エンジン運転条件がスクラバー排水性状に及ぼす影響

平成27年度(第15回)海上技術安全研究所研究発表会
エンジン運転条件が
スクラバー排水性状に及ぼす影響
環境・動力系
*益田晶子、高橋千織、山口良隆、西尾澄人、岸武行
1
本日の講演
１．SOx規制と対応
２．本研究の背景と目的
３．実験方法
４．濁度測定結果
５．多環芳香族炭化水素(PAH)測定結果
６．まとめ
2
燃料硫黄分規制
or 2025
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
7月
指定
ECA 海域
一般
海域
1.5
%
1.0%
4.5%
0.1%
3.5%
0.5
%
3
スクラバー関連のガイドライン
MEPC 184(59)
2009 Guidelines for exhaust gas cleaning systems
排水基準
pH、温度、濁度、多環芳香族炭化水素(PAH)
モニタリングが義務づけられている
◆濁度
取水と排水の濁度差<25NTU（比濁度計濁度）
◆PAH
フェナントレン相当PAH濃度(PAHphe)で評価
取水と排水のPAH差<50mg/L @45t/MWh
⇒排出総量規制：2.25g/MWh
ex.10MWエンジン→22.5g/h
4
本研究の背景・目的
◆US EPA 2011レポートおよびデンマーク環境省2012レポート
スクラバー排水の実船計測において濁度計測に
不具合があったことを報告(気泡の影響など）
◆AEA 2009レポート（欧州委員会へ提出）
・ PAHphe基準とすることへの疑問
・規制濃度が高すぎるという指摘
エンジン運転条件と排水性状の関係、排出基準の妥当性、
計測方法の課題など不明な点も多い
⇒実験用舶用エンジンおよびスクラバーを用い、エンジン運転
条件を変えたときの排水性状(濁度・PAH濃度)を、IMO基準に
従って計測し、基礎データを収集した
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実験方法
◆エンジン
試験用エンジン：舶用中速4ストロークディーゼルエンジン
(257.4kW)
運転条件：舶用特性25%負荷または75%負荷
使用燃料油：C重油（硫黄分2.5%）
◆スクラバー
試験用スクラバー：アルファラバル社製
エンジン屋内
（排煙塔高さ8.17m、塔径76.2cm）
清水3m3をクローズドモードで循環
循環水流量12m3/hまたは18m3/h
6
実験用スクラバーと計測条件
浸漬タイプによる連続モニタリングと
採水したサンプルのラボ分析を行った
ミストキャッチャー
◆濁度計測
2次スプレー
1次
スプレー
脱
マツイエンジン
排ガス
◆PAH濃度
蛍光計測方式の油分計
Enviro Flu-HC（TriOS社）
P ブースターポンプ
pH制御
25%NaOH
PAH計
濁度計
国際規格US EPA 180.1または
ISO 7027に準拠した濁度計
採水
pH計
冷
却
循環水量
3m3
P
循環ポンプ
循環水冷却器
7
採水したサンプルの分析方法
◆濁度計測
スクラバー実験中に15分おきに採水したサンプルを
「採水タイプ」の卓上濁度計を用い測定した
◆PAH計測
採水サンプルから0.45mmのメンブレンフィルターを
用いてスラッジを除去し、ろ液のPAH濃度を油分計で
計測した
ろ液のPAH成分を、3次元蛍光測定とHPLCを用い
分析した
8
濁度計測規格について
光源
波長
光路長
ISO7027
US EPA 180.1
LED、レーザー、またはモノクロメータと
色温度2200-3000Kの
フィルタ付きタングステンランプによる
タングステンランプ、または
単色光
LEDによる白色光
検出器との組み合わせで
860 nm
400-600nmに応答特性
10 cm以内
10 cm以内
測定角
90±2.5°
90±30°
開口角
20～30°
規定なし
着色粒子の影響を受けない。小さい
白色光を使用しているため対応
分子の感度低く、特に低濁度領域で
粒子径が広く、特に小さな分子
EPA180.1準拠の計測器より読み値が
の感度が高い。着色粒子の影響
低めに出る。
を受けやすい。
（入射光＋散乱光）
特徴
黒色粒子(スラッジ)を含むスクラバー排水に適しているものは？
9
濁度計測方式について
90º散乱方式
90º散乱検出
レシオ方式
90º散乱検出
計測器
規格
計測方式サンプリング
ER1
US EPA
レシオ*
浸漬
ER2
US EPA
レシオ*
採水
ES1
US EPA
90°散乱
採水
IS1
ISO
90°散乱×2**
浸漬
IS2
ISO
90°散乱
採水
*90º散乱光および透過光によるレシオ測定
** 90º散乱光2光路による補正
透過光検出
着色粒子による光の吸収の補正を透過光測定によりおこなう
10
濁度測定結果
150
ER2
25%負荷
100
75%負荷
ER1
100
濁度(NTU)
濁度 (NTU)
150
IS1
50
IS2
ER2
ER1
IS1
50
IS2
ES1
ES1
0
0
0
30
60
90
120
150
180
210
0
30
60
90
120
150
180
210
時間 (分)
時間 (分)
計測器
規格
計測方式
ER1
US EPA
レシオ
ER2
US EPA
レシオ
ES1
US EPA
90°散乱
IS1
ISO
90°散乱×2
IS2
ISO
90°散乱
着色粒子の影響を
軽減する計測方式が
スクラバー洗浄水測定に
適している
11
濁度に影響する因子１
100
濁度と浮遊物質(SS)量の関係
90
80
濁度(NTU)
70
60
25%
負荷
50
ER1
ER2
IS1
40
75%
負荷
30
20
ER1
ER2
IS1
10
0
0
5
10
15
SS (mg/L)
20
25
同じSS量で比較 ⇒ 濁度： 25％負荷＞75%負荷
スラッジの成分や粒径などの物理的性質の違いか？
12
濁度に影響する因子２
6
25%_12m3/h
25%_12m3/h
75%_12m3/h
75%_12m3/h
25%_18m3/h
25%_18m3/h
75%_18m3/h
75%_18m3/h
濁度増加率
5
4
3
循環水流量増加
2
1
0
50
100
時間（分）
循環水量一定で、流量のみ変えたとき
同じエンジン負荷で比較＝排ガス中のスート量・成分は同じ
⇒循環水濁度の時間変化は同じはずだが、流量増加により
濁度増加率が減少
流量によりスート形状が異なる？
13
PAH濃度の評価方法
フェナントレン
2環
3環
4環
5環
6環
IMOガイドライン
・規制濃度に応じ、UV吸収または蛍光で計測
・フェナントレン相当濃度PAHpheで評価
14
蛍光法を用いたPAH計
フェナントレン10ppbの蛍光スペクトルを
3次元蛍光測定法で分析した例
フェナントレン相当濃PAHpheとは
フェナントレン固有の励起波長、蛍光波長で計測した濃度
スクラバー洗浄水中のPAHpheおよび濁度
の時間変化
150
PAHphe (mg/L)
0.8
濁度 (NTU)
0.6
0.4
0.2
0
100
50
0
0
50
時間
100
(分）
0
50
100
時間（分）
PAHpheは時間とともに減少、濁度は増加した
PAH濃度測定は光学的な手法を用いるため、濁度の
影響を受ける⇒ PAHphe評価には濁度補正が必須
16
PAH濃度の濁度補正
・連続計測したPAH濃度を計測濁度を用いて数値計算し補正
・採水サンプルを0.45mmのフィルターでろ過後PAH濃度計測
の2つを比較した
PAHphe (mg/L)
1.5
濁度補正PAHphe
ろ過循環水のラボ測定値
濁度補正前PAHphe
1
ろ過
0.5
0
0
50
時間（分）
100
計算によるPAH濃度の
濁度補正は妥当 17
濁度補正済みPAHpheの時間変化
2
25%負荷
75%負荷
PAHphe(mg/L)
1.5
1
0.5
0
0
50
100
時間(分）
本実験条件でのガイドライン規制値：32mg/L
規制値より1桁以上PAHphe濃度は低かった
18
3次元蛍光スペクトルの時間変化
フェナントレン相当濃度測定領域
19
まとめ
濁度計測について
１．スクラバー洗浄水の濁度を高濁度まで精度良く計測するには
レシオ方式か複数組の入射/反射測定ができるものが適していた
２．濁度はスラッジ量だけでなく、スラッジの形状、粒径等の
物理的性質に影響を受けることが示唆された
PAH計測について
１．計測濁度値を用い数値計算した濁度補正PAH濃度と
ろ過により懸濁粒子を除去した溶液のPAH濃度は一致し
計算による濁度補正の妥当性が示せた
２．条件によってはフェナントレン以外のPAHも観測され、
PAHphe濃度での評価に課題がみられた
IMOによる規制値と比較し1桁以上PAHpheが低かった
謝辞
本発表の一部は、日本財団の助成事業である（一財）日本船舶技術研究協会の
「2014年度大気汚染防止基準整備のための調査研究（大気汚染防止基準整備プロジェクト）」
で実施されました．ここに厚く御礼申し上げます．
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