JP6204816B2 - スクラバーの浄水システム - Google Patents

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Description

本発明は、排気ガスを洗浄するスクラバーで使用した洗浄水を浄化するための浄水システムに関する。
エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を低減する手法として、排気ガスをエンジンに戻して酸素濃度を低下させ、燃焼温度度を抑えるEGR(Exhaust Gas Recirculation)がある。舶用ディーゼルエンジンは、重油を燃料としているため、排気ガスにはカーボンなどのSPM(Suspended Particulate Matter)が多量に含まれている。そのため、船用ディーゼルエンジンにおいてEGRを行う場合には、排気ガスに含まれるSPMを除去してからエンジンに戻す必要がある。排気ガスからSPMを除去する装置として、洗浄水によって排気ガスを洗浄するスクラバーがある。
スクラバーで使用された洗浄水は、ばいじん(すすなどの固体粒子)等を多く含んでいることから、通常は一定の水質基準を満たしておらず、そのままでは船外放流することができず、また、スクラバーで再利用することもできない。そのため、洗浄水を船外放流したり再利用したりするには、一定の水質基準を満たす程度にまで洗浄水を浄化するための浄水システムが必要である。
スクラバー用の浄水システムは、通常、スクラバーと連動している。そのため、たとえ軽微な不具合であっても浄水システムが停止すると、スクラバーが正常に作動できなくなり、その結果、EGRを停止せざるを得ない場合が生じる。これを防ぐには、浄水システムに複数の浄化処理ラインを設けることが考えられる(特許文献1及び特許文献2参照)。
特許第3868352号 特開2008−123463号公報
しかしながら、複数の浄化処理ラインを設けるためには、広い設置場所を確保する必要があり、設置場所が限られた船内ではそれが不可能な場合もある。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、浄化処理ラインが1つしかない場合であっても、軽微な不具合であればEGRの停止を回避することができる浄水システムを提供することを目的とする。
本発明のある形態に係る浄水システムは、スクラバーで使用した洗浄水を浄化する浄水システムであって、所定の不具合が発生すると、当該浄水システム内において洗浄水を上流側に戻す回帰処理が行われる。かかる構成によれば、所定個所への洗浄水の供給を停止させ、その間に修復作業を行うことができ、不具合の修正後には速やかに浄水システムを復旧させることができる。そのため、修復作業に時間のかからない軽微な不具合であれば、EGRの停止を回避することができる。
また、上記の浄水システムにおいて、前記スクラバーから抜き取る洗浄水の量を調整する抜取調整弁と、前記スクラバーから抜き取った洗浄水を一時的に収容する収容タンクと、を備え、前記回帰処理が行われる際、前記抜取調整弁の制御は、前記収容タンクの水位を一定とする制御から、前記スクラバーの水位を一定とする制御に切り換えられるようにしてもよい。かかる構成によれば、スクラバーの水位を一定にすることが優先されるため、スクラバーを継続して稼働させることができる。
また、上記の浄水システムにおいて、洗浄水から異物を分離する遠心分離機をさらに備え、前記回帰処理には、前記遠心分離機が停止したときに、前記遠心分離機の手前から前記収容タンクへ洗浄水を戻す処理が含まれるようにしてもよい。かかる構成によれば、遠心分離機への洗浄水の供給を停止させつつも、不具合の修正後、速やかに浄水システムを復旧させることができる。
また、上記の浄水システムにおいて、前記回帰処理には、浄化処理された洗浄水が所定の水質基準を満たしていないときに、当該洗浄水を前記収容タンクへ戻す処理が含まれるようにしてもよい。かかる構成によれば、船外へ又はスクラバーへの洗浄水の供給を停止させつつも、不具合の修正後、速やかに浄水システムを復旧させることができる。
また、上記の浄水システムにおいて、前記収容タンクよりも下流に位置し、水平方向に対して所定の角度をなす傾斜面を有し、該傾斜面に異物を沈殿させて洗浄水から異物を分離する傾斜管沈澱池と、該傾斜管沈澱池よりも下流に位置し、遠心分離処理により洗浄水から異物を分離する遠心分離機と、をさらに備えるようにしてもよい。かかる構成によれば、傾斜管沈澱池の上流には収容タンクが位置することになるため、傾斜管沈澱池への洗浄水の流入速度を抑えることができ、傾斜管沈澱池における異物除去を効率よく行うことができる。
また、上記の浄水システムにおいて、前記収容タンクの水位が限界水位に達したとき又は限界水位を超えた状態が所定時間継続したとき、前記回帰処理が中止されるようにしてもよい。収容タンクの水位が限界水位に達したとき又は限界水位を超えた状態が所定時間継続したときは、重不具合が発生したとしてEGRが停止するのが望ましい。EGRが停止された場合には回帰処理は不要となるため、このとき回帰処理を中止することで不要な制御を回避することができる。
上記の浄水システムによれば、浄化処理ラインが1つの場合であっても、軽微な不具合であればEGRの停止を回避することができる。
図1は、実施形態に係る浄水システムのブロック図である。 図2は、図1に示すスクラバーの概略断面図である。 図3は、図1に示す傾斜管沈澱池の概略断面図である。 図4は、図1に示す遠心分離機の概略断面図である。 図5は、実施形態に係る浄水システムの制御系統のブロック図である。
<浄水システムの全体構成>
まず、本実施形態に係る浄水システム100の全体構成について説明する。図1は、浄水システム100のブロック図である。浄水システム100では、スクラバー101で使用した洗浄水の浄化処理が行われる。
ここで、浄水システム100を説明する前に、スクラバー101の構成について説明する。図2は、スクラバー101の概略断面図である。本実施形態のスクラバー101は、洗浄部102、冷却部103、及び貯水部104が一体となった一体型のスクラバーである。貯水部104からポンプ105で汲み上げられた洗浄水は洗浄部102内に配置された噴射ノズル106から噴射される。排気ガスが洗浄部102を通過する際、この噴射された洗浄水によって排気ガス中のSPM等が捕獲される。その後、噴射された洗浄水は自重によって落下し、貯水部104に溜められる。なお、スクラバー101には、貯水部104における洗浄水の水位(以下、単に「水位」と称す)を測定するスクラバー水位計107が設けられている。
排気ガスは、洗浄部102を通過後、冷却部103に流入する。冷却部103に流入した排気ガスは、熱交換機108によって冷却され、多量の凝集水が発生する。さらに、熱交換機108の下流に設けられたミストキャッチャ109によって、排気ガス中の霧状化した洗浄水が捕獲される。熱交換機108で発生した凝集水、及びミストキャッチャ109で捕獲された洗浄水は自重によって落下し、貯水部104に溜められる。なお、はじめから排気ガスに含まれる水分も、凝集水となって洗浄水に取り込まれる。
続いて、浄水システム100の構成について説明する。図1に示すように、浄水システム100は、上流側から順に、抜取調整弁10、未処理水収容タンク11、供給ポンプ12、傾斜管沈澱池13、第1回帰弁14、遠心分離機15、処理水収容タンク16、返送ポンプ17、遮断弁18、返送調整弁19、及び、第2回帰弁20を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。
抜取調整弁10は、スクラバー101から抜き取る洗浄水の抜取量を調整する弁である。浄水システム100内には、スクラバー101から抜き取った洗浄水をスクラバー101へ返すまでの流路を形成する循環配管21が設けられている。抜取調整弁10は、この循環配管21の入口付近であって、未処理水収容タンク11よりも上流に位置している。
未処理水収容タンク11は、スクラバー101から抜き取った洗浄水を一時的に収容するタンクであって、抜取調整弁10よりも下流に位置している。スクラバー101内は排気ガスが流入することから非常に高い圧力であるのに対し、未処理水収容タンク11内は大気圧に近い圧力である。この両者の圧力差によって、スクラバー101内の洗浄水は、未処理水収容タンク11まで搬送される。また、未処理水収容タンク11には洗浄水の水位を測定する未処理水収容タンク水位計22が設けられている。なお、未処理水収容タンク11から洗浄水がオーバーフローすると、オーバーフローした洗浄水は船体に設けられた別のタンク(図示せず)に収容される。
供給ポンプ12は、未処理水収容タンク11から傾斜管沈澱池13及び遠心分離機15に洗浄水を供給するためのポンプであって、未処理水収容タンク11よりも下流に位置している。供給ポンプ12は、内部に空気が混じると故障の原因となるところ、供給ポンプ12のすぐ上流には未処理水収容タンク11が配置されているため、供給ポンプ12の内部には洗浄水が満たされた状態が維持される。
傾斜管沈澱池13は、遠心分離機15とともに浄化処理部23を構成する装置であって、供給ポンプ12よりも下流に位置している。図3は、傾斜管沈澱池13の概略断面図である。図3に示すように、傾斜管沈澱池13は、洗浄水が満たされた水槽24の内部に、水平方向の断面が矩形であって所定の角度(例えば60度)に傾斜した傾斜管25が多数設けられている。水槽24に流入した洗浄水は、図3の矢印で示すように、底面に向かった後、傾斜管25を下から上へと抜けて排出される。洗浄水が傾斜管25を通過する際、洗浄水内の異物(ばいじん)が傾斜管25の傾斜面26に沈殿する。このような傾斜管25の傾斜面26にばいじんを沈殿させると、ばいじんが沈殿するまでに移動する距離が短いことから、速やかに沈殿を完了させることができる。なお、傾斜管沈澱池13の上流には未処理水収容タンク11が位置しているため、傾斜管沈澱池13への洗浄水の流入速度を抑えることができ、傾斜管沈澱池13おける異物除去を効率よく行うことができる。
第1回帰弁14は、遠心分離機15の手前にまで流れてきた洗浄水を遠心分離機15と未処理水収容タンク11に振り分ける弁であって、傾斜管沈殿池13よりも下流に位置している。第1回帰弁14は、いわゆる三方弁であって、未処理水収容タンク11へ延びる第1回帰配管27が連結されている。
遠心分離機15は、傾斜管沈殿池13とともに浄化処理部23を構成する装置であって、第1回帰弁14よりも下流に位置している。図4は、遠心分離機15の概略断面図面である。図4に示すように、遠心分離機15は、収容容器28内で高速回転する軸管29及び複数の回転板30を有している。各回転板30は、傘状(円錐状)の形状を有しており、周方向に等間隔で並ぶ複数の流通孔31が形成されている。遠心分離機15に流入した洗浄水は、軸管29の内部及び各回転板30の流通孔31を順に通過する。そして、洗浄水が回転板30を通過する際、比重の大きいばいじん(異物)は遠心力によって収容容器28の側壁に飛ばされる。このように、遠心分離機15では遠心分離処理により、洗浄水から異物を分離することができる。なお、遠心分離機15の内部は、常に洗浄水を満たしておく必要がある。
処理水収容タンク16は、浄化処理部23で浄化処理された洗浄水を一時的に溜めるタンクであって、遠心分離機15よりも下流に位置している。処理水収容タンク16には、処理水収容タンク16の水位を測定する処理水収容タンク水位計32と洗浄水の水質を測定する水質計33が設けられている。水質計33は、洗浄水のpH値、濁度、油分を測定することができる。なお、水質計33は、後述の放流配管35等に設けてもよい。
返送ポンプ17は、浄化処理した洗浄水をスクラバー101へ返送し又は船外へ供給するためのポンプであって、処理水収容タンク16よりも下流に位置している。返送ポンプ17は、前述した供給ポンプ12と同様に、内部に空気が混じると故障の原因となるところ、返送ポンプ17のすぐ上流には処理水収容タンク16が配置されているため、返送ポンプ17の内部には洗浄水が満たされた状態が維持される。
遮断弁18は、洗浄水の流れを止める弁であって、返送ポンプ17よりも下流に位置している。遮断弁18と返送ポンプ17の間には、処理水収容タンク16に延びる戻り配管34が設けられている。これにより、返送ポンプ17が駆動した状態で遮断弁18が閉止されたとしても、返送ポンプ17から排出された洗浄水は処理水収容タンク16に戻るため、返送ポンプ17の出口圧力が過上昇するのを防ぐことができる。
返送調整弁19は、スクラバー101に返送する洗浄水の量を調整する弁であって、遮断弁18よりも下流に位置している。返送調整弁19は三方弁であり、船外に向かって延びる放流配管35が連結されている。これにより、返送調整弁19は、浄化処理が行われた洗浄水をスクラバー101と放流配管35に振り分けることができる。
第2回帰弁20は、放流配管35に設けられた弁である。第2回帰弁20は、三方弁であり、未処理水収容タンク11に向かって延びる第2回帰配管36が連結されている。これにより、返送調整弁19を通過した洗浄水を船外と未処理水収容タンク11に振り分けることができる。
以上が、本実施形態に係る浄水システム100の全体構成である。上記のように、本実施形態に係る浄水システム100は、傾斜管沈殿池13と遠心分離機15が1つずつ直列に配置されているため、浄化処理ラインが1つのシステムである。なお、本発明は、洗浄処理ラインが1つである浄水システムにとって非常に有効であるが、洗浄処理ラインを複数有する浄水システムにも適用することができる。
<制御系統の構成>
次に、本実施形態に係る浄水システム100の制御系の構成について説明する。図5は、本実施形態の制御系の構成を示したブロック図である。浄水システム100は、CPU、ROM、RAM等からなる制御装置40を備えている。制御装置40は、スクラバー水位計107、未処理水収容タンク水位計22、処理水収容タンク水位計32、及び水質計33と電気的に接続されており、これらの計器から送信される測定信号に基づいて、スクラバー101の水位、未処理水収容タンク11の水位、処理水収容タンク16の水位、及び浄化処理後の洗浄水の水質についての情報を取得することができる。
また、制御装置40は、遠心分離機15、供給ポンプ12、及び返送ポンプ17と電気的に接続されている。これらの装置は、発生した不具合について自己診断を行う機能を有しており、不具合が発生したと判断したときは不具合信号(軽不具合信号及び重不具合信号)を送信する。制御装置40は、これらの装置から送信される不具合信号に基づいて各装置の不具合情報を取得するとともに、これらの装置に制御信号を送信して種々の制御を行う。また、遠心分離機15は、第1回帰弁14と電気的に接続されており、第1回帰弁14に制御信号を送信して開閉制御を行う。
さらに、制御装置40は、抜取調整弁10、遮断弁18、返送調整弁19、及び第2回帰弁20と電気的に接続されており、これらの弁に制御信号を送信して、これらの弁の開閉又は開度を制御している。また、制御装置40は、EGRの実行及び停止を制御するEGR制御装置110とも電気的に接続されており、EGR制御装置110にも不具合信号(軽不具合信号及び重不具合信号)を送信する。
<通常運転時の制御>
次に、通常運転時における浄水システム100の制御について説明する。まず、制御装置40は、未処理水収容タンク11から浄化処理部23(傾斜管沈殿池13及び遠心分離機15)へ供給する洗浄水の量が一定となるように、供給ポンプ12の回転数等を制御する。その上で、未処理水収容タンク11の水位が一定となるように、抜取調整弁10の開度を制御する。つまり、抜取調整弁10は、供給ポンプ12が浄化処理部23に供給する洗浄水と同じ量の洗浄水をスクラバー101から抜き取るように制御される。これにより、未処理水収容タンク11から洗浄水がオーバーフローしたり、洗浄水が減って供給ポンプ12が空気を吸い込んだりするのを防ぐことができる。
また、遠心分離機15は、傾斜管沈澱池13から遠心分離機15に洗浄水が流れるように(遠心分離機15側が開となるように)、第1回帰弁14の開方向を制御する。なお、返送ポンプ17については、回転数等の制御は行われず、一旦稼働すると所定の運転条件が維持される。さらに、制御装置40は、処理水収容タンク16の水位が所定の放流基準位置を超えたときに開放し、開放後は所定の下限位置を下回ったときに閉止するよう遮断弁18を制御する。通常、遮断弁18が一旦開放されると、その状態が維持される。
制御装置40は、スクラバー101の水位が一定となるように返送調整弁19を制御する。具体的には、返送調整弁19は、スクラバー101の水位が所定値を下回ったときには洗浄水をスクラバー101に振り分け(スクラバー101側に開とし)、それ以外のときには洗浄水を放流配管35に振り分ける(放流配管35側に開となる)。また、制御装置40は、返送調整弁19を通過した洗浄水が船外方向に流れる(船外側に開となる)ように第2回帰弁20を制御する。
前述したとおり、排気ガスに含まれる水分は、凝集水となってスクラバー101内の洗浄水に加えられる。本実施形態では、この洗浄水に加わる排気ガスの水分よりも多くの洗浄水をスクラバー101から抜き取っている。そのため、制御装置40は、スクラバー101の水位を一定にするために、浄水システム100で浄化した洗浄水を一定量以上スクラバー101へ供給している。
<軽不具合時の制御1>
次に、軽不具合時における制御について説明する。軽不具合は、修復作業が必要であるが、短時間でその修復作業が完了すると見込まれる不具合をいう。まず、軽不具合時の制御のうち、遠心分離機15に関する軽不具合時の制御について説明する。遠心分離機15に関する不具合には、遠心分離機15への洗浄水の供給量の低下などが含まれる。
遠心分離機15は、自己診断によって軽不具合が発生したと判断すると、浄化処理を一旦止めるとともに制御装置40に軽不具合信号を送信する。これと同時に、遠心分離機15は、回帰処理を行う。具体的には、遠心分離機15は、第1回帰弁14を未処理水収容タンク11側に開とし、傾斜管沈澱池13から流れる洗浄水を遠心分離機15の手前から未処理水収容タンク11に戻す処理を行う。これにより、遠心分離機15には洗浄水は一時的に流れなくなり、その間に遠心分離機15に対して修復作業を行うことができる。なお、制御装置40は、遠心分離機15から送信された軽不具合信号を受信すると、アラームを発する。これにより作業者は、遠心分離機15における軽不具合の発生を認知し、遠心分離機15の修復作業を行う。
これと同時に、制御装置40は、抜取調整弁10の制御を、未処理水収容タンク11の水位を一定とする制御から、スクラバー101の水位を一定とする制御に切り換える。通常時の制御であれば、スクラバー101への洗浄水の供給を停止したとしても、排気ガスに含まれる水分によってスクラバー101内の洗浄水は増加してしまう。一方、スクラバー101の水位が一定となるように抜取調整弁10の制御を切り換えれば、スクラバー101は正常な運転を行うことが可能であり、その結果、EGRの停止を回避することができる。
<軽不具合時の制御2>
続いて、軽不具合時の制御のうち、浄化処理した洗浄水が所定の水質基準を満たしていないときの制御について説明する。この場合、軽不具合の原因が、例えば水質計33への汚れの付着であれば、その汚れを拭き取れば復旧可能である。まず、制御装置40は、水質計33から送信された測定信号に基づいて浄化処理した洗浄水の水質情報を取得し、一定の水質基準を満たしているか判定する。制御装置40は、浄化処理した洗浄水が一定の水質基準を満たしていないと判定したとき、回帰処理を行う。具体的には、制御装置40は、第2回帰弁20を未処理水収容タンク11側に開とし、浄化処理を行った洗浄水を第2回帰配管36から未処理水収容タンク11に戻す処理を行う。これにより、洗浄水は一時的に船外放流されなくなるため、その間に所定の修復作業を行うことができる。
これと同時に、制御装置40は、抜取調整弁10の制御を、未処理水収容タンク11の水位を一定とする制御から、スクラバー101の水位を一定とする制御に切り換える。前述のとおり、抜取調整弁10の制御を切り換えることにより、スクラバー101は正常な運転を行うことが可能であり、EGRの停止を回避することができる。
なお、以上では、各回帰処理において洗浄水が未処理水収容タンク11に戻される場合について説明したが、必ずしも未処理水収容タンク11に戻さなくてもよい。例えば、洗浄水を未処理水収容タンク11と供給ポンプ12の間に戻すようにしてもよい。
<重不具合時の制御>
次に、重不具合時における制御について説明する。重不具合は、修復作業が短時間では修了できないと見込まれる不具合である。制御装置40は、未処理水収容タンク水位計22から送信される測定信号に基づいて、未処理水収容タンク11の水位が限界水位に達したとき又は限界水位を超えた状態が所定時間継続したと判断したときには、重不具合時の制御を行う。上記の限界水位にはオーバーフロー水位が含まれる。
なお、排気ガスに含まれる水分はスクラバー101内の洗浄水に加えられるため、回帰処理の際にスクラバー101の水位を一定とする制御が行われると、未処理水収容タンク11における洗浄水の水位が次第に上昇してゆく。そのため、修復作業に時間がかかって回帰処理を長時間続けると、未処理水収容タンク11の水位が限界水位に達することがある。この場合、当初の軽不具合が重不具合に変更されることになる。
また、遠心分離機15の破損、供給ポンプ12の破損、返送ポンプ17の破損、が生じたときは、自己診断の結果に基づいて各機器から制御装置40に重不具合信号が送信される。制御装置40はこの重不具合信号を受信すると重不具合時の制御を行う。なお、制御装置40が各機器の破損を判定する方法としては、各機器から重不具合信号が送信される場合に限らず、制御装置40が図示しない周辺機器から測定信号を受信し、その測定信号に基づいて各機器の破損を判定してもよい。
重不具合時の制御では、制御装置40は、回帰処理が行われている場合は回帰処理を停止し又は停止させる。そして、供給ポンプ12及び返送ポンプ17を停止するとともに、EGR制御装置110に重不具合信号を送信する。EGR制御装置110は、重不具合信号を受信すると、図示しないEGRブロワを停止するとともにEGR流路に設けられた弁を閉止してEGRを中止する。
以上が本実施形態に係る浄水システム100の説明である。このように、本実施形態に係る浄水システム100によれば、浄化処理ラインが1つしかない場合であっても、軽微な不具合であればEGRの停止を回避することができる。
本発明に係る浄水システムは、浄化処理ラインが1つしかない場合であっても、軽微な不具合であればEGRの停止を回避することができる。よって、スクラバーの浄水システムの技術分野において有益である。
10 抜取調整弁
11 未処理水収容タンク(収容タンク)
13 傾斜管沈澱池
26 傾斜面
15 遠心分離機
100 浄水システム
101 スクラバー

Claims (5)

  1. スクラバーで使用した洗浄水を浄化する浄水システムであって、
    前記スクラバーから抜き取る洗浄水の量を調整する抜取調整弁と、
    前記スクラバーから抜き取った洗浄水を一時的に収容する収容タンクと、を備え、
    所定の不具合が発生すると、当該浄水システム内において洗浄水を上流側に戻す回帰処理が行われ
    前記回帰処理が行われる際、前記抜取調整弁の制御は、前記収容タンクの水位を一定とする制御から、前記スクラバーの水位を一定とする制御に切り換えられる、浄水システム。
  2. 遠心分離処理により洗浄水から異物を分離する遠心分離機をさらに備え、
    前記回帰処理には、前記遠心分離機が停止したときに、前記遠心分離機の手前から前記収容タンクへ洗浄水を戻す処理が含まれる、請求項1に記載の浄水システム。
  3. 前記回帰処理には、浄化処理された洗浄水が所定の水質基準を満たしていないときに、当該洗浄水を前記収容タンクへ戻す処理が含まれる、請求項1又は2に記載の浄水システム。
  4. 前記収容タンクよりも下流に位置し、水平方向に対して所定の角度をなす傾斜面を有し、該傾斜面に異物を沈殿させて洗浄水から異物を分離する傾斜管沈澱池と、
    該傾斜管沈澱池よりも下流に位置し、遠心分離処理により洗浄水から異物を分離する遠心分離機と、をさらに備える、請求項1に記載の浄水システム。
  5. 前記収容タンクの水位が限界水位に達したとき又は限界水位を超えた状態が所定時間継続したとき、前記回帰処理が中止される、請求項1乃至4のうちいずれか一の項に記載の浄水システム。
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