JP2014020290A - 還元剤注入装置及び脱硝装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、エンジンに供給される燃焼用空気の湿度を検出する湿度検出手段とを備え、注入量制御手段が、湿度検出手段で検出される燃焼用空気の湿度が高いほど還元剤の注入量を減少させ、且つ、負荷検出手段で検出されるエンジンの負荷が高いほど燃焼用空気の湿度上昇に対する還元剤の注入量の減少割合を拡大させる。
【選択図】図3
Description
前記還元剤注入部による還元剤の注入量を制御する注入量制御手段とを備えた還元剤注入装置及び脱硝装置に関する。
このような脱硝装置では、排ガスに対する還元剤の注入量が少なすぎると脱硝率が低下し、逆に、排ガスに対する還元剤の注入量が多すぎると還元剤が外部に排出されるという問題が生じるため、排ガスに対する還元剤の注入量は適切なものに設定するのが望ましい。
そして、このようなフィードフォワード制御だけでは、排ガスへの還元剤の注入量の制御値が最適なものとはならず、脱硝率の低下や還元剤の外部排出の抑制効果が十分ではなかった。
更に、排ガスへの還元剤の注入量の制御値を最適なものにするためには比較的高価なNOxセンサを設けてフィードバック制御を加える必要があるため、装置コストの上昇等も問題があった。
エンジンから排出された排ガスに還元剤を注入する還元剤注入部と、
前記還元剤注入部による還元剤の注入量を制御する注入量制御手段とを備えた還元剤注入装置であって、
その第1特徴構成は、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記エンジンに供給される燃焼用空気の湿度を検出する湿度検出手段とを備え、
前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、且つ、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が高いほど前記燃焼用空気の湿度上昇に対する前記還元剤の注入量の減少割合を拡大させる点にある。
即ち、上記第1特徴構成によれば、排ガスへの還元剤の注入量を制御するにあたり、その注入量として設定する制御値を、上記湿度検出手段で検出される燃焼用空気湿度が高いほど減少させる上に、その燃焼用空気湿度上昇に対する還元剤の減少割合を上記負荷検出手段で検出されるエンジン負荷が高いほど拡大させる状態で決定するので、排ガスへの還元剤の注入量が最適なものとなり、脱硝率の低下や還元剤の外部排出が適切に抑制されることになる。
前記注入量制御手段が、前記負荷検出手段及び前記湿度検出手段の検出結果に拘らず前記還元剤の注入量を所定の最低注入量以上に制限する点にある。
前記最低注入量が、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が低負荷域となるときに、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度に関係なく前記排ガス中の窒素酸化物を処理可能な前記還元剤の注入量に設定されている点にある。
また、エンジン負荷が低負荷域よりも上昇した際において、燃焼用空気湿度が高くなって排ガス中のNOx濃度が低くなると想定できる場合でも、還元剤の注入量が上記のように低負荷域の状態に基づいて決定した最低注入量以上に制限される。よって、燃焼用空気湿度上昇のためにエンジンの運転状態が不安定となり排ガス中のNOx濃度がエンジン負荷や燃焼用空気湿度等から予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、そのNOx濃度に対し十分な最低注入量以上の還元剤を注入して、脱硝率の低下を抑制することができる。
前記最低注入量が、前記エンジンの負荷が高いほど多くなるように設定されている点にある。
前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度よりも高いときは当該湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度以下のときは前記還元剤の注入量を前記最低注入量に設定する点にある。
前記湿度検出手段が、前記燃焼用空気の湿度として、前記燃焼用空気の絶対湿度又は前記燃焼用空気の露点温度を検出する点にある。
そこで、上記第6特徴構成によれば、湿度検出手段で検出された燃焼用空気の絶対湿度又は露点温度に基づいて排ガスへの還元剤の注入量が制御されるため、排ガス中のNOx濃度に対して極めて適切な量の還元剤を注入し、脱硝率の低下や還元剤の外部排出をより一層適切に抑制することができる。
エンジンから排出された排ガスに対して還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記還元剤注入装置により還元剤が注入された排ガスを通過させて当該排ガス中の窒素酸化物を還元反応により一定値以下に調整する脱硝触媒部とを備えた脱硝装置であって、
前記還元剤注入装置として、上述した還元剤注入装置を備える。
これにより、上述した還元剤注入装置と同様に、脱硝率の低下や還元剤の外部排出が適切に抑制された脱硝処理が可能となる。
図1に示すように、脱硝装置200には、エンジン1から排出された排ガスE(E0)に対して還元剤Kを注入する還元剤注入装置100と、還元剤注入装置100により還元剤Kが注入された排ガスE(E1)を通過させて当該排ガスE(E1)中のNOxを還元反応により一定値以下に調整する脱硝触媒部12とが設けられており、脱硝触媒部12からはNOxが一定値以下に調整された後の排ガスE(E2)が排出される。
上記エンジン1の軸動力は、あらゆる駆動源として利用可能であるが、本実施形態では発電機2の駆動源として利用されており、発電機2の発電電力は各電力負荷に供給される。
ここで、上記還元剤Kとしては尿素水やアンモニア水を利用することができ、還元触媒としては酸化チタン−酸化バナジウム触媒や酸化チタン−酸化バナジウム−酸化タングステンなどの一般的な還元触媒を利用することができる。
更に、還元剤注入装置100には、エンジン1の負荷を検出する負荷検出器14(負荷検出手段の一例)と、エンジン1に供給される燃焼用空気Aの湿度を検出する湿度検出器15(湿度検出手段の一例)とが設けられている。
更に、この還元剤注入器10は、後述する制御装置20から入力された信号に基づいて当該信号に含まれる注入量制御値に相当する量の還元剤Kを噴霧ノズル10aから噴霧するように構成されている。
一方、湿度検出器15は、吸気路3のミキサ4の上流側にセンサ部15aを備え、そのセンサ部15aに接触する燃焼用空気Aの湿度を計測するものであり、公知の湿度計測装置が利用されている。
更に、この湿度検出器15は、燃焼用空気湿度として、燃焼用空気Aの相対湿度の他に、適宜、絶対湿度やそれに直接的に関連する露点温度を検出するように構成する。
以下、この制御装置20による注入量制御方法の実施形態について説明する。
先ず、第1実施形態の注入量制御方法について、図2に基づいて説明する。
尚、図2は、燃焼用空気Aの絶対湿度又はそれに対応する露点温度に対するNOx濃度の変化状態、並びに第1実施形態の制御方法における還元剤Kの注入量制御値の変化状態を示すグラフ図であって、図2(a)は、エンジン負荷が100%である高負荷域の当該変化状態、図2(b)は、エンジン負荷が75%である中負荷域の当該変化状態、図2(c)は、エンジン負荷が50%である低負荷域の当該変化状態を夫々示す。
また、この第1実施形態では、湿度検出器15を燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度を検出するように構成する。
更に、燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する排ガスE中のNOx濃度の減少割合について、図2(a)に示すようにエンジン負荷が100%である高負荷域では比較的大きな減少割合でNOx濃度が減少し、図2(b)に示すようにエンジン負荷が75%である中負荷域では高負荷域よりも小さな減少割合でNOx濃度が減少し、図2(c)に示すようにエンジン負荷が50%である低負荷域では中負荷域よりも小さな減少割合でNOx濃度が減少する。即ち、エンジン負荷が高いほど燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する排ガスE中のNOx濃度の減少割合は拡大する傾向にある。
そして、これらの関係を用いれば、湿度検出器15で検出される燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度、及び負荷検出器14で検出されるエンジン負荷から、排ガスE中のNOx濃度を略正確に推定することができる。
即ち、図2(a)、図2(b)、及び図2(c)に示すように、制御装置20は、湿度検出器15で検出される燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度が高いほど還元剤Kの注入量が略直線的に減少するように、注入量制御値を決定する。
更に、制御装置20は、負荷検出器14で検出されるエンジン負荷が高いほど燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する還元剤Kの注入量の減少割合を拡大させるように、注入量制御値を決定する。
次に、第2実施形態の注入量制御方法について、図3に基づいて説明する。
尚、図3は、燃焼用空気Aの絶対湿度又はそれに対応する露点温度に対するNOx濃度の変化状態、並びに第1実施形態の制御方法における還元剤Kの注入量制御値の変化状態を示すグラフ図であって、図3(a)は、エンジン負荷が100%である高負荷域の当該変化状態、図3(b)は、エンジン負荷が75%である中負荷域の当該変化状態、図3(c)は、エンジン負荷が50%である低負荷域の当該変化状態を夫々示す。
また、この第2実施形態では、湿度検出器15を燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度を検出するように構成する。
尚、第1実施形態と同様の構成については、説明を割愛する場合がある。
即ち、本実施形態の注入量制御方法において、制御装置20は、上記第1実施形態の注入量制御方法にて決定した注入量制御値が上記最低注入量kmin未満であったとしても、排ガスEへの還元剤Kの注入量制御値をkminに決定し、還元剤注入器10に当該最低注入量kminの還元剤Kを排ガスEに注入させる。
よって、排ガスE中のNOx濃度がエンジン負荷や燃焼用空気湿度等から予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、還元剤Kの注入量が最低注入量kmin以上に制限されているので、そのNOxに対し十分な注入量の還元剤Kが注入され、脱硝率の低下が抑制されている。
即ち、図3(c)に示す低負荷域では、制御装置20は、燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度が最も低い場合に推定される排ガスE中のNOx濃度に対して注入すべき適切な還元剤Kの量を求め、その量を最低注入量kminとし、当該低負荷域における注入量制御値を燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度やエンジン負荷に関係なく最低注入量kminに決定する。
即ち、制御装置20は、湿度検出器15で検出される燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度が特定の絶対湿度又は露点温度tよりも高いときは、燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度が高いほど還元剤Kの注入量制御値が減少し、湿度検出器15で検出される燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度が特定の絶対湿度又は露点温度t以下のときは還元剤Kの注入量制御値が最低注入量kminに設定される。
具体的には、図3(b)に示す中負荷域では、最低注入量kminを、上記低負荷域で設定した最低注入量kmin(図3(c)参照)よりも若干大きめに設定し、また、図3(a)に示す高荷域では、最低注入量kminを、上記中負荷域で設定した最低注入量kmin(図3(b)参照)よりも若干大きめに設定する。
すると、NOxが発生し易い状態の高負荷域においてNOx濃度が予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、そのNOx濃度に対し十分な最低注入量kmin以上の還元剤Kが注入され、脱硝率の低下が抑制される。尚、当然、最低注入量kminをエンジン負荷に関係なく一定に設定しても構わない。
次に、第3実施形態の注入量制御方法について、図4に基づいて説明する。
尚、図4は、燃焼用空気Aの相対湿度に対するNOx濃度の変化状態、並びに第1実施形態の制御方法における還元剤Kの注入量制御値の変化状態を示すグラフ図であって、図4(a)は、エンジン負荷が100%である高負荷域の当該変化状態、図4(b)は、エンジン負荷が75%である中負荷域の当該変化状態、図4(c)は、エンジン負荷が50%である低負荷域の当該変化状態を夫々示す。
また、この第3実施形態では、湿度検出器15を燃焼用空気Aの相対湿度を検出するように構成する。
尚、第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成については、説明を割愛する場合がある。
即ち、図4に示すように、エンジン1から排出される排ガスE中のNOx濃度は、燃焼用空気Aの相対湿度が高いほど低くなる傾向にあり、且つ、燃焼用空気Aの相対湿度の上昇に対する排ガスE中のNOx濃度の減少割合は、エンジン負荷が高いほど拡大する傾向にある。
しかし、上記第1実施形態及び上記第2実施形態の燃焼用空気Aの絶対湿度又は露点温度に対するNOx濃度の関係と比較して、燃焼用空気Aの相対湿度に対するNOx濃度の関係は、若干のばらつきが生じる傾向にあるため、NOx濃度の推定精度は若干劣ることになる。
即ち、図4(a)、図4(b)、及び図4(c)に示すように、制御装置20は、湿度検出器15で検出される燃焼用空気Aの相対湿度が高いほど還元剤Kの注入量が略直線的に減少するように注入量制御値を決定するのであるが、その際の相対湿度と注入量制御値との関係において、相対湿度から推定されるNOx量は若干の余裕を持った大きめとされており、その大きめのNOx濃度に対して適切な注入量制御値が関係付けられている。
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
また、制御装置20は、その負荷検出器14で検出されるエンジン負荷に応じて、エンジン負荷が、高負荷域、中負荷域、低負荷域の何れの負荷域であるかを判定し、その負荷域における燃焼用空気湿度と還元剤注入量との関係に基づいて、還元剤Kの注入量制御値を決定するように構成することができる。
10 :還元剤注入器
12 :脱硝触媒部
14 :負荷検出器(負荷検出手段)
15 :湿度検出器(湿度検出手段)
20 :制御装置(注入量制御手段)
100 :還元剤注入装置
200 :脱硝装置
A :燃焼用空気
E :排ガス
K :還元剤
kmin :最低注入量
Claims (7)
- エンジンから排出された排ガスに還元剤を注入する還元剤注入部と、
前記還元剤注入部による還元剤の注入量を制御する注入量制御手段とを備えた還元剤注入装置であって、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記エンジンに供給される燃焼用空気の湿度を検出する湿度検出手段とを備え、
前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、且つ、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が高いほど前記燃焼用空気の湿度上昇に対する前記還元剤の注入量の減少割合を拡大させる還元剤注入装置。 - 前記注入量制御手段が、前記負荷検出手段及び前記湿度検出手段の検出結果に拘らず前記還元剤の注入量を所定の最低注入量以上に制限する請求項1に記載の還元剤注入装置。
- 前記最低注入量が、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が低負荷域となるときに、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度に関係なく前記排ガス中の窒素酸化物を処理可能な前記還元剤の注入量に設定されている請求項2に記載の還元剤注入装置。
- 前記最低注入量が、前記エンジンの負荷が高いほど多くなるように設定されている請求項2又は3に記載の還元剤注入装置。
- 前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度よりも高いときは当該湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度以下のときは前記還元剤の注入量を前記最低注入量に設定する請求項2〜4の何れか1項に記載の還元剤注入装置。
- 前記湿度検出手段が、前記燃焼用空気の湿度として、前記燃焼用空気の絶対湿度又は前記燃焼用空気の露点温度を検出する請求項1〜5の何れか1項に記載の還元剤注入装置。
- エンジンから排出された排ガスに対して還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記還元剤注入装置により還元剤が注入された排ガスを通過させて当該排ガス中の窒素酸化物を還元反応により無害化する脱硝触媒部とを備えた脱硝装置であって、
前記還元剤注入装置として、請求項1〜6の何れか1項に記載の還元剤注入装置を備えた脱硝装置。
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