KR102182937B1 - 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 scr 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 엔진 구동 정지 상태에서 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 반응기 가열 운전을 진행하는 경우에 연료 연소에 의해 가열 가스를 생성하여 SCR 반응기에 열원으로서 제공하는 가열기와; 상기 SCR 반응기의 내부를 가열하고서 SCR 반응기로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관을 통해 상기 가열기에 유입하여 순환시키는 블로워와; 상기 SCR 반응기로부터 가열기 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어함과 아울러 상기 블로워의 구동을 제어하여서 상기 반응기 가열 운전을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 엔진을 구동하지 않는 상태에서 가열기에 의해 가열된 가스를 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 별도의 배관을 추가로 설치하지 않고서도 SCR 반응기의 가열에 사용된 가열 가스를 재순환하여 연료를 절감함으로써 SCR 반응기의 가열 운전을 경제성 있게 진행하게 된다.

Description

반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템{Selective Catalytic Reduction System for Energy Savings During the Reactor Heating Operation}
본 발명은 선박에 설치된 엔진의 구동시에 생성되는 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하는 SCR 시스템에 관한 것으로, 특히 엔진을 구동하지 않는 상태에서 가열기에 의해 가열된 가스를 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열(heating) 운전을 진행하는 경우에, 별도의 배관을 추가로 설치하지 않고서도 SCR 반응기의 가열에 사용된 가열 가스를 재순환하여 연료를 절감함으로써 SCR 반응기의 가열 운전을 경제성 있게 진행하도록 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템에 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 생성되는 Fuel NOx로 구분된다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템은 환원제와 섞인 배기가스를 SCR 반응기에 설치된 촉매층으로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3)를 환원제로 사용한다.
특히, SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템에서는 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 인가함과 아울러 우레아 분해 챔버에 의하여 우레아를 암모니아로 분해하여 해당 암모니아를 환원제로서 SCR 반응기에 인가함으로써, SCR 반응기의 촉매가 배기가스의 질소산화물과 암모니아에 반응하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시켜서 정화하여 배출한다.
상술한 SCR 시스템에서는 엔진을 구동하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행하는 경우 SCR 반응기에 가열된 배기가스가 지속적으로 인가되어 촉매를 활성화 상태로 만들어 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 정상적으로 진행할 수 있지만, 엔진을 구동 정지하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스를 정화하는 처리를 진행하지 않는 상태에서는 SCR 반응기에 가열된 배기가스가 인가되지 않음으로 인하여 SCR 반응기의 온도가 저하되고 이와 같은 낮은 온도의 SCR 반응기에서는 황산화물(NOx)이 응축되어 촉매를 손상시키고 암모니아가 황 성분과 반응하여 ABS(Ammonium Bisulfate)를 생성할 수 있으며 ABS가 촉매에 흡착되면 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응을 저해하는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 엔진 구동 정지시에 SCR 반응기에 열에너지를 공급하여 SCR 반응기의 내부를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열(heating) 운전을 진행할 필요가 있다.
종래의 SCR 시스템에서는 엔진 구동 정지시에 SCR 반응기의 가열 운전을 진행하는 경우에, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진이 구동 정지되어 엔진으로부터의 배기가스가 배기관(P110)에 인가되지 않는 상태에서 밸브(V111, V112, V113)를 폐쇄시킴과 아울러 밸브(V114)를 개방시키고, 가열기(140)에 연료와 공기를 공급하여 가열기(140)에 의해 연료를 연소시켜 생성한 가열 가스를 우레아 분해 챔버(130)와 혼합기(120)를 통해 SCR 반응기(110)에 인가하여서 일정 온도를 유지하도록 가열 가스에 의해 SCR 반응기(110)를 가열하고, SCR 반응기(110)를 가열한 가열 가스를 밸브(V114)를 통해 대기중에 배출하는 방식으로 엔진 구동 정지시에 SCR 반응기(110)에 대한 가열 운전을 진행하였다.
이와 같은 방식으로 SCR 반응기(110)에 대한 가열 운전을 진행하는 경우 SCR 반응기(110)를 가열함에 사용된 가열 가스를 그대로 대기중에 배출함에 기인하여 가열기(140)의 연료 소모가 많아서 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.
이와 같은 경제성 저하의 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 SCR 시스템에서는 엔진 구동 정지시에 SCR 반응기의 가열 운전을 진행하는 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진이 구동 정지되어 엔진으로부터의 배기가스가 배기관(P210)에 인가되지 않는 상태에서 밸브(V211, V212, V213)를 폐쇄시킴과 아울러 밸브(V214)를 개방시키고, 가열기(240)에 연료와 공기를 공급하여 가열기(240)에 의해 연료를 연소시켜 생성한 가열 가스를 우레아 분해 챔버(230)와 혼합기(220)를 통해 SCR 반응기(210)에 인가하여서 일정 온도를 유지하도록 가열 가스에 의해 SCR 반응기(210)를 가열하고, SCR 반응기(210)를 가열한 가열 가스 중에서 밸브(V214)를 통해 대기중에 배출되는 가열 배기가스를 제외한 나머지 가열 가스를 순환배관(P230)을 통해 가열기(240)에 인가하여 가열기(240)에 의해 가열시켜 다시 SCR 반응기(210)에 인가함으로써 SCR 반응기(210)의 가열에 사용한 가열 가스를 재순환시켜 SCR 반응기(210)를 가열 운전하는 방식으로, 엔진 구동 정지시에 SCR 반응기(110)에 대한 가열 운전을 진행하였다.
그러나, 이와 같이 SCR 반응기(210)의 가열 운전에 사용한 가열 가스를 순환배관(P230)을 통해 가열기(240)측으로 순환시켜 가열기(240)에 의해 가열하여 재사용하는 방식으로 SCR 반응기(110)에 대한 가열 운전을 진행하기 위해서는 가열 가스의 순환을 위한 별도의 순환배관(P230)을 설치해야 되어 SCR 시스템의 설치 비용 및 부피가 증가되어 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진을 구동하지 않는 상태에서 가열기에 의해 가열된 가스를 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 별도의 배관을 추가로 설치하지 않고서도 SCR 반응기의 가열에 사용된 가열 가스를 재순환하여 연료를 절감함으로써 SCR 반응기의 가열 운전을 경제성 있게 진행하도록 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템을 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진 구동 정지 상태에서 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 반응기 가열 운전을 진행하는 경우에 연료 연소에 의해 가열 가스를 생성하여 SCR 반응기에 열원으로서 제공하는 가열기와; 상기 SCR 반응기의 내부를 가열하고서 SCR 반응기로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관을 통해 상기 가열기에 유입하여 순환시키는 블로워와; 상기 SCR 반응기로부터 가열기 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어함과 아울러 상기 블로워의 구동을 제어하여서 상기 반응기 가열 운전을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템에 의하면, 상기 제어기는 SCR 반응기로부터 가열기 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어하는 경우, SCR 반응기의 가스 출구 측에 설치된 제1밸브, 상기 바이패스관에 설치된 제2밸브 및, 가열기 가스 유입구 측에 설치된 제3 밸브를 개방함과 아울러 혼합기의 가스 유입구 측에 설치된 제4밸브를 폐쇄한다.
본 발명에 따른 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템에 의하면, 상기 가열기는 가열 가스의 온도를 검출하기 위한 온도센서를 구비하고, 상기 순환 경로를 통해 자체에 유입되는 가열 가스의 온도를 온도센서에 의해 확인하고 설정 온도에 도달하도록 유입된 가열 가스를 가열하여 상기 SCR 반응기 측으로 인가한다.
그리고, 본 발명에 따른 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템에 의하면, 상기 블로워는 엔진 터보차저의 후단에 설치하되 상기 SCR 반응기로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관을 통해 흡입하여 상기 가열기에 순환시키도록 설치하거나, SCR 반응기로부터 가열기 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로에 설치하되 상기 SCR 반응기로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관을 통해 흡입하여 EGB(Exhaust Gas Bypass valve)를 우회하여 가열기에 순환시키도록 설치한다.
본 발명에 의하면, 엔진을 구동하지 않는 상태에서 가열기에 의해 가열된 가스를 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 별도의 배관을 추가로 설치하지 않고서도 SCR 반응기의 가열에 사용된 가열 가스를 재순환하여 연료를 절감함으로써 SCR 반응기의 가열 운전을 경제성 있게 진행하게 된다.
도 1 및 도 2는 종래 SCR 시스템에서의 반응기 가열 운전을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템을 예시한 도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템을 예시한 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 엔진을 구동하지 않는 상태에서 가열기에 의해 가열된 가스를 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 별도의 배관을 추가로 설치하지 않고서도 SCR 반응기의 가열에 사용된 가열 가스를 재순환하여 연료를 절감함으로써 SCR 반응기의 가열 운전을 경제성 있게 진행하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템(300)은 도 3에 예시된 바와 같이 SCR 반응기(310), 혼합기(320), 우레아 분해 챔버(330), 가열기(340), 제어기(350), 블로워(blower)(360) 및 밸브(V311~V314)를 포함하여 이루어진다.
혼합기(320)는 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 배기가스 정화 처리시에 엔진 터보차저의 후단으로부터 인가되는 배기가스와 우레아 분해 챔버(330)로부터 인가되는 환원제인 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기(310)에 인가하기 위한 것으로, 배기관(P310)으로부터 밸브(V312)를 통해 인가되는 배기가스와 우레아 분해 챔버(330)로부터 인가되는 암모니아를 혼합하여서 SCR 반응기(310)에 인가하여 SCR 반응기(310)의 촉매를 통과시킴으로써 SCR 반응기(310)에서 암모니아를 환원제로 사용하여 배기가스의 질소산화물을 제거케 한다.
우레아 분해 챔버(330)는 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 배기가스 정화 처리시에 가열기(340)로부터 인가되는 열에 의해 우레아 수용액을 분해하여 얻어지는 암모니아를 혼합기(320)에 인가한다.
가열기(340)는 SCR 반응기(310)에 의한 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리시에 엔진 터보차저의 후단으로부터 인가되는 배기가스를 연료를 이용하여 가열시켜 우레아 분해 챔버(330)에 인가하여서 우레아 분해 챔버(330)에 우레아 분해용 열원으로서 제공한다.
또한, SCR 시스템(300)은 환경규제가 적용되지 않는 원양에서는 SCR 반응기(310)에 의해 배기가스를 정화 처리하지 않고서 그대로 배출하는데, 이때는 엔진의 터보차저 후단으로부터 배기관(P310)을 통해 인가되는 배기가스를 SCR 반응기(310)에 유입시키지 않고 바이패스관(P320)을 통해 우회하여 대기중으로 배출한다.
상술한 바와 같은 기능을 하여 SCR 반응기(310)의 촉매에 의해 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템(300)은 엔진 구동 정지시에 SCR 반응기(310)에 열에너지를 공급하여 SCR 반응기(310)의 내부를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 가열기(340)에 연료와 공기를 인가하여 가열기(340)에 의해 연료를 연소하여서 생성되는 가열 가스를 우레아 분해 챔버(330)와 혼합기(320)를 통해 SCR 반응기(310)에 인가함으로써 SCR 반응기(310)의 내부를 일정 온도로 유지하는 SCR 반응기 가열 운전을 진행한다.
SCR 시스템(300)은 이와 같이 SCR 반응기 가열 운전을 진행하는 때에, SCR 반응기(310)에서 사용된 가열 가스를 밸브(V314)를 경유하여 배출하되 해당 가열 가스를 블로워(360)에 의해 유입시켜 바이패스관(P320)을 통해 가열기(340) 측으로 순환시킴으로써 SCR 반응기(310)의 가열 운전에 사용한 가열 가스를 가열기(340)에 의해 가열하여 SCR 반응기(310)에 인가케 하여서 가열기(340)의 연료 소모를 감소시킨다.
가열기(340)는 SCR 반응기(310)에 대한 가열 운전시에 연료와 공기를 공급받아서 연료를 연소시켜 생성되는 가열 가스를 우레아 분해 챔버(330)와 혼합기(320)를 경유하여 SCR 반응기(310)에 인가함으로써 SCR 반응기(310)의 내부를 가열하는 열원을 제공한다.
우레아 분해 챔버(330)는 SCR 반응기(310)에 의한 배기가스 정화 처리시에 가열기(340)로부터 공급된 열원에 의해 우레아 수용액을 분해하여 암모니아로 전환하는 역할을 수행하지만, SCR 반응기 가열 운전시에는 가열기(340)로부터 인가되는 가열 가스를 혼합기(320)에 전달하는 통로 역할만을 한다.
또한, 혼합기(320)는 SCR 반응기(310)에 의한 배기가스 정화 처리시에 밸브(V312)를 통해 인가되는 배기가스와 우레아 분해 챔버(330)로부터 인가되는 암모니아를 혼합하는 역할을 수행하지만, SCR 반응기 가열 운전시에는 우레아 분해 챔버(330)로부터 인가되는 가열 가스를 SCR 반응기(310)에 전달하는 통로 역할만을 한다.
제어기(350)는 SCR 시스템(300)의 운전을 제어하는데, SCR 반응기(310)로부터 가열기(340) 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어함과 아울러 블로워(360)의 구동을 제어하여서 반응기 가열 운전을 제어한다.
제어기(350)는 SCR 반응기(310)로부터 가열기(340) 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어하는 경우, SCR 반응기(310)의 가스 출구 측에 설치된 밸브(V314), 바이패스관(P320)에 설치된 밸브(V311) 및, 가열기(340)의 가스 유입구 측에 설치된 밸브(V313)를 개방함과 아울러 혼합기(320)의 가스 유입구 측에 설치된 밸브(V312)를 폐쇄함으로써 SCR 반응기(310)로부터 바이패스관(P320)을 경유하는 가열 가스의 순환 경로를 연결한다.
제어기(350)는 엔진 구동 정지한 상태에서 일정 온도를 유지하도록 SCR 반응기(310)를 가열하기 위한 SCR 반응기 가열 운전시에, 밸브(V311, V313, V314)를 개방함과 아울러 밸브(V312)를 폐쇄하고, 블로워(360)와 가열기(340)를 구동시켜서 SCR 반응기(310)를 가열하는 가열 운전을 진행한다.
제어기(350)는 가열기(340)에 의해 연료를 연소시켜 생성한 가열 가스를 우레아 분해 챔버(330)와 혼합기(320)를 경유하여 SCR 반응기(310)에 유입시킴으로써 해당 가열 가스에 의해 SCR 반응기(310)의 내부를 가열시키며, SCR 반응기(310)를 가열시킴에 사용된 가열 가스는 밸브(314)를 통해 배출된다.
이때, 제어기(350)의 제어에 의해 구동되는 블로워(360)는 SCR 반응기(310)로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관(P320)을 통해 흡입하여 가열기(340) 측으로 순환시키고, 가열기(340)가 해당 순환된 가열 공기를 가열하여 우레아 분해 챔버(330)와 혼합기(320)를 통해 SCR 반응기(310)에 인가함으로써 SCR 반응기(310)의 내부를 가열시키며, SCR 반응기(310)의 내부를 가열시킴에 사용된 가열 가스를 블로워(360)에 의해 바이패스관(P320)을 통해 흡입하여 가열기(340) 측으로 순환시키는 처리를 반복적으로 진행한다.
도 3에 도시하지 않았지만, 가열기(340)에는 온도센서를 구비한다. 가열기(340)는 SCR 반응기(310)로부터 바이패스관(P320)을 통해 순환되어 자체에 유입되는 가열 가스의 온도를 온도센서에 의해 확인하고 설정 온도에 도달하도록 해당 가열 가스를 가열하여 SCR 반응기(310) 측으로 인가함으로써 가열기(340)에서의 연료 소모를 절감한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템(400)은 도 4에 예시된 바와 같이 SCR 반응기(410), 혼합기(420), 우레아 분해 챔버(430), 가열기(440), 제어기(450), 블로워(blower)(460) 및 밸브(V411~V414)를 포함하여 이루어진다.
SCR 시스템(400)은, 도 3의 SCR 시스템(300)에 비하여, 가열기(440)가 SCR 반응기(410)에 의한 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리시에 엔진 터보차저의 전단으로부터 배기가스 바이패스 밸브(Exhaust Gas Bypass valve; EGB)를 경유하여 인가되는 배기가스를 연료를 이용하여 가열시켜 우레아 분해 챔버(430)에 인가하여서 우레아 분해 챔버(430)에 우레아 분해용 열원으로서 제공하고, SCR 반응기의 가열 운전시에 바이패스관(P420)을 통한 가열 가스의 순환 경로를 EGB를 우회하도록 연결하되 가열 가스의 순환을 위한 블로워(460)를 EGB를 우회하는 가열 가스 순환 경로에 설치한다는 점이 상이하다.
SCR 시스템(400)은 SCR 반응기(410)의 촉매에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리는 SCR 시스템(300)과 마찬가지로 진행하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
SCR 시스템(400)은 엔진 구동 정지시에 SCR 반응기(410)에 열에너지를 공급하여 SCR 반응기(410)의 내부를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 가열기(440)에 연료와 공기를 인가하여 가열기(440)에 의해 연료를 연소하여서 생성되는 가열 가스를 우레아 분해 챔버(430)와 혼합기(420)를 통해 SCR 반응기(410)에 인가함으로써 SCR 반응기(410)의 내부를 일정 온도로 유지하는 SCR 반응기 가열 운전을 진행한다.
SCR 시스템(400)은 이와 같이 SCR 반응기 가열 운전을 진행하는 때에, SCR 반응기(410)에서 사용된 가열 가스를 밸브(V414)를 경유하여 배출하되 해당 가열 가스를 블로워(460)에 의해 유입시켜 바이패스관(P420)을 통해 가열기(440) 측으로 순환시킴으로써 SCR 반응기(410)의 가열 운전에 사용한 가열 가스를 가열기(440)에 의해 가열하여 SCR 반응기(410)에 인가케 하여서 가열기(440)의 연료 소모를 감소시킨다.
가열기(440)는 SCR 반응기(410)에 대한 가열 운전시에 연료와 공기를 공급받아서 연료를 연소시켜 생성되는 가열 가스를 우레아 분해 챔버(430)와 혼합기(420)를 경유하여 SCR 반응기(410)에 인가함으로써 SCR 반응기(410)의 내부를 가열하는 열원을 제공한다.
우레아 분해 챔버(430)는 SCR 반응기(410)에 의한 배기가스 정화 처리시에 가열기(440)로부터 공급된 열원에 의해 우레아 수용액을 분해하여 암모니아로 전환하는 역할을 수행하지만, SCR 반응기 가열 운전시에는 가열기(440)로부터 인가되는 가열 가스를 혼합기(420)에 전달하는 통로 역할만을 한다.
또한, 혼합기(420)는 SCR 반응기(410)에 의한 배기가스 정화 처리시에 밸브(V412)를 통해 인가되는 배기가스와 우레아 분해 챔버(430)로부터 인가되는 암모니아를 혼합하는 역할을 수행하지만, SCR 반응기 가열 운전시에는 우레아 분해 챔버(430)로부터 인가되는 가열 가스를 SCR 반응기(410)에 전달하는 통로 역할만을 한다.
제어기(450)는 SCR 시스템(400)의 운전을 제어하는데, SCR 반응기(410)로부터 가열기(440) 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어함과 아울러 블로워(460)의 구동을 제어하여서 반응기 가열 운전을 제어한다.
제어기(450)는 SCR 반응기(410)로부터 가열기(440) 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어하는 경우, SCR 반응기(410)의 가스 출구 측에 설치된 밸브(V414), 바이패스관(P420)에 설치된 밸브(V411) 및, 가열기(440)의 가스 유입구 측에 설치된 밸브(V413)를 개방함과 아울러 혼합기(420)의 가스 유입구 측에 설치된 밸브(V412)를 폐쇄함으로써 SCR 반응기(410)로부터 바이패스관(P420)을 경유하는 가열 가스의 순환 경로를 연결한다.
제어기(450)는 엔진 구동 정지한 상태에서 일정 온도를 유지하도록 SCR 반응기(410)를 가열하기 위한 SCR 반응기 가열 운전시에, 밸브(V411, V413, V414)를 개방함과 아울러 밸브(V412)를 폐쇄하고, 블로워(460)와 가열기(440)를 구동시켜서 SCR 반응기(410)를 가열하는 가열 운전을 진행한다.
제어기(450)는 가열기(440)에 의해 연료를 연소시켜 생성한 가열 가스를 우레아 분해 챔버(430)와 혼합기(420)를 경유하여 SCR 반응기(410)에 유입시킴으로써 해당 가열 가스에 의해 SCR 반응기(410)의 내부를 가열시키며, SCR 반응기(410)를 가열시킴에 사용된 가열 가스는 밸브(V414)를 통해 배출된다.
이때, 제어기(450)의 제어에 의해 구동되는 EGB 우회 경로에 설치된 블로워(460)는 SCR 반응기(410)로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관(P420)을 통해 흡입하여 가열기(440) 측으로 순환시키고, 가열기(440)가 해당 순환된 가열 공기를 가열하여 우레아 분해 챔버(430)와 혼합기(420)를 통해 SCR 반응기(410)에 인가함으로써 SCR 반응기(410)의 내부를 가열시키며, SCR 반응기(410)의 내부를 가열시킴에 사용된 가열 가스를 블로워(460)에 의해 바이패스관(P420)을 통해 흡입하여 가열기(440) 측으로 순환시키는 처리를 반복적으로 진행한다.
아울러 도 4에 도시하지 않았지만, 가열기(440)에는 온도센서를 구비한다. 가열기(440)는 SCR 반응기(410)로부터 바이패스관(P420)을 통해 EGB를 우회하는 경로를 경유하여 순환되어 자체에 유입되는 가열 가스의 온도를 온도센서에 의해 확인하고 설정 온도에 도달하도록 해당 가열 가스를 가열하여 SCR 반응기(410) 측으로 인가함으로써 가열기(440)에서의 연료 소모를 절감한다.
이상과 같이, 본 발명은 엔진을 구동 정지한 상태에서 가열기에 의해 가열된 가스를 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 별도의 배관을 추가로 설치함이 없이 기존의 배기가스 배관을 변경하지 않고서도 SCR 반응기의 가열에 사용된 가열 가스를 재순환하여 연료를 절감함으로써 SCR 반응기의 가열 운전을 경제성 있게 진행할 수 있다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것으로 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 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 배기가스 정화 처리를 수행하는 SCR 시스템에 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 엔진을 구동하지 않는 상태에서 가열기에 의해 가열된 가스를 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 SCR 반응기에 대한 가열 운전을 진행하는 경우에, 별도의 배관을 추가로 설치하지 않고서도 SCR 반응기의 가열에 사용된 가열 가스를 재순환하여 연료를 절감함으로써 SCR 반응기의 가열 운전을 경제성 있게 진행하게 된다.
300, 400; SCR 시스템
310, 410; SCR 반응기
320, 420; 혼합기
330, 430; 우레아 분해 챔버
340, 440; 가열기
350, 450; 제어기
V311~V314, V411~V414: 밸브
P310, P410; 배기관
P320. P420; 바이패스관

Claims (5)

  1. 엔진 구동 정지 상태에서 SCR 반응기를 일정 온도로 유지하기 위한 반응기 가열 운전을 진행하는 경우에 연료 연소에 의해 가열 가스를 생성하여 SCR 반응기에 열원으로서 제공하는 가열기와;
    상기 SCR 반응기의 내부를 가열하고서 SCR 반응기로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관을 통해 상기 가열기에 유입하여 순환시키는 블로워와;
    상기 SCR 반응기로부터 가열기 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어함과 아울러 상기 블로워의 구동을 제어하여서 상기 반응기 가열 운전을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 SCR 반응기로부터 가열기 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로의 연결을 제어하는 경우, SCR 반응기의 가스 출구 측에 설치된 제1밸브, 상기 바이패스관에 설치된 제2밸브 및, 가열기 가스 유입구 측에 설치된 제3 밸브를 개방함과 아울러 혼합기의 가스 유입구 측에 설치된 제4밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열기는 가열 가스의 온도를 검출하기 위한 온도센서를 구비하고,
    상기 순환 경로를 통해 자체에 유입되는 가열 가스의 온도를 온도센서에 의해 확인하고 설정 온도에 도달하도록 유입된 가열 가스를 가열하여 상기 SCR 반응기 측으로 인가하는 것을 특징으로 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 블로워는 엔진 터보차저의 후단에 설치하되 상기 SCR 반응기로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관을 통해 흡입하여 상기 가열기에 순환시키도록 설치한 것을 특징으로 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블로워는 SCR 반응기로부터 가열기 측으로의 가열 가스 순환을 위한 순환 경로에 설치하되 상기 SCR 반응기로부터 배출되는 가열 가스를 바이패스관을 통해 흡입하여 EGB(Exhaust Gas Bypass valve)를 우회하여 가열기에 순환시키도록 설치한 것을 특징으로 하는 반응기 가열 운전시 에너지 절감을 위한 SCR 시스템.
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