(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
舶用エンジンから排出された排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫システムであって、
前記排ガスが流入し、硫黄酸化物と脱硫剤とを反応させる複数の反応器と、
前記反応器に脱硫剤を供給する脱硫剤供給部と、
複数の前記反応器に導入される前記排ガスの流量を個別に調整可能な流量調整部と、
前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量に応じて、前記流量調整部を制御し、前記排ガスを供給する前記反応器の数を変化させる調整量制御部と、を備え、
前記反応器は、固形粒子状であり前記排ガスが所定の流速の場合に流動可能である流動材が貯留された乾式脱硫反応器であり、
前記脱硫剤は、固形粒子状である
脱硫システム。
【請求項２】
前記調整量制御部は、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量が多くなるにしたがって、前記排ガスを供給する前記反応器の数を増加させる請求項１に記載の脱硫システム。
【請求項３】
前記調整量制御部は、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量が増加し、前記排ガスを供給する前記反応器の数を増加させる場合、
前記排ガスを供給している前記反応器に供給する排ガスの流量を流動層が形成される流量で維持しつつ、新たに排ガスを供給する前記反応器に供給する排ガスの量を増加させる請求項１又は請求項２に記載の脱硫システム。
【請求項４】
前記調整量制御部は、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量が増加し、前記排ガスを供給する前記反応器の数を増加させる場合、
前記排ガスを供給している前記反応器に供給する排ガスの流量を流動層が形成される流量の範囲で減少させつつ、新たに排ガスを供給する前記反応器に供給する排ガスの量を増加させる請求項１又は請求項２に記載の脱硫システム。
【請求項５】
前記反応器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記流動材と、前記脱硫剤とを分離し、前記流動材を前記反応器に供給し、前記脱硫剤及び前記排ガスを下流側に排出する分級器と、を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の脱硫システム。
【請求項６】
前記分級器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記分級器を介した前記排ガスに含まれる前記脱硫剤を捕集するフィルタを備える請求項５に記載の脱硫システム。
【請求項７】
前記流動材の平均粒径と前記脱硫剤の平均粒径との関係が、１５≦（前記流動材の平均粒径／前記脱硫剤の平均粒径）≦３３を満たす請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の脱硫システム。
【請求項８】
複数の前記反応器は、容積及び内部形状が同一である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の脱硫システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の脱硫システムと、前記乾式脱硫システムを構成する前記乾式脱硫反応器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に設けられて前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱硫システム及び排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶に搭載される舶用エンジンにおいては、燃料として、硫黄分が多く含まれる重質燃料が主に用いられる。舶用エンジンから排出される排ガスは、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵などの有害物質を含んでいる。これらの有害物質は、大気汚染の原因となる。このため、船舶では、その規制が強化されている。排ガス中の硫黄酸化物を低減する脱硫システムが設置されている。舶用エンジンの脱硫システムとしては、排ガスに硫黄酸化物を吸収する液体を接触させる気液接触で脱硫を行う湿式の脱硫システムが知られている。また、船舶ではなく、廃棄物燃焼炉から排出される排ガスの処理装置であるが、特許文献１には、乾式の脱硫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】特許第３００９９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
湿式の脱硫システムは、硫黄酸化物を含んだ排水処理が必要となる。また、排ガス温度が低下するため、後流にて触媒式脱硝を行う場合には、熱交換装置等が別途必要となる。また、特許文献１のような乾式の脱硫システムを船舶に搭載する場合、脱硫性能の面で更なる向上が求められる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、舶用エンジンから排出される排ガスから硫黄酸化物を適切に除去することができる脱硫システム及び排ガス処理装置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】
上記の目的を達成するための本発明の脱硫システムは、舶用エンジンから排出された排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫システムであって、前記排ガスが流入し、硫黄酸化物と脱硫剤とを反応させる複数の反応器と、前記反応器に脱硫剤を供給する脱硫剤供給部と、複数の前記反応器に導入される前記排ガスの流量を個別に調整可能な流量調整部と、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量に応じて、前記流量調整部を制御し、前記排ガスを供給する前記反応器の数を変化させる調整量制御部とを備える。
【０００７】
従って、舶用エンジンから排出される排ガスの流量に応じて、当該排ガスを１つの反応器に導入するか、複数の反応器に分散させて導入するかを切り替えて行うことが可能となるため、反応器を１つだけ設けた場合に比べて、１つの反応器における負荷変動による排ガス流量変化の流動状態への影響を軽減できる。このため、各反応器における脱硫剤の反応性の制御が容易となる。これにより、脱硫剤の反応性が高い状態となるように各反応器の状態を維持することが容易となるため、脱硫性能の向上を図ることができる。
【０００８】
本発明の脱硫システムにおいて、前記調整量制御部は、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量が多くなるにしたがって、前記排ガスを供給する前記反応器の数を増加させる。
【０００９】
従って、舶用エンジンから排出される排ガスの流量が多くなるにしたがって、排ガスを供給する反応器の数が増加し、負荷変動による排ガス流量変化の流動状態への影響を小さく抑えることができる。
【００１０】
本発明の脱硫システムにおいて、前記反応器は、固形粒子状であり前記排ガスが所定の流速の場合に流動可能である流動材が貯留された乾式脱硫反応器であり、前記脱硫剤は、固形粒子状である。
【００１１】
従って、反応器に導入される排ガスが反応器の内部を流通すると、当該反応器の内部で流動材による流動層が形成され、脱硫剤が流動材と共に流動する。この場合、脱硫剤が流動した状態で排ガスと接触するため、排ガスに対する脱硫剤の接触時間が長くなり、排ガスから硫黄酸化物を効率的に除去することができる。よって、脱硫性能の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明の脱硫システムにおいて、前記調整量制御部は、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量が増加し、前記排ガスを供給する前記反応器の数を増加させる場合、前記排ガスを供給している前記反応器に供給する排ガスの流量を流動層が形成される流量で維持しつつ、新たに排ガスを供給する前記反応器に供給する排ガスの量を増加させる。
【００１３】
従って、排ガスを供給する反応器の数を増加させる場合であっても、現在排ガスを供給している反応器において脱硫剤の反応性が高い状態を維持することができる。
【００１４】
本発明の脱硫システムにおいて、前記調整量制御部は、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量が増加し、前記排ガスを供給する前記反応器の数を増加させる場合、前記排ガスを供給している前記反応器に供給する排ガスの流量を流動層が形成される流量の範囲で減少させつつ、新たに排ガスを供給する前記反応器に供給する排ガスの量を増加させる。
【００１５】
従って、現在排ガスを供給している反応器において脱硫剤の反応性が高い状態を維持しつつ、新たに排ガスを供給する反応器についても脱硫剤の反応性が高い状態とすることができる。
【００１６】
本発明の脱硫システムは、前記反応器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記流動材と、前記脱硫剤とを分離し、前記流動材を前記反応器に供給し、前記脱硫剤及び前記排ガスを下流側に排出する分級器と、を備える。
【００１７】
従って、硫黄酸化物と反応した後の脱硫剤は、例えば流動材と共に排ガスによって分級器に流され、分級器によって排ガスと共に下流側に排出される。この場合、反応後の脱硫剤が乾式脱硫反応器に留まることを抑制できる。また、流動材が反応器に供給されるため、流動材の損失を抑制できる。
【００１８】
本発明の脱硫システムは、前記分級器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記分級器を介した前記排ガスに含まれる前記脱硫剤を捕集するフィルタを備える。
【００１９】
従って、フィルタによって排ガスから脱硫剤が回収されるため、排ガスに脱硫剤が混入されたまま後流側に流れることを抑制できる。
【００２０】
本発明の脱硫システムは、前記流動材の平均粒径と前記脱硫剤の平均粒径との関係が、１５≦（前記流動材の平均粒径／前記脱硫剤の平均粒径）≦３３を満たす。
【００２１】
従って、粒径比を１５以上３３以下とすることで、船舶の運転時に流動層が形成される条件での運転をより多くの時間割合とすることができる。また、粒径比を１５以上３３以下とすることで、脱硫性能を高く維持する必要がある運転負荷で、適切に流動層を形成させることができる。
【００２２】
本発明の脱硫システムにおいて、複数の前記反応器は、容積及び内部形状が同一である。
【００２３】
従って、各容器に対して排ガスを均一に分散させることにより、各容器における粒状物の流動状態の制御を容易に行うことができる。
【００２４】
本発明に係る排ガス処理装置は、上記の脱硫システムと、前記乾式脱硫システムを構成する前記乾式脱硫反応器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に設けられて前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える。
【００２５】
従って、上記の脱硫装置の効果に加えて、脱硝装置の触媒の劣化防止とともに、脱硫性能の維持を図ることができるので、排ガス処理性能の高い排ガス処理装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、舶用エンジンから排出される排ガスから硫黄酸化物を適切に除去することができる脱硫システム及び排ガス処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を表す概略構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る脱硫システムの一例を示す図である。
【図３】図３は、流動材の流動状態を説明するためのグラフである。
【図４】図４は、ディーゼルエンジンの負荷と、脱硫反応器に導入される単位時間当たりの排ガスの流量の変化との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、脱硫システムにおいて第２バルブを閉塞させた状態を示す図である。
【図６】図６は、変形例に係る脱硫反応器の一例を示す図である。
【図７】図７は、ディーゼルエンジンの負荷と、脱硫反応器に導入される単位時間当たりの排ガスの流量の変化との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、変形例に係る脱硫システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る排ガス処理装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２９】
図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を表す概略構成図である。図１に示すように、排ガス処理装置１０は、脱硫システム４０と、脱硝装置４８とを備えている。排ガス処理装置１０は、船舶に搭載されて使用されるディーゼルエンジン（舶用エンジン）１１から排出される排ガスを処理するものであり、排ガス中の有害物質として、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃成分、煤塵などを低減したり、除去したりするものである。この場合、ディーゼルエンジン１１は、船舶の主機関や発電装置などとして使用されるものである。
【００３０】
ディーゼルエンジン１１は、シリンダ部１２の一方側に掃気トランク１３が配置され、他方側に排気マニホールド１４が配置されて構成されている。シリンダ部１２は、複数（本実施形態では、６個）のシリンダ２１が直列に配置されている。この各シリンダ２１は、図示しないが、内部にピストンがそれぞれ上下に往復動自在に設けられることで、燃焼室が形成される。そして、各ピストンは、下部がクランク軸に連結されている。
【００３１】
掃気トランク１３は、シリンダ部１２の各シリンダ２１と吸気ポート２２を介して連結されている。排気マニホールド１４は、シリンダ部１２の各シリンダ２１と排気ポート２３を介して連結されており、各排気ポート２３に排気弁（図示略）が設けられている。そして、掃気トランク１３は、吸気経路Ｌ１が連結され、排気マニホールド１４は、排気経路Ｌ２が連結されている。また、シリンダ部１２は、各シリンダ２１の内部に燃料（例えば、重油など）を噴射するインジェクタ２４がそれぞれ設けられており、各インジェクタ２４は、図示しない燃料タンクに連結されている。
【００３２】
そのため、シリンダ部１２は、燃焼室に各インジェクタ２４から供給された燃料と、掃気トランク１３から各吸気ポート２２を介して供給された燃焼用ガス（例えば、空気）が供給され、混合して圧縮されることで燃焼する。そして、この燃焼で発生したエネルギにより各ピストンが上下動し、各ピストンの下端部が連結されたクランク軸を回転させる。一方、燃焼によって生じた排ガスは、排気ポート２３を介して排気マニホールド１４に排出される。
【００３３】
ディーゼルエンジン１１は、排気タービン過給機３１が設けられている。排気タービン過給機３１は、コンプレッサ３２とタービン３３が回転軸３４を介して同軸上に連結されて構成されており、コンプレッサ３２とタービン３３は、回転軸３４により一体回転することができる。コンプレッサ３２は、外部から空気等を吸気する吸気経路Ｌ３が連結されると共に、掃気トランク１３に至る吸気経路Ｌ１が連結されている。タービン３３は、排気マニホールド１４に至る排気経路Ｌ２が連結されると共に、外部に排気する排気経路Ｌ４が連結されている。なお、吸気経路Ｌ１は、コンプレッサ３２により圧縮された空気を冷却する空気冷却器３５が設けられている。
【００３４】
そのため、タービン３３は、排気マニホールド１４から排気経路Ｌ２を通して導かれた排ガス（燃焼ガス）によって駆動し、コンプレッサ３２を駆動した後、排ガスを排気経路Ｌ４から外部に排出する。一方、コンプレッサ３２は、タービン３３により駆動し、吸気経路Ｌ３から吸気した空気を圧縮した後、圧縮空気を吸気経路Ｌ１から掃気トランク１３に圧送する。
【００３５】
排気経路（流路）Ｌ４は、排気マニホールド１４から排出されてタービン３３を駆動した排ガスを外部に排出する。排ガス処理装置１０は、この排気経路Ｌ４から排気ガスの流動方向の下流側に設けられる。図１に記載のように、本実施形態の排ガス処理装置１０は、乾式脱硫システム４０を構成する後述の分級器４３とバグフィルタ４４との間に、脱硝装置４８が配置されている。
【００３６】
図２は、本実施形態に係る脱硫システム４０の一例を示す図である。図１及び図２に示すように、脱硫システム４０は、いわゆる乾式の脱硫システムであり、脱硫反応器（反応器）４１及び４２と、分級器４３と、バグフィルタ４４と、供給配管４５と、脱硫剤供給部４６と、脱硫剤回収部４７とを有している。乾式脱硫システム４０は、排ガスの流れ方向下流側に向けて、脱硫反応器４１及び４２と、分級器４３と、バグフィルタ４４とが順に設けられている。なお、図２では、分級器４３とバグフィルタ４４との間に配置される脱硝装置４８の図示を省略している。ここで、乾式の脱硫システムは、固体（粒子）状の脱硫剤を排ガス中に供給し、脱硫剤を排ガス中の硫黄酸化物と反応させて除去する排煙脱硫システムである。したがって、脱硫システム４０では、脱硫剤の反応に水分が用いられないため、硫黄酸化物を含んだ排水処理が不要となる。脱硫システム４０は、以下の湿式及び半乾式の脱硫システムと区別される。湿式の脱硫システムは、脱硫剤を溶解又は分散させた水溶液層又はスラリー層に排ガスを供給し、脱硫剤を排ガス中の硫黄酸化物と反応させて除去する排煙脱硫システムである。湿式の脱硫システムとしては、例えば、石灰−石膏法や水酸化マグネシウム法、ソーダ法等のプロセスを行う装置が挙げられる。また、半乾式の乾式脱硫システムは、脱硫剤と水とを混合させたスラリーを排ガス中に噴霧し、脱硫剤を硫黄酸化物と反応させて除去する排煙脱硫システムである。半乾式の脱硫システムとしては、例えば、消石灰スラリーをスプレードライヤー内に噴霧する装置等が挙げられる。なお、脱硫システム４０は、排ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて、脱硫反応器４１及び４２、分級器４３、及びバグフィルタ４４の順に並んでいる。
【００３７】
図２に示すように、脱硫反応器４１及び４２は、排気経路Ｌ４に対して並列に接続されている。具体的には、排気経路Ｌ４は、排気経路Ｌ４１と排気経路Ｌ４２とに分岐されている。一方の排気経路Ｌ４１には脱硫反応器４１が接続され、他方の排気経路Ｌ４２には脱硫反応器４２が接続されている。
【００３８】
排気経路Ｌ４１には、第１バルブ（流量調整部）４１ａが設けられている。第１バルブ４１ａは、排気経路Ｌ４１を流れて脱硫反応器４１に導入される排ガスの流量を調整する。また、排気経路Ｌ４２には、第２バルブ（流量調整部）４２ａが設けられている。第２バルブ４２ａは、排気経路Ｌ４２を流れて脱硫反応器４２に導入される排ガスの流量を調整する。
【００３９】
第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度は、バルブ制御部（調整量制御部）ＶＣによって調整される。バルブ制御部ＶＣは、第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を個別に制御可能である。バルブ制御部ＶＣは、例えば、ディーゼルエンジン１１から排出される排ガスの流量に応じて第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を制御する。なお、排ガスの流量は、ディーゼルエンジン１１の酸素濃度と、燃焼室に供給された燃料の供給量（エンジン負荷）とに基づいて算出可能である。
【００４０】
また、バルブ制御部ＶＣは、第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度をゼロにする（閉塞する）ことが可能である。第１バルブ４１ａが閉塞された場合、排気経路Ｌ４１には排ガスが流れず、脱硫反応器４１には排ガスが導入されない。同様に、第２バルブ４２ａが閉塞された場合、排気経路Ｌ４２には排ガスが流れず、脱硫反応器４２には排ガスが導入されない。
【００４１】
続いて、脱硫反応器４１は、筐体５１と、分散板（支持部）５３と、を有している。筐体５１には、排ガス入口５２と、排ガス出口５４とが形成されている。筐体５１は、例えば箱型に形成され、内部Ｋが中空状になっている。排ガス入口５２は、例えば筐体５１の下部に設けられる。排ガス入口５２は、排気経路Ｌ４に接続されている。排ガス入口５２は、排気経路Ｌ４を流れる排ガスを筐体５１の内部Ｋに導入する。排ガス出口５４は、筐体５１の上部に設けられる。排ガス出口５４は、排気経路Ｌ５に接続される。
【００４２】
分散板５３は、排ガス入口５２の上方を塞ぐように筐体５１の内部Ｋに配置される。分散板５３により、内部ＫはチャンバＫ１と流動部Ｋ２とに分割されている。チャンバＫ１は、分散板５３の下方に形成される。流動部Ｋ２は、分散板５３の上方に形成される。流動部Ｋ２には、固体粒子状の流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とを含む粒状物Ｐが貯留される。
【００４３】
流動材Ｐ１は、固体粒子状であり排ガスが所定の流速の場合に流動可能である。流動材Ｐ１としては、例えばケイ砂、ドロマイト、石灰石などが用いられる。流動材Ｐ１の平均粒径は、排ガスの流れによって流動層を形成するように設定されている。ここで、平均粒径とは、粒度分布測定装置を用いてＪＩＳ  Ｚ  ８８２５に準拠したレーザ光による光回折散乱法によって測定される５０％径の値である。
【００４４】
脱硫剤Ｐ２は、排ガスの流れによって流動材Ｐ１と共に流動するように固体粒子状に形成される。脱硫剤Ｐ２は、排ガスに含まれる硫黄酸化物と反応し、排ガスから硫黄酸化物を除去する。脱硫剤Ｐ２としては、例えばアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物などが用いられる。
【００４５】
また、分散板５３は、排ガスを通過させ、かつ上記の粒状物Ｐを通過させないように多孔形状に形成される。したがって、分散板５３は、排ガス入口５２から筐体５１内に導入された排ガスをチャンバＫ１から流動部Ｋ２側に通過させると共に、流動部Ｋ２に収容された粒状物ＰがチャンバＫ１側に落下することを防いでいる。
【００４６】
また、脱硫反応器４２は、脱硫反応器４１と同一構成となっている。したがって、脱硫反応器４１と脱硫反応器４２とは、容積及び内部形状が同一である。なお、図示及び詳細な説明を省略するが、脱硫反応器４２は、脱硫反応器４１と同様に、筐体５１、排ガス入口５２、分散板５３及び排ガス出口５４を有し、筐体５１の内部ＫにはチャンバＫ１及び流動部Ｋ２が形成されている。
【００４７】
排気経路Ｌ５は、脱硫反応器４１及び４２から排出された排ガスを後流側（分級器４３側）へと流通させる。
【００４８】
分級器４３は、脱硫反応器４１及び４２よりも排ガスの流れ方向下流側に配置されている。分級器４３は、排気経路Ｌ５を介して脱硫反応器４１及び４２に接続されている。分級器４３は、排ガスに含まれる流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とを分離する。また、分級器４３は、分離した流動材Ｐ１を回収して脱硫反応器４１及び４２に供給し、脱硫剤Ｐ２及び排ガスを下流側に排出する。分級器４３としては、例えばサイクロンが用いられる。分級器４３は、排ガス入口６１と、排ガス出口６２と、流動材回収部６３とを有している。排ガス入口６１は、排気経路Ｌ５に接続され、脱硫反応器４１及び４２からの排ガスを導入する。排ガス出口６２は、分級器４３の上部に設けられ、排気経路Ｌ６に排ガスを排出する。流動材回収部６３は、排ガスから流動材Ｐ１を分離し、当該分離された流動材Ｐ１を供給配管４５に排出する。
【００４９】
供給配管４５は、分級器４３と、脱硫剤供給部４６とに接続されている。供給配管４５は、分級器４３から排出される流動材Ｐ１を脱硫反応器４１及び４２に供給する。また、供給配管４４は、後述する脱硫剤供給部４６から供給される脱硫剤Ｐ２を脱硫反応器４１及び４２に供給する。供給配管４５は、ダウンカマー４５ａ及び４５ｂを有している。ダウンカマー４５ａは、脱硫反応器４１の流動部Ｋ２に接続されている。ダウンカマー４５ｂは、脱硫反応器４２の流動部Ｋ２に接続されている。供給配管４５は、ダウンカマー４５ａ及び４５ｂを介して各脱硫反応器４１及び４２の流動部Ｋ２に粒状物Ｐを供給する。なお、排気経路Ｌ５と、分級器４３の排ガス入口６１及び流動材回収部６３と、供給配管４５と、ダウンカマー４５ａ及び４５ｂとによって、流動材循環部Ｒが形成されている。流動材循環部Ｒは、脱硫反応器４１及び４２の流動部Ｋ２から排出された排ガスに含まれる流動材Ｐ１を、それぞれ脱硫反応器４１及び４２の流動部Ｋ２に循環させる経路である。
【００５０】
脱硫剤供給部４６は、供給配管４５に脱硫剤Ｐ２を供給する。脱硫剤供給部４６は、供給量調整部４６ａを有する。供給量調整部４６ａは、ディーゼルエンジン１１から排出される排ガスの流量に応じて、脱硫剤Ｐ２の供給量を調整する。なお、当該排ガスの流量の値としては、流動材Ｐ１の平均粒径（アルキメデス数）を設定する場合と同様に、ディーゼルエンジン１１の酸素濃度と、燃焼室に供給された燃料の供給量とに基づいて算出される値を用いることができる。供給量調整部４６ａとして、例えば流量調整弁などが設けられてもよい。
【００５１】
バグフィルタ４４は、排気経路Ｌ６、脱硝装置４８及び排気経路Ｌ７を経由して分級器４３に接続されている。分級器４３とバグフィルタ４４との間に脱硝装置４８が配置されていることで、乾式脱硫システム４０は、脱硝装置４８よりも排ガスの流れ方向下流側にバグフィルタ４４が配置される。このため、例えば脱硝装置４８における脱硝に必要な排ガス温度よりも低い耐熱温度のバグフィルタ４４についても使用可能となっている。なお、例えば脱硝装置４８における脱硝に必要な排ガス温度よりも高い耐熱温度を有するバグフィルタ４４を用いる場合、当該バグフィルタ４４が脱硝装置４８よりも排ガスの流れ方向上流側に配置された構成であってもよい。バグフィルタ４４は、排ガス中の未燃成分や煤塵などを低減または除去して、排気経路Ｌ７に排ガスを排出する。バグフィルタ４４は、排ガス入口７１と、フィルタ部７２と、排ガス出口７３とを有している。排ガス入口７１は、排気経路Ｌ６に接続され、排ガスを導入する。フィルタ部７２は、排ガス中の未燃成分や煤塵などを捕捉する。また、フィルタ部７２は、バグフィルタ４４に導入された排ガスから脱硫剤Ｐ２を捕捉する。排ガス出口７３は、排気経路Ｌ７に接続され、フィルタ部７２を介した排ガスを排出する。
【００５２】
また、バグフィルタ４４には、脱硫剤回収部４７が設けられている。脱硫剤回収部４７は、例えばフィルタ部７２によって捕捉された脱硫剤Ｐ２を回収する。脱硫剤回収部４７は、受部７４と、配管７５と、タンク部７６とを有している。受部７４は、フィルタ部７２によって捕捉されて落下した脱硫剤Ｐ２を受ける。配管７５は、受部７４とタンク部７６とを接続し、受部７４に落下した脱硫剤Ｐ２をタンク部７６に送る。タンク部７６は、配管７５を介して送られた脱硫剤Ｐ２を貯留する。
【００５３】
また、図１に示すように、脱硝装置４８は、分級器４３とバグフィルタ４４との間に配置され、排気経路Ｌ６から送られた排ガス中の窒素酸化物を減少または除去して、当該排ガスを排気経路Ｌ７に排出する。
【００５４】
また、排ガス処理装置１０は、排ガスを掃気トランク１３に戻す排ガス再循環経路Ｌ９を有する。排ガス再循環経路Ｌ９は、排気経路Ｌ８と吸気経路Ｌ３の間を接続している。排ガス再循環経路Ｌ９は、排気ガスの導入量を調整する流量調整弁５０が設けられている。コンプレッサ３２は、吸気経路Ｌ３から吸気した空気と排ガス再循環経路Ｌ９から導入された排気再循環ガスの混合ガスを圧縮する。
【００５５】
次に、上記の排ガス処理装置１０の動作を説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１１において燃焼で生じた排ガスは、排気ポート２３を介して排気マニホールド１４に排出され、排気経路Ｌ２に排出される。この排ガスは、排気タービン過給機３１に導入され、タービン３３及びコンプレッサ３２を駆動した後に排気経路Ｌ４に排出される。また、吸気経路Ｌ３からコンプレッサ３２に吸気された空気は、コンプレッサ３２によって圧縮され、燃焼用ガスとして吸気経路Ｌ１から掃気トランク１３に圧送される。ディーゼルエンジン１１は、動作開始（負荷０％）から徐々に負荷を増加させ、所定時間経過後には１００％の負荷で運転を行う。このディーゼルエンジン１１の負荷が増加するのに伴い、ディーゼルエンジン１１から排出される排ガスの単位時間当たりの流量が増加する。
【００５６】
排気経路Ｌ４に排出された排ガスは、脱硫システム４０に導入される。この排ガスは、第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度に応じて排気経路Ｌ４１及びＬ４２から脱硫反応器４１及び４２に導入される。バルブ制御部ＶＣは、排ガスの単位時間当たりの流量、つまりディーゼルエンジン１１の負荷に応じて第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を調整する。以下、バルブ制御部ＶＣによる第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度制御の一例を説明する。なお、バルブ制御部ＶＣの開度制御は、以下の説明に限定されるものではない。
【００５７】
図４は、ディーゼルエンジン１１の負荷と、脱硫反応器４１及び４２のそれぞれに導入される単位時間当たりの排ガスの流量の変化との関係を示すグラフである。なお、以下では、脱硫反応器４１に導入される単位時間当たりの排ガスの流量を「第１流量」と表記し、脱硫反応器４２に導入される単位時間当たりの排ガスの流量を「第２流量」と表記する。また、ディーゼルエンジン１１の負荷については、単に「負荷」と表記する。また、以下では、ディーゼルエンジン１１が、例えば出力１０ＭＷクラスの小型エンジンである場合を例に挙げて説明する。
【００５８】
図４に示すように、ディーゼルエンジン１１が始動した後、負荷が６０％に到達するまでは、脱硫反応器４１にのみ排ガスが導入されるようにする。したがって、バルブ制御部ＶＣは、負荷が６０％に到達するまでは、第２バルブ４２ａを閉塞させた状態とする。図５は、脱硫システム４０において第２バルブ４２ａを閉塞させた状態を示す図である。図５に示すように、第１バルブ４１ａのみが開いた状態となる場合、排気経路Ｌ４に到達した排ガスは、排気経路Ｌ４２には流れず、排気経路Ｌ４１にのみ流れる。
【００５９】
また、ディーゼルエンジン１１の始動から負荷が６０％に到達するまでの期間において、バルブ制御部ＶＣは、第１流量が負荷に比例して大きくなるように第１バルブ４１ａの開度を調整する。この場合、バルブ制御部ＶＣは、負荷が例えば４０％に到達するまでに脱硫反応器４１の流動材Ｐ１が循環流動層を形成するように、第１バルブ４１ａの開度を調整する。
【００６０】
具体的には、バルブ制御部ＶＣは、第１流量が図５に示す閾値α１よりも大きく、かつ閾値α２よりも小さい値となるように、第１バルブ４１ａの開度を調整する。ここで、閾値α１は、脱硫反応器４１（及び脱硫反応器４２）において流動材Ｐ１が循環流動層を形成するために必要な排ガス流量の下限値である。第１流量が閾値α１を下回る場合、脱硫反応器４１（及び脱硫反応器４２）の流動材Ｐ１は循環流動層を形成せず、固定層又は気泡型流動層を形成した状態となる。また、この閾値α２は、脱硫反応器４１（及び脱硫反応器４２）において流動材Ｐ１が循環流動層を形成するために必要な排ガス流量の上限値である。第１流量が閾値α２を超えると、脱硫反応器４１（及び脱硫反応器４２）の流動材Ｐ１は循環流動層を形成せずに飛散する。
【００６１】
負荷が６０％に到達した後、脱硫反応器４２に対しても排ガスの導入を開始させる。つまり、ディーゼルエンジン１１から排出される排ガスの流量が増加し、排ガスを供給する脱硫反応器の数を増加させる。この場合、現在排ガスを供給している脱硫反応器４１に供給する排ガスの流量を、流動層（循環流動層）が形成される流量で維持しつつ、新たに排ガスを供給する脱硫反応器４２に供給する排ガスの量を増加させる。この場合、脱硫反応器４１に供給する排ガスの流量を流動層が形成される流量の範囲で減少させつつ、脱硫反応器４２に供給する排ガスの量を増加させる。具体的には、バルブ制御部ＶＣは、第１流量の値が例えば負荷４０％時の値と等しい値まで減少するように、第１バルブ４１ａの開度を減少させる。この場合、第１流量は閾値α１を上回るため、脱硫反応器４１では循環流動層が形成された状態が維持される。そして、バルブ制御部ＶＣは、第１バルブ４１ａの開度減少と同時に、第２バルブ４２ａを開き、脱硫反応器４２に対して排ガスの導入を開始させる。このとき、バルブ制御部ＶＣは、第２流量が第１流量の半分程度の値になるように第２バルブ４２ａの開度を調整する。
【００６２】
負荷が６０％に到達し、第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度調整を行った後、バルブ制御部ＶＣは、負荷が８０％に到達するまで、第１流量の値が一定となるように第１バルブ４１ａの開度を一定に維持する。一方、バルブ制御部ＶＣは、第２バルブ４２ａの開度を徐々に増加させ、負荷が８０％に到達する際に第２流量の値が第１流量と等しくなるようにする。
【００６３】
負荷が８０％に到達し、第１流量と第２流量とが等しくなった後、バルブ制御部ＶＣは、負荷が１００％に到達するまで、第１流量及び第２流量がそれぞれ閾値α２を超えない範囲で等しい割合で上昇するように、第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を調整する。このように第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を調整することにより、排ガスは、脱硫反応器４１及び脱硫反応器４２に対して分散されて導入される。
【００６４】
続いて、脱硫反応器４１において、排ガスは、排ガス入口５２からチャンバＫ１に導入され、分散板５３を介して流動部Ｋ２に導入される。同様に、脱硫反応器４２において、排ガスは、排ガス入口５２からチャンバＫ１に導入され、分散板５３を介して流動部Ｋ２に導入される。そして、脱硫反応器４１及び４２の各流動部Ｋ２に導入された排ガスは、上方に流れて排ガス出口５４から排気経路Ｌ５に排出される。
【００６５】
排気経路Ｌ５に排出された排ガスは、分級器４３を経由して排気経路Ｌ６に排出され、バグフィルタ４４に導入される。バグフィルタ４４に導入された排ガスは、フィルタ部７２によって異物が除去され、排気経路Ｌ７に排出される。このようにして、排ガスが脱硫システム４０を通過する。
【００６６】
このとき、脱硫反応器４１及び４２では、排ガスが供給されることで、分散板５３に支持された流動材Ｐ１が流動化する。また、流動材Ｐ１の流動化により、脱硫剤Ｐ２が流動材Ｐ１と共に流動化する。例えば、流動材Ｐ１は、第１流量又は第２流量の排ガスの流れによって浮遊し、排ガス出口５４から排ガスと共に排気経路Ｌ５に排出される。排気経路Ｌ５に排出された流動材Ｐ１は、分級器４３によって排ガスから分離され、流動材回収部６３から供給配管４５に排出される。分級器４３によって排ガスから流動材Ｐ１が確実に分離されるため、排ガスに流動材Ｐ１が混入されたまま後流側に流れることが抑制される。そして、流動材Ｐ１は、供給配管４５からダウンカマー４５ａ及び４５ｂを介して、脱硫剤Ｐ２と共に脱硫反応器４１及び４２の各流動部Ｋ２に供給される。流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とが混合した状態で流動部Ｋ２に供給されるため、流動材Ｐ１又は脱硫剤Ｐ２が粒状物Ｐの中で偏在することが抑制される。このように、流動材Ｐ１は、脱硫反応器４１及び４２の各流動部Ｋ２から排気経路Ｌ５、分級器４３及び供給配管４５（ダウンカマー４４ａ）を経由して、各流動部Ｋ２に至る流動材循環部Ｒを循環する。したがって、脱硫システム４０には、流動材Ｐ１の循環流動層Ｓ（図２参照）が形成される。
【００６７】
脱硫システム４０は、排ガスの流れにより、流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とが共に浮遊して循環流動層Ｓを流動する。乾式反応器４１で流動化した脱硫剤Ｐ２は、排ガスに接触し、排ガスに含まれる硫黄酸化物と反応する。これにより、排ガスに含まれる硫黄酸化物が除去される。
【００６８】
脱硫システム４０は、脱硫反応器４１及び４２を通過し、硫黄酸化物が除去された排気ガスが分級器４３に流入する。また、脱硫システム４０は、排気ガスとともに、脱硫反応器４１及び４２の流動材Ｐ１及び脱硫剤Ｐ２の一部が分級器４３に流入する。分級器４３に流入した流動材Ｐ１及び脱硫剤Ｐ２は、分級器４３で、流動材Ｐ１が排ガスと分離される。また、脱硫剤Ｐ２は、一部が流動材Ｐ１に付着した状態で排ガスと分離され、一部が、排ガスとともに下流側に搬送される。つまり、脱硫剤Ｐ２は、一部が、流動材Ｐ１と分離され、循環する経路ではなく、排ガスと共に排ガス出口６２から排気経路Ｌ６に排出される。
【００６９】
排気経路Ｌ６に排出された排ガスは、下流側に配置されている脱硝装置４８に導入される。脱硝装置４８は、導入された排ガスに含まれる窒素酸化物を減少させまたは除去し、排気経路Ｌ７に排出する。乾式脱硫システム４０は、排気流路Ｌ７に流入した排ガスがバグフィルタ４４を通過する。排ガスは、排ガスとともに流れている異物と脱硫剤Ｐ２がバグフィルタ４４に捕集（捕捉）される。乾式脱硫システム４０は、脱硝装置４８を通過した後に排気流路Ｌ７に流入した排ガスがバグフィルタ４４を通過するため、バグフィルタ４４の耐熱温度が脱硝装置４８における脱硝に必要な温度より低い場合でも十分に使用可能となる。フィルタ部７２に捕捉された脱硫剤Ｐ２は、受部７４及び配管７５を経由してタンク部７６に回収される。乾式脱硫システム４０は、バグフィルタ４４を通過した排ガスを排気経路Ｌ８に排出する。
【００７０】
乾式脱硫システム４０は、脱硫剤供給部４６から供給配管４５に対して脱硫剤Ｐ２を供給する。これにより、乾式脱硫システム４０は、脱硫剤Ｐ２が排ガスによって流動部Ｋ２から排出され、流動部Ｋ２中の脱硫剤Ｐ２の数が減少した分を補充する。また、乾式脱硫システム４０は、排ガスの流量に応じて供給量調整部４５から供給する脱硫剤Ｐ２の量を調整する。
【００７１】
以上のように、本実施形態の脱硫システム４０は、ディーゼルエンジン１１から排出される排ガスの流量に応じて、当該排ガスを１つの脱硫反応器４１に導入するか、複数の脱硫反応器４２及び４２に分散させて導入するかを切り替えて行うことが可能となるため、脱硫反応器を１つだけ設けた場合に比べて、１つの脱硫反応器における負荷変動による排ガス流量変化の流動状態への影響を小さくできる。このため、各脱硫反応器４１及び４２における脱硫剤Ｐ２の反応性の制御が容易となる。これにより、脱硫剤Ｐ２の反応性が高い状態となるように各脱硫反応器４１及び４２の状態を維持することが容易となるため、脱硫性能の向上を図ることができる。
【００７２】
例えば、脱硫反応器が１つだけの場合、負荷１００％の状態において、当該脱硫反応器に流入する単位時間当たりの排ガスの流量は、図４に示す第１流量及び第２流量を加えた１５（相対値）である。また、この排ガス流量のバラつきは少なくとも０以上１５以下（相対値）になることが想定される。しかも、脱硫反応器が１つだけの場合、単位時間の排ガスの流量がバルブ等で調整することができず、負荷の変動に依存する。このため、脱硫反応器に循環流動層を形成可能となるような負荷の範囲が固定されてしまい、負荷の変動に応じた柔軟な制御が困難となる。
【００７３】
一方、本実施形態のように２つの脱硫反応器４１及び４２を設けた場合、図４に示すように、負荷１００％の状態において、第１流量及び第２流量は７．５（相対値）ずつである。また、第１流量及び第２流量のバラつきも０以上９．５以下（相対値）の範囲に収まっている。このように、脱硫反応器を複数設けることにより、１つの脱硫反応器４１及び４２に導入される排ガスの流量のバラつきが小さくなる。しかも、バルブ制御部ＶＣによって第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を調整することが可能である。したがって、図４に示すように、例えば負荷が４０％の状態から負荷が１００％の状態まで脱硫反応器４１及び４２に循環流動層が形成されるように、負荷の変動に応じて第１流量及び第２流量を柔軟に制御することができる。これにより、負荷変動による排ガス流量変化の流動状態への影響を小さく抑えることができる。
【００７４】
また、脱硫反応器４１及び４２において、脱硫反応器を１つだけ設ける場合に比べて、第１流量及び第２流量の最大値が小さい値となる。このため、脱硫反応器４１及び４２の寸法を小さくすることができる。また、脱硫反応器４１及び４２の１つ当たりの寸法が小さくなるため、脱硫反応器４１及び４２の配置等の設計の自由度が高くなる。これにより、スペースの有効利用が可能となる。
【００７５】
また、乾式脱硫反応器４１に新たな脱硫剤Ｐ２を供給することで、乾式脱硫反応器４１内に未反応の脱硫剤Ｐ１が配置された状態を維持することができる。これにより、脱硫性能の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態によれば、排ガスの流れによって脱硫反応器４１に循環流動層Ｓが形成されるため、流動材Ｐ１の損失がなく、反応性の高い乾式脱硫システム４０が得られる。
【００７６】
また、分級器４３で流動材Ｐ１と分離された脱硫剤Ｐ２は、排ガスとともに下流側に排出されることで、排ガスと流れている間も排ガス中の硫黄酸化物を除去することができる。これにより、脱硫できる排ガスの流路を長くすることができ、排ガス中の硫黄酸化物を好適に除去（低減）することができる。また、分級器４３で反応後の脱硫剤Ｐ２を分離できることで、反応後の脱硫剤Ｐ２が脱硫反応器４１及び４２に留まることを抑制できる。
【００７７】
また、乾式脱硫システム４０は、バグフィルタ４４に捕捉された脱硫剤Ｐ２も、未反応分が通過する排ガス中の硫黄酸化物と反応する。これにより、バグフィルタ４４に捕捉された脱硫剤Ｐ２も排ガス中の硫黄酸化物を除去することができる。これにより、脱硫できる排ガスの流路をより長くすることができ、排ガス中の硫黄酸化物を好適に除去（低減）することができる。
【００７８】
また、本実施形態に係る脱硫システム４０は、乾式の脱硫システムであるため、例えば硫黄酸化物を含んだ排水処理の必要がない。また、脱硫システム４０は、排ガスの温度を低下させることなく排気経路Ｌ６に排出可能であり、少なくとも脱硫反応器４１及び４２の後流に触媒式脱硝を行う場合において、熱交換器などの設備を別途設ける必要がない。これにより、脱硫システム４０及び排ガス処理装置１０の小型化及び省スペース化を図ることができる。
【００７９】
ここで、脱硫反応器４１での流動材Ｐ１の流動化についてより詳細に説明する。流動材Ｐ１は、排ガスが流れない場合、分散板５３上に固定層として堆積した状態となっている。一方、筐体５１に排ガスが導入され、分散板５３から流動部Ｋ２に排ガスの増加に伴い、流動材Ｐ１は流動を開始し、流動層を形成する。このような流動層としては、例えば気泡型流動層や循環流動層が挙げられる。気泡型流動層は、内部に排ガスによる気泡が形成される状態の流動層である。循環流動層は、排ガスによって流動材Ｐ１を浮遊させると共に、当該浮遊した流動材Ｐ１を分級器などによって循環可能な状態とした流動層である。循環流動層を形成する場合、流動材Ｐ１を浮遊させて循環させる必要があるため、気泡型流動層に比べて、流動材Ｐ１の流動性を高くする必要がある。なお、流動材Ｐ１の流動性を高くし過ぎると、流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散してしまい、流動層（循環流動層）が形成されなくなる。
【００８０】
図３は、流動材Ｐ１の流動状態を説明するためのグラフである。グラフの横軸はアルキメデス数（Ａｒ）を示し、グラフの縦軸はレイノルズ数（Ｒｅ）を示している。なお、図３のグラフは両対数グラフである。
【００８１】
流動材Ｐ１の流動状態を決定するパラメータとして、例えば無次元パラメータであるアルキメデス数及びレイノルズ数がある。アルキメデス数は、流動層中の流動材Ｐ１の平均粒径によって決定される。レイノルズ数は、流動層に供給される単位時間当たりの排ガスの流量によって決定される。排ガスの流量は、ディーゼルエンジン１１の酸素濃度と、燃焼室に供給された燃料の供給量（エンジン負荷）とに基づいて算出可能である。
【００８２】
図３のグラフの曲線１０２は、粒子が無限に連鎖した状態のレイノルズ数を示す。図３のグラフの曲線１０４は、単一粒子の週末速度基準のレイノルズ数を示す。図３に示すように、流動材Ｐ１についてのアルキメデス数及びレイノルズ数が、グラフの曲線１０２と曲線１０４とで囲まれた斜線部分の領域１０６内の値である場合、流動部Ｋ２に循環流動層が形成可能となる。
【００８３】
一方、例えばアルキメデス数が一定である場合において、レイノルズ数が領域１０６よりも上側の値となる場合（単位時間当たりのガス流量が多すぎる場合）には流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散する状態となる。また、レイノルズ数が領域１０６よりも下側の値となる場合（単位時間当たりのガス流量が少なすぎる場合）には気泡型流動層又は固定層が形成される。
【００８４】
また、例えばレイノルズ数が一定である場合において、アルキメデス数が領域１０６よりも左側の値となる場合（流動材Ｐ１の平均粒径が小さすぎる場合）には、流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散する状態となる。また、アルキメデス数が領域１０６よりも右側の値となる場合（流動体Ｐ１の平均粒径が大きすぎる場合）には、気泡型流動層又は固定層が形成される。
【００８５】
このように、アルキメデス数及びレイノルズ数が領域１０６の上側の領域の値となる場合には、流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散する状態となる。また、アルキメデス数及びレイノルズ数が領域１０６の下側の領域の値となる場合には、気泡型流動層又は固定層が形成される。
【００８６】
本実施形態では、ディーゼルエンジン１１の負荷に応じてレイノルズ数が設定される。したがって、流動材Ｐ１を用いて循環流動層を形成する場合、流動材Ｐ１のアルキメデス数及びレイノルズ数が領域１０６内の値となるように、レイノルズ数（ディーゼルエンジン１１の負荷）に応じたアルキメデス数（流動材Ｐ１の平均粒径）を設定すればよい。
【００８７】
さらに、筐体５１の流動部Ｋ２において循環流動層を形成するためには、流動部Ｋ２の高さを考慮する必要がある。この場合、レイノルズ数が大きくなるにつれて、つまり単位時間当たりの排ガスの流量が大きくなるにつれて、流動材Ｐ１が飛散しないように筐体５１の高さを高くする必要がある。筐体５１は、船舶に設けられるため、高さが高くなり過ぎないことが求められる。このため、レイノルズ数が大きくなる場合、例えば１５以上の値となる場合には、筐体５１の高さが高くなり過ぎないようにアルキメデス数（流動材Ｐ１の平均粒径）を設定してもよい。なお、流動材Ｐ１を流動させる場合、損耗によって流動材Ｐ１の平均粒径が縮小する場合がある。したがって、このような損耗による粒径の縮小を考慮してアルキメデス数（流動材Ｐ１の平均粒径）を設定してもよい。
【００８８】
ここで、流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２との粒径比（流動材Ｐ１の平均粒径／脱硫剤Ｐ２の平均粒径）は、例えば１５以上３３以下となるように設定することができるが、これに限定するものではない。粒径比を１５以上３３以下とすることで、船舶の運転時に流動層が形成される条件での運転をより多くの時間割合とすることができる。また、粒径比を１５以上３３以下とすることで、脱硫性能を高く維持する必要がある運転負荷で、適切に流動層を形成させることができる。また、例えば粒径比を１５以上とすることにより、循環流動層Ｓを形成可能な負荷の範囲を広くすることができるため、ディーゼルエンジン１１の負荷が変化する場合であっても循環流動層Ｓを好適に形成することができる。また、例えば粒径比を１５以上とすることにより、流動材Ｐ１が損耗して流動材Ｐ１の平均粒径が小さくなる場合であっても、循環流動層Ｓを好適に形成することができる。
【００８９】
また、乾式脱硫システム４０は、脱硫剤Ｐ２が排ガスの流れにより、流動材Ｐ１と共に浮遊して循環流動層Ｓを流動する。このように乾式脱硫システム４０は、脱硫剤Ｐ２が浮遊して循環流動層Ｓを流動するため、排ガスに対する脱硫剤Ｐ２の接触時間が長くなり、排ガスから硫黄酸化物を効率的に除去することができる。
【００９０】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態においては、脱硫システム４０において、第１バルブ４１ａと第２バルブ４２ａとが等しい開度で開いた状態で動作する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、一方のバルブを閉塞させた状態を継続させてもよい。
【００９１】
例えば脱硫反応器４１及び４２の一方（ここでは脱硫反応器４２を例に挙げる）に対して点検や修理、交換等の処置を行う場合、第２バルブ４２ａを閉塞させることにより、脱硫反応器４２に対して排ガスを遮断することができる。これにより、作業者が脱硫反応器４２に対して容易に処置を施すことができる。
【００９２】
また、上記実施形態では、脱硫反応器４１及び４２が同一構成であり、容積及び内部形状が同一である場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、容積及び内部形状のうち少なくとも一方が異なっていてもよい。図６は、変形例に係る脱硫反応器８１及び８２の一例を示す図である。図６に示す脱硫システム４０Ａのように、一方の脱硫反応器（例えば、脱硫反応器８１）の容積Ｖ１は、他方の脱硫反応器（例えば、脱硫反応器８２）の容積Ｖ２よりも大きくなっている。脱硫反応器８１及び８２は、容積のみが脱硫反応器４１及び４２とは異なり、他の構成については脱硫反応器４１及び４２と同一である。
【００９３】
図７は、ディーゼルエンジン１１の負荷と、脱硫反応器８１及び８２のそれぞれに導入される単位時間当たりの排ガスの流量の変化との関係を示すグラフである。なお、以下では、脱硫反応器８１に導入される単位時間当たりの排ガスの流量を「第３流量」と表記し、脱硫反応器８２に導入される単位時間当たりの排ガスの流量を「第４流量」と表記する。また、ディーゼルエンジン１１の負荷については、単に「負荷」と表記する。また、以下の説明では、脱硫反応器８１と脱硫反応器８２との体積比Ｖ１：Ｖ２が２：１であるとする。また、以下では、ディーゼルエンジン１１が、例えば出力１０ＭＷクラスの小型エンジンである場合を例に挙げて説明する。
【００９４】
図７に示すように、ディーゼルエンジン１１が始動した後、負荷が６０％に到達するまでは、脱硫反応器４１にのみ排ガスが導入されるようにする。したがって、バルブ制御部ＶＣは、負荷が６０％に到達するまでは、第２バルブ４２ａを閉塞させた状態とする。図５は、このときの第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの状態を示す図である。図５に示すように、第１バルブ４１ａのみが開いた状態となる場合、排気経路Ｌ４に到達した排ガスは、排気経路Ｌ４２には流れず、排気経路Ｌ４１にのみ流れる。
【００９５】
また、ディーゼルエンジン１１の始動から負荷が６０％に到達するまでの期間において、バルブ制御部ＶＣは、第３流量が負荷に比例して大きくなるように第１バルブ４１ａの開度を調整する。この場合、バルブ制御部ＶＣは、負荷が例えば５０％に到達するまでに脱硫反応器８１の流動材Ｐ１が循環流動層を形成するように、第１バルブ４１ａの開度を調整する。
【００９６】
具体的には、バルブ制御部ＶＣは、第３流量が図５に示す閾値β１よりも大きく、かつ閾値β２よりも小さい値となるように、第１バルブ４１ａの開度を調整する。ここで、閾値β１は、脱硫反応器８１において流動材Ｐ１が循環流動層を形成するために必要な排ガス流量の下限値である。また、閾値β２は、脱硫反応器８１において流動材Ｐ１が循環流動層を形成するために必要な排ガス流量の上限値である。
【００９７】
負荷が６０％に到達した後、脱硫反応器８２に対しても排ガスの導入を開始させる。バルブ制御部ＶＣは、第３流量の値が例えば負荷５０％時の値と等しい値まで減少するように、第１バルブ４１ａの開度を減少させる。そして、バルブ制御部ＶＣは、第１バルブ４１ａの開度減少と同時に、第２バルブ４２ａを開き、脱硫反応器８２に対して排ガスの導入を開始させる。このとき、バルブ制御部ＶＣは、第４流量が第３流量の４分の１程度の値になるように第２バルブ４２ａの開度を調整する。
【００９８】
負荷が６０％に到達し、第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度調整を行った後、バルブ制御部ＶＣは、負荷が８０％に到達するまで、第３流量の値が一定となるように第１バルブ４１ａの開度を一定に維持する。一方、バルブ制御部ＶＣは、第２バルブ４２ａの開度を徐々に増加させ、負荷が８０％に到達する際には、第４流量の値が閾値γ１よりも大きくかつ閾値γ２を超えない値となるようにする。ここで、閾値γ１は、脱硫反応器８２において流動材Ｐ１が循環流動層を形成するために必要な排ガス流量の下限値である。また、閾値γ２は、脱硫反応器８２において流動材Ｐ１が循環流動層を形成するために必要な排ガス流量の上限値である。図７においては、例えば第４流量の値が第３流量の半分程度になるようにしている。
【００９９】
負荷が８０％に到達し、第３流量と第４流量とが等しくなった後、バルブ制御部ＶＣは、負荷が１００％に到達するまで、第３流量及び第４流量が２：１の割合で上昇するように、第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を調整する。なお、負荷が１００％に到達するまでに、第３流量が閾値β２を超え、第４流量が閾値γ２を超える場合がある。そこで、バルブ制御部ＶＣは、図７に示すように、第３流量及び第４流量が２：１の割合で上昇した場合、当該第３流量及び第４流量の両方ができる限りβ２及びγ２を超えないように、負荷が８０％に到達した時点で各流量の上昇開始位置をずらしてもよい。図７では、第３流量を１（相対値）程度増加させ、第４流量を０．５（相対値）程度減少させている。
【０１００】
このように第１バルブ４１ａ及び第２バルブ４２ａの開度を調整することにより、実用的な負荷４０％以上８０％以下の範囲で、脱硫反応器８１及び脱硫反応器８２において循環流動層を形成することが可能となる。これにより、脱硫性能の高い脱硫システム４０Ａが得られる。
【０１０１】
また、上記の脱硫システム４０及び４０Ａは、上記実施形態の構成に加えて、分級器４３を介した排ガスを排気経路Ｌ４に循環させて供給する排ガス循環経路を有してもよい。図８は、変形例に係る脱硫システム４０Ｂを示す図である。脱硫システム４０Ｂは、図８に示すように、排ガス循環経路（排ガス循環部）Ｌ１０を有している。排ガス循環経路Ｌ１０は、排気経路Ｌ６と排気経路Ｌ４との間を接続する。排ガス循環経路Ｌ１０は、分級器４３を介した排ガスを排気経路Ｌ４に循環させて供給する。排ガス循環経路Ｌ１０には、流量調整弁５５が設けられている。流量調整弁５５は、排ガス循環経路Ｌ１０を流れる排ガスの流量を調整可能である。なお、流量調整弁５５を閉じた状態にすることで、排ガス循環経路Ｌ１０を排ガスが流れないようにすることも可能である。この構成により、脱硫反応器４１及び４２に供給される排ガスの流量を調整することができるため、循環流動層Ｓの状態が好適な状態になるように調整することができる。つまり、排気ガスの流量が少ない場合でも、脱硫反応器４１及び４２に排ガスの流量よりも多くの気体を供給することができる。これにより、循環流動層Ｓを生成できる舶用エンジンの負荷範囲（排気ガスの流量の範囲）をより多くすることができる。
【０１０２】
また、上記実施形態では、流動材Ｐ１によって循環流動層を形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えば気泡型流動層など他の流動層を形成する場合であっても、本発明の適用は可能である。
【０１０３】
また、上記実施形態では、バグフィルタ４４を設ける構成としたが、これに限定するものではなく、例えばバグフィルタ４４に代えて、簡単な構成のフィルタを設けた構成であってもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、粒状物Ｐとして流動材Ｐ１及び脱硫剤Ｐ２の２種類の粒状物が混合して用いられる態様を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えば流動材Ｐ１が用いられずに脱硫剤Ｐ２のみが用いられる態様であってもよい。また、上記実施形態では、乾式を用いたが、湿式、半乾式であってもよい。
【０１０５】
また、上記実施形態では、脱硫システム４０、４０Ａ及び４０Ｂにおいて、脱硫反応器４１及び４２の２つの脱硫反応器が設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、３つ以上の脱硫反応器が設けられてもよい。この場合、排気経路Ｌ４は、脱硫反応器の数に応じて分岐される。また、排気経路Ｌ４からの各分岐経路には、個別に開度を調整可能なバルブが設けられ、各バルブの開度はバルブ制御部ＶＣによって制御されてもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
α１，β１，γ１，α２，β２，γ２  閾値
Ｋ  内部
Ｋ１  チャンバ
Ｋ２  流動部
Ｌ１，Ｌ３  吸気経路
Ｌ２，Ｌ４，Ｌ４１，Ｌ５，Ｌ４２，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８  排気経路
Ｌ９  排ガス再循環経路
Ｌ１０  排ガス循環経路
Ｐ  粒状物
Ｐ１  流動材
Ｐ２  脱硫剤
Ｒ  流動材循環部
Ｓ  循環流動層
Ｖ１，Ｖ２  容積
ＶＣ  バルブ制御部
１０  排ガス処理装置
１１  ディーゼルエンジン
１２  シリンダ部
１３  掃気トランク
１４  排気マニホールド
２１  シリンダ
２２  吸気ポート
２３  排気ポート
２４  インジェクタ
３１  排気タービン過給機
３２  コンプレッサ
３３  タービン
３４  回転軸
３５  空気冷却器
４０，４０Ａ，４０Ｂ  脱硫システム
４１，４２，８１，８２  脱硫反応器
４１ａ  第１バルブ
４２ａ  第２バルブ
４３  分級器
４４  バグフィルタ
４５  供給配管
４５ａ，４５ｂ  ダウンカマー
４６  脱硫剤供給部
４６ａ  供給量調整部
４７  脱硫剤回収部
４８  脱硝装置
４９  煙突
５０，５５  流量調整弁
５１  筐体
５２，６１，７１  排ガス入口
５３  分散板
５４，６２，７３  排ガス出口
６３  流動材回収部
７２  フィルタ部
７４  分離部
７５  配管
７６  タンク部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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