的最有前途的技术之一，具 有大幅降低 NOx 排放及较宽的温度适应范围等优点，在节能减排的大环境下受到各研 究机构的格外研究。因此本文针对 SCR 技术领域，设计开发出一套船用 SCR 控制系 统，并通过试验验证控制系统软硬件功能及控制策略，满足 SCR 系统控制目标。 在分析了船用柴油机 SCR 系统研究现状的基础上，对 SCR 控制系统原理及尿素 溶液理论喷射量进行研究，并依据 GT-power 与 Simulink 耦合仿真结果表明闭环控制 策略能够具有较好的效果。基于 SCR 控制系统的方案设计及控制需求分析，选用西门 子 PLC 作为硬件控制平台，并针对 NOx 浓度、转速信号和吹灰控制等设计完成相应 的调理电路。在硬件平台的基础上进行了控制系统软件开发工作，基于模块化的程序 思想，结合船用 SCR 控制系统工作特点进行软件逻辑控制功能设计，并详细设计 NOx 浓度信号处理、转速信号处理、吹灰控制子程序及监控界面开发。 最后对所设计的 SCR 控制器进行功能测试，测试实际 SCR 控制系统与尿素供给 控制系统通信及吹灰控制系统工作，结果表明控制功能正常能够应用于实际。通过搭 建 SCR 台架验证控制策略对 NOx 转化效率及氨泄漏的控制效果，结果表明：SCR 控 制策略在催化剂工作温度正常及保证氨泄漏量正常情况下开环 NOx 转化效率达到 83.8%，闭环 NOx 转化效率可达到 85%，且闭环控制策略在柴油机瞬态工况下 NOx 转化效率具有较好的稳定性。 关键词：船用柴油机；SCR；控制系统；NOx 转化效率 III II