KR101856895B1

KR101856895B1 - 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101856895B1
Application number: KR1020167032037A
Authority: KR
Inventors: 끌라우스 비드예스꼬; 니꼬 소이?리; 벨리-뻬까 베스띠
Original assignee: 바르실라 핀랜드 오이
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2018-06-19
Also published as: CN106460604A; WO2015158948A1; SG11201608363UA; CN106460604B; KR20160146848A; EP3132126B1; EP3132126A1

Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 기관 (10), 상기 기관 (11) 으로부터 이어지는 배기 가스 덕트 (11), 및 상기 배기 가스 덕트 (11) 의 경로 상에 위치되는 촉매 요소들 (19) 을 포함하는 선택적 촉매 환원 (SCR) 반응기 (16) 를 포함한다. 상기 시스템은 배기 가스 덕트 (11) 를 통해 SCR 반응기 (16) 에 압축 공기를 이송하는 공기 채널 (18) 을 통해 배기 가스 덕트 (11) 에 연결된 압축 공기 공급부 (12, 24) 및 SCR 반응기 (16) 의 촉매 요소들을 따뜻하게 유지시키기 위한 그리고/또는 따뜻하게 하기 위한 적어도 하나의 가열기 (17) 를 포함하는 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템의 가열 시스템을 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF CATALYST FROST PROTECTION OF SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION}

본 발명은 선택적 촉매 환원 (selective catalytic reduction) 에 관한 것이고, 특히 기관들의 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지에 관한 것이다. 본 발명은 시스템 독립항의 전제부에 따른 기관들의 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템과, 방법 독립항의 전제부에 따른 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 방법에 관한 것이다.

공보 JP 5269387 A 에는 셸 (shell) 내에 제공된 금속 촉매 담체들 (metallic catalyst carriers) 이 개시되어 있고, 상기 촉매 담체들은 가열되어, 내연 기관의 배기 통로 내에 배치되는 배기 가스 정화 촉매 변환기에서 가열기의 역할을 하게 된다. 담체들을 연결하는 양극 및 음극 부재들은 절연된 금속 셸 벽을 관통하게 되고, 전극 부재들은 페일-세이브 (fail-safe) 기능을 개선하기 위하여 라디에이팅 플레이트들 (radiating plates) 을 통해 병렬로 연결된다.

공보 JP 4171214 A 에는 선형 메인 금속 플레이트와, 다수의 유동 경로들을 형성하기 위하여 상기 선형 메인 금속 플레이트와 결합되는 수개의 물결 모양의 (corrugated) 스페이서들로 이루어지는 금속 담체가 개시되어 있다. 절연은 세라믹 층들을 절연함으로써 메인 금속 플레이트와 물결 모양의 스페이서들 사이에서 형성된다. 게다가, 외주 주위에 권취된 절연 매트를 포함하는 금속 담체는 케이싱 내에 수용된다.

공보 WO 2011114453 A1 에는, 내연 기관들용 배기 정화 장치가 개시되어 있고, 상기 장치에는 전기적으로 가열된 촉매가 제공되어 있고, 상기 촉매에는 촉매 지지부와, 상기 촉매 지지부의 주변 주위에 제공된 지지부 홀딩 유닛이 장착되어 있으며, 이는 전기 절연 특성들을 가진다.

특허 공보 US 5884475 에는, 정지 시간 동안 시스템의 섹션들에 대한 서리 손상을 회피하기 위하여 액체를 배기-가스 정화 시스템에 도입시키고 또한 환원제 용액의 어는점 미만의 온도에서 시스템을 작동시키는 방법 및 디바이스가 개시되어 있다. 상기 방법 및 디바이스는 환원제 용액용의 열 절연된 저장소와, 상기 저장소에 연결되고 또한 상기 용액용의 출구 개구에서 종결하는 액체 공급 라인을 포함한다. 저장소와 액체 공급 라인은 가열될 수 있다. 게다가, 가열기는 저장소의 용량에 비해 작은 초기 용량을 액화시키기 위해 제공된다. 액체 공급 라인은 압력 하에 있는 가스가 적용될 수 있는 백-플러시 밸브를 또한 구비할 수도 있다. 공급 라인은 결과적으로 자유 취입 (blown-free) 될 수 있다.

특허 공보 US 5522218 에는, 배기 통로를 통해 유동하는 연소 소스로부터의 그리고 희박 연소 (lean burn) 기관들로부터의 배기 가스에 대한 고온 질소 산화물들의 환원 시스템이 개시되어 있다. 작동 중에 있을 때에, 배기 가스의 온도는 주기적으로 측정되고, 연소 소스의 작동 상태는 주기적으로 판정된다. 분사량은 미리 정해진 최적량, 배기 가스의 측정된 온도 및 연소 소스의 판정된 작동 상태에 기초하여 주기적으로 계산된다. 마침내, 질소 산화물 환원 유체의 분사량이 촉매로부터의 상류에 있는 배기 통로 내로 주기적으로 분사된다.

선택적 촉매 환원 (SCR) 은 촉매를 통해 질소 산화물들을 이원자 질소와 물로 변환하는 프로세스이다. 선택적 촉매 환원 시스템들에서, 배기 가스의 유동으로 가스 형태의 환원제가 첨가되어 촉매에 흡착된다. 전형적인 환원제들 중 하나는 우레아이다. 선택적 촉매 환원 시스템들은 예를 들어 대형 유틸리티 보일러들, 산업용 보일러들, 고체 폐기물 보일러들에서 그리고 대형 선박들, 기관차들, 및 가스 터빈들의 기관들에서 사용된다.

SCR 시스템들은 엄중한 방출 규제들의 결과로서 선발들에 대해 더욱 보편화되고 있다. SCR 의 적합한 작용을 위해, SCR 시스템이 적절하게 작용하기 위하여 온도가 충분히 높아질 필요가 있다는 것은 공지되어 있지만, 기관이 작동하지 않는 동안 온도가 마찬가지로 제한된다는 문제는 덜 공지되어 있다. 기관이 작동하지 않을 때에, 촉매 요소들의 다공성의 세라믹 재료가 건조 상태에서 그리고 0 ℃ 를 초과하여 저장되어야 한다는 것은 촉매 요소 공급자들로부터 전형적으로 규정되어 있다. 춥고 습한 환경은 물이 촉매 요소들의 세라믹 재료의 구멍들 내로 또는 예를 들어 세라믹 촉매 벌집 요소들 내로 진입하는 것을 초래하고, 온도가 0 ℃ 미만인 경우에, 물은 결빙할 것이고, 이는 시스템의 기능 부전으로 이어질 수 있으며 심지어 시스템의 촉매 요소들은 수분이 결빙함에 따라 부서질 수도 있다. 또한, 춥고 습한 환경은 금속 촉매 요소들이 사용되는 때에 문제들을 야기할 수 있고, 예를 들어 촉매 요소들의 포일 (foiled) 금속 재료는 수분과 수분의 결빙으로 인해 균열될 수도 있거나 부식될 수도 있다. 또한, 춥고 습한 환경은 촉매 요소들의 활성화 시간을 증가시킨다.

본 발명의 목적은, 특히 SCR 시스템의 촉매 요소들 내의 수분과 물의 결빙에 관한 전술한 문제들이 제거되거나 적어도 최소화되는 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지에 대한 개선된 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 기관이 작동하지 않을 때에, 온도가 SCR-시스템의 용도를 제한하지 않는 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지에 대한 개선된 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

일부 설비들, 예컨대 대형 선박들 또는 베셀들 또는 대응하는 연안 리그들 또는 파워 플랜트들에 대해서는, 건조 상태와 0 ℃ 를 초과하는 온도로 종종 제한되거나 건조 상태와 0 ℃ 를 초과하는 온도를 갖는 공간이 없다. 그리므로, SCR 반응기는 온도 변화들에 민감한 춥고 습한 환경에 배치되고, 예를 들어, 전체 용량을 가열하는 것과 전체 배기 굴뚝 면적을 절연하는 것은 비싸기 때문에, SCR 반응기는 열악한/절연되지 않은 외부 배기 굴뚝에 의해 저온 공기의 외부에 배치될 수 있다. 많은 유형들의 설비들, 예컨대 대형 선박들 또는 베셀들 또는 연안 리그들 또는 파워 플랜트들, 예를 들어 쇄빙선 또는 어선들은 심지어 -40 ℃ 의 온도에 있는 북극 상태에서 작동한다.

본 발명의 일 특정 목적은, 특히 북극 상태에 적용가능한 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템 및 방법을 형성하는 것이다.

전술한 목적들과 이후에 자명해질 것들을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 시스템은 시스템 독립항의 특징부의 특징들에 의해 특징지어진다. 순차적으로, 본 발명에 따른 방법은 방법 독립항의 특징부의 특징들에 의해 특징지어진다. 유리한 실시형태들과 특징들은 종속 청구항들에서 규정된다.

본 발명에 따라, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템은, 기관, 기관으로부터 이어지는 배기 가스 덕트, 및 상기 배기 가스 덕트의 경로 상에 위치되는 촉매 요소들을 포함하는 선택적 촉매 환원 (SCR) 반응기를 포함하고, 시스템은 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템의 가열 시스템을 포함하고, 상기 가열 시스템은 압축 공기를 배기 가스 덕트를 통해 SCR 반응기에 이송하기 위해 공기 채널을 통해 배기 가스 덕트에 연결된 압축 공기 공급부와, SCR 반응기의 촉매 요소들을 따뜻하게 유지시키기 위한 그리고/또는 따뜻하게 하기 위한 적어도 하나의 가열기를 포함한다.

유리하게는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템은 환원제 분사기 시스템과 결합되고, 정상 작동시에, 즉 기관이 작동할 때에, 시스템은 선택적 촉매 환원에 사용되고, 서리 방지 작동시에, 기관이 작동하지 않을 때에, 환원제의 분사 없이, 시스템이 SCR 반응기의 촉매 요소들을 따뜻하게 유지시키는데 그리고/또는 따뜻하게 하는데 사용된다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, SCR 반응기와 배기 가스 덕트의 적어도 일부는 주위 온도에 대해 그리고 습도에 대해 민감한 환경에 위치된다.

본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 적어도 하나의 가열기는 기류의 경로 상에서 기류를 가열하기 위해 SCR 반응기의 적어도 하나의 촉매 요소들의 상류에 위치된다. 또한, 가열기 이전에 위치된 가열기는 혼합기로서 작용할 수 있다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 시스템은 SCR 반응기의 촉매 요소들의 상류에 위치된 배기 가스 덕트에 대한 압축 공기 공급부의 공기 채널의 연결 지점을 포함한다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 시스템은 압축 공기 공급부로부터 배기 가스 덕트로의 압축 공기를 이송하기 위한 환원제 분사기를 추가로 포함한다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 환원제가 분사될 경우 압축 공기의 압력은 압축 공기가 채널로 이송될 때에 유리하게는 4 내지 8 bar 이고, 가열기용 기류의 압력은 기류가 채널에 이송될 때에 0.5 내지 4 bar 이다. 또한, 여기에는 적어도 두 개의 압축 공기 공급부들이 있을 수 있고, 그 중 하나가 환원제 분사기를 위한 것이고, 다른 하나가 가열기용 기류를 위한 것이고, 이러한 경우에, 환원제 분사용 공기 공급부는 더 높은 압력 범위를 가지고, 가열기용 공기 공급부는 더 낮은 압력 범위를 가진다. 본 발명의 유리한 특징에 따라, 압축 공기 공급부는 기관의 정지 동안 연속 이송으로 그리고/또는 선택된 간격들로의 이송으로 압축 공기 이송을 제어하고, 따라서 순차적인 작동을 제공하는 수단을 구비한다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 가열기는 SCR 반응기 내에 배열된 적어도 하나의 온도 측정 센서로부터 피드백에 의해 가열기를 자동으로 스위칭 온하기 위한 제어 장치를 포함한다. 또한, 시스템은 환경 정보를 제공하기 위한 온도 측정 센서를 포함할 수도 있거나, 시스템은 일기 예보 시스템으로부터 정보를 수신할 수 있고, 또한 일기 예보가 촉매 요소들에 유해할 수 있는 온도들을 예측할 때에, 제어 장치는 가열기를 자동으로 스위칭 온한다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 가열 시스템은 적어도 두 개의 가열기들을 구비하고, 상기 가열기들은 선택적으로 작동가능하다. 이러한 가열기들 중 적어도 두 개가 작동을 위한 것이거나, 이러한 가열기들 중 적어도 하나는 작동을 위한 것이고 이러한 가열기들 중 적어도 하나는 백업을 위한 것이다.

본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 가열기는 기류 방향으로 촉매 요소의 적어도 하나의 단부면에 위치되거나 SCR 반응기의 표면 구조체에 위치되는 적어도 하나의 가열 케이블을 포함한다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, SCR 반응기는 절연체에 의해 절연된다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 기류 방향으로의 SCR 반응기의 각 단부에는 가열 시스템이 정지될 때에 SCR 반응기 내의 열을 유지하기 위하여 클로저 요소가 제공된다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 시스템은 수분 제거를 위한 수단을 추가로 포함하고, 상기 수분은 활용을 위해 기관 스크러버 또는 다른 방출 감소 디바이스 에 유리하게 배치된다. 수분 제거는 기관이 작동하지 않을 때에 실시된다.

유리하게, 본 발명에 따른 시스템에서, 수트 블로잉 (shoot-blowing) 장비와 환원제 파이핑 및 분사 장비와 같은 추운 환경에 민감한 일부 실시형태들의 일부 구성 요소들에는 가열기가 장착될 수 있다. 가열기는 위치 선택을 통해 배열될 수 있고, 예를 들어 환원제 라인은 반응기 절연체 내부에 배치될 수 있으며, 수트 블로잉 밸브들은 사용 온도 범위에 따라 적합한 위치에 배치될 수 있다.

본 발명에 따라, 본 발명은 기관의 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 방법에 관한 것이고, 기관이 작동하지 않을 때에, 선택적 촉매 환원 반응기의 촉매 요소들이 가열기에 의해 가열되어 0 ℃ 초과의 온도로 유지되고, 선택적 촉매 환원 (SCR) 반응기의 촉매 요소들이 가열기에 의해 가열되고, 압축된 공기는 충분한 열 대류를 보장하기 위하여 압축 공기 공급부로부터 SCR 반응기로 제공된다.

본 발명의 유리한 특징에 따라, 기관이 일정 기간 동안 정지될 때에 그리고 낮은 주위 공기 온도로 인해 촉매 요소들이 0 ℃ 에 근접하게 냉각될 때에, 촉매 요소들은 전기 가열기에 의해 가열되며, 촉매 요소들을 통한 열 대류는 우레아 분사기에 의해 압축 공기 공급부로부터 공기를 푸시함으로써 보장된다.

이하에서는, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.

도 1 은 본 발명의 유리한 예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 가열 시스템의 작동 원래의 간략한 예를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명의 유리한 예에 따른 SCR 반응기의 간략한 예를 개략적으로 도시한다.
도 3 내지 도 6 은 본 발명의 유리한 예에 따른 SCR 반응기의 간략한 예들을 개략적으로 도시한다.

도 1 내지 도 6 의 이하의 상세한 설명의 과정 동안, 동일한 번호들과 부호들은, 달리 언급되지 않는 한, 동일한 요소들, 부품들 및 부품 구성요소들을 확인하기 위하여 사용될 것이다. 이하에서는, 예들이 개시물의 간략화를 고려하여 파워 플랜트 또는 연안 리그들 또는 파워 플랜트 또는 대형 선박의 기관의 SCR 시스템을 참조하여 주로 설명되지만, 이러한 예를 대신하여, 춥고 습한 상태에 대한 SCR 시스템의 임의의 유형이 본 발명에 따라 유사한 특징들과 특성들을 가질 수 있다는 것을 명심해야 한다.

도 1 에서는, 본 발명의 유리한 예에 따라 선택적 촉매 환원 시스템의 가열 시스템의 작동 원리의 간략한 예가 도시되어 있다. 이러한 예에서, 기관 (10) 은 기관실 (9) 내에 위치된다. 예를 들어, 북극 상태에 대해, 선택적 촉매 반응기 (16) 는 습도와 온도 변화에 민감한 환경, 예를 들어 외부에 위치되고, 기관실 (9) 은 습도와 온도 변화에 민감한 환경, 예를 들어 외부에 위치된다. 기관 (10) 으로부터, 배기 가스들이 기관 (10) 의 작동 동안 배기 가스 덕트 (11) 로 이어진다. 기관 (10) 이 작동할 때에, 환원제는 환원제 공급부 (13A) 로부터 공기 채널 (18) 에 공급된다. 기관이 작동하지 않고 온도가 배기 가스 덕트 (11) 로의 물의 결빙 온도 근처까지 감소할 때에, 압축 공기는 SCR 반응기의 촉매 요소들의 상류에 있는 연결 지점 (14) 에서 배기 채널에 연결된 공기 채널 (18) 을 통해 압축 공기 공급부 (12) 로부터 안내된다. 충분한 열 대류를 보장하기 위하여 기관이 정지되는 동안 공기만이 이송되는 기조식 (air assisted) 환원제, 예를 들어 우레아 분사기 (13) 가 공기 채널 (18) 에 연결된다. 압력 공급부가 환원제 분사와 가열기용 기류 모두에 대해 사용될 때에, 압축 공기의 압력은 압축 공기가 채널 (18) 로 이송될 때에 유리하게 4 내지 8 bar 이다. 공기가 채널 (18) 로 이송될 때의 압력은 가열기의 기류에 대해 유리하게는 더 낮고, 예를 들어 0.5 ~ 4 bar 이다. 또한, 여기에는 두 개의 상이한 압력 공급부들이 있을 수 있다. 압축 공기는 필요한 시간 동안 연속적으로 그리고/또는 선택된 간격으로 이송될 수 있고, 이송은 압축 공기 공급부 (12) 의 압축 공기 이송을 제어하기 위한 수단에 의해 제어된다. 또한, 압축 공기 이송은 시스템의 구성 요소들을 청결하게 유지하는데 도움이 된다. 압축 공기 공급부 (12) 는 오직 SCR 반응기용이거나, 압축 공기 공급부는 선박 또는 리그에 공통될 수 있다. 압축 공기는 주위 온도에서 가열기들의 파워를 감소시키기 위해서 또는 워밍 효과를 강화하기 위해서 예열될 수 있다; 유리하게는 압축 공기 공급부 (12) 는 따뜻해진 내부 공간 내에, 따라서 0 ℃ 를 초과하는 온도에서 위치된다. 환원제 분사기 (13) 를 통하여 압축 공기를 이송하는 대신에, 별개의 압축 공기 채널이 사용될 수 있다. 도 1 에서는, 기류가 화살표들에 의해 나타내어 진다. 기류는 다공성 세라믹 재료의 촉매 요소들 (도 2) 과 가열기 (17), 유리하게는 전기 가열기 (17) 가 위치되는 SCR 반응기 (16) 에 진입한다. 전기 가열기 (17) 는 기류를 따뜻하게 하고, 따라서 따뜻해진 기류는 SCR 반응기 (16) 내의 촉매 요소들 (도 2) 을 따뜻하게 하며, 또한 촉매 요소들이 결빙되는 것을 방지하여 이들을 0 ℃ 초과의 따뜻해진 온도에서 유지시킨다. 가열 시스템에 의해, 기관(들)이 작동하지 않을 때에 촉매 요소들의 온도가 적어도 0℃ 이상으로 유지되고, 따라서 주위 공기로부터의 수분이 응축하고 결빙하여 다공성 세라믹 촉매 요소들을 균열시키는 위험이 방지되는 것이 보장된다. 유리하게는, 가열기 (17) 는 SCR 반응기 (16) 에 배열된 적어도 하나의 온도 측정 센서 (미도시) 로부터의 피드백을 이용하여 제어 장치 (미도시) 에 의해 자동으로 스위칭 온된다. 또한, 시스템은 주위 온도를 측정하기 위한 적어도 하나의 온도 측정 센서 (미도시) 와 시스템의 제어 장치에 습도 정보를 제공하기 위한 적어도 하나의 습도 측정 센서 (미도시) 를 포함할 수도 있다.

따라서, 여기에는 엔진 (10) 의 정지 시간들에 대한 제한이 없고, 기관 (10) 은 환경 상태와는 무관하게 수 일 또는 심지어 수 주간 중단된 채로 유지될 수 있다. 가열 시스템은 요구되는 주위 공기 온도들에 대해, 예들 들어 - 25 ℃ 의 주위 공기 온도에 대해 디자인될 수 있다. 또한, 시스템은 개시에 필요한 시간이 감소될 수 있는 기관 (10) 의 개시 단계에서 SCR 예열을 위해 사용될 수 있다.

가열 시스템은 촉매 요소들의 제 1 층 이전에 전기 가열기(들)(17) 을 구비한다. 유리하게는, 시스템은 적어도 두 개의 가열기들 (17) 을 구비하고, 상기 가열기들 중 하나가 작동을 위한 것이고 가열기들 중 다른 하나는 백업을 위한 것이다. 또한, 양자의 가열기들 (17) 은 작동을 강화하기 위하여 작동을 위해 사용될 수 있다. 공기는 가열기 (17) 로부터의 충분한 열 대류를 보장하기 위하여 환원제 분사기 (13) 로부터 푸시된다. SCR 반응기 (16) 는 반응기 (16) 의 냉각을 감소시키기 위하여 두꺼운, 예를 들어 200 ㎜ 의 절연체에 의해 유리하게는 절연된다. 가열기 (17) 는 기관 (10) 이 정지될 때에만 바람직하게는 가열되고, 반응기 (16) 내부의 온도는 설정 지점 미만으로, 예를 들어 +5 ℃ 미만으로 떨어진다.

도 1 의 예에 도시된 바와 같이, SCR 반응기 (16) 는 습도와 온도 변화들에 민감한 환경, 예를 들어 외부에 위치되고, 배기 가스 덕트 (11) 의 적어도 일부, 가능하게는 대부분이 습도와 온도 변화들에 민감한 환경, 예를 들어 외부에 위치된다. 기관 시스템에는, 하나 이상의 SCR 반응기들 (16) 이 있을 수 있고, 그들 각각에는 전기 가열기 (17) 가 장착된다. 유리하게는 추가적으로 설치된 환원제 분사기 (13) 와 다른 SCR 보조 장치들이 내부에 설치된다.

도 2 의 개략적인 예에 도시된 바와 같이, SCR 반응기 (16) 는 두 개의 촉매 요소들 (19) 및 전기 가열기 (17) 및 절연체 (21) 를 포함한다. 화살표들로 나타낸 기류는 유동 방향으로 연속적인 촉매 요소들 (19) 을 통해 유동하고, 선택적 촉매 반응에 의해, 질소 산화물들이 촉매 요소들 (19) 내의 촉매에 의해 이원자 질소와 물로 변환되는 동안 발생한다. 선택적 촉매 환원 시스템에서, 배기 가스의 유동으로 환원제, 예를 들어 가스 형태의 우레아가 첨가되어, 배출 규제를 충족시키기 위하여 촉매에 흡착된다. 기관 (10; 도 1) 이 작동할 때에, 촉매 요소들 (19) 은 전기 가열기 (17) 에 의해서가 아니라 배기 가스에 의해서 가열되고, 우레아는 290 ~ 450 ℃ 의 온도에서 저황 LFO (경유) 로 분사된다. 두꺼운, 예를 들어 200 ㎜ 의 절연체 (21) 에 의해 절연된 SCR 반응기 (16) 는 반응기 (16) 의 증가된 냉각 기간을 가진다. 기관 반응기 (16) 의 작동 동안, 구조체들과 촉매 요소들 (19) 은 열을 유지시킬 것이고, 따라서 촉매 요소들 (19) 의 온도는 원하는 레벨에 있다. 기관 (10; 도 1) 이 오랜 기간 동안 정지될 때에 그리고 낮은 주위 공기 온도로 인해, 촉매 요소들 (19) 은 다르게 0 ℃ 에 근접하게 냉각될 것이고, 전기 히터 (17) 가 개시되고 촉매 요소들 (19) 을 통한 충분한 열 대류는 도 1 에 도시된 바와 같은 우레아 분사기 (13) 에 의해 압축 공기 공급부 (12) 로부터 공기를 푸시함으로써 보장되고, 선택적 촉매 환원 반응에서 액체 우레아의 미립화를 위해 일반적으로 사용되는 공기는 열 대류를 위해 사용될 것이다 (도 1). 유리하게는, 가열기 요소들의 파워는 각 설비의 요건들에 따라 선택되고, 예를 들어 2 ~7 ㎾ 의 가열기 요소들이 전기 가열기 (17) 를 위해 사용된다. 유리하게는, 전기 가열기 (17) 는 두 개의 가열기 요소들 (17A, 17B) 을 포함하고, 이들 중 하나는 가열 동안 사용되고 나머지 하나는 백업을 위해 사용된다. 기관 (10) 이 작동할 때에, 가열기 (17) 는 주로 사용 중에 있지 않지만, 원할 경우, 기관 (10) 의 개시 단계 동안 촉매 요소들 (19) 의 예열을 위해 가열기 (17) 가 또한 사용될 수 있다. 추가로, SCR 반응기 (16) 의 각 단부는 기류 방향으로 가열이 정지될 때에 SCR 반응기 (16) 내의 열을 유지시키기 위하여 점선에 의해 나타낸 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 선회가능한 클로저 요소 (23) 가 제공될 수 있다. 또한, 클로저 요소 (23) 는 고온 또는 저온 가스 또는 스팀 또는 부동액 첨가 스프레이에 의해 제공된 공기 특정 유형의 공기 차단부로서 형성될 수 있다. 필요할 경우, 가열기 (17) 는 도 2 의 점선에 의해 도시된 바와 같이 각 촉매 요소 (19) 전에 위치될 수 있다.

도 3 및 도 4 의 개략적인 예에서, SCR 반응기 (16) 의 촉매 요소들 (19) 은, 반응기 표면 구조체에, 유리하게는 SCR 반응기 (16) 의 외부 표면과 절연체 (21) 사이에 또는 SCR 반응기 (16) 의 내부 표면과 절연체 사이에 위치된 가열 케이블 (22) 로 구성되는 가열기 (17) 에 의해 기관 (10; 도 1) 의 정지 시간 동안 따뜻하게, 즉 0 ℃ 를 초과하여 유지된다. 가열 케이블 (22) 은 수직으로 그리고 수평으로 순환하는 방식으로 배열되어, 가열 케이블들에 기초한 가열 배열체들의 다른 유형들로부터 그러한 것으로서 공지되고, 그 결과 반응기 (16) 의 내부는 케이블 (22) 에 의해 가열되고, 따라서 물의 어는점을 초과하여 촉매 요소들 (19) 을 유지시킨다.

도 5 의 개략적인 예에서, SCR 반응기 (16) 의 촉매 요소들 (16) 은 기류 방향으로 촉매 요소 (19) 의 단부면들에 위치한 가열 케이블 그리드들 (22) 로 이루어지는 가열기 (17) 에 의해 기관 (10; 도 1) 의 정지 시간 동안 따뜻하게, 즉 0 ℃ 를 초과하여 유지된다.

도 6 의 개략적인 예에서, SCR 반응기 (16) 의 촉매 요소들 (19) 은 예를 들어 수트 블로워들 (soot-blowers) 에 의해 촉매 요소들 (19) 에 가열된 공기를 제공하는 공기 라인들 (24) 과 연결하여 형성되는 가열기 (17) 에 의해 기관 (10; 도 1) 의 정지 시간 동안 따뜻하게, 즉 0 ℃ 를 초과하여 유지된다. 이러한 공기 라인들 (24) 은 기관 (10) 이 작동할 때에 밸브를 냉각시키는데 사용된다. 압축 공기 이송부 (미도시) 를 구비하는 공기 탱크 (25) 는 블로워들 (미도시) 에 의해 형성된 공기 또는 다른 적합한 가스 유동을 제공한다. 기류는 예를 들어 공기 탱크 (25) 내에 위치된 가열 요소에 의해 그리고/또는 공기 라인들 (24) 의 외부 표면들을 가열하는 가열 요소들 (17) 에 의해 가열된다. 이러한 예는, 예를 들어, 각 공기 라인이 가열기, 예를 들어 가열 팬, 가열 요소 또는 버너를 구비하는 그 자체의 공기 탱크를 구비하도록 수정될 수 있다. 본 발명이 한정적으로 제한되지 않는 본 발명의 일부 유리한 예들만이 위에서 설명되었다. 대부분의 수정들과 변형들은 이하의 청구항들에서 정의된 바와 같이 본 발명에 의해 가능하다는 것이 당업자에게 자명하다.

9 기관실
10 기관
11 배기 가스 덕트
12 압축 공기 공급부
13 기조식 환원제 분사기
13A 환원제 공급부
14 연결 지점
15 스프레이
16 SCR 반응기
17 가열기
18 공기 채널
19 촉매 요소
21 절연체
22 가열 케이블
23 클로저 요소
24 공기 라인들
25 공기 탱크

Claims

선택적 촉매 환원 (selective catalytic reduction) 의 촉매 서리 방지 시스템으로서,
상기 시스템은 기관 (10), 상기 기관 (10) 으로부터 외부로 이어지는 배기 가스 덕트 (11), 및 상기 배기 가스 덕트 (11) 의 경로 상에 위치되는 촉매 요소들 (19) 을 포함하는 선택적 촉매 환원 (SCR) 반응기 (16) 를 포함하고,
상기 시스템은, 압축 공기를 상기 배기 가스 덕트 (11) 를 통해 SCR 반응기 (16) 로 이송하기 위해 공기 채널 (18) 을 통해 상기 배기 가스 덕트 (11) 에 연결된 압축 공기 공급부 (12, 24), 및 상기 SCR 반응기 (16) 의 촉매 요소들 (19) 을 따뜻하게 하고, 따뜻하게 유지시키기 위해 적어도 하나의 가열기 (17) 를 포함하는 상기 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템의 가열 시스템을 포함하고,
상기 시스템은, 주위 온도가 0 ℃ 미만인 경우에, 상기 SCR 반응기 (16) 를 0 ℃ 초과의 온도들에서 유지하기 위한 충분한 열 대류를 보장하기 위하여, 상기 SCR 반응기 (16) 를 가열하는 상기 가열기 (17) 및 상기 공기 공급부 (12, 24) 를 작동시키기 위한 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 가열기 (17) 는 기류를 가열하기 위하여 상기 기류의 경로 상에서 상기 SCR 반응기 (16) 의 상기 촉매 요소들 중 적어도 하나의 촉매 요소의 상류에 위치되는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 SCR 반응기 (16) 의 상기 촉매 요소들 (19) 의 상류에 위치된 상기 배기 가스 덕트 (11) 에 대한 상기 압축 공기 공급부 (12) 의 상기 공기 채널 (18) 의 연결 지점 (14) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 압축 공기 공급부 (12) 로부터 상기 배기 가스 덕트 (11) 로 압축 공기를 이송하기 위한 환원제 분사기 (13) 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 가열기에 대한 기류의 압력은 상기 공기 채널에 이송될 때에 0.5 내지 4 bar 인 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 공기 공급부 (12) 는 상기 기관 (10) 이 정지되는 동안 연속적으로 이송하기 위해 또는 선택된 간격들로 이송하기 위해 압축 공기 유동을 제어하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열기 (17) 는, 상기 SCR 반응기 (16) 내에 배열된 적어도 하나의 온도 측정 센서로부터의 피드백에 의해 상기 가열기를 자동으로 스위칭 온 (switching on) 하기 위한 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SCR 반응기 (16) 및 상기 배기 가스 덕트 (11) 의 적어도 일부는 습도에 그리고 주위 온도에 민감한 환경에 위치되는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 시스템은 선택적으로 작동가능한 적어도 두 개의 가열기들 (17) 을 구비하는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 가열기 (17) 는, 상기 SCR 반응기의 표면 구조체에 위치되거나 기류 방향으로 촉매 요소 (19) 의 적어도 하나의 단부면에 위치되는 적어도 하나의 가열 케이블 (22, 23) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SCR 반응기 (16) 는 절연체 (21) 에 의해 절연되는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SCR 반응기 (16) 의 각 단부에는 기류 방향으로 상기 가열 시스템이 정지될 때에 상기 SCR 반응기 (16) 내의 열을 유지시키기 위하여 클로저 요소 (23) 가 제공되는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 시스템.
기관 (10) 의 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 방법으로서,
상기 방법에서, 상기 기관 (10) 이 작동하지 않을 때에, 선택적 촉매 환원(SCR) 반응기(16)의 촉매 요소들 (19) 이 가열기 (17) 에 의해 가열되고, 주위 온도가 0 ℃ 미만인 경우에, 온도들을 0 ℃ 초과로 유지시키고,
압축 공기가 충분한 열 대류를 보장하기 위하여 압축 공기 공급부 (12) 로부터 상기 SCR 반응기 (16) 에 제공되는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 방법에서, 상기 기관 (10) 이 어떠한 기간 동안 정지될 때에 그리고 낮은 주위 공기 온도로 인해, 상기 촉매 요소들 (19) 은 0 ℃ 로 냉각될 때에, 상기 촉매 요소들 (19) 은 전기 가열기 (17) 에 의해 가열되며, 상기 촉매 요소들 (19) 을 통한 열 대류는 우레아 분사기 (13) 에 의해 압축 공기 공급부 (12) 로부터 공기를 푸시함으로써 보장되는 것을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원의 촉매 서리 방지 방법.