KR20140077291A - 선박용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터 집진정화 및 저 차압 장치 - Google Patents

선박용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터 집진정화 및 저 차압 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터 방식의 집진정화장치에 관한 것으로 선박용 디젤엔진의 배기가스 출구라인 쪽에 덕트(Duct)가 연결되고, 배기가스 출구 쪽으로 빠져나가는 덕트(Duct) 사이를 질소산화물(NOx) 저감을 위한 환원제( Urea or NH3 ) 투입하는 장치가 있으며, 집진정화장치 내부로 배치되는 촉매필터를 이용한 입자상물질(Particle Matter), 질소산화물(NOx)을 낮은 압력에서 동시 저감하는 일체형 장치에 관한 것이다.
상기 촉매필터는 기공의 크기가 표면과 내부가 서로 다른 이중구조로 이루어져, 상기 내부는 질소산화물(NOx) 정화용 촉매를 담지하고, 상기 표면은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작아 디젤엔진의 작동에 따라 발생하는 입자상물질(PM)을 표면에서 포집 탈리한다, 이렇게 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx)을 촉매필터를 이용한 장치에서 동시 저감하는 것을 특징으로 하는 것과 집진정화장치에 직결 배기가스 통로(By-Pass) 기능이 있어 선박용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터를 이용한 낮은 압력으로 운전 가능한 일체형 집진정화장치에 관한 것이다.
이를 통하여 종래의 선박용 엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 장치 및 단계를 하나의 장치로 줄일 수 있으며, 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 최적 설계제작으로 공간효율을 높이고, 간단한 시스템 운용을 통하여 운전 및 사용을 용이하게 하며, 전체 시스템의 낮은 운전압력손실 구현하여 운전 및 유지보수 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
선박, 디젤엔진, 배기가스, 촉매필터, 동시저감장치

Description

선박용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터 집진정화 및 저 차압 장치 { Catalyst Filter-type particle collecting and exhaust gas clean-up low pressure drop device for the exhaust gas of ship diesel engines }
본 발명은 선박용 디젤엔진 및 디젤발전기 배기가스의 후단에서 발생되는 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOx) 등을 포함하는 배기가스 내의 대기오염물질을 하나의 장치로 동시에 저감하는 것과 낮은 압력손실로 운전가능한 일체형 정화장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래의 선박용 디젤엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 다단의 장치 및 공정 단계를 하나의 장치로 일체화 공정으로 줄일 수 있으므로, 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 이에 따라 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 선박 내부에서 최적의 설계제작으로 공간효율을 높이고, 별도의 유지보수를 최소화하여 간단한 시스템을 통하여 운전 및 운용을 용이하게 하며, 유지보수 비용을 줄일 수 있는 선박용 디젤엔진 후단에서 발생되는 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOx) 등을 포함하는 배기가스 내의 대기오염물질을 동시에 저감하는 저차압 촉매필터 일체형 집진 정화장치에 관한 것이다.
선박＆발전용용 디젤엔진의 경우에 작동과정에서 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOx) 등의 대기오염물질이 동시에 발생하지만, 이렇게 발생한 배기가스를 현재의 경우 싸이크론, 스크러바, 집진장치, 전기집진장치, SCR 장치 등의 여러 장치로 개별로 대응하며 다단계 적으로 적용 개발하고 있는 실정이다. 이에 대한 선박관련 환경규제가 날로 국제적으로 강화되고 증가하고 있는 추세이다.
따라서 이와 같은 선박용 디젤엔진 경우 대기오염물질(PM, SOx, NOx 등)배출을 줄이기 위하여 다양한 방법이 제안되어지고 있다. 이에 대한 것으로 입자상물질, 질소산화물 등을 포함하는 배기가스의 저감을 위하여 건식 또는 습식 분진제거장치가 제안되어지며, 습식 분진제거장치는 대한민국 특허출원 제10-2006-61951호에 기술된 바가 있고, 건식 분진제거장치로는 DPF(Diesel Particulate Filter)를 적용하는 방안이 있으며, 이외에 메탈필터를 적용할 수 있으나, 이들은 입자상물질(PM)의 포집은 가능하지만 NOx 제거는 하지 못하는 한계점이 있다. 또한 질소산화물의 제거를 위하여 허니컴 필터에 촉매를 입힌 형태가 사용되고 있나, 이는 NOx 제거만 가능하며 일정시간 사용 후에는, 입자상물질(PM), 황산화물(SOx) 등으로 인한 표면 피독 현상으로 질소산화물 제거 기능이 떨어지고 사용주기도 짧은 문제점이 있다.
이에 따라, 종래의 입자상물질(PM) 및 배기가스 오염물질 동시제거를 위한 집진설비는 허니컴 구조의 촉매필터를 사용하는데, 이 경우에는 입자상물질이 허니컴 구조에 누적되어 차압이 상승하는 문제가 있고, 누적된 입자상물질이 제한적인 공간 안에서 재생될 경우 열에 의한 충격 및 크랙 발생문제, 입자상물질에 의해 촉 매가 피독되어 더 이상 NOx와 같은 배기가스 오염물질을 정화할 수 없는 문제 등이 있어서, 이러한 문제들이 지속적인 해결과제로 남아있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 선박＆발전용 디젤엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 다단의 장치 및 공정 단계를 하나의 장치로 공정으로 줄일 수 있으며, 낮은 압력솔실로 운전이 가능한 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 이에 따라 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 선박 내부로부터 최적의 설계제작으로 공간효율을 높이고, 별도의 유지보수를 최소화하여 간단한 시스템을 통하여 운전 및 운용을 용이하게 하며, 유지보수 비용을 줄일 수 있는 선박＆발전용 디젤엔진 배기가스에서 발생하는 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx) 등의 동시저감을 위한 촉매필터를 이용하고 집진정화장치에 저 차압 운전기능을 갖는 일체형 집진정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
선박＆발전용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터 방식의 집진정화장치에 직결 배기가스 통로(By-pass unit) 기능을 갖는 낮은 압력손실의 운전이 가능한 것으로 선박＆발전용 디젤엔진의 배기가스 출구라인 쪽에 덕트(Duct)가 연결되고, 배기가스 출구 쪽으로 빠져나가는 덕트(Duct) 사이를 질소산화물(NOx) 저감을 위한 환원제( Urea or NH3 ) 투입하는 장치가 있으며, 반응장치(Reactor) 내부로 배치되는 촉매필터와 이를 일정한 압력손실을 유지하기위한 재생시스템 및 정상 운전시 촉매필터의 부하를 줄여주기 위한 배기직결 통로가 포함된 장치에 관한 것이다.
상기 촉매필터는 기공의 크기가 표면과 내부가 서로 다른 이중구조로 이루어져, 상기 내부는 질소산화물(NOx) 정화용 촉매를 담지하고, 상기 표면은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작아 디젤엔진의 작동에 따라 발생하는 입자상물질(PM)을 촉매필터 표면에서 포집 탈리한다,
이를 통하여 종래의 선박용 엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 장치 및 단계를 하나의 장치로 줄일 수 있으므로, 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 최적 설계제작으로 공간효율을 높이고, 간단한 시스템 운용을 통하여 운전 및 사용을 용이하게 하며, 전체 시스템의 낮은 압력손실 구현하여 운전 및 유지보수 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이렇게 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx)을 촉매필터를 이용한 장치에서 동시 저감하는 것을 특징으로 하는 선박＆발전용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터를 이용과 저 차압 운전 기능을 갖는 일체형 집진 정화장치를 제공한다.
본 발명의 선박＆발전용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터 방식의 집진 정화장치 내부에 배치되는 촉매필터를 이용한 장치와 정상 운전시 촉매필터의 부하를 줄여주기 위한 배기직결 통로(By-pass unit)가 포함된 장치에 관한 것이다. 집진정화 장치가 디젤엔진의 배기가스 출구라인에 직접적으로 연결되어 배기가스의 고온을 활용하여, 배기가스 내의 질소산화물(NOx) 저감을 위한 고온의 반응조건을 쉽게 얻을 수 있도록 하여 촉매필터를 이용한 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx)을 동시저감과 저차압 운전 기능을 갖는 기본기술을 제공한다.
이를 통하여 종래의 선박용 엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 장치 및 단계를 하나의 장치로 줄일 수 있으므로, 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 선박 내부에 최적 설계제작으로 공간효율을 높이고, 간단한 시스템 운용을 통하여 운전 및 사용을 용이하게 하며, 전체 시스템의 낮은 압력손실 구현하여 운전 및 유지보수 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이렇게 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx)을 촉매필터를 이용한 장치에서 동시 저감하는 것과 정상 운전시 직결된 배기통로의 배기량 조절로 촉매필터와 엔진의 부하는 줄일 수 있는 특징으로 단순하고 효율적인 효과를 얻을 수 있는 선박용 디젤엔진 배기가스의 낮은 압력손실의 일체형 촉매필터 집진정화장치이다.
이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 도1, 도2, 도3 에서와 같이 선박용 엔진 배기가스의 촉매필터 방식의 집진정화장치(300)에 관한 것으로 선박용 디젤엔진의 배기가스 출구라인 쪽에 덕트(100)가 연결되고, 배기가스 출구 쪽으로 빠져나가는 덕트(150) 사이를 질소산화물(NOx) 저감을 위한 환원제( Urea or NH3 ) 투입하는 장치가 있으며, 반응장치 로 배치되는 촉매필터(500)를 이용한 장치에 관한 것이다.
상기 집진정화장치(300)는 디젤엔진 및 모든 산업에서 사용되는 집진장치의 기본 구성기능을 포함하며 대표적인 Bag Filter 집진장치와 같이 집진장치 내에 필터, 에어펄스 및 바, 타이머 등의 이를 구성하는 분진탈진 장치 등과 같이 동일한 구성을 하나 고온 ∼ 500도까지 사용가능한 장치구성을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매필터(500)는 세라믹소재를 기본으로 하나 촉매담지가 가능하고 내열성을 갖는 모든 소재를 포함하며 도4 와같이 기공의 크기가 표면 코팅층(530)과 내부가 벽체층(550)의 서로 다른 이중구조로 이루어져, 상기 내부는 질소산화물(NOx) 정화용 촉매를 내부(550)에 담지하고, 상기 표면은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작아 디젤엔진의 작동에 따라 발생하는 입자상물질(PM)을 표면에서 포집 탈리한다, 이렇게 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx)을 촉매필터를 이용한 장치에서 동시 저감하는 것을 도1에서 도5와 같은 특징으로 하는 선박용 디젤엔진 배기가스의 세라믹촉매필터 일체형 집진 정화장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 촉매필터를 이용한 일체형 집진 정화장치는 그 입구 단이 선박용 디젤엔진의 배기가스 출구에 직접적으로 바로 연결된다. 이를 통하여 배기가스의 높은 온도(약 220 내지 380 ℃)를 그대로 유지하여 이를 질소산화물(NOx) 저감공정에 필요한 220 ∼ 380 ℃ 그대로 활용할 수 있고, 탈진장치를 이용하여 촉매필터 표면에 쌓이는 입자상물질(PM)을 털어내어 촉매필터의 지속적인 압력손실 유지할 수 있는 때문이다.
본 발명의 경우에는 배기가스 배출압력만으로 충분한 배출이 이루어지며, 정 상적인 운전가동과 필요 및 운영방법에 따라 내부에 직결통로(By-pass unit)가 있어 촉매필터의 영향을 줄이고 바로 배기되는 배기량을 늘리는 것을 특징으로 하는 장치이다. 이는 배압의 상승이 현저히 줄어들므로 별도의 펌프나 팬이 불필요하게 되며, 이러한 배출이 더욱 원활하도록 하기 위해서는 본 발명의 선박용 배기가스 집진정화장치의 초기 차압은 50 mmH2O 이하로 설계되어야하고 운전 차압은 20 -250 mmH2O 이내에서 운전하는 것이 바람직하다.
이를 통하여 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx)을 동시저감 할 수 있으며, 이러한 촉매필터의 이용과 낮은 압력손실의을 통한 동시저감 일체형 장치의 구성 기능은 도1 부터 도 5에 계략적으로 도시한 바와 같다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술 분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.
[부호의 설명]
100 : 집진정화장치 입구 150 : 집진정화장치 출구
300 : 집진정화장치
500 : 촉매필터(모든 종류와 재질 포함)
530 : 촉매필터 미세 코팅 층 550 : 촉매필터 내부 촉매 층
700 : 직결 통로(By-pass unlt) 730 : 직결통로 배기량 조절 장치
도 1은 본 발명의 선박용 디젤엔진의 배기가스 정화시스템의 필터 가로장착 개략도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 선박용 디젤엔진의 배기가스 정화시스템의 필터 세로장착 개략도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 촉매필터의 집진정화의 방법과 종류의 따른 실시예를 적용하는 산업용 보일러 배기가스의 촉매필터 정화장치의 개략도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 촉매필터의 기능과 흐름에 따른 실시예를 세부적으로 나타내는 배기가스의 촉매필터 정화방법의 개략도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 촉매필터의 집진정화의 적요방법과 장치흐름에 따른 실시예를 적용하는 선박용 디젤엔진 배기가스의 촉매필터 정화방법의 개략도를 도시한 도면이다.

Claims (5)

  1. 선박＆발전용 디젤엔진 배기가스의 출구라인 쪽에 덕트(Duct)가 직결 연결되고, 배기가스 출구 쪽으로 빠져나가는 덕트(Duct) 사이를 질소산화물(NOx) 저감을 위한 환원제( Urea or NH3 ) 투입하는 장치가 있으며, 집진정화장치 도1, 도2, 도3과 같이 내부에 촉매필터를 가로나 세로방향으로 배치하고, 배기가스 직결통로(By-pass unit)에 배기량을 조절가능한 장치(730)가 포함되어 있어 운전 압력의 조절이 가능한 입자상물질 및 배기가스 동시저감 일체형 저 차압 고온 집진정화장치(300).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집진정화장치(300)은 일반적인 산업용 집진장치의 기본구성인 필터 재생장치의 에어탱크, 펄스밸브, 펄스바, 타이머 등이 포함되어 있으며, 직결통로(700)과 운전압력 조절이 가능한 배기가스 유량 조절장치(730)에 의해 운전압력 조절이 가능한 것과 운전온도가 250도 이상에서 사용가능한 것이 특징으로 하는 입자상물질 및 배기가스 동시저감 일체형 저차압 고온 집진정화장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촉매필터는 세라믹필터에 촉매를 담지하여 사용하는 것을 대표필터로 하며, 기공의 크기가 표면과 내부가 서로 다른 이중구조로 이루어져, 상기 내부는 질소산화물(NOx)＆ 휘발성유기화합물(VOC's) 등의 정화용 촉매를 담지하고, 이렇게 입자상물질(PM) 80％이상 포집과 유해가스 80％이상 저감이 가능한 촉매필터를 이용한 장치에서 동시 저감하는 것을 특징으로 필터 초기압력 30 mmH2O 이하와 250 mmH2O 이하의 낮은 운전압력에서 운전가능한 금속, 무기재료 등을 포함하는 모든 종류 및 재질의 촉매필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직결통로(700) 및 직결통로 배기량 조절 장치(730)가 하나의 장치나 두개 이상 집진정화장치(300)에 포함되어 있는 것을 특징으로 정상적인 운전시 운전압력 조절이 가능한 배기가스 유량 조절장치(730)에 의해 운전압력 조절이 가능한 것이 특징으로 하는 입자상물질 및 배기가스 동시저감 일체형 저차압 고온 집진정화장치.
  5. 제1항 또는 제2항, 제3항, 제4항에 있어서,
    상기 선박용 디젤엔진 배기가스 일체형 동시저감장치는 설명한 본 발명은 산업용 보일러 등을 포함하며, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109046024A (zh) * 2018-09-25 2018-12-21 中交天航滨海环保浚航工程有限公司 一种船舶尾气脱硝催化净化系统

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CN109046024B (zh) * 2018-09-25 2024-02-13 中交(天津)疏浚工程有限公司 一种船舶尾气脱硝催化净化系统

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