基于三步法—船舶二级脱硝系统的控制设计

选择性催化还原(SCR)是一种被广泛应用于船舶柴油机尾气排放NO_x的后处理技术，但SCR脱硝系统具有大惯性、非线性以及不确定性的特点，使得常规控制方案不能较好地实现SCR脱硝系统的控制。以船舶柴油机的SCR脱硝系统为研究对象，搭建船舶二级脱硝系统模型，并设计三步法非线性控制器来跟踪氨覆盖率目标值；分析经济、标准、超载等3种工况下的脱硝率和氨逃逸量。结果表明：基于提出的三步法—船舶二级脱硝控制器，可进一步提高脱硝率、降低氨逃逸量。     

PSO-BP神经网络在船舶二级脱硝系统中的应用

随着国际海事组织（IMO）标准Tier III标准的实施，船舶柴油机尾气中的氮氧化物（NOx）的排放受到了更严格的限制。选择性催化还原脱硝技术因其高效、可靠等优势成为船舶柴油机NOx减排的主要选择。本文先根据SCR反应机理在MATLAB中搭建一级SCR脱硝系统和二级SCR脱硝系统模型，通过仿真结果对比，发现加入二级脱硝系统后，脱硝率可以得到提高。鉴于BP网络预测精度较低，本文将粒子群（PSO）算法加入到BP权值训练过程中，利用PSO-BP 神经网络预测 SCR-DeNOX系统出口处NOX浓度。结果表明：PSO-BP 神经网络不但可以预测SCR-DeNOX系统出口处的NOX浓度，而且与传统BP 神经网络相比可以提高预测结果的精度，为有效控制喷氨量、降低氨气逃逸量提供帮助。     

船用柴油机SCR系统控制策略研究

SCR技术是排气净化的有效措施之一,为满足国际海事组织提出的船用柴油机NOX排放要求,针对某型船用柴油机,开展SCR系统控制策略研究,对尿素理论喷射量进行计算,利用Matlab分别建立催化器、开环控制与闭环控制模型,根据仿真结果对柴油机SCR系统的控制策略进行研究分析。     

基于区间约束GPC的船舶SCR脱硝系统多工况控制

不同工况下的船舶柴油机脱硝系统具有很强的非线性和时变性，常用的单一控制器难以准确控制，因此对船舶选择性催化还原（SCR）脱硝系统进行自适应控制研究尤为重要。从SCR的反应微分方程入手，建立船舶柴油机SCR脱硝系统的机理模型，并通过模型仿真的离线数据辨识建立不同工况下该系统的ARMAX模型；设计基于该模型的广义预测控制器以实现多工况的自适应控制。考虑到执行机构的使用寿命，加入区间约束算法，提出并设计带区间约束算法的广义预测控制（GPC）控制器。研究结果表明：与传统的GPC和模型预测控制（MPC）控制器相比，带区间约束的GPC控制器不仅能在变工况时保持较高的脱硝率，而且能显著减少执行器的动作次数，从而提高船舶柴油机SCR脱硝系统的使用寿命。     

船用SCR技术现状及发展

船用选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)技术是1项高效的NO_X脱除技术，已经在船舶领域得到了广泛应用，但随着环保要求调整与能源结构的变化，船用SCR技术也需要相应调整。目前船用SCR多使用尿素-选择性催化还原(Urea-SCR)技术，此技术受船用燃料油中杂质及烟气排气温度影响较大。其中，船用燃料油中的硫(S)及碱性金属等物质含量高，对催化剂的毒副作用明显，限制了船用SCR的使用。船舶主要使用柴油机，决定了烟气排气温度变化区间，通过影响尿素水解产NH₃效果、SCR反应器布置形式及催化剂活性，最终影响尾气脱硝效果。上述现状表明，使用船用燃料油的船舶，带废气加热的LP-SCR系统设计将是SCR设计的重要方向；寻找产NH₃效率高及控制精确的安全NH₃源(或方式)，对于船用SCR系统发展也起到了至关重要的作用；提高燃料品质、降低烟气中毒副作用限制，可为研制发展船用新型低温、抗毒催化剂提供基础。由于碳中和目标，低碳、零碳燃料船舶将是全球趋势，使得燃烧后排气不同，进...     

反馈控制技术在船舶废气SCR系统中的应用

船舶废气脱硝处理多采用选择性催化还原(SCR)技术将船舶废气中的氮氧化物转化为无污染的氮气和水。在SCR系统中利用控制器及监测设备对船舶废气脱硝处理过程实行自动监测及控制。结合船舶柴油机废气处理的特点,研究反馈控制技术在船舶废气脱硝系统中的应用,进一步提高船舶废气脱硝系统运行的控制精度及脱硝效率,增强了系统运行的稳定性及安全性。     

某船用柴油机SCR系统混合器结构参数仿真优化

在某船用柴油机SCR反应器及尿素喷射系统结构参数优化的基础上,建立SCR混合器三维仿真模型,研究SCR混合器叶片角度和安装位置对SCR系统的混合均匀性、压力损失、NH₃逃逸、NOx转化率的影响。仿真结果表明：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH₃分布均匀性系数提高4.5%,NOx转化率提高6%。     

船用低速柴油机SCR系统原理及结构模拟研究

船用低速柴油机SCR系统是一个涉及机械、自动化、流体力学、化学动力学等多学科的复杂的系统。本文首先介绍了船用SCR系统的基本原理,并以6S35ME-B9船用低速柴油机柴油机为研究对象,利用CFD软件进行模拟。为更好地指导船用低速柴油机SCR系统的设计开发,减少设备研发成本及时间周期,本论文开展了船用低速柴油机SCR系统结构的模拟仿真研究。主要研究过程仿真前的模型搭建、评价指标及边界条件。     

基于SCR技术提升船用柴油机技术及应用控制措施

随着全球日益重视环境环保意识的逐渐增强,船用柴油机上配备排放装置采用SCR机外净化技术,全球市场前景下应用船用柴油机SCR技术控制船舶柴油机NOx排放技术处理装置,有效降低船舶尾气氮氧化物的排放量,通过分析SCR技术设计原理、装置结构、关键设备催化反应器工作流程处理系统,降低NOx的影响机理,控制船用柴油机电控单体泵、高压共轨排放的有害污染物、气体,满足排放法规和日益严重排放的环境保护要求。     

某船用柴油机排气管路流动分析及均匀性评估

[目的]船舶柴油机选择性催化还原(SCR)反应器的NOx转换效率受其入口流场均匀性的影响。为优化柴油机排气管路设计,提高其转换效率,有必要建立合理的入口流场均匀性评价体系。[方法]以某船用柴油机排气管路为研究对象,首先,在额定工况下对其流动特性进行分析;然后,在此基础上进一步通过引入多项评价指标,从不同的角度对SCR反应器入口流场均匀性进行评估,并对各评价指标之间的差异性与适用性进行探讨。[结果]结果表明,管道弯折、突变部位的压力损失约占排气系统的20%,且SCR反应器入口前的弯折对其入口流场均匀性的影响较大,局部最大不均匀度高达19.96%。[结论]研究显示,为提高入口流场均匀性,SCR反应器入口面应与弯折、突变部位保持一定的距离;对于船用柴油机排气系统,均匀性指数γ值和局部面积最大不均匀度δ更能切实地评价SCR反应器入口流场均匀性。研究结果可为合理评估流场均匀性提供重要参考依据。     

船舶SCR系统还原剂制备、存储系统的设计

船舶柴油机产生氮氧化物对大气环境造成严重污染,针对该问题,采用模块化设计一种使用AUS40船用尿素溶液作为还原剂的船舶SCR系统,还原剂系统由纯水制备模块、尿素溶解模块、尿素溶液存储模块和电控系统组成。使用该系统制备的尿素溶液质量分数始终保持在39%~41%,且能在5℃~35℃范围内长时间低温保质存储。所设计的船舶SCR系统是在常规船舶尿素的存储和液化系统上做出的优化,实现船舶SCR系统中尿素溶液的制备及长时间安全稳定保存。     

船舶柴油机转速的线性自抗扰控制

船舶柴油机推进系统包含非线性、时变参数以及柴油机-推进轴系-螺旋桨之间的强耦合作用,难以建立精确的数学模型,且易受到螺旋桨负载扰动的影响,不利于船舶柴油机转速的实时准确控制。针对此问题,将线性自抗扰控制（Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC）技术应用于船舶柴油机的转速控制系统。首先,基于平均值建模方法建立了某大型低速二冲程船舶柴油机的模型,并分析了转速控制中的不确定因素;然后,针对柴油机的转速控制问题设计了二阶LADRC控制器;最后,以船舶柴油机平均值模型为载体对LADRC的控制性能进行仿真测试,并与经过遗传算法优化的PI控制器进行对比。仿真结果表明,在负载扰动及模型参数改变的情况下LADRC表现出良好的控制性能,并且比PI控制具有更优的扰动抑制能力和鲁棒性。     

选择性催化还原技术在多功能水下作业支持船上的应用

氮氧化物(NOX)是船舶柴油机排放废气中危害环境的主要成分。通过研究船舶废气NOX的形成机理,结合当前国际海事组织的最新公约要求,对现有船舶柴油机NOX排放控制技术的效果进行对比,探讨选择性催化还原技术在多功能水下作业支持船上加以应用的方案,总结出选择性催化还原系统在设计与实船应用中值得关注的关键技术。     

基于模型预测控制的船舶动力定位约束控制

研究了模型预测控制在船舶动力定位系统约束控制中的应用,建立了3自由度动力定位船舶的数学模型,提出了船舶动力定位系统设计中应考虑的各种约束.针对某供应船,根据模型预测控制理论进行了动力定位控制器设计,使约束的处理问题贯穿于控制系统设计的始终.仿真试验验证了模型预测控制算法应用于船舶动力定位约束控制的有效性.     

细长海洋结构物涡激振动研究综述

随着世界范围内深海石油开采的需要,近年来关于海洋结构物涡激振动的研究越来越受到重视.虽然此问题在数值模拟和实验方面都已取得了一定的进展,但是还有许多问题尚待解决.同时,新型海洋结构物的引入给涡激振动的预报方法和抑振手段提出了新的挑战.因此,细长海洋结构物的涡激振动仍将是未来几年里备受关注的研究课题.本文在介绍有关涡激振动基本概念和理论背景的基础上,总结了近年来关于以深水立管为代表的海洋结构物涡激振动的研究与进展,包括对现有涡激振动分析工具的分类与评估;对柱体及海洋结构物涡激振动的实验研究;对深水立管与涡激振动相关的疲劳评估准则的研究;海洋结构物的横向、流向及轴向涡激振动的耦合作用研究;关于海洋结构物涡激振动的抑振措施和设备的理论及实验研究.本文着重介绍了计算流体力学方法在海洋结构物涡激振动研究中的应用和进展.最后,对海洋结构物涡激振动相关的研究热点的现状进行了总结并对今后工作提出了展望.     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

柴油机选择性催化还原后处理系统建模

采用计算流体动力学（CFD）与化学反应动力学结合的方法，建立了柴油机尿素选择性催化还原排气后处理系统的三维数值模型，包括尿素水溶液蒸发及热解、催化还原化学反应等过程。在该模型基础上计算研究了1600r／min不同负荷（33％，49％，72％，100％）条件下SCR后处理系统的特性。结果表明模拟与试验结果吻合较好。通过不同结构形式的对比计算，提出了该系统的改进方案。     

船用核汽轮机转速串级前馈-反馈模糊PID控制

在船用核汽轮机装置中,其转速控制效果直接关系到机组安全性和经济性。以船用核汽轮机为研究对象,首先,建立了船用核汽轮机各个模块的数学模型,在此基础上设计了核汽轮机转速的串级前馈-反馈PID控制系统;然后,基于模糊控制原理,采用串级前馈-反馈模糊PID控制对串级前馈-反馈PID算法进行改进;最后,在不同扰动下进行了仿真实验,仿真结果表明了模糊算法在改进前馈-反馈PID控制效果方面起了显著地作用,体现了智能算法与传统算法相结合的控制思想在船用核汽轮机转速控制方面的应用前景。