KR101300706B1 - 선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화장치 및 방법 - Google Patents
선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
선박 또는 해양 구조물에서 엔진 및 과급기와 연계되어 이용되는 배기가스 정화장치가 개시된다. 이 배기가스 정화장치는, 상기 엔진의 연소 중 발생한 배기가스를 받는 배기가스 리시버와; 상기 과급기의 후단에 배치되어 SCR 촉매 반응에 의해 상기 배기가스 중의 NOx를 저감하는 SCR 리액터와; 상기 배기가스 리시버로부터의 배기가스 일부를 상기 과급기를 거치지 않게 바이패스시키기 위한 바이패스관을 포함한다. 상기 과급기를 거치면서 낮아진 배기가스의 온도를 상기 바이패스관을 통과한 배기가스로 보상한다.
Description
본 발명은 선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, SCR(Selective Catalytic Reduction; 선택적 촉매 환원법)을 이용하며, 2행정 디젤 엔진의 배기가스 정화에 적합한 선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화장치 및 방법에 관한 것이다.
SCR이 선박 또는 해양 구조물의 운전 중 발생하는 배기가스 중의 질소산화물, 즉, NOx의 저감에 이용되고 있다. 예로써, 선박의 엔진, 특히, 2행정 디젤 엔진에서 발생하는 NOx 제거를 위해 SCR이 이용된다. SCR 배기가스 정화장치는, 선택적 촉매 환원법을 이용한 NOx 저감 장치로서, 촉매 중에 배기가스와 환원제를 동시에 통과시키면서 NOx를 환원제와 반응시켜 질소와 수증기로 환원처리하도록 구성된다.
한편, 선박 또는 해양 구조물의 2행정 디젤 엔진의 연소 과정에서 생성된 배기가스는 실리더에서 배기밸브를 통해 배기가스 리시버로 이송된다. 이때, 배기가스 온도는 엔진 타입, 부하(load), 외기 조건 등 다양한 운전 조건에 따라 차이가 있으나, 대략 350℃ 이상의 고온 상태가 적절하다.
따라서, SCR에 적용되는 일반 촉매의 반응 온도를(270~350℃) 고려하여, 배기가스 리시버 (Exhaust gas receiver)와 과급기(turbo charger) 사이에 SCR 리액터를 설치하는 것이 일반적으로 고려되고 있다. 그러나, 이러한 촉매의 반응 온도 제약에 따른 SCR 리액터의 설치 위치 제한으로 인해, 기관실 배치에 많은 어려움이 있고 이에 대한 대안이 요구되고 있다.
저온 촉매의 개발로, 종래에는 과급기(turbo charger)의 후단에 SCR 리액터를 설치한 배기가스 정화장치가 제안되었으나, 이 경우, 고온의 배기가스 리시버 배기가스가 과급기를 구동함에 따라 온도가 낮아져, 대부분 엔진 운전 구역에서 저온촉매가 반응에 필요한 온도보다(250℃ 미만) 낮아지고, SCR 리액터를 설치하더라도 NOx 절감치를 만족할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 고온의 배기가스 리시버 배기가스 일부를 과급기를 거치지 않도록 바이패스시켜, 과급기를 거친 배기가스와 그렇지 않은 고온의 배기가스를 혼합에 의해 SCR 리액터에서의 촉매 환원 반응에 적합한 온도를 (270℃ 이상) 맞출 수 있는 선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따라, 선박 또는 해양 구조물에서 엔진 및 과급기와 연계되어 이용되는 배기가스 정화장치가 제공되며, 상기 배기가스 정화장치는, 상기 엔진의 연소 중 발생한 배기가스를 받는 배기가스 리시버와; 상기 과급기의 후단에 배치되어 SCR 촉매 반응에 의해 상기 배기가스 중의 NOx를 저감하는 SCR 리액터와; 상기 배기가스 리시버로부터의 배기가스 일부를 상기 과급기를 거치지 않게 바이패스시키기 위한 바이패스관을 포함한다. 상기 배기가스 정화장치는 상기 과급기를 거치면서 낮아진 배기가스의 온도를 상기 바이패스관을 통과한 고온의 배기가스로 보상한다.
일 실시예에 따라, 상기 배기가스 정화장치는 상기 바이패스관을 통과하는 배기가스의 양을 조절하기 위해 상기 바이패스관에 설치된 컨트롤 밸브를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 배기가스 정화장치는 상기 SCR 리액터로 들어가기 전의 배기가스를 가열하여 온도를 높이는 히팅 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 일측면에 따라 선박 또는 해양 구조물에서 엔진 및 과급기와 연계하여 엔진 연소 중 발생한 배기가스를 정화하는 배기가스 정화방법이 제공되며, 이 배기가스 정화방법은, SCR 촉매 반응에 의해 상기 배기가스 중의 NOx를 저감하는 SCR 리액터를 상기 과급기의 후단에 배치하고; 상기 과급기를 거쳐 상기 SCR 리액터로 향하는 배기가스 중 일부를 상기 과급기 전단에서 상기 과급기를 거치지 않게 바이패스시키고; 상기 바이패스된 배기가스와 상기 과급기를 거친 배기가스의 혼합에 의해 배기가스의 온도를 상승하여, 그 상승된 온도의 배기가스를 상기 SCR 리액터로 흐르게 한다.
일 실시예에 따라, 적어도 상기 SCR 리액터의 촉매 반응 온도와 상기 엔진의 타입을 고려하여 상기 바이패스되는 배기가스의 양이 결정된다.
일 실시예에 따라, 상기 SCR 리액터를 나온 배기가스 중의 폐열을 회수하여 이용한다.
일 실시예에 따라, 상기 SCR 리액터로 들어가기 전의 배기가스를 별도의 히팅 유닛으로 가열한다.
본 발명에 따르면, 배기가스 일부를 과급기를 거치지 않도록 바이패스시켜, 과급기를 거친 배기가스와 그렇지 않은 배기가스의 혼합하여, 그 혼합된 배기가스를 SCR 리액터로 공급할 수 있으며, 이에 의해, 배기가스의 온도가 과급기를 거치면서 낮아지더라도, 바이패스된 배기가스에 의해 전체 배기가스의 온도는 촉매 환원 반응에 적합한 온도가 된다. 이는 과급기 후단 측에 SCR 리액터를 두어도, SCR 촉매 반응에 의한 NOx 저감이 효율적으로 이루어질 수 있도록 해주며, SCR 리액터가 기관실 데크(deck) 혹은 엔진 케이싱(Engine casing)에 설치됨으로써 야기되는 기존의 공간적인 설치 제약 문제를 해결한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 또는 해양구조물의 배기가스 정화장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 또는 해양구조물의 배기가스 정화장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 또는 해양구조물의 배기가스 정화장치를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면에 있어서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 또는 해양구조물의 배기가스 정화장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 선박 또는 해양구조물에 설치되는 2행정 디젤 엔진(1)과 과급기(turborcharger; 2)를 볼 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 상기 엔진(1) 및 상기 과급기(2)와 연계되어 이용되며, 상기 엔진(1) 연소시 발생된 배기가스 중의 NOx를 저감하도록 구성된다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 상기 엔진(1)의 일측에 마련되어 엔진(1) 연소시 발생한 배기가스를 받는 배기가스 리시버(10)와, 주 배기라인(20)을 통해 상기 배기가스 리시버(10) 및 그 후단의 과급기(2)를 거친 배기가스를 촉매 환원처리하여 NOx를 저감하는 SCR 리액터(30)를 포함한다. 상기 SCR 리액터(30) 내에는 저온 또는 일반 촉매가 내장되어 있다. 또한, 상기 SCR 리액터(30)의 촉매 반응을 위해, 환원제로서 우레아 또는 암모니아 등이 이용될 수 있다.
또한, 상기 배기가스 정화장치는 배기가스 리시버(10)로부터의 배기가스 일부를 상기 과급기(2)를 거치지 않도록 바이패스시켜 상기 SCR 리액터(30)로 보내기 위한 배기가스 바이패스관(22)을 포함한다. 상기 바이패스관(22)은 과급기(2)의 전단에서 상기 주 배기라인(20)으로부터 분기된 후 상기 과급기(2)와 SCR 리액터(30) 사이에서 상기 주 배기라인(20)에 다시 통합된다.
도 1에 있어서, 도면부호 "2a" 및 "1a"는 각각 소기 에어 라인과 소기 에어 리시버를 나타내며, 이들은 본 발명과 직접적인 관련성이 적고 일반적인 구성이므로 그 구체적인 설명이 생략된다.
부가적으로, 상기 배기가스 정화장치는 상기 바이패스관(22)에 설치되는 컨트롤 밸브(24)를 포함한다. 상기 컨트롤 밸브(24)는 유량 조절 밸브일 수 있으며, 상기 바이패스관(22)을 통해 과급기(2)를 거치지 않고 SCR 리액터(30)로 향하는 배기가스의 양을 제어한다.
또한, 상기 배기가스 정화장치는 상기 SCR 리액터(30)의 후단에 설치되어, SCR 리액터(30)를 지난 배기가스 중의 폐열을 회수하는 폐열 회수부(40)를 포함한다.
전술한 구성에 따르면, 상기 엔진(1)의 연소 과정에서 생성된 배기가스는 엔진(1) 내 실리더에서 배기밸브를 통해 상기 배기가스 리시버(10)로 이송된다. 이때의 배기가스 온도는 엔진(1)의 타입, 부하(load), 외기 조건 등 운전 조건에 따라 차이가 있으나, 약 350℃도 이상의 고온으로 SCR 리액터의 운전에 적합하다.
배기가스 리시버(10)에서의 배기가스 온도가 SCR 리액터의 일반촉매 환원 반응에 적합한 온도이므로, 앞의 배경기술에서도 설명한 바와 같이, 종래에는 SCR 리액터에 적용되는 촉매의 반응 온도를 고려하여, 배기가스 리시버와 과급기 사이에 SCR 리액터를 설치하는 것이 고려되었다. 그러나, 이러한 종래의 고려는 기관실 배치에 많은 어려움이 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 과급기(2)의 후단으로 SCR 리액터(30)를 옮기고도, SCR 리액터(30)의 촉매 반응에 충분한 온도의 배기가스를 공급할 수 있도록 구성되며, 이는 바이스패스 관(22) 등 추가적인 구성에 의해 가능하다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 배기가스 리시버(10)로부터 나온 배기가스는 상기 과급기(2)를 거치면서 온도가 크게 낮아지며, 상기 과급기(2)만을 거친 배기가스의 온도는 SCR 리액터(30)의 저온촉매 반응 온도보다 낮아질 수 있고, 따라서, 이 배기가스만으로는 SCR 리액터(30)에서 원하는 촉매 반응을 일으켜 향후 강화되는 NOx규제치를 전 운전 구역에서 만족하기 렵다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 배기가스 리시버(10)에서 과급기(2)로 공급되는 배기가스 중 일부가 바이패스관(22)을 통해 바이패스되어 과급기(2)를 거치지 않음으로써, 큰 온도 저감 없이 과급기(2)를 거친 낮은 온도의 배기가스와 혼합된다. 이 혼합 배기가스는, 과급기(2)를 거치지 않은 고온의 배기가스를 포함하므로, SCR 리액터(30)의 촉매 반응이 가능한 온도로(270℃ 이상) SCR 리액터(30) 내에 들어갈 수 있다.
더 나아가, 상기 바이패스관(22)에 설치된 컨트롤 밸브(24)를 이용하여, 혼합 배기가스 중 바이패스관(22)을 통한 고온 배기가스의 바이패스량을 높이거나 줄일 수 있으므로, 상기 SCR 리액터(30)의 반응 온도에 맞게 혼합 배기가스의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, SCR 리액터(30) 내 촉매가 (약 250℃ 반응 온도의) 저온 촉매인지 또는 (약 270~350℃ 반응 온도의) 일반 촉매인지 여부를 고려하여, 상기 컨트롤 밸브(24)를 조절함으로서, 바이패스관(22)을 통과하는 배기가스 양 및 그로 인한 혼합 배기가스의 온도를 조절할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, SCR 리액터(30)를 과급기(2)의 후단에 설치하더라도, SCR 촉매의 반응에 필요한 온도로 배기가스의 온도를 상승시켜줄 수 있다. 이는, 앞에서 설명한 바와 같이, 배기가스 리시버(10)에서 과급기(2)로 공급되는 배기가스 일부를 과급기(2)를 거치지 않게 배기가스 바이패스관(22)을 통해 바이패스시켜 SCR 리액터(30)에 보냄으로써 가능하다.
전술한 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 이용하여 배기가스를 정화하는 방법에 있어서, 우선적으로 엔진의 타입과 부하별 SCR 촉매가 반응 가능한 온도가 파악되어야 한다. 또한, 이러한 파악이 이루어졌다면, 바이패스관(22)을 통한 배기가스의 바이패스 량이 확정되어야 한다. 이에 더하여, SCR 촉매(저온 또는 일반 촉매)의 가격 및 운전비용에 따라, 배기가스의 바이패스 량의 조절될 수 있다. 또한, 2행정 디젤 엔진의 연료 소모량 증가분이 배기가스의 바이패스 량을 정하는데 고려될 수 있다. 필요한 경우, 엔진 부하별로 별도 배기가스 바이패스량을 관련 규제 요구 사항을 만족하는 범위 내에서 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 또는 해양구조물의 배기가스 정화장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 배기가스의 온도를 추가로 더 상승시키는 수단으로서 히팅 유닛(50)을 더 포함한다. 본 실시예에서, 상기 히팅 유닛(50)은 상기 과급기(2)를 거친 배기가스를 가열하도록 상기 과급기(2)의 후단 측에 배치될 수 있다. 히팅 유닛(50)에 의해 과급기(2)를 거치는 배기가스의 온도가 상승하므로 바이패스관(22)을 통한 배기가스의 바이패스량을 줄이는 것이 가능하다. 이때, 상기 히팅 유닛(50)은 필요한 경우에만 작동하도록 할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 히팅 유닛(50)이 상기 과급기(2)를 바로 거친 배기가스를 가열하도록 설치되지만, 이는 하나의 실시예일 뿐, 상기 히팅 유닛(50)이 바이패스되는 배기가스를 가열하도록 바이패스관(22)에 설치될 수 있고, 상기 SCR 리액터(30)의 바로 앞단에 설치되는 혼합 배기가스를 가열하도록 설치될 수도 있다. 상기 히팅 유닛(50)은 소형 버너일 수 있으며, 대안적으로 폐열 또는 기타 다른 열원을 이용하는 열교환기일 수도 있다.
1: 2행정 디젤 엔진 2: 과급기(turborcharger)
10: 배기가스 리시버 20: 주 배기라인
22: 바이패스관 24: 컨트롤 밸브
30: SCR 리액터 40: 폐열 회수부
50: 히팅 유닛
10: 배기가스 리시버 20: 주 배기라인
22: 바이패스관 24: 컨트롤 밸브
30: SCR 리액터 40: 폐열 회수부
50: 히팅 유닛
Claims (7)
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- 선박 또는 해양 구조물에서 엔진 및 과급기와 연계되어 이용되는 배기가스 정화장치로서,
상기 엔진의 연소 중 발생한 배기가스를 받는 배기가스 리시버와;
상기 과급기의 후단에 배치되어 SCR 촉매 반응에 의해 상기 배기가스 중의 NOx를 저감하는 SCR 리액터와;
상기 배기가스 리시버로부터의 배기가스 일부를 상기 과급기를 거치지 않게 바이패스시키기 위한 바이패스관과;
상기 바이패스관을 통과하는 배기가스의 양을 조절하기 위해 상기 바이패스관에 설치된 컨트롤 밸브와;
상기 SCR 리액터로 들어가기 전의 배기가스를 가열하여 온도를 높이는 히팅 유닛을 포함하고,
상기 히팅 유닛은 상기 배기 가스의 폐열을 이용하는 열교환기로 적용되고, 상기 과급기를 거치면서 낮아진 배기가스의 온도를 상기 바이패스관을 통과한 배기가스로 보상하는 것을 특징으로 하는 선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화장치. - 삭제
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- 선박 또는 해양 구조물에서 엔진 및 과급기와 연계하여 엔진 연소 중 발생한 배기가스를 정화하는 방법으로서,
SCR 촉매 반응에 의해 상기 배기가스 중의 NOx를 저감하는 SCR 리액터를 상기 과급기의 후단에 배치하고;
상기 과급기를 거쳐 상기 SCR 리액터로 향하는 배기가스 중 일부를 상기 과급기 전단에서 상기 과급기를 거치지 않게 바이패스시키고;
상기 바이패스된 배기가스와 상기 과급기를 거친 배기가스의 혼합에 의해 배기가스의 온도를 상승시켜, 그 상승된 온도의 배기가스를 상기 SCR 리액터로 흐르게 하며,
적어도 상기 SCR 리액터의 촉매 반응 온도와 상기 엔진의 타입을 고려하여 상기 바이패스되는 배기가스의 양을 결정하며,
상기 SCR 리액터로 들어가기 전의 배기가스를 별도의 히팅 유닛으로 가열하고, 상기 히팅 유닛은 상기 배기 가스의 폐열을 이용하는 열교환기로 적용되는 것을 특징으로 하는 선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화방법.
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| KR1020110074565A KR101300706B1 (ko) | 2011-07-27 | 2011-07-27 | 선박 또는 해양 구조물의 배기가스 정화장치 및 방법 |
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Patent Citations (3)
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