KR101180961B1 - Internal combustion system for ship and exhaust gas purification system suitable for the same - Google Patents
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Abstract
선박 내 연소실에서 발생한 배기가스를 정화하여 배기하기 위한 배기가스 정화시스템이 개시된다. 이 배기가스 정화시스템은, 배기라인에 설치되어, 우레아를 환원제로 이용해 배기가스 중의 NOx를 제거하는 촉매 탈질설비와; 공기와 함께 공급된 우레아의 기화를 위한 기화기와; 상기 촉매 탈질설비를 거쳐 탈질된 배기가스를 상기 기화기를 거치도록 회수하여, 상기 기화기 내에서 우레아의 기화를 돕는 배기가스 회수라인을 포함한다.An exhaust gas purification system for purifying and exhausting exhaust gas generated in a combustion chamber in a ship is disclosed. The exhaust gas purification system includes: a catalytic denitrification system installed in an exhaust line to remove NOx in exhaust gas using urea as a reducing agent; A vaporizer for vaporizing urea supplied with air; And an exhaust gas recovery line which recovers the denitrified exhaust gas through the catalyst denitrification facility to pass through the vaporizer and helps vaporize urea in the vaporizer.
Description
본 발명은 디젤엔진을 포함하는 선박용 내연기관 시스템 및 이에 적합한 배기가스 정화 시스템에 관한 것이며, 특히, 촉매 탈질설비(SCR 시스템)를 갖춘 배기가스 정화시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a marine internal combustion engine system including a diesel engine and an exhaust gas purification system suitable therefor, and more particularly, to an exhaust gas purification system having a catalytic denitrification system (SCR system).
일반적으로, 선박의 내연기관 시스템에는 SCR 방식의 촉매 탈질설비를 포함하는 배기정화시스템이 적용된다. In general, an exhaust purification system including an SCR catalytic denitrification system is applied to an internal combustion engine system of a ship.
SCR 방식의 촉매 탈질설비를 효율적으로 운전하기 위해, 환원제인 우레아(Urea)의 적절한 기화 및 그 이후 배기가스와 균일한 혼합 유도는 시스템 성능을 높이는데 있어서 대단히 중요한 운전 조건 중 하나이다. 그러나 2-행정 디젤엔진 선박의 경우, 한정된 설치 공간과 상대적으로 높은 연돌 내의 배기가스 유속 등으로 인해, 기존의 방법으로는 우레아의 적절한 기화가 보장되기 어려우며, 그로 인해 촉매 탈질설비가 제대로 작동할 수 없었다.In order to efficiently operate the SCR catalytic denitrification system, proper vaporization of urea, a reducing agent, and subsequent induction of uniform mixing with the exhaust gas are one of very important operating conditions for improving system performance. However, for two-stroke diesel engine vessels, due to the limited installation space and relatively high flue gas flow rates in the stack, it is difficult to ensure adequate vaporization of urea by conventional methods, which can cause the catalytic denitrification system to function properly. There was no.
2-행정 디젤엔진의 터보차저 후단의 배기가스의 온도는 일반적으로 250℃ 내외가 되는데, 낮은 경우에는 우레아의 기화가 어려운 230℃ 이하가 되기도 한다. 선박의 경우에는 안전상의 문제로 암모니아가 아닌 우레아를 환원제로 사용하며, 이를 기화시킴으로써 환원제로 사용되는 암모니아를 얻는데, 이러한 저온 분위기에 직접 우레아를 분사할 경우 SCR 촉매에 도달하기까지 우레아의 기화가 완전히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 결과적으로 촉매 탈질설비에 치명적인 문제를 일으키게 된다. The temperature of the exhaust gas at the rear of the turbocharger of a two-stroke diesel engine is generally around 250 ° C., but at low temperatures it may be below 230 ° C., which is difficult to vaporize urea. In the case of ships, for safety reasons, urea, not ammonia, is used as a reducing agent, and by vaporizing it, ammonia used as a reducing agent is obtained. Problems may not occur. As a result, the catalyst denitrification system causes a fatal problem.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 별도의 승온 장치 또는 복잡한 우레아 기화 장치 없이 우레아가 촉매 탈질설비에 도달하기 전에 기화가 충분히 이루어질 수 있는 시간과 분위기를 제공하여, 저온에서 발생할 수 있는 우레아 기화 불량의 문제를 해결하는 선박(특히, 내연기관용)의 배기가스 정화시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a time and atmosphere that can be sufficiently vaporized before the urea reaches the catalytic denitrification equipment without a separate temperature raising device or complicated urea vaporization device, the problem of urea vaporization failure that can occur at low temperature It is to provide an exhaust gas purification system for a ship (especially for an internal combustion engine) that solves the problem.
본 발명의 일측면에 따른 선박용 내연기관 시스템은, 선박에 설치되는 디젤엔진과; 상기 디젤엔진으로부터 발생한 배기가스를 정화하는 배기가스 정화시스템을 포함하며, 상기 배기가스 정화시스템은, 배기라인에 설치되어, 우레아를 환원제로 이용해 배기가스 중의 NOx를 제거하는 촉매 탈질설비와; 우레아를 기화시켜 상기 촉매 탈질설비로 보내기 위한 기화기와; 상기 촉매 탈질설비를 거쳐 탈질된 배기가스를 상기 기화기를 거치도록 회수하여, 상기 기화기 내에서 우레아의 기화를 돕는 배기가스 회수라인을 포함한다.Marine internal combustion engine system according to an aspect of the present invention, the diesel engine is installed on the ship; An exhaust gas purification system for purifying exhaust gas generated from the diesel engine, the exhaust gas purification system comprising: a catalytic denitrification system installed in an exhaust line to remove NOx in exhaust gas using urea as a reducing agent; A vaporizer for vaporizing urea and sending it to the catalytic denitrification system; And an exhaust gas recovery line which recovers the denitrified exhaust gas through the catalyst denitrification facility to pass through the vaporizer and helps vaporize urea in the vaporizer.
바람직하게는, 상기 배기가스 정화시스템은 상기 촉매 탈질설비의 전단 측에 위치하며, 상기 배기가스 회수라인의 도움을 받아 일부 기화된 우레아의 분사가 이루어지는 분사 그리드를 더 포함한다.Preferably, the exhaust gas purification system further includes an injection grid positioned at the front end of the catalytic denitrification system and configured to spray some vaporized urea with the help of the exhaust gas recovery line.
일 실시예에 따라, 상기 배기가스 정화시스템은, 상기 배기가스의 적어도 일부를 디젤엔진의 연소실로 다시 보내도록 상기 배기라인으로부터 분기된 재순환 라인과; 상기 재순환 라인에 설치되어 NOx를 포함하는 불순물을 해수로 제거하는 습식 스크러버를 포함한다. 상기 배기가스 정화시스템은, 상기 촉매 탈질설비와 상기 습식 스크러버로 가는 배기가스의 양을 조절하도록, 상기 촉매 탈질설비의 상류 또는 상기 습식 스크러버의 상류에 설치된 스크러버 로드 밸브와, 상기 촉매 탈질설비의 상류로부터 상기 촉매 탈질설비의 하류로 이어진 바이패스 라인과, 상기 바이패스 라인에 설치된 바이패스 밸브와, 상기 스크러버 로드 밸브와 상기 바이패스 밸브를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함한다. According to one embodiment, the exhaust gas purification system comprises: a recirculation line branched from the exhaust line to direct at least a portion of the exhaust gas back to the combustion chamber of a diesel engine; A wet scrubber is installed in the recirculation line to remove impurities including NOx into seawater. The exhaust gas purifying system includes a scrubber rod valve installed upstream of the catalytic denitrification apparatus or upstream of the wet scrubber so as to adjust an amount of exhaust gas to the catalyst denitrification apparatus and the wet scrubber, and an upstream of the catalyst denitrification apparatus. And a bypass line leading from the catalyst denitrification equipment to the downstream of the catalyst denitrification facility, a bypass valve provided in the bypass line, and a control unit for controlling the scrubber rod valve and the bypass valve.
다른 실시예에 따라 상기 배기가스 정화시스템은, 상기 촉매 탈질설비의 상류 측에 설치되어, 상기 촉매 탈질설비로 들어가는 배기가스 중의 불순물을 해수로 미리 줄이는 습식 스크러버를 포함한다. 상기 배기가스 정화시스템은, 상기 습식 스크러버의 상류 측으로부터 상기 습식 스크러버의 하류 측 상기 촉매 탈질설비 전단으로 이어진 바이패스 라인과, 상기 습식 스크러버를 거치는 배기가스의 유량과 상기 바이패스 라인을 통하여 상기 촉매 탈질설비에 직접 들어가는 배기가스의 유량을 조절하는 유량 조절밸브를 더 포함한다. 또한, 상기 배기가스 정화시스템은, 상기 촉매 탈질설비 전단 측의 온도를 측정하는 온도측정부와, 상기 온도측정부에서 측정된 온도에 따라 상기 유량 조절밸브를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하며, 상기 컨트롤 유닛은 상기 온도측정부의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮은 경우 상기 바이패스 라인을 통하여 상기 촉매 탈질설비에 직접 들어가는 배기가스의 유량을 증가시킨다. 상기 배기가스 정화시스템은 상기 습식 스크러버와 상기 촉매 탈질설비 사이에 설치되어 상기 배기가스를 상기 촉매 탈질설비의 촉매 반응 온도에 맞게 가열하는 히팅유닛을 더 포함한다.According to another embodiment, the exhaust gas purification system includes a wet scrubber that is provided upstream of the catalytic denitrification facility to reduce impurities in the exhaust gas entering the catalyst denitrification facility into seawater in advance. The exhaust gas purification system includes a bypass line extending from an upstream side of the wet scrubber to a downstream end of the wet scrubber and a front end of the catalytic denitrification equipment, a flow rate of exhaust gas passing through the wet scrubber, and the catalyst through the bypass line. It further includes a flow control valve for controlling the flow rate of the exhaust gas directly entering the denitrification equipment. The exhaust gas purification system may further include a temperature measuring unit measuring a temperature at the front end side of the catalyst denitrification unit and a control unit controlling the flow control valve according to the temperature measured by the temperature measuring unit. The control unit increases the flow rate of the exhaust gas directly entering the catalytic denitrification apparatus through the bypass line when the temperature measuring unit has a temperature lower than a preset reference temperature. The exhaust gas purification system further includes a heating unit installed between the wet scrubber and the catalytic denitrification system to heat the exhaust gas to a catalytic reaction temperature of the catalyst denitrification system.
본 발명의 다른 측면에 따라, 선박 내 연소실에서 발생한 배기가스를 정화하여 배기하기 위한 배기가스 정화시스템이 제공된다. 이 배기가스 정화시스템은, 배기라인에 설치되어 우레아를 환원제로 이용해 배기가스 중의 NOx를 제거하는 촉매 탈질설비와; 우레아를 기화시켜 상기 촉매 탈질설비로 보내기 위한 기화기와; 상기 촉매 탈질설비를 거쳐 탈질된 배기가스를 상기 기화기를 거치도록 회수하여, 상기 기화기 내에서 우레아의 기화를 돕는 배기가스 회수라인을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification system for purifying and exhausting exhaust gas generated in a combustion chamber in a ship. The exhaust gas purification system includes a catalytic denitrification system installed in an exhaust line to remove NOx in exhaust gas using urea as a reducing agent; A vaporizer for vaporizing urea and sending it to the catalytic denitrification system; And an exhaust gas recovery line which recovers the denitrified exhaust gas through the catalyst denitrification facility to pass through the vaporizer and helps vaporize urea in the vaporizer.
바람직하게는, 상기 배기가스 정화시스템은 상기 촉매 탈질설비의 전단 측에 위치하며, 상기 배기가스 회수라인의 도움을 받아 일부 기화된 우레아의 분사가 이루어지는 분사 그리드를 더 포함한다.Preferably, the exhaust gas purification system further includes an injection grid positioned at the front end of the catalytic denitrification system and configured to spray some vaporized urea with the help of the exhaust gas recovery line.
본 발명은 별도의 승온 장치 또는 기존의 복잡한 우레아 기화 장치 등의 필요 없이 우레아가 SCR 촉매에 도달하기 전에 기화가 충분히 이루어질 수 있는 시간과 분위기를 제공하여 저온에서도 우레아를 효율적으로 기화시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of efficiently vaporizing urea even at low temperatures by providing a time and atmosphere in which urea can be sufficiently vaporized before the urea reaches the SCR catalyst without the need for a separate heating device or a conventional complicated urea vaporization device.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템 및 그 배기가스 정화시스템이 적용된 선박의 내연기관 시스템을 설명하기 위한 도면. 1 is a view for explaining an exhaust gas purification system according to the present invention and an internal combustion engine system of a ship to which the exhaust gas purification system is applied.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be fully conveyed to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. And in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 내연기관 시스템을 도시한 구성도이다. 도 1에는 상기 내연기관 시스템에 적용되는 배기가스 정화시스템이 함께 도시되며, 이해의 편의를 위해 배기가스 정화시스템의 주요 요소들을 둘러싸는 일점쇄선 블록을 도 1에 나타내고, 그 일점쇄선 블록에 도면 부호 20을 부여해 이를 배기가스 정화시스템이라 한다. 1 is a block diagram showing an internal combustion engine system for ships according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an exhaust gas purification system applied to the internal combustion engine system, and a dashed-dotted block enclosing the main elements of the exhaust gas purification system is shown in FIG. It is assigned 20 and it is called exhaust gas purification system.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박용 내연기관 시스템은, 흡기공(112)과 배기공(114)을 포함하는 2행정 디젤엔진(110)과, 상기 디젤엔진의 하류 측 터빈(122)과 그와 협동하는 압축기(124)를 포함하는 터보차저를 포함한다. 디젤엔진(110)과 터보차저(특히, 터빈(122))를 거친 배기가스는 촉매 탈질설비(212)를 포함하는 배기가스 정화시스템(20)을 거쳐 NOx 등이 제거된 후 시스템 외부로 배기된다. As shown in FIG. 1, the marine internal combustion engine system according to the present embodiment includes a two-
상기 터보차저의 터빈(122)은 배기가스의 힘에 의한 회전에 의해 구동되어 상기 터보차저의 압축기(124)에 회전 동력을 공급하며, 상기 압축기(124)는 상기 회전 동력에 의해 상기 디젤엔진(110)에 공급되는 공기를 압축하여 이를 상기 디젤엔진(110)의 연소실로 보내 상기 디젤엔진(110)의 효율을 향상시킨다. 도 1에서 일점쇄선 블록으로 나타낸 배기가스 정화시스템(20)에 주로 배기가스 중의 NOx를 제거하는 촉매 탈질설비와 그와 관련 요소들만이 보이지만, 상기 배기기스 정화시스템(20)에는 NOx 외 다른 불순물, 즉, 황 성분, PM, Soot 등을 제거하는 설비(들)가 제공될 수 있다. The
상기 배기가스 정화시스템(20)은 터보차저, 특히, 터보차저의 터빈(122)로부터 외부로 이어지는 배기라인(21)을 포함한다. 상기 배기라인(21)에는 우레아를 환원제로 이용하여 배기가스 중의 NOx를 제거하는 SCR 시스템, 즉, 촉매 탈질설비(212)가 설치된다. 상기 촉매 탈질설비(212)는 환원제와 반응하여 NOx를 제거하는 SCR 촉매를 포함한다.The exhaust
또한, 본 실시예의 배기가스 정화시스템(20)은 환원제 공급라인(29)을 통해 공기와 함께 공급된 우레아 일부를 이하 설명되는 바와 같이 탈질 후 일부 회수된 배기가스의 도움을 받아 기화시켜, 상기 촉매 탈질설비(212)의 전단에 제공하는 기화기(292)를 포함한다. 또한, 상기 배기가스 정화시스템(20)은 상기 촉매 탈질설비(212)의 전단에 상기 기화기(292)로부터 NH3(암모니아)로 일부 기화된 우레아를 SCR 촉매에 대해 고른 분포로 분사하기 위한 분사 그리드(294)를 포함한다. In addition, the exhaust
탈질된 배기가스 일부를 상기 기화기(292) 측으로 회수하기 위해, 상기 배기가스 정화시스템(20)은 촉매 탈질설비(212)의 하류 측으로부터 상기 기화기(292)로 이어지는 배기가스 회수라인(28)을 포함한다. 상기 배기가스 회수라인(28)을 통해 배기가스 일부를 회수하여 상기 기화기(292)를 지나게 하고, 상기 기화기(292) 내에서 압축 공기와 함께 우레아를 노즐을 통해 가압 분사하면, 상기 기화기(292) 내부에서 어느 정도 기화가 일어나게 된다. 다시 이 일부 기화된 우레아 혼합 가스를 촉매 탈질설비(212)의 전단에서 분사 그리드(294)를 통해 다시 한 번 분사하도록 하면, 저온에서도 우레아의 완전한 기화를 보장할 수 있다. 이와 같은 구성을 따르면, 추가적인 연돌의 연장(길이 조정) 없이도 효율적인 배치 후 기존 연돌 옆에 상대적으로 훨씬 작은 배관(배기가스의 유량의 5% 이하)과 기화기(292)에 의해 원하는 기화 수준을 만족시킬 수 있다.In order to recover a portion of the denitrated exhaust gas to the
한편, 본 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(20)은 상기 배기라인(21)의 말단 부근에는 이코노마이저(214)를 더 포함하며, 상기 이코노마이저(24)는, 폐열회수장치로서, 상기 탈질설비(212)를 거친 배기가스의 잔열을 이용하여 증기를 생성하도록 구성된다. On the other hand, the exhaust
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 내연기관 시스템 및 이에 적용된 배기가스 정화시스템을 설명하기 위한 도면이다. 앞에서 설명된 내용은 중복을 피하기 위해 그 설명이 생략된다.2 is a view for explaining a marine internal combustion engine system and an exhaust gas purification system applied thereto according to another embodiment of the present invention. The above description is omitted to avoid duplication.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(20)은 배기라인(21)으로부터 분리된 재순환 라인(22)을 추가로 포함한다. 상기 재순환라인(22)은 터보차저의 터빈(122) 후단으로부터 터보차저의 압축기(124) 전단까지 이어진다. 배기라인(21)과 재순환 라인(22)이 분기되기 전의 라인은 상기 배기라인(21)에도 속하고 상기 재순환 라인(22)에도 속하는 것으로 정의한다.2, the exhaust
상기 재순환 라인(22)에는 습식 스크러버(220)가 설치되며, 이 습식 스크러버(220)는 해수를 이용하여 배기가스를 정화시켜 배기가스 중에 있는 NOx, SOx, PM 등의 불순물을 적어도 부분적으로 제거할 수 있다. 이때, 상기 터보차저의 압축기(124) 상류에서 그리고 상기 스크러버(220)의 하류에서 외부의 공기가 공급되는 급기라인(102)이 상기 재순환 라인(22)에 연결되며, 이에 의해, 스크러버(220)에 의해 정화된 배기가스와 외부의 공기가 혼합된다. 배기가스는 외부공기와 함께 상기 터보차저의 압축기(124)를 거쳐 디젤엔진(110)의 연소실에 제공된다. 물론 재순환라인(22)을 통한 배기가스의 공급이 없는 경우에는 외부 공기만이 분사 연료와의 혼합을 위해 디젤엔진(110)의 연소실로 제공될 것이다. The
습식 스크러버(220)에 의해 정화된 배기가스가 디젤엔진(110)의 연소실 내에 연료와 혼합되어 제공되므로, 상기 연소실의 연소 온도를 낮출 수 있고, 그에 따라, 열에 의한 NOx(thermal NOx) 발생량 자체를 줄이는데 기여한다. 상기 재순환 라인(22)과 상기 습식 스크러버(220)의 이용을 통해, 촉매 탈질설비(212)가 처리해야할 NOx의 양을 줄일 수 있으며, 이에 의해, 우레아의 소비도 크게 줄일 수 있다.Since the exhaust gas purified by the
선박의 2-행정 엔진의 저질유를 연료로 이용하는 것이 일반적이므로, 상기 스크러버(220)의 이용 없이 NOx 저감을 목적으로 배기가스를 재순환시켜 연소실에 공급할 경우, 배기가스의 여러 성분들로 인해 연소실이 오염되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르며, 습식 스크러버(220)에 의해 배기가스를 정화한 후 그 배기가스를 연소실로 공급하므로, 배기가스에 존재하는 여러 가지 불순물들이 제거되고, 이 배기가스가 다시 연료와 혼합되어 연소실에 제공되더라도, 연소실의 오염 없이 연소실의 연소 온도를 낮추고. 그에 따라, 열로 인한 NOx 발생량을 크게 줄일 수 있다.Since it is common to use low-quality oil of a two-stroke engine of a ship as a fuel, when the exhaust gas is recycled and supplied to the combustion chamber for the purpose of reducing NOx without using the
상기 배기가스 정화시스템(20)은, 배기 라인(21)과 재순환 라인(22)의 배기가스 유량을 적절히 조절하기 위해, 스크러버 로드 밸브(24)와, 상기 스크러버 로드 밸브(24)를 제어함으로써 상기 촉매 탈질설비(212)로 가는 배기가스의 양과 스크러버(220)로 가는 배기가스의 양을 조절하는 컨트롤 유닛(25)을 더 포함한다. 본 실시예에서 상기 스크러버 로드 밸브(24)가 촉매 탈질설비(212) 상류 측 배기라인(21)에 설치된다. 그러나 상기 스크러버 로드 밸브(24)는 스크러버(220) 및/또는 촉매 탈질설비(212)의 상류 측에 설치되는 것으로 족하다. The exhaust
추가로, 상기 배기가스 정화시스템(20)은 상기 촉매 탈질설비(212)의 상류 측으로부터 상기 촉매 탈질설비(212)의 하류 측으로 촉매 탈질설비(212)를 거치지 않고 배기가스를 우회시키기 위한 바이패스 라인(23)을 추가로 포함할 수 있으며, 이 바이패스 라인(23)에는 상기 컨트롤 유닛(25)에 의해 제어되는 바이패스 밸브(232)가 설치된다. 상기 바이패스 라인(23)을 통한 배기가스의 우회는 스크러버(220)와 재순환 라인(22)을 이용하는 것만으로 배기가스 중 NOx 함량이 규제치를 만족하는 경우에 이용할 수 있다. 또한, 상기 바이패스 밸브(232)의 제어를 통해 촉매 탈질설비(212)로 들어가는 배기가스의 양을 조절할 수 있다. In addition, the exhaust
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박용 내연기관 시스템 및 이에 적용된 배기가스 정화시스템을 설명하기 위한 도면이다. 앞에서 설명된 내용은 중복을 피하기 위해 그 설명이 생략된다.3 is a view for explaining a marine internal combustion engine system and an exhaust gas purification system applied thereto according to another embodiment of the present invention. The above description is omitted to avoid duplication.
도 3을 참조하면, 배기가스 중의 NOx, 황 성분, 분진 등의 불순물은 촉매 탈질설비(212)의 성능을 크게 떨어뜨릴 수 있는데, 본 실시예의 배기가스 정화시스템(20)은, 배기가스 중의 NOx, 황 성분, 분진, Soot 또는 PM(미세 분진) 등을 촉매 탈질설비(212) 상류 측에서 미리 제거 또는 줄이도록, 습식 스크러버(211)를 포함하고 있다. 본 실시예에서, 상기 습식 스크러버(211)는 상기 배기라인(21) 상에 설치되되, 촉매 탈질설비(212)의 상류, 그리고, 터보차저, 특히 터빈(122)의 하류에 위치한다. 상기 습식 스크러버(211)는 해상의 선박에서 쉽게 얻을 수 있는 해수를 불순물 제거에 이용한다. 상기 습식 스크러버(211)는, 촉매 탈질설비(212)로 들어가는 불순물을 미리 줄여 상기 촉매 탈질설비(212)의 성능 저하를 줄이는 한편, 불순물 중 NOx 성분도 줄임으로써, 촉매 탈질설비(212)가 NOx를 처리해야하는 필요량을 줄이는 역할도 한다. 촉매 탈질설비(212)에 의한 NOx 처리 필요량이 감소되면, 우레아와 같이 값비싼 환원제의 소비를 줄일 수 있다. Referring to FIG. 3, impurities such as NOx, sulfur components, dust, and the like in the exhaust gas can greatly degrade the performance of the
한편, 상기 배기정화 시스템(20)은 상기 습식 스크러버(211)를 거치면서 온도가 떨어진 배기가스를 가열하여 온도를 높이는 히팅유닛(23')을 추가로 포함한다. 이때, 상기 히팅유닛(23')는 상기 촉매 탈질설비(212) 내 SCR 촉매가 반응하는 온도로 상기 배기가스를 가열한다. 또한, 본 실시예에 따른 배기정화 시스템(20)은, 배기가스 중 일부만을 습식 스크러버(211)로 보내고 나머지 배기가스는 스크러버(211)를 거치지 않고 상기 촉매 탈질설비(212)에 바로 보낼 수 있도록, 상기 스크러버(211)의 상류 측으로부터 상기 스크러버(211)의 하류 측의 촉매 탈질설비(212) 전단 측에 이어지는 바이패스 라인(22')를 포함한다. 또한, 상기 습식 스크러버(211)와 상기 바이패스 라인(22)의 시작점 사이에는 유량 조절밸브(24')가 설치되며, 이 유량 조절밸브(24')에 의해 상기 습식 스크러버(211)를 거치는 배기가스의 유량과 상기 바이패스 라인(22')를 통해 바로 촉매 탈질설비(212)로 들어가는 배기가스의 유량이 조절될 수 있다. On the other hand, the
상기 유량 조절밸브(24')는 컨트롤 유닛(25')에 의해 제어되며, 이 컨트롤 유닛(25')은, 촉매 탈질설비(212)로 들어가는 배기가스의 온도 정보를 상기 스크러버(211) 후단 측, 즉, 상기 습식 스크러버(211)와 상기 촉매 탈질설비(211) 사이에 설치된 온도측정부(26')로부터 받아, 상기 유량 조절밸브(24')를 제어한다. 이를 위해, 상기 컨트롤 유닛(25')은 상기 습식 스크러버(211)를 거친 후 상기 촉매 탈질설비(212)로 들어가는 배기가스의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮은지 여부를 판단하고, 만약 상기 배기가스의 온도가 기준 온도보다 낮으면 상기 유량 조절밸브(24')를 제어해 습식 스크러버(211)로 들어가는 배기가스 양을 줄인다. 이 경우, 습식 스크러버(211)를 거치지 않고 바로 촉매 탈질설비(212)로 들어가는 배기가스 양이 많아져, 스크러버(211)에 의한 배기가스의 온도 감소가 있다 하더라도, 촉매 탈질설비(212)에서 처리되는 배기가스 온도 저하는 작아지게 된다. 이와 같은 방식에 의해 히팅유닛(23')의 가동 정도와 습식 스크러버(211)의 배기가스 처리 수준 사이에서 적절한 운전 포인트가 찾아질 수 있다. 위와 같은 방식 및/또는 구성을 따르면, 상기 히팅유닛(23')의 가동을 최소화할 수 있고, 더 나아가서는, 상기 히팅유닛(23')을 생략한 시스템의 구현도 가능해질 수 있다. 이때, 상기 기준 온도는 촉매가 반응할 수 있는 최소 온도 또는 그 이상의 온도로 정해진다.The flow rate control valve 24 'is controlled by the control unit 25', which controls the temperature information of the exhaust gas entering the
한편, 전술한 것과 같은 바이패스 라인(22')을 통한 배기가스의 우회를 배제하거나 더 나아가 바이패스 라인(22') 및 그와 관련된 요소들을 생략하는 것도 고려될 수 있다. 이 경우, 배기가스 전량이 상기 습식 스크러버(211)를 지나면서 NOx, SOx, PM 등 불순물 성분들이 부분적으로 제거된다. 이때, SCR 시스템으로 이루어진 촉매 탈질설비(212)에 저온 촉매를 이용하는 경우, 촉매의 성능에 따라 적절한 온도 범위를 설정하고, 습식 스크러버(211) 후단 온도가 최저 설정 온도 이하가 될 경우에만 히팅유닛(23')을 가동시켜 촉매 탈질설비(212)가 최적 조건으로 운전될 수 있도록 할 수 있다.On the other hand, it is also conceivable to exclude the bypass of exhaust gas through the bypass line 22 'as described above, or even omit the bypass line 22' and its associated elements. In this case, as the entire exhaust gas passes through the
위에서는 배기가스 정화장치(20)가 선박에 설치된 디젤엔진(110)을 포함하는 내연기관 시스템에 적용되는 것에 대해서 주로 설명이 이루어졌다. 하지만, 상기 배기가스 정화장치(20) NOx 등을 발생시키는 선박 내 임의의 연소실과 연결되어 그 연소실에 발생한 배기가스 중의 NOx 및 기타 불순물을 저감하는데에도 이용될 수 있을 것이다.Above, the description has been made mainly on the application of the
110: 디젤엔진 122: 터빈
124: 압축기 20: 배기정화 시스템
21: 배기라인 212: 촉매 탈질설비 28: 배기가스 회수라인 292: 기화기
294: 분사 그리드 110: diesel engine 122: turbine
124: compressor 20: exhaust purification system
21: exhaust line 212: catalytic denitrification system 28: exhaust gas recovery line 292: vaporizer
294: spray grid
Claims (15)
상기 디젤엔진으로부터 발생한 배기가스를 정화하는 배기가스 정화시스템을 포함하며,
상기 배기가스 정화시스템은,
배기라인에 설치되어, 우레아를 환원제로 이용해 배기가스 중의 NOx를 제거하는 촉매 탈질설비와;
우레아를 기화시켜 상기 촉매 탈질설비로 보내기 위한 기화기와;
상기 촉매 탈질설비를 거쳐 탈질된 배기가스를 상기 기화기를 거치도록 회수하여, 상기 기화기 내에서 우레아의 기화를 돕는 배기가스 회수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관 시스템.A diesel engine installed on a ship; And
An exhaust gas purification system for purifying exhaust gas generated from the diesel engine,
The exhaust gas purification system,
A catalytic denitrification system installed in the exhaust line to remove NOx in the exhaust gas using urea as a reducing agent;
A vaporizer for vaporizing urea and sending it to the catalytic denitrification system;
And an exhaust gas recovery line for recovering the denitrified exhaust gas through the catalytic denitrification system through the carburetor and assisting the vaporization of urea in the carburetor.
상기 배기가스의 적어도 일부를 디젤엔진의 연소실로 다시 보내도록 상기 배기라인으로부터 분기된 재순환 라인과;
상기 재순환 라인에 설치되어 NOx를 포함하는 불순물을 해수로 제거하는 습식 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관 시스템.The method according to claim 1, wherein the exhaust gas purification system,
A recirculation line branched from said exhaust line to direct at least a portion of said exhaust gas back to the combustion chamber of a diesel engine;
A marine internal combustion engine system comprising a wet scrubber installed in the recirculation line to remove impurities including NOx into seawater.
상기 촉매 탈질설비와 상기 습식 스크러버로 가는 배기가스의 양을 조절하도록, 상기 촉매 탈질설비의 상류 또는 상기 습식 스크러버의 상류에 설치된 스크러버 로드 밸브와,
상기 촉매 탈질설비의 상류로부터 상기 촉매 탈질설비의 하류로 이어진 바이패스 라인과,
상기 바이패스 라인에 설치된 바이패스 밸브와,
상기 스크러버 로드 밸브와 상기 바이패스 밸브를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관 시스템.The method according to claim 3, The exhaust gas purification system,
A scrubber rod valve installed upstream of the catalyst denitrification facility or upstream of the wet scrubber to adjust the amount of exhaust gas destined for the catalyst denitrification facility and the wet scrubber;
A bypass line from upstream of the catalyst denitrification plant to downstream of the catalyst denitrification plant;
A bypass valve installed in the bypass line,
And a control unit for controlling the scrubber rod valve and the bypass valve.
상기 촉매 탈질설비의 상류 측에 설치되어, 상기 촉매 탈질설비로 들어가는 배기가스 중의 불순물을 해수로 미리 줄이는 습식 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관 시스템.The method according to claim 1, wherein the exhaust gas purification system,
And a wet scrubber provided on an upstream side of said catalytic denitrification system to reduce impurities in the exhaust gas entering the catalyst denitrification system into seawater in advance.
상기 습식 스크러버의 상류 측으로부터 상기 습식 스크러버의 하류 측 상기 촉매 탈질설비 전단으로 이어진 바이패스 라인과,
상기 습식 스크러버를 거치는 배기가스의 유량과 상기 바이패스 라인을 통하여 상기 촉매 탈질설비에 직접 들어가는 배기가스의 유량을 조절하는 유량 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관 시스템.The method according to claim 5, The exhaust gas purification system,
A bypass line from the upstream side of the wet scrubber to the front end of the catalytic denitrification unit downstream of the wet scrubber;
And a flow rate control valve for regulating the flow rate of the exhaust gas passing through the wet scrubber and the flow rate of the exhaust gas directly entering the catalyst denitrification facility through the bypass line.
상기 촉매 탈질설비 전단 측의 온도를 측정하는 온도측정부와,
상기 온도측정부에서 측정된 온도에 따라 상기 유량 조절밸브를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하며,
상기 컨트롤 유닛은 상기 온도측정부의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮은 경우 상기 바이패스 라인을 통하여 상기 촉매 탈질설비에 직접 들어가는 배기가스의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관 시스템.The method according to claim 6, The exhaust gas purification system,
A temperature measuring unit measuring a temperature at the front side of the catalyst denitrification unit;
Further comprising a control unit for controlling the flow control valve in accordance with the temperature measured by the temperature measuring unit,
The control unit is a marine internal combustion engine system, characterized in that for increasing the flow rate of the exhaust gas directly entering the catalyst denitrification equipment through the bypass line when the temperature of the temperature measuring unit is lower than the preset reference temperature.
배기라인에 설치되어, 우레아를 환원제로 이용해 배기가스 중의 NOx를 제거하는 촉매 탈질설비와;
우레아를 기화시켜 상기 촉매 탈질설비로 보내기 위한 기화기와;
상기 촉매 탈질설비를 거쳐 탈질된 배기가스를 상기 기화기를 거치도록 회수하여, 상기 기화기 내에서 우레아의 기화를 돕는 배기가스 회수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.An exhaust gas purification system for purifying and exhausting exhaust gas generated in a combustion chamber in a ship,
A catalytic denitrification system installed in the exhaust line to remove NOx in the exhaust gas using urea as a reducing agent;
A vaporizer for vaporizing urea and sending it to the catalytic denitrification system;
And an exhaust gas recovery line for recovering the denitrified exhaust gas through the catalytic denitrification system through the carburetor and assisting vaporization of urea in the vaporizer.
상기 배기가스의 적어도 일부를 디젤엔진의 연소실로 다시 보내도록 상기 배기라인으로부터 분기된 재순환 라인과;
상기 재순환 라인에 설치되어 NOx를 포함하는 불순물을 해수로 제거하는 습식 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The method according to claim 9,
A recirculation line branched from said exhaust line to direct at least a portion of said exhaust gas back to the combustion chamber of a diesel engine;
And a wet scrubber installed in the recirculation line to remove impurities including NOx into seawater.
상기 촉매 탈질설비와 상기 습식 스크러버로 가는 배기가스의 양을 조절하도록, 상기 촉매 탈질설비의 상류 또는 상기 습식 스크러버의 상류에 설치된 스크러버 로드 밸브와,
상기 촉매 탈질설비의 상류로부터 상기 촉매 탈질설비의 하류로 이어진 바이패스 라인과,
상기 바이패스 라인에 설치된 바이패스 밸브와,
상기 스크러버 로드 밸브와 상기 바이패스 밸브를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The method of claim 11,
A scrubber rod valve installed upstream of the catalyst denitrification facility or upstream of the wet scrubber to adjust the amount of exhaust gas destined for the catalyst denitrification facility and the wet scrubber;
A bypass line from upstream of the catalyst denitrification plant to downstream of the catalyst denitrification plant;
A bypass valve installed in the bypass line,
And a control unit for controlling the scrubber rod valve and the bypass valve.
상기 촉매 탈질설비의 상류 측에 설치되어, 상기 촉매 탈질설비로 들어가는 배기가스 중의 불순물을 해수로 미리 줄이는 습식 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The method according to claim 9,
And a wet scrubber provided on an upstream side of said catalytic denitrification system to reduce impurities in the exhaust gas entering the catalyst denitrification system into seawater in advance.
상기 습식 스크러버의 상류 측으로부터 상기 습식 스크러버의 하류 측 상기 촉매 탈질설비 전단으로 이어진 바이패스 라인과,
상기 습식 스크러버를 거치는 배기가스의 유량과 상기 바이패스 라인을 통하여 상기 촉매 탈질설비에 직접 들어가는 배기가스의 유량을 조절하는 유량 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The method according to claim 13,
A bypass line from the upstream side of the wet scrubber to the front end of the catalytic denitrification unit downstream of the wet scrubber;
And a flow rate control valve for controlling the flow rate of the exhaust gas passing through the wet scrubber and the flow rate of the exhaust gas directly entering the catalyst denitrification facility through the bypass line.
상기 촉매 탈질설비 전단 측의 온도를 측정하는 온도측정부와,
상기 온도측정부에서 측정된 온도에 따라 상기 유량 조절밸브를 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하며,
상기 컨트롤 유닛은 상기 온도측정부의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮은 경우 상기 바이패스 라인을 통하여 상기 촉매 탈질설비에 직접 들어가는 배기가스의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The method according to claim 14,
A temperature measuring unit measuring a temperature at the front side of the catalyst denitrification unit;
Further comprising a control unit for controlling the flow control valve in accordance with the temperature measured by the temperature measuring unit,
And the control unit increases the flow rate of the exhaust gas directly entering the catalyst denitrification facility through the bypass line when the temperature measuring unit is lower than a preset reference temperature.
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