KR20160102650A - 저압 scr 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 가열시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입시킬 수 있도록 하는 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엔진에서 배출되는 배기가스를 받는 배기가스 리시버; T/C(Turbo Charger) 후단에 설치되며, 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; 상기 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 상기 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 상기 SCR 반응기 측으로 유도하는 배기가스 바이패스 라인; 상기 배기가스 바이패스 라인 상에 설치되어 상기 배기가스 리시버에서 상기 SCR 반응기 측으로 바이패스 하는 배기가스를 가열하는 가열 장치; 및 저압 SCR 시스템 운전시 상기 가열 장치를 제어하여 상기 배기가스 바이패스 라인을 통해 바이패스 되는 배기가스를 가열하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 가열시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입시켜 SCR 반응기 내부의 온도를 촉매의 반응 온도 이상의 고온 상태로 유지함으로써, 배기가스 내 질소 산화물(NOx)을 성능저하 없이 제거할 수 있게 되고, 가열 장치를 종래보다 작게 설계할 수 있게 된다.

Description

저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법{LP SCR SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 가열시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입시킬 수 있도록 하는 저압 SCR 시스템 및 그 제어 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, 황산화물인 SOx 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.
따라서 엔진의 배기 라인에는 매연 여과 장치(DPF:Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매 환원 장치(SCR:Selective Catalytic Reduction), 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.
이 중에서 SCR 시스템은 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 촉매(Catalyst) 층에서 암모니아(NH3), 우레아(Urea) 등의 환원제와의 화학적 반응을 통해 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시키는 장치이다.
여기서 SCR 촉매(Catalyst)는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, 배기 라인에 설치된 SCR 반응기 내에 한 개 또는 두 개가 연속 설치되어 배기가스 내의 유해 성분을 제거하게 된다.
기존의 대형엔진용 SCR 시스템은 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4) 생성 방지, 분해 및 NOx 제거를 위하여 연료 중 황 함량에 따라 250℃ 이상의 고온이 필요함에 따라 엔진 튜닝을 통해 배기가스 온도를 높이거나, 배기가스 온도가 250~500℃인 엔진 T/C(Turbo Charger) 전단에 설치된다.
이와 같이 SCR 시스템이 T/C 전단에 설치되는 경우 SCR 시스템으로 유입되는 배기가스의 압력이 높기 때문에 고압 SCR 시스템이라 불린다.
그러나 SCR 시스템을 T/C 전단에 설치하게 되면, 협소한 엔진룸으로 인하여 SCR 시스템의 배치에 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 배기가스 온도가 150~300℃이며, 압력은 대기압 수준인 T/C 후단에 SCR 시스템을 설치할 수 있다.
SCR 시스템을 T/C 후단에 설치하게 되면, 엔진룸 외부에 SCR 시스템을 설치할 수 있게 됨에 따라 SCR 시스템을 공간 제약 없이 자유로이 배치할 수 있게 된다.
그러나 배기가스의 낮은 온도로 인하여 NOx 제거 성능의 확보가 어려운 문제가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 T/C에서 배출되는 배기가스를 SCR 반응기로 유도하는 배기가스 라인에 가열 장치를 설치하여, SCR 반응기로 유입되는 배기가스를 가열하는데, 이 경우 큰 배기가스 라인의 직경으로 인해 가열 장치의 크기가 커지는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2011-0064374호(공개일 2011.06.15.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 가열시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입시킴으로써, 배기가스 내 질소 산화물(NOx)을 성능저하 없이 제거할 수 있도록 하는 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템은, 엔진에서 배출되는 배기가스를 받는 배기가스 리시버; T/C(Turbo Charger) 후단에 설치되며, 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; 상기 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 상기 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 상기 SCR 반응기 측으로 유도하는 배기가스 바이패스 라인; 상기 배기가스 바이패스 라인 상에 설치되어 상기 배기가스 리시버에서 상기 SCR 반응기 측으로 바이패스 하는 배기가스를 가열하는 가열 장치; 및 저압 SCR 시스템 운전시 상기 가열 장치를 제어하여 상기 배기가스 바이패스 라인을 통해 바이패스 되는 배기가스를 가열하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템 제어 방법은, 제어부가 저압 SCR 시스템의 운전 여부를 파악하는 과정; 상기 파악결과 저압 SCR 시스템이 운전중이면, 상기 제어부가 배기가스 바이패스 밸브를 개방시키는 과정; 및 상기 제어부가 가열 장치를 구동시켜 배기가스 바이패스 라인을 통해 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열시키는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 가열시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입시켜 SCR 반응기 내부의 온도를 촉매의 반응 온도 이상의 고온 상태로 유지함으로써, 배기가스 내 질소 산화물(NOx)을 성능저하 없이 제거할 수 있게 된다.
또한 가열 장치를 T/C에서 배출되는 배기가스를 SCR 반응기로 유도하는 배기가스 라인보다 직경이 작은 배기가스 바이패스 라인에 설치하므로, 가열 장치를 종래보다 작게 설계할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템을 예시적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 처리도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템을 예시적으로 보인 도면이다.
도 1에서 배기가스 리시버(10)는 엔진(미도시)에서 배출되는 배기가스를 받아 T/C(15)로 공급한다.
SCR 반응기(20)는 T/C(15) 후단에 설치되며, 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매(미도시)가 설치된다.
제1배기가스 라인(30)은 T/C(15)에서 배출되는 배기가스를 SCR 반응기(20)로 유도한다.
제1배기 밸브(35)는 제1배기가스 라인(30) 상에 설치되며, 제어부(90)의 제어 하에 개폐된다.
제2배기가스 라인(40)은 SCR 반응기(20) 후단에 설치되어 배기가스를 배출한다.
제2배기 밸브(45)는 제2배기가스 라인(40) 상에 설치되며, 제어부(90)의 제어 하에 개폐된다.
바이패스 라인(50)은 T/C(15)에서 배출되는 배기가스를 SCR 반응기(20)를 거치지 않고 바이패스시켜 배출시킨다.
바이패스 밸브(55)는 바이패스 라인(50) 상에 설치되며, 제어부(90)의 제어 하에 개폐된다.
환원제 분사 장치(미도시)는 SCR 반응기(20)로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사한다.
혼합기(60)는 제1배기가스 라인(30)을 통해 유입되는 배기가스와 환원제 분사 장치(미도시)에 의해 환원제가 분사 주입되어 분해된 암모니아 가스를 혼합하여 SCR 반응기(20)로 공급한다.
전술한 혼합기(60)는 가열 장치(80)를 통해 가열된 배기가스와 T/C(15)에서 배출되는 배기가스를 혼합하여 SCR 반응기(20)로 공급한다.
본 발명의 실시예에서는 제1배기가스 라인(30)을 통해 유입되는 배기가스와 환원제 분사 장치(미도시)에 의해 환원제가 분사 주입되어 분해된 암모니아 가스를 혼합하는 혼합기(60)에서 가열 장치(80)를 통해 가열된 배기가스와 T/C(15)에서 배출되는 배기가스를 혼합하여 SCR 반응기(20)로 공급하도록 구현되어 있으나, 이를 각각 구현할 수도 있다.
전술한 바와 같이 가열 장치(80)를 통해 가열된 배기가스와 T/C(15)에서 배출되는 배기가스를 혼합기(60)에서 혼합하여 SCR 반응기(20)로 공급하는 이유는, 가열 장치(80)를 통해 가열된 배기가스 온도만 높기 때문에 SCR 반응 전에 배기가스를 혼합하기 위함이다.
배기가스 바이패스 라인(70)은 배기가스 리시버(10)의 배기가스 일부를 T/C(15)를 거치지 않고 바이패스시켜 SCR 반응기(20) 측으로 유도한다.
배기가스 바이패스 밸브(75)는 배기가스 바이패스 라인(70) 상에 설치되며, 제어부(90)의 제어 하에 개폐된다.
가열 장치(80)는 배기가스 바이패스 라인(70) 상에 설치되어, 배기가스 리시버(10)에서 T/C(15)를 거치지 않고 SCR 반응기(20) 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열하여 혼합기(60)를 통해 SCR 반응기(20)로 공급한다.
온도 측정 수단(85)은 SCR 반응기(20) 전단에 설치되어 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(90)로 인가한다.
제어부(90)는 선박이 ECA(Emission Control Area) 내에 위치하여 저압 SCR 시스템을 운전하는 경우에는 제1배기 밸브(35)와 제2배기 밸브(45)는 개방하고, 바이패스 밸브(55)는 폐쇄하여 T/C(15)에서 배출되는 배기가스가 SCR 반응기(20)를 거치면서 배기가스 내 질소 산화물(NOx)이 제거된 후 배출되도록 한다.
이때, 제어부(90)는 배기가스 바이패스 밸브(75)도 함께 개방하여 배기가스 리시버(10)의 배기가스 일부가 T/C(15)를 거치지 않고 혼합기(60)를 통해 SCR 반응기(20) 측으로 바이패스 되도록 하는 한편, 가열 장치(80)를 구동시켜 혼합기(60)를 통해 SCR 반응기(20) 측으로 공급되는 배기가스를 가열시킨다.
이와 같이 가열 장치(80)를 구동시켜 T/C(15)를 거치지 않고 SCR 반응기(20) 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열시킬 때, 제어부(90)는 온도 측정 수단(85)을 통해 측정된 SCR 반응기(20) 내의 온도에 의거하여 가열 장치(80)의 가열 온도를 조절할 수 있다.
예를 들어 온도 측정 수단(85)을 통해 측정된 SCR 반응기(20) 내의 온도가 촉매 환원 반응에 필요한 온도 또는 ABS를 기화시켜 SCR 촉매(미도시)를 재생시킬 수 있는 온도(예를 들어, 300℃) 이상으로 유지되도록 가열 장치(80)의 가열 온도를 조절할 수 있다.
한편, 제어부(90)는 선박이 공해상에 위치하여 저압 SCR 시스템을 운전하지 않는 비운전시에는 제1배기 밸브(35)와 제2배기 밸브(45)는 폐쇄하고, 바이패스 밸브(55)는 개방하여 T/C(15)에서 배출되는 배기가스가 SCR 반응기(20)를 거치지 않고 배출되도록 하는데, 이때에는 배기가스 바이패스 밸브(75)를 폐쇄한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 제어부(90)는 저압 SCR 시스템의 운전 여부에 따라 저압 SCR 시스템 운전시에는 제1배기 밸브(35)와 제2배기 밸브(45)는 개방하고, 바이패스 밸브(55)는 폐쇄하여 T/C(15)에서 배출되는 배기가스가 SCR 반응기(20)를 거친 후 배출되도록 한다(S10, S12).
그리고, 배기가스 바이패스 밸브(75)도 함께 개방하여 배기가스 리시버(10)의 배기가스 일부가 T/C(15)를 거치지 않고 혼합기(60)를 통해 SCR 반응기(20) 측으로 바이패스 되도록 하는 한편, 가열 장치(80)를 구동시켜 T/C(15)를 거치지 않고 배기가스 리시버(10)에서 SCR 반응기(20) 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열시켜 공급한다(S14).
상기한 과정 S14에서 가열 장치(80)를 구동시켜 T/C(15)를 거치지 않고 배기가스 리시버(10)에서 SCR 반응기(20) 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열시키는 제어부(90)는 온도 측정 수단(85)을 통해 측정된 SCR 반응기(20) 내의 온도가 촉매 환원 반응에 필요한 온도 또는 ABS를 기화시켜 SCR 촉매(미도시)를 재생시킬 수 있는 온도(예를 들어, 300℃) 이상으로 유지되도록 가열 장치(80)의 가열 온도를 조절할 수 있다.
한편 제어부(90)는 SCR 시스템 비운전시에는 제1배기 밸브(35)와 제2배기 밸브(45)는 폐쇄하고, 바이패스 밸브(55)는 개방하여 T/C(15)에서 배출되는 배기가스가 SCR 반응기(20)를 거치지 않고 바로 배출되도록 한다(S16).
그리고, 배기가스 바이패스 밸브(75)를 폐쇄하여 배기가스 리시버(10)의 배기가스 일부가 T/C(15)를 거치지 않고 혼합기(60)를 통해 SCR 반응기(20) 측으로 바이패스 되는 것을 차단한다(S18).
본 발명의 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10. 배기가스 리시버, 15. T/C,
20. SCR 반응기, 30. 제1배기가스 라인,
35. 제1배기 밸브, 40. 제2배기가스 라인,
45. 제2배기 밸브, 50. 바이패스 라인,
55. 바이패스 밸브, 60. 혼합기,
70. 배기가스 바이패스 라인, 75. 배기가스 바이패스 밸브,
80. 가열 장치, 85. 온도 측정 수단,
90. 제어부

Claims (6)

  1. 엔진에서 배출되는 배기가스를 받는 배기가스 리시버;
    T/C(Turbo Charger) 후단에 설치되며, 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기;
    상기 배기가스 리시버의 배기가스 일부를 상기 T/C를 거치지 않고 바이패스시켜 상기 SCR 반응기 측으로 유도하는 배기가스 바이패스 라인;
    상기 배기가스 바이패스 라인 상에 설치되어 상기 배기가스 리시버에서 상기 SCR 반응기 측으로 바이패스 하는 배기가스를 가열하는 가열 장치; 및
    저압 SCR 시스템 운전시 상기 가열 장치를 제어하여 상기 배기가스 바이패스 라인을 통해 바이패스 되는 배기가스를 가열하는 제어부를 포함하여 이루어지는 저압 SCR 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배기가스 바이패스 라인 상에 설치되는 배기가스 바이패스 밸브를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 저압 SCR 시스템 운전시에는 상기 배기가스 바이패스 밸브를 개방하고, 저압 SCR 시스템 비운전시에는 상기 배기가스 바이패스 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 저압 SCR 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가열 장치를 통해 가열된 배기가스와 상기 T/C에서 배출되는 배기가스를 혼합하여 상기 SCR 반응기로 공급하는 혼합기를 더 포함하여 이루어지는 저압 SCR 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 SCR 반응기 전단에 설치되어 온도를 측정하는 온도 측정 수단을 더 포함하며,
    상기 제어부는, 저압 SCR 시스템 운전시에 상기 온도 측정 수단을 통해 측정된 온도에 의거하여 상기 가열 장치의 가열 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 저압 SCR 시스템.
  5. 제어부가 저압 SCR 시스템의 운전 여부를 파악하는 과정;
    상기 파악결과 저압 SCR 시스템이 운전중이면, 상기 제어부가 배기가스 바이패스 밸브를 개방시키는 과정; 및
    상기 제어부가 가열 장치를 구동시켜 배기가스 바이패스 라인을 통해 T/C를 거치지 않고 SCR 반응기 측으로 바이패스 되는 배기가스를 가열시키는 과정을 포함하여 이루어지는 저압 SCR 시스템 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제어부가 온도 측정 수단을 통해 SCR 반응기 내의 온도를 측정하는 과정; 및
    상기 제어부가 상기 온도 측정 수단을 통해 측정된 온도에 의거하여 상기 가열 장치의 가열 온도를 제어하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 SCR 시스템의 제어 방법.
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