JPH03206314A - ディーゼルエンジンのアンモニア脱硝システムにおける還元剤水溶液注入ノズル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジンのアンモニア脱硝システ
ムにおいて、アンモニア水あるいは尿素水溶液等の還元
剤水溶液を排気管内に注入する還元剤水溶ｉ＆注入ノズ
ル装置に関するものである。

（従来の技術） ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を
除去するためのアンモニア脱硝システムとして、一般に
、排気管内にアンモニア水を噴射して排気ガスに混入さ
せ、さらに酸化チタン等からなる触媒を内蔵した触媒反
応器を通過させることにより、アンモニアを還元剤とし
て脱硝する方式が採用されている。

このようなアンモニア脱硝システムにおいては、アンモ
ニア水の注入方式として、噴射ノズルにより排気管内に
アンモニア水を注入する方式が採用されていた。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の構成では、還元剤としてのアンモニアを排気
ガス中に均一に分散させることができず、次のような不
都合があった。すなわちアンモニアの分布が不均一であ
ると、アンモニア混入量が窒素酸化物と反応する量より
も多い排気ガス領域では、未反応のアンモニアが触媒反
応器から熱交換器や消音器等を経て大気中に放出され、
アンモニア混入量が少ない排気ガス領域では窒素酸化物
の除去率が悪くなる。この結果全体としては、窒素酸化
物の除去率が目標値に達せず、しかもアンモニアのリー
クにより触媒反応器よりも下流の熱交換器や消音器等が
腐蝕したり性能低下を起こしたりする。

この問題を解決するために、排気管に複数の曲管部を設
けたり、あるいは排気管内に複数の邪魔板を設置するこ
とによりアンモニアを均一ニ分散させることが提案され
ているが、このような方法ではアンモニアを充分に均一
化することができなかった。しかも曲管部や邪魔板によ
り排気抵抗が上昇し、エンジン性能が低下する。

またいすれにしても、アンモニア水の噴射時の脈動によ
りアンモニア水流量計が誤動作を起こしたり誤差が生じ
たりして、アンモニア水の注入量を適切に制御できなか
った。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明のディーゼルエンジン
のアンモニア脱硝システムにおける還元剤水溶液注入ノ
ズル装置は、排気管の内部に設置された加熱管と、前記
加熱管の一端に還元剤水溶液を供給する還元剤水溶液通
路と、この還元剤水溶・液通路に設置された絞り弁と、
前記還元剤水溶液通路に連通するアキュムレー夕と、前
記加熱管内で気化した還元剤水溶波を前記排気管内に噴
射するノズルとを設けたものである。

（作用） 還元剤水溶液は加熱管を通過する間に排気ガスの熱によ
り加熱されて気化し、ノズルから噴射される。噴射によ
る還元剤水溶液の脈動は、絞り弁とアキュムレー夕とに
より吸収される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第２図に基づいて説
明する。

第２図は本発明の一実施例における還元剤水溶液注入ノ
ズル装置付のアンモニア脱硝システムを備えたディーゼ
ル発電機の概略全体構成図で、ディーゼル発電機１のデ
ィーゼルエンジン部分の排気管２には触媒反応器３か介
装されており、排気管２の触媒反応器３よりも若干上流
側には還元剤水溶液注入ノズル装置としてのアンモニア
水注入ノズル装置４が装着されている。アンモニア水注
入ノズル装置４は配管５を介して例えば２５％程度の濃
度のアンモニア水を貯留するタンク６に接続されている
。タンク６には、定量ポンプ７と圧力スイッチ８と流量
計９と電磁弁１０とが上流側から下流側にかけてこの順
に介装されており、さらに定量ポンプ７よりも上流側に
開閉弁１１が介装されている。触媒反応器３の排気ガス
流入口付近にはガス温度センサー１２が介装されており
、ディーゼル発電機１のディーゼルエンジン部分に燃料
を供給する配管１３には燃料流量計１４が介装されてい
る。排気管２の排気ガス流入口付近には酸素濃度分析計
１５と窒素酸化物計測器１６とが介装されている。アン
モニア水注入ノズル装置４に供給されるアンモニア水の
量を制御するための制御盤１８には、マイクロコンピュ
ータ１つとインバータ２０と温度調節器２１とが内蔵さ
れており、ガス温度センサー１２の出力端は温度調節器
２１の入力端に電気的に接続されている。温度調節器２
１の出力端はマイクロコンピュータ１９の入力端に電気
的に接続されており、流量計９と燃料流量計１４と酸素
濃度分析計１５と窒素酸化物計測器１６との出力端はマ
イクロコンピュータ１つの入力端に電気的に接続されて
いる。マイクロコンピュータ１つの出力端は電磁弁１０
およびインバータ２０の人力端に電気的に接続されてお
り、インバータ２０の出力端は定量ポンプ７のモータ７
ａの入力端に電気的に接続されている。

すなわち、ガス温度センサー１２による検出温度が例え
ば３００℃程度の温度になると、温度調節器２１が電磁
弁１０を開弁させ、アンモニア水注入ノズル装置４にア
ンモニア水が供給される。そしてマイクロコンピュータ
１９は、各種センサーからの検出信号を考慮しつつ、例
えばエンジン負荷に応じて、インバータ２０を介してモ
ータ７ａを制御し、定量ポンプ７によるアンモニア水の
供給量を調節する。

第１図はアンモニア水注入ノズル装置４の断面図で、排
気管２に形成された孔２ａの周囲に突設された接続フラ
ンジ２ｂには、アンモニア水注入ノズル装置４のケーシ
ング２４の接続部２４ａが図外の複数のボルト等により
固定されており、接続部２４ａには排気管２内に配置さ
れた複数の加熱管２５の一端部が固定されている。ケー
シング２４には配管５の終端部が接続されており、ケー
シング２４の内部には配管５と加熱管２５とを連通させ
る還元剤水溶液通路としてのアンモニア水連路２６が形
成されている。さらにケーシング２４には、アンモニア
水連路２６を絞る絞り弁の一例としての二一ドルバルブ
２７と、内部に空気等の気体が充填されかつアンモニア
水連路２６に連通ずるアキュムレータ２８とが取付けら
れている。

加熱管２５の他端部には箱体２９が取付けられており、
箱体２９の内部は気化膨脹室３０を構成している。気化
膨脹室３０は加熱管２５を介してアンモニア水連路２６
に連通しており、箱体２９は排気管２の断面のほほ中心
部に位置している。箱体２９の排気ガス流れ方向と直交
する２面のうち下流側の面にはノズルの一例としての多
孔ノズル３１が取付けられており、多孔ノズル３１の多
数の噴射口３２は気化膨脹室３０と排気管２の内部とを
連通させている。

次に動作を説明する。タンク６から配管５を通ってアン
モニア水連路２６に流入したアンモニア水は、アキュム
レータ２８で蓄圧され、二一ドルバルブ２７で絞られて
、加熱管２５に流入する。

そして加熱管２５を通過する間に、矢印Ａ（第１図）方
向に流れる例えば３００〜３５０℃程度の高温の排気ガ
スにより加熱され、アンモニアが気化してアンモニアガ
スになると共に、水の一部も気化し゛〔水蒸気になる。

そして気化膨脹室３０に流入することにより気化が進み
、多孔ノズル３１の絞りにより加圧されて、アンモニア
ガスと水蒸気と水とが噴射口３２から矢印Ｂ（第１図）
のように霧状に噴射される。

このように、多孔ノズル３１から排気管２内に気化した
アンモニアガスが噴射されるので、排気ガス中にアンモ
ニアを充分均一に分散させることができる。したがって
窒素酸化物を効率良く低減できると共に、アンモニアの
リークによる触媒反応器３よりも下流側の機器の腐蝕や
性能低下を良好に防止できる。しかも従来装置のように
複数の曲管部や邪魔板等を設ける必要がないので、排気
抵抗の上昇がなく、エンジン性能の低下を生じることが
ない。またアンモニア水連路２６を二一ドルバルブ２７
により絞ると共にアンモニア水連路２６にアキュムレー
タ２８を連通させたので、噴射によるアンモニア水の脈
動を良好に低減でき、したがって流量計９の誤動作や誤
差を防止できることから、アンモニア水の注入量を高精
度に制御できる。特に１時間当り０．５〜３リットル程
度の微少流量の制御が可能になる。また本実施例のよう
に箱体２９を設けて気化膨脹室３０を構戊すれば、アン
モニア水の気化を促進できると共に気化膨脹室３０が邪
魔板としての機能を生じることから、アンモニアの分散
を良好に均一化できる。また本実施例のように加熱管２
５を複数本設ければ、排気ガスの熱をアンモニア水に効
率良く伝達でき、アンモニア水の気化を良好に促進でき
る。

（別の実施例） 上記実施例においては、還元剤水溶戒としてアンモニア
水を用いたが、本発明はこのような構成に限定されるも
のではなく、アンモニア水の代わりに例えば尿素水溶液
等の他の還元剤水溶液を用いてもよい。

また上記実施例においては、気化膨脹室３０を構成する
箱体２９を設けたが、本発明はこのような構成に限定さ
れるものではなく、アンモニア水の注入量が少ない場合
は必ずしも箱体２９を設ける必要はない。

また上記実施例においては、加熱管２５を３本設けたが
、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、
加熱管２５の設置数は任意である。

また上記実施例においては、ディーゼル発電機１を構成
するディーゼルエンジンにアンモニア水注入ノズル装置
４を設けたが、本発明はこのような構成に限定されるも
のではなく、アンモニア水注入ノズル装置４は各種のデ
ィーゼルエンジンに適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、ノズルから排気管
内に気化したアンモニアガス等の還元剤のガスが噴射さ
れるので、排気ガス中にアンモニア等の還元剤を充分均
一に分散させることができる。したがって窒素酸化物を
効率良く低減できると共に、アンモニア等の還元剤のリ
ークによる触媒反応器よりも下流側の機器の腐蝕や性能
低下を良好に防止できる。しかも従来装置のように複数
の曲管部や邪魔板等を設ける必要がないので、排気抵抗
の上昇がなく、エンジン性能の低下を生じることがない
。また還元剤水溶戒通路を絞り弁により絞ると共に還元
剤水溶液通路にアキュムレー夕を連通させたので、噴射
による還元剤水溶液の脈動を良好に低減でき、したがっ
て還元剤水溶液の流量を計測する流量計の誤動作や誤差
を防止できることから、還元剤水溶液の注入量を高精度
に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における還元剤水溶液注入ノ
ズル装置の断面図、第２図は同還元剤水溶液注入ノズル
装置付のアンモニア脱硝システムを備えたディーゼル発
電機の概略全体構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排気管の内部に設置された加熱管と、前記加熱管の
   一端に還元剤水溶液を供給する還元剤水溶液通路と、こ
   の還元剤水溶液通路に設置された絞り弁と、前記還元剤
   水溶液通路に連通するアキュムレータと、前記加熱管内
   で気化した還元剤水溶液を前記排気管内に噴射するノズ
   ルとを設けたことを特徴とするディーゼルエンジンのア
   ンモニア脱硝システムにおける還元剤水溶液注入ノズル
   装置。