(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気出口と過給機の排気タービンとの間の排気管路に脱硝装置を設置してなる内燃機関プラントにおいて、
前記脱硝装置全体および該脱硝装置の出入口の排気管を加熱するように設けられたヒータと、
前記機関起動時に接となって前記ヒータを作動して前記脱硝装置の脱硝触媒の反応温度まで加熱せしめる温度スイッチと、
前記機関出口の排気ガス温度を検出する排気温度検出器と、
前記排気管路の前記脱硝装置の上流から分岐されて該脱硝装置をバイパスし、該脱硝装置の出口と過給機の間の排気管路に合流するバイパスラインと、
該バイパスラインを開閉するバイパス弁と、
前記脱硝装置入口の排気管路を開閉する第１の開閉弁と、
前記脱硝装置出口の排気管路を開閉する第２の開閉弁と、
前記排気温度検出器から脱硝装置上流の排気ガス温度の検出信号が入力され、該排気ガス温度が前記脱硝装置の脱硝触媒の反応温度に達していないとき前記バイパス弁を開き、前記第１の開閉弁及び第２の開閉弁を閉じる操作信号を出力するコントローラと、さらに機関低速時に機関へ給気を圧送する補助ブロワとを備えたことを特徴とする脱硝装置付き内燃機関プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機関出口と排気タ−ボ過給機との間の排気管路に脱硝装置を装備した脱硝装置付き内燃機関プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用プラント等の定置用ディ−ゼル機関プラントにおいては、ＮＯｘ（窒素酸化物）浄化用の脱硝装置を、排気ガス温度及び圧力の高い排気タ−ボ過給機（以下過給機という）の上流側の排気管路に設置して脱硝効率を高めている。
【０００３】
図５は、かかる脱硝装置を備えた発電用ディ−ゼル機関プラントの従来技術の１例を示す。
図５において、１はディ−ゼル機関、４は過給機、３は脱硝装置（以下ＳＣＲと略称する）であり、該脱硝装置（ＳＣＲ）３は前記ディ−ゼル機関１の排気ガス出口と過給機４の入口との間の排気管路つまり、機関出口排気管２と過給機入口排気管２１との間に設けられている。
【０００４】
５は排気消音器、２２は前記過給機４の出口と前記排気消音器５とを接続する排気管である。
また６は電動式の補助ブロワであり、機関１の低速時等の過給機４の排気エネルギが小さいときに機関１へ給気を圧送するものである。
【０００５】
かかる構成からなる脱硝装置付きディ−ゼル機関プラントの運転時においては、機関１より排出された排気ガスは機関出口排気管２を通ってＳＣＲ３に入り、そこで脱硝触媒によってＮＯｘが低減せしめられた後、過給機入口に排気管２１を通って過給機４に達し、該過給機４の排気タ−ビン（図示省略）を駆動する。そして該排気タ−ビン駆動による膨張仕事をなした排気ガスは排気管２２を通り、排気消音器５にて音圧を低下（消音）せしめられた後、大気に排出される。
【０００６】
一方前記過給機４の排気タ−ビンの駆動によって該排気タ−ビンと同軸のコンプレッサ（図示省略）が回転駆動され、該コンプレッサは燃焼用空気を圧縮して機関１に送る。
機関１の起動時、低負荷時のような過給機４への排気ガスの排気エネルギが小さいときには、補助ブロワ６が運転され、該補助ブロワ６によって空気を圧縮し機関１に送給する。
【０００７】
図５に示す脱硝装置付きディ−ゼル機関プラントにおいては、前記のように機関出口排気管２と過給機４との間にＳＣＲ３を装備しているので、機関出口の高温高圧の排気ガスが脱硝装置３の脱硝触媒に作用することとなるので、高い脱硝効率が得られ、ＳＣＲ３も小型化される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、かかる従来技術による脱硝装置付きディ−ゼル機関プラントにおいては、次のような解決すべき課題がある。
【０００９】
（１）前記ＳＣＲ３は熱容量が大きく、これが過給機４の上流側排気管路に設けられているため、負荷上昇時において、機関１からの排気ガスのエネルギがＳＣＲ３の暖機に消費され、該ＳＣＲ３の出入口の排気ガス温度が同等になる迄の間、過給機４に充分なエネルギ量の排気ガスが供給されなくなる。
このため、過給機４による過給効果が損なうので空気量不足となり、機関１の出力不足が発生し、機関負荷の上昇に時間を要することとなる。
【００１０】
（２）機関の低負荷域での補助ブロワ６の使用から過給機４の自立運転への移行時において、排気管路に設けられた熱容量の大なるＳＣＲ３が熱的な抵抗となって応答遅れが発生する。このため、上記運転移行時における過給機４の追従がスム−ズになされず、補助ブロワ６にハンチングの発生をみる。
【００１１】
（３）ＳＣＲ３の熱容量が大きく加熱に時間を要するため、ＳＣＲ３の反応温度になるまでの時間は、ＮＯｘが浄化されない排気ガスがそのまま排出されてしまう。
【００１２】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、熱容量の大きいＳＣＲの設定に伴なう過給機の排気エネルギ不足、補助ブロワ運転から過給機自立運転への移行時における補助ブロワのハンチング、及びＳＣＲの加熱立ち上がり時における未浄化排気ガスの排出の発生を防止して、ＳＣＲの稼動への立ち上がり時間が短縮され、脱硝効率の向上がなされた脱硝装置付きディ−ゼル機関プラント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】
【００１３】
本発明はかかる課題を解決するため、内燃機関の排気出口と過給機の排気タービンとの間の排気管路に脱硝装置を設置してなる内燃機関プラントにおいて、前記脱硝装置全体および該脱硝装置の出入口の排気管を加熱するように設けられたヒータと、前記機関起動時に接となって前記ヒータを作動して前記脱硝装置の脱硝触媒の反応温度まで加熱せしめる温度スイッチと、前記機関出口の排気ガス温度を検出する排気温度検出器と、前記排気管路の前記脱硝装置の上流から分岐されて該脱硝装置をバイパスし、該脱硝装置の出口と過給機の間の排気管路に合流するバイパスラインと、該バイパスラインを開閉するバイパス弁と、前記脱硝装置入口の排気管路を開閉する第１の開閉弁と、前記脱硝装置出口の排気管路を開閉する第２の開閉弁と、前記排気温度検出器から脱硝装置上流の排気ガス温度の検出信号が入力され、該排気ガス温度が前記脱硝装置の脱硝触媒の反応温度に達していないとき前記バイパス弁を開き、前記第１の開閉弁及び第２の開閉弁を閉じる操作信号を出力するコントローラと、さらに機関低速時に機関へ給気を圧送する補助ブロワとを備えたことを特徴とする脱硝装置付き内燃機関プラントを提案する。
【００１４】
かかる発明によれば起動後の脱硝装置の立ち上がり時には温度スイッチを接とし、ヒ−タによって脱硝装置を予熱する。これによって脱硝装置は迅速に反応温度まで上昇し、ＮＯｘ低減による排気ガスの浄化が迅速になされる。
【００１５】
また脱硝装置入口の排気ガス温度が脱硝装置に達しない起動時及び低負荷運転時には、コントロ−ラは排気ガス温度の検出器値に基づきバイパス弁を開くとともに前記第１の開閉弁及び第２の開閉弁を閉じるように制御する。
これにより、機関からの排気ガス脱硝装置をバイパスしてバイパス管を流れ、脱硝装置の下流側の排気管路に合流し、過給機に供給される。
従って前記起動時や低速運転時には、排気ガスは熱容量が大きく熱抵抗も大きい脱硝装置を通ことなく、これをバイパスして、過給機への排気管路に合流する。
【００１６】
よって、起動時及び低負荷運転時において、過給機は脱硝装置の熱抵抗及び流動抵抗の影響を受けることなく、迅速な回転数の立ち上がりがスム−スになされ、過給機による過給効果が損なわれて空気量不足となり、機関の出力低下を来すという不具合の発生が防止される。
【００１７】
また、前記低速運転時において、補助ブロワの使用から過給機の自立運転への移行時に、脱硝装置が熱的な抵抗となって応答遅れが発生することが防止される。
これによってかかる運転移行時における補助ブロワのハンチングの発生が防止される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１９】
図１は本発明の実施形態に係る脱硝装置付きディ−ゼル機関プラントの構成図、図２は脱硝装置（ＳＣＲ）近傍の拡大構成図、図４は作用効果の比較線図である。
図１において、１はディ−ゼル機関、４は過給機、３は脱硝装置（以下ＳＣＲと略称する）であり、該脱硝装置（ＳＣＲ）３は前記ディ−ゼル機関１の排気ガス出口と過給機４の入口との間の排気管路つまり、機関出口排気管２と過給機入口排気管２１との間に設けられている。５は排気消音器、２２は前記過給機４の出口と前記排気消音器５とを接続する排気管である。
また６は電動式の補助ブロワであり、機関１の低速時等の過給機４の排気エネルギが小さいときに機関１へ給気を圧送するものである。
以上の基本構成は図５に示す従来技術に係るディ−ゼル機関プラントと同様である。
【００２０】
本発明の実施形態においては、脱硝装置及びこれの近傍の排気管路を加熱するヒ−タを設けるとともに、排気ガスＳＣＲをバイパスして流れる手段を設けている。
即ち図１及び図２において、前記ＳＣＲ３には、その外側から（内側からでも可）該ＳＣＲ３を加熱するヒ−タ８が設けられている。
また、図２に示すように前記ＳＣＲ３の加熱用電熱ヒ−タ８は該ＳＣＲ３全体を均一に加熱可能なように該ＳＣＲ３の外殻部に巻装されるとともに、該ヒ−タ８の外周には保温材２３が巻装され、断熱効果をなさしめている。
【００２１】
さらに、前記ＳＣＲ３の入口側排気管（機関出口排気管）２及び出口側排気管（過給機入口排気管）２１にも、ヒ−タ８１、８２、８３及びヒ−タ８４が夫々巻装されてＳＣＲ３出入口近傍においても温度レベルを高く保持するようにしている。
【００２２】
図１において１４は温度スイッチであり、該温度スイッチ１４の接断によって前記ＳＣＲ３用のヒ−タ８及び排気管のヒ−タ８１、８２、８３、及び８４の作動と不作動とが切り換えられている。
また７はバイパスラインで、前記機関出口排気管２のＳＣＲ上流と過給機入口排気管２１のＳＣＲ下流とを接続している。
１１は該バイパスライン７に設けられてこの管路を開閉するバイパス弁である。
９はＳＣＲ入口弁で前記機関出口排気管２のＳＣＲ入口、つまり、該排気管２の前記バイパスライン７の分岐部とＳＣＲ３との間に設けられ、この管路を開閉する。また１０はＳＣＲ出口弁で、前記過給機入口排気管２１のＳＣＲ出口、つまり該排気管２１のバイパスライン７の合流部とＳＣＲ３との間に設けられ、この管路を開閉する。
【００２３】
１２は機関出口排気管２の機関出口寄りの部位に取付けられた排気温度センサで、機関出口の排気ガス温度を検出する。
１３はコントロ−ラで前記排気温度センサ１２から機関出口排気ガス温度の検出信号が入力され、前記バイパス弁１１、ＳＣＲ入口弁９及びＳＣＲ出口弁１０に開閉制御信号を出力する。
【００２４】
かかる構成からなる脱硝装置付きディ−ゼル機関プラントの通常の負荷運転時には、コントロ−ラ１３は、ＳＣＲ入口弁９及びＳＣＲ出口弁１０を開くとともにバイパス弁を閉じる制御信号を前記各弁９、１０、１１に送る。
かかる運転時には、機関１より排出された排気ガスは機関出口排気管２及びＳＣＲ入口弁９を通ってＳＣＲ３に入り、そこで脱硝触媒によってＮＯｘが低減せしめられた後、過給機入口排気管２１及びＳＣＲ出口弁１０を通って過給機４に達し、該過給機４の排気タ−ビン（図示省略）を駆動する。そして該排気タ−ビン駆動による膨張仕事をなした排気ガスは排気管２２を通り、排気消音器５にて音圧を低下（消音）せしめられた後、大気に排出される。
【００２５】
機関１の起動時には、温度スイッチ１４を接としてＳＣＲ３の電熱ヒ−タ８及びＳＣＲ出入口排気管の電熱ヒ−タ８１、８２、８３、及び８４に通電し、ＳＣＲ３及びこれの出入口排気管をＳＣＲ３の温度が、触媒の反応温度（約３５０℃）に達するまで加熱する。
これによりＳＣＲ３はその反応温度まで迅速に温度上昇がなされ、起動後の触媒の浄化作用が速やかになされ、排気ガスが浄化されないままに排出されてしまうような不具合の発生は無い。
【００２６】
そして前記起動時には、コントロ−ラ１３はバイパス弁１１を開とするとともに、ＳＣＲ入口弁９及びＳＣＲ出口弁１０を閉とせしめる。
これによって機関１からの排気ガスは機関出口排気管２からＳＣＲ３をバイパスして過給機入口排気管２１に流動可能となる。
従って起動時には排気ガスは、大きな熱容量を有するＳＣＲ３をバイパスして直接過給機４に導かれるので、過給機４の回転の立ち上がりは迅速になされる。
【００２７】
機関１の起動後における動作を図３に示すブロック図により説明すると、排気温度センサ１２により検出された機関出口の排気ガス温度つまりＳＣＲ３入口の排気ガス温度Ｔｓはコントロ−ラ１３の排気温度比較部１３１に入力される。
１３２は排気温度設定部であり、前記ＳＣＲ３の反応温度ＴR が設定されている。
前記排気温度比較部１３１においては、前記検出排気温度Ｔｓと設定排気温度ＴR とを比較する。
この比較信号即ちΔＴ＝Ｔｓ−ＴR は、弁開閉制御部１３３に入力される。
【００２８】
該弁開閉制御部１３３においては、前記検出排気ガス温度ＴｓがＳＣＲ３の反応温度ＴR に達していないとき、つまりＴｓ＜ＴR のときには、バイパス弁１１を開、ＳＣＲ入口９及びＳＣＲ出口弁１０を閉とする操作信号を上記各弁１１、９、１０に出力する。
これによって、ＳＣＲが反応温度ＴR に達しない起動後の立ち上がり時には、排気ガスは熱容量の大なるＳＣＲ３をバイパスし、バイパス管７を通って過給機４に直接流入する。
従って過給機４はＳＣＲ３の熱抵抗及び流動抵抗の影響を受けることなく迅速な回転数の立ち上がりがなされる。
【００２９】
また前記起動時及び起動後においては、補助ブロワ６が運転されているが、かかる運転状態においては、前記のように検出排気ガス温度ＴｓがＳＣＲ３の反応温度ＴR に達してなく（Ｔｓ＜ＴR の状態）、前記のように排気ガスはＳＣＲ３をバイパスしてバイパスライン７を流れ過給機４に直接供給されるので、補助ブロワ６の使用から過給機４の自立運転への移行時にＳＣＲ３が熱的な抵抗となって応答遅れが発生することが回避され、上記運転移行時における過給機４の追従は迅速になされる。これによりかかる運転移行時における補助ブロワ６のハンチングの発生が防止される。
【００３０】
また、前記弁開閉制御部１３３は、前記排気温度比較部１３１からの出力が前記Ｔｓ＝ＴR 、つまり過給機４が通常の負荷運転に検出排気ガス温度Ｔｓが設定された反応温度ＴR に達すると、前記ＳＣＲ入口弁９及びＳＣＲ出口弁１０を徐々に開放して排気管路内の熱バランスを保てる。
【００３１】
そして前記ＳＣＲ入口弁９及びＳＣＲ出口弁１０が全開になると、前記弁開閉制御部１３３はバイパス弁１１を閉じる。これによってＳＣＲ３が完全に稼動する脱硝運転に入り、該ＳＣＲ３によってＮＯｘが低減された排気ガスは過給機入口排気管２１を通って過給機４の排気タ−ビンを駆動する。
【００３２】
図４には、本発明と従来のものとの作動性能の１例を示す。図４に示すように本発明（Ｂ）においてはＳＣＲ３の反応温度ｔ2 への上昇が、（Ａ）に示される従来例のものｔ1 よりも大幅に迅速化されるとともに、ＮＯｘ低減量も大幅に低減される。
【００３３】
【発明の効果】
以上の記載のごとく本発明によれば、起動時や低速運転時には、排気ガスは熱容量が大きく熱抵抗も大きい脱硝装置を通ることなくバイパスラインを経て、過給機に導入される。
これにより過給機は脱硝装置の熱抵抗及び流動抵抗の影響を受けることなく、迅速な回転数の立ち上がりがスム−ズになされ、従来技術のように、過給機による過給効果が損なわれて空気量不足となり、機関の出力低下を来たすという不具合の発生を防止することができる。
【００３４】
また、起動後の脱硝装置の立ち上がり時には、温度スイッチを接とし、ヒ−タにて脱硝装置を予熱する事によって、脱硝装置は迅速に反応温度まで上昇せしめられるので、ＮＯｘ低減による排気ガスの浄化作用への立ち上がり時間を短縮することができ、脱硝効率が向上する。
【００３５】
さらに、起動時及び低負荷運転時における補助ブロワの使用から過給機の自立運転への移行時に、脱硝装置が熱的な抵抗となって応答遅れが発生することがなく、これによってかかる運転移行時における補助ブロワのハンチングの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る脱硝装置付きディ−ゼル機関プラントの構成図である。
【図２】上記実施形態とおける脱硝装置まわりの拡大構成図である。
【図３】上記実施形態におけるコントロ−ラの制御ブロック図である。
【図４】上記実施形態における脱硝装置の性能比較線図である。
【図５】従来技術に係る脱硝装置付きディ−ゼル機関プラントの構成図である。
【符号の説明】
１      ディ−ゼル機関
２      機関出口排気管
３      脱硝装置（ＳＣＲ）
４      過給機
６      補助ブロワ
７      バイパスライン
８、８１、８２、８３、８４    電熱ヒ−タ
９      ＳＣＲ入口弁
１０    ＳＣＲ出口弁
１１    バイパス弁
１２    排気温度センサ
１３    コントロ−ラ
１４    温度スイッチ
２１    過給機入口排気管
２３    保温材
【図１】
0003924046.tif 000002
【図２】
0003924046.tif 000003
【図３】
0003924046.tif 000004
【図４】
0003924046.tif 000005
【図５】
0003924046.tif 000006