EGR + SCR

Tier III NOx低減技術 EGR/SCR
Niels B. Clausen
Senior Manager
EELEE/Engine and System Application
Marine Two-Stroke, Engineering
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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1
>
目次
1
Tier III 対策
2
EGR及びSCRの技術指針
3
エミッションプロジェクトガイド
4
導入のための検討
5
主機メーカと造船所の支給範囲
6
初期費用と運行費用
7
低減技術導入予測
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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2
>
NOx低減技術
T2ストローク機関 Tier lll 標準技術
高圧SCR
EGR
(選択触媒還元)
(排気再循環)
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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3
>
NOx低減技術
技術指針
高圧SCR
EGR
還元剤
排気集合管
蒸発器/ミキサ
EGR系統
EGB
シャットダウンバル
ブ
RSV
排気集合管
T/C
プレスプレー
RBV
SCR
シリンダ
バイパス
EGRユニット
反応器
主系統
EGB
ウォータミス
トキャッ
チャー
RTV
エアクーラ
EGRブロワ
ウォータミス
トキャッ
チャー
ウォータミス
トキャッ
チャー
CBV
掃気管
掃気管
MAN Diesel & Turbo
エアクーラ
EGRクーラ
T/C
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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4
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ERCS機器構成
Bridge
control
(RCS)
船橋操縦
(RCS)
MOP
MOP
MOP
ME-ECS
ERCS
機関制御室
機関室
ACU
1
Basic
engine
主機関
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Modbus通
Modbus
信
EGR
CU
EGRor/ SCR
SCR
EGR
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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5
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EGR及びSCRにおけるERCSの役割
高圧SCR
EGR
 すべての弁を制御
 掃気中のO2を計測
 再循環率(EGRブロワ回転数)を制御し，
掃気中のO2量を決定することによりNOx
低減量を制御する
 黒煙を避けるための”Near limit”制御
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
 すべての弁を制御
 排ガス中のNOxを計測
 NH3(尿素)の噴射量を制御し，
NOx低減量を制御する
 NH3スリップ及び硫安生成を避けるた
めNH3上下限リミッタを設定
 反応器入口温度が低すぎる場合
→ SCRバイパス
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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6
>
MAN Diesel & Turbo のTier III 開発
~2006
2014
2014
…
0.1%硫黄燃料に最適化した対応策
EGR + SCRを使用した
全ての燃料に対応する解決策
従来重油の対応策，2014年の設計状況
MEPC 66, ロンドン, 2014年4月:




MAN Diesel & Turbo
全てのNOx-ECAはSOx-ECAでもある
将来追加されるNECAに対する機器追加要求がない
直近のNOx-ECAでも2018から
船主の動向は低硫黄燃料でSOx規制に対応
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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7
>
HP SCR 低硫黄燃料への最適化
低硫黄燃料へ移行した場合の変化
SCR部品
コスト低減の可能性
有 (≈30-40%)
有 (≈20%)
限定的
無
有 (≈20%)
無
SCR触媒
SCR反応器
蒸発器
尿素噴射システム
スートブローシステム
SCRバルブ
ヒーティング/ベンティングシス
テム
材質の選択
制御システム(センサ含む)
SCR 配管, エクスパンション
限定的
無
限定的
無
サイズ低減/設置性向上
の可能性
有
有
限定的
無
限定的
無
限定的
無
無
無
従来重油/低硫黄燃料に依存しない
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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8
>
SCR反応器サイズの例
高/低硫黄燃料における大きさの比較
出力範囲
従来重油用SCR反応器
(1ppm漏洩 4層触媒)
0.1%硫黄燃料用SCR反応
器
(10ppm漏洩 3層触媒)
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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9
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EGR 低硫黄燃料への最適化
低硫黄燃料へ移行した場合の変化
EGR部品
コスト低減の可能性
サイズ低減/設置性向上
の可能性
有 (≈20%)
有 (≈30%)
無
限定的
有 (≈30%)
有 (≈30%)
限定的
限定的
限定的
有 (≈30%)
無
有
無
限定的
無
有
有
有
無
有
EGRブロア
水処理システム
制御システム
中和システム
センサシステム
スクラバ+プレスクラバ
EGRクーラ
ドレン設備, バルブ, ポンプ 等
材質の選択
全体サイズ
従来重油/低硫黄燃料に依存しない
MAN Diesel & Turbo
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10
>
EGR配置
Tier III 対応方針の変化
従来重油/高硫黄燃料
(3.5%)
低硫黄燃料
(0.1%)
スクラバ搭載
スクラバ非搭載
MAN Diesel & Turbo
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11
>
Emission Project Guide
MAN B&W 2ストローク機関における
Tier III 適合
EGR
SCR
関連情報をEmission Project Guideで見る
ことができます．
MAN Diesel & Turbo
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November 2015
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12
>
Emission Project Guide
Emission Project Guide
ガイドラインの見方:
1. http://marine.man.eu
2. Two stroke
3. Project guides
4. Emission Project Guide
MAN Diesel & Turbo
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13
>
排ガス再循環
EGR
排ガス再循環
低硫黄燃料
MAN Diesel & Turbo
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November 2015
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14
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EGR 概要
EGR – EGBマッチング
EGR – T/Cカットマッチング
排気集合管
排気集合管
EGR系統
EGR系統
シャットダウンバル
ブ
EGB
EGR
カットアウトバル
ブ
EGB
カットアウトT/C
T/C
プレスプレー
シリンダ
バイパス
EGRユニット
T/Cカット系統
主系統
EGRユニット
シャットダウンバルブ
プレスプ
レー
カットアウトバル
ブ
T/C
シリンダ
バイパス
主系統
CBV
エアクーラ
EGRクーラ
エアクーラ
EGRクーラ
ウォータミス
トキャッ
チャー
EGRブロワ
ウォータミス
トキャッ
チャー
ウォータミス
トキャッ
チャー
掃気管
ウォータミス
トキャッ
チャー
掃気管
EGBマッチング
MAN Diesel & Turbo
EGRブロワ
T/Cカットマッチング
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November 2015
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15
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EGR 外形
6G70ME-C9
EGR EGBマッチング
7S90ME-C9
EGR T/Cカットマッチング
カットアウト
T/C
EGR
ユニット
EGR
ユニット
MAN Diesel & Turbo
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水処理装置概要
Alfa Laval – 現状の従来重油への対応
EGRユニット
プレスクラバ
水処理ユニッ
ト
処理水
バッファ
スクラバ洗浄水
供給
分離装置
処理水
出口
スクラ
バ
冷却水
ダーティ
バッファ
スクラバドレ
ン
清水供給
分離装置
制御空気
コレクティン
グタンク
未処理水供給
水酸化ナトリウ
ムタンク
スラッジタンク
コレクティングタンクユ
ニット
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
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November 2015
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17
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EGR WTS 中間的対応
水処理装置
主機EGR系統
プレスプレー
EGR
ユニッ
ト
コレティン
グタンクユ
ニット
クーラ
スプレー
清水
水処理ユニット
処理水排出
分離装置
コレティン
グタンク
水酸化
ナトリウム
タンク
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
スラッジ
タンク
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
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18
>
EGR 新システム(RTU)
EGRユニッ
ト
主機制御
水処理装置制御
プレスプレー
水処理装置 : WTS
Water Treatment System
レシービングタンクユニット: RTU Receiving Tank
Unit
供給ユニット:
SU Supply Unit
水酸化
ナトリウ
ムタンク
EGR
ユニッ
ト
クーラ
スプレー
供給ユニッ
ト
水処理装置
清水
処理水排出
水酸化
ナトリウ
ムポンプ
レシービングタン
ク ユニット
QC
バッファ
タンク
レシービング
タンク
供給ポンプ
水処理
水処理装置
ポンプ
ｐH
循環ポンプ
スラッジ
タンク
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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19
>
EGR 配置
現状システム配置 (CTU) と新システム配置 (RTU)の比較
従来配置
MAN Diesel & Turbo
新配置
Niels B. Clausen
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November 2015
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20
>
EGR 配置
新システム配置 (RTU)
EGR補器の新配置
receiving tank unit – RTUを採用した場合
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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21
>
EGR 配置
補機新システム配置 (RTU)
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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22
>
EGR 設備
冷却システム
EGRクーラは清水冷却のみ採用可能!
EGRクーラにはステンレス材が採用される．そして,塩化物にさらされる場合は
激しい腐食が発生する．
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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23
>
NOx Tier III 認証設備
EGR
陸上運転における機器構成, 本船同様の構成
主機メーカ設備
造船所支給品
陸上運転における機器配置, 簡易構成
主機メーカ支給品
ナトリウムタンク
水処理装置
EGRユニット
スラッジタンク
供給ユニット
レシービングタンクユニット
主機メーカ設備
主機メーカ支給品
供給ポンプ
EGRユニット
水酸化ナトリウムポンプ レシービングユニット
処理水排出タンク
バッファタンク
水酸化ナトリウムタンク
スラッジタンク
処理水排出タンク
プレスプレー
プレスプレー
水酸化ナトリウム
タンク
水酸化ナトリウム
タンク
クーラ
スプレー
クーラ
スプレー
EGR
ユニット
水処理装置-WTS
清水
処理水排出
清水
水処理
バッファ
タンク
処理水排出
スラッジ
ホールディング
/ バッファ
タンク
水酸化
ナトリウム
ポンプ
スラッジ
レシービング
タンク
レシービング
タンク
供給ポンプ
供給ユニット
SU
レシービングタンクユニット
-RTU
MAN Diesel & Turbo
EGR
ユニット
レシービングタンクユニット
-RTU
Niels B. Clausen
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November 2015
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24
>
EGR と EGCS の統合
配置
1. 排気ガス洗浄装置
1
2. EGR仕様のMAN B&W 2ストローク機関
3. 水酸化ナトリウムタンク
4. スクラバー用洗浄水循環タンク
5. 水処理装置
6. レシービングタンクユニット
3
2
4
5
6
MAN Diesel & Turbo
Niels
NBC-LEE
B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction
3339533.2014.05.02
Technologies EGR and SCR
November 2015
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25
>
EGR と EGCS の統合
排気システムの小型化
EGR及びEGC統合システム
標準システム
Non ECA mode
Standard configuration
ECA mode
Standard configuration
100% MCR
100% Flow
0% EGR
Combustion
Charger
100% MCR
70% Flow
30% EGR
EGC
scrubber
Turbine
Blower
EGR及びEGC統合システム
排気システムの小型化(30%)
Turbine
Blower
EGR
scrubber
EGR
scrubber
Non ECA mode
Reduced configuration
Non ECA mode
Reduced configuration
70% MCR
70% Flow
0% EGR
Charger
Combustion
Blower
Niels
NBC-LEE
B. Clausen
100% MCR
70% Flow
30% EGR
EGC
scrubber
Turbine
Charger
Combustion
EGC
scrubber
Turbine
Blower
EGR
scrubber
MAN Diesel & Turbo
Combustion
Charger
EGC
scrubber
EGR
scrubber
Tier III NOx Emission Reduction
3339536.2014.05.02
Technologies EGR and SCR
November 2015
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26
>
選択触媒還元
SCR
選択触媒還元
低硫黄燃料
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
27
>
高圧 SCR
Yard
supply
造船所所掌
SCR
system
SCRメーカ所
supplier
掌
Reducing agent
還元剤
Air
空気
尿素噴射システム
Dosing
system
Yard
造船所所掌
supply
蒸発器 / ミキサ
Vaporizer/mixer
MDT
主機メーカ所掌
Licensee
エクスパンショ
Compensator
ン
SCR
system
supplier
SCRメーカ所
Reactor
リアクタ
Sealing
シーリン
グ
Valve バ
ルブ
掌
Soot
スートブロワ空
気 Blower air
ベンディングシステム
Venting system
Exhaust
gas receiver
排気集合管
SCR
SCR
Reactor
反応器
Reactor
リアクタ
Bypass
バイパス
バルブ
Valve
Standby
スタンバイ Heat
ヒート
システム
system
エクスパンショ
Compensator
ン
Yard
造船所所掌
supply
リアクタ
Reactor
スロット
Throttle
ル
Valve バ
ルブ
排ガス
Exhaust
バイパス
Gas
Bypass
T/C
T/C
C/A cooler
エアクーラ
Cylinder
シリンダ
Bypass
バイパス
バルブ
Valve
ウォータミス
WMC
トキャッ
チャー
Scavenge
air receiver
掃気管
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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28
>
SCR
硫安による排エコ閉塞回避のためのバイパス
排エコ内の硫安によるリスク
Tier III においては排エコバイパスが必要な場合が考えられる．
排エコバイパスを行った場合，ボイラにて燃料を燃焼させる必要が
生じるかも知れない．
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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29
>
高圧 SCR 配置
補給
主機支給範囲
Engine delivery
制御
尿素水
タンク
尿素水
供給
スート
ブロア
補給
コンプ
レッサ
ベンディング
供給ユニット
尿素水タンク
排エコバイパス
洗浄水
SCR 反応器
ヒートトレース
噴射ユニット
蒸発器/ミキサ
SCR
反応器
タン
ク コンプレッ
サ
空気供給
MAN Diesel & Turbo
タン
ク
スートブロア
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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30
>
高圧SCR 配置
SCR配置 – 高圧SCR
蒸発器
SCR反応器
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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31
>
SCR 配置
SCR 機関室配置
182 K Bulk – 6G70ME-C
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
32
>
高圧SCR 配置
570 TEU – 6S46ME-B
MAN Diesel & Turbo
35 K Bulk – 5S50ME-B
Niels B. Clausen
3700 TEU – 7S80ME-C
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
33
>
高圧SCR 配置
高圧SCR用配管指針
 配管径
 背圧計算
 配管サポート – 固定サポート/可変サポート
 エクスパンション継手
 ガイドベーン
 拘束力
 断熱
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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34
>
高圧SCR 配置
配管設計指針 – 排ガス作用力等
固定点での作用力予測
Fp + Fs + Fw + Ff
Fp: 排ガス圧力 (3.5barg)
Fs: エクスパンション継手の圧縮力
Fw: 配管重量
Ff: 滑りサポートの摩擦力
主機 SMCR
出力 MW
MAN Diesel & Turbo
配管径
固定点 [A]
エクスパンション
[B]
排ガス圧力作用力
3.5bar – Fp kN
Niels B. Clausen
エクスパンション [A]
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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35
>
2つのSCR配置
高圧SCRと低圧SCR
・ 高圧SCR(T/C上流配置)
・ 低圧SCR(T/C後流配置)
蒸発器/ミキサ
T/Cバイパ
ス
加水分解装置
SCR反応器
SCR反応器
高硫黄燃料
及び低硫黄燃料
低硫黄燃料:
最大: 0.1%S
(低温)
MAN Diesel & Turbo
: 0-3.5%S
(高温)
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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36
>
低圧 SCR
SCR概要 – 低圧SCR
煙突
噴射制御ユニット
ブロワ
SCR
反応器
バーナ
排気集合管
蒸発器
アンモニア噴射グリッド
還元剤
排気集合管
Engine
delivery
主機支給範囲
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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37
>
低圧SCR 配置
SCR配置 – 低圧SCR
煙突
ブロワ
SCR反応器
アンモニア注入グリッ
ド
蒸発器
バーナ
制御盤
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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38
>
NOx 低減技術
EGR - SCR 初期費用
初期費用: EGR – SCR
概算見積
EGR–SCR 初期費用
タンク設備,電気工事を除く
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
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39
>
NOx 低減技術
EGR - SCR タンク容量
EGR/SCRタンク設備
仮定
船種
182.000 DWT Bulkcarrier
NECA航行時間
600 時間/年
尿素水補給
2 t回/年
2 回/年
12 回/年
主機
6G70ME-C9.5
NECA航行燃料
0.1% S
水酸化ナトリウム補給
出力
16,4 MW
タンクマージン
33%
スラッジ搬出
EGR
水酸化ナトリウムタンク
スラッジタンク
水酸化ナトリウムタンク
スラッジタンク
尿素水タンク
SCR
尿素水
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
40
>
NOx 低減技術
EGR - SCR 運行費用
運行費用: EGR – SCR
負荷プロファイル Tier II / III
例 60.5 MW, 4800 時間/年 (TII) + 1200 時間/年 (TIII)
Tier II + Tier III 運行費用
EGR-SCRの比較：60.5MW SMCR,11G95ME-C9.5
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
41
>
EGRとSCRの運行費用
コスト例の前提条件
基本前提:
 低硫黄MGO燃料:
 尿素水(濃度40%):
 水酸化ナトリウム(50%):
 スラッジ搬出:
600 $/ton
300 $/ton
200 $/ton
100 $/ton
低硫黄燃料仕様を前提としたHP-SCR と LP-SCR の条件設定:
 SCR 触媒交換:
5年毎
 SCR 触媒交換費用:
6000 $/m3
 SCR 触媒交換の目安:
NECA内運行1500時間/年
 SCR 電力消費量:
5 kW/MW
 T II  T III時の燃費率悪化:
MAN Diesel & Turbo
燃料消費率(T III) – 燃料消費率(T II)
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
42
>
EGRとSCRの運行費用
トータルコスト
運行費用差 [対Tier II]
EGRとSCRの運行費用差比較 [対Tier II] (75%負荷率)
燃料消費率の変化を含むTier IIIでの全ての追加費用
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
43
>
EGRとSCRの運行費用
トータルコスト
運行費用差 [対Tier II]
EGRとSCRの運行費用差比較 [対Tier II] (75%負荷率)
燃料消費率の変化を含むTier IIIでの全ての追加費用
Note:
低圧SCRの運行費は高圧SCRの計算結果に更に加算することになる．尿素加水分解のための低圧SCRバーナの
追加燃料費は緑色で示されている．
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
44
>
低圧SCRと高圧SCRの比較
メリットとデメリット
判断項目:
LP SCR
HP SCR
認証作業 (scheme A/scheme B)
尿素消費量
FOC悪化低減
初期費用
スクラバとの連携
燃料油に対する柔軟性
コンパクトさ/主機関上での完結性
排ガス温度上昇の為の追加運行費の低減
独立触媒の再生プロセスの不要性
機関室における配置自由度
容易な配管/ガス力の少なさ
2台以上のT/C装備主機関
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
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45
>
EGRと高圧SCRの比較
メリットとデメリット
判断項目:
EGR
SCR
初期費用低減
燃料油に対する柔軟性
主機関及び補機関の変更点の少なさ
スラッジ発生の有無
船外への廃水排出法規適用の有無
工場における容易かつ安価な調整/認証
ECAにおける運行費用の低減
主機関周りの纏まり
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
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46
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Tier III NOx低減技術導入予測
Tier III シェア推移予測
MAN 2ストローク機関
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
47
>
Thank You for Your Attention!
All data provided in this document is non-binding.
This data serves informational purposes only and is
especially not guaranteed in any way. Depending on the
subsequent specific individual projects, the relevant
data may be subject to changes and will be assessed and
determined individually for each project. This will depend
on the particular characteristics of each individual project,
especially specific site and operational conditions.
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Tier III NOx Emission Reduction Technologies EGR and SCR
November 2015
<
54
>