WO2014119513A1 - スクラバの海水量制御装置、スクラバの海水量制御方法、アルカリ量制御装置及びアルカリ量制御方法 - Google Patents

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alkali
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小松 正
邦幸 高橋
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富士電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a seawater amount control device for seawater to be supplied as an absorption liquid to a scrubber for reducing the concentration of sulfur oxides (especially sulfur dioxide (SO 2 )) in exhaust gas, and supply as an absorption liquid.
  • the present invention relates to a control device for the amount of alkali injected into seawater.
  • the International Maritime Organization has a policy to gradually strengthen the sulfur content regulation of fuel oil in order to reduce sulfur oxide (SO x ) contained in the exhaust gas of ships.
  • SO x sulfur oxide
  • the regulation that the sulfur content is 0.5% or less is to be applied. For this reason, ship operators need to take measures such as using low-sulfur fuel or installing an exhaust gas treatment device in the main engine.
  • a scrubber As an exhaust gas treatment apparatus in a ship, a scrubber is known that reduces the concentration of harmful substances in exhaust gas by passing the exhaust gas through seawater (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the amount of seawater supplied to the scrubber needs to be injected according to the amount of sulfur oxide to be processed.
  • seawater is supplied excessively, the pressure loss increases and the power of the seawater pump increases. If the amount of seawater is insufficient, the sulfur oxide concentration in the exhaust gas exceeds the regulation value, which becomes a problem.
  • This invention is made
  • An object of the present invention is to provide a seawater amount control device for a scrubber.
  • This invention is made
  • the present invention relates to a seawater amount control device for a scrubber that controls the amount of seawater supplied to a scrubber that is cleaned by contacting sulfur oxide contained in exhaust gas with seawater.
  • a minimum seawater amount converter that calculates the minimum amount of seawater that is the minimum amount of seawater required for the sulfur oxide absorption reaction, and seawater in which the sulfur oxide contained in the exhaust gas exhausted from the scrubber into the atmosphere is below a set value
  • a seawater amount correction converter for calculating a corrected seawater amount, an addition element for calculating the set seawater amount by adding the minimum seawater amount and the corrected seawater amount, and the seawater for the set seawater amount to the scrubber
  • a pump control device for controlling to supply to the apparatus.
  • the alkali component necessary for neutralization of the sulfur oxide contained in the consumed heavy oil is calculated as the minimum seawater amount, Calculate the corrected seawater volume so that the sulfur oxide concentration in the treated exhaust gas exhausted into the atmosphere does not exceed the emission regulation value, and control to supply the set seawater volume to the scrubber. ing.
  • the amount of seawater supplied to the scrubber is not excessive or insufficient, and the amount of seawater appropriate for the scrubber is set so that the sulfur oxide concentration in the exhaust gas after treatment does not exceed the regulation value. It is possible to supply and perform stable operation.
  • the alkali amount control device of the present invention is an alkali amount control device that controls the amount of alkali injected into seawater supplied to a scrubber that is cleaned by contacting sulfur oxide contained in exhaust gas with seawater, and includes engine output and fuel.
  • a minimum seawater amount converter that calculates the minimum amount of seawater, which is the minimum amount of seawater required for absorption of sulfur oxides by seawater, from the sulfur content of oil, and sulfur oxides contained in exhaust gas exhausted from the scrubber to the atmosphere
  • a seawater amount correction converter that calculates a corrected seawater amount that is a seawater amount that is equal to or less than a set value, an addition element that calculates a set seawater amount by adding the minimum seawater amount and the corrected seawater amount, and the set seawater
  • a pump control device that controls the amount of seawater to be supplied to the scrubber, and an alkali amount calculation that calculates an alkali injection amount from the amount of alkali components contained in the seawater of the set amount
  • it comprises a and an alkali
  • the alkali component necessary for neutralization of sulfur oxides contained in the consumed heavy oil is calculated as the minimum amount of seawater from the engine output and the sulfur content of the heavy oil to be used. Calculate the corrected seawater volume so that the concentration of sulfur oxide contained in the treated exhaust gas exhausted to the exhaust emission level does not exceed the emission regulation value, and add the alkali injection volume to be injected into the seawater based on the set seawater volume. Calculated.
  • a stable operation can be performed by supplying an appropriate amount of seawater to the scrubber so that the sulfur oxide concentration in the exhaust gas after treatment does not exceed the regulation value.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system centered on a scrubber according to a first embodiment.
  • a system that removes sulfur dioxide (SO 2 ) contained in exhaust gas discharged from an engine used in a ship is considered.
  • the present invention is not limited to this, and the exhaust gas treatment system according to the present embodiment is applicable to the treatment of various exhaust gases containing substances such as nitrogen oxide (NO x ) and sulfur oxide (SO x ).
  • the exhaust gas treatment system includes a scrubber 10 to which exhaust gas is supplied from an engine 20, a seawater pump unit 30 including a seawater pressurization pump and a seawater extraction pump, a drainage tank 40, and filtration for filtering wastewater. It is mainly composed of a container unit 50.
  • the exhaust gas discharged from the engine 20 is introduced into the scrubber 10.
  • This exhaust gas contains 50 to 1500 ppm of sulfur dioxide (SO 2 ).
  • SO 2 sulfur dioxide
  • the seawater introduced into the scrubber 10 via the seawater pump unit 30 is sprayed and brought into gas-liquid contact.
  • sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas dissolves in seawater and dissociates into hydrogen ions and sulfite ions.
  • Hydrogen ions react with an alkali component (NaHCO 3 ) in seawater as shown in the following formula (2).
  • sulfite ions are oxidized to sulfate ions by air.
  • the minimum amount of seawater required for the absorption reaction of sulfur dioxide (SO 2 ) by seawater is determined to be an amount that satisfies the reaction with the alkaline component shown in the formulas (2) and (3).
  • Seawater has an alkalinity of about 105 ppm in terms of CaCO 3 .
  • the exhaust gas from which sulfur dioxide (SO 2 ) has been removed in this way is exhausted from the top of the scrubber 10 into the atmosphere.
  • the seawater sprayed in the scrubber 10 falls by its own weight along the inner wall surface of the scrubber 10 and is stored in a storage section below the scrubber 10.
  • the stored seawater is drained into the drainage tank 40 via the seawater pump unit 30, then filtered by the filter unit 50 and drained to the ocean.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the scrubber 10.
  • the scrubber 10 sprays seawater (liquid) in a mist state in a scrubber main body 11 in which an internal space is formed in the vertical direction, and in a predetermined region in the vertical direction of the internal space of the scrubber main body 11 (
  • Spraying device 12 for spraying) gas supply device 13 for introducing engine exhaust gas (gas) into scrubber body 11 from a position lower than a region where spraying device 12 sprays seawater, and a position lower than spraying device 12.
  • Baffle 14 the spray device 12 is connected to the seawater pump unit 30 shown in FIG. 1, and the gas supply device 13 is connected to the engine 20 shown in FIG.
  • the scrubber body 11 is composed of a cylindrical peripheral wall portion 11a and a circular bottom wall portion 11b. All the peripheral wall portions 11a are configured to have the same diameter. The upper end part of the surrounding wall part 11a is opened, and the opening part 11c is formed.
  • the scrubber body 11 has a cylindrical shape, but the shape of the scrubber body 11 is not limited to this, and may be, for example, a rectangular tube shape.
  • the spray device 12 is installed on the central axis of the scrubber body 11.
  • the spray device 12 is inserted into the scrubber body 11 from the outside of the scrubber body 11, and is connected to a water supply pipe 12 a extending to the center position of the scrubber body 11 and an insertion end of the water supply pipe 12 a.
  • a water pipe 12b as a trunk pipe extending over a predetermined region in the vertical direction of the space, a branch pipe 12c connected to the water pipe 12b and extending toward the peripheral wall portion 11a of the scrubber body 11, and at the tip of each branch pipe 12c
  • a spray nozzle (not shown) that sprays the liquid supplied from the branch pipe 12c to a predetermined range.
  • the branch pipes 12c are arranged in a plurality of stages in the vertical direction and intersect so that the branch pipes 12c adjacent in the vertical direction are orthogonal to each other.
  • the gas supply device 13 is provided such that the gas ejection direction is along the tangential direction of the peripheral wall portion 11a of the scrubber body 11. Therefore, the exhaust gas introduced from the gas supply device 13 is injected in the horizontal direction along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 11a.
  • the baffle 14 includes a disk part 14 a and leg parts 14 b that connect the disk part 14 a and the peripheral wall part 11 a of the scrubber body 11. A gap is formed between the outer peripheral portion of the disk portion 14a and the peripheral wall portion 11a of the scrubber body 11 for flowing liquid droplets.
  • the baffle 14 divides the inside of the scrubber body 11 from a region where the liquid is sprayed by the spray device 12 and a region where the liquid for draining out of the scrubber body 11 is stored. Below the baffle 14, a drain pipe 15 for draining liquid outside the scrubber body 11 is provided below the baffle 14, a drain pipe 15 for draining liquid outside the scrubber body 11 is provided below the baffle 14, a drain pipe 15 for draining liquid outside the scrubber body 11 is provided below the baffle 14, a drain pipe 15 for draining liquid outside the scrubber body 11 is provided.
  • an exhaust pipe 16 for taking out a part of the treated exhaust gas out of the scrubber main body 11 is provided.
  • the exhaust pipe 16 is connected to an analyzer for sampling the treated exhaust gas.
  • exhaust gas treatment in the scrubber 10 configured in this way will be described.
  • the exhaust gas discharged from the engine is introduced by the gas supply device 13 below the region where the spray device 12 sprays liquid.
  • the exhaust gas rises in the scrubber body 11 while circling along the peripheral wall portion 11a.
  • seawater is introduced into the water conduit 12b through the water supply pipe 12a. And seawater is sprayed toward the surrounding wall part 11a of the scrubber main body 11 from the spray nozzle provided in the front-end
  • the exhaust gas swirling and rising in the scrubber body 11 comes into gas-liquid contact with seawater sprayed from the spray nozzles provided in the branch pipes 12c installed in each stage, and sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas is absorbed. Removed.
  • the exhaust gas from which sulfur dioxide (SO 2 ) has been removed is exhausted into the atmosphere from an opening 11 c provided in the upper part of the scrubber body 11. A part of the exhaust gas is sent to the analyzer via the exhaust pipe 16.
  • the seawater that has become droplets is pressed against the peripheral wall 11a by the centrifugal force due to the swirling flow and falls by its own weight.
  • the dropped liquid droplets are stopped by the baffle 14 installed below the scrubber body 11, and then connected to the baffle 14 and the peripheral wall portion 11 a, so that the bottom wall portion 11 b of the scrubber main body 11 and the surrounding peripheral wall portion are provided. It stores in the storage part comprised with 11a.
  • the stored liquid is drained out of the scrubber body 11 through the drain pipe 15.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of seawater supplied to the scrubber 10 and the removal rate of sulfur dioxide (SO 2 ).
  • the horizontal axis indicates the amount of seawater (L / min), and the vertical axis indicates the sulfur dioxide removal rate (%).
  • the removal rate of sulfur dioxide (SO 2 ) improves as the amount of seawater supplied to the scrubber 10 is increased and the amount of seawater sprayed by the spray device 12 is increased. This is because the surface area of the droplets increases due to an increase in the amount of seawater sprayed, and the contact area between the exhaust gas and seawater increases.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the seawater amount control system in the exhaust gas treatment system according to the present embodiment.
  • this seawater amount control system includes a heavy oil sulfur concentration setter 60, a minimum seawater amount converter 61, a GPS 62, an emission ratio setter 63, a CO 2 analyzer 64, and an SO 2 analysis.
  • a total 65, an SO 2 concentration converter 66, a PID controller 67, a seawater amount correction converter 68, an addition element 69, and a pump control device 70 are provided.
  • the seawater volume control system supplies the set seawater volume to the scrubber 10 by adding the minimum seawater volume converter 61 that calculates the minimum seawater volume, the seawater volume correction converter 68 that calculates the corrected seawater volume, and these. And a pump control device 70 that controls the seawater pump unit 30 (see FIG. 1).
  • the minimum seawater amount converter 61 receives the output value of the engine 20 and the set value of the heavy oil sulfur concentration setter 60.
  • the output value of the engine 20 is the output of the marine engine (from 0% to 100%).
  • the set value of the heavy oil sulfur concentration setter 60 is the sulfur content (0% to 5%) of the fuel oil (heavy oil) used by the ship.
  • the minimum seawater amount converter 61 is input with relation data between the output of the engine 20 operated in advance and the heavy oil consumption. When the output value of the engine 20 is input, it is converted into the heavy oil consumption. Then, the minimum seawater amount converter 61 multiplies the heavy oil consumption, the sulfur content of heavy oil, which is the set value of the heavy oil sulfur concentration setter 60, and the conversion coefficient to calculate the minimum seawater amount.
  • the minimum amount of seawater refers to the minimum amount of seawater required for the absorption reaction of sulfur dioxide (SO 2 ) by seawater, which is represented by the above formulas (1) to (3).
  • the GPS 62 measures the current position of the ship and outputs operation sea area information based on this position to the discharge ratio setting unit 63.
  • the emission ratio setting unit 63 outputs the emission ratio of sulfur dioxide (SO 2 ) in the sea area to the SO 2 concentration converter 66 on the basis of the signal from the GPS 62 or the manually input operation sea area information.
  • the emission ratio is a numerical value determined by the sulfur content in the fuel. Further, the sulfur content in the fuel is confirmed by measuring the emission ratio of carbon dioxide (CO 2 ) and sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas.
  • CO 2 analyzer 64 measures the concentration of CO 2 contained in the treated exhaust gas discharged from the scrubber 10 to atmosphere (the outlet CO 2 concentration).
  • the output value of the CO 2 analyzer 64 is input to the SO 2 concentration converter 66.
  • the SO 2 concentration converter 66 multiplies the outlet CO 2 concentration (%) by the emission ratio to calculate the SO 2 concentration (ppm) to be purified, and further multiplies the safety factor by 0.8 to set the outlet SO 2 concentration. (SV) is calculated.
  • the set value (SV) of the outlet SO 2 concentration is output from the SO 2 concentration converter 66 to the PID controller 67.
  • the specified emission ratio is 4.3.
  • the SO 2 concentration measured by the CO 2 analyzer 64 is 5%
  • the SO 2 analyzer 65 measures the concentration of SO 2 contained in the treated exhaust gas exhausted from the scrubber 10 into the atmosphere (exit SO 2 concentration).
  • the measured value (PV) of the outlet SO 2 concentration is output from the SO 2 analyzer 65 to the PID controller 67.
  • the PID controller 67 performs a PID control calculation based on a deviation between the outlet SO 2 concentration setting value input as the SV value and the outlet SO 2 concentration measurement value input as the PV value, and calculates the manipulated variable (MV) to obtain the seawater amount. Output to the correction converter 68.
  • the PID controller 67 has a function of switching between automatic and manual for the input or output of the SV value, PV value, and MV value. Thereby, for example, when an input cannot be obtained from the SO 2 analyzer 65 due to failure or maintenance, the automatic input can be switched to the manual input.
  • the seawater amount correction converter 68 sets the operation amount (MV), which is the output of the PID controller 67, to a seawater amount correction value proportional to the minimum seawater amount, and calculates a corrected seawater amount. For example, when the minimum seawater amount calculated by the minimum seawater amount converter 61 is 100 t / h, the MV value is 100%, and the proportionality constant is 0.5, the seawater amount correction converter 68 uses the corrected seawater amount. 50 t / h is calculated. Note that the proportionality constant may be given as a variation value in relation to the minimum amount of seawater instead of a fixed value.
  • the set seawater volume is calculated by adding the minimum seawater volume calculated by the minimum seawater volume converter 61 and the corrected seawater volume calculated by the seawater volume correction converter 68.
  • the set amount of seawater calculated by the addition element 69 is input to the pump controller 70.
  • the pump control device 70 controls the seawater pump unit 30 to supply the set amount of seawater to the scrubber 10.
  • the actual amount of seawater supplied from the seawater pump unit 30 to the scrubber 10 can be measured by installing a flow meter in the seawater pump unit 30. In this case, feedback control may be performed by comparing the actual seawater amount measured by the pump control device 70 with the set seawater amount. However, even if the actual seawater amount supplied from the seawater pump unit 30 to the scrubber 10 is insufficient and the outlet SO 2 concentration in the scrubber 10 becomes high, the corrected seawater amount is increased by the PID controller 67 in the seawater amount control system. Work in the direction.
  • the pump for supplying seawater to the scrubber 10 may be singular or plural.
  • the pump controller 70 increases the number of pumps to be operated as the set amount of seawater increases and the number of pumps to be decreased as the set amount of seawater decreases. It is good to control.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of pumps operated and the set amount of seawater when a plurality of pumps are provided.
  • three pumps for supplying seawater to the scrubber 10 are provided, the solid line indicates the operation state of the pump, and the broken line indicates the stop state of the pump.
  • only one pump is operated when the set amount of seawater is (F 1 ) to (F 2 ), and when the set amount of seawater exceeds (F 2 ), the second pump is also operated. Start driving. Further, when the set amount of seawater exceeds (F 3 ), the third pump also starts operation. When the set amount of seawater decreases below (F 3 ), the third pump stops operation, and when the set amount of seawater decreases below (F 2 ), the second pump also stops operation.
  • the PID controller 67 in the seawater amount control system is limited to proportional control in order to avoid frequent repetition of the operation state and the stop state of the pumps. Therefore, it is necessary not to perform integral control.
  • a plurality of pumps may be controlled by inverters in the pump control device 70.
  • the pump can be controlled more finely than in the case where the control by the inverter is not performed.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration when the pump control device 70 includes an inverter.
  • the pump control device 70 includes a pump flow rate setting device 70a, a first inverter 70b, and a second inverter. 70c.
  • the pump flow rate setting unit 70a sets a flow rate for one pump.
  • the first inverter 70 b controls the first pump 31, and the second inverter 70 c controls the second pump 32.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the flow rate setting value per pump and the set seawater amount according to the configuration shown in FIG.
  • the solid line indicates the operation state of the pump
  • the broken line indicates the stop state of the pump.
  • the flow rate set values in the first pump 31 and the second pump 32 also decrease.
  • the second pump 32 stops operating. Then, as the operation of the second pump 32 stops, the flow rate setting value of the first pump 31 increases.
  • the control of a plurality of pumps by the inverter as shown in FIGS. 6 and 7 is to set a wide range of possible values of the set seawater amount, that is, to set a wide range of engine load fluctuation and a range of sulfur content of fuel oil. It is effective in some cases.
  • each setting device, converter, and PID controller 67 shown in FIG. 4 may be configured by a combination of individual devices, or may be configured by a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the alkali component necessary for neutralization of sulfur oxides (especially sulfur dioxide (SO 2 )) contained in the consumed heavy oil is minimized based on the engine output and the sulfur content of the heavy oil used.
  • Calculated as the amount of seawater and further calculates the corrected seawater amount so that the sulfur oxide concentration contained in the treated exhaust gas exhausted from the scrubber 10 into the atmosphere does not exceed the emission regulation value, and adds these together
  • the amount of seawater is controlled to be supplied to the scrubber 10.
  • the amount of seawater supplied to the scrubber 10 does not become excessive or insufficient, and the amount of seawater appropriate for the scrubber is such that the sulfur oxide concentration in the exhaust gas after treatment does not exceed the regulation value. Can be operated stably.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system centered on a scrubber according to the second embodiment.
  • the exhaust gas treatment system includes a scrubber 10 to which exhaust gas is supplied from the engine 200, a seawater pump 300 that supplies seawater to the scrubber 10, and a filter unit 400 that filters the wastewater discharged from the scrubber 10. And mainly consists of.
  • the scrubber 10 is configured to be able to supply circulating seawater obtained by circulating seawater used for cleaning and fresh seawater not used for cleaning.
  • the exhaust gas discharged from the engine 200 is introduced into the scrubber 10.
  • This exhaust gas contains 50 to 1500 ppm of sulfur dioxide (SO 2 ).
  • SO 2 sulfur dioxide
  • the seawater introduced into the scrubber 10 is sprayed through the seawater pump 300 to make gas-liquid contact.
  • the exhaust gas from which the reaction has been performed and sulfur dioxide (SO 2 ) has been removed as shown in the formulas (1) to (3) in the first embodiment is exhausted from the top of the scrubber 10 to the atmosphere.
  • the seawater sprayed in the scrubber 10 falls by its own weight along the inner wall surface of the scrubber 10 and is stored in a storage section below the scrubber 10.
  • the stored seawater is drained from the scrubber 10, then filtered by the filter unit 400 and drained to the ocean.
  • the seawater stored in the scrubber 10 may not be drained into the ocean due to regulations.
  • the seawater stored in the storage part of the scrubber 10 or a tank provided separately is supplied again to the seawater pump 300 via the circulation amount control valve 310, and used for exhaust gas treatment in the scrubber 10.
  • the circulation amount control valve 310 is configured to supply only fresh seawater to the seawater pump 300 when fully closed, and supply only circulating seawater to the seawater pump 300 when fully opened.
  • the valve opening degree of the circulation amount control valve 310 is set according to the amount of drainage allowed in the operating sea area. The amount of drainage may be calculated from a previously obtained valve opening and seawater pumping capacity, or may be measured by installing a flow meter at the inlet of fresh seawater.
  • the temperature of the circulating seawater is increased by the heat of the absorbed exhaust gas. Therefore, the circulating seawater supplied from the scrubber 10 to the seawater pump 300 via the circulation amount control valve 310 is cooled by the cooling water in the heat exchanger 320 and then supplied to the scrubber 10 again.
  • the circulating seawater consumes alkali components in the seawater by absorbing sulfur dioxide (SO 2 ) in the scrubber 10.
  • SO 2 sulfur dioxide
  • the alkaline component in seawater is insufficient, the absorption reaction of sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas by seawater is inhibited, and sulfur dioxide contained in the treated exhaust gas exhausted from the scrubber 10 to the atmosphere ( The SO 2 ) concentration may exceed the emission regulation value.
  • the circulating seawater supplied from the scrubber 10 to the seawater pump 300 via the circulation amount control valve 310 is supplied to the scrubber 10 again after an alkaline agent is injected from the alkali tank 330 via the alkali pump 340. Details of the alkali amount control at this time will be described later.
  • the alkali agent a caustic soda (NaOH) solution can be used.
  • the configuration of the scrubber 10 is the same as that of the scrubber 10 of the first embodiment except that the spray device 12 shown in FIG. 2 is connected to the seawater pump 300 and the gas supply device 13 is connected to the engine 200. Therefore, illustration explanation is omitted.
  • the removal rate of sulfur dioxide (SO 2 ) improves as the amount of seawater supplied to the scrubber 10 is increased and the amount of seawater sprayed by the spray device 12 is increased. This is because the surface area of the droplets is increased by increasing the amount of seawater to be sprayed, the contact area between the exhaust gas and seawater is increased, and the total amount of alkali components contained in the seawater is increased.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an alkali amount control system in the exhaust gas treatment system according to the present embodiment.
  • this alkali amount control system includes a heavy oil sulfur concentration setting device 60, a minimum seawater amount converter 61, a GPS 62, an emission ratio setting device 63, and the like as in the first embodiment.
  • a heavy oil sulfur concentration setting device 60 In addition to the CO 2 analyzer 64, the SO 2 analyzer 65, the SO 2 concentration converter 66, the PID controller 67, the seawater amount correction converter 68, and the addition element 69, the addition / subtraction element 75 and the alkali amount calculation
  • a vessel 71, an alkali pump control device 72, an upper and lower limiter 73, and a seawater pump control device 74 are provided.
  • the alkali control system includes a minimum seawater amount converter 61 for calculating the minimum seawater amount, a seawater amount correction converter 68 for calculating the corrected seawater amount, and a difference between the set seawater amount and the fresh seawater amount obtained by adding these. And an alkali amount calculator 71 that calculates an alkali injection amount for the circulating seawater based on the amount.
  • the set seawater volume is calculated by adding the minimum seawater volume calculated by the minimum seawater volume converter 61 and the corrected seawater volume calculated by the seawater volume correction converter 68.
  • the addition / subtraction element 75 the difference seawater amount obtained by subtracting the fresh seawater amount from the set seawater amount is calculated.
  • the amount of seawater calculated by the addition / subtraction element 75 is input to the alkali amount calculator 71.
  • the alkali amount calculator 71 outputs the calculated alkali injection amount to the alkali pump control device 72.
  • the alkali pump control device 72 controls the alkali pump 340 to inject the alkali agent for the amount of alkali injection into the circulating seawater supplied to the scrubber 10.
  • the set seawater amount calculated in the addition element 69 is input to the upper / lower limiter 73.
  • the upper / lower limiter 73 determines the upper / lower limit value of the amount of seawater supplied to the scrubber 10 via the seawater pump 300. If the input set seawater amount exceeds the upper limit limiter, the upper limiter The value is output as the amount of seawater supplied to the scrubber 10. Similarly, when the input set seawater amount exceeds the lower limit value, the upper and lower limiter 73 outputs the lower limit value as the amount of seawater supplied to the scrubber 10. That is, the upper / lower limiter 73 regulates the amount of seawater supplied to the scrubber 10 within the upper / lower limit value range.
  • the alkali component used for absorption and removal of sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas does not depend only on the alkali component in seawater, and an alkali agent can be injected separately, so the amount of seawater supplied to the scrubber 10 is
  • the amount of sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas can be absorbed and removed by the contact between the exhaust gas and seawater, not the amount that compensates for the alkali component. Therefore, when the set amount of seawater exceeds the amount of seawater that can absorb and remove sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas due to contact between the exhaust gas and seawater, the amount of seawater is supplied to the scrubber 10 as an upper limit value. Set as the amount of seawater to be used.
  • the amount of alkali supplied to the scrubber 10 needs to be injected according to the amount of sulfur dioxide (SO 2 ) to be treated. If the amount of alkali is insufficient, the concentration of sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas exceeds the regulation value, which is a problem. It becomes. Therefore, the upper limit / lower limiter 73 determines the upper limit value and the lower limit value of the amount of seawater supplied to the scrubber 10, thereby reducing the power of the seawater pump 300 and reducing the set seawater amount calculated by the addition element 69 and the freshness. Since the amount of alkali is supplied in proportion to the difference from the amount of seawater, an appropriate amount of alkali can be supplied to the scrubber 10 and stable operation can be achieved.
  • the amount of seawater set by the upper / lower limiter 73 is input to the seawater pump control device 74.
  • the seawater pump control device 74 controls the seawater pump 300 to supply seawater equivalent to the amount of seawater to the scrubber 10.
  • the actual amount of seawater supplied from the seawater pump 300 to the scrubber 10 can be measured by installing a flow meter in the seawater pump 300.
  • feedback control may be performed by comparing the actual seawater amount measured by the seawater pump control device 74 with the set seawater amount.
  • the corrected seawater amount is increased by the PID controller 67 in the alkali amount control system. In order to work, the amount of alkali injection increases.
  • the pump for supplying seawater to the scrubber 10 may be singular or plural.
  • the seawater pump control device 74 causes the plurality of pumps to increase the number of operating pumps as the set amount of seawater increases and reduce the number of operating pumps as the set amount of seawater decreases. May be controlled (see FIG. 5).
  • the PID controller 67 in the alkali amount control system is limited to proportional control in order to avoid frequent repetition of the operation state and the stop state of the pumps. Therefore, it is necessary not to perform integral control.
  • a plurality of pumps may be controlled by an inverter in the seawater pump control device 74.
  • the pump can be controlled more finely than in the case where the control by the inverter is not performed.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration when the seawater pump control device 74 includes an inverter.
  • the seawater pump control device 74 includes a pump flow rate setting device 74a, a first inverter 74b, And an inverter 74c.
  • the pump flow rate setting unit 74a sets a flow rate for one pump.
  • the first inverter 74b controls the first pump 300a
  • the second inverter 74c controls the second pump 300b.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the flow rate setting value per pump and the set seawater amount according to the configuration shown in FIG. In FIG. 11, the solid line indicates the operation state of the pump, and the broken line indicates the stop state of the pump.
  • the flow rate set values in the first pump 300a and the second pump 300b also decrease.
  • the second pump 300b stops operation. Then, as the operation of the second pump 300b is stopped, the flow rate set value of the first pump 300a increases.
  • sulfur oxide particularly, sulfur dioxide (SO 2 ) contained in consumed heavy oil from the engine output and the sulfur content of heavy oil to be used.
  • Is calculated, and the alkali injection amount to be injected into the seawater is calculated based on the set seawater amount obtained by adding these together.
  • the concentration of sulfur dioxide (SO 2 ) in the exhaust gas is within the regulation value, and that carbon dioxide (CO 2 ) and sulfur dioxide ( The concentration of SO 2 ) is controlled by measuring with a CO 2 analyzer 64 and an SO 2 analyzer 65, respectively. According to these analyzers, stable measurement results can be obtained from the pH meter. Therefore, by calculating the amount of alkali injected into seawater based on the measurement results of these analyzers, stable and reliable sulfur oxidation It is possible to obtain a removal rate of objects.

Abstract

 処理後の排ガス中の硫黄酸化物濃度が規制値を超えることのないよう、スクラバに適切な海水量を供給して安定した運転をすることができるスクラバの海水量制御装置を提供すること。排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水と接触させて洗浄するスクラバに供給する海水量を制御するスクラバの海水量制御装置は、エンジン出力と燃料油の硫黄分から、海水による硫黄酸化物の吸収反応に最低必要な海水量である最低海水量を算出する最低海水量換算器(61)と、前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物が設定値以下となる海水量である補正海水量を算出する海水量補正換算器(68)と、前記最低海水量と前記補正海水量とを加算して設定海水量を算出する加算要素(69)と、前記設定海水量分の海水を前記スクラバに供給するように制御するポンプ制御装置(70)と、を備える。

Description

スクラバの海水量制御装置、スクラバの海水量制御方法、アルカリ量制御装置及びアルカリ量制御方法
 本発明は、排ガス中の硫黄酸化物(特に、二酸化硫黄(SO))の濃度を低減するためのスクラバに対し、吸収液として供給する海水の海水量制御装置、及び、吸収液として供給する海水に注入するアルカリ量の制御装置に関する。
 国際海事機関(IMO)は、船舶の排ガス中に含まれる硫黄酸化物(SO)を低減させるため、燃料油の硫黄分規制を段階的に強化する方針で、最終的には全海域を対象に硫黄分0.5%以下とする規制が適用されることとなっている。このため、船舶運航者は、低硫黄分燃料を使用するか、あるいは、主機関に排ガス処理装置を装着するなどの対応が必要となる。
 船舶における排ガス処理装置としては、排ガスを海水に通すことにより、排ガス中の有害物質の濃度を低減するスクラバが知られている(たとえば、特許文献1及び特許文献2参照)。
特開2004-081933号公報 特許第2993891号公報
 スクラバに供給する海水量は処理する硫黄酸化物量に見合った量を注入する必要があり、過剰に海水を供給した場合は圧力損失が大きくなるとともに海水ポンプの動力が増大して問題となる一方で、海水量が不足すると排ガス中の硫黄酸化物濃度が規制値を超えて問題となる。
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、処理後の排ガス中の硫黄酸化物濃度が規制値を超えることのないよう、スクラバに適切な海水量を供給して安定した運転をすることができるスクラバの海水量制御装置を提供することを目的とする。
 また、特許文献2に記載の排ガス処理装置においては、スクラバを構成する吸収塔の塔底液のpH制御を行って、吸収塔の塔底から洗浄液を返還給送して排ガスを洗浄している。pH測定に用いられるpHメータは一般にガラス電極式が用いられるが、このようなpHメータは定期的な洗浄と校正が必要であり、安定した測定結果に基づいてきめ細かくpHを制御することは困難であった。
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、pHメータを使用することなくスクラバに供給する海水のアルカリ制御を行って、安定した信頼性の高い硫黄酸化物の除去率を得ることができるアルカリ量制御装置を提供することを目的とする。
 本発明は、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水と接触させて洗浄するスクラバに供給する海水量を制御するスクラバの海水量制御装置であって、エンジン出力と燃料油の硫黄分から、海水による硫黄酸化物の吸収反応に最低必要な海水量である最低海水量を算出する最低海水量換算器と、前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物が設定値以下となる海水量である補正海水量を算出する海水量補正換算器と、前記最低海水量と前記補正海水量とを加算して設定海水量を算出する加算要素と、前記設定海水量分の海水を前記スクラバに供給するように制御するポンプ制御装置と、を備えることを特徴とする。
 上記スクラバの海水量制御装置によれば、エンジン出力と使用する重油の硫黄分から、消費した重油に含まれる硫黄酸化物の中和に必要なアルカリ成分を最低海水量として算出し、さらに、スクラバから大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれる硫黄酸化物濃度が排出規制値を超えないように補正海水量を算出して、これらを足し合わせた設定海水量をスクラバへ供給するように制御している。この構成により、スクラバに供給される海水量が過剰になることや不足することがなく、処理後の排ガス中の硫黄酸化物濃度が規制値を超えることのないよう、スクラバに適切な海水量を供給して安定した運転をすることが可能となる。
 本発明のアルカリ量制御装置は、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水と接触させて洗浄するスクラバに供給する海水に注入するアルカリ量を制御するアルカリ量制御装置であって、エンジン出力と燃料油の硫黄分から、海水による硫黄酸化物の吸収反応に最低必要な海水量である最低海水量を算出する最低海水量換算器と、前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物が設定値以下となる海水量である補正海水量を算出する海水量補正換算器と、前記最低海水量と前記補正海水量とを加算して設定海水量を算出する加算要素と、前記設定海水量分の海水を前記スクラバに供給するように制御するポンプ制御装置と、前記設定海水量分の海水中に含まれるアルカリ成分量からアルカリ注入量を算出するアルカリ量演算器と、前記アルカリ注入量に対応するアルカリ剤を前記スクラバに供給する海水に注入するように制御するアルカリポンプ制御装置と、を備えることを特徴とする。
 上記アルカリ量制御装置によれば、エンジン出力と使用する重油の硫黄分から、消費した重油に含まれる硫黄酸化物の中和に必要なアルカリ成分を最低海水量として算出し、さらに、スクラバから大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれる硫黄酸化物濃度が排出規制値を超えないように補正海水量を算出して、これらを足し合わせた設定海水量に基づいて海水に注入するアルカリ注入量を算出している。この構成により、海水のpHを測定することなく、すなわち、pHメータを使用することなく、スクラバに供給する海水のアルカリ制御を行うことができるため、安定した信頼性の高い硫黄酸化物の除去率を得ることが可能となる。
 本発明によれば、処理後の排ガス中の硫黄酸化物濃度が規制値を超えることのないよう、スクラバに適切な海水量を供給して安定した運転をすることができる。
 また、本発明によれば、pHメータを使用することなくスクラバに供給する海水のアルカリ制御を行うため、安定した信頼性の高い硫黄酸化物の除去率を得ることができる。
第1の実施の形態に係るスクラバを中心とする排ガス処理システムを示す概略図である。 スクラバの断面模式図である。 スクラバに供給する海水量と二酸化硫黄(SO)の除去率との関係を示すグラフである。 第1の実施の形態に係る排ガス処理システムにおける海水量制御システムの構成を示すブロック図である。 複数のポンプを備える場合の、ポンプ運転台数と設定海水量との関係を示す図である。 第1の実施の形態に係るポンプ制御装置がインバータを備える場合の構成を示すブロック図である。 第1の実施の形態に係る複数のポンプを備える場合の、ポンプ1台あたりの流量設定値と設定海水量との関係を示す図である。 第2の実施の形態に係るスクラバを中心とする排ガス処理システムを示す概略図である。 第2の実施の形態に係る排ガス処理システムにおけるアルカリ量制御システムの構成を示すブロック図である。 第2の実施の形態に係るポンプ制御装置がインバータを備える場合の構成を示すブロック図である。 第2の実施の形態に係る複数のポンプを備える場合の、ポンプ1台あたりの流量設定値と設定海水量との関係を示す図である。
 以下、本発明の第1の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
 図1は、第1の実施の形態に係るスクラバを中心とする排ガス処理システムを示す概略図である。なお、第1の実施の形態に係る排ガス処理システムとしては、船舶に使用されるエンジンから排出される排ガス中に含まれる二酸化硫黄(SO)を除去するシステムを考える。ただし、これに限られず、本実施の形態に係る排ガス処理システムは、窒素酸化物(NO)や硫黄酸化物(SO)などの物質を含む種々の排ガスの処理に適用可能である。
 図1に示すように、排ガス処理システムは、エンジン20から排ガスが供給されるスクラバ10と、海水加圧ポンプおよび海水引抜ポンプを備える海水ポンプユニット30と、排水タンク40と、排水をろ過するろ過器ユニット50と、から主に構成される。
 エンジン20から排出された排ガスは、スクラバ10に導入される。この排ガスには、二酸化硫黄(SO)が50~1500ppm含まれる。この排ガスがスクラバ10内を上昇する過程で、海水ポンプユニット30を介してスクラバ10に導入された海水を噴霧して、気液接触させる。
 排ガス内の二酸化硫黄(SO)は、下記式(1)に示すように、海水に溶けて、水素イオンと亜硫酸イオンに解離する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 水素イオンは、下記式(2)に示すように、海水中のアルカリ成分(NaHCO)と反応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 亜硫酸イオンは、下記式(3)に示すように、空気によって硫酸イオンまで酸化される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 なお、式(2),(3)の反応に必要な海水中のアルカリ成分が不足すると、水素イオンの増加により海水の水素イオン指数(pH)が低下して亜硫酸イオンの吸収反応が阻害される。したがって、海水による二酸化硫黄(SO)の吸収反応に最低必要な海水量は、式(2),(3)に示すアルカリ成分との反応分を満たす量に決定される。なお、海水は、CaCO換算で約105ppmのアルカリ度を有する。
 このようにして二酸化硫黄(SO)が除去された排ガスは、スクラバ10の上部から大気中へ排気される。
 スクラバ10内に噴霧された海水は、スクラバ10の内壁面に沿って自重で落下し、スクラバ10下方の貯留部に貯留する。貯留した海水は、海水ポンプユニット30を介して排水タンク40に排水された後、ろ過器ユニット50でろ過されて海洋へ排水される。
 続いて、スクラバ10の構成について説明する。図2は、スクラバ10の一例を示す断面模式図である。
 図2に示すように、スクラバ10は、上下方向に内部空間が形成されたスクラバ本体11と、スクラバ本体11の内部空間の上下方向の所定領域において海水(液体)を霧の状態にして噴射(噴霧)するスプレー装置12と、スプレー装置12が海水を噴霧する領域よりも下方位置からスクラバ本体11にエンジン排ガス(気体)を導入するガス供給装置13と、スプレー装置12よりも下方位置に設けられたバッフル14と、を備えている。ここで、スプレー装置12は、図1に示す海水ポンプユニット30に接続され、ガス供給装置13は、図1に示すエンジン20に接続されている。
 スクラバ本体11は、円筒形状の周壁部11aと円形状の底壁部11bと、で構成される。周壁部11aは、いずれの部分も同径に構成されている。周壁部11aの上端部は開口しており、開口部11cが形成されている。なお、本実施の形態においてスクラバ本体11は円筒形状を有しているが、スクラバ本体11の形状はこれに限られず、たとえば、角筒形状であってもよい。
 スプレー装置12は、スクラバ本体11の中心軸上に設置される。スプレー装置12は、スクラバ本体11外からスクラバ本体11内に挿入され、スクラバ本体11の中心位置まで延在する給水管12aと、この給水管12aの挿入端部に連結され、スクラバ本体11の内部空間の上下方向の所定領域にかけて延在する幹管としての水導管12bと、この水導管12bに連結されスクラバ本体11の周壁部11aに向けて伸びる枝管12cと、各枝管12cの先端に設けられ、枝管12cから供給される液体を所定範囲に噴霧する図示しないスプレーノズルと、を含んで構成される。枝管12cは、上下方向に複数段並べて配置されるとともに、上下方向に隣接する枝管12cが直交するように交差している。
 ガス供給装置13は、スクラバ本体11の周壁部11aの接線方向にガス噴出方向が沿うように設けられている。したがって、ガス供給装置13から導入される排ガスは、周壁部11aの内周面に沿って水平方向に噴射される。
 バッフル14は、円盤部14aと、円盤部14aとスクラバ本体11の周壁部11aとを連結する脚部14bと、で構成される。円盤部14aの外周部分とスクラバ本体11の周壁部11aとの間には、液滴を流すための隙間が形成されている。バッフル14は、スクラバ本体11内部を、スプレー装置12によって液体が噴霧される領域と、スクラバ本体11外に排水するための液体を貯留する領域を区切っている。バッフル14の下方には、スクラバ本体11外に液体を排水するための排水管15が設けられている。
 スクラバ本体11の開口部11c近傍には、処理済み排ガスの一部をスクラバ本体11外に取り出すための排気管16が設けられている。排気管16は、処理済み排ガスをサンプリングするための、分析計に接続されている。
 このように構成されたスクラバ10における排ガス処理について説明する。エンジンから排出された排ガスは、ガス供給装置13によって、スプレー装置12が液体を噴霧する領域よりも下方位置に導入される。この排ガスは、周壁部11aに沿うように周回しながらスクラバ本体11内を上昇する。
 一方、海水は、給水管12aを介して水導管12bに導入される。そして、海水は、複数段の枝管12cの先端に設けられたスプレーノズルから、スクラバ本体11の周壁部11aに向けて噴霧される。
 したがって、スクラバ本体11内を旋回上昇する排ガスは、各段に設置された枝管12cに設けられたスプレーノズルから噴霧される海水と気液接触し、排ガス内の二酸化硫黄(SO)が吸収除去される。二酸化硫黄(SO)が除去された排ガスは、スクラバ本体11の上部に設けられた開口部11cから大気中へ排気される。また、排ガスの一部は、排気管16を介して分析計に送られる。
 液滴となった海水は、旋回流による遠心力によって周壁部11aに押し付けられて自重で落下する。落下した液滴は、スクラバ本体11の下方に設置されたバッフル14でその旋回が止められた後、バッフル14および周壁部11aをつたって、スクラバ本体11の底壁部11bとその周囲の周壁部11aとで構成される貯留部に貯留する。貯留した液体は、排水管15を介してスクラバ本体11の外へ排水される。
 図3は、スクラバ10に供給する海水量と二酸化硫黄(SO)の除去率との関係を示すグラフである。図3において、横軸は海水量(L/min)を示し、縦軸は二酸化硫黄除去率(%)を示す。
 図3に示すように、スクラバ10に供給する海水量を増やし、スプレー装置12によって噴霧する海水量を多くするほど、二酸化硫黄(SO)の除去率は向上する。これは、噴霧する海水量が増大することにより液滴の表面積が増大して、排ガスと海水との接触面積が増大するためである。
 図3に示す海水量と二酸化硫黄(SO)の除去率との関係により、スクラバ本体11の開口部11cから大気中へ排気される排ガスに含まれる二酸化硫黄(SO)の濃度(出口SO濃度)が高い場合には、スプレー装置12によって噴霧される海水量を多くすることにより、出口SO濃度を下げることができる。
 続いて、スクラバ10のスプレー装置12に供給する海水量制御について説明する。図4は、本実施の形態に係る排ガス処理システムにおける海水量制御システムの構成を示すブロック図である。
 図4に示すように、この海水量制御システムは、重油硫黄濃度設定器60と、最低海水量換算器61と、GPS62と、排出比率設定器63と、CO分析計64と、SO分析計65と、SO濃度換算器66と、PIDコントローラ67と、海水量補正換算器68と、加算要素69と、ポンプ制御装置70と、を備えている。
 このような海水量制御システムの構成と動作について説明する。
 海水量制御システムは、最低海水量を算出する最低海水量換算器61と、補正海水量を算出する海水量補正換算器68と、これらを足し合わせた設定海水量をスクラバ10に供給するように海水ポンプユニット30(図1参照)を制御するポンプ制御装置70と、を含んで構成される。
 最低海水量換算器61には、エンジン20の出力値と重油硫黄濃度設定器60の設定値が入力される。エンジン20の出力値は、船舶エンジンの出力(0%から100%)である。重油硫黄濃度設定器60の設定値は、船舶が使用する燃料油(重油)の硫黄分(0%から5%)である。
 最低海水量換算器61には、あらかじめ運用するエンジン20の出力と重油消費量との関係データが入力されており、エンジン20の出力値が入力されると、これを重油消費量に換算する。そして、最低海水量換算器61は、重油消費量と、重油硫黄濃度設定器60の設定値である重油の硫黄分と、換算係数とを乗じて、最低海水量を算出する。なお、最低海水量とは、上記式(1)から(3)で示した、海水による二酸化硫黄(SO)の吸収反応に最低必要な海水量を指す。
 GPS62は、船舶の現在位置を測定し、この位置に基づいた運行海域情報を排出比率設定器63に出力する。排出比率設定器63は、GPS62からの信号または手動で入力された運行海域情報に基づいて、当該海域における二酸化硫黄(SO)の排出比率をSO濃度換算器66に出力する。
 ここで、排出比率とは、燃料中の硫黄分によって決定される数値である。また、燃料中の硫黄分は、排ガス中の二酸化炭素(CO)および二酸化硫黄(SO)の排出比率を測定することにより確認される。
 CO分析計64は、スクラバ10から大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれるCOの濃度(出口CO濃度)を測定する。CO分析計64の出力値は、SO濃度換算器66に入力される。SO濃度換算器66は、出口CO濃度(%)に排出比率を乗じて浄化すべきSO濃度(ppm)を算出し、さらに安全率0.8を乗じて出口SO濃度の設定値(SV)を算出する。この出口SO濃度の設定値(SV)は、SO濃度換算器66からPIDコントローラ67に出力される。
 たとえば、燃料中の硫黄分が0.1%に規制されている海域において、定められた排出比率は4.3である。CO分析計64が測定した出口CO濃度が5%であった場合、SO濃度は21.5ppm(=4.3×5)以下まで浄化すべきであり、この値に安全率0.8を乗じた17.2ppmが出口SO濃度設定値となる。
 SO分析計65は、スクラバ10から大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれるSOの濃度(出口SO濃度)を測定する。この出口SO濃度の測定値(PV)は、SO分析計65からPIDコントローラ67に出力される。
 PIDコントローラ67は、SV値として入力された出口SO濃度設定値とPV値として入力された出口SO濃度測定値の偏差に基づきPID制御演算を行って操作量(MV)を算出し海水量補正換算器68に出力する。なお、PIDコントローラ67は、SV値、PV値およびMV値の入力または出力について、自動と手動とを切り替えて対応する機能を有している。これにより、故障またはメンテナンスなどにより、たとえばSO分析計65から入力が得られない場合には、自動入力から手動入力に切り替えて対応することができる。
 海水量補正換算器68は、PIDコントローラ67の出力である操作量(MV)を、最低海水量に比例した海水量補正値に設定して、補正海水量を算出する。たとえば、最低海水量換算器61で算出された最低海水量が100t/hであり、MV値が100%であり、比例定数が0.5である場合、海水量補正換算器68では補正海水量50t/hが算出される。なお、比例定数は、固定値ではなく最低海水量との関係で変動値として与えてもよい。
 そして、加算要素69では、最低海水量換算器61で算出された最低海水量と、海水量補正換算器68で算出された補正海水量とを加算することにより、設定海水量が算出される。加算要素69で算出された設定海水量は、ポンプ制御装置70に入力される。ポンプ制御装置70は、海水ポンプユニット30を制御して、この設定海水量分の海水をスクラバ10へ供給する。
 海水ポンプユニット30からスクラバ10へ供給される実海水量は、海水ポンプユニット30に流量計を設置することにより測定することができる。この場合、ポンプ制御装置70において測定した実海水量と設定海水量とを比較して、フィードバック制御を行ってもよい。ただし、海水ポンプユニット30からスクラバ10へ供給される実海水量が不足してスクラバ10における出口SO濃度が高くなったとしても、海水量制御システムにおけるPIDコントローラ67により補正海水量が増加される方向にはたらく。
 スクラバ10へ海水を供給するためのポンプは、単数であっても複数であってもよい。複数のポンプを備える場合には、設定海水量の増加に伴ってポンプの運転台数を増やし、設定海水量の減少に伴ってポンプの運転台数を減らすように、ポンプ制御装置70によって複数のポンプを制御するとよい。
 図5は、複数のポンプを備える場合の、ポンプ運転台数と設定海水量との関係を示す図である。図5においては、スクラバ10へ海水を供給するための3台のポンプを備えており、実線はポンプの運転状態を示し、破線はポンプの停止状態を示す。図5に示すように、設定海水量が(F)から(F)の間はポンプが1台のみ運転しており、設定海水量が(F)を超えると2台目のポンプも運転を開始する。さらに、設定海水量が(F)を超えると3台目のポンプも運転を開始する。また、設定海水量が(F)よりも減少すると3台目のポンプは運転を停止し、設定海水量が(F)よりも減少すると2台目のポンプも運転を停止する。
 なお、図5に示すように複数のポンプを制御する場合には、ポンプが頻繁に運転状態と停止状態とを繰り返すことを避けるために、海水量制御システムにおけるPIDコントローラ67は比例制御に限定し、積分制御を行わないようにすることが必要である。
 また、図6,図7に示すように、複数のポンプをポンプ制御装置70におけるインバータで制御する構成としてもよい。この場合には、インバータによる制御をしない場合と比較して、きめ細かなポンプの制御を行うことができる。
 図6は、ポンプ制御装置70がインバータを備える場合の構成を示すブロック図である。たとえば、スクラバ10へ海水を供給するための2台のポンプを備える場合、図6に示すように、ポンプ制御装置70は、ポンプ流量設定器70aと、第1のインバータ70bと、第2のインバータ70cと、を備える。ポンプ流量設定器70aは、ポンプ1台あたりに対する流量を設定する。第1のインバータ70bは第1のポンプ31を制御し、第2のインバータ70cは第2のポンプ32を制御する。
 図7は、図6に示す構成による、ポンプ1台あたりの流量設定値と設定海水量との関係を示す図である。図7において、実線はポンプの運転状態を示し、破線はポンプの停止状態を示す。
 図7に示すように、設定海水量(F)から(F)の間は第1のポンプ31のみが運転しており、設定海水量が(F)から(F)に増大するにしたがって、第1のポンプ31における流量設定値も増大していく。設定海水量が(F)を超えると、第2のポンプ32も運転を開始する。このとき、第2のポンプ32の運転に伴って、第1のポンプ31の流量設定値は減少する。設定海水量が(F)から(F)に増大するにしたがって、第1のポンプ31および第2のポンプ32における流量設定値も増大していく。
 また、設定海水量が(F)から減少するにしたがって、第1のポンプ31および第2のポンプ32における流量設定値も減少していく。設定海水量が(F2)よりも減少すると、第2のポンプ32は運転を停止する。そして、第2のポンプ32の運転停止に伴って、第1のポンプ31の流量設定値は増加する。
 図6,図7に示すようなインバータによる複数のポンプの制御は、設定海水量のとり得る値を広く設定する場合、すなわち、エンジン負荷変動の範囲や燃料油の硫黄分の範囲を広く設定する場合などに有効である。
 なお、図4に示す各設定器、換算器およびPIDコントローラ67は、個々の機器の組み合わせで構成されていても、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)で構成されていてもよい。
 このような海水量制御システムによれば、エンジン出力と使用する重油の硫黄分から、消費した重油に含まれる硫黄酸化物(特に、二酸化硫黄(SO))の中和に必要なアルカリ成分を最低海水量として算出し、さらに、スクラバ10から大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれる硫黄酸化物濃度が排出規制値を超えないように補正海水量を算出して、これらを足し合わせた設定海水量をスクラバ10へ供給するように制御している。この構成により、スクラバ10に供給される海水量が過剰になることや不足することがなく、処理後の排ガス中の硫黄酸化物濃度が規制値を超えることのないよう、スクラバに適切な海水量を供給して安定した運転をすることが可能となる。
 次に、以下、本発明の第2の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、第2の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その図示、説明を省略する。
 図8は、第2の実施の形態に係るスクラバを中心とする排ガス処理システムを示す概略図である。図8に示すように、排ガス処理システムは、エンジン200から排ガスが供給されるスクラバ10と、スクラバ10に海水を供給する海水ポンプ300と、スクラバ10から排出された排水をろ過するろ過器ユニット400と、から主に構成される。スクラバ10は、洗浄に用いた海水を循環させた循環海水と、洗浄に用いていない新鮮海水とを供給可能に構成されている。
 エンジン200から排出された排ガスは、スクラバ10に導入される。この排ガスには、二酸化硫黄(SO)が50~1500ppm含まれる。この排ガスがスクラバ10内を上昇する過程で、海水ポンプ300を介してスクラバ10に導入された海水を噴霧して、気液接触させる。
 第1の実施の形態における式(1)~(3)に示すように反応が行われ、二酸化硫黄(SO)が除去された排ガスは、スクラバ10の上部から大気中へ排気される。
 スクラバ10内に噴霧された海水は、スクラバ10の内壁面に沿って自重で落下し、スクラバ10下方の貯留部に貯留する。貯留した海水は、スクラバ10から排水された後、ろ過器ユニット400でろ過されて海洋へ排水される。
 なお、船舶の運行海域によっては、規制により、スクラバ10に貯留した海水を海洋に排水できない場合がある。この場合には、スクラバ10の貯留部または別途設けたタンクに貯留した海水を、循環量制御バルブ310を介して再度海水ポンプ300に供給することにより、スクラバ10における排ガス処理に使用する。
 循環量制御バルブ310は、全閉時には新鮮海水のみを海水ポンプ300に供給し、全開時には循環海水のみを海水ポンプ300に供給するように構成されている。循環量制御バルブ310のバルブ開度は、運行海域で許容される排水量に応じて設定される。なお、排水量は、あらかじめ得られているバルブ開度と海水ポンプ能力から算出してもよいし、新鮮海水の入り口に流量計を設置して測定してもよい。
 エンジン200の排ガスは、200℃から400℃の高温であるため、循環海水は吸収した排ガスの熱により温度が上昇している。したがって、スクラバ10から循環量制御バルブ310を介して海水ポンプ300に供給された循環海水は、熱交換器320において冷却水によって冷却された後、再度スクラバ10に供給される。
 また、循環海水は、スクラバ10において二酸化硫黄(SO)を吸収することにより海水中のアルカリ成分が消費されている。海水中のアルカリ成分が不足している場合には、海水による排ガス中の二酸化硫黄(SO)の吸収反応が阻害され、スクラバ10から大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれる二酸化硫黄(SO)濃度が排出規制値を超えるおそれがある。
 そのため、スクラバ10から循環量制御バルブ310を介して海水ポンプ300に供給された循環海水は、アルカリポンプ340を介してアルカリタンク330からアルカリ剤が注入された後、再度スクラバ10に供給される。このときのアルカリ量制御については、詳細を後述する。なお、アルカリ剤としては、苛性ソーダ(NaOH)溶液を用いることができる。
 スクラバ10の構成については、図2に示すスプレー装置12が海水ポンプ300に接続され、ガス供給装置13がエンジン200に接続される点を除き、第1の実施の形態のスクラバ10と同一の構成となるので、図示説明を省略する。
 図3に示すように、スクラバ10に供給する海水量を増やし、スプレー装置12によって噴霧する海水量を多くするほど、二酸化硫黄(SO)の除去率は向上する。これは、噴霧する海水量が増大することにより液滴の表面積が増大して、排ガスと海水との接触面積が増大することに加え、海水に含まれるアルカリ成分の総量が増加するためである。
 図3に示す海水量と二酸化硫黄(SO)の除去率との関係により、スクラバ本体11の開口部11cから大気中へ排気される排ガスに含まれる二酸化硫黄(SO)の濃度(出口SO濃度)が高い場合には、スプレー装置12によって噴霧される海水量を多くすることにより、出口SO濃度を下げることができる。
 続いて、スクラバ10のスプレー装置12に供給する循環海水にアルカリ剤を注入する場合におけるアルカリ量制御について説明する。図9は、本実施の形態に係る排ガス処理システムにおけるアルカリ量制御システムの構成を示すブロック図である。
 図9に示すように、このアルカリ量制御システムは、第1の実施の形態と同様となる重油硫黄濃度設定器60と、最低海水量換算器61と、GPS62と、排出比率設定器63と、CO分析計64と、SO分析計65と、SO濃度換算器66と、PIDコントローラ67と、海水量補正換算器68と、加算要素69とに加え、加減算要素75と、アルカリ量演算器71と、アルカリポンプ制御装置72と、上下限リミッタ73と、海水ポンプ制御装置74と、を備えている。
 このようなアルカリ量制御システムの構成と動作について説明する。なお、第1の実施の形態と同一又は同様の構成、動作については説明を省略又は簡略とする。
 アルカリ制御システムは、最低海水量を算出する最低海水量換算器61と、補正海水量を算出する海水量補正換算器68と、これらを足し合わせた設定海水量と新鮮海水量との差分の海水量に基づいて循環海水に対するアルカリ注入量を算出するアルカリ量演算器71と、を含んで構成される。
 そして、加算要素69において、最低海水量換算器61で算出された最低海水量と、海水量補正換算器68で算出された補正海水量とを加算することにより、設定海水量が算出される。次に、加減算要素75において、設定海水量から新鮮海水量を減算した差分の海水量が算出される。加減算要素75で算出された海水量は、アルカリ量演算器71に入力される。
 アルカリ量演算器71は、加減算要素75で算出された海水量分の海水中に含まれるアルカリ成分量を算出するとともに、このアルカリ成分量に相当するアルカリ注入量を算出する。海水のアルカリ度は、CaCO換算で105(ppm)、すなわち105(mg/L)であるため、たとえば海水量が100(t/h)である場合には、この海水量分の海水中に含まれるアルカリ成分は、105(g/m)×100(m/h)=10500(g/h)=10.5(kg/h)と算出される。これをNaOHに換算すると、8.4(kg/h)となるため、アルカリ剤として25(%)、比重1.27の苛性ソーダ溶液を用いる場合のアルカリ注入量は、8.4/0.25/1.27≒26.5(L/h)と算出される。
 アルカリ量演算器71は、算出したアルカリ注入量をアルカリポンプ制御装置72に出力する。アルカリポンプ制御装置72は、アルカリポンプ340を制御して、このアルカリ注入量分のアルカリ剤をスクラバ10に供給される循環海水に注入する。
 また、加算要素69において算出された設定海水量は、上下限リミッタ73に入力される。上下限リミッタ73は、海水ポンプ300を介してスクラバ10に供給する海水量の上下限リミッタ値を定めており、入力された設定海水量が上限リミッタ値を超えている場合には、この上限リミッタ値をスクラバ10に供給する海水量として出力する。同様に、上下限リミッタ73は、入力された設定海水量が下限リミッタ値を超えている場合には、この下限リミッタ値をスクラバ10に供給する海水量として出力する。すなわち、上下限リミッタ73は、スクラバ10に供給する海水量を上下限値の範囲内に規制する。
 本発明においては、排ガス中の二酸化硫黄(SO)の吸収除去に用いるアルカリ成分は、海水中のアルカリ成分のみに依存せず、別途アルカリ剤を注入できるため、スクラバ10に供給する海水量は、アルカリ成分を補償する量ではなく、排ガスと海水との接触によって排ガス中の二酸化硫黄(SO)を吸収除去できる量を確保すればよい。したがって、設定海水量が、排ガスと海水との接触によって排ガス中の二酸化硫黄(SO)を吸収除去できる海水量を超えている場合には、この海水量を上限リミッタ値として、スクラバ10に供給する海水量として設定する。
 スクラバ10に供給するアルカリ量は処理する二酸化硫黄(SO)量に見合った量を注入する必要があり、アルカリ量が不足すると排ガス中の二酸化硫黄(SO)濃度が規制値を超えて問題となる。したがって、上下限リミッタ73によって、スクラバ10に供給する海水量の上限リミッタ値および下限リミッタ値を定めることにより、海水ポンプ300の動力を削減しつつ、加算要素69において算出された設定海水量と新鮮海水量との差に比例してアルカリ量を供給するので、スクラバ10に適切なアルカリ量を供給することができ、安定した運転をすることが可能となる。
 上下限リミッタ73によって設定された海水量は、海水ポンプ制御装置74に入力される。海水ポンプ制御装置74は、海水ポンプ300を制御して、この海水量分の海水をスクラバ10へ供給する。
 海水ポンプ300からスクラバ10へ供給される実海水量は、海水ポンプ300に流量計を設置することにより測定することができる。この場合、海水ポンプ制御装置74において測定した実海水量と設定海水量とを比較して、フィードバック制御を行ってもよい。ただし、海水ポンプ300からスクラバ10へ供給されるアルカリ量が不足してスクラバ10における出口SO濃度が高くなったとしても、アルカリ量制御システムにおけるPIDコントローラ67により補正海水量が増加される方向にはたらくため、アルカリ注入量は増加する。
 スクラバ10へ海水を供給するためのポンプは、単数であっても複数であってもよい。複数のポンプを備える場合には、設定海水量の増加に伴ってポンプの運転台数を増やし、設定海水量の減少に伴ってポンプの運転台数を減らすように、海水ポンプ制御装置74によって複数のポンプを制御するとよい(図5参照)。
 なお、図5に示すように複数のポンプを制御する場合には、ポンプが頻繁に運転状態と停止状態とを繰り返すことを避けるために、アルカリ量制御システムにおけるPIDコントローラ67は比例制御に限定し、積分制御を行わないようにすることが必要である。
 また、図10,図11に示すように、複数のポンプを海水ポンプ制御装置74におけるインバータで制御する構成としてもよい。この場合には、インバータによる制御をしない場合と比較して、きめ細かなポンプの制御を行うことができる。
 図10は、海水ポンプ制御装置74がインバータを備える場合の構成を示すブロック図である。たとえば、スクラバ10へ海水を供給するための2台のポンプを備える場合、図10に示すように、海水ポンプ制御装置74は、ポンプ流量設定器74aと、第1のインバータ74bと、第2のインバータ74cと、を備える。ポンプ流量設定器74aは、ポンプ1台あたりに対する流量を設定する。第1のインバータ74bは第1のポンプ300aを制御し、第2のインバータ74cは第2のポンプ300bを制御する。
 図11は、図10に示す構成による、ポンプ1台あたりの流量設定値と設定海水量との関係を示す図である。図11において、実線はポンプの運転状態を示し、破線はポンプの停止状態を示す。
 図11に示すように、設定海水量(F)から(F)の間は第1のポンプ300aのみが運転しており、設定海水量が(F)から(F)に増大するにしたがって、第1のポンプ300aにおける流量設定値も増大していく。設定海水量が(F)を超えると、第2のポンプ300bも運転を開始する。このとき、第2のポンプ300bの運転に伴って、第1のポンプ300aの流量設定値は減少する。設定海水量が(F)から(F)に増大するにしたがって、第1のポンプ300aおよび第2のポンプ300bにおける流量設定値も増大していく。
 また、設定海水量が(F)から減少するにしたがって、第1のポンプ300aおよび第2のポンプ300bにおける流量設定値も減少していく。設定海水量が(F2)よりも減少すると、第2のポンプ300bは運転を停止する。そして、第2のポンプ300bの運転停止に伴って、第1のポンプ300aの流量設定値は増加する。
 図10,図11に示すようなインバータによる複数のポンプの制御は、設定海水量のとり得る値を広く設定する場合、すなわち、エンジン負荷変動の範囲や燃料油の硫黄分の範囲を広く設定する場合などに有効である。
 以上説明したように、第2の実施の形態に係るアルカリ量制御システムによれば、エンジン出力と使用する重油の硫黄分から、消費した重油に含まれる硫黄酸化物(特に、二酸化硫黄(SO))の中和に必要なアルカリ成分を最低海水量として算出し、さらに、スクラバ10から大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれる硫黄酸化物濃度が排出規制値を超えないように補正海水量を算出して、これらを足し合わせた設定海水量に基づいて海水に注入するアルカリ注入量を算出している。この構成により、海水のpHを測定することなく、すなわち、pHメータを使用することなく、スクラバに供給する海水のアルカリ制御を行うことができるため、安定した信頼性の高い硫黄酸化物の除去率を得ることが可能となる。
 また、第2の実施の形態に係るアルカリ量制御システムによれば、排ガス中の二酸化硫黄(SO)濃度が規制値内であることを、排ガス中の二酸化炭素(CO)および二酸化硫黄(SO)の濃度をそれぞれCO分析計64、SO分析計65で測定することにより制御している。これらの分析計によれば、pHメータより安定した測定結果が得られるため、これらの分析計の測定結果に基づいて海水に注入するアルカリ量を算出することにより、安定した信頼性の高い硫黄酸化物の除去率を得ることが可能となる。
 なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。
 本出願は、2013年1月29日出願の特願2013-014316及び2013年1月29日出願の特願2013-014317に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (11)

  1.  排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水と接触させて洗浄するスクラバに供給する海水量を制御するスクラバの海水量制御装置であって、
     エンジン出力と燃料油の硫黄分から、海水による硫黄酸化物の吸収反応に最低必要な海水量である最低海水量を算出する最低海水量換算器と、前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物が設定値以下となる海水量である補正海水量を算出する海水量補正換算器と、前記最低海水量と前記補正海水量とを加算して設定海水量を算出する加算要素と、前記設定海水量分の海水を前記スクラバに供給するように制御するポンプ制御装置と、を備えることを特徴とするスクラバの海水量制御装置。
  2.  前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度と運用海域の排出比率から、前記設定値を算出する換算器を備えることを特徴とする請求項1に記載のスクラバの海水量制御装置。
  3.  前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度と前記設定値との偏差をPID演算して、前記海水量補正換算器に操作量を与えるPIDコントローラを備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスクラバの海水量制御装置。
  4.  前記ポンプ制御装置は、複数のインバータと、前記設定海水量に応じて前記複数のインバータによるポンプの運転の開始及び停止、ポンプの流量を変化させるポンプ流量設定器とを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスクラバの海水量制御装置。
  5.  排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水と接触させて洗浄するスクラバに供給する海水量を制御するスクラバの海水量制御方法であって、
     エンジン出力と燃料油の硫黄分から、海水による硫黄酸化物の吸収反応に最低必要な海水量である最低海水量を算出する工程と、前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物が設定値以下となる海水量である補正海水量を算出する工程と、前記最低海水量と前記補正海水量とを加算して設定海水量を算出する工程と、前記設定海水量分の海水を前記スクラバに供給するように制御する工程と、を備えることを特徴とするスクラバの海水量制御方法。
  6.  排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水と接触させて洗浄するスクラバに供給する海水に注入するアルカリ量を制御するアルカリ量制御装置であって、
     エンジン出力と燃料油の硫黄分から、海水による硫黄酸化物の吸収反応に最低必要な海水量である最低海水量を算出する最低海水量換算器と、前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物が設定値以下となる海水量である補正海水量を算出する海水量補正換算器と、前記最低海水量と前記補正海水量とを加算して設定海水量を算出する加算要素と、前記設定海水量分の海水を前記スクラバに供給するように制御するポンプ制御装置と、前記設定海水量分の海水中に含まれるアルカリ成分量からアルカリ注入量を算出するアルカリ量演算器と、前記アルカリ注入量に対応するアルカリ剤を前記スクラバに供給する海水に注入するように制御するアルカリポンプ制御装置と、を備えることを特徴とするアルカリ量制御装置。
  7.  前記スクラバは、洗浄に用いた海水を循環させた循環海水と、洗浄に用いていない新鮮海水とを供給可能に構成されており、
     前記設定海水量から新鮮海水量を減算した差分の海水量を算出する加減算要素を備え、前記アルカリ量演算器は、前記差分の海水量分の海水中に含まれるアルカリ成分量からアルカリ注入量を算出することを特徴とする請求項6に記載のアルカリ量制御装置。
  8.  前記スクラバに供給する海水量を上下限値の範囲内に規制する上下限リミッタを備えることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のアルカリ量制御装置。
  9.  前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度と運用海域の排出比率から、前記設定値を算出する換算器を備えることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のアルカリ量制御装置。
  10.  前記ポンプ制御装置は、複数のインバータと、前記設定海水量に応じて前記複数のインバータによるポンプの運転の開始及び停止、ポンプの流量を変化させるポンプ流量設定器とを有することを特徴とする請求項6または請求項7に記載のアルカリ量制御装置。
  11.  排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水と接触させて洗浄するスクラバに供給する海水に注入するアルカリ量を制御するアルカリ量制御方法であって、
     エンジン出力と燃料油の硫黄分から、海水による硫黄酸化物の吸収反応に最低必要な海水量である最低海水量を算出する工程と、前記スクラバから大気中へ排気される排ガスに含まれる硫黄酸化物が設定値以下となる海水量である補正海水量を算出する工程と、前記最低海水量と前記補正海水量とを加算して設定海水量を算出する工程と、前記設定海水量分の海水中に含まれるアルカリ成分量からアルカリ注入量を算出する工程と、前記アルカリ注入量に対応するアルカリ剤を前記スクラバに供給する循環海水に注入するように制御する工程と、を備えることを特徴とするアルカリ量制御方法。
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