KR101775120B1

KR101775120B1 - 배기 오염물질 저감장치

Info

Publication number: KR101775120B1
Application number: KR1020150131169A
Authority: KR
Inventors: 박희준; 이승재
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2017-09-05
Also published as: KR20170033171A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 배기 오염물질 저감장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 배기가스관을 통해 공급되는 배기가스에 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 배기가스관에 연결되며 방전을 하거나 자외선을 조사하여 배기가스를 산화시키는 산화유닛과, 배기가스관에 연결되고, 산화유닛의 전단에 위치하여 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 전처리유닛, 및 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함할 수 있다.

Description

배기 오염물질 저감장치{Apparatus for reducing air pollutant}

본 발명은 배기 오염물질 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질을 정화하여 배출할 수 있는 배기 오염물질 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이 때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다. 이러한 이유로, 선박의 대기오염에 대한 환경규제가 강화되고 있으며, 각종 규제를 만족시키기 위해 다양한 처리장치가 선박에 적용되고 있다.

대기오염에 관한 환경규제 중 해양 배기가스 배출통제지역(ECA; Emission Control Area)의 운항 및 정박 시 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산화물을 0.1% 이하로 규정하는 규제가 발효되어 있으며, 황산화물의 제거를 위한 방법으로 황함유량이 0.1% 이하인 초저유황유(Ultra Low Sulfur Fuel)를 사용하거나 습식 스크러버(wet scrubber)를 적용할 수 있다. 그러나, 초저유황유는 가격이 매우 높고 생산설비 등의 시스템이 부족한 상황이므로, 통상 습식 스크러버를 사용한다. 습식 스크러버는 해수, 청수 또는 알칼리 용액과 배기가스를 기액 접촉하여 황산화물을 제거하는데, 기액 접촉 전에 황산화물과 질소산화물을 산화시킬 경우 황산화물과 질소산화물을 동시에 저감시킬 수 있다.

그러나, 선박에 사용하는 중유의 경우, 배기가스에 포함된 미세분진의 양이 많고 입자의 크기도 커 산화효율을 저감시키는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0123665호 2014. 10. 23.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질을 정화하여 배출할 수 있는 배기 오염물질 저감장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 상기 배기가스관을 통해 공급되는 배기가스에 상기 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 상기 배기가스관에 연결되며, 방전을 하거나 자외선을 조사하여 상기 배기가스를 산화시키는 산화유닛과, 상기 배기가스관에 연결되고, 상기 산화유닛의 전단에 위치하여 상기 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 전처리유닛, 및 상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함한다.

상기 전처리유닛은 상기 미세분진에 물을 분사하여 미세분진의 농도를 감소시킬 수 있다.

상기 세정수공급관은 외부로부터 해수를 공급받는 해수공급관으로부터 분지되며, 상기 해수공급관은 상기 전처리유닛에 상기 해수를 분사할 수 있다.

상기 세정수공급관에 연결되어 청수를 공급하는 청수공급관을 더 포함하되, 상기 청수공급관은 상기 전처리유닛에 상기 청수를 분사할 수 있다.

상기 전처리유닛을 통과한 상기 해수 또는 상기 청수를 상기 세정수공급관으로 공급하는 포집관을 더 포함할 수 있다.

상기 해수공급관, 상기 스크러버 또는 상기 포집관 중 적어도 하나에 연결되어 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 전처리유닛은, 상기 배기가스관을 통해 공급되는 배기가스 내에 포함된 미세분진을 분리하는 원심분리기를 포함하되, 상기 원심분리기는 상기 배기가스를 접선 방향으로 공급받는 사이클론 방식의 고체 분리 장치일 수 있다.

본 발명에 따르면, 황산화물과 질소산화물을 산화시키기 전에 미세분진을 제거함으로써, 산화효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 산화된 배기가스가 습식 스크러버를 통과하면서 이중으로 정화되어 배기가스 내 오염물질을 현저하게 저감시킬 수 있으며, 산화된 배기가스가 세정수에 용해되어 강산을 만들어 세정수 속의 미생물을 사멸시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 전처리유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전처리유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전처리유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는 배기가스에 포함된 각종 오염물질(질소산화물, 황산화물, 분진 등)의 농도를 줄여 배기기준에 적합한 공기를 배출함과 동시에 배기가스의 농도를 줄이는 데 사용된 세정수의 처리가 동시에 이루어질 수 있는 장치로서, 주로 선박에 탑재되어 선박에서 발생하는 배기가스의 오염물질을 제거할 수 있다.

배기 오염물질 저감장치는, 황산화물과 질소산화물을 산화시키기 전에 미세분진을 제거함으로써, 산화효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 산화된 배기가스가 습식 스크러버를 통과하면서 이중으로 정화되어 배기가스 내 오염물질을 현저하게 저감시킬 수 있으며, 산화된 배기가스가 세정수에 용해되어 강산을 만들어 세정수 속의 미생물을 사멸시킬 수 있는 특징이 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 배기 오염물질 저감장치에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 전처리유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)는 배기가스관(10)과, 세정수공급관(30)과, 스크러버(40)와, 산화유닛(50)과, 전처리유닛(60), 및 세정수배출관(41)을 포함한다.

배기가스관(10)은 연소기관(도시되지 않음)으로부터 배기가스가 이동하는 관으로, 후술할 스크러버(40)에 연결된다. 배기가스관(10)은 연소기관의 배기관에 직접 연결되어, 고온의 배기가스가 직접 이동하거나 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 재활용하고 남은 폐가스가 이동하는 통로가 될 수 있다. 여기서, 연소기관은 연료를 연소하여 선박에 필요한 각종 동력을 발생시키는 장치로서, 예를 들어, 메인 엔진, 발전기 엔진 등으로 형성될 수 있다. 배기가스관(10)에는 복수 개의 연소기관의 배기관이 연결될 수 있으며, 복수 개의 연소기관은 필요에 따라 선택적으로 동작할 수 있다. 이러한 연소기관은 통상, 화석 연료를 연소하여 동력을 발생시키므로, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스를 발생시킨다. 발생된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관의 일 측에 연결된 배기가스관(10)을 통해 스크러버(40)로 공급된다.

세정수공급관(30)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(40)로 공급하는 관으로, 일단부가 해수공급관(20) 또는 청수공급관(26)에 연결되고 타단부가 스크러버(40)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수공급관(30)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받을 수 있다. 이하, 세정수가 해수인 것으로 한정하여, 세정수공급관(30)을 통해 주로 해수가 유입되어 스크러버(40)로 공급되는 과정을 보다 중점적으로 설명한다.

해수공급관(20)은 외부로부터 해수를 유입받아 공급하는 관으로, 해수를 가압하는 적어도 하나의 펌프(P1)가 설치되어 해수를 스크러버(40)로 원활하게 공급할 수 있다. 그러나, 해수공급관(20)이 해수를 스크러버(40)로 공급하는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라 평형수탱크(도시되지 않음) 등으로 해수를 공급할 수도 있다.

해수공급관(20)의 일 측에는 세정수공급관(30)이 분지되어 스크러버(40)로 연결되며, 해수공급관(20)과 세정수공급관(30)의 연결부분에는 제어밸브(25)가 설치될 수 있다. 제어밸브(25)는 삼방밸브 형태로 형성되어, 세정수공급관(30)을 통하여 공급되는 해수의 양을 조절하거나 세정수공급관(30)으로 분지되어 공급되는 해수와 해수공급관(20)을 통하여 유동하는 해수의 비율을 조절할 수 있다. 이러한 해수공급관(20)은 세정수공급관(30)의 후단에 혼합관(22)과 해수배출관(23)이 차례로 연결된다. 혼합관(22)은 후술할 중화제공급부(100)의 중화제가 주입된 해수가 유동하며, 해수배출관(23)은 외부로 해수를 배출할 수 있다.

해수공급관(20)을 통해 외부로부터 유입되는 해수는 세정수공급관(30)을 통해 유동하여 스크러버(40)로 공급된다. 스크러버(40)는 배기가스관(10)을 통해 유입되는 배기가스에 세정수공급관(30)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 통상의 습식 스크러버(scrubber)일 수 있다. 이 때, 세정수공급관(30)은 스크러버(40) 내부에 위치한 단부가 스크러버(40)의 상부에 배치되며, 복수 개로 분지되어 세정수를 미립자 형태로 분무할 수 있다. 즉, 스크러버(40)의 상부에 배치된 세정수공급관(30)은 배기가스관(10)이 위치한 스크러버(40)의 하부를 향하여 세정수를 분무하며, 이로 인해, 배기가스와 세정수를 효과적으로 접촉시킬 수 있다. 스크러버(40) 내부에서 배기가스와 세정수가 접촉함에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등의 오염물질이 제거된 배기가스는 별도의 배출관(42)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(42)을 통해 배출되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등의 오염물질이 제거된 상태이므로, 배기기준에 적합하게 되어 대기 중에 그대로 배출할 수 있다.

스크러버(40) 내부에서 오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등이 포함된 세정수는 세정수배출관(41)을 통해 스크러버(40) 외부로 배출된다. 이 때, 스크러버(40) 내부의 세정수는 질소산화물과 황산화물이 용해되어 강산성의 황산(H₂SO₄)과 질산(HNO₃)을 형성하므로, 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다.

한편, 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 전처리유닛(60)을 통과하여 미세분진이 제거되고, 산화유닛(50)을 통과하여 1차로 정화되며, 다시 스크러버(40)를 통해 2차로 정화될 수 있다.

산화유닛(50)은 펄스코로나 방전을 하거나 자외선을 조사하여 배기가스를 산화시키는 장치로, 배기가스관(10)에 연결될 수 있다. 이하, 산화유닛(50)이 펄스코로나 방전을 하여 배기가스를 산화시키는 구조를 보다 중점적으로 설명한다.

산화유닛(50)은 펄스 고전압에 의해 코로나 방전이 되면 배기가스가 플라즈마 상태가 되어 오존과 O₂, OH 등의 산화성 라디칼을 발생시켜 질소산화물이나 황산화물 등의 오염물질을 제거한다. 산화유닛(50)은 배기가스가 아래의 반응식에 따라 반응하여 배기가스 내의 오염물질, 즉, 황산화물 또는 질소산화물을 산화시킬 수 있다.

<반응식>

NO + O → NO₂

NO + H₂O → NO₂ +OH

NO + OH → HNO₂

HNO₂ + OH → NO₂ +H₂O

NO + O₃ → NO₂ + O₂

NO₂ + OH → HNO₃

SO₂ + OH → HSO₃

HSO₃ + OH → H₂SO₄

SO₂ + O → SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

전처리유닛(60)은 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 장치로, 배기가스관(10)에 연결되되 산화유닛(50)의 전단에 위치할 수 있다. 전처리유닛(60)은 미세분진에 물분자를 분사하여 배기가스의 미세분진 농도를 감소시키거나, 미세분진의 투과율이 낮은 분리막을 이용하여 미세분진 농도를 감소시키거나, 사이클론(cyclone) 방식의 원심분리기를 이용하여 미세분진 농도를 감소시킬 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여, 전처리유닛(60)이 미세분진에 물분자를 분사하여 배기가스의 미세분진 농도를 감소시키는 구조를 보다 중점적으로 설명한다.

해수공급관(20)은 일 측이 분지되어 전처리유닛(60)에 연결될 수 있으며, 외부로부터 유입된 해수를 전처리유닛(60)에 분사할 수 있다. 이 때, 해수공급관(20)의 단부에는 노즐유닛(62)이 결합되므로, 해수를 미립자화하여 분사할 수 있다. 또한, 청수공급관(26)은 일 측이 분지되어 전처리유닛(60)에 연결될 수 있으며, 청수를 전처리유닛(60)에 분사할 수 있다. 이 때, 청수공급관(26)의 단부에는 노즐유닛(62)이 결합되므로, 청수를 미립자화하여 분사할 수 있다. 즉, 전처리유닛(60)은 해수, 청수, 해수와 청수의 혼합수를 선택적으로 공급받을 수 있다.

전처리유닛(60)에 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수가 분사됨으로써, 배기가스 내 미세분진은 물분자를 흡수하여 가라앉게 되며, 이로 인해, 전처리유닛(60)을 통과하여 산화유닛(50)으로 공급되는 배기가스의 미세분진 농도가 감소할 수 있다. 산화유닛(50)에 미세분진 농도가 감소된 배기가스가 공급됨으로써, 산화유닛(50) 내부에 위치하여 펄스 코로나 방전을 유도하는 전극(도시되지 않음)에 미세분진이 흡착되는 것을 방지할 수 있어 배기가스의 산화효율이 향상될 수 있다. 또한, 산화유닛(50)이 자외선을 조사하는 경우, 미세분진이 자외선의 조사 경로를 차단하는 것을 방지할 수 있어 산화효율이 향상될 수 있다.

그러나, 해수공급관(20) 및 청수공급관(26)의 단부에 노즐유닛(62)이 결합되는 것으로 한정될 것은 아니며, 해수 또는 청수를 미립자화하여 분사할 수 있는 다양한 구조로 변형될 수 있다. 예를 들어, 전처리유닛(60)과 해수공급관(20) 사이 또는 전처리유닛(60)과 청수공급관(26) 사이에는 수증기를 발생시키는 수증기 발생유닛(도시되지 않음)이 결합될 수도 있다. 여기서, 수증기라 함은 물의 완전한 기체 상태만을 의미하는 것이 아니라 액체 상태의 물이 무화(霧化)되어 작은 입자를 이루는 상태를 포함할 수 있다. 수증기 발생유닛을 통해 발생된 수증기는 펌핑유닛(도시되지 않음)을 통하여 전처리유닛(60) 내부에 고압으로 분사될 수 있다.

전처리유닛(60)의 일 측에는 포집관(61)이 연결될 수 있다. 포집관(61)은 전처리유닛(60)을 통과한 해수 또는 청수를 세정수공급관(30)으로 공급하는 관으로, 필요에 따라 선택적으로 개방될 수 있다. 포집관(61)은 전처리유닛(60)을 통과한 해수 또는 청수를 후술한 순환관(91)에 공급할 수도 있다. 즉, 포집관(61)은 분지되어 세정수공급관(30)에 연결되거나 순환관(91)에 연결될 수 있다.

한편, 스크러버(40) 내부에 생성된 황산(H₂SO₄)과 질산(HNO₃)은 중화제공급부(100)를 통하여 공급된 중화제에 의해 중화될 수 있다. 예를 들어, 중화제는 알칼리 용액, 즉, 수산화나트륨(NaOH) 또는 차아염소산나트륨(NaOCl)일 수 있으며, 해수 등을 전기분해하여 얻을 수 있다. 따라서, 중화제공급부(100)는 단순히 중화제가 저장된 중화제 탱크를 포함할 수도 있으며, 전기분해장치를 포함하여 중화제를 직접 생산하는 장치일 수도 있다. 중화제공급부(100)가 전기분해장치를 포함하여 중화제를 직접 생산하는 경우, 중화제공급부(100)의 일 측에는 해수공급관(20)으로부터 분지된 해수유입관(21)이 연결되어 해수를 공급받을 수 있다. 해수유입관(21) 상에는 적어도 하나의 펌프(P2)가 설치되어 해수를 중화제공급부(100)로 원활하게 공급할 수 있다.

중화제공급부(100)는 중화제를 스크러버(40)에 공급하거나 해수공급관(20)에 공급하거나 포집관(61)에 공급할 수 있다. 다시 말해, 중화제공급부(100)는 제1 주입관(110)을 통해 스크러버(40)에 중화제를 공급하거나, 제2 주입관(120)을 통해 해수공급관(20)에 중화제를 공급하거나, 제3 주입관(130)을 통해 포집관(61)에 중화제를 공급할 수 있다.

중화제공급부(100)가 중화제를 스크러버(40)에 공급할 경우, 세정수가 배기가스와 접하고 난 후 순차적으로 접하도록 제어할 수 있다. 즉, 세정수 내부의 미생물 살균을 위하여 배기가스와 세정수가 먼저 접하여 황산과 질산에 의해 미생물을 사멸시킨 후, 중화제가 세정수에 섞여 세정수를 적정 pH가 되도록 중화시킬 수 있다. 이러한 과정을 통하여 스크러버(40) 내에서 배기가스 내의 오염물질을 제거하고, 세정수의 미생물을 사멸하고 세정수를 중화시키는 과정이 한번에 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 포집관(61)은 내부에 전처리유닛(60)을 통과한 해수 또는 청수가 유동한다. 전처리유닛(60)을 통과한 해수 또는 청수는 미세분진 및 오염물질 등을 포함하여 산성을 띄므로, 중화제공급부(100)는 중화제를 공급하여 pH를 적절하게 조절할 수 있다.

세정수배출관(41)은 스크러버(40) 내부의 세정수를 배출하는 관으로, 필터유닛(70)을 통하여 해수공급관(20)과 다시 연결될 수 있다. 즉, 세정수배출관(41)은 필터유닛(70)을 통하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리한 후, 외부로 배출할 수 있다. 그러나, 세정수배출관(41)은 반드시 해수공급관(20)과 연결될 필요는 없으며, 독립적으로 선박의 외부와 연결될 수도 있다.

세정수배출관(41)에는 순환관(91)이 연결될 수 있다. 순환관(91)은 세정수배출관(41)을 통하여 배출되는 세정수를 세정수공급관(30)으로 재순환시키는 관으로, 세정수를 외부로 배출할 필요가 없는 경우 세정수를 스크러버(40)로 순환시켜 재사용할 수 있다. 세정수배출관(41)과 순환관(91) 사이에는 재순환탱크(90)가 설치될 수 있다. 재순환탱크(90)는 스크러버(40)를 통하여 배출된 세정수 중 일부를 저장할 수 있으며, 순환관(91)을 통하여 일정한 양의 세정수가 순환될 수 있도록 일종의 버퍼탱크(buffer tank) 역할을 할 수 있다. 재순환탱크(90)는 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 포함하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하고 순환관(91)을 통해 세정수를 재순환시킬 수 있다.

세정수공급관(30)은 해수공급관(20), 청수공급관(26), 순환관(91), 및 포집관(61)과 연결되어 있어, 배기가스의 농도, 스크러버(40)의 처리 용량, 세정수의 농도 및 오염도 등을 고려하여 해수, 청수, 순환수를 적절히 섞어 스크러버(40)로 공급할 수 있다.

필터유닛(70)은 스크러버(40)의 후단에 설치되어 스크러버(40)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자 등을 분리하는 장치로, 재순환탱크(90)와 같이 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리한 후 슬러지탱크(80)로 배출할 수 있다. 필터유닛(70)은 펌프(P1)와 제어밸브(25) 사이의 해수공급관(20)에 연결될 수 있다. 즉, 해수공급관(20)으로부터 공급되는 해수는 필터유닛(70)을 통과한 후 세정수공급관(30)을 통해 스크러버(40)로 공급되며, 스크러버(40)를 통과한 세정수는 다시 필터유닛(70)을 통과할 수 있다. 즉, 하나의 필터유닛(70)으로 외부에서 유입된 해수와 스크러버(40)를 통과한 세정수를 모두 필터링할 수 있다. 또한, 필터유닛(70)은 하나 또는 두 개를 사용하되, 세정수배출관(41)을 통과한 세정수 또는 해수공급관(20)을 통과한 해수 속의 포함된 입자가 큰 물질 제거에 공통으로 또는 독립적으로 사용할 수도 있다.

필터유닛(70)을 통과한 세정수 또는 해수에는 제2 주입관(120)을 통해 중화제 또는 살균제가 분사될 수 있다. 필터유닛(70)과 해수배출관(23) 사이에는 해수와 세정수의 혼합수가 배출되는 혼합관(22)이 설치될 수 있으며, 제2 주입관(120)은 해수공급관(20) 또는 혼합관(22)에 연결될 수 있다. 해수배출관(23) 상에는 센서부(24)가 설치되어 있어, 배출되는 세정수와 해수 중에 포함된 총잔류산화제양(total residual oxidant), pH값, 미생물 농도 중 적어도 하나를 실시간으로 파악할 수 있다. 센서부(24)는 예를 들어, TRO(Total Residual Oxidant) 센서일 수 있으며, 중화제공급부(100)는 센서부(24)의 결과값에 따라 산화제, 중화제, 살균제의 공급량을 조절할 수 있다.

혼합관(22)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 해수배출관(23)을 통해 외부로 배출된다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전처리유닛(60a)에 관하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전처리유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전처리유닛(60a)은 미세분진의 투과율이 낮은 분리막(63)을 이용하여 미세분진 농도를 감소시킨다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전처리유닛(60a)은 미세분진의 투과율이 낮은 분리막(63)을 이용하여 미세분진 농도를 감소시키는 것을 하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한, 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

전처리유닛(60a)은 적어도 하나의 분리막(63)을 이용하여 산화유닛(50)으로 유입되는 배기가스의 미세분진의 농도를 감소시킨다. 분리막(63)은 미세분진의 투과율이 낮아 미세분진의 투과를 차단하는 막을 의미한다. 본 발명에서 분리막(63)은 미세분진의 투과를 완벽하게 차단할 수 있는 막에 한정될 것은 아니며, 미세분진의 농도를 조절할 수 있을 정도의 분리막이라면 어떠한 것도 가능할 것이다.

분리막(63)은 도시된 바와 같이 전처리유닛(60a) 내부에 설치될 수도 있고, 배기가스관(10) 내부에 직접 설치될 수도 있다. 또한, 분리막(63)은 배기가스의 이동 방향을 따라 다단으로 배치되어 미세분진의 농도를 단계적으로 감소시킬 수도 있다.

분리막(63)은 전처리유닛(60a)을 횡 방향으로 분할하여 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)으로 분리할 수 있다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 분리막(63)을 사이에 두고 각각 양 측에 형성되며, 제1 영역(A1)은 연소기관과 연결되는 영역이며, 제2 영역(A2)은 산화유닛(50)과 연결되는 영역일 수 있다. 이 때, 제2 영역(A2)은 제1 영역(A1)보다 낮은 압력으로 설정되어 배기가스관(10)을 통해 유입된 배기가스는 제1 영역(A1)에서 분리막(63)을 통하여 제2 영역(A2)으로 이동할 수 있다. 전술한 바와 같이 분리막(63)은 미세분진의 투과율이 낮은 특성을 가지므로, 배기가스관(10)을 통하여 유입된 배기가스에 포함된 미세분진이 투과하는 것을 차단할 수 있다. 즉, 제2 영역(A2)에 존재하는 배기가스의 미세분진 농도는 제1 영역(A1)에 존재하는 배기가스의 미세분진 농도보다 낮게 유지될 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전처리유닛(60b)에 관하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전처리유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전처리유닛(60b)은 사이클론(cyclone) 방식의 원심분리기(64)를 이용하여 미세분진 농도를 감소시킨다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전처리유닛(60b)은 사이클론(cyclone) 방식의 원심분리기(64)를 이용하여 미세분진 농도를 감소시키는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한, 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

전처리유닛(60b)은 배기가스관(10)을 통해 공급되는 배기가스를 공급받아 미세분진을 분리하는데, 이 때, 원심분리기(64)를 이용할 수 있다. 원심분리기(64)는 도시된 바와 같이, 사이클론 방식의 고체 분리 장치로 형성된다. 즉, 배기가스관(10)으로부터 공급되는 미세분진이 포함된 배기가스를 원심분리기(64) 내부에 접선 방향으로 공급하면, 밀도 차에 의해 미세분진이 제거된 배기가스와 미세분진으로 분리된다. 미세분진은 원심력에 의해 선회하면서 원추벽에 모이고, 원추부(64a)를 통하여 배출된다. 미세분진이 제거된 배기가스는 원심분리기(64)의 중심부에 모여 선회 와류를 형성하며 상승하여 원통부(64b)를 통해 배출된다. 원추부(64a)를 통해 배출된 미세분진 및 미세분진을 포함하는 배기가스는 별도의 입자제거기로 공급되며, 원통부(64b)를 통해 배출된 미세분진이 제거된 배기가스는 배기가스관(10)을 통해 산화유닛(50)으로 공급된다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 배기 오염물질 저감장치(1)의 작동과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 5는 해수공급관으로 공급된 해수가 스크러버를 통과한 후 외부로 직접 배출되는 개루프(open loop) 방식을 도시한 것이며, 도 6은 해수공급관으로 공급된 해수가 스크러버를 통과한 후 순환관을 통하여 재순환되는 폐루프(close loop) 방식을 도시한 것이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 세정수공급관(30)을 통하여 스크러버(40)로 공급되며, 일부는 해수유입관(21)을 통하여 중화제공급부(100)로 공급될 수 있다. 세정수는 스크러버(40) 상부에서 분사되며, 스크러버(40)의 하부에는 세정수가 일정 수위로 채워질 수 있다. 이 때, 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 전처리유닛(60)과 산화유닛(50)을 차례로 거친 후 스크러버(40)의 하부에서 분사될 수 있다. 전처리유닛(60)은 해수공급관(20)으로부터 해수를 공급받아 미세분진에 분사하며, 산화유닛(50)은 펄스코로나 방전을 하거나 자외선을 조사하여 배기가스 내 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다.

중화제공급부(100)는 해수를 전기분해하여 중화제를 생성할 수 있으며, 세정수의 pH값을 고려하여 해수공급관(20) 또는 스크러버(40)에 중화제를 분사할 수 있다. 또한, 중화제공급부(100)는 전처리유닛(60)을 통과한 후 포집관(61)을 유동하는 해수에 중화제를 분사하여 pH를 조절할 수 있다. pH가 조절된 포집관(61) 내부의 해수는 세정수공급관(30)을 통해 스크러버(40)로 공급될 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(40) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있으며, 이로 인해, 1차로 질소산화물 황산화물, 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있다. 또한, 스크러버(40) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 2차로 오염물질이 제거될 수 있다. 이러한 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되며, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(42)을 통하여 외부로 배출된다.

스크러버(40)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(41)을 통하여 필터유닛(70)으로 이동한다. 필터유닛(70)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(80)로 저장하며, 오염물질이 분리된 세정수는 해수배출관(23)을 통하여 외부로 배출된다. 이 때, 센서부(24)에서 측정한 해수배출관(23)을 통과하는 세정수의 총잔류산화제양과 pH값이 기준치를 벗어나는 경우, 티오황산나트륨를 혼합관(22)에 주입하거나(그림 미도시) 제1 주입관(110)을 통해 중화제공급부(100)에서 생성된 중화제를 스크러버(40)에 주입하여 총잔류산화제양과 pH값을 기준치 이내로 맞춘 후 외부로 배출한다.

이어서, 도 6을 참조하여 설명하면, 해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 스크러버(40)로 공급되어 세정수로 사용되고, 일부는 중화제공급부(100)로 공급되어 중화제를 생성하는데 사용된다. 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 전처리유닛(60)과 산화유닛(50)을 차례로 거친 후 스크러버(40)에 분사되는데, 전처리유닛(60)은 해수공급관(20)으로부터 공급된 해수를 미세분진에 분사하여 배기가스의 미세분진 농도를 감소시킨다.

스크러버(40)를 통과하여 세정수배출관(41)으로 배출된 세정수는 재수관탱크(90)에 일시 저장되었다가 다시 순환관(91)을 통하여 세정수공급관(30)으로 순환한다.

중화제공급부(100)는 세정수의 pH값을 고려하여 스크러버(40)와 포집관(61)에 중화제를 분사하며, pH가 조절된 포집관(61) 내부의 해수는 순환관(91)에 공급될 수 있다.

해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수는 세정수공급관(30), 스크러버(40), 세정수배출관(41), 재순환탱크(90), 순환관(91)을 순차적으로 순환하며, 해수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 5의 과정과 도 6의 과정을 병행할 수 있다. 도 6의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과할 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 사용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 배기 오염물질 저감장치
10: 배기가스관 20: 해수공급관
21: 해수유입관 22: 혼합관
23: 해수배출관 24: 센서부
25: 제어밸브 26: 청수공급관
30: 세정수공급관 40: 스크러버
41: 세정수배출관 42: 배출관
50: 산화유닛 60, 60a, 60b: 전처리유닛
61: 포집관 62: 노즐유닛
63: 분리막 64: 원심분리기
64a: 원추부 64b: 원통부
70: 필터유닛 80: 슬러지탱크
90: 재순환탱크 91: 순환관
100: 중화제공급부 110: 제1 주입관
120: 제2 주입관 130: 제3 주입관

Claims

선박에 탑재되어 화석연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 연소기관으로부터 질소산화물, 황산화물 및 미세분진을 포함하는 배기가스를 공급하는 배기가스관;
세정수를 공급하는 세정수공급관;
상기 배기가스관을 통해 공급되는 상기 배기가스에 상기 세정수공급관을 통해 공급되는 상기 세정수를 분무하는 스크러버;
상기 배기가스관에 연결되며, 방전을 하거나 자외선을 조사하여 상기 배기가스를 산화시키는 산화유닛;
상기 배기가스관에 연결되고, 상기 산화유닛의 전단에 위치하여 상기 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 전처리유닛;
상기 스크러버 내부의 상기 세정수를 배출하는 세정수배출관; 및
상기 세정수배출관을 통하여 배출되는 상기 세정수를 상기 세정수공급관으로 순환시키는 순환관을 포함하되,
상기 세정수공급관은 외부로부터 해수를 공급받는 해수공급관으로부터 분지되고,
상기 전처리유닛은 상기 미세분진에 물을 분사하여 상기 미세분진의 농도를 감소시키거나, 상기 배기가스를 접선 방향으로 공급받는 사이클론 방식의 고체 분리 장치로 형성되어 상기 미세분진을 분리하며,
상기 배기가스는 상기 전처리유닛과 상기 산화유닛을 차례로 통과한 후 상기 스크러버에 공급되는 배기 오염물질 저감장치.
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제1 항에 있어서, 상기 해수공급관은 상기 전처리유닛에 상기 해수를 분사하는 배기 오염물질 저감장치.
제1 항에 있어서, 상기 세정수공급관에 연결되어 청수를 공급하는 청수공급관을 더 포함하되, 상기 청수공급관은 상기 전처리유닛에 상기 청수를 분사하는 배기 오염물질 저감장치.
제3 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 전처리유닛과 상기 세정수공급관을 연결하는 포집관을 더 포함하는 배기 오염물질 저감장치.
제5 항에 있어서, 상기 해수공급관, 상기 스크러버 또는 상기 포집관 중 적어도 하나에 연결되어 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함하는 배기 오염물질 저감장치.
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