KR200431697Y1 - 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진액화천연가스운반선 - Google Patents

Abstract

본 고안은 질소산화물(NOx) 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선에 관한 것으로, 이중연료엔진의 가스연료를 함께 사용하여 재기화장치에 열을 공급하는 열공급장치와, 상기 이중연료엔진과 상기 열공급장치의 배기구 상에 장착되어 질소산화물을 제거하는 에스씨알 유닛(SCR Unit)에 의하여 액화천연가스의 재기화 시 배출되는 질소산화물을 감소시켜주는 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선에 관한 것이다.

본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선은 저장탱크로부터 발생하는 가스연료 또는 마린오일연료를 선택적으로 사용하여 가동되는 이중연료엔진과, 상기 이중연료엔진에 의해 가동되어 전기를 발생시키는 발전기를 포함하는 전기추진 액화천연가스운반선에 있어서, 상기 저장탱크로부터 액화천연가스를 인출시키도록 상기 발전기에서 발생시킨 전기를 공급받아 작동되는 인출펌프와, 인출된 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 재기화장치와, 재기화된 천연가스를 하역지까지 송출하도록 설치된 송출라인을 포함하는 재기화부; 상기 재기화장치에 열을 공급하도록 연결되며, 상기 이중연료엔진에 선택적으로 사용되는 상기 가스연료를 함께 사용하여 상기 재기화장치에 공급될 가열매체를 가열시키는 열공급부; 및 상기 이중연료엔진의 배기구 상에 장착되어, 배기가스 내 질소산화물을 제거하는 에스씨알 유닛(SCR Unit)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

전기추진 액화천연가스운반선, 재기화장치, 질소산화물(NOx), 에스씨알 유닛(SCR Unit)

Description

질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선{Electric propulsion type regasification LNGC for reducing NOx emission}

도 1은 종래의 재기화 기능을 갖는 스팀터빈추진 액화천연가스운반선을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.

도 2는 전기추진 액화천연가스 운반선을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.

도 3은 본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선의 일실시예를 도시한 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 저장탱크 24 : 이중연료엔진

26 : 발전기 112 : 열공급장치

122, 122a : 에스씨알 유닛 140 : 재기화부

142 : 재기화장치

본 고안은 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중연료엔진의 가스연료를 함께 사용하여 재기화장치에 열을 공급하는 열공급장치와, 상기 이중연료엔진과 상기 열공급장치의 배기구 상에 각각 장착되어 질소산화물을 제거하는 에스씨알 유닛(SCR Unit; Selective Catalytic Reduction Unit)을 이용하여, 액화천연가스의 재기화 시 배출되는 질소산화물을 감소시켜주는 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선에 관한 것이다.

전 세계에 분포된 천연가스 생산지에서는 많은 양의 천연가스(주로 메탄)가 생산된다. 이렇게 생산된 천연가스가 생산지에서 소비지까지 손쉽게 운반될 수 있다면, 석유의 부족으로 인해 에너지부족을 염려하는 현재 실정에서 천연가스는 매우 유용한 대체 에너지로서 자리할 수 있을 것이다.

만일 천연가스의 생산지가 이의 소비지와 인접해 있는 경우라면, 수중 또는 지상으로 설치된 파이프 라인을 통하여 손쉽게 운송되어질 수 있다. 그러나 이와 달리 천연가스의 생산지와 이의 소비지가 서로 먼 거리상에 위치하는 경우에는 상기와 같은 파이프 라인을 이용할 수 없으므로, 별도의 운반수단을 고려해야만 한다.

일반적으로 소비지와 떨어진 원격지 상에서 생산된 천연가스는 선박에 의해 운반되어지는게 보편적이다. 즉, 생산지의 가스전(田)에서 채취된 천연가스가 선박에 적재되고, 상기 선박에 의해서 소비지까지 운송된 후 하역된다. 이때, 천연가스 는 선박에 적재되기 전 액화되는 과정을 통하여 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)의 형태로 만들어진다.

액화천연가스란 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 1 기압(atm) 하에서 대략 -163℃ 이하로 온도하강시킨 것으로, 채취된 기체상태의 천연가스를 액체상태로 상변화시킨 것을 말한다. 이러한 액화천연가스의 부피는 기체상태의 천연가스에 비해 1/600 정도이며, 비중은 0.42로 기체상태의 천연가스에 비해 절반 정도 되는 특징을 가진다. 이러한 특징에 기인하여 천연가스는 액화천연가스의 형태로 만들어진 후 선박에 적재되어 운반되는데, 더 많은 양의 천연가스가 한번에 운반될 수 있게 된다.

이렇게 선박에 의해 소비지까지 운반된 액화천연가스는 다시 연료로서 사용할 수 있는 형태, 즉 천연가스로 만들어져야 하는데, 이러한 과정을 액화천연가스의 재기화(Regasification) 과정이라 한다.

이때, 이러한 소비지가 천연가스를 꾸준히 사용하는 곳이라면, 소비지 또는 그 인근 육상에 액화천연가스를 재기화시키는 별도의 시설물들을 건설하여도 무방하다. 그러나 이와 달리 일시적인 또는 계절적인 요인으로 인하여 천연가스를 필요로 하는 소비지에는 상기와 같은 별도의 재기화 시설물을 건설하는 것이 비경제적이다.

이러한 이유로 최근에는 선박 내에 장착할 수 있는 재기화장치에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.

도 1은 종래의 재기화 기능을 갖는 스팀터빈추진 액화천연가스운반선을 설명 하기 위해 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(1)와, 상기 저장탱크(1)로부터 가스를 공급받아 압축시키는 컴프레서(3)와, 상기 컴프레서(3)에 연결된 가스공급밸브(5)와, 상기 컴프레서(3)를 통과하여 공급된 가스를 연료로 하여 고온의 스팀을 생성하는 보일러(7)와, 상기 보일러(7)에서 생성된 스팀을 이용하여 동력을 생성시키는 터빈(9)과, 상기 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(13)과, 상기 스팀을 이용하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 재기화장치(15) 및 상기 터빈(9)으로부터 동력을 전달받아 선박을 추진시키는 프로펠러(11)을 포함한다.

이러한 재기화 기능을 갖는 스팀터빈추진 액화천연가스운반선에는 대형의 보일러(7)가 장착되어 있어서, 상기 터빈(9)과, 상기 발전기(13)와, 상기 재기화장치(156) 모두를 가동시킬 수 있는 충분한 양의 스팀을 생성할 수 있었다. 따라서, 상기 터빈(9)은 상기 프로펠러(11)를 회전시킬 수 있었고, 상기 발전기(13)는 선박의 상용전력을 만들어 낼 수 있었으며, 상기 재기화장치(15)는 운반한 액화천연가스를 하역 시 천연가스로 재기화시킬 수 있었다.

그러나 이와 같은 종래의 재기화 기능을 갖는 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 보일러(7)는 대형의 터빈 보일러(Turbine Boiler)로서, 배출되는 배기가스 내에 많은 양의 질소산화물(NOx)를 포함하고 있어서, 최근 강화되고 있는 환경 규제 상 질소산화물의 배출 기준을 만족시키기 어렵다.

따라서, 본 고안에서는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여, 종래의 스팀터빈추진 액화천연가스운반선에 비해 질소산화물을 덜 배출하는 전기추진 액화천연가스운반선에 재기화장치를 도입하고, 각각의 배기구에 질소산화물을 제거하는 에스씨알 유닛을 장착하여, 환경 규제 상 질소산화물의 배출 기준에 적합한 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선은 저장탱크로부터 발생하는 가스연료 또는 마린오일연료를 선택적으로 사용하여 가동되는 이중연료엔진과, 상기 이중연료엔진에 의해 가동되어 전기를 발생시키는 발전기를 포함하는 전기추진 액화천연가스운반선에 있어서, 상기 저장탱크로부터 액화천연가스를 인출시키도록 상기 발전기에서 발생시킨 전기를 공급받아 작동되는 인출펌프와, 인출된 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 재기화장치와, 재기화된 천연가스를 하역지까지 송출하도록 설치된 송출라인을 포함하는 재기화부; 상기 재기화장치에 열을 공급하도록 연결되며, 상기 이중연료엔진에 선택적으로 사용되는 상기 가스연료를 함께 사용하여 상기 재기화장치에 공급될 가열매체를 가열시키는 열공급부; 및 상기 이중연료엔진의 배기구 상에 장착되어, 배기가스 내 질소산화물을 제거하는 에스씨 알 유닛(SCR Unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선을 제공한다.

또한, 상기 에스씨알 유닛은 상기 열공급부를 구성하는 열공급장치의 배기구 상에 장착되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 열공급장치로 재기화 전용 보일러를 이용하는데, 인입된 응축수를 고온고압의 스팀으로 토출시켜 상기 재기화장치에 필요한 열을 공급한다. 이러한 보일러는 상기 이중연료엔진에서 선택적으로 사용되는 가스연료, 즉 자연기화가스 또는 강제기화가스를 연료로 사용할 수 있으므로, 별도의 연료탱크를 요구하지 않는다. 그러나 이와 다른 실시예로서 상기 열공급장치는 상기 가열매체(예를 들면, 글리콜워터 또는 해수)를 가열하고 순환시키는 전기히터와 공급펌프를 포함하는 구성을 가져도 무방하다.

본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 전기추진 액화천연가스운반선의 개념을 이해하기 위해, 도 2에 도시된 전기추진 액화천연가스운반선의 개념도를 참조하면, 전기추진 액화천연가스운반선은 저장탱크(1)와, 상기 저장탱크(1) 내에서 자연 발생된 자연기화가스(BOG; Boiled-off Gas)를 압축시키는 보그압축기(20)와, 상기 압축된 자연기화가스 또는 강제기화가스와 같은 가스연료와 마린디젤오일(21, MDO; Marine Diesel Oil)과 같은 오일연료 중 어느 하나를 선택 사용하여 가동되는 이중연료엔진(24, DF Engine; Duel Fuel Engine)과, 상기 이중연료엔진(24)의 가동에 의해 전기를 발생시키는 발전기(26)와, 상기 발전기(26)에서 발생된 전기에 의 해 구동되는 모터(28)와, 상기 모터(28)의 토크 및 회전수를 적절히 조절하는 감속기(30) 및 상기 감속기(30)의 출력축에 장착되어 구동되는 프로펠러(32)를 포함한다. 또한, 상기 압축된 자연기화가스가 상기 이중연료엔진(24)으로 공급되는 배관 상에는 잉여의 자연기화가스를 소각시키는 가스소각기(22, GCU; Gas Combustion Unit)가 더 포함될 수 있다.

이하, 본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하고자 한다.

도면에서, 도 3은 본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선의 일실시예를 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선은 저장탱크(1, Cargo Tank)로부터 발생하는 가스연료나 오일연료(21, MDO; Marine Diesel Oil)를 각각의 조절밸브(102, 104)의 개폐조절에 의해서 선택적으로 사용하여 가동되는 이중연료엔진(24, Duel Fuel Engine)과, 상기 이중연료엔진(24)에 의해 가동되어 전기를 발생시키는 발전기(26, Generator)를 포함하는 전기추진 액화천연가스운반선에서, 상기 저장탱크(1)로부터 액화천연가스를 인출하고, 인출한 액화천연가스를 재기화시키고, 재기화된 액화천연가스를 하역지까지 송출하는 재기화부(140)와, 상기 재기화부(140)에 포함된 재기화장치(142, Regasification Plant)에 열을 공급하기 위해 상기 재기화장치(142)에 공급될 가열 매체(114)를 가열하는 열공급장치(112)와, 상기 이중연료엔진(24)의 배기구 및 상기 열공급장치(112)의 배기구 상에 각각 장착되어 질소산화물을 제거하는 에스씨알 유닛(122, SCR Unit)을 포함한다.

이때, 상기 재기화부(140)는 액화천연가스를 상기 저장탱크(1)로부터 인출시키는 인출펌프(144)와, 상기 인출펌프(144)에 의해 인출된 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 재기화장치(142) 및 상기 재기화장치(142)에 의하여 재기화된 천연가스를 선내에서 하역지까지 송출시키는 송출라인(146)을 포함한다.

이때, 상기 인출펌프(144)는 대량의 액화천연가스를 상기 저장탱크(1)로부터 인출하여 상기 재기화장치(142)를 거친 후 최종 목적지인 하역지까지 수송하는 역할을 수행하므로, 비교적 고양정의 펌프를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 인출펌프(144)는 상기 이중연료엔진(24)에 의해 가동되는 상기 발전기(26)로부터 전기를 공급받아 작동되므로, 상기 이중연료엔진(24)의 일부(예를 들면, 전체 이중연료엔진의 1/2)는 재기화작업 중에 가동되어야 한다.

상기 재기화장치(142)는 상기 인출펌프(144)에 의해 인출된 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 장치이다. 상기 재기화장치(142)의 내부는 통상의 열교환기와 유사한 구조로 될 수 있는데, 이는 열공급장치(112)에 의해 가열된 가열매체(114)와 재기화되어야 할 극저온의 액화천연가스 사이에 열교환이 이루어지도록 하기 위함이다. 이러한 재기화장치(142)의 내부 구조에 의해서 상기 가열매체(114)는 액화천연가스에 고온의 열을 공급하게 되고, 이로 인하여 액화천연가스는 천연가스로 재기화된다.

이와 같이 상기 저장탱크(1)로부터 인출된 액화천연가스는 상기 재기화장치(142)에서 재기화과정을 거친 후 천연가스의 형태로 만들어지는데, 이러한 천연가스는 송출라인(146)을 따라 하역지(예를 들면, 육상의 천연가스 소비지 또는 기타 해안 근접 시설물)까지 송출된다.

한편, 상기 열공급장치(112)는 상기 재기화장치(142)에 열을 공급하도록 연결되어 있는데, 상기 이중연료엔진(24)에서 연료로 사용되는 가스연료의 일부를 사용하여 작동된다.

상기 열공급장치(112)는 상기 재기화장치(142)에 공급될 가열매체(114)를 가열시키는 장치로서, 본 실시예에서는 응축수(Condensated Water)를 고온고압의 스팀으로 생성시킨 후 상기 재기화장치(142)에 공급한다. 이러한 보일러에서 생성된 스팀은 그 자체의 압력이 고압이므로, 별도의 공급펌프를 추가 장착하지 않아도 스팀은 상기 재기화장치로(142)까지 공급되어진다.

이와 같이, 전기추진 액화천연가스운반선의 재기화부(140)에서 액화천연가스가 정상적으로 재기화되어 천연가스로 만들어지기 위해서는, 상기 인출펌프(144)에 전기를 공급할 수 있도록 상기 이중연료엔진(24)이 가동되어야 하며, 상기 재기화장치(142)에 열을 공급하기 위해서 상기 열공급장치(112)가 가동되어야 한다.

이때, 상기 이중연료엔진(24) 및 상기 열공급장치(112)의 가동은 배기가스의 배출을 당연히 수반하게 된다. 이러한 이중연료엔진(24) 및 열공급장치(112)의 배기가스에는 종래의 재기화 기능을 갖는 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 배기가스에 포함된 양보다는 소량이나 환경 규제 기준보다는 다량의 질소산화물이 포함되 어 있다.

따라서, 상기 이중연료엔진 측 배기구(124)와 상기 열공급장치 측 배기구(124a) 상에 각각 배기가스 내의 질소산화물을 제거할 수 있는 에스씨알 유닛(122, 122a, SCR Unit)을 장착한다. 상기 에스씨알 유닛(122, 122a)은 선택적 촉매 환원법(SCR; Selective Catalytic Reduction)을 이용하여 촉매의 작용으로 질소산화물(NOx)를 제거하는 기술인데, 이러한 선택적 촉매 환원법을 이용하여 상기 에스씨알 유닛(122, 122a)은 통상적인 반응기와 적절한 촉매 모듈을 포함하여 구성할 수 있다.

다음에서, 본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선의 작동관계를 정리하면, 상기 저장탱크(1)에 저장된 액화천연가스는 상기 인출펌프(144)에 의해 인출되어 상기 재기화장치(142)를 거쳐 천연가스로 재기화된다. 이렇게 재기화된 천연가스는 상기 송출라인(146)을 따라 하역지까지 보내어진다. 이때, 상기 열공급장치(112)는 상기 이중연료엔진(24)의 연료인 가스연료의 일부를 사용하여 가동되어 상기 재기화장치(142)에 열을 공급해주며, 상기 인출펌프(144)는 상기 이중연료엔진(24)에 의해 가동되는 발전기(26)로부터 전기를 공급받아 액화천연가스를 인출하게 된다.

이때, 상기 이중연료엔진 측 배기구(124)와 상기 열공급장치 측 배기구(124a) 상에는 각각 에스씨알 유닛(122, 122')이 장착되어 있어, 배기가스 내 질소산화물을 제거할 수 있게 된다. 이로 인하여, 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선에서 재기화작업 중 배출될 수 있는 질소산화물의 양을 대폭 감소시 킬 수 있으며, 질소산화물 배출에 관한 환경 규제 기준에 따를 수 있게 된다.

이상에서 본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선에 대해 설명하였다. 이러한 본 고안의 기술적 구성은 본 고안이 속하는 기술분야의 당업자가 본 고안의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 따른 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선은 재기화 기능을 갖춘 액화천연가스운반선에서 재기화 작업시 배출되는 질소산화물을 최근 강화되고 있는 환경 규제 기준에 맞추어 대폭 감소시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.

Claims (2)

1. 저장탱크로부터 발생하는 가스연료 또는 마린디젤오일연료를 선택적으로 사용하여 가동되는 이중연료엔진과, 상기 이중연료엔진에 의해 가동되어 전기를 발생시키는 발전기를 포함하는 전기추진 액화천연가스운반선에 있어서,

   상기 저장탱크로부터 액화천연가스를 인출시키도록 상기 발전기에서 발생시킨 전기를 공급받아 작동되는 인출펌프와, 인출된 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 재기화장치와, 재기화된 천연가스를 하역지까지 송출하도록 설치된 송출라인을 포함하는 재기화부;

   상기 재기화장치에 열을 공급하도록 연결되며, 상기 이중연료엔진에 선택적으로 사용되는 상기 가스연료를 함께 사용하여 상기 재기화장치에 공급될 가열매체를 가열시키는 열공급부; 및

   상기 이중연료엔진의 배기구 상에 장착되어, 배기가스 내 질소산화물을 제거하는 에스씨알 유닛(SCR Unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는,

   질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액화천연가스운반선.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에스씨알 유닛은 상기 열공급부를 구성하는 열공급장치의 배기구 상에 장착된 것을 특징으로 하는 질소산화물 배출억제 재기화 기능을 갖는 전기추진 액 화천연가스운반선.

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