KR101662394B1 - System for preheating of catalyst - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 환원 반응을 통해 저감시키는 촉매를 가동전 예열시키기 위한 촉매 예열 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 예열 시스템은 상기 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 재순환 유로, 그리고 상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치를 포함한다.The present invention relates to a catalyst preheating system for preheating a catalyst that reduces nitrogen oxides (NOx) contained in an exhaust gas through a reduction reaction, and a catalyst preheating system according to an embodiment of the present invention is characterized in that the exhaust gas moves A recirculation flow path branched from the exhaust flow path in the rear of the reactor and joined to the exhaust flow path in front of the reactor, And a heating device installed therein.
Description
본 발명은 촉매 예열 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 사용되는 촉매를 예열시키기 위한 촉매 예열 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst preheating system, and more particularly, to a catalyst preheating system for preheating a catalyst used to reduce nitrogen oxides contained in exhaust gas.
일반적으로 선박 등에 사용되는 동력 장치는 저속 디젤 엔진과 과급기(turbocharger) 등을 포함한다. 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 디젤 엔진에서 발생된 배기가스를 정화하여 질소산화물을 저감시키기 위한 시스템이다.Generally, a power unit used for a ship or the like includes a low speed diesel engine and a turbocharger. A selective catalytic reduction (SCR) system is a system for reducing nitrogen oxides by purifying exhaust gases generated from a diesel engine.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.The selective catalytic reduction system reacts the nitrogen oxides contained in the exhaust gas with the reducing agent while passing the exhaust gas and the reducing agent together in the reactor equipped with the catalyst, thereby reducing the nitrogen and the water vapor.
디젤 엔진에 선택적 촉매 환원 시스템을 적용하여 배기 가스를 정화시키는 방법에는 선택적 촉매 환원 시스템의 촉매 환원 반응기를 과급기의 전단에 연결하는 방법과 과급기의 후단에 연결하는 방법으로 나뉘고 있다.A method of purifying the exhaust gas by applying a selective catalytic reduction system to the diesel engine is divided into a method of connecting the catalytic reduction reactor of the selective catalytic reduction system to the front end of the supercharger and a method of connecting to the rear end of the supercharger.
촉매 환원 반응기를 과급기의 전단에 연결하면, 촉매 환원 반응기를 과급기의 후단에 연결한 경우와 비교하여, 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 상대적으로 높은 상태일 때 환원 반응이 일어나므로 촉매의 활성이 증가하여 질소산화물 저감에 요구되는 촉매량을 줄일 수 있으나, 반대로 과급기로 유입되는 배기 가스의 온도와 압력이 감소하여 엔진의 성능 및 효율이 저하된다.When the catalytic reduction reactor is connected to the upstream side of the supercharger, the reduction reaction occurs when the temperature of the exhaust gas discharged from the engine is relatively high as compared with the case where the catalytic reduction reactor is connected to the rear end of the supercharger. The amount of catalyst required for nitrogen oxides reduction can be reduced. On the contrary, the temperature and pressure of the exhaust gas flowing into the supercharger are reduced, and the performance and efficiency of the engine are lowered.
또한, 촉매 환원 반응기가 과급기 전단에 연결되면 촉매 환원 반응기 내에 설치된 촉매가 피독되면 촉매를 교체하지 않고 이를 재생하기가 용이하지 않다.Further, when the catalyst reduction reactor is connected to the upstream side of the supercharger, if the catalyst installed in the reduction catalyst is poisoned, it is not easy to regenerate the catalyst without replacing the catalyst.
촉매는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 피독되면서 효율이 저하된다.The catalyst may have an active temperature in the range of 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius. Here, the activation temperature refers to a temperature at which the catalyst can be stably reduced without being poisoned. When the catalyst reacts outside the active temperature range, the efficiency decreases as it is poisoned.
특히, 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기 가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제의 암모니아(NH4)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In particular, when exhaust gas flows having a relatively low temperature of less than 250 ° C, the catalyst poisoning material is generated by the ammonia of sulfur oxides in the exhaust gas (SOx) and a reducing agent (NH 4) response. Catalyst poisoning material may comprise one or more of ammonium sulfate (Ammonium sulfate, (NH4) 2 SO 4) and ammonium bisulfite (Ammonium bisulfate, NH 4 HSO 4 ).
촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 따라서, 촉매의 효율을 높이고 유지 보수에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 촉매은 온도를 활성 온도 범위 내로 유지하는 것이 요구된다.The catalyst poisoning material is adsorbed on the catalyst to lower the activity of the catalyst. Therefore, in order to increase the efficiency of the catalyst and to minimize the loss due to maintenance, it is required that the temperature of the catalyst be maintained within the active temperature range.
특히, 엔진의 가동 초기에 배출되는 배기가스는 상대적으로 온도가 낮으므로, 가동 초기 촉매가 집중적으로 피독되거나 목표치까지 질소산화물을 저감시키지 못하는 문제점이 있다.Particularly, since exhaust gas discharged at the beginning of operation of the engine has a relatively low temperature, there is a problem that the catalyst at the initial stage of operation is intensively poisoned or the nitrogen oxide is not reduced to the target value.
구체적으로, 선박용 주 추진용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물을 저감시키는 촉매는 선박 정박 후 출할 시 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 낮아 촉매가 정상적으로 질소산화물을 저감시키지 못하고 대기 중으로 인체에 해로운 질소산화물을 배출하게 되므로 항구에서의 대기 오염을 줄이기 어렵다.Specifically, the catalyst for reducing nitrogen oxides discharged from a main propulsion diesel engine for a ship has a problem that the temperature of the exhaust gas discharged from the engine at the time of docking is low, so that the catalyst does not normally reduce the nitrogen oxides, It is difficult to reduce air pollution in ports.
또한, 촉매 환원 반응기가 과급기의 전단에 연결된 경우에는, 고부하시 높은 압력(3~4 bar 수준)으로 인하여 밸브의 제어가 용이하지 않아 촉매를 위하여 일부러 저부하 구동을 하여야 하는 문제점도 존재한다.In addition, when the catalyst reduction reactor is connected to the upstream side of the supercharger, the valve is not easily controlled due to high pressure (3 to 4 bar level) at the time of high load.
본 발명의 실시예는 질소산화물 저감을 위한 촉매를 사전에 예열하여 가동 초기부터 질소산화물을 효과적으로 저감시키고 촉매의 피독을 억제할 수 있는 촉매 예열 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a catalyst preheating system that can preheat a catalyst for nitrogen oxide reduction in advance to effectively reduce nitrogen oxide from the beginning of operation and suppress poisoning of the catalyst.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 환원 반응을 통해 저감시키는 촉매를 가동전 예열시키기 위한 촉매 예열 시스템은 상기 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 재순환 유로, 그리고 상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a catalyst preheating system for preheating a catalyst that reduces nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas through a reduction reaction, comprising: an exhaust passage through which the exhaust gas moves; A recirculation passage branched from the exhaust passage behind the reactor and joined to the exhaust passage in front of the reactor, and a heating device installed on the recirculation passage.
상기한 촉매 예열 시스템은 상기 재순환 유로 상에 설치되어 상기 재순환 유로를 따라 상기 반응기 후방에서 상기 반응기 전방으로 유체를 순환시키는 블로워를 더 포함할 수 있다.The catalyst preheating system may further include a blower installed on the recirculation flow path and circulating the fluid from the rear of the reactor to the front of the reactor along the recirculation flow path.
상기한 촉매 예열 시스템은 상기 재순환 유로와 합류하여 외기를 공급하는 외기 공급 라인을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 외기 공급 라인은 상기 가열 장치의 가동에 필요한 산소를 공급할 수 있다.The catalyst preheating system may further include an outside air supply line that joins with the recirculation flow path to supply outside air. The outside air supply line may supply oxygen necessary for operating the heating apparatus.
상기한 촉매 예열 시스템은 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류점 전방의 상기 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 밸브와, 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 분기점 후방의 상기 배기 유로 상에 설치된 제2 배기 밸브를 더 포함할 수 있다.The catalyst preheating system includes a first exhaust valve provided on the exhaust passage in front of a confluence point of the recirculation passage and the exhaust passage, a second exhaust valve provided on the exhaust passage behind the junction of the recirculation passage and the exhaust passage, As shown in FIG.
상기한 촉매 예열 시스템은 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기를 우회하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.The catalyst preheating system may further include a bypass flow path branched from the exhaust flow path and bypassing the reactor, and a bypass valve provided on the bypass flow path.
상기 제1 배기 밸브는 상기 반응기 내부의 온도가 섭씨 200도 미만이면 폐쇄되고, 상기 반응기 내부의 온도가 섭씨 200도 내지 섭씨 300도 범위 내에 도달하면 점진적으로 개방될 수 있다.The first exhaust valve may be closed when the temperature inside the reactor is less than 200 degrees Celsius and may be gradually opened when the temperature inside the reactor reaches 200 degrees Celsius to 300 degrees Celsius.
상기 촉매는 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키며, 상기 엔진의 가동전 상기 엔진이 정지된 상태에서 상기 가열 장치를 이용하여 상기 반응기 내 설치된 상기 촉매를 예열시킬 수 있다.The catalyst may reduce nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas discharged from the engine, and may preheat the catalyst installed in the reactor using the heating apparatus while the engine is stopped before the engine is started .
본 발명의 실시예에 따르면, 촉매 예열 시스템은 질소산화물 저감을 위한 촉매를 사전에 예열하여 가동 초기부터 질소산화물을 효과적으로 저감시키고 촉매의 피독을 억제할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the catalyst preheating system can preheat a catalyst for reducing nitrogen oxides in advance, effectively reduce nitrogen oxides from the beginning of operation, and inhibit poisoning of the catalyst.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 촉매 예열 시스템의 동작 상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 예열 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3의 촉매 예열 시스템의 동작 상태를 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram of a catalyst preheating system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an operation state of the catalyst preheating system of FIG. 1. FIG.
3 is a configuration diagram of a catalyst preheating system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an operation state of the catalyst preheating system of FIG. 3. FIG.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 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 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in the various embodiments, components having the same configuration are represented by the same reference symbols in the first embodiment, and in the other embodiments, only the configurations different from those of the first embodiment will be described do.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 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.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive. And to the same structure, element or component appearing in more than one drawing, the same reference numerals are used to denote similar features.
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.The embodiments of the present invention specifically illustrate ideal embodiments of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Thus, the embodiment is not limited to any particular form of the depicted area, but includes modifications of the form, for example, by manufacture.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)을 설명한다.Hereinafter, the
본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 환원 반응을 통해 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 반응용 촉매를 가동전 예열시키기 위한 시스템이다.The
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 선박용 주 추진용 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 선박 정박 후 출할 시 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 낮아 촉매가 정상적으로 질소산화물을 저감시키지 못하고 대기 중으로 인체에 해로운 질소산화물을 배출하는 것을 억제하기 위해 가동전 예열하는 시스템이다.Particularly, the
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 촉매가 내부에 설치된 반응기(300)가 엔진(100)과 과급기(150)를 차례로 거친 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시킨다.1, the
엔진(100)은 선박의 주동력원으로 사용되며, 선박에 추진력을 제공한다. 엔진(100)은 통상적으로 선박에 사용되는 저속 디젤 엔진일 수 있으며, 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 엔진이 사용될 수 있다.The
그리고 본 발명의 일 실시예에서, 엔진(100)은 질소산화물(NOx)과 황성분 등을 함유한 배기가스를 배출한다.In one embodiment of the present invention, the
과급기(turbo charger, 150)는 엔진(100)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 엔진(100)에 새로운 외기를 공급한다.A
따라서, 과급기(150)에 공급되는 배기가스의 온도와 압력이 높을수록 과급기(150)의 성능이 향상될 수 있다. 그리고 과급기(150)로부터 압축 공기를 공급받은 엔진(100)은 효율이 향상된다.Therefore, the performance of the
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 배기 유로(610), 반응기(300), 재순환 유로(680), 및 가열 장치(410)를 포함한다.Specifically, the
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 블로워(420), 외기 공급 라인(690), 제1 배기 밸브(811), 제2 배기 밸브(812), 바이패스 유로(620), 및 바이패스 밸브(820)를 더 포함할 수 있다.The
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 기화 챔버(460), 우레아 분사 노즐(470), 우레아 공급부(480)를 더 포함할 수 있다.Further, the
배기 유로(610)는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 통로이다.The
일례로, 배기 유로(610)는 엔진(100)과 연결되어 엔진(100)이 배출한 배기가스를 이동시킨다. 그리고 본 발명의 제1 실시예에서, 과급기(150)는 엔진(100)과 후술할 반응기(300) 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다.For example, the
반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 본 발명의 제1 실시예에서, 반응기(300)는 엔진(100)과 과급기(150)를 거친 배기 유로(610) 상에 설치된다.The
반응기(300)는 엔진(100)에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키는 촉매를 포함한다. 촉매는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.The
촉매는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 피독되면서 효율이 저하된다.The catalyst may be made of a variety of materials known to those skilled in the art, such as zeolite, vanadium, and platinum. In one example, the catalyst may have an active temperature in the range of 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius. Here, the activation temperature refers to a temperature at which the catalyst can be stably reduced without being poisoned. When the catalyst reacts outside the active temperature range, the efficiency decreases as it is poisoned.
특히, 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기 가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제의 암모니아(NH4)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In particular, when exhaust gas flows having a relatively low temperature of less than 250 ° C, the catalyst poisoning material is generated by the ammonia of sulfur oxides in the exhaust gas (SOx) and a reducing agent (NH 4) response. Catalyst poisoning material may comprise one or more of ammonium sulfate (Ammonium sulfate, (NH4) 2 SO 4) and ammonium bisulfite (Ammonium bisulfate, NH 4 HSO 4 ).
촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 즉, 질소산화물 저감 효율이 저하되면 촉매가 피독된 것으로 판단될 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 외부 열원에 의해 분해되거나 제거될 수 있다.The catalyst poisoning material is adsorbed on the catalyst to lower the activity of the catalyst. That is, when the nitrogen oxide reduction efficiency is lowered, it can be judged that the catalyst is poisoned. Such catalyst poisonous materials can be decomposed or removed by an external heat source.
또한, 반응기(300)의 하우징은, 일례로, 스테인레스 스틸(stainless steel)을 소재로 만들어질 수 있다.Also, the housing of the
재순환 유로(680)는 반응기(300) 후방의 배기 유로(610)에서 분기하여 반응기(300) 전방의 배기 유로(610)에 합류한다. 즉, 반응기(300)를 거친 배기가스가 재순환 유로(680)를 통해 다시 반응기(300)로 유입될 수 있다. 즉, 반응기(300)를 거친 배기가스가 순환 유로(680)를 통해 재순환될 수 있다.The
가열 장치(410)는 재순환 유로(680) 상에 설치되어 재순환 유로(680)를 흐르는 유체를 승온시킨다. 가열 장치(410)에 의해 승온된 유체는 배기 유로(610)와 재순환 유로(680)를 순환하면서, 반응기(300) 내부에 설치된 촉매를 승온시킨다. 이때, 가열 장치(410)는 순환하는 유체를 지속적으로 가열하므로, 상대적으로 적은 에너지를 사용하여 유체를 승온시킬 수 있다. 즉, 반응기(300) 내부에 설치된 촉매를 승온시키는데 소모되는 에너지를 최소화할 수 있다.The
또한, 본 발명의 제1 실시에에서, 가열 장치(410)는 버너일 수 있다.Further, in the first embodiment of the present invention, the
블로워(420)는 재순환 유로(680) 상에 설치된다. 블로워(420)는 재순환 유로(680)를 따라 반응기(300) 후방에서 반응기(300) 전방으로 유체를 재순환시킨다.The
외기 공급 라인(690)은 재순환 유로(680)와 합류하여 외기를 공급한다. 구체적으로, 외기 공급 라인(690)는 가열 장치(410)에 외기를 공급한다. 이에, 가열 장치(410)는 가동에 필요한 산소를 안정적으로 공급받을 수 있다.The outside
제1 배기 밸브(811는 재순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 합류점 전방의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 제2 배기 밸브(812)는 재순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 분기점 후방의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 제1 배기 밸브(811)와 제2 배기 밸브(812)는 배기 유로(610)를 거쳐 반응기에 유입되는 배기가스의 흐름을 조절한다.The
바이패스 유로(620)는 배기 유로(610)에서 분기하여 반응기(300)를 우회하여 배기가스를 이동시킨다.The
즉, 제1 배기 밸브(811)와 제2 배기 밸브(812)가 닫혀 배기 유로(610)가 차단되면, 배기가스는 바이패스 유로(620)를 통해 이동할 수 있다.That is, when the
바이패스 밸브(620)는 바이패스 유로(620) 상에 설치되어 제1 배기 밸브(811)가 개방된 상태에서 배기가스가 불필요하게 바이패스 유로(620)를 따라 이동하는 것을 방지한다.The
기화 챔버(460)는 재순환 유로(680) 상에 설치된다.The
그리고 우레아 분사부(470)는 기화 챔버(460)에 설치되어 기화 챔버(460) 내부에 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분사한다. 기화 챔버(460)에서는 우레아가 분해되어 암모니아가 생성된다.The
구체적으로, 기화 챔버(460)는 우레아(urea, CO(NH2)2)를 공급받아 이를 가수분해하여 암모니아(NH3)를 생성한다. 암모니아(NH3)는 질소산화물을 환원시키기 위한 환원제로 사용된다.Specifically, the
기화 챔버(460)의 내부 온도가 섭씨 300도 내지 섭씨 500도 범위 내로 유지되면, 기화 챔버(460) 내부에 분사된 우레아가 용이하게 가수분해되면서 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성되고, 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해된다.When the internal temperature of the
우레아 공급부(480)는 우레아를 저장하고 저장된 우레아를 우레아 분사부(470)로 공급한다.The
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 우레아 분사부(470)는 촉매의 예열이 끝나고 엔진이 시동하면 우레아를 분사한다.Further, in the first embodiment of the present invention, the
그리고 기화 챔버(460) 내부의 온도는 가열 장치(410)에 의해 조절된다. 즉, 가열 장치(410)는 가동 초기에 촉매을 예열하기 위한 열에너지를 공급할 뿐만 아니라 가동 중에 우레아를 분해시키기 위한 열에너지도 공급한다.And the temperature inside the
또한, 기화 챔버(460)가 재순환 유로(580) 상에 설치되므로, 반응기(300)를 거친 배기가스가 갖는 열에너지도 활용할 수 있다.In addition, since the
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 질소산화물 저감을 위한 촉매를 사전에 예열하여 가동 초기부터 질소산화물을 효과적으로 저감시키고 촉매의 피독을 억제할 수 있다.With such a structure, the
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)의 동작 원리를 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation principle of the
도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(100)의 정지 상태에서 시동을 걸고자 할 때, 제1 배기 밸브(811)를 폐쇄한다. 이때, 제1 배기 밸브(811)는 반응기(300) 내부의 온도가 섭씨 200도 미만이면 폐쇄 상태를 유지한다. 그리고 외기 공급 라인(690)을 통해 공급받은 외기를 블로워(420)를 사용하여 재순환 라인(680)과 배기 유로(610)를 따라 순환시키면서 가열 장치(410)를 이용하여 승온시킨다. 가열된 유체는 촉매를 예열하여 촉매를 활성 온도까지 승온시킨다. 이때, 가열 장치(410)로 버너가 사용될 수 있는데, 외기 공급 라인(690)을 통해 유입된 외기는 순환하는 유체를 가열시키는 버너인 가열 장치(410)에 필요한 산소를 공급할 수 있다.As shown in Fig. 1, when the
또한, 제2 배기 밸브(812)는 폐쇄되거나 일부만 개방되어 재순환 라인(680)을 순환하는 유체의 압력을 조절할 수 있다. 즉, 외기 공급 라인(690)으로 외기가 지속적으로 유입되면 시스템 내부에 압력이 상승될 수 있으므로, 시스템 내부의 압력이 적정 압력을 유지하도록 제2 배기 밸브(812)를 일부 개방할 수 있다.In addition, the
도 2에 도시한 바와 같이, 반응기(300) 내부의 온도가 섭씨 200도 내지 섭씨 300도 범위 내에 도달하면 제1 배기 밸브(811)가 점진적으로 개방된다. 그리고 제2 배기 밸브(812)도 마찬가지로 개방된다.As shown in Fig. 2, when the temperature inside the
그리고 엔진(100)의 시동이 걸리면서, 엔진(100)에서 배출된 배기가스가 제1 배기 밸브(811)를 통해 점진적으로 반응기(300)로 유입된다.The exhaust gas discharged from the
이와 같이, 엔진(100)이 시동하면, 재순환 유로(680)를 따라 이동하는 유체는 가열 장치(410)에 의해 우레아 분해에 필요한 온도로 승온되어 기화 챔버(460)로 이동하고, 기화 챔버(460)에서 우레아가 분해되어 생성된 암모니아가 재순환 유로(680)를 따라 흐르는 유체와 혼합되어 반응기(300)로 이동하게 된다.When the
반응기(300)로 이동한 암모니아, 즉 환원제는 촉매에서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원 반응하여 배기가스 내 질소산화물의 농도를 저감시킨다.The ammonia, that is, the reducing agent, which has been transferred to the
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(101)은 엔진의 시동전, 즉 질소산화물을 함유한 배기가스가 반응기(300)로 유입되기 전에 재순환 라인(680)을 통해 순환되는 유체를 가열 장치(410)로 가열하여 촉매를 승온시키므로, 선박 정박 후 출할 시 엔진(100)에서 배출된 배기가스의 온도가 낮아 촉매가 정상적으로 질소산화물을 저감시키지 못하고 대기 중으로 인체에 해로운 질소산화물이 배출되어 야기되는 항구에서의 대기 오염을 효과적으로 줄일 수 있다.As described above, the
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(102)을 설명한다.Hereinafter, a
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(102)은 엔진(100)과 과급기(150) 사이에 반응기(300)가 배치된다. 즉, 과급기(150)를 거치기 전의 배기가스가 반응기(300)에 유입된다.3 and 4, the
그리고, 제2 실시예는 반응기(300)의 위치를 제외하고는 제1 실시예와 동일하다.The second embodiment is the same as the first embodiment except for the position of the
즉, 본 발명의 제2 실시예와 같이, 반응기(300)가 엔진(100)과 과급기(150) 사이에 위치하더라도, 즉 반응기가 상대적으로 고온 고압의 환경에 노출되더라도 효과적으로 촉매를 예열시킬 수 있다.That is, even if the
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 예열 시스템(102)도 질소산화물 저감을 위한 촉매를 사전에 예열하여 가동 초기부터 질소산화물을 효과적으로 저감시키고 촉매의 피독을 억제할 수 있다.With such a structure, the
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예를 통하여, 반응기(300)와 과급기(150)의 위치 관계에 상관없이 효과적으로 촉매를 예열하여 초기 구동시 촉매 자체의 온도가 낮을 뿐만 아니라 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 온도도 낮음으로 인해 유발되는 문제점을 모두 해소할 수 있다.As described above, according to the first and second embodiments of the present invention, it is possible to effectively preheat the catalyst regardless of the positional relationship between the
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. will be.
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.It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.
101: 촉매 예열 시스템
100: 제1 엔진 150: 과급기
300: 반응기 410: 가열 장치
420: 블로워 460: 기화 챔버
470: 우레아 분사부 480: 우레아 공급부
610: 배기 유로 620: 바이패스 유로
680: 재순환 유로 690: 외기 공급 라인
811: 제1 배기 밸브 812: 제2 배기 밸브
820: 바이패스 밸브101: Catalyst preheating system
100: first engine 150: supercharger
300: Reactor 410: Heating device
420: blower 460: gasification chamber
470: Urea dispensing part 480: Urea supplying part
610: exhaust channel 620: bypass channel
680: recirculation channel 690: outside air supply line
811: first exhaust valve 812: second exhaust valve
820: Bypass valve
Claims (7)
상기 배기가스가 이동하는 배기 유로;
상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 촉매가 내부에 설치된 반응기;
상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 재순환 유로;
상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치;
상기 재순환 유로와 합류하여 상기 가열 장치의 가동에 필요한 산소를 공급하기 위한 외기를 공급하는 외기 공급 라인; 및
상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류점 전방의 상기 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 밸브
를 포함하며,
상기 반응기의 내부 온도가 기설정된 온도 미만이면 상기 제1 배기 밸브가 폐쇄되고 상기 가열 장치는 가동되어 상기 반응기 내부의 상기 촉매를 예열하고,
상기 반응기의 내부 온도가 기설정된 온도 이상이면 상기 제1 배기 밸브가 개방되고 상기 반응기로 상기 배기가스가 유입되어 상기 반응기 내부의 상기 촉매를 예열하는 촉매 예열 시스템.A catalyst preheating system for preheating a catalyst that reduces nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas through a reduction reaction,
An exhaust passage through which the exhaust gas moves;
A reactor provided on the exhaust flow path and provided with the catalyst therein;
A recirculation flow path branched from the exhaust flow path behind the reactor and joined to the exhaust flow path in front of the reactor;
A heating device installed on the recirculation flow path;
An outside air supply line which joins with the recirculation flow path and supplies outside air for supplying oxygen necessary for operating the heating apparatus; And
A first exhaust valve provided on the exhaust passage in front of a confluence point of the recirculation passage and the exhaust passage,
/ RTI >
If the internal temperature of the reactor is lower than a predetermined temperature, the first exhaust valve is closed and the heating device is activated to preheat the catalyst inside the reactor,
Wherein the first exhaust valve is opened and the exhaust gas flows into the reactor to preheat the catalyst in the reactor when the internal temperature of the reactor is above a predetermined temperature.
상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 분기점 후방의 상기 배기 유로 상에 설치된 제2 배기 밸브를 더 포함하며,
상기 제2 배기 밸브는 상기 반응기의 내부 온도가 기설정된 온도 미만이면 닫히거나 일부만 개방되고 상기 반응기의 내부 온도가 기설정된 온도 이상이면 일부 또는 전부가 개방되는 것을 특징으로 하는 촉매 예열 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a second exhaust valve provided on the exhaust passage behind the junction of the recirculation passage and the exhaust passage,
Wherein the second exhaust valve is partially or wholly opened when the internal temperature of the reactor is closed or partially opened when the internal temperature of the reactor is lower than a preset temperature and is higher than a predetermined temperature.
상기 제1 배기 밸브는 상기 반응기 내부의 온도가 섭씨 200도 미만이면 폐쇄되고, 상기 반응기 내부의 온도가 섭씨 200도 내지 섭씨 300도 범위 내에 도달하면 점진적으로 개방되는 촉매 예열 시스템.The method according to claim 1 or 4,
Wherein the first exhaust valve is closed when the temperature inside the reactor is less than 200 degrees Celsius and is gradually opened when the temperature inside the reactor reaches 200 degrees Celsius to 300 degrees Celsius.
상기 재순환 유로 상에 설치되어 상기 재순환 유로를 따라 상기 반응기 후방에서 상기 반응기 전방으로 유체를 순환시키는 블로워를 더 포함하는 촉매 예열 시스템.The method according to claim 1 or 4,
And a blower installed on the recirculation flow path to circulate the fluid in the rear of the reactor in front of the reactor along the recirculation flow path.
상기 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기를 우회하는 바이패스 유로와;
상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브
를 더 포함하는 촉매 예열 시스템.
The method according to claim 1 or 4,
A bypass flow path branched from the exhaust flow path and bypassing the reactor;
And a bypass valve
Further comprising a catalyst preheating system.
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