KR102344323B1 - System for reducing fine dust and operation method for the same - Google Patents

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Abstract

내연기관의 미세먼지 저감 시스템으로 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 환원제를 각각 주입하기 위한 환원제 라인; 상기 배기가스에 산화제를 주입하기 위한 산화제 라인; 상기 환원제 라인과 상기 산화제 라인 각각에 구비되어 배기가스 내로의 유량을 제어하기 위한 밸브; 및 상기 밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 내연기관의 운전 조건에 따라 상기 환원제 라인과 산화제 라인의 밸브를 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템이 제공된다. a reducing agent line for respectively injecting a reducing agent into the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the fine dust reduction system of the internal combustion engine; an oxidizing agent line for injecting an oxidizing agent into the exhaust gas; a valve provided in each of the reducing agent line and the oxidizing agent line to control the flow rate into the exhaust gas; and a control unit for controlling the valve, wherein the control unit independently controls the valves of the reducing agent line and the oxidizing agent line according to operating conditions of the internal combustion engine.

Description

미세먼지 저감 시스템 및 그 운전방법{System for reducing fine dust and operation method for the same}Fine dust reduction system and its operation method {System for reducing fine dust and operation method for the same}

본 발명은 미세먼지 저감 시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 NO 산화제와 환원제를 운전조건에 따라 선택적으로 동시 또는 단독으로 주입하여 내연기관의 기동/정지와 정상운전시 달리 발생하는 미세먼지와 NOx를 보다 효과적으로 제거하는, 미세먼지 저감 시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다. The present invention relates to a fine dust reduction system and an operating method thereof, and more particularly, by selectively injecting a NO oxidizing agent and a reducing agent depending on operating conditions simultaneously or alone, fine particles that are different from starting/stopping and normal operation of an internal combustion engine. It relates to a fine dust reduction system that more effectively removes dust and NOx, and a method for operating the same.

질소산화물 (NOX)은 주로 화석 연료의 연소 시에 생성되며, 배나 자동차와 같은 이동원이나 발전소 또는 소각로와 같은 고정원으로부터 발생된다. 이러한 질소 산화물은 산성비와 스모그의 형성에 의하여 대기를 오염시키는 주범의 하나로 지목되고 있으며, 최근 대기 환경 오염에 대한 규제가 날로 엄격해지고 이에 대응하여 질소 산화물과 같은 질소 화합물을 환원제를 사용하여 줄이려는 연구가 많이 이루어지고 있다.Nitrogen oxides (NOX) are mainly produced during the combustion of fossil fuels, from mobile sources such as ships and automobiles, or from stationary sources such as power plants or incinerators. These nitrogen oxides are pointed out as one of the main culprits for polluting the air by acid rain and the formation of smog. is being done a lot.

그 중에 고정원으로부터 배출되는 질소 화합물을 제거하는 방법으로는 암모니아 등을 환원제로 하고, 이산화 티타늄(타이타니아, TiO2) 담체 및 바나듐 옥사이드 (V2O5)를 활성 촉매 성분으로 사용하는 이산화질소 전환촉매가 널리 사용되고 있다.Among them, a nitrogen dioxide conversion catalyst using ammonia as a reducing agent and titanium dioxide (titania, TiO2) carrier and vanadium oxide (V2O5) as an active catalyst component is widely used as a method of removing nitrogen compounds discharged from a fixed source. .

암모니아를 환원제로 하는 타이타니아 (Titania, 이하 '이산화 티타늄'과 혼용)계 이산화질소 전환촉매의 경우, 400 ℃ 이상에서 탈질 효율이 우수하므로, 촉매를 배기 가스의 온도가 400 ℃ 이상인 곳에 설치하거나, 400 ℃이하의 저온에서 촉매를 사용하고자 하는 경우에는 배기 가스의 온도를 인위적으로 높여주는 방법을 사용한다. In the case of a titania (hereinafter mixed with 'titanium dioxide')-based nitrogen dioxide conversion catalyst using ammonia as a reducing agent, the denitration efficiency is excellent at 400 ° C or higher, so the catalyst must be installed in a place where the exhaust gas temperature is 400 ° C or higher, or 400 ° C. In the case of using the catalyst at a low temperature below, a method of artificially increasing the temperature of the exhaust gas is used.

일반적으로 발전용 디젤엔진의 경우 잦은 기동/ 정지 시 NO2와 입자상 물질(PM, soot)이 질소산화물에 비하여 과량 발생하며, 정상동작시에는 질소산화물이 입자상 물질보다 과량 발생한다. In general, in the case of a diesel engine for power generation, during frequent start/stop, NO2 and particulate matter (PM, soot) are generated in excess compared to nitrogen oxide, and during normal operation, nitrogen oxide is generated in excess of particulate matter.

이러한 미세먼지와 질소산화물을 동시에 저감하는 기술로 대한민국 공개특허 2017-0034691호는 내연발전기의 대기오염물질 동시처리기술을 개시하고 있다. As a technology for simultaneously reducing fine dust and nitrogen oxides, Korean Patent Laid-Open No. 2017-0034691 discloses a technology for simultaneous treatment of air pollutants of an internal combustion generator.

본 선행기술에서는 필터에 선택적 촉매환원(SCR) 촉매를 적용하여 최소 크기로 미세먼지와 질소산화물을 동시에 처리하는 시스템이 개시되었다. In this prior art, a system for simultaneously treating fine dust and nitrogen oxides with a minimum size by applying a selective catalytic reduction (SCR) catalyst to a filter has been disclosed.

하지만, 종래 어떠한 기술도 디젤엔진의 가동/정지시 나오는 배기가스와 정상운전시 나오는 배기가스의 성분이 상이한 점을 인식하지 못하였으며, 따라서, 이에 맞는 최적의 시스템과 운전방법을 개시하고 있지 못하는 상황이다.However, none of the prior art has recognized that the composition of the exhaust gas emitted during operation/stop of the diesel engine is different from that of the exhaust gas emitted during normal operation, and therefore, it is not possible to disclose an optimal system and operation method suitable for this. to be.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내연기관의 운전조건에 따라 선택적으로 운전방법을 달리하여 입자상물질과 질소산화물을 효과적을 제거할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a system and method capable of effectively removing particulate matter and nitrogen oxides by selectively changing an operating method according to operating conditions of an internal combustion engine.

상기 과제를 해결하기 위하여,본 발명은 내연기관의 미세먼지 저감 시스템으로, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 환원제를 각각 주입하기 위한 환원제 라인; 상기 배기가스에 산화제를 주입하기 위한 산화제 라인; 상기 환원제 라인과 상기 산화제 라인 각각에 구비되어 배기가스 내로의 유량을 제어하기 위한 밸브; 및 상기 밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 내연기관의 운전 조건에 따라 상기 환원제 라인과 산화제 라인의 밸브를 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a fine dust reduction system for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent line for respectively injecting a reducing agent into the exhaust gas discharged from the internal combustion engine; an oxidizing agent line for injecting an oxidizing agent into the exhaust gas; a valve provided in each of the reducing agent line and the oxidizing agent line to control the flow rate into the exhaust gas; and a controller for controlling the valve, wherein the controller independently controls the valves of the reducing agent line and the oxidizing agent line according to operating conditions of the internal combustion engine.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 내연기관의 동작 개시 후 기설정된 조건을 만족할때 까지 환원제와 산화제 밸브를 동시에 개방하여 산화제 및 환원제를 배기가스 내로 주입하며, 상기 기설정된 조건은, 시간 또는 내연기관의 온도이다.In one embodiment of the present invention, the control unit injects the oxidizing agent and the reducing agent into the exhaust gas by simultaneously opening the reducing agent and the oxidizing agent valve until a preset condition is satisfied after the operation of the internal combustion engine is started, and the preset condition is, time or is the temperature of the internal combustion engine.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 기설정된 조건을 만족하는 경우, 상기 제어부는 상기 산화제 밸브만을페쇄하여 산화제를 배기가스로 주입하지 않고, 환원제만을 배기가스로 주입한다. In one embodiment of the present invention, when the preset condition is satisfied, the control unit closes only the oxidizer valve to inject only the reducing agent into the exhaust gas without injecting the oxidizing agent into the exhaust gas.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 미세먼지 저감 시스템은, 내연기관의 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 선택적 촉매 환원(SCR)용 촉매가 구비된 디젤정제필터(DPF)부;상기 디젤정제필터(DPF)부에 연결되며 상기 디젤정제필터(DPF)부 내로 선택적 촉매 환원을 위한 환원제를 주입하기 위한 환원제 라인; 상기 디젤정제필터(DPF)부에 연결되며 상기 디젤정제필터(DPF)부 내로 산화제를 주입하기 위한 산화제 라인; 상기 환원제 라인과 상기 산화제 라인 각각에 구비되어 디젤정제필터(DPF)부 내로의 유량을 제어하기 위한 밸브; 및 상기 밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 내연기관의 운전 조건에 따라 상기 환원제 라인과 산화제 라인의 밸브를 독립적으로 제어한다. In an embodiment of the present invention, the fine dust reduction system includes: a diesel purification filter (DPF) unit equipped with a catalyst for selective catalytic reduction (SCR) for removing nitrogen oxides from exhaust gas of an internal combustion engine; the diesel purification filter a reducing agent line connected to the (DPF) part and injecting a reducing agent for selective catalytic reduction into the diesel purification filter (DPF) part; an oxidizing agent line connected to the diesel purification filter (DPF) part and injecting an oxidizing agent into the diesel purification filter (DPF) part; a valve provided in each of the reducing agent line and the oxidizing agent line to control the flow rate into the diesel purification filter (DPF) unit; and a control unit for controlling the valve, wherein the control unit independently controls the valves of the reducing agent line and the oxidizing agent line according to operating conditions of the internal combustion engine.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 미세먼지 저감 시스템은, 디젤엔진을 포함하는 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 라인에 산화제를 주입하기 위한 산화제 주립라인; 상기 산화제가 주입된 배기가스를 필터링하기 위하여 상기 배기가스 라인에 연결된 디젤정제필터부(DPF);상기 디젤정제필터부(DPF)로부터의 배출되는 배기가스에 환원제를 주입하기 위한 환원제주입라인; 상기 환원제주입라인 후단에 연결되어 상기 환원제가 주입된 배기가스를 선택적 촉매 환원 방식으로 질소 산화물을 저감하기 위한 선택적 촉매환원반응부; 및 상기 환원제 라인과 상기 산화제 라인 각각에 구비되어 디젤정제필터(DPF)부 내로의 유량을 제어하기 위한 밸브; 및 상기 밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 내연기관의 운전 조건에 따라 상기 환원제 라인과 산화제 라인의 밸브를 독립적으로 제어한다. In an embodiment of the present invention, the fine dust reduction system includes: an oxidizer main line for injecting an oxidizer into an exhaust gas line discharged from an internal combustion engine including a diesel engine; a diesel purification filter unit (DPF) connected to the exhaust gas line to filter the exhaust gas into which the oxidizer is injected; a reducing agent injection line for injecting a reducing agent into the exhaust gas discharged from the diesel purification filter unit (DPF); a selective catalytic reduction reaction unit connected to the rear end of the reducing agent injection line to reduce nitrogen oxides in a selective catalytic reduction method for the exhaust gas into which the reducing agent is injected; and a valve provided in each of the reducing agent line and the oxidizing agent line to control the flow rate into the diesel purification filter (DPF) unit. and a control unit for controlling the valve, wherein the control unit independently controls the valves of the reducing agent line and the oxidizing agent line according to operating conditions of the internal combustion engine.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 환원제는 암모니아 또는 우레아이며, 상기 산화제는 이산화질소를 생성시킬 수 있는 물질이다. In an embodiment of the present invention, the reducing agent is ammonia or urea, and the oxidizing agent is a material capable of generating nitrogen dioxide.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 환원제는 우레아로부터 암모니아이며, 상기 산화제는 상기 암모니아로부터 생성된 이산화질소이다. In one embodiment of the present invention, the reducing agent is ammonia from urea, and the oxidizing agent is nitrogen dioxide produced from the ammonia.

본 발명은 또한 미세먼지 저감 시스템의 운전방법으로, 내연기관 동작 후 기설정된 조건을 만족할 때 까지 산화제 및 환원제를 상기 내연기관으로부터 발생하는 배기가스에 동시에 주입하는 단계; 기설정된 조건을 만족하는 경우 상기 배기가스에 환원제만을 주입하는 단계를 포함하며, 상기 기설정된 조건은 시간 또는 온도이며, 상기 산화제는 이산화질소, 환원제는 우레아 또는 암모니아인 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템의 운전방법을 제공한다. The present invention also provides a method of operating a fine dust reduction system, comprising: simultaneously injecting an oxidizing agent and a reducing agent into exhaust gas generated from the internal combustion engine until a preset condition is satisfied after operation of the internal combustion engine; and injecting only a reducing agent into the exhaust gas when a preset condition is satisfied, wherein the preset condition is time or temperature, the oxidizing agent is nitrogen dioxide, and the reducing agent is urea or ammonia It provides a driving method.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 환원제는 우레아로부터 분해된 암모니아이며, 상기 산화제는 상기 암모니아로부터 분해된 이산화질소이며, 상기 우레아로부터 상기 암모니아 및 상기 이산회질소가 연속적으로 생성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the reducing agent is ammonia decomposed from urea, the oxidizing agent is nitrogen dioxide decomposed from the ammonia, the ammonia and the nitrogen dioxide may be continuously produced from the urea.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 이산화질소와 암모니아의 몰비는 0.8 내지 1.2로 상기 배기가스에 주입된다.In an embodiment of the present invention, the molar ratio of nitrogen dioxide and ammonia is 0.8 to 1.2 and is injected into the exhaust gas.

본 발명에 따르면, 기동/정지시에는 PM 제거를 위한 산화제가 SCR 환원제와 함께 SCR 촉매가 담지된 디젤 정제 필터(DPF)에 주입되어 PM의 주성분인 탄소를 보다 효과적으로 산화시킨다. 이후 정상운전이라 판단되는 경우에는 산화제 주입을 정지하고 SCR 환원제만을 SCR 반응이 이루어지는 DPF에 주입하여 질소산화물을 제거한다. 따라서, 운전조건에 맞게 과량으로 나오는 배기가스에 대응하여 미세먼지와 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있다. According to the present invention, during start/stop, an oxidizing agent for PM removal is injected into a diesel refinery filter (DPF) on which an SCR catalyst is supported together with an SCR reducing agent to more effectively oxidize carbon, which is a main component of PM. After that, when it is determined that the operation is normal, the injection of the oxidizing agent is stopped and only the SCR reducing agent is injected into the DPF where the SCR reaction takes place to remove nitrogen oxides. Accordingly, it is possible to effectively remove fine dust and nitrogen oxides in response to exhaust gas that is excessively emitted according to operating conditions.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤엔진을 포함하는 내연기관의 미세먼지 저감 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미세먼지 저감 시스템의 모식도이다.
도 3 및 4는 기설정된 조건이 온도인 경우인 경우의 운전방법을 도 1에 기초하여 설명하는 도면이다. 1 is a schematic diagram of a fine dust reduction system of an internal combustion engine including a diesel engine according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a fine dust reduction system according to another embodiment of the present invention.
3 and 4 are diagrams for explaining an operation method based on FIG. 1 when a preset condition is a temperature.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art It is provided for complete information. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but other components may be interposed between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 디젤엔진과 같은 내연기관의 동작 개시후 일정조건(온도 또는 시간)을 만족하기 전까지 산화제와 환원제를 동시에 배기가스로 주입하고, 일정조건을 만족한 후에는 입자상 물질을 산화시키기 위한 산화제보다는 질소산화물을 제거하기 위한 선택적 촉매 환원 반응을 위한 환원제만을 공급한다. 이것은 디젤엔진과 같은 내연기관의 초기 운전 조건에 따라 초기에는 큰 입자상 물질이 많이 생성되나, 운전 안정화 후에는 입자상 물질보다는 디젤연소에 따른 질소산화물이 과량 생성되는 소형 발전 엔진의 특성에 기초한, 미세먼지 공급원, 즉, 입자상 물질과 질소산화물을 동시에 효과적으로 제거하기 위한 것이다. In order to solve the above problem, the present invention injects an oxidizing agent and a reducing agent into the exhaust gas at the same time until a predetermined condition (temperature or time) is satisfied after the operation of an internal combustion engine such as a diesel engine is started, and after the predetermined condition is satisfied Rather than an oxidizing agent for oxidizing particulate matter, only a reducing agent for the selective catalytic reduction reaction for removing nitrogen oxides is supplied. This is based on the characteristics of small power generation engines, in which a large amount of large particulate matter is initially generated according to the initial operating conditions of an internal combustion engine such as a diesel engine, but nitrogen oxides due to diesel combustion rather than particulate matter are generated after stabilization of operation. It is for effectively removing the source, ie, particulate matter and nitrogen oxides simultaneously.

본 발명에서는 2가지의 실시예를 제거하는 데, 어떠한 방식이라도 배기가스 내로 산화제, 환원제를 독립적으로 공급하고, 이를 제어하는 점에서는 동일하며, 본 발명의 권리범위는 이에 기초하여 해석된다. In the present invention, to eliminate the two embodiments, the oxidizing agent and the reducing agent are independently supplied into the exhaust gas in any way, and they are the same in terms of controlling them, and the scope of the present invention is interpreted based on this.

본 발명에 따른 시스템과 운전방법은, 디젤엔진과 같은 내연기관을 위한 디정제필터(DPF)부를 사용되는 탈질시스템 뿐만 아니라 통상의 선택적 촉매 환원 시스템에도 적용될 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다. The system and operation method according to the present invention can be applied not only to a denitration system using a de-purification filter (DPF) part for an internal combustion engine such as a diesel engine, but also to a conventional selective catalytic reduction system, all of which fall within the scope of the present invention. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 미세먼지 저감 시스템의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a system for reducing fine dust of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 저감 시스템은, 내연기관의 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 선택적 촉매 환원(SCR)용 촉매(310)가 구비된 디젤정제필터(DPF)부(300)를 포함한다. 하지만, 본 발명은 이러한 디젤전제필터를 사용하지 않고 환원제를 사용하는 통상의 선택적 촉매 환원 시스템에도 적용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. Referring to FIG. 1 , the fine dust reduction system according to an embodiment of the present invention includes a diesel purification filter equipped with a catalyst 310 for selective catalytic reduction (SCR) for removing nitrogen oxides from exhaust gas of an internal combustion engine ( DPF) unit 300 is included. However, the present invention can also be applied to a conventional selective catalytic reduction system using a reducing agent without using such a diesel filter, which falls within the scope of the present invention.

즉, 본 발명은 디젤정제필터부에서 선택적 촉매 환원반응을 일으키는 경우(선행기술 참조), 상기 디젤정제필터부(300) 내에 입자상물질을 산화시키는 산화제와 SCR을 일으키는 환원제를 동시에 주입할 수 있는 점에 기초한 것이다. That is, in the present invention, when a selective catalytic reduction reaction occurs in the diesel purification filter unit (refer to the prior art), an oxidizing agent that oxidizes particulate matter and a reducing agent that causes SCR can be simultaneously injected into the diesel purification filter unit 300 is based on

이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은, 상기 디젤정제필터(DPF)부(300)에는 환원제를 주입하기 위한 환원제 라인(520); 상기 디젤정제필터(DPF)부에 연결되며 상기 디젤정제필터(DPF)부 내로 산화제를 주입하기 위한 산화제 라인(510)과, 상기 환원제 라인과 상기 산화제 라인 각각에 구비되어 디젤정제필터(DPF)부 내로의 유량을 제어하기 위한 산화제 밸브(511)와 환원제 밸브(521)를 포함한다. To this end, the system according to an embodiment of the present invention includes: a reducing agent line 520 for injecting a reducing agent into the diesel purification filter (DPF) unit 300; An oxidizing agent line 510 connected to the diesel purification filter (DPF) part for injecting an oxidizing agent into the diesel purification filter (DPF) part, and provided in each of the reducing agent line and the oxidizing agent line, a diesel purification filter (DPF) part It includes an oxidizer valve 511 and a reducing agent valve 521 for controlling the flow rate therein.

또한 상기 시스템은 상기 밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함하는데, 이 제어부는 상기 내연기관의 운전 조건에 따라 상기 환원제 라인과 산화제 라인에 구비된 산화제 밸브(511) 및 환원제 밸브(521)를 독립적으로 제어하는데, 예를 들어 기설정된 시간 또는 기설정된 온도 조건이 상기 기설정된 조건이 될 수 있다. In addition, the system includes a control unit for controlling the valve, the control unit independently controls the oxidizing agent valve 511 and the reducing agent valve 521 provided in the reducing agent line and the oxidizing agent line according to the operating conditions of the internal combustion engine However, for example, a preset time or a preset temperature condition may be the preset condition.

도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미세먼지 저감 시스템의 모식도이다. 2 is a schematic diagram of a fine dust reduction system according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 디젤엔진을 포함하는 내연기관(112)으로부터 배출되는 배기가스 라인에 산화제를 주입하기 위하여 상기 내연기관(112)과 하기 디젤정제필터부(DPF, 312) 사이의 배기가스 라인에 연결된 산화제 주립라인(212); 상기 산화제가 주입된 배기가스를 필터링하기 위하여 상기 배기가스 라인에 연결된 디젤정제필터부(DPF, 312);상기 디젤정제필터부(DPF, 312)로부터의 배출되는 배기가스에 환원제를 주입하기 위하여 배기가스 라인에 연결된 환원제주입라인(412); 상기 환원제주입라인(412) 후단의 배기가스 라인에 연결되어 상기 환원제가 주입된 배기가스를 선택적 촉매 환원 방식으로 질소 산화물을 저감하기 위한 선택적 촉매환원반응부(512)를 포함한다. 또한 상기 시스템은 상기 환원제주입라인(412)과 상기 산화제주입라인(212) 각각에 구비되어 배기가스로 유입되는 산화제 및 환원제 유량을 각각 제어하기 위한 산화제 밸브(213) 및 환원제 밸브(413)와 이 밸브를 독립적으로 제어하기 위한 제어부(612)를 포함하며, 상기 제어부는 도 1에 도시된 제어부와 유사하게 상기 내연기관의 운전 조건에 따라 상기 환원제 라인과 산화제 라인의 밸브를 독립적으로 제어한다. Referring to FIG. 2 , an exhaust gas line between the internal combustion engine 112 and the diesel purification filter unit DPF 312 to inject an oxidizing agent into the exhaust gas line discharged from the internal combustion engine 112 including a diesel engine. an oxidant main line 212 connected to; A diesel purification filter unit (DPF, 312) connected to the exhaust gas line to filter the exhaust gas into which the oxidizer is injected; Exhaust to inject a reducing agent into the exhaust gas discharged from the diesel purification filter unit (DPF, 312) a reducing agent injection line 412 connected to the gas line; It is connected to the exhaust gas line at the rear end of the reducing agent injection line 412 and includes a selective catalytic reduction reaction unit 512 for reducing nitrogen oxides in a selective catalytic reduction method of the exhaust gas injected with the reducing agent. In addition, the system is provided in each of the reducing agent injection line 412 and the oxidizing agent injection line 212 to respectively control the flow rates of the oxidizing agent and the reducing agent flowing into the exhaust gas. A control unit 612 for independently controlling the valves is included, and the control unit independently controls the valves of the reducing agent line and the oxidizing agent line according to the operating conditions of the internal combustion engine, similar to the control unit shown in FIG. 1 .

도 2에 따른 시스템에서는 먼저 산화제를 연소엔진 다운스트림에 먼저 주비하고, 이후 디젤정제필터를 거치게 하여 입자상 물질의 제거 효율을 엔전 전단에서 제고하는 방식이다. 이 경우, 산화제 주입과 환원제 주입간 거리가 확보되어 시스템 구성이 용이하다는 장점이 있다. In the system according to FIG. 2, the oxidizing agent is first injected downstream of the combustion engine, and then passed through a diesel refining filter to improve the removal efficiency of particulate matter in the front end of the engine. In this case, there is an advantage in that the distance between the injection of the oxidizing agent and the injection of the reducing agent is secured, so that the system configuration is easy.

도 3 및 4는 기설정된 조건이 온도인 경우인 경우의 운전방법을 도 1에 기초하여 설명하는 도면이다. 하지만, 도 2의 시스템에서도 하기 설명되는 내용과 동일한 방식으로 내부 온도 조건에 따라 산화제와 환원제를 선택적으로 제어하며, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다. 3 and 4 are diagrams for explaining an operation method based on FIG. 1 when a preset condition is a temperature. However, even in the system of FIG. 2, the oxidizing agent and the reducing agent are selectively controlled according to the internal temperature condition in the same manner as described below, both of which fall within the scope of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저 운전 개시 후 초기에는 낮은 온도로서 기설정된 T1 미만의 온도가 되며 이 경우는 기설정된 조건을 만족하지 않는 조건이 된다. 이때 산화제 주입라인의 밸브는 개방되며, 이로써 별도의 탱크(미도시) 등에 보관된 산화제(예를 들어 질산암모늄 또는 질산과 같이 산화제인 이산화질소를 공급할 수 있는 물질로 이를 총칭하여 산화제라 함)와 환원제 모두 개방되어 환원제와 산화제가 디젤정제필터투(300) 내로 주입된다. Referring to FIG. 3 , first, after starting the operation, the initial temperature is lower than the preset T1 as a low temperature, and in this case, the preset condition is not satisfied. At this time, the valve of the oxidizing agent injection line is opened, and thereby the oxidizing agent (for example, a substance capable of supplying nitrogen dioxide as an oxidizing agent, such as ammonium nitrate or nitric acid) stored in a separate tank (not shown), etc. is collectively referred to as an oxidizing agent) and a reducing agent Both are opened and the reducing agent and the oxidizing agent are injected into the diesel purification filter tube 300 .

도 4를 참조하면, 기설정된 온도를 만족하는 경우(T1 이상), 충분한 고온 영역이므로 입자상 물질보다는 질소산화물 저감이 핵심이 되므로 이때는 환원제(예를 들어 우레아나 암모니아)만이공급되어 SCR 공정이 진행된다. Referring to FIG. 4 , when the preset temperature is satisfied (T1 or higher), since it is a sufficiently high temperature region, reduction of nitrogen oxides rather than particulate matter is the key. .

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 시스템은, 상기 시스템은 내연기관(100)으로부터 발생한 디젤을 산화시키기 위한 디젤산화촉매(미도시)가 구비된 디젤산화부(200)와, 디젤정제필터(DPF)부로부터 발생한 암모니아를 산화시키기 위한 환원제산화부(400)를 더 포함할 수 있다. The system according to another embodiment of the present invention includes a diesel oxidation unit 200 provided with a diesel oxidation catalyst (not shown) for oxidizing diesel generated from an internal combustion engine 100, and a diesel purification filter ( DPF) may further include a reducing agent oxidizing unit 400 for oxidizing ammonia generated from the unit.

특히 본 발명은 디젤산화부(200)가 충분한 온도로 상승하는 경우, 그 자체에서 이산화질소가 발생하므로 별도의 산화제 주입없이도 상대적으로 적은 양의 입자상물질을 제거할 수 있다. In particular, in the present invention, when the diesel oxidation unit 200 rises to a sufficient temperature, nitrogen dioxide is generated by itself, so that a relatively small amount of particulate matter can be removed without a separate injection of an oxidizing agent.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 산화제는 환원제로부터 생성될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the oxidizing agent may be generated from a reducing agent.

예를 들어 우레아로부터 환원제인 암모니아를 생성시킨 후, 암모니아의 일부를 별도 촉매나 전환시스템으로 다시 이산화질소로 전환시킨다. 이 경우, 하나의 공급원(우레아)로부터 산화제와 환원제를 연속된 하나의 공정으로 모두 생산할 수 있다는 장점이 있다.For example, after generating ammonia as a reducing agent from urea, some of the ammonia is converted back to nitrogen dioxide using a separate catalyst or conversion system. In this case, there is an advantage that both the oxidizing agent and the reducing agent can be produced from one source (urea) in one continuous process.

본 발명의 일 실시예에서 산화제인 이산화질소와 환원제는 암모니아의 몰비는 0.8 내지 1.2을 유지하는 것이 바람직한데, 만약 상기 범위보다 산화제가 적은 경우 입자상물질 제거효과가 떨어지고 이거보다 높은 경우 과도한 산화효과로 인하여 기계적 내구성이 떨어지는 문제가 있다.In one embodiment of the present invention, the molar ratio of the oxidizing agent nitrogen dioxide and the reducing agent ammonia is preferably maintained at 0.8 to 1.2. If the oxidizing agent is less than the above range, the particulate matter removal effect is lowered. There is a problem in that mechanical durability is lowered.

Claims (11)

내연기관의 미세먼지 저감 시스템으로,
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 환원제를 주입하기 위한 환원제 라인;
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 산화제를 주입하기 위한 산화제 라인;
상기 환원제 라인에 구비되어 상기 배기가스 내로의 환원제 유량을 제어하기 위한 환원제 밸브;
상기 산화제 라인에 구비되어 상기 배기가스 내로의 산화제 유량을 제어하기 위한 산화제 밸브; 및
상기 환원제 밸브 및 산화제 밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 내연기관의 운전 조건에 따라 상기 환원제 라인의 환원제 밸브와 상기 산화제 라인의 산화제 밸브를 독립적으로 제어하며,
상기 제어부는 내연기관의 동작 개시 후 기설정된 조건을 만족할때 까지 상기 환원제 밸브와 상기 산화제 밸브를 동시에 개방하여 산화제 및 환원제를 배기가스 내로 주입하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템.As a fine dust reduction system for internal combustion engines,
a reducing agent line for injecting a reducing agent into the exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
an oxidizing agent line for injecting an oxidizing agent into the exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
a reducing agent valve provided in the reducing agent line to control the reducing agent flow rate into the exhaust gas;
an oxidizer valve provided in the oxidizer line to control a flow rate of the oxidizer into the exhaust gas; and
A control unit for controlling the reducing agent valve and the oxidizing agent valve,
The control unit independently controls the reducing agent valve of the reducing agent line and the oxidizing agent valve of the oxidizing agent line according to the operating conditions of the internal combustion engine,
The control unit opens the reducing agent valve and the oxidizer valve at the same time until a preset condition is satisfied after the operation of the internal combustion engine is started, and the oxidizing agent and the reducing agent are injected into the exhaust gas. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 기설정된 조건은, 시간 또는 내연기관의 온도인 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템.The method of claim 1,
The preset condition is a fine dust reduction system, characterized in that the time or temperature of the internal combustion engine. 제 1항에 있어서,
상기 기설정된 조건을 만족하는 경우, 상기 제어부는 상기 산화제 밸브만을 폐쇄하여 산화제를 배기가스로 주입하지 않고, 환원제만을 배기가스로 주입하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템.The method of claim 1,
When the preset condition is satisfied, the control unit closes only the oxidizer valve to inject only the reducing agent into the exhaust gas without injecting the oxidizing agent into the exhaust gas. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세먼지 저감 시스템은,
내연기관의 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 선택적 촉매 환원(SCR)용 촉매가 구비된 디젤정제필터(DPF)부를 더 포함하며,
상기 환원제 라인과 상기 산화제 라인은 상기 디젤정제필터(DPF)부에 연결되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템.According to any one of claims 1, 3 and 4, the fine dust reduction system,
It further includes a diesel purification filter (DPF) unit equipped with a catalyst for selective catalytic reduction (SCR) for removing nitrogen oxides from exhaust gas of an internal combustion engine,
The reducing agent line and the oxidizing agent line are fine dust reduction system, characterized in that connected to the diesel purification filter (DPF) part. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세먼지 저감 시스템은,
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스를 필터링하기 위한 디젤정제필터부(DPF); 및
선택적 촉매환원반응(SCR)부를 더 포함하며,
상기 산화제 라인은 상기 내연기관과 상기 디젤정제필터부(DPF) 사이의 배기가스 라인에 연결되어 상기 산화제가 주입되며,
상기 환원제 라인은 상기 디젤정제필터부(DPF)로부터의 배출되는 배기가스 라인에 연결되어 상기 환원제가 주입되며,
상기 선택적 촉매환원반응(SCR)부는 상기 환원제가 주입된 배기가스를 처리하도록 상기 환원제 라인 후단의 배기가스 라인에 구비되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템.According to any one of claims 1, 3 and 4, the fine dust reduction system,
a diesel purification filter unit (DPF) for filtering exhaust gas discharged from the internal combustion engine; and
It further comprises a selective catalytic reduction (SCR) part,
The oxidizer line is connected to the exhaust gas line between the internal combustion engine and the diesel purification filter unit (DPF) to inject the oxidizer,
The reducing agent line is connected to the exhaust gas line discharged from the diesel purification filter unit (DPF), and the reducing agent is injected;
The selective catalytic reduction reaction (SCR) unit is a fine dust reduction system, characterized in that provided in the exhaust gas line at the rear end of the reducing agent line to treat the exhaust gas injected with the reducing agent. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환원제는 암모니아 또는 우레아이며, 상기 산화제는 이산화질소를 생성시킬 수 있는 물질인 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템.5. The method of any one of claims 1, 3 and 4,
The reducing agent is ammonia or urea, and the oxidizing agent is a fine dust reduction system, characterized in that it is a material capable of generating nitrogen dioxide. 제 7항에 있어서,
상기 환원제는 우레아로부터 분해된 암모니아이며, 상기 산화제는 상기 암모니아로부터 생성된 이산화질소인 것을 특징을 하는 미세먼지 저감 시스템.8. The method of claim 7,
The reducing agent is ammonia decomposed from urea, and the oxidizing agent is a fine dust reduction system, characterized in that nitrogen dioxide generated from the ammonia. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 따른 미세먼지 저감 시스템의 운전방법으로,
내연기관 동작 후 기설정된 조건을 만족할 때 까지 산화제 및 환원제를 상기 내연기관으로부터 발생하는 배기가스에 동시에 주입하는 단계;
기설정된 조건을 만족하는 경우 상기 배기가스에 환원제만을 주입하는 단계를 포함하며,
상기 기설정된 조건은 시간 또는 온도이며,
상기 산화제는 이산화질소, 환원제는 우레아 또는 암모니아인 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템의 운전방법.A method of operating the fine dust reduction system according to any one of claims 1, 3 and 4,
simultaneously injecting an oxidizing agent and a reducing agent into the exhaust gas generated from the internal combustion engine until a predetermined condition is satisfied after operation of the internal combustion engine;
Comprising the step of injecting only a reducing agent into the exhaust gas when a predetermined condition is satisfied,
The predetermined condition is time or temperature,
The operating method of the fine dust reduction system, characterized in that the oxidizing agent is nitrogen dioxide, and the reducing agent is urea or ammonia. 제 9항에 있어서,
상기 환원제는 우레아로부터 분해된 암모니아이며, 상기 산화제는 상기 암모니아로부터 분해된 이산화질소인 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템의 운전방법.10. The method of claim 9,
The reducing agent is ammonia decomposed from urea, and the oxidizing agent is a method of operating a fine dust reduction system, characterized in that nitrogen dioxide decomposed from the ammonia. 제 10항에 있어서,
상기 이산화질소와 암모니아의 몰비는 0.8 내지 1.2로 상기 배기가스에 주입되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 저감 시스템의 운전방법.


11. The method of claim 10,
The operating method of the fine dust reduction system, characterized in that the molar ratio of the nitrogen dioxide and ammonia is injected into the exhaust gas in a range of 0.8 to 1.2.
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