JP2002309925A

JP2002309925A - 脱硝装置の気化器温度調節方法

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Publication number: JP2002309925A
Application number: JP2001110727A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Sato; 利晴佐藤; Hideyuki Yamanaka; 秀之山中
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】気体を気化器に供給して気化器の温度を最適
に調節する。【解決手段】発電機を駆動する内燃機関から排出され
る排気ガス排出通流工程Ｓ１の排気ガス通流工程に気化
器Ｓ２を設置する。この気化器Ｓ２には、尿素水注入工
程Ｓ３で尿素水を注入する。このとき、気化器Ｓ２には
気体供給工程Ｓ４から気体を供給して気化器Ｓ２内の温
度を調節する。この温度調節を温度調節工程Ｓ５で行
う。この温度調節工程Ｓ５で適切に気化器Ｓ２の温度が
調節される。すると、気化器Ｓ２は、排気ガスの熱によ
り尿素を熱分解する。この熱分解により得られたアンモ
ニアは、排気ガスに添加工程Ｓ６で添加させる。その
後、排気ガスは脱硝触媒と接触させて排気ガスのＮＯ_X
が除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関により駆動される発電機において、その
内燃機関からの排気ガス中に含まれている窒素酸化物
（ＮＯ_X）を触媒と還元剤を用いて除去する方法に係
り、特に還元剤となるアンモニアを排気ガス中へ注入す
るための尿素水が供給される気化器内の温度を調節する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排気ガス等のＮＯ_X処理技術
は種々の分野で必要とされており、一般的な処理方法と
して排煙脱硝技術が実用化されている。この排煙脱硝技
術は乾式法と湿式法とに大別されるが、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】脱硝装置内で、窒素酸化物を除去する装置
は、図２に示すように構成されている。図２において、
符号２１は、ディーゼルエンジン等から排出されるＮＯ
_Xを含んだ排気ガス（図２中の符号Ｇ）用の配管（以
下、排気ガス用配管と称する）であり、その排気ガス用
配管２１内の中央部には脱硝触媒２４が配置される。符
号２３は、還元剤（尿素水またはアンモニア水）を気化
するための気化器であり、排気ガス用配管２１内におけ
る排気ガスＧが脱硝触媒２４を通過する前の位置に配置
される。符号２２は、前記気化器２３に対し還元剤を供
給するための配管を示す。なお、図２中の白抜き矢印は
排気ガスＧおよび浄化後の排気ガスＧ₀の流れを示し、
黒抜き矢印は気化された還元剤（尿素水の場合は、加水
分解反応して得られたアンモニア）の流れを示すもので
ある。上記のように構成された装置において、ＮＯ_Xを
排気ガス中に、還元剤であるアンモニアを注入し、脱硝
装置内に充填した触媒の作用によって無害な窒素と水蒸
気に分解する手段である。

【０００６】前記還元剤を注入する方法として、アンモ
ニア水を直接噴霧する方法と尿素水を気化器によりアン
モニアに加水分解して注入する方法がある。前者の方法
はアンモニアが高価であるため、近年は後者の方法が利
用されることが多い。

【０００７】後者の方法はディーゼルエンジンからの排
気ガス用配管中に気化器を設置し、その排気ガス温度に
よって尿素水を加水分解させ、排気ガス中にアンモニア
を噴霧するものである。図３は、その気化器の構成を示
す概略構成図である。図３において、還元剤を供給する
配管２２は尿素水配管２２ａと冷却水配管２２ｂの二重
配管構造とし、気化器２３の内部には熱容量を上げるた
めの充填物３１が充填されている。

【０００８】上記のように構成された気化器２３におい
ては、冷却水により気化器内部温度が９０℃〜１００℃
程度に保たれ、尿素水が加水分解されるようになってい
る。また、気化器内の温度を９０℃〜１００℃に保つた
め、冷却水を使用しているが、冷却水の注入は、気化器
内の温度をモニターし、図示しない冷却水電磁弁を開−
閉させ、冷却水量を変化させることで気化器内の温度調
節を行っている。

【０００９】なお、図中の符号２３ａは気化器容器のこ
とであり、その気化器容器２３ａの側壁に複数個穿設さ
れた開孔部３２が形成さている。気化器容器２３の蓋３
５は、気化器容器２３ａに形成した開孔部３２を排気ガ
スの下流側に向けた状態で、この蓋３５を排気ガス用配
管２１の開口部２１ａに形成されたフランジ部２１ｂに
固定することによって、例えばボルト（図２中の符号３
４ａ），ナット（図２中の符号３４ｂ）等の締結手段に
より、気化器２３は排気ガス用配管２１中に設置され
る。また、気化器容器２３ａ内部の温度は熱電対３３を
用いて計測する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、還元
剤（以下、尿素水と称する）を９０℃〜１００℃に加熱
し、効率良く加水分解させることにより、アンモニアを
発生させるが、前記尿素水が１６０℃以上に加熱すると
シアヌル酸等の固形物質に変化することがある。このた
め、還元剤として尿素水を用いるときは、気化器温度を
９０℃〜１００℃に保つ必要が生じてくる。通常、前記
尿素水は常温により気化器内まで導かれ、ディーゼルエ
ンジンの排気ガス用の配管内に気化器は設置され、その
ため、容量に関わらずディーゼルエンジンの排気ガスの
温度は３００℃〜４００℃程度あり、その排気ガスを利
用して気化器自体の温度を昇温させ、冷却水により気化
器容器内部の温度を調節するようにしている。その冷却
水による気化器内部の温度調節は、気化器内部の温度を
計測することにより、設定した温度以内になるように冷
却水の電磁弁を開閉することで冷却水を調節し、気化器
内部の温度を制御する手段を採用している。このような
温度制御方法においては、次に示す第１〜第４の問題点
がある。

【００１１】第１の問題点は、尿素水のみ注入した段階
で、気化器内部の温度を高い状態とする必要がある。こ
のため、気化器の熱容量を大きくすることが必要とな
り、気化器自体が大型化してしまう。また、気化器は、
排気ガス用配管内に設置されため、このような、大型化
された気化器では排気ガスの圧力損失が増大することと
なる。更に、気化器に排気ガスが当たることにより、気
化器に振動が発生し、騒音、共振による気化器、配管の
破損等の発生が危惧される。

【００１２】第２の問題点は、尿素水の注入量は発電機
の負荷に応じた量を注入しており、発電機負荷が小さい
状態では尿素水の注入量も少ない。このため、気化器内
部の温度を制御するのには、冷却水を通常より多く注入
する必要が生じてくる。冷却水の量が尿素水の量に対し
過剰となり、尿素水の加水分解に対する応答性が鈍くな
る可能性がある。

【００１３】第３の問題点は、発電機には定格運転時と
低負荷運転時とがあり、発電機の低負荷運転時の方が冷
却水の水量が多くなる。一般に、発電機は定格運転が最
も頻度が高い。一方、配管径、冷却水流量計および冷却
水供給容量等は最大流量を基準とするため、発電機の低
負荷時の冷却水量を基準としている。そのため、発電機
の低負荷時よりも頻度が高い定格運転時のときに冷却水
量が少ない。つまり、前記配管径、冷却水流量計および
冷却水供給容量等は頻度の少ない場合を基準としてお
り、最も頻度の高い定格運転時にはより大きい配管径、
レンジの大きい冷却水流量計等、適切でない配管系統を
使用することになり、また、冷却水供給容量も大きくす
る必要がある。

【００１４】第４の問題点は、気化器内部に注入された
冷却水は気化器内部で蒸発し、水蒸気となって脱硝触媒
を通過し外部へ放出されるのだが、排気ガスの温度が低
く注入された冷却水が十分に蒸発しなかった場合、エン
ジン側に水が流れ込む可能性がある。エンジン側に水が
流れ込んだ場合には、エンジンを錆び付かせてしまう恐
れがある。

【００１５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、気化器の温度を調節する際、気体を気化器に供給し
て、気化器の温度を最適に調節できるようにした脱硝装
置の気化器温度調節方法を提供することにある。

【００１６】

【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
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を除去する方法において、前記
気化器内に気体を供給して、その気化器内の温度を気体
を用いて調節することを特徴とするものである。

【００１７】第２発明は、前記第１発明記載の気体にお
いて、エアーを使用したことを特徴とするものである。

【００１８】第３発明は、前記第１発明記載の気化器に
おいて、気化器内の温度を調節するのに、蒸気を使用し
て加熱昇温させて調節することを特徴とするものであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。

【００２０】［実施の第１形態］図１において、１は発
電機を駆動する内燃機関から排出される排気ガス排出通
流工程で、この排出通流工程Ｓ１の排気ガス通流工程に
気化器Ｓ２を設置する。この気化器Ｓ２には、尿素水注
入工程Ｓ３で尿素水を注入する。このとき、気化器Ｓ２
には気体供給工程Ｓ４から気体を供給して気化器Ｓ２内
の温度調節する。この温度調節を温度調節工程Ｓ５で行
う。この温度調節工程Ｓ５で適切に気化器Ｓ２の温度が
調節される。すると、気化器Ｓ２は、排気ガスの熱によ
り尿素を熱分解する。この熱分解により得られたアンモ
ニアは、排気ガスに添加工程Ｓ６で添加させる。その
後、排気ガスは脱硝触媒と接触させて排気ガスのＮＯ_X
が除去される。

【００２１】上記のように、気化器Ｓ２の温度を気体を
用いて調節するようにしたので、冷却水のような液体を
使用することではないので、気化器Ｓ２から液体が漏れ
出してエンジン側へ流れ込むようなことを防止すること
ができ、また、気体を過剰に注入したとしても尿素水の
濃度を変化させることがないので、加水分解する応答性
が低下するような不具合も無くなる。この気体を気化器
に供給することにより、前述した問題点の第２と第４を
解決することが可能となる。

【００２２】なお、気体としては、例えば、工場等で使
用されている室温程度の空気（エアー）を用いる。

【００２３】［実施の第２形態］上記第１形態は室温程
度のエアーを気体供給工程Ｓ４で気化器Ｓ２に供給する
ようにしたものであるが、第２形態は、気体供給工程Ｓ
４で気体に代えて蒸気を気化器Ｓ２に供給して、気化器
Ｓ２を加熱させ、気化器Ｓ２の温度調節を行うようにし
たものである。

【００２４】蒸気供給工程で気化器Ｓ２に供給する蒸気
の温度は、蒸気圧により異なるけれども、１００℃以上
である（例えば、8kgf/cm²では約１７０℃）ため、気化
器を加熱する方向で使用する。

【００２５】第１形態の気体を供給する方法とは、逆
に、尿素水を気化器に注入したときの温度を９０℃とな
るように気化器の熱容量を決定し、蒸気を注入すること
で気化器内の温度を昇温し、気化器の温度を調節する。
この温度調節は蒸気流量を変化させることで調節する
か、あるいは、蒸気温度は、蒸気圧で決まるので、蒸気
圧力を調節することで蒸気温度を変化させ温度を調節す
るようにしても良い。

【００２６】なお、前記熱容量は比熱と質量との積で与
えられるので、排気ガスの温度流量等を考慮して、気化
器の比熱（材料）、質量（形状、大きさ等）を設定して
作製すれば良い。

【００２７】上述した第２形態を使用すると、尿素水を
注入した際の気化器温度を低くする必要があるため、気
化器の熱容量は小さくて良い。そのため、気化器の小型
化を図ることができ、問題点の第１であった圧力損失、
振動等による気化器の破損を防止できる。また、尿素水
注入量が少なくなれば、昇温に要する蒸気量も少なくな
る。そのため、問題点の第２の発電機低負荷時の応答性
が鈍くなる問題が解決できる。さらに、蒸気量が最大と
なる場合は、尿素水注入量が最大、すなわち、発電機負
荷が定格負荷になった場合であるから、定格負荷時の蒸
気量を基準に蒸気配管等を決定すればよく、問題点の第
３が解決できる。最後に、蒸気を導入するため、問題点
の第４による水がエンジン側に流入する恐れが無くな
る。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、気
化器の温度を気体（エアー）を用いて調節するようにし
たので、冷却水のような液体を使用しないので、気化器
から液体が流出してエンジン側へ流れ込むようなことを
防止することができ、また、気体（エアー）を過剰に注
入したとしても尿素水の濃度を変化させることがないの
で、加水分解する応答性が低下するような不具合も無く
なる。

【００２９】本発明によれば、尿素水を注入した際の気
化器温度を低くする必要があるため、気化器の熱容量は
小さくすむため、気化器の小型化を図ることができる。
また、尿素水注入量が少なくなれば、昇温に要する蒸気
量も少なくなるため、発電機低負荷時の応答性が鈍くな
るようなことが無くなる。さらに、蒸気量が最大となる
場合は、尿素水注入量が最大、すなわち、発電機負荷が
定格負荷になった場合であるから、定格負荷時の蒸気量
を基準に蒸気配管を決定できるようになる。この他に、
蒸気を導入するため、水がエンジン側に流入する恐れが
無くなる等の種々の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を述べるための工程説明
図。

【図２】従来の脱硝装置の概略構成図。

【図３】従来の脱硝装置に使用されている気化器の概略
構成図。

【符号の説明】

Ｓ１…排気ガス排出通流工程Ｓ２…気化器Ｓ３…尿素水注入工程Ｓ４…気体供給工程Ｓ５…温度調節工程Ｓ６…アンモニア添加工程Ｓ７…ＮＯ_X除去工程２１…排気ガス用配管２１ａ，２１ｂ…開口部，フランジ部２２…二重配管２２ａ…尿素水配管２２ｂ…冷却水配管２３，２３ａ…気化器，気化器容器２４…脱硝触媒３１…充填物３２…開孔部３３…熱電対３４ａ，３４ｂ…ボルト，ナット３５…気化器容器用の蓋Ｇ…排気ガスＧ₀…浄化された排気ガス

フロントページの続きＦターム(参考） 3G091 AA06 AA18 AB09 AB15 BA04 BA07 BA14 CA05 EA22 GB16Z HB01 4D048 AA06 AB02 AC03 AC04 CC38 CC43 CC61 DA01 DA03 DA10 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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を除去する方法において、前記気化器内に気体を供給して、その気化器内の温度を
気体を用いて調節することを特徴とする脱硝装置の気化
器温度調節方法。
【請求項２】前記気体には、エアーを使用したことを
特徴とする請求項１記載の脱硝装置の気化器温度調節方
法。
【請求項３】前記気化器内の温度は、蒸気を使用して
加熱昇温させて調節することを特徴とする請求項１記載
の脱硝装置の気化器温度調節方法。