KR101497844B1 - 선박용 배기 가스 탈초 장치 - Google Patents

선박용 배기 가스 탈초 장치 Download PDF

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가츠미 노치
츠요시 노나카
게이스케 미사와
신지 노나카
미츠루 마사츠구
료이치 노지마
쇼이치 기타무라
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
가부시키가이샤 오시마 조우센죠
사카이 가가쿠 고교 가부시키가이샤
잇판사단호진 닛폰 하쿠요 고교에
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Abstract

가열 수단에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치를 제공한다. 환원제가 저장된 환원제 저장 탱크 (11) 와, 상기 환원제 저장 탱크 (11) 에 저장된 환원제를 배기 가스 중에 분출시키는 환원제 분사 노즐 (13) 과, 상기 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 촉매를 구비한 탈초 반응기 (14) 와, 상기 탈초 반응기 (14) 보다 상류측에 형성되고, 상기 탈초 반응기 (14) 에 공급되는 배기 가스를 승온시키는 가열 수단 (15) 과, 상기 탈초 반응기 (14) 의 성능이 소정의 레벨을 하회했을 경우에, 상기 가열 수단 (15) 을 작동시켜, 상기 탈초 반응기 (14) 에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 상기 탈초 반응기 (14) 의 성능이 소정의 레벨을 상회했을 경우에, 상기 가열 수단 (15) 을 정지시켜, 상기 탈초 반응기 (14) 에 공급되는 배기 가스의 승온을 정지시키는 기능을 구비한 제어장치 (16) 를 구비한다.

Description

선박용 배기 가스 탈초 장치{MARITIME EXHAUST GAS DENITRATION DEVICE}
본 발명은, 예를 들어, 선박의 주기 (主機) 로서 사용되는 2 사이클 저속 디젤 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에서 질소 산화물을 제거하는 선박용 배기 가스 탈초 (脫硝) 장치에 관한 것이다.
최근의 환경 보전에 대한 관심이 높아짐에 따라, 예를 들어, 선박의 주기로서 사용되는 2 사이클 저속 디젤 기관으로부터 배출되는 배기 가스에 함유되는 질소 산화물 (이하, 「NOx」라고 한다) 을 삭감할 필요성이 생겼다. NOx 삭감을 도모하기 위해서는, 디젤 기관의 배기 가스를 탈초 촉매에 통과시키는 방법이 일반적으로 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
여기서, 탈초 촉매로는, 암모니아 등을 환원제로 하여 질소로 환원시키는 선택적 환원법 (SCR 법) 에 기초하는 촉매가 일반적으로 사용되고 있다.
일본 특허공보 평7-6380호
그런데, 상기 서술한 바와 같은 2 사이클 저속 디젤 기관이고, 과급기를 구비한 것인 경우에는, 과급기로부터 배출된 배기 가스의 온도는 300 ℃ 이하가 된다.
일반적으로, 탈초 촉매에 있어서의 NOx 의 환원 반응은 300 ℃ 내지 320 ℃ 보다 높은 온도에서 실시되는 것이 바람직하고, 이것보다 저온의 배기 가스를 탈초 촉매에 통과시키면, 탈초 촉매가 단시간에 열화되거나 NOx 저감 효과가 낮아진다고 알려져 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 상기 특허문헌 1 의 도 2 에 나타내는 바와 같이, 2 사이클 저속 디젤 기관과 과급기 사이에 탈초 촉매를 배치하여, 바꾸어 말하면, 과급기의 입구 상류측에 탈초 반응기를 배치하여, 탈초 반응기에 온도가 저하되기 전의 고온의 배기 가스를 도입하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 과급기의 입구 상류측에 탈초 반응기를 배치하면, 탈초 반응기는 열용량을 갖고 완충부로서 작용하기 때문에, 선박용 내연 기관에 있어서의 기동시나 정지시 등과 같이 과도적으로 부하가 변동했을 경우에, 과급기의 회전수가 부하의 변동에 추종되지 않거나, 또는 지연된다는 문제가 있었다.
한편으로, 상기 특허문헌 1 의 도 1 에 나타내는 바와 같이, 과급기의 하류측에 탈초 반응기를 배치함과 함께, 과급기와 탈초 반응기 사이에 연료를 연소시키는 버너부 (배기 가스 가열 장치 : 가열 수단) 를 배치하여, 탈초 반응기에 도입되는 배기 가스의 온도를 높이는 방법도 생각할 수 있다.
그러나, 종래의 버너부에 있어서는 배기 가스의 온도를 300 ℃ 내지 320 ℃ 보다 높은 온도로 유지하기 위해서, 연소용 공기 및 연료가 항상 공급되어, 과급기로부터 탈초 반응기로 공급되는 배기 가스가 항상 승온 (가열) 되도록 되어 있었다. 그 때문에, 버너부에 있어서의 연료 소비량이 증대되어, 러닝 코스트가 고등 (高騰) 해 버린다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 가열 수단에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치는, 선박용 내연 기관으로부터 배출되고, 과급기를 구동시킨 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 선박용 배기 가스 탈초 장치로서, 환원제가 저장된 환원제 저장 탱크와, 상기 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 상기 배기 가스 중에 분출시키는 환원제 분사 노즐과, 상기 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 촉매를 구비한 탈초 반응기와, 상기 탈초 반응기보다 상류측에 형성되고, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키는 가열 수단 (버너, 히터 등) 과, 상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 하회했을 경우에, 상기 가열 수단을 작동시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 상회했을 경우에, 상기 가열 수단을 정지시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스의 승온을 정지시키는 기능을 구비한 제어 장치를 구비하고 있다.
상기 선박용 배기 가스 탈초 장치에 의하면, 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 하회한 경우에만 가열 수단을 작동시켜, 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 탈초 반응기의 성능이 재생 (회복) 되어 소정의 레벨을 상회하면, 가열 수단을 정지시켜, 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스의 승온이 정지되게 된다.
이로써, 가열 수단에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.
상기 선박용 배기 가스 탈초 장치에 의하면, 과급기의 하류측에 탈초 반응기가 배치됨과 함께, 과급기와 탈초 반응기 사이에 연료를 연소시키는 가열 수단이 배치되게 된다.
이로써, 선박용 내연 기관에 있어서의 기동시나 정지시 등과 같이 과도적으로 부하가 변동했을 경우에도, 과급기의 회전수를 부하의 변동에 추종시키거나, 또는 지연되지 않게 할 수 있다.
상기 선박용 배기 가스 탈초 장치에 있어서, 상기 가열 수단에 유입된 배기 가스에 선회력을 부여하는 선회력 부여 수단이 상기 가열 수단 내에 형성되어 있으면 더욱 바람직하다.
이와 같은 선박용 배기 가스 탈초 장치에 의하면, 가열 수단에 유입된 배기 가스에 선회력이 부여되어, 배기 가스가 선회하면서 하류측으로 진행되게 되므로, 배기 가스와 환원제 분사 노즐로부터 배기 가스 중에 분출된 환원제를 짧은 거리에서 균일하게 혼합할 수 있어, 탈초 반응기에 있어서의 NOx 의 환원 반응을 촉진시킬 수 있다.
상기 선박용 배기 가스 탈초 장치에 있어서, 상기 탈초 반응기의 상류측에 상기 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 제진 장치가 형성되어 있으면 더욱 바람직하다.
이와 같은 선박용 배기 가스 탈초 장치에 의하면, 탈초 반응기 내로의 배기 가스 중의 입자상 물질의 유입을 억제할 (저감시킬) 수 있어, 탈초 반응기의 열화 속도를 지연시킬 수 있고, 탈초 반응기의 재생 간격을 연장할 수 있어, 가열 수단에 있어서의 연료 소비량을 더욱 억제할 수 있다.
본 발명에 관련된 선박은, 상기 중 어느 하나의 선박용 배기 가스 탈초 장치를 구비하고 있다.
상기 선박에 의하면, 가열 수단에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치를 구비하게 되므로, 선박 전체의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 선박 전체의 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.
상기 선박에 의하면, 선박용 내연 기관에 있어서의 기동시나 정지시 등과 같이 과도적으로 부하가 변동했을 경우에도, 과급기의 회전수를 부하의 변동에 추종시키거나, 또는 지연되지 않게 할 수 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치를 구비하게 되므로, 선박의 조선성 (操船性) (조종성) 을 해치지 않도록 (저해하지 않도록) 할 수 있다.
본 발명에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치의 운전 방법은, 환원제가 저장된 환원제 저장 탱크와, 상기 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 상기 배기 가스 중에 분출시키는 환원제 분사 노즐과, 상기 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 촉매를 구비한 탈초 반응기와, 상기 탈초 반응기보다 상류측에 형성되고, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키는 가열 수단을 구비하며, 선박용 내연 기관으로부터 배출되고, 과급기를 구동시킨 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 선박용 배기 가스 탈초 장치의 운전 방법으로서, 상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 하회했을 경우에, 상기 가열 수단을 작동시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 상회했을 경우에, 상기 가열 수단을 정지시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스의 승온을 정지시키도록 하였다.
상기 선박용 배기 가스 탈초 장치의 운전 방법에 의하면, 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 하회한 경우에만 가열 수단을 작동시켜, 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 탈초 반응기의 성능이 재생 (회복) 되어 소정의 레벨을 상회하면, 가열 수단을 정지시켜, 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스의 승온이 정지되게 된다.
이로써, 가열 수단에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치에 의하면, 가열 수단에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치를 구비한 선박의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 버너부 및 버너부 근방의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 버너부 및 버너부 근방의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는 도 3 의 Ⅳ-Ⅳ 화살표에서 바라본 단면도이다.
도 5 는 도 2 내지 도 4 에 나타내는 내통 (內筒) 및 베인을 길이 방향 (축 방향) 을 따라 하류측에서 본 도면이다.
도 6 은 도 5 를 상측 (상류측에 위치하는 연도 (煙道) 를 흘러온 배기 가스가 유입되는 측) 에서 본 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치에 대해, 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명한다.
도 1 은 본 실시형태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치를 구비한 선박의 개략 구성을 나타내는 도면, 도 2 및 도 3 은 도 1 에 나타내는 버너부 및 버너부 근방의 구성을 나타내는 도면, 도 4 는 도 3 의 Ⅳ-Ⅳ 화살표에서 바라본 단면도, 도 5 는 도 2 내지 도 4 에 나타내는 내통 및 베인을 길이 방향 (축 방향) 을 따라 하류측에서 본 도면, 도 6 은 도 5 를 상측 (상류측에 위치하는 연도를 흘러온 배기 가스가 유입되는 측) 에서 본 도면이다.
본 실시형태에 관련된 선박 (1) 은, 선박용 내연 기관 (2) 과 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 를 구비하고 있다.
선박용 내연 기관 (2) 으로는, 예를 들어 실린더부 (도시 생략) 와, 배기 리시버 (배기 집합관 : 배기 매니폴드) (3) 와, 과급기 (4) 를 구비하고, 선박 (1) 의 주기로서 사용되는 2 사이클 저속 디젤 기관을 1 구체예로서 들 수 있다.
각 실린더부 내에는 크랭크축 (도시 생략) 과 연결된 피스톤 (도시 생략) 이 배치되어 있다. 또, 각 실린더부의 배기 포트 (도시 생략) 는, 배기관 (도시 생략) 을 개재하여 배기 리시버 (3) 와 연통 (접속) 되어 있고, 각 배기관에 있어서의 실린더에 대한 개구부에는 당해 개구부를 개폐하는 배기 밸브 (5) 가 배치되어 있다.
선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 는, 환원제 저장 탱크 (11) 와, 환원제 공급 장치 (12) 와, 환원제 분사 노즐 (13) 과, 탈초 반응기 (14) 와, 버너부 (승온부 : 가열 수단) (15) 와, 제어 장치 (16) 를 구비하고 있다.
환원제 저장 탱크 (11) 에는, 환원제 (본 실시형태에서는 「암모니아수 또는 요소수」) 가 저장되어 있다. 또, 환원제 저장 탱크 (11) 와 환원제 공급 장치 (12) 는, (제 1) 환원제 공급관 (21) 을 개재하여 연통 (접속) 되어 있고, 수시로 필요에 따라, 환원제 저장 탱크 (11) 로부터 환원제 공급 장치 (12) 로 환원제가 공급되도록 되어 있다.
환원제 공급 장치 (12) 에는, 청수 공급관 (22) 과 공기 공급관 (23) 이 접속되어 있고, 수시로 필요에 따라, 선박 (1) 의 선저 (船底) 에 형성된 청수 탱크 (도시 생략) 로부터 환원제 공급 장치 (12) 로 청수가 공급되고, 선박 (1) 내에 형성된 공기 탱크 (도시 생략) 로부터 환원제 공급 장치 (12) 로 제어 공기가 공급되도록 되어 있다.
환원제 분사 노즐 (13) 은, 과급기 (4) 와 탈초 반응기 (14) 를 연통 (접속) 하는 (제 1) 연도 (배기관) (24) 내에 형성되어 있다. 또, 환원제 분사 노즐 (13) 과 환원제 공급 장치 (12) 는, (제 2) 환원제 공급관 (25) 을 개재하여 연통 (접속) 되어 있고, 수시로 필요에 따라, 환원제 공급 장치 (12) 로부터 환원제가 공급되도록 되어 있다. 그리고, 환원제 분사 노즐 (13) 로부터 연도 (24) 내를 향해 안개상의 환원제가 공급되도록 (환원제가 분무되도록) 되어 있다.
환원제 공급 장치 (12) 에 공급되는 청수의 양 및 제어 공기의 양, 환원제 분사 노즐 (13) 에 공급되는 환원제의 양은, 제어 장치 (16) 에 의해 제어되도록 되어 있다.
버너부 (15) 가 형성되어 있는 (배치되어 있는) 지점 (부분) 보다 상류측에 위치하는 연도 (24) 에는, 과급기 (4) 를 통과한 배기 가스 (연소 가스) 를 (배열 회수) 보일러 (도시 생략) 로 유도하는 지관 (枝管) (26) 이 접속되어 있음으로써, 만일 탈초 반응기에 부조 (不調) 가 생겼을 경우에도 선박의 운항이 가능해진다.
연도 (24) 와 지관 (26) 의 접합부 (분기부) 보다 하류측이고, 버너부 (15) 보다 상류측에 위치하는 연도 (24) 내에는, 제어 장치 (16) 에 의해 그 개도가 조정되는 (제 1) 유량 조정 밸브 (27) 가 형성되어 있으며, 연도 (24) 와 지관 (26) 의 접합부 (분기부) 근방에 위치하는 지관 (26) 내에는, 제어 장치 (16) 에 의해 그 개도가 조정되는 (제 2) 유량 조정 밸브 (28) 가 형성되어 있다.
탈초 반응기 (14) 의 내부에는, 예를 들어 외관이 직방체 형상을 나타냄과 함께, 허니컴 (벌집) 구조를 갖는 촉매 (29) 가 복수 개 형성되어 있고 (배치되어 있고), 이들 촉매 (29) 내를 배기 가스가 통과 (통기) 할 때, NOx 가 질소와 물에 분해되어, 배기 가스 중의 NOx 가 제거되게 된다. 그리고, NOx 가 제거된 배기 가스는, 탈초 반응기 (14) 와 연돌 (煙突) (도시 생략) 을 연통 (접속) 하는 (제 2) 연도 (배기관) (30) 를 통하여 연돌로 유도되어, 연돌로부터 대기 중에 배출되도록 되어 있다.
연도 (30) 내에는 제어 장치 (16) 에 의해 그 개도가 조정되는 (제 3) 유량 조정 밸브 (31) 가 형성되어 있다.
다음에, 버너부 (15) 에 대해 도 2 내지 도 6 을 사용하여 설명한다.
도 2 내지 도 6 중 적어도 어느 것의 도에 나타내는 바와 같이, 버너부 (15) 는, 외통 (外筒) (41) 과, 내통 (42) 과, 연소통 (버너통) (43) 과, 노즐 (도시 생략) 과, 베인 (선회력 부여 수단) (44) 을 구비하고 있다.
외통 (41) 은, 외관이 원주 형상을 나타내는 통상의 부재이고, 그 외주면에는, 상류측에 위치하는 연도 (24) 를 흘러온 배기 가스가 외통 (41) 의 내통 외주를 따라 배기 가스가 선회하면서 배기 가스관의 축 방향 (길이 방향 축선 : 중심 축선) 을 향함과 함께, 외통 (41) 의 하류측을 향하도록 하여, 상류측에 위치하는 연도 (24) 가 접속 (연결) 되어 있다. 또, 외통 (41) 의 하류단에 형성된 단면 (端面) 의 중앙부에는, 하류측에 위치하는 연도 (24) 의 길이 방향 축선 (중심 축선) 이, 외통 (41) 의 길이 방향 축선 (중심 축선) 상에 위치하도록 하여, 하류측에 위치하는 연도 (24) 가 접속 (연결) 되어 있다.
내통 (42) 은, 외관이 원주 형상을 나타냄과 함께, 길이 방향 (축 방향) 의 길이가 외통 (41) 보다 짧은 통상의 부재이며, 길이 방향 축선 (중심 축선) 이 외통 (41) 의 길이 방향 축선 (중심 축선) 상에 위치함과 함께, 일단이 외통 (41) 의 상류단에 형성된 단면의 중앙부에 접하도록 하여 외통 (41) 내에 배치되어 있다. 내통 (42) 은, 상류측에 위치하는 연도 (24) 를 흘러온 배기 가스가 유입되는 측에 방사상으로 배치된 복수 장 (본 실시형태에서는 9 장) 의 베인 (44) 을 개재하여 외통 (41) 에 지지되어 있음과 함께, 상류측에 위치하는 연도 (24) 를 흘러온 배기 가스가 유입되는 측과 반대측에 방사상으로 배치된 복수 개 (본 실시형태에서는 12 (3 × 4) 개) 의 환봉상의 스테이 (stay) (45) 를 개재하여 외통 (41) 에 지지되어 있다.
스테이 (45) 는, 봉상 (예를 들어, 환봉) 의 부재이며, 일단 (반경 방향 외측에 위치하는 단) 이 외통 (41) 의 내주면에 접함과 함께, 타단 (반경 방향 내측에 위치하는 단) 이 내통 (42) 의 외주면에 접함과 함께, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 중심각 50 도의 범위 내에 둘레 방향에 인접하는 스테이 (45) 의 중심간의 간격 (피치) 이 동일해지도록 하여, 외통 (41) 과 내통 (42) 사이에 배치되어 있다.
도 2 중에는, 상류측에 위치하는 6 (3 × 2) 개의 스테이 (45) 만을 나타내고 있다.
가열 수단으로서 버너를 사용하여 내통 (42) 에 접속했을 경우, 버너 연소기 (도시 생략) 에서 고온의 연소 가스를 만들고, 그 고온 가스가 내통 (42) 을 통과하여 외통 (41) 내로 유입됨으로써, 과급기 (5) 로부터 탈초 반응기 (14) 로 공급되는 배기 가스를 승온 (가열) 시켜, 배기 가스의 온도를 높이는 데에 사용 (이용) 된다.
베인 (44) 은, 예를 들어 평면에서 보았을 때 직사각형상을 나타내는 박판상의 평판이고, 일단 (반경 방향 외측에 위치하는 단) 이 외통 (41) 의 내주면에 접함과 함께, 타단 (반경 방향 내측에 위치하는 단) 이 내통 (42) 의 외주면에 접하도록 하여, 외통 (41) 과 내통 (42) 사이에 둘레 방향을 따라 일렬로 배치되어 있다. 베인 (44) 은, 내통 (42) 및 베인 (44) 을 길이 방향 (축 방향) 을 따라 하류측에서 본 도 5 에 나타내는 바와 같이, 중심각 90 도의 범위 내에 인접하는 베인 (44) 의 중심간의 간격 (피치) 이 동일해짐과 함께, 도 5 를 상측 (상류측에 위치하는 연도 (24) 를 흘러온 배기 가스가 유입되는 측) 에서 본 도 6 에 나타내는 바와 같이, 상측에서 봤을 때 가장 왼쪽에 위치하는 베인 (44) 과 길이 방향 축선 (중심 축선) 이 이루는 각이 60 도, 가장 오른쪽에 위치하는 5 장의 베인 (44) 과 길이 방향 축선 (중심 축선) 이 이루는 각이 30 도가 되도록 하여 배치되어 있다. 그리고, 이들 베인 (44) 에 의해, 상류측에 위치하는 연도 (24) 로부터 외통 (41) 과 내통 (42) 사이로 유입되어 온 배기 가스에, 내통 (42) 및 베인 (44) 을 길이 방향 (축 방향) 을 따라 하류측에서 봤을 때 오른쪽 방향 (시계 방향) 의 선회력 (진행 방향 (하류측) 을 향해 왼쪽 방향으로 회전하는 선회력) 이 부여되어, 배기 가스는 하류측에 위치하는 연도 (24) 로 선회하면서 유입되어 가게 된다.
도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 환원제 분사 노즐 (13) 은, 연도 (24) 의 직관부 (단관부) (24a) 의 단면에서 봤을 때, 환원제 분무 후의 혼합이 촉진되기 쉽도록 직관부 (24a) 내의 대략 균등한 위치에 배치되어 있다.
제어 장치 (16) 는, 환원제 공급 장치 (12) 에 공급되는 청수의 양 및 제어 공기의 양, 환원제 분사 노즐 (13) 에 공급되는 환원제의 양, (제 1) 유량 조정 밸브 (27) 의 개도, (제 2) 유량 조정 밸브 (28) 의 개도, (제 3) 유량 조정 밸브 (31) 의 개도를 조정 (제어) 하는 기능을 갖는 것 외에, 버너부 (15) 의 노즐로부터 연소통 (43) 의 내부를 향하여 연소용 공기 및 연료를 분출시켜, 연소통 (43) 의 내부에 화염을 만들어 내서, 과급기 (4) 로부터 탈초 반응기 (14) 로 공급되는 배기 가스를 승온 (가열) 시키는 기능을 갖고 있다. 즉, 제어 장치 (16) 는, 버너부 (15) 를 작동시키지 않은 상태에서 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 를 운전하여, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 저하되었을 (소정의 레벨을 하회했을) 경우 (예를 들어, 연도 (30) 내를 통과하는 배기 가스 중의 NOx 측정값이 설정값을 초과한 경우) 에, 버너부 (15) 의 노즐로부터 연소통 (43) 의 내부를 향하여 연소용 공기 및 연료를 분출시켜, 연소통 (43) 의 내부에 화염을 만들어 내서, 과급기 (4) 로부터 탈초 반응기 (14) 로 공급되는 배기 가스를 승온 (가열) 시키고, 그 후, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 회복 (재생) 했을 (소정의 레벨을 상회했을) 경우 (예를 들어, 연도 (30) 내를 통과하는 배기 가스 중의 NOx 측정값이 설정값을 하회했을 경우) 에, 버너부 (15) 의 노즐로부터 연소통 (43) 내부로의 연소용 공기 및 연료의 분출을 정지시켜, 연소통 (43) 의 내부에 화염을 만들어 내지 않도록 하여, 과급기 (5) 로부터 탈초 반응기 (14) 로 공급되는 배기 가스의 승온 (가열) 을 정지시키는 기능도 구비하고 있다.
도 1 중의 부호 46 은, 선박 (1) 내에 형성된 공기 탱크 (도시 생략) 로부터 공급된 압축 공기, 혹은 선박 (1) 내에 형성된 보일러 (도시 생략) 로부터 공급된 증기를 분무하여, 촉매 (29) 에 부착된 그을음이나 더스트, PM (Particulate Matter : 배기 가스 중의 입자상 물질) 등을 날려 버리는 (제거하는) 수트 블로워 장치이다.
본 실시형태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 및 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 의 운전 방법에 의하면, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 소정의 레벨을 하회한 경우에만, 버너부 (15) 를 작동시켜, 탈초 반응기 (14) 에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 재생 (회복) 되어 소정의 레벨을 상회하면, 버너부 (15) 를 정지시켜, 탈초 반응기 (14) 에 공급되는 배기 가스의 승온이 정지되게 된다.
이로써, 버너부 (15) 에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.
본 실시형태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 에 의하면, 과급기 (4) 의 하류측에 탈초 반응기 (14) 가 배치됨과 함께, 과급기 (4) 와 탈초 반응기 (14) 사이에 연료를 연소시키는 버너부 (15) 가 배치되게 된다.
이로써, 선박용 내연 기관 (2) 에 있어서의 기동시나 정지시 등과 같이 과도적으로 부하가 변동했을 경우에도, 과급기 (4) 의 회전수를 부하의 변동에 추종시키거나, 또는 지연되지 않게 할 수 있다.
본 실시형태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 에 의하면, 버너부 (15) 에 유입된 배기 가스에 선회력을 부여하는 베인 (44) 에 의해, 버너부 (15) 에 유입된 배기 가스에 선회력이 부여되어, 배기 가스가 선회하면서 하류측으로 진행되므로, 배기 가스와 환원제 분사 노즐 (13) 로부터 배기 가스 중에 분출된 환원제를 짧은 거리 (본 실시형태에서는 연도 (24) 의 직관부 (단관부) (24a) 내) 에서 대략 균일하게 혼합할 수 있고, 탈초 반응기 (14) 에 있어서의 NOx 의 환원 반응을 안정시킬 수 있어, 선박 (1) 이라고 하는 한정된 공간에 시스템을 구성할 수 있다.
한편, 본 실시형태에 관련된 선박 (1) 에 의하면, 버너부 (15) 에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 를 구비하게 되므로, 선박 (1) 전체의 연료 소비량을 억제할 수 있어, 선박 (1) 전체의 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.
본 실시형태에 관련된 선박 (1) 에 의하면, 선박용 내연 기관 (2) 에 있어서의 기동시나 정지시 등과 같이 과도적으로 부하가 변동했을 경우에도, 과급기 (4) 의 회전수를 부하의 변동에 추종시키거나, 또는 지연되지 않게 할 수 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 를 구비하게 되므로, 선박 (1) 의 조선성 (조종성) 을 해치지 않도록 (저해하지 않도록) 할 수 있다.
본 발명은, 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 적절히 필요에 따라 변형 혹은 변경하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 버너부 (15) 를 작동시키지 않은 상태에서 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 를 운전하여, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 저하되었을 (소정의 레벨을 하회했을) 경우 (예를 들어, 연도 (30) 내를 통과하는 배기 가스 중의 NOx 측정값이 설정값을 초과한 경우) 에, 버너부 (15) 의 노즐로부터 연소통 (43) 의 내부를 향하여 연소용 공기 및 연료를 분출시켜, 연소통 (43) 의 내부에 화염을 만들어 내서, 과급기 (5) 로부터 탈초 반응기 (14) 로 공급되는 배기 가스를 승온 (가열) 시키고, 그 후, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 회복 (재생) 했을 (소정의 레벨을 상회했을) 경우 (예를 들어, 연도 (30) 내를 통과하는 배기 가스 중의 NOx 측정값이 설정값을 하회했을 경우) 에, 버너부 (15) 의 노즐로부터 연소통 (43) 내부로의 연소용 공기 및 연료의 분출을 정지시켜, 연소통 (43) 의 내부에 화염을 만들어 내지 않도록 하여, 과급기 (5) 로부터 탈초 반응기 (14) 로 공급되는 배기 가스의 승온 (가열) 을 정지시키도록 하고 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 선박용 배기 가스 탈초 장치 (10) 는, 이와 같은 운전 (운용) 방법에 한정되는 것이 아니고, 엔진 배기 가스 규제 해역 (ECA : Emission Control Area) 내에 있어서는, 버너부 (15) 를 사용하여 (작동시켜) 배기 가스를 항상 승온 (가열) 하도록 하고, 엔진 배기 가스 규제 해역 외에 있어서는, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 저하되었을 (소정의 레벨을 하회했을) 경우 (예를 들어, 연도 (30) 내를 통과하는 배기 가스 중의 NOx 측정값이 설정값을 초과한 경우) 에, 버너부 (15) 의 노즐로부터 연소통 (43) 의 내부를 향하여 연소용 공기 및 연료를 분출시켜, 연소통 (43) 의 내부에 화염을 만들어 내서, 과급기 (5) 로부터 탈초 반응기 (14) 에 공급되는 배기 가스를 승온 (가열) 시키고, 그 후, 탈초 반응기 (14) 의 성능이 회복 (재생) 했을 (소정의 레벨을 상회했을) 경우 (예를 들어, 연도 (30) 내를 통과하는 배기 가스 중의 NOx 측정값이 설정값을 하회했을 경우) 에, 버너부 (15) 의 노즐로부터 연소통 (43) 내부로의 연소용 공기 및 연료의 분출을 정지시켜, 연소통 (43) 의 내부에 화염을 만들어 내지 않도록 하여, 과급기 (5) 로부터 탈초 반응기 (14) 로 공급되는 배기 가스의 승온 (가열) 을 정지시키도록 해도 된다.
이로써, 엔진 배기 가스 규제 해역 내에 있어서는, 배기 가스 중의 NOx 를 확실하게 제거할 수 있고, 배기 가스 중의 NOx 농도가 규제값 내에 수용되도록 할 수 있다.
상기 서술한 실시형태에 있어서, 탈초 반응기 (14) 의 상류측 (근방) 에 위치하는 연도 (24) 에, 배기 가스 중의 입자상 물질인 PM (Particulate Matter) 을 포집하는 EP (Electrostatic Precipitator) 나 DPF (Diesel Particulate Filter) 등의 제진 장치 (집진 장치) 가 형성되어 있으면 더욱 바람직하다.
이와 같이, 탈초 반응기 (14) 의 상류측 (바람직하게는, 상류측 근방) 에 위치하는 연도 (24) 에 제진 장치를 배치함으로써, 탈초 반응기 (14) 내로의 PM 의 유입을 억제할 (저감시킬) 수 있어, 탈초 반응기 (14) 의 열화 속도를 지연시킬 수 있고, 탈초 반응기 (14) 의 재생 간격을 연장할 수 있어, 버너부 (15) 에 있어서의 연료 소비량을 억제할 수 있다.
1 선박
2 선박용 내연 기관
4 과급기
10 선박용 배기 가스 탈초 장치
11 환원제 저장 탱크
13 환원제 분사 노즐
14 탈초 반응기
15 버너부 (가열 수단)
16 제어 장치
29 촉매
44 베인 (선회력 부여 수단)

Claims (5)

  1. 선박용 내연 기관으로부터 배출되고, 과급기를 구동시킨 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 선박용 배기 가스 탈초 장치로서,
    환원제가 저장된 환원제 저장 탱크와,
    상기 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 상기 배기 가스 중에 분출시키는 환원제 분사 노즐과,
    상기 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 촉매를 구비한 탈초 반응기와,
    상기 탈초 반응기보다 상류측에 형성되고, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키는 가열 수단과,
    상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 하회했을 경우에, 상기 가열 수단을 작동시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 상회했을 경우에, 상기 가열 수단을 정지시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스의 승온을 정지시키는 기능을 구비하고, 청수의 양 및 제어 공기의 양, 환원제 분사 노즐에 공급되는 환원제의 양 및 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 기능을 추가로 구비하고 있는 제어장치를 구비하고,
    상기 가열 수단은,
    외통과,
    그 외통의 내부에 있어서의 길이 방향 축선 상에 배치된 내통과,
    그 내통의 내부에 있어서의 길이 방향 축선 상에 배치된 버너통을 구비하고
    상기 가열 수단에 유입된 배기 가스에 선회력을 부여하는 선회력 부여 수단이 상기 가열 수단 내에 형성되고,
    상기 내통은, 방사상으로 배치된 복수 장의 상기 선회력 부여 수단을 개재하여 외통에 지지되어 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈초 반응기의 상류측에 상기 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 제진 장치가 형성되어 있는 선박용 배기 가스 탈초 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 선박용 배기 가스 탈초 장치를 구비하고 있는 선박.
  5. 환원제가 저장된 환원제 저장 탱크와,
    상기 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 배기 가스 중에 분출시키는 환원제 분사 노즐과,
    상기 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 촉매를 구비한 탈초 반응기와,
    상기 탈초 반응기보다 상류측에 형성되고, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키는 가열 수단을 구비하며,
    상기 가열 수단은,
    외통과,
    그 외통의 내부에 있어서의 길이 방향 축선 상에 배치된 내통과,
    그 내통의 내부에 있어서의 길이 방향 축선 상에 배치된 버너통을 구비하고,
    상기 가열 수단에 유입된 배기 가스에 선회력을 부여하는 선회력 부여 수단이 상기 가열 수단 내에 형성되고,
    상기 내통은, 방사상으로 배치된 복수 장의 상기 선회력 부여 수단을 개재하여 외통에 지지되고,
    선박용 내연 기관으로부터 배출되고, 과급기를 구동시킨 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원하는 선박용 배기 가스 탈초 장치의 운전 방법으로서,
    상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 하회했을 경우에, 상기 가열 수단을 작동시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스를 승온시키고, 그 후, 상기 탈초 반응기의 성능이 소정의 레벨을 상회했을 경우에, 상기 가열 수단을 정지시켜, 상기 탈초 반응기에 공급되는 배기 가스의 승온을 정지시키도록 하고,
    환원제 공급 장치에 공급되는 청수의 양 및 제어 공기의 양, 환원제 분사 노즐에 공급되는 환원제의 양, 유량 조정 밸브의 개도를 조정하도록 하는 선박용 배기 가스 탈초 장치의 운전 방법.
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