KR102483024B1 - SCR system for ships - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 양태인 선박용 SCR 시스템은, NOx 저감을 위한 환원제를 배기 가스에 분사하는 제 1 분사 노즐과, 제 1 분사 노즐보다 다량의 환원제를 배기 가스에 분사하는 제 2 분사 노즐과, 상기 어느 분사 노즐에 환원제를 공급하는 환원제 공급 계통과, 배기 가스 중의 NOx 의 환원 반응을 실시하게 하는 촉매층을 갖는 반응기와, NOx 배출량을 규제값 이하로 저감시키는 제 1 운전 모드와, NOx 배출량을 보다 낮은 규제값 이하로 저감시키는 제 2 운전 모드를 전환 가능하게 지시하는 조작부와, 제 1 운전 모드의 경우, 제 1 유량의 환원제를 제 1 분사 노즐에 공급하고, 제 2 운전 모드의 경우, 보다 많은 제 2 유량의 환원제를 제 2 분사 노즐에 공급하도록 환원제 공급 계통을 제어하는 제어부를 구비한다.An SCR system for ships, which is an aspect of the present invention, includes a first injection nozzle for injecting a reducing agent for NOx reduction into exhaust gas, a second injection nozzle for injecting a larger amount of reducing agent than the first injection nozzle into exhaust gas, and any of the above A reactor having a reducing agent supply system for supplying a reducing agent to an injection nozzle, a catalyst layer for reducing NOx in exhaust gas, a first operation mode for reducing NOx emissions to below a regulated value, and lower NOx emissions regulation An operation unit for switchably instructing a second operation mode that reduces the value below the value, and in the case of the first operation mode, supplying the reducing agent at the first flow rate to the first spray nozzle, and in the case of the second operation mode, a more second operation mode. and a control unit for controlling the reducing agent supply system to supply the reducing agent at a flow rate to the second injection nozzle.
Description
본 발명은, 선박용 디젤 엔진에 형성되는 선택식 촉매 환원 (SCR : Selective Catalytic Reduction) 시스템, 즉 선박용 SCR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a selective catalytic reduction (SCR) system formed in a marine diesel engine, that is, to a marine SCR system.
종래, 선박에 탑재되는 선박용 디젤 엔진의 분야에 있어서는, 선박용 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중의 질소 산화물 (NOx) 을 저감시키는 탈질 기술로서, 선박용 SCR 시스템이 제안되어 있다 (예를 들어 특허문헌 1, 2 참조). 일반적으로, 선박용 SCR 시스템은, NOx 를 환원시키는 작용을 갖는 환원제와 선박용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 혼합하고, 이 배기 가스 중의 NOx 의 환원 반응에 의해, NOx 의 배출량을 저감시킨다.Conventionally, in the field of marine diesel engines mounted on ships, as a denitrification technology for reducing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from marine diesel engines, a marine SCR system has been proposed (for example,
또, 선박용 디젤 엔진에 요구되는 배기 가스 규제에는, 국제 해사 기관의 해양 오염 방지 조약 부속서 Ⅵ 에 기초하여, 1 차 규제 (Tier Ⅰ), 2 차 규제 (Tier Ⅱ) 및 3 차 규제 (Tier Ⅲ) 가 있다. 1 차 규제 및 2 차 규제는, 일반 해역 (Global Area) 을 항행하는 선박에 탑재되는 선박용 디젤 엔진의 NOx 의 배출량을 규제하는 것이다. 3 차 규제는, 2 차 규제에 비해 매우 강화된 배기 가스 규제이며, 배출 규제 해역 (ECA : Emission Control Area) 을 항행하는 선박에 탑재되는 선박용 디젤 엔진의 NOx 의 배출량을 규제하는 것이다. In addition, for the exhaust gas regulations required for marine diesel engines, the first regulation (Tier I), the second regulation (Tier II) and the third regulation (Tier III) are based on Annex VI of the Convention for the Prevention of Marine Pollution of the International Maritime Organization. there is The primary regulation and the secondary regulation regulate NOx emissions from marine diesel engines mounted on ships navigating the global area. The tertiary regulation is a much stricter exhaust gas regulation than the secondary regulation, and regulates NOx emissions from marine diesel engines mounted on ships navigating an ECA (Emission Control Area).
그런데, 2 차 규제에 있어서의 NOx 의 배출량의 규제값은, 1 차 규제에 비해, 예를 들어 15 % 이상 22 % 이하로 삭감되어 있다. 이들 1 차 규제 및 2 차 규제는, 선박용 디젤 엔진에 대하여 실린더 내의 연소실에서의 연료의 연소를 완만하게 하는 등의 튜닝을 실시함으로써, 만족할 수 있는 레벨이다. 한편, 3 차 규제에 있어서의 NOx 의 배출량의 규제값은, 1 차 규제에 비해, 예를 들어 80 % 이상으로 삭감되어 있다. 이와 같은 3 차 규제는, 선박용 디젤 엔진의 튜닝만으로는 만족하는 것이 곤란한 레벨이다. 이 때문에, 선박용 디젤 엔진에는, 3 차 규제를 만족하기 위해, 배기 가스 중에 함유되는 NOx 의 80 % 이상을 삭감 (탈질) 시키는 능력을 갖는 선박용 SCR 시스템이 적용되고 있다.By the way, the regulation value of NOx discharge|emission in secondary regulation is reduced, for example to 15% or more and 22% or less compared with the primary regulation. These primary regulations and secondary regulations are levels that can be satisfied by performing tuning such as slowing fuel combustion in a combustion chamber in a cylinder with respect to a marine diesel engine. On the other hand, the regulation value of NOx discharge|emission in the 3rd regulation is reduced by 80% or more compared with the 1st regulation, for example. Such a tertiary regulation is a level that is difficult to satisfy only by tuning a marine diesel engine. For this reason, in order to satisfy the tertiary regulation, a marine SCR system having the ability to reduce (denitrate) 80% or more of NOx contained in exhaust gas is applied to a marine diesel engine.
또, 최근에는, 상기 서술한 NOx 의 배출 규제를 만족함과 함께, 선박용 디젤 엔진의 연비 (이하, 엔진 연비라고 적절히 약기한다) 를 향상시키는 것이 요망되고 있다. 일반적으로, 엔진 연비의 향상 (저감) 을 추구한 경우, 이것에 수반하여, NOx 의 배출량은 증가하는 경향이 있다.Moreover, in recent years, while satisfying the above-mentioned emission regulation of NOx, it is desired to improve the fuel efficiency (hereinafter, appropriately abbreviated as engine fuel economy) of marine diesel engines. In general, when improvement (reduction) of engine fuel consumption is pursued, NOx emission tends to increase accordingly.
예를 들어, 선박용 디젤 엔진의 튜닝에서는, NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시킬 수 있었다고 하더라도, 엔진 연비는 악화되어 버리고, 엔진 연비를 향상시켰다고 하더라도, NOx 의 배출량이 규제값을 초과해 버린다. 즉, 선박용 디젤 엔진의 튜닝에서는, 엔진 연비의 향상에 한계가 있다. 한편, 선박용 SCR 시스템을, 3 차 규제의 해역 (배출 규제 해역) 뿐만 아니라, 2 차 규제의 해역 (일반 해역) 에 있어서도 사용하면, 엔진 연비의 향상에 수반하여 NOx 의 배출량이 증가해도, 이 증가한 NOx 의 배출량을 선박용 SCR 시스템에 의해 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시키는 것을 기대할 수 있다.For example, in the tuning of a marine diesel engine, even if NOx emissions can be reduced below the regulated value of the secondary regulation, the engine fuel economy deteriorates, and even if the engine fuel economy is improved, the NOx emissions exceed the regulated value. Excess. That is, in the tuning of marine diesel engines, there is a limit to improving engine fuel efficiency. On the other hand, if the SCR system for ships is used not only in the tertiary regulatory sea area (emission regulation sea area) but also in the secondary regulated sea area (general sea area), even if NOx emissions increase with the improvement of engine fuel efficiency, this increase It can be expected that NOx emissions are reduced below the regulated value of the secondary regulation by the SCR system for ships.
그러나, 선박용 SCR 시스템은, 원래, 3 차 규제를 만족하기 위해 NOx 의 배출량을 저감시키도록 최적화되어 있다. 이 때문에, 선박용 SCR 시스템은, 2 차 규제를 만족하기 위해 사용하기에는 과대하여, 예를 들어, 2 차 규제에 대하여 NOx 의 배출량을 과도하게 저감시키는 등의 낭비가 많아, NOx 의 배출량을 효율적으로 저감시키는 것이 곤란할 우려가 있다.However, marine SCR systems are originally optimized to reduce NOx emissions in order to satisfy tertiary regulations. For this reason, the SCR system for ships is excessive in use to satisfy the secondary regulation, for example, there is a lot of waste such as excessively reducing NOx emissions with respect to the secondary regulations, and the NOx emissions are efficiently reduced. It may be difficult to do.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 엔진 연비의 향상을 추구함과 함께, 선박용 디젤 엔진에 요구되는 복수의 배기 가스 규제에 대해 NOx 의 배출량을 효율적으로 저감시킬 수 있는 선박용 SCR 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a marine SCR system capable of efficiently reducing NOx emissions in response to a plurality of exhaust gas regulations required for marine diesel engines while pursuing improvement in engine fuel efficiency. aims to do
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 선박용 디젤 엔진으로부터 배출된 배기 가스에, 상기 배기 가스 중의 질소 산화물을 저감시키기 위한 환원제를 분사하는 제 1 분사 노즐과, 상기 배기 가스에, 상기 제 1 분사 노즐보다 다량의 상기 환원제를 분사하는 제 2 분사 노즐과, 상기 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을 조정하고, 유량 조정 후의 상기 환원제를 상기 제 1 분사 노즐 또는 상기 제 2 분사 노즐에 공급하는 환원제 공급 계통과, 상기 환원제가 분사된 상기 배기 가스와 접촉하여 상기 질소 산화물의 환원 반응을 실시하게 하는 촉매층을 갖는 반응기와, 제 1 배기 가스 규제의 규제값 이하로 상기 질소 산화물의 배출량을 저감시키는 제 1 운전 모드와, 상기 제 1 배기 가스 규제의 규제값보다 낮은 제 2 배기 가스 규제의 규제값 이하로 상기 질소 산화물의 배출량을 저감시키는 제 2 운전 모드를 전환 가능하게 지시하는 조작부와, 상기 제 1 운전 모드가 지시된 경우, 상기 환원제를, 상기 제 1 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요한 제 1 유량으로 조정하여 상기 제 1 분사 노즐에 공급하도록, 상기 환원제 공급 계통을 제어하고, 상기 제 2 운전 모드가 지시된 경우, 상기 환원제를, 상기 제 2 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요하며 상기 제 1 유량보다 많은 제 2 유량으로 조정하여 상기 제 2 분사 노즐에 공급하도록, 상기 환원제 공급 계통을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems and achieve the object, a marine SCR system related to the present invention is a first injection for injecting a reducing agent for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas to exhaust gas discharged from a marine diesel engine. A nozzle, a second injection nozzle for injecting a larger amount of the reducing agent than the first injection nozzle into the exhaust gas, and a flow rate of the reducing agent injected into the exhaust gas is adjusted, and the reducing agent after the flow rate adjustment is discharged into the first injection nozzle A reactor having a reducing agent supply system for supplying a spray nozzle or the second spray nozzle, a catalyst layer that causes a reduction reaction of nitrogen oxide in contact with the exhaust gas into which the reducing agent is injected, and a first exhaust gas regulation A first operation mode for reducing the amount of nitrogen oxide discharged to below a limit value of the first exhaust gas regulation, and a second operation mode for reducing the amount of nitrogen oxide discharge to below a regulation value of the second exhaust gas regulation lower than the regulation value of the first exhaust gas regulation. an operation unit for instructing to be able to switch, and when the first operation mode is instructed, the reducing agent is adjusted to a first flow rate required to satisfy the first exhaust gas regulation and supplied to the first injection nozzle. A reducing agent supply system is controlled, and when the second operation mode is indicated, the reducing agent is adjusted to a second flow rate required to satisfy the second exhaust gas regulation and higher than the first flow rate, so that the second injection nozzle It is characterized by having a control unit for controlling the reducing agent supply system so as to supply to.
또, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 상기 발명에 있어서, 상기 환원제 공급 계통은, 상기 제 1 분사 노즐로부터 상기 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을 조정하는 제 1 제어 밸브와, 상기 제 1 제어 밸브보다 넓은 유량 조정 범위를 갖고, 상기 제 2 분사 노즐로부터 상기 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을 조정하는 제 2 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the SCR system for ships according to the present invention, in the above invention, the reducing agent supply system comprises: a first control valve for adjusting the flow rate of the reducing agent injected into the exhaust gas from the first injection nozzle; and a second control valve having a flow rate adjustment range wider than that of the control valve and adjusting the flow rate of the reducing agent injected into the exhaust gas from the second injection nozzle.
또, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 상기 발명에 있어서, 상기 제 1 분사 노즐 또는 상기 제 2 분사 노즐에 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 계통을 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 운전 모드가 지시된 경우, 소정의 유량 또는 압력의 상기 압축 공기를 상기 제 1 분사 노즐에 공급하도록 상기 압축 공기 공급 계통을 제어하고, 상기 제 2 운전 모드가 지시된 경우, 상기 소정의 유량 또는 압력보다 많은 유량 또는 고압의 상기 압축 공기를 상기 제 2 분사 노즐에 공급하도록 상기 압축 공기 공급 계통을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the marine SCR system according to the present invention includes a compressed air supply system for supplying compressed air to the first injection nozzle or the second injection nozzle, and the control unit operates in the first operation mode When is indicated, the compressed air supply system is controlled to supply the compressed air having a predetermined flow rate or pressure to the first spray nozzle, and when the second operation mode is indicated, the flow rate or pressure higher than the predetermined flow rate or pressure is indicated. It is characterized in that the compressed air supply system is controlled to supply the compressed air at a flow rate or high pressure to the second injection nozzle.
또, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 상기 발명에 있어서, 상기 반응기는, 상기 반응기에 있어서의 상기 배기 가스의 입측에서 출측을 향하여, 복수 단의 상기 촉매층을 갖는 것을 특징으로 한다.Further, in the SCR system for ships according to the present invention, in the above invention, the reactor is characterized by having a plurality of stages of the catalyst layer from the inlet side to the outlet side of the exhaust gas in the reactor.
또, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 상기 발명에 있어서, 상기 반응기 내에 형성된 복수 단의 상기 촉매층 중, 상기 반응기에 있어서의 상기 배기 가스의 입측에서부터 1 단째의 상기 촉매층에, 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스 또는 상기 환원제를 함유하지 않는 상태의 상기 배기 가스를 도입하는 도입관과, 1 단째의 상기 촉매층의 후단에 위치하는 2 단째 이후의 상기 촉매층에, 상기 제 1 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스를 산포하는 산포관과, 상기 도입관과 상기 산포관에 연통되고, 상기 반응기를 향하여 상기 배기 가스를 유통시키는 배기 가스 유통 계통을 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 운전 모드가 지시된 경우, 상기 환원제를 함유하지 않는 상태의 상기 배기 가스를 상기 도입관 내에 유통시킴과 함께, 상기 제 1 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스를 상기 산포관 내에 유통시키도록, 상기 배기 가스 유통 계통을 제어하고, 상기 제 2 운전 모드가 지시된 경우, 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스를 상기 도입관 내에 유통시키도록, 상기 배기 가스 유통 계통을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the SCR system for ships according to the present invention, in the above-mentioned invention, among the catalyst layers of a plurality of stages formed in the reactor, the catalyst layer at the first stage from the inlet side of the exhaust gas in the reactor, the second injection nozzle An inlet pipe for introducing the exhaust gas containing the reducing agent or the exhaust gas without the reducing agent injected from the inlet pipe, and the second catalyst layer and subsequent catalyst layers located at the rear end of the first catalyst layer, a distribution pipe for distributing the exhaust gas containing the reducing agent injected from the first spray nozzle, and an exhaust gas distribution system communicating with the inlet pipe and the distribution tube and circulating the exhaust gas toward the reactor wherein, when the first operation mode is instructed, the controller circulates the exhaust gas in a state not containing the reducing agent into the inlet pipe and removes the reducing agent injected from the first injection nozzle. The exhaust gas distribution system is controlled so that the exhaust gas containing the exhaust gas is circulated within the distribution pipe, and when the second operation mode is instructed, the reducing agent injected from the second injection nozzle is contained. It is characterized in that the exhaust gas circulation system is controlled so as to flow the exhaust gas into the inlet pipe.
또, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 상기 발명에 있어서, 상기 제 1 분사 노즐을 갖고, 상기 제 1 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제와 상기 배기 가스를 혼합하는 제 1 혼합기와, 상기 제 2 분사 노즐을 갖고, 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제와 상기 배기 가스를 혼합하는 제 2 혼합기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the SCR system for ships according to the present invention, in the above invention, a first mixer having the first injection nozzle and mixing the reducing agent injected from the first injection nozzle with the exhaust gas; and a second mixer having a nozzle and mixing the reducing agent injected from the second injection nozzle with the exhaust gas.
또, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 상기 발명에 있어서, 상기 제 1 분사 노즐과 상기 제 2 분사 노즐을 갖고, 상기 제 1 분사 노즐 또는 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제와 상기 배기 가스를 혼합하는 혼합기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the marine SCR system according to the present invention, in the above invention, has the first injection nozzle and the second injection nozzle, and the reducing agent and the exhaust gas injected from the first injection nozzle or the second injection nozzle It is characterized by having a mixer for mixing.
또, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 상기 발명에 있어서, 상기 제 1 분사 노즐은, 상기 혼합기에 있어서의 상기 배기 가스의 입측에서 출측을 향하는 방향에 대해, 상기 제 2 분사 노즐의 후단에 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the SCR system for ships according to the present invention, in the above invention, the first injection nozzle is disposed at the rear end of the second injection nozzle in the direction from the inlet side to the outlet side of the exhaust gas in the mixer. characterized by being
본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템에 의하면, 엔진 연비의 향상을 추구함과 함께, 선박용 디젤 엔진에 요구되는 복수의 배기 가스 규제에 대해 NOx 의 배출량을 효율적으로 저감시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.According to the marine SCR system according to the present invention, it is possible to achieve an effect of efficiently reducing NOx emissions in response to a plurality of exhaust gas regulations required for marine diesel engines while pursuing improvement in engine fuel efficiency.
도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템의 동작을 운전 모드별로 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템의 동작을 운전 모드별로 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 선박용 SCR 시스템 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 선박용 SCR 시스템의 동작을 운전 모드별로 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram showing an example of a configuration of an SCR system for ships according to
2 is a diagram for explaining the operation of the SCR system for ships according to the first embodiment of the present invention for each operation mode.
Fig. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of an SCR system for ships according to
4 is a diagram for explaining the operation of the SCR system for ships according to the second embodiment of the present invention for each operation mode.
Fig. 5 is a schematic diagram showing an example of a configuration of an SCR system for ships according to Embodiment 3 of the present invention.
6 is a diagram for explaining the operation of the SCR system for ships according to the third embodiment of the present invention for each operation mode.
이하에, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해, 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 도면은 모식적인 것으로서, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과는 상이한 경우가 있는 것에 유의할 필요가 있다. 도면의 상호 간에 있어서도, 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 경우가 있다. 또, 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호가 붙여져 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the SCR system for ships related to the present invention will be described in detail. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, it is necessary to note that the drawing is typical, and that the relationship between the dimensions of each element, the ratio of each element, and the like may be different from those in reality. Even in each other of the drawings, there are cases where there are parts in which the relation or ratio of dimensions to each other is different. Moreover, in each figure, the same code|symbol is attached|subjected to the same component part.
(실시형태 1)(Embodiment 1)
본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템의 구성에 대해 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 일 구성예를 나타내는 모식도이다. 본 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (10) 은, 선박에 탑재되는 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터의 배기 가스 중의 NOx 를 저감시키는 것이고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 소분사 노즐 (1), 대분사 노즐 (2) 과, 배기 가스 유통 계통 (3) 과, 환원제 공급 계통 (4) 과, 압축 공기 공급 계통 (5) 과, SCR 반응기 (6) 와, 조작부 (8) 와, 제어부 (9) 를 구비한다.The configuration of the SCR system for ships according to
또한, 도 1 에 있어서, 배기 가스 또는 환원제 등의 유체의 배관은, 실선 화살표에 의해 도시되어 있다. 전기 신호선은, 일점쇄선에 의해 도시된다. 이 것은, 다른 도면에 있어서도 동일하다. 또, 배기 가스라고 하면, 특별히 설명이 없는 한, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스를 의미한다.In Fig. 1, piping for fluids such as exhaust gas or reducing agent is indicated by solid arrows. Electrical signal lines are indicated by dashed-dotted lines. This is the same also in other drawings. In addition, exhaust gas means exhaust gas discharged from the
소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 은, 각각, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스에, 이 배기 가스 중의 NOx 를 저감시키기 위한 환원제를 분사하기 위한 분사 노즐이다. 소분사 노즐 (1) (제 1 분사 노즐의 일례) 은, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 규제하는 제 1 배기 가스 규제를 만족하기 위해 배기 가스에 환원제를 분사하는 분사 노즐로서 최적으로 설정되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태 1 에 있어서, 소분사 노즐 (1) 은, 대분사 노즐 (2) 보다 소량의 환원제를 배기 가스에 분사할 수 있도록 구성된다. 한편, 대분사 노즐 (2) (제 2 분사 노즐의 일례) 은, 상기 제 1 배기 가스 규제보다 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 강하게 규제하는 제 2 배기 가스 규제를 만족하기 위해 배기 가스에 환원제를 분사하는 분사 노즐로서 최적으로 설정되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태 1 에 있어서, 대분사 노즐 (2) 은, 소분사 노즐 (1) 보다 다량의 환원제를 배기 가스에 분사할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 대분사 노즐 (2) 은, 소분사 노즐 (1) 보다 대구경의 노즐에 의해 구성된다.The
또한, 상기 제 1 배기 가스 규제로는, 예를 들어, 일반 해역을 항행하는 선박에 적용되는 배기 가스 규제 (2 차 규제 등) 를 들 수 있다. 상기 제 2 배기 가스 규제로는, 예를 들어, 배출 규제 해역을 항행하는 선박에 적용되는 배기 가스 규제 (3 차 규제 등) 를 들 수 있다.Further, as the first exhaust gas regulation, for example, an exhaust gas regulation (secondary regulation, etc.) applied to ships navigating in the general sea area is exemplified. Examples of the second exhaust gas regulations include exhaust gas regulations (tertiary regulations, etc.) applied to ships navigating the emission control sea area.
배기 가스 유통 계통 (3) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터의 배기 가스를 유통시키는 것이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 유통 계통 (3) 은, 혼합기 (3a) 와, 배기관 (11a) 과, 도입관 (11b) 과, 출구관 (11c) 과, 바이패스관 (12) 과, 바이패스 밸브 (13) 를 구비한다.The exhaust gas distribution system 3 circulates the exhaust gas from the
혼합기 (3a) 는, 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제와 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터의 배기 가스를 혼합하는 것이다. 본 실시형태 1 에 있어서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 혼합기 (3a) 에는, 배기 가스의 입측에 배기관 (11a) 이 접속되고, 배기 가스의 출측에 도입관 (11b) 이 접속되어 있다. 또, 혼합기 (3a) 는, 소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 을 내부에 갖는다. 예를 들어, 소분사 노즐 (1) 은, 혼합기 (3a) 에 있어서의 배기 가스의 입측에서 출측을 향하는 방향에 대해, 대분사 노즐 (2) 의 후단에 배치된다. 혼합기 (3a) 는, 배기관 (11a) 으로부터 유입된 배기 가스와 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 혼합하면서, 이 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를, SCR 반응기 (6) 를 향하여 도입관 (11b) 내에 유통시킨다.The
배기관 (11a) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스를 혼합기 (3a) 를 향하여 유통시키기 위한 배관이다. 배기관 (11a) 은, 입구단이 선박용 디젤 엔진 (100) 에 통하도록 구성되어 있다. 배기관 (11a) 의 출구단은, 혼합기 (3a) 의 입측단에 접속되어 있다. 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배기관 (11a) 을 통하여 혼합기 (3a) 에 유입되는 배기 가스로서, 예를 들어, 선박용 디젤 엔진 (100) 의 배기 매니폴드 (도시 생략) 로부터 배출된 배기 가스 (고압 상태의 배기 가스), 선박용 디젤 엔진 (100) 의 과급기 터빈 (도시 생략) 의 회전에 사용된 배기 가스 (저압 상태의 배기 가스) 등을 들 수 있다.The
도입관 (11b) 은, 환원제가 분사된 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 에 도입하기 위한 배관이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 도입관 (11b) 은, 입구단이 혼합기 (3a) 의 출측에 접속되고 또한 출구단이 SCR 반응기 (6) 의 입측단에 접속되어 있다. 도입관 (11b) 은, 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 혼합기 (3a) 의 출측으로부터 SCR 반응기 (6) 의 입측에 도입한다.The
출구관 (11c) 은, NOx 가 저감된 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 로부터 배출하기 위한 배관이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 출구관 (11c) 의 입구단은, SCR 반응기 (6) 의 출측단에 접속되어 있다. 또, 출구관 (11c) 은, 출구단이 선박의 연돌, 또는 보일러 등의 폐열 회수 장치 (모두 도시 생략) 에 통하도록 구성되어 있다. 출구관 (11c) 은, SCR 반응기 (6) 에 의해 NOx 가 저감된 배기 가스를 연돌 또는 폐열 회수 장치를 향하여 유통시킨다.The
바이패스관 (12) 은, 압손이 발생하고 있는 SCR 반응기 (6) 를 우회하여 배기 가스를 연돌측 또는 폐열 회수 장치측 (이하, 이것들을 총칭하여「배출·회수측」이라고 적절히 한다) 으로 유통시키기 위한 배관이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 바이패스관 (12) 은, 입구단이 배기관 (11a) 의 중도부에 접속되고 또한 출구단이 출구관 (11c) 의 중도부에 접속되어 있다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 바이패스관 (12) 에는, 바이패스 밸브 (13) 가 형성되어 있다. 바이패스 밸브 (13) 는, 바이패스관 (12) 을 개방 또는 폐색하는 구동 밸브이다. 바이패스 밸브 (13) 가 바이패스관 (12) 을 개방하고 있는 경우, 바이패스관 (12) 은, 배기관 (11a) 으로부터 SCR 반응기 (6) 등 (본 실시형태 1 에서는 혼합기 (3a) 및 SCR 반응기 (6)) 을 우회하여 출구관 (11c) 에 배기 가스를 유통시킨다. 한편, 바이패스 밸브 (13) 가 바이패스관 (12) 을 폐색하고 있는 경우, 바이패스관 (12) 은, 상기 SCR 반응기 (6) 등을 우회한 배기 가스의 유통을 정지시킨다.The
환원제 공급 계통 (4) 은, 배기 가스에 분사되는 환원제의 유량을 조정하고, 유량 조정 후의 환원제를 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 에 공급하는 것이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 환원제 공급 계통 (4) 은, 환원제 공급원 (4a) 과, 소제어 밸브 (4b) 와, 대제어 밸브 (4c) 와, 유량 센서 (4d) 와, 개폐 밸브 (4e, 4f) 와, 공급관 (14a, 14d, 14g) 을 구비한다.The reducing
환원제 공급원 (4a) 은, 특별히 도시하지 않지만, 환원제를 저장하는 탱크, 탱크로부터 환원제를 압송하는 펌프, 및 환원제의 압력을 조정하는 압력 조정 유닛 등에 의해 구성된다. 환원제 공급원 (4a) 은, 액상의 환원제를 소정의 압력으로 조정하여, 소분사 노즐 (1) 측 또는 대분사 노즐 (2) 측에 공급한다. 또한, 환원제 공급원 (4a) 으로부터 공급되는 환원제로서, 예를 들어, 요소수, 암모니아수 등을 들 수 있다.Although not particularly shown, the reducing
소제어 밸브 (4b) 및 대제어 밸브 (4c) 는, 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사되는 환원제의 유량을 조정하기 위한 제어 밸브이다. 소제어 밸브 (4b) (제 1 제어 밸브의 일례) 는, 상기 제 1 배기 가스 규제를 만족하기 위해 배기 가스에 분사되는 환원제의 유량 (분사량) 을 조정하는 제어 밸브로서 최적으로 설정되어 있다. 구체적으로는, 소제어 밸브 (4b) 는, 대제어 밸브 (4c) 보다 좁은 유량 조정 범위를 갖는 제어 밸브에 의해 구성되고, 소제어 밸브 (4b) 의 유량 조정 단위는, 대제어 밸브 (4c) 보다 작다. 한편, 대제어 밸브 (4c) (제 2 제어 밸브의 일례) 는, 상기 제 2 배기 가스 규제를 만족하기 위해 배기 가스에 분사되는 환원제의 유량을 조정하는 제어 밸브로서 최적으로 설정되어 있다. 구체적으로는, 대제어 밸브 (4c) 는, 소제어 밸브 (4b) 보다 넓은 유량 조정 범위를 갖는 제어 밸브에 의해 구성되고, 대제어 밸브 (4c) 의 유량 조정 단위는, 소제어 밸브 (4b) 보다 크다. 본 실시형태 1 에 있어서, 소제어 밸브 (4b) 는, 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스에 분사되는 환원제의 유량을 조정한다. 대제어 밸브 (4c) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사되는 환원제의 유량을 조정한다.The
유량 센서 (4d) 는, 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사되는 환원제의 유량을 검출하기 위한 센서이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 유량 센서 (4d) 는, 소제어 밸브 (4b) 및 대제어 밸브 (4c) 의 후단에 배치된다. 본 실시형태 1 에 있어서, 유량 센서 (4d) 는, 소제어 밸브 (4b) 또는 대제어 밸브 (4c) 에 의해 조정된 환원제의 유량을 검출하고, 그때마다, 환원제의 유량 검출 결과를 나타내는 전기 신호 (이하, 환원제 유량 검출 신호라고 적절히 한다) 를 제어부 (9) 에 송신한다.The
공급관 (14a) 은, 환원제 공급원 (4a) 과 소제어 밸브 (4b) 및 대제어 밸브 (4c) 를 연통시키는 배관이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 공급관 (14a) 의 입구단은, 환원제 공급원 (4a) 에 접속되어 있다. 또, 공급관 (14a) 은, 입구단에서 출구단을 향하여 2 개의 분기관 (14b, 14c) 으로 분기되도록 구성된다. 공급관 (14a) 의 일방의 분기관 (14b) 은, 소제어 밸브 (4b) 의 입측단에 접속되어 있다. 공급관 (14a) 의 타방의 분기관 (14c) 은, 대제어 밸브 (4c) 의 입측단에 접속되어 있다.The
또, 공급관 (14d) 은, 소제어 밸브 (4b) 및 대제어 밸브 (4c) 와 유량 센서 (4d) 를 연통시키는 배관이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 공급관 (14d) 의 출구단은, 유량 센서 (4d) 의 입측단에 접속되어 있다. 또, 공급관 (14d) 은, 출구단에서 입구단을 향하여 2 개의 분기관 (14e, 14f) 으로 분기되도록 구성된다. 공급관 (14d) 의 일방의 분기관 (14e) 은, 소제어 밸브 (4b) 의 출측단에 접속되어 있다. 공급관 (14a) 의 타방의 분기관 (14f) 은, 대제어 밸브 (4c) 의 출측단에 접속되어 있다.Moreover, the
또, 공급관 (14g) 은, 유량 센서 (4d) 와 소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 을 연통시키는 배관이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 공급관 (14g) 의 입구단은, 유량 센서 (4d) 의 출측단에 접속되어 있다. 또, 공급관 (14g) 은, 입구단에서 출구단을 향하여 2 개의 분기관 (14h, 14i) 으로 분기되도록 구성된다. 공급관 (14g) 의 일방의 분기관 (14h) 은, 소분사 노즐 (1) 에 접속되어 있다. 공급관 (14g) 의 타방의 분기관 (14i) 은, 대분사 노즐 (2) 에 접속되어 있다.Moreover, the
이 공급관 (14g) 의 각 분기관 (14h, 14i) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 개폐 밸브 (4e, 4f) 가 각각 형성되어 있다. 개폐 밸브 (4e) 는, 소분사 노즐 (1) 에 통하는 분기관 (14h) 을 개방 또는 폐색하는 구동 밸브이다. 개폐 밸브 (4f) 는, 대분사 노즐 (2) 에 통하는 분기관 (14i) 을 개방 또는 폐색하는 구동 밸브이다. 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스에 환원제가 분사되는 경우, 개폐 밸브 (4e) 는 분기관 (14h) 을 개방하고 또한 개폐 밸브 (4f) 는 분기관 (14i) 을 폐색한다. 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 환원제가 분사되는 경우, 개폐 밸브 (4e) 는 분기관 (14h) 을 폐색하고 또한 개폐 밸브 (4f) 는 분기관 (14i) 을 개방한다.As shown in FIG. 1, on each
압축 공기 공급 계통 (5) 은, 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 에 압축 공기를 공급하는 것이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 압축 공기 공급 계통 (5) 은, 압축 공기 공급원 (5a) 과, 개폐 밸브 (5b, 5c) 와, 급기관 (15a) 을 구비한다.The compressed
압축 공기 공급원 (5a) 은, 에어 봄베 등에 의해 구성된다. 압축 공기 공급원 (5a) 은, 배기 가스에 환원제를 분사 (상세하게는 분무) 하기 위한 압축 공기를, 급기관 (15a) 을 통하여 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 에 공급한다.The compressed
급기관 (15a) 은, 압축 공기 공급원 (5a) 과 소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 을 연통시키는 배관이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 급기관 (15a) 의 입구단은, 압축 공기 공급원 (5a) 의 출측단에 접속되어 있다. 또, 급기관 (15a) 은, 입구단에서 출구단을 향하여 2 개의 분기관 (15b, 15c) 으로 분기되도록 구성된다. 급기관 (15a) 의 일방의 분기관 (15b) 은, 소분사 노즐 (1) 에 접속되어 있다. 급기관 (15a) 의 타방의 분기관 (15c) 은, 대분사 노즐 (2) 에 접속되어 있다.The
또, 급기관 (15a) 의 각 분기관 (15b, 15c) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 오리피스부 (15d, 15e) 가 각각 형성되어 있다. 오리피스부 (15d, 15e) 는, 각 분기관 (15b, 15c) 내의 압축 공기의 유량 또는 압력을 조정하는 것이다. 오리피스부 (15d) 는, 상기 제 1 배기 가스 규제를 만족하기 위해 배기 가스에 환원제를 분사하기 위한 압축 공기의 유량 또는 압력을 조정하는 것으로서 최적으로 설정되어 있다. 오리피스부 (15e) 는, 상기 제 2 배기 가스 규제를 만족하기 위해 배기 가스에 환원제를 분사하기 위한 압축 공기의 유량 또는 압력을 조정하는 것으로서 최적으로 설정되어 있다. 상세하게는, 소분사 노즐 (1) 에 통하는 분기관 (15b) 의 오리피스부 (15d) 는, 대분사 노즐 (2) 에 통하는 분기관 (15c) 의 오리피스부 (15e) 보다 개구가 좁아지도록 구성된다. 즉, 개구가 좁은 오리피스부 (15d) 가 형성된 분기관 (15b) 내의 압축 공기의 유량 또는 압력은, 개구가 넓은 오리피스부 (15e) 가 형성된 분기관 (15c) 내의 압축 공기의 유량 또는 압력보다 소량으로 조정된다. 또한, 오리피스부 (15d, 15e) 는, 감압 밸브여도 된다.In addition, as shown in Fig. 1,
또, 이 급기관 (15a) 의 각 분기관 (15b, 15c) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 개폐 밸브 (5b, 5c) 가 각각 형성되어 있다. 개폐 밸브 (5b) 는, 소분사 노즐 (1) 에 통하는 분기관 (15b) 을 개방 또는 폐색하는 구동 밸브이다. 개폐 밸브 (5c) 는, 대분사 노즐 (2) 에 통하는 분기관 (15c) 을 개방 또는 폐색하는 구동 밸브이다. 환원제를 분사하기 위한 압축 공기가 소분사 노즐 (1) 에 공급되는 경우, 개폐 밸브 (5b) 는 분기관 (15b) 을 개방하고 또한 개폐 밸브 (5c) 는 분기관 (15c) 을 폐색한다. 환원제를 분사하기 위한 압축 공기가 대분사 노즐 (2) 에 공급되는 경우, 개폐 밸브 (5b) 는 분기관 (15b) 을 폐색하고 또한 개폐 밸브 (5c) 는 분기관 (15c) 을 개방한다.Moreover, as shown in FIG. 1, in each
SCR 반응기 (6) 는, 배기 가스 중의 NOx 의 환원 반응에 의해 당해 NOx 를 저감 (탈질) 시키기 위한 반응기이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, SCR 반응기 (6) 는, 환원제가 분사된 배기 가스와 접촉하여 NOx 의 환원 반응을 실시하게 하는 촉매층의 일례로서, 복수 단 (본 실시형태 1 에서는 3 단) 의 촉매층 (6a, 6b, 6c) 을 갖는다. 또, SCR 반응기 (6) 에는, 배기 가스의 입측에 도입관 (11b) 이 접속되고, 배기 가스의 출측에 출구관 (11c) 이 접속되어 있다. 촉매층 (6a, 6b, 6c) 은, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 배기 가스의 입측에서 출측을 향하여, 서로 이간된 상태에서 SCR 반응기 (6) 의 내부에 배치되어 있다. 본 실시형태 1 에 있어서, 촉매층 (6a) 은, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 배기 가스의 입측 (도입관 (11b) 측) 에서부터 1 단째의 촉매층이다. 촉매층 (6b) 은, 이 촉매층 (6a) 의 후단에 위치하는 2 단째의 촉매층이다. 촉매층 (6c) 은, 이 촉매층 (6b) 의 후단에 위치하는 3 단째 (도 1 에서는 최후단) 의 촉매층이다.The
또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, SCR 반응기 (6) 에는, 차압계 (7) 가 형성된다. 차압계 (7) 는, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 배기 가스의 입측의 내부 압력과 출측의 내부 압력의 차압을 계측한다. 차압계 (7) 는, 시계열을 따라 연속적 또는 단속적으로 당해 차압을 측정하고, 그때마다, 차압의 계측 결과를 나타내는 전기 신호 (이하, 차압 계측 신호라고 적절히 한다) 를 제어부 (9) 에 송신한다. 이 차압계 (7) 는, 미리 설정된 규정값 이상의 압손이 SCR 반응기 (6) 에 발생하였는지의 여부를 판단하기 위해 사용된다. 또한, SCR 반응기 (6) 의 압손은, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 상기 입측의 내부 압력 (예를 들어 1 단째의 촉매층 (6a) 의 전단에 있어서의 내부 압력) 이, 촉매층 (6a, 6b, 6c) (특히 촉매층 (6a)) 의 막힘 등에서 기인하여, 상기 출측의 내부 압력에 비해 커지는 현상이다. 특히, SCR 반응기 (6) 의 압손이 규정값 이상 (예를 들어 상기 차압이 규정값 이상) 인 경우, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 상기 입측의 내부 압력이 상기 출측의 내부 압력에 비해 과대하다.In addition, as shown in Fig. 1, a
조작부 (8) 는, 선박용 SCR 시스템 (10) 의 운전 모드를 조작하기 위한 것이다. 본 실시형태 1 에 있어서, 조작부 (8) 는, 선박용 SCR 시스템 (10) 의 운전 모드를 저탈질 SCR 운전 모드 (제 1 운전 모드의 일례) 와 고탈질 SCR 운전 모드 (제 2 운전 모드의 일례) 로 전환 조작할 수 있도록 구성된다. 조작부 (8) 는, 조작자의 조작에 따라, 운전 모드의 지시 신호를 제어부 (9) 에 송신한다. 이로써, 조작부 (8) 는, 제어부 (9) 에 대하여, 선박용 SCR 시스템 (10) 의 저탈질 SCR 운전 모드와 고탈질 SCR 운전 모드를 전환 가능하게 지시한다.The
여기서, 저탈질 SCR 운전 모드는, 제 1 배기 가스 규제의 규제값 이하로 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 저감시키기 위한 운전 모드이다. 고탈질 SCR 운전 모드는, 상기 제 1 배기 가스 규제의 규제값보다 낮은 제 2 배기 가스 규제의 규제값 이하로 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 저감시키기 위한 운전 모드이다.Here, the low denitrification SCR operation mode is an operation mode for reducing the amount of NOx in the exhaust gas below the regulated value of the first exhaust gas regulation. The high denitrification SCR operation mode is an operation mode for reducing the amount of NOx in the exhaust gas below the regulation value of the second exhaust gas regulation, which is lower than the regulation value of the first exhaust gas regulation.
제어부 (9) 는, 배기 가스 중의 NOx 를 저감시키기 위한 배기 가스 유통 계통 (3), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 의 각 동작을, 선박용 SCR 시스템 (10) 의 운전 모드별로 제어한다. 상세하게는, 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (9) 는, 제 1 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요한 제 1 유량으로 환원제를 조정하여 소분사 노즐 (1) 에 공급하도록, 환원제 공급 계통 (4) 을 제어한다. 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (9) 는, 제 2 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요하며 상기 제 1 유량보다 많은 제 2 유량으로 환원제를 조정하여 대분사 노즐 (2) 에 공급하도록, 환원제 공급 계통 (4) 을 제어한다. 또, 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (9) 는, 소정의 유량 또는 압력의 압축 공기를 소분사 노즐 (1) 에 공급하도록, 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다. 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (9) 는, 상기 소정의 유량보다 많은 유량 또는 상기 소정의 압력보다 고압의 압축 공기를 대분사 노즐 (2) 에 공급하도록, 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다.The
또, 제어부 (9) 는, 선박용 SCR 시스템 (10) 의 운전 모드에 상관없이, 차압계 (7) 로부터의 차압 계측 신호를 기초로, SCR 반응기 (6) 의 압손의 정도를 판단한다. SCR 반응기 (6) 의 압손이 규정값 미만인 경우, 제어부 (9) 는, 분사된 환원제를 함유하는 배기 가스가 SCR 반응기 (6) 내를 유통하도록 배기 가스 유통 계통 (3) 을 제어한다. 이 경우, 제어부 (9) 는, 바이패스 밸브 (13) 를 폐색하도록 제어한다. SCR 반응기 (6) 에 규정값 이상의 압손이 발생한 경우, 제어부 (9) 는, 배기 가스가 SCR 반응기 (6) 를 우회하여 유통하도록 배기 가스 유통 계통 (3) 을 제어한다. 이 경우, 제어부 (9) 는, 바이패스 밸브 (13) 를 개방하도록 제어한다. 이로써, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스는, 바이패스관 (12) 내를 통과하여 출구관 (11c) 내에 유입되게 된다.In addition, the
다음으로, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (10) 의 동작에 대해 설명한다. 도 2 는, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템의 동작을 운전 모드별로 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 제 1 배기 가스 규제로서 일반 해역의 배기 가스 규제 (2 차 규제) 를 예시하고, 제 2 배기 가스 규제로서 배출 규제 해역의 배기 가스 규제 (3 차 규제) 를 예시하여, 도 1, 2 를 참조하면서, 선박용 SCR 시스템 (10) 의 동작을 운전 모드별로 설명한다.Next, the operation of the
일반 해역에 있어서, 선박용 SCR 시스템 (10) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시킨다. 이 경우, 선박용 SCR 시스템 (10) 은, 저탈질 SCR 운전 모드로 배기 가스 중의 NOx 의 탈질을 실시한다.In the general sea area, the
상세하게는, 조작부 (8) 는, 조작자의 조작에 따라, 저탈질 SCR 운전 모드를 지시하는 지시 신호를 제어부 (9) 에 송신하고, 이로써, 저탈질 SCR 운전 모드를 제어부 (9) 에 지시한다. 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (9) 는, NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위해 필요한 유량 (즉 제 1 유량) 의 환원제가 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스에 분사되도록, 배기 가스 유통 계통 (3), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다.In detail, the
예를 들어, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 제어부 (9) 는, 환원제 공급 계통 (4) 에 대하여, 이하와 같은 제어를 실시한다. 즉, 제어부 (9) 는, 소정의 압력의 환원제를 송출하도록 환원제 공급원 (4a) 을 제어한다. 또, 제어부 (9) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사되는 환원제의 유량을 조정하기 위한 대제어 밸브 (4c) 와, 대분사 노즐 (2) 에 통하는 공급관 (14g) 의 분기관 (14i) 의 개폐 밸브 (4f) 를 폐색하도록 제어한다. 한편, 제어부 (9) 는, 소분사 노즐 (1) 에 통하는 공급관 (14g) 의 분기관 (14h) 의 개폐 밸브 (4e) 를 개방하도록 제어한다. 또, 제어부 (9) 는, 선박용 디젤 엔진 (100) 의 부하 (이하, 엔진 부하라고 적절히 한다) 에 따라 소제어 밸브 (4b) 의 개도를 제어하고, 이로써, 환원제의 유량을 상기 제 1 유량으로 제어한다. 이 때, 제어부 (9) 는, 유량 센서 (4d) 로부터 환원제 유량 검출 신호를 취득하고, 취득한 환원제 유량 검출 신호를 기초로, 환원제의 유량이 상기 제 1 유량이 되도록 피드백 제어한다. 또한, 엔진 부하는, 예를 들어, 선박용 디젤 엔진 (100) 의 단위 시간당의 엔진 회전수와 1 사이클의 연료 분사량을 기초로 산출할 수 있다.For example, in the low denitrification SCR operation mode, the
또, 제어부 (9) 는, 상기 서술한 환원제 공급 계통 (4) 의 제어에 병행하여, 압축 공기 공급 계통 (5) 에 대하여, 이하에 나타내는 바와 같은 제어를 실시한다. 즉, 제어부 (9) 는, 소분사 노즐 (1) 에 통하는 급기관 (15a) 의 분기관 (15b) 의 개폐 밸브 (5b) 를 개방하도록 제어하고, 대분사 노즐 (2) 에 통하는 급기관 (15a) 의 분기관 (15c) 의 개폐 밸브 (5c) 를 폐색하도록 제어한다. 또, 제어부 (9) 는, 배기 가스 유통 계통 (3) 에 대해, 차압계 (7) 로부터의 차압 계측 신호를 기초로 SCR 반응기 (6) 의 압손이 규정값 이상 발생하고 있지 않은 것을 판단하면서, 바이패스 밸브 (13) 를 폐색하도록 제어한다.Further, in parallel with the control of the reducing
상기 서술한 바와 같이 제어부 (9) 가 배기 가스 유통 계통 (3), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어함으로써, 저탈질 SCR 운전 모드에서는, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위한 최적의 NOx 의 탈질이 실시된다.As described above, the
구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 환원제 공급원 (4a) 으로부터 공급관 (14a) 에 송출된 환원제 (L1) 는, 분기관 (14b) 을 통하여 소제어 밸브 (4b) 에 도달한다. 소제어 밸브 (4b) 는, 제어부 (9) 에 개도 제어됨으로써, 환원제 (L1) 의 유량을 상기 제 1 유량으로 조정 (미조정) 한다. 소제어 밸브 (4b) 에 의해 상기 제 1 유량으로 조정된 환원제 (L1) (이하, 환원제 (L2) 라고 한다) 는, 소제어 밸브 (4b) 로부터 공급관 (14d) 의 분기관 (14e) 을 통하여 유량 센서 (4d) 를 통과하고, 그 후, 공급관 (14g) 의 분기관 (14h) 을 통하여 소분사 노즐 (1) 내에 공급된다. 이것에 병행하여, 압축 공기 공급원 (5a) 으로부터 급기관 (15a) 에 송출된 압축 공기 (G11) 는, 분기관 (15b) 을 통하여 오리피스부 (15d) 에 도달한다. 오리피스부 (15d) 는, 이 압축 공기 (G11) 의 유량 또는 압력을, 소분사 노즐 (1) 로부터의 환원제의 분사 (상세하게는 분무) 에 적합한 유량 또는 압력으로 조정한다. 이와 같이 유량 또는 압력이 조정된 압축 공기 (G11) (이하, 압축 공기 (G12) 라고 한다) 는, 분기관 (15b) 을 통하여 소분사 노즐 (1) 내에 공급된다. 소분사 노즐 (1) 은, 압축 공기 (G12) 의 작용에 의해, 환원제 (L2) 를 혼합기 (3a) 내에 분사한다.Specifically, as shown in FIG. 2 , in the low denitrification SCR operation mode, the reducing agent L1 sent from the reducing
혼합기 (3a) 내에는, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터의 배기 가스 (G1) 가, 배기관 (11a) 을 통하여 유입되고 있다. 혼합기 (3a) 내에서는, 배기관 (11a) 으로부터 유입된 배기 가스 (G1) 와 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제 (L2) 가 서로 섞인다. 예를 들어, 환원제 (L2) 가 요소수인 경우, 분사에 의해 미립화된 요소수는, 배기 가스 (G1) 와 서로 섞임과 함께, 이 배기 가스 (G1) 의 열에 의해 암모니아로 변화한다. 이와 같이 환원제 (L2) 가 분사된 배기 가스 (G1), 즉, 분사된 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G2) 는, 혼합기 (3a) 로부터 도입관 (11b) 을 통하여 SCR 반응기 (6) 내에 도입된다. SCR 반응기 (6) 내에 있어서, 배기 가스 (G2) 는, 복수 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c) 과 순차적으로 접촉하면서, SCR 반응기 (6) 의 출측으로 흐른다. 이 때, SCR 반응기 (6) 는, 촉매층 (6a, 6b, 6c) 의 각각에 있어서의 촉매 작용에 의해, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 의 환원 반응을 진행시킨다. 이로써, SCR 반응기 (6) 는, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 를 탈질시킨다. 이 탈질에 의해, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 의 배출량은, 2 차 규제의 규제값 이하로 저감된다. 이 배기 가스 (G2) 는, SCR 반응기 (6) 로부터 출구관 (11c) 을 통하여 배출·회수측으로 배출된다.Exhaust gas G1 from the
한편, 배출 규제 해역에 있어서, 선박용 SCR 시스템 (10) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시킨다. 이 경우, 선박용 SCR 시스템 (10) 은, 고탈질 SCR 운전 모드로 배기 가스 중의 NOx 의 탈질을 실시한다.On the other hand, in the emission control sea area, the
상세하게는, 조작부 (8) 는, 조작자의 조작에 따라, 고탈질 SCR 운전 모드를 지시하는 지시 신호를 제어부 (9) 에 송신하고, 이로써, 고탈질 SCR 운전 모드를 제어부 (9) 에 지시한다. 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (9) 는, NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위해 필요한 유량 (즉 제 2 유량) 의 환원제가 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사되도록, 배기 가스 유통 계통 (3), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다.In detail, the
예를 들어, 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 제어부 (9) 는, 환원제 공급 계통 (4) 에 대하여, 이하와 같은 제어를 실시한다. 즉, 제어부 (9) 는, 소정의 압력의 환원제를 송출하도록 환원제 공급원 (4a) 을 제어한다. 또, 제어부 (9) 는, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사되는 환원제의 유량을 조정하기 위한 소제어 밸브 (4b) 와, 소분사 노즐 (1) 에 통하는 공급관 (14g) 의 분기관 (14h) 의 개폐 밸브 (4e) 를 폐색하도록 제어한다. 한편, 제어부 (9) 는, 대분사 노즐 (2) 에 통하는 공급관 (14g) 의 분기관 (14i) 의 개폐 밸브 (4f) 를 개방하도록 제어한다. 또, 제어부 (9) 는, 엔진 부하에 따라 대제어 밸브 (4c) 의 개도를 제어하고, 이로써, 환원제의 유량을 상기 제 2 유량으로 제어한다. 이 때, 제어부 (9) 는, 유량 센서 (4d) 로부터 환원제 유량 검출 신호를 취득하고, 취득한 환원제 유량 검출 신호를 기초로, 환원제의 유량이 상기 제 2 유량이 되도록 피드백 제어한다.For example, in the high denitrification SCR operation mode, the
또, 제어부 (9) 는, 상기 서술한 환원제 공급 계통 (4) 의 제어에 병행하여, 압축 공기 공급 계통 (5) 에 대하여, 이하에 나타내는 바와 같은 제어를 실시한다. 즉, 제어부 (9) 는, 대분사 노즐 (2) 에 통하는 급기관 (15a) 의 분기관 (15c) 의 개폐 밸브 (5c) 를 개방하도록 제어하고, 소분사 노즐 (1) 에 통하는 급기관 (15a) 의 분기관 (15b) 의 개폐 밸브 (5b) 를 폐색하도록 제어한다. 또, 제어부 (9) 는, 배기 가스 유통 계통 (3) 에 대해, 차압계 (7) 로부터의 차압 계측 신호를 기초로 SCR 반응기 (6) 의 압손이 규정값 이상 발생하고 있지 않은 것을 판단하면서, 바이패스 밸브 (13) 를 폐색하도록 제어한다.Further, in parallel with the control of the reducing
상기 서술한 바와 같이 제어부 (9) 가 배기 가스 유통 계통 (3), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어함으로써, 고탈질 SCR 운전 모드에서는, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위한 최적의 NOx 의 탈질이 실시된다.As described above, the
구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 환원제 공급원 (4a) 으로부터 공급관 (14a) 에 송출된 환원제 (L1) 는, 분기관 (14c) 을 통하여 대제어 밸브 (4c) 에 도달한다. 대제어 밸브 (4c) 는, 제어부 (9) 에 개도 제어됨으로써, 환원제 (L1) 의 유량을 상기 제 2 유량으로 조정한다. 대제어 밸브 (4c) 에 의해 상기 제 2 유량으로 조정된 환원제 (L1) (이하, 환원제 (L3) 라고 한다) 는, 대제어 밸브 (4c) 로부터 공급관 (14d) 의 분기관 (14f) 을 통하여 유량 센서 (4d) 를 통과하고, 그 후, 공급관 (14g) 의 분기관 (14i) 을 통하여 대분사 노즐 (2) 내에 공급된다. 이것에 병행하여, 압축 공기 공급원 (5a) 으로부터 급기관 (15a) 에 송출된 압축 공기 (G11) 는, 분기관 (15c) 을 통하여 오리피스부 (15e) 에 도달한다. 오리피스부 (15e) 는, 이 압축 공기 (G11) 의 유량 또는 압력을, 대분사 노즐 (2) 로부터의 환원제의 분사 (상세하게는 분무) 에 적합한 유량 또는 압력으로 조정한다. 이와 같이 유량 또는 압력이 조정된 압축 공기 (G11) (이하, 압축 공기 (G13) 라고 한다) 는, 분기관 (15c) 을 통하여 대분사 노즐 (2) 내에 공급된다. 대분사 노즐 (2) 은, 압축 공기 (G13) 의 작용에 의해, 환원제 (L3) 를 혼합기 (3a) 내에 분사한다.Specifically, as shown in FIG. 2 , in the high denitrification SCR operation mode, the reducing agent L1 sent from the reducing
혼합기 (3a) 내에는, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터의 배기 가스 (G1) 가, 배기관 (11a) 을 통하여 유입되고 있다. 혼합기 (3a) 내에서는, 배기관 (11a) 으로부터 유입된 배기 가스 (G1) 와 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제 (L3) 가 서로 섞인다. 이와 같이 환원제 (L3) 가 분사된 배기 가스 (G1), 즉, 분사된 환원제 (L3) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G3) 는, 혼합기 (3a) 로부터 도입관 (11b) 을 통하여 SCR 반응기 (6) 내에 도입된다. SCR 반응기 (6) 내에 있어서, 배기 가스 (G3) 는, 복수 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c) 과 순차적으로 접촉하면서, SCR 반응기 (6) 의 출측으로 흐른다. 이 때, SCR 반응기 (6) 는, 촉매층 (6a, 6b, 6c) 의 각각에 있어서의 촉매 작용에 의해, 배기 가스 (G3) 중의 NOx 의 환원 반응을 진행시킨다. 이로써, SCR 반응기 (6) 는, 배기 가스 (G3) 중의 NOx 를 탈질시킨다. 이 탈질에 의해, 배기 가스 (G3) 중의 NOx 의 배출량은, 3 차 규제의 규제값 이하로 저감된다. 이 배기 가스 (G3) 는, SCR 반응기 (6) 로부터 출구관 (11c) 을 통하여 배출·회수측으로 배출된다.Exhaust gas G1 from the
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (10) 에서는, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 제 1 배기 가스 규제의 규제값 이하로 저감시키는 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 배기 가스 중의 NOx 를 저감 (탈질) 시키기 위한 환원제를, 제 1 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요한 제 1 유량으로 조정하여, 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스에 분사하고, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 상기 제 1 배기 가스 규제의 규제값보다 낮은 제 2 배기 가스 규제의 규제값 이하로 저감시키는 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 상기 환원제를, 제 2 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요하며 상기 제 1 유량보다 많은 제 2 유량으로 조정하여, 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사하고 있다.As described above, in the
이 때문에, 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서의 배기 가스 중의 NOx 의 탈질 능력을 저하시키지 않고, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서의 배기 가스 중의 NOx 의 탈질 능력을 낭비없이 발휘시킬 수 있다. 이로써, 제 1 배기 가스 규제의 해역 및 이 이외의 해역 (즉 제 2 배기 가스 규제의 해역) 의 각각에 대해, 규제값을 만족할 수 있는 NOx 의 탈질 능력을 확보할 수 있음과 함께, 설령 제 1 배기 가스 규제의 해역에 있어서 엔진 연비를 향상시켰다고 하더라도, 이 엔진 연비의 향상에 수반하여 증대되는 NOx 의 배출량을, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서의 배기 가스 중의 NOx 의 탈질 능력에 의해 제 1 배기 가스 규제의 규제값 이하로 저감시킬 수 있다. 이 결과, 엔진 연비의 추가적인 향상을 추구할 수 있음과 함께, 일반 해역의 2 차 규제나 배출 규제 해역의 3 차 규제 등, 선박용 디젤 엔진에 요구되는 복수의 배기 가스 규제에 대해, NOx 의 배출량을 효율적으로 저감시킬 수 있다.For this reason, the NOx denitrification ability of the exhaust gas in the high NOx removal SCR operation mode is not lowered, and the NOx removal capacity of the exhaust gas in the low NOx removal SCR operation mode can be exhibited without waste. In this way, it is possible to ensure the NOx denitrification ability that can satisfy the regulatory value in each of the first exhaust gas regulation sea area and the other sea area (ie, the second exhaust gas regulation sea area), and even if the first exhaust gas regulation sea area Even if engine fuel efficiency is improved in the exhaust gas regulation sea area, NOx emissions that increase with the improvement in engine fuel economy can be reduced by the NOx denitrification capability in the exhaust gas in the low NOx removal SCR operation mode in the first exhaust gas. It can be reduced below the regulated value of regulation. As a result, further improvement in engine fuel efficiency can be pursued, and NOx emissions can be reduced for a plurality of exhaust gas regulations required for marine diesel engines, such as secondary regulations in general sea areas and tertiary regulations in emission control sea areas. can be effectively reduced.
또, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (10) 에서는, 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을, 소제어 밸브 (4b) 에 의해 조정하고, 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을, 소제어 밸브 (4b) 보다 넓은 유량 조정 범위를 갖는 대제어 밸브 (4c) 에 의해 조정하고 있다. 이 때문에, 대제어 밸브 (4c) 에서는 유량 조정 범위가 지나치게 넓기 (즉 유량 조정 단위가 지나치게 크기) 때문에 조정이 곤란한 환원제의 상기 제 1 유량을, 소제어 밸브 (4b) 에 의해 간이하게 조정할 수 있다. 또한, 소제어 밸브 (4b) 에서는 유량 조정 범위가 지나치게 좁기 (즉 유량 조정 단위가 지나치게 작기) 때문에 조정이 곤란한 환원제의 상기 제 2 유량을, 대제어 밸브 (4c) 에 의해 간이하게 조정할 수 있다.Further, in the
또, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (10) 에서는, 상기 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 소정의 유량 또는 압력의 압축 공기를 소분사 노즐 (1) 에 공급하고, 상기 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 이 소정의 유량보다 많은 유량 또는 소정의 압력보다 고압의 압축 공기를 대분사 노즐 (2) 에 공급하고 있다. 이 때문에, 상기 저탈질 SCR 운전 모드시, 상기 제 1 유량의 환원제를 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스 중에 효율적으로 분사할 수 있다. 또한, 상기 고탈질 SCR 운전 모드시, 상기 제 2 유량의 환원제를 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스 중에 효율적으로 분사할 수 있다.Further, in the
또, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (10) 에서는, 소분사 노즐 (1) 과 대분사 노즐 (2) 을 동일한 혼합기 (3a) 내에 형성하여, 소분사 노즐 (1) 또는 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제와 배기 가스를 혼합기 (3a) 내에서 혼합하도록 하고, 또, 소분사 노즐 (1) 을, 혼합기 (3a) 에 있어서의 배기 가스의 입측에서 출측을 향하는 방향에 대해 대분사 노즐 (2) 의 후단에 배치하고 있다. 이 때문에, 대분사 노즐 (2) 의 분사구에서 혼합기 (3a) 의 출구부까지의 거리를 소분사 노즐 (1) 보다 크게 할 수 있다. 이로써, 대분사 노즐 (2) 로부터의 환원제의 분사 범위를 소분사 노즐 (1) 보다 넓게 할 수 있고, 이 결과, 혼합기 (3a) 내의 배기 가스와 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 효율적으로 혼합할 수 있다.Further, in the
(실시형태 2)(Embodiment 2)
다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 대해 설명한다. 상기 서술한 실시형태 1 에서는, 저탈질 SCR 운전 모드 및 고탈질 SCR 운전 모드에 상관없이, 환원제가 분사된 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 내의 1 단째에서 최종단까지의 각 촉매층과 접촉시키고 있었지만, 본 실시형태 2 에서는, 저탈질 SCR 운전 모드의 경우, 환원제가 분사된 배기 가스와 접촉시키는 촉매층을 2 단째 이후의 촉매층 중에서 선택할 수 있도록 하고 있다.Next,
도 3 은, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템 일 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (20) 은, 상기 서술한 실시형태 1 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (10) 의 도입관 (11b) 대신에 도입관 (21) 을 구비하고, 배기 가스 유통 계통 (3) 대신에 배기 가스 유통 계통 (23) 을 구비하고, 제어부 (9) 대신에 제어부 (29) 를 구비한다. 또, 선박용 SCR 시스템 (20) 은, 새로운 구성으로서, 산포관 (22a, 22b) 을 구비한다. 그 밖의 구성은 실시형태 1 과 동일하고, 동일 구성부에는 동일 부호를 붙이고 있다.Fig. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of an SCR system for ships according to
도입관 (21) 은, SCR 반응기 (6) 에 배기 가스를 도입하기 위한 배관이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 도입관 (21) 은, 입구단이 배기 가스 유통 계통 (23) 의 개폐 밸브 (25b) 에 접속되고 또한 출구단이 SCR 반응기 (6) 의 입측단에 접속되어 있다. 도입관 (21) 은, SCR 반응기 (6) 내에 형성된 복수 단의 촉매층 (본 실시형태 2 에서는 3 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c)) 중, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 배기 가스의 입측에서부터 1 단째의 촉매층 (6a) 에, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스 또는 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 도입한다. 또한, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스란, 소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 중 어느 것으로부터도 환원제가 분사되어 있지 않은 배기 가스이다.The
산포관 (22a, 22b) 은, 환원제가 분사된 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 내에 산포하기 위한 배관이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 산포관 (22a) 의 입구단은, 배기 가스 유통 계통 (23) 의 개폐 밸브 (25d) 에 접속되어 있다. 산포관 (22a) 의 출구측의 배관 부분에는, 복수 (예를 들어 4 개) 의 산포 노즐 (22c) 이 형성된다. 이 산포관 (22a) 의 출구측의 배관 부분은, 1 단째의 촉매층 (6a) 과 2 단째의 촉매층 (6b) 사이의 영역으로 연장되도록 SCR 반응기 (6) 내에 배치된다. 이 때, 산포관 (22a) 은, 이들 복수의 산포 노즐 (22c) 을 2 단째의 촉매층 (6b) 측을 향하게 한 상태로 되어 있다. 한편, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 산포관 (22b) 의 입구단은, 배기 가스 유통 계통 (23) 의 개폐 밸브 (25e) 에 접속되어 있다. 산포관 (22b) 의 출구측의 배관 부분에는, 복수 (예를 들어 4 개) 의 산포 노즐 (22d) 이 형성된다. 이 산포관 (22b) 의 출구측의 배관 부분은, 2 단째의 촉매층 (6b) 과 3 단째 (본 실시형태 2 에서는 최후단) 의 촉매층 (6c) 사이의 영역으로 연장되도록 SCR 반응기 (6) 내에 배치된다. 이 때, 산포관 (22b) 은, 이들 복수의 산포 노즐 (22d) 을 3 단째의 촉매층 (6c) 측을 향하게 한 상태로 되어 있다. 이들 산포관 (22a, 22b) 은, SCR 반응기 (6) 내에 형성된 복수 단의 촉매층 (본 실시형태 2 에서는 3 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c)) 중, 1 단째의 촉매층 (6a) 의 후단에 위치하는 2 단째 이후의 촉매층에, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 산포한다. 상세하게는, 본 실시형태 2 에 있어서, 산포관 (22a) 은, 2 단째의 촉매층 (6b) 에, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 산포한다. 산포관 (22b) 은, 3 단째의 촉매층 (6c) 에, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 산포한다.The
배기 가스 유통 계통 (23) 은, 상기 서술한 도입관 (21) 과 산포관 (22a, 22b) 에 연통되고, SCR 반응기 (6) 를 향하여 배기 가스를 유통시키는 것이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 유통 계통 (23) 은, 바이패스관 (24a) 과, 출구관 (24b) 과, 유통관 (24c) 과, 개폐 밸브 (25a ∼ 25e) 와, 송풍기 (26) 를 구비한다. 또, 배기 가스 유통 계통 (23) 은, 실시형태 1 과 동일한 혼합기 (3a) 와, 배기관 (11a) 과, 바이패스관 (12) 과, 바이패스 밸브 (13) 를 구비한다.The exhaust
바이패스관 (24a) 은, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 를 향하여 유통시키기 위한 배관이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 바이패스관 (24a) 은, 입구단이 배기관 (11a) 의 중도부에 접속되고 또한 출구단이 도입관 (21) 의 중도부에 접속되어 있다. 바이패스관 (24a) 은, 배기관 (11a) 으로부터 혼합기 (3a) 를 우회하여 도입관 (21) 에 합류하는 배기 가스의 우회 유로를 형성한다.The
출구관 (24b) 은, 혼합기 (3a) 로부터 송출된 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 측으로 유통시키기 위한 배관이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 출구관 (24b) 은, 입구단이 혼합기 (3a) 의 출측단에 접속되고 또한 출구단이 개폐 밸브 (25b) 에 접속되어 있다. 출구관 (24b) 내를 유통하는 배기 가스로는, 예를 들어, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 들 수 있다.The
유통관 (24c) 은, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 산포관 (22a, 22b) 을 향하여 유통시키기 위한 배관이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 유통관 (24c) 의 입구단은, 출구관 (24b) 에 접속되어 있다. 또, 유통관 (24c) 의 출구단은, 예를 들어, 산포관 (22a, 22b) 의 배치수에 대응하여 2 개로 분기되어 있다. 이들 유통관 (24c) 의 각 출구단은, 개폐 밸브 (25d, 25e) 에 접속되어 있다. 즉, 유통관 (24c) 은, 출구관 (24b) 으로부터 분기되고, 개폐 밸브 (25d, 25e) 를 통하여 산포관 (22a, 22b) 에 통하고 있다.The
또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 개폐 밸브 (25a) 는, 바이패스관 (24a) 에 형성된다. 개폐 밸브 (25a) 는, 바이패스관 (24a) 을 개방 또는 폐색하는 구동 밸브이다. 개폐 밸브 (25b) 는, 도입관 (21) 과 출구관 (24b) 을 개폐 가능하게 연통시키는 구동 밸브이다. 개폐 밸브 (25c) 는, 유통관 (24c) 의 중도부 (예를 들어 출구단의 근방) 에 형성된다. 개폐 밸브 (25c) 는, 유통관 (24c) 을 개방 또는 폐색하는 구동 밸브이다. 개폐 밸브 (25d) 는, 산포관 (22a) 과 유통관 (24c) 을 개폐 가능하게 연통시키는 구동 밸브이다. 개폐 밸브 (25e) 는, 산포관 (22b) 과 유통관 (24c) 을 개폐 가능하게 연통시키는 구동 밸브이다.Moreover, as shown in FIG. 3, the on-off
송풍기 (26) 는, 유통관 (24c) 내를 유통하는 배기 가스에 압력을 부여하기 위한 것이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 송풍기 (26) 는, 유통관 (24c) 의 중도부로서 개폐 밸브 (25c) 와 출구단 (본 실시형태 2 에서는 각 출구단에 접속된 개폐 밸브 (25d, 25e)) 사이에 형성된다. 송풍기 (26) 는, 출구관 (24b) 내에서 유통관 (24c) 내로 배기 가스를 흡인하고, 흡인한 배기 가스에 압력을 부여한다. 이 압력은, 유통관 (24c) 을 통하여 산포관 (22a, 22b) 내에 유입된 배기 가스를 각 산포 노즐 (22c, 22d) 로부터 분사시킬 수 있을 정도의 압력이다. 송풍기 (26) 는, 이와 같은 압력을 부여한 배기 가스를, 유통관 (24c) 내를 따라 산포관 (22a, 22b) 측으로 송출한다.The
제어부 (29) 는, 배기 가스를 유통시키는 배기 가스 유통 계통 (23) 의 동작을 선박용 SCR 시스템 (20) 의 운전 모드별로 제어한다. 상세하게는, 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (29) 는, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 도입관 (21) 내에 유통시킴과 함께, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 산포관 (22a, 22b) 내에 유통시키도록, 배기 가스 유통 계통 (23) 을 제어한다. 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (29) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 도입관 (21) 내에 유통시키도록, 배기 가스 유통 계통 (23) 을 제어한다. 또한, 제어부 (29) 는, 이와 같이 배기 가스 유통 계통 (23) 을 제어하는 것 이외에, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하다.The
다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (20) 의 동작에 대해 설명한다. 도 4 는, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템의 동작을 운전 모드별로 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 제 1 배기 가스 규제로서 일반 해역의 배기 가스 규제 (2 차 규제) 를 예시하고, 제 2 배기 가스 규제로서 배출 규제 해역의 배기 가스 규제 (3 차 규제) 를 예시하여, 도 3, 4 를 참조하면서, 선박용 SCR 시스템 (20) 의 동작을 운전 모드별로 설명한다.Next, the operation of the
일반 해역에 있어서, 선박용 SCR 시스템 (20) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시킨다. 이 경우, 선박용 SCR 시스템 (20) 은, 저탈질 SCR 운전 모드로 배기 가스 중의 NOx 의 탈질을 실시한다.In the general sea area, the
상세하게는, 조작부 (8) 는, 조작자의 조작에 따라, 저탈질 SCR 운전 모드를 지시하는 지시 신호를 제어부 (29) 에 송신하고, 이로써, 저탈질 SCR 운전 모드를 제어부 (29) 에 지시한다. 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (29) 는, NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위해 필요한 유량 (즉 제 1 유량) 의 환원제가 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스에 분사되도록, 배기 가스 유통 계통 (23), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다. 또, 제어부 (29) 는, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스와 SCR 반응기 (6) 내의 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 을 선택적으로 접촉시키도록, 배기 가스 유통 계통 (23) 을 제어한다. 또한, 저탈질 SCR 운전 모드에서의 제어부 (29) 에 의한 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 의 제어는, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하다.In detail, the
예를 들어, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 제어부 (29) 는, 배기 가스 유통 계통 (23) 에 대하여, 이하와 같은 제어를 실시한다. 즉, 제어부 (29) 는, 바이패스관 (24a) 의 개폐 밸브 (25a) 와, 유통관 (24c) 의 입구단측의 개폐 밸브 (25c) 와, 유통관 (24c) 의 출구단측의 개폐 밸브 (25d, 25e) 중 적어도 1 개를 개방하도록 제어한다. 이것에 병행하여, 제어부 (29) 는, 출구관 (24b) 과 도입관 (21) 사이의 개폐 밸브 (25b) 를 폐색하도록 제어한다. 또, 제어부 (29) 는, 송풍기 (26) 를 구동시킨다. 또한, 제어부 (29) 에 의한 바이패스 밸브 (13) 의 제어는, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하다.For example, in the low denitrification SCR operation mode, the
여기서, 제어부 (29) 는, 엔진 부하에 따라, 유통관 (24c) 의 출구단측의 개폐 밸브 (25d, 25e) 중 적어도 1 개를 개방시킨다. 예를 들어, 제어부 (29) 에는, 엔진 부하에 대해 소정의 임계값이 미리 설정되어 있다. 제어부 (29) 는, 엔진 부하가 소정의 임계값 미만인 경우, 개폐 밸브 (25d, 25e) 중, 후단의 개폐 밸브 (25e) 를 개방하도록 제어함과 함께, 전단의 개폐 밸브 (25d) 를 폐색하도록 제어한다. 한편, 제어부 (29) 는, 엔진 부하가 소정의 임계값 이상인 경우, 개폐 밸브 (25d) 만, 또는 개폐 밸브 (25d, 25e) 의 양방을 개방하도록 제어한다. 또한, 후단의 개폐 밸브 (25e) 는, 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 중, 후단 (본 실시형태 2 에서는 3 단째) 의 촉매층 (6c) 에 산포 노즐 (22d) 을 향하게 하고 있는 산포관 (22b) 에 통하는 개폐 밸브이다. 전단의 개폐 밸브 (25d) 는, 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 중, 전단 (본 실시형태 2 에서는 2 단째) 의 촉매층 (6b) 에 산포 노즐 (22c) 을 향하게 하고 있는 산포관 (22a) 에 통하는 개폐 밸브이다.Here, the
상기 서술한 바와 같이 제어부 (29) 가 배기 가스 유통 계통 (23), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어함으로써, 저탈질 SCR 운전 모드에서는, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위한 최적의 NOx 의 탈질이 실시된다.As described above, the
구체적으로는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 선박용 디젤 엔진 (100) (도 3 참조) 으로부터 배출된 배기 가스 (G1) 는, 배기관 (11a) 을 통하여 혼합기 (3a) 내에 유입됨과 함께, 배기관 (11a) 으로부터 바이패스관 (24a) 을 통하여 도입관 (21) 내에 유입된다. 혼합기 (3a) 내에서는, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하게, 상기 제 1 유량으로 조정된 환원제 (L2) 가, 압축 공기 (G12) 의 작용에 의해 소분사 노즐 (1) 로부터 분사 (분무) 되고 있다. 혼합기 (3a) 내에 유입된 배기 가스 (G1) 는, 소분사 노즐 (1) 로부터 환원제 (L2) 가 분사되어, 이 환원제 (L2) 와 서로 섞인다. 이와 같이 환원제 (L2) 가 분사된 배기 가스 (G1), 즉, 분사된 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G2) 는, 혼합기 (3a) 로부터 출구관 (24b) 내로 배출된다. 출구관 (24b) 내의 배기 가스 (G2) 는, 송풍기 (26) 의 작용에 의해, 유통관 (24c) 내에 흡인됨과 함께, 소정의 압력을 가진 상태에서 유통관 (24c) 내를 SCR 반응기 (6) 측을 향하여 유통한다.Specifically, as shown in FIG. 4 , in the low-denitization SCR operation mode, the exhaust gas G1 discharged from the marine diesel engine 100 (see FIG. 3 ) passes through the
여기서, 엔진 부하가 소정의 임계값 미만인 경우, 개폐 밸브 (25d) 는 폐색된 상태이고, 개폐 밸브 (25e) 는 개방된 상태이다. 이 경우, 유통관 (24c) 내의 배기 가스 (G2) 는, 개폐 밸브 (25e) 를 통하여 산포관 (22b) 내에 유입된다. 산포관 (22b) 은, 복수의 산포 노즐 (22d) 로부터 SCR 반응기 (6) 내의 3 단째의 촉매층 (6c) 에, 이 유입된 배기 가스 (G2) (소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스) 를 산포한다. 한편, 엔진 부하가 소정의 임계값 이상인 경우, 개폐 밸브 (25d) 만이 개방된 상태, 또는, 개폐 밸브 (25d, 25e) 의 양방이 개방된 상태이다. 개폐 밸브 (25d) 만이 개방된 상태인 경우, 유통관 (24c) 내의 배기 가스 (G2) 는, 개폐 밸브 (25d) 를 통하여 산포관 (22a) 내에 유입된다. 산포관 (22a) 은, 복수의 산포 노즐 (22c) 로부터 SCR 반응기 (6) 내의 2 단째의 촉매층 (6b) 에, 이 유입된 배기 가스 (G2) 를 산포한다. 또는, 개폐 밸브 (25d, 25e) 의 양방이 개방된 상태인 경우, 유통관 (24c) 내의 배기 가스 (G2) 는, 개폐 밸브 (25d) 를 통하여 산포관 (22a) 내에 유입됨과 함께, 개폐 밸브 (25e) 를 통하여 산포관 (22b) 내에 유입된다. 산포관 (22a) 은, 상기 서술한 경우와 동일하게, SCR 반응기 (6) 내의 2 단째의 촉매층 (6b) 에 배기 가스 (G2) 를 산포한다. 이것에 병행하여, 산포관 (22b) 은, 복수의 산포 노즐 (22d) 로부터 SCR 반응기 (6) 내의 3 단째의 촉매층 (6c) 에, 이 유입된 배기 가스 (G2) 를 산포한다.Here, when the engine load is less than a predetermined threshold value, the on-off
한편, 배기관 (11a) 으로부터 바이패스관 (24a) 을 통하여 도입관 (21) 내에 유입된 배기 가스 (G1) 는, 도입관 (21) 을 통하여 SCR 반응기 (6) 내에 유입되고, 1 단째의 촉매층 (6a) 에 도입된다. 여기서, 이 배기 가스 (G1) 는, 배기관 (11a) 으로부터 바이패스관 (24a) 내를 통과함으로써 혼합기 (3a) 를 우회하여 SCR 반응기 (6) 내에 유입된 배기 가스이다. 즉, 이 배기 가스 (G1) 는, 환원제 (L2) 를 함유하지 않는 상태의 배기 가스이다. SCR 반응기 (6) 내에 유입된 배기 가스 (G1) 는, 1 단째의 촉매층 (6a) 내를 통과하여 흐른다. 이 경우, 배기 가스 (G1) 는 환원제 (L2) 를 함유하고 있지 않기 때문에, 배기 가스 (G1) 와 1 단째의 촉매층 (6a) 이 접촉하더라도, 이 배기 가스 (G1) 중의 NOx 의 탈질 (환원 반응) 은 실시되지 않는다.On the other hand, the exhaust gas G1 flowing into the
1 단째의 촉매층 (6a) 내를 통과한 배기 가스 (G1) 는, 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 내를 순차적으로 통과하도록 흐른다. 여기서, 엔진 부하가 소정의 임계값 미만인 경우, SCR 반응기 (6) 내의 산포관 (22a, 22b) 중, 후단의 산포관 (22b) 만으로부터 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G2) 가 산포된다. 이 경우, 배기 가스 (G1) 는, 1 단째의 촉매층 (6a) 의 경우와 동일하게, 환원제 (L2) 를 함유하지 않는 상태에서 2 단째의 촉매층 (6b) 내를 통과하여 흐른다. 즉, 2 단째의 촉매층 (6b) 에 있어서도, 이 배기 가스 (G1) 중의 NOx 의 탈질은 실시되지 않는다. 계속해서, 배기 가스 (G1) 는, 2 단째의 촉매층 (6b) 에서 3 단째의 촉매층 (6c) 을 향하여 흐른다. 이 때, 배기 가스 (G1) 는, 산포관 (22b) 의 복수의 산포 노즐 (22d) 로부터 산포된 배기 가스 (G2) 와 서로 섞이고, 이로써, 이 배기 가스 (G2) 중의 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (즉 배기 가스 (G2) 의 일부) 가 된다. 이와 같은 배기 가스 (G2) 는, 환원제 (L2) 를 함유하는 상태에서 3 단째의 촉매층 (6c) 내에 유입된다. 3 단째의 촉매층 (6c) 에서는, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 의 환원 반응이 촉매 작용에 의해 진행되고, 이로써, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 가 탈질된다. 이 탈질에 의해, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 의 배출량은, 2 차 규제의 규제값 이하로 저감된다. 그 후, 3 단째의 촉매층 (6c) 내를 통과한 배기 가스 (G2) 는, SCR 반응기 (6) 로부터 출구관 (11c) 을 통하여 배출·회수측으로 배출된다.The exhaust gas G1 that has passed through the
한편, 엔진 부하가 소정의 임계값 이상인 경우, SCR 반응기 (6) 내의 산포관 (22a) 만, 또는 산포관 (22a, 22b) 의 양방으로부터, 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G2) 가 산포된다. 이 경우, 1 단째의 촉매층 (6a) 내를 통과한 배기 가스 (G1) 는, 산포관 (22a) 의 복수의 산포 노즐 (22c) 로부터 산포된 배기 가스 (G2) 와 서로 섞이고, 이로써, 이 배기 가스 (G2) 중의 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (즉 배기 가스 (G2) 의 일부) 가 된다. 또는, 1 단째의 촉매층 (6a) 내를 통과한 배기 가스 (G1) 는, 산포관 (22a) 의 복수의 산포 노즐 (22c) 로부터 산포된 배기 가스 (G2) 와 서로 섞이고, 계속해서, 산포관 (22b) 의 복수의 산포 노즐 (22d) 로부터 산포된 배기 가스 (G2) 와 서로 섞인다. 이와 같이 하여, 당해 배기 가스 (G1) 는, 이들 배기 가스 (G2) 중의 환원제 (L2) 를 순차적으로 함유하는 상태의 배기 가스 (즉 배기 가스 (G2) 의 일부) 가 된다. 이와 같은 배기 가스 (G2) 는, 상기 서술한 어느 경우에 있어서도, 환원제 (L2) 를 함유하는 상태에서 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 내에 순차적으로 유입된다. 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 에서는, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 의 환원 반응이 촉매 작용에 의해 순차적으로 진행되고, 이로써, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 가 탈질된다. 이 탈질에 의해, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 의 배출량은, 2 차 규제의 규제값 이하로 저감된다. 그 후, 3 단째의 촉매층 (6c) 내를 통과한 배기 가스 (G2) 는, SCR 반응기 (6) 로부터 출구관 (11c) 을 통하여 배출·회수측으로 배출된다.On the other hand, when the engine load is equal to or greater than the predetermined threshold value, the exhaust gas (G2) containing the reducing agent (L2) is discharged from only the diffusion pipe (22a) or both of the diffusion pipes (22a, 22b) in the SCR reactor (6). ) is distributed. In this case, the exhaust gas G1 that has passed through the
한편, 배출 규제 해역에 있어서, 선박용 SCR 시스템 (20) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시킨다. 이 경우, 선박용 SCR 시스템 (20) 은, 고탈질 SCR 운전 모드로 배기 가스 중의 NOx 의 탈질을 실시한다.On the other hand, in the emission control sea area, the
상세하게는, 조작부 (8) 는, 조작자의 조작에 따라, 고탈질 SCR 운전 모드를 지시하는 지시 신호를 제어부 (29) 에 송신하고, 이로써, 고탈질 SCR 운전 모드를 제어부 (29) 에 지시한다. 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (29) 는, NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위해 필요한 유량 (즉 제 2 유량) 의 환원제가 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사되도록, 배기 가스 유통 계통 (23), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다. 또한, 고탈질 SCR 운전 모드에서의 제어부 (29) 에 의한 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 의 제어는, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하다.In detail, the
예를 들어, 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 제어부 (29) 는, 배기 가스 유통 계통 (23) 에 대하여, 이하와 같은 제어를 실시한다. 즉, 제어부 (29) 는, 바이패스관 (24a) 의 개폐 밸브 (25a) 와, 유통관 (24c) 의 입구단측의 개폐 밸브 (25c) 와, 유통관 (24c) 의 출구단측의 개폐 밸브 (25d, 25e) 를 폐색하도록 제어한다. 이것에 앞서, 제어부 (29) 는, 출구관 (24b) 과 도입관 (21) 사이의 개폐 밸브 (25b) 를 개방하도록 제어한다. 또, 제어부 (29) 는, 송풍기 (26) 를 정지시킨다. 또한, 제어부 (29) 에 의한 바이패스 밸브 (13) 의 제어는, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하다.For example, in the high denitrification SCR operation mode, the
상기 서술한 바와 같이 제어부 (29) 가 배기 가스 유통 계통 (23), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어함으로써, 고탈질 SCR 운전 모드에서는, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위한 최적의 NOx 의 탈질이 실시된다.As described above, the
구체적으로는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 선박용 디젤 엔진 (100) (도 3 참조) 으로부터 배출된 배기 가스 (G1) 는, 배기관 (11a) 을 통하여 혼합기 (3a) 내에 유입된다. 혼합기 (3a) 내에서는, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하게, 상기 제 2 유량으로 조정된 환원제 (L3) 가, 압축 공기 (G13) 의 작용에 의해 대분사 노즐 (2) 로부터 분사 (분무) 되고 있다. 혼합기 (3a) 내에 유입된 배기 가스 (G1) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 환원제 (L3) 가 분사되어, 이 환원제 (L3) 와 서로 섞인다. 이와 같이 환원제 (L3) 가 분사된 배기 가스 (G1), 즉, 분사된 환원제 (L3) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G3) 는, 혼합기 (3a) 로부터 출구관 (24b) 내로 배출된다. 출구관 (24b) 내의 배기 가스 (G3) 는, 개폐 밸브 (25b) 및 도입관 (21) 을 통하여 SCR 반응기 (6) 내에 유입되고, 1 단째의 촉매층 (6a) 에 도입된다.Specifically, as shown in FIG. 4 , in the high-denitization SCR operation mode, the exhaust gas G1 discharged from the marine diesel engine 100 (see FIG. 3 ) passes through the
SCR 반응기 (6) 내에 있어서, 배기 가스 (G3) 는, 복수 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c) 과 순차적으로 접촉하면서, SCR 반응기 (6) 의 출측으로 흐른다. 여기서, 배기 가스 (G3) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제 (L3) 를 함유하는 상태의 배기 가스이다. SCR 반응기 (6) 는, 촉매층 (6a, 6b, 6c) 의 각각에 있어서의 촉매 작용에 의해, 이 배기 가스 (G3) 중의 NOx 의 환원 반응을 진행시킨다. 이로써, SCR 반응기 (6) 는, 배기 가스 (G3) 중의 NOx 를 탈질시킨다. 이 탈질에 의해, 배기 가스 (G3) 중의 NOx 의 배출량은, 3 차 규제의 규제값 이하로 저감된다. 3 단째의 촉매층 (6c) 내를 통과한 배기 가스 (G3) 는, SCR 반응기 (6) 로부터 출구관 (11c) 을 통하여 배출·회수측으로 배출된다.In the
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (20) 에서는, SCR 반응기 (6) 내에, 배기 가스의 입측에서 출측을 향하여 복수 단의 촉매층을 형성하고, 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 복수 단의 촉매층 중 1 단째의 촉매층에 도입함과 함께, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 복수 단의 촉매층 중 2 단째 이후의 촉매층에 산포하고, 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 복수 단의 촉매층 중 1 단째의 촉매층 (6a) 에 도입하도록 하고, 그 외를 실시형태 1 과 동일하게 구성하고 있다.As described above, in the
여기서, 이들 복수 단의 촉매층 중, 1 단째의 촉매층은, 환원 반응에 의해 탈질되는 NOx 의 양이 2 단째 이후의 촉매층의 각각보다 많아진다. 그러므로, NOx 의 환원 반응에 수반되는 1 단째의 촉매층의 열화 속도는, 2 단째 이후의 촉매층보다 빨라져, 이들 복수 단의 촉매층 간에 열화의 불균일이 발생할 우려가 있다. 이에 반하여, 본 실시형태 2 의 구성에 의하면, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일한 작용 효과를 향수할 수 있음과 함께, 배기 가스 중의 NOx 의 저감 (탈질) 시켜야 할 양에 따라, 이들 복수 단의 촉매층 중에서, NOx 의 환원 반응에 필요한 촉매층을 선택할 수 있다. 이로써, 제 2 배기 가스 규제 (예를 들어 3 차 규제) 보다 NOx 의 저감시켜야 할 양이 적은 제 1 배기 가스 규제의 해역 (예를 들어 일반 해역) 에 있어서, NOx 의 환원 반응에 수반되는 촉매의 열화 속도가 1 단째의 촉매층보다 느린 2 단째 이후의 촉매층을, 당해 환원 반응을 실시하게 하는 촉매층으로서 적극적으로 사용할 수 있다. 이 결과, 1 단째의 촉매층의 열화 속도를 저하시킬 수 있는 점에서, 이들 복수 단의 촉매층 간에서의 열화의 불균일을 억제할 수 있음과 함께, 이들 복수 단의 촉매층을 당해 환원 반응에 효율적으로 사용할 수 있다.Among these plural catalyst layers, the amount of NOx denitrated in the first catalyst layer by the reduction reaction is larger than that of the second and subsequent catalyst layers. Therefore, the rate of deterioration of the catalyst layer in the first stage accompanying the NOx reduction reaction is faster than that of the catalyst layers in the second and subsequent stages, and there is a risk that uneven deterioration may occur between these catalyst layers in the plurality of stages. On the other hand, according to the configuration of the second embodiment, the same functions and effects as those of the first embodiment described above can be enjoyed, and in accordance with the amount to be reduced (denitration) of NOx in the exhaust gas, these plural stages of the catalyst layer Among them, a catalyst layer required for the NOx reduction reaction can be selected. As a result, in the sea area subject to the first exhaust gas regulation (eg, general sea area) where the amount of NOx to be reduced is smaller than that of the second exhaust gas regulation (eg, the tertiary regulation), the catalyst associated with the NOx reduction reaction The second and subsequent catalyst layers having a slower deterioration rate than the first catalyst layer can be positively used as catalyst layers for carrying out the reduction reaction. As a result, since the deterioration rate of the first catalyst layer can be reduced, the unevenness of deterioration among the catalyst layers of these multiple stages can be suppressed, and the catalyst layers of these multiple stages can be efficiently used for the reduction reaction. can
(실시형태 3)(Embodiment 3)
다음으로, 본 발명의 실시형태 3 에 대해 설명한다. 상기 서술한 실시형태 2 에서는, 소분사 노즐 (1) 과 대분사 노즐 (2) 을 단일의 혼합기 (3a) 내에 배치하고 있었지만, 본 실시형태 3 에서는, 소분사 노즐 (1) 과 대분사 노즐 (2) 을 각각 별체의 혼합기 내에 배치하고 있다.Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. In
도 5 는, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 선박용 SCR 시스템 일 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 3 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (30) 은, 상기 서술한 실시형태 2 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (20) 의 도입관 (21) 대신에 도입관 (31) 을 구비하고, 배기 가스 유통 계통 (23) 대신에 배기 가스 유통 계통 (33) 을 구비하고, 제어부 (29) 대신에 제어부 (39) 를 구비한다. 그 밖의 구성은 실시형태 2 와 동일하고, 동일 구성부에는 동일 부호를 붙이고 있다.Fig. 5 is a schematic diagram showing an example of a configuration of an SCR system for ships according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in Fig. 5, the
도입관 (31) 은, SCR 반응기 (6) 에 배기 가스를 도입하기 위한 배관이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 도입관 (31) 은, 입구단이 배기 가스 유통 계통 (33) 의 출구관 (34a) 에 접속되고 또한 출구단이 SCR 반응기 (6) 의 입측단에 접속되어 있다. 도입관 (31) 은, SCR 반응기 (6) 내에 형성된 복수 단의 촉매층 (본 실시형태 3 에서는 3 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c)) 중, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 배기 가스의 입측에서부터 1 단째의 촉매층 (6a) 에, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스 또는 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 도입한다.The
배기 가스 유통 계통 (33) 은, 상기 서술한 도입관 (31) 과 산포관 (22a, 22b) 에 연통되고, SCR 반응기 (6) 를 향하여 배기 가스를 유통시키는 것이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 유통 계통 (33) 은, 실시형태 2 에 있어서의 단일의 혼합기 (3a) 대신에 서로 별체의 혼합기 (33a, 33b) 를 구비하고, 실시형태 2 에 있어서의 출구관 (24b) 대신에 출구관 (34a) 을 구비한다. 또, 배기 가스 유통 계통 (33) 은, 실시형태 2 와 동일하게, 배기관 (11a) 과, 바이패스관 (12) 과, 바이패스 밸브 (13) 와, 유통관 (24c) 과, 개폐 밸브 (25c, 25d, 25e) 와, 송풍기 (26) 를 구비한다.The exhaust
혼합기 (33a) 는, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제와 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터의 배기 가스를 혼합하는 것 (제 1 혼합기의 일례) 이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 혼합기 (33a) 는, 소분사 노즐 (1) 을 내부에 갖고, 유통관 (24c) 의 중도부로서 송풍기 (26) 와 개폐 밸브 (25d, 25e) 사이에 형성된다. 혼합기 (33a) 는, 유통관 (24c) 을 통하여 유입된 배기 가스와 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 혼합하면서, 이 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를, SCR 반응기 (6) 를 향하여 유통시킨다.The
혼합기 (33b) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제와 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터의 배기 가스를 혼합하는 것 (제 2 혼합기의 일례) 이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 혼합기 (33b) 에는, 배기 가스의 입측에 배기관 (11a) 이 접속되고, 배기 가스의 출측에 출구관 (34a) 이 접속되어 있다. 또, 혼합기 (33b) 는, 대분사 노즐 (2) 을 내부에 갖는다. 혼합기 (33b) 는, 배기관 (11a) 으로부터 유입된 배기 가스와 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 혼합하면서, 이 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를, SCR 반응기 (6) 를 향하여 출구관 (34a) 내에 유통시킨다.The
출구관 (34a) 은, 혼합기 (33b) 로부터 송출된 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 측으로 유통시키기 위한 배관이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 출구관 (34a) 은, 입구단이 혼합기 (33b) 의 출측단에 접속되고 또한 출구단이 도입관 (31) 의 입구단에 접속되어 있다. 또, 출구관 (34a) 의 출구단은, 유통관 (24c) 의 입구단에 접속되어 있다. 즉, 출구관 (34a) 은, 출구단측이 도입관 (31) 과 유통관 (24c) 으로 분기되도록 구성되어 있다. 출구관 (24b) 내를 유통하는 배기 가스로는, 예를 들어, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스 (대분사 노즐 (2) 로부터 환원제가 분사되어 있지 않은 배기 가스) 를 들 수 있다.The
제어부 (39) 는, 배기 가스를 유통시키는 배기 가스 유통 계통 (33) 의 동작을 선박용 SCR 시스템 (30) 의 운전 모드별로 제어한다. 상세하게는, 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (39) 는, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 도입관 (31) 내에 유통시킴과 함께, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 산포관 (22b) 내만, 또는 산포관 (22a, 22b) 내의 양방에 유통시키도록, 배기 가스 유통 계통 (33) 을 제어한다. 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (39) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 도입관 (31) 내에 유통시키도록, 배기 가스 유통 계통 (33) 을 제어한다. 또한, 제어부 (39) 는, 상기 제어 이외에, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하다.The
다음으로, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (30) 의 동작에 대해 설명한다. 도 6 은, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 선박용 SCR 시스템의 동작을 운전 모드별로 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 제 1 배기 가스 규제로서 일반 해역의 배기 가스 규제 (2 차 규제) 를 예시하고, 제 2 배기 가스 규제로서 배출 규제 해역의 배기 가스 규제 (3 차 규제) 를 예시하여, 도 5, 6 을 참조하면서, 선박용 SCR 시스템 (30) 의 동작을 운전 모드별로 설명한다.Next, the operation of the
일반 해역에 있어서, 선박용 SCR 시스템 (30) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시킨다. 이 경우, 선박용 SCR 시스템 (30) 은, 저탈질 SCR 운전 모드로 배기 가스 중의 NOx 의 탈질을 실시한다.In the general sea area, the
상세하게는, 조작부 (8) 는, 조작자의 조작에 따라, 저탈질 SCR 운전 모드를 지시하는 지시 신호를 제어부 (39) 에 송신하고, 이로써, 저탈질 SCR 운전 모드를 제어부 (39) 에 지시한다. 저탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (39) 는, NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위해 필요한 유량 (즉 제 1 유량) 의 환원제가 소분사 노즐 (1) 로부터 배기 가스에 분사되도록, 배기 가스 유통 계통 (33), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다. 또한, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 제어부 (39) 는, 배기 가스 유통 계통 (33) 의 바이패스 밸브 (13), 개폐 밸브 (25c, 25d, 25e) 및 송풍기 (26) 와, 환원제 공급 계통 (4) 과, 압축 공기 공급 계통 (5) 을, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게 제어한다.In detail, the
상기 서술한 바와 같이 제어부 (39) 가 배기 가스 유통 계통 (33), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어함으로써, 저탈질 SCR 운전 모드에서는, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 2 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위한 최적의 NOx 의 탈질이 실시된다.As described above, the
구체적으로는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 저탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 선박용 디젤 엔진 (100) (도 5 참조) 으로부터 배출된 배기 가스 (G1) 는, 배기관 (11a) 을 통하여 혼합기 (33b) 내에 유입된다. 여기서, 저탈질 SCR 운전 모드에서는, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게, 대분사 노즐 (2) 로부터 환원제는 분사되어 있지 않다. 따라서, 혼합기 (33b) 내의 배기 가스 (G1) 는, 환원제와 혼합되지 않고, 혼합기 (33b) 로부터 출구관 (34a) 내로 배출된다. 출구관 (34a) 내의 배기 가스 (G1) 는, 도입관 (31) 내에 유입됨과 함께, 송풍기 (26) 의 작용에 의해 유통관 (24c) 내에 흡인되고, 소정의 압력을 가진 상태에서 유통관 (24c) 으로부터 혼합기 (33a) 내에 유입된다.Specifically, as shown in FIG. 6 , in the low-denitization SCR operation mode, the exhaust gas G1 discharged from the marine diesel engine 100 (see FIG. 5 ) passes through the
혼합기 (33a) 내에서는, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게, 상기 제 1 유량으로 조정된 환원제 (L2) 가, 압축 공기 (G12) 의 작용에 의해 소분사 노즐 (1) 로부터 분사 (분무) 되고 있다. 혼합기 (33a) 내에 유입된 배기 가스 (G1) 는, 소분사 노즐 (1) 로부터 환원제 (L2) 가 분사되어, 이 환원제 (L2) 와 서로 섞인다. 이와 같이 환원제 (L2) 가 분사된 배기 가스 (G1), 즉, 분사된 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G2) 는, 혼합기 (33a) 의 출측으로부터 유통관 (24c) 내로 배출된다. 유통관 (24c) 내로 배출된 배기 가스 (G2) 는, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게, 산포관 (22a, 22b) 중 적어도 1 개로부터 SCR 반응기 (6) 내에 산포된다.In the
한편, 혼합기 (33b) 로부터 출구관 (34a) 을 통하여 도입관 (31) 내에 유입된 배기 가스 (G1) 는, 도입관 (31) 을 통하여 SCR 반응기 (6) 내에 유입되고, 1 단째의 촉매층 (6a) 에 도입된다. 계속해서, 이 배기 가스 (G1) 는, 1 단째의 촉매층 (6a) 내를 통과하여 흐른다. 이 배기 가스 (G1) 는 환원제 (L2) 를 함유하고 있지 않기 때문에, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게, 1 단째의 촉매층 (6a) 에 있어서, 이 배기 가스 (G1) 중의 NOx 의 환원 반응에 의한 탈질은 실시되지 않는다.On the other hand, the exhaust gas G1 flowing into the
1 단째의 촉매층 (6a) 내를 통과한 배기 가스 (G1) 는, 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 내를 순차적으로 통과하도록 흐른다. 이 경우, 배기 가스 (G1) 는, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게, 산포관 (22a, 22b) 중 적어도 1 개로부터 산포된 배기 가스 (G2) 중의 환원제 (L2) 와 서로 섞여, 환원제 (L2) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G2) 가 되고, NOx 의 환원 반응에 의해 탈질된다. 이 탈질에 의해, 배기 가스 (G2) 중의 NOx 의 배출량은, 2 차 규제의 규제값 이하로 저감된다. 그 후, 이 배기 가스 (G2) 는, SCR 반응기 (6) 로부터 출구관 (11c) 을 통하여 배출·회수측으로 배출된다.The exhaust gas G1 that has passed through the
한편, 배출 규제 해역에 있어서, 선박용 SCR 시스템 (30) 은, 선박용 디젤 엔진 (100) 으로부터 배출된 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시킨다. 이 경우, 선박용 SCR 시스템 (30) 은, 고탈질 SCR 운전 모드로 배기 가스 중의 NOx 의 탈질을 실시한다.On the other hand, in the emission control sea area, the
상세하게는, 조작부 (8) 는, 조작자의 조작에 따라, 고탈질 SCR 운전 모드를 지시하는 지시 신호를 제어부 (39) 에 송신하고, 이로써, 고탈질 SCR 운전 모드를 제어부 (39) 에 지시한다. 고탈질 SCR 운전 모드가 지시된 경우, 제어부 (39) 는, NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위해 필요한 유량 (즉 제 2 유량) 의 환원제가 대분사 노즐 (2) 로부터 배기 가스에 분사되도록, 배기 가스 유통 계통 (33), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어한다. 또한, 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 제어부 (39) 는, 배기 가스 유통 계통 (33) 의 바이패스 밸브 (13), 개폐 밸브 (25c, 25d, 25e) 및 송풍기 (26) 와, 환원제 공급 계통 (4) 과, 압축 공기 공급 계통 (5) 을, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게 제어한다.In detail, the
상기 서술한 바와 같이 제어부 (39) 가 배기 가스 유통 계통 (33), 환원제 공급 계통 (4) 및 압축 공기 공급 계통 (5) 을 제어함으로써, 고탈질 SCR 운전 모드에서는, 배기 가스 중의 NOx 의 배출량을 3 차 규제의 규제값 이하로 저감시키기 위한 최적의 NOx 의 탈질이 실시된다.As described above, the
구체적으로는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 고탈질 SCR 운전 모드에 있어서, 선박용 디젤 엔진 (100) (도 5 참조) 으로부터 배출된 배기 가스 (G1) 는, 배기관 (11a) 을 통하여 혼합기 (33b) 내에 유입된다. 혼합기 (33b) 내에서는, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게, 상기 제 2 유량으로 조정된 환원제 (L3) 가, 압축 공기 (G13) 의 작용에 의해 대분사 노즐 (2) 로부터 분사 (분무) 되고 있다. 혼합기 (33b) 내에 유입된 배기 가스 (G1) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 환원제 (L3) 가 분사되어, 이 환원제 (L3) 와 서로 섞인다. 이와 같이 환원제 (L3) 가 분사된 배기 가스 (G1), 즉, 분사된 환원제 (L3) 를 함유하는 상태의 배기 가스 (G3) 는, 혼합기 (33b) 로부터 출구관 (34a) 내로 배출된다. 출구관 (34a) 내의 배기 가스 (G3) 는, 도입관 (31) 을 통하여 SCR 반응기 (6) 내에 유입되고, 1 단째의 촉매층 (6a) 에 도입된다.Specifically, as shown in FIG. 6 , in the high-denitization SCR operation mode, the exhaust gas G1 discharged from the marine diesel engine 100 (see FIG. 5 ) passes through the
SCR 반응기 (6) 내에 있어서, 배기 가스 (G3) 는, 복수 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c) 과 순차적으로 접촉하면서, SCR 반응기 (6) 의 출측으로 흐른다. 여기서, 배기 가스 (G3) 는, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제 (L3) 를 함유하는 상태의 배기 가스이다. SCR 반응기 (6) 는, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일하게, 촉매층 (6a, 6b, 6c) 의 각각에 있어서의 촉매 작용에 의해, 이 배기 가스 (G3) 중의 NOx 의 환원 반응을 진행시켜, 배기 가스 (G3) 중의 NOx 를 탈질시킨다. 이 탈질에 의해, 배기 가스 (G3) 중의 NOx 의 배출량은, 3 차 규제의 규제값 이하로 저감된다. 이 배기 가스 (G3) 는, SCR 반응기 (6) 로부터 출구관 (11c) 을 통하여 배출·회수측으로 배출된다.In the
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 선박용 SCR 시스템 (30) 에서는, 혼합기 (33a) 내에 소분사 노즐 (1) 을 배치하여, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제와 배기 가스를 혼합기 (33a) 내에서 혼합하고, 혼합기 (33a) 와는 별체의 혼합기 (33b) 내에 대분사 노즐 (2) 을 배치하여, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제와 배기 가스를 혼합기 (33b) 내에서 혼합하도록 하고, 그 외를 실시형태 2 와 동일하게 구성하고 있다. 이 때문에, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있음과 함께, 실시형태 2 에 있어서의 배기 가스 유통 계통 (23) 에 비해, 배기 가스의 유통 경로를 전환시키기 위한 배관 및 개폐 밸브를 줄일 수 있다. 이로써, 배기 가스 중의 NOx 의 저감 (탈질) 시켜야 할 양에 따라, SCR 반응기 (6) 내의 복수 단의 촉매층 중에서, NOx 의 환원 반응에 필요한 촉매층을 선택하기 위한 배기 가스 유통 계통 (33) 을, 간이하게 구성할 수 있다. 나아가서는, 이 배기 가스 유통 계통 (33) 의 제어를 간이하게 실시할 수 있다.As described above, in the
또한, 상기 서술한 실시형태 1 ∼ 3 에서는, 대분사 노즐 (2) 을 소분사 노즐 (1) 보다 대구경의 분사 노즐로 하고 있었지만, 본 발명은, 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에 있어서, 대분사 노즐 (2) 은, 소구경 (예를 들어 소분사 노즐 (1) 이하의 구경) 의 분사 노즐의 집합체에 의해 구성되어도 된다. 또, 소분사 노즐 (1) 과 대분사 노즐 (2) 을 일체화한 분사 노즐을 소구경의 분사 노즐의 집합체에 의해 구성하고, 이 집합체 중 m 개의 분사 노즐을 소분사 노즐 (1) 로 하고, 나머지 n 개 (단 n > m) 의 분사 노즐을 대분사 노즐 (2) 로 해도 된다. 혹은, 소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 은, 분사량을 조정 가능한 1 개 이상의 가변형 분사 노즐에 의해 구성되어도 된다.Further, in
또, 상기 서술한 실시형태 1 ∼ 3 에서는, SCR 반응기 (6) 에 있어서의 배기 가스의 입측에서 출측을 향하는 방향 (즉 배기 가스의 유통 방향) 을 따라 배치되는 복수 단의 촉매층의 일례로서, 3 단의 촉매층 (6a, 6b, 6c) 을 예시하였지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, SCR 반응기 (6) 내에 배치되는 촉매층의 수 (단수) 는 2 개 이상이어도 된다. 또, 실시형태 1 에 있어서는, 당해 촉매층의 수는 1 개 이상이어도 된다.Further, in
또, 상기 서술한 실시형태 2, 3 에서는, SCR 반응기 (6) 내에 2 개의 산포관 (22a, 22b) 을 배치하고 있었지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 산포하는 산포관은, SCR 반응기 (6) 내의 복수 단의 촉매층 중 2 단째 이후의 촉매층의 수에 따라 필요수 (예를 들어 동일 수) 배치되어 있어도 된다.In addition, in
또, 상기 서술한 실시형태 1, 2 에서는, 소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 을 단일의 혼합기 (3a) 내에 배치하고 있었지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 소분사 노즐 (1) 및 대분사 노즐 (2) 은 각각 별체의 혼합기 내에 나눠 배치되어도 된다.Further, in
또, 상기 서술한 실시형태 2, 3 에서는, 저탈질 SCR 운전 모드시에, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 내의 1 단째의 촉매층 (6a) 에 도입하고, 소분사 노즐 (1) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 내의 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 중 적어도 하나에 도입 (산포) 하고 있었지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 저탈질 SCR 운전 모드 뿐만 아니라, 고탈질 SCR 운전 모드시에, 환원제를 함유하지 않는 상태의 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 내의 1 단째의 촉매층 (6a) 에 도입하고, 대분사 노즐 (2) 로부터 분사된 환원제를 함유하는 상태의 배기 가스를 SCR 반응기 (6) 내의 2 단째 이후의 촉매층 (6b, 6c) 중 적어도 하나에 도입해도 된다.In the above-described
또, 상기 서술한 실시형태 1 ∼ 3 에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 서술한 각 구성 요소를 적절히 조합하여 구성한 것도 본 발명에 포함된다. 그 외에, 상기 서술한 실시형태 1 ∼ 3 에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 전부 본 발명의 범주에 포함된다.In addition, this invention is not limited by Embodiment 1-3 mentioned above. What was constituted by appropriately combining each of the components described above is also included in the present invention. In addition, all other embodiments, examples, operation techniques, etc. made by those skilled in the art based on the above-described
이상과 같이, 본 발명에 관련된 선박용 SCR 시스템은, 배기 가스 중의 NOx 의 저감에 유용하고, 특히, 엔진 연비의 향상을 추구함과 함께, 선박용 디젤 엔진에 요구되는 복수의 배기 가스 규제에 대해 NOx 의 배출량을 효율적으로 저감시킬 수 있는 선박용 SCR 시스템에 적합하다.As described above, the marine SCR system according to the present invention is useful for reducing NOx in exhaust gas, and in particular, while pursuing improvement in engine fuel efficiency, the NOx It is suitable for the SCR system for ships that can reduce emissions efficiently.
1 : 소분사 노즐
2 : 대분사 노즐
3 : 배기 가스 유통 계통
3a : 혼합기
4 : 환원제 공급 계통
4a : 환원제 공급원
4b : 소제어 밸브
4c : 대제어 밸브
4d : 유량 센서
4e, 4f : 개폐 밸브
5 : 압축 공기 공급 계통
5a : 압축 공기 공급원
5b, 5c : 개폐 밸브
6 : SCR 반응기
6a, 6b, 6c : 촉매층
7 : 차압계
8 : 조작부
9, 29, 39 : 제어부
10, 20, 30 : 선박용 SCR 시스템
11a : 배기관
11b : 도입관
11c : 출구관
12 : 바이패스관
13 : 바이패스 밸브
14a, 14d, 14g : 공급관
14b, 14c, 14e, 14f, 14h, 14i : 분기관
15a : 급기관
15b, 15c : 분기관
15d, 15e : 오리피스부
21 : 도입관
22a, 22b : 산포관
22c, 22d : 산포 노즐
23 : 배기 가스 유통 계통
24a : 바이패스관
24b : 출구관
24c : 유통관
25a, 25b, 25c, 25d, 25e : 개폐 밸브
26 : 송풍기
31 : 도입관
33 : 배기 가스 유통 계통
33a, 33b : 혼합기
34a : 출구관
100 : 선박용 디젤 엔진
G1, G2, G3 : 배기 가스
G11, G12, G13 : 압축 공기
L1, L2, L3 : 환원제1: small injection nozzle
2: Large injection nozzle
3: exhaust gas distribution system
3a: mixer
4: reducing agent supply system
4a: source of reducing agent
4b: small control valve
4c: large control valve
4d: flow sensor
4e, 4f: open/close valve
5: Compressed air supply system
5a: source of compressed air
5b, 5c: open/close valve
6: SCR reactor
6a, 6b, 6c: catalyst layer
7: differential pressure gauge
8: control panel
9, 29, 39: control unit
10, 20, 30: SCR system for ships
11a: exhaust pipe
11b: inlet pipe
11c: outlet pipe
12: bypass pipe
13: bypass valve
14a, 14d, 14g: supply pipe
14b, 14c, 14e, 14f, 14h, 14i: branch pipe
15a: air supply pipe
15b, 15c: branch pipe
15d, 15e: orifice part
21: inlet pipe
22a, 22b: distribution pipe
22c, 22d: Scattering nozzle
23: Exhaust gas distribution system
24a: bypass pipe
24b: outlet pipe
24c: distribution pipe
25a, 25b, 25c, 25d, 25e: on-off valve
26: blower
31: inlet pipe
33: exhaust gas distribution system
33a, 33b: mixer
34a: outlet pipe
100: marine diesel engine
G1, G2, G3: Exhaust gas
G11, G12, G13 : Compressed air
L1, L2, L3: reducing agent
Claims (8)
상기 배기 가스에, 상기 제 1 분사 노즐보다 다량의 상기 환원제를 분사하는 제 2 분사 노즐과,
상기 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을 조정하고, 유량 조정 후의 상기 환원제를 상기 제 1 분사 노즐 또는 상기 제 2 분사 노즐에 공급하는 환원제 공급 계통과,
상기 환원제가 분사된 상기 배기 가스와 접촉하여 상기 질소 산화물의 환원 반응을 실시하게 하는 촉매층을 갖는 반응기와,
제 1 배기 가스 규제의 규제값 이하로 상기 질소 산화물의 배출량을 저감시키는 제 1 운전 모드와, 상기 제 1 배기 가스 규제의 규제값보다 낮은 제 2 배기 가스 규제의 규제값 이하로 상기 질소 산화물의 배출량을 저감시키는 제 2 운전 모드를 전환 가능하게 지시하는 조작부와,
상기 제 1 운전 모드가 지시된 경우, 상기 환원제를, 상기 제 1 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요한 제 1 유량으로 조정하여 상기 제 1 분사 노즐에 공급하도록, 상기 환원제 공급 계통을 제어하고, 상기 제 2 운전 모드가 지시된 경우, 상기 환원제를, 상기 제 2 배기 가스 규제를 만족하기 위해 필요하며 상기 제 1 유량보다 많은 제 2 유량으로 조정하여 상기 제 2 분사 노즐에 공급하도록, 상기 환원제 공급 계통을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.A first injection nozzle for injecting a reducing agent for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas into the exhaust gas discharged from the marine diesel engine;
a second injection nozzle for injecting a larger amount of the reducing agent than the first injection nozzle into the exhaust gas;
A reducing agent supply system for adjusting the flow rate of the reducing agent injected into the exhaust gas and supplying the reducing agent after adjusting the flow rate to the first spray nozzle or the second spray nozzle;
A reactor having a catalyst layer that contacts the exhaust gas into which the reducing agent has been injected to perform a reduction reaction of the nitrogen oxide;
a first operation mode in which the amount of nitrogen oxides is reduced below a regulation value of a first exhaust gas regulation, and an amount of nitrogen oxides emitted below a regulation value of a second exhaust gas regulation lower than the regulation value of the first exhaust gas regulation; an operation unit for switchably instructing a second driving mode for reducing
When the first operation mode is indicated, the reducing agent supply system is controlled so that the reducing agent is adjusted to a first flow rate required to satisfy the first exhaust gas regulation and supplied to the first injection nozzle, When 2 operation mode is indicated, the reducing agent supply system is configured to supply the reducing agent to the second injection nozzle at a second flow rate necessary to satisfy the second exhaust gas regulation and higher than the first flow rate. Marine SCR system characterized in that it is provided with a control unit for controlling.
상기 환원제 공급 계통은,
상기 제 1 분사 노즐로부터 상기 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을 조정하는 제 1 제어 밸브와,
상기 제 1 제어 밸브보다 넓은 유량 조정 범위를 갖고, 상기 제 2 분사 노즐로부터 상기 배기 가스에 분사되는 상기 환원제의 유량을 조정하는 제 2 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.According to claim 1,
The reducing agent supply system,
A first control valve for adjusting the flow rate of the reducing agent injected into the exhaust gas from the first injection nozzle;
and a second control valve having a flow rate adjustment range wider than that of the first control valve and adjusting the flow rate of the reducing agent injected into the exhaust gas from the second injection nozzle.
상기 제 1 분사 노즐 또는 상기 제 2 분사 노즐에 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 계통을 구비하고,
상기 제어부는, 상기 제 1 운전 모드가 지시된 경우, 소정의 유량 또는 압력의 상기 압축 공기를 상기 제 1 분사 노즐에 공급하도록 상기 압축 공기 공급 계통을 제어하고, 상기 제 2 운전 모드가 지시된 경우, 상기 소정의 유량 또는 압력보다 많은 유량 또는 고압의 상기 압축 공기를 상기 제 2 분사 노즐에 공급하도록 상기 압축 공기 공급 계통을 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.According to claim 1 or 2,
A compressed air supply system for supplying compressed air to the first spray nozzle or the second spray nozzle,
The control unit controls the compressed air supply system to supply the compressed air having a predetermined flow rate or pressure to the first injection nozzle when the first operation mode is instructed, and when the second operation mode is instructed , The SCR system for ships characterized in that for controlling the compressed air supply system to supply the compressed air having a higher flow rate or higher pressure than the predetermined flow rate or pressure to the second injection nozzle.
상기 반응기는, 상기 반응기에 있어서의 상기 배기 가스의 입측에서 출측을 향하여, 복수 단의 상기 촉매층을 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.According to claim 1 or 2,
The vessel SCR system, characterized in that the reactor has a plurality of stages of the catalyst layer from the inlet side of the exhaust gas in the reactor to the outlet side.
상기 반응기 내에 형성된 복수 단의 상기 촉매층 중, 상기 반응기에 있어서의 상기 배기 가스의 입측에서부터 1 단째의 상기 촉매층에, 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스 또는 상기 환원제를 함유하지 않는 상태의 상기 배기 가스를 도입하는 도입관과,
1 단째의 상기 촉매층의 후단에 위치하는 2 단째 이후의 상기 촉매층에, 상기 제 1 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스를 산포하는 산포관과,
상기 도입관과 상기 산포관에 연통되고, 상기 반응기를 향하여 상기 배기 가스를 유통시키는 배기 가스 유통 계통을 구비하고,
상기 제어부는, 상기 제 1 운전 모드가 지시된 경우, 상기 환원제를 함유하지 않는 상태의 상기 배기 가스를 상기 도입관 내에 유통시킴과 함께, 상기 제 1 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스를 상기 산포관 내에 유통시키도록, 상기 배기 가스 유통 계통을 제어하고, 상기 제 2 운전 모드가 지시된 경우, 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제를 함유하는 상태의 상기 배기 가스를 상기 도입관 내에 유통시키도록, 상기 배기 가스 유통 계통을 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.According to claim 4,
The exhaust gas or the reducing agent in a state containing the reducing agent injected from the second injection nozzle to the catalyst layer at the first stage from the inlet side of the exhaust gas in the reactor among the plurality of stages of the catalyst layers formed in the reactor. an inlet pipe for introducing the exhaust gas in a state not containing;
a distribution tube for distributing the exhaust gas containing the reducing agent injected from the first injection nozzle to the second and subsequent catalyst layers located at the rear end of the first catalyst layer;
an exhaust gas distribution system communicating with the inlet pipe and the distribution pipe and circulating the exhaust gas toward the reactor;
The control unit, when the first operation mode is instructed, circulates the exhaust gas in a state not containing the reducing agent into the inlet pipe, and in a state containing the reducing agent injected from the first injection nozzle. The exhaust gas distribution system is controlled so that the exhaust gas is circulated in the distribution tube, and the exhaust gas containing the reducing agent injected from the second injection nozzle is discharged when the second operation mode is instructed. The marine SCR system, characterized in that for controlling the exhaust gas distribution system so as to flow in the inlet pipe.
상기 제 1 분사 노즐을 갖고, 상기 제 1 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제와 상기 배기 가스를 혼합하는 제 1 혼합기와,
상기 제 2 분사 노즐을 갖고, 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제와 상기 배기 가스를 혼합하는 제 2 혼합기를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.According to claim 1 or 2,
a first mixer having the first injection nozzle and mixing the reducing agent injected from the first injection nozzle with the exhaust gas;
and a second mixer having the second injection nozzle and mixing the reducing agent injected from the second injection nozzle with the exhaust gas.
상기 제 1 분사 노즐과 상기 제 2 분사 노즐을 갖고, 상기 제 1 분사 노즐 또는 상기 제 2 분사 노즐로부터 분사된 상기 환원제와 상기 배기 가스를 혼합하는 혼합기를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.According to claim 1 or 2,
and a mixer having the first injection nozzle and the second injection nozzle and mixing the reducing agent injected from the first injection nozzle or the second injection nozzle and the exhaust gas.
상기 제 1 분사 노즐은, 상기 혼합기에 있어서의 상기 배기 가스의 입측에서 출측을 향하는 방향에 대해, 상기 제 2 분사 노즐의 후단에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 SCR 시스템.According to claim 7,
The marine SCR system, characterized in that the first injection nozzle is disposed at a rear end of the second injection nozzle in a direction from the inlet side of the exhaust gas to the outlet side in the mixer.
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