JP3231230U - ディーゼル機関排ガスの新型の低圧選択触媒還元脱窒システム - Google Patents
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Abstract
【課題】浄化効率が高く、構造がコンパクトで、占有面積が小さく、コストが低いディーゼル機関排ガスの低圧選択触媒還元脱窒システムを提供する。【解決手段】低圧選択触媒還元脱窒システム100は、脱窒反応ユニット10、バイパスユニット20、還元剤供給ユニット30及び還元剤計量噴射ユニット40を含み、脱窒反応ユニットは、過給機200の排気側の下流に設置され、バイパスユニットは脱窒反応ユニットとバイパス制御可能に並列設置され、還元剤供給ユニット及び還元剤計量噴射ユニットはディーゼル機関300の排気マニホールド400に還元剤を供給し、還元剤計量噴射ユニットは還元剤供給ユニットによって提供される還元剤を制御可能に排気マニホールドに向けて計量噴射する。【選択図】図1
Description
本考案は、船舶エンジン排ガスの処理技術に関し、特に、ディーゼル機関排ガスの新型の低圧選択触媒還元脱窒システムに関する。
船舶ディーゼル機関の排気ガス中の窒素酸化物(NOx)は、大気汚染物質の重要な構成要素の1つであり、人間や動物の健康に対して比較的直接的な危害がある。IMO Tier III段階規制の実施が開始され、排出規制区域(ECA)が徐々に拡大していくのにつれて、船舶と飛行機の排ガス浄化に適する環境保護工程の研究開発が急務となっている。選択触媒還元脱NOx(SCR)は、現在、広く認められている効果的にNOxを除去する方法の1つであり、近年、火力発電、自動車、船舶などの産業において重要な役割を果たしている。
船舶の分野において、過給機のリアLP−SCRシステムは、ディーゼル機関の変更が小さく、システムのレイアウトが簡単であるなどの特徴があるため、今後、広い実用化が最も期待される舶用SCRの1つとして広く認められている。しかし、ディーゼル機関の排気ガスは、過給機の仕事を受けた後、排気ガスの温度が明らかに低下する(230〜280℃)ため、それはSCRシステムの脱窒性能の発揮に対して大きな課題になっている。なかでも、還元剤が十分に分解できないことが主な難点であり、例えば、通常、熱分解して反応に必要なアンモニア(NH3)を生成するためには、尿素溶液は280℃以上である必要がある。この問題を解決するために、国際上で、エム・アー・エヌ社、斗山社、現代社などの舶用ディーゼル機関メーカーは、様々な方法を開発している。例えば、韓国の斗山社は、アフターバーナーを用いて排気ガスを加熱する方法を開発し(特許文献1)、尿素の熱分解を促進した。韓国の現代社は、過給機のフロントから高温排気ガスの一部を引き出す方法を開発して(特許文献2)、尿素の熱分解を促進した。しかし、これらの方法は、いずれも明らかな欠点がある。例えば、アフターバーナーを用いて加熱する方法は、追加のエネルギー消費が発生すると同時に、システムが複雑で、コストが高い。過給機のフロントから高温排気ガスを引き出す方法は、SCRシステムの制御の難易度が増加し、尿素の分解効果が明らかでない。
本考案は、従来技術の欠点を解消するために、上記の問題を解決できるディーゼル機関排ガスの新型低圧選択触媒還元脱窒システムを提供することを目的とする。
設計原理
本解決手段は、船舶ディーゼル機関の構造と排ガスの排出特徴とを参照して、還元剤噴射ユニットをディーゼル機関過給機のフロント排気マニホールドに集積し、排気マニホールド内の排気ガスの温度が高い(280〜500℃)ため、還元剤の熱分解のためにディーゼル機関排ガスの余熱を十分に利用するとともに、還元剤とディーゼル機関の排気ガスとを十分に混合することを実現できる。
本解決手段は、船舶ディーゼル機関の構造と排ガスの排出特徴とを参照して、還元剤噴射ユニットをディーゼル機関過給機のフロント排気マニホールドに集積し、排気マニホールド内の排気ガスの温度が高い(280〜500℃)ため、還元剤の熱分解のためにディーゼル機関排ガスの余熱を十分に利用するとともに、還元剤とディーゼル機関の排気ガスとを十分に混合することを実現できる。
本考案の目的は、以下の技術的解決手段によって実現される。
本考案のディーゼル機関排ガスの新型の低圧選択触媒還元脱窒システム(100)は、脱窒反応ユニット(10)、バイパスユニット(20)、還元剤供給ユニット(30)及び還元剤計量噴射ユニット(40)を含み、ただし、前記脱窒反応ユニット(10)は過給機(200)の排気側の下流に設置され、前記バイパスユニット(20)は前記脱窒反応ユニット(10)とバイパス制御可能に並列設置され、前記還元剤供給ユニット(30)及び前記還元剤計量噴射ユニット(40)はディーゼル機関(300)の排気マニホールド(400)に還元剤を供給し、前記還元剤計量噴射ユニット(40)は前記還元剤供給ユニット(30)によって提供される還元剤を制御可能に前記排気マニホールド(400)に向けて計量噴射する。
好ましくは、前記脱窒反応ユニット(10)は、脱窒反応器(11)、吸気弁(12)及び排気弁(13)を含み、前記吸気弁(12)、前記脱窒反応器(11)、及び前記排気弁(13)は、この順で前記過給機(200)の下流の排気管(14)に設置される。
好ましくは、前記バイパスユニット(20)は、バイパス弁(21)及びバイパス管(22)を含み、前記バイパス管(22)は、前記吸気弁(12)の上流と前記脱窒反応器(11)の下流との間にバイパスして並列設置される。
好ましくは、前記還元剤供給ユニット(30)は、還元剤タンク(31)及び還元剤ポンプ(32)を含み、前記還元剤計量噴射ユニット(40)は、計量器(41)及び噴射弁(42)を含み、前記還元剤タンク(31)、前記還元剤ポンプ(32)、前記計量器(41)及び前記噴射弁(42)はこの順に接続され、前記噴射弁(42)はコントローラECUの制御下で、前記排気マニホールド(400)に向けて前記還元剤を噴射する。
好ましくは、前記還元剤タンク(31)内の前記還元剤は尿素溶液、アンモニア水のうちの1つ又は組合せである。
従来技術に比べて、本考案の有益な効果は次のとおりである。当該新型LP−SCRシステムは、浄化効率が高く、構造がコンパクトで、占有面積が小さく、コストが低いなどの利点を有する。
本考案の実施例の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下、本考案の実施例の添付図面を参照しながら、本考案の実施例における技術的解決手段について、明確且つ完全に説明する。説明した実施例は、本考案の一部の実施例にすぎず、全ての実施例ではないことは明らかである。本考案の実施例に基づいて、当業者の創造的な働きなしで得られたすべての他の実施例は、いずれも本考案の保護範囲に属する。
図1を参照すると、舶用エンジンの排気と吸気の模式図であり、ディーゼル機関300、排気マニホールド400、過給機200、掃気マニホールド500及び排ガスの低圧選択触媒還元脱窒システム100を含む。
ディーゼル機関排ガスの新型の低圧選択触媒還元脱窒システム100であって、低圧選択触媒還元脱窒システム100は、脱窒反応ユニット10、バイパスユニット20、還元剤供給ユニット30及び還元剤計量噴射ユニット40を含み、ただし、脱窒反応ユニット10は過給機200の排気側の下流に設置され、バイパスユニット20は脱窒反応ユニット10とバイパス制御可能に並列設置され、還元剤供給ユニット30及び還元剤計量噴射ユニット40はディーゼル機関300の排気マニホールド400に還元剤を供給し、還元剤計量噴射ユニット40は還元剤供給ユニット30によって提供される還元剤を制御可能に排気マニホールド400に向けて計量噴射する。
さらに、脱窒反応ユニット10は、脱窒反応器11、吸気弁12及び排気弁13を含み、吸気弁12、脱窒反応器11、及び排気弁13は、この順で過給機200の下流の排気管14に設置される。
さらに、バイパスユニット20は、バイパス弁21及びバイパス管22を含み、バイパス管22は、吸気弁12の上流と脱窒反応器11の下流との間にバイパスして並列設置される。
さらに、還元剤供給ユニット30は、還元剤タンク31及び還元剤ポンプ32を含み、還元剤計量噴射ユニット40は、計量器41及び噴射弁42を含み、還元剤タンク31、還元剤ポンプ32、計量器41及び噴射弁42はこの順に接続され、噴射弁42はコントローラECUの制御下で、排気マニホールド400に向けて還元剤を噴射する。
さらに、還元剤タンク31内の還元剤は尿素溶液、アンモニア水のうちの1つ又は組合せである。
さらに、噴射弁42は、排気マニホールド400に集積される。
ここで、低圧選択触媒還元脱窒システム100は、舶用低速、中速、高速のディーゼル機関のメインエンジン及びディーゼル機関の発電機セットに適用され、ディーゼル機関の出力は200kW〜80000kWをカバーする。
ここで、舶用の新型の前記ディーゼル機関に適用するオイルは軽油(MGO)、舶用燃料油(MDO)、又は重油(HFO)を含むが、これらに限定されない。
動作原理
SCRシステム内の還元剤計量噴射ユニット40の噴射弁42は、ディーゼル機関が過給される前の排気マニホールド400に集積され、脱窒反応器11をディーゼル機関の過給機200に取り付けた後、脱窒反応器1の作業圧は常圧に近似し、ディーゼル機関がTier IIIの運転モードを起動した後、SCRシステムが運転を開始して、還元剤をディーゼル機関の排気マニホールド400内に直接噴射する。排気マニホールド400内に収集されるのは、シリンダー内の燃料油が十分に燃焼した後の排気ガスであるため、その温度が高く(280〜500℃)、噴射で入ってきた還元剤の尿素、アンモニア水又は両者の組合せは、当該高温煙道ガスの作用で充分に熱分解されて、SCR反応に必要なNH3を生成する。生成されたNH3は、高温煙道ガスと十分に混合され、過給機200の仕事を受けてから、脱窒反応器11に入り、触媒の作用で、NH3は排気ガス中のNOxと選択触媒還元反応を行って、N2及びH2Oを生成し、それによりディーゼル機関の排気ガスを浄化するという目的を達成する。
SCRシステム内の還元剤計量噴射ユニット40の噴射弁42は、ディーゼル機関が過給される前の排気マニホールド400に集積され、脱窒反応器11をディーゼル機関の過給機200に取り付けた後、脱窒反応器1の作業圧は常圧に近似し、ディーゼル機関がTier IIIの運転モードを起動した後、SCRシステムが運転を開始して、還元剤をディーゼル機関の排気マニホールド400内に直接噴射する。排気マニホールド400内に収集されるのは、シリンダー内の燃料油が十分に燃焼した後の排気ガスであるため、その温度が高く(280〜500℃)、噴射で入ってきた還元剤の尿素、アンモニア水又は両者の組合せは、当該高温煙道ガスの作用で充分に熱分解されて、SCR反応に必要なNH3を生成する。生成されたNH3は、高温煙道ガスと十分に混合され、過給機200の仕事を受けてから、脱窒反応器11に入り、触媒の作用で、NH3は排気ガス中のNOxと選択触媒還元反応を行って、N2及びH2Oを生成し、それによりディーゼル機関の排気ガスを浄化するという目的を達成する。
テスト検証の実例1
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は203ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は203ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
テスト検証の実例2
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が100%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.95である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は189ppmであり、アンモニアスリップは2ppmと検出された。
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が100%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.95である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は189ppmであり、アンモニアスリップは2ppmと検出された。
テスト検証の実例3
新型LP−SCRシステムをMAN 6L23−30H舶用補助エンジン(定格出力852KW、回転速度720rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替え、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は157ppmであり、アンモニアスリップは2ppmと検出された。
新型LP−SCRシステムをMAN 6L23−30H舶用補助エンジン(定格出力852KW、回転速度720rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替え、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は157ppmであり、アンモニアスリップは2ppmと検出された。
テスト検証の実例4
新型LP−SCRシステムをMAN 6L23−30H舶用中速補助ディーゼル機関(定格出力852KW、回転速度720rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が100%になるとTier III運転モードに切り替え、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.95である場合、、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は174ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
新型LP−SCRシステムをMAN 6L23−30H舶用中速補助ディーゼル機関(定格出力852KW、回転速度720rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が100%になるとTier III運転モードに切り替え、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.95である場合、、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は174ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
テスト検証の実例6
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は舶用ディーゼルオイル(MDO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は224ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は舶用ディーゼルオイル(MDO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。40重量%尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は224ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
テスト検証の実例7
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。20重量%のアンモニア水は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は205ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
新型LP−SCRシステムを6S50−MEC 8.5舶用低速ディーゼル機関(定格出力9960KW、回転速度127rpm)に取り付ける。燃料油は低硫黄油(MGO)である。ディーゼル機関は、負荷が75%になるとTier III運転モードに切り替えた後、新型LP−SCRシステムの運転を開始する。20重量%のアンモニア水は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を受けた後、SCR反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が0.85である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のNOxの濃度は205ppmであり、アンモニアスリップは1ppmと検出された。
最後に留意されたいのは次のとおりである。以上の実施例は、本考案の技術的解決手段を説明するためのものにすぎず、それを限定するものではない。前述の実施例を参照しながら、本考案について詳細に説明したが、当業者であれば、前述の各実施例に記載の技術的解決手段を変更するか、又は技術的特徴の一部に対して等価置換を行ってもよく、これらの変更又は置換に対応する技術的解決手段の本質が本考案の各実施例の技術的解決手段の範囲から逸脱しないことを理解すべきである。
100 低圧選択触媒還元脱窒システム
10 脱窒反応ユニット
11 脱窒反応器
12 吸気弁
13 排気弁
14 排気管
20 バイパスユニット
21 バイパス弁
22 バイパス管
30 還元剤供給ユニット
31 還元剤タンク
32 還元剤ポンプ
40 還元剤計量噴射ユニット
41 計量器
42 噴射弁
200 過給機
300 ディーゼル機関
400 排気マニホールド
10 脱窒反応ユニット
11 脱窒反応器
12 吸気弁
13 排気弁
14 排気管
20 バイパスユニット
21 バイパス弁
22 バイパス管
30 還元剤供給ユニット
31 還元剤タンク
32 還元剤ポンプ
40 還元剤計量噴射ユニット
41 計量器
42 噴射弁
200 過給機
300 ディーゼル機関
400 排気マニホールド
Claims (8)
- ディーゼル機関排ガスの新型の低圧選択触媒還元脱窒システムであって、前記低圧選択触媒還元脱窒システム(100)は、脱窒反応ユニット(10)、バイパスユニット(20)、還元剤供給ユニット(30)及び還元剤計量噴射ユニット(40)を含み、ただし、前記脱窒反応ユニット(10)は過給機(200)の排気側の下流に設置され、前記バイパスユニット(20)は前記脱窒反応ユニット(10)とバイパス制御可能に並列設置され、前記還元剤供給ユニット(30)及び前記還元剤計量噴射ユニット(40)はディーゼル機関(300)の排気マニホールド(400)に還元剤を供給し、前記還元剤計量噴射ユニット(40)は前記還元剤供給ユニット(30)によって提供される前記還元剤を制御可能に前記排気マニホールド(400)に向けて計量噴射することを特徴とするディーゼル機関排ガスの新型の低圧選択触媒還元脱窒システム。
- 前記脱窒反応ユニット(10)は、脱窒反応器(11)、吸気弁(12)及び排気弁(13)を含み、前記吸気弁(12)、前記脱窒反応器(11)、及び前記排気弁(13)は、この順で前記過給機(200)の下流の排気管(14)に設置されることを特徴とする請求項1に記載の低圧選択触媒還元脱窒システム。
- 前記バイパスユニット(20)は、バイパス弁(21)及びバイパス管(22)を含み、前記バイパス管(22)は、前記吸気弁(12)の上流と前記脱窒反応器(11)の下流との間にバイパスして並列設置されることを特徴とする請求項2に記載の低圧選択触媒還元脱窒システム。
- 前記還元剤供給ユニット(30)は、還元剤タンク(31)及び還元剤ポンプ(32)を含み、前記還元剤計量噴射ユニット(40)は、計量器(41)及び噴射弁(42)を含み、前記還元剤タンク(31)、前記還元剤ポンプ(32)、前記計量器(41)及び前記噴射弁(42)はこの順に接続され、前記噴射弁(42)はコントローラECUの制御下で、前記排気マニホールド(400)に向けて前記還元剤を噴射することを特徴とする請求項1に記載の低圧選択触媒還元脱窒システム。
- 前記還元剤タンク(31)内の前記還元剤は尿素溶液、アンモニア水のうちの1つ又は組合せであることを特徴とする請求項4に記載の低圧選択触媒還元脱窒システム。
- 前記噴射弁(42)は、前記排気マニホールド(400)に集積されることを特徴とする請求項4に記載の低圧選択触媒還元脱窒システム。
- 前記低圧選択触媒還元脱窒システム(100)は、舶用低速、中速、高速のディーゼル機関のメインエンジン及びディーゼル機関の発電機セットに適用され、ディーゼル機関の出力は200kW〜80000kWをカバーすることを特徴とする請求項1に記載の低圧選択触媒還元脱窒システム。
- 舶用の新型の前記ディーゼル機関に適用するオイルは軽油、舶用燃料油、又は重油を含むが、これらに限定されないことを特徴とする請求項1に記載の低圧選択触媒還元脱窒システム。
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