KR101784567B1 - 배기 경로 일체형 scr 시스템 - Google Patents

배기 경로 일체형 scr 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101784567B1
KR101784567B1 KR1020150150653A KR20150150653A KR101784567B1 KR 101784567 B1 KR101784567 B1 KR 101784567B1 KR 1020150150653 A KR1020150150653 A KR 1020150150653A KR 20150150653 A KR20150150653 A KR 20150150653A KR 101784567 B1 KR101784567 B1 KR 101784567B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
exhaust
reactor
scr reactor
scr
Prior art date
Application number
KR1020150150653A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170049836A (ko
Inventor
김현수
박찬도
정몽규
이상억
성삼경
김도윤
Original Assignee
현대중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대중공업 주식회사 filed Critical 현대중공업 주식회사
Priority to KR1020150150653A priority Critical patent/KR101784567B1/ko
Publication of KR20170049836A publication Critical patent/KR20170049836A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101784567B1 publication Critical patent/KR101784567B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/04—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for regeneration or reactivation, e.g. of catalyst
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2590/00—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/02—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y02T10/24—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명은 SCR 반응기를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화하기 위한 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 환원제와 함께 유입되는 배기가스를 정화 처리하는 SCR 반응기와; 상기 SCR 반응기와 일체화되어, 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스를 상기 SCR 반응기를 거쳐서 외부에 배출하거나 상기 SCR 반응기를 거치지 않고 직접 배기가스 배출관에 배출하도록 배기 경로를 전환하는 배기 전환 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, SCR 반응기를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화함으로써, 배기가스 배기관의 크기를 감소시켜서 엔진 배기가스 정화 처리를 위한 시스템 구성을 소형화함과 아울러 SCR 반응기를 우회하여 배출되는 우회 배기가스의 열을 SCR 반응기에 제공하여서 엔진 배기가스의 정화 처리에 소요되는 연료를 감소시키고, 암모늄 카보네이트를 배기가스의 열에 의해 승화시켜 연료 소비 없이 암모니아를 생성하여서 SCR 반응기에 환원제로 공급하여 배기가스를 정화함으로써 경제성 있게 배기가스를 정화하게 된다.

Description

배기 경로 일체형 SCR 시스템{Exhaust Path Integral Type Selective Catalytic Reduction System}
본 발명은 엔진 터보차저(Turbo Charger)의 후단에 설치되어 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하는 SCR 시스템에 관한 것으로, 특히 SCR 반응기를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화함으로써, 배기가스 배기관의 크기를 감소시켜서 엔진 배기가스 정화 처리를 위한 시스템 구성을 소형화함과 아울러 SCR 반응기를 우회하여 배출되는 우회 배기가스의 열을 SCR 반응기에 제공하여서 엔진 배기가스의 정화 처리에 소요되는 연료를 감소시키고, 암모늄 카보네이트(Ammonium Carbonate)를 배기가스의 열에 의해 승화시켜 연료 소비 없이 암모니아를 생성하여서 SCR 반응기에 환원제로 공급하여 배기가스를 정화함으로써 경제성 있게 배기가스를 정화하도록 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 사용되는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 국제연합(UN)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이다. 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
질소산화물은, 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성되는 Thermal NOx, 연료에서 발생되는 탄화수소가 공기 중의 질소와 반응하여 생성되는 Prompt NOx, 연료에 포함된 질소성분이 연소과정에서 산화되어 생성된 Fuel NOx로 구분된다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템은 환원제와 섞인 배기가스를 SCR 반응기에 설치된 촉매층으로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3)를 환원제로 사용한다.
SCR 시스템은 엔진 배기가스 배출 경로에 SCR 반응기를 설치하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거한다.
터보차저의 후단에 SCR 반응기를 설치하여 엔진 배기가스를 정화하는 종래의 SCR 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 밸브(V1~V6), SCR 반응기(20), 블로워(30), 버너(40), 가수분해 챔버(50), 우레아 저장부(60) 및 용수 저장부(70)를 구비한다.
터보차저(11)는 엔진(10)의 배기 매니폴드(manifold)로부터 배출되는 배기가스의 압력으로 터빈을 돌려서 압축된 흡기를 엔진(10)으로 공급함으로써 엔진(10)의 출력을 증가시킨다.
터보차저(11)로부터 배출되는 엔진 배기가스는 배기관을 통해 외부에 배출되는데, 해당 배기관은 배기가스를 SCR 반응기(20)에 인가하기 위한 배기관(13)과, SCR 반응기(20)를 거치지 않고 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 바이패스용의 배기관(12)을 구비한다.
밸브(V1)는 배기관(13)에 설치되어 SCR 반응기(20)로 인가되는 배기가스를 개폐하기 위한 것으로, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하는 경우에는 개방되어서 터보차저(11)로부터의 배기가스를 SCR 반응기(20)에 인가하고, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하지 않는 경우에는 폐쇄되어서 터보차저(11)로부터의 배기가스가 SCR 반응기(20)가 유입되지 않게 차단한다.
밸브(V2)는 SCR 반응기(20)의 출구 부위에 설치되어 SCR 반응기(20)의 출구를 개폐하는데, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하는 경우에는 개방되어서 SCR 반응기(20)로부터의 배기가스를 굴뚝(15)을 통해 외부에 배출하고, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하지 않는 경우에는 폐쇄되어서 SCR 반응기(20)의 출구를 폐쇄한다.
밸브(V3)는 SCR 반응기(20)를 거치지 않고 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 바이패스용의 배기관(12)에 설치되어 배기관(12)에 인가되는 배기가스를 개폐하기 위한 것으로, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하는 경우에는 폐쇄되고, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하지 않는 경우에는 개방되어서 터보차저(11)로부터의 배기가스를 SCR 반응기(20)를 우회하여 굴뚝(15)에 직접 배출케 한다.
그리고, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하는 경우 SCR 반응기(20)로 유입되는 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하되, 가수분해 챔버(50)에 의해 우레아를 가수분해하여 생성되는 암모니아를 SCR 반응기(20)로 유입되는 배기가스에 투입함으로써, SCR 반응기(20)로 하여금 암모니아를 환원제로 사용하여 배기가스를 정화케 한다.
이처럼 가수분해 챔버(50)에서 우레아를 가수분해하기 위해서, 우레아 저장부(60)로부터의 우레아를 가수분해 챔버(50)에 인가함과 아울러 버너(40)로부터의 열을 가수분해 챔버(50)에 인가하여서, 우레아에 열을 가하여 가수분해함으로써 암모니아를 발생한다. 이때, 버너(40)의 연료 소모를 감소시키기 위하여 엔진 배기가스의 열을 이용하는데, 밸브(V4)를 통해 인가되는 배기가스를 블로워(30)에 의해 버너(40)에 강제 유입시킴으로써 엔진 배기가스의 열을 가수분해 챔버(50)에 인가하여 우레아 가수분해에 사용케 한다.
또한, SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화 처리함에 따라 SCR 반응기(20)의 촉매가 암모늄이황산염(Ammonium Bisulfate)에 의해 피독되는 경우에 버너(40)에 의해 가열된 공기를 가수분해 챔버(50)를 통해 SCR 반응기(20)에 인가함과 아울러 용수 저장부(70)의 물을 함께 SCR 반응기(20)에 인가함으로써 SCR 반응기(20)에 고온의 스팀을 인가하여서 촉매의 암모늄이황산염을 제거하여 촉매를 재생한다.
터보차저(11)를 통해 배출되는 엔진(10)의 배기가스는 배기관을 통해 외부에 배출되는데, IMO의 Tier Ⅱ 규제가 적용되는 공해상에서 선박을 운항하는 경우에는 SCR 반응기(20)를 거치지 않고 배기가스를 바이패스용의 배기관(12)을 통해 우회시켜 굴뚝(15)을 통해 배출하고, IMO의 Tier Ⅲ 규제가 적용되는 ECA(Emission Control Area)에서 선박을 운항하는 경우에는 배기가스를 배기관(13)을 통해 SCR 반응기(20)에 인가하여 SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화 처리한 후에 굴뚝(15)을 통해 외부에 배출한다.
선박이 ECA 내의 항구에 정박하여 엔진의 구동을 정지한 경우에는, SCR 반응기(20) 내부의 황산 응축을 방지하고 SCR 반응기(20)의 워밍업을 위하여 버너(40)에 의해 가열시킨 공기를 SCR 반응기(20)에 주입하여서 SCR 반응기(20) 내부 온도를 응축방지 약 100℃ 이상, 워밍업 약 200℃ 이상으로 유지한다.
상술한 종래의 SCR 시스템은 SCR 반응기(20)를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기관(13)과, SCR 반응기(20)를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 바이패스 배기관(12)을 구비하므로, 해당 분기된 배기관(12, 13)에 기인하여 배기관의 설치 부피가 커서 SCR 시스템의 설치시 많은 설치 공간이 소요되어 SCR 시스템의 소형화에 불리하다는 단점이 있다.
그리고, 종래의 SCR 시스템은 배기가스를 SCR 반응기(20)에 의해 정화 처리하지 않고서 바이패스용 배기관(12)을 통해 배기가스를 우회시켜 배출하는 경우, SCR 반응기(20)의 내부 온도는 25℃ 상온으로 저하되고, 바이패스 배기관(12)과 밸브(V1, V2)의 온도 차이로 인하여 밸브(V1, V2)에서 누설이 발생되어 바이패스 배기관(12)을 통과하는 배기가스가 SCR 반응기(20)의 내부로 유입되어 SCR 반응기(20) 내부에 황산(sulfuric acid) 응축이 발생하고, 해당 응축된 황산에 의해 SCR 반응기(20) 내부 부식이 발생됨에 따라, 배기가스를 바이패스 배기관(12)을 통해 우회시켜 배출할 때 SCR 반응기(20)의 내부에 65℃ 이상의 외부 공기를 지속적으로 주입하여 황산을 불어내기 위한 환기(venting) 운전을 별도로 시행해야 하는 단점이 있다.
그리고, 종래의 SCR 시스템은 선박이 공해상에서 ECA로 진입하여서 SCR 반응기(20)를 이용하여 엔진 배기가스를 정화 처리하고자 하는 경우 ECA 진입 전에 SCR 반응기(20) 내부의 온도 상승을 위하여 버너(40)를 이용하여 공기를 가열시켜 SCR 반응기(20)에 주입하여서 SCR 반응기(20) 내부 온도를 200℃이상으로 가열시켜 워밍업(warming up) 해야되어, 워밍업을 위해 연료 소비를 해야하는 단점이 있다.
또한, 종래의 SCR 시스템은 선박이 ECA를 운항하는 경우 우레아를 가수분해하여 환원제인 암모니아를 생성하기 위하여 버너(40)에 의해 가열된 공기를 가수분해 챔버(50)에 인가해야 되어, 버너(40)의 가동에 의한 연료 소비가 많다는 단점이 있다.
아울러, 종래의 SCR 시스템은 선박이 ECA를 벗어나 공해상에 진입하는 경우 SCR 반응기(20)의 촉매에 부착된 암모늄이황산염(Ammonium Bisulfate)을 제거하기 위해 버너(40)를 이용하여 고온의 스팀을 만들어 SCR 반응기(20)의 내부에 인가함으로써 SCR 반응기(20)의 촉매를 재생하는 재생처리를 별도로 진행해야 하므로 촉매 재생을 위해 연료를 소비해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, SCR 반응기를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화함으로써, 배기가스 배기관의 크기를 감소시켜서 엔진 배기가스 정화 처리를 위한 시스템 구성을 소형화함과 아울러 SCR 반응기를 우회하여 배출되는 우회 배기가스의 열을 SCR 반응기에 제공하여서 엔진 배기가스의 정화 처리에 소요되는 연료를 감소시키고, 암모늄 카보네이트를 배기가스의 열에 의해 승화시켜 연료 소비 없이 암모니아를 생성하여서 SCR 반응기에 환원제로 공급하여 배기가스를 정화함으로써 경제성 있게 배기가스를 정화하도록 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템을 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 환원제와 함께 유입되는 배기가스를 정화 처리하는 SCR 반응기와; 상기 SCR 반응기와 일체화되어, 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스를 상기 SCR 반응기를 거쳐서 외부에 배출하거나 상기 SCR 반응기를 거치지 않고 직접 배기가스 배출관에 배출하도록 배기 경로를 전환하는 배기 전환 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 SCR 반응기는, 복수의 구멍을 구비하여서 상기 배기 전환 모듈로부터 유입되는 배기가스를 촉매 측으로 통과시키는 다공판과; 각기 일정 간격을 두어서 설치되어 촉매를 지지하는 격판과; 반응기 몸체에 설치되어 촉매를 유지 보수하기 위한 출입문으로 이용되는 도어를 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 촉매는 일정 간격으로 설치되어 있는 격판의 사이에 설치되어서 상기 배기 전환 모듈로부터 다공판을 통해 환원제인 암모니아와 함께 유입되는 배기가스를 정화 처리하고, 각 격판은 일 단이 상기 다공판과 용접 결합됨과 아울러 타 단이 반응기 몸체의 내면과 일정 거리 만큼 이격되어 설치되어서 상기 다공판 반대편 쪽 촉매의 옆쪽으로 제1 배기가스 통로를 형성하고, 격판 중에서 최상단에 있는 격판의 상부 표면이 반응기 몸체의 내면과 일정 거리 만큼 이격되어 설치되어서 상기 최상단의 격판 위에 제2 배기가스 통로를 형성하여, 상기 촉매를 통과한 배기가스를 상기 제1 및 제2 배기가스 통로를 통해 배기가스 배출관에 배출한다.
또한, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 배기 전환 모듈은, 자체 배기가스 통로의 일 측면에 상기 SCR 반응기와 접촉되게 설치되어 SCR 반응기로의 배기가스 유입을 전환하는 반응기 밀봉 전환부재와; 상기 SCR 반응기로부터 배기가스 배출관으로의 배기가스 배출을 전환하는 반응기 스로틀 전환부재와; 상기 SCR 반응기를 우회하는 자체 배기가스 통로로부터 배기가스 배출관으로의 직접적인 배기가스 배출을 전환하는 반응기 바이패스 전환부재를 포함한다.
아울러, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 배기 전환 모듈은, 자체 배기가스 통로 상의 배기 전환 모듈 몸체 내면에 사선 방향으로 일정 간격을 두어 설치되어서 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스의 흐름을 SCR 반응기 측으로 안내하는 복수의 안내날개를 더 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 안내날개(guide vane)는 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스의 흐름을 SCR 반응기에 접하여 설치된 반응기 밀봉 전환부재 측으로 안내하고, 상기 반응기 밀봉 전환부재는 SCR 반응기의 다공판과 일정거리 이격 설치되어, 자체 개방시에 통과시킨 배기가스를 다공판에 인가한다.
본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 반응기 밀봉 전환부재, 반응기 스로틀 전환부재 및 반응기 바이패스 전환부재는 사격형 댐퍼(Square Type Damper) 형태로 구현된다.
한편, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 배기가스 유입관은, 배기가스의 흐름을 조절하기 위한 흐름 조절기(flow conditioner)와, 고체 상태로 유입되는 암모늄 카보네이트를 배기가스에 분사하여 배기가스의 열에 의해 암모니아로 승화시켜서 배기가스에 암모니아를 환원제로서 투입하는 환원제 분사 노즐과, 배기가스와 환원제를 혼합하기 위한 혼합기(static mixer)를 구비한다.
그리고, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 배기 전환 모듈은 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스를 상기 SCR 반응기를 거치지 않고 직접 배기가스 배출관에 배출하는 경우에 배기가스의 열을 상기 SCR 반응기에 전달하여 SCR 반응기를 가열한다.
또한, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 의하면, 상기 배기 전환 모듈로부터 SCR 반응기에 전달되는 열에 의해 촉매의 암모늄이황산염이 기화되어 제거되고, 반응기 스로틀 전환부재의 블레이드 조작에 따라 SCR 반응기의 내부에 형성된 음압(negative pressure)에 의해 배출관을 통하여 빨려 나가 SCR 반응기 내부의 황산 응축, 각종 이물질 고착이 방지된다.
본 발명에 의하면, SCR 반응기를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화함으로써, 배기가스 배기관의 크기를 감소시켜서 엔진 배기가스 정화 처리를 위한 시스템 구성을 소형화함과 아울러 SCR 반응기를 우회하여 배출되는 우회 배기가스의 열을 SCR 반응기에 제공하여서 엔진 배기가스의 정화 처리에 소요되는 연료를 감소시키고, 암모늄 카보네이트를 배기가스의 열에 의해 승화시켜 연료 소비 없이 암모니아를 생성하여서 SCR 반응기에 환원제로 공급하여 배기가스를 정화함으로써 경제성 있게 배기가스를 정화하게 된다.
도 1은 종래의 SCR 시스템을 도시한 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템의 외관을 예시한 외관도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템의 구성을 예시한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템의 구성을 보이기 위한 횡단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에서 배기경로 전환을 위해 사용되는 각 전환 부재의 설치를 상세히 예시한 횡단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템의 운용을 설명하기 위하여 예시한 시스템 운용 계략도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템에서의 배기가스 배출을 설명하기 위하여 예시한 도이다.
도 8a는 본 발명에 적용된 전환부재를 예시한 사시도이다.
도 8b는 도 8a에 예시된 전환부재의 구성을 예시한 평면도이다.
도 8c는 도8a에 예시된 전환부재에서의 블레이드를 폐쇄한 상태를 예시한 단면도이다.
도 8d는 도8a에 예시된 전환부재에서의 블레이드를 개방한 상태를 예시한 단면도이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 하나의 실시예로서 설명하는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
본 발명은 SCR 반응기를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화함으로써, 배기가스 배기관의 크기를 감소시켜서 엔진 배기가스 정화 처리를 위한 시스템 구성을 소형화함과 아울러 SCR 반응기를 우회하여 배출되는 우회 배기가스의 열을 SCR 반응기에 제공하여서 엔진 배기가스의 정화 처리에 소요되는 연료를 감소시키고, 암모늄 카보네이트를 배기가스의 열에 의해 승화시켜 연료 소비 없이 암모니아를 생성하여서 SCR 반응기에 환원제로 공급하여 배기가스를 정화함으로써 경제성 있게 배기가스를 정화하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템은, 도 2의 외관도에 예시된 바와 같이, 환원제인 암모니아와 함께 유입되는 배기가스를 정화 처리하는 SCR 반응기(100)와; SCR 반응기(100)와 일체화되어, 엔진 터보차저로부터 인가되는 배기가스를 SCR 반응기(100)를 거쳐서 외부에 배출하거나 SCR 반응기(100)를 거치지 않고 직접 외부에 배출하도록 배기 경로를 전환하는 배기 전환 모듈(200)을 구비하여 이루어진다.
배기 전환 모듈(200)은 SCR 반응기(100)와 일체화되어서 배기 경로를 전환함으로써, 엔진의 터보차저로부터 배기가스 유입관(310)을 통해 인가되는 배기가스를 SCR 반응기(100)에 유입시켜 SCR 반응기(100)에 의해 정화 처리하여서 배기가스 배출관(320)을 통해 외부로 배출하거나, 엔진의 터보차저로부터 배기가스 유입관(310)을 통해 인가되는 배기가스를 SCR 반응기(100)에 유입시키지 않고서 배기가스 배출관(320)을 통해 외부에 직접 배출한다.
본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템은 도 3의 구성도와 도 4의 횡단면도에 예시된 바와 같이 구성된다.
SCR 반응기(100)의 구성을 살펴보면, SCR 반응기(100)는, 반응기 몸체(110)의 내부에 복수의 촉매(140)를 구비하고, 복수의 구멍을 구비하여서 배기 전환 모듈(200)로부터 환원제인 암모니아와 함께 유입되는 배기가스를 촉매(140) 측으로 통과시키는 다공판(130)을 구비하고, 각기 일정 간격을 두어서 설치되어 촉매(140)를 지지하는 격판(150)을 구비하고, 반응기 몸체(110)에 설치되어 촉매(140)를 유지 보수하기 위한 출입문으로 이용되는 도어(120)를 구비한다.
촉매(140)는 수직 방향으로 일정 간격을 두어서 설치되어 있는 격판(150)의 사이에 설치됨으로써 수직 방향으로 다단 설치된다. 촉매(140)는 배기 전환 모듈(200)로부터 다공판(130)을 통해 환원제인 암모니아와 함께 유입되는 배기가스를 정화 처리한다.
각각의 격판(150)은 일정 간격을 두어 설치되는데, 격판(150)의 사이에는 촉매(140)가 삽입되어 설치된다. 그리고, 각 격판(150)의 일 단은 다공판(130)과 용접 결합되어 있고, 각 격판(150)의 타 단은 반응기 몸체(110)의 벽면에 결합되지 않고 반응기 몸체(110)와 일정 거리 만큼 이격되어 있음으로써, 반응기 몸체(110)의 내부에서 다공판(130) 반대편 쪽 촉매(140)의 옆쪽으로 배기 가스 통로(HL1)가 형성되어 있다. 또한, 격판(150) 중에서 최상단에 있는 격판(150)의 상부 표면은 반응기 몸체(110)와 일정 거리 만큼 이격되어 있음으로써, 반응기 몸체(110)의 내부에서 최상단의 격판(150) 위에 배기가스 통로(HL2)가 형성되어 있다. 이에, 다공판(130)을 통해 환원제와 함께 유입된 배기가스는 촉매(140)를 거치면서 정화 처리되고, 해당 정화 처리된 배기가스는 배기가스 통로(HL1),(HL2)를 통해 배기 전환 모듈(200) 측으로 배출된다.
그리고, 배기 전환 모듈(200)의 구성을 살펴보면, 배기 전환 모듈(200)은, 자체에 구비된 배기가스 통로(HL3)에 사선 방향으로 일정 간격을 두어 설치되어 배기가스 유입관(310)으로부터 인가되는 배기가스의 흐름을 SCR 반응기(100) 측으로 안내하는 복수의 안내날개(210)를 구비하고, 배기가스 통로(HL3)의 일 측면에 SCR 반응기(100)와 접촉되게 설치되어 SCR 반응기(100)로의 배기가스 유입을 전환하는 반응기 밀봉 전환부재(230)를 구비하고, 반응기 밀봉 전환부재(230)의 상단에 SCR 반응기(100)와 접촉되게 설치되어 SCR 반응기(100)로부터 배기가스 유출관(320) 측으로의 배기가스 유출을 전환하는 반응기 스로틀 전환부재(250)를 구비하고, 배기가스 통로(HL3)의 상단에 설치되어 SCR 반응기(100)를 거치지 않고서 배기가스 통로(HL3)로부터 배기가스 유출관(320) 측으로의 직접적인 배기가스 배출을 전환하는 반응기 바이패스 전환부재(220)를 구비한다. 바람직하게는, 안내날개(210)는 배기가스 통로(HL3)를 이루는 배기 전환 모듈 몸체(205)의 내측 표면에 사선 방향으로 일정 간격을 두어 설치된다.
이처럼, 반응기 밀봉 전환부재(230)는 배기가스 통로(HL3)로부터 SCR 반응기(100) 측으로의 배기가스 유입을 전환하고, 반응기 스로틀 전환부재(250)는 SCR 반응기(100)에 의해 정화 처리되어 출력되는 배기가스의 배기가스 유출관(320) 측으로의 배출을 전환하고, 반응기 바이패스 전환부재(220)는 SCR 반응기(100)를 거치지 않고서 SCR 반응기(100)를 우회하여 배기가스 유출관(320)으로 직접 배출되는 배기가스를 전환하는데, 이들 전환부재(220, 230, 250)는 사각형 탬퍼(Square Type Damper) 형태로 이루어지고, 유압이나 전기모터에 의해 구동되어 배기가스의 흐름을 전환한다.
한편, 반응기 바이패스 전환부재(220), 반응기 밀봉 전환부재(230) 및 반응기 스로틀 전환부재(250)는, 도 8a에 예시된 바와 같이, 사각형 댐퍼 형태로 이루어진다. 각각의 전환부재(220, 230, 250)는 프레임(510)의 내부에 복수의 블레이드(520)를 구비하되, 도 8b에 예시된 바와 같이, 각각의 블레이드(520)는 자체의 선단에 구비된 축(521)이 프레임(510)의 측면에 마련된 구멍에 회전 가능하게 삽입되어서 프레임(510)의 측면에 설치된 구동기(530)의 구동에 의해 작동기구(540)를 화살표 방향으로 작동시켜 축(521)을 회전시킴에 따라 작동되어 프레임(510) 내부의 공간을 폐쇄하거나 개방함으로써 배기가스의 흐름을 전환한다.
구동기(530)는 유압이나 전기모터에 의해 구동축(533)을 회전시킴으로써 구동되어 작동기구(540)를 작동하는데, 작동기구(540)를 도면 도 8a 및 도 8b상의 아래 방향으로 밀어줌으로써 도 8c의 단면도에 예시한 바와 같이 블레이드(520)를 폐쇄하고, 작동기구(540)를 도면 도 8a 및 도 8b상의 윗 방향으로 밀어줌으로써 도 8d의 단면도에 예시한 바와 같이 블레이드(520)를 개방한다.
도 8a 내지 도 8d에는 블레이드(520)를 3개만 도시하였지만 이는 도시의 편의를 위한 것으로, 각각의 전환부재(220, 230, 250)로서 적용하는 경우에 배기가스 유출입 공간의 크기에 대응하여 블레이드(520)의 개수를 조절하여 설치할 수 있다.
그리고, 반응기 밀봉 전환부재(230)는 SCR 반응기(100)의 다공판(130)과 이격되어 설치되어 있으므로, 배기가스 유입관(310)으로부터 배기가스 통로(HL3)에 인가되는 배기가스를 반응기 밀봉 전환부재(230)에 의해 SCR 반응기(100)에 인가하지 않고서 SCR 반응기(100)를 우회시켜 반응기 바이패스 전환부재(220)를 통해 배기가스 유출관(320) 측에 직접 배출하는 경우에, 배기가스 통로(HL3)를 통과하는 배기가스의 열이 반응기 밀봉 전환부재(230)를 통해 SCR 반응기(100)의 다공판(130)에 전달됨으로써, IMO의 Tier Ⅱ 규제가 적용되는 공해상에서 SCR 반응기(100)를 우회하여 배기가스를 배출하는 상태에서 안내날개(210)에 의해 안내되어 반응기 밀봉 전환부재(230)에 부딪치는 배기가스의 열에 의해 SCR 반응기(100)를 일정 온도(예를 들어, 200℃ 정도)로 유지할 수 있다.
또한, 배기가스 유입관(310)에는 배기 전환 모듈(200)에 유입되는 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하기 위한 제반 장치가 구비되는데, 배기가스의 흐름을 조절하기 위한 흐름 조절기(311)를 구비하고, 고체 형태로 유입되는 암모늄 카보네이트를 배기가스에 분사하여 배기가스의 열에 의해 암모니아로 승화시켜서 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하기 위한 환원제 분사 노즐(312)을 구비하고, 배기가스와 환원제인 암모니아를 혼합하기 위한 혼합기(313)를 구비한다.
한편, 각 전환부재(220, 230, 250)는, 도 5a 및 도 5b에 예시된 바와 같이, 설치된다. 반응기 밀봉 전환부재(230)는 사각형 댐퍼 형태로 이루어지되, 배기 전환 모듈(200)에 구비된 배기가스 통로(HL3)의 일 측방 선단에 설치되어 유압이나 전기모터에 의한 구동에 따라 개방되거나 폐쇄됨으로써 SCR 반응기(100)로의 배기가스 유입을 전환한다. 반응기 스로틀 전환부재(250)는 사각형 댐퍼 형태로 이루어지되, SCR 반응기(100)의 배기가스 출구 부위에 설치되어 유압이나 전기모터에 의한 구동에 따라 개방되거나 폐쇄됨으로써 SCR 반응기(100)로부터 배기가스 유출관(320) 측으로의 배기가스 유출을 전환한다. 반응기 바이패스 전환부재(220)는 사각형 댐퍼 형태로 이루어지되, 배기 전환 모듈(200)에 구비된 배기가스 통로(HL3)의 상방 선단에 설치되어 유압이나 전기모터의 구동에 따라 개방되거나 폐쇄됨으로써 SCR 반응기(100)를 거치지 않고서 SCR 반응기(100)를 우회하여 배기가스 통로(HL3)로부터 배기가스 유출관(320)으로 직접 배출되는 배기가스를 전환한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 배기 경로 일체형 SCR 시스템을 선박에 적용하여 엔진 배기가스를 처리하는 경우에 도 6에 예시된 바와 같이 운용한다.
배기가스 유입관(310)에 디젤 엔진의 터보차저로부터 인가되는 배기가스를 유입시키고, 저장부(450)에 저장되어 있는 고체 상태의 암모늄 카보네이트를 투입기(455)에 의해 가압하여 배기가스 유입관(310)의 환원제 분사 노즐(312)을 통해 분사하여서 암모늄 카보네이트를 배기가스의 열에 의해 암모니아로 승화시켜 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하며, 혼합기(static mixer, 313)에 의해 배기가스와 혼합하여 배기 전환 모듈(200)에 유입시킨다. 배기 전환 모듈(200)에 유입된 배기가스는 안내날개(210)에 의해 안내되어 반응기 밀봉 전환부재(230) 측으로 인가되고, 반응기 밀봉 전환부재(230)는 개방된 상태에서 환원제인 암모니아와 함께 유입되는 배기가스를 SCR 반응기(100)의 다공판(130) 측으로 통과시키고, 다공판(130)을 통과하여 암모니아와 함께 유입되는 배기가스는 촉매(140)를 통과하면서 촉매(140)에 의해 정화 처리되고서 배기가스 통로(HL1)와 배기가스 통로(HL2)를 통해 반응기 스로틀 전환부재(250)에 인가되고, 반응기 스로틀 전환부재(250)는 개방된 상태에서 해당 배기가스를 배기가스 배출관(320)을 통해 외부에 배출한다. 저장부(450)로부터 투입기(455)를 통해 환원제 분사 노즐(312)에 투입되는 고체 상태의 암모늄 카보네이트는 일정 크기의 입자 형태로 투입될 수 있으며, 투입기(455)는 해당 입자 형태로 투입되는 암모늄 카보네이트를 공압에 의해 가압하는 등의 다양한 방식으로 환원제 분사 노즐(312)을 통해 배기가스에 투입할 수 있다. 환원제 분사 노즐(312)을 통해 분사되는 암모늄 카보네이트는 약 58℃이상의 온도이면 승화하므로, 배기가스의 열에 의해 승화시킬 수 있어서 환원제인 암모니아를 생성하기 위해 히터에 의해 열을 가하면서 별도의 가수분해 처리를 하지 않아도 되어 연료 소모 없이 환원제를 배기가스에 투입할 수 있다.
본 발명의 배기 경로 일체형 SCR 시스템을 정상적으로 운용하는 경우, SCR 반응기(100)를 우회하여 배기가스를 배출하는 때에도 SCR 반응기(100)에 배기가스의 열을 가하여서 SCR 반응기(100)를 200℃ 이상으로 유지할 수 있으므로, SCR 반응기(100)의 촉매(140)에 부착된 암모늄이황산염을 기화시켜 방출하여서 촉매(140)에 암모늄이황산염이 누적되는 것을 방지할 수 있어 촉매(140)에 생성된 암모늄이황산염을 제거하기 위한 별도의 촉매 재생 처리를 진행하지 않아도 된다.
그러나, 비상시에 대비하기 위하여, 배기 경로 일체형 SCR 시스템에 촉매의 암모늄이황산염을 제거하기 위한 촉매 재생 설비를 구비할 수도 있다. 배기 경로 일체형 SCR 시스템에서 촉매(140)에 생성된 암모늄이황산염을 제거하는 경우. 히터(410)에 의해 가열시킨 공기를 압축기(420)에 의해 압축하여 밸브(V11)를 통해 리저버(430)에 고압 저장하여 놓고서, 해당 리저버(430)에 저장된 고온 고압의 공기를 밸브(V12)를 통해 출력하여 촉매(140) 사이에 설치된 분사 노즐(NZ)을 통해 분사함으로써, 촉매(140)에 쌓인 암모늄이황산염을 기화시켜 제거한다.
또한, SCR 반응기(100)의 촉매(140)에 쌓이는 끄을음(soot)을 제거할 수 있는데, 상온의 공기를 밸브(V13)를 통해 유입시켜서 밸브(V12)를 통해 분사 노즐(NZ)에 인가하고, 해당 상온의 공기를 분사 노즐(NZ)을 통해 분사함으로써, 촉매(140)에 쌓인 끄을음을 제거한다.
이와 같은 배기 경로 일체형 SCR 시스템에서의 배기가스 처리를 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.
IMO의 Tier Ⅲ 규제가 적용되는 ECA에서 선박을 운항하는 경우에는 도 7a에 예시된 바와 같이 배기가스를 처리한다. 먼저, 반응기 바이패스 전환부재(220)를 폐쇄함과 아울러 반응기 밀봉 전환부재(230)를 개방하고 반응기 스로틀 전환부재(250)를 개방한다. 이와 같은 상태에서, 엔진의 터보차저로부터의 배기가스를 배기가스 유입관(310)을 통해 배기 전환 모듈(200)에 인가하고, 고체 상태의 암모늄 카보네이트를 입자 형태로 환원제 분사 노즐(312)을 통해 배기가스에 분사하여 배기가스의 열에 의해 승화시켜 환원제인 암모니아를 생성하여서 배기가스에 투입함으로써 배기가스를 암모니아와 함께 배기 전환 모듈(200)에 인가한다. 이에, 배기 전환 모듈(200)의 배기가스 통로(HL3)에 유입된 배기가스는 안내날개(210)에 의해 반응기 밀봉 전환부재(230) 측으로 안내되어서 개방상태의 반응기 밀봉 전환부재(230)를 통해 다공판(130)에 인가되고, 환원제와 함께 인가된 해당 배기가스가 촉매(140)와 접촉하여 촉매(140)에 의해 정화 처리되고서 배기가스 통로(HL1)와 배기가스 통로(HL2)를 통해 개방상태의 반응기 스로틀 전환부재(250)에 인가되어, 반응기 스로틀 전환부재(250)를 통과하여 배기가스 유출관(320)을 통해 외부에 배출된다.
그리고, IMO의 Tier Ⅱ 규제가 적용되는 공해상에서 선박을 운항하는 경우에는 도 7b에 예시된 바와 같이 배기가스를 처리한다. 먼저, 반응기 바이패스 전환부재(220)를 개방함과 아울러 반응기 밀봉 전환부재(230)를 폐쇄하고 반응기 스로틀 전환부재(250)를 폐쇄한다. 이와 같은 상태에서, 엔진의 터보차저로부터의 배기가스를 배기가스 유입관(310)을 통해 배기 전환 모듈(200)에 인가한다. 이에, 배기 전환 모듈(200)의 배기가스 통로(HL3)에 유입된 배기가스는 안내날개(210)에 의해 반응기 밀봉 전환부재(230) 측으로 안내되어서 개방상태의 반응기 밀봉 전환부재(230)에 부딪힘과 아울러 개방상태의 반응기 바이패스 전환부재(220)를 통해 배기가스 유출관(320)을 통해 외부에 배출됨으로써, SCR 반응기(100)를 거치지 않고서 SCR 반응기(100)를 우회하여 배기가스 통로(HL3)로부터 배기가스 유출관(320)으로 직접 배출된다.
이와 같이 SCR 반응기(100)에 의해 배기가스를 정화 처리하지 않고서 직접 배출하는 경우에, 배기 전환 모듈(200)의 배기가스 통로(HL3)를 통과하는 배기가스가 안내날개(210)에 의해 반응기 밀봉 전환부재(230) 측에 안내되어 부딪쳐서 배기가스의 열을 SCR 반응기(100)에 전달함에 따라 SCR 반응기(100)의 내부를 예를 들어 약 200℃ 정도로 고온 유지할 수 있으므로, 선박이 이후에 IMO의 Tier Ⅲ 규제가 적용되는 ECA에 진입하는 경우 SCR 반응기(100)를 가동하기 위하여 별도로 SCR 반응기(100)에 열을 가하여 워밍업하지 않아도 되어서, SCR 반응기(100)의 워밍업을 위한 연료 소모를 절감할 수 있다.
또한, 공해상에서 선박 운항시에 SCR 반응기(100)에 의해 배기가스를 정화 처리하지 않고서 직접 배출하는 경우, 배기 전환 모듈(200)의 배기가스 통로(HL3)를 통과하는 배기가스의 열에 의해 SCR 반응기(100)의 내부를 항시 200℃ 이상으로 장기간 유지할 수 있으므로, 배기가스 정화 처리시 SCR 반응기(100)의 촉매(140)에 생성된 암모늄이황산염이 해당 열에 의해 기화되어 제거되어서 촉매(140)의 암모늄이황산염을 제거하기 위한 별도의 촉매 재생 운전이 불필요하다. 이에, 촉매 재생을 위하여 SCR 반응기(100)에 히터에 의해 발생한 열을 별도로 가하지 않아도 되어서, 촉매의 재생을 위한 연료 소모를 절감할 수 있다.
그리고, 선박을 항구에 접안하여 엔진 구동을 정지시킨 경우에 대해서만, 도 6에 예시된 바와 같이, 히터(410)에 의해 가열시킨 공기를 밸브(V11)를 통해 SCR 반응기(100)의 내부에 유입시켜서 SCR 반응기(100)를 200℃ 이상 가열하여 SCR 반응기(100)의 내부를 200℃ 이상으로 유지함으로써, SCR 반응기(100)의 가동 준비를 위한 워밍업 상태를 유지함과 아울러 SCR 반응기(100) 내부의 황산을 불어내기 위한 환기(venting) 운전을 시행한다.
이처럼, 본 발명의 배기 경로 일체형 SCR 시스템은 선박을 항구에 접안하여 놓은 상태에서 히터(410)에 의해 SCR 반응기(100)를 가열하는 경우를 제외하고, 배출되는 배기가스의 열에 의해 SCR 반응기(100)의 내부를 항시 200℃ 전후로 유지하고, SCR 반응기(100)를 우회하여 배기가스를 배출하는 바이패스 운전시에 반응기 스로틀 전환부재(250)의 블레이드 조작에 따라 SCR 반응기(100)의 내부에 형성된 음압(negative pressure)에 의해 배출관을 통하여 빨려 나가 SCR 반응기 내부의 황산 응축 및 각종 이물질 고착이 방지된다.
첨부된 도면과 상술한 설명에서는 본 발명의 배기 경로 일체형 SCR 시스템을 수직 방향으로 세워 설치하여서 운용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 배기 경로 일체형 SCR 시스템은 수평 방향으로 뉘어 설치하여 운용할 수 있으며, 그 외에도 다양한 설치가 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템은 SCR 반응기(100)를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기(100)를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화함으로써, 배기가스 배기관의 크기를 감소시킬 수 있어 엔진 배기가스 정화 처리를 위한 시스템 구성을 소형화할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템은 공해상에서 배기가스를 SCR 반응기(100)에 의해 정화 처리하지 않고서 직접 배출하는 경우에, 배기 전환 모듈(200)의 배기가스 통로(HL3)를 통과하는 배기가스의 열을 SCR 반응기(100)에 전달하여 SCR 반응기(100)의 내부를 200℃ 이상으로 고온 유지할 수 있으므로, ECA에서 SCR 반응기(100)를 가동하기 위하여 별도로 SCR 반응기(100)에 열을 가하는 워밍업을 진행하지 않아도 되어서, SCR 반응기(100)의 워밍업을 위한 연료 소모를 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템은 공해상에서 SCR 반응기(100)에 의해 배기가스를 정화 처리하지 않고서 직접 배출하는 경우, 배기 전환 모듈(200)의 배기가스 통로(HL3)를 통과하는 배기가스의 열에 의해 SCR 반응기(100)의 내부를 항시 200℃ 이상으로 장기간 유지함으로써, 배기가스 정화 처리시 SCR 반응기(100)의 촉매(140)에 생성된 암모늄이황산염을 해당 열에 의해 기화시켜 제거하므로, 촉매(140)의 암모늄이황산염을 제거하기 위한 별도의 촉매 재생 운전을 하지 않아도 되어, 촉매 재생을 위한 연료 소모를 절감할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 배기 경로 일체형 SCR 시스템은 고체 상태의 암모늄 카보네이트를 배기가스에 투입하여 배기가스의 열에 의해 승화시켜서 생성한 암모니아를 SCR 반응기(100)에 환원제로서 인가함으로써 SCR 반응기(100)에 의해 배기가스를 정화 처리하므로, 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성하기 위한 별도의 가수분해를 진행하지 않아도 되어 가수분해에 따른 연료 소비를 절감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.
본 발명은 선박에서 엔진 배기가스를 정화 처리하는 경우에 매우 유용하게 적용할 수 있다. 본 발명에 의하면, SCR 반응기를 통해 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로와, SCR 반응기를 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 배기 경로를 일체화함으로써, 배기가스 배기관의 크기를 감소시켜서 엔진 배기가스 정화 처리를 위한 시스템 구성을 소형화함과 아울러 SCR 반응기를 우회하여 배출되는 우회 배기가스의 열을 SCR 반응기에 제공하여서 엔진 배기가스의 정화 처리에 소요되는 연료를 감소시키고, 암모늄 카보네이트를 배기가스의 열에 의해 승화시켜 연료 소비 없이 암모니아를 생성하여서 SCR 반응기에 환원제로 공급하여 배기가스를 정화함으로써 경제성 있게 배기가스를 정화하게 된다.
100; SCR 반응기 110; 반응기 몸체
120; 도어 130; 다공판
140; 촉매 150; 격판
200; 배기 전환 모듈 205; 배기 전환 모듈 몸체
210; 안내날개 220; 반응기 바이패스 전환부재
230; 반응기 밀봉 전환부재 250; 반응기 스로틀 전환부재
310; 배기가스 유입관 311; 흐름 조절기
312; 환원제 분사 노즐 313; 혼합기
320; 배기가스 배출관 410; 히터
420; 압축기 430; 리저버
450; 저장부 455; 투입기
HL1, HL2, HL3: 배기가스 통로 NZ; 분사노즐
V11~V13; 밸브

Claims (11)

  1. 환원제와 함께 유입되는 배기가스를 정화 처리하는 SCR 반응기와;
    상기 SCR 반응기와 일체화되어, 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스를 상기 SCR 반응기를 거쳐서 외부에 배출하거나 상기 SCR 반응기를 거치지 않고 직접 배기가스 배출관에 배출하도록 배기 경로를 전환하는 배기 전환 모듈을 포함하며,
    상기 배기 전환 모듈은,
    자체 배기가스 통로의 일 측면에 상기 SCR 반응기와 접촉되게 설치되어 SCR 반응기로의 배기가스 유입을 전환하는 반응기 밀봉 전환부재와;
    상기 SCR 반응기로부터 배기가스 배출관으로의 배기가스 배출을 전환하는 반응기 스로틀 전환부재와;
    자체 배기가스 통로에 사선 방향으로 일정 간격을 두어 설치되어서 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스의 흐름을 SCR 반응기 측으로 안내하는 안내날개와;
    상기 SCR 반응기를 우회하는 자체 배기가스 통로로부터 배기가스 배출관으로의 직접적인 배기가스 배출을 전환하는 반응기 바이패스 전환부재를 포함하며,
    상기 안내날개는 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스의 흐름을 SCR 반응기에 접하여 설치된 반응기 밀봉 전환부재 측으로 안내하고,
    상기 반응기 밀봉 전환부재는 SCR 반응기의 다공판과 일정거리 이격 설치되어, 자체 개방시에 통과시킨 배기가스를 다공판에 인가하는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SCR 반응기는,
    복수의 구멍을 구비하여서 상기 배기 전환 모듈로부터 유입되는 배기가스를 촉매 측으로 통과시키는 다공판과;
    각기 일정 간격을 두어서 설치되어 촉매를 지지하는 격판과;
    반응기 몸체에 설치되어 촉매를 유지 보수하기 위한 출입문으로 이용되는 도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 촉매는 일정 간격으로 설치되어 있는 격판의 사이에 설치되어서 상기 배기 전환 모듈로부터 다공판을 통해 환원제인 암모니아와 함께 유입되는 배기가스를 정화 처리하고,
    각 격판은 일 단이 상기 다공판과 용접 결합됨과 아울러 타 단이 반응기 몸체의 내면과 일정 거리 만큼 이격되어 설치되어서 상기 다공판 반대편 쪽 촉매의 옆쪽으로 제1 배기가스 통로를 형성하고,
    격판 중에서 최상단에 있는 격판의 상부 표면이 반응기 몸체의 내면과 일정 거리 만큼 이격되어 설치되어서 상기 최상단의 격판 위에 제2 배기가스 통로를 형성하여,
    상기 촉매를 통과한 배기가스를 상기 제1 및 제2 배기가스 통로를 통해 배기가스 배출관에 배출하는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 밀봉 전환부재, 반응기 스로틀 전환부재 및 반응기 바이패스 전환부재는 사격형 댐퍼(Square Type Damper) 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 유입관은,
    배기가스의 흐름을 조절하기 위한 흐름 조절기와,
    고체 상태로 유입되는 암모늄 카보네이트를 배기가스에 분사하여 배기가스의 열에 의해 암모니아로 승화시켜서 배기가스에 암모니아를 환원제로서 투입하는 환원제 분사 노즐과,
    배기가스와 환원제를 혼합하기 위한 혼합기를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배기 전환 모듈은 배기가스 유입관으로부터 인가되는 배기가스를 상기 SCR 반응기를 거치지 않고 직접 배기가스 배출관에 배출하는 경우에 배기가스의 열을 상기 SCR 반응기에 전달하여 SCR 반응기를 가열하는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 배기 전환 모듈로부터 SCR 반응기에 전달되는 열에 의해 촉매의 암모늄이황산염이 기화되어 제거되는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    반응기 스로틀 전환부재의 블레이드 조작에 따라 SCR 반응기의 내부에 형성된 음압(negative pressure)에 의해 배기가스 배출관을 통해 빨려나가 SCR 반응기 내부의 황산 응축 및 이물질 고착이 방지되는 것을 특징으로 하는 배기 경로 일체형 SCR 시스템.
KR1020150150653A 2015-10-29 2015-10-29 배기 경로 일체형 scr 시스템 KR101784567B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150150653A KR101784567B1 (ko) 2015-10-29 2015-10-29 배기 경로 일체형 scr 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150150653A KR101784567B1 (ko) 2015-10-29 2015-10-29 배기 경로 일체형 scr 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170049836A KR20170049836A (ko) 2017-05-11
KR101784567B1 true KR101784567B1 (ko) 2017-10-11

Family

ID=58740918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150150653A KR101784567B1 (ko) 2015-10-29 2015-10-29 배기 경로 일체형 scr 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101784567B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210007194A (ko) 2019-07-10 2021-01-20 현대중공업 주식회사 Scr 시스템의 운전제어방법
KR20210091438A (ko) 2020-01-14 2021-07-22 현대중공업 주식회사 Scr 시스템 및 scr 시스템의 운전제어방법
KR20210127075A (ko) 2020-04-13 2021-10-21 현대건설기계 주식회사 무인지게차 시스템
US11851310B2 (en) 2020-04-13 2023-12-26 Hd Hyundai Xitesolution Co., Ltd. Autonomous forklift truck

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10619539B2 (en) * 2015-08-06 2020-04-14 Clean Air-Engineering—Maritime, Inc. Emission control system for auxiliary diesel engines
KR20190135821A (ko) 2018-05-29 2019-12-09 한국조선해양 주식회사 수직 배치구조의 촉매층을 구비한 scr반응기
KR102183062B1 (ko) * 2018-07-11 2020-11-25 한국조선해양 주식회사 질소산화물 저감장치
KR102450817B1 (ko) * 2022-05-19 2022-10-04 한국해양교통안전공단 선박용 배기가스 처리시스템 및 그 운전방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4404123B2 (ja) * 2007-09-07 2010-01-27 トヨタ自動車株式会社 排気通路の添加剤分散板構造
JP2015086726A (ja) * 2013-10-28 2015-05-07 ヤンマー株式会社 排気ガス浄化システム及びこれを備えた船舶
JP6027501B2 (ja) * 2013-07-29 2016-11-16 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 インクジェット記録装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4404123B2 (ja) * 2007-09-07 2010-01-27 トヨタ自動車株式会社 排気通路の添加剤分散板構造
JP6027501B2 (ja) * 2013-07-29 2016-11-16 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 インクジェット記録装置
JP2015086726A (ja) * 2013-10-28 2015-05-07 ヤンマー株式会社 排気ガス浄化システム及びこれを備えた船舶

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210007194A (ko) 2019-07-10 2021-01-20 현대중공업 주식회사 Scr 시스템의 운전제어방법
KR20210091438A (ko) 2020-01-14 2021-07-22 현대중공업 주식회사 Scr 시스템 및 scr 시스템의 운전제어방법
KR20210127075A (ko) 2020-04-13 2021-10-21 현대건설기계 주식회사 무인지게차 시스템
US11851310B2 (en) 2020-04-13 2023-12-26 Hd Hyundai Xitesolution Co., Ltd. Autonomous forklift truck

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170049836A (ko) 2017-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101784567B1 (ko) 배기 경로 일체형 scr 시스템
JP5995400B2 (ja) 舶用排気ガス脱硝装置
EP2525057B1 (en) Exhaust-gas denitration system, ship equipped therewith, and method for controlling exhaust-gas denitration system
KR101417296B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 선박용 동력 장치
US7784276B2 (en) Exhaust gas purifier and method of control therefor
US20100326054A1 (en) Exhaust gas purification system
KR20130139902A (ko) 배기가스 정화장치
EP2836689A1 (en) Arrangement for treating exhaust gases of an internal combustion piston engine, an internal combustion piston engine and method of treating exhaust gas of an internal combustion piston engine
JP6016954B2 (ja) 排ガス脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに排ガス脱硝システムの制御方法
JP5964467B2 (ja) 排ガス脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに排ガス脱硝システムの制御方法
KR102264968B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템
JP5001793B2 (ja) 排気浄化装置
KR102154377B1 (ko) 에너지 절감을 위한 scr 시스템
JP5001794B2 (ja) 排気浄化装置
KR101636208B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
KR101579687B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
KR102140949B1 (ko) 에너지 절감을 위한 scr 시스템
KR102140948B1 (ko) 에너지 절감을 위한 scr 시스템
KR102063677B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
KR19990085217A (ko) 내연기관용 배기가스 정화장치
KR102075879B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
KR102154378B1 (ko) 에너지 절감을 위한 scr 시스템
JP3557931B2 (ja) 燃焼式ヒータを有する内燃機関
KR102137323B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템
KR20170099125A (ko) Scr 시스템의 촉매 성능유지 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant