KR20170034547A - 배기가스 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배기 가스 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감하기 위해 배기가스가 우레아와 함께 SCR 촉매와 반응함으로 생성되는 황산수소암모늄(Ammonium Bisulfate, ABS)으로 인하여 이코노마이저의 성능 저하 및 화재 위험성이 높아지는 문제를 해결하기 위해 황산수소암모늄의 성분량을 감지하고 이코노마이저를 우회하기 위한 바이패스부를 구비함으로써 이코노마이저의 성능 유지 및 화재의 위험성을 방지하기 위한 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원하는 SCR(Selective Catalyst Reduction, 선택적 촉매 환원) 반응기; 배기가스의 폐열로 스팀을 발생시키는 이코노마이저; 상기 엔진과 상기 이코노마이저가 연결되어 배기가스가 이송되는 메인 배관; 상기 엔진 하류에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상류에 연결되며, 상기 SCR 반응기가 설치되는 SCR 배관; 상기 이코노마이저로부터 배기가스가 배출되는 배출 배관; 상기 메인 배관에서 분기되어 상기 배출 배관과 연결되는 바이패스 배관; 상기 SCR 반응기에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 1 감지부; 및 상기 이코노마이저 내부의 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 2 감지부;를 포함하며, 상기 제 1 감지부 및 상기 제 2 감지부에서 감지된 황산수소암모늄의 양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 상기 바이패스 배관으로 우회하여 배출되는 배기 가스 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원하는 SCR(Selective Catalyst Reduction, 선택적 촉매 환원) 반응기; 배기가스의 폐열로 스팀을 발생시키는 이코노마이저; 상기 엔진과 상기 이코노마이저가 연결되어 배기가스가 이송되는 메인 배관; 상기 엔진 하류에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상류에 연결되며, 상기 SCR 반응기가 설치되는 SCR 배관; 상기 이코노마이저로부터 배기가스가 배출되는 배출 배관; 상기 메인 배관에서 분기되어 상기 배출 배관과 연결되는 바이패스 배관; 상기 SCR 반응기에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 1 감지부; 및 상기 이코노마이저 내부의 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 2 감지부;를 포함하며, 상기 제 1 감지부 및 상기 제 2 감지부에서 감지된 황산수소암모늄의 양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 상기 바이패스 배관으로 우회하여 배출되는 배기 가스 처리 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 배기 가스 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감하기 위해 배기가스가 우레아와 함께 SCR 촉매와 반응함으로 생성되는 황산수소암모늄(Ammonium Bisulfate, ABS)으로 인하여 이코노마이저의 성능 저하 및 화재 위험성이 높아지는 문제를 해결하기 위해 황산수소암모늄의 성분량을 감지하고 이코노마이저를 우회하기 위한 바이패스부를 구비함으로써 이코노마이저의 성능 유지 및 화재의 위험성을 방지하기 위한 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.
선박에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 UN (United Nation, 국제 연합)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
질소 산화물의 경우는 Tier III가 발효되는 시점인 2016년에 2g/kwh이하로 규제하고 있으며 황산화물을 2010년 7월부터 SECA(sulfur Emission Control Area)에서 1%이하로 배출규제 하기로 하였다.
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.
한편, 강화된 환경규제를 만족하거나, 강화된 환경규제를 가진 특정지역(ECA : Emission Control Area)을 운항하는 선박에는 배출규제를 만족하기 위해 배기가스(특히, 선박의 엔진 또는 보일러의 운전중 발생하는 배기가스) 내의 질소산화물을 저감하는 장치를 설치할 필요가 있다.
질소산화물 저감 방법으로는 연소 방법을 조절하는 전처리 방법과 배기가스를 처리하여 저감하는 후처리 방법으로 구분되는데, 후처리 장치로 SCR(Selective Catalyst Reduction, 선택적 촉매 환원)이 주로 사용된다.
SCR 기술은 200℃~450℃ 사이의 배기가스를 환원제와 함께 촉매층을 통과시켜 질소산화물을 질소와 물로 변화시켜 제거한다.
선박의 배기가스는 온도가 300℃~450℃ 사이로 배출되기 때문에 질소산화물 저감 장치로 SCR 시스템이 주로 장착되며, SCR 시스템에서 사용되는 환원제로는 암모니아 또는 우레아 용액이 주로 사용된다.
그런데, SCR시스템에서 배기가스와 우레아가 반응하면 황산수소암모늄(Ammonium Bisulfate, ABS)가 발생하며, 이 황산수소암모늄은 SCR 반응기(Reactor) 후단에 설치된 이코노마이저(economizer) 내부에 축척되어 이코노마이저를 통과하는 고온의 배기가스에 의해 화재 및 폭발의 위험성이 있고, 축척된 황산수소암모늄에 의해 이코노마이저의 성능이 저하되거나 기능을 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 배기가스가 SCR시스템에서 우레아와 반응하여 생성된 황산수소암모늄의 배출양을 감지하고, 이코노마이저 내부에 축적된 황산수소암모늄 축적양을 감지하여 이코노마이저에 기준량 이상 황산수소암모늄이 입력되지 않도록 이코노마이저를 바이패스하는 바이패스부를 구비하여 이코노마이저의 성능을 유지하고 화재로부터 보호하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원하는 SCR(Selective Catalyst Reduction, 선택적 촉매 환원) 반응기; 배기가스의 폐열로 스팀을 발생시키는 이코노마이저; 상기 엔진과 상기 이코노마이저가 연결되어 배기가스가 이송되는 메인 배관; 상기 엔진 하류에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상류에 연결되며, 상기 SCR 반응기가 설치되는 SCR 배관; 상기 이코노마이저로부터 배기가스가 배출되는 배출 배관; 상기 메인 배관에서 분기되어 상기 배출 배관과 연결되는 바이패스 배관; 상기 SCR 반응기에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 1 감지부; 및 상기 이코노마이저 내부의 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 2 감지부;를 포함하며, 상기 제 1 감지부 및 상기 제 2 감지부에서 감지된 황산수소암모늄의 양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 상기 바이패스 배관으로 우회하여 배출되는 배기 가스 처리 장치를 제공한다.
상기 메인 배관에서 상기 바이패스 배관으로 분기되는 분기지점에 설치되는 컨트롤 밸브; 및 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 SCR 반응기에 환원제를 공급하는 환원제 공급 수단을 더 포함하며, 상기 환원제 공급 수단은 환원제 저장 탱크 및 상기 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 상기 SCR 반응기에 공급하는 환원제 공급 배관;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 SCR 반응기의 상류에 마련되어 상기 환원제와 배기가스를 혼합하기 위한 믹서를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 선박의 운항 위치 정보를 확인하기 위한 GPS(Global Positioning System)를 더 포함하며, 상기 GPS에서 확인된 정보를 입력받아 ECA(Emission Control Area) 구역인지를 판단하는 것이 바람직하다.
상기 GPS 정보에 의해 선박이 ECA 구역일 경우, 상기 엔진에서 배출된 배기가스는 상기 SCR 배관을 통해 상기 SCR 반응기를 거친 후, 상기 제 1 감지부 및 상기 제 2 감지부의 황산수소암모늄의 성분양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 상기 바이패스 배관으로 우회한 후 배출되며, 상기 GPS 정보에 의해 선박이 ECA 구역이 아닐 경우, 상기 엔진에서 배출된 배기가스는 상기 SCR 반응기를 거치지 않고 상기 메인 배관을 거쳐 상기 이코노마이저를 통과한 후 배출되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 배기가스가 SCR시스템에서 우레아와 반응하여 생성된 황산수소암모늄의 배출양을 감지하고, 이코노마이저 내부에 축적된 황산수소암모늄 축적양을 감지하여 이코노마이저에 기준량 이상 황산수소암모늄이 입력되지 않도록 이코노마이저를 바이패스하는 바이패스부를 구비하여 이코노마이저의 성능을 유지하고 화재로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 가스 처리 장치를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지의 명확화를 위하여 그 상세한 설명을 생략하거나 간략히 한다.
먼저, 본 발명에 따른 배기 가스 처리 장치를 도시한 도 1를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 배기 가스 처리 장치는 선박의 엔진(110)에서 배출되는 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원하는 SCR(Selective Catalyst Reduction, 선택적 촉매 환원) 반응기(120); 배기가스의 폐열로 스팀을 발생시키는 이코노마이저(130); 엔진(110)과 이코노마이저(130)가 연결되어 배기가스가 이송되는 메인 배관(111); 엔진(110) 하류에서 분기되어 이코노마이저(130)의 상류에 연결되며, SCR 반응기(120)가 설치되는 SCR 배관(121); 이코노마이저(130)로부터 배기가스가 배출되는 배출 배관(112); 메인 배관(111)에서 분기되어 배출 배관(112)과 연결되는 바이패스 배관(131); SCR 반응기(120)에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 1 감지부(142); 및 이코노마이저(130) 내부의 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 2 감지부(141);를 포함하며, 제 1 감지부(142) 및 제 2 감지부(141)에서 감지된 황산수소암모늄의 양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 바이패스 배관(131)으로 우회하여 배출될 수 있다.
SCR 반응기(120)는 엔진(110)의 배기 가스를 처리하여 배기 가스에 함유된 질소산화물을 저감시킨다. 즉, 배기 가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리할 수 있다.
SCR 반응기(120)는 촉매를 포함하는데, 구체적으로, 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야에서 공지된 촉매가 촉매 담체를 통해 SCR 반응기(120)의 내부에 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는, SCR 반응기(30)의 내부에 설치되는 촉매로 내부 온도가 섭씨 300도 내지 섭씨 350도 범위 내일 때 촉매 반응이 우수할 수 있다.
이코노마이저(130)는 선박의 엔진(110)으로부터 배출되는 폐열(배기가스)을 이용하여 스팀을 생산하는 장비로서, 생산된 스팀은 연료(FO: Fuel Oil) 가열 및 선실 난방 등에 사용될 수 있다. 이코노마이저(130)가 설치되지 못한다면 선박에 있어서 필수적인 연료 가열과 선실 난방 등을 위해 보일러가 가동되어야 하며, 이는 추가적인 연료소비를 의미하는 것이다.
따라서, 선박에서 배기가스내 오염물을 정화하고 배기가스의 폐열을 이용하기 위해 SCR 반응기 및 이코노마이저의 적용은 필수적이라고 할 수 있다.
한편, SCR 반응기(120)에서 사용되는 환원제로는 암모니아 또는 우레아 용액이 주로 사용되는데, SCR 반응기(120)에서 배기가스와 암모니아 또는 우레아가 반응하면 황산수소암모늄(NH4HSO4, Ammonium Bisulfate, ABS)이 발생할 수 있다.
황산수소암모늄이 이코노마이저(130) 내부에 축적이 되면 이코노마이저(130)를 통과하는 고온의 배기가스에 의해 화재 및 폭발의 위험성이 있고 축적된 황산수소암모늄에 의해 이코노마이저(130)의 성능이 저하되거나 기능을 사용할 수 없게 될 수 있다.
따라서 이를 방지하기 위해, SCR 반응기(120) 하류에 SCR 반응기(120)에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산수소암모늄의 배출량을 측정하는 제 1 감지부(142)를 설치할 수 있으며, 동시에 이코노마이저(130) 내부의 황산수소암모늄의 축적양을 측정하는 제 2 감지부(141)를 설치할 수 있다.
제 1 감지부(142) 및 제 2 감지부(141)를 통해 감지된 황산수소암모늄의 양이에 따라 배기가스 일부 또는 전체가 이코노마이저(130)를 거치지 않고 이코노마이저(130)를 우회하는 바이패스 배관(131)을 거쳐 배출되도록 구성될 수 있다.
바이패스 배관(131)은 엔진(110)과 이코노마이저(130)를 연결하는 메인 배관(111)에서 분기되어 배출 배관(112)과 연결되도록 하며, 메인 배관(111)과 분기되는 분기지점에 컨트롤 밸브(145)가 설치될 수 있다.
제 1 감지부(142) 및 제 2 감지부(141)에 의해 황산수소암모늄의 양이 측정되어 측정값이 신호라인(144,143)을 통해 제어부(미도시)에 전달되면 제어부는 미리 설정된 기준값과 비교하여 컨트롤 밸브의 개폐량을 조절할 수 있다.
즉, 제 1 감지부(142) 및 제 2 감지부(141)에 의해 측정된 황산수소암모늄의 양에 따라 제어부에 의해 배기가스의 일부 또는 전체가 바이패스 배관(131)으로 우회할 수 있도록 컨트롤 밸브(145)의 개폐가 조절될 수 있다.
한편, SCR 반응기(120)에 암모니아나 우레아를 공급하기 위한 환원제 공급 수단이 더 마련될 수 있으며, 환원제 공급 수단에는 환원제를 저장하는 환원제 공급 탱크(123) 및 환원제 공급 탱크(123)에 저장된 환원제를 SCR 반응기(120)으로 공급하는 환원제 공급 배관(124)을 포함할 수 있다.
또한, SCR 반응기(120)의 상류에는 환원제와 배기가스를 혼합하기 위한 믹서(122)를 더 포함할 수 있다.
한편, 선박의 질소산화물 배출 규제(Tier3)에 따른 배기가스 통제지역 ECA(Emission Control Area)인지 아닌지에 따라 배기가스가 SCR 반응기(120)를 통과할 것인지 여부가 결정되므로, 선박의 운항 위치 정보를 확인하기 위해 GPS(Global Positioning System, 미도시)를 장착할 수 있으며, GPS에서 확인된 정보를 입력받아 ECA 구역인지를 판단할 수 있다.
즉, GPS 정보에 의해 선박이 ECA 구역일 경우, 엔진(110)에서 배출된 배기가스는 SCR 배관(121)을 통해 SCR 반응기(120)를 거친 후, 제 1 감지부(142) 및 제 2 감지부(141)의 황산수소암모늄의 성분양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 바이패스 배관(131)으로 우회한 후 배출될 수 있다.
또한, GPS 정보에 의해 선박이 ECA 구역이 아닐 경우, 엔진(110)에서 배출된 배기가스는 SCR 반응기(120)를 거치지 않고 메인 배관(111)을 거쳐 이코노마이저(130)를 통과한 후 배출될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배기가스 처리 장치는 배기가스가 SCR반응기에서 우레아와 반응하여 생성된 황산수소암모늄의 배출양을 감지하고, 이코노마이저 내부에 축적된 황산수소암모늄 축적양을 감지하여 이코노마이저에 기준량 이상 황산수소암모늄이 입력되지 않도록 이코노마이저를 바이패스하는 바이패스부를 구비하여 이코노마이저의 성능을 유지하고 화재로부터 보호할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 배기가스 처리 장치는 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
110 : 엔진 111 : 메인 배관
112 : 배출 배관 120 : SCR 반응기
121 : SCR 배관 122 : 믹서
123 : 환원제 저장 탱크 124 : 환원제 공급 배관
130 : 이코노마이저 131 : 바이패스 배관
141 : 제 2 감지부 142 : 제 1 감지부
145 : 컨트롤 밸브
112 : 배출 배관 120 : SCR 반응기
121 : SCR 배관 122 : 믹서
123 : 환원제 저장 탱크 124 : 환원제 공급 배관
130 : 이코노마이저 131 : 바이패스 배관
141 : 제 2 감지부 142 : 제 1 감지부
145 : 컨트롤 밸브
Claims (6)
- 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원하는 SCR(Selective Catalyst Reduction, 선택적 촉매 환원) 반응기;
배기가스의 폐열로 스팀을 발생시키는 이코노마이저;
상기 엔진과 상기 이코노마이저가 연결되어 배기가스가 이송되는 메인 배관;
상기 엔진 하류에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상류에 연결되며, 상기 SCR 반응기가 설치되는 SCR 배관;
상기 이코노마이저로부터 배기가스가 배출되는 배출 배관;
상기 메인 배관에서 분기되어 상기 배출 배관과 연결되는 바이패스 배관;
상기 SCR 반응기에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 1 감지부; 및
상기 이코노마이저 내부의 황산수소암모늄 양을 측정하는 제 2 감지부;를 포함하며,
상기 제 1 감지부 및 상기 제 2 감지부에서 감지된 황산수소암모늄의 양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 상기 바이패스 배관으로 우회하여 배출되는, 배기 가스 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 메인 배관에서 상기 바이패스 배관으로 분기되는 분기지점에 설치되는 컨트롤 밸브; 및
상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 배기 가스 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 SCR 반응기에 환원제를 공급하는 환원제 공급 수단을 더 포함하며,
상기 환원제 공급 수단은,
환원제 저장 탱크 및
상기 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 상기 SCR 반응기에 공급하는 환원제 공급 배관;을 포함하는, 배기 가스 처리 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 SCR 반응기의 상류에 마련되어 상기 환원제와 배기가스를 혼합하기 위한 믹서를 더 포함하는, 배기 가스 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 선박의 운항 위치 정보를 확인하기 위한 GPS(Global Positioning System)를 더 포함하며,
상기 GPS에서 확인된 정보를 입력받아 ECA(Emission Control Area) 구역인지를 판단하는, 배기 가스 처리 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 GPS 정보에 의해 선박이 ECA 구역일 경우,
상기 엔진에서 배출된 배기가스는 상기 SCR 배관을 통해 상기 SCR 반응기를 거친 후,
상기 제 1 감지부 및 상기 제 2 감지부의 황산수소암모늄의 성분양에 따라 배기가스의 일부 또는 전체가 상기 바이패스 배관으로 우회한 후 배출되며,
상기 GPS 정보에 의해 선박이 ECA 구역이 아닐 경우,
상기 엔진에서 배출된 배기가스는 상기 SCR 반응기를 거치지 않고 상기 메인 배관을 거쳐 상기 이코노마이저를 통과한 후 배출되는, 배기 가스 처리 장치.
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| KR20170034547A true KR20170034547A (ko) | 2017-03-29 |
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| KR (1) | KR20170034547A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200084539A (ko) * | 2019-01-03 | 2020-07-13 | 대우조선해양 주식회사 | 통합 scr 시스템 |
| KR20220095881A (ko) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 한국에너지기술연구원 | Fe(Ⅲ)-EDTA 환원반응을 통한 Fe(Ⅱ)-EDTA계 흡수액의 재생 방법 및 Fe(Ⅱ)-EDTA를 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거 공정 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110011680A (ko) | 2008-05-14 | 2011-02-08 | 덴키 가가쿠 고교 가부시기가이샤 | 점착 필름 |
-
2015
- 2015-09-21 KR KR1020150132945A patent/KR20170034547A/ko not_active Application Discontinuation
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