KR102107260B1 - Scr 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성함에 있어서, 선박의 일측에 구비된 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성장치로부터 배출되는 고온의 배기가스를 우레아 가수분해에 요구되는 열원으로 활용함으로써 버너 등의 가열수단을 생략하고 이를 통해 SCR 장치 구성을 간략화함과 함께 우레아 가수분해에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 SCR 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 SCR 장치는 환원제에 의한 질소산화물의 환원 반응이 진행되는 공간을 제공하는 SCR 반응기; 엔진 배기가스와 환원제를 혼합하여 상기 SCR 반응기로 공급하는 혼합챔버; 우레아를 가수분해하여 환원제를 생성함과 함께 생성된 환원제를 상기 혼합챔버로 공급하는 우레아 분해챔버; 및 우레아를 가수분해하기 위한 열원인 보조 배기가스를 상기 우레아 분해챔버로 공급하는 보조 배기가스 공급관을 포함하여 이루어지며, 상기 보조 배기가스는 선박 일측에 구비된 보조 장치로부터 배출되는 배기가스이며, 상기 보조 장치는 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성기 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 SCR 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성함에 있어서, 선박의 일측에 구비된 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성장치로부터 배출되는 고온의 배기가스를 우레아 가수분해에 요구되는 열원으로 활용함으로써 버너 등의 가열수단을 생략하고 이를 통해 SCR 장치 구성을 간략화함과 함께 우레아 가수분해에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 SCR 장치에 관한 것이다.
선박의 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물(NOx) 및 황산화물은 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에 의해 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기오염물질이다.
질소산화물을 제거하기 위해 선박에는 통상, 선택적촉매환원 장치(selective catalytic reduction system)(이하, SCR 장치라 함)가 구비된다(한국공개특허 제2012-30553호 참조). SCR 장치는 촉매가 내장된 SCR 반응기, SCR 반응기 내에 암모니아(NH3)와 같은 환원제를 공급하는 환원제 공급장치를 포함하여 구성된다.
SCR 장치에 의한 질소산화물 제거는 다음과 같은 과정으로 진행된다. 엔진의 배기가스가 SCR 반응기에 유입되는 상태에서 SCR 반응기 내에 암모니아(NH3)가 공급되면, 암모니아(NH3)가 배기가스와 섞여 촉매를 통과하게 되며 촉매를 통과하는 과정에서 암모니아(NH3)가 배기가스 내의 질소산화물(NOx)과 반응하여 질소산화물(NOx)이 질소(N2)와 수증기로 환원된다.
질소산화물(NOx)의 환원제로 사용되는 암모니아(NH3)는 우레아(Urea, CO(NH2)2)의 가수분해에 의해 생성되는데, 우레아는 약 200℃ 이상의 온도에서 가수분해되는 것으로 알려져 있다. 따라서, SCR 장치에는 우레아를 가수분해하기 위한 우레아 가수분해장치가 필수적으로 구비되며, 우레아 가수분해장치는 우레아를 가수분해 온도까지 가열하기 위한 히터 또는 버너 등의 가열수단을 구비한다(한국등록특허 제141726호 참조). 이와 같이, 우레아로부터 암모니아(NH3)를 추출하는 과정에서 고온의 열이 요구됨에 따라, 유지관리비용을 절감하기 위해서는 우레아 가수분해시 요구되는 에너지를 최소화할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성함에 있어서, 선박의 일측에 구비된 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성장치로부터 배출되는 고온의 배기가스를 우레아 가수분해에 요구되는 열원으로 활용함으로써 버너 등의 가열수단을 생략하고 이를 통해 SCR 장치 구성을 간략화함과 함께 우레아 가수분해에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 SCR 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 장치는 환원제에 의한 질소산화물의 환원 반응이 진행되는 공간을 제공하는 SCR 반응기; 엔진 배기가스와 환원제를 혼합하여 상기 SCR 반응기로 공급하는 혼합챔버; 우레아를 가수분해하여 환원제를 생성함과 함께 생성된 환원제를 상기 혼합챔버로 공급하는 우레아 분해챔버; 및 우레아를 가수분해하기 위한 열원인 보조 배기가스를 상기 우레아 분해챔버로 공급하는 보조 배기가스 공급관을 포함하여 이루어지며, 상기 보조 배기가스는 선박 일측에 구비된 보조 장치로부터 배출되는 배기가스이며, 상기 보조 장치는 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성기 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.
상기 우레아 분해챔버의 일측에 구비된 버너와, 상기 보조 배기가스 공급관을 선택적으로 개방, 차단하는 보조 배기가스 공급밸브와, 상기 보조 배기가스 공급관의 일측에 구비되어 보조 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서와, 제어장치를 더 포함하여 이루어지며, 상기 제어장치는 상기 온도센서에 의해 측정된 보조 배기가스의 온도가 기준온도를 초과하는지 여부를 체크하며, 기준온도를 초과하는 경우 보조 배기가스 공급밸브를 개방하여 보조 배기가스가 상기 우레아 분해챔버로 공급되도록 하며, 보조 배기가스의 온도가 기준온도보다 낮은 경우 보조 배기가스 공급밸브를 차단함과 함께 상기 버너가 가동되도록 제어하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 SCR 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
선박 일측에 구비된 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성기로부터 배출되는 고온의 배기가스를 우레아 가수분해의 열원으로 사용함으로써 우레아 가수분해를 위한 버너 구성을 생략함과 함께 우레아 가수분해 에너지 소모량을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 장치의 구성도.
본 발명은 우레아(Urea, CO(NH2)2)를 가수분해하여 암모니아(NH3)를 생성하고 생성된 암모니아를 환원제로 SCR 반응기에 공급함에 있어서, 우레아 가수분해에 요구되는 장치 구성을 최소화함과 함께 우레아의 가수분해에 요구되는 에너지를 절감할 수 있는 기술을 제시한다. 이를 위해, 본 발명은 우레아 가수분해를 위한 열원으로 버너(burner)를 대체하여 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성장치로부터 배출되는 고온의 배기가스를 활용하는 기술을 제시한다. 버너(burner)의 구성이 생략됨에 따라, 장치 구성을 간략화함과 함께 버너 가동에 소요되는 에너지를 절감할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 장치는 SCR 반응기(110), 혼합챔버(120), 우레아 분해챔버(130), 우레아 공급장치(140), 보조 배기가스 공급관(20) 및 제어장치(180)를 포함하여 이루어진다.
상기 SCR 반응기(110)는 환원제에 의한 질소산화물의 환원 반응이 진행되는 공간을 제공하며, 상기 SCR 반응기(110) 내에는 질소산화물과 환원제의 반응을 유도하여 질소산화물을 환원시키는 촉매층이 구비된다. 상기 SCR 반응기(110) 내에서 엔진 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물(NOx)은 환원제와 반응하여 질소(N2)와 수증기로 환원된다.
상기 혼합챔버(120)는 배기가스 공급관(10)의 일측에 구비되어 엔진 배기가스와 환원제를 혼합하여 상기 SCR 반응기(110)에 전달하는 역할을 한다. 상기 배기가스 공급관(10)을 통해 상기 혼합챔버(120)로 공급되는 엔진 배기가스는 엔진으로부터 직접 배기되는 배기가스(EGB, Engine Gas Bypass) 또는 터보차저(turbo charger)를 거쳐 배치되는 배기가스이거나 이들의 혼합 배기가스일 수 있다. 또한, 상기 혼합챔버(120) 내에는 환원제를 공급하는 AIG(Ammonia Injection Grid)가 더 구비될 수 있다.
상기 우레아 분해챔버(130)는 우레아(Urea, CO(NH2)2)를 가수분해하여 환원제 즉, 암모니아(NH3)를 생성하며, 생성된 환원제는 상기 혼합챔버(120)로 공급된다. 우레아의 가수분해를 위해 상기 우레아 분해챔버(130)는 우레아 가수분해 온도 이상으로 유지되며, 우레아 분해챔버(130)를 우레아 가수분해 온도 이상으로 유지시키기 위해 우레아 분해챔버(130) 내에는 열원이 공급된다. 여기서, 상기 우레아 분해챔버(130)로의 우레아 공급은 우레아 공급장치(140)에 의해 이루어진다.
우레아 분해챔버(130)를 우레아 가수분해 온도 이상으로 유지시키기 위한 열원으로 본 발명은 보조 배기가스를 이용한다. 본 발명에 있어서, '보조 배기가스'라 함은 선박 일측에 구비된 '보조 장치(160)'로부터 배출되는 배기가스를 일컬으며, 상기 '보조 장치(160)'는 소각로(Incinerator), 보조 보일러(auxiliary boiler), 불활성가스 생성기(inert gas generator) 중 하나 또는 이들의 조합을 의미한다. 즉, 상기 '보조 배기가스'는 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성기 중 하나 또는 이들의 조합으로부터 배출되는 배기가스를 의미한다. 선박 일측에 구비된 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성기로부터 배출되는 배기가스의 온도는 통상, 엔진 배기가스의 온도보다는 낮지만 우레아를 가수분해시키기에는 충분한 온도(대략 200℃ 이상)를 갖고 있다.
상기 '보조 배기가스'는 보조 배기가스 공급관(20)의 일측에 구비된 공급 팬(150)을 통해 상기 우레아 분해챔버(130)로 공급된다. 이 때, 보조 배기가스의 역류를 방지하기 위해 우레아 분해챔버(130)와 공급 팬(150) 사이의 보조 배기가스 공급관(20)에 댐퍼(damper)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 '보조 배기가스'의 온도가 우레아를 가수분해시키기에 충분치 않은 경우 즉, 보조 배기가스의 온도가 우레아 가수분해 온도보다 낮은 경우를 대비하여, 우레아 분해챔버(130)의 일측에는 버너(burner)(170)가 구비되며, 상기 버너(170)는 상기 우레아 분해챔버(130) 내부의 온도를 우레아 가수분해 온도 이상으로 가열시키는 역할을 한다.
나아가, 본 발명의 SCR 장치에는 제어장치(180)가 더 구비되며, 상기 제어장치(180)는 보조 배기가스의 온도가 기준온도(예를 들어, 우레아 가수분해 온도)를 초과하는지 여부를 체크하여 기준온도보다 낮은 경우 보조 배기가스 공급밸브(21)를 차단함과 함께 버너(170)를 가동시키며, 또한 보조 배기가스의 온도가 기준온도를 초과하면 버너(170)의 가동을 중단시킴과 함께 보조 배기가스 공급밸브(21)를 개방하여 보조 배기가스가 우레아 분해챔버(130)로 공급되도록 제어하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 보조 배기가스 공급관(20)의 일측에는 보조 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서(22)가 구비됨과 함께 보조 배기가스를 선택적으로 공급, 차단하는 보조 배기가스 공급밸브(21)가 구비된다.
1 : 엔진 2 : 터보차저
10 : 배기가스 공급관 20 : 보조 배기가스 공급관
21 : 보조 배기가스 공급밸브 22 : 온도센서
110 : SCR 반응기 120 : 혼합챔버
130 : 우레아 분해챔버 140 : 우레아 공급장치
150 : 공급 팬 160 : 보조 장치
170 : 버너 180 : 제어장치
10 : 배기가스 공급관 20 : 보조 배기가스 공급관
21 : 보조 배기가스 공급밸브 22 : 온도센서
110 : SCR 반응기 120 : 혼합챔버
130 : 우레아 분해챔버 140 : 우레아 공급장치
150 : 공급 팬 160 : 보조 장치
170 : 버너 180 : 제어장치
Claims (2)
- 환원제에 의한 질소산화물의 환원 반응이 진행되는 공간을 제공하는 SCR 반응기;
엔진 배기가스와 환원제를 혼합하여 상기 SCR 반응기로 공급하는 혼합챔버;
우레아를 가수분해하여 환원제를 생성함과 함께 생성된 환원제를 상기 혼합챔버로 공급하는 우레아 분해챔버; 및
우레아를 가수분해하기 위한 열원인 보조 배기가스를 상기 우레아 분해챔버로 공급하는 보조 배기가스 공급관을 포함하여 이루어지며,
상기 보조 배기가스는 선박 일측에 구비된 보조 장치로부터 배출되는 배기가스이며, 상기 보조 장치는 소각로, 보조 보일러, 불활성가스 생성기 중 어느 하나 또는 이들의 조합이며,
상기 보조 배기가스 공급관의 일측에 구비되어 보조 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 우레아 분해챔버의 일측에 구비된 버너와,
상기 보조 배기가스 공급관을 선택적으로 개방, 차단하는 보조 배기가스 공급밸브와,
상기 보조 배기가스 공급관의 일측에 구비되어 보조 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서와,
제어장치를 더 포함하여 이루어지며,
상기 제어장치는 상기 온도센서에 의해 측정된 보조 배기가스의 온도가 기준온도를 초과하는지 여부를 체크하며, 기준온도를 초과하는 경우 보조 배기가스 공급밸브를 개방하여 보조 배기가스가 상기 우레아 분해챔버로 공급되도록 하며, 보조 배기가스의 온도가 기준온도보다 낮은 경우 보조 배기가스 공급밸브를 차단함과 함께 상기 버너가 가동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 SCR 장치.
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