KR20170024312A - Scr 반응기의 유동 균일화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SCR 반응기(Selective Catalytic Reduction Reactor)에 유입되는 배기가스를 SCR 반응기의 촉매에 균일하게 유입시키기 위한 SCR 반응기의 유동 균일화 장치에 관한 것이다.
본 발명은 SCR 반응기(Selective Catalytic Reduction Reactor)에 유입되는 배기가스를 SCR 반응기의 촉매에 균일하게 유입시키기 위한 SCR 반응기의 유동 균일화 장치로서, SCR 반응기의 배기가스 입구에 가로 또는 세로 방향으로 설치되어 배기관으로부터의 배기가스를 SCR 반응기 내부의 전체 영역으로 분산시켜 유입시키도록 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내하는 복수의 안내 부재와; SCR 반응기 배기가스 입구의 중심부에 설치되어 상기 배기관의 가운데로 집중되어서 유입되는 배기가스의 흐름을 방해하여 상기 배기관의 가운데로 집중되어 유입되는 배기가스의 흐름을 주변으로 분산시키는 방해 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하여 엔진 배기가스를 정화 처리하기 위한 SCR 반응기에 배기가스를 유입시키는 경우에 해당 SCR 반응기에 설치되어 있는 촉매에 배기가스를 균일하게 유입시킴으로써 촉매의 배기가스 정화 처리 효율을 증진시키게 된다.

Description

SCR 반응기의 유동 균일화 장치{Flow Motion Equalizing Device in Selective Catalytic Reduction Reactor}
본 발명은 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하여 엔진 배기가스를 정화 처리하기 위한 SCR 반응기(Selective Catalytic Reduction Reactor)에 배기가스를 유입시키는 경우에 해당 SCR 반응기에 설치되어 있는 촉매에 배기가스를 균일하게 유입시킴으로써 촉매의 배기가스 정화 처리 효율을 증진시키도록 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치에 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.
종래에는 환원제인 암모니아를 주입한 배기가스를 SCR 반응기에 유입시키는 경우 도 1에 도시된 바와 같이 유입시킨다.
SCR 반응기(10)에는 배기가스의 질소산화물을 환원제인 암모니아를 이용하여 정화 처리하기 위한 촉매(11)가 설치되어 있다. 엔진으로부터의 배기가스는 배기관(20)을 통해 SCR 반응기(10)에 인가하되 해당 배기가스에 환원제인 암모니아를 주입하여서 배기가스를 환원제와 함께 SCR 반응기(10)에 유입시킨다.
배기관(20)으로부터의 배기가스는 SCR 반응기(10)의 입구(12)를 통해 SCR 반응기(10)에 유입되는데, 배기가스가 배기관(20)의 배기 통로 영역에 집중되어 유입된다. 이에, 배기가스가 SCR 반응기(10) 내부의 전체 영역에 균일하게 유입되지 못함에 기인하여, 배기가스가 촉매(11)의 전체 영역에 균일하게 유입되지 않고 촉매(11)의 일부 영역에 편중되게 유입되어서, 촉매(11)에 의한 배기가스 정화 처리 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하여 엔진 배기가스를 정화 처리하기 위한 SCR 반응기에 배기가스를 유입시키는 경우에 해당 SCR 반응기에 설치되어 있는 촉매에 배기가스를 균일하게 유입시킴으로써 촉매의 배기가스 정화 처리 효율을 증진시키도록 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치를 제공함에 목적이 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, SCR 반응기에 유입되는 배기가스를 SCR 반응기의 촉매에 균일하게 유입시키기 위한 SCR 반응기의 유동 균일화 장치로서, SCR 반응기의 배기가스 입구에 가로 또는 세로 방향으로 설치되어 배기관으로부터의 배기가스를 SCR 반응기 내부의 전체 영역으로 분산시켜 유입시키도록 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내하는 복수의 안내 부재와; SCR 반응기 배기가스 입구의 중심부에 설치되어 상기 배기관의 가운데로 집중되어서 유입되는 배기가스의 흐름을 방해하여 상기 배기관의 가운데로 집중되어 유입되는 배기가스의 흐름을 주변으로 분산시키는 방해 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 SCR 반응기의 유동 균일화 장치에 의하면, 각각의 안내 부재는 가로 또는 세로 방향으로 일정 간격을 두어서 SCR 반응기의 배기가스 입구 평면을 기준으로 일정 각도를 이루어 설치된다.
그리고, 본 발명에 따른 SCR 반응기의 유동 균일화 장치에 의하면, 상기 안내 부재는 가이드 베인(Guide Vane) 형태로 구현한다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 반응기의 유동 균일화 장치에 의하면, 상기 방해 부재는 SCR 반응기의 배기가스 입구에 연결된 배기관의 배기통로 중심부에 해당하는 위치에 설치하되, 상기 배기관의 배기통로 중심부에 해당하는 위치의 안내 부재에 설치한다.
아울러, 본 발명에 따른 SCR 반응기의 유동 균일화 장치에 의하면, 상기 방해 부재는 원형, 타원형, 또는 다각형을 기본 형상으로 하여 2차원의 구조물이나 3차원의 구조물로 구현한다.
본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하여 엔진 배기가스를 정화 처리하기 위한 SCR 반응기에 배기가스를 유입시키는 경우에 해당 SCR 반응기에 설치되어 있는 촉매에 배기가스를 균일하게 유입시킴으로써 촉매의 배기가스 정화 처리 효율을 증진시키게 된다.
도 1은 종래 SCR 반응기에서의 배기가스 유입을 설명하기 위하여 도시한 SCR 반응기의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 SCR 반응기의 유동 균일화 장치를 예시한 SCR 반응기의 내부를 예시한 내부 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유동 균일화 장치를 상세히 예시한 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명에 적용된 방해 부재를 2차원 구조물로 구현한 경우를 예시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 적용된 방해 부재를 3차원 구조물로 구현한 경우를 예시한 사시도이다.
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 질소산화물(NOx)을 제거하여 엔진 배기가스를 정화 처리하기 위한 SCR 반응기에 배기가스를 유입시키는 경우에 해당 SCR 반응기에 설치되어 있는 촉매에 배기가스를 균일하게 유입시킴으로써 촉매의 배기가스 정화 처리 효율을 증진시키도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명에 따른 SCR 반응기의 유동 균일화 장치는 도 2의 내부 사시도에 예시된 바와 같이 이루어진다.
SCR 반응기(110)의 일단에는 배기관(120)이 설치되어 있고, 해당 배기관(120)을 통해 엔진으로부터의 배기가스가 SCR 반응기(110)의 내부로 유입된다. 도시의 편의를 위하여 SCR 반응기(110)로부터 외부로 배기가스를 배출하기 위한 배기관은 도면에 도시하지 않았다. 또한, SCR 반응기(110)의 내부에는 환원제를 이용하여 배기가스를 정화 처리하는 촉매(111)를 구비하는데, 도 2에는 1개의 촉매(111)를 도시하였으나, 이는 도시의 편의를 위한 것이고, 실제로는 복수의 촉매를 구비할 수 있다.
배기관(120)으로부터의 배기가스는 SCR 반응기(110)의 입구를 통해 SCR 반응기(110)로 유입되는데, SCR 반응기(110)의 입구에는 배기가스를 균일하게 유입시키기 위한 유동 균일화 장치(130)를 구비한다.
유동 균일화 장치(130)는 복수의 안내 부재(131)와 방해 부재(132)를 구비하여 이루어진다.
안내 부재(131)는 SCR 반응기(110)의 배기가스 입구에 가로 또는 세로 방향으로 설치되어 배기관(120)으로부터의 배기가스를 SCR 반응기(110) 내부의 전체 영역으로 분산시켜 유입시키도록 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내한다.
그리고, 방해 부재(132)는 SCR 반응기(110) 입구의 중심부에 설치되어 배기관(120)의 가운데로 집중되어서 유입되는 배기가스의 흐름을 방해함으로써 해당 배기관(120)의 가운데로 집중되어 유입되는 배기가스의 흐름을 주변으로 분산시킨다.
각각의 안내 부재(131)는 배기관(120)으로부터의 배기가스를 일정 방향으로 안내하도록 설치되는데, 가로 또는 세로 방향으로 일정 간격을 두어서 SCR 반응기(110)의 입구 평면을 기준으로 일정 각도를 이루어 설치된다.
안내 부재(131)는 배기관(120)으로부터 SCR 반응기(110)의 입구에 유입되는 배기가스를 일정 방향으로 흐르도록 안내함으로써 배기가스가 SCR 반응기(110)의 전체 영역에 균일하게 유입되게 한다. 안내 부재(131)는 가이드 베인(Guide Vane) 형태로 구현 가능하며, 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내할 수 있다면 그 외의 다양한 형태로도 구현 가능하다.
그리고, 방해 부재(130)는 배기관(120)의 가운데로 집중되어서 SCR 반응기(110)의 입구에 유입되는 배기가스의 흐름을 방해하여 해당 배기가스를 주변으로 분산시키도록 설치되는데, SCR 반응기(110)의 입구에 연결된 배기관(120)의 배기통로 중심부에 해당하는 위치에 설치한다.
구체적으로는, 방해 부재(130)는 SCR 반응기(110)의 입구에 연결되어 있는 배기관(120)의 배기통로 중심부에 해당하는 위치의 안내 부재(131)에 설치한다.
이와 같은 방해 부재(130)는 원형, 타원형, 또는 다각형 등을 기본 형상으로 하여 2차원 또는 3차원의 구조물로 구현할 수 있다.
방해 부재(130)를 2차원의 구조물로 구현하는 경우에, 도 4의 (A)에 예시한 바와 같이 원형 판 형태로 구현하거나, 도 4의 (B)에 예시한 바와 같이 타원형 판 형태로 구현하거나, 도 4의 (C)에 예시한 바와 같이 사각형 판 형태로 구현할 수 있을 것이며, 그외에도 다양한 형태의 2차원 구조물로 구현할 수 있다. 방해 부재(130)를 판 형태로 설치하는 경우 해당 판 형태의 평면 부분이 배기관(120)을 향하도록 설치함으로써 배기관(120)으로부터 유입된 배기가스가 해당 판 형태의 표면에 부딪치게 함으로써 배기가스를 주변으로 분산시킨다.
그리고, 방해 부재(130)를 3차원의 구조물로 구현하는 경우에, 도 5의 (A)에 예시한 바와 같이 원형의 접시 형태로 구현하거나, 도 5의 (B)에 예시한 바와 같이 타원형의 접시 형태로 구현하거나, 도 5의 (C)에 예시한 바와 같이 사각형의 접시 형태로 구현할 수 있을 것이며, 그외에도 다양한 형태의 3차원 구조물로 구현할 수 있다. 방해 부재(130)를 접시 형태로 구현하는 경우 해당 접시 형태의 오목한 부분이 배기관(120)을 향하도록 설치함으로써 배기관(120)으로부터 유입된 배기가스가 해당 접시 형태의 오목한 부분에 부딪치게 함으로써 배기가스를 주변으로 분산시킨다.
본 발명에 따른 유동 균일화 장치(130)의 구성을 좀 더 자세히 살펴보면 도 3의 부분 확대도에 예시한 바와 같이 설치된다. 유동 균일화 장치(130)는 배기관(120)으로부터의 배기가스가 유입되는 SCR 반응기(110)의 입구 부위에 설치되어서 해당 배기가스가 SCR 반응기(110) 내부의 전체 영역에 균일하여 유입시키되, 복수의 안내 부재(131)와 방해 부재(130)를 구비하여 이루어진다.
안내 부재(131)는 SCR 반응기(110)의 배기가스 입구에 가로 또는 세로 방향으로 설치되어 있으며, 배기관(120)으로부터의 배기가스를 SCR 반응기(110) 내부의 전체 영역으로 분산시켜 유입시키도록 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내한다.
방해 부재(132)는 SCR 반응기(110) 입구의 중심부에 설치되어 배기관(120)의 가운데로 집중되어서 유입되는 배기가스의 흐름을 방해함으로써 해당 배기관(120)의 가운데로 집중되어 유입되는 배기가스의 흐름을 주변으로 분산시킨다.
각각의 안내 부재(131)는 가로 또는 세로 방향으로 일정 간격을 두어서 SCR 반응기(110)의 입구 평면을 기준으로 일정 각도를 이루어 설치됨으로써, 배기관(120)으로부터의 배기가스를 일정 방향으로 안내하여 SCR 반응기(110)의 내부로 유입시킨다.
이처럼, 안내 부재(131)는 배기관(120)으로부터 SCR 반응기(110)의 입구에 유입되는 배기가스를 일정 방향으로 흐르도록 안내하여서, 배기가스가 SCR 반응기(110)의 전체 영역에 분산되어 유입되게 한다.
또한, 방해 부재(130)는 SCR 반응기(110)의 입구에 연결된 배기관(120)의 배기통로 중심부에 해당하는 위치에 설치하되, SCR 반응기(110)의 입구에 연결되어 있는 배기관(120)의 배기통로 중심부에 해당하는 위치의 안내 부재(131)에 설치하여서, 배기관(120)의 가운데로 집중되어서 SCR 반응기(110)의 입구에 유입되는 배기가스의 흐름을 방해하여 해당 배기가스를 주변으로 분산시킴으로써 배기가스가 SCR 반응기(110)의 내부로 균일하게 유입되게 한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 SCR 반응기의 유동 균일화 장치(130)는 SCR 반응기(110)에 배기가스가 유입되는 경우에 다음과 같이 작용한다.
선박의 디젤 엔진으로부터의 배기가스는 배기관(120)을 통해 SCR 반응기(110)에 유입된다. 이때, 배기관(120)을 통해 SCR 반응기(110)에 유입되는 배기가스에는 환원제 투입장치(도면에 도시하지 않음)에 의해 투입된 환원제가 포함되어 있다.
이처럼, 배기관(120)으로부터의 배기가스가 SCR 반응기(110)에 유입되는 경우, 안내 부재(131)는 배기관(120)으로부터의 배기가스를 SCR 반응기(110) 내부의 전체 영역으로 균일하게 분산시켜 유입시키도록 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내한다.
그와 함께, 방해 부재(132)는 SCR 반응기(110) 입구의 중심부에 설치되어 배기관(120)의 가운데로 집중되어서 유입되는 배기가스의 흐름을 방해함으로써 해당 배기관(120)의 가운데로 집중되어 유입되는 배기가스의 흐름을 주변으로 분산시킨다.
이와 같이, 배기관(120)으로부터의 배기가스가 SCR 반응기(110)의 입구에 유입되는 경우에, 안내 부재(131)가 배기관(120)으로부터 인가되는 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내함으로써 배기가스가 SCR 반응기(110) 내부의 전체 영역으로 균일하게 분산되도록 유입시킴과 아울러, 방해 부재(132)가 배기관(120)의 가운데로 집중되어서 SCR 반응기(110)에 유입되는 배기가스의 흐름을 방해함으로써 해당 배기관(120)의 가운데로 집중되어 유입되는 배기가스의 흐름을 주변으로 분산시킨다. 이에 따라, 배기관(120)으로부터의 배기가스가 SCR 반응기(110)의 전체 영역으로 균일하게 유입되고, 이로 인하여 배기가스가 촉매(111)에 균일하게 유입되므로, 촉매(111)의 배기가스 처리 효율을 증진시킬 수 있다.
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 선박에서 SCR 시스템을 운용하는 경우에 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하여 엔진 배기가스를 정화 처리하기 위한 SCR 반응기에 배기가스를 유입시키는 경우에 해당 SCR 반응기에 설치되어 있는 촉매에 배기가스를 균일하게 유입시킴으로써 촉매의 배기가스 정화 처리 효율을 증진시키게 된다.
110; SCR 반응기
111; 촉매
120; 배기관
130; 유동 균일화 장치
131; 안내 부재
132; 방해 부재

Claims (5)

  1. SCR 반응기(Selective Catalytic Reduction Reactor)에 유입되는 배기가스를 SCR 반응기의 촉매에 균일하게 유입시키기 위한 SCR 반응기의 유동 균일화 장치로서,
    SCR 반응기의 배기가스 입구에 가로 또는 세로 방향으로 설치되어 배기관으로부터의 배기가스를 SCR 반응기 내부의 전체 영역으로 분산시켜 유입시키도록 배기가스의 흐름을 일정 방향으로 안내하는 복수의 안내 부재와;
    SCR 반응기 배기가스 입구의 중심부에 설치되어 상기 배기관의 가운데로 집중되어서 유입되는 배기가스의 흐름을 방해하여 상기 배기관의 가운데로 집중되어 유입되는 배기가스의 흐름을 주변으로 분산시키는 방해 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 안내 부재는 가로 또는 세로 방향으로 일정 간격을 두어서 SCR 반응기의 배기가스 입구 평면을 기준으로 일정 각도를 이루어 설치된 것을 특징으로 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안내 부재는 가이드 베인(Guide Vane) 형태로 구현한 것을 특징으로 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방해 부재는 SCR 반응기의 배기가스 입구에 연결된 배기관의 배기통로 중심부에 해당하는 위치에 설치하되, 상기 배기관의 배기통로 중심부에 해당하는 위치의 안내 부재에 설치한 것을 특징으로 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 방해 부재는 원형, 타원형, 또는 다각형을 기본 형상으로 하여 2차원의 구조물이나 3차원의 구조물로 구현한 것을 특징으로 하는 SCR 반응기의 유동 균일화 장치.
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