JP2015200230A - 高濃度に硫黄成分を含有する低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
即ち、本願出願人は特許文献1において、図7にその概略を示すように、排気ガス通路121にコロナ放電部122−1と帯電部122−2とからなる放電帯電部122を設けて、コロナ放電された電子129を排気ガスG1中のカーボンを主体とするPM128に帯電させ、同排気ガス通路121に配置した捕集板123で前記帯電したPM128を捕集する方式であって、放電帯電部122における電極針124は排気ガス流の流れ方向長さが短く、かつ捕集板123は排気ガス流の流れ方向に対し直角方向に配設された構成となしたディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置を先に提案している。なお図中、125はシールガス管、126は高圧電源装置、127は排気ガス誘導管である。
なお、ここで「油」とは、原油、重油及び潤滑油を言い、「油性」とは、この意味に従って解釈するものとし、「油性混合物」とは、油を含有する混合物をいう。
即ち、船舶用ディーゼルエンジンにあっては、硫黄成分の含有量の少ない軽油を使用する自動車用ディーゼルエンジンと比較して格段に大きな排気量を有しかつ高濃度に硫黄成分を含有する重油[重油は軽油に対し500〜3500倍程度の硫黄分を含有:JIS K2204:2007「軽油」;0.0010質量%以下、K2205−1990「重油」;0.5〜3.5質量%以下、による]等の低質燃料を使用する大排気量船舶用ディーゼルエンジンに、例えば先の特許文献1に記載の排気ガス浄化装置を用いた場合には、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料中の硫黄成分が排気ガスやEGRガス中にSOFとして含まれるだけでなくサルフェートとなりエンジン構成部品、特に排気関係部品を腐食するという課題を克服する必要があると共に、硫黄成分に基づくSOxが全く捕集できず、さらに連続してエンジン及び排気ガス用電気式処理装置を運転することにより予想される捕集した大量のPMの処理部は開示されていない。
要約(I)技術的背景:
(I)IMOは船舶による汚染に対する規制を強化します
(ア)硫黄酸化物(SOx)(新造船及び既存船両方に適用)
燃料油の硫黄濃度の上限を定める世界的な規制が適用されます。厳格化された規制が排出規制海域に適用されます。上限値は2012年から段階的に変更されます。この規制値に適合するためには、低硫黄燃料の使用や排ガス浄化装置が必要です。
(イ)窒素酸化物(NOx)(新造船のみに適用)
既存の規制要求事項は、出力130KW以上の舶用ディーゼル機関に適用されます。船舶の建造日に応じて異なる規制値が適用されます。排出規制海域を航行する新造船に対して、2016年より厳格化された規制(Tier III)が適用されます。
(ウ)ビルジ水(新造船及び既存船両方に適用)
船外に排出するビルジ水の規制値は15ppmです。
要約(II)水処理技術:
(II)アルファ・ラバルの水処理技術:
(ア)船舶のビルジタンクの油性廃水のみを処理するPureBilgeソリューションは、一段階の高速遠心分離システムによって、化学物質や吸着フィルタ、膜を使用せずに大量の水を浄化し、水中油分は5ppm未満となります。
(イ)IMOが船舶に要求するNOx排出の80パーセント削減を可能にするために、アルファ・ラバルはMANディーゼル社と協力して大型2ストロークディーゼルエンジン用の排気再循環(EGR)システムを開発しました。
(ウ)SOx排出については、アルファ・ラバルが完全な排ガス浄化プロセスを開発しました。現在船上での試験が行われているこのシステムでもアルファ・ラバル分離機を使用して、スクラバーからの汚水を海への排水前に浄化しています。
要約(III)SOx対応技術:
(III)アルファ・ラバルのSOx対応技術:
(フィカリア・シーウェイズ号(デンマーク)=出力21,000kW,MAN B&W2ストロークエンジン)に搭載
(ア)燃料は硫黄含有率2.2パーセントの重油で、排出ガスは、2015年に施行されるIMO(国際海事機関)の要求レベルである硫黄含有率0.1パーセントと同等のレベルまで洗浄除去されています。
(イ)アルファ・ラバルのPureSOxは、海水と清水の双方を状況に応じて使い分ける。
「海水あるいは淡水を苛性ソーダと水溶液を使って主機の排ガスを洗浄します」
●第一段階では、ガス導入部分で水を噴射する事によって排ガスを冷却し、そして排ガス中の煤塵の大半もここで除去されます。
●第二段階では、スクラバタワー内で排ガス中の硫黄酸化物等をさらに洗浄します。排ガス中の水滴の持ち去りや腐食を防止する為に、煙突から排出される前にガス中の水滴はデミスターで除去されます。
●第三段階では、排ガスに残留している硫黄酸化物をさらに浄化します。船舶の煙突から排出する前に、凝縮や腐食を防ぐために、排ガスから小さな水滴が除去されます(排ガスの硫黄分を98%以上除去)。
なお、焼却装置は内蔵された加熱用ヒーター(電気ヒーター等)もしくはバーナーがコントローラにより昇温・加熱制御されてPMが焼却される機能を有するものを用いるのが好ましい。
即ち、特に高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する大排気量で高速及び/又は大流量の排気ガスが排出される舶用ディーゼルエンジンの排気ガス中のPMをESP/C/PDFにて捕集し、捕集したPMを船内で焼却処理することにより、船が港湾設備としてPM処理施設のある港に着くまでサイクロンで捕集したPMの全てを船内に貯蔵しておく必要がなく、よって船内に貯蔵のための大きなスペースを必要としないこと、船室が減少することなく、積み荷を減少させることもないので経費の増大を抑制できること、又、好ましくは、焼却時に発生する燃焼排気ガスを捕集管に還流して再度帯電・付着・凝集・濃縮により確実に捕集すると共に、低濃度排出ガスをPMフリースクラバーにてスクラバー処理することにより大気排出ガスからSOxを確実に除去して環境保全可能なガスとして排出することができること、さらにPMフリースクラバーの処理水は、硫黄成分は高濃度に含有しているが有機溶剤可溶成分をほとんど含有していないので海洋排出が可能であること、等の作用効果を奏する。なお付随的な効果としては、PMを焼却したガスより熱エネルギーを回収することにより船全体としてのエネルギー効率の向上にも寄与し得る技術である。
なお、スクラバー処理水は、排気ガスからSOxは除去するがPMをほとんど除去しないのでSOxは含有するがPMをほとんど含有せずスクラバー処理水の廃棄処理水としての後処理は容易である。又、放電電極1−2は必要に応じ捕集管1−1の内部より絶縁されたステ―(図示せず)により所望間隔を有して支持されている。さらに、この放電電極1−2は外部に設置された高圧電源装置(図示せず)に配線されて制御された高圧電源の供給を受けている。
なお、接線式サイクロン2−1aにて集塵されるPM10は前記接線式サイクロン2−1a下部のコーン状部分直下に設けられた着脱可能なホッパー2−1b内に堆積してゆき、ホッパー容量限界に達した場合は新たなホッパーに順次交換し保管する。図中、8はPM10を貯蔵するストッカーである。
(イ).サイクロン2−1aを通過した細径粒子を含む排ガス流(還流ガス)をエンジンからの排気ガス流へ還流・圧送・混合させて捕集管1−1で再度、放電→粒子の帯電→捕集管内壁面への付着→剥離の繰返しにより大径粒子化させ、高濃度排ガス流として分離しサイクロン2−1aで確実に除去することができる。
(ロ).サイクロン2−1a後の排ガス流を還流させることにより、排出されるガスのPMなどの捕集率を維持もしくは向上、即ち、低濃度排出ガスの清浄度を維持もしくは向上させながら、舶用エンジンにおける主機及び補機の並列運転や単独運転に伴う運転状況の変化やエンジンの負荷率に応じて変化する排気ガス流量に対応して処理能力の異なる各接線式サイクロンを複数台設置することもなく装置全体を小型・コンパクトにできると共に装置の制御もシンプルとなり制御ソフト・装置も単純となり安価で信頼性の高いものとなる。
(ハ).ブロアー14−1aの設置により、例え接線式サイクロン2−1aの排気ガス流の流過抵抗が多少大きくても細径のPM粒子を含有する浄化された排ガス流をスムーズに排ガス導入管1−1aに還流できるのみならず、接線式サイクロン2−1aへの流入接線速度を適正に制御でき同サイクロンでの捕集効率も上昇する。なお、ブロアー14−1aの設置位置は、サイクロン前後の何れの位置でもよく、ブロアー設置位置がサイクロン上流側の場合はサイクロンへの流入接線速度を高く維持して高い捕集率を得易く、他方、サイクロン下流側の場合はブロアー14−1aの吸引抵抗が大きくサージングが多少危惧されるもののファンブレード表面へのPM粒子などの付着が少なくかつガスの温度が低下しているのでブロアー14−1aは耐久性を確保し易い。
(ニ).還流配管14−1、14−2の配管先端部を排ガス導入管1−1a内に突出させ、かつその先端開口部は排気ガス流出方向を指向するように屈曲させて、ブロアー14−1aにて運動エネルギーを付与され昇圧・増速した還流を噴出させることによりエジェクター効果を発揮させ、排ガス導入管1−1aを流れて来る排気ガス流を吸引させることにより排気抵抗を減少させてエンジン効率の上昇をはかることができる。
(ホ).船内でPMを焼却することにより長期にわたる連続航海ができる。
(へ).焼却炉排ガスを捕集管上流に還流することにより焼却炉排ガス内のPMを確実に除去できる。
(ト).PMフリースクラバー11を設けたことにより排出ガスからSOxを除去できる。なお、PMフリースクラバー11の処理水は、硫黄成分は高濃度に含有しているがPMをほとんど含有していないのでスクラバースルーなどの海洋排出が可能であったり、少ない工数及び小型で制御が簡易な処理装置で処理ができる。
即ち、その構成は、図2に示す第2実施例装置と同様に、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を燃料として使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極1−2、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集管1−1を有し、管状捕集管1−1から剥離した粒状物質を分別して捕集するサイクロン方式の分別捕集手段2−1を備え、さらにPM10の低濃度排ガス導出管4にガスと粒子の拡散速度の相違を利用して排気ガスに含まれるSOxは除去するがPMをほとんど除去しないPMフリースクラバー11を設置して大気放出排気ガスからSOxを除去させる構成となし、前記管状捕集管1−1の下流側の内周面付近に設けたPMの高濃度排ガス導出部1−1bからの高濃度排ガス配管5−2に、前記と同様の接線式サイクロン2−1aで構成したサイクロン捕集手段を設け、高濃度排ガス導出部1−1bより排出される高濃度排ガス流を接線式サイクロン2−1aに導入して大径粒子を捕集・処理するとともに、同サイクロンで除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流を還流配管14−1を経由して排ガス導入管1−1aに圧送・還流させる方式となしている。
なお、本実施例装置も前記図2に示す第2実施例装置と同様に、還流配管14−1、14−2の先端部はエジェクター効果を考慮して排ガス導入管1−1a内に突出させ、かつ先端開口部は排気ガス流出方向を指向するように屈曲させる。又、前記PM焼却炉を兼ねたストッカー3´−1は、電気ヒーター3´−1aに代えて、バーナ(図示せず)を用いた焼却炉でもよいことはいうまでもない。
即ち、その構成は、図1に示す第1実施例装置と同様に、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を燃料として使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極1−2、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集管1−1を有し、管状捕集管1−1から剥離した粒状物質を分別して捕集するサイクロン方式の分別捕集手段2−1を備え、さらにPM10の低濃度排ガス導出管4にガスと粒子の拡散速度の相違を利用して排気ガスに含まれるSOxは除去するがPMをほとんど除去しないPMフリースクラバー11を設置して大気放出排気ガスからSOxを除去させる構成となし、前記排ガスの流れ方向における電気集塵部1の下流側に設けられた分別捕集部2は、分別手段としてのサイクロン捕集手段2−1により構成されている。このサイクロン捕集手段2−1は、捕集管1−1の高濃度排ガス導出部1−1bに連通管5−1を介して接続された1台の接線式サイクロン2−1aで構成され、さらに該接線式サイクロン2−1aと前記低濃度排ガス導出管4との間に、接線式サイクロン2−1a通過後の浄化ガスを低濃度排ガス導出管4内を流れる低濃度排ガスに合流させるための排出管6−1を配設し、前記低濃度排ガス導出管4には、接線式サイクロン2−1aへの高濃度排ガス流入量及び流入速度と低濃度排ガス放出量の流量調整を行うための流量制御ダンパ7を設けている。
即ち、その構成は、図2に示す第2実施例装置と同様に、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を燃料として使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極1−2、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集管1−1を有し、管状捕集管1−1から剥離した粒状物質を分別して捕集するサイクロン方式の分別捕集手段2−1を備え、さらにPM10の低濃度排ガス導出管4にガスと粒子の拡散速度の相違を利用して排気ガスに含まれるSOxは除去するがPMをほとんど除去しないPMフリースクラバー11を設置して大気放出排気ガスからSOxを除去させる構成となし、前記管状捕集管1−1の下流側の内周面付近に設けたPMの高濃度排ガス導出部1−1bからの高濃度排ガス配管5−2に、前記と同様の接線式サイクロン2−1aで構成したサイクロン捕集手段を設け、高濃度排ガス導出部1−1bより排出される高濃度排ガス流を接線式サイクロン2−1aに導入して大径粒子を捕集・処理するとともに、同サイクロンで除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流を、還流配管14−1を経由して導入管1−1aに圧送・還流させる方式となしている。
なお、本実施例装置も前記図2に示す第2実施例装置と同様に、還流配管14−1、14−2の先端部はエジェクター効果を考慮して排ガス導入管1−1a内に突出させ、かつ先端開口部は排気ガス流出方向を指向するように屈曲させる。又、前記PM焼却炉を兼ねたストッカー3´−1は、電気ヒーター3´−1aに代えて、バーナ(図示せず)を用いた焼却炉でもよいことはいうまでもない。
1−1 捕集管
1−1a 排ガス導入管
1−1b 高濃度排ガス導出部
1−1c、4−1 シールエアー導入管部
1−2 放電電極
1−2a 主電極
1−2b 電極針
2 分別捕集部
2−1 サイクロン捕集手段
2−1a 接線式サイクロン
2−1b ホッパー
2−1c シャッター
2−1d 切換え弁
2−1e 多数分岐管
3 PM焼却部
3−1 PM焼却炉
3−1a、3´−1a 電気ヒーター
3´−1 PM焼却炉を兼ねたストッカー
3−2 コントローラ
4 低濃度排ガス導出管
5 支持体
5−1、5−3 連通管
5−2 高濃度排ガス配管
6−1 排出管
7 流量制御ダンパ
8 ストッカー
11 PMフリースクラバー
10 PM
12、14−1、14−2、15、16、17 還流配管
12a、14−1a、14−2a、15a、16a、17a ブロアー
20 排気ガス冷却器
Claims (4)
- 高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、エンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は前記管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極と該主電極に間隔配設された放射状に突出する複数の電極とによって構成された電気集塵手段と、低濃度排ガス導出管及び高濃度排ガス導出管と、前記低濃度排ガス導出管に設けたPMフリースクラバーと、前記管状捕集部から剥離した粒状物質を集塵用サイクロンにて分別して捕集する集塵手段を備え、さらに該集塵手段によって集塵したPMを焼却する焼却装置を有し、かつ前記焼却装置で生じる燃焼排ガスを前記捕集部もしくは捕集部上流の排気管に還流する還流配管を前記焼却装置と捕集管上流もしくは前記捕集部上流の排気管の間に配設した構成となしたことを特徴とする、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス処理装置。
- 前記焼却装置からの焼却排ガスを、低濃度排ガス導出管に設けたPMフリースクラバーの上流に還流するよう還流配管を配設することを特徴とする請求項1に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス処理装置。
- 前記集塵用サイクロンからの還流配管と焼却排ガス還流配管を結合させる構成となしたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス処理装置。
- 前記集塵用サイクロン下部をPM保管用ストッカーとし、ストッカーの下部にシャッターを介してPM燃焼装置を一体化させる構成となしたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス処理装置。
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