KR102151281B1 - Scr 시스템에서의 우레아 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Scr 시스템에서의 우레아 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)의 구동 정지 명령을 입력받아서 수용액 형태의 우레아 제거를 위한 제반 제어 처리를 수행하는 제어기와; 상기 우레아를 무화시키기 위한 제1 설정 압력의 압축공기를 인가하는 제1 압력밸브와; 압축공기 투입 배관의 압력을 감소시키기 위한 제2 설정 압력의 압축공기를 인가하는 제2 압력밸브와; 상기 제어기의 제어에 따라 상기 제1 압력밸브와 제2 압력밸브를 압축공기 투입 배관에 선택적으로 연결하여 제1 설정 압력과 제2 설정 압력을, 우레아 분사 노즐에 압축공기를 투입하기 위한 압축공기 투입 배관에 선택적으로 인가하는 제1 솔레노이드 밸브와; 우레아 제거를 위한 제3 설정 압력의 압축공기를, 우레아 분사 노즐에 우레아를 투입하기 위한 우레아 투입 배관에 인가하는 제3 압력밸브와; 상기 제어기의 제어에 따라 상기 제3 압력밸브에 압축공기를 인가하는 제2 솔레노이드 밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에 SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우에, 우레아 분사 노즐에 남아있는 우레아와, 해당 우레아 분사 노즐 측에 우레아를 투입하는 우레아 투입 배관에 남아있는 우레아를 효율적으로 제거함으로써 우레아 분사 노즐과 우레아 투입 배관의 우레아 고착을 방지하여서 우레아 공급 방해를 예방하므로 SCR 시스템을 안정적으로 운용하게 된다.

Description

SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치 및 방법{Apparatus and Method for Urea Purge in Selective Catalytic Reduction System}
본 발명은 선박 등에 설치된 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 질소산화물을 처리하는 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)에 관한 것으로, 특히 SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아(Urea)를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에 SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우에, 우레아 분사 노즐에 남아있는 우레아와, 해당 우레아 분사 노즐 측에 우레아를 투입하는 우레아 투입 배관에 남아있는 우레아를 효율적으로 제거하도록 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치 및 방법에 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 반응기에 설치된 촉매층으로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3), 우레아 (UREA, CO(NH2)2) 등을 환원제로 사용하며, 환원제의 보관 및 사용의 편리성에 때문에 최근에는 주로 우레아 (UREA, CO(NH2)2)를 환원제로 사용하는 추세이다.
SCR 시스템에서는 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 무화시켜 주입함으로써, (식 1) 및 (식 2)에 나타낸 바와 같이 반응기에 구비된 촉매에 의해 배기 가스의 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거한다.
4NO + 4NH3 + O2 -> 4N2 + 6H2O (식 1)
6NO2 + 8NH3 -> 7N2 + 12H2O (식 2)
종래의 SCR 시스템에서는 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하는 경우에, 탱크에 저장된 수용액 형태의 우레아를 우레아 분사 노즐을 통해 분사하여 주입하는데, 우레아 분사 노즐에 수용액 형태의 우레아와 압축 공기를 인가하여서 우레아를 무화시켜서 주입한다.
이와 같이 우레아 분사 노즐에 수용액 형태의 우레아를 인가하여서 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하여 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 SCR 시스템에서 진행하는 중에, SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우 우레아 분사 노즐과, 해당 우레라 분사 노들에 우레아를 투입하는 우레아 투입 배관에 수용액 형태의 우레아가 남아있게 되는데, 해당 우레아는 수분이 증발하면 결정화되고, 해당 결정체가 우레아 분사 노즐과 우레아 투입 배관에 고착되어 막히는 현상이 발생하여, 차후에 SCR 시스템을 구동하는 경우에 배기 가스에 우레아를 원활히 주입할 수 없게 되는 문제점이 있다.
이에, 우레아 결정체 고착을 방지하기 위해서는 우레아 분사 노즐에 남아있는 수용액 형태의 우레아와, 우레아 투입 배관에 남아있는 수용액 형태의 우레아를 제거할 필요가 있다.
종래에는 SCR 시스템에서 우레아 분사 노즐과 우레아 투입 배관에 남아있는 우레아를 제거하는 경우에 도 1에 도시된 바와 같은 방식으로 우레아를 제거하였다. 우레아 투입 유닛(30)은 우레아 분사 및 제거를 진행하되 제어기(도시하지 않음)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(31, 33)와 제어밸브(35)를 작동하여서 우레아 분사 및 제거를 수행한다.
우레아 분사 노즐(20)은 반응기(10)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 주입하는데, 우레아 투입 유닛(30)으로부터 압축 공기와 수용액 형태의 우레아를 공급받아서 우레아를 무화시켜 배기 가스에 분사한다. 이때, 우레아 투입 유닛(30)의 제어밸브(35)를 개방하여 우레아 투입 배관(P1)을 통해 우레아 분사 노즐(20)에 우레아를 인가함과 아울러, 우레아 투입 유닛(30)의 솔레노이드 밸브(31)를 작동시켜서 압력밸브(32)를 통해 인가되는 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P2)을 통해 우레아 분사 노즐(20)에 인가함으로써, 우레아 분사 노즐(20)에 의해 우레아를 무화시켜 배기 가스에 분사한다.
이와 같이 우레아 분사 노즐(20)에 수용액 형태의 우레아를 인가하여서 반응기(10)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하여 반응기(10)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에, SCR 시스템의 작동을 중지하는 경우, 우레아 투입 유닛(30)은 제어기(도시하지 않음)의 제어에 의해 제어밸브(35)를 차단하여 우레아 분사 노즐(20)로의 우레아 공급을 차단하고서 솔레노이드 밸브(31, 33)를 작동하여 우레아 제거 처리를 수행한다.
이때, 솔레노이드 밸브(31)의 구동 상태를 계속 유지하여 압력밸브(32)를 통해 인가되는 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P2)을 통해 우레아 분사 노즐(20)에 인가하는 상태에서 솔레노이드 밸브(33)를 작동시켜 압력밸브(34)에 압축공기를 인가하여서 압력밸브(34)를 통해 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관(P1)에 인가함으로써, 우레아 분사 노즐(20)에 우레아를 인가하는 우레아 투입 배관(P1)에 남아있는 우레아와, 해당 우레아 분사 노즐(20)에 남아있는 우레아를, 해당 압축공기에 의해 우레아 분사 노즐(20) 외부로 분출시켜 제거한다.
이처럼, 남아있는 우레아를 우레아 분사 노즐(20) 외부로 분출시켜 제거하는 경우에, 우레아 분사 노즐(20)의 외부로 분출 제거되는 우레아 액체 방울의 크기를 평상시 배기 가스에 우레아를 무화시켜 주입하는 때의 우레아 액체 방울과 동일한 크기로 유지해야 만이 해당 분출 제거되는 우레아가 배기 가스 배관에 접촉되어 배기관을 부식시키거나 고착되어 배기가스의 흐름을 방해하여 배압을 증가시키는 것을 방지할 수 있다.
이에, 우레아 제거시에 솔레노이드 밸브(33)와 압력밸브(34)를 통해 우레아 투입 배관(P1)에 인가되는 압축공기의 압력을 평상시의 우레아 분사 압력으로 제한해야 하기 때문에 우레아 투입 배관(P1)의 압축공기의 압력, 즉 압축공기의 공급량이 부족하여 우레아 투입 배관(P1)과 우레아 분사 노즐(20)에 수용액 형태의 우레아가 남아있게 되어서 잔류된 우레아 수용 액체의 증발로 인한 우레아의 고착이 발생할 경우 우레아 공급을 방해함으로써, 차후에 SCR 시스템을 구동하는 경우에 배기 가스에 우레아를 원활히 주입할 수 없게 되어 SCR 시스템을 안정적으로 운용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에 SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우에, 우레아 분사 노즐에 남아있는 우레아와, 해당 우레아 분사 노즐 측에 우레아를 투입하는 우레아 투입 배관에 남아있는 우레아를 효율적으로 제거하도록 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 SCR 시스템의 구동 정지 명령을 입력받아서 수용액 형태의 우레아 제거를 위한 제반 제어 처리를 수행하는 제어기와; 상기 우레아를 무화시키기 위한 제1 설정 압력의 압축공기를 인가하는 제1 압력밸브와; 압축공기 투입 배관의 압력을 감소시키기 위한 제2 설정 압력의 압축공기를 인가하는 제2 압력밸브와; 상기 제어기의 제어에 따라 상기 제1 압력밸브와 제2 압력밸브를 압축공기 투입 배관에 선택적으로 연결하여 제1 설정 압력과 제2 설정 압력을, 우레아 분사 노즐에 압축공기를 투입하기 위한 압축공기 투입 배관에 선택적으로 인가하는 제1 솔레노이드 밸브와; 우레아 제거를 위한 제3 설정 압력의 압축공기를, 우레아 분사 노즐에 우레아를 투입하기 위한 우레아 투입 배관에 인가하는 제3 압력밸브와; 상기 제어기의 제어에 따라 상기 제3 압력밸브에 압축공기를 인가하는 제2 솔레노이드 밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치에 의하면, 상기 제어기는 SCR 시스템의 구동 정지 명령을 입력받으면, 제어밸브에 의해 우레아 투입 배관으로의 우레아 공급을 차단한 상태에서 제1 솔레노이드 밸브에 의해 제1 압력밸브를 압축공기 투입 배관에 연결하여 제1 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관에 인가함과 아울러 제2 솔레노이드 밸브에 의해 제3 압력밸브에 압축공기를 인가하여 우레아 투입 배관에 제3 설정 압력의 압축공기를 인가한다.
그리고, 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치에 의하면, 상기 제어기는 우레아 투입 배관에 제3 설정 압력의 압축공기를 인가하는 상태에서 제1 솔레노이드 밸브에 의해 상기 제1 압력밸브에 대신하여 제2 압력밸브를 압축공기 투입 배관에 연결하여서 제2 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관에 인가함으로써 압축공기 투입 배관의 압축공기 압력을 감소시켜 상기 우레아 투입 배관 내의 압축공기 유속을 증가시킨다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치에 의하면, 제2 설정 압력은 제1 설정 압력보다 낮으며, 제3 설정 압력은 우레아 분사노즐의 사양과 시스템에서 요구되는 분사 성능에 따라 결정된다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제어기가 SCR 시스템의 구동 정지 명령을 입력받는 단계와; 제어기가 우레아 분사 노즐에 우레아를 투입하기 위한 우레아 투입 배관으로의 우레아 공급을 차단한 상태에서 우레아 투입 배관에 압축공기를 인가하도록 제어하는 단계와; 제어기가 상기 우레아 투입 배관 내의 압축공기 유속을 증가시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 방법에 의하면, 상기 우레아 투입 배관에 압축공기를 인가하도록 제어하는 단계는, 제어기가 제어밸브에 의해 상기 우레아 투입 배관으로의 우레아 공급을 차단하는 단계와; 제어기가 제1 솔레노이드 밸브에 의해 제1 압력밸브를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 제1 설정 압력의 압축공기를, 우레아 분사 노즐에 압축공기를 투입하기 위한 압축공기 투입 배관에 인가하는 단계와; 제어기가 제2 솔레노이드 밸브에 의해 압축공기를 제3 압력밸브에 인가하여서 제3 압력밸브를 통해 우레아 제거를 위한 제3 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관에 인가하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 방법에 의하면, 상기 우레아 투입 배관 내의 압축공기 유속을 증가시키도록 제어하는 단계는, 제어기가 상기 제2 솔레노이드 밸브에 의해 제3 압력밸브에 압축공기를 인가하여서 상기 제3 압력밸브를 통해 제3 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관에 인가하는 상태를 유지하는 단계와; 제어기가 상기 제1 솔레노이드 밸브에 의해 제1 압력밸브 대신에 제2 압력밸브를 압축공기 투입 배관 측에 연결하여서 압축공기 투입 배관의 압력을 감소시키기 위한 제2 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관에 인가하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 방법에 의하면, 제2 설정 압력은 제1 설정 압력보다 낮으며, 제3 설정 압력은 우레아 분사노즐의 사양과 시스템에서 요구되는 분사 성능에 따라 결정된다.
본 발명에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에 SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우에, 우레아 분사 노즐에 남아있는 우레아와, 해당 우레아 분사 노즐 측에 우레아를 투입하는 우레아 투입 배관에 남아있는 우레아를 효율적으로 제거함으로써 우레아 분사 노즐과 우레아 투입 배관의 우레아 고착을 방지하여서 우레아 공급 방해를 예방하므로 SCR 시스템을 안정적으로 운용하게 된다.
도 1은 종래 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치를 도시한 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치를 예시한 도이다.
도 3은 본 발명의 우레아 제거 장치에 의한 우레아 제거 처리 과정을 설명하기 위한 도이다.
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 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에 SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우에, 우레아 분사 노즐에 남아있는 우레아와, 해당 우레아 분사 노즐 측에 우레아를 투입하는 우레아 투입 배관에 남아있는 우레아를 효율적으로 제거하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치는 도 2에 예시된 바와 같이 이루어진다.
우레아 분사 노즐(120)은 반응기(110)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 주입하되, 우레아 투입 유닛(130)으로부터 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 압축 공기를 공급받음과 아울러 우레아 투입 배관(P11)을 통해 수용액 형태의 우레아를 공급받아서, 우레아를 압축공기에 의해 무화시켜 배기 가스에 분사한다.
우레아 투입 유닛(130)은 솔레노이드 밸브(131, 134), 압력밸브(132, 133, 135) 및 제어밸브(136)를 구비한다.
압력밸브(132)는 우레아 분사 노즐(120)을 통해 배기 가스에 우레아를 분사하는 경우에 우레아를 무화시키기 위한 설정 압력의 압축공기를 솔레노이드 밸브(131)에 인가하며, 압력밸브(133)는 우레아 제거시에 압축공기 투입 배관(P11)의 압력을 감소시켜 우레아 제거 성능을 높일 수 있도록 설정된 압력의 압축공기를 솔레노이드 밸브(131)에 인가하는 역할과 동시에 SCR 시스템이 동작하지 않을 시 고온 및 열악한 환경(그을음(soot) 침투 등)의 환경으로부터 노즐을 보호하기 위해 계속적으로 낮은 압력의 압축공기를 공급한다.
솔레노이드 밸브(131)는 제어기(150)의 제어에 따라 작동되어서 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 압축공기를 인가하되, 압력밸브(132)와 압력밸브(133) 중의 하나를 선택하여 우레아 분사 노즐(120) 측에 연결한다.
솔레노이드 밸브(131)는 우레아 분사 노즐(120)을 통해 배기 가스에 우레아를 분사하는 경우에, 제어기(150)의 제어에 따라 우레아 분사 노즐(120) 측에 압력밸브(132)를 연결하여서 압력밸브(132)를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 분사 노즐(120)에 인가함으로써 우레아를 무화시키기 위한 압축공기를 우레아 분사 노즐(120)에 인가한다.
또한, 솔레노이드 밸브(131)는 우레아 분사 노즐(120) 및 우레아 투입 배관(P11)의 잔여 우레아를 제거하는 경우에, 제어기(150)의 제어에 따라 우레아 분사 노즐(120) 측에 압력밸브(132)를 연결하여서 압력밸브(132)를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 분사 노즐(120) 측에 계속하여 인가한 후에, 제어기(150)의 제어에 따라 우레아 분사 노즐(120) 측에 압력밸브(133)를 연결하여서 압력밸브(133)를 통해 인가되는 압축공기 투입 배관(P12)의 압력을 감소시키기 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 분사 노즐(120) 측에 인가한다.
그리고, 압력밸브(135)는 우레아 제거시에 우레아 투입 배관(P11)에 남아있는 우레아를 제거하기 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가한다.
솔레노이드 밸브(134)는 우레아 분사 노즐(120) 및 우레아 투입 배관(P11)의 잔여 우레아를 제거하는 경우에, 제어기(150)의 제어에 따라 압력밸브(135)에 압축공기를 인가함으로써 압력밸브(135)를 통해 우레아 제거를 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120) 측에 인가한다.
또한, 제어밸브(136)는 우레아 분사 노즐(120)을 통해 배기 가스에 우레아를 분사하는 경우에 제어기(150)의 제어에 따라 개방되어서 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120) 측에 수용액 형태의 우레아를 공급한다.
우레아 분사 노즐(120)에 의해 우레아를 무화시켜 배기 가스에 분사하는 경우, 제어기(150)의 제어에 의해 제어밸브(136)를 개방하여 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 수용액 형태의 우레아를 인가함과 아울러, 제어기(150)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(131)에 의해 압력밸브(132)를 압축공기 투입 배관(P12) 측에 연결하여 압력밸브(132)를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가함으로써, 우레아 분사 노즐(120)에서 압축공기에 의해 우레아를 무화시켜 배기 가스에 분사한다.
이와 같이 우레아 분사 노즐(120)에 수용액 형태의 우레아를 인가하여서 반응기(110)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하여 반응기(110)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에, SCR 시스템의 작동을 중지하는 경우, 제어기(150)의 제어에 의해 제어밸브(136)를 차단하여 우레아 분사 노즐(120)로의 우레아 공급을 중단한다.
그리고, 제어기(150)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(131)의 구동 상태를 계속 유지하여 압력밸브(132)를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가하는 상태에서, 제어기(150)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(134)가 압축공기를 압력밸브(135)에 인가하여서 압력밸브(135)를 통해 우레아 제거를 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가함으로써, 우레아 투입 배관(P11)과 우레아 분사 노즐(120)에 남아있는 우레아를 해당 압축공기에 의해 우레아 분사 노즐(120)의 외부로 무화시켜 배출한다.
이처럼 우레아 투입 배관(P11)에 압축공기를 인가하여서 우레아 분사 노즐(120)과 우레아 투입 배관(P11)에 남아있는 우레아를 1차로 제거케 하고서, 제어기(150)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(134)의 작동을 그대로 유지하여 압력밸브(135)를 통해 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가하는 상태에서, 제어기(150)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(131)가 압력밸브(133)를 압축공기 투입 배관(P12) 측에 연결하여서 압력밸브(133)를 통해 인가되는 압축공기 투입 배관(P12)의 압력을 감소시키기 위한 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가함으로써, 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가되는 압축공기 압력이 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가되는 압축공기 압력대비 낮게 하여서, 우레아 투입 배관(P11) 내부에서의 공기 흐름 속도를 증가시켜 주어 우레아 분사 노즐(120)과 우레아 투입 배관(P11)에 남아있는 우레아를 우레아 분사 노즐(120)의 외부로 강하게 배출하여 2차적으로 제거한다.
이상과 같이, 제어기(150)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(131)와 솔레노이드 밸브(134)를 제어하여 우레아 투입 배관(P11)과 압축공기 투입 배관(P12)에 인가되는 압축공기의 압력을 제어하여서 우레아 제거 처리를 진행하는 경우에, 먼저 솔레노이드 밸브(131)에 의해 압력밸브(132)를 압축공기 투입 배관(P12)에 연결하여 압력밸브(132)를 통해 인가되는 우레아를 무화시키기 위한 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)에 인가한 상태에서 솔레노이드 밸브(134)에 의해 압력밸브(135)에 압축공기를 인가하여 압력밸브(135)가 우레아 제거를 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가하여서 우레아 투입 배관(P11)과 우레아 분사 노즐(120)에 남아있는 수용액 형태의 우레아를 우레아 분사 노즐(120)의 외부로 분출시켜 제거하는데, 이때 예를 들어 압력밸브(132)를 통해 3.45bar의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)에 인가함과 아울러 압력밸브(135)를 통해 3bar의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가한다.
이처럼 압축공기 투입 배관(P12)에 3.45bar의 압축공기를 인가함과 아울러 우레아 투입 배관(P11)에 3bar의 압축공기를 인가한 후에, 솔레노이드 밸브(134)에 의해 압력밸브(135)에 압축공기를 인가하여 압력밸브(135)가 우레아 제거를 위한 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가하는 상태에서, 솔레노이드 밸브(131)에 의해 압력밸브(133)를 압축공기 투입 배관(P12)에 연결하여 압력밸브(133)를 통해 인가되는 압축공기 투입 배관(P12)의 압력을 감소시키기 위한 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)에 인가함으로써, 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가되는 압축공기 압력이 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가되는 압축공기 압력보다 낮게 하여, 우레아 투입 배관(P11) 내부에서의 공기 흐름 속도를 증가시켜 주어 우레아 분사 노즐(120)과 우레아 투입 배관(P11)에 남아있는 우레아를 우레아 분사 노즐(120)의 외부로 강하게 배출하여 제거하는데, 이때 예를 들어 압력밸브(133)를 통해 1bar의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)에 인가함과 아울러 압력밸브(135)를 통해 3bar의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가하여 우레아 투입 배관(P11) 내부에서의 공기 흐름 속도를 증가시킨다.
그 후에, 제어기(150)는 솔레노이드 밸브(134)를 제어하여 압력밸브(135)로의 압축공기 공급을 차단하여서 우레아 제거 처리를 종료한다.
아울러, 상술한 바와 같이 우레아 투입 배관(P11) 내부의 공기 흐름 속도를 증가시켜서 우레아를 제거하여 우레아 제거 처리를 종료한 후에, 제어기(150)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(131)가 압력밸브(133)를 통해 인가되는 낮은 설정 압력의 압축 공기를 압축공기 투입 배관(P12)에 계속적으로 인가하여서, 우레아 분사 노즐(120)을 통해 낮은 압력의 압축공기를 계속 분사하여 우레아 분사 노즐(120) 위에 그을음(soot)이 쌓이거나 침투되어 노즐(120)이 막히는 것을 방지한다.
또한, 제어기(150)는 마이크로 프로세서를 구비하여 저장되어 있는 프로그램에 의거하여 제어밸브(136), 솔레노이드 밸브(131) 및 솔레노이드 밸브(134)의 작동을 제어하여 우레아 제거 처리를 진행하되, 운전자가 SCR 시스템의 구동 정지를 지시하는 경우에 프로그램에 의거하여 제어밸브(136), 솔레노이드 밸브(131) 및 솔레노이드 밸브(134)의 작동을 제어하여 우레아 제거 처리를 진행한다.
상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치는 우레아 투입 배관(P11)과 우레아 분사 노즐(120)에 남아있는 수용액 형태의 우레아를 제거하는 경우에 도 3의 흐름도와 같이 제거 처리한다.
우레아 투입 유닛(130)이 제어밸브(136)를 개방하여 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 수용액 형태의 우레아를 공급함과 아울러 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 압축공기를 공급하되 솔레노이드 밸브(131)에 의해 압력밸브(132)를 압축공기 투입 배관(P12)에 연결하여 압력밸브(132)를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 설정 압력(예를 들어, 3.45bar)의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)에 인가함으로써, 우레아 분사 노즐(120)에서 우레아를 압축공기에 의해 무화시켜 분사하여 반응기(110)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여서 반응기(110)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행한다.
이와 같이 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에, 제어기(150)가 운전자로부터 SCR 시스템의 구동 정지 명령을 수신하면(S100), 제어밸브(136)에 의해 우레아 투입 배관(P11)으로의 우레아 투입을 차단하고, 솔레노이드 밸브(131)의 구동 상태를 계속 유지하여 압력밸브(132)를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 설정 압력(예를 들어, 3.45bar)의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가하는 상태에서, 솔레노이드 밸브(134)를 제어하여 솔레노이드 밸브(134)에 의해 압축공기를 압력밸브(135)에 인가하여서 압력밸브(135)를 통해 우레아 제거를 위한 설정 압력(예를 들어, 3bar)의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가함으로써, 우레아 투입 배관(P11)과 우레아 분사 노즐(120)에 남아있는 우레아를 해당 압축공기에 의해 우레아 분사 노즐(120) 외부로 분출시켜 제거한다(S200).
그리고, 제어기(150)는 솔레노이드 밸브(134)의 작동을 그대로 유지하여 압력밸브(135)를 통해 설정 압력(예를 들어, 3bar)의 압축공기를 우레아 투입 배관(P11)에 인가하는 상태에서, 솔레노이드 밸브(131)를 제어하여 솔레노이드 밸브(131)에 의해 압력밸브(133)를 압축공기 투입 배관(P12) 측에 연결하여서 압력밸브(133)를 통해 인가되는 압축공기 투입 배관(P12)의 압력을 감소시키기 위한 설정 압력(예를 들어, 1bar)의 압축공기를 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가함으로써, 압축공기 투입 배관(P12)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가되는 압축공기 압력이 우레아 투입 배관(P11)을 통해 우레아 분사 노즐(120)에 인가되는 압축공기 압력보다 낮게 하여서, 우레아 투입 배관(P11) 내부에서의 공기 흐름 속도를 증가시켜 주어 우레아 분사 노즐(120)과 우레아 투입 배관(P11)에 남아있는 우레아를 우레아 분사 노즐(120)의 외부로 강하게 배출하여 제거한다(S300).
그 후에, 제어기(150)는 솔레노이드 밸브(134)를 제어하여 압력밸브(135)로의 압축공기 공급을 차단하여서 우레아 제거 처리를 종료한다(S400).
또한, 제어기(150)는 상술한 S100으로부터 S400까지의 처리를 수행하여 우레아 제거 처리를 종료한 후에, 솔레노이드 밸브(131)에 의해 압력밸브(133)를 통해 인가되는 낮은 설정 압력(예를 들어, 1bar)의 압축 공기를 압축공기 투입 배관(P12)에 계속적으로 인가하여서, 우레아 분사 노즐(120)을 통해 해당 압축공기를 계속 분사하여 우레아 분사 노즐(120) 위에 그을음이 쌓이거나 침투되어 노즐(120)이 막히는 것을 방지한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 SCR 시스템에서 반응기(110)로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기(110)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에 SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우에, 우레아 투입 배관(P11)에 설정 압력의 압축공기를 인가하여 우레아 분사 노즐(120)의 외부로 우레아를 분출시켜 제거하되 우레아 투입 배관(P11)에서의 압축공기 유속을 증가시켜 주어 우레아 분사 노즐(120)과 우레아 투입 배관(P11)에 남아있는 우레아를 우레아 분사 노즐(120)의 외부로 강하게 불어내어 완전히 제거함으로써, 우레아를 효율적으로 제거하므로 우레아 투입 배관(P11)과 우레아 분사 노즐(120)에 우레아가 고착되는 것을 방지하여서 우레아 공급 방해를 예방할 수 있어 SCR 시스템을 안정적으로 운용할 수 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 SCR 시스템의 구동 중지시에 우레아 투입 배관과 우레아 분사 노즐에 남아있는 수용액 형태의 우레아를 제거하는 경우에 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에 SCR 시스템의 가동을 중지하는 경우에, 우레아 분사 노즐에 남아있는 우레아와, 해당 우레아 분사 노즐 측에 우레아를 투입하는 우레아 투입 배관에 남아있는 우레아를 효율적으로 제거함으로써 우레아 분사 노즐과 우레아 투입 배관의 우레아 고착을 방지하여서 우레아 공급 방해를 예방하므로 SCR 시스템을 안정적으로 운용하게 된다.
10, 110; 반응기 20, 120; 우레아 분사 노즐
30, 130; 우레아 투입 유닛 31, 33, 131, 134; 솔레노이드 밸브
32, 34, 132, 133, 135; 압력밸브 35, 136; 제어밸브
150; 제어기 P1, P11; 우레아 투입 배관
P2, P12; 압축공기 투입 배관

Claims (8)

  1. SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)의 구동 정지 명령을 입력받아서 수용액 형태의 우레아 제거를 위한 제반 제어 처리를 수행하는 제어기와;
    상기 우레아를 무화시키기 위한 제1 설정 압력의 압축공기를 인가하는 제1 압력밸브와;
    압축공기 투입 배관의 압력을 감소시키기 위한 제2 설정 압력의 압축공기를 인가하는 제2 압력밸브와;
    상기 제어기의 제어에 따라 상기 제1 압력밸브와 제2 압력밸브를 압축공기 투입 배관에 선택적으로 연결하여 제1 설정 압력과 제2 설정 압력을, 우레아 분사 노즐에 압축공기를 투입하기 위한 압축공기 투입 배관에 선택적으로 인가하는 제1 솔레노이드 밸브와;
    우레아 제거를 위한 제3 설정 압력의 압축공기를, 우레아 분사 노즐에 우레아를 투입하기 위한 우레아 투입 배관에 인가하는 제3 압력밸브와;
    상기 제어기의 제어에 따라 상기 제3 압력밸브에 압축공기를 인가하는 제2 솔레노이드 밸브; 를 포함하며,
    상기 제어기는 우레아 투입 배관에 제3 설정 압력의 압축공기를 인가하는 상태에서 제1 솔레노이드 밸브에 의해 상기 제1 압력밸브에 대신하여 제2 압력밸브를 압축공기 투입 배관에 연결하여서 제2 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관에 인가함으로써 압축공기 투입 배관의 압축공기 압력을 감소시켜 상기 우레아 투입 배관 내의 압축공기 유속을 증가시키는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 SCR 시스템의 구동 정지 명령을 입력받으면, 제어밸브에 의해 우레아 투입 배관으로의 우레아 공급을 차단한 상태에서 제1 솔레노이드 밸브에 의해 제1 압력밸브를 압축공기 투입 배관에 연결하여 제1 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관에 인가함과 아울러 제2 솔레노이드 밸브에 의해 제3 압력밸브에 압축공기를 인가하여 우레아 투입 배관에 제3 설정 압력의 압축공기를 인가하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    제2 설정 압력은 제1 설정 압력보다 크지 않으며, 제3 설정 압력은 우레아 분사노즐의 사양과 시스템에서 요구되는 분사 성능에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거장치.
  5. 제어기가 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)의 구동 정지 명령을 입력받는 단계와;
    제어기가 우레아 분사 노즐에 우레아를 투입하기 위한 우레아 투입 배관으로의 우레아 공급을 차단한 상태에서 우레아 투입 배관에 압축공기를 인가하도록 제어하는 단계와;
    제어기가 상기 우레아 투입 배관 내의 압축공기 유속을 증가시키도록 제어하는 단계; 를 포함하며,
    상기 우레아 투입 배관 내의 압축공기 유속을 증가시키도록 제어하는 단계는,
    제어기가 제2 솔레노이드 밸브에 의해 제3 압력밸브에 압축공기를 인가하여서 상기 제3 압력밸브를 통해 제3 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관에 인가하는 상태를 유지하는 단계와;
    제어기가 제1 솔레노이드 밸브에 의해 제1 압력밸브 대신에 제2 압력밸브를 압축공기 투입 배관 측에 연결하여서 압축공기 투입 배관의 압력을 감소시키기 위한 제2 설정 압력의 압축공기를 압축공기 투입 배관에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 우레아 투입 배관에 압축공기를 인가하도록 제어하는 단계는,
    제어기가 제어밸브에 의해 상기 우레아 투입 배관으로의 우레아 공급을 차단하는 단계와;
    제어기가 제1 솔레노이드 밸브에 의해 제1 압력밸브를 통해 인가되는 우레아 무화를 위한 제1 설정 압력의 압축공기를, 우레아 분사 노즐에 압축공기를 투입하기 위한 압축공기 투입 배관에 인가하는 단계와;
    제어기가 제2 솔레노이드 밸브에 의해 압축공기를 제3 압력밸브에 인가하여서 제3 압력밸브를 통해 우레아 제거를 위한 제3 설정 압력의 압축공기를 우레아 투입 배관에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    제2 설정 압력은 제1 설정 압력보다 크지 않으며, 제3 설정 압력은 우레아 분사노즐의 사양과 시스템에서 요구되는 분사 성능에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 우레아 제거방법.
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