KR20140041096A - 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛 및 이를 이용한 ｓｃｒ 촉매 클리닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 배기라인에 설치되는 SCR 촉매의 클리닝을 위한 수트 블로어 유닛 및 SCR 촉매 클리닝 방법에 관한 것으로서, 에어를 공급하는 주공급라인과, 상기 주공급라인에 연결되며 개폐밸브가 각각 구비된 다수의 에어유로로 이루어진 에어 분배라인과, 상기 에어 분배라인에 연결되며 배기라인에 설치된 SCR 촉매에 에어를 분사하는 다수의 분사관과, 상기 SCR 촉매의 전,후단의 차압을 체크하는 차압센서, 및 상기 차압센서를 체크하여 SCR 촉매의 정상상태와 이상상태에 따라 상기 에어 분배라인의 개폐밸브를 콘트롤 하는 제어부로 구성됨으로써, 상기 SCR 촉매의 정상 작동 여부에 대응하여 에어가 선택적으로 분사되도록 하여 SCR 촉매의 클리닝이 효율적으로 이루어질 수 있도록 함과 동시에 유지 보수 및 비용을 절감할 수 있는 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛 및 이를 이용한 SCR 촉매 클리닝 방법에 관한 것이다.

Description

이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛 및 이를 이용한 ＳＣＲ 촉매 클리닝 방법{Soot blower unit with dual control system and cleaning method for SCR Catalyst using the same}

본 발명은 엔진 배기라인에 설치되는 SCR 촉매의 클리닝을 위한 수트 블로어 유닛 및 SCR 촉매 클리닝 방법에 관한 것으로서, 배기라인에 설치된 SCR 촉매의 정상 작동 여부를 체크하여 정상상태와 이상상태에 따라 에어(air)를 선택적으로 이중 제어함으로써, 다수의 SCR 촉매 클리닝이 효율적으로 이루어질 수 있게 하고, 또한 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛 및 이를 이용한 SCR 촉매 클리닝 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 엔진 등이 설치되어 운영되고 있다.

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

따라서 엔진의 배기라인에는 매연여과장치(DPF:Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매 저감장치(SCR:Selective Catalytic Reduction), 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.

여기서 선택적 촉매 저감장치인 SCR 촉매(Catalyst)는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 암모니아(NH3) 또는 우레아(요소, Urea)를 환원제로 이용하여 무해한 질소와 물로 환원시키는 장치이다.

여기서 SCR 촉매는 통상적으로 배기라인을 따라 복수로 설치되어 배기가스 내의 유해 성분을 제거하게 되는 것이다.

그러나 이러한 SCR 촉매는 장기간 사용시 다공질 촉매가 배기가스의 성분들에 의해 막히는 현상이 발생하기 때문에 주기적인 유지 보수 작업이 필요하게 된다.

그러나 종래의 배기라인에는 SCR 촉매를 클리닝(cleaning) 할 수 있는 시스템이 존재하지 않기 때문에 통상적으로 촉매의 교환 주기에 따라 촉매 자체를 주기적으로 단순 교체하여 사용하였다.

따라서 상기와 같은 종래의 방법은 촉매의 교체 작업이 쉽지 않아 유지 보수 작업이 용이하지 않은 것은 물론 촉매 교체 비용으로 인해 유지 보수 비용이 현저히 증가하게 되는 문제점이 있었고, 또한 유지 보수를 위한 작업 공수와 작업 시간 증대로 인해 작업 효율성이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 SCR 촉매의 정상 작동 여부에 대응하여 에어의 이중 제어를 통해 에어가 선택적으로 적절하게 공급되도록 함으로써, SCR 촉매의 클리닝이 효율적으로 이루어질 수 있게 하고, 또한 SCR 촉매의 효과적인 클리닝을 통해 촉매의 수명이 증대되도록 하여 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛 및 이를 이용한 SCR 촉매 클리닝 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 에어를 공급하는 주공급라인과, 상기 주공급라인에 연결되며 에어를 선택적으로 공급할 수 있도록 개폐밸브가 각각 구비되는 다수의 에어유로로 이루어진 에어 분배라인과, 상기 다수의 에어 분배라인에 각각 연결되며 엔진 배기라인에 설치되는 복수의 SCR 촉매에 에어를 각각 분사할 수 있도록 배기라인에 내설되는 일정 길이의 다수의 분사관과, 상기 SCR 촉매의 전,후단의 차압을 체크하는 차압센서, 및 상기 차압센서를 체크하여 SCR 촉매의 정상상태와 이상상태에 따라 에어가 선택적으로 분사될 수 있도록 상기 에어 분배라인의 개폐밸브를 콘트롤 하는 제어부를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 제어부는 SCR 촉매가 정상상태인 경우에는 상기 에어 분배라인이 순차적으로 일정 시간 동안 에어를 공급할 수 있도록 상기 개폐밸브를 순차 개방하도록 한다.

또한 상기 제어부는 상기 차압센서의 신호에 대응하여 이상상태의 특정 SCR 촉매를 클리닝 할 수 있도록 상기 에어 분배라인을 선택적으로 개폐시키는 것이 바람직하다.

또 상기 분사관은 상기 SCR 촉매의 전면부에 각각 두 개가 수평 방향으로 병렬 설치되도록 하되, 외주면 일측부에는 상기 에어를 상기 SCR 촉매로 다중 분사할 수 있도록 길이 방향을 따라 다수개의 분사노즐이 설치된다.

한편 본 발명의 SCR 촉매 클리닝 방법은 에어를 공급하는 에어 공급단계와, 상기 에어 공급단계에서 공급되는 에어를 에어 분배유로를 통해 분배하여 배기라인에 설치된 다수개의 분사관에 에어가 선택적으로 공급되도록 하는 에어 분배단계와, 상기 SCR 촉매의 차압을 체크한 후, 상기 차압과 설정차압을 비교하여 상기 SCR 촉매의 정상상태와 이상상태를 체크하는 SCR 촉매 체크단계, 및 상기 SCR 촉매 체크단계에서 상기 SCR 촉매의 정상상태와 이상상태를 구분하여 상기 에어를 상기 다수개의 분사관을 통해 SCR 촉매에 선택적으로 분사하는 에어 분사단계를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 에어 분사단계는 SCR 촉매가 정상상태인 경우 상기 에어 분배라인이 2초의 간격을 두고 순차적으로 개방되도록 하되, 각 에어유로가 3초간 개방되어 상기 SCR 촉매에 에어를 분사하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 에어 분사단계는 SCR 촉매가 이상상태인 경우 상기 에어가 이상상태인 특정 SCR 촉매에만 분사되도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 SCR 촉매의 효과적인 클리닝을 통해 촉매의 수명을 증대시겨 촉매의 교체 주기를 연장시킬 수 있을 뿐 아니라, 작업 공수와 작업 시간의 절감을 통해 유지 보수 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 수트 블로어 유닛의 구성도,
도 2는 본 발명에 구비된 분사관의 배치도,
도 3은 본 발명의 수트 블로어 유닛의 작동 흐름도,
도 4는 SCR 촉매 클리닝 방법의 흐름도이다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 수트 블로어 유닛의 구성도를 나타내 것이고, 도 2는 본 발명에 구비된 분사관의 배치도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 수트 블로어 유닛의 작동 흐름도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 엔진의 배기가스가 통과하게 되는 배기라인(100)에는 유해가스 성분제거를 위한 선택적 촉매 저감장치(SCR:Selective Catalytic Reduction)인 SCR 촉매(250)가 설치된다.

SCR 촉매(250)는 배기라인(100)에 설치된 SCR 반응기(200) 내에 일정 거리 이격되어 복수로 설치됨으로써, 배기가스에 포함된 유해성분을 제거한 후, 배기가스를 외부로 배출시키게 되는 것이다.

한편 본 발명의 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛(Soot Blower Unit)은 주공급라인(10), 에어 분배라인(20), 분사관(50), 차압센서(60) 및 제어부(70)로 구성된다.

여기서 주공급라인(10)은 에어 공급장치(도시하지 않음)와 연결되어 에어를 공급하는 메인 유로 역할을 하게 되며, 전반부에는 메인밸브(15)가 설치된다.

한편 에어 분배라인(20)은 에어를 SCR 촉매에 선택적으로 분리 공급하기 위한 것으로서, 주공급라인(10)과 연결되어 에어의 경로가 4개로 분리 구성되도록 함으로써, 에어를 각각의 SCR 촉매(250)로 분배하는 역할을 하는 것이다.

이때 에어 분배라인(20)은 4개의 에어유로(20a,20b,20c,20d)로 이루지며, 각각의 에어유로(20a,20b,20c,20d)에는 제1,2,3,4개폐밸브(25a,25b,25c,25d)가 각각 설치되고, 또한 메뉴얼밸브(30)가 각각 설치되는 것이 바람직하다.

한편 분사관(50)은 각각의 에어유로(20a,20b,20c,20d)에 대응하여 다수개가 설치된다.

여기서 분사관(50)은 SCR 촉매(250)에 에어를 분사하기 위한 것으로서, 배기라인(100)에 내부에 설치되며, 도 2에 도시된 바와 같이, SCR 촉매(250)에 에어를 분사할 수 있도록 SCR 촉매(250)의 전면부에 수평 방향으로 평행하게 병렬 설치된다.

이때 분사관(50)은 상,하 방향으로 이격되게 설치되는 것이 바람직하며, 하나의 SCR 촉매(250)에 두 개가 배치되는 것이 바람직하다.

여기서 분사관(50)은 내부가 비어 있고 일단이 폐쇄된 중공형 파이프 형태로 구비될 수 있으며, 외주면에는 에어를 SCR 촉매(250)의 전면부에 다중 분사시킬 수 있도록 길이 방향을 따라 이격되게 다수의 분사노즐(55)이 설치된다.

분사노즐(55)은 통상적으로 사용되는 구조의 에어 노즐이 사용될 수 있을 것이다.

한편 본 발명에는 SCR 촉매(250)의 전,후단의 압력차이를 감지할 수 있는 차압센서(60)가 구비된다.

차압센서(60)는 각각의 SCR 촉매(250)의 차압을 감지할 수 있도록 SCR 촉매(250)에 연결 설치된다.

따라서 제어부(70)는 엔진 작동 여부와 차압센서(60)로부터의 신호를 전송받아 SCR 촉매(250)의 정상상태와 이상상태를 체크하게 되고, 이에 대응하여 에어 분배라인(20)에 구비된 제1,2,3,4개폐밸브(25a,25b,25c,25d)를 콘트롤 하는 것이다.

이하 도 3을 참조하여 본 발명의 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛의 작동 과정을 설명한다.

도시된 바와 같이, 먼저 최초 주공급라인(10) 상에 설치된 메인밸브(15)는 차단된 상태를 유지하게 된다.

상기와 같이 주공급라인(10)이 차단된 상태에서 제어부(70)는 엔진 작동 여부를 체크하여 엔진 런닝 신호가 감지되지 않으면 주공급라인(10)의 차단 상태를 유지하게 되고, 엔진 런닝 신호가 감지되면 차압센서(60)를 체크하게 된다.

이때 제어부(70)는 SCR 촉매(250)의 전,후단의 차압이 미리 설정해 놓은 기준 압력값(예:80mmWC)과 비교하여 측정된 차압이 기준 압력값보다 작은 값을 나타내면 해당 SCR 촉매(250)가 막힌 것으로 판단하고, 해당 SCR 촉매(250)에 배치된 에어유로(20a,20b,20c,20d)를 선택적으로 개방하여 해당 분사관(50)을 통해 이상 상태의 SCR 촉매(250)를 클리닝 하는 것이다.

한편 제어부(70)는 SCR 촉매(250)의 차압이 정상상태로 회복되면, 에어 분배라인(20)에 설치된 제1,2,3,4개폐밸브(25a,25b,256c,25d)를 소정의 시간 동안 순차적으로 개방하여 SCR 촉매(250)를 클리닝 하는 것이다.

여기서 제어부(70)는 엔진 런닝 신호가 감지되는 상태에서는 일정 주기에 따라 에어유로(20a,20b,20c,20d)를 순차 개방하여 SCR 촉매(250)를 클리닝 하게 되며, 또한 차압센서(60)를 실시간 감지하여 특정 SCR 촉매(250)의 차압에 이상이 발생하는 경우에는 순차 개방 상태를 무시하고, 우선적으로 해당 SCR 촉매(250)에 분배된 에어유로(20a,20b,20c,20d)를 개방하여 에어를 특정 SCR 촉매(250)에 분배하는 것이다.

이때 제어부(70)는 각 SCR 촉매(250)의 차압 상태를 차압센서(60)를 통해 매시간 마다 주기적으로 반복 체크하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명은 차압센서(60)를 통해 SCR 촉매(250)의 장상상태와 이상상태를 체크한 후, 각각의 상태에 대응하여 에어분배라인(20)을 순차 개방하거나 또는 특정 에어유로(20a,20b,20c,20d)를 선택적으로 개방하여 에어를 공급함으로써, SCR 촉매(250)의 클리닝을 이중으로 제어하여 실시하게 되는 것이다.

이하 도 4를 참조하여 본 발명의 수트 블로어 유닛을 이용한 SCR 촉매의 클리닝 방법을 상세히 설명한다.

도 4는 SCR 촉매 클리닝 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.

본 발명의 SCR 촉매의 클리닝 방법은 도시된 바와 같이, 에어 공급단계(S10), 에어 분배단계(S20), SCR 촉매 체크단계(S30), 및 에어 분사단계(S40)로 구성된다.

에어 공급단계(S10)는 주공급라인(10) 상에 설치된 메인밸브(15)를 개방하여 에어를 주공급라인(10)에 투입하는 단계이다.

한편 에어 분배단계(S20)는 각각의 SCR 촉매(250)에 대응하여 에어가 분배될 수 있도록 에어를 에어분배라인(20)을 통해 다수개의 유로로 분리하여 공급하는 것이다.

따라서 에어는 4개의 각 에어유로(20a,20b,20c,20d)를 통해 분배되는 것이다.

한편 SCR 촉매 체크단계(S30)는 각각의 SCR 촉매(250)의 차압을 체크하여 상기 차압과 미리 설정된 기준 압력값을 비교하여 SCR 촉매(250)의 정상상태와 이상상태를 체크하는 단계이다.

이때 제어부(70)는 각 SCR 촉매(250)의 상태에 따라 에어가 선택적으로 분사되도록 하게 되는 것이다.

에어 분사단계(S40)는 SCR 촉매 체크단계(S30)에서 SCR 촉매(250)의 정상상태와 이상상태를 구분하여 에어를 상기 다수개의 분사관(50)을 통해 SCR 촉매(250)에 선택적으로 에어를 분사하는 단계이다.

이때 에어 분사단계(S40)는 엔진이 작동 중이고, SCR 촉매(250)가 모두 정상상태인 경우에는 각 제1,2,3,4개폐밸브(25a,25b,25c,25d)를 순차적으로 개방하여 에어가 각 SCR 촉매(250)에 순차적으로 분사되도록 한다.

여기서 에어 분사는 SCR 촉매(250)가 모두 정상상태인 경우 각각의 에어유로(20a,20b,20c,20d)가 2초의 간격을 두고 순차적으로 개방되도록 하되, 각 에어유로(20a,20b,20c,20d)가 3초간 각각 개방되어 상기 SCR 촉매(250)에 순차 분사되도록 하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 제1 에어유로(20a)를 3초간 개방하고, 2초 경과 후, 제1 에어유로(20a)를 차단하고, 제2 에어유로(20b)를 다시 3초간 개방하는 것이다.

제3,4 에어유로(20c,20d)도 연속적으로 상기와 동일하게 순차 개방시키는 것이다.

이때 상기와 같은 순차 개방을 1회 실시한 후, 4시간 마다 반복적으로 순차 개방이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

한편 제어부(70)가 차압센서(60)를 통해 특정 SCR 촉매(250)의 이상상태를 감지하는 경우에는 해당 SCR 촉매(250)에 배치된 에어유로(20a,20b,20c,20d)를 선택적으로 개방하여 에어가 분사되도록 하는 것이다.

이때 에어 분사는 해당 SCR 촉매(250)가 정상상태를 회복할 때까지 반복 실시되며, 5회 실시 후에도 정상상태 회복이 되지 않으면 경보가 발령되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서 정상상태에서의 클리닝과 이상상태에서의 클리닝이 중복되는 경우에는 이상상태의 클리닝이 우선적으로 수행되도록 하고, 차압 체크에 의한 클리닝이 완료되면 정상상태의 클리닝 조건이 재작동 되도록 하는 것이다.

또한 에어는 일반적으로 7bar의 압력이 유지되도록 하는 것이 바람직하므로, 주공급라인(10)에는 준비된 에어의 공급압이 부족한 경우에 경보가 발생되도록 경보장치가 설치되는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명은 SCR 촉매(250)의 정상상태와 이상상태에 대응하여 에어가 선택적으로 적절하게 공급되도록 함으로써, 에어 분사의 이중 제어가 가능하게 되어 SCR 촉매(250)의 클리닝이 효율적으로 이루어질 수 있게 되고, 또한 SCR 촉매(250)의 효과적인 클리닝을 통해 SCR 촉매(250)의 수명 증대와 유지 보수 비용을 절감할 수 있게 효과를 얻게 되는 것이다.

이상 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 주공급라인 15 : 메인밸브
20 : 에어 분배라인
20a,20b,20c,20d : 에어유로
25a : 제1개폐밸브
25b : 제2개폐밸브 25c : 제3개폐밸브
25d : 제4개폐밸브 30 : 메뉴얼밸브
50 : 분사관 55 : 분사노즐
60 : 차압센서 70 : 제어부
100 : 배기라인 200 : SCR 반응기
250 : SCR 촉매
S10 : 에어 공급단계
S20 : 에어 분배단계
S30 : SCR 촉매 체크단계
S40 : 에어 분사단계

Claims (7)

1. 에어를 공급하는 주공급라인;
   상기 주공급라인에 연결되며, 에어를 선택적으로 공급할 수 있도록 개폐밸브가 각각 구비되는 다수의 에어유로로 이루어진 에어 분배라인;
   상기 다수의 에어 분배라인에 각각 연결되며, 엔진 배기라인에 설치되는 복수의 SCR 촉매에 에어를 각각 분사할 수 있도록 배기라인에 내설되는 일정 길이의 다수의 분사관;
   상기 SCR 촉매의 전,후단의 차압을 체크하는 차압센서; 및
   상기 차압센서를 체크하여 SCR 촉매의 정상상태와 이상상태에 따라 에어가 선택적으로 분사될 수 있도록 상기 에어 분배라인의 개폐밸브를 콘트롤 하는 제어부;
   를 포함하여 구성되는 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 SCR 촉매가 정상상태인 경우에는 상기 에어 분배라인이 순차적으로 일정 시간 동안 에어를 공급할 수 있도록 상기 개폐밸브를 순차 개방하는 것을 특징으로 하는 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 차압센서의 신호에 대응하여 이상상태의 특정 SCR 촉매를 클리닝 할 수 있도록 상기 에어 분배라인을 선택적으로 개폐시키는 것을 특징으로 하는 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분사관은 상기 SCR 촉매의 전면부에 각각 두 개가 수평 방향으로 병렬 설치되도록 하되, 외주면 일측부에는 상기 에어를 상기 SCR 촉매로 다중 분사할 수 있도록 길이 방향을 따라 다수개의 분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 이중 제어시스템의 수트 블로어 유닛.
5. 에어를 공급하는 에어 공급단계;
   상기 에어 공급단계에서 공급되는 에어를 에어 분배유로를 통해 분배하여 배기라인에 설치된 다수개의 분사관에 에어가 선택적으로 공급되도록 하는 에어 분배단계;
   상기 SCR 촉매의 차압을 체크한 후, 상기 차압과 기준 압력값을 비교하여 상기 SCR 촉매의 정상상태와 이상상태를 체크하는 SCR 촉매 체크단계; 및
   상기 SCR 촉매 체크단계에서 상기 SCR 촉매의 정상상태와 이상상태를 구분하여 상기 에어를 상기 다수개의 분사관을 통해 SCR 촉매에 선택적으로 분사하는 에어 분사단계;
   를 포함하여 구성되는 SCR 촉매 클리닝 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 에어 분사단계는 SCR 촉매가 정상상태인 경우 상기 에어 분배라인이 2초의 간격을 두고 순차적으로 개방되도록 하되, 각 에어유로가 3초간 개방되어 상기 SCR 촉매에 에어를 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 SCR 촉매 클리닝 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 에어 분사단계는 SCR 촉매가 이상상태인 경우 상기 에어가 이상상태인 특정 SCR 촉매에만 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 SCR 촉매 클리닝 방법.

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