KR101374156B1 - 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스의 탈질을 위한 다수의 SCR 탈질시스템의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 탈질시스템에서 탈질과정을 거쳐 각 배기관을 통해 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 하나의 아울렛분석기를 통해 각 탈질시스템의 환원제 분사량을 제어할 수 있도록 하는 제어방법으로서, 특히 각 탈질시스템들의 시운전시 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정한 후 이를 이용해 하나의 아울렛분석기를 통해 다수의 탈질시스템의 최종 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 과정에서의 간격에도 불구하고 다수의 탈질시스템에서의 환원제 분사량 제어를 실시간으로 할 수 있고, 다수의 탈질시스템의 실제 운전 과정에서 각 배기관들로부터 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하는 과정에서, 해당 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 앞서 미리 설정되어 있던 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정함으로써 각 탈질시스템에 대한 적정한 환원제 분사량을 실시간 상황변화에 따라 즉각적으로 변동제어할 수 있는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법에 관한 것이다.

Description

하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법{A Multi-SCR System using One Outlet Analyzer and Control Method thereof}
본 발명은 배기가스의 탈질을 위한 다수의 SCR 탈질시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 탈질시스템에서 탈질과정을 거쳐 각 배기관을 통해 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 하나의 아울렛분석기를 통해 각 탈질시스템의 환원제 분사량을 제어할 수 있도록 하는 제어방법으로서, 특히 각 탈질시스템들의 시운전시 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정한 후 이를 이용해 하나의 아울렛분석기를 통해 다수의 탈질시스템의 최종 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 과정에서의 간격에도 불구하고 다수의 탈질시스템에서의 환원제 분사량 제어를 실시간으로 할 수 있고, 다수의 탈질시스템의 실제 운전 과정에서 각 배기관들로부터 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하는 과정에서, 해당 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 앞서 미리 설정되어 있던 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정함으로써 각 탈질시스템에 대한 적정한 환원제 분사량을 실시간 상황변화에 따라 즉각적으로 변동제어할 수 있는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
화석연료를 엔진에서 연소하여 열원 및 동력을 얻는 과정을 통해 배출되는 배기가스 내에는 불가피하게 광스모그, 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 밝혀진 질소산화물(NOx) 성분이 포함되어 있어 이로 인한 환경문제가 심각하게 지적되고 있다. 따라서, 최근 이러한 질소산화물(NOx) 성분 배출규제가 강화되고 있으며, 이에 대응하여 여러 가지 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거 기술이 활용되고 있는데, 그 중 특히 암모니아를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법)기술이 다양하게 적용되고 있다.
이러한 SCR 탈질시스템은 도 1을 참조하면, 엔진(91)으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 사용되는 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 혼합챔버(93) 내에 분사시켜 배기가스와 환원제를 혼합시킨 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다.
이때, 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에서는 다수의 탈질시스템이 병렬적으로 배치되어 사용되는 경우에도 통상 각 탈질시스템 별로 상기 반응기(94)를 거쳐 최종 배출되는 배기가스가 흐르는 배기관(92)의 관로 상에 최종 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 측정하는 아울렛분석기(98)을 각각 설치하여 최종 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양이 기준치 이내인지를 체크한 후 기준치를 초과하는 경우 이를 토대로 각 탈질시스템에서 분사되는 환원제의 양을 제어하는데 활용하고 있다. 이와 같이 종래에 다수의 탈질시스템 별로 각각 아울렛분석기(98)를 설치하여 사용하는 것은 만약, 하나의 아울렛분석기(98)를 다수의 탈질시스템의 최종 배기관(92)에 모두 연결시켜 사용하는 경우라면, 하나의 아울렛분석기(98)가 여러 탈질시스템의 각 배기관(92)들에 대해 순차적으로 측정하는 과정에서 발생하는 간격(interval) 때문에 각 탈질시스템에서의 질소산화물의 변동값이 실시간으로 피드백할 수 없게 되어(즉, 특정 탈질시스템을 기준으로 보면, 아울렛분석기(98)가 다른 탈질시스템의 배기관(92)에서의 질소산화물의 양을 측정하는 동안에는 해당 탈질시스템에서의 엔진(91)의 로드변화 등에 따른 최종 배출되는 배기가스 내의 질소산화물의 변동값을 실시간으로 피드백할 수 없게 됨), 그로 인해 각 탈질시스템별 엔진의 로드변화 등에 따른 즉각적이고 정확한 실시간 제어가 느려지게 되는 문제가 발생하기 때문이다. 따라서, 설사 종래에 다수의 탈질시스템에 하나의 아울렛분석기(98)를 연결시켜 사용하는 경우라 하더라도, 이는 단순히 각 탈질시스템에서의 배출되는 질소산화물의 값에 대한 모니터링을 위한 것일 뿐, 이를 통해 각 탈질시스템에 대한 환원제 분사량의 실시간 변동제어에 활용되는 것은 아니다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 다수의 탈질시스템에서 탈질과정을 거쳐 각 배기관을 통해 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 하나의 아울렛분석기를 통해 각 탈질시스템의 환원제 분사량을 제어할 수 있는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각 탈질시스템들의 시운전시 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정한 후 이를 이용해 하나의 아울렛분석기를 통해 다수의 탈질시스템의 최종 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 과정에서의 간격에도 불구하고 다수의 탈질시스템에서의 환원제 분사량 제어를 실시간으로 할 수 있는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 탈질시스템의 실제 운전 과정에서 각 배기관들로부터 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하는 과정에서, 해당 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 앞서 미리 설정되어 있던 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정함으로써 각 탈질시스템에 대한 적정한 환원제 분사량을 실시간 상황변화에 따라 즉각적으로 변동제어할 수 있는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 탈질시스템에 연결된 엔진에 주입되는 연료량을 최대연료량으로 나누어 산출되는 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우에는 이에 대한 경고신호를 생성하여 전송하도록 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템은 다수의 탈질시스템의 배기관들에 연결되어 각 배기관에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 측정하는 하나의 아울렛분석기; 상기 아울렛분석기에서 전송되는 정보를 토대로 각 탈질시스템별로 분사노즐을 통해 혼합챔버에 분사되는 환원제 분사량을 설정 및 보정하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 다수의 탈질시스템의 시운전시 배기관들에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기가 순차적으로 측정하여 전송하는 정보를 통해 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정하는 분사량설정모듈과, 다수의 탈질시스템의 운전시 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기가 순차적으로 측정하여 전송하는 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 상기 분사량설정모듈에서 설정된 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정하는 분사량보정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 탈질시스템에 있어서 상기 분사량설정모듈은 시운전시 상기 아울렛분석기에서 측정되는 측정값을 기준으로 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율 및 그에 따라 배기가스에 분사되는 환원제의 양을 일정 구간별로 나누어 각 구간별 엔진로드 비율 및 환원제의 양에 대한 최소값과 최대값을 설정하는 구간별최대최소설정모듈과, 상기 구간별최대최소설정모듈에서 설정된 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차를 분모로 하고 환원제 양의 최대값과 최소값의 차를 분자로 하여 나눈 값에 엔진로드 비율을 곱하여 산출되는 함수산출값을 각 탈질시스템별로 유입되는 배기가스의 양에 따른 환원제 분사량으로 설정하는 분사량산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 탈질시스템에 있어서 상기 분사량보정모듈은 다수의 탈질시스템들의 실제 운전시 각 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정한 후 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 보정값을 산출하는 보정값산출모듈과, 상기 분사량산출모듈에서 설정된 환원제 분사량에 상기 보정값산출모듈에서 산출된 보정값을 곱하여 환원제 분사량을 보정하는 보정연산모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 탈질시스템에 있어서 상기 보정값산출모듈에서 산출하는 보정값은 최소 0.8 ~ 최대 1.2 사이로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 탈질시스템에 있어서 상기 제어부는 각 탈질시스템에 연결된 엔진에 주입되는 연료량을 최대연료량으로 나누어 산출되는 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우 경고신호를 생성하여 전송하는 경고모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법은 다수의 탈질시스템의 시운전시 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하여 이를 통해 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정하는 제1단계; 다수의 탈질시스템의 운전시 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하여 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 상기 제1단계에서 설정된 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법에 있어서 상기 제1단계는 시운전시 상기 아울렛분석기에서 측정되는 측정값을 기준으로 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율 및 그에 따라 배기가스에 분사되는 환원제의 양을 일정 구간별로 나누어 각 구간별 엔진로드 비율 및 환원제의 양에 대한 최소값과 최대값을 설정하는 제1-1단계와, 상기 제1-1단계에서 설정된 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차를 분모로 하고 환원제 양의 최대값과 최소값의 차를 분자로 하여 나눈 값에 엔진로드 비율을 곱하여 산출되는 함수산출값을 각 탈질시스템별로 유입되는 배기가스의 양에 따른 환원제 분사량으로 설정하는 제1-2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법에 있어서 상기 제2단계는 다수의 탈질시스템들의 실제 운전시 각 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정한 후 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 보정값을 산출하는 제2-1단계와, 상기 제1-2단계에서 설정된 환원제 분사량에 상기 제2-1단계에서 산출된 보정값을 곱하여 환원제 분사량을 보정하는 제2-2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법에 있어서 상기 제2-1단계에서의 보정값은 최소 0.8 ~ 최대 1.2 사이로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법에 있어서 각 탈질시스템에 연결된 엔진에 주입되는 연료량을 최대연료량으로 나누어 산출되는 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우 경고신호를 생성하여 전송하는 제3단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 다수의 탈질시스템에서 탈질과정을 거쳐 각 배기관을 통해 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 하나의 아울렛분석기를 통해 각 탈질시스템의 환원제 분사량을 제어할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 각 탈질시스템들의 시운전시 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정한 후 이를 이용해 하나의 아울렛분석기를 통해 다수의 탈질시스템의 최종 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 과정에서의 간격에도 불구하고 다수의 탈질시스템에서의 환원제 분사량 제어를 실시간으로 할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 다수의 탈질시스템의 실제 운전 과정에서 각 배기관들로부터 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하는 과정에서, 해당 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 앞서 미리 설정되어 있던 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정함으로써 각 탈질시스템에 대한 적정한 환원제 분사량을 실시간 상황변화에 따라 즉각적으로 변동제어할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 각 탈질시스템에 연결된 엔진에 주입되는 연료량을 최대연료량으로 나누어 산출되는 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우에는 이에 대한 경고신호를 생성하여 전송하는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 SCR 탈질시스템의 구조를 도시한 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 구조를 도시한 구조도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법의 블럭도
도 4는 제1단계에서 설정된 환원제 분사량 테이블
도 5는 도 4의 일 예를 도시한 환원제 분사량 테이블
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법의 블럭도
이하에서는 본 발명에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 다수의 탈질시스템의 각 엔진()으로부터 배출되는 배기가스의 통로인 배기관(62)들에 연결되어 각 배기관(62)에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 측정하는 하나의 아울렛분석기(69); 상기 아울렛분석기(69)에서 전송되는 정보를 토대로 각 탈질시스템별로 분사노즐(661)을 통해 혼합챔버(64)에 분사되는 환원제 분사량을 설정 및 보정하는 제어부(68);를 포함하며, 상기 제어부(68)는 다수의 탈질시스템의 시운전시 배기관(62)들에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기(69)가 순차적으로 측정하여 전송하는 정보를 통해 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정하는 분사량설정모듈(681)과, 다수의 탈질시스템의 운전시 배기관(62)들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기(69)가 순차적으로 측정하여 전송하는 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 상기 분사량설정모듈(681)에서 설정된 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정하는 분사량보정모듈(682)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 시스템의 제어방법은 다수의 탈질시스템의 시운전시 각 배기관(62)들에서 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 양을 하나의 아울렛분석기(69)를 이용하여 순차적으로 측정하여 이를 통해 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정하는 제1단계(S1); 다수의 탈질시스템의 실제 운전시 각 배기관(62)들에서 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 양을 하나의 아울렛분석기(69)를 이용하여 순차적으로 측정하여 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 상기 제1단계(S1)에서 설정된 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정하는 제2단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 위 제어방법에서 상기 제1단계(S1), 제2단계(S2) 및 후술할 제3단계(S3)는 각 탈질시스템 운용의 전반적 제어를 담당하는 상기 제어부(68)를 통해 이루어지게 된다. 이하에서는 본 발명에 따른 위 시스템 및 그 제어방법에 대해 함께 설명하도록 한다.
앞서 종래기술에서 설명한 바와 같이, 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거를 위해 특히 요소(암모니아)를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 엔진(91)에서 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 배기가스가 흐르는 혼합챔버(93) 내로 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 분사시켜 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스를 생성한 후, 해당 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다(참고로, 이와 같은 구조는 본 발명의 각 탈질시스템에서도 동일하며, 따라서 본 발명의 각 탈질시스템을 이루는 혼합챔버(64), 반응기(65), SCR촉매(651) 및 분사노즐(661)에 대한 설명은 생략하도록 한다). 한편, 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에서는 다수의 탈질시스템이 병렬적으로 배치되어 사용되는 경우에도 통상 각 탈질시스템 별로 상기 반응기(94)를 거쳐 최종 배출되는 배기가스가 흐르는 배기관(92)의 관로 상에 최종 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 측정하는 아울렛분석기(98)을 각각 설치하여 최종 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양이 기준치 이내인지를 체크한 후 기준치를 초과하는 경우 이를 토대로 각 탈질시스템에서 분사되는 환원제의 양을 제어하는데 활용하는 구조를 취하고 있는데, 이와 같이 종래에 다수의 탈질시스템 별로 각각 아울렛분석기(98)를 설치하여 사용하는 것은 만약, 하나의 아울렛분석기(98)를 다수의 탈질시스템의 최종 배기관(92)에 모두 연결시켜 사용하는 경우라면, 하나의 아울렛분석기(98)가 여러 탈질시스템의 각 배기관(92)들에 대해 순차적으로 측정하는 과정에서 발생하는 간격(interval) 때문에 각 탈질시스템에서의 질소산화물의 변동값이 실시간으로 피드백할 수 없게 되어(즉, 특정 탈질시스템을 기준으로 보면, 아울렛분석기(98)가 다른 탈질시스템의 배기관(92)에서의 질소산화물의 양을 측정하는 동안에는 해당 탈질시스템에서의 엔진(91)의 로드변화 등에 따른 최종 배출되는 배기가스 내의 질소산화물의 변동값을 실시간으로 피드백할 수 없게 됨), 그로 인해 각 탈질시스템별 엔진의 로드변화 등에 따른 즉각적이고 정확한 실시간 제어가 느려지게 되는 문제가 발생하기 때문이다. 따라서, 설사 종래에 다수의 탈질시스템에 하나의 아울렛분석기(98)를 연결시켜 사용하는 경우라 하더라도, 이는 단순히 각 탈질시스템에서의 배출되는 질소산화물의 값에 대한 모니터링을 위한 것일 뿐, 이를 통해 각 탈질시스템에 대한 환원제 분사량의 실시간 변동제어에 활용되는 것은 아니라 할 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법에서는 위와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 먼저, 각 탈질시스템들의 시운전시 각 배기관(62)들에서 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 양을 하나의 아울렛분석기(69)를 이용하여 순차적으로 측정(도 2 참조)한 값을 토대로 제어부(68)에서 미리 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정(도 4 및 5 참조)한 다음, 이를 이용해 하나의 아울렛분석기(69)를 통해 다수의 탈질시스템들의 실제 운전시 각 배기관(62)에서 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 과정에서의 간격에도 불구하고 다수의 탈질시스템에서의 환원제 분사량 제어를 실시간으로 제어 및 보정할 수 있도록 한다.
먼저, 각 탈질시스템별 시운전시에 각 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 미리 설정하는 상기 제1단계(S1)는, 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 탈질시스템에서 각각 탈질처리된 최종 배출가스가 배출되는 각각의 배기관(62) 모두에 하나의 아울렛분석기(69)가 연결되는 구조하에서, 각 탈질시스템의 시운전(본격적인 실제 운전에 들어가기 전 예비적으로 시험운전하는 경우)시 상기 아울렛분석기(69)에서 측정되는 측정값을 기준으로 상기 분사량설정모듈(681)의 구간별최대최소설정모듈(6811)을 통해 각 탈질시스템 별로 엔진로드(엔진로드란, 각 엔진별 주입되는 연료량을 해당 엔진의 최대연료량으로 나누어 산출되는 값을 의미함) 비율 및 그에 따라 배기가스에 분사되는 환원제의 양을 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 일정 구간별로 나누어 각 구간별 엔진로드 비율 및 환원제의 양에 대한 최소값과 최대값을 설정하는 제1-1단계(S11)와, 상기 분사량설정모듈(681)의 분사량산출모듈(6812)을 통해 상기 제1-1단계(S11)에서 설정된 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차를 분모로 하고 환원제 양의 최대값과 최소값의 차를 분자로 하여 나눈 값에 엔진로드 비율을 곱하여 산출되는 함수산출값을 각 탈질시스템별로 유입되는 배기가스의 양에 대한 환원제 분사량으로 설정하는 제1-2단계(S12)로 이루어질 수 있다.
상기 제1-1단계(S11)에서는 각 탈질시스템의 시운전 과정의 전반에 걸쳐 상기 아울렛분석기(69)를 통해 각 탈질시스템의 배기관(62)으로 최종 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 측정하여, 그 측정값의 변화를 기준으로 상기 분사량설정모듈(681)의 구간별최대최소설정모듈(6811)을 통해 각 탈질시스템 별로 엔진로드의 변화에 따라 배기가스에 분사되는 환원제의 양을 어떤 범위로 조절하였을 때 기준치에 부합하는 질소산화물의 양이 도출되는지를 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 일정 구간별로 나누어 각 구간별 엔진로드 비율 및 환원제의 양에 대한 최소값과 최대값을 설정하게 된다. 일 예로, 도 5를 참조하면, 엔진로드 비율이 0% 에서 15% 이내인 구간에서는 분사되는 환원제의 양을 최소 0㎏/hr 에서 최대 6㎏/hr로 설정하고, 엔진로드 비율이 15% 에서 30% 이내인 구간에서는 분사되는 환원제의 양을 최소 6㎏/hr 에서 최대 12㎏/hr로 설정하고, 엔진로드 비율이 30% 에서 50% 이내인 구간에서는 분사되는 환원제의 양을 최소 12㎏/hr 에서 최대 19㎏/hr로 설정하고, 엔진로드 비율이 50% 에서 75% 이내인 구간에서는 분사되는 환원제의 양을 최소 19㎏/hr 에서 최대 28㎏/hr로 설정하고, 엔진로드 비율이 75% 에서 9% 이내인 구간에서는 분사되는 환원제의 양을 최소 28㎏/hr 에서 최대 38㎏/hr로 설정하는 등 총 5개의 구간별 엔진로드 비율 및 환원제의 양에 대한 최소값과 최대값을 설정하는 예를 볼 수 있다.
상기 제1-2단계(S12)에서는 상기 분사량설정모듈(681)의 분사량산출모듈(6812)을 통해 상기 제1-1단계(S11)에서 설정된 특정 구간의 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차를 분모로 하고 역시 상기 제1-1단계(S11)에서 설정된 해당 구간의 환원제 양의 최대값과 최소값의 차를 분자로 하여 나눈 값에 엔진로드 비율을 곱하여 산출되는 함수산출값을 각 탈질시스템별로 유입되는 배기가스의 양에 대한 환원제 분사량으로 설정하게 된다. 즉, 도 5를 참조하여 일 예를 들어 설명하면, 만약 실시간 측정되는 엔진로드 비율이 10%인 경우라면 해당 엔진로드 비율(10%)이 도 5의 미리 설정된 테이블에서 속하는 구간(엔진로드 비율이 0% 에서 15% 이내인 구간)에서의 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차인 15(즉, 15-0=15)를 분모로 하고 해당 구간의 환원제 양의 최대값과 최소값의 차인 6(즉, 6-0=6)을 분자로 하여 나눈 값에 측정된 실시간 엔진로드 비율인 10을 곱하여 산출되는 함수산출값 4㎏/hr(즉, (6/15)*10=4)가 현 시점에서 배기가스에 분사되는 환원제의 분사량으로 상기 제1-2단계(S12)를 통해 설정되게 되고, 만약 실시간 측정되는 엔진로드 비율이 40%인 경우라면 해당 엔진로드 비율(40%)이 도 5의 미리 설정된 테이블에서 속하는 구간(엔진로드 비율이 30% 에서 50% 이내인 구간)에서의 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차인 20(즉, 50-30=20)를 분모로 하고 해당 구간의 환원제 양의 최대값과 최소값의 차인 7(즉, 19-12=7)을 분자로 하여 나눈 값에 측정된 실시간 엔진로드 비율인 40을 곱하여 산출되는 함수산출값 14㎏/hr(즉, (7/20)*40=14)가 현 시점에서 배기가스에 분사되는 환원제의 분사량으로 상기 제1-2단계(S12)를 통해 설정되게 된다. 따라서, 이와 같은 플로우를 통해 각 탈질시스템 별로 상기 제1-1단계(S11)에서 설정된 테이블과 상기 제1-2단계(S12)에서 설정되는 함수산출값을 이용하게 되면, 다수의 탈질시스템이 운용되는 경우에도 실시간 측정되는 각 탈질시스템 별 엔진로드 비율 변화에 따라 필요한 환원제 분사량을 실시간으로 분사,제어할 수 있게 된다.
또한, 각 탈질시스템별 실제 운전시 상기 분사량보정모듈(682)을 통해 상기 제1단계(S1)에서 설정된 각 탈질시스템별 환원제 분사량에 발생하는 편차를 보정하여 엔진로드 변화에 따른 실시간 피드백이 이루어지도록 하는 제2단계(S2)는, 다수의 탈질시스템들의 실제 운전시 각 배기관(62)들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기(69)를 이용하여 순차적으로 측정한 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 상기 분사량보정모듈(682)의 보정값산출모듈(6821)에서 보정값을 산출하는 제2-1단계(S21)와, 상기 분사량보정모듈(682)의 보정연산모듈(6822)을 통해 상기 제1-2단계(S12)에서 설정된 환원제 분사량에 상기 제2-1단계(S21)에서 산출된 보정값을 곱하여 환원제 분사량을 보정하는 제2-2단계(S22)로 이루어질 수 있다.
상기 제2-1단계(S21)는 상기 아울렛분석기(69)를 이용하여 다수의 탈질시스템들의 실제 운전시 각 배기관(62)들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하여 얻어지는 측정값과 질소산화물의 배출기준치를 상기 분사량보정모듈(682)의 보정값산출모듈(6821)에서 대비하여, 측정값이 배출기준치와 차이 나는 정도를 최소 0.8에서 최대 1.2 사이로 설정하여 산출되는 보정값을 계산해내는 과정이다. 즉 일 예로, 상기 아울렛분석기(69)를 이용하여 순차적으로 측정하여 얻어지는 질소산화물의 양들 중 특정 탈질시스템에서 측정된 질소산화물의 측정값이 15로 해당 질소산화물의 배출기준치인 10을 50% 초과하는 경우에 대해 상기 제2-1단계(S21)에서 배기가스의 탈질을 위해 분사되는 환원제의 분사량에 대한 추가적인 보정값으로 1.1을 설정하여 산출한다면, 만약 측정된 질소산화물의 측정값이 12.5로 해당 질소산화물의 배출기준치인 10을 25% 초과하는 경우에 대해서는 상기 제2-1단계(S21)에서는 배기가스의 탈질을 위해 분사되는 환원제의 분사량에 대한 추가적인 보정값으로 1.05을 설정하여 산출하는 식으로, 아울렛분석기(69)를 통해 측정되는 측정값과 배출기준치 사이의 차이 나는 정도를 최소 0.8에서 최대 1.2 사이에서 비례제어 형태로 산출하게 된다. 상기 제2-1단계(S21)에서 산출하는 보정값의 최소와 최대를 각각 0.8~1.2 사이로 한정하는 것은 보정에 의한 환원제 분사량의 급격한 증감을 방지하여 그로 인한 부수적인 탈질시스템에서의 부작용 발생이나 대기오염 증대 등의 문제를 예방할 수 있게 하기 위함이다.
상기 제2-2단계(S22)는 상기 분사량보정모듈(682)의 보정연산모듈(6822)을 통해 상기 제1-2단계(S12)에서 설정된 환원제 분사량에 상기 제2-1단계(S21)에서 산출된 보정값을 곱하여 환원제 분사량을 보정하는 과정이다. 즉, 상기 제1-2단계(S12)에서 설정된 환원제 분사량에 따라 특정 탈질시스템에서 환원제가 분사되고 있음에도 불구하고 상기 아울렛분석기(69)에서 실제 측정되는 해당 탈질시스템에서의 최종 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양이 배출기준치와 괴리를 보이고 있다면, 이를 반영하여 상기 제2-1단계(S21)에서 상기 제1-2단계(S12)에서 설정된 환원제 분사량에 대한 보정값을 산출하였기 때문에, 상기 제2-2단계(S22)에서는 상기 제1-2단계(S12)에서 설정된 환원제 분사량에 상기 제2-1단계(S21)에서 산출된 보정값을 곱한 값으로 현재 해당 탈질시스템 내에 분사되고 있는 환원제 분사량을 조절(제어)함으로써, 실시간으로 배출되는 질소산화물의 양이 배출기준치에 부합할 수 있게 제어할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에서는 상기 제1단계(S1) 과정을 통해 다수의 탈질시스템의 시운전 과정에서 상기 아울렛분석기(69)를 통한 측정값을 기준으로 하여 각 탈질시스템별 엔진로드 변화량에 따른 환원제 분사량을 설정한 후 실제 각 탈질시스템의 운용시 상기 제1-2단계(S12)에서 설정된 환원제 분사량에 따라 실시간으로 환원제 분사량이 제어되며, 또한 실제 각 탈질시스템이 운용되는 과정에서 상기 아울렛분석기(69)를 통해 각 탈질시스템에서 최종 배출되는 질소산화물의 양을 순차적으로 측정한 값을 토대로 상기 제2단계(S2) 과정을 통해 분사되는 환원제 분사량에 대한 정밀한 보정으로 환원제 분사량을 조절(제어)함으로써, 하나의 아울렛분석기(69)를 통해 다수의 탈질시스템의 최종 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 순차적으로 측정하는 과정에서의 간격에도 불구하고 다수의 탈질시스템에서의 환원제 분사량 제어를 실시간으로 할 수 있는 특징을 갖게 된다.
한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 SCR 탈질시스템 및 그 제어방법은 상기 제어부(68)의 경고모듈(683)을 통해 각 탈질시스템에 연결된 엔진(61)에 주입되는 연료량을 최대연료량으로 나누어 산출되는 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우 경고신호를 생성하여 전송하는 제3단계(S3)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제3단계(S3)는 본 발명에 따른 탈질시스템의 제어방법에서 추가로 엔진로드 비율이 특정 기준 이하로 내려갔을 때 이에 대한 경고신호를 전송하는 것으로, 여기서 엔진로드 비율이란 해당 엔진(61)에 주입되는 연료량을 해당 엔진(61)의 최대연료량으로 나누어 산출되는 값으로, 일 예로 최대연료량이 7,110㎏/hr인 엔진에서 현재 주입되고 있는 연료량이 711㎏/hr인 경우라면 엔진로드 비율은 10%가 된다((711/7110)*9=10%). 특정 엔진(61)의 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우에는 불완전 연소 등의 이유로 평소보다 많은 양의 배기가스 및 그에 함유된 유해물질의 농도 역시 큰 폭으로 증가되므로 상기 제어부(68)의 경고모듈(683)을 통해 이에 대한 경고를 해서 배기가스의 SCR 탈질시스템에 걸리는 부하가 큰 폭으로 증가하는 것을 사전에 방지하게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
61: 엔진 62: 배기관
64: 혼합챔버 65: 반응기
651: SCR촉매 661: 분사노즐
69: 아울렛분석기 68: 제어부
681: 분사량설정모듈 6811: 구간별최대최소설정모듈
6812: 분사량산출모듈 682: 분사량보정모듈
6821: 보정값산출모듈 6822: 보정연산모듈
683: 경고모듈
*종래 기술에 관련된 부호
91: 엔진 92: 배기관
93: 혼합챔버 94: 반응기
944: SCR촉매 951: 분사노즐
98: 아울렛분석기

Claims (10)

  1. 다수 개의 탈질시스템으로 이루어지는 다수의 탈질시스템에 있어서, 각각의 탈질시스템은 분사노즐을 통해 분사되는 환원제를 배기가스와 혼합하는 혼합챔버와, 상기 혼합챔버에서 생성된 혼합가스를 통과시켜 질소산화물을 탈질시키는 SCR촉매와, 상기 SCR촉매를 통과한 배출가스를 배출하는 배기관을 포함하며,
    상기 다수의 탈질시스템은 각 탈질시스템의 배기관들에 연결되어 각 배기관에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 측정하는 하나의 아울렛분석기와; 상기 아울렛분석기에서 전송되는 정보를 토대로 각 탈질시스템별로 분사노즐을 통해 혼합챔버에 분사되는 환원제 분사량을 설정 및 보정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 다수의 탈질시스템의 시운전시 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기가 순차적으로 측정하여 전송하는 정보를 통해 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정하는 분사량설정모듈과, 다수의 탈질시스템의 운전시 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기가 순차적으로 측정하여 전송하는 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 상기 분사량설정모듈에서 설정된 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정하는 분사량보정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사량설정모듈은 시운전시 상기 아울렛분석기에서 측정되는 측정값을 기준으로 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율 및 그에 따라 배기가스에 분사되는 환원제의 양을 일정 구간별로 나누어 각 구간별 엔진로드 비율 및 환원제의 양에 대한 최소값과 최대값을 설정하는 구간별최대최소설정모듈과, 상기 구간별최대최소설정모듈에서 설정된 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차를 분모로 하고 환원제 양의 최대값과 최소값의 차를 분자로 하여 나눈 값에 엔진로드 비율을 곱하여 산출되는 함수산출값을 각 탈질시스템별로 유입되는 배기가스의 양에 따른 환원제 분사량으로 설정하는 분사량산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분사량보정모듈은 다수의 탈질시스템들의 실제 운전시 각 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정한 후 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 보정값을 산출하는 보정값산출모듈과, 상기 분사량산출모듈에서 설정된 환원제 분사량에 상기 보정값산출모듈에서 산출된 보정값을 곱하여 환원제 분사량을 보정하는 보정연산모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보정값산출모듈에서 산출하는 보정값은 최소 0.8 ~ 최대 1.2 사이로 설정되는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 각 탈질시스템에 연결된 엔진에 주입되는 연료량을 최대연료량으로 나누어 산출되는 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우 경고신호를 생성하여 전송하는 경고모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템.
  6. 다수 개의 탈질시스템으로 이루어지는 다수의 탈질시스템의 제어방법에 있어서, 각각의 탈질시스템은 분사노즐을 통해 분사되는 환원제를 배기가스와 혼합하는 혼합챔버와, 상기 혼합챔버에서 생성된 혼합가스를 통과시켜 질소산화물을 탈질시키는 SCR촉매와, 상기 SCR촉매를 통과한 배출가스를 배출하는 배기관을 포함하며,
    상기 제어방법은 다수의 탈질시스템의 시운전시 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하여 이를 통해 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율에 따른 환원제 분사량을 설정하는 제1단계와;
    다수의 탈질시스템의 운전시 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 하나의 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정하여 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 상기 제1단계에서 설정된 각 탈질시스템별 환원제 분사량을 보정하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1단계는 시운전시 상기 아울렛분석기에서 측정되는 측정값을 기준으로 각 탈질시스템별로 엔진로드 비율 및 그에 따라 배기가스에 분사되는 환원제의 양을 일정 구간별로 나누어 각 구간별 엔진로드 비율 및 환원제의 양에 대한 최소값과 최대값을 설정하는 제1-1단계와,
    상기 제1-1단계에서 설정된 엔진로드 비율의 최대값과 최소값의 차를 분모로 하고 환원제 양의 최대값과 최소값의 차를 분자로 하여 나눈 값에 엔진로드 비율을 곱하여 산출되는 함수산출값을 각 탈질시스템별로 유입되는 배기가스의 양에 따른 환원제 분사량으로 설정하는 제1-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2단계는 다수의 탈질시스템들의 실제 운전시 각 배기관들에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물의 양을 상기 아울렛분석기를 이용하여 순차적으로 측정한 후 측정값과 질소산화물의 배출기준치와의 대비를 통해 보정값을 산출하는 제2-1단계와,
    상기 제1-2단계에서 설정된 환원제 분사량에 상기 제2-1단계에서 산출된 보정값을 곱하여 환원제 분사량을 보정하는 제2-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2-1단계에서의 보정값은 최소 0.8 ~ 최대 1.2 사이로 설정되는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제어방법은
    각 탈질시스템에 연결된 엔진에 주입되는 연료량을 최대연료량으로 나누어 산출되는 엔진로드 비율이 15% 이하인 경우 경고신호를 생성하여 전송하는 제3단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 제어방법.
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