JP2013245677A - Device for removing nitrogen oxide and method for removing nitrogen oxide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法に係り、より詳しくは、エンジンの排気ガスに含まれた窒素酸化物を有効に除去する窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法に関する。 The present invention relates to a nitrogen oxide removing apparatus and a nitrogen oxide removing method, and more particularly to a nitrogen oxide removing apparatus and a nitrogen oxide removing method that effectively remove nitrogen oxide contained in engine exhaust gas. .
ディーゼルエンジンは、シリンダー内部の燃焼過程でNOおよびNO2を主成分とする窒素酸化物(以下、NOxという)を生成する。NOxは代表的な公害物質であるため、燃焼過程で発生するNOxを除去するための多様な研究が進められている。 The diesel engine generates nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) mainly composed of NO and NO 2 during the combustion process inside the cylinder. Since NOx is a typical pollutant, various studies for removing NOx generated in the combustion process are being conducted.
特に、国際連合(United Nation,UN)傘下の国際海事機構(International Maritime Oraganization,IMO)は、船舶の窒素酸化物排出量を規制している。国際海洋汚染防止協約(Marine Pollution Treaty,MARPOL Treaty)73/78の付属書第6章によれば、2016年から沿岸を航海する船舶は窒素酸化物排出量を一定水準以下に抑える必要がある。 In particular, the International Maritime Oraganization (IMO), which is part of the United Nation (UN), regulates nitrogen oxide emissions from ships. According to the Chapter 6 of Annex 73 of the Marine Pollution Treaty (MARPOL Treaty) 73/78, vessels that have been sailing on the coast from 2016 need to keep nitrogen oxide emissions below a certain level.
窒素酸化物を除去するための方法としては、選択的触媒還元(Selective Catalytic Reduction、以下、SCRという)方法が広く用いられている。SCRは、触媒に窒素酸化物と還元剤を注入し、窒素酸化物と還元剤間での触媒還元反応を誘導することによって窒素酸化物を安定した質素分子に変換する方法である。このとき、触媒としてはチタン−バナジウム系の触媒が用いられ、還元剤としてはアンモニアが主に用いられる。 As a method for removing nitrogen oxides, a selective catalytic reduction (hereinafter referred to as SCR) method is widely used. SCR is a method of converting nitrogen oxides into stable molecular molecules by injecting nitrogen oxides and a reducing agent into a catalyst and inducing a catalytic reduction reaction between the nitrogen oxides and the reducing agent. At this time, a titanium-vanadium catalyst is used as the catalyst, and ammonia is mainly used as the reducing agent.
一方、アンモニアは刺激的な臭いが強い毒性物質であるためその取り扱いが難しい。したがって、SCRの還元剤としてアンモニアを用いる場合、アンモニアの漏れに備えて漏れ検知センサー、二重外壁、または、換気装置などの別途の設備が要求され、また、アンモニアが貯蔵された貯蔵タンクは、開放区域(例えば、船舶の上甲板上の開放区域)に設置される必要がある。したがって、最近では、取り扱いが容易な尿素水溶液(以下、尿素水という)を高温の排気ガス中に噴射し、噴射された尿素水を熱分解させることによってアンモニアを生成する方法が提案されている。このようにアンモニアを用いた窒素酸化物除去装置の一般的な内容については、大韓民国公開特許第10-2012-00305533号に開示されている(特許文献1参照)。 On the other hand, ammonia is difficult to handle because it is a toxic substance with a strong odor. Therefore, when ammonia is used as the reducing agent of the SCR, a separate device such as a leak detection sensor, a double outer wall, or a ventilator is required in preparation for ammonia leakage, and the storage tank in which ammonia is stored is It needs to be installed in an open area (for example, an open area on the upper deck of a ship). Therefore, recently, a method of generating ammonia by injecting an aqueous urea solution (hereinafter referred to as urea water) that is easy to handle into high-temperature exhaust gas and thermally decomposing the injected urea water has been proposed. The general contents of the nitrogen oxide removing apparatus using ammonia are disclosed in Korean Patent No. 10-2012-00305533 (see Patent Document 1).
このとき、尿素水からアンモニアを安定して生成するためには、尿素水が噴射される排気カスが一定範囲の温度(約320℃〜400℃)を持つことが要求される。なお、尿素水が噴射される排気ガスの温度が必要温度よりも低いと、尿素水は完全分解されず、ビウレット、シアヌル酸などの多数の副生成物が発生する。そして、これは、窒素酸化物の除去性能を低下させる原因になりかねない。 At this time, in order to stably generate ammonia from the urea water, it is required that the exhaust gas from which the urea water is injected has a temperature within a certain range (about 320 ° C. to 400 ° C.). In addition, when the temperature of the exhaust gas into which urea water is injected is lower than the required temperature, the urea water is not completely decomposed, and many by-products such as biuret and cyanuric acid are generated. This can lead to a reduction in nitrogen oxide removal performance.
本発明の目的は、還元剤生成効率を向上させ且つ副生成物の生成を抑制する窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the nitrogen oxide removal apparatus and nitrogen oxide removal method which improve the reducing agent production | generation efficiency and suppress the production | generation of a by-product.
本発明の他の目的は、複数のエンジンに対して共通の脱窒装置を具備して、設置および製作コストを削減した窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a nitrogen oxide removing apparatus and a nitrogen oxide removing method that include a common denitrification apparatus for a plurality of engines and reduce installation and production costs.
本発明のまた他の目的は、過給機タービンの駆動力の低減を最小化した窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a nitrogen oxide removing device and a nitrogen oxide removing method that minimize the reduction in driving force of a turbocharger turbine.
本発明のさらなる目的は、エンジンと過給機タービンとの間に挿入される空間容量を最小化した窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide a nitrogen oxide removing device and a nitrogen oxide removing method that minimize the space capacity inserted between the engine and the supercharger turbine.
本発明のさらなる他の目的は、副生成物の生成および固形化を抑制する多孔内筒を具備した窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a nitrogen oxide removing apparatus and a nitrogen oxide removing method provided with a porous inner cylinder that suppresses the formation and solidification of by-products.
本発明のまたさらなる目的は、横方向の旋回運動と縦方向の渦流を複流で形成して排気ガスの均質度および流速分布の均一度を向上させる静的ミキサを具備した窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法を提供することにある。 A still further object of the present invention is to provide a nitrogen oxide removing apparatus including a static mixer that forms a transverse swirling motion and a longitudinal vortex in a double flow to improve the homogeneity of exhaust gas and the uniformity of flow velocity distribution, and The object is to provide a method for removing nitrogen oxides.
本発明に係る窒素酸化物除去装置は、第1エンジンの排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から還元剤を生成する還元剤供給器;および前記還元剤を用いた触媒還元反応により第2エンジンの排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去する触媒還元部を含み、前記第2エンジンの排気ガスは、前記還元剤供給器を経由せずに前記触媒還元部に提供される。 The nitrogen oxide removing apparatus according to the present invention includes a reducing agent supplier that generates a reducing agent from an initial material by a thermal reaction using thermal energy of exhaust gas from a first engine; and a catalytic reduction reaction using the reducing agent. A catalyst reduction unit that removes nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the second engine is included, and the exhaust gas of the second engine is provided to the catalyst reduction unit without passing through the reducing agent supplier.
実施例として、前記第1エンジンの排気ガスは、前記第2エンジンの排気ガスよりも高温である。 As an example, the exhaust gas of the first engine is hotter than the exhaust gas of the second engine.
実施例として、前記第1エンジンは船舶の発電用エンジンであり、前記第2エンジンは船舶の推進用エンジンである。 As an embodiment, the first engine is a ship power generation engine, and the second engine is a ship propulsion engine.
実施例として、上流は前記第2エンジンの排気路(以下、第2排気路)に連結され、下流は前記触媒還元部に連結され、前記上流と前記下流との間で前記還元剤供給器の排気路(以下、第1排気路)が合流する通気管をさらに含む。 As an embodiment, the upstream is connected to the exhaust path of the second engine (hereinafter referred to as the second exhaust path), the downstream is connected to the catalytic reduction unit, and the reducing agent feeder is connected between the upstream and the downstream. It further includes a vent pipe into which an exhaust path (hereinafter referred to as a first exhaust path) joins.
実施例として、前記還元剤供給器は、前記第1エンジンの排気ガスと前記還元剤とが混合された混合ガスを前記第1排気路から排気し、前記排気された混合ガスは、前記第2排気路から流入した前記第2エンジンの排気ガスとともに前記通気管を通って前記触媒還元部に提供される。 As an embodiment, the reducing agent supplier exhausts the mixed gas in which the exhaust gas of the first engine and the reducing agent are mixed from the first exhaust path, and the exhausted mixed gas is the second gas. Together with the exhaust gas of the second engine flowing in from the exhaust passage, the exhaust gas is provided to the catalyst reduction section through the vent pipe.
実施例として、前記触媒還元部は、前記排気された混合ガスと前記第2エンジンの排気ガスとを混合する静的ミキサを含み、前記静的ミキサは、前記排気された混合ガスおよび前記第2エンジンの排気カスが前記静的ミキサを通過する間、前記排気された混合ガスまたは前記第2エンジンの排気ガスに渦流を誘導するスクリュー板を含む。 As an embodiment, the catalytic reduction unit includes a static mixer that mixes the exhausted mixed gas and the exhaust gas of the second engine, and the static mixer includes the exhausted mixed gas and the second mixed gas. A screw plate that induces a vortex flow in the exhausted mixed gas or the exhaust gas of the second engine while the exhaust gas of the engine passes through the static mixer.
実施例として、前記第2エンジンの排気ガスを前記触媒還元部または外部排出口に選択的に誘導するバルブをさらに含む。 The embodiment further includes a valve that selectively guides the exhaust gas of the second engine to the catalyst reduction unit or the external exhaust port.
本発明に係る窒素酸化物除去装置は、エンジンの排気ガスを過給機タービンに誘導する排気管;前記排気管を流れる排気ガスの一部を抽気する動圧発生器;前記抽気されたガスと還元剤とを混合して前記排気管に提供する還元剤供給器;および前記過給機タービンの後端に連結され、前記還元剤を用いた触媒還元反応により前記排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去するSCR反応器を含み、前記排気管に提供された前記抽気されたガスは、前記排気管を通って前記過給機タービンと前記SCR反応器に順次誘導される。 The nitrogen oxide removing apparatus according to the present invention includes an exhaust pipe for guiding engine exhaust gas to a turbocharger turbine; a dynamic pressure generator for extracting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe; and the extracted gas; A reductant supplier for mixing with a reductant and providing the exhaust pipe; and a nitrogen oxidizer included in the exhaust gas by a catalytic reduction reaction using the reductant, connected to a rear end of the turbocharger turbine; The bleed gas provided to the exhaust pipe is sequentially guided to the supercharger turbine and the SCR reactor through the exhaust pipe.
実施例として、前記動圧発生器は、前記排気ガスの一部を前記排気管の下流側から抽気し、前記還元剤供給器は、前記抽気されたガスと前記還元剤を前記排気管の上流側に提供する。 As an embodiment, the dynamic pressure generator bleeds a part of the exhaust gas from the downstream side of the exhaust pipe, and the reducing agent supplier sends the extracted gas and the reducing agent upstream of the exhaust pipe. Provide to the side.
実施例として、前記動圧発生器は、前記排気ガスの一部を抽気して前記還元剤供給器に提供する動圧板;および前記動圧板を前記排気管に結合させる回転軸を含む。 As an embodiment, the dynamic pressure generator includes a dynamic pressure plate that extracts a part of the exhaust gas and supplies it to the reducing agent supplier; and a rotating shaft that couples the dynamic pressure plate to the exhaust pipe.
実施例として、前記還元剤供給器は、前記抽気されたガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から前記還元剤を生成する。 As an embodiment, the reducing agent supplier generates the reducing agent from an initial material by a thermal reaction using thermal energy of the extracted gas.
実施例として、前記還元剤供給器は、熱反応領域に前記初期物質を提供するノズル;および前記還元剤供給器の外筒と前記熱反応領域との間に位置し、表面に複数の孔を有する多孔内筒を含む。 As an example, the reducing agent supplier is located between a nozzle for providing the initial material to a thermal reaction region; and an outer cylinder of the reducing agent supplier and the thermal reaction region, and has a plurality of holes on the surface. Including a porous inner cylinder.
実施例として、前記還元剤供給器は、前記多孔内筒内部の空間に旋回力を生じさせる旋回器をさらに含む。 As an embodiment, the reducing agent supplier further includes a swirler that generates a swirling force in the space inside the porous inner cylinder.
実施例として、前記還元剤と前記排気ガスとを混合する静的ミキサを含み、前記静的ミキサは、前記排気ガスが前記静的ミキサを通過する間、前記排気ガスに渦流を誘導するスクリュー板を含む。 As an embodiment, the screw plate includes a static mixer that mixes the reducing agent and the exhaust gas, and the static mixer induces a vortex in the exhaust gas while the exhaust gas passes through the static mixer. including.
本発明に係る窒素酸化物除去装置は、流体に渦流を誘導して前記流体を混合する静的ミキサ;および前記流体に含まれた窒素酸化物を触媒還元反応により除去するSCR反応器を含み、前記静的ミキサは、前記流体を受け入れる流入部;前記流体を排出する排出部;および前記流体が前記流入部から前記排出部まで移動する間、前記流体に渦流を誘導するスクリュー板を含む。 The nitrogen oxide removing apparatus according to the present invention includes a static mixer that induces a vortex in a fluid and mixes the fluid; and an SCR reactor that removes nitrogen oxide contained in the fluid by a catalytic reduction reaction, The static mixer includes an inflow portion that receives the fluid; a discharge portion that discharges the fluid; and a screw plate that induces a vortex in the fluid while the fluid moves from the inflow portion to the discharge portion.
実施例として、前記渦流は、縦方向渦流および横方向旋回運動を含む複流渦流である。 As an example, the vortex is a double vortex including a longitudinal vortex and a transverse swirl.
実施例として、前記スクリュー板は、中心が中空の形態である。 As an example, the screw plate has a hollow center.
実施例として、前記スクリュー板の外縁部は、前記静的ミキサの外筒の内縁部と当接する。 As an embodiment, the outer edge portion of the screw plate is in contact with the inner edge portion of the outer cylinder of the static mixer.
実施例として、前記流体は、エンジンの排気ガスおよび前記触媒還元反応の還元剤を含む。 As an example, the fluid includes engine exhaust gas and a reducing agent for the catalytic reduction reaction.
実施例として、前記還元剤を提供する還元剤供給器をさらに含み、前記静的ミキサは、前記還元剤供給器と前記SCR反応器との間に設置される。 For example, the static mixer may further include a reducing agent supplier that provides the reducing agent, and the static mixer may be installed between the reducing agent supplier and the SCR reactor.
実施例として、前記還元剤はアンモニアガスであり、前記還元剤供給器は、前記排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応により尿素から前記還元剤を生成する。 As an example, the reducing agent is ammonia gas, and the reducing agent supplier generates the reducing agent from urea by a thermal reaction using thermal energy of the exhaust gas.
本発明に係る窒素酸化物除去装置は、排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から還元剤を生成する還元剤供給器を含み、前記還元剤供給器は、前記還元剤供給器の内部に前記還元剤供給器の壁面と離間して設置され、表面に前記排気カスが通る複数の孔を有する多孔内筒;および前記初期物質を提供するノズルを含む。 The nitrogen oxide removing apparatus according to the present invention includes a reducing agent supplier that generates a reducing agent from an initial substance by a thermal reaction using thermal energy of exhaust gas, and the reducing agent supplier includes the reducing agent supplier. A porous inner cylinder that is installed in a space apart from the wall of the reducing agent feeder and has a plurality of holes through which the exhaust residue passes; and a nozzle that provides the initial substance.
実施例として、前記ノズルは、前記初期物質を前記多孔内筒の内部に向かって噴射する。 As an embodiment, the nozzle injects the initial substance toward the inside of the porous inner cylinder.
実施例として、前記複数の孔は、円状または棒状である。 As an example, the plurality of holes are circular or rod-shaped.
実施例として、前記複数の孔は、前記ノズルに近いほど面積が小さくなる。 As an embodiment, the area of the plurality of holes becomes smaller as it is closer to the nozzle.
実施例として、前記還元剤供給器は、前記多孔内筒内部の空気に旋回力を生じさせる旋回器をさらに含む。 As an embodiment, the reducing agent supplier further includes a swirler that generates a swirling force in the air inside the porous inner cylinder.
実施例として、前記還元剤を用いた触媒還元反応により窒素酸化物を除去するSCR反応器をさらに含む。 The embodiment further includes an SCR reactor that removes nitrogen oxides by a catalytic reduction reaction using the reducing agent.
実施例として、前記初期物質は尿素であり、前記還元剤はアンモニアガスである。 As an example, the initial material is urea and the reducing agent is ammonia gas.
本発明に係る窒素酸化物除去方法は、第1エンジンの排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から還元剤を生成する段階;および前記還元剤を用いた触媒還元反応により第2エンジンの排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去する段階を含む。 The method for removing nitrogen oxides according to the present invention includes a step of generating a reducing agent from an initial material by a thermal reaction using thermal energy of exhaust gas of a first engine; and a second engine by a catalytic reduction reaction using the reducing agent. Removing nitrogen oxides contained in the exhaust gas.
実施例として、前記窒素酸化物除去装置は、上流は前記第2エンジンの排気ガスを排気する第2排気路に連結され、下流は前記触媒還元反応が行われる触媒還元部に連結され、前記上流と前記下流との間で前記還元剤が流入する第1排気路が合流する通気管を含む。 As an embodiment, the nitrogen oxide removing device has an upstream connected to a second exhaust passage that exhausts exhaust gas of the second engine, and a downstream connected to a catalytic reduction unit in which the catalytic reduction reaction is performed. A vent pipe through which the first exhaust path into which the reducing agent flows flows between the first and the downstream.
実施例として、前記第1エンジンの排気ガスは、前記第2エンジンの排気ガスよりも高温である。 As an example, the exhaust gas of the first engine is hotter than the exhaust gas of the second engine.
本発明によれば、還元剤生成効率を向上させ且つ副生成物の生成を抑制する窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nitrogen oxide removal apparatus and nitrogen oxide removal method which improve a reducing agent production | generation efficiency and suppress the production | generation of a by-product are provided.
また、共通の脱窒装置を利用して複数のエンジンの窒素酸化物を除去することができるので、窒素酸化物除去装置の設置および製作コストが削減される。 Moreover, since the nitrogen oxides of a plurality of engines can be removed using a common denitrification device, the installation and production costs of the nitrogen oxide removal device are reduced.
また、窒素酸化物除去装置の過給機タービンの駆動力の低減が最小化する。 In addition, the reduction of the driving force of the supercharger turbine of the nitrogen oxide removing device is minimized.
また、エンジンと過給機タービンとの間に挿入される空間容量が最小化して、エンジンの乱調現象が低減される。 Further, the space capacity inserted between the engine and the turbocharger turbine is minimized, and the engine turbulence phenomenon is reduced.
また、副生成物の生成および固形化を抑制する多孔内筒を具備した窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法が提供される。 Moreover, the nitrogen oxide removal apparatus and the nitrogen oxide removal method which comprise the porous inner cylinder which suppresses the production | generation and solidification of a by-product are provided.
また、排気ガスの均質度および流速分布の均一度が向上する。 Further, the uniformity of the exhaust gas and the uniformity of the flow velocity distribution are improved.
前記した一般的な説明および次の詳細な説明は、いずれも請求された発明の付加的な説明を提供するための例示的なものである。したがって、本発明はここで説明される実施例に限定されず、他の形態で具体化することもできる。ここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底且つ完全になるように、また当業者に本発明の思想が十分に伝わるようにするために提供されるものである。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary in order to provide an additional description of the claimed invention. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described herein, and may be embodied in other forms. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.
本明細書において、ある部分がある構成要素を含むと言及される場合、これは、それ以外の他の構成要素をさらに含むこともできるということを意味する。以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。 In this specification, when a part is referred to as including a component, this means that it may further include other components. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
選択的触媒還元方法を用いた窒素酸化物除去装置は、適用されるエンジンの排気ガス温度が相対的に低いときに問題になる。例えば、船舶の推進用エンジンの排気ガスは過給機タービンを通る間に熱損失を受けるようになり、過給機タービンを通った後の排気ガスの温度は約250℃程度までに低くなる。この場合、排気ガスの温度は、還元剤(例えば、アンモニア)を生成する上で好適な温度(約320℃〜400℃)に達し得ないので、還元剤の生成過程で多量の副生成物が発生するようになる。 Nitrogen oxide removal apparatus using the selective catalytic reduction method becomes a problem when the exhaust gas temperature of the applied engine is relatively low. For example, the exhaust gas of a marine propulsion engine is subject to heat loss while passing through the supercharger turbine, and the temperature of the exhaust gas after passing through the supercharger turbine is lowered to about 250 ° C. In this case, the temperature of the exhaust gas cannot reach a temperature suitable for generating a reducing agent (for example, ammonia) (about 320 ° C. to 400 ° C.), so that a large amount of by-products are generated in the reducing agent generation process. To occur.
一方、関連した先行文献である大韓民国公開特許第10-2012-0030553号では、過給機タービンを通る前の排気ガスの温度は相対的に高温である点に着目して、エンジンと過給機タービンとの間で排気ガスを抽気してアンモニアを生成する方法を開示している。しかしながら、このような方法では、排気ガスの一部が過給機タービンを通ることなく触媒反応装置(または、SCR反応器)から排出されるので、過給機タービンの動力が低減するという不具合がある。 On the other hand, the related prior document, Korean Patent No. 10-2012-0030553, pays attention to the fact that the temperature of the exhaust gas before passing through the turbocharger turbine is relatively high. A method for extracting ammonia from a turbine to generate ammonia is disclosed. However, in such a method, a part of the exhaust gas is discharged from the catalytic reaction device (or the SCR reactor) without passing through the supercharger turbine, so that the power of the supercharger turbine is reduced. is there.
本発明では、還元剤の生成に好適な十分に高温の排気ガスを提供し、且つ、過給機タービンの動力低減を最小化する窒素酸化物除去装置および窒素酸化物除去方法を提供する。 The present invention provides a nitrogen oxide removal apparatus and a nitrogen oxide removal method that provide sufficiently hot exhaust gas suitable for the production of a reducing agent and that minimizes power reduction of a turbocharger turbine.
図1は、本発明の第1実施例に係る窒素酸化物除去装置を示す図である。図1を参照すると、窒素酸化物除去装置100は、初期物質タンク120と、ポンプ121と、還元剤供給器130と、排気管P1と、動圧発生器140と、第1および第2バルブ170a、170bと、静的ミキサ180、およびSCR反応器190と、を含む。また、窒素酸化物除去装置100の周辺構成物として、エンジン110と、レシーバー111と、給気冷却器161と、ブロワー160、および過給機タービン150とを有する。
FIG. 1 is a view showing a nitrogen oxide removing apparatus according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the nitrogen
エンジンの起動のために外部から給気M1が流入する。給気M1は、ブロワー160を介して給気冷却器161に送られ、給気冷却器161では、送られてきた給気を冷却してエンジン110に送られる。
The supply air M1 flows from the outside to start the engine. The supply air M1 is sent to the
エンジン110では、送られてきた給気を利用して燃料を燃焼し、燃焼過程で発生した排気をレシーバー111に排気する。実施例として、エンジン110は、2サイクルのディーゼルエンジンであってよい。また、実施例として、エンジン110は、船舶の推進用エンジンであってよい。以下の説明では、エンジン110が船舶の推進用エンジンであると仮定する。
The
レシーバー111は、エンジン110から出てきた排気ガスを一時貯蔵し、以降、これを排気管P1に送る。
The receiver 111 temporarily stores the exhaust gas that has come out of the
排気管P1は、送られてきた排気ガスを過給機タービン150に誘導する。このとき、排気管P1を流れる排気ガスの一部が動圧発生器140により抽気されていてよい。
The exhaust pipe P1 guides the exhaust gas that has been sent to the
動圧発生器140は、排気管P1から排気ガスの一部を抽気するための構成である。実施例として、船舶の運航モードに応じて、動圧発生器140が開閉されていてよい。例えば、船舶が窒素酸化物の含有量を規制する海域(以下、規制海域という)を運行する場合、排気ガスの窒素酸化物を除去するために動圧発生器140は開かれる。そして、動圧発生器140は、開かれた空間を介して排気管P1から排気ガスの一部を抽気する。これに対し、船舶が規制海域ではないところを運行する場合、動圧発生器140は閉じられ、動圧発生器140は排気ガスを抽気しない。この場合、排気管P1を通る排気ガスは、全て過給機タービン150に誘導される。
The
動圧発生器140の具体的な構成および動作については、図2とともに後述することにする。
The specific configuration and operation of the
還元剤供給器130は、還元剤を提供し、動圧発生器140により抽気されたガスと還元剤とを混合する。また、還元剤供給器130は、抽気されたガスと還元剤との混合ガス(以下、混合ガスという)を排気管P1に戻す。後述するが、戻された混合ガス中の還元剤は、SCR反応器190における触媒還元反応に用いられる。そして、戻された混合ガスは、過給機タービンに誘導されて排気ガスと合流し、過給機タービンの駆動に用いられる。
The reducing
実施例として、還元剤供給器130は、抽気されたガスの熱エネルギーを用いて還元剤を生成することができる。
As an example, the reducing
実施例として、還元剤供給器130は、抽気されたガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から還元剤を生成することができる。この場合、窒素酸化物除去装置100は、初期物質タンク120に初期物質を貯蔵し、ポンプ121を介して初期物質を還元剤供給器130に提供する。
As an example, the reducing
実施例として、還元剤供給器130が提供する還元剤はアンモニアであり、初期物質は尿素であってよい。この場合、初期物質タンク120は尿素を貯蔵し、貯蔵された尿素は、ポンプ121を介して還元剤供給器130に提供される。このとき、尿素は水溶液(尿素水)の形態で提供されていてよい。還元剤供給器130は、尿素を高温の抽気されたガスに向かって噴射し、抽気されたガスの熱エネルギーを用いた熱反応により尿素からアンモニアが生成される。
As an example, the reducing agent provided by the reducing
還元剤供給器130の構成および動作に関する具体的な説明は、図2ないし図5とともに後述することにする。
A specific description of the configuration and operation of the reducing
前記のような動圧発生器140および還元剤供給器130の構成によれば、過給機タービン150の前段で還元剤の生成のための排気カスが抽気される。なお、排気ガスが過給機タービン150を通る場合、排気カスが持つ熱エネルギーの一部は過給機タービン150の駆動に費やされる。したがって、過給機タービン150を通った排気ガスの温度は相対的に低くなる。そこで、本発明では、排気ガスを過給機タービン150の前段で抽気することにより、相対的に高い温度の排気ガスを用いて還元剤を生成することができ、その結果、還元剤の生成能を向上することができる。
According to the configuration of the
実施例として、尿素(初期物質)からアンモニア(還元剤)を生成する場合、過給機タービン150の前段で排気ガスを抽気し、抽気されたガスに尿素を噴射する。噴射された尿素は高い温度の排気ガスにより相対的に完全に熱分解され、ビウレットやシアヌル酸などの副生成物の発生を最小化することができる。
As an example, when ammonia (reducing agent) is generated from urea (initial substance), exhaust gas is extracted before the
また、還元剤の生成後、抽気された排気ガスは還元剤とともに排気管P1に戻される。戻された排気ガスは排気管P1で他の排気ガスと合流して、過給機タービン150を駆動するために過給機タービン150に誘導される。すなわち、動圧発生器140により抽気された排気ガスも還元剤の生成後に過給機タービン150に誘導されるので、過給機タービン150の動力の減少を最小化することができる。
Further, after the reducing agent is generated, the extracted exhaust gas is returned to the exhaust pipe P1 together with the reducing agent. The returned exhaust gas merges with other exhaust gas in the exhaust pipe P <b> 1 and is guided to the
また、レシーバー111と過給機タービン150との間に配設される構成要素は、相対的に空間容量の小さい還元剤供給器130だけであるので、エンジン乱調現象を最小化することができる。なお、高温の排気ガスを利用するために、SCR反応器190がレシーバー111と過給機タービン150との間に配設される場合、非常に大きいSCR反応器190の空間容量のため、過給機タービン150の駆動がエンジンの負荷変動に追従できなくなることもある。また、これは一時的エンジン乱調現象の原因にもつながり得る。しかしながら、本発明によれば、レシーバー111と過給機タービン150との間には空間容量の小さい還元剤供給器130だけが配設されるので、過給機タービン150がエンジンの負荷変動に早く追従することができる。
Further, since the only component disposed between the receiver 111 and the
過給機タービン150に誘導された排気ガスは、過給機タービン150を通過してから、排気管P2を通って第1バルブ170aに到達する。このとき、排気ガスは過給機タービン150を通過しながらエネルギーの一部を消耗して、過給機タービン150を駆動する。
The exhaust gas guided to the
第1バルブ170aは、排気ガスを排気管P3、P5のいずれか一方に誘導する。実施例として、第1バルブ170aがガスを誘導する排気管は、船舶の運航情報に応じて決定されてよい。例えば、窒素酸化物の排出が規制される海域において、第1バルブ170aは、排気ガスから窒素酸化物を除去するために、排気ガスを排気管P3に誘導する。一方で、窒素酸化物の排出が規制されていない海域においては、第1バルブ170aは、排気ガスを外部にそのまま排出するために、排気ガスを排気管P5に誘導する。
The
第1バルブ170aにより排気管P3に誘導された排気ガスは、静的ミキサ180に送られる。
The exhaust gas guided to the exhaust pipe P3 by the
静的ミキサ180は、SCR反応器190の窒素酸化物の除去効率を向上させるために、排気ガスに含まれた還元剤と排気ガスとを混合する。静的ミキサ180における混合作用により、還元剤は排気ガス中でより均質に分布することができる。
The
実施例として、静的ミキサ180は、排気ガスに対して流動断面(plane of flow)上の旋回運動を誘導する。したがって、SCR反応器190に送られてくる排気ガスの流動断面上の流速がより均一になるように誘導する。
As an example, the
静的ミキサ180の構成および動作に関する具体的な説明は、図6と共に後述することにする。
A specific description of the configuration and operation of the
静的ミキサ180を通過した排気ガスは、SCR反応器190に送られる。
The exhaust gas that has passed through the
SCR反応器190は、選択的触媒還元反応により、送られてきた排気ガスに含まれている窒素酸化物を除去する。このとき、排気ガスに含まれている還元剤は、選択的触媒還元反応の還元剤として用いられる。SCR反応器190は、その内部に触媒部191を含む。
The
SCR反応器190の具体的な構成および動作は、当該技術分野において広く知られているので、それに関する説明は省略する。
Since the specific configuration and operation of the
前記のような構成によれば、相対的に高温の排気カスが還元剤の提供に用いられるので、還元剤の生成効率が増大する。また、還元剤の提供のために抽気された排気ガスは、再び過給機タービン150に誘導されるので、過給機タービン150の動力の減少が最小化する。また、レシーバー111と過給機タービン150との間に空間容量の小さい還元剤供給器130だけが配設されるので、一時的エンジン乱調現象が最小化する。
According to the configuration as described above, since the relatively high-temperature exhaust gas is used for providing the reducing agent, the generation efficiency of the reducing agent is increased. Further, since the exhaust gas extracted for providing the reducing agent is again guided to the
図2は、図1に示した動圧発生器および還元剤供給器の具体的な実施例を示す図である。図2を参照すると、動圧発生器140は、動圧板141および回転軸142を含む。また、還元剤供給器130は、流入部135、排出部136、および外筒133を含み、内部にノズル131、旋回器132、および多孔内筒134を含む。
FIG. 2 is a diagram showing a specific embodiment of the dynamic pressure generator and the reducing agent supplier shown in FIG. Referring to FIG. 2, the
動圧発生器140は、排気管P1を流れる排気ガスの一部を抽気して還元剤供給器に提供する。このとき、排気ガスの通路途中に動圧板141が設置される。また、排気ガスを抽気するために、動圧板141は、排気管P1に向かって開かれ、動圧板141の開かれた部分から排気カスが流入する。一般に、運動エネルギーを持つ排気ガスの通路途中に動圧板141が設置されると、動圧板141の開口には高い動圧が加えられる。このとき、動圧発生器140は、動圧板141の開口に加えられる動圧を利用して排気管P1内のガスを動圧発生器140内部に抽気する。前記のような動圧板141の構成によれば、排気管P1の上流から排気ガスMp1が流入するとき、流入した排気ガスの一部Mp3は、動圧板141により動圧発生器140内部に抽気され、残りの排気ガスMp2は、排気管P1の下流を通って排気される。
The
回転軸142は、動圧板141を排気管P1に結合させ、動圧板141の回転のための回転軸として働く。すなわち、動圧板141は、回転軸142を軸に回転して、排気管P1に向かって開閉することになる。
The
一方、以上では動圧板141と回転軸142を利用して動圧発生器140が排気管P1を流れる排気ガスを抽気する構成について説明した。なお、本発明は、これに限定されるものではなく、動圧発生器140は、それ以外の他の手段を利用して排気管P1を流れる排気ガスの一部を抽気して還元剤供給器130に提供してもよい。
On the other hand, the configuration in which the
還元剤供給器130は、動圧発生器140により抽気された排気ガスを流入部135から受け入れる。そして、還元剤供給器130は、抽気された排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から還元剤を生成することができる。また、還元剤供給器130の外筒133内で抽気された排気ガスが還元剤と混合され、還元剤が混合された排気ガスMp4は、排出部136から排気管P1に戻される。戻された排気ガスMp4は、排気管P1を流れる排気ガスMp1に合流する。
The reducing
以下では、初期物質(尿素)から還元剤(アンモニア)が生成される場合を例に挙げて、還元剤供給器130の細部的な構成および作用について説明する。
Hereinafter, the detailed configuration and operation of the reducing
ノズル131は、初期物質タンク120からポンプ121を介して尿素M2を得る。実施例として、この場合、尿素M2は、水溶液(尿素水)状態であってよい。そして、ノズル131は、尿素M2を多孔内筒134の内部に向かって噴射または提供する。
The nozzle 131 obtains urea M2 from the
旋回器132は、多孔内筒134内部の流体(気体または液体)に旋回力を生じさせる。これにより、噴射された尿素が排気ガスと混合したり、蒸発または加熱したりする速度を向上させる。旋回器132の具体的な構成および動作については、図5とともに後述する。
The
多孔内筒134は、還元剤供給器130内部の一定の領域を取り囲む構造物である。多孔内筒134は、表面を貫通する複数の孔を有する。この複数の孔は、多孔内筒134と外筒133との間の排気カスが多孔内筒134の内部に流入する通路として働く。
The porous
一方、ノズル131から多孔内筒134の内部に尿素が噴射されるので、多孔内筒134の孔から流入した排気ガスは、多孔内筒134の内部領域(以下、熱反応領域)で噴射された尿素と接触する。そして、排気ガスは、尿素からアンモニアを生成する熱反応に必要な熱エネルギーを提供する。
On the other hand, since urea is injected from the nozzle 131 to the inside of the porous
多孔内筒134は、尿素が噴射される領域を取り囲むことにより、外筒133に尿素や副生成物(例えば、シアヌル酸)が接触することを防止する。その結果、尿素や副生成物が相対的に温度の低い外筒133に固形化して付着することを防止する。
The porous
また、多孔内筒134の内と外は高温の排気ガスで取り囲まれるので、多孔内筒134の表面温度は排気ガスの温度に近い高温で保たれる。したがって、多孔内筒134に尿素や副生成物が接触しても、多孔内筒134の高い温度により尿素や副生成物は固形化することなくアンモニアに変換される。
Further, since the inside and outside of the porous
また、多孔内筒134は、排気カスが尿素と合流するように、排気カスが移動する経路をガイドすると共に、多孔内筒134の内部に流入する排気カスが流入部135から排出部136にわたって比較的均一に流入するように助ける。その結果、多孔内筒134により排気ガスをアンモニアまたは尿素と混合しやくすることができる。
Further, the porous
実施例として、多孔内筒134は、表面に複数の孔を有する円筒状であってよい。
As an example, the porous
多孔内筒134の例示的な形態は、図3および図4とともに後述する。
An exemplary configuration of the porous
一方、本実施例では、動圧発生器140は、排気管P1の下流から排気ガスを抽気し、還元剤供給器130は、抽気されたガスに還元剤を混合し、混合されたガスを排気管P1の上流に戻す。なお、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、動圧発生器140は、排気管P1の任意の箇所から排気ガスを抽気し、還元剤供給器130もまた、排気管P1の他の任意の箇所に混合されたガスを戻すことができる。例えば、動圧発生器140は、排気管P1の上流から排気ガスを抽気し、還元剤供給器130は、抽気されたガスに還元剤を混合し、混合されたガスを排気管P1の下流に戻すことができる。
On the other hand, in this embodiment, the
図3および図4は、図2に示した多孔内筒の実施例を示す展開図である。図3を参照すると、多孔内筒134は、内筒面134aおよび複数の円形孔を含む。図4を参照すると、多孔内筒134は、内筒面134aおよび複数の棒状孔を含む。
3 and 4 are development views showing an embodiment of the porous inner cylinder shown in FIG. Referring to FIG. 3, the porous
図3は、多孔内筒134の第1実施例を展開した図である。多孔内筒134は円筒状であってよい。円筒状の多孔内筒134を長手方向に切断して展開すれば、図3に示すような形態となる。多孔内筒134は、内筒面134a上に複数の孔を含む。内筒面134a上の孔134bは円形であり、排気ガスは孔134bを介して多孔内筒134の外から中へと流れ込む。
FIG. 3 is a developed view of the first embodiment of the porous
実施例として、内筒面134a上の複数の孔は、ノズル131(図2参照)から遠ざかるほど大きさが大きくなっていてよい。多孔内筒134と外筒133(図2参照)との間を通る排気ガスは、ノズル131が向かう方向に流れていく。そして、排気ガスは流れていきながら内筒面134a上の孔から多孔内筒134内部に流入する。したがって、ノズル131と近いほど多孔内筒134と外筒133との間の排気ガスの密度は高い。このため、各孔から多孔内筒134内部に流入する排気ガスの量が均一になるようにするために、孔の位置がノズル131から遠く離れるにつれて孔の半径を大きくしていてよい。
As an example, the size of the plurality of holes on the inner
図4は、多孔内筒134の第2実施例を展開した図である。前記と同様に、多孔内筒134は円筒状であってよい。円筒状の多孔内筒134を長手方向に切断して展開すれば、図4に示すような形態となる。多孔内筒134は、内筒面134a上に複数の孔を含み、排気ガスは孔から多孔内筒134の外から中に流れ込む。
FIG. 4 is a developed view of the second embodiment of the porous
一方、多孔内筒134の第2実施例では、内筒面134a上の複数の孔は棒状を有する。
On the other hand, in the second embodiment of the porous
実施例として、内筒面134a上の複数の孔は、ノズル134(図2参照)から遠く位置するほどその大きさを大きくしていてよい。例えば、各孔134b、134c、134dは、順次ノズル131から遠く離れるように配置される。この場合、ノズル131と最も近い孔134bは、最も狭い幅w1を有し、ノズル131と最も遠い孔134dは、最も広い幅w3を有するように構成される。一方、中間に位置した孔134cは、中間の幅w2を有する。
As an example, the size of the plurality of holes on the inner
以上、多孔内筒134の具体的な実施例について説明した。なお、これは例示的なものであって、本発明の多孔内筒134が図3および図4に示されたものに限定されることではない。例えば、多孔内筒134は円筒ではなく四角筒または三角筒であってもよい。また、内筒面134a上の孔は、それぞれ多様な形状や大きさを有していてよい。
The specific examples of the porous
図5は、図2に示した旋回器の実施例を示す図である。図5を参照すると、旋回器132(図2参照)は、外部固定リング132c、内部固定リング132d、複数の翼132a、および翼の間の通気空間132bを含む。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the swirler shown in FIG. Referring to FIG. 5, the swirler 132 (see FIG. 2) includes an
外部固定リング132cおよび内部固定リング132dは、複数の翼132aを固定する。
The
通気空間132bは、旋回器の前面と裏面を部分的に貫通してカスが通過できる空間を提供する。
The
翼132aは、外部固定リング132cおよび内部固定リング132dに結合され、外部または内部固定リング132c、132dと一定の角度(以下、翼角)をなす。そして、翼132aはカスが通気空間132bを通過するとき、旋回流動を誘導する。
The
実施例として、翼角θは旋回器132に流入する排気ガスの流量または要求される旋回運動の強度に応じて可変されていてよい。このために、旋回器132は、別途の角度制御手段132eを具備していてよい。
As an example, the blade angle θ may be varied according to the flow rate of the exhaust gas flowing into the
一方、図5で説明する旋回器132は、例示的なものであって、旋回器を通るガスに旋回流動を誘発するすべての手段は本発明でいう旋回器に含まれるものとする。
On the other hand, the
図6は、図2に示した静的ミキサの実施例を示す断面図である。図6を参照すると、静的ミキサ180は、流入部181、外筒182、排出部184、および外筒182内部に位置したスクリュー板183を含む。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an embodiment of the static mixer shown in FIG. Referring to FIG. 6, the
スクリュー板183の中心185は中空の空間である。実施例として、中心185は円柱状の中空の空間であってよい。このとき、中心185は、十分な流通断面積通路を形成するように構成される。
The
実施例として、スクリュー板183の外縁部は外筒182の内面と当接していてよい。
As an example, the outer edge portion of the
流入部181から排気ガスMk1が流入すると、その一部Mk2は中心185を通過して流れていき、一部Mk3はスクリュー板183により阻止される。スクリュー板183により阻止された排気ガスMk3は、スクリュー板183に沿って旋回運動をしながら流れていく。一方で、中心185を通過する排気ガスMk2は、スクリュー板183の径方向に対して垂直に近い角度をなして流れていく。その結果、排気ガスMk2の流れは、スクリュー板183の裏面で縦方向の渦流Mk4を起こす。
When the exhaust gas Mk1 flows from the
このように、中心が中空のスクリュー板183を通過する排気ガスには縦方向の渦流Mk4および横方向の旋回運動Mk3が誘導される。そして、縦方向の渦流Mk4は、径方向に物質および運動量の交換を活性化させ、スクリュー板183の内側に沿って流れていく排気ガスと外側に沿って流れていく排気ガスとを互いに交換させる。このとき、スクリュー板183の外側に沿って流れていた排気カスが内側に移動すると、運動量保存の法則によって排気ガスはより高速で旋回するはずである。
Thus, the vertical vortex Mk4 and the lateral swirl motion Mk3 are induced in the exhaust gas passing through the
その結果、スクリュー板183を通過する排気ガスMk1には横方向の旋回運動と縦方向の渦流とが複流で形成され、形成された複流により排気ガスMk1はより混合されやすくなる。したがって、排気ガスMk1の円周方向への均質度および径方向への均質度を同時に向上させることができる。
As a result, in the exhaust gas Mk1 passing through the
また、スクリュー板183を通って排出部184から流れ出る排気ガスMk5は強い旋回力を持つ乱流状態になるので、SCR反応器182(図1参照)の触媒部191(図1参照)の入口における流速を流動断面上で均一にすることができる。
Further, since the exhaust gas Mk5 flowing out from the
図7は、図6に示したスクリュー板を上方から見た平面図である。図7を参照すると、静的ミキサ180に含まれたスクリュー板183は、中央部に中空の中心185を有する。
FIG. 7 is a plan view of the screw plate shown in FIG. 6 as viewed from above. Referring to FIG. 7, the
図6で説明した通り、静的ミキサ180に流入した排気ガスは、一部は中心185を通過して直進して流れていき、一部はスクリュー板183に沿って旋回して流れていく。
As described with reference to FIG. 6, a part of the exhaust gas flowing into the
実施例として、スクリュー板183の外周および内周は一定の径r1、r2を有する円形であってよい。
As an example, the outer periphery and the inner periphery of the
実施例として、スクリュー板183の外周の径r1(外径)は、外筒182(図6参照)の内周の径(内径)と同一であってもよい。
As an example, the outer diameter r1 (outer diameter) of the
実施例として、スクリュー板183は、一定の幅lを有するように設置されていてよい。
As an example, the
図8は、本発明の第2実施例に係る窒素酸化物除去装置を示すブロック図である。図8を参照すると、窒素酸化物除去装置200は、初期物質タンク240、ポンプ241、還元剤供給器250、および触媒還元部260を含む。そして、周辺構成要素として、低温エンジン210、高温エンジン220a、220b、220c、および複数のバルブ230a、230b、203c、230dが具備される。一方、高温エンジン220a、220b、220cは、複数であってよい。
FIG. 8 is a block diagram showing a nitrogen oxide removing apparatus according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the nitrogen
本実施例では、説明の便宜のために高温エンジン220a、220b、220cは、4サイクルの船舶の発電用エンジンであり、低温エンジン210は、2サイクルの船舶の推進用エンジンであると仮定する。なお、これは本発明の権利範囲をこれらのエンジンに限定しようとする意図ではなく、単純に説明の便宜のために例示したものに過ぎない。
In this embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that the high-
そして、図8には示していないが、各エンジンの排気路R1、R4a、R4b、R4cは、過給機タービン(図示せず)を通過することができる。 Although not shown in FIG. 8, the exhaust passages R1, R4a, R4b, and R4c of each engine can pass through a supercharger turbine (not shown).
高温エンジン220a、220b、220cから排気カスが排出されると、各バルブ230b、230c、230dは、複数の経路のいずれかに排気ガスを選択的に誘導する。例えば、船舶が窒素酸化物の排出量を規制する海域を運航中の場合は、排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去するために、バルブ230b、230c、230dは、排気ガスを第1経路R5a、R5b、R5cに誘導する。一方、船舶が窒素酸化物の排出量を規制していない海域を運航中の場合は、バルブ230b、230c、230dは、排気カスが外部に排出されるように排気ガスを第2経路R6a、R6b、R6cに誘導する。
When exhaust gas is discharged from the high-
排気カスが第1経路R5a、R5b、R5cに誘導されると、各高温エンジン220a、220b、220cから排気された排気ガスは、排気管R7で互いに合流する。合流した排気ガスは、還元剤供給器250に送られる。
When the exhaust gas is guided to the first paths R5a, R5b, and R5c, the exhaust gases exhausted from the
還元剤供給器250は、初期物質から還元剤を生成し、排気ガスと還元剤とを混合する。還元剤が混合された排気ガスは、還元剤供給器250の排気路を通って排気される。
The reducing
実施例として、還元剤供給器250は、排気ガスの熱エネルギーを用いて還元剤を生成していてよい。
As an example, the reducing
実施例として、還元剤供給器250は、排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から還元剤を生成していてよい。この場合、窒素酸化物除去装置200は、初期物質タンク240に初期物質を貯蔵し、ポンプ241を介して初期物質を還元剤供給器250に提供する。
As an example, the reducing
実施例として、還元剤供給器250が提供する還元剤はアンモニアで、初期物質は尿素であってよい。この場合、初期物質タンク240は尿素を貯蔵し、ポンプ241を介して還元剤供給器250に尿素を提供する。還元剤供給器250に提供される尿素は、水溶液(尿素水)の形態で提供されていてよい。そして、還元剤供給器250は、提供された尿素を高温の排気ガスに向かって噴射する。噴射された尿素は、排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応によりアンモニアに変換される。
As an example, the reducing agent provided by the reducing
このとき、高温エンジン220a、220b、220cの排気ガスは、相対的に高い温度を有するので、過給機タービン(図示せず)を通過した後も熱反応に十分な温度(例えば、350℃以上)を有する。この結果、排気ガスの熱エネルギーを用いて尿素はアンモニアに十分に変換され、副生成物(例えば、ビウレットまたはシアヌル酸)の生成が抑制される。
At this time, since the exhaust gas of the high-
初期物質タンク240およびポンプ241に関する具体的な内容は、図1における説明と同様である。本発明の第2実施例に係る還元剤供給器250については、図9とともに詳細に後述する。
Specific contents regarding the
一方、還元剤供給器250の排気路は、別途の通気管R2に連結される。通気管R2の上流からは低温エンジン210の排気ガス(以下、低温排気ガスという)が流入する。そして、通気管R2の下流は、触媒還元部260に連結される。
On the other hand, the exhaust path of the reducing
還元剤供給器250の排気路に沿って流れる排気ガスは、通気管R2に流れていき、通気管R2の上流と下流との間で低温排気ガスと合流する。そして、合流した排気ガスは、触媒還元部260へ送られる。
The exhaust gas flowing along the exhaust path of the reducing
一方、実施例として、低温エンジン210から排出された低温排気ガスは、バルブ230aの動作により排出管R3または通気管R2に選択的に誘導されていてよい。このとき、バルブ230aは、船舶の運航モードを参照して制御すればよい。
On the other hand, as an example, the low temperature exhaust gas discharged from the
触媒還元部260は、静的ミキサ262およびSCR反応器261を含む。静的ミキサ262は、流入した排気ガスを混合し、SCR反応器261は、排気ガスに含まれた還元剤を利用した選択的触媒還元反応により排気ガスの窒素酸化物を除去する。
The catalyst reduction unit 260 includes a
一方、静的ミキサ262およびSCR反応器261に関する具体的な内容は、上述したとおりである。
On the other hand, the specific contents regarding the
そして、窒素酸化物が除去された排気ガスは、バルブ270を介して排出口から排気される。
Then, the exhaust gas from which the nitrogen oxides have been removed is exhausted from the outlet through the
前記した構成によれば、還元剤の生成のために高温エンジン220a、220b、220cの排気ガス(以下、高温排気ガスという)を利用するので、還元剤の生成効率が向上し、且つ、副生成物の生成が抑制される。
According to the above-described configuration, the exhaust gas of the high-
また、低温排気ガスを高温排気ガスとともに触媒還元部260に提供するので、高温排気ガスに含まれた還元剤を低温排気ガスの窒素酸化物除去のために利用することができる。この結果、低温排気ガスを利用して還元剤を生成する際に生じる問題点(例えば、副生成物の生成)を抑えることができる。 Further, since the low temperature exhaust gas is provided to the catalyst reduction unit 260 together with the high temperature exhaust gas, the reducing agent contained in the high temperature exhaust gas can be used for removing nitrogen oxides from the low temperature exhaust gas. As a result, problems (for example, generation of by-products) that occur when the reducing agent is generated using the low-temperature exhaust gas can be suppressed.
また、低温エンジン210と高温エンジン220a、220b、220cに連結された共通の触媒還元部260を具備するので、一つの共通した触媒還元部260を介して複数エンジン(低温エンジン210および高温エンジン220a、220b、220c)の排気ガスを脱窒することができる。この結果、窒素酸化物除去装置の設備コストを削減することができる。
In addition, since the common catalyst reduction unit 260 connected to the
図9は、図8に示した還元剤供給器の具体的な実施例を示す図である。図9を参照すると、還元剤供給器250は、流入部251、外筒256、排出部257、ノズル252、ノズルホルダー253、旋回器254、および多孔内筒255を含む。
FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the reducing agent supplier shown in FIG. Referring to FIG. 9, the reducing
外筒256、ノズル252、旋回器254、および多孔内筒255に関する具体的な内容は、上述したとおりである。
The specific contents regarding the
ノズルホルダー253はノズル252を支持する。また、ノズルホルダー253は、旋回器を支持するのに用いられていてよい。
The
流入部251は、排気管R7(図8参照)に連結されて排気ガスMr1を受け入れる。排気ガスMr1の一部は旋回器を通過して多孔内筒255の内部に流入する。排気ガスの一部Mr2、Mr3、Mr4、Mr5は、多孔内筒255と外筒256との間を流れていき、多孔内筒255の孔から多孔内筒255の内部に流入する。
The
多孔内筒255の内部に流入した排気ガスMr7は、尿素と合流して熱反応を起こす。そして、排気ガスMr7は、熱反応により生成される還元剤と混合される。このとき、旋回器254は、排気ガスに旋回運動Mr8を誘導して、還元剤が排気ガスにより混合されやすいようにする。還元剤と混合された排気ガスMr9は、排出部257から還元剤供給器250の排気路に排気される。
The exhaust gas Mr7 that has flowed into the porous
図10は、本発明に係る窒素酸化物除去方法を示すフローチャートである。図10を参照すると、窒素酸化物除去方法は、S110段階〜S160段階を含む。 FIG. 10 is a flowchart showing the nitrogen oxide removing method according to the present invention. Referring to FIG. 10, the method for removing nitrogen oxide includes steps S110 to S160.
S110段階では、窒素酸化物除去装置200(図8参照)は第1エンジンの排気ガスを還元剤供給器に提供する。このとき、第1エンジンは、高温エンジン220a、220b、220c(図8参照)であってよい。そして、第1エンジンの排気ガス(以下、高温排気ガスという)は、高い温度を有するので、過給機タービンを通った後も相対的に高い温度(例えば、還元剤の生成のための熱反応に適合した温度)を有する。
In step S110, the nitrogen oxide removing device 200 (see FIG. 8) provides the exhaust gas of the first engine to the reducing agent supplier. At this time, the first engine may be a high-
S120段階では、窒素酸化物除去装置200は高温排気ガスの熱エネルギーを用いた熱反応により初期物質から還元剤を生成する。そして、窒素酸化物除去装置200は高温排気ガスと還元剤とを混合する。
In step S120, the nitrogen
実施例として、初期物質は尿素で、還元剤はアンモニアであってよい。 As an example, the initial material may be urea and the reducing agent may be ammonia.
窒素酸化物除去装置200が還元剤を生成する具体的な方法は、図8で説明したとおりである。
A specific method for generating the reducing agent by the nitrogen
S130段階では、窒素酸化物除去装置200は第2エンジンの排気ガス(以下、低温排気ガス)を通気管R2(図8参照)に提供する。第2エンジンは低温エンジン210(図8参照)であってよい。そして、窒素酸化物除去装置200は還元剤が含まれた高温排気ガスを通気管R2に提供する。
In step S130, the nitrogen
高温排気ガスと低温排気ガスは通気管R2で合流し、窒素酸化物除去装置200は合流した排気ガスを触媒還元部260(図8参照)に提供する。このとき、高温排気ガスに含まれた還元剤も共に触媒還元部260に提供される。
The high temperature exhaust gas and the low temperature exhaust gas are merged in the vent pipe R2, and the nitrogen
低温および高温排気カスが通気管R2および触媒還元部260に順次提供される具体的な方法は図8で説明したとおりである。 A specific method in which the low-temperature and high-temperature exhaust debris is sequentially provided to the vent pipe R2 and the catalyst reduction unit 260 is as described with reference to FIG.
S140段階では、窒素酸化物除去装置200は静的ミキサ262(図8参照)を利用して高温排気ガス、低温排気ガスおよび還元剤を混合する。静的ミキサ262の具体的な構成および動作は上述したとおりである。
In step S140, the nitrogen
S150段階では、窒素酸化物除去装置200は静的ミキサ262により混合された排気ガスをSCR反応器261(図8参照)に提供する。そして、窒素酸化物除去装置200は混合された排気ガスに含まれた還元剤を用いた選択的触媒還元反応により高温排気ガスまたは低温排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去する。
In step S150, the nitrogen
S160段階では、窒素酸化物除去装置200は脱窒された高温排気ガスまたは低温排気ガスを排出口から外部に排出する。
In step S160, the nitrogen
前記した構成によれば、還元剤の生成のために高温排気ガスを用いるので、還元剤の生成効率が向上し、且つ、副生成物の生成が抑制される。 According to the configuration described above, since the high-temperature exhaust gas is used for the generation of the reducing agent, the generation efficiency of the reducing agent is improved and the generation of by-products is suppressed.
また、低温排気ガスを高温排気ガスとともに触媒還元部260に提供するので、低温排気ガスの窒素酸化物の除去のために高温排気ガスに含まれた還元剤を用いることができる。この結果、低温排気ガスを用いて還元剤を生成する際に生じる問題点(例えば、副生成物の生成)が抑えられる。 Further, since the low temperature exhaust gas is provided to the catalyst reduction unit 260 together with the high temperature exhaust gas, a reducing agent contained in the high temperature exhaust gas can be used for removing nitrogen oxides in the low temperature exhaust gas. As a result, problems (for example, generation of by-products) that occur when a reducing agent is generated using low-temperature exhaust gas are suppressed.
また、低温エンジン210と高温エンジン220a、220b、220cのために共通の触媒還元部260を具備するので、一つの触媒還元部260を介して複数のエンジンの排気ガスを脱窒することができる。この結果、窒素酸化物除去装置の設備コストを削減することができる。
Further, since the common catalyst reduction unit 260 is provided for the low-
本発明の詳細な説明では具体的な実施例を挙げて説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限り、各実施例は種々の形態で変形することができる。 Although the detailed description of the present invention has been described with reference to specific embodiments, the embodiments can be modified in various forms without departing from the scope of the present invention.
例えば、本明細書では初期物質が尿素で、還元剤がアンモニアである場合を例に挙げたが、本発明はそれ以外の初期物質または還元剤を用いる窒素酸化物除去装置にも適用可能である。すなわち、本発明の技術的思想は還元剤を生成する高い温度を必要とするあらゆる窒素酸化物除去装置に適用可能である。 For example, in the present specification, the case where the initial material is urea and the reducing agent is ammonia has been described as an example, but the present invention is also applicable to a nitrogen oxide removing apparatus using other initial materials or reducing agents. . That is, the technical idea of the present invention can be applied to any nitrogen oxide removing apparatus that requires a high temperature for generating the reducing agent.
他の例として、本発明の第1実施例は還元剤を排気ガスに混合するために排気ガスを抽気するあらゆる窒素酸化物除去装置に応用可能であり、本発明の範囲はこれにも及ぶ。 As another example, the first embodiment of the present invention can be applied to any nitrogen oxide removing apparatus that bleeds exhaust gas to mix the reducing agent with the exhaust gas, and the scope of the present invention extends to this.
また、ここで特定の用語が用いられたが、これは単に本発明を説明するための目的から用いられたものであって、意味の限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために用いられたものではない。したがって、本発明の範囲は上述した実施例に局限されて決められてはならず、特許請求の範囲だけでなく、この発明の特許請求の範囲と均等なものなどによって決められるべきである。 In addition, specific terms used herein are merely used for the purpose of describing the present invention, and are intended to limit the meaning of the present invention as described in the scope of the invention. It was not used to limit. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described above, but should be determined not only by the claims but also by the equivalents of the claims of the present invention.
100 窒素酸化物除去装置
110 エンジンまたは低温エンジン
111 レシーバー
120 初期物質タンク
121 ポンプ
130 還元剤供給器
131 ノズル
132 旋回器
133 外筒
132a 翼
132b 通気空間
132c 外部固定リング
132d 内部固定リング
132e 制御手段
134 多孔内筒
134a 内筒板
134b 孔
134c 孔
134d 孔
135 流入部
136 排出部
140 動圧発生器
141 動圧板
142 回転軸
150 過給機タービン
160 ブロワー
161 給気冷却器
170a バルブ
170b バルブ
180 静的ミキサ
181 流入部
182 外筒
183 スクリュー板
184 排出部
185 中心
190 SCR反応器
200 窒素酸化物除去装置
210 エンジンまたは低温エンジン
220a 高温エンジン
220b 高温エンジン
220c 高温エンジン
230a バルブ
230b バルブ
230c バルブ
230d バルブ
240 初期物質タンク
241 ポンプ
250 還元剤供給器
251 流入部
252 ノズル
254 旋回器
255 多孔内筒
256 外筒
257 排出部
260 触媒還元部
261 SCR反応器
262 静的ミキサ
P1 排気管
R2 通気管
R7 排気管
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記還元剤を用いた触媒還元反応により第2エンジンの排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去する触媒還元部を含み、
前記第2エンジンの排気ガスは、前記還元剤供給器を経由せずに前記触媒還元部に提供される窒素酸化物除去装置。 An initial material is injected toward the exhaust gas of the first engine, and a reducing agent is generated from the injected initial material by a thermal reaction generated when the injected initial material comes into contact with the exhaust gas of the first engine. A reducing agent supplier that removes nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the second engine by a catalytic reduction reaction using the reducing agent;
The exhaust gas of the second engine is a nitrogen oxide removing device provided to the catalytic reduction unit without passing through the reducing agent supplier.
前記第2エンジンは船舶の推進用エンジンである請求項2に記載の窒素酸化物除去装置。 The first engine is a ship power generation engine;
The nitrogen oxide removing apparatus according to claim 2, wherein the second engine is a marine vessel propulsion engine.
前記排気された混合ガスは、前記第2排気路から流入した前記第2エンジンの排気ガスとともに前記通気管を通って前記触媒還元部に提供される請求項4に記載の窒素酸化物除去装置。 The reducing agent supplier exhausts a mixed gas in which the exhaust gas of the first engine and the reducing agent are mixed from the first exhaust path,
5. The nitrogen oxide removing apparatus according to claim 4, wherein the exhausted mixed gas is provided to the catalyst reduction unit through the vent pipe together with the exhaust gas of the second engine flowing in from the second exhaust path.
前記静的ミキサは、
前記排気された混合ガスおよび前記第2エンジンの排気ガスが前記静的ミキサを通過する間、前記排気された混合ガスまたは前記第2エンジンの排気ガスに渦流を誘導するスクリュー板を含む請求項5に記載の窒素酸化物除去装置。 The catalytic reduction unit includes a static mixer that mixes the exhausted mixed gas and the exhaust gas of the second engine,
The static mixer is
6. A screw plate for inducing a vortex in the exhausted mixed gas or the exhaust gas of the second engine while the exhausted mixed gas and the exhaust gas of the second engine pass through the static mixer. The nitrogen oxide removing apparatus described in 1.
熱反応領域に前記初期物質を提供するノズル;および
前記還元剤供給器の外筒と前記熱反応領域との間に位置し、複数の孔を有する多孔内筒を含む請求項1に記載の窒素酸化物除去装置。 The reducing agent supplier is
2. The nitrogen according to claim 1, comprising a nozzle that provides the initial material to a thermal reaction region; and a porous inner cylinder that is positioned between an outer cylinder of the reducing agent supplier and the thermal reaction area and has a plurality of holes. Oxide removal equipment.
前記還元剤はアンモニアガスである請求項1に記載の窒素酸化物除去装置。 The initial material is urea;
The nitrogen oxide removing apparatus according to claim 1, wherein the reducing agent is ammonia gas.
初期物質を第1エンジンの排気ガスに向かって噴射し、前記噴射された初期物質が前記第1エンジンの排気ガスと接触して発生する熱反応により、前記噴射された初期物質から還元剤を生成する段階;および
前記還元剤を用いた触媒還元反応により第2エンジンの排気ガスに含まれた窒素酸化物を除去する段階を含む窒素酸化物除去方法。 A nitrogen oxide removing method for a nitrogen oxide removing apparatus,
An initial material is injected toward the exhaust gas of the first engine, and a reducing agent is generated from the injected initial material by a thermal reaction generated when the injected initial material comes into contact with the exhaust gas of the first engine. And removing nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the second engine by a catalytic reduction reaction using the reducing agent.
上流は前記第2エンジンの排気ガスを排気する第2排気路に連結され、下流は前記触媒還元反応が行われる触媒還元部に連結され、前記上流と前記下流との間で前記還元剤が流入する第1排気路が合流する通気管を含む請求項17に記載の窒素酸化物除去方法。 The nitrogen oxide removing device includes:
The upstream is connected to a second exhaust path for exhausting the exhaust gas of the second engine, and the downstream is connected to a catalytic reduction section where the catalytic reduction reaction is performed, and the reducing agent flows between the upstream and the downstream The nitrogen oxide removing method according to claim 17, further comprising a vent pipe in which the first exhaust path to be joined.
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