JP2020122391A - 排気ガス洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気再循環手段を備えた船舶において、水処理ユニットを小型化し、設備費用と消費電力を抑制することの可能な排気ガス洗浄システムを提供する。【解決手段】主機関１から排出される排気ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として再循環させる排気再循環手段を備えた船舶の排気ガス洗浄システムであって、排気ガスを水により洗浄する洗浄装置１１と、洗浄装置で使用された水を貯蔵する貯蔵タンク１４と、貯蔵タンク１４に貯蔵された水に含まれる有害物質を分離処理する処理装置２１，２２，２３とを備え、洗浄装置１１及び処理装置２１，２２，２３を別々に稼働可能にした。【選択図】図１

Description

本発明は、船舶の主機関から排出される排気ガスを洗浄する排気ガス洗浄システムに関するものである。

従来、船舶の主機関（ディーゼルエンジン）から排出される排気ガス中のＮＯ_Ｘを低減する方法として、排気再循環（ＥＧＲ）がある。排気再循環は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として再循環させるものであり、燃焼用混合ガスの酸素濃度の低下により燃焼温度が低下して、ＮＯ_Ｘの発生が抑制されるものである。例えば、北米や欧州におけるＮＯ_Ｘ排出規制海域においては、ＥＧＲ運転により航行する必要がある。

一方、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、煤やＳＯ_Ｘ等の有害物質が含まれている。そのため、排気再循環においては、排出された排気ガスを洗浄して有害物質を除去した後にディーゼルエンジンへと戻すようにした、排気ガス洗浄システムが用いられている。

図４は、従来例に係る排気ガス洗浄システムを示す構成図である。太線矢印（実線）は排気ガスの流れを示し、太線矢印（破線）は空気の流れを示し、細線矢印は洗浄用の水及び分離されたスラッジの流れを示している。主機関１から排気レシーバー２に向けて排出された排気ガスによりターボチャージャー３が回転し、空気が取り込まれて圧縮され、エアクーラー＆ミストキャッチャー４により冷却・水分除去された後、掃気管５に入っていく。また、排気ガスのうち一部は、洗浄装置１０１により洗浄され、ＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１０２により冷却・水分除去された後、掃気管５に入っていく。そして、取り込まれた空気と洗浄された排気ガスとの混合ガスが掃気管５から主機関１に供給されるようになっている。

洗浄装置１０１は、スクラバー、プレスクラバー、プレスプレー等と称される、排気ガスに対して水を噴射して洗浄する装置である。また、ＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１０２は、排気ガス及び排気ガスを洗浄した水を冷却するＥＧＲクーラーと、排気ガス中の水分を除去するミストキャッチャーとからなる装置である。ＥＧＲクーラーはチューブ式の間接熱交換器であり、チューブの中を冷却清水が通り、チューブの外側を排気ガス及び排気ガスを洗浄した水が通るようになっている。また、ＥＧＲクーラー（手前側）にも、洗浄装置１０１と同様に洗浄用の水を噴射する機構が設置されている。そのため、洗浄装置１０１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１０２で洗浄用に使用された水には煤等の有害物質が含まれている。船舶においては水（清水）が特に貴重であるため、使用後の水から煤等の有害物質を分離処理した後、再び洗浄装置１０１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１０２に供給されるようになっている。

洗浄装置１０１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１０２で使用された洗浄用の水は、レシービングタンクユニット１０３に排出された後、一部（例えば７０％）はそのまま再供給され、一部（例えば３０％）は有害物質を分離処理された後に再供給される。そして、供給される水の有害物質濃度が一定の基準以下になるようにしている。

レシービングタンクユニット１０３からバッファータンク１０４へと送られた水は、水処理装置（遠心分離機）１０５により有害物質が分離され、さらに中和剤（ＮａＯＨ）１０７による化学処理（中和）がされた後、再供給される。水処理装置（遠心分離機）１０５により分離されたスラッジは、ダーティーウォータータンク１０６に貯められて寄港時に陸揚げされる。

図４中の符号１００は、ＥＧＲ運転中の排気ガス洗浄システムの稼働範囲を示すものである。すなわち、ＥＧＲ運転中においては、洗浄装置１０１、ＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１０２、レシービングタンクユニット１０３、バッファータンク１０４、水処理装置（遠心分離機）１０５、ダーティーウォータータンク１０６、中和剤（ＮａＯＨ）１０７のすべてが同時に機能し、排気ガスを洗浄しながら同時に汚れた水の処理を行うようになっている。

一方、特許文献１には、ガス洗浄スクラバーからの排水を、遠心分離部、油除去部、中和部により処理して、必要に応じてリサイクル利用するようにした、排水処理装置に関する発明が記載されている。また、特許文献２及び特許文献３には、排ガス冷却用エアクーラーのドレン水をスクラバーに供給するように構成した、排ガス処理装置に関する発明が記載されている。

特開２００４−０８１９３３号公報 特開２０１５−１３２１７９号公報 特開２０１６−１６８５７３号公報

しかしながら、図４に示す従来の排気ガス洗浄システムは、排気ガスを洗浄しながら、同時に汚れた水をすべて処理するようになっているので、大型の水処理ユニットが必要で設備費用と消費電力が大きくなっていた。

また、特許文献１乃至引用文献３に記載された発明においても、排気ガスの洗浄と汚れた水の処理をすべて同時に行うようになっている。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、排気再循環手段を備えた船舶において、水処理ユニットを小型化し、設備費用と消費電力を抑制することの可能な排気ガス洗浄システムを提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の排気ガス洗浄システムは、主機関から排出される排気ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として再循環させる排気再循環手段を備えた船舶の排気ガス洗浄システムであって、前記排気ガスを水により洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置で使用された水を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに貯蔵された水に含まれる有害物質を分離処理する処理装置とを備え、前記洗浄装置及び前記処理装置を別々に稼働可能にしたことを特徴とする。

また好ましくは、排気再循環運転中に前記洗浄装置を稼働し、排気再循環停止中に前記処理装置を稼働させることを特徴とする。

また好ましくは、前記処理装置で処理した水を第２の貯蔵タンクに貯蔵することを特徴とする。

本発明の排気ガス洗浄システムは、主機関から排出される排気ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として再循環させる排気再循環手段を備えた船舶の排気ガス洗浄システムである。そして、排気ガスを水により洗浄する洗浄装置と、洗浄装置で使用された水を貯蔵する貯蔵タンクと、貯蔵タンクに貯蔵された水に含まれる有害物質を分離処理する処理装置とを備えており、貯蔵タンクを間に配置することで洗浄装置及び処理装置を分けて構成して、各々を別々に稼働させることができる。従って、排気ガスの洗浄で汚れた水の処理を航行状況等に合わせて効率的に行うことができるので、水処理ユニットを小型化し、設備費用と消費電力を抑制することができる。

また、排気再循環運転中に洗浄装置を稼働し、排気再循環停止中に処理装置を稼働させるようにした場合には、排気ガスの洗浄で汚れた水の処理を航行海域の規制等に合わせて、より効率的に行うことができる。

また、処理装置で処理した水を第２の貯蔵タンクに貯蔵するようにした場合には、２つの貯蔵タンクを切り替えるか、あるいは中身を移し替えることで、より効率的に水の処理を行うことができる。

以上、本発明によれば、排気再循環手段を備えた船舶において、水処理ユニットを小型化し、設備費用と消費電力を抑制することの可能な排気ガス洗浄システムを提供することができる。

本発明の実施形態１に係る排気ガス洗浄システムの構成図である。 本発明の実施形態２に係る排気ガス洗浄システムの構成図である。 本発明の実施形態３に係る排気ガス洗浄システムの構成図である。 従来例に係る排気ガス洗浄システムの構成図である。

次に、図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態に係る排気ガス洗浄システムについて説明する。図１は実施形態１に係る排気ガス洗浄システム、図２は実施形態２に係る排気ガス洗浄システム、図３は実施形態３に係る排気ガス洗浄システムである。太線矢印（実線）は排気ガスの流れを示し、太線矢印（破線）は空気の流れを示し、細線矢印は洗浄用の水及び分離されたスラッジの流れを示している。本実施形態に係る排気ガス洗浄システムは、いずれも主機関から排出される排気ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として再循環させる排気再循環手段を備えた船舶の排気ガス洗浄システムである。まず、各実施形態の共通事項について説明する。

図１乃至図３に示すように、主機関１から排気レシーバー２に向けて排出された排気ガスによりターボチャージャー３が回転し、空気が取り込まれて圧縮され、エアクーラー＆ミストキャッチャー４により冷却・水分除去された後、掃気管５に入っていく。また、排気ガスのうち一部は、洗浄装置１１により洗浄され、ＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２により冷却・水分除去された後、掃気管５に入っていく。そして、取り込まれた空気と洗浄された排気ガスとの混合ガスが掃気管５から主機関１に供給されるようになっている。

洗浄装置１１は、スクラバー、プレスクラバー、プレスプレー等と称される、排気ガスに対して水を噴射して洗浄する装置である。また、ＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２は、排気ガス及び排気ガスを洗浄した水を冷却するＥＧＲクーラーと、排気ガス中の水分を除去するミストキャッチャーとからなる装置である。ＥＧＲクーラーはチューブ式の間接熱交換器であり、チューブの中を冷却清水が通り、チューブの外側を排気ガス及び排気ガスを洗浄した水が通るようになっている。また、ＥＧＲクーラー（手前側）にも、洗浄装置１１と同様に洗浄用の水を噴射する機構が設置されている。そのため、洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２で洗浄用に使用された水には煤等の有害物質が含まれている。船舶においては水（清水）が特に貴重であるため、使用後の水から煤等の有害物質を分離処理した後、再び洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２に供給されるようになっている。なお、供給される前には、中和剤（ＮａＯＨ）１５による化学処理（中和）がなされる。

洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２で使用された洗浄用の水は、レシービングタンクユニット１３に排出された後、一部（例えば７０％）はそのまま再供給され、一部（例えば３０％）は貯蔵タンク１４に貯蔵される。貯蔵タンク１４に貯蔵された水は、電気処理２１、沈殿２２、サイクロン２３の各工程により、煤等の有害物質を分離処理される。沈殿２２及びサイクロン２３により分離されたスラッジは、ダーティーウォータータンク２５に貯められて寄港時に陸揚げされる。

このように、本実施形態に係る排気ガス洗浄装置は、排気ガスを水により洗浄する洗浄装置１１と、洗浄装置１１で使用された水を貯蔵する貯蔵タンク１４と、貯蔵タンク１４に貯蔵された水に含まれる有害物質を分離処理する処理装置（電気処理２１、沈殿２２、サイクロン２３）とを備えており、貯蔵タンク１４を間に配置することで洗浄装置及び処理装置を分けて構成して、洗浄装置と処理装置とを別々に稼働させることができるようになっている。なお、本実施形態では洗浄装置１１で使用される水に加えて、ＥＧＲクーラー（手前側）で使用される水についても同時に有害物質の分離処理を行うにようになっている。ただし、ＥＧＲクーラー（手前側）に洗浄用の水を噴射する機構を設けない構成とすることもできる。

（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１に係る排気ガス洗浄システムは、破線で示す稼働範囲１０と稼働範囲２０とに区分されている。稼働範囲１０は、例えば、北米や欧州におけるＮＯ_Ｘ排出規制海域の航行におけるＥＧＲ運転中に稼働する部分である。ＥＧＲ運転中は、貯蔵タンク１４から洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２に清水が供給され、汚れた水は再び貯蔵タンク１４へと導かれる。貯蔵タンク１４内の有害物質濃度は徐々に高まるが、所定のＥＧＲ運転時間分のタンク容量が確保されている。

一方、稼働範囲２０は、ＮＯ_Ｘ排出規制海域外の航行におけるＥＧＲ停止中に稼働する部分である。ＥＧＲ停止中は、貯蔵タンク１４内の水から、電気処理２１、沈殿２２、サイクロン２３の各工程により、煤等の有害物質が分離処理される。有害物質が分離処理された水は、貯蔵タンク１４とは別の第２貯蔵タンク２４へと導かれて貯蔵される。２つの貯蔵タンク１４，２４は、両方ともＥＧＲ装置に接続されており、次回のＥＧＲ運転中には、符号Ｓで示すように、洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２に水を供給するタンクを、貯蔵タンク１４から第２貯蔵タンク２４へと切り替える。そして、次回のＥＧＲ停止中には、反対に第２貯蔵タンク２４中の水を処理して貯蔵タンク１４へと導いて貯蔵する。このように、ＥＧＲ運転・停止に合わせて、２つの貯蔵タンク１４，２４を切り替えるようになっている。なお、上記のように２つの貯蔵タンク１４，２４の両方をＥＧＲ装置に接続するのではなく、貯蔵タンク１４のみをＥＧＲ装置に接続し、分離処理後に第２の貯蔵タンク２４に貯蔵された水を、貯蔵タンク１４に移し替えるようにしてもよい。

ここで、ＮＯ_Ｘ排出規制海域外の航行は、ＮＯ_Ｘ排出規制海域内の航行と比べて長距離となることが多い。そのため、ＥＧＲ停止中には、水からの有害物質の分離処理を比較的多くの時間をかけて行うことができ、より小型の水処理装置とすることができるので、設備費用と消費電力を抑制することができる。

（実施形態２）
図２に示すように、実施形態２に係る排気ガス洗浄システムは、実施形態１と同様に、破線で示す稼働範囲１０と稼働範囲２０とに区分されている。稼働範囲１０は、例えば、北米や欧州におけるＮＯ_Ｘ排出規制海域の航行におけるＥＧＲ運転中に稼働する部分である。ＥＧＲ運転中は、貯蔵タンク１４から洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２に清水が供給され、汚れた水は再び貯蔵タンク１４へと導かれる。貯蔵タンク１４内の有害物質濃度は徐々に高まるが、所定のＥＧＲ運転時間分のタンク容量が確保されている。

一方、稼働範囲２０は、ＮＯ_Ｘ排出規制海域外の航行におけるＥＧＲ停止中に稼働する部分である。ＥＧＲ停止中は、貯蔵タンク１４内の水から、電気処理２１、沈殿２２、サイクロン２３の各工程により、煤等の有害物質が分離処理される。有害物質が分離処理された水は、実施形態１と異なり、貯蔵タンク１４へと導かれて貯蔵される。そして、次回のＥＧＲ運転中には、貯蔵タンク１４から洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２に水が供給される。

（実施形態３）
図３に示すように、実施形態３に係る排気ガス洗浄システムは、実施形態１及び実施形態２と異なり、稼働範囲は区分されておらず、破線で示す稼働範囲３０となっている。ただし、貯蔵タンク１４を間に配置することで洗浄装置及び処理装置を分けて構成して、洗浄装置と処理装置とを別々に稼働させることができるようになっているので、処理装置による水の処理を必要に応じて行うことができる。

例えば、ＮＯ_Ｘ排出規制海域の航行におけるＥＧＲ運転中には、ＥＧＲ運転可能時間を延長できる分だけ、処理装置側を適宜稼働させて貯蔵タンク１４の水の処理を行い、本格的な処理はＥＧＲ停止中に行うようにすることができる。

本実施形態に係る排気ガス洗浄システムは、主機関１から排出される排気ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として再循環させる排気再循環手段を備えた船舶の排気ガス洗浄システムである。そして、排気ガスを水により洗浄する洗浄装置１１と、洗浄装置１１で使用された水を貯蔵する貯蔵タンク１４と、貯蔵タンク１４に貯蔵された水に含まれる有害物質を分離処理する処理装置２１，２２，２３とを備えており、貯蔵タンク１４を間に配置することで洗浄装置１１及び処理装置２１，２２，２３を分けて構成して、各々を別々に稼働させることができる。従って、排気ガスの洗浄で汚れた水の処理を航行状況等に合わせて効率的に行うことができるので、水処理ユニットを小型化し、設備費用と消費電力を抑制することができる。

また、排気再循環運転中に洗浄装置１１を稼働し、排気再循環停止中に処理装置２１，２２，２３を稼働させるようにした場合には、排気ガスの洗浄で汚れた水の処理を航行海域の規制等に合わせて、より効率的に行うことができる。

また、処理装置２１，２２，２３で処理した水を第２の貯蔵タンク２４に貯蔵するようにした場合には、２つの貯蔵タンク１４，２４を切り替えるか、あるいは中身を移し替えることで、より効率的に水の処理を行うことができる。

このように、本実施形態に係る排気ガス洗浄システムによれば、排気再循環手段を備えた船舶において、水処理ユニットを小型化し、設備費用と消費電力を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態に係る排気ガス洗浄システムについて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。例えば、洗浄装置１１の構成は、水を用いて排気ガスを洗浄するものであれば特に限定されない。

また、処理装置は、電気処理２１、沈殿２２、サイクロン２３に限定されず、他の構成であってもよい。

また、洗浄装置１１及びＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー１２で使用された水のうち、そのまま再供給される割合（本実施形態では７０％）及び有害物質を分離処理される割合（本実施形態では３０％）は特に限定されず、求められる有害物質濃度や必要とされる水の量等の条件に基づいて設定することができる。

１ 主機関
２ 排気レシーバー
３ ターボチャージャー
４ エアクーラー＆ミストキャッチャー
５ 掃気管
１０ 稼働範囲
１１ 洗浄装置
１２ ＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー
１３ レシービングタンクユニット
１４ 貯蔵タンク
１５ 中和剤（ＮａＯＨ）
２０ 稼働範囲
２１ 電気処理
２２ 沈殿
２３ サイクロン
２４ 第２貯蔵タンク
２５ ダーティーウォータータンク
３０ 稼働範囲
１００ 稼働範囲
１０１ 洗浄装置
１０２ ＥＧＲクーラー＆ミストキャッチャー
１０３ レシービングタンクユニット
１０４ バッファータンク
１０５ 水処理装置（遠心分離機）
１０６ ダーティーウォータータンク
１０７ 中和剤（ＮａＯＨ）

Claims (3)

1. 主機関から排出される排気ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として再循環させる排気再循環手段を備えた船舶の排気ガス洗浄システムであって、
   前記排気ガスを水により洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置で使用された水を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに貯蔵された水に含まれる有害物質を分離処理する処理装置とを備え、
   前記洗浄装置及び前記処理装置を別々に稼働可能にしたことを特徴とする排気ガス洗浄システム。
2. 排気再循環運転中に前記洗浄装置を稼働し、排気再循環停止中に前記処理装置を稼働させることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス洗浄システム。
3. 前記処理装置で処理した水を第２の貯蔵タンクに貯蔵することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気ガス洗浄システム。

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