KR102154376B1 - Scr 시스템의 촉매 성능유지 장치 - Google Patents
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Abstract
SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; T/C(Turbo Charger)를 거쳐 나오는 배기가스를 SCR 반응기 측으로 유도하는 주 배기라인; SCR 반응기의 온도를 감지하는 온도 감지기; 및 T/C 전단에서 바이패스되는 배기가스와 공기 간의 상호 열교환으로 공기의 온도를 높여 고온의 공기를 공급하는 공기 가열기를 포함하여, SCR 반응기로의 배기가스 유입을 차단한 상태에서 공기 가열기로부터 공급되는 고온의 공기를 통해 SCR 반응기의 온도를 타겟 온도 이상으로 상승시킬 수 있도록 구성된다.
이에 따라, 촉매재생이나 히팅 및 벤팅 운전시 소요되는 에너지를 절감하여 열 효율을 높일 수 있고, 배기가스가 아닌 공기를 사용하여 배기가스로 인한 불필요한 촉매 피독을 최소화할 수 있다.
이에 따라, 촉매재생이나 히팅 및 벤팅 운전시 소요되는 에너지를 절감하여 열 효율을 높일 수 있고, 배기가스가 아닌 공기를 사용하여 배기가스로 인한 불필요한 촉매 피독을 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 SCR 시스템에 관한 것으로, 특히 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치에 관한 것이다.
선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.
따라서 엔진의 주 배기라인에는 매연 여과 필터(Diesel Particulate Filter), SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템, 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.
이 중에서 SCR 시스템은 SCR 촉매(Catalyst)가 내장된 SCR 반응기를 구비하고, 배기가스 내의 질소산화물을 촉매 층에서 환원제(우레아, 암모니아 등)와 화학적으로 반응시켜 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시키도록 구성된다.
SCR 촉매는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, SCR 반응기 내에 한 개 또는 연속 설치되는 여러 개의 SCR 촉매가 구비된다.
종래 SCR 시스템에서, 엔진으로부터 발생되는 배기가스는 주 배기라인상의 SCR 반응기를 경유하여 질소산화물 저감 후 배출되거나(SCR 시스템 가동시), SCR 반응기를 거치지 않고 바이패스라인을 통해 곧바로 배출된다(SCR 시스템 정지시).
이와 같은 구조에서, SCR 반응기의 내부 온도가 낮아지면, 배기가스에 함유된 황(S)이나 인(P) 화합물에 의해 촉매 피독(Catalyst Poisoning)이 일어나 촉매 활성 및 강도가 저하된다.
일례로, 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 제거할 때 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4)와 같은 부산물이 생성되는데, 반응기 내 온도가 ABS의 기화 온도(예컨대 340℃) 이하로 내려가면 ABS가 SCR 촉매에 고착된다.
또한, SCR 시스템 정지시 시간이 경과해 배기가스 온도가 낮아지면 SCR 반응기 내에 잔류하는 배기가스가 액체 상태의 황산(Sulfuric Acid:H2SO4)으로 응축되어 내부 부식을 유발하게 된다.
또한, SCR 시스템 정지시에는 SCR 반응기 내 온도가 상온까지 강하되어 시스템 재가동을 위한 예열시 많은 열원이 소모된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는, 촉매재생 운전을 통해 열을 가하여 SCR 촉매에 부착된 ABS를 기화시켜 제거하여야 한다.
더불어, 반응기 내 온도를 높여 고온으로 유지하는 히팅(Heating) 및 반응기 내에 공기를 불어넣어 SCR 촉매에 침적된 이물질을 제거하는 벤팅(Venting) 운전을 통해, SCR 반응기를 일정 온도 이상으로 유지하여 촉매 활성 및 강도 저감을 방지하여야 한다.
이 과정에서 전기 가열기나 버너와 같은 별도의 열원을 이용하여 SCR 반응기의 내부 온도를 높여주어야 하므로 에너지가 많이 소요되는 단점이 있다.
한편, 촉매재생이나 히팅 및 벤팅 운전시 SCR 반응기의 온도를 높이기 위해 엔진에서 배출되는 뜨거운 배기가스를 SCR 반응기로 공급하여 열원으로 활용하는 것을 고려할 수도 있으나, 이 경우 배기가스의 황(S)이나 인(P) 화합물에 의해 장시간 운전시 촉매독으로 인한 촉매 활성 및 강도 저하를 오히려 촉진하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 촉매 활성 및 강도 저감을 방지하기 위해 SCR 반응기 내 온도를 일정 온도로 유지할 때 소요되는 에너지를 절감하여 열 효율을 높일 수 있는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 촉매재생이나 히팅 및 벤팅 운전시 배기가스가 아닌 공기를 사용하여 배기가스로 인한 불필요한 촉매 피독을 최소화할 수 있는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; T/C(Turbo Charger)를 거쳐 나오는 배기가스를 SCR 반응기 측으로 유도하는 주 배기라인; 상기 SCR 반응기의 온도를 감지하는 온도 감지기; 및 상기 T/C 전단에서 바이패스되는 배기가스와 공기 간의 상호 열교환으로 공기의 온도를 높여 고온의 공기를 공급하는 공기 가열기를 포함하여, 상기 SCR 반응기로의 배기가스 유입을 차단한 상태에서 상기 공기 가열기로부터 공급되는 고온의 공기를 통해 상기 SCR 반응기의 온도를 타겟 온도 이상으로 상승시킬 수 있도록 구성된다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치에서, 상기 공기 가열기는 상기 T/C 전단과 상기 주 배기라인 사이를 연결하는 바이패스 라인상에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치에서, 상기 공기 가열기는 상기 T/C 전단에서 연장되는 제1 바이패스 라인상에 설치되는 제1 공기 가열기; 및 상기 제1 바이패스 라인에서 분기되어 상기 주 배기라인으로 연결되는 제2 바이패스 라인상에 설치되는 제2 공기 가열기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치는 상기 공기 가열기에서 상기 SCR 반응기로 공급되는 고온의 공기를 가열하여 추가로 승온시키는데 우레아 가수분해용 가열기를 겸용으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치는 상기 SCR 반응기의 후단에 연결되어 상기 SCR 반응기를 통과하는 공기 유량을 조절하는 유량조절라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치는 촉매재생 운전시 상기 SCR 반응기의 온도를 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4)의 기화 온도 이상으로 상승시키고, 벤팅 운전시 상기 SCR 반응기의 온도를 응축 방지를 위한 이슬점 온도 이상으로 상승시키며, 히팅 운전시 상기 SCR 반응기의 온도를 응축 방지 및 반응기 재가동 준비를 위한 예열 온도 이상으로 상승시킬 수 있다.
본 발명에 의한 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치에 따르면, 촉매 활성 및 강도 저감을 방지하기 위해 SCR 반응기 내 온도를 일정 온도로 유지할 때 소요되는 에너지를 절감하여 열 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치에 따르면, 촉매재생이나 히팅 및 벤팅 운전시 배기가스가 아닌 공기를 사용하여 배기가스로 인한 불필요한 촉매 피독을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 성능유지 장치가 적용된 SCR 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 성능유지 장치가 적용된 SCR 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 성능유지 장치가 적용된 SCR 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 성능유지 장치가 적용된 SCR 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면이다.
도 1의 SCR 시스템에서, 주 배기라인(10), 제1 바이패스라인(20), SCR 유입라인(30), SCR 유출라인(40), 제2 바이패스라인(50) 및 제3 바이패스라인(60) 각각에는 도시된 바와 같이 하나 또는 복수 개의 밸브가 구비될 수 있으며, 각 밸브를 선택적으로 개폐함에 따라 배기가스의 흐름을 제어할 수 있다.
배기가스 리시버(110)는 엔진(115)(메인엔진 및/또는 보기엔진)의 각 실린더에서 배출되는 배기가스를 모아 T/C(Turbo Charger)(120)로 공급한다.
엔진으로부터 발생되는 배기가스는 배기가스 리시버(110)를 통해 T/C(120)로 공급되어 T/C(120)를 구동한 후, T/C(120) 후단의 주 배기라인(10)으로 인가된다.
T/C(120)는 엔진(115)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 엔진(115)에 새로운 외기를 공급한다.
일례로, 엔진(115)에서 배출된 T/C(120) 전단의 뜨거운 배기가스가 대략 400℃~450℃ 정도의 온도를 가진다면, T/C(120)를 거치면서 그 온도가 대략 190℃~300℃ 정도로 낮아질 수 있다.
주 배기라인(10)은 T/C(120) 후단과 SCR 유입라인(30) 사이에 연결되어 T/C(120)를 거쳐 나오는 배기가스를 SCR 반응기(130) 측으로 유도한다.
제1 바이패스라인(20)은 T/C(120)에서 배출되는 배기가스를 SCR 반응기(130)를 거치지 않고 바이패스시켜 배출한다. 제1 바이패스라인(20)상에는 바이패스밸브(25)가 설치된다.
주 배기라인(10)으로 유입된 배기가스는 SCR 유입라인(30)을 통해 SCR 반응기(130)로 유입되거나 SCR 반응기(130)를 거치지 않고 제1 바이패스라인(20)을 통해 배출된다.
즉, T/C(120)를 통과한 배기가스는 주 배기라인(10)상의 인렛밸브(15) 및 제1 바이패스라인(20)상의 바이패스밸브(25)를 선택적으로 개폐함에 따라, SCR 반응기(130)를 경유하여 배출되거나(SCR 시스템 가동시), SCR 반응기(130)를 거치지 않고 T/C(120)를 통과한 후 곧바로 배출될 수 있다(SCR 시스템 정지시).
SCR 반응기(130) 내에는 배기가스와의 SCR 촉매 반응을 위한 SCR 촉매(미도시)가 설치되며, SCR 반응기(130)의 전/후단에는 주 배기라인(10)을 통해 유입되는 배기가스의 통과 및 차단을 위한 인렛밸브(15) 및 아웃렛밸브(41)가 설치된다.
SCR 반응기(130)는 주 배기라인(10) 및 SCR 유입라인(30)을 통해 유입되는 배기가스를 내부에 설치되어 있는 SCR 촉매에 통과시켜 배기가스 내의 질소산화물을 저감한다.
우레아 가수분해 챔버(180)는 내부로 분사되는 우레아를 가수분해시켜 배기가스 처리시 환원제로 사용될 암모니아 가스를 생성한다.
우레아 가수분해용 가열기(185)(전기 가열기, 히터 등)는 SCR 시스템 가동시 우레아 가수분해 챔버(180)에 열을 가하여 우레아 가수분해 챔버(180)의 내부 온도를 가수분해 반응 온도까지 상승시킨다.
또한, 우레아 가수분해용 가열기(185)는 SCR 시스템이 정지되고 촉매재생/히팅/벤팅 운전이 이루어지는 경우, 공기 가열기(151)를 지나면서 승온된 고온의 공기를 추가 가열하여 그 온도를 더 상승시킬 수 있다.
특히, 가열기(185)로 버너를 사용할 경우에는 공기 가열기(151)에서 승온된 공기를 버너 연료를 연소하기 위한 공기로 사용하므로, SCR 반응기(130)에서 필요로 하는 온도까지 상승시키는데 필요한 연료를 절감할 수 있다. 버너는 배관 외부에 위치한 독립된 버너일 수도 있고 배관 내에 연소 노즐이 설치된 덕트 버너일 수도 있다.
또한, 우레아 가수분해용으로 기 설치된 가열기(185)를 촉매재생/히팅/벤팅시 공기 가열기(151)에서 승온된 공기의 온도를 더욱 높이기 위한 목적으로 사용함으로써 컴팩트한 시스템을 제공할 수 있다.
주 배기라인(10)을 통과하는 배기가스와 우레아 가수분해 챔버(180)에서 배출되는 암모니아 가스는 SCR 반응기(130) 전단의 혼합기(190)에서 혼합되어 SCR 반응기(130)로 유입된다.
혼합기(190)는 우레아 가수분해 챔버(180)에서 생성된 암모니아가 엔진 배기가스와 균일하게 혼합되어 SCR 반응기(130)로 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다.
이러한 혼합기(190)는 챔버 형태일 수도 있고, 주 배기라인(10)의 배관 벽면에 AIG(Ammonia Injection Grid)를 노즐 형태로 설치하면서 배관 안쪽에는 유동 균일화를 위한 배플 등을 설치하는 방식으로 구성될 수도 있다.
온도 감지기(135)는 SCR 반응기(130)의 입구 또는 SCR 반응기(130)의 내부에 설치되어 SCR 반응기(130)의 온도를 감지한다.
제2 바이패스라인(50)은 엔진(115)에서 배기가스 리시버(110)로 배출되는 배기가스 중 일부를 T/C(120)의 전단에서 T/C(120)를 거치지 않고 바로 인가받는다.
T/C(120) 후단의 배기가스 온도가 비교적 낮은 반면(예컨대 대략 190~300℃ 정도), T/C(120) 구동 전의 배기가스 온도는 상대적으로 고온이므로(예컨대 약 400~450℃), T/C(120) 전단의 뜨거운 배기가스를 열원으로 활용하여 열 효율을 높일 수 있다.
제3 바이패스라인(60)은 제2 바이패스라인(50)으로부터 분기되어, 배기가스 리시버(110)에서 제2 바이패스라인(50)으로 유입되는 뜨거운 배기가스 일부를 T/C(120)를 거치지 않고 주 배기라인(10)으로 바이패스시켜 배출한다.
블로워(170)는 외부 공기를 흡입하여 공기 가열기(151)로 제공한다.
공기 가열기(151)는 T/C(120) 전단에서 바이패스되는 뜨거운 배기가스와 블로워(170)를 통해 흡입된 외부 공기 간의 상호 열교환에 의해 공기의 온도를 높여 고온의 공기를 SCR 반응기(130)의 전단으로 공급한다.
일 실시예에서, 공기 가열기(151)는 T/C(120) 전단의 뜨거운 배기가스 일부를 인가받는 제3 바이패스라인(60)상에 설치되어, 제3 바이패스라인(60)을 통과하는 뜨거운 배기가스를 열원으로 활용해 해당 배기가스의 열로 공기의 온도를 상승시키고, 승온된 공기를 열매체로 사용하여 SCR 반응기(130) 내의 온도를 상승시킨다.
제3 바이패스라인(60)은 T/C(120) 전단의 제2 바이패스라인(50)과 T/C(120) 후단의 주 배기라인(10) 사이에 연결되는데, 이 경우 T/C(120) 전, 후의 제2 바이패스라인(50)과 주 배기라인(10) 사이에는 기본적으로 상당한 온도 및 압력차가 존재하게 된다.
즉 T/C(120) 전단에서는 배기가스가 고온/고압으로 존재하는데 비해, T/C(120)를 거쳐 나오는 배기가스는 온도 및 압력이 강하되어 상대적으로 저온/저압의 상태가 된다.
따라서, 제3 바이패스라인(60)상에 공기 가열기(151)를 구비시키는 경우, 제3 바이패스라인(60) 양단에 각각 연결되는 제2 바이패스 라인(50)과 주 배기라인(10) 간의 차압으로 인해, 공기 가열기(151)에서 배출되는 공기가 역류 없이 주 배기라인(10)으로 쉽게 유입될 수 있는 장점이 있다.
또한, 제2 바이패스라인(50)은 온도 및 압력이 높아 공기 가열기(151)의 설치로 인한 압력 강하 문제가 발생하지 않는다.
도 1과 같이 구성된 SCR 시스템의 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.
우선, SCR 시스템 가동시에는, 제어기(미도시)가 제1 바이패스라인(20)상의 바이패스밸브(25)를 폐쇄하고 인렛밸브(15) 및 아웃렛밸브(41)를 개방하여 T/C(120)에서 배출되는 배기가스가 SCR 반응기(130)를 거친 후 배출되도록 한다. T/C(120)에서 주 배기라인(10)으로 유입된 배기가스는 SCR 반응기(130) 내 SCR 촉매를 통과하면서 질소산화물 저감 처리된 후 배출된다.
한편, SCR 시스템 정지시에는(예컨대 공해상을 운행하는 경우), 제어기가 제1 바이패스라인(20)상의 바이패스밸브(25)를 개방하고, SCR 반응기(130) 전, 후의 인렛밸브(15) 및 아웃렛밸브(41)는 폐쇄하여, T/C(120)에서 배출되는 배기가스가 SCR 반응기(130)를 거치지 않고 제1 바이패스라인(20)을 통해 바로 배출되도록 한다.
이와 같은 SCR 시스템 정지 상태에서, 즉 SCR 반응기(130)로의 배기가스 유입이 차단된 상태에서, SCR 반응기(130)에 고온의 공기를 공급하여 촉매 활성 및 강도 저하 방지를 위한 촉매재생 운전, 또는 히팅 운전이나 벤팅 운전을 수행할 수 있다.
즉 공기 가열기(151)로부터 공급되는 고온의 공기를 SCR 반응기(130)의 내부로 통과시켜 SCR 반응기(130)의 온도를 기 설정된 타겟 온도 이상으로 상승시킬 수 있다.
제어기는 SCR 반응기(130)로의 배기가스 유입을 차단한 상태에서 블로워(170)를 구동하여 공기 가열기(151)로 외부 공기를 공급하는 한편, 배기가스 리시버(110)에 수집된 뜨거운 배기가스 일부를 T/C(120)를 거치지 않고 바이패스시켜 제3 바이패스 라인(60)으로 유도한다.
이를 위해, 제2 바이패스라인(50)상의 제1 바이패스밸브(51)는 개방, 제2 바이패스밸브(52)는 차단되고, 제3 바이패스라인(60)상의 제1, 제2 바이패스밸브(61, 62)는 개방, 제3 바이패스밸브(63)는 차단된다.
이러한 상태에서 T/C(120) 전단의 뜨거운 배기가스 일부는 제3 바이패스 라인(60)을 통과하게 된다.
공기 가열기(151)는 제3 바이패스라인(60)을 통과하는 뜨거운 배기가스(예컨대 약 400~450℃)를 열원으로 활용하여 해당 배기가스로 블로워(170)를 통해 흡입한 공기에 열을 가하여 승온시킨다.
공기 가열기(151)에서 승온된 고온의 공기는 SCR 반응기(130) 측으로 유입되어 SCR 반응기(130)의 온도를 필요한 소정의 타겟 온도 이상으로 상승시키게 된다.
이때, 실시예에 따라, 공기 가열기(151)를 지나 온도가 상승된 고온의 공기를 추가적으로 가열하여 그 온도를 더 올릴 수 있도록 가열기(전기 가열기, 버너 등)를 추가 구비할 수 있다.
일례로, 촉매재생 운전시 타겟 온도(예컨대 340℃)가 히팅 및 벤팅 운전의 타겟 온도(예컨대 200℃)에 비해 높으므로 촉매재생 운전시 가열기를 활용해 필요한 타겟 온도를 달성할 수 있을 것이다.
도 1에 나타난 일 실시예의 경우라면, 우레아 가수분해용 가열기(185)를 보조 열원으로 사용해 공기 가열기(151)에서 SCR 반응기(130) 측으로 공급되는 고온의 공기를 더 가열하여 추가로 승온시킬 수 있다.
우레아 가수분해용 가열기(185)가 버너인 경우라면, 도시된 바와 같이 공기 가열기(151)에서 승온된 공기를 버너의 연소용 공기로 활용하여 연료를 절감할 수 있다.
SCR 반응기(130)의 타겟 온도는 촉매재생/히팅/벤팅 운전 각각의 경우에 대해 상이하게 설정될 수 있다.
촉매재생 운전시에는, 공기 가열기(151)에서 공급되는 고온의 공기를 SCR 반응기(130) 내부에 인가함으로써 ABS를 분해 제거하여 촉매재생을 실시할 수 있다. 이 경우 SCR 반응기의 타겟 온도는 ABS의 기화 온도 이상(예컨대 340℃ 이상)으로 설정될 수 있다.
히팅 운전은 SCR 반응기(130) 전, 후단의 인렛밸브(15) 및 아웃렛밸브(41)가 닫힌 상태에서 SCR 반응기(130)의 내부 온도를 일정 온도 이상으로 유지하기 위한 것으로, 주로 내부 부식을 유발하는 배기가스 응축 방지 및 반응기 재가동 준비를 위한 예열 과정에서 필요하다.
히팅 운전시에는(예컨대 공해상에서 ECA(Emission Control Area)로 진입 전 또는 ECA 내 항구에 정박하는 경우), 공기 가열기(151)에서 공급되는 고온의 공기를 이용해 SCR 반응기(130)의 온도를 배기가스 응축 방지 및 반응기 재가동 준비를 위한 소정의 예열 온도 이상(예컨대 약 100℃, 바람직하게는 200℃ 이상)으로 상승시킬 수 있다.
벤팅 운전은 고온 고압의 공기를 지속적으로 주입하여 SCR 반응기(130) 내 SCR 촉매에 부착된 황산 등의 이물질을 불어내는 것으로, 벤팅 운전시에는(예컨대 공해상을 운행하는 경우), 공기 가열기(151)에서 공급되는 고온의 공기를 주입하여 SCR 반응기(130)의 온도를 배기가스 응축 방지를 위한 이슬점 온도 이상(예컨대 약 100℃, 바람직하게는 200℃ 이상)으로 상승시켜 배기가스 응축이 일어나지 않도록 할 수 있다.
전술한 히팅 및 벤팅 운전은 동시에 실시될 수도 있다.
촉매재생, 히팅 및 벤팅 운전시 엔진 배기가스를 사용하면 배기가스 중의 황(P)이나 인(P) 성분으로 인해 촉매 피독이 촉진될 수 있는데 반해, 전술한 바와 같이 배기가스가 아닌 공기를 사용하면 불필요한 촉매 피독을 원천적으로 방지할 수 있다.
또한, 뜨거운 배기가스와의 열교환에 의하여 승온된 공기를 SCR 반응기(130)로 공급하여 SCR 반응기(130)의 온도를 높이기 위한 열원으로 활용함으로써 촉매재생, 히팅 및 벤팅 운전시 열 효율을 높일 수 있다.
SCR 반응기(130)의 후단에는 SCR 유출라인(40)과 분기되는 유량조절라인(45)이 구비될 수 있다.
유량조절라인(45)은 SCR 반응기(130)의 후단에 연결되어 SCR 반응기(130)를 통과하는 공기 유량을 조절한다.
이때 유량조절라인(45)은 미세 유량조절이 가능하도록 SCR 유출라인(40)보다 직경이 작은 소형 배관으로 구성하는 것이 효율적이다.
그러면, SCR 반응기(130)의 촉매재생/히팅/벤팅 운전시 SCR 유출라인(40)상의 아웃렛밸브(41)가 닫힌 상태에서 유량조절라인(45)상의 유량조절밸브(46)를 쓰로틀링하여 고온의 공기를 SCR 반응기(130) 내에 일정 시간 계류시키거나 조금씩 흘려보내는 등의 유량조절동작을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 성능유지 장치가 적용된 SCR 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면이다.
배기가스 폐열을 회수하기 위한 공기 가열기는 하나 또는 복수 개로 구성할 수 있다.
하나로 구성하는 경우에는 전체적인 시스템 구조를 간소화할 수 있다.
또한, 하나의 경로보다 복수 개의 경로로 구성하면, 폐열 회수가 쉬운 적절한 위치에 각각의 공기 가열기를 개별 배치한 후 이들을 상호 연통시켜 배기가스와의 열교환을 다단으로 구현해 열 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 복수 개의 경로를 선택적으로 활용하여 설계 유연성 및 유지 보수성(고장시)을 향상시킬 수도 있다.
도 2의 다른 실시예는 서로 다른 위치에 설치되어 배기가스와의 열교환을 수행하는 두 개의 공기 가열기(151, 152)가 구비된 경우를 예시한 것이다.
도 1과 대응하는 구성요소들에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2의 다른 실시예에서, SCR 반응기(130) 전, 후단의 인렛밸브(15) 및 아웃렛밸브(41)는 닫힌 상태이다(SCR 시스템 정지중).
제어기(미도시)는 촉매재생/히팅/벤팅 운전시에 블로워(170)를 구동하여 외부 공기를 제1 공기 가열기(151)로 유입시키는 한편, 제2 바이패스라인(50)상의 제1 바이패스밸브(51), 제2 바이패스밸브(52)는 모두 개방하고, 제3 바이패스라인(60)상의 제1, 제2 바이패스밸브(61, 62)는 개방, 제3 바이패스밸브(63)는 차단한다.
이러한 상태에서, T/C(120) 전단의 뜨거운 배기가스가 제2 바이패스 라인(50)으로 유입되어 제2 공기 가열기(152)를 통과하게 되며, 해당 배기가스의 일부가 제3 바이패스 라인(60)으로 분기되어 제1 공기 가열기(151)를 통과하게 된다.
블로워(170)는 제어기의 제어 하에 촉매재생/히팅/벤팅 운전시에 구동되어 제1 공기 가열기(151)로 외부 공기를 공급한다.
제1 공기 가열기(151)는 제2 바이패스라인(50)에서 분기되어 주 배기라인(10)으로 연결되는 제3 바이패스라인(60)상에 설치되어, 블로워(170)를 통해 흡입된 공기와 제3 바이패스라인(60)을 통과하는 배기가스 간의 열교환을 통해 공기를 1차 가열하여 그 온도를 상승시킨다.
제1 공기 가열기(151)에서 승온된 공기는 다시 제2 공기 가열기(152)로 유입된다.
제2 공기 가열기(152)는 T/C(120) 전단에서 연장되어 T/C(120) 전단의 뜨거운 배기가스 일부를 인가받는 제2 바이패스라인(50)상에 설치되며, 제2 바이패스라인(50)을 통과하는 배기가스의 열로 제1 공기 가열기(151)에서 공급된 고온의 공기를 재차 가열하여 공기의 온도를 더 상승시킨다.
제1, 제2 공기 가열기(151, 152)를 거치며 점차 승온된 공기는 SCR 반응기(130)로 인가되어 SCR 반응기(130)의 온도를 상승시키게 된다.
이와 같이, 서로 다른 위치에 설치된 제1, 제2 공기 가열기(151, 152)를 통해 다단에 걸쳐 배기가스 열교환을 수행하여 공기의 온도를 점차 높여 사용함으로써 촉매재생/히팅/벤팅 운전시 열 효율을 더욱 높일 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10: 주 배기라인, 30: SCR 유입라인,
40: SCR 유출라인, 45: 유량조절라인,
20, 50, 60: 바이패스라인, 70: 재순환라인,
110: 배기가스 리시버, 120: T/C(Turbo Charger),
130: SCR 반응기, 135: 온도 감지기,
151, 152: 공기 가열기 170: 블로워,
180: 우레아 분해 챔버, 185: 우레아 가수분해용 가열기,
190: 혼합기
40: SCR 유출라인, 45: 유량조절라인,
20, 50, 60: 바이패스라인, 70: 재순환라인,
110: 배기가스 리시버, 120: T/C(Turbo Charger),
130: SCR 반응기, 135: 온도 감지기,
151, 152: 공기 가열기 170: 블로워,
180: 우레아 분해 챔버, 185: 우레아 가수분해용 가열기,
190: 혼합기
Claims (6)
- SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기;
T/C(Turbo Charger)를 거쳐 나오는 배기가스를 SCR 반응기 측으로 유도하는 주 배기라인;
상기 SCR 반응기의 온도를 감지하는 온도 감지기; 및
상기 T/C 전단에서 바이패스되는 배기가스와 공기 간의 상호 열교환으로 공기의 온도를 높여 고온의 공기를 공급하는 공기 가열기를 포함하며,
상기 SCR 반응기로의 배기가스 유입을 차단한 상태에서 상기 공기 가열기로부터 공급되는 고온의 공기를 통해 상기 SCR 반응기의 온도를 타겟 온도 이상으로 상승시키는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 공기 가열기는,
상기 T/C 전단과 상기 주 배기라인 사이를 연결하는 바이패스 라인상에 설치되는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 공기 가열기는,
상기 T/C 전단에서 연장되는 제2 바이패스 라인상에 설치되는 제2 공기 가열기; 및
상기 제2 바이패스 라인에서 분기되어 상기 주 배기라인으로 연결되는 제3 바이패스 라인상에 설치되는 제1 공기 가열기를 포함하는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 공기 가열기에서 상기 SCR 반응기로 공급되는 고온의 공기를 가열하여 추가로 승온시키는데 우레아 가수분해용 가열기를 겸용으로 사용하는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 SCR 반응기의 후단에 연결되어 상기 SCR 반응기를 통과하는 공기 유량을 조절하는 유량조절라인을 더 포함하는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치.
- 제1항에 있어서,
촉매재생 운전시 상기 SCR 반응기의 온도를 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4)의 기화 온도 이상으로 상승시키고,
벤팅 운전시 상기 SCR 반응기의 온도를 응축 방지를 위한 이슬점 온도 이상으로 상승시키며,
히팅 운전시 상기 SCR 반응기의 온도를 응축 방지 및 SCR 반응기 재가동 준비를 위한 예열 온도 이상으로 상승시키는 SCR 시스템의 촉매 성능유지 장치.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |