KR102057778B1 - 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출된 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기로 유입되는 상기 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부와, 상기 환원제 분사부에 환원제를 공급하는 환원제 공급부, 그리고 상기 반응기로 유입되는 배기가스의 유량에 대한 정보와 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량에 대한 정보를 취득하여 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 제어 장치를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}
본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질소산화물 저감 효율의 저하 시 그 원인을 파악할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석 연료의 사용량이 증가하게 되었다. 이로 인하여 화석 연료의 연소 과정에서 배출되는 각종 유해 가스가 심각한 대기 오염을 야기하고 있다. 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.
대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다.
근래에는 환경 보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이러한 황산화물과 질소산화물에 대한 배출규제가 도입되고 있다.
특히, 질소산화물을 저감시키기 위한 대표적인 설비로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다. 선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에서 규정한 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있어야 하므로, 저비용 고효율의 탈질 설비와 함께 효과적인 운용 방법이 요구되고 있다.
일반적으로 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 사용되는 촉매는 섭씨 250도 내지 섭씨 500도 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. 구체적으로, 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. 이와 같은 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시키므로, 촉매의 효율을 높이고 유지 보수에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 촉매의 온도를 활성 온도 범위 내로 유지하는 것이 요구된다.
하지만, 선박용 저속 디젤 엔진의 경우, 디젤 엔진의 부하 변동에 따라 배기가스의 배출량이 달라지고, 선박이 운항 중인 기후 환경도 선택적 촉매 환원 반응에 영향을 미치므로, 촉매의 피독을 완벽하게 피하기 어렵다. 전술한 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 예를 들어 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해된다. 따라서, 촉매가 피독되면 촉매를 가열하여 피독 물질을 제거할 수 있다.
종래에는 반응기에 유입되는 배기가스의 질소산화물 농도와 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도를 측정하여 질소산화물 저감율을 분석하여 질소산화물 저감율이 기준 저감율 보다 낮아지면, 촉매 상태에 이상이 생기거나 수명이 다한 것으로 판단하였다. 그리고 촉매 상태에 이상이 생긴 것으로 판단되면, 수트 블로워를 사용하여 촉매에 압축 공기를 분사함으로써, 촉매에 끼인 피독 물질 또는 그 밖에 이물질을 물리적으로 제거하거나 촉매를 직접 또는 간접적으로 가열하여 촉매 피독 물질을 제거하였다. 또한, 촉매 수명이 다한 것으로 판단되면, 촉매를 교체하였다.
그런데, 질소산화물의 저감율은 단순히 촉매 상태 이외에 다른 원인에 의해서도 변동될 수 있다. 하지만, 질소산화물 저감율이 저하된 원인을 정확하게 파악하여 대처하기 어려웠다. 따라서 촉매 상태에 이상이 없는 경우에도, 질소산화물 저감율이 기준 저감율 보다 낮아지면, 불필요하게 촉매를 재생하거나 촉매를 교체하는 일이 발생되고 있다. 촉매를 재생시키기 위해서는 많은 연료 및 전력이 사용될 뿐만 아니라 유지 보수를 위한 시간이 소모되므로, 불필요한 촉매의 재생과 교체는 결국 선택적 촉매 환원 시스템의 전체적인 가동 효율을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명의 실시예는 질소산화물 저감 효율이 저하된 원인을 진단하고 이에 대응할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출된 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기로 유입되는 상기 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부와, 상기 환원제 분사부에 환원제를 공급하는 환원제 공급부, 그리고 상기 반응기로 유입되는 배기가스의 유량에 대한 정보와 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량에 대한 정보를 취득하여 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 제어 장치를 포함한다.
상기 반응기에 유입되는 상기 배기가스의 유량은 배기가스 유량계를 사용하여 측정하거나 상기 엔진에 장착된 과급기의 회전 속도, 상기 엔진의 부하, 또는 상기 엔진의 소기(掃氣) 압력을 통해 추정하고, 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량은 환원제 유량계를 사용하여 측정할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 배기가스의 유량 정보에 근거하여 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출하며, 상기 환원제 유량계가 측정한 환원제 실제 분사량을 전달받아 상기 환원제 목표 분사량과 상기 환원제 실제 분사량의 차이가 기설정된 환원제 허용 범위 이내인지를 판단하여 상기 환원제 허용 범위를 벗어나면 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어 장치는 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단되면 환원제 분사 이상임을 나타내는 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 반응기를 거친 배기가스에 대한 질소산화물 실제 저감율을 측정하기 위한 하나 이상의 질소산화물 농도 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출하고, 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 촉매 상태 이상임을 나타내는 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 촉매에 압축 공기를 선택적으로 분사하는 수트 블로워를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 수트 블로워를 가동시킬 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 촉매를 직접 또는 간접적으로 가열하는 가열 장치를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 가열 장치를 가동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 엔진을 제어하여 상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스의 온도를 상승시킬 수 있다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 반응기를 거친 배기가스에 대한 질소산화물 실제 저감율을 측정하기 위한 하나 이상의 질소산화물 농도 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 환원제 공급부를 제어하여 환원제 실제 분사량을 상기 환원제 목표 분사량 보다 많아지도록 증가시키고, 상기 환원제 실제 분사량의 증가에 따른 질소산화물 이론 저감율을 산출하고, 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출한 다음 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 이론 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 촉매의 교체 시기가 도래한 것으로 판단되면, 촉매 교체 시기 도래 경고 신호를 발생할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서는 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 전방 농도 센서와, 상기 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 후방 농도 센서를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 전방 농도 센서와 상기 후방 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출할 수 있다.
또한, 상기 배기가스는 엔진에서 배출되며, 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서는 상기 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 후방 농도 센서를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 엔진의 부하별로 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 테이블 세팅하여 입력된 정보에 따라 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 농도(ppm)를 추정하고, 상기 후방 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 촉매가 내장된 반응기를 사용하여 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감하기 위한 질소산화물 저감 방법은 질소산화물 목표 저감율을 설정하고 상기 반응기로 유입되는 상기 배기가스의 유량 정보를 취득하여 상기 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출하는 단계와, 환원제 실제 분사량을 측정하는 단계, 그리고 상기 환원제 목표 분사량과 상기 환원제 실제 분사량을 비교하여 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 환원제 목표 분사량과 상기 환원제 실제 분사량의 차이가 기설정된 환원제 허용 범위를 벗어나면 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 그리고 상기한 질소산화물 저감 방법은 상기 환원제 분사 이상으로 판단되면 환원제 분사 이상임을 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 질소산화물 저감 방법은 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단한 결과 환원제 분사가 정상인 경우에 상기 촉매 상태 이상 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 촉매 상태 이상 여부를 판단하는 단계에서는 질소산화물 실제 저감율을 산출한 다음 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단하고, 촉매 상태 이상임을 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 질소산화물 저감 방법은 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 촉매에 압축 공기를 분사하여 촉매에 끼인 이물질을 제거하거나 상기 촉매를 가열하여 재생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 질소산화물 저감 방법은 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단한 결과 환원제 분사가 정상인 경우에 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단하는 단계에서는 환원제 실제 분사량을 상기 환원제 목표 분사량 보다 많아지도록 증가시킨 후 상기 환원제 실제 분사량의 증가에 따른 질소산화물 이론 저감율을 산출하고, 질소산화물 실제 저감율을 산출한 다음 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 이론 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단하고, 촉매 교체 시기 도래 경고 신호를 발생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 질소산화물 실제 저감율은 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)와 상기 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 각각 측정하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 배기가스는 엔진에서 배출되며, 상기 질소산화물 실제 저감율은 상기 엔진의 부하별로 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 테이블 세팅하여 입력된 정보에 따라 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 농도(ppm)를 추정하고 상기 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하여 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물 저감 효율이 저하된 원인을 진단하고 이에 효과적으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 질소산화물 저감 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질소산화물 저감 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 제1 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축척에 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.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 엔진(100)에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키는데 사용된다.
일례로, 엔진(100)은 선박용 2행정 저속 디젤 엔진일 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 엔진(100)은 4행 중속 디젤 엔진일 수도 있다. 또한, 복수의 엔진(100)이 사용될 수도 있으며, 이 경우 2행정 저속 디젤 엔진과 4행 중속 디젤 엔진이 혼용될 수 있다. 이때, 2행정 저속 디젤 엔진은 선박에 추친력을 제공하는 주동력원으로 사용될 수 있으며, 4행 중속 디젤 엔진은 발전용 또는 보조 동력원 사용될 수 있다.
또한, 엔진(100)이 반드시 선박용에 한정되는 것은 아니며 차량용 엔진일 수도 있다. 그 밖에도 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진(100)이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 엔진(100)이 배출하는 배기가스는 섭씨 200도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가지며, 경우에 따라서는 섭씨 150도 이상 섭씨 200도 미만으로 낮아질 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 배기 유로(610), 반응기(300), 환원제 분사부(510), 환원제 공급부, 및 제어 장치(700)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 하나 이상의 질소산화물 농도 센서(731, 732), 수트 블로워(410), 압축 공기 공급부(450), 및 가열 장치(200)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 환원제 유량계(762)를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 배기가스 유량계(761)도 더 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예에서, 배기가스 유량계(761)는 생략될 수도 있다.
배기 유로(610)는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시킨다. 그리고 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스는 후술할 반응기(300)를 거쳐 외부로 배출된다. 일례로, 배기 유로(610)는 엔진(100)의 배기구와 연결되어 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 배출시킬 수 있다.
반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 즉, 반응기(300)는 배기 유로(610)를 통해 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 전달받는다. 그리고 반응기(300)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매(350)를 내장한다. 촉매(350)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 반응기(300)의 내부에 설치되는 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수도 있다. 즉, 촉매(350)가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다.
촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(350)는 섭씨 200도 내지 섭씨 500도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매(350)가 피독되면서 효율이 저하된다. 예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH3)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 구체적으로, 촉매(350)를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.
또한, 촉매(350)에서 질소산화물과 직접 반응하는 환원제로는 암모니아(NH3)가 사용되는데, 이는 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액의 형태로 공급될 수 있다. 암모니아 자체가 오염 물질로 보관과 운반이 용이하지 않기 때문에 안정적인 우레아 수용액을 사용하는 것이 보편적이다. 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액은 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 즉, 우레아를 분해시켜 질소산화물과 반응하는 환원제인 암모니아를 생성하게 된다. 예를 들어, 환원제는 반응기(300)보다 상류의 배기 유로(610)에 분사되어 배기가스와 혼합될 수 있다.
환원제 분사부(510)는 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사한다. 구체적으로, 환원제 분사부(510)는 반응기(300) 보다 상류의 배기 유로(610) 상에 설치될 수 있다.
환원제 공급부(550)는 환원제 분사부(510)가 분사할 환원제를 공급한다. 구체적으로, 환원제 공급부(550)는 환원제를 저장하는 환원제 저장 탱크와, 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 펌프 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 환원제 공급 펌프 모듈은 환원제 공급을 위한 펌프와, 펌프 설치를 위해 필요한 필터, 펌프용 압력 게이지, 펌프용 수동 밸브 등을 포함할 수 있다.
수트 블로워(soot blower)(410)는 압축 공기 공급부(450)로부터 압축 공기를 공급받아 반응기(300)의 촉매(350)를 향해 압축 공기를 분사한다. 수트 블로워(410)에서 분사되는 압축 공기는 촉매(350)에 끼인 이물질을 물리적으로 제거하거나 촉매(350)를 피독시킨 피독 물질을 제거하여 촉매(350)를 재생시키는데 활용될 수 있다. 촉매(350)를 재생시키 위해 분사되는 압축 공기는 촉매 피독 물질이 분해 가능한 온도일 수 있다.
압축 공기 공급부(450)는 수트 블로워(410)에 압축 공기를 공급할 수 있다. 또한, 압축 공기 공급부(450)는 환원제 분사부(510)가 환원제를 분사할 때 필요한 압축 공기를 공급할 수도 있다. 압축 공기 공급부(450)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 압축 공기 공급부(450)는 엔진(100)에 장착된 과급기이거나 선박에 비치된 압축 공기 탱크 또는 압축 공기 공급 펌프 중 하나일 수 있다.
가열 장치(200)는 촉매(350)를 직접 또는 간접적으로 가열하여 재생시킨다. 본 발명의 제1 실시예에서, 가열 장치(200)는 다양한 형태로 실시될 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(200)는 촉매(350)로 향하는 배기가스를 승온시킴으로써 촉매(350)를 간접 가열하여 재생시킬 수 있다. 이때, 가열 장치(200)는 버너(burner) 또는 히터(heater)일 수 있다. 이와 같은, 버너 또는 히터는 배기 유로(610) 상에 설치되어 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스를 승온시킬 수 있다. 또한, 가열 장치(200)는 촉매(350)에 내장되어 촉매(350)를 직접적으로 가열하는 히터일 수도 있다.
또한, 별도의 가열 장치(200) 대신 엔진(100)을 사용하여 촉매(350)를 가열할 수도 있다. 즉, 엔진(100)의 회전수를 증가시켜 배출되는 배기가스의 온도를 상승시킬 수 있으므로, 엔진(100)으로 가열 장치(200)를 대체할 수도 있다.
배기가스 유량계(761)는 반응기(300)로 유입되는 배기가스의 유량을 측정한다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예에서, 배기가스 유량계(761)는 생략될 수 있다. 이와 같이, 배기가스 유량계(761)가 생략된 경우, 엔진(100)에 장착된 과급기의 회전 속도, 엔진(100)의 부하, 또는 엔진(100)의 소기(掃氣) 압력을 통해 배기가스의 유량을 추정할 수 있다.
환원제 유량계(762)는 환원제 공급부(550)가 환원제 분사부(510)에 공급하는 환원제의 유량을 측정한다.
하나 이상의 질소산화물 농도 센서(731, 732)는 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 전방 농도 센서(731)와, 반응기(300)를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 후방 농도 센서(732)를 포함할 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 전방 농도 센서(731)는 생략될 수 있다. 이와 같이, 전방 농도 센서(731)가 생략된 경우, 후술할 제어 장치(700)는 엔진(100)의 부하별로 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 테이블 세팅하여 입력된 정보에 따라 반응기(300)에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 농도(ppm)를 추정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 엔진(100)에서 배출되어 반응기(300)에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도를 추정하는 방법 중 일례가 등록특허 제10-1601519호에 공지되어 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제어 장치(700)는 환원제 분사 이상 여부와 촉매 상태 이상 여부를 진단할 수 있다. 제어 장치(700)는 먼저 환원제 분사 이상 여부를 진단할 수 있다. 환원제 분사 이상 여부는 제어 장치(700)가 배기가스 유량계(761)로부터 배기가스 유량 정보를 전달 받거나 엔진(100)에 장착된 과급기의 회전 속도, 엔진(100)의 부하, 또는 엔진(100)의 소기(掃氣) 압력을 통해 배기가스의 유량을 추정하고, 환원제 유량계(762)로부터 환원제 유량 정보를 전달받아 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(700)는 배기가스 유량계(761)로부터 배기가스 유량 정보를 전달 받거나 엔진(100)에 장착된 과급기의 회전 속도, 엔진(100)의 부하, 또는 엔진(100)의 소기(掃氣) 압력을 통해 배기가스의 유량을 추정하여 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출한다. 여기서, 질소산화물 목표 저감율은 사용자에 의해 수동으로 설정되거나 엔진(100)에 공급되는 연료의 종류 또는 선박이 현재 운항하는 지역의 규제에 따라 자동으로 설정될 수 있다.
이후, 제어 장치(700)는 환원제 유량계(762)가 측정한 환원제 실제 분사량을 전달받아 환원제 목표 분사량과 환원제 실제 분사량의 차이가 기설정된 환원제 허용 범위 이내인지를 판단하여 환원제 허용 범위를 벗어나면 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 기설정된 환원제 허용 범위는 환원제의 종류와, 배기가스를 배출하는 엔진(100)의 종류와, 반응기(300)의 크기와, 반응기(300)에 내장된 촉매(350)의 종류, 그리고 그 밖에 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
제어 장치(700)는 진단 결과 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단되면 환원제 분사 이상임을 나타내는 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 환원제 분사 이상 경고 신호는 해당 기술분야에서 공지된 다양한 형태로 사용자에게 전달될 수 있다. 일례로, 경고음이나 경고등을 사용하거나 모니터 화면 또는 휴대용 단말기를 통해 사용자에게 경고를 표시할 수 있다. 사용자는 환원제 분사 이상 경고를 인지하면, 환원제 분사부(510) 및 환원제 공급부(550)에 대한 유지 보수 작업을 시기 적절하게 수행할 수 있다. 따라서 환원제 분사 이상임에도 사용자가 불필요하게 촉매(350)를 재생하거나 교체하는 일을 미연에 방지할 수 있게 된다.
환원제 분사에 이상이 없다면, 제어 장치(700)는 촉매 상태 이상 여부를 진단할 수 있다. 촉매 상태 이상 여부는 질소산화물 실제 저감율과 질소산화물 목표 저감율을 분석하여 판단한다. 여기서, 질소산화물 실제 저감율은 제어 장치(700)가 전방 농도 센서(731)와 후방 농도 센서(732)로부터 정보를 전달받아 산출할 수 있다. 즉, 전방 농도 센서(731)에서 측정된 질소산화물 농도와 후방 농도 센서(732)에서 측정된 질소산화물 농도의 차이가 질소산화물 실제 저감율이 된다. 또한, 전방 농도 센서(731)가 생략된 경우라면, 제어 장치(700)는 반응기(300)에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 농도(ppm)를 추정하고 후방 농도 센서(732)로부터 정보를 전달받아 질소산화물 실제 저감율을 산출할 수 있다. 그리고 제어 장치(700)는 질소산화물 실제 저감율과 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단할 수 있다. 여기서, 기설정된 저감율 허용 범위는 환원제의 종류와, 배기가스를 배출하는 엔진(100)의 종류와, 반응기의 크기와, 반응기에 내장된 촉매의 종류, 그리고 그 밖에 선택적 촉매 환원 시스템의 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 제어 장치(700)는 촉매(350)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 촉매 상태 이상임을 나타내는 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 촉매 상태 이상 경고 신호는 해당 기술분야에서 공지된 다양한 형태로 사용자에게 전달될 수 있다. 일례로, 경고음이나 경고등을 사용하거나 모니터 화면 또는 휴대용 단말기를 통해 사용자에게 경고를 표시할 수 있다.
또한, 제어 장치(700)는 촉매(350)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 수트 블로워(410)를 가동시킬 수 있다. 수트 블로워(410)가 가동되면, 촉매(350)에 끼인 이물질이나 피독 물질을 제거할 수 있다.
또한, 제어 장치(700)는 촉매(350)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 가열 장치(200)를 가동시킬 수 있다. 가열 장치(200)가 가동되면 피독 물질을 분해하여 촉매를 재생시키게 된다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 질소산화물 저감 효율이 저하된 원인을 진단하고 이에 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 촉매(350)를 재생시킬 필요가 없음에도 불필요하게 촉매(350)를 재생시키게 되는 일을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 가동 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 사용한 질소산화물 저감 방법을 설명한다. 즉, 질소산화물 저감 방법은 촉매(350)가 내장된 반응기(300)를 사용하여 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기는 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 통해 구현될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 먼저 환원제 분사가 시작되면, 질소산화물 목표 저감율을 설정하고, 반응기(300)로 유입되는 배기가스의 유량 정보를 취득하여 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출한다. 여기서, 배기가스의 유량 정보는 배기가스 유량계(761)를 사용하여 측정하거나 엔진(100)에 장착된 과급기의 회전 속도, 엔진(100)의 부하, 또는 엔진(100)의 소기(掃氣) 압력을 통해 추정할 수 있다.
다음, 환원제 실제 분사량을 측정한다. 여기서, 환원제 실제 분사량은 환원제 유량계(762)를 통해 측정할 수 있다.
다음, 환원제 목표 분사량과 환원제 실제 분사량을 비교하여 환원제 분사 이상 여부를 판단한다. 구체적으로, 환원제 목표 분사량과 환원제 실제 분사량의 차이가 기설정된 환원제 허용 범위를 벗어나면 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단한다. 그리고 환원제 분사 이상으로 판단되면 환원제 분사 이상임을 경고할 수 있다. 이에, 사용자가 환원제 분사 이상 경고를 인지하면, 환원제 분사부(510) 및 환원제 공급부(550)에 대한 유지 보수 작업을 시기 적절하게 수행할 수 있다. 따라서 환원제 분사 이상임에도 사용자가 불필요하게 촉매(350)를 재생하거나 교체하는 일을 미연에 방지할 수 있게 된다.
다음, 환원제 분사 이상 여부를 판단한 결과 환원제 분사가 정상인 경우에 촉매 상태 이상 여부를 판단한다. 촉매 상태 이상 여부는 질소산화물 실제 저감율을 산출한 후 질소산화물 실제 저감율과 질소산화물 목표 저감율을 비교하여 판단할 수 있다. 구체적으로, 질소산화물 실제 저감율과 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단할 수 있다. 여기서, 질소산화물 실제 저감율은 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)와 반응기(300)를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 각각 측정하여 그 차이로 산출할 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 질소산화물 실제 저감율은 엔진(100)의 부하별로 반응기(300)에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 테이블 세팅하여 입력된 정보에 따라 반응기(300)에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 농도(ppm)를 추정하고 반응기(300)를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하여 그 차이로 산출할 수도 있다.
다음, 촉매(350)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 촉매 상태 이상임을 경고할 수 있다. 그리고 촉매(350)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 촉매(350)에 압축 공기를 분사하여 촉매(350)에 끼인 이물질을 제거하거나 촉매(350)를 가열하여 재생시킬 수 있다.
반면, 촉매(350)의 상태에 이상이 없는 것으로 판단되면, 정상 가동을 지속시킨다. 즉, 환원제 분사부(510)는 환원제 목표 분사량을 지속적으로 분사하게 된다.
이와 같은 방법에 의하여, 질소산화물 저감 방법은 질소산화물 저감 효율이 저하된 원인을 진단하고 이에 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 촉매(350)를 재생시킬 필요가 없음에도 불필요하게 촉매(350)를 재생시키게 되는 일을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 질소산화물 저감 방법의 전체적인 운용 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 구성은 제1 실시예와 동일하며, 제어 장치(700)의 동작 원리만 상이하다.
본 발명의 제2 실시예에서는 제어 장치(700)가 먼저 환원제 분사 이상 여부를 진단한 후 그 결과 환원제 분사가 정상인 경우에 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단한다. 이때, 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 원리는 제1 실시예와 동일하다.
촉매 교체 시기 도래 여부를 판단하기 위해, 제어 장치(700)는 먼저 환원제 공급부(550)를 제어하여 환원제 실제 분사량을 환원제 목표 분사량 보다 많아지도록 증가시킨다. 일례로, 환원제 실제 분사량은 환원제 목표 분사량보다 5% 내지 30% 범위 내의 비율로 증가될 수 있다. 이와 같이, 환원제 실제 분사량을 증가시킴으로써 환원제 분사량의 변동에 따른 촉매(350)의 성능 변화를 점검할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 촉매(350) 자체의 성능은 정상이나 촉매(350)가 피독되거나 이물질에 의해 제 성능이 나타나지 않는 경우에는 환원제 실제 분사량이 증가하면 비록 효율은 낮더라도 질소산화물 저감율도 환원제 실제 분사량에 연동하여 함께 증가하게 된다.
하지만, 촉매(350) 자체의 수명이 다하여 제 성능을 내지 못하는 경우에는 환원제 실제 분사량을 증가시켜도 질소산화물 저감율의 변화가 미미하다. 따라서, 제어 장치(700)는 환원제 실제 분사량의 증가에 따른 질소산화물 이론 저감율을 산출하고, 하나 이상의 질소산화물 농도 센서(731, 732)로부터 정보를 전달받아 질소산화물 실제 저감율을 산출한 다음 질소산화물 실제 저감율과 질소산화물 이론 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단한다.
그리고 제어 장치(700)는 촉매(350)의 교체 시기가 도래한 것으로 판단되면, 촉매 교체 시기 도래 경고 신호를 발생시킨다. 촉매 교체 시기 도래 경고 신호는 해당 기술분야에서 공지된 다양한 형태로 사용자에게 전달될 수 있다. 일례로, 경고음이나 경고등을 사용하거나 모니터 화면 또는 휴대용 단말기를 통해 사용자에게 경고를 표시할 수 있다.
한편, 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단할 때에는 환원제 분사 이상시 발생하는 환원제 분사 이상 경고 신호의 발생을 정지시킨다. 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단하기 위해 환원제 실제 분사량을 증가시키게 되면, 환원제 목표 분사량과 환원제 실제 분사량의 차이가 기설정된 환원제 허용 범위를 넘길 수도 있다. 하지만, 이는 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단하기 위해 일시적으로 환원제 실제 분사량을 증가시켜 야기된 현상으로 환원제 분사 이상이 발생한 것은 아니므로, 불필요하게 경고 신호가 발생하는 것을 방지하기 위해 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단하는 중에는 환원제 분사 이상에 따른 경고 신호의 발생을 정지시킨다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 질소산화물 저감 효율이 저하된 원인을 진단하고 이에 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 촉매(350)를 교체할 필요가 없음에도 불필요하게 촉매(350)를 교체하게 되는 일을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 가동 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 사용한 질소산화물 저감 방법을 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 먼저 환원제 분사 이상 여부를 판단한 결과 환원제 분사가 정상인 경우에 촉매 교체 시기 도래 여부를 판단한다. 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 원리는 제1 실시예와 동일하다.
촉매 교체 시기 도래 여부를 판단하는 단계에서는 환원제 실제 분사량을 환원제 목표 분사량 보다 많아지도록 증가시킨 후 환원제 실제 분사량의 증가에 따른 질소산화물 이론 저감율을 산출한다. 그리고 질소산화물 실제 저감율을 산출한 다음 질소산화물 실제 저감율과 질소산화물 이론 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단한다. 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단되면, 촉매 교체 시기 도래 경고 신호를 발생할 수 있다.
반면, 촉매 교체 시기가 미도래한 것으로 판단되면, 정상 가동을 지속시킨다. 즉, 환원제 분사부(510)는 환원제 목표 분사량을 지속적으로 분사하게 된다.
이와 같은 질소산화물 저감 방법에 의하여, 질소산화물 저감 효율이 저하된 원인을 진단하고 이에 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 촉매(350)를 교체할 필요가 없음에도 불필요하게 촉매(350)를 교체하게 되는 일을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 질소산화물 저감 방법의 전체적인 운용 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 제1 실시예와 제2 실시예를 함께 적용할 수도 있다. 예를 들어, 먼저 제1 실시예에 따라 환원제 분사 이상 여부를 진단한 후 이어서 촉매 상태 이상을 진단한 결과 촉매 상태에 이상이 있는 것으로 판단되어 수트 블로워(410)를 가동시키고 촉매(350)의 재생을 수행하였음에도 여전히 질소산화물 저감율이 저하된 상태라면, 제2 실시예에 따라 촉매 교체 시기 도래 여부를 진단할 수 있다.
이와 같이, 제1 실시예와 제2 실시예를 함께 적용하면 질소산화물 저감 효율이 저하된 원인을 진단하고 이에 더욱 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 촉매(350)를 재생시키거나 교체할 필요가 없음에도 불필요하게 촉매(350)를 재생시키거나 교체하게 되는 일을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 가동 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 선택적 촉매 환원 시스템
300: 반응기
350: 촉매
410: 수트 블로워
450: 압축 공기 공급부
510: 환원제 분사부
550: 환원제 공급부
610: 배기 유로
700: 제어 장치
731: 전방 농도 센서
732: 후방 농도 센서
761: 배기가스 유량계
762: 환원제 유량계

Claims (20)

  1. 엔진에서 배출된 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    배기가스가 이동하는 배기 유로;
    상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기;
    상기 반응기로 유입되는 상기 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부;
    상기 환원제 분사부에 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 반응기로 유입되는 배기가스의 유량에 대한 정보와 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량에 대한 정보를 취득하여 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 제어 장치; 및
    상기 반응기를 거친 배기가스에 대한 질소산화물 실제 저감율을 측정하기 위한 하나 이상의 질소산화물 농도 센서
    를 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 배기가스의 유량 정보에 근거하여 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출하고,
    상기 제어 장치는 환원제 유량계가 측정한 환원제 실제 분사량을 전달받아 상기 환원제 목표 분사량과 상기 환원제 실제 분사량의 차이가 기설정된 환원제 허용 범위 이내인지를 판단하여 상기 환원제 허용 범위를 벗어나면 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단하며,
    상기 제어 장치는 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단되면 환원제 분사 이상임을 나타내는 경고 신호를 발생시키고,
    상기 제어 장치는 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출하고, 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단하며,
    상기 제어 장치는 상기 환원제 공급부를 제어하여 환원제 실제 분사량을 상기 환원제 목표 분사량 보다 많아지도록 증가시키고, 상기 환원제 실제 분사량의 증가에 따른 질소산화물 이론 저감율을 산출하고, 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출한 다음 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 이론 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응기에 유입되는 상기 배기가스의 유량은 배기가스 유량계를 사용하여 측정하거나 상기 엔진에 장착된 과급기의 회전 속도, 상기 엔진의 부하, 또는 상기 엔진의 소기(掃氣) 압력을 통해 추정하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 촉매 상태 이상임을 나타내는 경고 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촉매에 압축 공기를 선택적으로 분사하는 수트 블로워를 더 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 수트 블로워를 가동시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉매를 직접 또는 간접적으로 가열하는 가열 장치를 더 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 가열 장치를 가동시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 엔진을 제어하여 상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서는,
    상기 반응기에 유입되는 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 전방 농도 센서와;
    상기 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 후방 농도 센서
    를 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 전방 농도 센서와 상기 후방 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 엔진에서 배출된 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    배기가스가 이동하는 배기 유로;
    상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기;
    상기 반응기로 유입되는 상기 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부;
    상기 환원제 분사부에 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 반응기로 유입되는 배기가스의 유량에 대한 정보와 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량에 대한 정보를 취득하여 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 제어 장치; 및
    상기 반응기를 거친 배기가스에 대한 질소산화물 실제 저감율을 측정하기 위한 하나 이상의 질소산화물 농도 센서
    를 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 배기가스의 유량 정보에 근거하여 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출하고,
    상기 제어 장치는 환원제 유량계가 측정한 환원제 실제 분사량을 전달받아 상기 환원제 목표 분사량과 상기 환원제 실제 분사량의 차이가 기설정된 환원제 허용 범위 이내인지를 판단하여 상기 환원제 허용 범위를 벗어나면 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단하며,
    상기 제어 장치는 환원제 분사에 이상이 발생된 것으로 판단되면 환원제 분사 이상임을 나타내는 경고 신호를 발생시키고,
    상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서는 상기 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 후방 농도 센서이며,
    상기 제어 장치는 상기 엔진의 부하별로 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 테이블 세팅하여 입력된 정보에 따라 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 농도(ppm)를 추정하고 상기 후방 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단하고,
    상기 제어 장치는 상기 환원제 공급부를 제어하여 환원제 실제 분사량을 상기 환원제 목표 분사량 보다 많아지도록 증가시키고, 상기 환원제 실제 분사량의 증가에 따른 질소산화물 이론 저감율을 산출하고, 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 이론 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 촉매의 교체 시기가 도래한 것으로 판단되면, 촉매 교체 시기 도래 경고 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  11. 엔진에서 배출된 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    배기가스가 이동하는 배기 유로;
    상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기;
    상기 반응기로 유입되는 상기 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부;
    상기 환원제 분사부에 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 반응기로 유입되는 배기가스의 유량에 대한 정보와 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량에 대한 정보를 취득하여 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 제어 장치;
    상기 반응기를 거친 배기가스에 대한 질소산화물 실제 저감율을 측정하기 위한 하나 이상의 질소산화물 농도 센서; 및
    상기 촉매에 압축 공기를 선택적으로 분사하는 수트 블로워
    를 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 배기가스의 유량 정보에 근거하여 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출하고,
    상기 제어 장치는 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출하고, 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단하며,
    상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 수트 블로워를 가동시키고,
    상기 제어 장치는 상기 환원제 공급부를 제어하여 환원제 실제 분사량을 상기 환원제 목표 분사량 보다 많아지도록 증가시키고, 상기 환원제 실제 분사량의 증가에 따른 질소산화물 이론 저감율을 산출하고, 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출한 다음 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 이론 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 교체 시기가 도래한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  12. 엔진에서 배출된 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    배기가스가 이동하는 배기 유로;
    상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기;
    상기 반응기로 유입되는 상기 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부;
    상기 환원제 분사부에 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 반응기로 유입되는 배기가스의 유량에 대한 정보와 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량에 대한 정보를 취득하여 상기 환원제 분사 이상 여부를 판단하는 제어 장치;
    상기 반응기를 거친 배기가스에 대한 질소산화물 실제 저감율을 측정하기 위한 하나 이상의 질소산화물 농도 센서; 및
    상기 촉매에 압축 공기를 선택적으로 분사하는 수트 블로워
    를 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 배기가스의 유량 정보에 근거하여 질소산화물 목표 저감율을 달성하기 위해 필요한 환원제 목표 분사량을 산출하고,
    상기 제어 장치는 상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출하고, 상기 질소산화물 실제 저감율과 상기 질소산화물 목표 저감율의 차이가 기설정된 저감율 허용 범위를 벗어나면 촉매 상태 이상으로 판단하며,
    상기 제어 장치는 상기 촉매의 상태에 이상이 있는 것으로 판단되면, 상기 수트 블로워를 가동시키고,
    상기 하나 이상의 질소산화물 농도 센서는 상기 반응기를 거친 배기가스의 질소산화물 농도(ppm)를 측정하는 후방 농도 센서이며,
    상기 제어 장치는 상기 엔진의 부하별로 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 테이블 세팅하여 입력된 정보에 따라 상기 반응기에 유입되는 배기가스에 함유된 질소산화물 농도(ppm)를 추정하고 상기 후방 농도 센서로부터 정보를 전달받아 상기 질소산화물 실제 저감율을 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
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