專利名稱：船舶用脫硝系統(tǒng)及設(shè)有該系統(tǒng)的船舶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的脫硝中的被裝載在船舶上的船舶用脫硝系統(tǒng)及設(shè)有該系統(tǒng)的船舶。
背景技術(shù)：
為了去除船舶推進(jìn)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(主發(fā)動(dòng)機(jī))所產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)，在船舶上裝載了脫硝裝置。
下述專利文獻(xiàn)I中，公開了一種作為脫硝催化劑的還原劑所使用的氨在船舶上生成可能的發(fā)明。由于氨能在船舶上生成，因此，不必向船舶上搬運(yùn)液體氨和在船舶內(nèi)儲存液體氨。另外，由于液體氨作為危險(xiǎn)物品看待，雖然需要設(shè)置泄漏檢測傳感器和雙重配管這樣的特別貯藏設(shè)備，但若能在船舶上生成需要量的氨，就沒有必要設(shè)置特別貯藏設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平11-292531號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在船舶上生成氨中，通常認(rèn)為需要驅(qū)動(dòng)水的電分解和運(yùn)送泵等的電能。所述專利文獻(xiàn)I中，顯示了利用作為輔機(jī)的柴油發(fā)電機(jī)的電力情況。
但是，由于一般柴油發(fā)電機(jī)比主發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率低，從柴油發(fā)電機(jī)得到的電力，為了生成氨，需要浪費(fèi)更多的能源，從節(jié)省能源的觀點(diǎn)來看，并不可取。
另外，生成氨所必要的電力，希望是與船內(nèi)所需電力和主發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等無關(guān)的、并能穩(wěn)定供應(yīng)的電力。
鑒于這樣的情況，形成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種船舶用脫硝系統(tǒng)及設(shè)有該系統(tǒng)的船舶，其中，在作為脫硝用還原劑的氨生成時(shí)，該船舶用脫硝系統(tǒng)能以低消耗能源穩(wěn)定供應(yīng)必要的電能。
為解決上述課題，本發(fā)明的船舶用脫硝系統(tǒng)及設(shè)有該系統(tǒng)的船舶采用以下手段。
即關(guān)于本發(fā)明第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)，設(shè)有氨發(fā)生器、脫硝催化劑部、發(fā)電機(jī)和電性連接于該發(fā)電機(jī)的蓄電池；
所述氨發(fā)生器具有由水制造氫氣的氫氣制造部和由空氣制造氮?dú)獾牡獨(dú)庵圃觳?，通過所述氫氣制造部所制造的氫氣和所述氮?dú)庵圃觳克圃斓牡獨(dú)馍砂?；所述脫硝催化劑部設(shè)置于船舶推進(jìn)用的主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣通道，同所述氨發(fā)生器生成的氨一起進(jìn)行廢氣脫硝；
所述發(fā)電機(jī)采用所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量進(jìn)行發(fā)電；
所述發(fā)電機(jī)和所述蓄電池連接于對氨發(fā)生器進(jìn)行電力供應(yīng)的電力系統(tǒng)。
氨發(fā)生器具有由水制造氫氣的氫氣制造部以及由空氣制造氮?dú)獾牡獨(dú)庵圃觳浚⑼ㄟ^氫氣制造部和氮?dú)庵圃觳克圃斓臍錃夂偷獨(dú)馍砂?。如此，由于作為原料的水和空氣在船舶上能生成氨，因而，在船舶上，不必設(shè)置液體氨(例如氨水溶液)和尿素等還原劑的儲存空間。因此，在船舶內(nèi)，能設(shè)置無需確保大空間的船舶用脫硝系統(tǒng)。
另外，采用主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)連接于對氨發(fā)生器進(jìn)行電力供應(yīng)的電力系統(tǒng)，由于發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出供應(yīng)于氨發(fā)生器，因此，氨發(fā)生器能以少量消費(fèi)能源進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，由于能有效利用主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量，因此，能回避另外設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)等發(fā)電輔機(jī)的容量增大和增臺。
另外，由于設(shè)有連接于對氨發(fā)生器進(jìn)行電力供應(yīng)的電力系統(tǒng)的蓄電池，即使主發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)荷變化、發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出產(chǎn)生變化，也能使用蓄電池的電力。特別是，主發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出在不能充分得到的情況下，也是有用的。因此，能向氨發(fā)生器進(jìn)行穩(wěn)定的電力供應(yīng)。更進(jìn)一步說，由于蓄電池和發(fā)電機(jī)同樣連接于電力系統(tǒng)，因此，發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的剩余電力能進(jìn)行蓄電。
另外，在船舶上設(shè)置發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，由于通過設(shè)有的蓄電池能抑制負(fù)荷變化，因此，可以降低發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的容量和尺寸。
更進(jìn)一步說，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)有對被導(dǎo)入到所述脫硝催化劑部的廢氣進(jìn)行加熱的電加熱器，該電加熱器由所述電力系統(tǒng)進(jìn)行電力供應(yīng)。
作為脫硝催化劑部主要使用的選擇接觸還原法(SCR)的SCR催化劑中，具有廢氣溫度越低溫催化劑越易中毒的可能。所述第I狀態(tài)時(shí)，由于通過電加熱器使廢氣溫度上升，因此，能防止SCR催化劑中毒。
另外，電加熱器能由連接于發(fā)電機(jī)和蓄電池的電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定的電力供應(yīng)。
更進(jìn)一步說，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)中，所述電力系統(tǒng)能連接有太陽能發(fā)電裝置。
對于電力系統(tǒng)中連接有太陽能發(fā)電裝置，因此，太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電輸出能供應(yīng)給蓄電池。如此，使更穩(wěn)定的電力供應(yīng)成為可能。
更進(jìn)一步說，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)中，所述電力系統(tǒng)能連接有接受船舶外部電源的電力供應(yīng)的外部電力輸入部。
由于接受船舶外部電源的電力供應(yīng)的外部電力輸入部連接于電力系統(tǒng)，例如船舶靠岸時(shí)，能接受外部(陸地方面)的電力供應(yīng)。如此，船舶靠岸時(shí)，不必起動(dòng)發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)，就能達(dá)到所謂的零排放。
更進(jìn)一步說，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)中，得到所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)輸出進(jìn)行發(fā)電的增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)能作為所述發(fā)電機(jī)來使用。
作為設(shè)有得到主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)輸出而進(jìn)行發(fā)電的增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)的增壓器，已知有混合排氣渦輪增壓器。該增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)，作為對氨發(fā)生器進(jìn)行電力供應(yīng)的發(fā)電機(jī)來使用。如此，能有效利用主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量。
更進(jìn)一步說，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)中，能將通過所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力渦輪進(jìn)行發(fā)電的動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)來使用。
通過主發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力渦輪進(jìn)行發(fā)電的動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)的輸出電力，在氨發(fā)生器中使用。如此，能有效利用主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量。
更進(jìn)一步說，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)中，能將所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力渦輪和通過使用所述主發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣鍋爐生成的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)源的蒸汽渦輪進(jìn)行發(fā)電的異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)，作為所述發(fā)電機(jī)來使用。
異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)中，將動(dòng)力渦輪和蒸汽渦輪這樣的不同種類(異種)的渦輪進(jìn)行連接。通過采用該異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)，由于在以主發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力渦輪基礎(chǔ)上，加上通過采用主發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣鍋爐所生成的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)源的蒸汽渦輪進(jìn)行發(fā)電，能更加有效利用主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量。
另外，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)中，能將通過采用所述主發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣鍋爐所生成的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)源的蒸汽渦輪進(jìn)行發(fā)電的蒸汽渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)，作為所述發(fā)電機(jī)來使用。
更進(jìn)一步說，關(guān)于所述第I狀態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)中，能將通過與所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的套管和空氣冷卻器的冷卻水和/或廢氣進(jìn)行過熱交換的加熱水再進(jìn)行熱交換而蒸氣化的熱媒作為驅(qū)動(dòng)源的渦輪進(jìn)行發(fā)電的熱媒渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)，作為所述發(fā)電機(jī)來使用。
所述熱媒一般被認(rèn)為是采用比水沸點(diǎn)更低的氟利昂代替品(例如R-245fa、R-134a等)、戊烷、丁烷等有機(jī)熱媒的系統(tǒng)，被稱為蘭金循環(huán)。
另外，關(guān)于本發(fā)明第2狀態(tài)的船舶，設(shè)有船舶推進(jìn)用的主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)、及以上任何一個(gè)所述的船舶用脫硝系統(tǒng)。
任何一個(gè)所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，由于使穩(wěn)定的電力供應(yīng)成為可能，因此，適用于裝載在船舶上。
發(fā)明的效果
本發(fā)明中，由于在氨生成中，采用了利用主發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出，因此，能以很少消耗能源進(jìn)行船舶用脫硝系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
另外，由于設(shè)有蓄電池，即使主發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)荷變化、發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出產(chǎn)生變化，還能使用蓄電池的電力，使穩(wěn)定的電力供應(yīng)成為可能。


圖1是顯示設(shè)置的關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例1的船舶用脫硝系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的概略構(gòu)成圖。
圖2是顯示圖1中所示的氨發(fā)生器的概況的概略構(gòu)成圖。
圖3是顯示設(shè)置的關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例2的船舶用脫硝系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的概略構(gòu)成圖。
圖4是顯示設(shè)置的關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例3的船舶用脫硝系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的概略構(gòu)成圖。
圖5是顯示設(shè)置的關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例4的船舶用脫硝系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的概略構(gòu)成圖。
符號說明
I船舶用脫硝系統(tǒng)2氨發(fā)生器
3柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(主發(fā)動(dòng)機(jī))
4 SCR催化劑部
5混合排氣渦輪增壓器
5’排氣渦輪增壓器
5c混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)(增壓器側(cè)發(fā)電機(jī))
7動(dòng)力渦輪8熱媒渦輪9蒸汽渦輪
11廢氣預(yù)熱器(廢氣鍋爐)
30船舶內(nèi)系統(tǒng)(電力系統(tǒng))
33動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)67蓄電池69太陽能發(fā)電裝置71外部電力輸入部73電加熱器81氫氣制造部83氮?dú)庵圃觳?3熱媒渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)
具體實(shí)施例方式以下的關(guān)于本發(fā)明實(shí)施方式，參照說明書附圖進(jìn)行說明。
以下的關(guān)于本發(fā)明第I實(shí)施方式，采用圖1進(jìn)行說明。
圖1顯示了設(shè)置的關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例1的船舶用脫硝系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的概略構(gòu)成圖。
船舶內(nèi)設(shè)有船舶推進(jìn)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(主發(fā)動(dòng)機(jī))3、對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的廢氣進(jìn)行脫硝的船舶用脫硝系統(tǒng)1、由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的廢氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的混合排氣渦輪增壓器5和通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的廢氣而生成蒸氣的廢氣預(yù)熱器(廢氣鍋爐)11。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的輸出通過推進(jìn)器軸，與螺旋推進(jìn)器直接或間接地連接。另外，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的各氣缸的缸體部13的排氣口與作為廢氣集合管的排氣岐管15連接。排氣岐管15通過第I排氣管LI，與混合排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a的入口側(cè)連接。
另外，船舶用脫硝系統(tǒng)I也可用于發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)61、63的廢氣脫硝。
另一方面，各缸體部13的供氣口與供氣岐管17連接；供氣岐管17通過供氣管K1，與混合排氣渦輪增壓器5的壓縮器部5b連接。另外，供氣管Kl中設(shè)置有空氣冷卻器(中間冷卻器)18。
混合排氣渦輪增壓器5設(shè)有渦輪部5a、壓縮器部5b和混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)(增壓器側(cè)發(fā)電機(jī))5c。渦輪部5a、壓縮器部5b及混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c通過旋轉(zhuǎn)軸5d，以同軸連接。
混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c通過渦輪部5a得到的旋轉(zhuǎn)輸出進(jìn)行發(fā)電，另一方面，援助得到船舶內(nèi)系統(tǒng)30電力的壓縮器部5b的旋轉(zhuǎn)?；旌习l(fā)電機(jī)馬達(dá)5c和船舶內(nèi)系統(tǒng)(電力系統(tǒng))30之間，從混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c端開始依次設(shè)置有將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的轉(zhuǎn)換器19、將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器20和開關(guān)21。
船舶內(nèi)系統(tǒng)30中，設(shè)有發(fā)電機(jī)62的第I發(fā)電用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)61、設(shè)有發(fā)電機(jī)64的第2發(fā)電用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)63、蓄電池67、太陽能發(fā)電裝置69和外部電力輸入部71并列連接。
作為蓄電池67，例如可使用鋰離子二次電池。蓄電池67將來自第I發(fā)電用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)61、第2發(fā)電用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)63、太陽能發(fā)電裝置69和混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的電力進(jìn)行蓄電。另外，蓄電池67的放電及充電通過圖中未顯示的控制部進(jìn)行。
外部電力輸入部71提供來自船舶外部(即陸地)的電源。通過外部電力輸入部71供應(yīng)的電力對蓄電池67進(jìn)行充電。
船舶內(nèi)系統(tǒng)30與氨發(fā)生器2和后述的電加熱器73連接，從而對該氨發(fā)生器2和電加熱器73進(jìn)行電力供應(yīng)。
廢氣預(yù)熱器11與混合排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a的出口側(cè)的第2排氣管L2連接，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3排出的廢氣和通過供水管23供應(yīng)的水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生蒸汽。廢氣預(yù)熱器11的上游側(cè)設(shè)置了控制廢氣出入的廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22。廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22的切換時(shí)機(jī)由圖中未顯示的控制部決定。
船舶用脫硝系統(tǒng)I設(shè)有氨發(fā)生器2和采用選擇接觸還原法(SCR Selective CatalyticReduction)的SCR催化劑部4。氨發(fā)生器2及SCR催化劑部4與第2排氣管L2連接，其中，在廢氣流的上游側(cè)設(shè)置氨發(fā)生器2，在下游側(cè)設(shè)置SCR催化劑部4。
如圖2所示，氨發(fā)生器2設(shè)有由水制造氫氣的氫氣制造部81、由空氣制造氮?dú)獾牡獨(dú)庵圃觳?3和由氫氣和氮?dú)馍砂钡陌鄙刹?0。
氫氣制造部81中使用的水，采用由海水經(jīng)船舶搭載的造水機(jī)85所制造的淡水，進(jìn)一步采用通過船舶搭載的純水制造機(jī)87所制造的純水。氫氣制造部81中，采用以離子交換膜作為電解質(zhì)進(jìn)行純水電解的固體高分子電解質(zhì)膜法。氫氣制造部81產(chǎn)生的氫氣，經(jīng)氫干燥機(jī)(圖中未顯示)干燥后，被送往氨生成部80。
氮?dú)庵圃觳?3中，通過PSA (Pressure Swing Adsorption)法等從空氣中獲得氮?dú)?。氮?dú)庵圃觳?3中所得的氮?dú)獗凰屯鄙刹?0。
氨生成部80中，氫氣和氮?dú)獗换旌霞訜?，并在釕催化劑等反?yīng)催化劑下生成氨。
氨發(fā)生器2中，由于需要如氫氣制造部81的電解等的電力消耗，作為該電力，采用所述混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的電力。
氨發(fā)生器2中生成的氨(氣)，如圖1所示，通過氨發(fā)生器用開關(guān)閥24直接供應(yīng)給第2排氣管L2。如此，生成的氨不會(huì)在中途儲存而直接被供應(yīng)至廢氣中。氨發(fā)生器用開關(guān)閥24的切換時(shí)機(jī)由圖中未顯示的控制部所決定。
SCR催化劑部4中，通過SCR用開關(guān)閥26，將來自第2排氣管L2的廢氣導(dǎo)入。SCR用開關(guān)閥26的切換時(shí)機(jī)由圖中未顯示的控制部所決定。SCR催化劑部4中，排氣中的NOx通過催化劑，被選擇性還原，分解成無害的氮和水蒸氣。
SCR催化劑部4的上游側(cè)設(shè)有對導(dǎo)入的廢氣進(jìn)行加熱的電加熱器73。
SCR用開關(guān)閥26和廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22，擇一的被選擇進(jìn)行開閉。即在廢氣NOx規(guī)定嚴(yán)格的海域航行時(shí)，在廢氣脫硝必要情況下，打開SCR用開關(guān)閥26，關(guān)閉廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22。另一方面，在廢氣NOx規(guī)定相對緩和的海域航行時(shí)，在廢氣無需脫硝的情況下，關(guān)閉SCR用開關(guān)閥26，打開廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22。
另外，SCR用開關(guān)閥26及廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22，也可采用一個(gè)三通閥代替使用。
接著，對所述構(gòu)成的船舶用脫硝系統(tǒng)I的運(yùn)用方法進(jìn)行說明。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3所排出的廢氣，通過第I排氣管LI從排氣岐管15導(dǎo)入混合排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a。渦輪部5a通過所得的排氣能量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并通過旋轉(zhuǎn)軸5d，將該旋轉(zhuǎn)輸出傳達(dá)至壓縮器部5b和混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c。壓縮器部5b中，吸入的空氣(外部空氣)進(jìn)行壓縮后，經(jīng)空氣冷卻器18傳送給供氣岐管17。混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c中，通過渦輪部5a得到的旋轉(zhuǎn)輸出進(jìn)行發(fā)電，并向船舶內(nèi)系統(tǒng)30供應(yīng)該發(fā)電輸出。被供應(yīng)的來自混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的電力,被傳送到氨發(fā)生器2,用于氫氣制造部81的電分解和運(yùn)送中間生成氣體及所生成氨的運(yùn)送泵等。
另外，混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的發(fā)電輸出供應(yīng)給與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接的蓄電池67。
船舶內(nèi)系統(tǒng)30中連接有太陽能發(fā)電裝置69，通過太陽能發(fā)電產(chǎn)生的電力被供應(yīng)給船舶內(nèi)系統(tǒng)30，在用于與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接的圖中未顯示的負(fù)荷的同時(shí)，對蓄電池67進(jìn)行充電。
通過發(fā)電用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)61、63發(fā)電而得的電力也同樣供應(yīng)給船舶內(nèi)系統(tǒng)30，在用于與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接的圖中未顯示的負(fù)荷的同時(shí)，對蓄電池67進(jìn)行充電。
船舶靠岸的情況下，通過外部電力輸入部71，從陸地接受電力供應(yīng)，在用于與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接的圖中未顯示的負(fù)荷的同時(shí)，對蓄電池67進(jìn)行充電。在這種情況下，優(yōu)選發(fā)電用 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)61、63停止工作。
氣發(fā)生器2中，米用船舶內(nèi)系統(tǒng)30的電力，使氣氣制造部81制造的氣氣和氣氣制造部83制造的氮?dú)馍砂薄?br> 在廢氣NOx規(guī)定嚴(yán)格的海域(ECA !Emission Control Area)進(jìn)行航行時(shí)，需要進(jìn)行廢氣脫硝。在這種情況下，關(guān)閉廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22，打開氨發(fā)生器用開關(guān)閥24和SCR用開關(guān)閥26。
混合排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a所排出的廢氣，通過第2排氣管L2，與氨發(fā)生器2供應(yīng)的氨(氣)混合。與氨混合的廢氣，通過SCR用開關(guān)閥26，被導(dǎo)入到SCR催化劑部4。在導(dǎo)入SCR催化劑部4之前，當(dāng)廢氣溫度不足所規(guī)定值時(shí)，通過圖未示的控制部啟動(dòng)電加熱器73，加熱廢氣。另一方面，當(dāng)廢氣溫度在所規(guī)定值以上時(shí)，通過圖未示的控制部停止電加熱器73的運(yùn)作。通過電加熱器73的廢氣，經(jīng)SCR催化劑部4脫硝后，由圖未示的煙囪排到外部。
在廢氣NOx規(guī)定相對緩和的海域進(jìn)行航行時(shí)，無需進(jìn)行廢氣脫硝。在這種情況下，打開廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22，關(guān)閉氨發(fā)生器用開關(guān)閥24和SCR用開關(guān)閥26。
混合排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a所排出的廢氣，通過第2排氣管L2，經(jīng)廢氣預(yù)熱器用開關(guān)閥22，被導(dǎo)入到廢氣預(yù)熱器11。廢氣預(yù)熱器11中，供水管23供應(yīng)的水通過廢氣加熱，生成蒸汽。所生成的蒸汽，可用于船內(nèi)的各個(gè)地方。廢氣預(yù)熱器11所排出的廢氣通過圖中未顯示的煙囪排到外部。
如上所述，本實(shí)施例可產(chǎn)生以下的作用效果。
通過氨發(fā)生器2，作為原料的水和空氣在船舶上能生成氨，因而，在船舶上沒有必要設(shè)置液體氨(例如氨溶液)和尿素等還原劑的儲存空間。因此，在船舶內(nèi)能設(shè)置無需確保大空間的船舶用脫硝系統(tǒng)。
由于通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的廢氣進(jìn)行發(fā)電的混合排氣渦輪增壓器5的混合發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的發(fā)電輸出供應(yīng)給氨發(fā)生器2，因此，氨發(fā)生器2能以少量能源消耗進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，由于能有效利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的排氣能量，因此，能回避另外設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)等發(fā)電輔機(jī)的容量增大及增臺。
由于設(shè)有對氨發(fā)生器2進(jìn)行電力供應(yīng)的與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接的蓄電池67，即使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3產(chǎn)生負(fù)荷變化、混合排氣渦輪增壓器5的發(fā)電輸出產(chǎn)生變化，還能使用蓄電池67的電力。特別是，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3低負(fù)荷時(shí)，混合排氣渦輪增壓器5的發(fā)電輸出在不能充分得到的情況下，還能使用。因此，能向氨發(fā)生器2供應(yīng)穩(wěn)定的電力。并且由于蓄電池67與混合排氣渦輪增壓器5同樣連接于船舶內(nèi)系統(tǒng)30，因此，能通過發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的剩余電力進(jìn)行蓄電。
另外，由于通過設(shè)有的蓄電池能抑制負(fù)荷變化，因此，能降低發(fā)電用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)61、63的容量和尺寸。
由于通過電加熱器73能使流入到SCR催化劑部4的廢氣溫度上升，因此，能防止SCR催化劑中毒。并且電加熱器73中，由于能使用與蓄電池67連接的船舶內(nèi)系統(tǒng)30的電力，因此，能接受穩(wěn)定的電力供應(yīng)。
由于太陽能發(fā)電裝置69與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接，太陽能發(fā)電裝置69的發(fā)電輸出可供應(yīng)給蓄電池67，更加使穩(wěn)定的電力供應(yīng)成為可能。
由于接受陸地電力供應(yīng)的外部電力輸入部71與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接，因此，船舶靠岸時(shí)，能接受陸地電力供應(yīng)。如此，船舶靠岸時(shí)，不必啟動(dòng)發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)61、63，就能達(dá)到所謂的零排放。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第2實(shí)施方式，采用圖3進(jìn)行說明。在上述第I實(shí)施方式I中，采用的是將混合排氣渦輪增壓器5 (參照圖1)的發(fā)電輸出與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接應(yīng)用到脫硝系統(tǒng)中的構(gòu)成，與此相對，在本實(shí)施方式中，不同點(diǎn)是采用將動(dòng)力渦輪(燃?xì)鉁u輪)的發(fā)電輸出與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接應(yīng)用到脫硝系統(tǒng)中的構(gòu)成。而關(guān)于其他的共同構(gòu)成，采用同一符號，在這里省略說明。
如圖3所示，設(shè)置排氣渦輪增壓器5’代替第I實(shí)施方式中的混合排氣渦輪增壓器5(參照圖1)。關(guān)于通過廢氣被驅(qū)動(dòng)的渦輪部5a和壓縮空氣的壓縮器部5b如同第I實(shí)施方式。
排氣岐管15與第3排氣管L3連接，通過該第3排氣管L3，將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的廢氣導(dǎo)入到動(dòng)力渦輪7的入口側(cè)。如此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3廢氣中的一部分，在被供應(yīng)給排氣渦輪增壓器5’之前，將其抽氣以供應(yīng)給動(dòng)力渦輪7。通過該被抽氣的廢氣，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪7。
動(dòng)力渦輪7的出口側(cè)所排出的廢氣，通過第4排氣管L4，被導(dǎo)入到第2排氣管L2。動(dòng)力渦輪7的旋轉(zhuǎn)輸出通過旋轉(zhuǎn)軸32被傳達(dá)到動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33。動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33中的發(fā)電輸出通過頻率變換器35及開關(guān)36，供應(yīng)給船舶內(nèi)系統(tǒng)30。因而，動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33的輸出電力可供應(yīng)給氨發(fā)生器2。
動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33和頻率變換器35之間，設(shè)有負(fù)載箱44。作為負(fù)載箱44，采用了負(fù)載電阻裝置，為消耗動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33的剩余電力、降低輸出變化而使用。
另外，第3排氣管L3中，設(shè)置了控制導(dǎo)入動(dòng)力渦輪7的氣體量的廢氣量調(diào)整閥37。另外，在廢氣量調(diào)整閥37進(jìn)行阻斷時(shí)，為防止排氣渦輪增壓器5’的渦輪部5a的過增壓(超過發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)壓力的增壓)，在第3排氣管L3和第4排氣管L4之間設(shè)置了旁通閥40及節(jié)流孔42。
本實(shí)施方式中，其作用效果在第I實(shí)施方式的基礎(chǔ)上增加，產(chǎn)生了以下的作用效果。由于以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力渦輪7進(jìn)行發(fā)電的動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33的輸出電力通過船舶內(nèi)系統(tǒng)30，在氨發(fā)生器2中使用，因此，能有效利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的排氣能量。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第3實(shí)施方式，采用圖4進(jìn)行說明。在上述第2實(shí)施方式中，采用的是將由動(dòng)力渦輪7 (參照圖3)得到的發(fā)電輸出與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接用于脫硝系統(tǒng)中的構(gòu)成，與此相對，在本實(shí)施方式中，不同的是采用將來自于動(dòng)力渦輪和蒸汽渦輪的發(fā)電輸出與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接用于脫硝系統(tǒng)的構(gòu)成。因此，關(guān)于其他的共同構(gòu)成，采用同一符號，在這里省略說明。
如圖4所示，由廢氣預(yù)熱器11所產(chǎn)生的蒸汽通過第I蒸汽管Jl，供應(yīng)給蒸汽渦輪9進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
從排氣渦輪增壓器5’的渦輪部5a的出口端通過第2排氣管L2所排出的廢氣和從動(dòng)力渦輪7的出口端通過第4排氣管L4所排出的廢氣，被導(dǎo)入到廢氣預(yù)熱器11中。廢氣預(yù)熱器11中產(chǎn)生的蒸汽，通過第I蒸汽管Jl被導(dǎo)入到蒸汽渦輪9。蒸汽渦輪9中的完成使命的蒸汽，由第2蒸汽管J2所排出，并被導(dǎo)入到圖中未顯示的電容器(冷凝器)。
將動(dòng)力渦輪7和蒸汽渦輪9串聯(lián)結(jié)合來驅(qū)動(dòng)異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50。即發(fā)電機(jī)50中，動(dòng)力渦輪7及蒸汽渦輪9這樣的不同種類(異種)渦輪連接于同一軸上。異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50所產(chǎn)生的發(fā)電輸出，通過頻率變換器35及開關(guān)36，供應(yīng)給船舶內(nèi)系統(tǒng)30。如此，異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50的輸出電力供應(yīng)給氨發(fā)生器2。
蒸汽渦輪9的旋轉(zhuǎn)軸52，通過圖中未顯示的減速器和連接器，與異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50連接，另外，動(dòng)力渦輪7的旋轉(zhuǎn)軸32通過圖中未顯示的減速器和離合器53，與蒸汽渦輪9的旋轉(zhuǎn)軸52連接。作為離合器53，采用被嵌脫在規(guī)定的旋轉(zhuǎn)數(shù)的離合器，例如適合使用SSS(Synchro-Self-Shifting)離合器。
第I蒸汽管Jl中設(shè)置了控制導(dǎo)入到蒸汽渦輪機(jī)9的蒸汽量的蒸汽量調(diào)整閥54，和緊急時(shí)使用的切斷向蒸汽渦輪機(jī)9的蒸汽供應(yīng)的緊急停止用緊急切斷閥55。另外，第I蒸汽管Jl和第2蒸汽管J2之間，設(shè)置了為調(diào)整繞過蒸汽渦輪7的蒸汽流量的蒸汽旁通閥57。
本實(shí)施方式中，在第I實(shí)施方式和第2實(shí)施方式的作用效果疊加基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了以下的作用效果。
由于在以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力渦輪7基礎(chǔ)上，增加了以使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3廢氣的廢氣預(yù)熱器11所產(chǎn)生的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)源的蒸汽渦輪9進(jìn)行發(fā)電，更能有效利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第4實(shí)施方式，采用圖5進(jìn)行說明。在上述第3實(shí)施方式中，采用的是將從動(dòng)力渦輪7和蒸汽渦輪9得到的發(fā)電輸出與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接用于脫硝系統(tǒng)的構(gòu)成，與此相對，在本實(shí)施方式中，不同點(diǎn)是采用將熱媒渦輪的發(fā)電輸出與船舶內(nèi)系統(tǒng)30連接用于脫硝系統(tǒng)的構(gòu)成。因此，關(guān)于其他的共同構(gòu)成，采用同一符號，在這里省略說明。
如圖5所示，第2冷卻水管C2上設(shè)置了套管水用熱交換器90。套管水用熱交換器90中，通過循環(huán)泵48，被導(dǎo)入了通過第I冷卻水管Cl和缸體部13進(jìn)行循環(huán)的套管水，并對從冷卻水槽46中導(dǎo)入的冷卻水進(jìn)行加熱。
來自冷卻水槽46的冷卻水經(jīng)循環(huán)泵47泵出，并通過熱交換器90和第2冷卻水管C2，經(jīng)第2空氣冷卻器16進(jìn)行階段性加熱后，通過第3冷卻水管C3被導(dǎo)入熱交換器89中。
熱換熱器89所蒸氣化的熱媒通過第I熱媒管Rl，供應(yīng)給熱媒渦輪8，從而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。熱媒渦輪8中，完成使命的蒸氣狀熱媒在預(yù)熱器95中與低溫?zé)崦竭M(jìn)行熱交換后，在冷卻器97中被液化，通過循環(huán)泵99在體系內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。
另外，圖5中，雖采用的是熱媒與通過套管水用熱交換器90和第2空氣冷卻器16的冷卻水進(jìn)行熱交換的構(gòu)成中，但也可采用與同發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)行過熱交換的加熱水進(jìn)行熱交換。
熱媒渦輪8的旋轉(zhuǎn)輸出，通過旋轉(zhuǎn)軸91，傳送到熱媒渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93。熱媒渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93所產(chǎn)生的發(fā)電輸出，通過頻率變換器35及開關(guān)36，供應(yīng)給船舶內(nèi)系統(tǒng)30。如此，熱媒潤輪側(cè)發(fā)電機(jī)93的輸出電力供應(yīng)給氨發(fā)生器2。
本實(shí)施方式中，在第I實(shí)施方式、第2實(shí)施方式和第3實(shí)施方式的作用效果疊加基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了以下的作用效果。
由于通過以與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的冷卻水進(jìn)行熱交換、而蒸氣化的熱媒作為驅(qū)動(dòng)源的熱媒渦輪8進(jìn)行發(fā)電的熱媒渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93的輸出電力，通過船舶內(nèi)系統(tǒng)30，在氨發(fā)生器中使用，因此，能有效利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)3的低溫排氣能量。另外，在上述第I實(shí)施方式和第2實(shí)施方式中，雖采用了使用廢氣預(yù)熱器11的構(gòu)成，但也可采用省略廢氣預(yù)熱器11的構(gòu)成。
另外，在第3實(shí)施方式中，也可采用省略動(dòng)力渦輪7、第3排氣管L3和第4排氣管L4，僅采用蒸汽渦輪9進(jìn)行發(fā)電的構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種船舶用脫硝系統(tǒng)，設(shè)有氨發(fā)生器、和脫硝催化劑部； 所述氨發(fā)生器具有由水制造氫氣的氫氣制造部和由空氣制造氮?dú)獾牡獨(dú)庵圃觳?，從所述氫氣制造部所制造的氫氣和所述氮?dú)庵圃觳克圃斓牡獨(dú)馍砂保? 所述脫硝催化劑部設(shè)置于船舶推進(jìn)用的主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣通道上，同所述氨發(fā)生器生成的氨一起進(jìn)行廢氣脫硝； 所述船舶用脫硝系統(tǒng)中具備發(fā)電機(jī)和電性連接于該發(fā)電機(jī)的蓄電池； 所述發(fā)電機(jī)使用所述主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣能量進(jìn)行發(fā)電； 所述發(fā)電機(jī)和所述蓄電池連接于對所述氨發(fā)生器進(jìn)行電力供應(yīng)的電力系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，其設(shè)有對導(dǎo)入到所述脫硝催化劑部的廢氣進(jìn)行加熱的電加熱器，該電加熱器由所述電力系統(tǒng)進(jìn)行電力供應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1或2記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)連接有太陽能發(fā)電裝置。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)連接有接受船舶外部電源的電力供應(yīng)的外部電力輸入部。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，其將得到所述主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)輸出而進(jìn)行發(fā)電的增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)來使用。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，其將通過動(dòng)力渦輪進(jìn)行發(fā)電的動(dòng)力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)來使用，所述動(dòng)力渦輪以所述主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源。
7.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，其將通過動(dòng)力渦輪和蒸汽渦輪進(jìn)行發(fā)電的異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)來使用，所述動(dòng)力渦輪以所述主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣作為驅(qū)動(dòng)源，所述蒸汽渦輪以使用所述主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣鍋爐生成的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)源。
8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，其將通過蒸汽渦輪進(jìn)行發(fā)電的蒸汽渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)來使用，所述蒸汽渦輪以使用所述主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣鍋爐生成的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)源。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，其將通過渦輪進(jìn)行發(fā)電的熱媒渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)來使用，所述渦輪以與加熱水進(jìn)行熱交換而蒸氣化的熱媒作為驅(qū)動(dòng)源，所述加熱水與所述主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的套管、或空氣冷卻器的冷卻水和/或廢氣進(jìn)行過熱交換。
10.一種船舶，設(shè)有如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)記載的船舶用脫硝系統(tǒng)，以及船舶推進(jìn)用主發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種作為脫硝用還原劑的氨生成時(shí)，穩(wěn)定供應(yīng)必要電能的船舶用脫硝系統(tǒng)。船舶用脫硝系統(tǒng)設(shè)有氨發(fā)生器(2)、SCR催化劑部(4)、混合排氣渦輪增壓器(5)和蓄電池(67)；所述氨發(fā)生器(2)具有由水制造氫氣的氫氣制造部(81)以及由空氣制造氮?dú)獾牡獨(dú)庵圃觳?83)，由所述氫氣制造部(81)所制造的氫氣和所述氮?dú)庵圃觳克?83)制造的氮?dú)馍砂?；所述SCR催化劑部(4)設(shè)置于作為船舶推進(jìn)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(3)廢氣通道的第2排氣管(L2)，同所述氨發(fā)生器(2)生成的氨一起進(jìn)行廢氣脫硝；所述混合排氣渦輪增壓器(5)和蓄電池的發(fā)電輸出供應(yīng)給氨發(fā)生器(2)。
文檔編號F01N5/04GK103026021SQ201180036400
公開日2013年4月3日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者村田聰, 平岡直大 申請人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社