CN103052773A - 船舶用脱硝系统及设有该系统的船舶和船舶用脱硝系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

作为脱硝用还原剂的氨生成时，以低消耗能源的方式供应必要电能。本发明设有氨发生器（2）、脱硝催化剂部（4）；所述氨发生器（2）具有由水制造氢气的氢气制造部（81）以及由空气制造氮气的氮气制造部（83），通过氢气制造部（81）所制造的氢气和氮气制造部所（83）制造的氮气生成氨；所述脱硝催化剂部（4）设置于作为船舶推进用主发动机（3）废气通道上，同由氨发生器（2）形成的氨一起进行废气脱硝。电源管理系统（72），根据主发动机（3）负荷，控制采用主发动机（3）的排气能量进行发电的发电机的发电输出。通过电源管理系统（72）所控制的至少一部分电力供应给氨发生器（2）。

Description

船舶用脱硝系统及设有该系统的船舶和船舶用脱硝系统的控制方法

技术领域

本发明涉及用于如柴油发动机排气的脱硝并适用于被装载在船舶上的船舶用脱硝系统及设有该系统的船舶和船舶用脱硝系统的控制方法。

背景技术

为了去除船舶推进用柴油发动机（主发动机）产生的氮氧化物（NOx），在船舶上，装载了脱硝装置。

下述专利文献1中，公开了一种作为脱硝催化剂的还原剂所使用的氨在船舶上生成可能的发明。由于氨能在船舶上生成，因此，不必向船舶上搬运液体氨和在船舶内储存液体氨。另外，由于液体氨作为危险物品看待，虽然需要设置泄漏检测传感器和双重配管这样的特别的贮藏设备，在若能在船舶上仅生成必要量的氨的话，则必要设置特别贮藏设备。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-292531号公报

发明内容

在船舶上生成氨中，需要驱动水的电分解和运送泵等的电能。所述述专利文献1中，显示了利用作为辅机的柴油发电机的电力情况。

但是，由于一般柴油发电机比主发动机的热效率低，从柴油发电机得到的电力，为了生成氨，需要浪费更多的能源，从节省能源的观点来看，并不可取。

另外，相对应于船舶的主发动机负荷，废气脱硝中的氨需求量会随时变化。因此，有必要形成恰如其分地、仅必要量的氨。更进一步说，关于为了形成氨的电力，对应于必要氨量的变化，有必要适当供给。

鉴于这样的情况，形成本发明。本发明的目的在于提供一种船舶用脱硝系统及设有该系统的船舶和船舶用脱硝系统的控制方法，其中，该船舶用脱硝系统，在作为脱硝用还原剂的氨生成时，能以低消耗的能源供应必要的电能。

本发明的目的在于提供一种能恰如其分地供应脱硝中的必要氨，且能供应用于氨生成的适当的电力的船舶用脱硝系统及设有该系统的船舶，以及船舶用脱硝系统的控制方法。

为解决上述课题，本发明的船舶用脱硝系统采用以下手段。

即关于本发明第1状态的船舶用脱硝系统，设有氨发生器和脱硝催化剂部；所述氨发生器具有由水制造氢气的氢气制造部和由空气制造氮气的氮气制造部，通过所述氢气制造部所制造的氢气和所述氮气制造部所制造的氮气生成氨；所述脱硝催化剂部设置于船舶推进用的主发动机的废气通道上，同所述氨发生器生成的氨一起进行废气脱硝；在该船舶用脱硝系统中具备发电输出控制部，所述发电输出控制部根据所述主发动机负荷，控制采用所述主发动机的排气能量进行发电的发电机的发电输出，通过该发电输出控制部所控制的至少一部分电力用于所述氨发生器。

氨发生器具有由水制造氢气的氢气制造部以及由空气制造氮气的氮气制造部，并通过氢气制造部和氮气制造部所制造的氢气和氮气生成氨。如此，由于作为原料的水和空气在船舶上能生成氨，因而，在船舶上，不必设置液体氨（例如氨水溶液）和尿素等还原剂的储存空间。因此，在船舶内，能设置确保无需大空间的船舶用脱硝系统。

另外，由于发电输出控制部是基于主发动机负荷，控制采用所述主发动机的排气能量进行发电的发电机的发电输出的，因此，能将主发动机负荷相应的排气能量作为发电输出合适地进行回收。而且由于在氨发生器中，采用了从主发动机的排气能量回收的发电输出，因此，能以少量的能量消耗来运转氨发生器。如此，由于能有效利用主发动机的排气能量，故能回避另外设置柴油发电机等发电辅机的容量增大和增台。

更进一步说，所述第1状态中，船舶用脱硝系统也可设有根据所述主发动机的负荷对所述氨发生器所生成氨的目标氨生成量进行运算的目标氨生成量运算装置。

由于脱硝中必要的氨生成量对应于主发动机负荷而变化，因此，能根据主发动机的负荷对氨生成量的目标值进行运算。通过该运算，可根据主发动机的负荷，随时生成适度量的氨。

更进一步说，也可采用以下构成：在设有上述目标氨生成量运算装置的构成中，船舶用脱硝系统设有检测所述氨发生器所生成的氨生成量的氨生成量检测装置，使用该氨生成量检测装置检测的氨生成量和所述目标氨生成量，对所述氨发生器生成的氨生成量进行反馈控制。

采用检测氨生成量，对氨生成量进行反馈控制使其与目标氨生成量一致。因此，适当量的氨能随时生成。另外，由于氨不会过度形成，因此，不会浪费电力消耗。

更进一步说，关于设有所述氨生成量检测装置构成的船舶用脱硝系统中，所述氨生成量检测装置也可设有检测所述氨发生器所生成的氨流量的氨流量传感器、检测所述脱硝催化剂部的上游侧氨浓度的上游侧氨浓度传感器以及检测所述脱硝催化剂部的下游侧氨浓度的下游侧氨浓度传感器中的至少一个。

通过氨流量传感器，得到生成的氨流量。通过上游侧氨浓度传感器，得到供应给脱硝催化剂部的氨浓度。通过下游侧氨浓度传感器，得到脱硝催化剂部中被消耗后的氨浓度。通过这些传感器的单独使用或分别酌情结合使用，能得到氨生成量。

更进一步说，关于设有所述目标氨生成量运算装置构成的船舶用脱硝系统，优选还设有基于运算所述目标氨生成量，对所述氨发生器的必要电力进行运算的氨发生器必要电力运算装置，所述发电输出控制部采用通过所述氨发生器必要电力运算装置得到的必要电力，进行发电输出的前馈控制。

由于是基于目标氨生成量，获得氨发生器的必要电力，为满足该必要电力，对发电输出进行前馈控制，因此，使稳定的电力供应成为可能。

更进一步说，关于所述第1状态的船舶用脱硝系统，优选设有对被导入到所述脱硝催化剂部的废气进行加热的电加热器，通过所述发电输出控制部所控制的至少一部分电力用于所述电加热器。

作为脱硝催化剂部主要使用的选择接触还原法（SCR）的SCR催化剂，具有废气温度越低温越被中毒的可能。在这里，通过电加热器使废气温度上升，来防止脱硝催化剂部中毒。

另外，由于通过将发电输出控制部所控制的至少一部分电力供应给电加热器，使用了从废气热回收发电产生的电力，故能以很少的能量消耗来运转电加热器。

更进一步说，关于所述第1状态的船舶用脱硝系统，优选将得到所述主发动机的排气涡轮增压器的旋转输出而进行发电的增压器侧发电机，作为所述发电机来使用。

作为设有得到主发动机的排气涡轮增压器的旋转输出而进行发电的增压器侧发电机的增压器，通常被认为是混合排气涡轮增压器。该增压器侧发电机，作为对于氨发生器进行电力供应的发电机来使用。如此，能有效利用主发动机的排气能量。

更进一步说，关于所述第1状态的船舶用脱硝系统，优选将通过以所述主发动机的废气作为驱动源的动力涡轮进行发电的动力涡轮侧发电机，作为所述发电机来使用。

通过以主发动机的废气作为驱动源的动力涡轮进行发电的动力涡轮侧发电机的输出电力，在氨发生器中使用。如此，能有效利用主发动机的排气能量。

更进一步说，关于所述第1状态的船舶用脱硝系统，优选将通过使用所述主发动机废气的废气锅炉所生成的蒸汽作为驱动源的蒸汽涡轮进行发电的蒸汽涡轮侧发电机，作为所述发电机来使用。

通过使用所述主发动机废气的废气锅炉所生成的蒸汽作为驱动源的蒸汽涡轮进行发电的蒸汽涡轮侧发电机的输出电力，在氨发生器中使用。如此，能有效利用主发动机的排气能量。

更进一步说，关于所述第1状态的船舶用脱硝系统，优选将所述主发动机的废气作为驱动源的动力涡轮和使用所述主发动机废气的废气锅炉所生成的蒸汽作为驱动源的蒸汽涡轮进行发电的异种涡轮侧发电机，作为所述发电机来使用。

异种涡轮侧发电机中，将动力涡轮和蒸汽涡轮这样的不同种类（异种）的涡轮进行连接。通过采用该异种涡轮侧发电机，由于在以主发动机的废气作为驱动源的动力涡轮基础上，加上通过采用主发动机废气的废气锅炉所生成的蒸汽作为驱动源的蒸汽涡轮进行发电，能更加有效利用主发动机的排气能量。

更进一步说，关于所述第1状态的船舶用脱硝系统中，优选将通过与、同所述主发动机的套管或空气冷却器的冷却水和/或排气进行过热交换的加热水、再进行热交换而蒸气化的热媒作为驱动源的涡轮进行发电的热媒涡轮侧发电机，作为所述发电机来使用。

所述热媒一般被认为是采用比水沸点更低的氟利昂代替品（例如R-245fa、R-134a等）、戊烷、丁烷等有机热媒的系统，被称为兰金循环。

更进一步说，关于所述第1状态的船舶用脱硝系统中，优选设有通过主发动机的废气进行驱动的排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器的容量可变。

通过采用容量可变的增压器，可在依据扫气压力的合适条件（例如，燃料消耗率最适条件）下使之运转。另外，在废气NOx规定严格的海域【废气规定海域（ECA；EmissionControl Area）】外进行航行时，由于不需要通过氨发生器消耗电力，因此，能选择降低必要电力、燃料消耗率最适的条件进行运转。

作为容量可变的排气涡轮增压器，例如可举出，VG（Variable Geometry）涡轮增压器等可变喷嘴增压器、对被导向固定涡轮喷嘴的废气流路面积进行切换的形式的增压器，或者设有不同容量的多台增压器的运转台数可变的增压器系统。

另外，关于本发明第2状态的船舶，设有船舶推进用的主发动机和任何一个所述船舶用脱硝系统。

由于设有所述船舶用脱硝系统，在作为脱硝用还原剂的氨生成时，能提供一种以低能量消耗供应必要电力的船舶。

另外，关于所述第3状态的船舶用脱硝系统的控制方法，是一种控制设有氨发生器和脱硝催化剂部的船舶用脱硝系统的船舶用脱硝系统控制方法，所述氨发生器具有由水制造氢气的氢气制造部和由空气制造氮气的氮气制造部，通过所述氢气制造部所制造的氢气和所述氮气制造部所制造的氮气生成氨；所述脱硝催化剂部设置于船舶推进用的主发动机的废气通道上，同所述氨发生器生成的氨一起进行废气脱硝；其中，该船舶用脱硝系统控制方法中，根据所述主发动机负荷，控制采用所述主发动机的排气能量进行发电的发电机的发电输出的同时，将该发电输出的至少一部分供应给所述氨发生器。

氨发生器具有由水制造氢气的氢气制造部以及由空气制造氮气的氮气制造部，并通过氢气制造部和氮气制造部所制造的氢气和氮气生成氨。如此，由于作为原料的水和空气在船舶上能生成氨，因而，在船舶上，不必设置液体氨（例如氨水溶液）和尿素等还原剂的储存空间。因此，在船舶内，能设置无需确保大空间的船舶用脱硝系统。

另外，由于基于主发动机负荷，控制采用主发动机的排气能量进行发电的发电机的发电输出，因此，能根据主发动机的负荷将排气能量作为发电输出适当地进行回收。而且由于在氨发生器中，采用了从主发动机的排气能量回收的发电输出，因此，能以少量能量消耗来运转氨发生器。如此，由于能有效利用主发动机的排气能量，能回避另外设置柴油发电机等发电辅机的容量增大和增台。

本发明中，在作为脱硝用还原剂的氨生成时，能以低能量消耗供应必要的电能。

本发明中，能恰如其分地供应脱硝中所必要的氨，另外，生成氨所需的电力也能适当供应。

附图说明

图1是显示设置关于本发明实施例1的船舶用脱硝系统的主发动机周围的概略构成图。

图2是显示图1中所示的氨发生器的概况的概略构成图。

图3是显示控制图1的船舶用脱硝系统的控制部的框图。

图4是显示对应于主发动机负荷的氨生成量图。

图5是显示第1实施方式中的对应于主发动机负荷的发电量图。

图6是显示氨生成量的反馈控制框图。

图7是显示发电量的前馈控制框图。

图8是显示设置关于本发明第2实施方式的船舶用脱硝系统的主发动机周围的概略构成图。

图9是显示控制图8的船舶用脱硝系统的控制部的框图。

图10是显示第2实施方式中的对应于主发动机负荷的发电量图。

图11是显示设置关于本发明第3实施方式的船舶用脱硝系统的主发动机周围的概略构成图。

图12是显示控制图11的船舶用脱硝系统的控制部的框图。

图13是显示第3实施方式中的对应于主发动机负荷的发电量图。

图14是显示设置关于本发明第4实施方式的船舶用脱硝系统的主发动机周围的概略构成图。

图15是显示控制图14的船舶用脱硝系统的控制部的框图。

图16是显示第4实施方式中的对应于主发动机负荷的发电量图。

图17是显示关于本发明第5实施方式的船舶用脱硝系统的概略构成图。

图18是显示控制图17的船舶用脱硝系统的控制部的框图。

图19是显示第5实施方式中的对应于主发动机负荷的发电量图。

标记说明

1 船舶用脱硝系统

2 氨发生器

3 主发动机

4 SCR催化剂部

5 混合排气涡轮增压器

5’ 排气涡轮增压器

5c 混合发电机马达（增压器侧发电机）

7 动力涡轮

8 热媒涡轮

9 蒸汽涡轮

11 废气预热器（废气锅炉）

30 船舶内系统（电力系统）

33 动力涡轮侧发电机

49 蒸汽涡轮侧发电机

50 异种涡轮侧发电机

70 发动机主控制器

72 电源管理系统（PMS；发电输出控制部）

73 电加热器

81 氢气制造部

83 氮气制造部

93 热媒涡轮侧发电机。

具体实施方式

以下的关于本发明实施方式，参照说明书附图进行说明。

第1实施方式

以下的关于本发明第1实施方式，采用图1进行说明。

图1显示了设置关于本发明实施例的船舶用脱硝系统1的主发动机3周围的概略构成图。

船舶内设有船舶推进用主发动机（例如柴油发动机）3、对主发动机3的废气进行脱硝的脱硝装置（船舶用脱硝系统）1、通过主发动机3的废气进行驱动的混合排气涡轮增压器5和通过主发动机3的废气生成蒸汽的废气预热器（废气锅炉）11。

主发动机3的输出通过推进器轴，与螺旋推进器直接或间接地连接。另外，主发动机3的各气缸的缸体部13的排气口与作为排气集合管的排气岐管15连接。排气岐管15通过第1排气管L1，与混合排气涡轮增压器5的涡轮部5a的入口侧连接。

另一方面，各缸体部13的供气口与供气岐管17连接；供气岐管17通过供气管K1，与混合排气涡轮增压器5的压缩器部5b连接。另外，供气管K1中设置了空气冷却器（中间冷却器）18。

混合排气涡轮增压器5设有涡轮部5a、压缩器部5b和混合发电机马达（增压器侧发电机）5c。涡轮部5a、压缩器部5b及混合发电机马达5c通过旋转轴5d，以同轴连接。

混合发电机马达5c通过涡轮部5a得到的旋转输出进行发电，另一方面，援助得到船舶内系统30电力的压缩器部5b的旋转。混合发电机马达5c和船舶内系统30之间，从混合发电机马达5c端开始依次设置有将交流电转换成直流电的转换器19、将直流电转换成交流电的逆变器20和开关21。

由混合发电机马达5c发电产生的电力，供应给如后所述的氨发生器2。

另外，由混合发电机马达5c发电产生的电力，也可通过转换器19被转换成直流电后，不经过逆变器20，直接供应给氨发生器2。

第1排气管L1与连接于混合排气涡轮增压器5的涡轮部5a的出口端的第2排气管L2之间，设有绕过混合排气涡轮增压器5的旁通管L1’。该旁通管L1’上，设有排气旁路控制阀V1和节流孔14。

排气旁路控制阀V1控制被导入到混合排气涡轮增压器5的排气气体的流量。即在排气旁路控制阀V1全关闭状态的情况下，由排气管L1导入的排气气体的总流量被供应至混合排气涡轮增压器5。随着排气旁路控制阀V1的打开程度增加，从排气管L1向旁通管L1’导入的排气气体的流量逐渐增加。如此，通过排气旁路控制阀V1，控制被导入到混合排气涡轮增压器5的排气气体流量。排气旁路控制阀V1的打开程度，通过图中未显示的控制部进行控制。

节流孔14位于排气旁路控制阀V1的下游侧，在排气旁路控制阀V1全开状态的情况下，防止大量排气气体被导入到旁路管L1’中，从而向混合排气涡轮增压器5供应排气气体。

另外，本实施方式中，说明了节流孔14的设置，但节流孔14也可不用设置。

船舶内系统30中，设有发电机62的第1发电用柴油发动机61、设有发电机64的第2发电用柴油发动机63并列连接。

船舶内系统30与氨发生器2和后述的电加热器73连接，并对该生成器2和电加热器73进行电力供应。

废气预热器11与第2排气管L2连接，使柴油发动机3所排出的废气和通过供水管23所供应的水进行热交换，产生蒸汽。废气预热器11的上游侧设置了控制废气流出入的废气预热器用开关阀22。废气预热器用开关阀22的切换时机由图中未显示的控制部决定。

船舶用脱硝系统1设有氨发生器2和采用选择接触还原法（SCR；Selective CatalyticReduction）的SCR催化剂部4。氨发生器2及SCR催化剂部4与第2排气管L2连接，其中，在废气流的上游侧设置氨发生器2，在下游侧设置SCR催化剂部4。

如图2所示，氨发生器2设有由水制造氢气的氢气制造部81、由空气制造氮气的氮气制造部83和由氢气和氮气生成氨的氨生成部80。

氢气制造部81中使用的水，采用由海水经船舶搭载的造水机85所制造的淡水，进一步采用通过船舶搭载的纯水制造机87所制造的纯水。氢气制造部81中，采用将离子交换膜作为电解质进行纯水电解的固体高分子电解质膜法。氢气制造部81产生的氢气，经氢干燥机（图中未显示）干燥后，被送往氨生成部80。

氮气制造部83中，通过PSA（Pressure Swing Adsorption）法等，从空气中获得氮气。氮气制造部83中所得的氮气被送往氨生成部80。

氨生成部80中，氢气和氮气被混合加热，并在钌催化剂等反应催化剂下，生成氨。

氨发生器2中，由于需要如氢气制造部81的电解等的电力消耗，作为该电力，采用所述混合发电机马达5c产生的电力。

氨发生器2中生成的氨（气），如图1所示，通过氨发生器用开关阀24直接供应给第2排气管L2。如此，生成的氨不会在中途储存而直接被供应至废气中。氨发生器用开关阀24的切换时机由图中未显示的控制部所决定。

氨发生器用开关阀24的下游侧设有测量氨生成量的流量传感器S1。

SCR催化剂部4中，通过SCR用开关阀26，将来自第2排气管L2的废气导入。SCR用开关阀26的切换时机由图中未显示的控制部所决定。SCR催化剂部4中，废气中的NOx通过催化剂被选择性还原，分解成无害的氮和水蒸气。

SCR催化剂部4的上游侧设有对导入的废气进行加热的电加热器73。

电加热器73和SCR催化剂部4之间，设有测量氨浓度的上游侧浓度传感器S2，进一步在SCR催化剂部4的下游侧也设有测量氨浓度的下游侧浓度传感器S3。另外，这些浓度传感器S2、S3及上述流量传感器S1，可单独使用其中的任何一个，也可将它们适当的组合使用。

SCR用开关阀26和废气预热器用开关阀22以择一方式进行选择性开闭。即在废气NOx规定严格的海域【排气规定海域（Emission Control Area；以下称为“ECA”】航行时，在需进行废气脱硝的情况下，打开SCR用开关阀26，关闭废气预热器用开关阀22。另一方面，在废气NOx规定相对缓和的海域（ECA外）航行时，在废气无需脱硝的情况下，关闭SCR用开关阀26，打开废气预热器用开关阀22。

另外，SCR用开关阀26及废气预热器用开关阀22，也可采用一个三通阀代替使用。

图3显示了控制整个船舶的控制部在控制所述船舶用脱硝系统1时的框图。控制部设有发动机主控制器70和电源管理系统（发电输出控制部；以下称为“PMS”）72。

发动机主控制器70控制主发动机3。发动机主控制器70中，输入发动机负荷检测装置74所检测的发动机负荷信号LI、对主发动机3转速进行检测的转速检测装置76所检测的发动机转速N和对主发动机3的排气岐管15内扫气压力进行检测的扫气压力检测装置78所检测的扫气压力P。

发动机主控制器70，根据这些输入信号进行规定的运算，确定废气脱硝中所必要的目标氨生成量。即发动机主控制器70具有作为目标氨生成量运算装置的功能。采用图4所示的图进行目标氨生成量的运算。发动机主控制器70的记忆部中，存储了该图的关系式或数值化的数据库。图4中，横轴为从发动机负荷信号LI所获得的发动机负荷（%）、纵轴为氨生成量（Nm³/h）。如图4所示，氨生成量对应于发动机负荷呈直线增加。另外，该图仅是一个例子，对应于主发动机的特性能酌情确定。发动机主控制器70根据从发动机负荷检测装置74处获得的发动机负荷信号LI，基于该图表来确定目标氨生成量。该确定的目标氨生成量被发送到氨发生器2。

另外，发动机主控制器70根据扫气压力P，控制旁路控制阀V1的打开程度。根据该旁路控制管V1的打开程度控制，保持排气岐管15内的压力在规定值以下。

PMS72控制船舶内的电力。PMS72中，输入来自发动机控制器70的发动机负荷信号LI和船舶内电力频率f。PMS72根据这些输入信号进行规定的运算，确定混合排气涡轮增压器5的发电量。采用如图5所示的图，进行该混合排气涡轮增压器5的发电量运算。PMS72的记忆部存储了该图的关系式或数值化的数据库。

图5中，横轴为从发动机负荷信号LI处获得的发动机负荷（%）、纵轴为总发电量（kW）。该图中，“DG1”表示第1发电用柴油发动机61的发电机62，“DG2”表示第2发电用柴油发动机63的发电机64，“Hybrid T/C”表示混合动力排气涡轮增压器5的发电机5c。如图5所示，发动机低负荷时，仅通过第1和第2发电用柴油发动机61、63进行发电，当发动机负荷超过规定值时，开始通过混合排气涡轮增压器5进行发电，慢慢增加该发电量。这是由于当主发动机负荷未超过规定值时，发动机的排气能量没有达到能进行排热回收的程度。另外，该图仅是一个例子，根据船舶内的发电系统能酌情确定。

发电量根据一定的船舶内电力频率f规定值，进行控制。即船舶内电力频率f低于规定值时，判断为船舶内需求电力增加，使发电量增大，当船舶内电力频率f高于规定值时，判断为船舶内需求电力下降，减少发电量。如此，发动机负荷和发电量确定时，混合排气涡轮增压器5的发电量可由图5确定。这样被确定的发电量，作为目标发电量，被发送到混合排气涡轮增压器5，控制逆变器20。

图6显示了采用PMS72发送的目标氨生成量对氨发生器2所生成的氨生成量进行反馈控制的框图示。如图6所示，通过传感器S1、S2、S3检测氨发生器2所生成的氨生成量。例如，流量传感器S1中得到氨流量，如氨生成时的浓度另行已知的话，能得到氨生成量。上游侧流量传感器S2中，得到流入到SCR催化剂部4之前的氨浓度。下游侧流量传感器S3中，得到未被SCR催化剂部4消耗的、未使用的氨浓度。

将各传感器S1、S2、S3得到的测量值与目标氨生成量相比较，进而进行反馈控制。即进行反馈控制，使流量传感器S1所得的流量与目标氨生成量相对应的流量一致。或者，进行反馈控制，使上游侧浓度传感器S2所得的浓度与目标氨生成量相对应的浓度一致。或者，进行反馈控制，使下游侧浓度传感器S3所得的浓度与目标氨生成量相对应的氨残留浓度（比如接近于0的规定值以下）一致。

接着，对所述构成的船舶用脱硝系统的控制方法进行说明。

主发动机3所排出的废气，从排气岐管15通过第1排气管L1，导入混合排气涡轮增压器5的涡轮部5a。涡轮部5a通过所得的排气能量并进行旋转，将该旋转输出通过旋转轴5d传达至压缩器部5b和混合发电机马达5c。压缩器部5b中，将吸入的空气（外部空气）进行压缩，经空气冷却器18，传送给供气岐管17。

混合发电机马达5c中，通过涡轮部5a得到的旋转输出进行发电，并向船舶内系统30供应该发电输出。被供应的来自混合发电机马达5c的电力，被传送到氨发生器2，用于氢气制造部81的电解，或运送中间生成气体及生成的氨的运送泵等。另外，通过发电用柴油发动机61、63发电产生的电力也同样供应给船舶内系统30。

氨发生器2中，采用混合发电机马达5c的电力，将氢气制造部81制造的氢气和氮气制造部83制造的氮气生成氨。

在ECA内航行时，需要进行废气脱硝。在这种情况下，关闭废气预热器用开关阀22，打开氨发生器用开关阀24和SCR用开关阀26。

混合排气涡轮增压器5的涡轮部5a所排出的废气，通过第2排气管L2，与氨发生器2供应的氨（气）混合。与氨混合的废气，通过SCR用开关阀26，被导入到SCR催化剂部4。在导入SCR催化剂部4之前，当废气温度不足所规定值时，通过图中未显示的控制部启动电加热器73，加热废气。另一方面，当废气温度在所规定值以上时，通过图中未显示的控制部，停止电加热器73的运作。通过电加热器73后的废气，经SCR催化剂部4脱硝后，由图中未显示的烟囱排放到外部。

在ECA外航行时，无需进行废气脱硝。在这种情况下，打开废气预热器用开关阀22，关闭氨发生器用开关阀24和SCR用开关阀26。

混合排气涡轮增压器5的涡轮部5a所排出的废气，通过第2排气管L2，经废气预热器用开关阀22，被导入到废气预热器11。废气预热器11中，供水管23供应的水通过废气进行加热，生成蒸汽。所生成的蒸汽，可用于船内的各个地方。废气预热器11所排出的废气通过图中未显示的烟囱排放到外部。

如上所述，本实施方式可产生以下的作用效果。

由于通过氨发生器2，作为原料的水和空气在船舶上能生成氨，因而，在船舶上没有必要设置液体氨（例如氨溶液）和尿素等还原剂的储存空间。因此，在船舶内能设置无需确保大空间的船舶用脱硝系统。

由于通过主发动机3的废气进行发电的混合排气涡轮增压器5的混合发电机马达5c的发电输出供应给氨发生器2，因此，氨发生器2能以少量能量消费进行运转。另外，由于能有效利用主发动机3的排气能量，因此，能回避另外设置柴油发电机等发电辅机的容量增大及增台。

另外，由于能通过发动机主控制器70基于主发动机3的负荷，运算废气脱硝所必要的目标氨生成量（参照图4），并对氨发生器2进行反馈控制以达到该目标氨生成量，因此，能根据主发动机3的负荷，随时生成适量的氨能。因此，由于氨不会过度生成，因而，也就不会浪费电力消耗。

另外，由于能通过PMS72基于主发动机3的负荷，来控制混合发电机马达5c的发电输出，因此，能根据主发动机3的负荷，将排气能量作为发电输出适当地进行回收。

由于能通过电加热器73使流入到SCR催化剂部4的废气温度上升，因此，能防止SCR催化剂中毒。进一步，在电加热器73中，由于使用了将主发动机3的废气热回收发电产生的电力，因此，能以节省能源的方式进行电力供应。

第1实施方式的变形例

PMS72中的发电输出控制，虽如图3所示，将船舶内电力频率f维持在一定值来进行控制，也可加入以下的前馈控制。

如图7所示，从发动机主控制器70所输出的目标氨生成量被输入到PMS72。通过PMS72，对与该目标氨生成量相对应的必要电力进行运算。然后，采用所得的必要电力总和的发电量，利用图5求出混合排气涡轮增压器5进行发电的发电量，将这样得到的目标发电量发送到混合排气涡轮增压器5。如此，通过对基于目标氨生成量的发电量进行前馈控制，使稳定的电力供应成为可能。

第2实施方式

接着，关于本发明的第2实施方式，采用图8-10进行说明。所述第1实施方式中，采用了将混合排气涡轮增压器5（参照图1）的发电输出与船舶内系统30连接用于脱硝系统的构成，与此相对，在本实施方式中，其不同点在于采用了将动力涡轮（燃气涡轮）的发电输出与船舶内系统30连接用于脱硝系统的构成。而关于其他的共同构成，采用同一符号，在这里省略说明。

如图8所示，设置排气涡轮增压器5’代替第1实施方式的混合排气涡轮增压器5（参照图1）。关于通过废气驱动的涡轮部5a和压缩空气的压缩器部5b如同第1实施方式。

排气岐管15与第3排气管L3连接，通过该第3排气管L3，将柴油发动机3的废气导入到动力涡轮7的入口侧。如此，柴油发动机3废气中的一部分，在被供应给排气涡轮增压器5’之前，被抽气以供应给动力涡轮7。通过该被抽气的废气，来旋转驱动动力涡轮7。

动力涡轮7的出口侧所排出的废气，通过第4排气管L4，被导入到第2排气管L2。

动力涡轮7的旋转输出通过旋转轴32被传达到动力涡轮侧发电机33。动力涡轮侧发电机33中的发电输出通过频率变换器35及开关36，供应给船舶内系统30。因而，动力涡轮侧发电机33的输出电力可供应给氨发生器2。

在动力涡轮侧发电机33和频率变换器35之间，设有负载箱44。作为负载箱44，采用了负载电阻装置，为消耗动力涡轮侧发电机33的剩余电力、降低输出变化而使用。

另外，第3排气管L3上，设置了控制导入动力涡轮7的气体量的废气量调整阀37。另外，在废气量调整阀37进行阻断时，为防止排气涡轮增压器5’的涡轮部5a的过增压（超过发动机的最佳运转压力的增压），在第3排气管L3和第4排气管L4之间设置了旁通阀40及节流孔42。

上述构成中，为了保持排气岐管15内的压力在规定值以下，如图9所示，通过发动机主控制器70控制旁通阀40的打开程度。

如图10（与第1实施方式的图5相对应）所示，采用动力涡轮7经排热回收的动力涡轮侧发电机33（P/T）进行发电的本实施方式中，主发动机3的负荷在规定值以上时，开始通过动力涡轮7进行发电，慢慢增加该发电量。这是由于当主发动机负荷未超过规定值时，发动机的排气能量没有达到能进行排热回收的程度。另外，该图仅是一个例子，根据船舶内的发电系统能酌情确定。

根据如图10所得的动力涡轮侧发电机33的目标发电量，如图9所示，通过废气量调整阀37的打开程度进行控制。

本实施方式中，其作用效果在第1实施方式的基础上增加，产生了以下的作用效果。

由于以主发动机3的废气作为驱动源的动力涡轮7进行发电的动力涡轮侧发电机33的输出电力通过船舶内系统30，在氨发生器2中使用，因此，能有效利用主发动机3的排气能量。

另外，本实施方式同第1实施方式，也可进行图7所示发电量的前馈控制。

另外，也可采用容量可变的增压器代替排气涡轮增压器5’。作为容量可变的排气涡轮增压器，例如可举出，VG（Variable Geometry）涡轮增压器等可变喷嘴增压器、对被导向固定涡轮喷嘴的废气流路面积进行切换的形式的增压器，或者设有不同容量的多台增压器的运转台数可变的增压器系统。采用容量可变的增压器时，能在依据排气岐管15内的扫气压力的合适条件（例如燃料消耗率最适条件）下，使之运转。这种情况下，在依据排气量调整阀37或旁通阀40的打开程度扫气压力发生变化时，特别有效。另外，在ECA外的航行时，由于不需要通过氨发生器2消耗电力，因此，能选择降低必要电力、燃料消耗率最适的条件进行运转。

第3实施方式

接着，关于本发明的第3实施方式，采用图11-13进行说明。所述第1实施方式中，采用了将混合排气涡轮增压器5（参照图1）的发电输出与船舶内系统30连接用于脱硝系统的构成，与此相对，在本实施方式中，其不同点在于采用了将蒸汽涡轮的发电输出与船舶内系统30连接用于脱硝系统的构成。而关于其他的共同构成，采用同一符号，在这里省略说明。

如图11所示，设置排气涡轮增压器5’代替第1实施方式的混合排气涡轮增压器5（参照图1）。关于通过废气驱动的涡轮部5a和压缩空气的压缩器部5b如同第1实施方式。

如图11所示，废气预热器11所产生的蒸汽通过第1蒸汽管J1供应给蒸汽涡轮9进行旋转驱动。

从排气涡轮增压器5’的涡轮部5a的出口侧通过第2排气管L2所排出的废气，被导入到废气预热器11中。废气预热器11中产生的蒸汽，通过第1蒸汽管J1被导入到蒸汽涡轮9。蒸汽涡轮9中的完成使命的蒸汽，由第2蒸汽管J2所排出，并被导入到图中未显示的电容器（冷凝器）。

蒸汽涡轮机9的旋转输出通过旋转轴52，传送到蒸汽涡轮侧发电机49。蒸汽涡轮侧发电机49所产生的发电输出，通过频率变换器35及开关36，供应给船舶内系统30。如此，蒸汽涡轮侧发电机49的输出电力供应给氨发生器2。

第1蒸汽管J1上设置了控制导入到蒸汽涡轮机9的蒸汽量的蒸汽量调整阀54，和紧急时使用的切断向蒸汽涡轮机9供应蒸汽的紧急停止用紧急切断阀55。另外，第1蒸汽管J1和第2蒸汽管J2之间，设置了为调整绕过蒸汽涡轮9的蒸汽流量的蒸汽旁通阀57。

如图13（与第1实施方式的图5相对应）所示，采用蒸汽涡轮9经排热回收的蒸汽涡轮侧发电机49（S/T）进行发电的本实施方式中，当主发动机3的负荷在规定值以上时，开始通过蒸汽涡轮9进行发电，慢慢增加该发电量。这是由于当主发动机负荷未超过规定值时，发动机排气能量没有达到能进行排热回收的程度。另外，该图仅是一个例子，根据船舶内的发电系统能酌情确定。

根据如图13所得的蒸汽涡轮侧发电机49的目标发电量，如图12所示，通过蒸汽量调整阀54的打开程度进行控制。

本实施方式中，在第1实施方式和第2实施方式的作用效果叠加基础上，产生了以下的作用效果。

由于通过采用主发动机3废气的废气预热器11所生成的蒸汽作为驱动源的蒸汽涡轮9进行发电，更能有效利用主发动机3的排气能量。

另外，本实施方式如同第1实施方式，也可进行图7所示发电量的前馈控制。

另外，也可采用容量可变的增压器代替排气涡轮增压器5’。作为容量可变的排气涡轮增压器，例如可举出，VG（Variable Geometry）涡轮增压器等可变喷嘴增压器、对被导向固定涡轮喷嘴的废气流路面积进行切换的形式的增压器，或者设有不同容量的多台增压器的运转台数可变的增压器系统。采用容量可变的增压器时，能在依据排气岐管15内的扫气压力的合适条件（例如燃料消耗率最适条件）下，使之运转。因此，在ECA外的航行时，由于不需要通过氨发生器2消耗电力，因此，能选择降低必要电力、燃料消耗率最适的条件进行运转。

第4实施方式

接着，关于本发明的第4实施方式，采用图14-16进行说明。所述第2实施方式中，采用了将由动力涡轮7（参照图3）得到的发电输出与船舶内系统30连接应用于脱硝系统的构成，与此相对，在本实施例中，其不同点在于采用了将动力涡轮和蒸汽涡轮的发电输出与船舶内系统30连接用于脱硝系统的构成。而关于其他的共同构成，采用同一符号，在这里省略说明。

如图14所示，蒸汽涡轮9通过第1蒸汽管J1供应的废气预热器11所产生的蒸汽来给进行旋转驱动。

从排气涡轮增压器5’的涡轮部5a的出口侧通过第2排气管L2所排出的废气，和从动力涡轮7的出口侧通过第4排气管L4所排出的废气，被导入到废气预热器11中。废气预热器11中产生的蒸汽，通过第1蒸汽管J1被导入到蒸汽涡轮9。蒸汽涡轮9中的完成使命的蒸汽，由第2蒸汽管J2所排出，并被导入到图中未显示的电容器（冷凝器）。

将动力涡轮7和蒸汽涡轮9串联结合的异种涡轮侧发电机50进行驱动。即发电机50中，动力涡轮7及蒸汽涡轮9这样的不同种类（异种）涡轮连接于同一轴上。异种涡轮侧发电机50所产生的发电输出，通过频率变换器35及开关36，供应给船舶内系统30。如此，异种涡轮侧发电机50的输出电力供应给氨发生器2。

蒸汽涡轮9的旋转轴52，通过图中未显示的减速器和连接器，与异种涡轮侧发电机50连接，另外，动力涡轮7的旋转轴32通过图中未显示的减速器和离合器53，与蒸汽涡轮9的旋转轴52连接。作为离合器53，采用被嵌脱在规定的转速的离合器，例如适合使用SSS（Synchro-Self-Shifting）离合器。

第1蒸汽管J1中设置了控制导入到蒸汽涡轮机9的蒸汽量的蒸汽量调整阀54，和紧急时使用的切断向蒸汽涡轮机9供应蒸汽的紧急停止用紧急切断阀55。另外，第1蒸汽管J1和第2蒸汽管J2之间，设置了为调整绕过蒸汽涡轮9的蒸汽流量的蒸汽旁通阀57。

上述构成中，为了保持排气岐管15内的压力在规定值以下，如图15所示，通过发动机主控制器70控制旁通阀40的打开程度。

如图16（与第1实施方式的图5相对应）所示，采用动力涡轮7和蒸汽涡轮9经排热回收的异种涡轮侧发电机50进行发电的本实施方式中，主发动机3的负荷在规定值以上时，开始通过蒸汽涡轮9进行发电，进一步主发动机3的负荷升高时，开始通过动力涡轮7进行发电，慢慢增加该发电量。这是由于当主发动机负荷未超过规定值时，发动机排气能量没有达到能进行排热回收的程度。另外，该图仅是一个例子，根据船舶内的发电系统能酌情确定。

根据如图16所得的异种涡轮侧发电机50的目标发电量，如图15所示，通过废气量调整阀37和蒸汽量调整阀54的打开程度进行控制。

本实施方式中，在第1实施方式和第2实施方式的作用效果叠加基础上，产生了以下的作用效果。

由于在以柴油发动机3的废气作为驱动源的动力涡轮7基础上，增加了以使用柴油发动机3废气的废气预热器11所产生的蒸汽作为驱动源的蒸汽涡轮9进行发电，更能有效利用主发动机3的排气能量。

另外，本实施方式如同第1实施方式，也可进行图7所示发电量的前馈控制。

另外，也可采用容量可变的增压器代替排气涡轮增压器5’。作为容量可变的排气涡轮增压器，例如可举出，VG（Variable Geometry）涡轮增压器等可变喷嘴增压器、对被导向固定涡轮喷嘴的废气流路面积进行切换的形式的增压器，或者设有不同容量的多台增压器的运转台数可变的增压器系统。采用容量可变的增压器时，能在依据排气岐管15内的扫气压力的合适条件（例如燃料消耗率最适条件）下，使之运转。这种情况下，在依据排气量调整阀37或旁通阀40的打开程度，扫气压力产生变化时，特别有效。另外，在ECA外的航行时，由于不需要通过氨发生器2消耗电力，因此，能选择降低必要电力、燃料消耗率最适的条件进行运转。

第5实施方式

接着，关于本发明的第5实施方式，采用图17-19进行说明。所述第4实施方式中，采用了将由动力涡轮7和蒸汽涡轮9（图14）得到的发电输出与船舶内系统30连接用于脱硝系统的构成，与此相对，在本实施方式中，其不同点在于，采用了将热媒涡轮的发电输出与船舶内系统30连接用于脱硝系统的构成。而关于其他的共同构成，采用同一符号，在这里省略说明。

如图17所示，第2冷却水管C2上设置了套管水用热交换器90。套管水用热交换器90中，通过循环泵48，被导入了通过第1冷却水管C1和缸体部13进行循环的套管水，并对从冷却水槽46中导入的冷却水进行加热。

来自冷却水槽46的冷却水经循环泵47泵出，并通过热交换器90和第2冷却水管C2，经第2空气冷却器16进行阶段性加热后，通过第3冷却水管C3被导入热交换器89中。

通过热换热器89所蒸气化的热媒经由第1热媒管R1，供应给热媒涡轮8，从而旋转驱动该热媒涡轮8。热媒涡轮8中，完成使命的蒸气状热媒在预热器95中与低温热媒进行热交换后，在冷却器97中被液化，再通过循环泵99在体系内循环。

另外，图17中，虽采用的是热媒与通过套管水用热交换器90和第2空气冷却器16的冷却水进行热交换的构成，但也可以采用同与发动机废气热交换后的加热水再进行热交换的构成。

热媒涡轮8的旋转输出，通过旋转轴91，传送到热媒涡轮侧发电机93。热媒涡轮侧发电机93所产生的发电输出，通过频率变换器35及开关36，供应给船舶内系统30。如此，热媒涡轮侧发电机93的输出电力供应给氨发生器2。

本实施方式中，在以上实施方式的作用效果叠加基础上，产生了以下的作用效果。

由于通过以与主发动机3的冷却水进行热交换、而蒸气化的热媒作为驱动源的热媒涡轮8进行发电的热媒涡轮侧发电机93的输出电力，通过船舶内系统30，在氨发生器中使用，因此，能有效利用主发动机3的低温排热能量。

上述构成中，热媒涡轮侧发电机9的发电量经常以最大限度输出，该电力供应量对于船舶内系統30的需求不能满足的情况下，进行第1和/或第2发电用柴油发动机61、63的负荷控制。

如图19所示，采用热媒涡轮8经排热回收的热媒涡轮侧发电机93（ORC）进行发电的本实施方式中，主发动机3的负荷在规定值以上时，开始通过热媒涡轮8进行发电，慢慢增加该发电量。这是由于当主发动机负荷未超过规定值时，发动机冷却水和/或排气能量没有达到能进行排热回收的程度。另外，该图仅是一个例子，根据船舶内的发电系统能酌情确定。

基于图19所得的第1和/或第2发电用柴油发动机61、63的目标发电量，如图18所示，通过来自于PMS的负荷控制指令进行控制。

Claims (14)

1.一种船舶用脱硝系统，设有氨发生器和脱硝催化剂部

所述氨发生器具有由水制造氢气的氢气制造部和由空气制造氮气的氮气制造部，通过所述氢气制造部所制造的氢气和所述氮气制造部所制造的氮气生成氨；

所述脱硝催化剂部设置于船舶推进用的主发动机的废气通道上，同所述氨发生器生成的氨一起进行废气脱硝；

所述船舶用脱硝系统中具备发电输出控制部；

所述发电输出控制部根据所述主发动机负荷，控制采用所述主发动机的废气能量进行发电的发电机的发电输出，通过该发电输出控制部所控制的至少一部分电力用于所述氨发生器。

2.如权利要求1记载的船舶用脱硝系统，其设有根据所述主发动机负荷，对所述氨发生器所生成氨的目标氨生成量进行运算的目标氨生成量运算装置。

3.如权利要求2记载的船舶用脱硝系统，设有获取所述氨发生器所生成的氨生成量的氨生成量获取装置，

其使用该氨生成量获取装置获取的获取氨生成量，和所述目标氨生成量对由所述氨发生器生成的氨生成量进行反馈控制。

4.如权利要求3记载的船舶用脱硝系统，所述氨生成量获取装置设有检测所述氨发生器所生成的氨流量的氨流量传感器、检测所述脱硝催化剂部的上游侧的氨浓度的上游侧氨浓度传感器以及检测所述脱硝催化剂部的下游侧的氨浓度的下游侧氨浓度传感器中的至少一个。

5.如权利要求2记载的船舶用脱硝系统，其进一步设有基于所述目标氨生成量来运算所述氨发生器的必要电力的氨发生器必要电力运算装置，

所述发电输出控制部采用通过所述氨发生器必要电力运算装置得到的必要电力，进行发电输出的前馈控制。

6.如权利要求1-5任一项记载的船舶用脱硝系统，设有对被导入到所述脱硝催化剂部的废气进行加热的电加热器，

通过所述发电输出控制部所控制的至少一部分电力用于所述电加热器。

7.如权利要求1-6任一项记载的船舶用脱硝系统，其将得到所述主发动机的排气涡轮增压器的旋转输出进行发电的增压器侧发电机作为所述发电机来使用。

8.如权利要求1-6任一项记载的船舶用脱硝系统，其将通过动力涡轮进行发电的动力涡轮侧发电机作为所述发电机来使用，所述动力涡轮以所述主发动机的废气作为驱动源。

9.如权利要求1-6任一项记载的船舶用脱硝系统，其将通过蒸汽涡轮进行发电的蒸汽涡轮侧发电机作为所述发电机来使用，所述蒸汽涡轮以使用所述主发动机废气的废气锅炉所生成的蒸汽作为驱动源。

10.如权利要求1-6任一项记载的船舶用脱硝系统，其将通过动力涡轮和蒸汽涡轮进行发电的异种涡轮侧发电机作为所述发电机来使用，所述动力涡轮以所述主发动机的废气作为驱动源，所述蒸汽涡轮以使用所述主发动机废气的废气锅炉所生成的蒸汽作为驱动源。

11.如权利要求1-6任一项记载的船舶用脱硝系统，其将通过涡轮进行发电的热媒涡轮侧发电机作为所述发电机来使用，所述涡轮以与加热水进行热交换而蒸气化的热媒作为驱动源，所述加热水与所述主发动机和/或发电用发动机的套管、或空气冷却器的冷却水和/或废气进行过热交换的。

12.如权利要求1-11任一项记载的船舶用脱硝系统，设有通过主发动机的废气进行驱动的排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器的容量可变。

13.一种船舶，设有船舶推进用的主发动机和权利要求1-12任一项记载的船舶用脱硝系统。

14.一种船舶用脱硝系统的控制方法，是设有氨发生器和脱硝催化剂部的船舶用脱硝系统的控制方法，

所述氨发生器具有由水制造氢气的氢气制造部和由空气制造氮气的氮气制造部，通过所述氢气制造部所制造的氢气和所述氮气制造部所制造的氮气生成氨；

所述脱硝催化剂部设置于船舶推进用的主发动机的废气通道上，同所述氨发生器生成的氨一起进行废气脱硝；

该船舶用脱硝系统控制方法中，在根据所述主发动机负荷，控制采用所述主发动机的废气能量进行发电的发电机的发电输出的同时，将该发电输出的至少一部分供应给所述氨发生器。

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