(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラで燃焼された排ガスを排出する経路から分岐し、スクラバーを介して、イナートガスとして原油タンクに流通させる第１経路と、
前記原油タンクから発生したＶＯＣガスを前記ボイラの火炉内または前記ボイラの点火装置であるバーナに流通させる第２経路と、
前記第１経路の前記スクラバーより下流側と、前記第２経路とを接続する第３経路とを備え、
前記原油タンクからのＶＯＣガスの発生量が、ＶＯＣガスの処理を必要としない所定値以下の場合に、前記第３経路に前記イナートガスを流通させて、前記ボイラの火炉内または前記バーナに前記イナートガスを供給させることを特徴とする排ガス再循環システム。
【請求項２】
前記スクラバーは、前記イナートガスを８０℃以下の温度に低下させることを特徴とする請求項１に記載の排ガス再循環システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の排ガス再循環システムを備える船用ボイラ。
【請求項４】
ボイラで燃焼された排ガスを排出する経路から分岐させる第１工程と、
前記経路から分岐後に、スクラバーを介して、イナートガスとして原油タンクに流通させる第２工程と、
前記原油タンクから発生したＶＯＣガスを前記ボイラの火炉内または前記ボイラの点火装置であるバーナに流通させる第３工程と、
前記原油タンクからのＶＯＣガスの発生量が、ＶＯＣガスの処理を必要としない所定値以下の場合に、前記ボイラで発生した排ガス中のイナートガスであって前記スクラバーによって洗浄後のイナートガスを、前記第３工程でＶＯＣガスが流通した経路を介して前記ボイラの火炉内または前記バーナに流通させる第４工程と
を有する排ガス再循環方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス再循環システム及びそれを備えた船用ボイラ、並びに排ガス再循環方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）を低減するために、舶用エンジンのような大型内燃機関において排ガス再循環を行う場合、排ガス中に含まれる硫黄酸化物（以下「ＳＯｘ」という。）等が腐食や詰まりなどの悪影響を内燃機関に及ぼすことから、スクラバーを用いて排ガス処理することが知られている。
例えば、下記特許文献１では、船舶のエンジンから排出される排ガスをスクラバーによって排ガス洗浄し、ばいじん及びＳＯｘを除去して循環させる排ガス再循環システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来では、浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ：Floating  Production，Storage  and  Offloading）、浮体式海洋石油・ガス貯蔵積出設備（ＦＳＯ：Floating  Storage  and  Offloading  system）、タンカーなど船舶では、ボイラから排出されるＮＯｘに関する規制がないため、陸上向けボイラなどで一般的なＮＯｘ低減手法は採用されておらず、積極的なＮＯｘ低減は図られていなかった。
【０００５】
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、追加する排ガス再循環系統を最小限に抑え、船用ボイラから排出されるＮＯｘを低減できる排ガス再循環システム及びそれを備えた船用ボイラ、並びに排ガス再循環方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、ボイラで燃焼された排ガスを排出する経路から分岐し、スクラバーを介して、イナートガスとして原油タンクに流通させる第１経路と、前記原油タンクから発生したＶＯＣガスを前記ボイラの火炉内または前記ボイラの点火装置であるバーナに流通させる第２経路と、前記第１経路の前記スクラバーより下流側と、前記第２経路とを接続する第３経路とを備え、前記原油タンクからのＶＯＣガスの発生量が、ＶＯＣガスの処理を必要としない所定値以下の場合に、前記第３経路に前記イナートガスを流通させて、前記ボイラの火炉内または前記バーナに前記イナートガスを供給させることを特徴とする排ガス再循環システムを提供する。
上記排ガス再循環システムの前記スクラバーは、前記イナートガスを８０℃以下の温度に低下させてもよい。
【０００７】
このような構成によれば、ボイラで燃焼されたボイラ排ガスを排出する経路から分岐した第１経路を流通するイナートガスがスクラバーを介して原油タンクに送られ、原油タンクから、第２経路を流通するＶＯＣガスがフィルタを介してボイラまたはボイラの点火装置であるバーナに送られる。原油タンクの原油の荷役作業を行う場合に、ＶＯＣガスはほとんど発生しないためＶＯＣガスを処理しない所定値以下となるので、ボイラから排出されスクラバーを介して流通するイナートガスが、第１経路のスクラバーより下流側と第２経路のフィルタより上流側とを接続した第３経路と、第２経路とを介して、ボイラまたはバーナに供給される。
【０００８】
原油の荷役作業を行う場合に、ボイラは高負荷で運転されるが、このときＮＯｘが多く発生する。本発明では、原油の荷役作業のときにＶＯＣは発生しないことに着目し、ＶＯＣガスを処理しない期間に第２経路を利用することとし、第２経路と第３経路にイナートガスを流通させることで、ボイラにイナートガスを供給する。これにより、従来必要とされていた排ガス再循環ライン、ファン、排ガス再循環バーナを別途搭載する必要がなく、排ガス再循環系統が最小限に抑えられ、工期、コストの低減が図れる。
また、スクラバーによって硫黄分除去、排ガスガス温度の低下が期待できるので、スクラバーを介して流通したイナートガスが第３経路と第２経路を介してボイラに供給されることにより、排ガス温度が低いためボイラにおける火炎温度冷却（低下）効果が高く、イナートガスが流通経路となる配管の腐食による被害を抑制できる。
なお、原油タンクからのＶＯＣガスの発生量とは、例えば、原油タンク内のＶＯＣ濃度によって判断される。
【０００９】
本発明は、上記の排ガス再循環システムを備える船用ボイラを提供する。
【００１０】
本発明は、ボイラで燃焼された排ガスを排出する経路から分岐させる第１工程と、前記経路から分岐後に、スクラバーを介して、イナートガスとして原油タンクに流通させる第２工程と、前記原油タンクから発生したＶＯＣガスを前記ボイラの火炉内または前記ボイラの点火装置であるバーナに流通させる第３工程と、前記原油タンクからのＶＯＣガスの発生量が、ＶＯＣガスの処理を必要としない所定値以下の場合に、前記ボイラで発生した排ガス中のイナートガスであって前記スクラバーによって洗浄後のイナートガスを、前記第３工程でＶＯＣガスが流通した経路を介して前記ボイラの火炉内または前記バーナに流通させる第４工程とを有する排ガス再循環方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、追加する排ガス再循環系統を最小限に抑え、船用ボイラから排出されるＮＯｘを低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る舶用ボイラを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る舶用ボイラに適用される排ガス再循環システムの全体概略構成図である。
【図３】本発明に係る舶用ボイラに適用される排ガス再循環システムの変形例の全体概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施形態に係る排ガス再循環システム及びそれを備えた船用ボイラ、並びに排ガス再循環方法について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に示す舶用ボイラ１において、火炉２の上部に設置された風箱１４内に複数のバーナ３が設置される。バーナ３は、空気ダクト１３を介して導入される燃焼用空気を用いて、燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する。生成された高温の燃焼ガスは、火炉２の下流に配設されたフロントバンクチューブ４、過熱器５及び蒸発管群（リアバンクチューブ）６を順番に通過してチューブ内を流れる水等の流体と熱交換する。こうして熱交換を終えた燃焼ガスは、出口側ガスダクト７を通ってガス出口８から舶用ボイラ１の外部へ排出される。また、舶用ボイラ１は、蒸発管群６の下方に設けられた水ドラム９と、蒸発管群６の上方に設けられた蒸気ドラム１０と、フロントバンクチューブ４に接続されたヘッダ１１，１２を備える。
【００１５】
図２は、本発明に係る舶用ボイラに適用される排ガス再循環システム２０の概略構成図である。図２に示されるように、排ガス再循環システム２０は、第１イナートガスライン（第１経路）３３と、ＶＯＣ（Volatile  Organic  Compounds）ガスライン（第２経路）３４と、イナートガスバイパスライン（第３経路）２１と、主燃料ライン３５と、制御装置５０とを備えている。
【００１６】
主燃料ライン３５は、ボイラ主燃料（例えば、ＨＦＯ（Ｈｅａｖｙ  Ｆｕｅｌ  Ｏｉｌ：重質燃料油）、ＭＤＯ（Ｍａｒｉｎｅ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｉｌ：船舶用ディーゼル油）、メタン等）をボイラ１に供給する。主燃料ライン３５はさらに遮断弁４１と制御弁３０とを備えている。制御弁３０は、制御装置５０からの指令によって開度が調整されることで、ボイラ１に供給するボイラ主燃料の量を制御する。
第１イナートガスライン３３は、遮断弁４５と、イナートガススクラバー（スクラバー）２５と、イナートガスブロワー（ブロワー）２６と、遮断弁４３とを備えている。第１イナートガスライン３３は、原油タンクから原油の荷下ろし作業を行う場合、ボイラ１で燃焼された排ガスを煙突３１に排出する経路３２から分岐し、イナートガススクラバー２５を介して、イナートガスブロワー２６によって下流側（原油タンク２２）にイナートガスを流通させる。排ガスには、二酸化炭素、窒素、すす、ＮＯｘ、ＳＯｘ等が含まれる。
【００１７】
ＶＯＣガスライン３４は、遮断弁４４と、ＶＯＣガスフィルタ（フィルタ）２７と、ＶＯＣブロワー（ブロワー）２８と、制御弁２９と、遮断弁４０とを備えている。ＶＯＣガスライン３４は、原油タンク２２に原油の積み込み作業を行う場合、原油タンク２２からＶＯＣガスフィルタ２７を介してボイラ１の火炉内またはボイラ１の点火装置であるバーナ３に、イナートガスとＶＯＣガスを流通させる。また、ＶＯＣガスライン３４は、ＶＯＣブロワー２８の下流側で、遮断弁４０より上流側に制御弁２９を備えており、制御弁２９の開度が制御装置５０によって制御され、調整される。ＶＯＣガスライン３４にイナートガスとＶＯＣガスが流通する場合に、制御弁２９の開度が調整されることによって、ボイラ１またはバーナ３に供給されるイナートガス流量が調整できる。その後、バーナ３に供給されたＶＯＣガスは燃焼処理される。
【００１８】
イナートガスバイパスライン２１は、第１イナートガスライン３３のイナートガスブロワー２６の下流側と、ＶＯＣガスライン３４のＶＯＣガスフィルタ２７の上流側とをバイパスして接続する。イナートガスバイパスライン２１は、遮断弁５１を備えており、原油タンク２２から原油の荷下ろし作業を行う場合に、イナートガスバイパスライン２１にイナートガスが流通されるように遮断弁５１を開とする。遮断弁５１が開にされると、第１イナートガスライン３３を流通し、イナートガスブロワー２６から送られたイナートガスを、イナートガスバイパスライン２１を介してＶＯＣガスライン３４に流通させる。その後、イナートガスはバーナ３に供給され、ボイラ１に供給される。原油の荷下ろし作業を行う場合にボイラ１を高負荷で運転するが、ボイラ１にイナートガスが供給されることで、Ｎｏｘ低減を図る。
【００１９】
また、原油タンク２２に原油の積み込み作業を行う場合には、遮断弁５１は閉とされる。
制御装置５０は、原油タンク２２からのＶＯＣガスの発生量が所定値以下の場合に、イナートガスバイパスライン２１にイナートガスを流通させて、ボイラ１の火炉内またはバーナ３にイナートガスを供給させる。具体的には、原油タンク２２から原油の荷下ろし作業を行う場合にはＶＯＣガスがほとんど発生せずＶＯＣガスの発生量が所定値以下となるので、制御装置５０は、制御弁２９を開に制御し、遮断弁５１を開に制御し、イナートガスバイパスライン２１にイナートガスを流通させて、ボイラ１またはバーナ３にイナートガスを供給させる。また、制御装置５０は、その他適宜、遮断弁や制御弁を制御して、その開度を調整する。
【００２０】
以下に、本実施形態に係る排ガス再循環システム２０の作用について、図１及び図２を用いて説明する。
ボイラ１で燃焼された排ガスが、ガス出口８から排出され、経路３２を流通する。経路３２と煙突３１との間から分岐した第１イナートガスライン３３に排ガスが流通し、イナートガススクラバー２５においてスクラバ水により洗浄されて硫黄分除去され、冷却水によって排ガス温度が下げられ、ボイラ１で燃焼された排ガスはイナートガスとしてイナートガスブロワー２６によって原油タンク２２に送られる。
ボイラ１でＶＯＣガスを燃焼させる場合には、制御装置５０によって遮断弁４３が閉方向に制御され、遮断弁５１が閉方向に制御され、遮断弁４４が開方向に制御され、遮断弁４０が開方向に制御される。こうして原油タンク２２からＶＯＣガスがＶＯＣガスライン３４に送られ、ＶＯＣガスフィルタ２７を介してＶＯＣブロワー２８からバーナ３に送られる。バーナ３からボイラ必要蒸気量に応じて必要とされるボイラ主燃料とＶＯＣガスが供給され、ボイラ１において燃焼され、排ガスが発生する。排ガスは排ガス出口８から排出され、煙突３１から排出されるとともに、イナートガススクラバー２５で洗浄された排ガスは、イナートガスとして第１イナートガスライン３３を流通する。
【００２１】
原油タンク２２の原油の荷下ろし作業が行われる場合には、制御装置５０によって遮断弁５１が開方向に制御され、かつ、制御弁２９が開方向に制御される。また、このとき遮断弁４３は開方向に制御され、遮断弁４４は閉方向に制御される。第１イナートガスライン３３を流通するイナートガススクラバー２５において洗浄され、洗浄後冷却水により温度が低下したイナートガスは、イナートガスバイパスライン２１を流通してＶＯＣガスライン３４と、原油タンク２２に送られる。第１イナートガスライン３３を流通するイナートガス流量のうち、１０〜３０％の流量がイナートガスバイパスライン２１に流通し、それ以外（９０〜７０％）の流量のイナートガスは原油タンク２２に送られる。
なお、イナートガスの低下後の温度は、配管設計温度に依存するが、８０℃以下程度となればよい。
【００２２】
原油タンク２２から原油の荷下ろし作業が行われる場合には、ＶＯＣガスはほとんど発生しないので、ＶＯＣガスは所定値以下となりＶＯＣガスを処理しないので、遮断弁５１を開としてイナートガススクラバー２５において洗浄されることによって温度が低下したイナートガスが、ＶＯＣガスライン３４を流通してバーナ３に供給される。
ここで、ＶＯＣガスの処理を必要としない所定値以下とは、例えば、原油タンク２２内のＶＯＣ濃度が、数１０ｐｐｍ以下など実質的にＶＯＣガスの連続的な増加が認められない状態である。
【００２３】
このようにボイラ１で発生した排ガスは、イナートガススクラバー２５において洗浄され、洗浄後、冷却水により温度が下げられてイナートガスとなり、ボイラ１に再循環させることができる。原油の荷下ろし作業時はオイルポンプが稼働しボイラが高負荷な状態となりＮｏｘが多量発生するため、排ガス再循環によるＮｏｘ低減効果が見込める。
【００２４】
以上に説明したように、本実施形態に係る排ガス再循環システム２０及びそれを備えた船用ボイラ、並びに排ガス再循環方法によれば、原油の荷下ろし作業を行う場合に、ボイラ１は高負荷で運転されるが、このときＮＯｘが多く発生する。本発明では、原油の荷下ろし作業のときにＶＯＣガスがほとんど発生しないことに着目し、ＶＯＣガスを処理しない期間にＶＯＣガスライン３４を利用することとし、ＶＯＣガスライン３４とイナートガスバイパスライン２１にイナートガスを流通させることで、ボイラ１にイナートガスを供給する。このように、既設のＶＯＣガスライン３４を流用してイナートガスをボイラ１に供給するので、設備コストがかからない。そのため、排ガス再循環系統が最小限に抑えられ、工期、コストの低減が図れる。
【００２５】
また、イナートガススクラバー２５によって硫黄分除去、排ガス温度の低下が期待できるので、イナートガススクラバー２５を介して流通したイナートガスがイナートガスバイパスライン２１とＶＯＣガスライン３４を介してボイラ１に供給されることにより、排ガス温度が低いためボイラ１における火炎温度冷却（低下）効果が高く、イナートガスが流通経路となる配管の腐食による被害を抑制できる。また、このように制御されることによって、従来の船用ボイラと比較して最大で２０から３５％程度のＮＯｘ低減できる。
【００２６】
なお、本実施形態における図２においては、ＶＯＣガスライン３４は、バーナ３に接続されていたが、これに限定されず、ＶＯＣガスライン３４はボイラ１に接続されるようになっていてもよい。
また、ノズル２４を風箱や空気ダクトに装備して、イナートガスを供給するようにしてもよい。
【００２７】
〔変形例〕
なお、上記実施形態においては、第１イナートガスライン３３とＶＯＣガスライン３４とをバイパスして接続したイナートガスバイパスライン２１を介して、ボイラ１にイナートガスを供給していたが、ボイラ１にイナートガスを供給する構成はこれに限定されない。例えば、図３に示されるように、上記実施形態の構成に加えて、第１イナートガスライン３３のイナートガスブロワー２６の下流側から分岐させてボイラ１と接続する第２イナートガスライン２３を設けることとしてもよい。
第２イナートガスライン２３は、第１イナートガスライン３３のイナートガスブロワー２６の下流側から分岐され、先端に設けたノズル２４をボイラ１（またはバーナ３）に装着させて、ボイラ１の火炉内（またはバーナ３）にイナートガスを供給する。
【００２８】
原油タンク２２から原油の荷下ろし作業が行われる場合に、制御装置５０によって遮断弁４２を開方向に制御し、遮断弁４３を開方向に制御し、遮断弁５１、遮断弁４４、及び遮断弁４０を閉方向に制御する。そうすると、第１イナートガスライン３３のイナートガスブロワー２６の下流側から分岐した第２イナートガスライン２３にイナートガスが流通し、洗浄される。洗浄されることによって温度が低下したイナートガスは、ノズル２４を介してボイラ１に供給される。また、第１イナートガスライン３３のイナートガスブロワー２６の下流側の原油タンク２２に繋がる経路を介して、原油タンク２２にイナートガスが供給される。
【００２９】
本変形例では、第２イナートガスライン２３及びノズル２４を追加する構成である。本変形例と、上記実施形態で説明したイナートガスバイパスライン２１を介してＶＯＣガスライン３４を流用する場合とを比較すると、イナートガスバイパスライン２１を介してＶＯＣガスライン３４を流用してボイラ１にイナートガスを供給する場合の方が、コストが抑えられる。
【００３０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ボイラ
２０  排ガス再循環システム
２１  イナートガスバイパスライン（第３経路）
２２  原油タンク
２５  イナートガススクラバー
３３  第１イナートガスライン（第１経路）
３４  ＶＯＣガスライン（第２経路）
５０  制御装置
【図１】
0005901671.tif 000002
【図２】
0005901671.tif 000003
【図３】
0005901671.tif 000004