JP2000229221A

JP2000229221A - 脱硝装置およびその制御方法

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Publication number: JP2000229221A
Application number: JP11032184A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Kuramoto; 政道倉元; Takashi Kondo; 高史近藤; Toshiharu Sato; 利晴佐藤; Yuji Ogawa; 裕治小川
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】還元剤注入量を最適に制御できるようにし
た。【解決手段】発電機２０の運転を開始すると、ディー
ゼルエンジン１２からの排気ガスＧにより、反応器１１
内の脱硝触媒１４の温度は徐々に上昇する。脱硝触媒１
４の温度は、反応器１１内に設けた熱電対３４により測
定され、気化器１３内の温度信号は熱電対３１で測定さ
れる。脱硝触媒１４の温度が反応温度より若干低い温度
まで昇温されたなら、気化器１３内の温度が尿素の加熱
分解が良好に行われる温度範囲となるように、熱電対３
１からの信号に基づいて電磁弁ＳＶ３を開き、気化器１
３内へ冷却水の注入を行う。脱硝触媒１４の温度が上昇
し、その触媒の反応温度に到達すると、尿素水ポンプ３
５を作動すると共に電磁弁ＳＶ１を開いて気化器１３内
に尿素水の注入を開始する。ここでの尿素注入量は、発
電機２０の負荷に基づいて予め設定した初期注入量であ
り、ポンプ３５によって調節される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排煙
等の窒素酸化物（ＮＯ_X）含有ガスからＮＯ_Xを除去する
脱硝装置およびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からＮＯ_X処理技術は、種々の分野
で必要とされており、一般的処理方法としては、排煙脱
硝技術として実用化されている。この排煙脱硝技術は乾
式法と湿式法に大別される。現在では、乾式法の一つで
ある選択接触還元法が技術的に先行しており、有力な脱
硝方法として注目されている。この選択接触還元法の主
反応は次式で示される。

【０００３】４ＮＯ＋４ＮＨ₃＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ ……（１）この（１）式の反応は、還元剤としてアンモニア、炭化
水素、一酸化炭素が使用され、特にアンモニアは、酸素
が共存しても選択的にＮＯ_Xを除去するため、ディーゼ
ル機関等の排気ガス中に含まれているＮＯ_Xの除去に用
いると有効である。この反応は、脱硝剤としてプラチナ
等の貴金属とか、アルミナ、チタニウム酸化物（ＴｉＯ
₂）を主成分とし、添加物としてバナジウム（Ｖ）、モ
リブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の酸化物と
か、複塩を含有する触媒が使用される。

【０００４】前記選択接触還元法は、簡単なシステムで
ＮＯ_Xを処理することができて、高脱硝率が得られ、し
かもＮＯ_Xを無害な窒素ガス（Ｎ₂）と水分（Ｈ₂Ｏ）に
分解することができるので、廃液処理が不要であるとい
う利点がある。なお、還元剤としてアンモニアガスとか
アンモニア水が使用されているが、アンモニアは高価で
あるため、コストの面から尿素水が使用されつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したアンモニアを
使用した脱硝装置は、前記（１）式のような理論反応に
近い比率で脱硝反応が起こるように、尿素やアンモニア
の注入量を制御しなければならない。これは、注入量が
少ない場合は、脱硝率が低下し、多すぎる場合はアンモ
ニアが、リークして悪臭を発する恐れがあるからであ
る。

【０００６】通常行われている注入量制御方法として
は、ディーゼル機関により運転される発電機の出力に比
例してアンモニア（尿素）を注入制御する方法と、内燃
機関から排出される排気ガス中のＮＯ_X濃度を測定し
て、アンモニア（尿素）を注入制御する方法とが採用さ
れている。

【０００７】しかし、ディーゼル内燃機関は、排気ガス
量、ＮＯ_X濃度が外気条件等によって大きく変化するた
め、前記（１）式のＮＯ量が大幅に変化してしまう。Ｎ
Ｏ量は、ＮＯ濃度と排気ガス量により求めることはでき
るが、ガス量測定は自動的に行えないため、実際にはＮ
Ｏの発生量を測定してアンモニア（尿素）の注入量を制
御することは不可能であった。

【０００８】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、還元剤注入量を最適に制御できるようにした脱硝
装置およびその制御方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を達成するために、第１発明は、内燃機関から排出さ
れ、配管内を流通する排気ガスに、還元剤を添加して脱
硝触媒と接触させ、排気ガス中のＮＯ_Xを除去する脱硝
装置において、前記脱硝触媒の温度を測定する手段を有
し、この手段による脱硝触媒の測定温度が脱硝触媒の反
応温度に到達した時点で、前記還元剤の注入を開始させ
るようにしたことを特徴とするものである。

【００１０】第２発明は、内燃機関から排出される排気
ガスが流通する排気ガス配管内に気化器を設け、配管内
を流通する排気ガスに、気化器から還元剤を添加して脱
硝触媒と接触させ、排気ガス中のＮＯ_Xを除去する脱硝
装置において、前記脱硝触媒の温度を測定する手段及び
前記気化器内に温度測定手段を有し、脱硝触媒の反応温
度以下の時点で気化器に冷却水を注入して気化器内を９
０〜１６２℃の範囲に調整し、前記手段による脱硝触媒
の測定温度が脱硝触媒の反応温度に到達した時点で、前
記気化器に還元剤として尿素水の注入を開始させるよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１１】第３発明は、内燃機関から排出される排気
ガスが流通する排気ガス配管内に気化器を設け、尿素水
注入配管を介してこの気化器内に尿素水を注入し、排気
ガスの熱により気化器内にて尿素を熱分解して排気ガス
に添加した後、脱硝触媒と接触させることにより、排気
ガス中のＮＯ_Xを除去する脱硝装置の制御方法におい
て、前記内燃機関の停止、又は前記脱硝触媒の温度がそ
の脱硝触媒の反応温度より低下した時点の何れかで尿素
水の注入を停止し、尿素水注入の停止に伴って、尿素水
注入配管へ水を流してその配管の洗浄を行うようにした
ことを特徴とするものである。

【００１２】第４発明は、内燃機関から排出される排気
ガスが流通する排気ガス配管内に気化器を設け、配管内
を流通する排気ガスに、気化器から還元剤を添加した
後、脱硝触媒と接触させることにより、排気ガス中のＮ
Ｏ_Xを除去する脱硝装置の制御方法において、予めＮＯ_X
除去後のＮＯ_X濃度目標値を設定し、内燃機関の運転状
態から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを推定し、推定し
た量のＮＯ_Xを除去して目標値とするために必要な還元
剤の量を初期添加量として算出するとともに、前記脱硝
触媒の温度を及び前記気化器内に温度を測定した後、脱
硝触媒の反応温度以下の時点で気化器に冷却水を注入し
た後、気化器内を９０〜１６２℃の範囲に調整し、前記
脱硝触媒の測定温度が脱硝触媒の反応温度に到達した時
点で、前記気化器に還元剤として尿素水の注入を開始さ
せ、脱硝触媒と接触させることによりＮＯ_Xの除去を実
施した後、ＮＯ_Xを除去した排気ガス中のＮＯ_X濃度を測
定し、測定したＮＯ_X濃度とＮＯ_X濃度目標値との比較を
行い、その差に基づいて還元剤添加量を増減調整して添
加する工程を繰り返すようにしたことを特徴とするもの
である。

【００１３】第５発明は、内燃機関から排出され、配管
内を流通する排気ガスに、還元剤を添加した後、脱硝触
媒と接触させることにより、排気ガス中のＮＯ_Xを除去
する脱硝装置の制御方法において、予めＮＯ_X除去後の
ＮＯ_X濃度目標値を設定し、内燃機関の運転状態から排
出される排気ガス中のＮＯ_Xを推定し、推定した量のＮ
Ｏ_Xを除去して目標値とするために必要な還元剤の量を
初期添加量として算出するとともに、前記脱硝触媒の温
度を測定し、この測定温度が脱硝触媒の反応温度に到達
した時点で、前記還元剤の注入を開始して、脱硝触媒と
接触させることによりＮＯ_Xの除去を実施した後、ＮＯ_X
を除去した排気ガス中のＮＯ_X濃度を測定し、測定した
ＮＯ_X濃度とＮＯ_X濃度目標値との比較を行い、その差に
基づいて還元剤添加量を増減調整して添加する工程を繰
り返すようにしたことを特徴とするものである。

【００１４】第６発明は、前記ＮＯ_X濃度を測定し、測
定したＮＯ_X濃度とＮＯ_X濃度目標値との比較を行い、そ
の差に基づいて還元剤添加量を増減調整して添加する工
程は、この工程に要する時間をおいて繰り返すことを特
徴とするものである。

【００１５】この発明において、上記気化器容器内にス
テンレス線材、金属メッシュ、ゼオライト粉末、ゼオラ
イトハニカムの何れかを充填しても良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施の形態においては、
内燃機関としてディーゼルエンジン発電機のディーゼル
エンジンに脱硝装置を使用した場合を例にあげて説明す
る。

【００１７】図１は本実施の形態の脱硝装置の概略構成
図で、１１は密閉型の脱硝反応器（以下反応器と省略す
る）、１２は発電機２０を駆動する内燃機関（以下ディ
ーゼルエンジンと省略する）である。１１ａは内燃機関
からの排気ガスＧを配管２１を介して反応器１１に導入
する導入部であり、１１ｂは反応器１１より排気ガスＧ
を排出する排出部である。配管２１の途中には、排気ガ
スＧに還元剤を添加する手段として気化器１３が配置さ
れている。

【００１８】反応器１１の内部には、ハニカム状に形成
された脱硝触媒１４が積層配置されている。脱硝触媒１
４としては、主原料にゼオライト（ＺＳＭ−５）を用
い、ハニカム状に成形した後、焼成して触媒担体を作製
し、この触媒担体にイオン交換によってコバルトを担持
させたものを用いた。２４は反応器１１内の導入部１１
ａと対向する位置に配置された遮蔽板である。１７は還
元剤の添加量の調整等脱硝装置を制御するための脱硝制
御装置（以下制御装置と省略する）であり、１９は各種
設定、操作を行うプログラムコントラローラ（以下コン
トローラと省略する）である。

【００１９】２１はＮＯ_X分析計で、反応器１１の排出
部１１ｂに接続された煙道２２内に配置したセンサ２３
とで、脱硝処理された後の排気ガスＧ中のＮＯ_X濃度を
測定するものである。３４は脱硝触媒１４の温度を測定
するために反応器１１内に設けられた温度センサであ
り、本実施の形態においては熱電対が用いられている。
この温度センサ３４は、脱硝触媒１４の排気ガスＧ排出
側で温度測定可能な位置であれば、脱硝反応器１１内に
限らず、煙道２２内の排出部１１ｂ近傍に配置してもよ
い。

【００２０】なお、１５は水道管又は冷却水を貯留した
タンク等に接続された水配管であり、１６は還元剤を貯
留しておくためのタンクである。還元剤としてはアンモ
ニアガス、アンモニア水、尿素等を使用することができ
るが、本実施の形態においては尿素水を用いている。尿
素水を還元剤として使用する場合には、尿素水を加熱蒸
発させることによって下記（２）式に示すように分解
し、発生したアンモニアを排気ガスに添加する方法が採
られる。（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＮＨ₃＋ＣＯ₂ ……（２）しかしながら、尿素は分解条件によってはアンモニアに
分解せずに他の高融点物質（シアヌル酸、メラミン、イ
ソシアン酸等）に変化してしまい、分解効率が低下する
と共に有害な物質を生じてしまうことがある。

【００２１】そこで、尿素の分解特性を調べてみたとこ
ろ、図２、図３に示す結果が得られた。図２は視差熱天
秤を使用して尿素を毎分５０℃で急激に昇温した場合の
分解特性を示すグラフであり、線Ａは尿素の熱重量変化
（ＴＧ、％）を示し、線Ｂは反応熱（ＤＴＡ、熱電対の
測定値μｖからの換算による）の変化を示している。尿
素の融点は１３５℃であり、線Ｂの１３６℃からの変化
は尿素の蒸発を表している。同じく線Ｂの２６３℃の変
化はメラミンの融点を表している。更に線Ａの３４４℃
からの変化はシアヌル酸の分解を表している。温度範囲
Ｃは高融点物質の生成領域を示しており、１６２℃を超
えた温度で高融点物質の生成が確認された。なお、温度
範囲Ｄは高融点物質の分解領域を示している。そして線
Ａから、尿素の約７１.５％が熱により直接気化され、
約２８.５％が高融点物質であるメラミン、シアヌル酸
に変化することが解る。

【００２２】即ち、尿素の分解は９０℃から始まること
から、尿素の熱分解は９０℃から図２の結果から確認さ
れた高融点物質の生成されない１６２℃の温度範囲で行
うことが好ましい。

【００２３】また、ゼオライト粉末と尿素を混合した場
合の温度と熱重量変化（ＴＧ）について調べてみたとこ
ろ、その結果は図３のグラフに示す通りであった。ゼオ
ライトはアルミニウムとシリコンの酸化物を主体に構成
された物質で、５〜１０Å（オングストローム）の細孔
が形成されているものである。図３中の線Ｅは尿素水の
みを毎分５０℃で急激に昇温した場合の分解特性を示す
グラフであり、線Ｆは尿素水にゼオライト粉末を加えて
毎分２℃でゆっくりと昇温した場合の分解特性を示すグ
ラフであり、線Ｇは尿素水にゼオライト粉末を加えて毎
分５０℃で急激に昇温した場合の分解特性を示すグラフ
である。

【００２４】図３の結果から、ゼオライト粉末を共存さ
せることによって、尿素水を毎分５０℃で急激に昇温し
ても高融点物質の生成割合が１６％に低下し、ゼオライ
トが尿素の熱分解を促進する作用があることが確認され
た。これは尿素が極性の強い物質であるために、ゼオラ
イトの表面に吸着し、表面でアンモニアと炭酸ガスに分
解されるためであると考えられる。なお、尿素水のみを
毎分５０℃で急激に昇温した場合の高融点物質の生成割
合は２８.５％であった。

【００２５】また、ゼオライト粉末に代えて、ステンレ
ス、銅、鉄、アルミニウム等の各種金属材料で、線状
（リボン状、線状、切屑状等）、メッシュ状、ベアリン
グボールのような小球状等の各種形状のものを用いて同
様の実験を試みたところ、ゼオライト粉末と同様に尿素
の熱分解を促進する作用があることが確認でき、尿素を
熱分解する際には、これらの物質（以下、熱分解促進剤
とする）を共存させることが好ましいことが確認でき
た。

【００２６】更に、蒸留塔等の塔用充填物として岩尾磁
器工業から市販されている、図４に示すステンレス製充
填物（商品名：Pa11 Ring）を使用したところ、同様に
良好な結果が得られることが確認でき、これも熱分解促
進剤としての使用が可能である。そして、昇温速度を２
℃とした場合には、高融点物質の生成割合が６％とさら
に低下していることがわかる。これは、尿素の分解が終
了するまでの反応時間が確保でき、高融点物質の生成す
る温度になるまでに尿素が分解されたためと考えられ
る。

【００２７】以上の結果から、尿素水を還元剤として使
用する場合には、９０℃から１６２℃の温度範囲で、前
述何れかの熱分解促進剤を共存させた環境で尿素水の熱
分解を行い、発生したアンモニアを排気ガスに添加する
ことが、好ましいことが解った。そこで、これらの環境
を満足して還元剤を添加する還元剤添加手段として、本
実施の形態においては、図５に概略構成図を示す気化器
を採用した。図５において、２５は気化器容器となるポ
ットで、このポット２５の側壁には開孔部２６が形成さ
れている。ポット２５内には熱分解促進剤として金属線
材、例えば、幅２mm、厚さ０.０５mmのステンレス製の
リボン（以下、ＳＵＳリボンと称する）２７が充填され
ている。３０はポット２５の蓋であり、ポット２５に形
成した開孔部２６を下流側に向けた状態で、この蓋３０
を配管２１の開口部２１ａに形成されたフランジ部３２
に固定することによって、気化器は配管２１中に配置さ
れている。

【００２８】２８は尿素水をポット２５内に注入するた
めの液送配管であり、２９はポット２５内に冷却水を供
給する水配管である。液送配管２８と水配管２９とは、
図１に示すように各々独立した配管を用いる他、図５に
示すように液送配管２８の外周を水配管２９が覆う２重
配管構造に構成することで、熱によって配管中で尿素が
固化し、配管が詰まってしまうことを防止することもで
きる。３１はポット２５内の温度を測定する温度測定手
段として、蓋３０を貫通してポット２５内に挿通配置さ
れた熱電対である。

【００２９】なお、３５は尿素タンク１６から気化器１
３内へ尿素水を導入するための尿素水ポンプであり、Ｓ
Ｖ１，ＳＶ２，ＳＶ３は各々コントローラ１９の信号に
よって開閉操作される電磁弁である。

【００３０】このような構成で、液送配管２８より尿素
水をポット２５内に供給すると、尿素水はポット２５内
で排気ガスＧから供給される熱で熱分解され、気化した
アンモニアガスが開孔部２６から配管２１中に排出され
ることによって、排気ガスＧに還元剤が添加される。こ
の時、熱電対３１でポット２５内の温度を測定し、測定
した温度に基づいて水配管２９から冷却水を供給し、ポ
ット２５内の温度が９０℃〜１６２℃の範囲となるよう
に調節する。

【００３１】図６は反応器１１の要部断面図である。２
４は反応器１１内の導入部１１ａと脱硝触媒１４との間
の空間で、導入部１１ａと対向する位置に配置された円
板状の遮蔽板である。この遮蔽板２４を配置することに
よって、配管２１のダクト３３部分を通って反応器１１
内に送り込まれる排気ガスＧは、遮蔽板２４に衝突し
て、その下流側に後渦流Ａを発生して排気ガスＧを整流
し、この後渦流Ａにより排気ガスＧと還元剤とが良好に
混合されると共に、その整流効果でガス密度を平均化し
て脱硝触媒１４を通過させることができる。

【００３２】また、遮蔽板２４を設けることで排気ガス
Ｇと還元剤との混合が良好に行われるため、排気ガスＧ
と還元剤とが良好に混合するに十分な長さの配管２１を
必要とせず、装置全体としての小型化も可能となる。な
お、図６に示すように排気ガスＧが曲部を有するダクト
３３を通って導入される場合、曲がり方向外側部分にガ
ス流が集中して曲がり方向内側部分に滞留部Ｃが生じる
ことにより、排気ガスＧが偏流となって反応器１１内に
流入することがある。このように排気ガスＧが偏流とな
って反応器１１内に導入される場合には、図６に示すよ
うに遮蔽板２４の中心Ｏを、流入する排気ガスＧの風圧
中心と一致するよう位置調整して配置することで、排気
ガスＧと還元剤との良好な混合及び排気ガスＧの平均化
等の効果を得ることができる。

【００３３】次に、図１に示す脱硝装置を例に、本実施
の形態による還元剤添加量の制御方法について説明す
る。制御装置１７に制御因子として取り込むパラメータ
としては、発電機負荷（発電機の負荷率）と、脱硝装置
の出口における排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度である。

【００３４】図７は制御方法を説明する工程説明図で、
図７において、４１は内燃機関の運転により排出される
ＮＯ_X量を概略推定するＮＯ_X量推定工程である。このＮ
Ｏ_X量推定工程４１では、例えば図８の発電機負荷と排
気ガス量の関係特性図、及び図９の発電機負荷とＮＯ_X
濃度の関係特性図に例示すように、事前に測定した発電
機負荷／排気ガス量Ｖkwと発電機負荷／ＮＯ_X濃度Ｖ_NO
の各関係を図１に示す制御装置１７に取り込んでおき、
パラメータとして取り込む内燃機関の運転状態での発電
機負荷に応じたＮＯ_X濃度の中心値と排気ガス量の中心
値との積から推定ＮＯ_X量を求める。

【００３５】なお、図８、図９の関係特性図を見ても解
るように、ここで求めた推定ＮＯ_X量にはかなりのばら
つきが含まれることになる。目標ＮＯ_X濃度（範囲）設
定工程４２では、ＮＯ_X量推定工程４１で求めた推定Ｎ
Ｏ_X量に対するＮＯ_Xの削減目標を目標ＮＯ_X濃度（範
囲）として設定する。還元剤初期注入量算出工程４３で
は、目標ＮＯ_X濃度（範囲）設定工程４２で設定した目
標ＮＯ_X濃度（範囲）を達成する、脱硝率（出口側のＮ
Ｏ_X濃度を入口側の何％に削減するか）を得るために必
要な還元剤の量を、還元剤初期注入量として算出する。
還元剤初期注入工程４４では、還元剤初期注入量算出工
程４３で算出した量で還元剤の注入を開始する。

【００３６】還元剤は気化器を介して排気ガスＧに添加
され、還元剤を添加された排気ガスＧは、反応器内に流
入して遮蔽板の作用により混合及びガス密度の平均化等
が、なされた後、脱硝触媒と接触して前記（１）式に示
す反応により排気ガスＧ中のＮＯ_Xが除去される。

【００３７】次に、ＮＯ_X濃度計測工程４５では、反応
器の出口側にてＮＯ_Xが除去された排気ガスＧのＮＯ_X濃
度が計測され、計測されたＮＯ_X濃度は、ＮＯ_X濃度比較
工程４６で、目標ＮＯ_X濃度（範囲）設定工程４２にて
設定された目標ＮＯ_X濃度（範囲）との比較が行われ
る。ＮＯ_X濃度比較工程４６で比較した結果に基づいて
還元剤注入量調整工程４７で還元剤の注入量を調整し、
以後調整された量の還元剤が注入される。

【００３８】計測したＮＯ_X濃度と目標ＮＯ_X濃度（範
囲）とに差がない場合は、初期注入量が適切であったと
いうことであり、還元剤注入量調整工程４７での調整量
は、０（ゼロ）で、初期注入量のままの還元剤の注入が
続けられる。そして、以降は４５〜４７の工程を組り返
すことで、最初に設定した推定ＮＯ_X量のばらつきがあ
ったとしても、また、内燃機関の運転状態の変化等によ
り排気ガスＧ中のＮＯ_X量が変化が生じた場合でも、還
元剤を目標ＮＯｘ濃度（範囲）とするために必要な量に
調整できるので、目標のＮＯ_X濃度を得るための適切な
制御を行うことができる。

【００３９】なお、ＮＯ_X分析計によるＮＯ_X濃度の計測
には、センサによるサンプリングから分析するまでの時
間（通常１分程度）を要するため、４５〜４７の各工程
の繰り返し時間は、これより長く設定する必要がある。

【００４０】また、目標ＮＯ_X濃度は範囲で設定しても
良く、例えば、目標ＮＯ_X濃度の平均値を１００ppmとし
たい場合には、上限値を１１０ppm、下限値を８０ppmと
設定しておき、反応器出口側のＮＯ_X濃度が１１０〜８
０ppmの範囲から外れた場合に還元剤の量を調整するよ
うにしても良い。

【００４１】更にこの時、尿素が高融点物質に変化する
ことなく、前記（１）式の反応が行われるようにするた
めには、ポット２５内を常に適宜な温度範囲（例えば、
尿素の分解の開始される９０℃から、高融点物質の生成
されない１６２℃以下）にコントロールしておく必要が
あるため、ポット２５内の温度を熱電対等の測定手段に
より測定し、前述の温度範囲を外れることのないよう適
宜に水配管１５からポット２５内へ冷却水を注入してポ
ット２５内を冷却している。

【００４２】次に上記実施の形態の動作フローチャート
を図１０に示す。図１０において、Ｓ１は、脱硝装置の
ＮＯ_X量を推定するステップで、このステップＳ１でＮ
Ｏ_X量を推定する際に、発電機負荷／排気ガス量Ｖ_KWと
発電機負荷／ＮＯ_X濃度Ｖ_NOをパラメータとして取り込
むことにより推定する。ＮＯ_X量の推定の結果から、目
標ＮＯ_X濃度範囲をステップＳ２で設定する。ステップ
Ｓ２での設定の後、還元剤初期注入量をステップＳ３で
算出し、この注入量(l/hr)の算出を、次式（３）から求
める。このようにして算出した注入量に従ってステップ
Ｓ４で還元剤の初期注入が行われる。注入量(l/hr)＝Ａ×Ｖ_KW＋Ｂ ……（３）但し、Ａはエンジンの出力によって定められる定数，Ｂ
は暖機運転等の出力以外（発電機負荷に影響しない）の
エンジンの運転に対する定数である。

【００４３】ステップＳ４における還元剤の注入は、図
示しないポンプにて行われる。ここで、還元剤のポンプ
での注入量を（Ｐ_V）とすると、その注入量は次式によ
り求められる。Ｐ_V＝補正係数（ｋ）×還元剤注入量 ……（４）但し、補正係数ｋ＝１（初期値）である。

【００４４】ステップＳ４で還元剤が注入されると、脱
硝装置のＮＯ_X濃度の測定がステップＳ５で行われる。
このステップＳ５によるＮＯ_X濃度測定がステップＳ６
で示す目標ＮＯ_X濃度範囲内にあるかを判断する。その
ＮＯ_X濃度Ｖ_NOが次式（５）、（６）に示す範囲なら処
理がステップＳ４に戻る。Ｖ_NO＞上限値（ppm）…補正係数ｋ’＝ｋ＋２％ ……（５）Ｖ_NO＜下限値（ppm）…補正係数ｋ’＝ｋ−２％ ……（６）また、ステップＳ６の判断で範囲外ならステップＳ７の
処理で還元剤注入量をポンプを動作させて調節し、ステ
ップＳ４の処理に戻る。このときの、ポンプ動作による
還元剤の注入量（Ｐ_V’）は、Ｐ_V’＝ｋ’×Ｐ_Vから求
める。

【００４５】上記のようにして脱硝装置のＮＯ_X濃度の
制御を行った結果を図１１に示す。この図１１から発電
機の負荷を変化させた場合、一時的にＮＯ_X濃度が上限
値よりも高くなることがあるけれども、全体的に制御は
良好に行われているが明らかである。

【００４６】なお、図１１の制御結果を示す特性図にお
いて、還元剤初期注入の前の時間帯で還元剤注入量が飛
躍的に多くなっている。これは、脱硝装置停止時には、
自動（又は手動）により冷却水を液送配管に流して管内
に残留している尿素の排出及び配管内の洗浄を行って、
尿素固化により配管が詰まることを防止することにある
からである。この停止時の洗浄で配管内に残留した水の
排出を行う。

【００４７】次に、図１及び図１２に示す運転フロー図
に基づいてこの脱硝装置の運転方法について説明する。
なお、運転開始前には、各電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ
３は、全て閉じた状態である。また、本実施の形態にお
いては、良好に脱硝処理が行われる脱硝触媒１４の反応
温度が３２０℃より高い温度とする。

【００４８】先ず、制御装置１７の電源を投入した後
に、ディーゼルエンジン発電機２０の運転を開始する。
ディーゼルエンジン発電機２０の運転を開始すると、デ
ィーゼルエンジン１２からの排気ガスＧにより、反応器
１１内の脱硝触媒１４の温度は徐々に上昇する。脱硝触
媒１４の温度は、制御装置１７の電源投入とともに反応
器１１内に設けた熱電対３４により測定され、熱電対３
４からの温度信号は制御装置１７のプログラムコントロ
ーラ１９にて常時監視される。また、気化器１３内の温
度も熱電対３１により測定され、熱電対３１からの温度
信号も制御装置１７のコントローラ１９にて常時監視さ
れる。

【００４９】そして、脱硝触媒１４の温度が反応温度よ
り若干低い温度（例えば３００℃）まで昇温されたこと
が確認できたところで、気化器１３内の温度が尿素の加
熱分解が良好に行われる温度範囲（９０〜１６２℃）と
なるように、熱電対３１からの信号に基づいて電磁弁Ｓ
Ｖ３を開き、気化器１３内へ冷却水の注入を行う。な
お、気化器１３内の温度が９０〜１６２℃であれば尿素
の分解は良好に行われるが、温度範囲が狭い方が制御が
容易であるため、本実施の形態においては、気化器１３
内の温度が、運転中は常に９１〜９４℃の間となるよう
に電磁弁ＳＶ３を制御して冷却水の注入量を調整してい
る。

【００５０】さらに、脱硝触媒１４の温度が上昇し、脱
硝触媒１４の反応温度（３２０℃）に到達すると、尿素
水ポンプ３５を作動すると共に電磁弁ＳＶ１を開いて気
化器１３内に尿素水の注入を開始する。ここでの尿素注
入量は、発電機２０の負荷に基づいて予め設定した初期
注入量であり、ポンプ３５によって調節される。

【００５１】ディーゼルエンジン発電機２０の運転中
は、前述の制御方法の通りに、センサ２３及びＮＯ_X分
析計２１からの計測信号により、コントローラ１９で脱
硝処理後の排気ガスＧ中に含まれるＮＯ_X濃度の監視が
常に行われており、センサ２３２３及びＮＯ_X分析計２
１からの信号に基づいて、脱硝処理後のＮＯ_X濃度が目
標ＮＯ_X濃度（範囲）となるように、ポンプ３５を制御
して尿素注入量の調整が行われる。

【００５２】次に、ディーゼルエンジン発電機２０の停
止時の運転方法について説明する。発電機２０の停止と
ともに、発電機２０側の遮断器（図示省略）の運転停止
接点信号に基づいて電磁弁ＳＶ１を閉じて、尿素水の注
入を停止する。そして、ディーゼルエンジン１２が停止
前の暖機運転に入ると、電磁弁ＳＶ２を開き、冷却水の
一部を液送配管２８側に流し、液送配管２８内に残留す
る尿素を排出するとともに、液送配管２８の洗浄が行わ
れる。これによって、尿素の固化により配管が詰まるこ
とを防止することができる。暖機運転の終了とともに、
ポンプ３５を停止し、電磁弁ＳＶ２，ＳＶ３を閉じて脱
硝装置の運転を終了する。

【００５３】なお、運転中においても、例えば何らかの
異常等により、脱硝触媒１４の温度が反応温度（本実施
の形態の場合は３２０℃）より低下した場合には、尿素
の注入が、脱硝触媒１４の温度が冷却水注入開始温度
（本実施の形態では３００℃）より低下した場合には、
冷却水の注入が、各々コントローラ１９からの信号によ
り停止される。

【００５４】また、ディーゼルエンジン１２の停止以外
でも、前述のように何らかの異常により脱硝触媒１４の
温度が脱硝触媒１４の反応温度より低下した場合等、尿
素水の注入が停止された際には、電磁弁ＳＶ２を開いて
冷却水の一部を液送配管２８側へ流し、液送配管２８内
に残留する尿素水を排出して、尿素固化により配管が詰
まることを防止し、その状態で待機して異常解決を待
つ、又はディーゼル発電機２０を停止させるなど、適宜
な対応が行われる。

【００５５】更に、以上説明した何れの液送配管２８の
洗浄の際にも、電磁弁ＳＶ３は閉じるように制御しても
よい。

【００５６】上記実施の形態において、還元剤として尿
素水を使用し、前記配管２１中に配置したポット２５内
に配管外方より尿素水を注入して、排気ガスから供給さ
れる熱で尿素をアンモニアに分解した後、ポット２５よ
り排出することによって還元剤を排気ガスに添加するよ
うにしても良い。また、この実施の形態では、ポット２
５内の温度を測定し、測定した温度に基づいてポット２
５内に配管外方より水を供給することにより、ポット２
５内の温度が、９０℃以上１６２℃以下となるように調
整するようにしても良く、さらにポット２５内に熱分解
促進剤としてステンレス線材、金属メッシュ、ゼオライ
ト粉末、ゼオライトハニカムの何れかを充填しても良
い。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
外気条件によってもＮＯ_X濃度の除去が確実にできるよ
うに、還元剤の注入開始時点を制御して還元剤注入量を
最適に制御できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態を示す脱硝装置の概略構成図。

【図２】尿素の分解特性図。

【図３】尿素の分解特性（ゼオライトの有無）図

【図４】ステンレス製充填物の斜視図。

【図５】気化器の概略構成図。

【図６】遮蔽板を備えた反応器の要部断面図。

【図７】この発明の実施の形態を説明する工程説明図。

【図８】発電機負荷と排気ガス量の関係を示す特性図。

【図９】発電機負荷とＮＯ_X濃度の関係を示す特性図。

【図１０】実施の形態の動作を述べるフローチャート。

【図１１】制御結果を示す特性図。

【図１２】尿素水注入運転方式を説明するための運転フ
ロー図。

【符号の説明】

１１…脱硝反応器１２…内燃機関１３…気化器１４…脱硝触媒１５…水配管１６…タンク１７…脱硝制御装置１９…プログラムコントローラ２０…発電機２１…ＮＯ_X分析計２２…煙道２３…センサ２４…遮蔽板３１、３４…熱電対４１…ＮＯ_X量推定工程４２…目標ＮＯ_X濃度（範囲）設定工程４３…還元剤初期注入量算出工程４４…還元剤初期注入工程４５…ＮＯ_X濃度計測工程４６…ＮＯ_X濃度比較工程４７…還元剤注入量調整工程

フロントページの続き (72)発明者佐藤利晴東京都品川区大崎２丁目１番17号株式会社明電舎内 (72)発明者小川裕治東京都品川区大崎２丁目１番17号株式会社明電舎内Ｆターム(参考） 4D048 AA06 AB02 AC04 BA03Y BA11Y BA35Y BA36Y DA01 DA02 DA10 DA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関から排出され、配管内を流通す
る排気ガスに、還元剤を添加して脱硝触媒と接触させ、
排気ガス中のＮＯ_Xを除去する脱硝装置において、前記脱硝触媒の温度を測定する手段を有し、この手段に
よる脱硝触媒の測定温度が脱硝触媒の反応温度に到達し
た時点で、前記還元剤の注入を開始させるようにしたこ
とを特徴とする脱硝装置。
【請求項２】内燃機関から排出される排気ガスが流通
する排気ガス配管内に気化器を設け、配管内を流通する
排気ガスに、気化器から還元剤を添加して脱硝触媒と接
触させ、排気ガス中のＮＯ_Xを除去する脱硝装置におい
て、前記脱硝触媒の温度を測定する手段及び前記気化器内に
温度測定手段を有し、脱硝触媒の反応温度以下の時点で
気化器に冷却水を注入して気化器内を９０〜１６２℃の
範囲に調整し、前記手段による脱硝触媒の測定温度が脱
硝触媒の反応温度に到達した時点で、前記気化器に還元
剤として尿素水の注入を開始させるようにしたことを特
徴とする脱硝装置。
【請求項３】内燃機関から排出される排気ガスが流通
する排気ガス配管内に気化器を設け、尿素水注入配管を
介してこの気化器内に尿素水を注入し、排気ガスの熱に
より気化器内にて尿素を熱分解して排気ガスに添加した
後、脱硝触媒と接触させることにより、排気ガス中のＮ
Ｏ_Xを除去する脱硝装置の制御方法において、前記内燃機関の停止、又は前記脱硝触媒の温度がその脱
硝触媒の反応温度より低下した時点の何れかで尿素水の
注入を停止し、尿素水注入の停止に伴って、尿素水注入
配管へ水を流してその配管の洗浄を行うようにしたこと
を特徴とする脱硝装置の制御方法。
【請求項４】内燃機関から排出される排気ガスが流通
する排気ガス配管内に気化器を設け、配管内を流通する
排気ガスに、気化器から還元剤を添加した後、脱硝触媒
と接触させることにより、排気ガス中のＮＯ_Xを除去す
る脱硝装置の制御方法において、予めＮＯ_X除去後のＮＯ_X濃度目標値を設定し、内燃機関
の運転状態から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを推定
し、推定した量のＮＯ_Xを除去して目標値とするために
必要な還元剤の量を初期添加量として算出するととも
に、前記脱硝触媒の温度を及び前記気化器内に温度を測
定した後、脱硝触媒の反応温度以下の時点で気化器に冷
却水を注入した後、気化器内を９０〜１６２℃の範囲に
調整し、前記脱硝触媒の測定温度が脱硝触媒の反応温度
に到達した時点で、前記気化器に還元剤として尿素水の
注入を開始させ、脱硝触媒と接触させることによりＮＯ
_Xの除去を実施した後、ＮＯ_Xを除去した排気ガス中のＮ
Ｏ_X濃度を測定し、測定したＮＯ_X濃度とＮＯ_X濃度目標
値との比較を行い、その差に基づいて還元剤添加量を増
減調整して添加する工程を繰り返すようにしたことを特
徴とする脱硝装置の制御方法。
【請求項５】内燃機関から排出され、配管内を流通す
る排気ガスに、還元剤を添加した後、脱硝触媒と接触さ
せることにより、排気ガス中のＮＯ_Xを除去する脱硝装
置の制御方法において、予めＮＯ_X除去後のＮＯ_X濃度目標値を設定し、内燃機関
の運転状態から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを推定
し、推定した量のＮＯ_Xを除去して目標値とするために
必要な還元剤の量を初期添加量として算出するととも
に、前記脱硝触媒の温度を測定し、この測定温度が脱硝
触媒の反応温度に到達した時点で、前記還元剤の注入を
開始して、脱硝触媒と接触させることによりＮＯ_Xの除
去を実施した後、ＮＯ_Xを除去した排気ガス中のＮＯ_X濃
度を測定し、測定したＮＯ_X濃度とＮＯ_X濃度目標値との
比較を行い、その差に基づいて還元剤添加量を増減調整
して添加する工程を繰り返すようにしたことを特徴とす
る脱硝装置の制御方法。
【請求項６】前記ＮＯ_X濃度を測定し、測定したＮＯ_X
濃度とＮＯ_X濃度目標値との比較を行い、その差に基づ
いて還元剤添加量を増減調整して添加する工程は、この
工程に要する時間をおいて繰り返すことを特徴とする請
求項４、５記載の脱硝装置の制御方法。