KR101518290B1

KR101518290B1 - 선박의 질소산화물 저감 시스템

Info

Publication number: KR101518290B1
Application number: KR1020130165022A
Authority: KR
Inventors: 권동현; 이재익; 김대환
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-05-07

Abstract

본 발명은 선박의 질소산화물 저감 시스템에 관한 것으로, 메인 엔진; 상기 메인 엔진으로부터 이격된 일측에 설치되는 제너레이터 엔진; 상기 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 메인 엔진으로 안내하는 제1 가스공급라인; 길이방향의 일측단부에 설치되는 흡기팬으로부터 외기를 흡입하고, 외기가 이동하는 경로의 일 지점에는 상기 제1 가스공급라인과 연통결합되어 일측단부로부터 흡입되는 외기와 상기 제1 가스공급라인을 따라 이동하는 배기가스가 상호 혼입되는 상태로 상기 메인 엔진으로 안내하는 제2 가스공급라인; 상기 메인 엔진의 연료 폭발행정 후 발생하는 배기가스를 배출시키는 제1 배기가스 배출라인으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 질소산화물을 제거하기 위한 별도의 EGR 설비를 추가적으로 장착할 필요가 없어 그에 따른 메인 엔진의 설치면적을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제작비용 및 유지보수 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

선박의 질소산화물 저감 시스템{De-NOx REDUCTION SYSTEM FOR SHIP}

본 발명은 선박의 질소산화물 저감 시스템에 관한 것으로, 메인 엔진에서 발생하는 질소산화물 효율적으로 줄일 수 있는 선박의 질소산화물 저감 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 사용되는 에너지의 대부분은 선박을 추진시키는 메인 엔진에서 소비된다. 상기 메인 엔진이 가동되는 중에 발생되는 배기가스는 대기중으로 배출되고 있는 실정이다.

최근, 선박의 배기가스에 의해 생성되는 이산화탄소(CO₂) 및 질소산화물(NOx) 등의 대기오염물질을 줄이도록 국제해사기구(IMO)에서 규정을 강화하고 있으며, 이에 대한 규제도 나날이 증가하고 있는 추세이다.

따라서, 이와 같은 선박용 디젤엔진으로부터 생성되는 대기오염물질의 배출을 줄이기 위하여 다양한 방법이 제안되고 있다.

이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 질소산화물 저감 시스템에 대하여 설명한다.

도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 선박의 질소산화물 저감 시스템(EGR)은 메인 엔진(10B)으로부터 배출되는 배기가스를 터보차저(20B)로 배출시키는 과정에서 일부의 배기가스를 우회시키는 분기관(30B)과, 상기 분기관(30B)에 설치되어 배기가스에 포함된 대기오염물질을 제거하는 스크러버(40B)와, 상기 스크러버(40B)에 의해 정제된 배기가스와 대기중의 공기를 함께 엔진으로 공급하는 공기공급라인(50B)으로 구성된다.

그런데, 종래기술에 따른 선박의 질소산화물 저감 시스템(EGR)은 메인 엔진(10B)에 부착되는 장치로써, 엔진 제조사 위주로 개발이 진행되기 때문에 상당한 고가이며 설치 위치상 점검 및 정비가 까다로울 뿐만 아니라, 그 부피가 상당하기 때문에 설치공간을 많이 차지하며 상기 스크러버(40B)와 같은 복잡한 구성장치를 포함해야하는 단점이 있었다.

또한, 상기 메인 엔진(10B)으로부터 생성되는 배기가스의 폐열 일부가 상기 질소산화물 저감 시스템(EGR)로 배출됨에 따라 절탄기(미도시)로 배출되는 배기가스의 폐열량이 줄어들어는 만큼 그에 따른 전력 및 서비스 스팀에 필요한 열교환 에너지가 줄어드는 문제점이 있었다.

한국등록특허공보 제1185444(2012.09.18)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 메인 엔진에서 발생된 질소산화물 배출량을 억제시킴과 동시에 메인 엔진의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있는 선박의 질소산화물 저감 시스템을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 선박의 질소산화물 저감 시스템은, 메인 엔진; 상기 메인 엔진으로부터 이격된 일측에 설치되는 제너레이터 엔진; 상기 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 메인 엔진으로 안내하는 제1 가스공급라인; 길이방향의 일측단부에 설치되는 흡기팬으로부터 외기를 흡입하고, 외기가 이동하는 경로의 일 지점에는 상기 제1 가스공급라인과 연통결합되어 일측단부로부터 흡입되는 외기와 상기 제1 가스공급라인을 따라 이동하는 배기가스가 상호 혼입되는 상태로 상기 메인 엔진으로 안내하는 제2 가스공급라인; 상기 메인 엔진의 연료 폭발행정 후 발생하는 배기가스를 배출시키는 제1 배기가스 배출라인으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 가스공급라인에는 배기가스에 포함된 먼지(paticulate) 및 황산화물(SOx)을 제거하기 위한 가스클리닝이 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 가스공급라인에는 배기가스의 일부를 상기 제1 배기가스 배출라인으로 안내하는 제2 배기가스 배출라인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 가스공급라인과 제2 배기가스 배출라인에는 배기가스의 배출량을 단속 조절하는 조절밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 메인 엔진으로 안내하는 제1 가스공급라인을 구성함으로써, 질소산화물을 제거하기 위한 별도의 EGR 설비를 추가적으로 장착할 필요가 없어 그에 따른 메인 엔진의 설치면적을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제작비용 및 유지보수 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 메인 엔진으로부터 발생하는 배기가스의 폐열은 모두 상기 제1 배기가스 배출라인을 통해 절탄기로 전달됨에 따라 상기 절탄기에 의한 전력 및 서비스 스팀에 필요한 열교환 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 질소산화물 저감 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 질소산화물 저감 시스템을 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박의 질소산화물 저감 시스템은 메인 엔진(100)과, 상기 메인 엔진(100)으로부터 이격된 일측에 설치되는 제너레이터 엔진(200)과, 상기 제너레이터 엔진(200)으로부터 배출되는 배기가스를 상기 메인 엔진(100)으로 안내하는 제1 가스공급라인(300)과, 상기 제1 가스공급라인(300)과 연통하며 배기가스와 외기를 혼입한 상태로 상기 메인 엔진(100)으로 공급하는 제2 가스공급라인(400)과, 상기 메인 엔진(100)의 연료 폭발행정 후 발생하는 배기가스를 배출시키는 제1 가스배출라인(500)으로 구성된다.

상기 제너레이터 엔진(200)은 연료의 연소작용에 의한 구동력을 발생시켜 전기에너지를 생성하는 것으로, 선내에 사용되는 전기를 공급하는 전기발생장치이며, 상기 메인 엔진(100)은 연료의 연소작용에 의한 구동력으로부터 프로펠러를 회전시켜 추진력을 발생시키는 동력발생장치이다.

이러한 상기 제너레이터 엔진(200) 및 메인 엔진(100)은 선박의 구동장치에 적용되는 공지된 기술이므로 구체적인 구성 및 작용설명은 생략한다.

본 발명의 주요 특징은 상기 메인 엔진(100)으로부터 발생되는 대기오염물질의 배출량을 효율적으로 줄임으로써, 국제해사기구(IMO)에서 규정한 특정 규제범위(Tier3)를 만족시킴과 동시에 상기 메인 엔진(100)의 배기가스 폐열을 이용한 보일러 및 서비스 스팀에 필요한 열교환 에너지 효율을 높일 수 있는 효과를 제공한다.

이를 위해, 상기 제너레이터 엔진(200)에서 발생하는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 메인 엔진(100)으로 공급함으로써, 상기 메인 엔진(100)의 배기가스 폐열은 고스란히 후술할 제1 배기가스 배출라인(500)을 따라 이동하게 되므로 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 상기 메인 엔진(100)으로부터 폭발행정을 높이기 위해 연소작용 후 배출되는 배기가스의 폐열을 다시 회수하는 것이 아니라, 상기 제너레이터 엔진(200)에서 발생하는 배기가스를 공급받음으로써 질소산화물이 발생하는 것을 근본적으로 차단시킬 수 있다.

물론, 종래기술의 경우 상기 메인 엔진(100)으로부터 배기가스를 회수하더라도 그 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거할 수 있는 EGR의 구성을 설치하였으나, 상기 EGR은 부피가 큰 복잡한 구성으로 이루어짐에 따라 메인 엔진(100)과 더불어 설치공간을 많이 차지하는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기 EGR의 추가적인 구성 없이 질소산화물이 발생하지 않도록 상기 제1 가스공급라인(300), 제2 가스공급라인(400) 및 제1 배기가스 배출라인(500)으로 이루어진 구성이다.

상기 제1 가스공급라인(300)은 상기 제너레이터 엔진(200)으로부터 배출되는 배기가스를 상기 메인 엔진(100)으로 안내하는 역할을 수행한다.

이러한 상기 제1 가스공급라인(300)은 소정 길이로 연장되며 내부에 중공을 형성한 파이프로서, 길이방향의 일단이 상기 제너레이터 엔진(200)에 연결되고 길이방향의 타단은 상기 메인 엔진(100)에 연결된다.

즉, 상기 제너레이터 엔진(200)으로부터 배출되는 배기가스에 포함되는 질소산화물 성분의 양이 매우 적고, 그 상태로 상기 메인 엔진(100)의 연소실로 공급이 이루어지면, 그에 비례하여 상기 메인 엔진(100)의 연소 작용 후 상기 제1 배기가사 배출라인(500)을 통해 배출되는 최종 질소산화물 양을 대폭 줄일 수 있다.

따라서, 상기 제1 배기가스 배출라인(500)을 통해 배출되는 배기가스는 국제해사기구(IMO)에서 규정한 특정 규제범위(Tier3)에 충분히 만족할만한 수준에 이른다.

아울러, 상기 제1 가스공급라인(300)에는 배기가스에 포함된 먼지(paticulate) 및 황산화물(SOx)을 제거하기 위한 가스클리닝(310)이 설치된다.

또한, 상기 제2 가스공급라인(400)은 길이방향의 일측단부로부터 외기를 흡입하고, 흡입된 외기는 상기 메인 엔진(100)으로 공급이 이루어진다. 그리고, 상기 제2 가스공급라인(400)을 따라 외기가 이동하는 경로의 일 지점에는 상기 제1 가스공급라인(300)과 연통하는 구조로 결합이 이루어진다. 따라서, 상기 제2 가스공급라인(400)의 일측단부로부터 흡입되는 외기와 상기 제1 가스공급라인(300)을 따라 이동하는 배기가스가 상기 제2 가스공급라인(400) 내로 유입되면, 외기와 배기가스는 상호 혼입된 상태로 상기 메인 엔진(100)의 연소실로 공급이 이루어진다.
물론, 상기 제2 가스공급라인(400)의 일측단부에는 외기를 강제로 흡입하여 압송하는 흡기팬(미도시)이 설치되는 것은 당연하다.

구체적으로, 상기 제2 가스공급라인(400)을 통해 유입되는 외기 및 배기가스는 상기 메인 엔진(100)의 터보차저 및 스캔빈지 에어 쿨러를 순차적으로 통과하는 과정에서 공급조건에 맞는 온도로 냉각된 이후 연소실로 공급이 이루어진다.

상기 배기가스와 외기의 혼합 이유는 상기 메인 엔진의 연소효율을 높일 수 있기 때문이다.

즉, 산화제로서 순수 공기만 사용할 경우에는 산소와 연료의 혼합만으로 연소에 필요한 충분한 체적을 얻을 수 없다. 그리고 최적의 발화점 온도보다 낮아 불완전 연소가 발생할 우려가 높기 때문이다.

또한, 상기 제1 배기가스 배출라인(500)은 상기 메인 엔진(100)에 장착되는 것으로, 상기 메인 엔진(100)의 연료 폭발행정 후 발생하는 배기가스를 배출시키는 역할을 수행한다.

즉, 상기 메인 엔진(100)으로부터 발생하는 배기가스의 폐열은 모두 상기 제1 배기가스 배출라인(500)을 통해 절탄기(P)로 전달됨에 따라 상기 절탄기(P)는 전력 및 서비스 스팀에 필요한 열교환 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 제1 가스공급라인(300)에는 배기가스의 일부를 상기 제1 배기가스 배출라인(500)으로 안내하는 제2 배기가스 배출라인(320)을 포함한다.

그리고, 상기 제1 가스공급라인(300)과 제2 배기가스 배출라인(320)에는 배기가스의 배출량을 단속 조절하는 조절밸브(300a,320a)가 각각 설치된다.

이는 상기 메인 엔진(100)의 작동 조건에 따라 공급되는 배기가스 량을 적절히 조절할 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 제너레이터 엔진(200)으로부터 배출되는 배기가스를 상기 메인 엔진(100)으로 안내하는 제1 가스공급라인(300)을 구성함으로써, 질소산화물을 제거하기 위한 별도의 EGR 설비를 추가적으로 장착할 필요가 없어 그에 따른 메인 엔진(100)의 설치면적을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제작비용 및 유지보수 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 메인 엔진(100)으로부터 발생하는 배기가스의 폐열은 모두 상기 제1 배기가스 배출라인(500)을 통해 절탄기(P)로 전달됨에 따라 상기 절탄기(P)에 의한 전력 및 서비스 스팀에 필요한 열교환 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

100 : 메인 엔진
200 : 제너레이터 엔진
300 : 제1 가스공급라인
310 : 가스클리닝
320 : 제2 배기가스 배출라인
400 : 제2 가스공급라인
500 : 제1 배기가스 배출라인

Claims

메인 엔진;
상기 메인 엔진으로부터 이격된 일측에 설치되는 제너레이터 엔진;
상기 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 메인 엔진으로 안내하는 제1 가스공급라인;
길이방향의 일측단부에 설치되는 흡기팬으로부터 외기를 흡입하고, 외기가 이동하는 경로의 일 지점에는 상기 제1 가스공급라인과 연통결합되어 일측단부로부터 흡입되는 외기와 상기 제1 가스공급라인을 따라 이동하는 배기가스가 상호 혼입되는 상태로 상기 메인 엔진으로 안내하는 제2 가스공급라인;
상기 메인 엔진의 연료 폭발행정 후 발생하는 배기가스를 배출시키는 제1 배기가스 배출라인으로 구성된 것을 특징으로 하는 선박의 질소산화물 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 가스공급라인에는 배기가스에 포함된 먼지(paticulate) 및 황산화물(SOx)을 제거하기 위한 가스클리닝이 설치된 것을 특징으로 하는 선박의 질소산화물 저감 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 가스공급라인에는 배기가스의 일부를 상기 제1 배기가스 배출라인으로 안내하는 제2 배기가스 배출라인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선박의 질소산화물 저감 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 가스공급라인과 제2 배기가스 배출라인에는 배기가스의 배출량을 단속 조절하는 조절밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 선박의 질소산화물 저감 시스템.