本發(fā)明大體上涉及用于發(fā)電廠中排放物控制的系統(tǒng)，并且更特別地涉及用于控制還原劑的流動(dòng)來控制發(fā)電廠中的排放物的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

諸如氮氧化物和二氧化硫的工業(yè)排出物產(chǎn)生環(huán)境污染。在大多數(shù)工業(yè)中都對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行管制。政府和標(biāo)準(zhǔn)組織采取著嚴(yán)格管制要求以便使由工業(yè)設(shè)施向大氣中排放的有害氣體極小化。

出于遵守管制要求的目的，對(duì)來自排氣的排出物執(zhí)行分析，以確定排放量?？赏ㄟ^使用安裝在排氣器中的氣體分析儀來連續(xù)執(zhí)行排放物分析。備選地，可使用通過提取系統(tǒng)連接至排氣器的氣體分析儀來執(zhí)行排放物分析。然而，由于安裝成本、維護(hù)和校準(zhǔn)要求，連續(xù)的分析是昂貴的?？墒褂没谟?jì)算機(jī)的模型來預(yù)測(cè)諸如氮氧化物(NOx)排放物的排放物，以便減少排出物的分析的成本。該基于計(jì)算機(jī)的模型使用與燃料轉(zhuǎn)換過程相關(guān)的多個(gè)預(yù)測(cè)性的參數(shù)(諸如溫度、壓力)來確定排放量的估算值。

過去使用的方法包括非線性統(tǒng)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、特征值、隨機(jī)指標(biāo)以及其他處理來自可用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入?yún)?shù)的方法并預(yù)測(cè)過程排出速率和燃燒或過程效率。

在發(fā)電廠的排氣系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中可使用還原反應(yīng)器以處理排出物來減少排放物。特別地，將諸如氨的還原劑注入進(jìn)入該還原反應(yīng)器的排氣氣流中，以從該排氣氣流中除去諸如NOx的排放物。注入的還原劑的一部分可能保持未與排放物發(fā)生反應(yīng)，并可能連同與未還原的排放物組合的排氣一起從還原反應(yīng)器中出來。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

按照本說明書的一方面，公開了一種排出物控制的方法。該方法包括從選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器接收對(duì)應(yīng)于還原劑的漏失(slip)設(shè)置點(diǎn)和殘余設(shè)置點(diǎn)。該方法進(jìn)一步包括接收該SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)，其中該多個(gè)入口參數(shù)包括排放氣體的濃度。該方法還包括從該SCR反應(yīng)器的出口接收與該還原劑對(duì)應(yīng)的漏失值。該方法包括基于該漏失設(shè)置點(diǎn)和該漏失值使用增益規(guī)劃途徑(gain scheduling approach)來生成反饋信號(hào)值。該方法進(jìn)一步包括使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于該SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的還原劑的殘余值以及該多個(gè)入口參數(shù)來使用增益規(guī)劃途徑生成前饋信號(hào)值。該方法還包括基于該反饋信號(hào)值和前饋信號(hào)值來確定對(duì)應(yīng)于該還原劑的流量設(shè)置點(diǎn)(flow sct-point)。該方法包括基于該流量設(shè)置點(diǎn)調(diào)整到該SCR反應(yīng)器中的還原劑的注入。

按照本說明書的另一方面，公開了一種用于排放物控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有入口、出口和置于該SCR反應(yīng)器中的催化劑。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括配置為從該選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器獲取漏失設(shè)置點(diǎn)和殘余設(shè)置點(diǎn)并測(cè)量SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)和來自SCR反應(yīng)器的出口的漏失值的信號(hào)獲取單元。該多個(gè)入口參數(shù)包括排放氣體的濃度值。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括聯(lián)接至該SCR反應(yīng)器配置為將還原劑注入該SCR反應(yīng)器的注入器單元。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接至該信號(hào)獲取單元和該注入器單元并配置為基于該漏失設(shè)置點(diǎn)和該漏失值使用增益規(guī)劃途徑生成反饋信號(hào)值的調(diào)整器單元。該調(diào)整器單元進(jìn)一步配置為使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的殘余值以及該多個(gè)入口參數(shù)來使用增益規(guī)劃途徑生成前饋信號(hào)值。該調(diào)整器單元還配置為基于該反饋信號(hào)值和該前饋信號(hào)值來確定流量設(shè)置點(diǎn)。該調(diào)整器單元配置為基于該流量設(shè)置點(diǎn)調(diào)整到該SCR反應(yīng)器中的還原劑的注入。

按照本說明書的一個(gè)方面，公開了一種具有程序的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。該程序指示至少一個(gè)處理器從選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器接收與還原劑對(duì)應(yīng)的漏失設(shè)置點(diǎn)和殘余設(shè)置點(diǎn)。該程序進(jìn)一步指示該至少一個(gè)處理器接收該SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)并從該SCR反應(yīng)器的出口接收漏失值。該程序還指示該至少一個(gè)處理器基于該漏失設(shè)置點(diǎn)和該漏失值使用增益規(guī)劃途徑生成反饋信號(hào)值。該程序指示該至少一個(gè)處理器使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于該SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的殘余值以及該多個(gè)入口參數(shù)來使用增益規(guī)劃途徑生成前饋信號(hào)值。該程序進(jìn)一步指示該至少一個(gè)處理器基于該反饋信號(hào)值和該前饋信號(hào)值來確定流量設(shè)置點(diǎn)。該程序還指示該至少一個(gè)處理器基于該流量設(shè)置點(diǎn)來調(diào)整到該SCR反應(yīng)器中的還原劑的注入。

實(shí)施方案1.一種排放物控制的方法，包括：從選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器接收對(duì)應(yīng)于還原劑的漏失設(shè)置點(diǎn)和殘余設(shè)置點(diǎn)；接收所述SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)，其中所述多個(gè)入口參數(shù)包括排放氣體的濃度；從所述SCR反應(yīng)器的出口接收對(duì)應(yīng)于所述還原劑的漏失值；基于所述漏失設(shè)置點(diǎn)和所述漏失值使用增益規(guī)劃途徑來生成反饋信號(hào)值；使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于所述SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的還原劑的殘余值以及所述多個(gè)入口參數(shù)來使用增益規(guī)劃途徑生成前饋信號(hào)值；基于所述反饋信號(hào)值和所述前饋信號(hào)值來確定對(duì)應(yīng)于所述還原劑的流量設(shè)置點(diǎn)；以及基于所述流量設(shè)置點(diǎn)來調(diào)整到所述SCR反應(yīng)器中的所述還原劑的注入。

實(shí)施方案2.根據(jù)實(shí)施方案1所述的方法，其特征在于，接收所述漏失值包括：從置于所述SCR反應(yīng)器的所述出口處的還原劑傳感器接收還原劑測(cè)量結(jié)果；從所述隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型生成還原劑估算值；以及使用互補(bǔ)濾波基于所述還原劑估算值和所述還原劑測(cè)量結(jié)果來確定所述漏失值。

實(shí)施方案3.根據(jù)實(shí)施方案2所述的方法，其特征在于，生成所述反饋信號(hào)值包括：確定所述漏失值和所述漏失設(shè)置點(diǎn)之間的差以生成漏失差值；將反饋增益應(yīng)用至所述漏失差值；以及基于所述漏失差值從比例積分(PI)控制器確定所述反饋信號(hào)值。

實(shí)施方案4.根據(jù)實(shí)施方案3所述的方法，其特征在于，基于在SCR反應(yīng)器的入口處測(cè)得的入口參數(shù)中的至少一個(gè)來動(dòng)態(tài)地確定所述反饋增益。

實(shí)施方案5.根據(jù)實(shí)施方案1所述的方法，其特征在于，從隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型來生成所述殘余值。

實(shí)施方案6.根據(jù)實(shí)施方案5所述的方法，其特征在于，生成所述前饋信號(hào)值包括：基于所述殘余值和殘余設(shè)置點(diǎn)值來確定殘余差值；將前饋增益應(yīng)用至所述殘余差值；以及將所述前饋增益應(yīng)用至所述殘余差值以生成所述前饋信號(hào)值。

實(shí)施方案7.根據(jù)實(shí)施方案6所述的方法，其特征在于，基于在所述SCR反應(yīng)器的入口處測(cè)得的所述入口參數(shù)中的至少一個(gè)來動(dòng)態(tài)地確定所述前饋增益。

實(shí)施方案8.根據(jù)實(shí)施方案1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)入口參數(shù)包括在所述SCR反應(yīng)器的入口處測(cè)得的氣體成分的濃度值、流速值、溫度值、以及壓力值。

實(shí)施方案9.根據(jù)實(shí)施方案1所述的方法，其特征在于，確定所述流量設(shè)置點(diǎn)包括確定排放氣體量和所述漏失值之間的折中(trade-off)。

實(shí)施方案10.一種用于排放物控制的系統(tǒng)，包括：選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器，其具有入口、出口以及置于所述SCR反應(yīng)器中的催化劑；信號(hào)獲取單元，其配置為：從所述選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器獲取漏失設(shè)置點(diǎn)和殘余設(shè)置點(diǎn)；以及測(cè)量所述SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)以及從所述SCR反應(yīng)器的出口測(cè)量漏失值，其中所述多個(gè)入口參數(shù)包括排放氣體的濃度值；配置為將還原劑注入所述SCR反應(yīng)器中的聯(lián)接至所述SCR反應(yīng)器的注入單元；以及聯(lián)接至所述信號(hào)獲取單元和所述注入單元的調(diào)整器單元，其配置為：基于所述漏失設(shè)置點(diǎn)和所述漏失值使用增益規(guī)劃途徑生成反饋信號(hào)值；使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于所述SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的殘余值以及所述多個(gè)入口參數(shù)來使用增益規(guī)劃途徑生成前饋信號(hào)值；基于所述反饋信號(hào)值和所述前饋信號(hào)值來確定流量設(shè)置點(diǎn)；以及基于所述流量設(shè)置點(diǎn)來調(diào)整到所述SCR反應(yīng)器中的所述還原劑的注入。

實(shí)施方案11.根據(jù)實(shí)施方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整器單元進(jìn)一步配置為：從置于所述SCR反應(yīng)器的所述出口處的還原劑傳感器接收還原劑測(cè)量結(jié)果；生成從所述隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型生成的還原劑估算值；以及使用互補(bǔ)濾波技術(shù)基于所述還原劑估算值和所述還原劑測(cè)量結(jié)果來確定所述漏失值。

實(shí)施方案12.根據(jù)實(shí)施方案11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整器單元進(jìn)一步配置為：基于在所述SCR反應(yīng)器的入口處測(cè)得的所述入口參數(shù)中的至少一個(gè)中的至少一個(gè)來相對(duì)于所述漏失值動(dòng)態(tài)地確定反饋增益；確定所述漏失值和所述漏失設(shè)置點(diǎn)之間的漏失差值；以及基于所述漏失差值從比例積分(PI)控制器確定所述反饋信號(hào)值。

實(shí)施方案13.根據(jù)實(shí)施方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整器單元進(jìn)一步配置為從隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型生成所述殘余值。

實(shí)施方案14.根據(jù)實(shí)施方案13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整器單元進(jìn)一步配置為：基于所述殘余值和殘余設(shè)置點(diǎn)值來確定殘余差值；基于在所述SCR反應(yīng)器的入口處測(cè)得的所述入口參數(shù)中的至少一個(gè)來動(dòng)態(tài)地確定前饋增益；以及將所述前饋增益應(yīng)用至所述殘余差值以生成所述前饋信號(hào)值。

實(shí)施方案15.根據(jù)實(shí)施方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)獲取單元進(jìn)一步配置為接收在所述SCR反應(yīng)器的入口處測(cè)得的氣體成分的濃度值、流速值、溫度值以及壓力值中的至少一個(gè)。

實(shí)施方案16.根據(jù)實(shí)施方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整器單元進(jìn)一步配置為確定排放物的濃度值和所述漏失值之間的折中。

實(shí)施方案17.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其具有程序以指示至少一個(gè)處理器來：從選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器接收對(duì)應(yīng)于還原劑的漏失設(shè)置點(diǎn)和殘余設(shè)置點(diǎn)；接收所述SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)；從所述SCR反應(yīng)器的出口接收漏失值；基于所述漏失設(shè)置點(diǎn)和所述漏失值使用增益規(guī)劃途徑來生成反饋信號(hào)值；使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于所述SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的殘余值和所述多個(gè)入口參數(shù)來使用增益規(guī)劃途徑來生成前饋信號(hào)值；基于所述反饋信號(hào)值和所述前饋信號(hào)值來確定流量設(shè)置點(diǎn)；以及基于所述流量設(shè)置點(diǎn)來調(diào)整到所述SCR反應(yīng)器中的所述還原劑的注入。

附圖說明

當(dāng)參考附圖閱讀了以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他特征和方面將得到更好的理解，其中貫穿附圖的相同字符表示相同的零件，在附圖中：

圖1是按照示例性實(shí)施例的用于排放物控制的系統(tǒng)的圖示說明；

圖2是按照示例性實(shí)施例的用于排放物控制的調(diào)節(jié)器單元的框圖；

圖3A是按照示例性實(shí)施例的描繪前饋增益規(guī)劃的圖形化說明；

圖3B是按照示例性實(shí)施例的描繪反饋增益規(guī)劃的圖形化說明；

圖3C是按照示例性實(shí)施例的描繪排放物的還原的圖形化說明；

圖3D是按照示例性實(shí)施例的描繪還原劑的還原的圖形化說明；

圖4是按照示例性實(shí)施例的用于估算漏失值的互補(bǔ)濾波技術(shù)的框圖；

圖5是按照示例性實(shí)施例的描繪在估算漏失值中的性能提升的圖形化說明；以及

圖6是按照示例性實(shí)施例的用于排放物控制的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

用于發(fā)電廠中排放物控制的方法和系統(tǒng)的實(shí)施例包括從選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器接收漏失設(shè)置點(diǎn)值和殘余設(shè)置點(diǎn)值，并測(cè)量該SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)。還測(cè)量來自該SCR反應(yīng)器的出口的漏失值?；谠撀┦гO(shè)置點(diǎn)和該漏失值使用隨時(shí)間變化的比例積分(PI)控制器來生成反饋信號(hào)值。使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于該多個(gè)輸入?yún)?shù)來估算表示該SCR反應(yīng)器內(nèi)部的催化劑表面上的還原劑的前饋信號(hào)值?；谠摲答佇盘?hào)值和該前饋信號(hào)值來確定流量設(shè)置點(diǎn)?；诹髁吭O(shè)置點(diǎn)來調(diào)整到該SCR反應(yīng)器中的還原劑的流動(dòng)。

術(shù)語排放物是指在排氣排出物中存在的有害化學(xué)成分，諸如以百萬分率(ppm)為單位測(cè)量的氮氧化物排放物。術(shù)語選擇性催化還原(SCR)是指在催化劑的輔助下將氮氧化物轉(zhuǎn)換為二價(jià)氮和水的化學(xué)反應(yīng)。術(shù)語‘SCR反應(yīng)器’是指該選擇性催化還原反應(yīng)發(fā)生的室。術(shù)語‘還原劑’一般是指在化學(xué)反應(yīng)中丟失電子至另一化學(xué)元素或化合物的化學(xué)元素或化合物。術(shù)語‘漏失設(shè)置點(diǎn)’是指指示從SCR反應(yīng)器的出口出來的還原劑的參考量的設(shè)計(jì)參數(shù)。術(shù)語‘殘余設(shè)置點(diǎn)’是指指示沉積在該SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑上的還原劑殘余的參考量的設(shè)計(jì)參數(shù)。術(shù)語‘漏失值’是指在該SCR反應(yīng)器的出口處的還原劑的量。術(shù)語‘殘余值’是指在該SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑上沉積的還原劑的估算量。術(shù)語‘還原劑估算值’是指該還原劑的漏失值的估算。術(shù)語‘流量設(shè)置點(diǎn)’是指要引入該SCR反應(yīng)器中以用于還原氮氧化物的還原劑的參考量。術(shù)語‘反饋信號(hào)’是指對(duì)應(yīng)于該漏失值的流量設(shè)置點(diǎn)的組分。術(shù)語‘前饋信號(hào)’是指對(duì)應(yīng)于該殘余值的流量設(shè)置點(diǎn)的組分。

圖1是按照示例性實(shí)施例的用于排放物控制的系統(tǒng)100的圖示說明。該排放物控制系統(tǒng)100從發(fā)電廠102接收多個(gè)參數(shù)(一般由附圖標(biāo)記104表示)，并配置為調(diào)整至系統(tǒng)100的還原劑的流動(dòng)以控制來自該發(fā)電廠的排放物。該發(fā)電廠102包括聯(lián)接至燃?xì)廨啓C(jī)排氣106的選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器108。該SCR反應(yīng)器108包括入口114、出口110和置于該SCR反應(yīng)器108內(nèi)側(cè)的催化劑112。該入口114配置為接收該燃?xì)廨啓C(jī)排氣106的排出物。而且，該出口110配置為在接收的排出物至少部分經(jīng)過SCR后將該排出物釋放至大氣。該SCR反應(yīng)器108還包括用于將該還原劑引入該SCR反應(yīng)器108的注入器116。該還原劑在催化劑112的存在下與排出物相互作用并減少釋放至環(huán)境的排放物。該排放物控制系統(tǒng)100包括通過通信總線132彼此互連的信號(hào)獲取單元118、注入器單元120、調(diào)整器單元122、處理器單元124、以及存儲(chǔ)器單元126。

該信號(hào)獲取單元118通信地聯(lián)接至該發(fā)電廠102并配置為接收多個(gè)參數(shù)104。在一個(gè)實(shí)施例中，該多個(gè)參數(shù)包括在多個(gè)入口參數(shù)和在該SCR反應(yīng)器108的出口處測(cè)量的漏失值。該多個(gè)入口參數(shù)包括，但不限于，氨(NH₃)、氧氣(O₂)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)以及它們的組合。該信號(hào)獲取單元118還配置為從預(yù)定存儲(chǔ)器位置檢索漏失設(shè)置點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，該漏失設(shè)置點(diǎn)由脫機(jī)實(shí)驗(yàn)確定并存儲(chǔ)在可由信號(hào)獲取單元118訪問的存儲(chǔ)器位置中。

該注入器單元120聯(lián)接至該發(fā)電廠102并配置為以一種受控的方式通過注入器116將還原劑引入該SCR反應(yīng)器108中，以最佳地減少來自該SCR反應(yīng)器108的出口110的排放物。在一個(gè)實(shí)施例中，該注入器單元120接收基于該多個(gè)入口參數(shù)和該漏失設(shè)置點(diǎn)確定的流量設(shè)置點(diǎn)值。該注入器單元120基于該流量設(shè)置點(diǎn)確定還原劑到該SCR反應(yīng)器中的流速。

該調(diào)整器單元122通信地聯(lián)接至該信號(hào)獲取單元118和該注入器單元120。而且，該調(diào)整器單元122配置為接收多個(gè)入口參數(shù)，以及來自該出口110的該漏失值。在一個(gè)實(shí)施例中，該調(diào)整器單元122配置為從置于該SCR反應(yīng)器108出口處的還原劑傳感器接收還原劑測(cè)量值。然而，存在與來自該還原劑傳感器的還原劑測(cè)量值相關(guān)的時(shí)間延遲。有利地，使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于該還原劑測(cè)量值來提供該還原漏失值的估算。使用該隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型至少部分補(bǔ)償了否則在此類測(cè)量中可能導(dǎo)致的時(shí)間延遲的效果。在一些實(shí)施例中，可能由該調(diào)整器單元122應(yīng)用反饋增益至由該隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型提供的該漏失值。而且，該調(diào)整器單元122配置為使用該隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型基于該多個(gè)入口參數(shù)來估算表示該SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的還原劑的前饋信號(hào)值。該調(diào)整器單元122還配置為基于該漏失設(shè)置點(diǎn)和該漏失值使用隨時(shí)間變化的比例積分(PI)控制器來生成反饋信號(hào)值。在一個(gè)實(shí)施例中，該漏失值和該漏失設(shè)置點(diǎn)之間的差用于生成漏失差值。使用該漏失差值來生成該反饋信號(hào)。該調(diào)整器單元122還配置為基于該反饋信號(hào)值和該前饋信號(hào)值來確定流量設(shè)置點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，基于來自該SCR反應(yīng)器的出口的排放物量來確定該流量設(shè)置點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，該調(diào)整器單元122配置為基于對(duì)應(yīng)于該氮氧化排放物的增益值確定該流量設(shè)置點(diǎn)。使用隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型來估算該流量設(shè)置點(diǎn)，該動(dòng)力學(xué)模型使用互補(bǔ)濾波技術(shù)。該調(diào)整器單元122還配置為基于該流量設(shè)置點(diǎn)調(diào)整到該SCR反應(yīng)器108中的還原劑的注入。

本文中公開的調(diào)整器單元122配置為確定該排出物量和該漏失值之間的折中。對(duì)于給定的管理規(guī)范，調(diào)整器單元122的該前饋增益和該反饋增益可用于將諸如NOx的排放物和諸如氨的還原劑殘余維持在可接受的限制內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，基于增益規(guī)劃途徑來確定該前饋增益和該反饋增益。該增益規(guī)劃途徑包括基于該SCR的入口處的排放物量與該SCR的入口處的排放物的溫度和流動(dòng)中的至少一個(gè)來動(dòng)態(tài)地確定該前饋增益和該反饋增益。在一些實(shí)施例中，該調(diào)整器單元122配置為從存儲(chǔ)器檢索該反饋增益和該前饋增益的至少一個(gè)。在這些實(shí)施例的一些中，該增益值可能基于脫機(jī)實(shí)驗(yàn)事先計(jì)算，并隨后存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器中。在其他實(shí)施例中，由用戶提供該前饋增益和該反饋增益的至少一個(gè)。

該處理器單元124通信地聯(lián)接至該通信總線132并可包括至少一個(gè)算術(shù)邏輯單元、微處理器、通用控制器或處理器陣列以執(zhí)行期望的計(jì)算或運(yùn)行該計(jì)算機(jī)程序。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器單元124的功能可被限制為由信號(hào)獲取單元118執(zhí)行的任務(wù)。在另一實(shí)施例中，處理器單元124的功能可取決于由注入器單元120執(zhí)行的功能。在另一實(shí)施例中，該處理器單元124的功能可取決于由調(diào)整器單元122執(zhí)行的功能。雖然處理器單元124示為單個(gè)單元(在示例性實(shí)施例中)，但該排放物控制系統(tǒng)100可包括兩個(gè)或更多個(gè)處理器單元。而且，該單個(gè)或多個(gè)處理器單元可具有信號(hào)獲取單元118、注入器單元120、以及調(diào)整器單元122中的一個(gè)或更多個(gè)的功能。雖然系統(tǒng)100示為與發(fā)電廠102不同的單元，但在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可與發(fā)電廠102整體結(jié)合。

存儲(chǔ)器單元126通信地聯(lián)接至處理器單元124并配置為由單元118、120、122中的至少一個(gè)訪問。在示例性實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元126可能是指存儲(chǔ)器模塊中的一個(gè)或更多個(gè)。存儲(chǔ)器單元126可能為非暫態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)。舉例來說，該存儲(chǔ)器可為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)設(shè)備、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)設(shè)備、閃存或其他存儲(chǔ)器設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，該存儲(chǔ)器可包括非易失性存儲(chǔ)器或相似的永久存儲(chǔ)設(shè)備，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器的媒介，光盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)設(shè)備，數(shù)字化通用光盤只讀存儲(chǔ)器(DVD-ROM)設(shè)備，數(shù)字化通用光盤隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DVD-RAM)設(shè)備，數(shù)字化通用磁盤可重寫(DVD-RW)設(shè)備、閃存設(shè)備或其他非易失性存儲(chǔ)設(shè)備。在一個(gè)特定實(shí)施例中，可用程序編碼非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以指示至少一個(gè)處理器來執(zhí)行信號(hào)獲取單元118、注入器單元120以及調(diào)整器單元122中的一個(gè)或更多個(gè)的功能。

圖2是按照示例性實(shí)施例的用于排放物控制的調(diào)整器單元200的框圖。調(diào)整器單元200配置為接收與還原劑漏失設(shè)置點(diǎn)值對(duì)應(yīng)的參考輸入202。該還原劑漏失設(shè)置點(diǎn)值由用戶提供，或者基于實(shí)驗(yàn)確定并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器位置。在其中該還原劑漏失設(shè)置點(diǎn)由用戶提供的實(shí)施例中，可通過適當(dāng)?shù)挠脩艚涌?諸如鍵盤、儀表板或者觸摸屏)來插入該值。在其中自動(dòng)提供該還原劑漏失設(shè)置點(diǎn)值的實(shí)施例中，該調(diào)整器單元可從該存儲(chǔ)器位置檢索該通過實(shí)驗(yàn)確定的值。

調(diào)整器單元200配置為接收反饋輸入，一般由附圖標(biāo)記204表示。該反饋輸入表示從測(cè)量結(jié)果獲得的漏失值。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量值228是從置于SCR反應(yīng)器108的排氣裝置中的還原劑傳感器獲得的漏失值的還原劑測(cè)量結(jié)果。應(yīng)當(dāng)注意的是，該測(cè)量值228是該漏失值的延遲響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，互補(bǔ)濾波技術(shù)被應(yīng)用于該測(cè)量值228以獲得該反饋輸入204。特別地，該互補(bǔ)濾波基于還原劑估算值產(chǎn)生該反饋輸入204，該還原劑估算值基于該還原劑測(cè)量結(jié)果由表示該隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型的SCR模型224生成。

在一個(gè)實(shí)施例中，該隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型是表示發(fā)生在SCR反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在該SCR反應(yīng)器中，氨從該注入器注入到該排氣裝置氣流中，并可在存在催化劑的情況下與NOx反應(yīng)來生成氮?dú)?N₂)和水(H₂O)。該化學(xué)反應(yīng)包括，但不限于，與催化劑的氨吸附和脫附反應(yīng)，氨的氧化反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)，快速SCR反應(yīng)，NO₂SCR反應(yīng)，以及NO氧化反應(yīng)。該數(shù)學(xué)模型包括特征化SCR反應(yīng)器中的反應(yīng)的代數(shù)方程集合以及常微分方程集合。該代數(shù)方程集合包括描述諸如每個(gè)化學(xué)反應(yīng)物或制品的濃度改變的單獨(dú)反應(yīng)的特征的多個(gè)速率方程。該代數(shù)方程集合還包括催化劑溫度方程，氨、一氧化氮和二氧化氮的質(zhì)量守恒方程。該常微分方程集合包括氨表面覆蓋度的質(zhì)量守恒方程。該數(shù)學(xué)模型的代數(shù)方程集合和常微分方程集合具有多個(gè)參數(shù)，諸如每個(gè)化學(xué)反應(yīng)物或制品的化學(xué)成分和濃度以及該催化劑上氨的覆蓋率。

使用減法器208基于該參考輸入202和該反饋輸入204產(chǎn)生誤差值206。該減法器208用于確定參考輸入202和反饋輸入204之間的差值。隨時(shí)間變化的比例積分控制器212用于基于該誤差值206生成反饋信號(hào)值210。在生成該反饋信號(hào)值210的同時(shí)在控制器212中應(yīng)用反饋增益238。在一個(gè)實(shí)施例中，該SCR模型224還可能基于在SCR的入口處測(cè)量的排放氣體的溫度、流動(dòng)和量中的至少一個(gè)來生成該反饋增益238。使用前饋信號(hào)值216修改該反饋信號(hào)值210以生成流量設(shè)置點(diǎn)214。在說明的實(shí)施例中，基于作為殘余設(shè)置點(diǎn)232和殘余值236之間的差產(chǎn)生的殘余誤差信號(hào)234確定該前饋信號(hào)值216?？赡茏⒁獾降氖牵摎堄嘀?36表示沉積于該SCR反應(yīng)器230的催化劑上的還原劑的量。在一個(gè)實(shí)施例中，該殘余值236由該SCR模型224基于多個(gè)SCR入口參數(shù)226確定。該多個(gè)SCR入口參數(shù)226包括但不限于氨(NH₃)的流速，氧氣(O₂)的百分比濃度，在SCR入口處測(cè)得的排放物的濃度值，位于SCR的入口處的氣體成分的溫度(由符號(hào)T_g表示)，在SCR的入口處測(cè)得的氣體成分的壓力(由符號(hào)P_g表示)，位于SCR的入口處的氣體成分的流動(dòng)(由符號(hào)F_g表示)，NH₃與NOx的比率。以百萬分率(ppm)為單位測(cè)量該濃度值。以磅每小時(shí)(lb/hr)為單位測(cè)量該流速。該排放物包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。前饋增益222被應(yīng)用至該殘余誤差信號(hào)234以生成該前饋信號(hào)值216。該前饋增益包括對(duì)應(yīng)于該殘余值236的第一組分。而且，該前饋增益還包括與對(duì)應(yīng)于進(jìn)入該SCR反應(yīng)器的排放物220的量的與NOx信號(hào)218相關(guān)的第二組分。

在一個(gè)實(shí)施例中，該互補(bǔ)濾波技術(shù)補(bǔ)償從SCR反應(yīng)器108獲取的漏失測(cè)量值228中固有的時(shí)間延遲。使用具有聯(lián)接至?xí)r間延遲補(bǔ)償電路的低通濾波器電路的互補(bǔ)濾波器來執(zhí)行本文公開的該互補(bǔ)濾波。在一個(gè)實(shí)施例中，該時(shí)間延遲補(bǔ)償電路具有第一時(shí)間常量并且該低通濾波電路具有與第一時(shí)間常量匹配的第二時(shí)間常量。該低通的輸出是表示該漏失測(cè)量值228的時(shí)間延遲的信號(hào)。在另一實(shí)施例中，使用互補(bǔ)濾波技術(shù)來確定表示該漏失值的該反饋輸入204。

圖3A是說明了按照示例性實(shí)施例的前饋增益的規(guī)劃的圖300。圖300包括表示以分鐘為單位的時(shí)間的x軸線302以及表示前饋增益的y軸線304。圖300包括表示隨時(shí)間變化的前饋增益的增益規(guī)劃曲線306。時(shí)間索引為零表示發(fā)電廠102的啟動(dòng)的開始。在一個(gè)實(shí)施例中，該前饋增益被規(guī)劃為進(jìn)入SCR反應(yīng)器的NO，進(jìn)入SCR反應(yīng)器的NO₂，F(xiàn)_g和T_g中的一個(gè)或更多個(gè)的函數(shù)。在說明的實(shí)施例中，在啟動(dòng)期間該前饋增益高并在啟動(dòng)時(shí)間后大約三十分鐘的較晚時(shí)間達(dá)到較低值。

圖3B是說明了按照示例性實(shí)施例的反饋增益的規(guī)劃的圖320。該圖320包括表示以分鐘為單位的時(shí)間的x軸線322以及表示前饋增益的y軸線324。圖320包括表示隨時(shí)間變化的反饋增益的增益規(guī)劃曲線326。時(shí)間索引為零表示發(fā)電廠102啟動(dòng)的開始。在一個(gè)實(shí)施例中，該反饋增益被規(guī)劃為進(jìn)入SCR反應(yīng)器的NO，進(jìn)入SCR反應(yīng)器的NO₂，F(xiàn)_g和T_g中的一個(gè)或更多個(gè)的函數(shù)。在說明的實(shí)施例中，在啟動(dòng)期間該反饋增益低，并在四十分鐘時(shí)其值降低至二十之前在啟動(dòng)時(shí)間之后大約二十分鐘的較晚時(shí)間達(dá)到較高值。正如所說明的，從增益規(guī)劃途徑獲得的由曲線306表示的該前饋增益以及由曲線326表示的該反饋增益在五十分鐘的時(shí)間段中隨著八十的因子改變。

圖3C是說明了按照示例性實(shí)施例的來自SCR反應(yīng)器的排放物的還原的圖340。圖340包括表示時(shí)間的x軸線342以及表示排放物量的y軸線344。圖340包括多條曲線346，348，350，其分別表示在SCR入口處的排放物，用于比較在SCR的排放裝置處的排放物還原的基線，以及基于互補(bǔ)濾波技術(shù)獲得的排放物。如所說明的，該互補(bǔ)濾波技術(shù)(曲線350)相對(duì)于表示基線性能的曲線348和SCR入口曲線346具有較低的排放物值。

圖3D是說明了按照示例性實(shí)施例的還原劑的還原的圖360。該圖360包括表示時(shí)間的x軸線362和表示漏失值的y軸線364。在說明的實(shí)施例中，以百萬分率(ppm)為單位來測(cè)量該漏失值。圖360包括多條曲線366，368，370和372，表示使用不同技術(shù)獲得的漏失值。曲線366表示在不采用互補(bǔ)濾波的情況下使用前饋組分獲得的漏失值。曲線368表示使用前饋組分和反饋組分兩者獲得的漏失值。曲線370表示對(duì)應(yīng)于表示圖3C中的基線性能的曲線348的漏失值。曲線372表示對(duì)應(yīng)于使用采用互補(bǔ)濾波技術(shù)確定的前饋和反饋組分兩者的技術(shù)的漏失值?？赡苡^察到的是，表示根據(jù)公開的技術(shù)獲得的性能的曲線366，368，370具有權(quán)衡漏失值與排放物的能力，這可能在具有不同管制要求的不同地區(qū)是有用的。

圖4是說明按照示例性實(shí)施例的用于估算該漏失值的互補(bǔ)濾波的框圖400。對(duì)應(yīng)于該還原劑估算值的第一輸入402被并行地供給至互補(bǔ)濾波器406和加法器412。對(duì)應(yīng)于該還原劑測(cè)量值的第二輸入404被供給至該加法器412。互補(bǔ)濾波器406包括傳輸延遲408和第一階滯后濾波器410。該互補(bǔ)濾波器406接收表示該還原劑估算值的第一輸入402并產(chǎn)生表示還原劑估算值的時(shí)間延遲補(bǔ)償版本的互補(bǔ)濾波的輸出416。加法器412合并對(duì)應(yīng)于第一輸入402、第二輸入404的信號(hào)并減去該互補(bǔ)濾波的輸出416。而且，使用飽和器414移除在加和的信號(hào)值中的異常值。因此由該飽和器414生成的輸出418是該漏失值的估算值。

圖5是說明按照示例性實(shí)施例的在估算該漏失值中的性能提升的圖500。圖500包括表示以秒為單位的時(shí)間的x軸線502和表示以百萬分率(ppm)為單位的漏失值的y軸線504。在說明的實(shí)施例中，y軸線表示氨漏失值。圖500包括多條曲線506，508，510，512，其表示從公開的各實(shí)施例生成的漏失值。曲線506表示位于SCR反應(yīng)器的排出裝置處的實(shí)際漏失值。曲線508表示使用SCR模型確定的估算漏失值。曲線510表示從位于SCR反應(yīng)器的排出裝置處的漏失傳感器獲得的還原劑測(cè)量值。曲線512表示使用互補(bǔ)濾波技術(shù)確定的還原劑的漏失值。

圖6是按照示例性實(shí)施例的用于排放物控制的方法的流程圖600。該方法包括如602中所示的從選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器接收漏失設(shè)置點(diǎn)和殘余設(shè)置點(diǎn)。該方法進(jìn)一步包括在步驟604中測(cè)量SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)。該多個(gè)入口參數(shù)包括，但不限于，氨(NH₃)的流速，氧氣(O₂)的百分比濃度，在SCR入口測(cè)得的排放物的濃度值，在SCR的入口處的氣體成分的溫度，在SCR的入口處測(cè)得的氣體成分的壓力，在SCR的入口處的氣體成分的流動(dòng)，NH₃與NOx的比率。該方法還包括在步驟606中從SCR反應(yīng)器的出口接收漏失值。接收該漏失值的步驟606進(jìn)一步包括從位于SCR反應(yīng)器的出口處的還原劑傳感器測(cè)量還原劑濃度。而且，步驟606包括從該隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型生成該漏失值的估算值。步驟606還包括使用互補(bǔ)濾波基于該漏失值的估算值以及該還原劑測(cè)量值來確定該漏失值。

在步驟608中，基于該SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)確定隨時(shí)間變化的前饋增益。而且，在相同步驟中，還基于該SCR反應(yīng)器的多個(gè)入口參數(shù)確定反饋增益。在一個(gè)實(shí)施例中，使用增益規(guī)劃途徑來確定該前饋增益和該反饋增益。在另一實(shí)施例中，從存儲(chǔ)器檢索該前饋增益和該反饋增益。該前饋增益和反饋增益用于同時(shí)優(yōu)化位于SCR反應(yīng)器的出口處的排放物等級(jí)和該漏失值。

在步驟610中基于該漏失設(shè)置點(diǎn)和該漏失值使用隨時(shí)間變化的比例積分(PI)控制器來生成反饋信號(hào)值。在一個(gè)實(shí)施例中，在PI控制器中使用增益規(guī)劃途徑來確定該反饋信號(hào)值。該增益規(guī)劃途徑包括應(yīng)用反饋增益，其應(yīng)用至該漏失值。在一個(gè)實(shí)施例中，基于排放氣體的濃度，排出氣體的溫度以及還原劑的流速值來確定隨時(shí)間變化的反饋增益。在步驟612中，生成表示SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的還原劑的前饋信號(hào)值。前饋信號(hào)值的生成以基于殘余值和殘余設(shè)置點(diǎn)值的殘余差值為基礎(chǔ)。該殘余值由該SCR模型估算并表示SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑表面上的還原劑的濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，使用增益規(guī)劃途徑來確定該前饋信號(hào)值。在一個(gè)實(shí)施例中，基于排放氣體的濃度，排出氣體的溫度值以及還原劑的流速值的一個(gè)或更多個(gè)組合來確定隨時(shí)間變化的前饋增益。在其他實(shí)施例中，也可使用其他入口參數(shù)來確定該前饋增益值。在一個(gè)實(shí)施例中，基于脫機(jī)實(shí)驗(yàn)事先確定該前饋增益和該反饋增益中的至少一個(gè)。

該方法還包括在步驟614中基于該反饋信號(hào)值和該前饋信號(hào)值來確定流量設(shè)置點(diǎn)。確定該流量設(shè)置點(diǎn)的步驟614包括結(jié)合排放氣體量的估算值。在步驟616中，基于該流量設(shè)置點(diǎn)調(diào)整該還原劑流的注入。這里應(yīng)當(dāng)注意的是，確定流量設(shè)置點(diǎn)的步驟614提供排放物量和該漏失值之間的折中。流程圖600的方法還包括在步驟616中的基于該流量設(shè)置點(diǎn)調(diào)整到該SCR反應(yīng)器中的還原劑的注入。

應(yīng)理解的是，按照任意特定實(shí)施例未必可達(dá)成上文描述的所有這些目標(biāo)或優(yōu)點(diǎn)。因此，舉例來說，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文描述的系統(tǒng)和技術(shù)可以以達(dá)成或改善本文教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)而不必要地達(dá)成如本文中可教導(dǎo)或建議的其他目標(biāo)或優(yōu)點(diǎn)的方式來實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤?/p>

雖然僅結(jié)合受限數(shù)量的實(shí)施例來具體描述了本技術(shù)，但應(yīng)當(dāng)易于理解的是，該說明書并不限于這些公開的實(shí)施例。而是，該技術(shù)可被修改以結(jié)合迄今未描述、但與權(quán)利要求的精神和范圍相稱的任意數(shù)量的變形、改變、代替或等價(jià)布置。另外，雖然已經(jīng)描述了該技術(shù)的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解的是，該說明書的各方面可能僅包括所描述的實(shí)施例中的一些。因此，該說明書不看作受前面描述來限制，而是僅由所附權(quán)利要求范圍來限制。