KR20160110010A - Scr 시스템 및 그것의 반응기 재생 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SCR 시스템 및 그것의 반응기 재생 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템으로서, 상기 SCR 반응기의 후단에 설치되어, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리시에 생성되는 암모니아의 농도를 검출하여 해당 검출된 암모니아 농도를 제어기에 인가하는 검출센서와; 상기 검출센서에 의해 검출된 암모니아 농도에 의거하여 상기 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하면서 반응기 재생 처리를 진행하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행함에 따라, SCR 반응기에 생성되는 암모늄 이황산염에 기인한 SCR 반응기의 오염을 제거하여 SCR 반응기를 재생하는 경우에, 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하여 SCR 반응기의 재생 완료 시점을 정확히 파악함으로써, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 충분히 제거하여 SCR 반응기를 재생하여서, 엔진 배기가스의 정화처리를 안정성 있게 수행하게 된다.

Description

SCR 시스템 및 그것의 반응기 재생 제어방법{Selective Catalytic Reduction System and Reactor Regeneration Control Method Thereof}
본 발명은 엔진 터보차저(Turbo Charger)의 전단이나 후단에 설치되어 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하는 SCR 시스템에 관한 것으로, 특히 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행함에 따라, SCR 반응기에 생성되는 암모늄 이황산염(Ammonium Bisulfate)에 기인한 SCR 반응기의 오염을 제거하여 SCR 반응기를 재생하는 경우에, 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하여 SCR 반응기의 재생 완료 시점을 정확히 파악함으로써, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 충분히 제거하여 SCR 반응기를 재생하여서, 엔진 배기가스의 정화처리를 안정성 있게 수행하도록 하는 SCR 시스템 및 그것의 반응기 재생 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 사용되는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 국제연합(UN)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이다. 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
질소산화물은, 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성되는 Thermal NOx, 연료에서 발생되는 탄화수소가 공기 중의 질소와 반응하여 생성되는 Prompt NOx, 연료에 포함된 질소성분이 연소과정에서 산화되어 생성된 Fuel NOx로 구분된다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템은 환원제와 섞인 배기가스를 SCR 반응기에 설치된 촉매층으로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3)를 환원제로 사용한다.
특히, 엔진 터보차저의 후단에 SCR 반응기를 장착하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 저압 SCR 시스템에서는 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 인가하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하기 위해서 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서 반응 가능한 온도로 상승시켜서 SCR 반응기에 인가함과 아울러, 우레아 가수분해 장치에 의하여 우레아를 암모니아로 분해하여 해당 암모니아를 환원제로서 SCR 반응기에 인가함으로써, SCR 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시켜서 정화하여 배출한다.
상술한 저압 SCR 시스템에서는 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 반복적으로 진행하는 경우 연료에 존재하는 황산화물과 환원제인 암모니아가 반응함에 기인하여 SCR 반응기 내에 암모늄 이황산염(Ammonium Bisulfate)이 생성되어 SCR 반응기가 오염되므로 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 정화 처리를 안정적으로 진행할 수 없게 되는 문제점이 있다.
종래에는 SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하기 위한 반응기 재생 작업을 진행하는 경우 작업자가 경험에 의해 임의로 재생 진행 시간을 결정하여 반응기 재생 작업을 진행하므로 SCR 반응기에 누적된 암모늄 이황산염을 충분히 제거하지 않은 채로 반응기 재생 작업을 종료하여서 SCR 반응기의 성능을 정상적으로 유지하지 못하게 됨으로 인하여 SCR 반응기의 배기가스 정화 효율을 저하하게 되는 문제점이 있다.
그리고, 종래에는 SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하기 위한 반응기 재생 작업을 진행하는 경우 작업자가 경험에 의해 임의로 재생 진행 시간을 결정하여 반응기 재생 작업을 진행하므로 SCR 반응기에 누적된 암모늄 이황산염이 충분히 제거된 상태임에도 반응기 재생작업을 지속함으로써 불필요한 에너지 낭비를 유발함과 아울러 SCR 반응기의 고온노출에 따른 수명저하를 유발하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행함에 따라, SCR 반응기에 생성되는 암모늄 이황산염에 기인한 SCR 반응기의 오염을 제거하여 SCR 반응기를 재생하는 경우에, 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하여 SCR 반응기의 재생 완료 시점을 정확히 파악함으로써, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 충분히 제거하여 SCR 반응기를 재생하여서, 엔진 배기가스의 정화처리를 안정성 있게 수행하도록 하는 SCR 시스템 및 그것의 반응기 재생 제어 방법을 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템은, SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템으로서, 상기 SCR 반응기의 후단에 설치되어, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리시에 생성되는 암모니아의 농도를 검출하여 해당 검출된 암모니아 농도를 제어기에 인가하는 검출센서와; 상기 검출센서에 의해 검출된 암모니아 농도에 의거하여 상기 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하면서 반응기 재생 처리를 진행하는 제어기를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템에 의하면, 상기 제어기는 검출센서에 의해 검출된 암모니아 농도가 설정 암모니아 농도 미만인 경우에 상기 반응기 재생 완료 시점인 것으로 파악한다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템에 의하면, 상기 제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시킴과 아울러 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하고, SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기 내부의 온도를 암모늄 이황산염의 제거 가능 온도로 상승시켜서 SCR 반응기 내부의 이황산염을 제거한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템에 의하면, 상기 제어기가 설정 시간마다 상기 반응기 재생 처리를 진행한다.
아울러, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템은, SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템으로서, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리시에, SCR 반응기의 가스 유입부위와 배출부위 간의 차압을 검출하는 차압센서와; 상기 차압센서에 의해 검출된 차압에 의거하여 상기 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하면서 반응기 재생 처리를 진행하는 제어기를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템에 의하면, 제어기는 상기 차압센서에 의해 검출된 차압이 설정 차압 미만인 경우에 상기 반응기 재생 완료 시점인 것으로 파악한다.
그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템에 의하면, 상기 제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시킴과 아울러 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하고, SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기 내부의 온도를 암모늄 이황산염의 제거 가능 온도로 상승시켜서 SCR 반응기 내부의 이황산염을 제거한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템에 의하면, 상기 제어기가 설정 시간마다 상기 반응기 재생 처리를 진행하거나, 상기 차압센서에 의해 검출된 차압이 설정 차압 이상인 경우에 상기 반응기 재생 시작 시점으로 파악하여 상기 반응기 재생 처리를 진행한다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템의 반응기 재생방법은, 제어기가 SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 중에 설정 시간의 경과 여부를 확인하는 단계와; 제어기가 상기 설정 시간이 경과하였으면 SCR 반응기의 후단에 설치된 검출센서에 의해 반응기 재생 처리시에 생성되는 암모니아의 농도를 검출하는 단계와; 제어기가 상기 검출한 암모니아의 농도가 설정 암모니아 농도 미만이면 반응기 재생 완료 시점인 것으로 판단하여 상기 반응기 재생 처리를 종료하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템의 반응기 재생방법에 의하면, 상기 반응기 재생 처리를 진행하는 단계는, 제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시키는 단계와; 제어기가 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하는 단계와; 제어기가 SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하는 단계를 포함한다.
또한, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템의 반응기 재생방법은, 제어기가 SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 중에 설정 시간의 경과 여부를 확인하는 단계와; 제어기가 상기 설정 시간이 경과하였으면 차압센서에 의해 SCR 반응기의 가스 유입부위와 배출부위 간의 차압을 검출하는 단계와; 제어기가 상기 검출한 차압이 설정 차압 미만이면 반응기 재생 완료 시점인 것으로 판단하여 상기 반응기 재생 처리를 종료하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템의 반응기 재생방법에 의하면, 상기 반응기 재생 처리를 진행하는 단계는, 제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시키는 단계와; 제어기가 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하는 단계와; 제어기가 SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행함에 따라, SCR 반응기에 생성되는 암모늄 이황산염에 기인한 SCR 반응기의 오염을 제거하여 SCR 반응기를 재생하는 경우에, 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하여 SCR 반응기의 재생 완료 시점을 정확히 파악함으로써, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 충분히 제거하여 SCR 반응기를 재생하여서, 엔진 배기가스의 정화처리를 안정성 있게 수행하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 SCR 시스템을 예시한 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 SCR 시스템에서의 반응기 재생 제어를 설명하기 위하여 예시한 흐름도이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 하나의 실시예로서 설명하는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
본 발명은 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아 가수분해 장치에 의해 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행함에 따라, SCR 반응기에 생성되는 암모늄 이황산염에 기인한 SCR 반응기의 오염을 제거하여 SCR 반응기를 재생하는 경우에, 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하여 SCR 반응기의 재생 완료 시점을 정확히 파악함으로써, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 충분히 제거하여 SCR 반응기를 재생하여서, 엔진 배기가스의 정화처리를 안정성 있게 수행하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템은, 도 1에 예시된 바와 같이, SCR 반응기(20), 혼합기(30), 배기가스온도 상승용 버너(40), 우레아 가수분해장치(50), 질소산화물 검출센서(60), 차압센서(70) 및 제어기(90)를 구비하여 이루어진다.
혼합기(30)는 선박 추진력 발생을 위한 엔진(10)의 배기가스를 인가받되 엔진 배기가스를 배기가스 리시버(11)와 터보차저(15)의 터빈(15-1)을 통해 인가받음과 아울러 버너(40)를 통해 가열된 공기를 인가받아서 해당 엔진 배기가스와 버너(40)로부터의 가열 공기를 혼합하여 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(20)에서의 반응 가능 온도로 상승시키고, 그와 함께 우레아 가수분해장치(50)로부터 인가되는 암모니아를 해당 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기(20)에 환원제로 유입시킴으로써, SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거한다.
SCR 반응기(20)는 엔진(10)에 대해 압축 흡기를 제공하는 터보차저(15)의 후단에 설치된다. 터보차저(15)는 터빈(15-1)과 압축기(15-2)로 이루어진다. 터빈(15-1)은 엔진(10) 배기가스의 유동 에너지를 이용하여 구동되어서 압축기(15-2)를 구동하고, 압축기(15-2)는 터빈(15-1)의 구동에 의해 흡기를 압축하여서 엔진(10)으로 공급함으로써 엔진(10)의 출력을 증가시킨다. 그리고, 배기가스 리시버(11)는 엔진(10)의 배기 다기관의 출구에 설치되어 배기가스를 저장하고 해당 배기가스를 터빈(15-1)에 인가함과 아울러 밸브(V3)를 통해 혼합기(30) 측으로 배출하며, 흡기 리시버(12)는 압축기(15-2)에 의해 압축된 흡기를 저장하였다가 흡기관을 통해 엔진(10)에 인가하여서 엔진(10)의 출력을 증강한다.
혼합기(30)는 배기가스 리시버(11)로부터 배출된 엔진 배기가스와 터보차저(15)의 터빈(15-1)으로부터 배출된 엔진 배기가스를 인가받음과 아울러 버너(40)에 의해 가열된 공기를 인가받아 해당 엔진 배기가스와 가열 공기를 혼합함으로써 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(20)에서의 반응 가능 온도로 상승시킨다.
그와 함께, 혼합기(30)는 우레아 가수분해장치(50)로부터 인가되는 암모니아를 해당 온도 상승된 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기(20)에 공급함으로써. SCR 반응기(20)에서 암모니아를 환원제로 이용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 한다.
우레아 가수분해장치(50)는 자체에 우레아 분해 챔버(50-1), 버너(50-2) 및 우레아 분사노즐(50-3)을 구비하는데, 우레아 수용액을 우레아 분사노즐(50-3)에 의해 무화시켜 우레아 분해 챔버(50-1)에 분사하고, 버너(50-2)에 의해 연료를 연소시켜 발생한 열에 의해 우레아를 암모니아로 분해시켜 암모니아를 환원제로서 혼합기(30)에 인가한다.
그리고, SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 반복적으로 진행하는 경우, 연료에 존재하는 황산화물과 환원제인 암모니아가 반응함에 기인하여 SCR 반응기(20) 내에 암모늄 이황산염이 생성되어 SCR 반응기(20)를 오염시켜 SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 정화 처리를 안정적으로 진행할 수 없게 되는데, 이처럼 SCR 반응기(20)가 오염되면 SCR 반응기(20)에 누적된 암모늄 이황산염을 제거하기 위한 반응기 재생 처리를 진행한다.
제어기(90)는 차압센서(70)를 통해 주기적으로 SCR 반응기(20)의 오염 여부를 확인하여 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하기 위한 반응기 재생 처리를 진행하거나, 설정 시간 주기로 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하기 위한 반응기 재생 처리를 진행한다.
제어기(90)는 차압센서(70)를 통해 SCR 반응기(20)의 오염 여부를 확인하는 경우, 엔진 배기가스가 SCR 반응기(20) 내부의 촉매를 통과하기 전의 SCR 반응기 배기가스 유입부위에서의 압력과, 엔진 배기가스가 SCR 반응기(20) 내부의 촉매를 통과한 후의 SCR 반응기 배기가스 배출부위에서의 압력에 대한, 차압(압력차)(PS)을 검출하여, 해당 차압이 설정 차압 이상이면 SCR 반응기(20)에 암모늄 이황산염이 누적 생성되어서 오염된 것으로 판단하여 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행한다. 또는, 제어기(90)는 설정 시간이 경과되었는지의 여부를 확인함으로써 설정 시간 주기로 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행할 수도 있다.
제어기(90)는 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 경우, 혼합기(30)에 엔진 배기가스를 유입시키는 밸브(V1)를 폐쇄시킴과 아울러 SCR 반응기(20)의 배기가스 출구의 밸브(V4)를 설정 개도율로 감소시켜 개방하고 우레아 가수분해장치(50)로부터의 암모니아 투입을 중단시켜서 SCR 반응기(20)에서의 배기가스 정화 처리를 중단시킨 상태에서, SCR 반응기(20) 내부의 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행한다.
이처럼 SCR 반응기(20)의 배기가스 출구측 밸브(V4)를 설정 개도율로 감소시켜 개방한 상태에서 반응기 재생 처리를 진행하게 되면, 버너(40)로부터 SCR 반응기(20)에 인가되는 가열공기의 열이 빠르게 배출되지 않고 SCR 반응기(20)에 머무르게 되어 SCR 반응기(20) 내부의 온도가 암모늄 이황산염의 제거 가능 온도로 상승되므로 SCR 반응기(20) 내부의 암모늄 이황산염이 열에 의해 녹아서 증발되어 제거된다.
SCR 반응기(20) 내부의 암모늄 이황산염이 열에 의해 녹아서 증발되는 경우 해당 암모늄 이황산염은 암모니아와 이황산염으로 분해되어 증발된다.
질소산화물 검출센서(60)는 SCR 반응기(20)의 후단에 설치되어 SCR 반응기(20) 내부의 촉매에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행한 후에 배출되는 질소산화물의 농도를 검출하여 해당 검출된 질소산화물 농도값을 제어기(90)에 인가하는 용도로 이용된다.
질소산화물 검출센서(60)로서 지르코늄 질소산화물 센서를 사용하는데, 지르코늄 질소산화물 센서는 질소산화물의 농도를 검출하지만, 질소산화물과 암모니아를 동일 성분으로 인식하기 때문에, 암모니아를 검출할 수도 있다. 이와 같은 질소산화물 검출센서(60)의 특징을 이용하여, SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 경우에 해당 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시한다.
즉, SCR 반응기(20) 내에 누적되어 있는 암모늄 이황산염을 제거하는 경우에 암모늄 이황산염은 암모니아와 이황산염으로 분해되어 증발되는데, 질소산화물 검출센서(60)는 암모늄 이황산염의 증발 제거시에 생성되는 암모니아의 농도(NS)를 검출하여 제어기(90)에 인가함으로써, 제어기(90)로 하여금 SCR 반응기(20)에서의 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시할 수 있게 한다.
제어기(90)는 SCR 반응기(20)에 존재하는 암모늄 이황산염이 많아서 많은 암모니아가 발생 됨에 기인하여 질소산화물 검출센서(60)에 의해 설정 암모니아 농도보다 많은 암모니아가 검출되면 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염이 충분히 제거되지 않은 것으로 판단하고, SCR 반응기(20)에 존재하는 암모늄 이황산염이 적어서 적은 암모니아가 발생 됨에 기인하여 질소산화물 검출센서(60)에 의해 설정 암모니아 농도보다 적은 암모니아가 검출되면 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염이 충분히 제거된 것으로 판단한다.
제어기(90)는 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 중에 질소산화물 검출센서(60)를 통해 암모니아를 검출하여 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염이 충분히 제거되지 않은 것으로 판단되는 경우에는, SCR 반응기(20)에 버너(40)의 열을 계속 인가하여 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 녹여 증발시켜 제거하는 반응기 재생 처리를 계속 진행한다.
또한, 제어기(90)는 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 중에 질소산화물 검출센서(60)를 통해 암모니아를 검출하여 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염이 충분히 제거된 것으로 판단되는 경우에는, SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 종료한다.
한편, 제어기(90)는 SCR 반응기(20) 내에 누적되어 있는 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 중에, 차압센서(70)를 통해 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시할 수도 있는데, 버너(40)로부터 SCR 반응기(20)에 인가되는 가열공기가 SCR 반응기(20) 내부의 촉매를 통과하기 전의 SCR 반응기 가열공기 유입부위에서의 압력과, 가열공기가 SCR 반응기(20) 내부의 촉매를 통과한 후의 SCR 반응기 가열공기 배출부위에서의 압력에 대한, 차압(압력차)(PS)을 검출하여, 해당 차압이 설정 차압 이하인지의 여부를 확인함으로써, SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염이 충분히 제거되었는지를 감시할 수도 있다. 즉, 제어기(90)는 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 중에 차압센서(70)를 통해 차압이 설정 차압 이하로 되었음을 확인하는 경우 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염이 충분히 제거된 것으로 파악하여 반응기 재생 처리를 종료케 할 수 있다.
아울러, 상술한 설명에서는 제어기(90)가 질소산화물 검출센서(60)를 통해 검출한 암모니아 농도값에 의거하여 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리의 진행을 제어하거나, 차압센서(70)를 통해 검출한 차압에 의거하여 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리의 진행을 제어하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제어기(90)는 배기가스온도 상승용 버너(40)와 우레아 분해용 버너(50-2)의 연소를 제어하고, 우레아 분사노즐(50-3)을 통한 우레아 분해 챔버(50-1)로의 우레아 분사를 제어하고, 밸브(V1~V8)의 개폐를 제어할 수도 있다. 제어기(90)가 우레아 분사노즐(50-3)을 통해 우레아 분해 챔버(50-1)로의 우레아 분사를 제어하는 경우 우레아 주입펌프(도시하지 않음)와 우레아 주입밸브(도시하지 않음)의 구동을 제어함으로써 우레아 분사를 제어한다.
도 1에서, 밸브(V1)는 혼합기(30)로의 배기가스 유입을 단속하고, 밸브(V3)는 배기가스 리시버(11)로부터의 배기가스 배출을 단속하고, 밸브(V2)는 필요시에 혼합기(30)와 SCR 반응기(20)를 거치지 않고 우회하여 배기가스를 직접 배출하도록 단속하고, 밸브(V4)는 필요시에 SCR 반응기(20)의 배기가스 배출구를 단속한다.
상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 SCR 시스템에서 SCR 반응기(20) 내부의 암모늄 이황산염을 제거하기 위한 반응기 재생 제어 처리를 진행하는 경우 도 2의 흐름도에 예시된 바와 같이 작용하여 진행한다.
SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행하는 경우, 엔진(10)의 배기가스가 배기가스 리시버(11)와 터보차저(15)의 터빈(15-1)을 통해 혼합기(30)에 인가됨과 아울러 가열된 공기가 버너(40)로부터 혼합기(30)에 인가되어서, 혼합기(30)가 해당 엔진 배기가스와 버너(40)로부터의 가열 공기를 혼합하여 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(20)에서의 반응 가능 온도로 상승시키고, 그와 함께 우레아 가수분해장치(50)로부터 인가되는 암모니아를 해당 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기(20)에 유입시킴으로써, SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거한다.
이처럼 SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 반복적으로 진행함에 기인하여 SCR 반응기(20)의 내부에 암모늄 이황산염이 누적되어서 SCR 반응기(20)가 오염되어 SCR 반응기(20)의 배기가스 정화 효율을 저하시키게 된다.
이에, 제어기(90)는 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는데(S110), 차압센서(70)를 통해, SCR 반응기(20) 배기가스 유입부위에서의 압력과 SCR 반응기(20) 배기가스 배출부위에서의 압력에 대한, 차압(압력차)(PS)을 검출하여, 해당 차압이 설정 차압 이상이면 SCR 반응기(20)에 암모늄 이황산염이 누적 생성되어서 오염된 것으로 판단하여 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하거나, 설정 시간이 경과되었는지의 여부를 확인하여 설정 시간 주기로 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행한다.
이처럼 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 경우, 제어기(90)는 혼합기(30)에 엔진 배기가스를 유입시키는 밸브(V1)를 폐쇄시킴과 아울러 SCR 반응기(20)의 배기가스 출구의 밸브(V4)를 설정 개도율로 감소시켜 개방하고, 그와 함께 우레아 가수분해장치(50)로부터의 암모니아 투입을 중단시켜서 SCR 반응기(20)에서의 배기가스 정화 처리를 중단시킨 상태에서, 버너(40)로부터 인가되는 열에 의해 SCR 반응기(20) 내부의 온도를 암모늄 이황산염의 제거 가능 온도로 상승시켜 SCR 반응기(20) 내부의 이황산염을 녹여서 증발시켜 제거한다.
이때, 제어기(90)는 설정 시간의 경과 여부를 확인하고(S120), 설정 시간이 경과하지 않았으면 상기 S110으로 귀환하여 반복 처리를 수행하고, 설정 시간이 경과하였으면 SCR 반응기(20)의 후단에 설치된 질소산화물 검출센서(60)에 의해 SCR 반응기(20)에서 암모늄 이황산염이 녹아서 증발됨에 기인하여 배출되는 암모니아의 농도를 검출한다(S130).
그리고, 제어기(90)는 S130에서 검출한 암모니아의 농도가 설정 암모니아 농도 미만인지의 여부를 확인하고(S140), 해당 검출한 암모니아 농도가 설정 암모니아 농도 미만이 아니면 상기 S110으로 귀환하여 반복 처리를 수행하고, 해당 검출한 암모니아 농도가 설정 암모니아 농도 미만이면 SCR 반응기(20)에 누적 생성된 암모늄 이황산염이 충분이 제거된 것으로 판단하여 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 종료한다(S150).
또한, 상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 SCR 시스템에서 SCR 반응기(20) 내부의 암모늄 이황산염을 제거하기 위한 반응기 재생 제어 처리를 진행하는 경우 도 3의 흐름도에 예시된 바와 같이 작용하여 진행할 수도 있다.
SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 반복적으로 진행함에 기인하여 SCR 반응기(20)의 내부에 암모늄 이황산염이 누적되어서 SCR 반응기(20)가 오염되어 SCR 반응기(20)의 배기가스 정화 효율을 저하시키게 되는 경우, 제어기(90)는 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행한다(S210).
이처럼 반응기 재생 처리를 진행하는 경우, 제어기(90)는 차압센서(70)를 통해, SCR 반응기(20) 배기가스 유입부위에서의 압력과 SCR 반응기(20) 배기가스 배출부위에서의 압력에 대한, 차압(압력차)(PS)을 검출하여, 해당 차압이 설정 차압 이상이면 SCR 반응기(20)에 암모늄 이황산염이 누적 생성되어서 오염된 것으로 판단하여 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하거나, 설정 시간이 경과되었는지의 여부를 확인하여 설정 시간 주기로 SCR 반응기(20)의 오염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행한다.
이와 같이 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 경우, 제어기(90)는 혼합기(30)에 엔진 배기가스를 유입시키는 밸브(V1)를 폐쇄시킴과 아울러 SCR 반응기(20)의 배기가스 출구의 밸브(V4)를 설정 개도율로 감소시켜 개방하고, 그와 함께 우레아 가수분해장치(50)로부터의 암모니아 투입을 중단시켜서 SCR 반응기(20)에서의 배기가스 정화 처리를 중단시킨 상태에서, 버너(40)로부터 인가되는 열에 의해 SCR 반응기(20) 내부의 온도를 암모늄 이황산염의 제거 가능 온도로 상승시켜 SCR 반응기(20) 내부의 이황산염을 녹여서 증발시켜 제거한다.
이때, 제어기(90)는 설정 시간의 경과 여부를 확인하고(S220), 설정 시간이 경과하지 않았으면 상기 S210으로 귀환하여 반복 처리를 수행하고, 설정 시간이 경과하였으면 차압센서(70)에 의해 SCR 반응기(20)의 가열공기 유입부위와 배출부위 간의 차압(압력차)(PS)을 검출한다(S230).
그리고, 제어기(90)는 S230에서 검출한 차압이 설정 차압 미만인지의 여부를 확인하고(S240), 해당 검출한 차압이 설정 차압 미만이 아니면 상기 S210으로 귀환하여 반복 처리를 수행하고, 해당 검출한 차압이 설정 차압 미만이면 SCR 반응기(20)에 누적 생성된 암모늄 이황산염이 충분이 제거된 것으로 판단하여 SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 종료한다(S250).
상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(20)에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아 가수분해 장치(50)에 의해 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기(20)에 유입시켜서 SCR 반응기(20)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행함에 따라, SCR 반응기(20)에 생성되는 암모늄 이황산염에 기인한 SCR 반응기의 오염을 제거하여 SCR 반응기(20)를 재생하는 경우에, 암모늄 이황산염의 제거에 기인하여 생성되는 암모니아의 농도를 질소산화물 검출센서(60)에 의해 검출하거나 차압센서(70)를 통해 SCR 반응기(20)의 차압을 검출하여 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하여서 SCR 반응기(20)의 재생 완료 시점을 정확히 파악함으로써, SCR 반응기(20)의 암모늄 이황산염을 충분히 제거하여 SCR 반응기(20)를 재생하여서, 엔진 배기가스의 정화처리를 안정성 있게 수행할 수 있다.
한편, 상술한 설명에서는 질소산화물 검출센서(60)를 이용하여 암모니아를 검출하는 것으로 기재하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 전용의 암모니아 검출센서에 의해 암모니아를 검출할 수도 있을 것이다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.
본 발명은 선박 등에서의 대형 엔진 운전시에 엔진배기가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 처리를 진행함에 따라, SCR 반응기에 생성되는 암모늄 이황산염에 기인한 SCR 반응기의 오염을 제거하여 SCR 반응기를 재생하는 경우에, 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하여 SCR 반응기의 재생 완료 시점을 정확히 파악함으로써, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 충분히 제거하여 SCR 반응기를 재생하여서, 엔진 배기가스의 정화처리를 안정성 있게 수행하게 된다.
10; 엔진 11; 배기가스 리시버
12; 흡기 리시버 15; 터보차저
15-1; 터빈 15-2; 압축기
20; SCR 반응기 30; 혼합기
40; 버너 50; 우레아 가수분해장치
50-1; 우레아 분해 챔버 50-2; 버너
50-3; 우레아 분사노즐 60; 질소산화물 검출센서
70; 차압센서 90; 제어기
V1~V4; 밸브

Claims (12)

  1. SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템으로서,
    상기 SCR 반응기의 후단에 설치되어, SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리시에 생성되는 암모니아의 농도를 검출하여 해당 검출된 암모니아 농도를 제어기에 인가하는 검출센서와;
    상기 검출센서에 의해 검출된 암모니아 농도에 의거하여 상기 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하면서 반응기 재생 처리를 진행하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 검출센서에 의해 검출된 암모니아 농도가 설정 암모니아 농도 미만인 경우에 상기 반응기 재생 완료 시점인 것으로 파악하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시킴과 아울러 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하고, SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기 내부의 온도를 암모늄 이황산염의 제거 가능 온도로 상승시켜서 SCR 반응기 내부의 이황산염을 제거하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기가 설정 시간마다 상기 반응기 재생 처리를 진행하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  5. SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템으로서,
    SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리시에, SCR 반응기의 가스 유입부위와 배출부위 간의 차압을 검출하는 차압센서와;
    상기 차압센서에 의해 검출된 차압에 의거하여 상기 암모늄 이황산염의 제거 상태를 감시하면서 반응기 재생 처리를 진행하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제어기는 상기 차압센서에 의해 검출된 차압이 설정 차압 미만인 경우에 상기 반응기 재생 완료 시점인 것으로 파악하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시킴과 아울러 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하고, SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하여 SCR 반응기 내부의 온도를 암모늄 이황산염의 제거 가능 온도로 상승시켜서 SCR 반응기 내부의 이황산염을 제거하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기가 설정 시간마다 상기 반응기 재생 처리를 진행하거나, 상기 차압센서에 의해 검출된 차압이 설정 차압 이상인 경우에 상기 반응기 재생 시작 시점으로 파악하여 상기 반응기 재생 처리를 진행하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  9. SCR 시스템의 반응기 재생 제어방법으로서,
    제어기가 SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 중에 설정 시간의 경과 여부를 확인하는 단계와;
    제어기가 상기 설정 시간이 경과하였으면 SCR 반응기의 후단에 설치된 검출센서에 의해 반응기 재생 처리시에 생성되는 암모니아의 농도를 검출하는 단계와;
    제어기가 상기 검출한 암모니아의 농도가 설정 암모니아 농도 미만이면 반응기 재생 완료 시점인 것으로 판단하여 상기 반응기 재생 처리를 종료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 반응기 재생 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 반응기 재생 처리를 진행하는 단계는,
    제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시키는 단계와;
    제어기가 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하는 단계와;
    제어기가 SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 반응기 재생 제어방법.
  11. SCR 시스템의 반응기 재생 제어방법으로서,
    제어기가 SCR 반응기의 암모늄 이황산염을 제거하는 반응기 재생 처리를 진행하는 중에 설정 시간의 경과 여부를 확인하는 단계와;
    제어기가 상기 설정 시간이 경과하였으면 차압센서에 의해 SCR 반응기의 가스 유입부위와 배출부위 간의 차압을 검출하는 단계와;
    제어기가 상기 검출한 차압이 설정 차압 미만이면 반응기 재생 완료 시점인 것으로 판단하여 상기 반응기 재생 처리를 종료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 반응기 재생 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반응기 재생 처리를 진행하는 단계는,
    제어기가 SCR 반응기로 엔진 배기가스를 유입시키는 제1 밸브를 폐쇄시키는 단계와;
    제어기가 SCR 반응기의 배기가스 출구의 제2 밸브를 설정 개도율로 감소시켜 개방하는 단계와;
    제어기가 SCR 반응기로의 암모니아 투입을 중단시킨 상태에서, 배기가스 온도 상승용 버너로부터의 열을 SCR 반응기에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 반응기 재생 제어방법.
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