説明

脱硝装置

【課題】簡易な構成で、還元剤を均一に配管内に分布させることが可能となり、不要なアンモニアの排出を回避し、NOxを確実に還元する。
【解決手段】脱硝装置200は、エンジン110の排気路202bに設けられ、エンジン110から送出された排気ガスX1を還元する脱硝触媒214と、脱硝触媒214の上流の排気路202bとして設けられた複数の流路210と、流路210それぞれに還元剤を導入する還元剤導入部212とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置に関する。
【背景技術】
【0002】
船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、燃焼排ガス(排気ガス)が生じるが、この排気ガスには、窒素酸化物(以下、単にNOxと称する)が含まれている。かかるNOxを除去すべく排気路の下流側に脱硝装置を設ける場合がある。
【0003】
脱硝装置としては、NOxの還元を促進する脱硝触媒と、NOxを還元するための還元剤とを含んで構成される選択式触媒還元(Selective Catalytic Reduction)脱硝装置が普及している。脱硝装置を利用して、NOxを分解する場合、排気ガスと還元剤とを混合しておき、その混合気体を脱硝触媒に流通させることにより、還元剤が排気ガス中のNOxを還元(分解)する。この還元剤としてアンモニア(NH)が考えられるが、アンモニアは、毒性が強いためアンモニアの前駆物質として尿素水が広く利用されている。したがって、脱硝触媒にアンモニアを供給するために、尿素水の導入口は、脱硝触媒の上流側に設置される。
【0004】
脱硝装置において尿素水を十分に気化、分解してアンモニアを生成させる技術として、エンジンの排気ガスを導く排気煙道を流れる排気ガスの一部をDPF(Diesel Particulate Filter)の下流で分流し、分流された分流排気ガスの流路に噴射弁から噴射された尿素水を気化、分解するために、分流排気ガスの流路にヒータを配置する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第4430524号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、コンテナ船やタンカー等の大型船舶は、排気ガスを流通させる配管の径が、例えば、1〜2mと大きい。このように径の大きい配管に還元剤を導入する場合、特許文献1の技術を利用したとしても、配管内に均等に尿素水を分布させることはできず、配管の径方向の断面において、アンモニアの濃度に偏りがでてしまう。
【0007】
そうすると、アンモニアの濃度が濃いところは、排気ガスに含まれるNOxを確実に還元することはできるが、アンモニアが余剰してしまうこともあり、アンモニアが排出されてしまうおそれがある。一方、アンモニアの濃度が薄いところは、排気ガスに含まれるNOxを還元するには、アンモニアが足りず、NOxが十分に還元されずに排出されてしまうおそれがある。
【0008】
本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、還元剤を均一に配管内に分布させることが可能な脱硝装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明の脱硝装置は、エンジンの排気路に設けられ、エンジンから送出された排気ガスを還元する脱硝触媒と、脱硝触媒の上流の排気路として設けられた複数の流路と、流路それぞれに還元剤を導入する還元剤導入部とを備えることを特徴とする。
【0010】
複数の流路は、エンジンの排気路を構成する管を、管の長手方向に延びる仕切り板で分割することによって形成されてもよい。
【0011】
複数の流路は、それぞれが独立した管で形成され、還元剤導入部はそれぞれの管に還元剤を導入してもよい。
【0012】
還元剤導入部は、流路それぞれに濃度が均等になるように還元剤を導入してもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、簡易な構成で、還元剤を均一に配管内に分布させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】脱硝システムを説明するための説明図である。
【図2】複数の流路の一例を説明するための説明図である。
【図3】複数の流路の他の例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0016】
コンテナ船やタンカー等の大型船舶では、熱効率がよく、低質燃料油(重油)が使用できるためコスト面で有利である、ユニフロー型の2サイクルエンジン(2ストロークエンジン)が広く使用されている。このようなエンジンにおいて、化石燃料、例えば、ガソリン、軽油、重油、液化天然ガス(LNG:Liquefied Natural Gas)、および液化石油ガス(LPG:Liquefied Petroleum Gas)等の燃料を燃焼させると、その結果生じる排気ガスには、NOxが含まれる。以下、エンジンから排出される排気ガス中のNOxを還元する脱硝システム100について説明する。なお、以下の実施形態においては、脱硝システム100に用いるエンジンとしてユニフロー型の2ストロークエンジンを例に挙げて説明するが、他の形式の2ストロークエンジン等に脱硝システム100を採用することもできる。
【0017】
(脱硝システム100)
図1は、本実施形態にかかる脱硝システム100を説明するための説明図である。図1に示すように、脱硝システム100は、エンジン110と、過給機120と、脱硝装置200とを含んで構成される。図1中、物質(排気ガス、還元剤)の流れを実線で示し、信号の流れを破線で示す。
【0018】
エンジン110は、シリンダ110aと、ピストン110bと、排気弁110cと、排気集合管112とを含んで構成される。エンジン110は、掃気、圧縮、燃焼、排気といった行程を通じて、クロスヘッド(図示せず)に連結されたピストン110bがシリンダ110a内を摺動自在に、図1中白抜き矢印に示す方向に往復移動する。このようなクロスヘッド型のピストン110bでは、シリンダ110a内でのストロークを比較的長く形成することができ、ピストン110bに作用する側圧をクロスヘッドが受けるため、2ストロークエンジンの高出力化を図ることができる。さらに、シリンダ110aとクロスヘッドが収まるクランク室とが隔離されるので、低質燃料油を用いる場合においても汚損劣化を防止することができる。排気集合管112は、エンジン110に設けられた複数の排気弁110cそれぞれを通じてシリンダ110aと連通する複数の排気路を集約する。
【0019】
過給機120は、タービン122と、タービン122と同軸の圧縮機124とを含んで構成される。タービン122は、排気集合管112から排出された排気ガスX1によって回転し、圧縮機124は、タービン122の回転を利用し、外部から導入される活性ガス(酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気(例えば空気))を圧縮してエンジン110への掃気圧を高める。こうすることで、エンジン110の出力を向上させることができる。
【0020】
脱硝装置200は、排気ガスX1にアンモニアを作用させることで、排気ガスX1中に含まれるNOxを窒素に還元する。
【0021】
このように、エンジン110から排出された排気ガスX1は、排気集合管112、排気路202a、タービン122、排気路202bを通過した後、脱硝装置200に導入され、NOxが還元されて、排気ガスX2として外部に排出される。以下、本実施形態にかかる脱硝装置200の具体的な構成について説明する。
【0022】
(脱硝装置200)
本実施形態にかかる脱硝装置200では、排気ガスX1に還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流にある脱硝触媒で、排気ガスX1中に含まれるNOxを還元して窒素を生成する選択式触媒還元方式を採用している。
【0023】
具体的に、脱硝装置200は、図1に示すように、複数の流路210と、還元剤導入部212と、脱硝触媒214と、NOx検出部216と、還元剤調整部218とを含んで構成される。ここでは、流路210が4つである場合を例に挙げて説明する。
【0024】
複数の流路210は、脱硝触媒214の上流の排気路202bの少なくとも一部として設けられている。
【0025】
図2は、複数の流路210の一例を説明するための説明図であり、流路210を形成する管204の径方向の断面を説明する図である。図2(a)、(b)に示すように、複数の流路210(図2中、210a〜210dで示す)は、例えば、エンジン110の排気路202bを構成する管204を、管204の長手方向に延びる仕切り板220で分割することによって形成される。
【0026】
図3は、複数の流路210の他の例を説明するための説明図であり、流路210を形成する管204の径方向の断面を説明する図である。図3(a)、(b)に示すように、複数の流路210(図3中、210e〜210h)は、それぞれが独立した管206で形成される。
【0027】
還元剤導入部212は、複数の流路210それぞれに濃度が均等になるように尿素水を導入(噴射)する。
【0028】
なお、図2および図3に示すように、流路210を形成する管204、管206は、外周を保温材で覆われて構成されている。これにより、流路210を通過する排気ガスX1が外部に放熱してしまう事態を回避することができ、尿素水を好適に、気化、分解させることが可能となる。
【0029】
脱硝触媒214は、バナジウム、タングステン、モリブデン等の金属またはその酸化物と酸化チタン等で構成され、過給機120のタービン122を通過した排気ガスX1中のNOxを還元する。
【0030】
NOx検出部216は、タービン122の上流における排気ガスX1または、下流における排気ガスX1のNOxの濃度を検出する。ここで、NOx濃度は、エンジン負荷と相関があるので、NOx検出部216は、実際のNOx濃度を測定せずとも、エンジン負荷からNOx濃度を推定してもよい。
【0031】
還元剤調整部218は、NOx検出部216が検出したNOxの濃度に基づいて、還元剤導入部212が導入する尿素水の量を調整する。
【0032】
NOx検出部216および還元剤調整部218を備える構成により、排気ガスX1中のNOxが少ないときに無駄に尿素水を導入してしまい、脱硝触媒214においてアンモニアが酸化されずに、外部に排出してしまう事態を回避することができ、NOxが多いときにそのNOxを還元するために必要な量の尿素水を導入することが可能となる。
【0033】
以上説明したように、本実施形態にかかる脱硝装置200は、複数の流路210と、その流路210それぞれに尿素水を導入する構成を有するため、排気路202bを構成する管204、206内に均等に尿素水を分布させることができる。したがって、管204、206の径方向の断面における、アンモニアの濃度を均一にすることが可能となる。
【0034】
これにより、アンモニアの濃度が偏ることによって生じる、アンモニアの余剰によってアンモニアが排出されてしまう事態を回避することができ、アンモニアの不足によってNOxが十分に還元できず排出されてしまう事態を回避することが可能となる。
【0035】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置に利用することができる。
【符号の説明】
【0037】
200 …脱硝装置
202b …排気路
204、206 …管
210 …流路
212 …還元剤導入部
214 …脱硝触媒
220 …仕切り板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンの排気路に設けられ、該エンジンから送出された排気ガスを還元する脱硝触媒と、
前記脱硝触媒の上流の排気路として設けられた複数の流路と、
前記流路それぞれに還元剤を導入する還元剤導入部と、
を備えることを特徴とする脱硝装置。
【請求項2】
前記複数の流路は、前記エンジンの排気路を構成する管を、該管の長手方向に延びる仕切り板で分割することによって形成されることを特徴とする請求項1に記載の脱硝装置。
【請求項3】
前記複数の流路は、それぞれが独立した管で形成され、
前記還元剤導入部はそれぞれの管に還元剤を導入することを特徴とする請求項1に記載の脱硝装置。
【請求項4】
前記還元剤導入部は、前記流路それぞれに濃度が均等になるように前記還元剤を導入することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の脱硝装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−29089(P2013−29089A)
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−167417(P2011−167417)
【出願日】平成23年7月29日(2011.7.29)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】