JP2014145272A

JP2014145272A - 発電システム

Info

Publication number: JP2014145272A
Application number: JP2013013354A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Matsushita; 智史松下; Yoshiaki Miyawaki; 義明宮脇; Koichi Murakami; 公一村上; Takahisa Tateishi; 貴久立石
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: JP6108847B2

Abstract

【課題】本発明は、発電システムにおいて、パッケージから脱硝触媒までの排気ガス経路を短縮することを課題とする。
【課題を解決するための手段】本発明本発明は、エンジン５および発電機６を共通のパッケージ２０に収納したパッケージ式エンジン発電機２と、前記パッケージから外部に延設された排気ガス経路２７に設けられる脱硝触媒３０ａとを備える。脱硝用還元剤の噴霧装置２９をパッケージ内部の排気ガス経路２７に設け、前記脱硝触媒３０ａを、排気ガス出口から所定寸法以上離間した位置に設け、前記排気ガス出口から延設された排気ガス経路２７Ｂを、前記パッケージ２０の幅寸法Ｗ内で且つ高さ寸法Ｈ内に設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、コージェネレーションシステムに採用される発電システムに係り、具体的には、ガスエンジンによる排気ガスの脱硝経路に脱硝用還元剤の噴霧装置を設ける構造に関する。

従来、ガスエンジンをはじめとする燃焼機器の排気ガスに含有されている窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することを目的とする脱硝システムが公知である（例えば、特許文献１参照）。

かかる脱硝システムは、図５に示すように、例えば、ガスエンジンを覆うパッケージ１００から排気経路１０１がパッケージ１００外に延設され、排気経路１０１の途中に脱硝触媒１０２が介装されている。排気経路１０１におけるパッケージ１００と脱硝触媒１０２との間の領域には、脱硝用還元剤として尿素水の噴射ノズル１０３が介装されている。そして、貯留タンク１０５内の尿素水を、尿素水ポンプ１０６により昇圧した後に、噴射ノズル１０３から排気経路１０１内に噴射（噴霧）する。

特開２０１０−１５８６４１号

特許文献１に記載の脱硝システムにおいて、脱硝触媒１０２で十分な脱硝効果を発揮（脱硝用還元剤と排気ガスの混合を促進して十分還元させる）には、還元剤である尿素水の噴霧位置から脱硝触媒１０２入口までに所定以上（例えば、２ｍ以上）の助走距離Ｌが必要となる。そのため、図５に示すように、燃焼機器のパッケージ１００外の排気経路１０１に尿素水の噴射ノズル１０３を設け、パッケージ１００出口より下流位置で還元剤を噴射する構成では、パッケージ１００から脱硝触媒１０２までの排気ガス経路が長くなる傾向にある。

例えば、パッケージ式発電機を備えるコージェネレーションシステムのように、ガスエンジンにより排出される排気ガスの熱を利用して、補機ユニットに設けたボイラにより蒸気を製造する場合、排気ガス経路をボイラに接続する。この結果、ガスエンジンを覆うパッケージからボイラまでの排気経路が長くなるため、システム全体の設置スペースが大きくなる問題がある。

また、排気ガス経路が長くなった場合、パッケージとボイラとの間隔を可及的に短くするために、排気ガス経路を湾曲させることが考えられる。しかし、かかる場合には、排気ガス経路を湾曲させるため、排気ガス経路がパッケージ幅内や高さ内に収まらない場合があった。

そこで、本発明は、パッケージ式エンジン発電機と脱硝触媒を有する発電システムにおいて、パッケージから脱硝触媒までの排気ガス経路を短縮することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、エンジンおよび発電機を共通のパッケージに収納したパッケージ式エンジン発電機と、前記パッケージから外部に延設された排気ガス経路に設けられる脱硝触媒とを備える発電システムにおいて、脱硝用還元剤の噴霧装置をパッケージ内部の排気ガス経路に設け、前記パッケージの側面に排気ガス出口を設け、前記脱硝触媒を、前記排気ガス出口から所定寸法以上離間した位置に設け、前記排気ガス出口から延設された排気ガス経路を、前記パッケージの幅寸法内で且つ高さ寸法内に設けたことを特徴とする。

前記本発明は、排気ガス経路における脱硝用還元剤の噴霧位置をパッケージ内に設けているので、脱硝用還元剤の噴霧位置から脱硝触媒入口までの助走距離の最初の位置を、パッケージ内部に確保することができる。従って、排気ガス経路のパッケージ内に位置する部分を助走距離部分として含めることが可能となり、パッケージ出口より下流位置で還元剤を噴霧する構成に比し、パッケージ外部の排気路を短くすることができる。

このことは、例えば、パッケージ式発電機を備えるコージェネレーションシステムのように、ガスエンジンにより排出される排気ガスの熱を利用して、蒸気を製造するボイラ等を備えた補機ユニットに設けた場合、ガスエンジンを覆うパッケージからボイラまでの排気経路が短くなるため、システム全体の設置スペースの省スペース化が可能となる。

本発明は、排気ガス経路における脱硝用還元剤の噴霧位置をパッケージ内に設けているので、発電機のパッケージから脱硝触媒入口までの排気ガス経路を短くすることができ、パッケージ式エンジン発電機のパッケージ幅内や高さ内に容易に納めることができる。

本発明の一実施形態に係る発電システムの全体概略を示す一部断面を含む正面図である。発電システムの全体概略を示す一部破断を含む平面図である。パッケージの内部の要部を示す斜視図である。脱硝装置のフロー図である。従来例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図４は、本発明の一実施形態を示す。

本発明の一実施形態に係る発電システムについて説明する。図１は発電システムの全体概略を示す一部断面を含む正面図、図２は発電システムの全体概略を示す一部破断を含む平面図、図３はパッケージの内部の要部を示す斜視図である。

本実施形態の発電機システム１は、パッケージ式エンジン発電機２と補機ユニット３とから主構成されている。

パッケージ式エンジン発電機２は、図１および図２に示すように、床台２０ａ上に設置されパッケージ２０を備えている。パッケージ２０は、前面壁２１、背面壁２２、パッケージ長手方向の両側壁２３、２４および天井壁２５から構成されている。

パッケージ２０内には、ガスエンジン５、発電機６、システム操作ユニット７、高圧盤８、換気ファン１０、消臭触媒１２、潤滑油タンク１３等の関連機器類が、適宜配置されている。そして、パッケージ２０でガスエンジン５および発電機６等の関連機器類を被覆することにより、関連機器類を雨水から保護するとともに、これら関連機器類の防音効果も有している。

発電機６は、ガスエンジン５の駆動を動力として電力を発生させる装置で、ガスエンジン５に対してパッケージ２０の長手方向に配置されている。

システム操作ユニット７は、ガスエンジン５及び発電機６をそれぞれ制御する電子制御装置や発電機用の計器類（電圧計、電流計及び電圧調整器等）を備えている。ガスエンジン５の下方には、ガスエンジン１５に供給される潤滑油が貯留された潤滑油タンク１３が設けられている。

パッケージ２０の長手方向の一端側（図１および図２における左右方向の右側）の上部には、複数個の換気ファン１０が配置されている。換気ファン１０により、パッケージ２０の天井壁２５に形成された吸気口２５ａから外気（空気）をパッケージ２０内に取り入れる構成になっている。天井壁２５の左右方向の左側には、換気口２５ｂが形成されている。吸気口２５ａからパッケージ２０内に取り入れられた空気は、換気口２５ｂを介して排出されるようになっている。

排気ガス系関連機器としての消臭触媒１２の入口側は、排気管２６を介してエンジン排気口に接続されている。消臭触媒１２の出口側には、排気管２７がパッケージ２０の他方側の側壁２３に向けて延設されている。排気管２７は、内側配管２７Ａと外側配管２７Ｂとから構成されている。内側配管２７Ａの一端は、消臭触媒１２を介してガスエンジン５の排気側に接続されている。内側配管２７Ａの他端は、側壁２３に形成された排気ガス出口２３ａに接続されたフランジ２８ａが設けられている。

内側配管２７Ａには、脱硝用還元剤としての尿素水を内側配管２７Ａ内に噴霧するための噴霧装置としてのスプレーノズル２９が設けられている。スプレーノズル２９は、パッケージ２０内に設けられている。

外側配管２７Ｂは、その一端に設けられたフランジ２８ｂが、内側配管２７Ａのフランジ２８ａに図示省略のボルトで締結固定されており、側壁２３から外部に延設された状態となっている。

補機ユニット３は、パッケージ式エンジン発電機２の他端側に配置され、床台３ａと、脱硝触媒ユニット３０と、脱硝装置３１と、ボイラ装置（または熱交換器）３２とを備えている。

脱硝触媒ユニット３０は、床台３ａ上で且つパッケージ式エンジン発電機２と所定の間隔を有して立設された脱硝触媒架台３４に取付けられている。脱硝触媒ユニット３０は、脱硝触媒３０ａが内蔵されているとともに、外側配管２７Ｂの他端が接続されている。そして、脱硝触媒ユニット３０とガスエンジン５間には、排気管２６、２７により排気経路が構成されている。また、図４に示すように、スプレーノズル２９の位置から脱硝触媒３０ａの入口までの間に、脱硝触媒３０ａで十分な脱硝効果を発揮できるように、所定長さの助走距離Ｌが確保されている。

また、外側配管２７Ｂは、パッケージ２０の幅寸法Ｗ内で且つ高さ寸法Ｈ内に設けられている。ここで、パッケージ２０の高さ寸法Ｈとは、パッケージ２０の垂直方向の寸法を意味する。また、パッケージ２０の幅寸法Ｗとは、パッケージ２０の前面壁２１および背面壁２２の間隔（高さ寸法Ｈに対して直交する方向で且つパッケージ２０の長手方向に対して直交する方向の寸法）を意味する。従って、外側配管２７Ｂは、パッケージ２０の天井壁２５よりも上方に突出することはなく、また、前面壁２１および背面壁２２よりも前後方向に突出することはない。なお、外側配管２７Ｂは、パッケージ２０の幅寸法Ｗ内で且つ高さ寸法Ｈ内に設けられている限りにおいて、必ずしも直線状である必要はなく、湾曲させることも可能である。

脱硝装置３１は、図１に示すように、床台３ａ上で且つパッケージ式エンジン発電機２と脱硝触媒ユニット３０との間に配置されている。脱硝装置３１の高さは、外側配管２７Ｂよりも低く設定されている。従って、脱硝装置３１は、脱硝触媒ユニット３０とパッケージ式エンジン発電機２との間に形成されるスペースに収容することができる。

脱硝装置３１は、図４に示すように、エアコンプレッサ３５、ポンプ（尿素水ポンプ）３７および脱硝装置制御盤３８を備えている。尿素水ポンプ３７は、貯留タンク３９内の尿素水を昇圧し、脱硝用還元剤供給ラインＬ１を介してスプレーノズル２９に供給する。エアコンプレッサ３５による噴霧エアは、噴霧エア供給ラインＬ２を介してスプレーノズル２９に供給される。なお、エアコンプレッサ３５からのエアによるスプレーノズル２９の洗浄ラインＬ３を１点鎖線で示す。

また、補機ユニット３は、ガスエンジン５に燃料ガスを供給する配管と、ガスエンジン５に冷却水を循環させるジャケット冷却水ポンプ等を有する冷却水供給ユニットを備えている。なお、ガス供給配管および冷却水供給ユニットの供給配管が、床台３ａの端面に設けられ、しかも、ガスエンジン５の供給配管が、床台３ａに対向する床台２０ａの端面に設けられている。そして、これら対向する供給配管同士が連結されている。

以上の本実施形態に係る発電機システム１は、エンジン５および発電機６を共通のパッケージ２０に収納したパッケージ式エンジン発電機２と、パッケージ２０から外部に延設された排気ガス経路に設けられる脱硝触媒３０ａとを備え、脱硝用還元剤の噴霧装置（スプレーノズル２９）をパッケージ内部の排気ガス経路に設け、パッケージ２０の側面に排気ガス出口２３ａを設け、脱硝触媒を、排気ガス出口２３ａから所定寸法以上離間した位置に設け、排気ガス出口から延設された排気ガス経路を、前記パッケージ２０の幅寸法Ｗ内で且つ高さ寸法Ｈ内に設けたことを特徴としている。

次に、以上の構成からなる発電機システム１を運転する場合について説明する。

都市ガス等の燃料ガスは、補機ユニット３を介してガスエンジン５へ送られる。ガスエンジン５を駆動させて発電機６を駆動させることにより電力を生成し、生成された電力は、外部電力負荷に供給される。

ガスエンジン５の駆動時には、換気ファン１０が作動し、その吸引力によりパッケージ２０の天井壁２５に形成された吸気口２５ａから外気をパッケージ２０内に取り入れる。その取り入れられた外気は、ガスエンジン５に供給されるとともに、ガスエンジン５等の関連機器類を冷却した後に、換気口２５ｂを介して排出される。

燃焼後のエンジン排気ガスは、消臭触媒１２を通過した後に、排気管２７の内側配管２７Ａに入る。

また、脱硝装置制御盤３８は、コンプレッサ３５および尿素水ポンプ３７を制御しており、貯留タンク３９内の尿素水は、尿素水ポンプ３７により昇圧され、脱硝用還元剤供給ラインＬ１を介してスプレーノズル２９に供給される。また、エアコンプレッサ３５からエアが噴霧エア供給ラインＬ２を介してスプレーノズル２９に供給されるため、スプレーノズル２９から尿素水が内側配管２７Ａ内に噴霧される。内側配管２７Ａ内に噴霧された尿素水は、助走距離Ｌを通過する際に、排気管２７内でアンモニアと二酸化炭素とに分解される。そして、脱硝触媒３０ａの内部においてアンモニアはＮＯｘと化学反応し、ＮＯｘは水蒸気と窒素に分解される。

脱硝触媒ユニット３０を出た水蒸気と窒素を含んだ排気ガスは、ボイラ装置３２に入り、温水や蒸気を生成することができる。温水や蒸気は、給湯や暖房等の熱源に利用される。浄化された排気ガスは、ボイラ装置３２の適宜位置に設けられたボイラ排気出口３２ａを介して排出される。

以上のように、本実施形態は、脱硝用還元剤の噴霧装置（スプレーノズル２９）をパッケージ２０内部の排気ガス経路に設けているため、排気ガス経路のパッケージ２０から延設される部分を短くすることができる。このことは、パッケージ２０の側壁２３と脱硝触媒ユニット３０との距離を短くすることができることとなる。すなわち、パッケージ式エンジン発電機２と補機ユニット３との間の距離を短くすることが可能となり、システム全体の省スペース化が可能となる。

また、本実施形態は、排気管２７をパッケージ２０の高さ寸法Ｈ以内で且つ幅寸法Ｗ以内に設けているため、排気管２７がパッケージ２０の外側に出っ張ることがない。この結果、排気管２７が他の部材と接触したり、ビルの空調等の邪魔となったりするのを防止できるとともに、外から目視できないため、発電機システム１の外観も損なうことがない。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、排気管２７は、内側配管２７Ａと外側配管２７Ｂとを連結した場合を例示したが、一体的のものであってもよく、任意の本数の配管を連結したものであってもよい。

１発電機システム
２パッケージ式エンジン発電機
３補機ユニット
５ガスエンジン
６発電機
２０パッケージ
２３ａ排気ガス出口
２７排気管（排気経路）
２７Ａ内側配管
２７Ｂ外側配管
２９スプレーノズル（噴霧装置）
３０脱硝触媒ユニット
３０ａ脱硝触媒
３１脱硝装置
３２ボイラ装置
Ｈ高さ寸法
Ｗ幅寸法
Ｌ１脱硝用還元剤供給ライン
Ｌ２噴霧エア供給ライン

Claims

エンジンおよび発電機を共通のパッケージに収納したパッケージ式エンジン発電機と、前記パッケージから外部に延設された排気ガス経路に設けられる脱硝触媒とを備える発電システムにおいて、
脱硝用還元剤の噴霧装置をパッケージ内部の排気ガス経路に設け、
前記パッケージの側面に排気ガス出口を設け、
前記脱硝触媒を、前記排気ガス出口から所定寸法以上離間した位置に設け、前記排気ガス出口から延設された排気ガス経路を、前記パッケージの幅寸法内で且つ高さ寸法内に設けたことを特徴とする発電システム。