KR20170055115A - Scr 시스템 - Google Patents

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Abstract

SCR 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스를 인가받아 내부에 설치된 SCR 촉매를 통해 처리하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 SCR 반응기; 운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어하되, 제1 모드에서는 SCR 반응기로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 암모니아 공급부를 구동해 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행하는 제어부를 포함한다. 엔진에서 배출되는 배기가스는 운전모드와 무관하게 SCR 반응기를 통과하도록 구성된다.
이에 따라, 바이패스라인이 생략되어 설치공간 및 자재공수를 절감하고, 시스템 운용을 간소화할 수 있으며, 바이패스라인이 생략된 구조에서 엔진 부하를 조정하여 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있다.

Description

SCR 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}
본 발명은 SCR 시스템에 관한 것으로, 특히 설치공간 및 자재공수를 절감할 수 있고, 시스템 운용을 간소화할 수 있으며, SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있도록 하는 SCR 시스템에 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 질소산화물인 NOx, 황산화물인 SOx 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.
따라서 엔진의 배기라인에는 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 중 SCR 시스템은 내부 촉매층을 갖고 배기라인 상에 설치되는 SCR 반응기를 포함하며, 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 촉매층에서 암모니아(NH3), 우레아(Urea) 등의 환원제와 화학적으로 반응시켜 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시킨다.
촉매층에 구비되는 SCR 촉매는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, SCR 반응기 내에 한 개 또는 여러 개의 SCR 촉매가 연속 설치되는 형태로 구현된다.
이러한 SCR 시스템이 배기가스 내의 질소산화물을 제거할 때 부산물로 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4)가 생성되는데, 이는 특정 온도(예를 들어, 340℃) 이상에서는 기체 상태가 되지만, 특정 온도 이하에서는 액체 상태가 되어 SCR 촉매에 달라붙게 된다.
ABS는 SCR 촉매에 피독 작용을 일으켜 탈질 성능을 저하시키며, 이로 인해 다공질의 SCR 촉매가 막혀 배압이 높아지고 배기가스의 흐름을 방해하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 SCR 반응기의 운전을 중지한 상태에서 별도의 열원으로 고온을 SCR 반응기 측으로 제공해 ABS를 녹여 증발시키는 재생 과정을 수행하게 되는데, 이 경우 연료 소모량이 많고 열 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 기존의 대형 엔진용 SCR 시스템은 통상 SCR 반응기를 우회하는 바이패스라인을 구비하게 되는데 이 경우 바이패스라인을 이루는 배관이나 밸브, 배기가스 경로를 SCR 반응기 측 또는 바이패스라인 측으로 선택할 수 있도록 하기 위한 각종 밸브 등 부가적 장치들을 설비하여야 하므로 설치공간 및 자재공수가 과다 소요되고 시스템 운용이 복잡한 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0041098호 (공개일: 2014.04.04.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 바이패스라인이 생략되어 선박 내 제한적인 공간을 적게 차지하면서 설치 가능하고, 자재공수를 절감할 수 있으며, 시스템 운용을 간소화할 수 있도록 하는 SCR 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 바이패스라인이 생략된 SCR 시스템에서 엔진 부하를 조정하여 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있고, 촉매 재생 과정에서의 연료 소모량을 저감해 열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 SCR 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 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 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스를 인가받아 내부에 설치된 SCR 촉매를 통해 처리하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 SCR 반응기; 배기가스 처리를 위해 상기 SCR 반응기에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급부; 및 운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어하되, 제1 모드에서는 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 상기 암모니아 공급부를 구동해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행하는 제어부를 포함하며, 엔진에서 배출되는 배기가스가 운전모드와 무관하게 상기 SCR 반응기를 통과하도록 구성된다.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 온도 측정부를 통해 측정된 온도와 ABS의 기화 온도 간의 차이를 기초로 엔진 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 높이고 고온의 배기가스로 상기 SCR 반응기를 승온시켜 촉매 재생을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 압축 공기를 분사하여 수트를 제거하는 수트 블로워; 및 상기 수트 블로워에 가열된 공기 또는 스팀을 주입하여 상기 SCR 촉매의 주변 온도를 상승시키는 ABS 기화장치를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 제3 모드에서 엔진 부하를 조정함과 더불어 상기 수트 블로워 및 상기 ABS 기화장치를 함께 구동하여 촉매 재생을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 암모니아 공급부는 우레아를 암모니아 가스로 분해하는 우레아 분해장치; 및 상기 우레아 분해장치로부터 암모니아 가스를 공급받아 상기 SCR 반응기의 전단으로 주입하는 암모니아 주입장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 제어부는 기설정된 주기마다 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 촉매 재생을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 차압을 측정하는 압력 측정부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 압력 측정부를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이상인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 차압이 기설정된 값 이하가 되면 제3 모드를 종료할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 질소산화물 농도 차이로부터 탈질 효율을 측정하는 탈질 효율 측정부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 탈질 효율 측정부를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이하인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 탈질 효율이 기설정된 값 이상이 되면 제3 모드를 종료할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 제어부는 제3 모드에서 상기 암모니아 공급부를 함께 구동하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작 및 촉매 재생 동작을 병행할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 제어부는 제3 모드에서 상기 암모니아 공급부의 구동을 정지하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 SCR 반응기는 T/C(Turbo Charger)의 후단으로 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 바이패스라인이 생략되어 선박 내 제한적인 공간을 적게 차지하면서 설치 가능하고, 자재공수를 절감할 수 있으며, 시스템 운용을 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템은 바이패스라인이 생략된 SCR 시스템에서 엔진 부하를 조정하여 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있고, 촉매 재생 과정에서의 연료 소모량을 저감해 열 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 개략적 구성도.
도 2는 도 1에 나타난 SCR 반응기의 촉매 재생 동작을 보다 상세히 설명하기 위한 예시적인 구성도.
도 3은 엔진 부하 변화에 따른 배기가스 온도를 예시한 표.
도 4는 촉매 재생 효과를 설명하기 위해 탈질 효율 변화를 예시한 그래프.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SCR 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서는 SCR 반응기를 우회하는 바이패스라인을 없애 이와 관련하여 과다 소요될 수 있는 설치공간 및 자재공수를 절감한다.
바이패스라인이 전면 생략됨에 따라, 배기가스 경로를 SCR 반응기 측 또는 바이패스라인 측으로 선택할 필요 없이 엔진에서 배출되는 배기가스가 항상 SCR 반응기를 통과하게 된다.
또한, 바이패스라인이 생략되어 간소화된 SCR 시스템에서 엔진 부하를 조정하여 배기가스 온도를 높이고 이 고온의 배기가스를 통해 SCR 반응기를 승온시킴으로써 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있도록 한다.
촉매 재생 동작은 편의상 SCR 반응기의 운전중 배기가스 처리 동작과 병행하여 이루어질 수도 있고, SCR 반응기의 운전을 정지한 상태에서 수행하여 보다 완전한 촉매 재생 효과를 도모할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 개략적 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스는 T/C(Turbo Charger)(20)를 구동한 후 배기라인을 통해 SCR 반응기(40) 방향으로 유도된다.
SCR 반응기(40)는 엔진(10) 및 T/C(20)를 거쳐 유입되는 배기가스를 인가받아 내부에 설치된 SCR 촉매를 통해 처리하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거한다.
암모니아 공급부(30)는 배기가스 처리를 위해 SCR 반응기(40)에 환원제인 암모니아를 공급한다.
전술한 암모니아 공급부(30)는 우레아를 암모니아 가스로 분해하는 우레아 분해장치(31)와, 우레아 분해장치(31)로부터 암모니아 가스를 공급받아 SCR 반응기(40)의 전단으로 주입하는 암모니아 주입장치(32)를 포함하도록 구성될 수 있다.
우레아 분해장치(31)는 버너나 전기로, 또는 마이크로웨이브와 같은 에너지원 등을 사용하여 우레아를 암모니아 가스로 바꾸어줄 수 있다.
또한 암모니아 가스가 직접 주입될 수 있도록 암모니아 주입장치(32)의 일단을 AIG(ammonia injection grid) 형태로 구현하여 배기라인에 부착할 수 있다. 실시예에 따라 노즐 형태의 암모니아 주입장치(32)를 사용할 수도 있다.
암모니아 공급부(30)에서 사용되는 환원제로는 액체 우레아뿐만 아니라 고체상의 물질 즉 고체 우레아, 탄산암모늄(Ammonium carbonate) 등의 물질도 적용 가능하며 이들 물질이 분해되어 암모니아 가스 형태로 SCR 반응기(40)의 전단에 주입된다.
제어부(100)는 이와 같이 구성된 SCR 시스템의 운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어할 수 있다. 바이패스라인이 구비되지 않으므로, 엔진(10) 및 T/C(20)를 거쳐 배기라인으로 유입되는 배기가스는 제1 모드 내지 제3 모드 모두에서, 즉 운전모드와 무관하게 항상 SCR 반응기(40)를 통과하도록 구성된다.
전술한 제어부(100)는 제1 모드에서는 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 SCR 반응기(40)를 운전하면서 암모니아 공급부(30)를 구동해 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4)의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행한다.
제1 모드에서는, SCR 반응기(40)의 운전이 정지되며, 배기가스 처리 및 촉매 재생 없이 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키게 된다.
배기가스를 그냥 통과시키는 제1 모드를 유지하는 중에 예컨대 선박이 ECA(Emission Control Area) 지역으로 들어가면, 제어부(100)는 제2 모드로 전환하고, 제2 모드에서 암모니아 공급부(30)를 구동하여 암모니아를 공급하면서 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 배기가스 처리 동작을 수행한다.
이후 촉매 재생 이벤트가 발생하면, 제어부(100)는 SCR 시스템의 운전모드를 제3 모드로 전환한 후, 제3 모드에서 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생 동작을 수행한다. 이때, 제어부(100)는 엔진 부하를 조정함으로써 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 효과적으로 승온시킬 수 있다.
제3 모드로의 전환시에 제어부(100)는 SCR 반응기(40)의 운전 유무와 무관하게 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.
즉 제3 모드에서 제어부(100)는 암모니아 공급부(30)를 함께 구동하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리 및 촉매 재생을 병행할 수도 있고, 암모니아 공급부(30)의 구동을 정지하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리를 정지한 상태에서 촉매 재생만을 수행할 수도 있다.
일례로, 제2 모드에서 암모니아 공급부(30)를 구동하면서 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스 처리를 수행하던 중에 촉매 재생 이벤트가 발생하는 경우, 제어부(40)는 제2 모드로부터 제3 모드로 전환하여 촉매 재생 동작을 수행하되, 제3 모드에서 암모니아 공급부(30)를 계속 구동하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리 동작을 지속하면서 촉매 재생 동작을 병행할 수 있다.
혹은 제어부(100)는 보다 완전한 촉매 재생 동작을 위해, 제3 모드로의 전환시에 암모니아 공급부(30)의 구동을 중단하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행할 수도 있다.
한편, 도 1에서는 SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 후단에 설치되는 SCR 시스템의 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 전단으로 설치되는 SCR 시스템에도 적용될 수 있다.
단, SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 후단에 설치되는 경우에는 배기가스가 T/C(20)를 구동한 후 SCR 반응기(40)로 유입됨에 따라, SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 전단에 설치되는 경우에 비해 상대적으로 낮은 온도의 배기가스가 배출되기 때문에 ABS의 침적으로 인한 촉매의 피독 발생 및 탈질 성능 저하가 더욱 큰 문제가 된다.
그러므로, 전술한 촉매 재생 동작이 보다 유효하게 적용될 수 있다.
도 2는 도 1에 나타난 SCR 반응기의 촉매 재생 동작을 보다 상세히 설명하기 위한 예시적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, SCR 반응기(40) 내에는 배기가스 처리를 위한 SCR 촉매(41)가 설치된다.
또한, SCR 반응기(40)에는 온도 측정부(70), 압력 측정부(80)나 탈질 효율 측정부(90)가 추가적으로 구비될 수 있다.
온도 측정부(70)는 SCR 반응기(40)의 내부, 또는 그 전단이나 후단에 설치되어 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(100)로 인가한다.
압력 측정부(80)는 SCR 반응기(40) 내에 구비된 SCR 촉매의 전단과 후단의 차압을 측정하고, 측정된 차압을 제어부(100)로 인가한다.
탈질 효율 측정부(90)는 SCR 반응기(40) 내에 구비된 SCR 촉매(41)의 전단과 후단의 질소산화물 농도 차이로부터 탈질 효율을 측정하고, 측정된 탈질 효율을 제어부(100)로 인가한다.
촉매 재생 이벤트의 발생시에, 제어부(100)는 온도 측정부(70)를 통해 측정된 현재 온도와 ABS의 기화 온도 간의 차이를 기초로 엔진 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 높이고 이 고온의 배기가스로 SCR 반응기(40)를 승온시켜 촉매 재생을 수행할 수 있다.
제어부(100)는 기설정된 주기마다, 예컨대 선박이 공해상을 운항하여 SCR 반응기(40)가 운전되지 않는 동안 주기적으로 촉매 재생 이벤트를 발생시킬 수 있다.
또한 제어부(100)는 압력 측정부(80)를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이상인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시킬 수도 있다.
이 경우 제어부(100)는 촉매 재생 이벤트가 발생함에 따라 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 배기가스 온도를 상승시켜 촉매 재생을 수행하고, 압력 측정부(80)를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이하가 되면 제3 모드를 종료한다. 제3 모드의 종료 후에는 원래의 운전모드(제1 모드 또는 제2 모드)로 되돌아갈 수 있다.
또한 제어부(100)는 탈질 효율 측정부(90)를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이하인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시킬 수도 있다.
이 경우 제어부(100)는 촉매 재생 이벤트가 발생함에 따라 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 배기가스 온도를 상승시켜 촉매 재생을 수행하고, 탈질 효율 측정부(90)를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이상이 되면 제3 모드를 종료한다. 제3 모드의 종료 후에는 원래의 운전모드(제1 모드 또는 제2 모드)로 되돌아갈 수 있다.
또한 일 실시예에서 제어부(100)는 제3 모드로 진입하여 촉매 재생을 수행할 경우 엔진 부하를 조정함과 더불어 수트 블로워(50) 및 ABS 기화장치(60)를 함께 구동할 수도 있다.
SCR 촉매(41)에는 ABS 외에도 연료의 불완전연소에 의해 생성되는 수트(soot)가 침적될 수 있는데 이 또한 촉매 성능을 저하시키는 주요 원인이 된다.
수트 블로워(50)는 SCR 촉매(41)에 압축 공기를 분사하는 것으로, SCR 촉매(41)의 전방에 SCR 촉매(41)와 일정 간격을 두고 설치되며, 제어부(100)의 제어 하에 동작하여 배기가스의 흐름과 동일한 방향으로 압축 공기를 분사함으로써 SCR 촉매(41) 표면에 침적되어 있는 수트를 제거한다.
전술한 수트 블로워(50)는 SCR 촉매(41)를 향해 압축 공기를 분사하는 노즐부(51), 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부(53), 제어부(100)의 제어 하에 개도량이 제어되어 노즐부(51)를 통해 SCR 촉매(41)로 분사되는 압축 공기의 양을 조절하는 밸브(55)를 포함하여 이루어질 수 있다.
ABS 기화장치(60)는 수트 블로워(50)에 가열된 공기 또는 스팀을 주입하여 SCR 촉매(41)의 주변 온도를 상승시켜 촉매 재생 동작을 지원한다.
전술한 ABS 기화장치(60)는 버너, 전기로, 복사열 등을 활용하여 가열된 공기나 스팀과 같은 고온 가스를 공급하는 고온 가스 공급부(61), 제어부(100)의 제어 하에 개도량이 제어되어 수트 블로워(50)를 통해 SCR 반응기(40) 내로 제공되는 고온 가스의 양을 조절하는 밸브(63)를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 3은 엔진 부하 변화에 따른 배기가스 온도를 예시한 표이다. 그리고, 도 4는 촉매 재생 효과를 설명하기 위해 탈질 효율 변화를 예시한 그래프이다.
전술한 바와 같이, 제어부(100)는 엔진 부하를 변화시켜 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스 온도를 상승시키고 이를 통해 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.
도 3에 예시된 표를 참조하면, 엔진(10)의 운전 부하가 25%, 50%, 70%, 100%로 증가함에 따라 배기가스 온도는 230℃, 240℃, 260℃, 280℃로 상승한다.
즉 촉매 재생 동작시 엔진(10)의 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 상승시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 4의 Status A, Status B, Status C는 SCR 시스템의 운전 상태(Fresh), 피독 상태(Aged), 재생 상태에서의 탈질 효율(NOx Conversion)을 각각 예시한 것이다.
일례로, 선박이 ECA(Emission Control Area) 지역으로 들어가는 경우 제어부(100)는 암모니아 공급부(30)를 구동하여 환원제인 암모니아를 주입하면서 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스를 처리한다.
이때 전술한 SCR 시스템의 구성에 있어 엔진(10)에서 배출되는 배기가스는 별도의 바이패스라인 없이 항상 SCR 반응기(40)를 통과하도록 구성되므로, 제어부(100)는 SCR 반응기(40)의 운전 유무와 무관하게 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.
즉 암모니아를 주입하며 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스 처리 동작을 지속하면서 촉매 재생 동작을 병행할 수도 있고, 암모니아 주입 및 SCR 반응기(40)의 운전을 중단해 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행할 수도 있다.
도 4를 참조하면, SCR 촉매(41)의 피독이 발생하여 탈질 효율이 저하되는 경우(Status A → Status B), 제어부(100)는 ECA 지역 내에서 SCR 반응기(40)를 계속 운전하면서 동시에 엔진(10)의 운전 부하를 변화시켜 배기가스 온도를 상승시킴으로써 촉매 재생을 수행할 수 있다(Status B → Status C).
혹은, 제어부(100)는 보다 완전한 촉매 재생을 위해 ECA 지역을 벗어나 공해상으로 진입한 후, 암모니아 주입을 중단하여 SCR 반응기(40)의 운전을 정지시키고, 이러한 상태에서 엔진(10)의 운전 부하를 변화시켜 배기가스 온도를 상승시킴으로서 촉매 재생을 수행할 수도 있다(Status B → Status C).
본 발명에 따른 SCR 시스템의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10: 엔진
20: T/C
30: 암모니아 공급부
40: SCR 반응기
50, 60: 촉매 재생부
100: 제어부

Claims (10)

  1. 엔진에서 배출되는 배기가스를 인가받아 내부에 설치된 SCR 촉매를 통해 처리하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 SCR 반응기;
    배기가스 처리를 위해 상기 SCR 반응기에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급부; 및
    운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어하되, 제1 모드에서는 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 상기 암모니아 공급부를 구동해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행하는 제어부를 포함하며,
    엔진에서 배출되는 배기가스가 운전모드와 무관하게 상기 SCR 반응기를 통과하도록 구성된 SCR 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 측정부를 통해 측정된 온도와 ABS의 기화 온도 간의 차이를 기초로 엔진 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 높이고 고온의 배기가스로 상기 SCR 반응기를 승온시켜 촉매 재생을 수행하는 SCR 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    압축 공기를 분사하여 수트를 제거하는 수트 블로워; 및
    상기 수트 블로워에 가열된 공기 또는 스팀을 주입하여 상기 SCR 촉매의 주변 온도를 상승시키는 ABS 기화장치를 더 포함하며,
    상기 제어부는 제3 모드에서 엔진 부하를 조정함과 더불어 상기 수트 블로워 및 상기 ABS 기화장치를 함께 구동하여 촉매 재생을 수행하는 SCR 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아 공급부는,
    우레아를 암모니아 가스로 분해하는 우레아 분해장치; 및
    상기 우레아 분해장치로부터 암모니아 가스를 공급받아 상기 SCR 반응기의 전단으로 주입하는 암모니아 주입장치를 포함하는 SCR 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 기설정된 주기마다 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 촉매 재생을 수행하는 SCR 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 차압을 측정하는 압력 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 압력 측정부를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이상인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 차압이 기설정된 값 이하가 되면 제3 모드를 종료하는 SCR 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 질소산화물 농도 차이로부터 탈질 효율을 측정하는 탈질 효율 측정부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 탈질 효율 측정부를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이하인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 탈질 효율이 기설정된 값 이상이 되면 제3 모드를 종료하는 SCR 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제3 모드에서 상기 암모니아 공급부를 함께 구동하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작 및 촉매 재생 동작을 병행하는 SCR 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제3 모드에서 상기 암모니아 공급부의 구동을 정지하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행하는 SCR 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 SCR 반응기는 T/C(Turbo Charger)의 후단으로 설치되는 SCR 시스템.
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