JP2014134154A - Marine vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスを洗浄する排気ガス洗浄装置を備えるとともにEGRを行う内燃機関を備えた船舶に関するものである。 The present invention relates to a ship including an exhaust gas cleaning device that cleans exhaust gas and an internal combustion engine that performs EGR.
近年では、環境への配慮から、船舶の推進用として搭載されたエンジン(内燃機関)から排出される排気ガスに対する規制が強化されつつある。
排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減するために、排気ガスの一部をエンジン本体の給気側に戻すEGR(排気再循環;Exhaust Gas Recirculation)が行われている(下記特許文献1参照)。同文献に開示されたEGRは、過給機のタービンに流入する前の高圧とされた排気ガスを再循環する方式のもので、高圧EGRと称されている。
In recent years, regulations for exhaust gas discharged from an engine (internal combustion engine) mounted for ship propulsion are being strengthened for environmental consideration.
In order to reduce nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas, EGR (Exhaust Gas Recirculation) is performed to return a part of the exhaust gas to the supply side of the engine body (the following patent) Reference 1). The EGR disclosed in this document is a type of recirculating exhaust gas that has been made high pressure before flowing into the turbocharger turbine, and is called high pressure EGR.
これに対して、特許文献2に開示されたEGRは、過給機タービンを通過して減圧された後の排気ガスを再循環する方式のもので、低圧EGRと称されている。同文献では、排気ガス中のSOx(窒素酸化物)やPM(粒子状物質)を除去するために排気ガス洗浄装置が設けられている。排気ガス中のSOxに対する規制についても今後は更に強化されることが予想され、同文献に記載されているように、スクラバ等の排気ガス洗浄装置を設置することが検討されている。
また、特許文献3に記載されているように、SOxだけでなくPMをも除去する排気ガス洗浄装置として、ベンチュリスクラバおよび脱硫吸収塔を備えた湿式二段排煙脱硫装置が知られている。
また、非特許文献1に記載されているように、排気ガスを洗浄する湿式捕集装置として種々の形式ものが知られている。
On the other hand, EGR disclosed in Patent Document 2 is a system that recirculates exhaust gas after passing through a turbocharger turbine and being decompressed, and is called low-pressure EGR. In this document, an exhaust gas cleaning device is provided for removing SOx (nitrogen oxide) and PM (particulate matter) in the exhaust gas. Regulations on SOx in exhaust gas are expected to be further strengthened in the future, and as described in the same document, it is considered to install an exhaust gas cleaning device such as a scrubber.
Further, as described in
Further, as described in Non-Patent Document 1, various types of wet collecting devices for cleaning exhaust gas are known.
特許文献2では、過給機タービンの出口直後の排気ガスではなく、過給機タービンからさらにエコノマイザおよび排気ガス洗浄装置を通過した後の排気ガスを再循環させている。これにより、EGRを行うか否かに関わらずエコノマイザおよび排気ガス洗浄装置を通過するので、エコノマイザによる排熱回収が無駄なく行われ、かつEGR率に応じて排気ガス洗浄装置を制御する必要がないという点で優れている。
そして、特許文献2に記載の構成は、排気ガス洗浄装置によりSOxやPMが十分に除去されているので、EGRを行う排気ガスの性状としては問題がなく、排気ガスを再循環する際に更に洗浄装置を設置する必要は無いと考えられていた。
In Patent Document 2, exhaust gas after passing through an economizer and an exhaust gas cleaning device is recirculated from the turbocharger turbine, not the exhaust gas immediately after the outlet of the turbocharger turbine. As a result, the economizer and the exhaust gas cleaning device pass through the economizer regardless of whether or not EGR is performed. Therefore, exhaust heat recovery by the economizer is performed without waste, and it is not necessary to control the exhaust gas cleaning device according to the EGR rate. It is excellent in that point.
In the configuration described in Patent Document 2, since SOx and PM are sufficiently removed by the exhaust gas cleaning device, there is no problem in the properties of the exhaust gas for performing EGR, and further when the exhaust gas is recirculated. It was thought that there was no need to install a cleaning device.
また、特許文献3の湿式二段排煙脱硫装置では、ベンチュリスクラバが主にPMの主成分である煤塵の除去を行い、脱硫吸収塔が主にSOxの除去を行う。しかし、湿式二段排煙脱硫装置は、ベンチュリのスロート部でガス流速を大きくする必要があるため圧力損失が大きく、内燃機関の過給機タービン出口の下流のような低圧ラインに設ける場合は脱硫装置後に排出用のブロアが必須となってしまう。したがって、仮に、特許文献3の湿式二段排煙脱硫装置を特許文献2に適用した場合、内燃機関から排出される全ての排気ガス(湿式二段排煙脱硫装置を通過した後にEGR経路に流入する排気ガスを含む)がベンチュリスクラバを通るため、全排気ガスを流すための大容量のブロアが必要となってしまうという問題が生じる。
また、脱硫吸収塔に加えてベンチュリスクラバを設けるため、装置サイズも大きく、船舶の煙突サイズが大きくなるという問題も生じ、さらに船舶としての設計を変更せざるを得ないという問題も生じる。
Further, in the wet two-stage flue gas desulfurization apparatus of
Further, since the venturi scrubber is provided in addition to the desulfurization absorption tower, there is a problem that the apparatus size is large, the chimney size of the ship is increased, and there is a problem that the design of the ship must be changed.
また、非特許文献1に示されているように各種の湿式捕集装置(排気ガス洗浄装置)が種々知られているが、理論的にも現実的にもSOxとPMをともに除去できる装置の存在は知られていなかった。
特に、例えばSOx除去率[排気ガス洗浄装置の入口における排気ガス中のSOx量に対する出口における排気ガス中のSOx量の百分率]が95%以上といったようにSOxの十分な除去が求められる場合には、排気ガス洗浄装置を流れる吸収液(例えば、水、海水等やこれらの水溶液)とSOxを含む排気ガスの接触時間を長くすることでSOxが液体に溶け込む時間を確保する必要があると考えられていたため、充填塔式スクラバ(特許文献3の脱硫吸収塔)が必要であると一般的に考えられていた。
一方、ベンチュリスクラバは、ベンチュリによって排気ガスの流速を増させる方式のため、液体とSOxの接触時間を十分に確保できず、SOxを効率的に除去することができないと考えられていた。
Various types of wet collection devices (exhaust gas cleaning devices) are known as shown in Non-Patent Document 1, but a device that can remove both SOx and PM theoretically and practically. The existence was not known.
In particular, when sufficient removal of SOx is required, for example, the SOx removal rate [percentage of SOx amount in exhaust gas at the outlet with respect to the SOx amount in exhaust gas at the inlet of the exhaust gas cleaning device] is 95% or more. It is thought that it is necessary to secure a time for SOx to be dissolved in the liquid by increasing the contact time between the absorption liquid (for example, water, seawater, etc. and their aqueous solution) flowing through the exhaust gas cleaning device and the exhaust gas containing SOx. Therefore, it was generally considered that a packed tower type scrubber (desulfurization absorption tower of Patent Document 3) was necessary.
On the other hand, since the venturi scrubber increases the flow rate of the exhaust gas by venturi, it was considered that the contact time between the liquid and SOx could not be sufficiently secured and SOx could not be removed efficiently.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、SOxだけでなくPM等の不純物をも確実に除去された排気ガスによってEGRを行うことができる内燃機関を備えた船舶を提供することを目的とする。
また、排気ガス洗浄装置の設置スペースを可及的に削減できる内燃機関を備えた船舶を提供することを目的とする。
また、排気ガスを強制送風するためのブロア容量を可及的に低減できる内燃機関を備えた船舶を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a ship equipped with an internal combustion engine that can perform EGR with exhaust gas from which not only SOx but also impurities such as PM are reliably removed. The purpose is to do.
Moreover, it aims at providing the ship provided with the internal combustion engine which can reduce the installation space of an exhaust-gas cleaning apparatus as much as possible.
Moreover, it aims at providing the ship provided with the internal combustion engine which can reduce the blower capacity | capacitance for forcedly ventilating exhaust gas as much as possible.
上記課題を解決するために、本発明の船舶は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる船舶は、船舶推進用の内燃機関本体と、該内燃機関本体からの排気ガスによって駆動されるタービン、及び、該タービンに連結されるとともに吸気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、前記内燃機関本体からの排気ガスが導かれる排気ガス経路と、前記排気ガス経路の分岐点から分岐され、排気ガスの一部を前記内燃機関本体の吸気経路に導くEGR経路と、該EGR経路に設けられ、ベンチュリスクラバとされたEGR排気ガス洗浄装置とを備えていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the ship of the present invention employs the following means.
That is, a ship according to the present invention is a supercharger having an internal combustion engine body for propulsion of a ship, a turbine driven by exhaust gas from the internal combustion engine body, and a compressor connected to the turbine and compressing intake air. An exhaust gas path through which exhaust gas from the internal combustion engine body is guided, an EGR path branched from a branch point of the exhaust gas path, and leading a part of the exhaust gas to the intake path of the internal combustion engine body, It is provided with an EGR exhaust gas cleaning device provided in the EGR path and serving as a venturi scrubber.
発明者等が鋭意検討した結果、ベンチュリスクラバはPM等の不純物だけでなくSOxを除去する性能を有していることを見出した。そこで、EGR経路に設けられるEGR排気ガス洗浄装置としてベンチュリスクラバを採用することとした。これにより、EGR運転時にEGR経路にてPM等の不純物だけでなくSOxをも除去できる。
EGR経路にベンチュリスクラバを設けることとしたので、ベンチュリスクラバによって生じる圧力損失を補う場合であってもEGR経路を流れる排気ガス量に応じた容量のEGRブロアを設ければ足り、内燃機関本体から排出される排気ガスの全量に対してブロアを設ける場合に比べてブロア容量を低減することができる。
また、ベンチュリスクラバは、脱硫吸収塔といった一般のスクラバに比べてサイズが小さいので、設置スペースを可及的に削減することができる。また、ベンチュリスクラバを内燃機関本体の付属設備として内燃機関本体上に設置することができ、より一層コンパクトにすることができるとともに、船舶としての内燃機関本体の設置場所の設計を変更しなくて良いというメリットがある。
なお、EGR経路は、過給機のタービンの上流側から分岐してよく(高圧EGR)、過給機のタービンの下流側から分岐してもよい(低圧EGR)。
As a result of intensive studies by the inventors, it has been found that the venturi scrubber has the ability to remove SOx as well as impurities such as PM. Therefore, a venturi scrubber was adopted as an EGR exhaust gas cleaning device provided in the EGR path. Thereby, not only impurities such as PM but also SOx can be removed through the EGR path during EGR operation.
Since a venturi scrubber is provided in the EGR path, it is sufficient to provide an EGR blower with a capacity corresponding to the amount of exhaust gas flowing through the EGR path, even if the pressure loss caused by the venturi scrubber is compensated. The blower capacity can be reduced as compared with the case where a blower is provided for the total amount of exhaust gas.
Further, the venturi scrubber is smaller in size than a general scrubber such as a desulfurization absorption tower, so that the installation space can be reduced as much as possible. Further, the venturi scrubber can be installed on the internal combustion engine main body as an accessory of the internal combustion engine main body, and can be made more compact, and the design of the installation location of the internal combustion engine main body as a ship need not be changed. There is a merit.
The EGR path may be branched from the upstream side of the turbocharger turbine (high pressure EGR), or may be branched from the downstream side of the turbocharger turbine (low pressure EGR).
さらに、本発明の船舶では、前記タービンと前記分岐点の間、及び、前記分岐点と前記EGR排気ガス洗浄装置との間には、排気ガス中の硫黄酸化物を除去するための排気ガス洗浄装置が設けられていないことを特徴とする。 Further, in the ship of the present invention, exhaust gas cleaning for removing sulfur oxides in exhaust gas between the turbine and the branch point and between the branch point and the EGR exhaust gas cleaning device. A device is not provided.
前記タービンと分岐点の間、及び、分岐点とEGR排気ガス洗浄装置との間、すなわちEGR排気ガス洗浄装置の上流側に、硫黄酸化物を除去するための脱硫吸収塔といった排気ガス洗浄装置が設けられていないので、設置スペースを削減することができる。
また、EGR排気ガス洗浄装置の上流側に限らず、分岐点よりも下流側の排気ガス経路にも排気ガス洗浄装置を設けないこととしても良い。分岐点よりも下流側の排気ガス経路に排気ガス洗浄装置が設けられていなくても、EGR経路に設けたベンチュリスクラバにてSOxを除去できるので、再循環される排気ガスによって内燃機関本体の吸気経路において、低温部で硫酸となって凝縮することによる、いわゆる硫酸露点腐食を生じることがない。
An exhaust gas cleaning device such as a desulfurization absorption tower for removing sulfur oxide is provided between the turbine and the branch point, and between the branch point and the EGR exhaust gas cleaning device, that is, upstream of the EGR exhaust gas cleaning device. Since it is not provided, installation space can be reduced.
Moreover, it is good also as not providing an exhaust-gas cleaning apparatus not only in the upstream of an EGR exhaust-gas cleaning apparatus but in the exhaust-gas path | route downstream from a branch point. Even if the exhaust gas cleaning device is not provided in the exhaust gas path downstream of the branch point, the SOx can be removed by the venturi scrubber provided in the EGR path. In the path, so-called sulfuric acid dew point corrosion due to condensation as sulfuric acid in the low temperature portion does not occur.
さらに、本発明の船舶では、前記排気ガス経路には、排気ガスから熱を回収する排熱回収装置が設けられ、前記EGR経路は、該排熱回収装置の上流側から分岐されていることを特徴とする。 Further, in the ship of the present invention, the exhaust gas path is provided with an exhaust heat recovery device that recovers heat from the exhaust gas, and the EGR path is branched from the upstream side of the exhaust heat recovery device. Features.
排熱回収装置の上流側からEGR経路を分岐することとしたので、船舶の煙突近傍に配置している排熱回収装置の下流側から分岐する場合に比べて、配管の圧損を低減できるため、排気ガスの圧力を高く保ったままベンチュリスクラバとされたEGR排気ガス洗浄装置に排気ガスを導くことができる。これにより、EGRブロアの負荷を低減させることができ、ベンチュリスクラバを効率的に作動させることができる。また、内燃機関本体付近から分岐することができるため、EGR経路の配管長さを大幅に短くでき、より一層コンパクトにすることができる。 Since the EGR path is branched from the upstream side of the exhaust heat recovery device, the pressure loss of the piping can be reduced compared to the case of branching from the downstream side of the exhaust heat recovery device arranged near the chimney of the ship. The exhaust gas can be guided to the EGR exhaust gas cleaning device which is a venturi scrubber while keeping the pressure of the exhaust gas high. Thereby, the load of an EGR blower can be reduced and a venturi scrubber can be operated efficiently. Moreover, since it can branch from the internal combustion engine main body vicinity, the piping length of an EGR path | route can be shortened significantly and it can be made still more compact.
さらに、本発明の船舶では、前記排気ガス経路に設けられ、排気ガスから熱を回収する排熱回収装置と、前記排気ガス経路であり、かつ前記排熱回収装置の下流に設けられ、排気ガス中の硫黄酸化物を除去するための排気ガス洗浄装置とを備え、前記EGR経路は、前記排熱回収装置および前記排気ガス洗浄装置の下流側から分岐されることを特徴とする。 Further, in the ship of the present invention, an exhaust heat recovery device that is provided in the exhaust gas path and recovers heat from the exhaust gas, and is provided in the exhaust gas path and downstream of the exhaust heat recovery device, the exhaust gas And an exhaust gas cleaning device for removing sulfur oxide in the exhaust gas cleaning device, wherein the EGR path is branched from the downstream side of the exhaust heat recovery device and the exhaust gas cleaning device.
排気ガス経路に設けられた排気ガス洗浄装置に加えて、さらにEGR経路にEGR排気ガス洗浄装置を設けることとした。これにより、排気ガス洗浄装置にて十分に除去されていない煤塵を主成分としたPM等の不純物およびSOxをEGR排気ガス洗浄装置にて確実に除去することができる。本構成においては排気ガス洗浄装置でSOxが除去されたのちにEGR排気ガス洗浄装置を通過するため、SOx除去効果をさらに高めることができる。
また、EGR排気ガス洗浄装置は、大部分のSOxが除去された後の排気ガス中のPM等の不純物を除去することを主目的としているので、さらに小型化が可能となり内燃機関本体上に設置することができ、また装置に付随するユーティリティの低減が可能となる。
なお、排気ガス洗浄装置としては、典型的には、脱硫吸収塔が挙げられる。
In addition to the exhaust gas cleaning device provided in the exhaust gas path, an EGR exhaust gas cleaning device is further provided in the EGR path. Thereby, impurities such as PM mainly composed of soot and dust that have not been sufficiently removed by the exhaust gas cleaning device and SOx can be reliably removed by the EGR exhaust gas cleaning device. In this configuration, since SOx is removed by the exhaust gas cleaning device and then passes through the EGR exhaust gas cleaning device, the SOx removal effect can be further enhanced.
The EGR exhaust gas cleaning device is mainly intended to remove impurities such as PM in the exhaust gas after most of the SOx is removed, so it can be further downsized and installed on the internal combustion engine body. In addition, the utility associated with the apparatus can be reduced.
An exhaust gas cleaning device typically includes a desulfurization absorption tower.
さらに、本発明の船舶では、前記排気ガス洗浄装置は、水を散布するスクラバとされ、
前記排気ガス洗浄装置および前記EGR排気ガス洗浄装置からの排水を処理する共通の排水処理装置を備えていることを特徴とする。
Furthermore, in the ship of the present invention, the exhaust gas cleaning device is a scrubber that sprays water,
A common waste water treatment device for treating waste water from the exhaust gas cleaning device and the EGR exhaust gas cleaning device is provided.
スクラバとされた排気ガス処理装置およびベンチュリスクラバとされたEGR排気ガス処理装置からの排水を共通の排水処理装置で処理することとした。これにより、排水処理装置の設置スペースを省略でき効率的に排水処理を行うことができる。 The waste water from the exhaust gas treatment device that is a scrubber and the EGR exhaust gas treatment device that is a venturi scrubber is treated by a common waste water treatment device. Thereby, the installation space of a waste water treatment apparatus can be omitted and waste water treatment can be performed efficiently.
さらに、本発明の船舶では、前記EGR経路は、前記コンプレッサの上流側に導かれることとしてもよい。または、前記EGR経路は、前記コンプレッサの下流側でかつ前記空気冷却器の上流側に導かれることとしてもよい。または、前記EGR経路は、前記空気冷却器の下流側に導かれることとしてもよい。 Furthermore, in the ship according to the present invention, the EGR path may be guided to the upstream side of the compressor. Alternatively, the EGR path may be led downstream of the compressor and upstream of the air cooler. Alternatively, the EGR path may be led to the downstream side of the air cooler.
EGR経路に設けられるEGR排気ガス洗浄装置としてベンチュリスクラバを採用することとしたので、EGR運転時にEGR経路にてPM等の不純物だけでなくSOxをも十分に除去できる。これにより、過給機のコンプレッサや内燃機関本体に悪影響を及ぼすことがない。 Since the venturi scrubber is adopted as the EGR exhaust gas cleaning device provided in the EGR path, not only impurities such as PM but also SOx can be sufficiently removed in the EGR path during the EGR operation. As a result, the compressor of the supercharger and the internal combustion engine main body are not adversely affected.
[第1実施形態]
以下に、本発明にかかる第1実施形態について、図1を参照して説明する。
図1には、船舶に設けられたディーゼルエンジン(内燃機関)1まわりの概略構成が示されている。
ディーゼルエンジン1は、船舶推進用の主機とされたディーゼルエンジン本体(以下、単に「エンジン本体」という。)3と、エンジン本体3からの排気ガスによって駆動される過給機5と、過給機5から導かれた排気ガスの一部がエンジン本体3へ再循環されて低圧EGRを行うEGRシステム7とを備えている。
[First Embodiment]
A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 shows a schematic configuration around a diesel engine (internal combustion engine) 1 provided in a ship.
The diesel engine 1 includes a diesel engine main body (hereinafter simply referred to as an “engine main body”) 3 that is a main engine for marine propulsion, a
エンジン本体3は、舶用2サイクルディーゼルエンジンとされており、例えば下方から給気して上方へ排気するように1方向に掃気されるユニフロー型が採用されている。エンジン本体3からの出力は、図示しないプロペラ軸を介してスクリュープロペラに直接的に接続されている。
エンジン本体3の各気筒のシリンダ部9(図1では例示として4気筒のみを示している。)の排気ポートは排気ガス集合管としての排気静圧管11に接続されている。排気静圧管11は、第1排気経路L1を介して、過給機5のタービン5aの入口側と接続されている。
The
An exhaust port of a cylinder portion 9 (only four cylinders are shown as an example in FIG. 1) of each cylinder of the
一方、各シリンダ部9の掃気ポートは掃気トランク13に接続されており、掃気トランク13は、掃気経路K1を介して、過給機5のコンプレッサ5bと接続されている。また、掃気経路K1にはインタークーラーとしての空気冷却器15が設置されている。
On the other hand, the scavenging port of each
過給機5は、タービン5aと、コンプレッサ5bとを備えている。タービン5a及びコンプレッサ5bは、回転軸5cによって同軸にて連結されている。タービン5aは、エンジン本体3からの排気ガスによって駆動され、タービン5aにて得られたタービン仕事は回転軸5cを介してコンプレッサ5bに伝達される。コンプレッサ5bは、外気(空気)や外気と再循環ガスとの混合気を吸い込み所定の掃気圧まで昇圧する。
The
タービン5aにてタービン仕事を与えた後の排気ガスは、第2排気経路L2へと流出する。第2排気経路L2には、エコノマイザ(排熱回収装置)21が接続されている。エコノマイザ21は、エンジン本体3からの排気ガスによって蒸気を生成する。生成された蒸気は、船内の各所にて利用される。
エコノマイザ21の上流側には分岐点17が設けられており、この分岐点17からEGR経路L3が分岐する。EGR経路L3には、EGRを行うためのEGR弁19が設けられている。EGR弁19は、図示しない制御部によって開度が調整されるようになっており、エンジン本体3がEGRを行う運転のときには全開となり、EGRを行わないときは全閉となる。但し、本実施形態に限らず、運転状態に応じてEGR弁19の弁開度を適宜調整する構成とすることもできる。
The exhaust gas after the turbine work is given by the
A
EGR経路L3に設けられたEGR弁19の下流側には、ベンチュリスクラバ(EGR排気ガス洗浄装置)25が接続されている。
ベンチュリスクラバ25は、EGR経路L3を流れる排気ガスに対して水等の液体を噴霧することによって排気ガス中に含まれているPM等の不純物だけでなくSOxをも除去する。ベンチュリスクラバ25は、エンジン本体3の近傍もしくはエンジン本体3上に設置されている。このような配置は、脱硫吸収塔といった一般のスクラバに比べてベンチュリスクラバ25はサイズが小さい(例えば、ベンチュリスクラバは一般的なスクラバと比較して直径がおよそ5分の1〜2分の1、高さがおよそ3分の1〜2分の1とされ、エンジン本体3に載置可能なサイズで構成される)ので可能となっている。
A venturi scrubber (EGR exhaust gas cleaning device) 25 is connected to the downstream side of the
The
ベンチュリスクラバ25は、ベンチュリスクラバ本体25aと、ベンチュリスクラバ本体25aに接続された気液分離器25bとを備えている。
ベンチュリスクラバ本体25aは、鉛直上方に設けられた上部大径部25cと、上部大径部25cの下方に設けられ流れ方向に流路断面積が漸次減少する縮小テーパ部25dと、縮小テーパ部25dの下方に設けられたスロート部25eと、スロート部25eの下方に設けられ流れ方向に流路断面積が漸次増大する拡大テーパ部25fと、拡大テーパ部25fの下方に設けられた下部大径部25gとを備えている。
上部大径部25cには、スプレーノズル25hが設けられており、スプレーノズル25hから水や水溶液等の吸収液が縮小テーパ部25dとスロート部25eとの接続位置に向かって噴霧される。スプレーノズル25hから噴霧された吸収液は、ベンチュリスクラバ本体25aのスロート部25eにて排気ガスの流速が増大されることによって効果的に拡散および混合され、PM等の不純物だけでなくSOxをも除去する。
The
The venturi scrubber
The upper large-
気液分離器25bでは、ベンチュリスクラバ本体25aから導かれた排気ガス中に含まれる水分が除去される。気液分離器25bの出口には、排気ガス中に残存するミストを除去するミストセパレータ25iが設けられ、分離されたミストは気液分離器25b内に集められる。
なお気液分離器25bとしては、ミストセパレータを用いた方式に代えて、排気ガスを旋回させて気液を分離させるサイクロン方式としてもよい。
In the gas-
The gas-
気液分離器25bの下流側には、EGRブロア27が設けられている。EGRブロア27は、インバータにより周波数可変とされた電動モータ29によって回転駆動される。EGRブロア27は、EGRバルブ19及びベンチュリスクラバ25を通りEGR経路L3を構成する配管を流れる際に生じる排気ガスの圧力損失を補うように用いられる。
An
EGRブロア27の下流側には、ミキサ39が設けられている。ミキサ39にて、再循環する排気ガスと空気とが混合される。ミキサ39にて混合された混合ガス(EGRが行われない場合は空気のみ)は、給気経路K2を通りコンプレッサ5bの吸込口へと導かれる。さらに、図示しないEGR冷却器をEGR経路上に設けても良い。この場合、例えばEGR冷却器はEGRブロアの下流側に設置される。
A
次に、上記構成のディーゼルエンジン1を備えた船舶の動作について説明する。
船舶が排気ガスのNOx規制が厳格とされている海域(排気ガス規制海域(Emission Control Area;ECA)を航行する際のようにEGRを使用する場合には、EGR弁19を開とする。これにより、エンジン本体3から第1排気経路L1を通りタービン5aへと導かれた排気ガスがエコノマイザ21を通過する前に、分岐点17で分岐されてEGRシステム7側に流れる。残部の排気ガスは、第2排気経路L2を流れ、エコノマイザ21を通過した後に図示しない煙突から大気へと放出される。
Next, operation | movement of the ship provided with the diesel engine 1 of the said structure is demonstrated.
When the ship uses EGR, such as when navigating in a sea area where exhaust gas NOx regulations are strict (emission control area (ECA)), the
EGRシステム7を流れる排気ガスは再循環ガスとして、EGR弁19を通りベンチュリスクラバ25を流れる。ベンチュリスクラバ25にてPM等の不純物だけでなくSOxが除去された排気ガスがEGRブロア27へと導かれ、EGRブロア27にて所定圧まで加圧された排気ガスがミキサ39へと導かれる。ミキサ39では、空気と排気ガスが混合され、吸気経路K2を通りコンプレッサ5bの吸込口へと導かれる。コンプレッサ5bで加圧された空気と排気ガスの混合気は、掃気経路K1を通り空気冷却器15へと導かれ、空気冷却器15にて冷却された後に掃気トランク13へと導かれる。
The exhaust gas flowing through the
以下に、ベンチュリスクラバによってSOxが除去されることを確認した試験結果について説明する。上述したように、ベンチュリスクラバは、一般に、流速を増大させて吸収液の拡散を高めることによってPM等の不純物を効果的に除去するものとして知られているが、SOxの除去についても効果があることを新たに見出した。
下記の表1には、ベンチュリスクラバ入口における排気ガスの組成が示されており、表2には、ベンチュリスクラバ出口における排気ガスの組成が示されている。各表において、No.1からNo.8は、各サンプリングの試験番号を示し、全数で8回のサンプリングを行った。
試験に用いたベンチュリスクラバは、スロート部における最大ガス流速50〜80m/s、液ガス比(吸収液の噴霧量[kg]/標準状態換算のガス流量[Nm3])0.5〜2.0kg/Nm3の仕様のものを用いた。ベンチュリスクラバのノズルは一流体ノズルを用い、噴霧角度は80〜100°とした。
試験に用いた排気ガスは、舶用2サイクルディーゼルエンジンの実際の排気ガスを用いた。燃料はA重油を用い、A重油中の硫黄分は0.71wt%であった。エンジン回転数は定格回転数である105rpmとした。ガスの性状分析は、(株)堀場製作所のガス分析計PG−250を用い、NOxは常圧化学発光法にて、SOxとCO2は非分散型赤外線吸収法にて、またO2はジルコニア酸素分析計にて計測を行った。
Below, the test result which confirmed that SOx was removed by a venturi scrubber is demonstrated. As described above, the venturi scrubber is generally known to effectively remove impurities such as PM by increasing the flow rate and enhancing the diffusion of the absorption liquid, but it is also effective for removing SOx. I found a new thing.
Table 1 below shows the composition of the exhaust gas at the venturi scrubber inlet, and Table 2 shows the composition of the exhaust gas at the venturi scrubber outlet. In each table, No. 1 to No. 8 indicate the test number of each sampling, and sampling was performed 8 times in total.
The venturi scrubber used in the test has a maximum gas flow rate of 50 to 80 m / s at the throat and a liquid-gas ratio (absorbed liquid spray amount [kg] / standard state converted gas flow rate [Nm3]) of 0.5 to 2.0 kg / Nm3. The specification was used. The nozzle of the venturi scrubber was a single fluid nozzle, and the spray angle was 80-100 °.
The exhaust gas used for the test was the actual exhaust gas of a marine two-cycle diesel engine. The fuel used was A heavy oil, and the sulfur content in the A heavy oil was 0.71 wt%. The engine speed was 105 rpm, which is the rated speed. Gas property analysis was performed using a gas analyzer PG-250 manufactured by HORIBA, Ltd. NOx was analyzed by atmospheric pressure chemiluminescence, SOx and CO2 were analyzed by a non-dispersive infrared absorption method, and O2 was analyzed by zirconia oxygen. Measurement was performed with a meter.
上記の試験結果から、ベンチュリスクラバは、SOxを大幅に除去することができることが分かる。特に、NOx、CO2及びO2については有意な除去ができないにも関わらず、SOxのみについて除去できるという点は、従来では知られていない新たな知見である。 From the above test results, it can be seen that the venturi scrubber can significantly remove SOx. In particular, the fact that NOx, CO2, and O2 cannot be removed significantly but only SOx can be removed is a new finding that has not been conventionally known.
以上の通り、本実施形態のディーゼルエンジン1を備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
EGR経路に設けられるEGR排気ガス洗浄装置としてベンチュリスクラバ25を採用することとしたので、EGR運転時にEGR経路L3にてPM等の不純物だけでなくSOxをも除去できる。これにより、コンプレッサ5bやエンジン本体3に悪影響を及ぼすことがない。
EGR経路L3にベンチュリスクラバ25を設けることとしたので、ベンチュリスクラバ25によって生じる圧力損失を補う場合であってもEGR経路L3を流れる排気ガス量に応じた容量のEGRブロア27を設ければ足り、エンジン本体3から排出される排気ガスの全量に対してブロアを設ける場合に比べてブロア容量を低減することができる。
また、ベンチュリスクラバ25は、脱硫吸収塔といった一般のスクラバに比べてサイズが小さいので、設置スペースを削減することができる。また、ベンチュリスクラバ25をエンジン本体3の付属設備としてエンジン本体3上に設置することができ、より一層コンパクトにすることができるとともに、船舶としてのエンジン本体3の設置場所の設計を変更しなくて良いメリットがある。
As mentioned above, according to the ship provided with the diesel engine 1 of this embodiment, there exist the following effects.
Since the
Since the
Moreover, since the
排気ガス経路である第2排気経路L2に、硫黄酸化物を除去するための排気ガス洗浄装置が設けられていないので、設置スペースを削減することができる。
また、第2排気経路L2に排気ガス洗浄装置が設けられていなくても、EGR経路L3に設けたベンチュリスクラバ25にてSOxを除去できるので、再循環される排気ガスによってエンジン本体3の吸気経路において、低温部で硫酸となって凝縮することによる、いわゆる硫酸露点腐食を生じることがない。
Since an exhaust gas cleaning device for removing sulfur oxides is not provided in the second exhaust path L2, which is an exhaust gas path, installation space can be reduced.
Further, even if no exhaust gas cleaning device is provided in the second exhaust path L2, SOx can be removed by the
エコノマイザ21の上流側からEGR経路L3を分岐することとしたので、船舶の煙突近傍に配置しているエコノマイザ21の下流側から分岐する場合に比べて、配管の圧損を低減できるため、排気ガスの圧力を高く保ったままベンチュリスクラバ25に排気ガスを導くことができる。これにより、EGRブロア27の負荷を低減させることができ、ベンチュリスクラバ25を効率的に作動させることができる。また、エンジン本体3付近から分岐することができるため、EGR経路L3の配管長さを大幅に短くでき、より一層コンパクトにすることができる。
Since the EGR path L3 is branched from the upstream side of the
[第2実施形態]
次に、本発明の船舶に係る第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、第2排気経路L2に脱硫吸収塔23を備えている点で相違する。その他の共通する構成については、同一符号を用いてその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the ship of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a
第2排気経路L2には、エコノマイザ(排熱回収装置)21と脱硫吸収塔(排気ガス洗浄装置)23が順に接続されている。
脱硫吸収塔23は、例えば充填塔式スクラバとされ、排気ガスに対して水や水溶液等の吸収液を噴霧することによって排気ガス中に含まれているSOxを除去する。なお、後述するが、EGR経路L3に導かれる排気ガスは、脱硫吸収塔23を通過した後に導かれるので、SOxについては十分に除去されており、ベンチュリスクラバ25では主としてPM等の不純物と残存するSOxの除去が行われる。
なお、脱硫吸収塔23は、エンジン本体3の燃料としてSOx規制海域における規制値以上のS分(例えば1.0%以上)の硫黄分を含む燃料が用いられるときに適用される。
An economizer (exhaust heat recovery device) 21 and a desulfurization absorption tower (exhaust gas cleaning device) 23 are sequentially connected to the second exhaust path L2.
The
The
脱硫吸収塔23の下流側には分岐点17’が設けられており、この分岐点17’からEGR経路L3が分岐する。EGR経路L3に、EGR弁19、ベンチュリスクラバ25、EGRブロア27が設けられている点は第1実施形態と同様である。
ベンチュリスクラバ25からの排水は、上述の脱硫吸収塔23と同じ排水処理装置(図示せず)で処理されるようになっている。すなわち、脱硫吸収塔23およびベンチュリスクラバ25からの排水を共通の排水処理装置で処理する。
A
Waste water from the
次に、上記構成のディーゼルエンジン1を備えた船舶の動作について説明する。
船舶が排気ガスのNOx規制が厳格とされている海域(排気ガス規制海域(Emission Control Area;ECA)を航行する際のようにEGRを使用する場合には、EGR弁19を開とする。これにより、エンジン本体3から第1排気経路L1を通りタービン5aへと導かれた排気ガスがエコノマイザ21及び脱硫吸収塔23を通過した後に、分岐点17’で分岐されてEGRシステム7側に流れる。残部の排気ガスは、第2排気経路L2を流れ、図示しない煙突から大気へと放出される。
Next, operation | movement of the ship provided with the diesel engine 1 of the said structure is demonstrated.
When the ship uses EGR, such as when navigating in a sea area where exhaust gas NOx regulations are strict (emission control area (ECA)), the
EGRシステム7を流れる排気ガスは再循環ガスとして、EGR弁19を通りベンチュリスクラバ25を流れる。ベンチュリスクラバ25にて、PM等の不純物と、脱硫吸収塔23にて除去されなかったSOxが除去される。ベンチュリスクラバ25を通過した排気ガスがEGRブロア27へと導かれ、EGRブロア27にて所定圧まで加圧された排気ガスがミキサ39へと導かれる。ミキサ39では、空気と排気ガスが混合され、吸気経路K2を通りコンプレッサ5bの吸込口へと導かれる。コンプレッサ5bで加圧された空気と排気ガスの混合気は、掃気経路K1を通り空気冷却器15へと導かれ、空気冷却器15にて冷却された後に掃気トランク13へと導かれる。
The exhaust gas flowing through the
以上の通り、本実施形態のディーゼルエンジン1を備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
第2排気経路L2に設けられた脱硫吸収塔23に加えて、さらにEGR経路L3にベンチュリスクラバ25を設けることとした。これにより、脱硫吸収塔23にて十分に除去されていないPM等の不純物および残存するSOxをベンチュリスクラバ25にて確実に除去することができる。これにより、コンプレッサ5bやエンジン本体3に悪影響を及ぼすことがない。
また、ベンチュリスクラバ25は、脱硫吸収塔23を通過した後の排気ガス中のPM等の不純物と残存するSOxの除去を主目的としているので、第1実施形態のベンチュリスクラバに比べてさらに小型化が可能となり、また装置に付随するユーティリティの低減が可能となる。
As mentioned above, according to the ship provided with the diesel engine 1 of this embodiment, there exist the following effects.
In addition to the
Further, the
脱硫吸収塔23およびベンチュリスクラバ25からの排水を共通の排水処理装置で処理することとした。これにより、排水処理装置の設置スペースを省略でき効率的に排水処理を行うことができる。
The waste water from the
エコノマイザ21の下流側の分岐点17’から分岐してEGRを行うこととし、EGRを行うか否かに関わらずエコノマイザ21を全量の排気ガスが通過することとしたので、エコノマイザ21による排熱回収が無駄なく有効に行われる。
また、脱硫吸収塔23の下流側の分岐点17’から分岐してEGRを行うこととしたので、EGRを行うか否かに関わらず脱硫吸収塔23を通過するので、EGR率に応じて脱硫吸収塔23を制御する必要がない。
また、全量の排気ガスが脱硫吸収塔23を通過するので、SOx規制海域を船舶が航行する場合でも割高な低S分燃料(例えば硫黄分が1.0%以下)を使用する必要がない。
Since the EGR is performed by branching from the
Further, since the EGR is performed by branching from the
Further, since the entire amount of exhaust gas passes through the
脱硫吸収塔23を通過して冷却された後の排気ガスをEGR弁19およびベンチュリスクラバ25へと導くこととしたので、EGR弁19およびベンチュリスクラバ25の構成部品として耐高温部材を使わなくても良い。さらには、排気ガス温度が低いので排気ガス中に含まれる水蒸気を少なくできるとともに、ミスト径を大きくすることができ、ミストセパレータ25iでのミスト回収率を増大させることができる。これにより、EGRブロア27の翼やコンプレッサ5bの翼の保護ができ、メンテナンス周期を長くできる。
Since the exhaust gas after passing through the
また、過給機5のタービン5aの直後から分岐して排気ガスを再循環するのではなく、脱硫吸収塔23の下流側の分岐点17’から排気ガスの再循環を行うこととし、EGR経路を長くすることとした。これにより、EGR経路L3を排気ガスが流通する間に脱硫吸収塔23から随伴するミストや蒸気を除去することができ、EGRブロア27の翼やコンプレッサ5bの翼の保護ができ、メンテナンス周期をさらに長くできる。
Further, the exhaust gas is not recirculated by branching immediately after the
なお、上述した各実施形態では、EGR経路L3をタービン5aの下流側から分岐する低圧EGRを前提として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、タービン5aの上流側の第1排気経路L1から分岐する高圧EGRとしてもよい。
また、上述した各実施形態では、EGR経路L3の下流側の接続先をコンプレッサ5bの上流側としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、コンプレッサ5bの下流側でかつ空気冷却器15の上流側にEGR経路L3の下流側を接続してもよく、または、空気冷却器15の下流側にEGR経路L3の下流側を接続してもよい。
また、図2に示した第2実施形態では、分岐点17’を脱硫吸収塔23の下流側の位置としたが、エコノマイザ21の上流側としてもよく、また、エコノマイザ21と脱硫吸収塔23との間としてもよい。
In the above-described embodiments, the low-pressure EGR that branches the EGR path L3 from the downstream side of the
Further, in each of the above-described embodiments, the downstream side of the EGR path L3 is the upstream side of the
In the second embodiment shown in FIG. 2, the
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3 エンジン本体(内燃機関本体)
5 過給機
5a タービン
5b コンプレッサ
7 EGRシステム
11 排気静圧管
13 掃気トランク
15 空気冷却器
19 EGR弁
21 エコノマイザ(排熱回収装置)
23 脱硫吸収塔(排気ガス洗浄装置)
25 ベンチュリスクラバ(EGR排気ガス洗浄装置)
27 EGRブロア
L1 第1排気経路
L2 第2排気経路
L3 EGR経路
K1 掃気経路
1 Diesel engine (internal combustion engine)
3 Engine body (Internal combustion engine body)
5
23 Desulfurization absorption tower (exhaust gas cleaning device)
25 Venturi scrubber (EGR exhaust gas cleaning device)
27 EGR blower L1 First exhaust path L2 Second exhaust path L3 EGR path K1 Scavenging path
Claims (8)
該内燃機関本体からの排気ガスによって駆動されるタービン、及び、該タービンに連結されるとともに吸気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、
前記内燃機関本体からの排気ガスが導かれる排気ガス経路と、
前記排気ガス経路の分岐点から分岐され、排気ガスの一部を前記内燃機関本体の吸気経路に導くEGR経路と、
該EGR経路に設けられ、ベンチュリスクラバとされたEGR排気ガス洗浄装置と、
を備えていることを特徴とする船舶。 An internal combustion engine body for ship propulsion,
A turbine driven by exhaust gas from the internal combustion engine body, and a supercharger having a compressor coupled to the turbine and compressing intake air;
An exhaust gas path through which exhaust gas from the internal combustion engine body is guided;
An EGR path branched from a branch point of the exhaust gas path and guiding a part of the exhaust gas to the intake path of the internal combustion engine body;
An EGR exhaust gas cleaning device provided in the EGR path and serving as a venturi scrubber;
A ship characterized by comprising:
前記EGR経路は、該排熱回収装置の上流側から分岐されていることを特徴とする請求項1または2に記載の船舶。 The exhaust gas path is provided with an exhaust heat recovery device that recovers heat from the exhaust gas,
The ship according to claim 1 or 2, wherein the EGR path is branched from an upstream side of the exhaust heat recovery apparatus.
前記排気ガス経路に設けられ、排気ガス中の硫黄酸化物を除去するための排気ガス洗浄装置と、
を備え、
前記EGR経路は、前記排熱回収装置および前記排気ガス洗浄装置の下流側から分岐されることを特徴とする請求項1に記載の船舶。 An exhaust heat recovery device that is provided in the exhaust gas path and recovers heat from the exhaust gas;
An exhaust gas cleaning device provided in the exhaust gas path for removing sulfur oxides in the exhaust gas;
With
The ship according to claim 1, wherein the EGR path is branched from a downstream side of the exhaust heat recovery device and the exhaust gas cleaning device.
前記排気ガス洗浄装置および前記EGR排気ガス洗浄装置からの排水を処理する共通の排水処理装置を備えていることを特徴とする請求項4に記載の船舶。 The exhaust gas cleaning device is a scrubber that sprays water,
The ship according to claim 4, comprising a common waste water treatment device for treating waste water from the exhaust gas cleaning device and the EGR exhaust gas cleaning device.
前記EGR経路は、前記コンプレッサの下流側でかつ前記空気冷却器の上流側に導かれることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の船舶。 An air cooler for cooling the compressed air compressed by the compressor is provided downstream of the compressor,
The ship according to any one of claims 1 to 5, wherein the EGR path is led downstream of the compressor and upstream of the air cooler.
前記EGR経路は、前記空気冷却器の下流側に導かれることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の船舶。
An air cooler for cooling the compressed air compressed by the compressor is provided downstream of the compressor,
The ship according to any one of claims 1 to 5, wherein the EGR path is led to a downstream side of the air cooler.
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