KR101195361B1 - 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템 - Google Patents

저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101195361B1
KR101195361B1 KR1020100063013A KR20100063013A KR101195361B1 KR 101195361 B1 KR101195361 B1 KR 101195361B1 KR 1020100063013 A KR1020100063013 A KR 1020100063013A KR 20100063013 A KR20100063013 A KR 20100063013A KR 101195361 B1 KR101195361 B1 KR 101195361B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
diesel engine
reducing
nitrogen oxides
speed diesel
Prior art date
Application number
KR1020100063013A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120002233A (ko
Inventor
김상진
이재문
이종호
Original Assignee
두산엔진주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산엔진주식회사 filed Critical 두산엔진주식회사
Priority to KR1020100063013A priority Critical patent/KR101195361B1/ko
Publication of KR20120002233A publication Critical patent/KR20120002233A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101195361B1 publication Critical patent/KR101195361B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명은 디젤엔진 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저속 디젤엔진에 배출되는 저온의 배기가스를 선택적 환원촉매 반응기를 활용하여 질소산화물을 제거할 때 발생할 수 있는 효율 저하를 방지하기 위한 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 저속 디젤 엔진 배기가스의 질소산화물을 저감하는 시스템에 있어서, 과급기(110)를 통해 배출되는 배기가스에 환원제를 유입시켜 반응하여 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 환원촉매 반응기(150)는 독립된 공간을 보유한 다수개의 구역(151)을 포함하되, 다수개로 구비되는 상기 구역(151)은 교번하여 가동하는 것으 특징으로 한다.

Description

저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템{System for Reducing the NOx emissions in the Exhaust Gases of Low speed Diesel Engine}
본 발명은 디젤엔진 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저속 디젤엔진에서 배출되는 저온의 배기가스를 선택적 환원촉매 반응기를 활용하여 질소산화물을 제거할 때 발생할 수 있는 효율 저하를 방지하기 위한 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템에 관한 것이다.
도 1 은 종래의 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도를 나타낸다.
도 1 을 참조하면 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템(100)은 과급기(110)에서 배출된 배기가스와 환원제 저장부에 저장된 환원제를 혼합하여 선택적 환원촉매(selective catalytic reduction, SCR, 이하 'SCR'이라 한다.)반응기(150)로 주입하고 화학 반응에 의해 질소와 수증기로 배출시킨다.
선박에서 사용되는 2행정 저속 디젤엔진에 이를 활용할 경우, 도 1 에 도시된 바와 달리 상기 SCR 반응기(150)를 상기 과급기(110)의 전단에 구비하는 경우가 있다. 이 때 상기 SCR 반응기(150)에 설치되는 덕트(duct) 및 파이프(pipe) 등의 구조물은 약 4기압의 압력을 견뎌야하고, 고온 환경에서 열팽창이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 SCR 반응기(150)를 통과한 배기가스를 다시 상기 과급기(110)로 유동시켜야 하므로 압력 차로 인한 다양한 문제가 발생할 수 있는 단점이 있다.
선박에서 사용되는 2행정 저속 디젤엔진에 도 1 에 도시된 바와 같이 상기 과급기(110)의 후단에 상기 SCR 반응기(150)를 구비하는 경우, 배기가스의 온도가 상대적으로 저온이므로 환원제가 열분해되지 않아 촉매의 반응성이 저하되는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 저온용 촉매가 개발되기도 하였으나, 중유(heavy fuel oil)를 연료로 사용하는 선박용 2행정 저속 디젤엔진에서는 배기가스의 온도가 낮아지면 배기가스에 포함된 황(sulfur) 성분에 의해 촉매가 피독(被毒)되는 문제가 있다. 도 2 는 디젤엔진 배기가스의 온도 및 황 피복량에 따른 질소산화물 저감효율의 변화를 나타낸 그래프를 나타낸다. 도 2 를 참조하면 일정 온도 이하에서는 질소산화물의 저감 효율이 급격히 감소함을 확인할 수 있고, 황 성분에 의해 촉매가 피독(被毒)된 경우 질소산화물 저감 효율이 현저히 저하되었음을 알 수 있다.
따라서 선박용 2행정 저속 디젤엔진에서 과급기의 후단에 SCR 반응기를 배치하면서도 저온의 배기가스로 인한 촉매 반응성 저하와 황 성분에 의한 촉매 피독을 방지할 수 있는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, SCR 반응기를 과급기의 후단에 배치하면서도, 저온의 배기가스 배출에 따른 촉매 반응성의 저하를 방지하고, 황 성분에 의한 촉매 피독(被毒)을 방지할 수 있는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예 1 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템은, 과급기(110)를 통해 배출되는 배기가스에 환원제를 유입시켜 반응하여 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 환원촉매 반응기(150)가 다수개로 구비되되, 다수개로 구비되는 상기 선택적 환원촉매 반응기(150)는 교번하여 가동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예 2 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템은, 과급기(110)를 통해 배출되는 배기가스에 환원제를 유입시켜 반응하여 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 환원촉매 반응기(150)는 독립된 공간을 보유한 다수개의 구역(151)을 포함하되, 다수개로 구비되는 상기 구역(151)은 교번하여 가동되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 다른 실시예는, 상기 선택적 환원촉매 반응기(150)에는 촉매를 재생시키기 위한 촉매 재생기(180)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 또 다른 실시예는, 상기 선택적 환원촉매 반응기(150)의 유입부에는 상기 선택적 환원촉매 반응기(150)로 유입되는 가스의 유입량을 조절하도록 스위칭 밸브(145)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예 3 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템은, 과급기(110)를 통해 배출되는 배기가스가 상기 과급기(110)로부터 환원제와 반응하는 선택적 환원촉매 반응기(150)로 이동하는 경로에는 배기가스 가열장치(190)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예 3 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 다른 실시예는, 상기 배기가스의 이동 경로에는 상기 과급기(110)로부터 배출된 상기 배기가스와 상기 환원제를 함께 분사하는 분사기(120)가 구비되고, 상기 배기가스 가열장치(190)는 상기 분사기(120)의 후단 덕트부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예 3 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 또 다른 실시예는, 상기 배기가스 가열장치(190)에는 열전도 코일(191)이 구비되어, 상기 열전도 코일(191)의 발열에 따라 상기 배기가스를 가열하는 것을 특징으로 한다.
첫째, 본 발명의 실시예 1 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템은, SCR 반응기를 다수개로 구비하여 교번하여 사용할 수 있고, 사용하지 않는 반응기에서 촉매를 재생시켜 활용한다. 황 성분으로 피독된 촉매를 재생시키면서 다른 반응기에서 질소산화물을 제거하므로, 촉매의 반응성이 저하되지 않고 지속적으로 엔진을 가동시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 본 발명의 실시예 2 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템은, SCR 반응기 내부에 독립적으로 구획된 다수개의 구역이 존재하여 각 구역별로 교번하여 사용할 수 있고, 사용하지 않는 구역에서 촉매를 재생시킬 수 있다. 따라서 운용하지 않는 구역에서 황 성분 등으로 피독된 촉매를 재생시키면서 다른 구역에서 반응을 계속하여 질소산화물을 제거하므로, 촉매의 반응성이 저하되지 않고 지속적으로 엔진을 가동시키면서 배기가스의 질소산화물을 제거할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 다른 실시예에는, SCR 반응기에 촉매를 재생시키기 위한 촉매 재생기가 구비된다. 실시예 1 에서는 다수개의 SCR 반응기가, 실시예 2 에서는 다수개의 구역이 교번하여 활용되므로, 각각 사용되지 않는 SCR 반응기 또는 구역에서 촉매 재생기를 통해 황 성분 등을 제거하여 촉매를 재생시킬 수 있으므로, 시간 경과에 따라 질소산화물 저감 효율이 저하되지 않는 장점이 있다.
넷째, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 또 다른 실시예에서는, SCR 반응기의 유입부에는 SCR 반응기로 유입되는 배기가스와 환원제의 혼합물의 유입량을 조절하도록 스위칭 밸브가 구비된다. 따라서 다수개의 SCR 반응기 또는 다수개의 구역을 교번하여 사용할 때, 반응이 일어나는 SCR 반응기 또는 구역으로 배기가스와 환원제의 혼합물을 유입시키고, 촉매를 재생시키기 위해 사용하지 않는 SCR 반응기 또는 구역으로는 배기가스와 환원제의 혼합물 유입을 차단할 수 있어 SCR 반응의 제어에 용이하다.
다섯째, 본 발명의 실시예 3 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템은, 과급기를 통해 배출되는 배기가스가 과급기로부터 SCR 반응기로 이동하는 경로에 배기가스 가열장치가 구비된다. 따라서 배기가스 가열장치로 저온 상태의 배기가스를 적정 온도까지 가열할 수 있어, 촉매의 반응성 저하나 황 성분의 피독 문제를 사전에 예방할 수 있는 장점이 있다.
여섯째, 본 발명의 실시예 3 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 다른 실시예는, 배기가스 가열장치가 분사기의 후단 덕트부에 설치되므로, 분사기에서 방출되는 배기가스와 환원제의 혼합물이 고온을 유지할 수 있도록 하여, 촉매의 반응성 저하를 방지하는 효과가 있다.
일곱째, 본 발명의 실시예 3 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템의 또 다른 실시예는, 배기가스 가열장치에 열전도 코일이 구비되어, 열전도 코일의 발열에 따라 통과하는 배기가스를 고온으로 유지할 수 있어 배기가스의 온도 제어가 용이한 장점이 있다.
도 1 은 종래의 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도.
도 2 는 디젤엔진 배기가스의 온도 및 황 피복량에 따른 질소산화물 저감효율의 변화를 나타낸 그래프.
도 3 은 본 발명에 따른 실시예 1 에서 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도.
도 4 는 본 발명에 따른 실시예 2 에서 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도.
도 5 는 본 발명에 따른 실시예 3 에서 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도.
도 6 은 본 발명에 따른 실시예 3 에서 배기가스 가열장치의 일실시예를 나타낸 사시도.
일반적으로 디젤 엔진(diesel engine)은 내연 기관의 일종으로 실린더 내로 공기를 흡입하고 압축하여 500 ~ 550 ℃의 압축열이 발생한 고온의 실린더 내부로 고압의 연료를 인젝터에 의해 분사하고 피스톤을 작동시켜 연료를 점화, 연소시키는 엔진이다. 즉, 디젤 엔진은 경유 또는 중유를 연료로 활용하여 압축 및 점화에 따라 작동하는 왕복운동형 내연기관이다. 디젤 엔진은 디젤 기관, 압축점화기관으로 부르기도 한다. 특히 선박의 경우 중유를 연료로 활용하는 경우가 많다.
상술한 바와 같이 디젤 엔진의 사용 증가에 따라 대기 오염의 원인이 되는 디젤 엔진의 배출가스에 대한 규제가 강화되고 있으며, 선박의 경우 선박용 저속 디젤엔진의 질소산화물(NOx) 배출 규제는 국제해사기구(IMO)에서 지속적으로 강화하고 있다. 이를 해결하기 위해 다양한 방면으로 연구가 진행되고 있다. 크게 전처리 저감 기술(primary emission reduction methods)과 후처리 저감 기술(secondary emission reduction methods)로 분류될 수 있으며, 전자는 엔진의 연소 과정에 직접적으로 관여하여 질소산화물을 저감시키는 방법으로 통상 10 ~ 50 % 의 효율을 보인다. 후자는 엔진 성능의 변화를 최소화하도록 장치를 추가 설치하여 질소산화물을 저감시키는 방법으로, 매연여과장치(DPF : Diesel Particulate Filter), 선택적 환원촉매(SCR : Selective Catalytic Reduction) 등 다양한 후처리기술이 널리 개발되고 있다. 이중 선택적 환원 촉매(이하 'SCR'이라 한다.)를 이용하는 경우 최대 95 %까지 질소산화물의 저감이 가능한 바, 이하에서는 SCR 기술과 관련하여 본 발명을 개진하고자 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 실시예 1 에서 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도를, 도 4 는 본 발명에 따른 실시예 2 에서 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도를, 도 5 는 본 발명에 따른 실시예 3 에서 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템을 나타낸 구조도를, 도 6 은 본 발명에 따른 실시예 3 에서 배기가스 가열장치의 일실시예를 나타낸 사시도를 나타낸다.
실시예 1
도 3 을 참조하면 본 발명의 실시예 1 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템(100)은 과급기(110), 선택적 환원촉매 반응기(이하 'SCR 반응기'라 함)(150)를 포함한다. 또한, 바이패스 밸브(115), 분사기(120), 환원제 저장부(130), 혼합기(140), 스위칭 밸브(145), 송풍기(160), 촉매 재생기(180), 배출부(170)를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 3 을 참조하여 실시예 1 에서 배기가스에 함유된 질소산화물의 제거 단계를 설명한다. 상기 과급기(110)는 Turbocharger 라고도 하며, 출력을 증가시키기 위해 외부 공기를 엔진의 실린더 내부로 밀어 넣는 압축기이다. 선박용 디젤 엔진의 경우 상기 과급기(110)를 사용하지 않는 경우에 비해 3 ~ 4 배의 출력 향상 효과를 보이므로 선박용 디젤 엔진에서 널리 활용되고 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 과급기(110)는 외부 공기를 유입시키기도 하고, 실린더에서 연소 후 배출된 배기가스가 통과하기도 한다. 상기 과급기(110)에서 배출된 배기가스는 상기 바이패스 밸브(115)로 유입된다. 상기 바이패스 밸브(115)는 통상의 경우 상기 과급기(110)로부터 배출된 배기가스를 상기 분사기(120)로 유입시키나, 상기 SCR 반응기(150)를 사용하지 않을 때에는 상기 과급기(110)로부터 배출된 배기가스를 직접 상기 배출부(170)로 유동시켜 외부로 방출할 수 있도록 방향 전환이 가능한 밸브이다.
도 3 을 참조하면 상기 분사기(120)는 상기 바이패스 밸브(115)로부터 유동되는 배기가스와 상기 환원제 저장부(130)에 저장된 환원제가 유입되는 장치이다. 유동되는 배기가스에 환원제를 분사시켜 양 자를 혼합할 수 있다. 혼합된 가스는 상기 혼합기(140)에서 다시 한번 혼합되어 상기 SCR 반응기(150)로 유동된다. 상기 SCR 반응기(150)는 상기 혼합기(140)로부터 유동된 배기가스 및 환원제의 혼합 가스가 유입되어 화학 반응에 의해 질소산화물을 제거하는 장치이다. 상기 SCR 반응기(150)에서 발생하는 화학 반응에 대해서는 후술하기로 한다. 상기 SCR 반응기(150)는 도 3 에서는 2개로 구비되는 경우를 도시하였으나, 다수개로 구비되는 것이 바람직하다. 다수개의 상기 SCR 반응기(150)는 순차적으로 교번하여 가동될 수 있으며, 가동되지 않는 SCR 반응기(150)에서는 상기 촉매 재생기(180)에 의해 촉매를 재생시켜 질소산화물 제거 성능을 지속적으로 유지할 수 있다. 이와 같이 다수개의 SCR 반응기(150)가 교번하여 작동하게 되므로 반응이 일어나지 않는 SCR 반응기(150)에는 배기가스와 환원제가 유입되지 않아야 한다. 상기 스위칭 밸브(145)는 상기 SCR 반응기(150)의 유입부에 구비되어 유입되는 배기가스 및 환원제의 개도량을 조절하는 밸브이다. 상기 SCR 반응기(150)가 2개 구비되는 경우에는 상기 스위칭 밸브(145)는 버터플라이 밸브를 사용하여 일방으로 제어가 가능하나, 3개 이상의 SCR 반응기(150)가 구비되는 경우 유량이 커져 제어가 어려우므로 각각의 SCR 반응기(150)마다 상기 스위칭 밸브(145)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 SCR 반응기(150)의 내부에서 촉매에 매연 물질 등이 퇴적되는 현상을 방지하기 위해 상기 송풍기(160)가 구비될 수 있다.
상기 SCR 반응기(150)에서 질소산화물의 제거 과정을 간략히 설명한다. 상기 분사기(120)를 통해 분사되는 환원제는 배기가스의 열을 이용하여 열분해(thermolysis reaction)반응을 일으킨다. 열분해 과정은 CO2(NH2)2 가 NH3 와 HNCO 로 분해되는 과정이다. 또한 가수 분해 반응(Hydrolysis reaction)이 일어나는 데, HNCO 와 H2O가 NH3 와 CO2 로 변환되는 과정이다. NO의 경우 공기중의 산소와 반응하여 NO2로 변환되고, NOx의 경우 NH3와 촉매 반응에 의해 질소(N2)와 수증기(H2O)로 변환된다. 이에 따라 질소산화물이 환경에 무해한 질소와 물로 변환되어 배출될 수 있다.
실시예 2
도 4 를 참조하면 본 발명의 실시예 2 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템(100)은 실시예 1 에서의 시스템에서 상기 SCR 반응기(150)만 상이하다. 이하에서는 실시예 1 과의 차이점인 상기 SCR 반응기(150)를 중심으로 설명하기로 한다.
도 4 를 참조하면 상기 SCR 반응기(150)는 각각 독립된 공간을 보유한 다수개의 구역(151)으로 구획될 수 있다. 상기 구역(151)은 상호 간섭하지 않고 별도로 반응이 진행된다. 다수개의 상기 구역(151)은 순차적으로 교번하여 가동될 수 있다. 가동되지 않는 상기 구역(151)에서는 상기 촉매 재생기(180)에 의해 촉매를 재생시켜 질소산화물 제거 성능 저하를 방지할 수 있다. 따라서 반응이 일어나지 않는 구역(151)에는 배기가스 및 환원제가 유입되지 않아야 하며, 상기 스위칭 밸브(145)는 가동되는 구역(151)에만 가스를 유입시킬 수 있다.
실시예 3
도 5 를 참조하면 본 발명의 실시예 3 에 따른 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템(100)은 도 1 에서 도시한 종래의 시스템에서 배기가스 가열장치(190)가 포함된다. 상기 배기가스 가열장치(190)는 상기 과급기(110)를 통해 배출되는 배기가스가 상기 SCR 반응기(150)로 이동하는 경로상에 구비될 수 있다. 상술한 바와 같이, 선박용 디젤엔진의 경우 촉매의 저온 반응성이 저하되거나 중유의 사용으로 인해 촉매에 황이 피독될 수 있다. 상기 배기가스 가열장치(190)는 상기 SCR 반응기(150)로 유입되는 배기가스 및 환원제의 혼합 가스를 가열하는 장치이다. 촉매는 약 500 도 이상으로 일정시간 이상 가열할 경우 황 피독이 제거되어 원래의 상태로 재생되므로, 상기 배기가스 가열장치(190)에 의해 질소산화물 저감 성능 저하를 방지할 수 있다. 도 6 을 참조하면 상기 배기가스 가열장치(190)는 환원제를 분사하는 상기 분사기(120)의 후단 덕트부에 구비될 수 있다. 이에 따라 상기 분사기(120)에서 방출되는 가스가 고온을 유지하도록 하여 촉매의 반응성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 도 6에서 도시된 바와 같이 상기 배기가스 가열장치(190)는 열전도 코일(191)을 활용하여 상기 분사기(120)의 후단 덕트부를 감싸고, 그 둘레면을 따라 단열재(192)를 구비할 수 있다. 이에 따라 상기 과급기(110)의 전단에서의 온도 유사하게 고온을 유지하여 질소산화물을 제거할 수 있다.
상술한 실시예뿐 아니라, 실시예 1 내지 실시예 3 을 혼합한 실시예도 고려할 수 있다. 예를 들어, 실시예 1 과 실시예 2 를 함께 활용하는 경우, 상기 SCR 반응기(150)는 다수개로 구비되되, 하나의 SCR 반응기(150) 내부에는 다수개의 구역(151)으로 구획된다. 또한, 실시예 1 과 실시예 3 을 함께 활용하거나, 실시예 2 와 실시예 3 을 함께 활용하는 경우에는, 다수개의 SCR 반응기(150) 또는 다수개의 구역(151)으로 유입되는 배기가스를 상기 배기가스 가열장치(190)를 이용하여 미리 가열하는 예도 고려해 볼 수 있다.
본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템
110 : 과급기 115 : 바이패스 밸브
120 : 분사기 130 : 환원제 저장부
140 : 혼합기 145 : 스위칭 밸브
150 : 선택적 환원촉매 반응기(SCR)
151 : 구역 160 : 송풍기
170 : 배출부 180 : 촉매 재생기
190 : 배기가스 가열 장치 191 : 열전도 코일
192 : 단열재

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 저속 디젤 엔진 배기가스의 질소산화물을 저감하는 시스템에 있어서,
    과급기(110)를 통해 배출되는 배기가스에 환원제를 유입시켜 반응하여 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 환원촉매 반응기(150)는 독립된 공간을 보유한 다수개의 구역(151)을 포함하되,
    다수개로 구비되는 상기 구역(151)은 교번하여 가동되는 것을 특징으로 하는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택적 환원촉매 반응기(150)의 유입부에는 상기 선택적 환원촉매 반응기(150)로 유입되는 가스의 유입량을 조절하도록 스위칭 밸브(145)가 구비되는 것을 특징으로 하는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선택적 환원촉매 반응기(150)에는 촉매를 재생시키기 위한 촉매 재생기(180)가 구비되는 것을 특징으로 하는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 과급기(110)를 통해 배출되는 배기가스가 상기 과급기(110)로부터 환원제와 반응하는 상기 선택적 환원촉매 반응기(150)로 이동하는 경로에는 배기가스 가열장치(190)가 구비되는 것을 특징으로 하는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배기가스의 이동 경로에는 상기 과급기(110)로부터 배출된 상기 배기가스와 상기 환원제를 함께 분사하는 분사기(120)가 구비되고,
    상기 배기가스 가열장치(190)는 상기 분사기(120)의 후단 덕트부에 설치되는 것을 특징으로 하는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배기가스 가열장치(190)에는 열전도 코일(191)이 구비되어, 상기 열전도 코일(191)의 발열에 따라 상기 배기가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템.
KR1020100063013A 2010-06-30 2010-06-30 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템 KR101195361B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100063013A KR101195361B1 (ko) 2010-06-30 2010-06-30 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100063013A KR101195361B1 (ko) 2010-06-30 2010-06-30 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120002233A KR20120002233A (ko) 2012-01-05
KR101195361B1 true KR101195361B1 (ko) 2012-10-29

Family

ID=45609686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100063013A KR101195361B1 (ko) 2010-06-30 2010-06-30 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101195361B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102075268B1 (ko) * 2018-10-17 2020-02-07 한국조선해양 주식회사 배기가스의 유해물질 연속 처리 시스템

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101254915B1 (ko) * 2012-05-30 2013-04-18 두산엔진주식회사 선택적 촉매 환원 시스템 및 보조 발전 시스템을 포함한 선박용 동력 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009222005A (ja) 2008-03-18 2009-10-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 低温脱硝装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009222005A (ja) 2008-03-18 2009-10-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 低温脱硝装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102075268B1 (ko) * 2018-10-17 2020-02-07 한국조선해양 주식회사 배기가스의 유해물질 연속 처리 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120002233A (ko) 2012-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10113465B2 (en) Systems and methods to reduce reductant consumption in exhaust aftertreatment systems
KR101497844B1 (ko) 선박용 배기 가스 탈초 장치
EP3283740B1 (en) Engine exhaust emissions treatment system
JP5630024B2 (ja) ディーゼルエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法
US20060179823A1 (en) Piston-type internal combustion engine
KR20160109996A (ko) Scr 시스템
CN102444450B (zh) 用于内燃机的排气系统
CN104718366A (zh) 废气净化系统以及废气净化方法
CN103348105A (zh) 具有后处理系统的贫燃主动点火发动机和方法
RU2009132607A (ru) Способ регенерации сажевых фильтров в системе выпуска отработавших газов работающего на обедненных смесях двигателя внутреннего сгорания и предназначенная для этого система выпуска отработавших газов
JP2013142363A (ja) ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置
EP2072774A1 (en) Compression ignition engine comprising a three way catalyst device
EP3354873B1 (en) System for reducing harmful emissions of an internal combustion engine
US20150113961A1 (en) Diesel Engine Nox Reduction
KR101195361B1 (ko) 저속 디젤엔진 배기가스의 질소산화물 저감을 위한 시스템
CN109891064B (zh) 废气后处理系统
US20100300073A1 (en) PASSIVE NOx AND PM AFTERTREATMENT FOR DIESEL ENGINE
CN107100702B (zh) 用于内燃机废气再处理的方法和装置
CN213270019U (zh) 矿用防爆柴油机尾气净化装置
US20100319323A1 (en) Engine aftertreatment system with exhaust lambda control
KR20170099118A (ko) Scr 시스템
KR101366898B1 (ko) 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템
KR102063677B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
KR102075879B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
KR20170124335A (ko) 순산소 가스 엔진

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151023

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161025

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170914

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181016

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190917

Year of fee payment: 8