KR20160069717A - Scr 반응기의 촉매 세정 시스템 - Google Patents

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이상억
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Abstract

SCR 반응기의 촉매 세정 시스템은 세정을 위한 에어를 분할된 위치에서 SCR 반응기 내에 주입함과 더불어 에어 외에 물리적인 브러쉬를 세정 수단으로 활용한다.
이를 위해, 당해 시스템은 SCR 반응기의 입구측에 설치되어 촉매층에 에어를 분사하는 제1 분사부; SCR 반응기의 출구측에 설치되어 제1 분사부와 마주보는 방향으로 에어를 분사하는 제2 분사부; 제1 분사부와 제2 분사부에 에어를 주입하는 공급라인; 및 공급라인의 에어 공급을 제어하여, 제1 분사부와 제2 분사부 사이에 위치한 촉매층의 양측에서 촉매층을 향해 에어가 분사되도록 하는 제어부를 포함한다.
이에 따라, SCR 반응기에 내설된 촉매 중의 분진을 제거하는 세정 작업이 균일하고 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.

Description

SCR 반응기의 촉매 세정 시스템{SYSTEM FOR CLEANING CATALYTIC IN SCR REACTOR}
본 발명은 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에 관한 것으로, 특히 SCR 반응기에 내설된 촉매 중의 분진(Dust)을 제거하는 세정 작업이 균일하고 효율적으로 이루어질 수 있게 하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에 관한 것이다.
선박이나 자동차, 발전소 등의 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 부유성 미립자, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 유해성분이 포함되어 있다.
SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)은 질소산화물을 저감하는 가장 효율적인 방안 중의 하나로서, 엔진의 배기라인에 설비되며, 촉매 중에 배기가스와 환원제를 동시에 통과시키면서 배기가스 내 질소산화물(NOx)을 환원제와 반응시켜 무해한 질소(N2)와 수증기(H2O)로 환원처리하도록 구성된다.
SCR 시스템에는 촉매가 내장된 SCR 반응기가 구비되는데, SCR 반응기를 장기간 사용하게 되면 엔진 연소시에 발생되는 PM(Particle Material), 그을음(Soot)이나 미세먼지 등의 분진이 촉매에 침적되어 질소산화물 처리율을 저하시키거나 배출가스의 흐름을 방해/차단하게 된다.
따라서 분진 제거기를 통해 촉매상에 붙어있는 분진을 제거하는 주기적인 세정(Cleaning) 작업이 필요하다.
종래의 분진 제거기는 통상 촉매의 상부에 설치되며 일정한 시간 간격으로 작동, 작동시 촉매에 고압의 압축에어를 분사하여 촉매에 쌓인 분진을 제거함으로써 SCR 반응기 내의 압력 강하와 촉매 효율 저하를 방지한다.
그러나 종래의 분진 제거기는 에어만을 가지고 분진을 제거하기 때문에 세정 효과에 한계가 있고, 또한 에어를 일측에서 주입하기 때문에 균일한 분진 제거가 이루어지지 않는 문제점이 있다.
국내 공개특허공보 제10-2014-0041096호, 공개일: 2014. 04. 04.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 촉매 중의 분진을 제거할 때 균일하고 효율적인 세정 작업이 이루어질 수 있게 하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템은, 엔진의 배기라인에 설치되는 SCR 반응기 내의 촉매를 세정하는 시스템으로서, 상기 SCR 반응기의 입구측에 설치되어 촉매층에 에어를 분사하는 제1 분사부; 상기 SCR 반응기의 출구측에 설치되어 상기 제1 분사부와 마주보는 방향으로 에어를 분사하는 제2 분사부; 상기 제1 분사부와 상기 제2 분사부에 에어를 주입하는 공급라인; 및 상기 공급라인의 에어 공급을 제어하여, 상기 제1 분사부와 상기 제2 분사부 사이에 위치한 상기 촉매층의 양측에서 상기 촉매층을 향해 에어가 분사되도록 하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템은 브러쉬를 이용해 촉매 표면의 분진을 물리적으로 제거하는 브러쉬 세정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에서, 상기 브러쉬 세정부는 상기 SCR 반응기의 입구측에 설치되어 상기 SCR 반응기의 입구측에 가장 가까운 촉매 표면을 세정할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에서, 상기 브러쉬 세정부는 브러쉬살이 촉매 표면에 닿게 설비되어 가로 또는 세로방향을 따라 이동하는 과정에서 촉매 표면의 분진을 제거하는 브러쉬; 상기 브러쉬가 이동하도록 구동하는 브러쉬 구동부; 및 상기 SCR 반응기의 내측면상에 고정 설치되어 상기 브러쉬의 이동방향을 안내하는 레일 틀을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에서, 상기 제어부는 기 설정된 주기마다 에어를 공급하여 촉매 세정을 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에서, 상기 제어부는 상기 SCR 반응기의 입구측과 출구측 간 차압을 검출하여 상기 차압이 기 설정된 기준값 이상이면 에어를 공급하여 촉매 세정을 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에서, 상기 제1 분사부 및 상기 제2 분사부 각각은 상기 공급라인에 연결되는 유입관과, 유입관으로부터 분기되며 소정 간격으로 분산 배치되어 표면의 분사공을 통해 에어를 분사하는 복수의 분사관을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에 따르면, 세정을 위한 에어를 분할된 위치에서 SCR 반응기 내에 주입함과 더불어 에어 외에 물리적인 브러쉬를 세정 수단으로 활용함으로써 SCR 반응기에 내설된 촉매 중의 분진을 제거하는 세정 작업이 균일하고 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1에 나타난 분사부의 구성을 예시적으로 보인 도면.
도 3은 도 1에 나타난 브러쉬 세정부의 구성을 예시적으로 보인 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템은 엔진의 배기라인(10)에 설치되는 SCR 반응기(20) 내의 촉매를 세정하기 위한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 분사부(41), 제2 분사부(42) 및 에어 세정부(60)를 포함한다.
에어 세정부(60)는 제1 분사부(41) 및 제2 분사부(42)로 에어를 주입하는 공급라인(61, 62), 각 공급라인(61, 62)에 설치되는 개폐밸브(63, 64) 및 제어부(65)를 포함한다.
SCR 반응기(20)에는 선택적 촉매환원 방식으로 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 촉매층(30)이 내장되어 있다. 촉매층(30)은 한 개 또는 연속 설치된 복수 개의 촉매로 구성된다. 여기서 촉매층(30)을 이루는 각 촉매는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 필터이다.
엔진의 배기가스가 SCR 반응기(20)에 유입되는 상태에서 SCR 반응기(20) 내에 환원제가 공급되면, 환원제가 배기가스와 섞여 촉매층(30)을 통과하게 되며 촉매층(30)을 통과하는 과정에서 환원제로부터 가수분해된 암모니아(NH3)가 배기가스 내의 질소산화물과 반응하여 질소산화물이 질소와 수증기로 환원된다.
제1 분사부(41)는 SCR 반응기(20)의 입구측에 설치되어 촉매층(30)을 향해 에어를 분사한다.
제2 분사부(42)는 SCR 반응기(20)의 출구측에 설치되어 제1 분사부(41)와 마주보는 방향으로, 촉매층(30)을 향해 에어를 분사한다.
그리고, 공급라인(61, 62)은 에어 공급장치(미도시)와 연결되어 압축에어를 공급받아 제1 분사부(41)와 제2 분사부(42)에 에어를 주입한다.
제어부(65)는 제1 분사부(41)와 제2 분사부(42)의 전단에 설치된 두 개폐밸브(63, 64)의 개방 여부를 제어하여, 제1 분사부(41)와 제2 분사부(42) 사이에 위치한 촉매층(30)의 양측에서 촉매층(30)을 향해 에어가 분사되도록 한다.
에어 세정부(60)의 공급라인(61, 62)을 통해 주입되는 에어는 SCR 반응기(20)에 내설된 촉매층(30)의 양측에 설치된 제1 분사부(41)와 제2 분사부(42)로 분할 공급된다.
촉매층(30)이 위치한 SCR 반응기(20)의 중심부는 제1 분사부(41)와 제2 분사부(42)의 공통된 분사영역이 된다.
즉, 서로 마주보는 방향으로 에어를 분사하는 제1 분사부(41)와 제2 분사부(42)에 의해 촉매층(30)의 양측에서 에어를 불어넣어 촉매층(30)에 침적된 PM, 그을음이나 미세먼지 등의 분진이 고르게 제거될 수 있게 하는 것이다.
일 실시예에서, 제어부(65)는 기 설정된 주기마다 개폐밸브(63, 64)를 개방하여 에어를 공급함으로써 일정 시간 간격으로 촉매 세정을 실시할 수 있다.
혹은, 제어부(65)는 SCR 반응기(20)의 입구측과 출구측 간 차압을 검출하고, 검출된 차압이 기 설정된 기준값 이상이면 에어를 공급하여 촉매 세정을 실시할 수 있다.
이를 위해, SCR 반응기(20)의 입구측과 출구측에 압력센서(81, 82)를 각각 구비할 수 있으며, 두 압력센서(81, 82)에 의해 촉매층(30) 전/후단 간 차압을 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템은 브러쉬 세정부(70)를 더 포함할 수 있다.
브러쉬 세정부(70)는 촉매 표면을 쓸어낼 수 있게 구비된 브러쉬를 이용해 촉매 표면의 분진을 물리적으로 제거하는 기능을 한다.
이와 같이 구성된 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템은 분할된 위치에서 에어를 불어넣어 분진을 고르게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 물리적인 브러쉬를 가지고 있는 브러쉬 세정부(70)에 의해 훨씬 강력한 세정을 실시할 수 있다.
브러쉬 세정부(70)의 구성 및 작용에 대해서는 도 3 부분에서 보다 상세히 예시한다.
도 2는 도 1에 나타난 분사부의 구성을 예시적으로 보인 도면이다.
분사부(40)는 전술한 제1 분사부(41) 또는 제2 분사부(42)로서 예컨대 도 2와 같이 배열되는 에어 유로를 구성할 수 있다.
도 2의 일 실시예에서, 분사부(40)는 공급라인(61, 62)과 연결되는 유입관(43)과 유입관(43)으로부터 양방향으로 분기되어 나가는 복수 개의 분사관(44)을 포함한다.
복수 개의 분사관(44)은 촉매의 표면 면적을 커버하도록 일정 간격으로 분산 배치되며, 이들 분사관(44)의 표면에 형성된 복수의 분사공(45)을 통해 촉매층(30)을 향해 에어가 분출된다.
도 3은 도 1에 나타난 브러쉬 세정부의 구성을 예시적으로 보인 도면이다.
브러쉬 세정부(70)는 도 3에 도시된 바와 같이, 브러쉬(71), 브러쉬 구동부(72~76) 및 레일 틀(77)을 포함할 수 있다.
단, 도 3에서 설명하는 브러쉬 세정부(70)는 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 적용되는 브러쉬 세정부(70)의 구성 및 작용은 이동 가능한 브러쉬를 구비하여 물리적인 세정 작업을 수행할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형/수정될 수 있다.
브러쉬(71)는 몸체와 몸체 전면에 형성된 브러쉬살로 구성되며, 브러쉬살이 촉매 표면에 닿게 설비되어 일방향(가로 또는 세로방향)을 따라 이동하는 과정에서 촉매 표면의 분진을 물리적으로 제거한다.
브러쉬 구동부(72~76)는 제어부(65)의 제어 하에 촉매 표면의 일방향을 따라 움직이도록 브러쉬(71)의 이동을 구동한다.
일 실시예에서, 브러쉬(71)는 도 3에 도시된 바와 같이 촉매의 세로축에 상응하여 길게 형성된다. 또한, 이와 같이 길게 형성된 브러쉬(71)가 촉매의 가로축을 따라 이동함으로써 이동 과정에서 촉매의 전면을 쓸어낼 수 있도록 구성된다.
레일 틀(77)은 SCR 반응기(20)의 내측에 고정 설치되어 브러쉬(71)의 이동방향을 안내한다. 이를 위해, 레일 틀(77)의 마주보는 두 내측면상에는 브러쉬(71)의 양단을 끼워 삽입할 수 있는 가이드 홈(78)이 형성된다. 이에 따라 브러쉬(71)의 양측은 레일 틀(77)에 의해 지지된다.
브러쉬(71)는 양단이 레일 틀(77)의 가이드 홈(78)에 끼워진 상태에서 가로축의 좌우로 횡단하면서 촉매 표면을 쓸어내어 분진을 제거한다.
도 3의 일 실시예에서, 브러쉬 구동부(72~76)는 제1, 제2 모터(73, 75), 두 모터(73, 75)에 의해 양방향으로 회전하는 제1, 제2 드럼(72, 74), 두 드럼(72, 74)에 감겨있는 구동 와이어(76)를 포함한다.
각 구동 와이어(76)의 양측 단부는 제1, 제2 드럼(72, 74)에 고정된다.
브러쉬(71)의 몸체 후면은 도시된 바와 같이 구동 와이어(76)에 고정된다.
제1, 제2 드럼(72, 74)의 회전에 의해 구동 와이어(76)가 감기거나 풀리면 여기에 고정된 브러쉬(71)가 가로축 상에서 좌우로 이동하게 된다.
예컨대, 제1, 제2 드럼(72, 74)이 일방향으로 회전하여 구동 와이어(76)가 제1 드럼(72)에 감기게 되면 브러쉬(71)가 좌측의 제1 드럼(72)을 향해 이동한다. 제1, 제2 드럼(72, 74)이 반대방향으로 회전하여 구동 와이어(76)가 제2 드럼(74)에 감기게 되면 브러쉬(71)는 우측의 제2 드럼(74)을 향해 이동한다.
한편 통상 SCR 반응기(20)의 촉매층(30) 중 배기가스가 유입되는 입구측에 가까운 촉매 표면에 분진 침적 정도가 가장 높다.
따라서 이와 같이 구성된 브러쉬 세정부(70)를 SCR 반응기(20)의 입구측에 설치하면 SCR 반응기(20)의 입구측에 가장 가까운 촉매 표면에 대해 에어 세정 외에 브러쉬(71)를 이용한 물리적 세정을 추가 수행할 수 있어 더욱 효율적이다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10: 배기라인
20: SCR 반응기
30: 촉매층
40, 41, 42: 분사부
60: 에어 세정부
61, 62: 공급라인
65: 제어부
70: 브러쉬 세정부
71: 브러쉬
72~76: 브러쉬 구동부
77: 레일 틀
81, 82: 압력센서

Claims (7)

  1. 엔진의 배기라인에 설치되는 SCR 반응기 내의 촉매를 세정하는 시스템으로서,
    상기 SCR 반응기의 입구측에 설치되어 촉매층에 에어를 분사하는 제1 분사부;
    상기 SCR 반응기의 출구측에 설치되어 상기 제1 분사부와 마주보는 방향으로 에어를 분사하는 제2 분사부;
    상기 제1 분사부와 상기 제2 분사부에 에어를 주입하는 공급라인; 및
    상기 공급라인의 에어 공급을 제어하여, 상기 제1 분사부와 상기 제2 분사부 사이에 위치한 상기 촉매층의 양측에서 상기 촉매층을 향해 에어가 분사되도록 하는 제어부를 포함하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    브러쉬를 이용해 촉매 표면의 분진을 물리적으로 제거하는 브러쉬 세정부를 더 포함하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 브러쉬 세정부는,
    상기 SCR 반응기의 입구측에 설치되어 상기 SCR 반응기의 입구측에 가장 가까운 촉매 표면을 세정하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 브러쉬 세정부는,
    브러쉬살이 촉매 표면에 닿게 설비되어 가로 또는 세로방향을 따라 이동하는 과정에서 촉매 표면의 분진을 제거하는 브러쉬;
    상기 브러쉬가 이동하도록 구동하는 브러쉬 구동부; 및
    상기 SCR 반응기의 내측면상에 고정 설치되어 상기 브러쉬의 이동방향을 안내하는 레일 틀을 포함하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    기 설정된 주기마다 에어를 공급하여 촉매 세정을 실시하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 SCR 반응기의 입구측과 출구측 간 차압을 검출하여 상기 차압이 기 설정된 기준값 이상이면 에어를 공급하여 촉매 세정을 실시하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 분사부 및 상기 제2 분사부 각각은,
    상기 공급라인에 연결되는 유입관과, 유입관으로부터 분기되며 소정 간격으로 분산 배치되어 표면의 분사공을 통해 에어를 분사하는 복수의 분사관을 포함하는 SCR 반응기의 촉매 세정 시스템.
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