JP2014163364A - 再循環排ガス浄化装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】排ガス浄化処理における泡対策を施した再循環排ガス浄化装置及び方法を提供する。
【解決手段】内燃機関から排出される排ガス12を再循環する際に、排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、内燃機関から排出される排ガス12を再循環する排ガス再循環ラインL3に介装され、排ガス12中の微粒子を除去するベンチュリー51と、前記ベンチュリー51を通過後の排ガス12を導入する第1の浄化塔52と、第1の浄化塔52内のガス流れ後流側に設けられた加熱手段53と、第1の浄化塔52の加熱手段53を通過した排ガスが排出する第1の浄化塔52の側壁開口52aと連通する第2の浄化塔54と、第2の浄化塔54のガス流れ後流側に設けられた吸収液60を噴霧する噴霧手段56と、噴霧手段56のガス流れ後流側に設けたミスト捕集手段57と、を具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、再循環排ガス浄化装置及び方法に関するものである。
例えば船舶用ディーゼルエンジン等の内燃機関からの排ガスにより回転駆動させる過給機において、動翼や静翼などの燃焼ガスに曝される部分には、煤塵(カーボン)が堆積しやすい。
また、船舶用ディーゼルエンジン排出ガスは、IMO(国際海事機関)規制により燃焼排ガス中の排出規制物質である、例えば窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、PM(微粒子状物質)等の成分を除去する必要がある。
特にPM、SOxは、水または海水液滴を噴霧する噴霧手段を備えた排ガススクラバ等の排ガス浄化装置で除去している。
この排ガススクラバで浄化された浄化排ガスは、過給機のコンプレッサを経由してエンジンの吸気ポート側に導入し、再度燃焼させるエンジンシステムがある(特許文献1)。
ここで使用する排ガススクラバは、まず排ガススクラバの前流側に設けたベンチュリーで、排ガス中のPM、煤等を除去し、その後例えば水酸化ナトリウム等のアルカリ洗浄液を吸収液として用いて噴霧手段で噴霧し、NOx、SOxを吸収除去している。
なお、排ガススクラバ出口にはミストセパレータ等の捕集手段を設置し、排ガスに同伴されるミストを最終的に捕集除去している。
特開2012−180814号公報
しかしながら、排ガススクラバに導入する前に、ベンチュリーでPM、煤等の粒子を除去する際、排ガスの流速が40〜100m/s程度と高速であるので、多量の泡が発生する、という問題がある。
この発生した泡は、泡の中に泡が複層となって形成され、形成された泡は排ガススクラバを通過し、後流側に設置される過給機に搬送され、過給機の性能低下と、損傷トラブルにつながるおそれがある、という問題がある。
この結果、過給機の翼への泡による性能低下を防止する洗浄・除去技術のシステムの確立が切望されている。
本発明は、このような事情に鑑み、排ガス浄化処理における泡対策を施した再循環排ガス浄化装置及び方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、内燃機関から排出される排ガスを再循環する際に、前記排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、前記内燃機関から排出される排ガスを再循環する排ガス再循環ラインに介装され、排ガス中の微粒子を除去するベンチュリーと、前記ベンチュリーを通過後の排ガスを導入する第1の浄化塔と、前記第1の浄化塔内のガス流れ後流側に設けられた加熱手段と、前記第1の浄化塔の前記加熱手段を通過した排ガスが排出する第1の浄化塔の側壁開口と連通する第2の浄化塔と、前記第2の浄化塔のガス流れ後流側に設けられた吸収液を噴霧する噴霧手段と、を具備することを特徴とする再循環排ガス浄化装置にある。
第2の発明は、第1の発明において、前記加熱手段に排ガスの一部を用いることを特徴とする再循環排ガス浄化装置にある。
第3の発明は、第1の発明において、前記吸収液を循環する循環ラインに設けられ、前記吸収液を冷却する冷却器を有することを特徴とする再循環排ガス浄化装置にある。
第4の発明は、第1乃至3のいずれか一つの再循環排ガス浄化装置を用い、前記ベンチュリー通過後の排ガス中に同伴される泡を前記加熱手段と接触させて破泡し、排ガス中の同伴泡を除去することを特徴とする再循環排ガス浄化方法にある。
第5の発明は、第4の発明において、前記泡の破泡により、泡中の微粒子、煤に含まれた燃料未燃分を排ガス中に移行させ、再循環排ガスと共に、内燃機関側に導入することを特徴とする再循環排ガス浄化方法にある。
本発明によれば、第1の浄化塔内に加熱手段を設置することで、排ガス中の泡が加熱手段と接触することで破泡し、排ガスと同伴して後流側に流れるのを防止する。
これにより、排ガス浄化装置から後流側の過給機に搬送されることを防止し、過給機の性能低下と、損傷トラブルを防ぐことができる。また、泡に含まれるPM煤が洗浄液内に落下し、洗浄手段内で捕集され、外部に排出することができる。
図1は、実施例1に係る再循環排ガス浄化装置の概略図である。 図2は、第1の浄化塔内の加熱手段の概略図である。 図3は、他の第1の浄化塔内の加熱手段の概略図である。 図4は、実施例1に係る再循環排ガス浄化装置を備えた内燃機関を示した概略図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図4は、実施例1に係る再循環排ガス浄化装置を備えた内燃機関を示した概略図である。図1は、実施例1に係る再循環排ガス浄化装置の概略図である。図2は、第1の浄化塔内の加熱手段の概略図である。図3は、他の第1の浄化塔内の加熱手段の概略図である。
図1に示すように、本実施例に係る再循環排ガス浄化装置である排ガススクラバ50は、内燃機関から排出される排ガス12を再循環する際に、排ガス12を浄化する排ガス浄化装置であって、内燃機関から排出される排ガス12を再循環する排ガス再循環ラインL3に介装され、排ガス12中の微粒子を除去するベンチュリー51と、ベンチュリー51を通過後の排ガス12を導入する第1の浄化塔52と、第1の浄化塔52内のガス流れ後流側に設けられた加熱手段53と、第1の浄化塔52の加熱手段53を通過した排ガスが排出する第1の浄化塔52の側壁開口52aと連通する第2の浄化塔54と、第2の浄化塔54のガス流れ後流側に設けられた吸収液60を噴霧する噴霧手段56と、前記噴霧手段56のガス流れ後流側に設けたミスト捕集手段57と、を具備するものである。
本実施例では、第1の浄化塔52内に加熱手段53を設置することで、排ガス12中の泡71が加熱手段53と接触することで破泡し、排ガス12と同伴して後流側に流れるのを防止する。これにより、排ガススクラバ50から後流側の過給機13に搬送されることを防止し、過給機13の性能低下と、損傷トラブルを防ぐことができる。
ここで、本実施例の排ガス浄化装置を備えた内燃機関について説明する。
図4は、例えば船舶内に、排ガススクラバ50を備え、船舶推進用の主機とされたディーゼルエンジン11と、ディーゼルエンジン11の排ガス12によって駆動される排気ターボ式の過給機13とを備えている。
ディーゼルエンジン11は、例えば舶用2サイクルエンジンとされており、下方から給気して上方へ排気するように一方向に掃気されるユニフロー型が採用されている。ディーゼルエンジン11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または間接的に接続されている。ディーゼルエンジン11の各気筒のシリンダ部11a(なお、図4では、1気筒のみを示している。)の排気ポートは排ガス集合管としての排気マニホールド11bに接続されている。排気マニホールド11bは、第1排ガスラインL1を介して、過給機13のタービン部13aの入口側と接続されている。なお、図1において、符号11cは排気弁、符号11dはピストンである。
一方、各シリンダ部11aの掃気ポートは掃気トランク11fに接続されており、掃気トランク11fは、掃気ライン(燃焼用空気供給経路)L5を介して、過給機13のコンプレッサ部13cと接続されている。また、掃気ラインL5には空気冷却器(インタークーラ)11gが設置されている。
過給機13は、タービン部13aと、コンプレッサ部13cとを備えており、タービン部13a及びコンプレッサ部13cは、回転軸13bによって同軸にて連結されている。タービン部13aは、ディーゼルエンジン11からの排気ガス12によって駆動され、タービン部13aにて得られたタービン仕事は回転軸13bを介してコンプレッサ部13cに伝達される。コンプレッサ部13cは、外気(空気)17及び排ガススクラバ50から導かれる再循環排ガスである浄化排ガス16を吸い込み所定掃気圧まで昇圧する。
タービン部13aにてタービン仕事を与えた後の排ガス12は、第2排ガスラインL2へと流出する。排ガス12は、第2排ガスラインL2を通り、図示しない煙突から大気へと放出される。
第2排ガスラインL2には、一部の排ガス12aを分岐させてディーゼルエンジン11側へ戻す排ガス再循環(EGR)を行う排ガス再循環ラインL3が設けられている。排ガス再循環ラインL3は、第2排ガスラインL2の分岐点28と、排ガススクラバ50の入口部とを接続する。排ガス再循環経路L3の分岐点28の下流側には、排ガス循環量を調整するための排ガス再循環用調整弁29が設けられている。
タービン部13aは、排ガス12を受けて回転するタービンディスク及びタービン翼から構成されており、タービンケーシング14aで覆われている。タービンケーシング14aは、排ガス集合管(図示せず)から排ガス12が導かれるタービンケーシング入口と、タービン翼を通過した排ガス12をタービン外へと導くタービンケーシング出口とを有している。
コンプレッサ部13cは、圧縮機ケーシング14bと、回転駆動されることで空気17及び浄化排ガス16を圧縮するインペラとを有している。圧縮機ケーシング14bは、インペラを覆うように設けられている。圧縮機ケーシング14bは、サイレンサを介して外部からの空気を取り入れる圧縮機ケーシング入口(吸込み口)と、インペラが圧縮した空気を排出する圧縮機ケーシング出口とを有している。
回転軸13bの一端はタービン部13aのタービンディスクに接続され、他端はコンプレッサ部13cのインペラに接続されている。よって、タービンディスクが回転駆動することにより、インペラも回転駆動し、空気17を圧縮することができる。
なお、圧縮された圧縮浄化ガス18は、掃気ラインL5に介装された空気冷却器11gを介して、エンジン11の掃気トランク11f側に供給される。
ここで、排ガス再循環ラインL3に介装される排ガススクラバ50について説明する。
先ず、図1に示すように、排ガススクラバ50の前流側に設置したベンチュリー51には、補給水70が導入されると共に、第1の浄化塔52の底部52bに溜まった吸収液60を一部導入している。
そして、ベンチュリー51に流速が40〜100m/sの排ガス12を導入することで、PM、煤等の粒子を、ガス側から循環水側に移行させるようにしている。
この除去する際、排ガス12が高速であるので、多量の泡71が発生し、排ガス12に同伴されて、第1の浄化塔52内に導入される。
ここで発生する泡71は嵩密度が0.05〜0.1g/Cm3の軽い泡であり、この軽い泡は、吸収液60の表面に滞留・堆積して、排ガス12のガス流れに運ばれ、同伴されて、下流に飛散する。
本実施例では、第1の浄化塔52の排ガス12のガス流れ後流側(第1の浄化塔52の頂部側)に、加熱手段53が設けられている。この加熱手段53は、高温の排ガス12の熱を用いるものである。そして、ベンチュリー51に導入する前の一部を分岐ラインL11により分岐導入し、加熱手段53を通過した後再度ベンチュリー51に戻している。
循環する吸収液60は、循環ライン61に介装された循環ポンプ62により第1の浄化塔52の底部52bから、冷却器63の冷却水63aにより冷却されて、噴霧手段56へ供給して、ここから第2の浄化塔54内部に噴霧している。
そして、排ガススクラバ50において、ベンチュリー51を通過した排ガス12を第1の浄化塔52内に導入し、上昇する際に加熱手段(約200℃)53と接触することで、排ガス12中の泡71を破泡させる。そして、破泡した泡破泡物は第1の浄化塔52の底部52bの吸収液溜内に落下する。
次いで、泡71が除去された排ガス12は、第1の浄化塔52の側壁開口52aにおいて連通する第2の浄化塔54内に導入され、噴霧する吸収液60により、排ガス中のPMを除去すると共に、NOx、SOxを吸収除去している。
この吸収液60の噴霧により浄化された排ガス12は、さらにスクラバ出口に設けたミストセパレータ等のミスト捕集手段57により、排ガス12に同伴されるミストを最終的に捕集除去し、浄化排ガス16として、浄化排ガスラインL4に導入している。
また、排ガススクラバ50の上端側に排ガス冷却器を設置するようにしてもよい。
ここで、破泡物質である煤は多孔質であるので、燃料の未燃焼分を含んでいる。
よって、泡71を破泡させることにより、泡71に含まれていた煤が外気に触れ、煤に含まれる未燃焼燃料が排ガス中に移行される。そして、排ガススクラバ50を通過して、過給機13において、エンジン燃焼用の空気と共に圧縮して内燃機関に供給することで、未燃焼分の燃料を燃やすことができる。
すなわち、泡のまま排出水として外部に排出する場合には、未燃焼分の燃料を外洋に排出することとなるが、破泡することで、これを阻止し、再利用することができる。
第1の浄化塔52内に設置する加熱手段53としては、図2に示すように、蛇行するチューブを設置してもよい。
ここで、チューブの直径Dは、例えば10mm〜20mmとし、チューブ同士の間隔dは、例えば20mm〜30mm程度とすればよい。
また、図3に示すように渦巻き状のチューブを設置するようにしてもよい。
このチューブの内部に排ガス12を導入することで、チューブ同士の間(例えばd:20mm〜30mm)を通過する排ガス12中の泡71を接触させ、破泡するようにしている。なお、チューブの形状はこれらに限定されるものではない。
以上より、第1の浄化塔52内に加熱手段53を設置することで、排ガス12中の泡71が加熱手段と接触することで破泡し、排ガス12と同伴して後流側に流れるのを防止する。
これにより、排ガススクラバ50から後流側の過給機13に搬送されることを防止し、過給機13の性能低下と、損傷トラブルを防ぐことができる。
泡71に含まれるPM煤が洗浄液内に落下し、洗浄手段内で捕集され、外部に排出することができる。
なお、排ガススクラバ50を通過した浄化排ガス16は、混合チャンバ31へと導かれる。混合チャンバ31は、過給機13のコンプレッサ部13cの上流側に設けられており、排ガススクラバ50から導かれた浄化排ガス16と外気17とが混合されるようになっている。
次に、再循環排ガス浄化装置を備えた舶用のディーゼルエンジン11の運用方法について説明する。
ディーゼルエンジン11から排出された排ガス12は、排気マニホールド11bから第1排ガスラインL1を介して過給機13のタービン部13aへと導かれる。タービン部13aでは、排ガスエネルギーを得て回転させられ、コンプレッサ部13cを回転させる。コンプレッサ部13cでは、吸入した空気(外気)17及び再循環した浄化排ガス16を圧縮して空気冷却器11gを介してディーゼルエンジン11の掃気トランク11fへと送る。
例えば、排ガスNOx規制が厳格な海域を航行する場合には、所定のNOx値以下の排ガスとなるように排ガス再循環を行う。この場合、図示しない制御部の指令によって、排ガス再循環用調整弁29を開として所定開度に設定する。
排ガス再循環用調整弁29を開とすることにより、所定量の排ガス12が第2排ガスラインL2から分岐され、排ガス再循環ラインL3を通り、排ガススクラバ50へと導かれる。
排ガススクラバ50では、ベンチュリー51で発生した泡71を、第1の浄化塔52内に設置した加熱手段53により破泡して、除去し、その後第2の浄化塔54内で吸収液60を上方から噴霧手段56により散布することによって気液接触させ、排ガス中のPMおよびSOxを吸収して除去する。
排ガススクラバ50によって処理された浄化排ガス16は、浄化排ガスラインL4を通り、その後混合チャンバ31へと導かれる。混合チャンバ31にて、浄化排ガス16と外気17とが混合され、過給機13のコンプレッサ部13cへと導かれる。コンプレッサ部13cにて圧縮された混合流体の圧縮浄化ガス18は、空気冷却器11gにて冷却された後に、掃気トランク11fへと導かれる。
以上より、排ガススクラバ50の前流側に設置したベンチュリー51で発生した泡を除去するので、後流側に設置される過給機13に搬送されることが防止され、過給機の性能低下や損傷トラブルが発生することを防止できる。
11 ディーゼルエンジン
12 排ガス
13 過給機
13a タービン部
13c コンプレッサ部
16 浄化排ガス
17 空気
18 圧縮浄化ガス
50 排ガススクラバ
51 ベンチュリー
52 第1の浄化塔
53 加熱手段
54 第2の浄化塔
55 吸収液
56 噴霧手段
57 ミスト捕集手段
71 泡

Claims (5)

  1. 内燃機関から排出される排ガスを再循環する際に、前記排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
    前記内燃機関から排出される排ガスを再循環する排ガス再循環ラインに介装され、排ガス中の微粒子を除去するベンチュリーと、
    前記ベンチュリーを通過後の排ガスを導入する第1の浄化塔と、
    前記第1の浄化塔内のガス流れ後流側に設けられた加熱手段と、
    前記第1の浄化塔の前記加熱手段を通過した排ガスが排出する第1の浄化塔の側壁開口と連通する第2の浄化塔と、
    前記第2の浄化塔のガス流れ後流側に設けられた吸収液を噴霧する噴霧手段と、を具備することを特徴とする再循環排ガス浄化装置。
  2. 請求項1において、
    前記加熱手段に排ガスの一部を用いることを特徴とする再循環排ガス浄化装置。
  3. 請求項1において、
    前記吸収液を循環する循環ラインに設けられ、前記吸収液を冷却する冷却器を有することを特徴とする再循環排ガス浄化装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一つの再循環排ガス浄化装置を用い、
    前記ベンチュリー通過後の排ガス中に同伴される泡を前記加熱手段と接触させて破泡し、排ガス中の同伴泡を除去することを特徴とする再循環排ガス浄化方法。
  5. 請求項4において、
    前記泡の破泡により、泡中の微粒子、煤に含まれた燃料未燃分を排ガス中に移行させ、再循環排ガスと共に、内燃機関側に導入することを特徴とする再循環排ガス浄化方法。
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