KR101168664B1 - 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템 - Google Patents

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Abstract

탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템이 개시된다. 본 발명의 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템은, 선박 또는 육상 플랜트의 배기가스 배출시설로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템에 있어서, 상기 배기가스 배출시설로부터 상기 배기 가스가 배출되는 배기가스라인에 설치되고, 상기 배기 가스로부터 PM(Particulate Matter)을 제거하는 PM 제거장치; 상기 PM 제거장치 전단의 상기 배기가스라인에 마련되어 암모니아 또는 우레아를 분사함으로써 상기 PM 제거장치가 상기 PM 제거와 함께 탈황을 수행하도록 하는 분사부재; 및 상기 PM 제거장치의 후단의 상기 배기가스라인에 설치되어 상기 배기 가스에 대한 탈질을 수행하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치를 포함한다.

Description

탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템{De-PM, De-SOx, De-NOx SIMULTANEOUS REDUCTION SYSTEM}
본 발명은, 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하나의 시스템 내에서 탈진, 탈황 및 탈질을 동시에 행할 수 있는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에서 배출되는 배기가스 중에는 PM(Particulate Matter), 분진, 미세 먼지(이하, "PM"이라 통칭함), 질소산화물, 황산화물이 포함되어 있는데, 이러한 물질들은 UN(United Nation)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
특히, 선박은 연료의 비용 절감을 위해서 점도성이 높고, 휘발성이 낮으며, 가연성이 낮은 저급 원료인 HFO(Heavy Fuel Oil)를 사용하기 때문에 불완전 연소로 인하여 PM이 다른 운송수단에 비하여 많이 발생한다. 이러한 PM은 일반적으로 크기가 수 마이크로미터 정도로 매우 작기 때문에 공중에 부유하게 되어 건물에 흡착하여 건물의 미관을 해치기도 하고, 생태계와 사람에게 나쁜 영향을 미치게 된다.
또한, 질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이고, 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하는 공정으로는 SCR(Selective Catalytic Reduction)과 SNCR(Selective Non Catalytic Reduction)이 대표적이다. 여기서, SCR은 V2O5-TiO2계 촉매에 질소산화물과 환원제인 암모니아(NH3) 또는 우레아(Urea)를 주입하여 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거하는 장치이다. 또한, SNCR은 고온의 배기가스에 직접 환원제인 암모니아를 직접 주입하여 질소산화물을 제거하는 공정으로서, 별도의 촉매 반응기가 필요하지 않아 설치비와 운전비가 저렴한 장점이 있는 반면 반응온도가 높게 유지되어야 하고 질소산화물 제거 효율이 60%이하로 낮은 단점으로 인해 선박에 적용하는 것이 어렵다.
종래의 선박에는 배기가스를 처리하기 위한 시스템이 마련되는데, 이러한 배기가스 처리 시스템은 탈진, 탈황, 탈질을 위한 장치들이 개별적으로 마련되는데, 이러한 장치들의 개별적인 크기와 설치로 인해 선박 내에서 많은 공간을 차지하게 되고, 설치 및 유지에 많은 비용을 차지하게 된다.
또한, 탈진을 위하여 설치되는 집진기의 경우 그 크기로 인하여 상대적으로 협소한 선박에 일반적인 집진기 등을 적용하는 것이 선박의 유휴 공간을 더욱 줄이게 되고, 자체 또는 외력에 의한 진동에 취약하여, 선박에서와 같이 이동 및 진동이 발생하는 장소에서는 배기가스로부터 탈진 기능을 제대로 수행하기 어렵고, 특히, 높은 파도에 의한 외부 충격이나 진동이 심한 경우 손상 및 파손이 발생하여 가동율을 현저하게 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.
이와 같은 문제점은 선박에 국한되지 않고, 육상 플랜트에 대해서도 적용된다.
한국특허등록공보 제10-0942430호(한국기계연구원) 2010. 02. 08.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하나의 프로세서 내에서 탈진, 탈질 및 탈황 작업을 동시에 할 수 있는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 육상 플랜트의 배기가스 배출시설로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템에 있어서, 상기 배기가스 배출시설로부터 상기 배기 가스가 배출되는 배기가스라인에 설치되고, 상기 배기 가스로부터 PM(Particulate Matter)을 제거하는 PM 제거장치; 상기 PM 제거장치 전단의 상기 배기가스라인에 마련되어 암모니아 또는 우레아를 분사함으로써 상기 PM 제거장치가 상기 PM 제거와 함께 탈황을 수행하도록 하는 분사부재; 및 상기 PM 제거장치의 후단의 상기 배기가스라인에 설치되어 상기 배기 가스에 대한 탈질을 수행하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치를 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템이 제공될 수 있다.
상기 PM 제거장치는, 상기 배기가스 배출시설로부터 배출되는 배기 가스가 유입되는 유입구와 유입된 상기 배기 가스가 배출되는 배출구를 갖는 본체; 상기 본체의 내부에 상기 배기 가스의 이동 경로를 따라 복수로 마련되며 전압이 인가되는 방전극; 및 상기 본체의 내부에 마련되며 상기 방전극에 의한 코로나 방전에 의해 상기 유입구를 통해 유입된 상기 배기 가스로부터 PM(Particulate Matter)을 집진하는 집진극을 포함할 수 있다.
상기 방전극은 상기 배기 가스의 이동경로를 따라 다수의 열을 이루도록 수직되게 설치되고, 상기 집진극은 상기 방전극의 열을 사이에 두고 서로 마주 보도록 복수로 수직되게 설치될 수 있다.
상기 PM 제거장치는, 상기 본체의 내부에 마련되어 상기 방전극 및 상기 집진극을 지지하는 복수의 지지대와, 상기 본체에 마련되어 상기 본체의 외측 방향으로 돌출되는 상기 방전극을 절연하는 애자와, 상기 유입구 및 배출구에 마련되어 유입 및 배출되는 상기 배기 가스의 흐름을 균일하게 하며 복수의 홀을 갖는 타공판을 포함할 수 있다.
상기 PM 제거장치는, 상기 본체에 마련되어 상기 집진극에 집진된 PM을 분리시키는 랩핑(rapping) 유닛과, 상기 본체에 마련되어 상기 집진극으로부터 분리된 PM을 수집하여 배출시키는 호퍼부를 포함할 수 있다.
상기 집진극은, 판 형상을 가지며 상기 방전극의 열을 사이에 두고 서로 마주 보도록 상기 본체에 마련되는 복수의 집진몸체; 및 상기 집진몸체에 마련되며 상기 집진몸체로 흐르는 상기 배기 가스의 흐름 방향에 변화를 주어 상기 집진몸체에서 분리된 상기 PM이 재비산되는 것을 방지하는 복수의 비산방지날개를 포함할 수 있다.
상기 SCR 장치는, 배기 가스에 의해 활성화되는 촉매를 포함하는 SCR 리액터; 및 상기 촉매에 존재하는 이물질을 제거하기 위해 에어를 분사하는 에어 수트 블로워를 포함할 수 있다.,
상기 SCR 리액터를 통과한 배기 가스 중의 성분들을 측정하기 위한 다수의 센서로부터 얻은 정보를 이용하여, 상기 암모니아 또는 우레아의 공급량을 제어함과 아울러, 상기 에어 수트 블로워의 분사 에어량을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)를 더 포함할 수 있다.
상기 센서가 측정한 정보를 분석하여 상기 ECU에 제공하는 어낼라이저를 더 포함할 수 있다.
상기 ECU와 유선 또는 무선으로 통신하고, 상기 센서로부터 취득한 데이터를 모니터링하는 OBM(On Board Monitering) 시스템을 더 포함할 수 있다.
상기 인젝터에 암모니아 또는 우레아를 공급하는 환원제공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 하나의 프로세서 내에서 배기가스의 탈진, 탈질 및 탈황 작업을 동시에 할 수 있어 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있고, 설치 및 운전 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템에서 PM 제거장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 PM 제거장치의 정단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 PM 제거장치에서 방전극과 집진극을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 PM 제거장치에서 랩핑 유닛의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시 예에서 선박은 추진기관을 가진 일반적 의미의 선박은 물론이고, 해상에 부유하는 해상구조물이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템에서 PM 제거장치를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 PM 제거장치의 정단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 PM 제거장치에서 방전극과 집진극을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 PM 제거장치에서 랩핑 유닛의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템은, 배기가스 배출시설(C)로부터 배기 가스가 배출되는 배기가스라인(L)에 설치되고 배기 가스로부터 PM(Particulate Matter)을 제거하는 PM 제거장치(100)와, PM 제거장치(100) 전단의 배기가스라인(L)에 마련되어 암모니아 또는 우레아를 분사함으로써 PM 제거장치(100)가 PM 제거와 함께 탈황을 수행하도록 하는 분사부재와, PM 제거장치의 후단의 배기가스라인에 설치되어 배기 가스에 대한 탈질을 수행하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치를 구비한다.
PM 제거장치(100)는, 후술하는 환원제공급부(230)로부터 공급되는 암모니아 또는 우레아가 분사부재(220)에 의해 PM 제거장치(10)의 전방에 공급됨으로써 본래의 PM 제거 즉 탈진 기능뿐만 아니라 탈황 기능도 수행하도록 하고, 후술하는 SCR 장치(300)의 전방에서 암모니아 또는 우레아를 분사하는 장치를 별도로 필요로 하지 않고서도 SCR 장치(300)의 탈질이 가능하도록 하는 역할을 한다.
즉 황성분은 물에 잘 녹으므로 PM 제거장치(100)의 전단에 분사되는 우레아(요수소)로 인해 탈진, 탈황이 된다. 또한 우레아의 암모니아는 기화되어 후술하는 SCR 장치(300)를 통과하며 SCR 장치(300)에서 촉매 반응에 의해 탈질이 이루어진다.
PM 제거장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기가스 배출시설(C)로부터 배출되는 배기 가스가 유입되는 유입구(111)와 유입된 배기 가스가 배출되는 배출구(112)를 갖는 본체(110)와, 본체(110)의 내부에 배기 가스의 이동 경로를 따라 복수로 마련되며 전압이 인가되는 방전극(120)과, 본체(110)의 내부에 마련되며 방전극(120)에 의한 코로나 방전에 의해 유입구(111)를 통해 유입된 배기 가스로부터 PM(Particulate Matter)을 포집하는 집진극(130)과, 본체(110)에 마련되어 집진극(130)에 포집된 PM을 분리시키는 랩핑(rapping) 유닛(140)을 구비한다.
PM 제거장치(100)의 본체(110)는, 선체(미도시)의 배기가스 배출시설(C)로부터 배출되는 배기 가스를 안내하는 배기가스라인(L)에 설치되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 전방부에는 배기 가스가 유입되는 유입구(111)가 마련되고, 그 후방부에는 유입된 배기 가스가 배출되는 배출구(112)가 마련된다.
또한 본체(110)의 내부 바닥부 및 천장부에는 본체(110)의 내부에 높이 방향으로 수직 설치되는 방전극(120) 및 집진극(130)을 지지하기 위한 복수의 지지대(113)가 마련된다. 나아가 본체(110)의 상측부 외측에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 외측으로 돌출되는 방전극(120)의 절연을 위해 복수의 애자(114)가 설치된다. 여기서 애자(114)는 본체(110)와 방전극(120)을 전기적으로 분리시켜주는 절연체로서 절연 애자라고도 할 수 있다.
그리고 본체(110)의 유입구(111) 및 배출구(112)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 유입 및 배출되는 배기 가스의 흐름을 균일하게 하며 복수의 홀(115a)을 갖는 타공판(115)이 마련된다. 본 실시 예에서 타공판(115)은 본체(110)의 내부에서 배기 가스를 균일하게 흐르게 하여 집진효율을 향상시키는 역할을 한다.
구체적으로 배기 가스의 유속이 증가하면 집진극(130)에 포집된 PM의 재비산으로 집진효율이 감소하고, 배기 가스의 유속이 급격히 감소하면 PM 입자분포의 불균일 포집으로 집진효율이 감소된다.
그러나 본 실시 예에서는 일예로 유입구(111)로 유입된 배기 가스의 유속이 빠르거나 유량이 많은 경우 배기 가스가 타공판(115)을 통과하면서 확산되어 방전극(120)을 통과하는 체류시간이 증가되고, 집진극(130)으로 균일하게 흐르므로 집진 효율이 향상된다. 덧붙여 집진극(130)에는 복수의 비산방지날개(32, 도 4 참조)가 마련되어 있으므로 비산방지날개(132)에 의해서도 포집된 PM의 비산이 방지되어 집진 효율이 향상된다.
그리고 본체(110)의 하부에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 집진극(130)으로부터 분리된 PM을 수집하여 배출시키는 호퍼부(116)가 마련된다. 여기서 호퍼부(116)는 PM의 포집을 위한 공간을 제공하며, 호퍼부(116)는 로터리밸브 등을 사용하여 본체(110)로부터 분리될 수 있다.
한편 본 실시 예는 본체(110)의 설계 유속을 최대 2m/s 이하로 설계 가능하므로 타 집진 장치에 비해 컴팩트(compact) 하고, 작은 공간에도 설치가 가능한 이점이 있다.
또한 본 실시 예에서 본체(110)의 유입구(111)로 유입되는 배기 가스는 100~500℃의 온도 범위를 갖고, 배압(back pressure)이 20mmH2O 이하이며, 이러한 온도 범위 내의 배기 가스는 모두 포집이 가능하다.
PM 제거장치(100)의 방전극(120)은 본체(110)의 유입구(111)로 유입되는 배기 가스 내의 입자를 플러스 또는 마이너로 대전시켜 집진극(130)에 포집시키는 것으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 내부에 배기 가스의 이동 경로를 따라 복수로 설치되고, 파워서플라이(미도시)에 의한 전압 및 전류가 인가됨으로써 본체(110)의 내부에 코로나 방전이 일어나도록 하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 방전극(120)은 본체(110)의 내부에 배기 가스의 이동 경로를 따라 복수의 열을 이루도록 설치될 수 있으며, 이로 인해 본체(110)의 내부에서 길이 방향과 폭 방향으로 즉 2차원적으로 배열될 수 있다.
그리고 본체(110)의 유입구(111) 방향은 배기 가스의 입자 농도가 높아 코로나 전류가 상대적으로 감소하기 때문에 충분한 대전이 이루어지도록 전압을 올려주어야 한다. 반면에 본체(110)의 배출구(112) 방향은 처리가스의 먼지농도가 점차적으로 적어지므로 비교적 자유롭게 많은 코로나 전류가 흐르게 되므로 유입구(111) 방향에 비해 적은 전압을 공급하여도 된다.
PM 제거장치(100)의 집진극(130)은, 방전극(120)에 의한 코로나 방전에 의해 본체(110)의 내부를 흐르는 배기 가스로부터 PM이 포집되도록 본체(110)의 내부에 설치되고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 방전극(120)의 열을 사이에 두고 서로 마주 보도록 설치될 수 있다.
본 실시 예에서 집진극(130)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 방전극(120)의 열을 사이에 두고 서로 마주 보도록 본체(110)에 마련되는 복수의 집진몸체(131)와, 집진몸체(131)에 마련되어 집진몸체(131)에서 분리된 PM이 비산되는 것을 방지하는 복수의 비산방지날개(132)를 포함한다.
집진극(130)의 집진몸체(131)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 판 형상을 가지며, 코로나 방전을 통한 PM의 포집이 효율적으로 이루어지도록 집진몸체(131) 상호 간은 100~600mm 간격으로 배치될 수 있다. 본 실시 예에서 집진몸체(131)는 선박연료 중에 발생되는 Black Carbon 제거에 탁월한 이점이 있다.
집진극(130)의 비산방지날개(132)는, 집진몸체(131)로 흐르로 배기 가스의 흐름 방향에 변화를 주어 집진몸체(131)에서 분리된 PM이 재비산되는 것을 방지하는 역할을 한다. 일반적으로 집진극(130)에 포집된 더스트가 어떠한 원인으로 재차 가스중에 비산 하는 것을 재비산 현상이라 한다. 그 주된 원인으로는 집진극(130)을 다질때 발생된는 재비산과, 가스 유속의 상승이나 급변함에 따른 유체역학적 재비산과, 더스트의 전기저항치가 104Ohm-cm이상으로 낮고 부착력이 약할때 발생되는 재비산이 있다.
본 실시 예에서 비산방지날개(132)는 배기 가스의 유속의 상승이나 급변함에 따른 재비산을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로, 본 실시 예에서 집진몸체(131)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 배기 가스의 흐름 방향과 수직되는 방향이 아닌 평행한 방향으로 본체(110)에 마련되고, 비산방지날개(132)는 배기 가스의 흐름 방향으로 돌출되므로 집진몸체(131)에서 분리되는 PM에는 비산방지날개(132)에 의해 배기 가스의 유속이 영향을 미치지 못하므로, 집진몸체(131)에서 분리되는 PM은 재비산되지 않고 호퍼부(116)로 그대로 떨어진다.
PM 제거장치(100)의 랩핑(rapping) 유닛(140)은, 집진극(130)에 포집된 PM을 타격 제거하여 집진극(130)이 집진율을 일정한 수준으로 유지하도록 하는 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 측벽부에 마련되는 모터(141)와, 모터(141)에 일단부가 연결되어 모터(141)의 구동에 의해 집진극(130) 방향으로 전진 및 후진되며 집진극(130)과 직각을 이루는 랩핑축(142)과, 랩핑축(142)에 마련되며 랩핑축(142)과 일체로 이동되어 집진극(130)을 타격하는 타격플레이트(143)를 포함한다.
랩핑 유닛(140)의 모터(141)는, 공압모터일 수 있고, 외부에서 공급되는 압축된 공기에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전되어 랩핑축(142)을 전진 또는 후진시킨다. 일예로 모터(141)와 랩핑축(142)을 볼 스크류 형태로 상호 결합시키면 랩핑축(142)의 전후진이 가능하다. 특히 본 실시 예에서 모터(141)는 정방향 회전시 랩핑축(142)이 전진되고, 역방향 회전시 랩핑축(142)이 후진되게 할 수도 있다.
그리고 본 실시 예에서 제어부(미도시)는 랩핑축(142)이 일정 주기로 전진 또는 후진되도록 모터(141)를 제어할 수 있고, 랩핑축(142)의 전진 또는 후진 속도를 제어하여 타격플레이트(143)가 집진극(130)을 타격하는 타격력을 제어할 수도 있다.
랩핑 유닛(140)의 랩핑축(142)은, 집진극(130)이 복수로 마련되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 랩핑축(142)의 일단부가 중간에 배치된 집진극(130)을 관통한 후 본체(110)의 측벽부로부터 가장 먼 거리에 있는 집진판에 근접배치될 수 있다.
랩핑 유닛(140)의 타격플레이트(143)는, 집진극(130)이 복수로 마련되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 집진극(130)에 근접된 영역의 랩핑축(142)에 집진극(130)의 개수와 대응되는 개수로 마련될 수 있다.
분사부재(210)는 배기가스라인(L)에서 PM 제거장치(20)의 전단에 암모니아 또는 우레아를 분사함으로써 PM 제거장치(20)가 배기가스에 대한 PM 제거와 함께 탈황을 수행하도록 한다. 본 실시 예에서 분사부재는 인젝터일 수 있다.
그리고 배기가스에 함유된 황성분은 물에 작 녹은 특성이 있으므로, 분사부재(210)에서 분사되는 우레아(요수소)에 의해 배기가스는 탈황된다.
환원제공급부(230)는 환원제공급라인(220)을 통해서 분사부재(210)에 암모니아 또는 우레아를 공급하도록 한다. 한편, 본 실시예에서 환원제공급라인(220)에는 암모니아 또는 우레아의 여과를 가능하도록 함과 아울러 이들의 공급이 후술하는 ECU(400)에 의해 제어되기 위하여 밸브(221), Y형 여과기(222), 체크밸브(223), 유량계(224) 및 펌프(225)가 설치된다.
SCR(Selective Catalytic Reduction, 300) 장치는 배기가스라인(L)에서 PM 제거장치(20)의 후단에 설치되어 배기 가스에 대한 탈질을 수행한다.
즉 요소수를 분사노즐(미도시)을 통하여 SCR 리액터(310)에 분사하고 SCR 리액터(310)에서 요소수를 기상의 암모니아로 변화시키고 SCR 리액터(310) 내부의 촉매를 이용해 NOx 성분을 탈질시켜 최적의 탈질효율을 얻을 수 있다.
본 실시 예에서 SCR 장치(300)는 배기가스에 의해 활성화되는 촉매를 포함하는 SCR 리액터(310)와, 촉매에 존재하는 이물질을 제거하기 위해 에어를 분사하는 에어 수트 블로워(air soot blower; 320)를 포함할 수 있다.
SCR 리액터(310)는 선택적 촉매 환원 방식으로 배기가스 중의 NOx를 저감하는 촉매가 내장되고, NOx가 촉매 존재하에서 환원제와 반응하여 질소로 환원되는데, 200 내지 500도씨 반응 온도에서 활성화되어 사용가능한 촉매를 포함하고 있다. 여기서, 촉매의 활성화 온도 범위는 배기가스가 SCR 리액터(310)를 지나는 시점을 기준으로 정해지는 것이 좋다.
또한 SCR 리액터(310)는 배기가스 배출시설로부터 배기가스가 배출되어 이동하면서 온도가 감소되는 것을 고려하여 통과하는 배기가스의 온도에 상응하는 활성화 온도의 촉매를 선택해 이용할 수 있고, 내부에 서로 다른 활성화 온도를 갖는 2종 이상의 촉매가 내장될 수 있다. 따라서, SCR 리액터(310)에서 촉매 반응이 이루어지는 온도 범위를 넓히는데 기여할 수 있으며, SCR 리액터(310) 내에는 NOx 저감용 촉매 외에 다른 성분을 저감하는 촉매가 더 설치될 수 있다.
에어 수트 블로워(320)는 SCR 리액터(310)의 내부 또는 그 주변에 설치될 수 있고, 에어공급부(330)로부터 에어공급라인(340)을 통해서 에어를 공급받는다. 에어공급라인(340)에는 에어의 공급을 개폐하기 위한 밸브(341), 알력조절기(342), 압력계(343) 등이 설치될 수 있다. 여기서, 밸브(341)와 알력조절기(342)는 후술하게 될 ECU(400)에 의해 제어되고, 압력계(343)의 측정값은 ECU(400)가 수신받는다. 따라서, 에어 수트 블로워(320)는 에어공급부(330)로부터 에어공급라인(340)을 통해 공급되는 에어를 SCR 리액터(310) 내의 촉매에 불어서 촉매에 끼인 이물질을 제거한다.
그리고 SCR 리액터(310)의 입구측에는 배기가스가 촉매에 고르게 분포되도록 해주는 댐퍼(350)가 구비될 수 있고, 댐퍼(350)의 전단에는 배기가스와 암모니아 또는 우레아를 균일하게 혼합시키기 위한 믹서(360)가 설치될 수 있다.
한편 본 실시예는 ECU(Electronic Control Unit; 400)와, 어낼라이저(Analyzer; 500)와, OBM(On Board Monitering) 시스템(600)을 더 포함할 수 있다.
ECU(400)는 SCR 리액터(310)를 통과한 배기가스 중의 성분들을 측정하기 위한 다수의 센서(410)로부터 얻은 정보를 이용하여, 환원제공급라인(220)을 통한 환원제의 공급량을 제어함과 아울러, 에어 수트 블로워(320)의 분사 에어량을 제어할 수 있다.
어낼라이저(500)는 센서(410)가 측정한 정보를 분석하여 ECU(400)에 제공하도록 하고, ECU(400)에 의해 제어된다.
OBM 시스템(600)은 ECU(400)와 유선 또는 무선으로 통신하고, 센서(410)로부터 취득한 데이터를 모니터링하도록 한다.
센서(410)는 SCR 장치(300)의 후단에 설치되고, ECU(400)에 의해 제어되며, SCR 리액터(310)의 후단에 배기가스 중의 NOx, NH3, PM, HC, SO2, CO, CO2, O2 등을 감지할 수 있도록 하는 각종 센서의 조합으로 이루어질 수 있고, 획득한 정보를 이용해서 NOx, NH3, PM, HC, SO2, CO, CO2, O2 등 배기가스 내 잔류 성분을 어낼라이저(500)에서 분석하도록 한다. 한편, SCR 리액터(310)의 전단에도 다수의 센서(420)가 설치될 수 있는데, 이 센서(420)들은, 배기가스가 정제되기 전, 즉, 배기가스가 SCR 리액터(310)를 통과하기 전에, 배기가스 중 NOx, NH3, PM, HC, SO2, CO, CO2 또는 O2 등의 함량을 측정하여 그를 분석하기 위함이며, 이 분석된 정보는 SCR 리액터(310)를 거친 정제된 배기가스 중의 성분 정보와 대비될 수 있다.
ECU(400)는 센서(410)와 어낼라이저(500)뿐만 아니라, 각종 밸브 또는 펌프와 같은 기기를 전자적으로 제어하고, 보다 구체적으로, 센서(410)로부터 측정되거나, 또는 센서(410)로부터 측정된 후 어낼라이저(500)에 의해 분석된 정보를 이용하여, 환원제공급라인(220)과 연계된 부품을 제어하여 암모니아 또는 우레아와 같은 환원제의 공급량을 제어할 수 있다. 이때, ECU(400)가 이용하는 정보는 다수의 센서(410)에 의한 여러 측정값 중 NOx와 암모니아 중 어느 하나 또는 모두의 측정값을 포함한다. 또한, ECU(400)는 차압계 또는 시간차에 의해 에어 수트 블로워(320)를 제어할 수 있으며, PM 제거장치(100)를 제어하는 역할도 할 수 있다.
OBM 시스템(600)은 전체 시스템의 제어, 시스템의 모니터링, 시스템의 온/오프, 그리고 오염물질, 특히, NOx 저감 효율의 디스플레이를 담당할 수 있는데, ECU(400)와 유무선 통신이 가능하게 구성되어, ECU(400)의 모든 기능을 자동 제어 또는 수동 제어로 모드 전환하는 기능을 가질 수 있다. 또한, OBM 시스템(600)은 NOx, NH3, HC, SOx, SO2, CO, PM, CO2, O2 등의 센서(410)들로부터 취득한 데이터를 제어실 또는 현장에서 모니터링, 저장하는 역할을 할 수 있다.
OBM 시스템(600)의 이용에 있어서, 선박이나 육상 플랜트에서 사용되는 배기가스의 단위를 사용자가 원하는 단위로 모드 전환되어 모니터에 표시될 수 있다. 특히, 선박의 경우 IMO 규정에 의해 배기가스의 단위를 g/kWh로 나타내도록 되어 있다. 그러므로, 배기가스의 단위를 g/kWh로 나타내기 위한 선박 엔진 사양의 계수를 입력할 필요가 있다. 또한, OBM 시스템(600)은 사용자가 선박의 배기가스 단위인 g/kWh를 나타내기 위한 선박 엔진 사양의 계수를 직접 입력 가능하도록 구성되어 있다. 따라서, OBM 시스템(600)을 이용하면, 예컨대, NOx, NH3, HC, SOx, SO2, CO는 g/kWh 또는 ppm으로 모니터에 나타낼 수 있고, PM은 mg/m3, 또는 g/kWh 또는 ppm으로 모니터에 나타낼 수 있고, CO2, O2는 % 또는 ppm으로 모니터에 나타낼 수 있다.
한편 본 실시예는 PM 제거장치에 이상이 발생하거나 긴급 상황이 발생되는 경우 배기가스 배출시설(C)에서 배출되는 배기가스가 PM 제거장치(100) 및 SCR 장치(300)로 유입되지 않고 바로 배기되도록 하는 바이패스라인(700)과, 바이패스라인(700)에 마련되는 바이패스선택부(800)를 포함한다.
바이패스라인(700)은 PM 제거장치(20)를 바이패스(by-pass)하도록 배기가스라인(L)에 연결된다. 즉, 바이패스라인(700)의 일측부는 PM 제거장치(100)의 전방에 배치되는 배기가스라인(L)에 연결되고, 그 타측부는 SCR 장치(300)의 후방부에 배치되는 배기가스라인(L)에 연결된다.
바이패스선택부(800)는 바이패스라인(700)을 통한 배기가스의 바이패스를 선택하도록 하는데, 배기가스가 PM 제거장치(20)와 바이패스라인(700) 중 어느 하나로 이동하도록 조절하기 위하여 배기가스라인(L)과 바이패스라인(700)에 다수로 설치되는 양방향 밸브로 이루어지거나, 배기가스라인(L)과 바이패스라인(700)의 양단이 연결되는 부분에 각각 설치되는 3방향 밸브로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서처럼 바이패스라인(700)의 양단에 배기가스의 이동을 전환시키도록 설치되는 바이패스댐퍼(by-pass damper)로 이루어질 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 하나의 프로세서 내에서 배기가스의 탈진, 탈질 및 탈황 작업을 동시에 할 수 있어 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있고, 설치 및 운전 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템 100 : PM 제거장치
110 : 본체 120 : 방전극
130 : 집진극 140 : 랩핑 유닛
210 : 분사부재 220 : 환원제공급라인
230 : 환원제공급부 300 : SCR 장치
310 : SCR 리액터 320 : 에어 수트 블로워
330 : 에어공급부 340 : 에어공급라인
350 : 댐퍼 360 : 믹서
400 : ECU 500 : 어낼라이저
600 : OBM 시스템 700 : 바이패스라인
800 : 바이패스선택부 C : 배기가스 배출시설
L : 배기가스라인

Claims (11)

  1. 선박 또는 육상 플랜트의 배기가스 배출시설로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템에 있어서,
    상기 배기가스 배출시설로부터 상기 배기 가스가 배출되는 배기가스라인에 설치되고, 상기 배기 가스로부터 PM(Particulate Matter)을 제거하는 PM 제거장치;
    상기 PM 제거장치 전단의 상기 배기가스라인에 마련되어 암모니아 또는 우레아를 분사함으로써 상기 PM 제거장치가 상기 PM 제거와 함께 탈황을 수행하도록 하는 분사부재; 및
    상기 PM 제거장치의 후단의 상기 배기가스라인에 설치되어 상기 배기 가스에 대한 탈질을 수행하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치를 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PM 제거장치는,
    상기 배기가스 배출시설로부터 배출되는 배기 가스가 유입되는 유입구와 유입된 상기 배기 가스가 배출되는 배출구를 갖는 본체;
    상기 본체의 내부에 상기 배기 가스의 이동 경로를 따라 복수로 마련되며 전압이 인가되는 방전극; 및
    상기 본체의 내부에 마련되며 상기 방전극에 의한 코로나 방전에 의해 상기 유입구를 통해 유입된 상기 배기 가스로부터 PM(Particulate Matter)을 집진하는 집진극을 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 방전극은 상기 배기 가스의 이동경로를 따라 다수의 열을 이루도록 수직되게 설치되고, 상기 집진극은 상기 방전극의 열을 사이에 두고 서로 마주 보도록 복수로 수직되게 설치되는 것을 특징으로 하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 PM 제거장치는,
    상기 본체의 내부에 마련되어 상기 방전극 및 상기 집진극을 지지하는 복수의 지지대와, 상기 본체에 마련되어 상기 본체의 외측 방향으로 돌출되는 상기 방전극을 절연하는 애자와, 상기 유입구 및 배출구에 마련되어 유입 및 배출되는 상기 배기 가스의 흐름을 균일하게 하며 복수의 홀을 갖는 타공판을 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 PM 제거장치는,
    상기 본체에 마련되어 상기 집진극에 집진된 PM을 분리시키는 랩핑(rapping) 유닛과, 상기 본체에 마련되어 상기 집진극으로부터 분리된 PM을 수집하여 배출시키는 호퍼부를 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 집진극은,
    판 형상을 가지며 상기 방전극의 열을 사이에 두고 서로 마주 보도록 상기 본체에 마련되는 복수의 집진몸체; 및
    상기 집진몸체에 마련되며 상기 집진몸체로 흐르는 상기 배기 가스의 흐름 방향에 변화를 주어 상기 집진몸체에서 분리된 상기 PM이 재비산되는 것을 방지하는 복수의 비산방지날개를 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 SCR 장치는,
    배기 가스에 의해 활성화되는 촉매를 포함하는 SCR 리액터; 및
    상기 촉매에 존재하는 이물질을 제거하기 위해 에어를 분사하는 에어 수트 블로워를 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 SCR 리액터를 통과한 배기 가스 중의 성분들을 측정하기 위한 다수의 센서로부터 얻은 정보를 이용하여, 상기 암모니아 또는 우레아의 공급량을 제어함과 아울러, 상기 에어 수트 블로워의 분사 에어량을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)를 더 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 센서가 측정한 정보를 분석하여 상기 ECU에 제공하는 어낼라이저를 더 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 ECU와 유선 또는 무선으로 통신하고, 상기 센서로부터 취득한 데이터를 모니터링하는 OBM(On Board Monitering) 시스템을 더 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사부재에 암모니아 또는 우레아를 공급하는 환원제공급부를 더 포함하는 탈진, 탈황, 탈질 동시저감 시스템.
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