KR101601496B1 - 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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두산엔진주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 선박 또는 플랜트 설비에 구동력을 제공하며 배기가스를 배출하는 엔진 및 상기 선박 또는 상기 플랜트 설비에서 생산되는 고온의 유체가 통과하는 스팀 배관을 포함하며 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 선택적 촉매 환원 시스템은 내부에 촉매가 설치되고 배기가스가 통과하는 반응기, 그리고 환원제가 저장된 환원제 탱크와 상기 환원제 탱크에 저장된 환원제를 상기 반응기로 유입되는 배기가스로 공급하고 상기 스팀 배관과 인접하게 배치된 환원제 공급배관을 포함하는 환원제 공급부를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 또는 플랜트 시스템에서 배출하는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박 또는 플랜트 설비에 구동력을 제공하는 엔진에서 배출되는 배기가스는 질소산화물(이하:NOx)를 포함한다. 이러한 배기가스에 포함된 NOx를 저감시키기 위해 선박 또는 플랜트 설비는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스에 환원제를 분사하며 분사된 환원제와 배기가스가 혼합되어 혼합된 배기가스가 반응기의 촉매를 통과해 배기가스에 포함된 질소산화물이 질소와 수증기로 분해시켜 외부로 배출시킨다.
따라서, 배기가스에 포함된 NOx는 질소와 수증기로 분해되어 정화된 배기가스가 외부로 배출되도록 한다.
하지만, 종래의 선택적 촉매 환원시스템은 NOx 저감을 위해 배기가스에 첨가하는 환원제의 동결을 방지하기 위해 별도의 가열장치를 구비하였다.
따라서, 가열장치를 제어하기 위한 별도의 장치들이 필요한 문제점이 있다. 또한, 가열장치를 동작시킬 연료 또는 전력 등이 요구되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 환원제의 온도를 효과적으로 유지할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선박 또는 플랜트 설비에 구동력을 제공하며 배기가스를 배출하는 엔진과, 상기 선박 또는 상기 플랜트 설비에서 생산되는 고온의 유체가 통과하는 스팀 배관을 포함하며 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템은, 내부에 촉매가 설치되고 배기가스가 통과하는 반응기와, 환원제가 저장된 환원제 탱크와 상기 환원제 탱크에 저장된 환원제를 상기 반응기로 유입되는 배기가스로 안내하고 상기 스팀 배관과 인접하게 배치된 환원제 공급배관을 포함하는 환원제 공급부를 포함한다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은, 상기 엔진 내부에 냉각유체를 순환시켜 상기 엔진을 냉각하고 상기 스팀 배관과 상기 환원제 공급배관 사이에 설치되어 상기 스팀 배관과 상기 환원제 공급배관 사이의 열을 완충시키는 냉각 배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 환원제 공급부는, 상기 환원제 공급배관과 상기 반응기 사이에 설치되어 환원제를 가수분해 시켜 암모니아를 생성하는 가수분해 챔버, 그리고 상기 가수분해 챔버에서 생성된 암모니아를 상기 반응기로 유입되는 배기가스에 분사하는 환원제 분사부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 환원제 공급부는, 상기 가수분해 챔버의 환원제를 가열하는 가열부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스팀 배관은 고온의 유체가 통과하는 메인 스팀 배관과 상기 메인 스팀 배관으로부터 분기되어 상기 환원제 공급배관과 접하게 배치된 우회 스팀 배관 그리고 우회 스팀 배관을 통과하는 고온의 유체의 흐름을 조절하는 스팀 밸브를 더 포함하고, 상기 냉각 배관은 냉각유체가 상기 엔진으로 순환되도록 안내하는 메인 냉각 배관과 상기 메인 냉각 배관으로부터 분기되어 상기 환원제 공급배관과 상기 우회 스팀 배관 사이에 배치된 우회 냉각 배관 그리고 상기 우회 냉각 배관을 통과하는 냉각유체의 흐름을 조절하는 냉각 밸브를 더 포함하며, 상기 냉각 밸브와 상기 스팀 밸브는 상기 환원제 공급배관을 통과하는 환원제를 승온시키는 제1 승온모드 또는 상기 제1 승온모드 보다 상대적으로 높은 온도로 상기 환원제 공급배관을 통과하는 환원제를 승온시키는 제2 승온모드 중 어느 하나로 구분 동작 될 수 있다.
또한, 상기 제1 승온모드 동작 일 때 상기 냉각 밸브를 개방시키고 상기 스팀 밸브를 폐쇄시켜 상기 우회 냉각 배관을 통과하는 냉각유체에 의해 상기 환원제 공급배관을 통과하는 환원제를 승온시키고, 상기 제2 승온모드 동작 일 때 상기 냉각 밸브를 폐쇄시키고 상기 스팀 밸브를 개방시켜 상기 우회 스팀 배관을 통과하는 고온의 유체에 의해 상기 환원제 공급배관을 통과하는 환원제를 승온시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 환원제 공급배관 상에 설치되고, 상기 우회 스팀 배관을 통과하는 고온의 유체가 통과하는 제1 유로와, 상기 환원제 공급배관을 통과하는 환원제가 통과하는 제2 유로, 그리고 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 상에 설치되어 상기 우회 냉각 배관을 통과하는 냉각유체가 통과하는 제3 유로를 포함하는 열교환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원시스템은 환원제의 온도를 효과적으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 열교환부를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매환원 시스템(101)을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(100)과 스팀 배관(500)을 포함하는 선택적 촉매 화원 시스템(101)은 촉매(310)가 설치된 반응기(300)와, 환원제 탱크(410)와 환원제 공급배관(420)을 포함하는 환원제 공급부(400)를 포함한다.
엔진(100)은 구동력을 제공한다. 구체적으로, 엔진(100)은 선박 또는 플랜트 설비에 동력원으로써 이러한 선박 또는 플랜트 설비가 구동 및 가동 가능하도록 연료를 연소시켜 동력을 제공할 수 있다.
또한, 엔진(100)은 동력을 제공하기 위해 연료를 연소시키며 이때 발생하는 배기가스를 배출한다.
스팀 배관(500)은 선박 또는 플랜트 설비에 구비되는 증기 발생장치로부터 생산되는 고온의 유체가 통과되도록 안내한다. 일예로, 스팀 배관(500)에는 선박 또는 플랜트 설비에 설치된 보일러(150) 등에서 생산되는 고온의 스팀이 통과할 수 있다.
이러한 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체는 보일러(150)에 한정하지 않고 별도의 스팀발생장치 또는 선박 또는 플랜트 설비의 폐열에 의해 물이 승온되어 발생하는 다양한 형태의 증기 발생장치 중 어느 하나일 수 있다.
반응기(300)의 내부에는 촉매(310)가 설치될 수 있다. 또한, 촉매(310)는 배기가스에 포함된 NOx를 제거하는데 도움을 주는 선택적 환원 촉매일 수 있다. 일예로, 촉매(310)는 반응기(300) 내부에 복수로 설치될 수 있다.
환원제 공급부(400)는 환원제 탱크(410)와 환원제 공급배관(420)을 포함할 수 있다.
환원제 탱크(410)에는 환원제가 저장된다. 구체적으로, 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제는 액상의 우레아(UREA)일 수 있다.
환원제 공급배관(420)은 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제가 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 공급될 수 있도록 안내한다. 구체적으로, 환원제 공급배관(420)은 환원제 탱크(410)와 반응기(300) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 환원제 공급배관(420)의 일부는 환원제 탱크(410) 내부에 삽입될 수 있다.
도시되지 않았으나, 환원제 공급부(400)는 환원제를 공급하기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다.
환원제 공급배관(420)은 스팀 배관(500)과 인접하게 배치되어 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체에 의해 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제가 승온되도록 할 수 있다.
스팀 배관(500)이 환원제 공급배관(420)의 내주 또는 외주에 설치되어 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시킬 수 있다. 이때, 승온되는 환원제는 환원제 공급배관(420) 내부의 환원제뿐만 아니라 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제 모두일 수 있다.
구체적으로, 스팀 배관(500)이 환원제 탱크(410)에 삽입 설치되어 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시킬 수 있다.
즉, 스팀 배관(500)이 환원제 탱크(410)에 일부 삽입되어 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체에 의해 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제가 승온될 수 있다.
이러한 경우, 엔진(100)의 정지시에도 선박 또는 플랜트 설비에서 생산되는 고온의 유체에 의해 환원제 공급배관(420) 및 환원제 탱크(410)의 환원제가 일정한 온도를 유지하도록 승온될 수 있어 동결을 방지할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원시스템(101)은 선박 또는 플랜트 설비에서 생산되는 고온의 유체의 경로 변경을 이용하여 별도의 열원 없이 환원제 탱크(410) 및 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 효과적으로 승온시킬 수 있다.
즉, 종래의 환원제의 일정한 온도를 유지하기 위해 요구된 가열장치가 불필요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원시스템(101)은 부품수 및 이에 따른 비용을 절감시킬 수 있다.
일예로, 선박이 정박중인 경우에도 선박에서 생산되는 고온의 유체를 활용하여 효과적으로 환원제를 승온시켜 환원제의 동결을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원시스템(101)은 냉각 배관(200)을 더 포함할 수 있다.
냉각 배관(200)은 엔진(100) 내부에 냉각유체를 순환시켜 엔진(100)을 냉각시킨다. 구체적으로, 냉각 배관(200)은 쿨러(240)를 더 포함할 수 있다. 즉, 냉각 배관(200)은 냉각유체가 엔진(100)을 순환할 수 있도록 안내할 수 있다.
쿨러(240)는 엔진(100)을 통과한 냉각유체가 냉각 배관(200)을 통해 쿨러(240)로 유입되며 열교환이 이루어진다. 따라서, 쿨러(240)를 통과한 냉각유체는 냉각 배관(200)을 통해 엔진(100)으로 유입될 수 있다.
일예로, 쿨러(240)는 별도의 냉각시스템 또는 공랭에 의해 엔진(100)을 통과한 냉각유체를 냉각시켜 다시 엔진(100)으로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 냉각 배관(200)은 스팀 배관(500)과 환원제 공급배관(420) 사이에 설치될 수 있다. 이러한 경우, 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체에 의해 승온된 냉각 배관(200)을 통과하는 냉각유체가 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시킬 수 있다.
일예로, 냉각 배관(200)의 일부는 환원제 탱크(410) 내부에 삽입되어 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제를 승온시킬 수 있다.
구체적으로, 스팀 배관(500)과 환원제 공급배관(420)이 직접 접촉되어 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시키는 경우 발생될 수 있는 기화된 환원제의 석출에 의해 환원제 공급배관(420)의 폐색을 방지할 수 있다.
따라서, 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체에 의해 냉각 배관(200)을 통과하는 냉각유체가 승온되어 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 간접적으로 승온시킬 수 있다.
즉, 냉각 배관(200)은 스팀 배관(500)과 환원제 공급배관(420) 사이의 열을 완충시켜 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 효과적으로 승온시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 환원제 공급부(400)는 가수분해 챔버(430)와 환원제 분사부재(440)를 더 포함할 수 있다.
가수분해 챔버(430)는 환원제 공급배관(420)과 반응기(300) 사이에 설치되어 환원제 공급배관(420)을 통과한 환원제를 가수분해 시킬 수 있다.
구체적으로, 가수분해 챔버(430) 내부에서는 우레아를 암모니아로 가수분해 시켜, 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 공급되도록 할 수 있다.
이러한 경우, 배기가스에 직접 환원제를 분사하는 것보다 효과적으로 배기가스에 포함된 NOx를 제거할 수 있다.
환원제 분사부재(440)는 반응기(300) 전단에 설치되어 가수분해 챔버(430)를 통과한 암모니아가 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 효과적으로 분사되도록 할 수 있다.
구체적으로, 환원제 분사부재(440)는 노즐 또는 AIG(Ammonia Injection Grid)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 환원제 공급부(400)는 가열부재(450)를 더 포함할 수 있다.
가열부재(450)는 가수분해 챔버(430)에 유입되는 환원제의 가수분해를 돕기위해 가열시킬 수 있다.
구체적으로, 가열부재(450)는 가수분해 챔버(430)로 유입되는 환원제를 가열시키거나, 가수분해 챔버(430) 내부를 통과하는 환원제를 가열시킬 수 있다.
일예로, 가열부재(450)는 버너 또는 전기히터 등 다양한 열원을 활용한 가열장치일 수 있다.
가열부재(450)는 가수분해 챔버(430)를 직접 가열하거나 가수분해 챔버(430) 내부로 유입되는 환원제를 가열시켜 효과적으로 가수분해되도록 할 수 있다.
구체적으로, 가열부재(450)는 후술하는 제어부(600)에 의해 제어되며 배기가스의 온도, NOx 농도 등에 의해 가열온도 및 가열시간 등이 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 배관(500)은 메인 스팀 배관(510)과 우회 스팀 배관(520) 그리고 스팀 밸브(530)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉각 배관(200)은 메인 냉각 배관(210)과 우회 냉각 배관(220) 그리고 냉각 밸브(230)를 더 포함할 수 있다.
메인 스팀 배관(510)은 보일러(150)에서 생산된 고온의 유체가 통과한다.
우회 스팀 배관(520)은 메인 스팀 배관(510)으로부터 분기되며 환원제 공급배관(420)과 인접하도록 배치될 수 있다.
즉, 우회 스팀 배관(520)을 통과하는 고온의 유체는 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시킨 후 다시 메인 스팀 배관(510)으로 유입될 수 있다.
스팀 밸브(530)는 이러한 우회 스팀 배관(520)을 통과하는 고온의 유체의 흐름을 조절할 수 있도록 설치될 수 있다. 구체적으로, 스팀 밸브(530)는 우회 스팀 배관(520) 또는 메인 스팀 배관(510)에 설치되어 우회 스팀 배관(520)을 통과하는 고온의 유체 흐름을 차폐할 수 있다.
메인 냉각 배관(210)은 쿨러(240)와 엔진(100) 사이에 설치되어 냉각유체가 엔진(100)과 쿨러(240) 사이를 순환되도록 한다.
우회 냉각 배관(220)은 엔진(100)을 통과한 냉각유체가 통과하는 메인 냉각 배관(210)으로부터 분기되며 환원제 공급배관(420)과 우회 스팀 배관(520) 사이에 설치될 수 있다.
냉각 밸브(230)는 우회 냉각 배관(220)을 통과하는 냉각유체의 흐름을 조절할 수 있도록 설치될 수 있다. 구체적으로, 냉각 밸브(230)는 우회 냉각 배관(220) 또는 메인 냉각 배관(210)에 설치되어 우회 냉각 배관(220)을 통과하는 냉각 유체 흐름을 차폐할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 냉각 밸브(230)와 스팀 밸브(530)는 제1 승온모드 또는 제2 승온모드 중 어느 하나로 구분 동작될 수 있다.
제1 승온모드는 우회 냉각 배관(220)을 통과하는 냉각유체에 의해 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시킨다.
제2 승온모드는 우회 스팀 배관(520)을 통과하는 고온의 유체가 냉각 배관(200)을 통과하는 냉각유체를 승온시켜 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 간접적으로 승온시킨다.
즉, 제2 승온모드는 제1 승온모드에 비해 상대적으로 높은 온도로 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 제어부(600)를 더 포함할 수 있다.
제어부(600)는 제1 승온모드와 제2 승온모드로 선택적으로 구분 동작 된다. 구제적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 환원제 온도 센서(610)와 냉각유체 온도 센서(620)를 더 포함할 수 있다.
환원제 온도 센서(610)는 환원제의 온도를 검출한다. 구체적으로, 환원제 온도 센서(610)는 환원제 탱크(410)에 설치될 수 있다.
즉, 환원제 온도 센서(610)는 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제의 온도를 검출한다. 경우에 따라, 환원제 온도 센서(610)는 환원제 공급배관(420) 상에 설치될 수 있다.
또한, 냉각유체 온도 센서(620)는 엔진(100)을 통과하여 쿨러(240)로 유입되는 냉각유체의 온도를 검출할 수 있다. 구체적으로, 냉각유체 온도 센서(620)는 메인 냉각 배관(210) 상에 설치될 수 있다.
또한, 제어부(600)는 엔진(100)의 구동유무 및 부하를 검출할 수 있다.
제어부(600)에는 적정온도로 환원제를 유지할 수 있는 환원제 유지온도 정보값과 엔진(100) 부하에 따른 냉각유체의 온도 정보값이 기설정되어 있다.
따라서, 제어부(600)는 엔진(100)이 운행중인 것을 검출하고, 환원제 온도 센서(610)로부터 검출된 환원제 온도 정보값이 기설정된 환원제 유지온도 정보값보다 작은 경우 냉각 밸브(230)를 개방시키고 스팀 밸브(530)를 폐쇄시켜 우회 냉각 배관(220)을 통과하는 냉각유체에 의해 환원제 공급배관(420)을 통과하거나 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제를 승온시키는 제1 승온모드로 동작될 수 있다.
또는, 제어부(600)는 엔진(100)이 저부하 운행 또는 엔진(100)의 정지를 검출하고, 냉각유체 온도 센서(620)로부터 검출된 냉각유체 온도 정보값이 기설정된 냉각유체의 온도 정보값보다 작은 경우 스팀 밸브(530)를 개방시키고 냉각 밸브(230)를 폐쇄시켜 우회 스팀 밸브(530)를 통과하는 고온의 유체에 의해 환원제 공급배관(420)을 통과하거나 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제를 승온시키는 제2 승온모드로 동작될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(600)는 엔진(100)의 운행유무 또는 부하에 따라 환원제 공급배관(420) 또는 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제를 효과적으로 승온시킬 수 있다.
즉, 엔진(100)의 정지시에는 우회 스팀 배관(520)을 통과하는 고온의 유체로 환원제를 승온시키고 엔진(100)의 가동 중에는 엔진(100)을 냉각하는 냉각유체로 환원제를 승온시킬 수 있어 환원제 공급배관(420) 및 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제의 동결을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 환원제 공급배관(420) 상에 설치되는 열교환부(700)를 더 포함할 수 있다.
열교환부(700)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 유로(710)와, 제2 유로(720), 그리고 제1 유로(710)와 제2 유로(720) 사이에 설치된 제3 유로(730)를 포함할 수 있다.
제1 유로(710)는 우회 스팀 배관(520)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 우회 스팀 배관(520)으로 유입된 고온의 유체는 제1 유로(710)를 통과하여 다시 우회 스팀 배관(520)을 통해 메인 스팀 배관(510)으로 유입될 수 있다.
제2 유로(720)는 환원제 공급배관(420)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제가 제2 유로(720)를 통과해 가수분해 챔버(430)로 공급될 수 있다.
제3 유로(730)는 제1 유로(710)와 제2 유로(720) 사이에 설치되며, 우회 냉각 배관(220)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 우회 냉각 배관(220)으로 유입된 냉각유체는 제3 유로(730)를 통과하여 다시 우회 냉각 배관(220)을 통해 메인 냉각 배관(210)으로 유입될 수 있다.
또한, 냉각유체가 제1 유로(710)와 제2 유로(720) 사이를 통과함으로, 고온의 유체에 의해 승온된 냉각유체가 환원제를 승온시킬 수 있다. 따라서, 열교환부(700)는 고온의 유체에 의해 환원제를 간접적으로 승온시킬 수 있다.
즉, 열교환부(700)는 고온의 유체로부터 냉각유체를 승온시키고, 이렇게 승온된 냉각유체로 환원제를 승온시킬 수 있다.
구체적으로, 제2 유로(720)는 제3 유로(730)를 감싸도록 형성되고, 제3 유로(730)는 제1 유로(710)를 감싸도록 형성되어 제1 유로(710)를 통과하는 고온의 유체에 의해 제2 유로(720)를 통과하는 환원제가 간접적으로 승온되도록 할 수 있다.
이러한 경우, 고온의 유체와 환원제가 직접 열교환되는 경우 발생될 수 있는 환원제의 끓음 현상을 방지하거나, 환원제의 끓음 현상으로 발생될 수 있는 환원제 석출을 방지할 수 있다.
경우에 따라, 중심부에 제2 유로(720)가 배치되고, 최외측에 제1 유로(710)가 배치되고 제1 유로(710)와 제2 유로(720) 사이에 제3 유로(730)가 배치될 수도 있다.
또한, 엔진(100)이 정지한 경우에서 효과적으로 환원제 공급배관(420) 및 환원제 탱크(410)의 환원제의 동결을 방지할 수 있다.
그리고, 이러한 열교환부(700)는 내부에 제1 유로(710)와, 제2 유로(720), 그리고 제3 유로(730)를 포함하고 있어 환원제 탱크(410) 또는 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 환원제 공급배관(420) 상에 컴팩트하게 설치할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 환원제를 효과적으로 승온시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 별도의 가열장치를 구비하지 않고 선박 또는 플랜트 설비에서 생산되는 고온의 유체를 이용하여 환원제를 효과적으로 승온시킬 수 있다.
따라서, 엔진의 정지시에도 이러한 고온의 유체를 이용하여 환원제 공급배관(420) 또는 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제를 효과적으로 승온시켜 동결을 방지할 수 있다.
또한, 환원제의 승온시 고온의 유체가 통과하는 스팀 배관(500)뿐만 아니라 냉각유체가 통과하는 냉각 배관(200)을 통해 환원제를 승온시킬 수 있어 환원제 공급배관(420) 또는 환원제 탱크(410)에 저장된 환원제를 효과적으로 승온시킬 수 있다.
그리고, 고온의 유체가 냉각유체를 승온시키고 이러한 냉각유체에 의해 환원제가 승온될 수 있어서 환원제의 끓음 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 앞서 서술한 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 동작 과정을 설명한다.
제어부(600)는 엔진(100)의 작동유무 또는 엔진(100)의 부하를 검출한다. 엔진(100)이 운행 중이라고 검출된 경우, 제어부(600)는 환원제 온도 센서(610)로부터 검출한 환원제 탱크(410) 또는 환원제 공급배관(420)의 환원제 온도 정보값과 기설정된 환원제 유지온도 정보값을 비교한다.
이때, 기설정된 환원제 유지온도 정보값보다 환원제 온도 센서(610)로부터 검출된 환원제 온도 정보값이 작다면, 제어부(600)는 냉각 밸브(230)를 개방시켜 냉각유체의 온도로 환원제 공급배관(420) 또는 환원제 탱크(410)의 환원제를 승온시켜 동결을 방지할 수 있다.
이때, 제어부(600)는 엔진(100)이 작동 중인 경우, 환원제 탱크(410) 또는 환원제 공급배관(420) 상의 환원제의 동결을 방지하도록 냉각 밸브(230)를 개방시켜 엔진(100)을 통과하여 쿨러(240)로 유입되는 냉각유체로 환원제를 일정한 온도로 유지시킬 수 있다.
엔진(100)이 정지 또는 저부하 운행 상태라고 검출된 경우, 제어부(600)는 스팀 밸브(530)를 개방시켜 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체에 의해 환원제 탱크(410) 또는 환원제 공급배관(420) 상의 환원제가 동결이 되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 냉각유체 온도 센서(620)는 엔진(100)과 쿨러(240) 사이의 냉각유체 온도정보를 검출하며, 제어부(600)는 제어부(600)에 기설정된 냉각유체의 온도 정보값과 냉각유체 온도 센서(620)에서 검출한 냉각유체의 온도 정보값을 비교한다.
냉각유체 온도 센서(620)에서 검출한 냉각유체의 온도 정보값이 제어부(600)에 기설정된 냉각유체의 온도 정보값보다 작은경우, 제어부(600)는 냉각 밸브(230)를 폐쇄시킬 수 있다.
또한, 냉각유체 온도 센서(620)에서 검출한 냉각유체의 온도 정보값이 제어부(600)에 기설정된 냉각유체의 온도 정보값을 초과하는 경우, 제어부(600)는 냉각 밸브(230)를 개방시키고 스팀 밸브(530)를 폐쇄시킬 수 있다.
즉, 제어부(600)는 냉각유체 온도 센서(620) 및 환원제 온도 센서(610)에서 검출되는 온도 정보값에 의해 냉각 밸브(230) 및 스팀 밸브(530)를 선택적으로 제어하여 환원제를 승온시켜 환원제의 동결을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 엔진 101: 선택적 촉매 환원 시스템
150: 보일러 200: 냉각 배관
210: 메인 냉각 배관 220: 우회 냉각 배관
230: 냉각 밸브 240: 쿨러
300: 반응기 310: 촉매
400: 환원제 공급부 410: 환원제 탱크
420: 환원제 공급배관 430: 가수분해 챔버
440: 환원제 분사부재 450: 가열부재
500: 스팀 배관 510: 메인 스팀 배관
520: 우회 스팀 배관 530: 스팀 밸브
600: 제어부 610: 환원제 온도 센서
620: 냉각유체 온도 센서 700: 열교환부
710: 제1 유로 720: 제2 유로
730: 제3 유로

Claims (8)

  1. 선박 또는 플랜트 설비에 구동력을 제공하며 배기가스를 배출하는 엔진(100)과, 상기 선박 또는 상기 플랜트 설비에서 생산되는 고온의 유체가 통과하는 스팀 배관(500)을 포함하며 상기 엔진(100)에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    내부에 촉매(310)가 설치되고, 배기가스가 통과하는 반응기(300);
    환원제가 저장된 환원제 탱크(410)와, 상기 환원제 탱크(410)에서 공급된 환원제가 상기 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체의 열에너지에 의해 승온되어 상기 반응기(300)로 유입되는 배기가스로 공급되도록 안내하는 환원제 공급배관(420)을 포함하는 환원제 공급부(400);
    상기 엔진(100) 내부에 냉각유체를 순환시켜 상기 엔진(100)을 냉각하고, 상기 스팀 배관(500)과 상기 환원제 공급배관(420) 사이의 열을 완충시키는 냉각 배관(200); 및
    상기 환원제 공급배관(420) 상에 설치되고, 상기 스팀 배관(500)을 통과하는 고온의 유체가 통과하는 제1 유로(710)와, 상기 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제가 통과하는 제2 유로(720), 그리고 상기 냉각 배관(200)을 통과하는 냉각유체가 통과하는 제3 유로(730)를 포함하는 열교환부(700)
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 환원제 공급부(400)는,
    상기 환원제 공급배관(420)과 상기 반응기(300) 사이에 설치되어 환원제를 가수분해 시켜 암모니아를 생성하는 가수분해 챔버(430); 및
    상기 가수분해 챔버(430)에서 생성된 암모니아를 상기 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 분사하는 환원제 분사부재(440)
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 환원제 공급부(400)는,
    상기 가수분해 챔버(430)의 환원제를 가열하는 가열부재(450)를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 스팀 배관(500)은 고온의 유체가 통과하는 메인 스팀 배관(510)과, 상기 메인 스팀 배관(510)으로부터 분기되어 상기 제1 유로(710)로 고온의 유체를 안내하는 우회 스팀 배관(520), 그리고 상기 우회 스팀 배관(520)을 통과하는 고온의 유체의 흐름을 조절하는 스팀 밸브(530)를 더 포함하고,
    상기 냉각 배관(200)은 냉각유체가 상기 엔진(100)으로 순환되도록 안내하는 메인 냉각 배관(210)과, 상기 메인 냉각 배관(210)으로부터 분기되어 상기 환원제 공급배관(420)과 상기 우회 스팀 배관(520) 사이에 배치되어 상기 제3 유로(730)로 냉각유체를 안내하는 우회 냉각 배관(220), 그리고 상기 우회 냉각 배관(220)을 통과하는 냉각유체의 흐름을 조절하는 냉각 밸브(230)를 더 포함하며,
    상기 냉각 밸브(230)와 상기 스팀 밸브(530)는 상기 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시키는 제1 승온모드 또는 상기 제1 승온모드 보다 상대적으로 높은 온도로 상기 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시키는 제2 승온모드 중 어느 하나로 구분 동작 되는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 승온모드 동작 일 때, 상기 냉각 밸브(230)를 개방시키고 상기 스팀 밸브(530)를 폐쇄시켜 상기 우회 냉각 배관(220)을 통과하는 냉각유체에 의해 상기 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시키고, 상기 제2 승온모드 동작 일 때, 상기 냉각 밸브(230)를 폐쇄시키고 상기 스팀 밸브(530)를 개방시켜 상기 우회 스팀 배관(520)을 통과하는 고온의 유체에 의해 상기 환원제 공급배관(420)을 통과하는 환원제를 승온시키는 제어부(600)를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 제3 유로(730)는,
    상기 제1 유로(710)와 상기 제2 유로(720) 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 고온의 유체는 보일러 또는 증기 발생장치에 의해 생산되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH11159320A (ja) * 1997-11-28 1999-06-15 Tokyo Gas Co Ltd 内燃機関の排気浄化装置
JP2010138883A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Denso Corp 排気浄化システムの制御装置
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