JP4773800B2

JP4773800B2 - 排ガス中の粒状物質の除去装置

Info

Publication number: JP4773800B2
Application number: JP2005325032A
Authority: JP
Inventors: 博之吉村; 正明石岡; 良憲永井
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: JP2007130556A

Description

本発明は排ガス中の粒状物質の除去装置に係り、特に排ガス流路が直交する交差ペーパーハニカムを用いたフィルタ装置および該フィルタ装置を用いた反応器のコンパクト化を図った、排ガス中の粒状物質除去装置に関するものである。

ディーゼルエンジンは内燃機関の中で最も効率の高いものの1つであり、一定出力当りの二酸化(CO₂)排出量が低い。その上、重油などの低質の燃料を使用できるため経済的にも優れている。このため近年、地球温暖化防止のためエネルギー利用効率の高く、CO₂排出量の低いディーゼルエンジン（DE）を用いた車や定置式の発電設備が見直され、多用される傾向にある。

一方、重質油や軽油を燃料とするディーゼルエンジンは、未燃炭化水素と煤が一体化した粒状物質が多く、公害の元凶になっていることが社会問題になっている。このため、ディーゼルエンジンメーカ及び自動車メーカなど、各方面で粒状物質（PM）の除去に関する研究、開発が進められ、優れた除去性能を有するフィルタや、前置の酸化触媒やフィルタに酸化触媒を担持して、排ガス中の一酸化窒素（NO）を二酸化窒素(NO₂)にして煤を燃焼させ、長期間煤の詰まりを防止できるようにしたPM除去フィルタ（DPF）に関する研究・発明がなされている(非特許文献１）。

そのほか、粒子状物質除去フィルタとして交差型ペーパーハニカムDPFが開発されており、その流路が交互に直交した特長を活かし、一定間隔で一定時間流路を切り替えることにより、PM除去運転（フィルタモード）中に堆積した堆積物（灰・煤）を吹き出し、フィルタの経時的な差圧上昇を抑えることを可能にするPM除去技術などが確立されつつある（特許文献１）。
産業環境管理協会、環境管理 Vol.37、p441-449 特開2005−177733公報

交差ペーパーハニカムDPFは、図３に示すように、波板７と平板８を交互に積層した構造を持っており、図３のaとｂで示す２種類の流路が形成され、流路a及び流路bの出口にバルブ２を設け、該バルブ２を切り替えることでPM除去と堆積物吹き出しが可能となる。しかし、その特長である直交した流路によりフィルタモード（除塵）とパージモード（堆積物吹き出し）の排ガス出口流路が２方向となることから、図４に示すようにDPF装置が比較的大きくなってしまう。

また上記交差ペーパーハニカムDPFを反応器に設置する時には、DE排ガス流入面；1面、フィルタモード流出面；２面、及びパージモード流出面；1面の計４面全てが開くように、ガスリークのないようにシールを施して枠にパッキングしてユニット化したものを反応器に設置するため、隣り合うユニットのフィルタモード流出面間にある程度のスペースが必要となり、これにより反応器が比較的大きくなってしまうなどの問題があった。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、流路が交差する、いわゆる交差ハニカム型フィルタ装置のコンパクト化を図り、反応器全体の小型化を可能にする、排ガス中の粒状物質の除去装置を提供することである。

上記課題点を解決するため、本願で特許請求される発明は以下の通りである。
（１）多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体であって、該直交する側面の互いに隣接する二つの面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成されるフィルタ装置であって、前記排ガス流入経路前方の閉止された面を開放し、該排ガス流入経路を通して該フィルタ装置に堆積した堆積物を排ガスにより吹き出す排ガスのパージ流路と、該パージ流路出口に設けられた前記流路の切替弁を有する排ガス中の粒状物質の除去装置において、一対の前記フィルタ装置を排ガス流入方向が並列になるように隙間を空けて、かつ該隙間を挟んで前記フィルタ装置の排ガスの流出経路面が相対するように配置し、該隙間に第３の排ガス流路を形成し、前記各フィルタ装置の前記隙間に相対する面と反対側の面および前記第３の排ガス流路の入口端部をそれぞれシールするとともに、前記切替弁を各フィルタ装置の排ガス出口側流路に設けたことを特徴とする排ガス中の粒状物質の除去装置。
（２）前記並列に隙間をあけて配置した一対のフィルタ装置を、反応器内に設置し、前記隙間に相対する面の反対側のフィルタ面と前記反応器との間からガスのリークがないようにシールを施し、パッキングして１つのユニットとしたことを特徴とする（１）記載の装置。

本発明によれば、流路が直交する交差ハニカムの排ガス排出流路を一方方向とすることにより、フィルタ装置のコンパクト化が可能となり、また該フィルタ装置を反応器内に隣接して充填することにより、反応器の小型化も可能になる。従って本発明の粒状物質除去装置は、DPF/SCR一体型システムや大型ディーゼル発電のニーズが高まる中で、その利用価値は極めて大きい。

本発明に用いるフィルタ装置は、多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体（いわゆる交差ペーパーハニカム）であって、該直交する側面の互いに隣接する二つの面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成されるものである。また本発明の排ガス処理装置は、前記閉止された面を開放して該フィルタ装置に堆積した堆積物を排ガスにより吹き出す排ガスのパージ流路と、前記フィルタ流路のいずれかを選択する切替弁を設けたものからなり、さらに前記フィルタ装置を排ガス流入方向に並列に隙間を空けて２個設置し、該隙間に第３の排ガス流路を形成し、かつ前記フィルタ装置の前記隙間と反対側の面および前記第３の排ガス流路の入口端部をそれぞれシールするとともに、前記切替弁を各フィルタ装置の排ガス出口側流路に設けたものである。

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す排ガス処理装置の説明図である。図において、排ガス管路の途中に反応器１０が設けられ、該反応器１０は、２個の交差ペーパーハニカム１が排ガス流入方向に対して隙間１１を空けて並列に設置され、この隙間１１とは反対側（外側）の各ハニカムの側面をガスが流れないようにシール材３でシールされ、また各ハニカム１の排ガス出口流路にはバルブ２が設けられ、また隙間１１（第３の排ガス流路）の入口はシール材１２でシールされている。上記構成の装置において、フィルタモード（バルブ２を閉じる）の時には該隙間１１（第３の排ガス流路）が排出流路となり、パージモード（バルブ２を開ける）の排出流路と同一方向となることにより、反応器１０のコンパクト化が可能となる。このときフィルタモードでは、バルブ２を閉じることによってPMが除去され、パージモードでは、バルブ２を開けることによって排ガスの大部分がパージ流路にながれて堆積物が吹き出される。本発明において、交差ペーパーハニカム（DPF）の個数及び寸法は特に限定されないが、簡便な構造を考慮すると、寸法が同じ２個のDPFとすることが望ましい。また、２個のDPF間の隙間についても特に限定されないが、コンパクト化のためには設置する２個の交差ペーパーハニカム（DPF）の幅寸法の合計に対して1／6以下である必要があり、好ましくはDPF幅の1／30〜1／10である。

また、本発明の反応器は、上記２個の交差ペーパーハニカムDPF1組を１つの枠にガスのリークがないようにシールを施しパッキングしてユニット化するが、このときDPFのガス入口面及び出口面以外の４つの側面全てをシールすることにより、ユニット複数個を反応器に設置する際に互いのユニット間にスペースを必要とすることなく隣接することが可能となり、反応器をコンパクトにすることが可能となる。このときユニット化するDPFの寸法及び個数は特に限定されないが、反応器からのユニット取り外し作業を考慮して、ユニット質量が20kg以下となるようにすることが望ましい。

以下、具体例を用いて本発明を詳細に説明する。
実施例１
シリカアルミナ繊維の不織布からなる交差コルゲートハニカム（外寸300mm×300mm×300mm）に所定の触媒を担持してDPFを作成した。
このDPFを２つに分割し、20mm間隔をあけてユニット化し、これを図１に示すように２つ反応器に設置し、流路が一方方向になる排ガス処理装置１基を構成し、図２に示すようにこのDPF装置５を170kWディーゼル発電設備４の排ガス出口側に設置し、PM除去を実施した。170kWディーゼル発電設備４からの総排ガス流量は構成システムやエンジン仕様により異なるが、本実施例では約1000Nm3/hであった。このシステムを用いてフィルタ側ラインの運転を50分間実施した。その後、パージ側ラインを５分間というようにフィルタモードとパージモードを繰り返して運転した。

実施例２
実施例１の170kWディーゼル発電設備に対応する排ガス処理装置及び、550kWディーゼル発電設備に対応する排ガス処理装置それぞれ1基が占める設置面積を測定した。

比較例１
実施例１と同様に作成したDPFを、分割せずに枠に組んだユニットを２つ反応器に設置し、流路が２方向になる排ガス処理装置１基を構成し、図２に示すように設置し、PM除去を実施し、実施例１と同様の運転を行った。

比較例２
比較例１の170kWディーゼル発電設備に対応する排ガス処理装置及び、550kWディーゼル発電設備に対応する排ガス処理装置それぞれ1基が占める設置面積を測定した。
上記実施例及び比較例の運転結果及び測定結果の評価を行った。
実施例１及び比較例１の運転結果について下記事項を比較した。

(1)エンジン起動時の黒煙の有無
(2)低負荷運転時（DPF温度約300℃）における圧損の上昇の有無
(3)100%定格運転時（DPF温度役400℃）における圧損と上昇の有無
(4)定格運転時のDPF出入り口における粒状物質の濃度
得られた結果を表１にまとめて示す。本結果から明らかなように、本発明の排ガス処理装置を用いても性能は、排ガス流路２方向の交差ペーパーハニカムDPF装置と同等である。

また、実施例２及び比較例２において、反応器及び排ガス処理装置の設置面積を比較した結果を表２に示す。本結果から明らかなように、本発明によって、反応器及び排ガス処理装置のコンパクト化が可能になる。

本発明の一実施例を示す排ガス処理装置の説明図。本発明のシステム概要を示す説明図。交差ペーパーハニカムの作用を説明する説明図。従来型の排ガス処理装置を示す説明図。従来型のシステム概要を示す説明図。

符号の説明

１…交差ペーパーハニカムDPF、２…バルブ、３…シール材、４…ディーゼル発電設備、５…排ガス処理（DPF）装置、６…煙突、７…多孔質波板、８…多孔質平板、１０…反応器、１１…隙間、１２…シール材。

Claims

多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体であって、該直交する側面の互いに隣接する二つの面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成されるフィルタ装置であって、前記排ガス流入経路前方の閉止された面を開放し、該排ガス流入経路を通して該フィルタ装置に堆積した堆積物を排ガスにより吹き出す排ガスのパージ流路と、該パージ流路出口に設けられた前記流路の切替弁を有する排ガス中の粒状物質の除去装置において、一対の前記フィルタ装置を排ガス流入方向が並列になるように隙間を空けて、かつ該隙間を挟んで前記フィルタ装置の排ガスの流出経路面が相対するように配置し、該隙間に第３の排ガス流路を形成し、前記各フィルタ装置の前記隙間に相対する面と反対側の面および前記第３の排ガス流路の入口端部をそれぞれシールするとともに、前記切替弁を各フィルタ装置の排ガス出口側流路に設けたことを特徴とする排ガス中の粒状物質の除去装置。
前記並列に隙間をあけて配置した一対のフィルタ装置を、反応器内に設置し、前記隙間に相対する面の反対側のフィルタ面と前記反応器との間からガスのリークがないようにシールを施し、パッキングして１つのユニットとしたことを特徴とする請求項１記載の装置。