KR20170089024A - 배기 가스 처리 시스템 및 방법, 및 상기 시스템을 포함하는 선박 및 상기 시스템의 용도 - Google Patents

배기 가스 처리 시스템 및 방법, 및 상기 시스템을 포함하는 선박 및 상기 시스템의 용도 Download PDF

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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

T1 내지 T2의 온도를 갖는, 엔진(3)으로부터의 엔진 배기 가스(EEG)의 처리를 위한 시스템(1) 및 방법이 제공된다. 상기 시스템을 포함하는 선박, 및 상기 시스템의 용도가 또한 제공된다. 시스템(1)은, 엔진 배기 가스(EEG)를 함유하는 매질(M) 중에 함유된 NOx를 N2 및 H2O로 전환시키는 SCR 반응기(9)를 포함한다. SCR 반응기(9)는 매질(M)을 수용하는 입구(33) 및 NOx 감소된 매질(M-NOx)을 배출시키는 출구(35)를 갖는다. 시스템(1)은 혼합 유닛(7) 및 제1 보일러 유닛(5)을 추가로 포함함을 특징으로 한다. 제1 보일러 유닛(5)은 제1 보일러 유닛(5)으로부터 보일러 배기 가스(BEG)를 배출시키는 제1 출구(19)를 가지며, 상기 보일러 배기 가스(BEG)는 T3 > T1인, T3 초과의 온도를 갖는다. 혼합 유닛(7)은 엔진 배기 가스(EEG)를 보일러 배기 가스(BEG)와 혼합시켜서 상기 매질(M)을 생성시키도록 배열된다. 혼합 유닛(7)은 엔진 배기 가스(EEG)를 수용하는, 엔진(3)과 소통되는 제1 입구(27), 보일러 배기 가스(BEG)를 수용하는, 제1 보일러 유닛(5)의 제1 출구(19)와 소통되는 제2 입구(29), 및 상기 매질(M)을 배출시키는 출구(31)를 갖는다. 혼합 유닛(7)의 출구(31)는 SCR 반응기(9)의 입구(33)와 소통된다.

Description

배기 가스 처리 시스템 및 방법, 및 상기 시스템을 포함하는 선박 및 상기 시스템의 용도
본 발명은, 엔진으로부터의 엔진 배기 가스의 처리를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 시스템을 포함하는 선박, 및 선박 상에서의 상기 시스템의 용도에 관한 것이다.
엔진으로부터의 배기 가스 내 질소 산화물 (이하, NOx로 칭해짐) 함량을 감소시키는 상이한 방법이 공지되어 있다. 그러한 하나의 방법은, 배기 가스 내 NOx가 촉매에 의해 질소 N2 및 물 H2O로 전환되는 선택적 촉매 환원 (이하, SCR로 칭해짐)이다. 더 구체적으로, 배기 가스가 NOx 분해를 위해 촉매를 함유하는 SCR 반응기를 통해 공급되기 전에, 암모니아 또는 우레아가 배기 가스에 첨가된다. SCR 반응기는 관련 기술분야에 잘 공지되어 있고 본원에서 상세히 설명하지 않을 것이다.
배기 가스의 함량 및 촉매의 특성과 같은 상이한 인자에 따라, 적절한 NOx 감소/분해/전환을 위해 배기 가스의 최소 온도가 나타난다. 이 최소 온도는 전형적으로 대략 330℃이다. 엔진의 유형 및 부하(load)에 따라, 배기 가스의 온도는 구간 T1 - T2 내에서 가변될 수 있는데, 여기서 T1 < 330℃이다. 완전한 온도 구간 내에서 적절한 NOx 감소를 가능케 하기 위해서는, 배기 가스를 > 330℃로 가열시키는 가열 유닛이 제공될 수 있다. 선행 기술 문서 WO 2008/135059에는 SCR 반응기, 및 배기 가스 온도를 증가시키는 가열 유닛을 포함하는 시스템이 기재되어 있다.
배기 가스 온도를 증가시키는 가열 유닛을 제공하는 것은 간단하고 효과적이지만, 오히려 고가의 해결방법이다. 따라서, 관련 기술 분야에서는 개선의 여지가 있다.
본 발명의 목적은, 배기 가스 처리 시스템에서, 필요시, 배기 가스 온도를 증가시키는 단독 임무를 갖는 장치에 대한 필요를 제거하는 것이다. 본 발명의 기본 구상은 보일러로부터의 배기 가스에 의해 엔진 배기 가스를 가열시키는 것이며, 상기 보일러는 추가 목적을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 시스템을 포함하는 선박, 상기 시스템의 용도, 및 개선된 배기 가스 처리 방법을 제공하는 것이다. 상기 목적을 성취하는 시스템, 선박, 용도 및 방법은 첨부된 청구범위에서 규정되며 이하에서 논의된다.
본 발명에 따르면, T1 내지 T2의 온도를 갖는, 엔진으로부터의 엔진 배기 가스 처리 시스템은, 매질(medium) 중에 함유된 NOx를 N2 및 H2O로 전환시켜서 감소된 NOx 함량을 갖는 매질을 얻는 SCR 반응기를 포함한다. 상기 매질은 엔진 배기 가스를 함유한다. SCR 반응기는 매질을 수용하는 입구, 및 NOx 감소된 매질을 배출시키는 출구를 갖는다. 상기 시스템은, 혼합 유닛 및 제1 보일러 유닛을 추가로 포함함을 특징으로 한다. 상기 제1 보일러 유닛은 제1 보일러 유닛으로부터 보일러 배기 가스를 배출시키는 제1 출구를 갖는다. 이 보일러 배기 가스는 T3 이상의 온도를 갖는데, 여기서 T3는 T1보다 높다. 혼합 유닛은 엔진 배기 가스를 보일러 배기 가스와 혼합시켜서 매질을 생성시키도록 배열된다. 혼합 유닛은 엔진 배기 가스를 수용하는, 엔진과 소통되는 제1 입구, 및 보일러 배기 가스를 수용하는, 제1 보일러 유닛의 제1 출구와 소통되는 제2 입구를 갖는다. 또한, 혼합 유닛은 상기 매질을 배출시키기 위한 출구를 가지며, 상기 출구는 SCR 반응기의 입구와 소통된다.
본 발명에 따르면, 엔진 배기 가스가 SCR 반응기를 통과할 때 적절한 NOx 감소가 일어나도록 엔진 배기 가스가 충분히 뜨겁지 않으면, 보일러 배기 가스가, 매질이 SCR 반응기를 통과할 때 적절한 NOx 감소를 위해 엔진 배기 가스와 함께 충분히 뜨거운 매질 내로 혼합될 수 있다. 제1 보일러 유닛은 보일러 배기 가스 이외에 다른 응용예에서 사용될 수 있는 스팀(steam)을 생성시킬 수 있다. 보일러 배기 가스가 SCR 반응기를 통과하는 매질 중에 함유될 수 있다는 점에서, 엔진 배기 가스 뿐만 아니라 보일러 배기 가스가 NOx로부터 정화될 수 있다. 따라서, 상기 시스템은, 보일러 배기 가스를 정화하는 별도의 청정 장치를 필요로 하지 않으면서 환경 친화적이다.
상기 시스템은 매질로부터 열을 회수하여 매질을 냉각시키는 제2 보일러 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 제2 보일러 유닛은 NOx 감소된 매질을 수용하는, SCR 반응기의 출구와 소통되는 제1 입구를 가질 수 있다. 또한, 제2 보일러 유닛은 냉각된 NOx 감소된 매질을 배출시키는 제1 출구를 가질 수 있다. 보일러 배기 가스가 제2 보일러 유닛를 통과하는 매질 중에 함유될 수 있다는 점에서, 이 실시양태는 열이 엔진 배기 가스로부터 뿐만 아니라 보일러 배기 가스로부터 회수될 수 있음을 의미한다. 따라서, 엔진 뿐만 아니라 제1 보일러 유닛에 의해 생성된 에너지는 폐기되지 않고 다른 목적을 위해 사용될 수 있다.
제2 보일러 유닛을 포함하는 시스템의 경우에, 제2 보일러 유닛의 제2 입구는 제1 보일러 유닛의 제2 출구에 연결될 수 있고, 및 제2 보일러 유닛의 제2 출구는 제1 보일러 유닛의 제2 입구에 연결되어, 제2 보일러 유닛과 제1 보일러 유닛 사이에서의 물 순환이 가능해질 수 있다. 물은 액체 및/또는 스팀을 함유하도록 상이한 상태의 것일 수 있다. 그러한 실시양태는, 제1 및 제2 보일러 유닛이 엔진에서의 그리고 따라서 비용에서의 절감을 가능케 하는 물 시스템을 공유한다. 제1 보일러 유닛은 연소되고 비등된 유닛, 예를 들어, 오일 연소된 보일러 유닛일 수 있다. 이에 의해, SCR 반응기 내부에서 적절한 NOx 전환을 위해 최소 온도를 상당히 초과하는 온도를 갖는 보일러 배기 가스가 생성될 수 있어서, 상기 최소 온도를 초과하는 온도를 갖는 매질의 생산이 가능해진다.
상기 시스템은, 매질이 SCR 반응기로 유입되기 전에 매질의 온도를 추정하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 그러한 온도 센서에 의해, 매질이 SCR 내부에서 적절한 NOx 전환을 가능케 하는 온도를 갖는 지를 측정할 수 있다.
또한, 상기 시스템은, 온도 센서와 소통되고 온도 센서의 출력에 따라 제1 보일러 유닛을 제어하도록 배열된 제어 유닛을 포함할 수 있다. 그러한 실시양태는 현재의 상황에 따라 제1 보일러 유닛을 필요에 따라 조작할 수 있게 한다. 예로서, 높은 엔진 부하 동안, 엔진 배기 가스는 보일러 배기 가스와의 혼합이 필요하지 않도록 SCR 반응기 내 적절한 NOx 전환을 위해 충분히 높은 온도를 가질 수 있다. 그러한 경우에, 적어도 SCR 반응기로 공급된 매질의 온도를 상승시키지 않기 위한 제1 보일러 유닛의 조작은 필요하지 않을 수 있다.
본원에 사용된 용어 "소통되다" 및 "소통되는"은, "소통되다" 및 "소통되는"을 직접적으로 그리고 간접적으로 포함함을 의미한다.
상기 시스템은 보일러 배기 가스 온도를, 적절한 NOx 전환을 위한 전형적인 최소 온도인 약 330℃를 상당히 초과하는 360℃ 이상, 즉 T3 = 360℃이게 할 수 있다. 예를 들어, 그러한 보일러 배기 가스 온도는 저효율 제1 보일러 유닛에 의해 성취될 수 있다.
본 발명에 따른 선박은, 상기한 바와 같은 시스템을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 용도는 선박 상에서의 상기 시스템의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 선박 및 용도에 대하여, 엔진 배기 가스를 생성시키는 엔진은 주요 선박 엔진, 예를 들어, 특히 엔진 부하에 따라 T1 = 200℃ 내지 T2 = 340℃ 온도의 배기 가스를 생성시키는 디젤 엔진일 수 있다. 전형적으로, 선박 상에서, 다량의 스팀이 소모되며, 이 스팀은 제1, 및 가능하게는 제2, 보일러 유닛에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 선박에 필요한 스팀을 제공하는 장치의 동일한 부분이 SCR 반응기 중에서 적절한 NOx 전환이 일어나게 하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, T1 내지 T2의 온도를 갖는, 엔진으로부터의 엔진 배기 가스의 처리 방법은, 엔진 배기 가스를 함유하는 매질을 SCR 반응기에 수용하는 단계; SCR 반응기에서 상기 매질 중에 함유된 NOx를 N2 및 H2O로 전환시키는 단계; 및 SCR 반응기로부터 NOx 감소된 매질을 배출시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 제1 보일러 유닛으로부터 T3 (T3 > T1) 이상의 온도를 갖는 보일러 배기 가스를 배출시키는 단계; 혼합 유닛에 엔진 배기 가스 및 보일러 배기 가스를 수용하는 단계; 혼합 유닛에서 엔진 배기 가스 및 보일러 배기 가스를 혼합시켜서 상기 매질을 생성시키는 단계; 및 혼합 유닛으로부터 상기 매질을 배출시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 상이한 실시양태가 첨부된 방법 청구항에 제시되어 있다.
본 발명의 시스템의 상이한 실시양태를 이용한 경우의 상기 논의된 이점은 본 발명의 선박, 용도 및 본 발명에 따른 방법으로 자연스럽게 전해질 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점, 목적, 특성 및 측면은, 하기 상세한 설명으로부터 뿐만 아니라 도면으로부터 명확해지게 될 것이다.
본 발명은 지금부터 첨부된 개략적인 도면을 참조로 더 상세히 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 개략적으로 예시하는 블록 다이어그램이고,
도 2a, 2b 및 2c는 본 발명에 따른 방법을 예시하는 흐름도를 포함하며,
도 3은 본 발명의 효과를 예시하는 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 엔진(3)으로부터의 엔진 배기 가스(EEG)를 처리하는 시스템(1)이 도시되는데, 상기 시스템은 선박 (예시되지 않음) 상에 설치된다. 엔진(3)은 NOx를 함유하며 T1 = 200℃ 내지 T2 = 340℃의 온도를 갖는 엔진 배기 가스(EEG)를 생성시키는 주요 선박 디젤 엔진이다. 시스템(1)은 제1 보일러 유닛(5), 혼합 유닛(7), SCR (선택적 촉매 환원) 유닛(9), 제2 보일러 유닛(11) 및 스크러버(17)를 포함한다.
제1 보일러 유닛(5)은 오일 연소되고, 80% 내지 85%의 효율을 갖는 저효율 형의 매연 튜브 보일러를 포함한다. 제1 보일러 유닛(5)은 NOx를 함유하며 330℃을 초과하는 온도, 여기서는 T3 = 360℃ 내지 T4 = 400℃의 온도를 갖는 보일러 배기 가스(BEG)를 생성시키는데, 상기 배기 가스는 제1 보일러 유닛(5)의 제1 출구(19)를 통하여 제1 보일러 유닛(5)을 떠난다. 제1 보일러 유닛은 액체 물을 배출시키는 제2 출구(21), 선박 상에서의 용도를 위한 물 스팀을 배출시키기 위한 제3 출구(23), 및 액체 물 및 물 스팀을 수용하는 제2 입구(25)를 추가로 갖는다. 또한, 제1 보일러 유닛은 연료, 즉 오일을 공급하는 제1 입구 (예시되거나 추가 논의되지 않음)를 갖는다.
혼합 유닛(7)은 엔진(3)과 SCR 반응기(9) 사이에서 연장되는 파이프로서 형성되는데, 상기 파이프 내부에는 효과적인 기체 혼합을 촉진시키도록 크기 맞춰지고 배열된 다수의 배플(baffle) 형태의 정지형 혼합 유닛이 배열된다. 혼합 유닛(7)은 엔진 배기 가스(EEG)를 수용하는, 엔진(3)과 소통되는 제1 입구(27), 및 보일러 배기 가스(BEG)를 수용하는, 제1 보일러 유닛(5)의 제1 출구(19)와 소통되는 제2 입구(29)를 갖는다. 엔진 배기 가스(EEG) 및 보일러 배기 가스(BEG)는 이들이 혼합 유닛(7)을 통과하는 동안 매질(M) 내로 혼합된다. 따라서, 혼합 유닛(7)은 매질(M)을 배출시키기 위한 출구(31)를 추가로 갖는다.
SCR 반응기(9)는, 매질(M)을 채널로 통과시키는 동안 NOx를 질소 N2 및 물 H2O로 전환시키기 위해 촉매, 여기서는 산화바나듐으로 표면 코팅된 채널 구조를 포함한다. SCR 반응기(9)는, 매질(M)이 SCR 반응기(9) 내부에서의 적절한 NOx 전환이 가능해지게 하는 T5 = 330℃을 초과하는 온도를 가져야 하게끔 한다. SCR 반응기(9)는, 매질(M)을 수용하는 혼합 유닛(7)의 출구(31)와 소통되는 입구(33)를 갖는다. 또한, SCR 반응기(9)는 NOx 감소된 매질(M-NOx)을 배출시키기 위한 출구(35)를 갖는다.
제2 보일러 유닛(11)은 매질로부터 열을 회수하기 위해 제공된다. 제2 보일러 유닛(11)은 NOx 감소된 매질(M-NOx)를 수용하는, SCR 반응기(9)의 출구(35)와 소통되는 제1 입구(37), 및 냉각된 NOx 감소된 매질(CM-NOx)을 배출시키는 제1 출구(39)를 갖는다. 또한, 제2 보일러 유닛(11)은 액체 물을 수용하는, 제1 보일러 유닛(5)의 제2 출구(21)와 소통되는 제2 입구(41), 및 액체 물 및 물 스팀을 배출시키기 위한, 제1 보일러 유닛(5)의 제2 입구(25)와 소통되는 제2 출구(43)를 갖는다. 따라서, 물이 제1 보일러 유닛(5)과 제2 보일러 유닛(11) 사이에서 순환한다.
스크러버(17)는 매질, 즉 엔진 배기 가스(EEG) 뿐만 아니라 보일러 배기 가스(BEG)를 또한 특히 황 산화물 SOx 및 특수한 물질, 예컨대 그을음, 오일 및 중금속 입자로부터 정화하기 위해 제공된다. 스크러버는 그 자체로 관련 기술분야에 잘 공지되어 있고 본원에서 상세히 설명되지 않을 것이다. 예를 들어, 스크러버(17)는 WO 2014/135509에 기재된 유형의 것일 수 있다. 스크러버(17)는 냉각된 NOx 감소된 매질(CM-NOx)을 수용하는, 제2 보일러 유닛(11)의 제1 출구(39)와 소통되는 입구(45)를 갖는다. 또한, 스크러버(17)는 추가로 정화된 매질(FCM)을 배출시키는 출구(47)를 갖는다.
또한, 시스템(1)은, 매질이 혼합 유닛(7)에서부터 SCR 반응기(9)로 공급되는 경우에 상기 매질에 우레아를 첨가하는 주입 장치(49)를 포함한다. 비교적 뜨거운 매질(M)을 첨가하는 경우에, 우레아가 가열되어서 암모니아가 발생된다. 암모니아는 SCR 반응기(9) 내부에서 일어나는 촉매 반응을 보완한다. 더 구체적으로, 암모니아는 매질 내 NOx를 질소 및 물로 전환시키는 "환원제"로 작용한다. 본원에서의 표현 "매질"은, 이 매질이 우레아, 암모니아, 또는 이들의 생성물을 함유하든지 또는 함유하지 않든지에 상관없이 배기 가스 혼합물에 대해서 사용됨이 강조되어야 한다.
또한, 시스템(1)은 온도 센서(51) 및 제어 유닛(CU)(53)을 포함한다. 온도 센서는, 매질(M)이 SCR 반응기(9)로 유입되기 직전에 매질(M)의 온도를 측정하도록 배열된다. 제어 유닛(53)은, 온도 센서(51)와 제1 보일러 유닛(5)을 소통시키고, 온도 센서(51)의, 매질(M)의 측정된 온도 형태의 출력에 따라서 제1 보일러 유닛의 작동을 제어하도록 배열된다.
따라서, 상기 시스템(1)은 선박 상에서 사용된다. 시스템(1)은 엔진(3)으로부터의 엔진 배기 가스(EEG)를 처리하는 방법과 관련하여 이하에서 추가로 논의되는데, 상기 방법은 도 2a, 2b 및 2c의 흐름도에 의해 예시된다.
상기한 바와 같이, 제1 보일러 유닛(5)은, 선박 상에서의 상이한 응용예에서 사용될 수 있는 물 스팀 (단계 A) 뿐만 아니라, 엔진 배기 가스(EEG)를 가열시키는데 사용될 수 있는 보일러 배기 가스(BEG) (단계 B)를 배출한다. 제1 보일러 유닛(5)은, 주로 선박이 항구에 있고 스팀 생성을 위해 엔진이 가동되지 않는 경우에 그리고 엔진(3)이 낮은 부하에서, 예를 들어 연안에 근접한 상태에서 가동되는 경우에, 작동된다. 엔진이 낮은 부하에서 가동되는 경우에, 생성된 엔진 배기 가스(EEG)의 온도는 비교적 낮고, 그 후 보일러 배기 가스에 의한 엔진 배기 가스의 가열은 SCR 반응기 내부에서 적절한 NOx 전환을 위해 충분히 뜨거운 매질을 얻는데 전형적으로 필요하다.
엔진(3)을 작동시키는 동안, 엔진 배기 가스(EEG)가 엔진(3)으로부터 혼합 유닛(7)으로 공급된다 (단계 C). 매질(M)은 혼합 유닛(7)으로부터 공급된다 (단계 M). 매질(M)의 함량은 엔진 배기 가스(EEG)가 얼마나 뜨거운지에 따른다. 엔진 배기 가스(EEG)가 비교적 뜨거우면, 매질(M)은 엔진 배기 가스만으로 구성될 수 있다. 그러나, 엔진 배기 가스(EEG)가 비교적 차가우면, 매질(M)은 엔진 배기 가스와 보일러 배기 가스(BEG)의 혼합물일 수 있다.
매질이 SCR 반응기(9) 내로 공급되기 직전의 매질의 온도는 센서(51)에 의해 측정된다 (단계 D). 매질 온도가 특정 값 T6 이하이면 (단계 E), 제1 보일러 유닛(5)이 작동되는지 또는 그렇지 않은 지가 체크된다 (단계 H). 작동되지 않으면, 제1 보일러 유닛(5)이 켜진다 (단계 I). 한편, 측정된 매질 온도가 T6을 초과하면, 제1 보일러 유닛(5)이 작동되는지 또는 그렇지 않은 지가 체크된다 (단계 F). 작동된다면, 제1 보일러 유닛(5)은 꺼진다 (단계 G). 보일러 배기 가스는 제1 보일러 유닛(5)이 꺼진 후에 잠시 동안 존재할 것이고 냉각된다. 보일러 배기 가스(BEG)가 존재하는 지가 체크된다 (단계 J). 존재한다면, 보일러 배기 가스(BEG)가 제1 보일러 유닛(5)에서부터 혼합 유닛(7)으로 공급되고 (단계 K), 이 혼합 유닛(7)에서 보일러 배기 가스(BEG)는 엔진 배기 가스(EEG)와 함께 매질 내로 혼합된다 (단계 L). 여기서, T6는 330℃이다.
매질(M)이 혼합 유닛(7)으로부터 SCR 반응기(9)에 수용되기 전에 (단계 O), 우레아가 주입 장치(49)에 의해 매질에 첨가된다 (단계 N). SCR 반응기(9) 내부에서, 매질(M) 중에 함유된 NOx는 질소 및 물로 전환된다 (단계 P). NOx 감소된 매질(M-NOx)은 SCR 반응기(9) (단계 Q)로부터 제2 보일러 유닛(11)(단계 R)으로 공급되는데, 이 제2 보일러 유닛(11) 내부에서는 NOx 감소된 매질(M-NOx)로부터의 열이 제2 보일러 유닛(11) 내부의 물로 전달된다 (단계 S). 이에 의해, NOx 감소된 매질은 대략 180℃로 냉각된다. 제1 및 제2 보일러 유닛(5 및 11)은 상기한 바와 같이 물 시스템을 공유하고 서로 소통된다. 물은 제1 보일러 유닛(5)과 제2 보일러 유닛(11) 사이에서 연속적으로 순환하고 (단계 T), 액체 물이 제1 보일러 유닛(5)에서부터 제2 보일러 유닛(11)으로 공급되고, 액체 물 및 물 스팀은 제2 보일러 유닛(11)에서부터 제1 보일러 유닛(5)으로 공급된다.
냉각된 NOx 감소된 매질(CM-NOx)이 제2 보일러 유닛(11) (단계 U)으로부터 스크러버(17) (단계 V)로 공급되고, 이 스크러버(17)에서 상기 매질(CM-NOx)이 상기한 바와 같이 추가로 정화된다 (단계 X). 최종적으로, 추가로 정화된 매질(FCM)이 스크러버로부터 배출되고 (단계 Y), 굴뚝 (예시되지 않음)을 통해 대기로 공급된다.
도면에 예시되지 않거나 본원에서 상세히 설명되지 않는다 하더라도, SCR 반응기로부터 공급된 매질을 분석한다. 매질(M-NOx)이 너무 많은 NOx를 함유하면, 매질(M)이 SCR 반응기로 유입되기 전에 더 많은 우레아가 매질(M)에 첨가된다. 기본적인 작동을 위해 그리고 시스템이 안정화될 때까지, 우레아 공급은 사전 규정된 곡선에 따라 수행된다.
도 3은, 범위 200-340℃ 내 배기 가스 온도를 갖는 4-행정(stroke) 엔진에 대한 엔진 부하의 함수로서 배기 가스 온도를 예시하는 다이어그램을 포함한다. 하부 그래프는 엔진 배기 가스 온도를 예시하는 반면, 상부 그래프는 매질 온도를 예시하며, 상기 매질은 엔진 배기 가스(EEG)와 보일러 (제1 보일러 유닛) 배기 가스(BEG)의 혼합물이다. 여기서 최대 보일러 배기 가스 온도는 390℃이다. 상대적 기체 질량은 80% 엔진 배기 가스, EEG, 및 20% 보일러 배기 가스 20%, BEG이다. 낮은 엔진 부하에서, 보일러는 100%로 작동한다. 높은 엔진 부하에서, 보일러는 꺼진다. 아래 표는 도 3에서의 다이어그램의 토대를 형성하는 파라미터 값을 포함한다.
Figure pct00001
다이어그램으로부터, 단지 50%를 초과하는 엔진 부하에서 엔진 배기 가스 온도는 330℃를 초과함이 명확하다. 그러나, 뜨거운 보일러 배기 가스 덕분에, 매질 온도는 모든 경우에서 330℃ 이상이다.
상기 값은, 특정 유형의 엔진, 특정 유형의 제1 보일러 유닛 및 특정의 상대적 기체 질량 (80-20)에 대하여 유효하다. 당연히, 대안적인 유형의 엔진 및 제1 보일러 유닛을 사용하고 다른 상대적 기체 질량을 사용하면, 상기 파라미터는 다른 값을 가질 수 있다. 예로서, 대신 상대적 기체 질량이 70% EEG 및 30% BEG이면, 보일러 부하 및 따라서 보일러 배기 가스 온도는 매질 온도를 낮추지 않고 낮춰질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 선박 엔진(3)으로부터의 배기 가스는 필요한 경우 제1 보일러 유닛(5)으로부터의 배기 가스에 의해 가열된다. 또한, 제1 보일러 유닛(5)은, 선박 상에서의 상이한 응용예에서 사용될 수 있는 스팀을 생성시킨다. SCR 반응기(9) 및 스크러버(17)는 엔진(3)으로부터의 배기 가스 뿐만 아니라 제1 보일러 유닛(5)으로부터의 배기 가스를 정화하는데, 이는 환경적인 측면에서 유리하다. 또한, 제2 보일러 유닛(11)은 엔진(3)으로부터의 배기 가스로부터 뿐만 아니라, 제1 보일러 유닛(5)으로부터의 배기 가스로부터 열을 회수하는데, 이는 에너지 효율적이며 따라서 경제적인 측면에서 유리하다.
본 발명의 상기 실시양태는 단지 실시예로서만 이해되어야 한다. 통상의 기술자는 논의된 실시양태가 본 발명의 구상을 벗어나지 않고 다수의 방식으로 가변될 수 있음을 자각하고 있다.
당연히, 본 발명의 시스템 및 방법은 상기한 것 이외에 각각 추가적인 부품 및 단계를 포함할 수 있다. 예로서, 추가적인 혼합 유닛이 주입 장치(49)와 SCR 반응기(9) 사이에 제공되어, 우레아/암모니아와 매질의 적절한 혼합을 보장할 수 있다.
유사하게, 본 발명의 시스템 및 방법은 상기한 것보다 각각 더 적은 부품 및 단계를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 시스템은 스크러버 또는 제2 보일러 유닛을 포함할 필요가 없다.
이상에서, 주로 2개의 상이한 매질 함량이 논의되었다; 엔진 배기 가스가 단독으로 충분히 뜨거우면 매질(M)은 엔진 배기 가스만을 함유할 수 있고, 엔진 배기 가스가 단독으로 충분히 뜨겁지 않으면 매질(M)은 엔진 배기 가스와 보일러 배기 가스의 혼합물을 함유할 수 있다. 당연히, 제1 보일러 유닛(5)이 작동되고 엔진(3)이 작동되지 않으면, 매질(M)은 보일러 배기 가스만을 함유할 수 있다.
주입 장치(49)는, 우레아 이외에 질소, N, 및 수소, H를 함유하는 다른 물질을 매질, 예를 들면, 암모니아에 첨가하도록 배열될 수 있다.
산화바나듐 이외의 다른 물질이 SCR 반응기(9) 내부에서 활성 촉매 물질로 사용될 수 있다.
상기 시스템(1)에서, 제1 보일러 유닛(5)은 주로 엔진(3)이 가동되지 않는 경우에, 예를 들면, 선박이 항구에 있는 경우에, 그리고 엔진(3)이 낮은 부하에서 가동되는 경우에, 예를 들면 연안에 근접하는 경우에 작동된다. 이에 의해, SCR 반응기(9)는 심지어 엔진(3)이 작동되지 않는 경우에도 항상 뜨겁게 유지될 수 있다. 이에 의해, 엔진(3) 개시부터 SCR 반응기(9) 내부에서 적절한 NOx 전환/감소가 얻어질 수 있을 때까지의 시간이 최소화될 수 있다. 이는, 선박이 연안에 근접하는 경우에 상기 시간이 전형적으로 경과하고 배출로부터 비롯되는 손실이 최대가 될 수 있기 때문에 중요하다.
상기 실시양태에서와 같이 간헐적으로 작동되는 것 대신에, 제1 보일러 유닛(5)은 항상 완전히 또는 부분적으로 작동될 수 있다.
본 발명의 시스템의 부품은 상술된 바와 같이 그리고 도면에서와 같이 위치할 필요가 없다. 또한, 센서(51) 및 제어 유닛(53)이 상이하게 위치할 수 있다. 예를 들어, 대신 센서는 SCR 반응기 내부에 또는 SCR 반응기 다음에 위치할 수 있다.
혼합 유닛은 파이프 하우징 배플의 형태를 가질 필요는 없지만 또 다른, 가능하게는 더욱 "정교한" 구성, 예컨대 이동가능한 기체 혼합 부품을 포함하는 구성을 가질 수 있다.
제1 보일러 유닛은 매연-튜브 보일러를 포함할 필요는 없지만, 대신 물-튜브 보일러를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 보일러 유닛은 하나의 공통의 물 시스템을 가질 필요는 없지만, 대신에 그 자신의 고유한 개별 물 시스템을 가질 수 있다.
본 발명의 시스템은 상기 200℃ 내지 340℃의 온도를 갖는 배기 가스를 생성시키는 선박 디젤 엔진과 함께 사용될 필요는 없지만, 다른 유형의 엔진과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 제1 보일러 유닛은 상기 특정된 것과는 상이한 온도 범위를 갖는 배기 가스를 생성시킬 수 있다. 또한, SCR 반응기는 적절한 NOx 전환을 위한 상이한 최소 매질 온도를 제공하도록 대안적으로 설계될 수 있다. 적절한 NOx 전환을 위한 최소의 매질 온도는 엔진 연료 황 함량에 따르며, 더 높은 최소 매질 온도에서 더 많은 황이 전형적으로 생성된다. 말하자면, T1, T2, T3, T4, T5 및 T6은 상기 제시된 값 이외의 다른 값을 가질 수 있다.
상기 실시양태에서, 센서(51)에 의해 측정된 매질 온도는 제1 보일러(5) 유닛이 작동되어야 하는지 또는 그렇지 않은 지를 결정한다. 대안적인 실시양태에 따르면, 대신 제2 보일러 유닛(11)에 의해 생성된 스팀의 양이 제1 보일러 유닛(5)이 작동되어야 하는지 또는 그렇지 않은 지를 결정한다. 선박이, 엔진(3)이 낮은 부하에서 작동되거나 또는 완전히 작동 중단되는 경우에 전형적으로 나타나는, 제2 보일러 유닛(11)이 공급할 수 있는 스팀보다 많은 스팀을 필요로 하면, 제1 보일러 유닛이 작동된다. 결과적으로, 제2 보일러 유닛에 의해 생성된 스팀의 양이 충분하면, 제1 보일러 유닛은 작동되지 않는다.
한정사 제1, 제2, 제3 등은, 본원에서 단지 동일한 종류의 종을 구별하기 위해 그리고 종 사이에서의 임의 종류의 상호 순서를 나타내지 않도록 사용된다.
문자 'A', 'B', …는, 상이한 방법 단계를 단지 구별하기 위해 그리고 상기 단계 사이에서의 임의 종류의 상호 순서를 나타내지 않도록 본원에서 사용된다.
본 발명과 관련되지 않은 상세사항의 설명은 생략되었고, 도면은 단지 개략적이며 비율에 따라 도시되어 있지 않음이 강조되어야 한다. 도면의 일부는 다른 것들보다 더욱 단순화되었음이 또한 언급되어야 한다. 따라서, 몇몇 부품은 한 도면에서는 예시되지만 또 다른 도면에서는 생략될 수 있다.

Claims (14)

  1. 엔진(3)으로부터의 엔진 배기 가스(EEG)의 처리를 위한 시스템(1)으로서,
    상기 엔진 배기 가스(EEG)는 T1 내지 T2의 온도를 가지며, 상기 시스템(1)은 엔진 배기 가스(EEG)를 함유하는 매질(M) 중에 함유된 NOx를 N2 및 H2O로 전환시키는 SCR 반응기(9)를 포함하며, 상기 SCR 반응기(9)는 매질(M)을 수용하는 입구(33) 및 NOx 감소된 매질(M-NOx)을 배출시키는 출구(35)를 가지며,
    상기 시스템(1)은 혼합 유닛(7) 및 제1 보일러 유닛(5)을 추가로 포함하고, 제1 보일러 유닛(5)은 제1 보일러 유닛(5)으로부터 보일러 배기 가스(BEG)를 배출시키는 제1 출구(19)를 가지며, 상기 보일러 배기 가스(BEG)는 T3 > T1인, T3 이상의 온도를 가지며, 혼합 유닛(7)은, 엔진 배기 가스(EEG)와 보일러 배기 가스(BEG)가 혼합되어 상기 매질(M)을 생성시키도록 배열되고, 혼합 유닛(7)은 엔진 배기 가스(EEG)를 수용하는, 엔진(3)과 소통되는 제1 입구(27), 보일러 배기 가스(BEG)를 수용하는, 제1 보일러 유닛(5)의 제1 출구(19)와 소통되는 제2 입구(29), 및 상기 매질(M)을 배출시키는 출구(31)를 가지며, 혼합 유닛(7)의 출구(31)는 SCR 반응기(9)의 입구(33)와 소통되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 매질(M)로부터 열을 회수하는 제2 보일러 유닛(11)을 추가로 포함하고, 제2 보일러 유닛(11)은 NOx 감소된 매질(M-NOx)을 수용하는, SCR 반응기(9)의 출구(35)와 소통되는 제1 입구(37), 및 냉각된 NOx 감소된 매질(CM-NOx)을 배출시키는 제1 출구(39)를 갖는 것인 시스템(1).
  3. 제2항에 있어서, 제2 보일러 유닛(11)의 제2 입구(54)가 제1 보일러 유닛(5)의 제2 출구(21)에 연결되고, 제2 보일러 유닛(11)의 제2 출구(43)가 제1 보일러 유닛(5)의 제2 입구(25)에 연결되어, 제2 보일러 유닛(11)과 제1 보일러 유닛(5) 사이에서의 물 순환이 가능해진 것인 시스템(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 보일러 유닛(5)이 연소되는 것인 시스템(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 매질(M)이 SCR 반응기(9)로 유입되기 전에 매질(M)의 온도를 추정하는 온도 센서(51)를 추가로 포함하는 시스템(1).
  6. 제5항에 있어서, 온도 센서(51)와 소통되고 온도 센서(51)의 출력에 따라 제1 보일러 유닛(5)을 제어하도록 배열된 제어 유닛(53)을 추가로 포함하는 시스템(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, T3 = 360℃인 시스템(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 시스템(1)을 포함하는 선박.
  9. 선박 상에서의 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 시스템(1)의 용도.
  10. 엔진으로부터의 엔진 배기 가스(EEG)의 처리 방법으로서,
    상기 엔진 배기 가스(EEG)는 T1 내지 T2의 온도를 가지며, 상기 방법은
    엔진 배기 가스를 함유하는 매질을 SCR 반응기에 수용하는 단계 (단계 O),
    SCR 반응기에서, 매질 중에 함유된 NOx를 N2 및 H2O로 전환시키는 단계 (단계 P), 및
    SCR 반응기로부터 NOx 감소된 매질을 배출시키는 단계 (단계 Q)
    를 포함하며,
    제1 보일러 유닛으로부터, T3 > T1인, T3 초과의 온도를 갖는 보일러 배기 가스를 배출시키는 단계 (단계 B),
    혼합 유닛에 엔진 배기 가스 및 보일러 배기 가스를 수용하는 단계 (단계 C 및 K),
    혼합 유닛에서 엔진 배기 가스 및 보일러 배기 가스를 혼합시켜서 상기 매질을 생성시키는 단계 (단계 L), 및
    혼합 유닛으로부터 상기 매질을 배출시키는 단계 (단계 M)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 제2 보일러 유닛에 NOx 감소된 매질을 수용하는 단계 (단계 R),
    제2 보일러 유닛에서, NOx 감소된 매질로부터 열을 회수하는 단계 (단계 S), 및
    제2 보일러 유닛으로부터 냉각된 NOx 감소된 매질을 배출시키는 단계 (단계 U)
    를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제2 보일러 유닛의 제2 입구가 제1 보일러 유닛의 제2 출구에 연결되고, 제2 보일러 유닛의 제2 출구가 제1 보일러 유닛의 제2 입구에 연결되며, 제2 보일러 유닛과 제1 보일러 유닛 사이에서 물을 순환시키는 단계 (단계 T)를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 매질이 SCR 반응기로 유입되기 전에, 온도 센서에 의해 매질의 온도를 추정하는 단계 (단계 D)를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 온도 센서의 출력에 따라 제1 보일러 유닛을 제어하는 단계 (단계 E, F, G, H 및 I)를 추가로 포함하는 방법.
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