KR102227207B1 - Scr 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 리시버에서 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열할 수 있도록 하는 SCR 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엔진에서 배출되는 배기가스를 받아 T/C(Turbo Charger)로 공급하는 배기가스 리시버; 상기 T/C를 거쳐 나오는 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; 상기 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 상기 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 상기 SCR 반응기로 유도하는 EGB(Exhaust Gas Bypass) 라인; 상기 EGB 라인을 통해 상기 배기가스 리시버에서 상기 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열하는 가열 장치; 및 상기 가열 장치에 의해 가열되어 상기 SCR 반응기로 공급되는 배기가스에 우레아를 분사하는 우레아 분사 장치;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 배기가스 리시버에서 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열 장치를 이용하여 가열함으로써, SCR 시스템에서 요구되는 온도 조건을 만족시킬 수 있게 되고, 배기가스 리시버의 배기가스를 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 하는 EGB 라인에 우레아 분사 노즐을 설치하여, 별도의 우레아 분해 챔버 없이 우레아 분해를 수행토록 함으로써, 구조를 단순화할 수 있게 된다.

Description

SCR 시스템{SCR SYSTEM}

본 발명은 SCR 시스템에 관한 것으로서, 특히 배기가스 리시버에서 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열할 수 있도록 하는 SCR 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 보조 동력 시스템인 보조엔진이 설치되어 운영되고 있다.

이러한 선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와 질소 산화물인 NOx, 황산화물인 SOx 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.

따라서 엔진의 배기 라인에는 매연 여과 장치(DPF:Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매 환원 장치(SCR:Selective Catalytic Reduction), 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.

이 중에서 SCR 시스템은 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 촉매(Catalyst) 층에서 암모니아(NH3), 우레아(Urea) 등의 환원제와의 화학적 반응을 통해 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시키는 장치이다.

여기서 SCR 촉매(Catalyst)는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, 배기 라인에 설치된 SCR 반응기 내에 한 개 또는 두 개가 연속 설치되어 배기가스 내의 유해 성분을 제거하게 된다.

기존의 대형엔진용 SCR 시스템은 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4) 생성 방지, 분해 및 NOx 제거를 위하여 연료 중 황 함량에 따라 250℃ 이상의 고온이 필요함에 따라 엔진 튜닝을 통해 배기가스 온도를 높이거나, 배기가스 온도가 250~500℃인 엔진 T/C(Turbo Charger) 전단에 설치된다.

이와 같이 SCR 시스템이 T/C 전단에 설치되는 경우 SCR 시스템으로 유입되는 배기가스의 압력이 높기 때문에 고압 SCR 시스템이라 불린다.

그러나 SCR 시스템을 T/C 전단에 설치하게 되면, 협소한 엔진룸으로 인하여 SCR 시스템의 배치에 어려움이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 배기가스 온도가 150~300℃이며, 압력은 대기압 수준인 T/C 후단에 SCR 시스템을 설치할 수 있다.

SCR 시스템을 T/C 후단에 설치하게 되면, 엔진룸 외부에 SCR 시스템을 설치할 수 있게 됨에 따라 SCR 시스템을 공간 제약 없이 자유로이 배치할 수 있게 된다.

그러나 SCR 시스템을 T/C 후단에 설치하게 되면, 배기가스의 낮은 온도로 인하여 NOx 제거 성능의 확보가 어렵고, ABS 분해 제거 및 안정적인 환원제 분해 공급 등에 문제가 발생한다.

즉 SCR 시스템이 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 제거할 때 생성되는 ABS는 특정 온도(예를 들어, 340도) 이상에서는 기체 상태가 되지만, 특정 온도 이하에서는 액체 상태가 되어 SCR 촉매에 달라붙게 되면서, SCR 촉매 표면의 활성점을 덮어버려 SCR 촉매의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

그리고 SCR 시스템이 T/C 후단에 설치되는 경우에는 SCR 시스템으로 유입되는 배기가스의 온도가 250℃로 낮아 엔진을 튜닝하여 배기가스 온도를 280~350℃로 올리거나, 환원제인 우레아 수용액 분해에 더 많은 시간이 소요되므로 기존 대비 더 큰 우레아 분해 챔버를 필요로 하게 되는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 제10-2014-0001633호(공개일 2014.01.07.)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배기가스 리시버에서 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열 장치를 이용하여 가열함으로써, SCR 시스템에서 요구되는 온도 조건을 만족시킬 수 있도록 하는 SCR 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 배기가스 리시버의 배기가스를 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 하는 EGB 라인에 우레아 분사 노즐을 설치하여, 별도의 우레아 분해 챔버 없이 우레아 분해를 수행할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가열 장치에 의해 추가되는 열의 압력을 고려하여 가열 장치와 연결되는 EGB 라인을 대경으로 형성하여, 시스템 전체의 압력을 최적화할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대경으로 형성된 EGB 라인에 복수의 분기관을 형성하고, 분기관마다 우레아 분사 노즐을 형성하여, 우레아 분해에 필요한 거리를 확보할 수 있도록 함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템은, 엔진에서 배출되는 배기가스를 받아 T/C(Turbo Charger)로 공급하는 배기가스 리시버; 상기 T/C를 거쳐 나오는 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; 상기 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 상기 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 상기 SCR 반응기로 유도하는 EGB(Exhaust Gas Bypass) 라인; 상기 EGB 라인을 통해 상기 배기가스 리시버에서 상기 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열하는 가열 장치; 및 상기 가열 장치에 의해 가열되어 상기 SCR 반응기로 공급되는 배기가스에 우레아를 분사하는 우레아 분사 장치;를 포함하여 이루어지며, 상기 우레아 분사 장치는, 상기 EGB 라인에 설치되어, 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 우레아 수용액을 분사함으로써, 해당 우레아 수용액이 별도의 우레아 분해 챔버 없이, 우레아 분해를 수행토록 하는 우레아 분사 노즐을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 가열 장치에 의해 가열된 배기가스가 지나는 EGB 라인은, 상기 가열 장치에 의해 가열되기 전의 배기가스가 지나는 EGB 라인보다 대경으로 형성됨으로써, 상기 가열 장치에 의해 추가되는 열과 압축 공기에 의해, 상기 가열 장치 후단의 압력이 높아지는 것을 방지한다. 또한, 상기 대경으로 형성된 EGB 라인의 상류측에서 EGB 라인 자체를 복수의 분기관으로 분기하고, 하류측에서 상기 분기된 분기관이 다시 하나로 합쳐지도록 형성함으로써, 우레아 분해에 필요한 거리가 확보될 수 있도록 한다.

본 발명의 SCR 시스템에 따르면, 배기가스 리시버에서 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열 장치를 이용하여 가열함으로써, SCR 시스템에서 요구되는 온도 조건을 만족시킬 수 있게 된다.

또한 배기가스 리시버의 배기가스를 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기로 바이패스 하는 EGB 라인에 우레아 분사 노즐을 설치하여, 별도의 우레아 분해 챔버 없이 우레아 분해를 수행토록 함으로써, 구조를 단순화할 수 있게 된다.

또한 가열 장치에 의해 추가되는 열의 압력을 고려하여 가열 장치와 연결되는 EGB 라인을 대경으로 형성하여, 시스템 전체의 압력을 최적화할 수 있게 된다.

또한 대경으로 형성된 EGB 라인에 복수의 분기관을 형성하고, 분기관마다 우레아 분사 노즐을 형성하여, 우레아 분해에 필요한 거리를 확보할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGB 라인을 예시적으로 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 EGB 라인을 예시적으로 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 EGB 라인을 예시적으로 보인 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SCR 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.

도 1에서 배기가스 리시버(15)는 엔진(10)에서 배출되는 배기가스를 받아 T/C(Turbo Charger)(20)로 공급한다.

SCR 반응기(25)는 T/C(20)를 거쳐 나오는 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된다.

제1배기가스 라인(30)은 T/C(20)에서 배출되는 배기가스를 SCR 반응기(25)로 유도한다.

제1배기 밸브(35)는 제1배기가스 라인(30)에 설치되며, 제어부(미도시)의 제어 하에 SCR 반응기(25) 운전시에는 개방되고, SCR 반응기(25) 비운전시에는 폐쇄된다.

제2배기가스 라인(40)은 SCR 반응기(25) 후단에 설치되어 배기가스를 배출한다.

제2배기 밸브(45)는 제2배기가스 라인(40)에 설치되며, 제어부(미도시)의 제어 하에 SCR 반응기(25) 운전시에는 개방되고, SCR 반응기(25) 비운전시에는 폐쇄된다.

바이패스 라인(50)은 T/C(20)에서 배출되는 배기가스를 SCR 반응기(25)를 거치지 않고 바이패스시켜 배출시킨다.

바이패스 밸브(55)는 바이패스 라인(50)에 설치되며, 제어부(미도시)의 제어 하에 SCR 반응기(25) 운전시에는 폐쇄되고, SCR 반응기(25) 비운전시에는 개방된다.

EGB(Exhaust Gas Bypass) 라인(60)은 배기가스 리시버(15)의 배기가스 일부를 T/C(20)를 거치지 않고 바이패스시켜 SCR 반응기(25) 측으로 유도한다.

EGB 밸브(70)는 EGB 라인(60)에 설치되며, 제어부(미도시)의 제어 하에 SCR 반응기(25) 운전시에는 개방되고, SCR 반응기(25) 비운전시에는 폐쇄된다.

가열 장치(75)는 EGB 라인(60)을 통해 배기가스 리시버(15)에서 T/C(20)를 거치지 않고 SCR 반응기(25) 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열하여 SCR 반응기(25)로 공급한다.

전술한 가열 장치(75)는 압축 공기 공급기(미도시)로부터 공급받은 압축 공기를 가열하고, 가열된 압축 공기를 EGB 라인(60)에 주입하여 EGB 라인(60)을 통해 SCR 반응기(25)로 공급되는 배기가스를 가열시킨다.

이와 같이 가열 장치(75)를 통해 배기가스 리시버(15)에서 T/C(20)를 거치지 않고 SCR 반응기(25) 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열하여 SCR 반응기(25)로 공급하므로, SCR 반응기(25) 내부의 온도를 SCR 촉매의 반응 온도 이상의 고온 상태로 유지할 수 있게 된다.

우레아 분사 장치(80)는 가열 장치(75)에 의해 가열되어 SCR 반응기(25)로 공급되는 배기가스에 우레아를 분사한다.

전술한 우레아 분사 장치(80)는 EGB 라인(60)에 설치되어, 우레아 수용액을 SCR 반응기(25)로 유입되는 배기가스에 분사하는 우레아 분사 노즐(85)을 포함하여 이루어진다.

도 1에 도시하는 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 우레아 분사 노즐(85)을 EGB 라인(60)에 설치하여, 별도의 우레아 분해 챔버 없이 우레아 분해를 수행토록 함으로써, 구조를 단순화할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGB 라인을 예시적으로 보인 도면으로, 본 발명의 실시예에서는 가열 장치(75)에 의해 가열된 배기가스가 지나는 EGB 라인(65)을, 가열 장치(75)에 의해 가열되기 전의 배기가스가 지나는 EGB 라인(61)보다 대경으로 형성한다.

이와 같이 가열 장치(75) 후단의 EGB 라인(65)을 가열 장치(75) 전단의 EGB 라인(61)보다 큰 대경으로 형성하는 이유는, 가열 장치(75)에 의해 추가되는 열과 압축 공기에 의해 가열 장치(75) 후단의 압력이 높아지는 것을 방지하기 위함이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 EGB 라인을 예시적으로 보인 도면으로, 우레아 분사 노즐(85)이 설치되기도 하는 가열 장치(75) 후단의 EGB 라인(65)을 도 2에 도시하는 바와 같이 가열 장치(75) 전단의 EGB 라인(61)보다 대경으로 형성하게 되면, 우레아 분사 노즐(85)의 스팩 제한으로 인해 우레아 분해를 위한 길이를 길게 형성해야 한다.

이에 따라 본 발명의 다른 실시예에서는 대경으로 형성된 EGB 라인(65)의 상류측에서 EGB 라인(65) 자체를 복수의 분기관(67)으로 분기하고, 하류측에서 분기된 분기관(67)이 다시 하나로 합쳐지도록 형성하여 우레아 분해에 필요한 거리를 확보할 수 있도록 한다.

또한 도 4에 도시하는 바와 같이 각각의 분기관(67)마다 우레아 분사 노즐(85)을 형성하여 우레아를 분사할 수도 있다.

본 발명의 SCR 시스템은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

10. 엔진, 15. 배기가스 리시버,
20. T/C, 25. SCR 반응기,
30. 제1배기가스 라인, 35. 제1배기 밸브,
40. 제2배기가스 라인, 45. 제2배기 밸브,
50. 바이패스 라인, 55. 바이패스 밸브,
60, 61, 65. EGB 라인, 67. 분기관,
70. EGB 밸브, 75. 가열 장치,
80. 우레아 분사 장치, 85. 우레아 분사 노즐

Claims (4)

1. 엔진에서 배출되는 배기가스를 받아 T/C(Turbo Charger)로 공급하는 배기가스 리시버;
   상기 T/C를 거쳐 나오는 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기;
   상기 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 상기 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 상기 SCR 반응기로 유도하는 EGB(Exhaust Gas Bypass) 라인;
   상기 EGB 라인을 통해 상기 배기가스 리시버에서 상기 SCR 반응기로 바이패스 되는 배기가스를 가열하는 가열 장치; 및
   상기 가열 장치에 의해 가열되어 상기 SCR 반응기로 공급되는 배기가스에 우레아를 분사하는 우레아 분사 장치;를 포함하며,
   상기 우레아 분사 장치는, 상기 EGB 라인에 설치되어, 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 우레아 수용액을 분사함으로써, 해당 우레아 수용액이 별도의 우레아 분해 챔버 없이, 우레아 분해를 수행토록 하는 우레아 분사 노즐을 포함하고,
   상기 가열 장치에 의해 가열된 배기가스가 지나는 EGB 라인은, 상기 가열 장치에 의해 가열되기 전의 배기가스가 지나는 EGB 라인보다 대경으로 형성됨으로써, 상기 가열 장치에 의해 추가되는 열과 압축 공기에 의해, 상기 가열 장치 후단의 압력이 높아지는 것을 방지하며,
   상기 대경으로 형성된 EGB 라인의 상류측에서 EGB 라인 자체를 복수의 분기관으로 분기하고, 하류측에서 상기 분기된 분기관이 다시 하나로 합쳐지도록 형성함으로써, 우레아 분해에 필요한 거리가 확보될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 각각의 분기관마다 우레아 분사 노즐을 형성하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.

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