KR20170111867A - 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 복수의 동력 발생 장치와 각각 연결되어 상기 복수의 동력 발생 장치로부터 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시키는 복수의 배기 유로와, 상기 복수의 배기 유로마다 각각 설치되며 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 설치된 복수의 반응기와, 상기 복수의 배기 유로로부터 각각 분기된 복수의 분기관과, 상기 복수의 분기관과 연결되어 상기 복수의 분기관을 따라 이동한 상기 배기가스의 일부를 승온시키는 통합 가열 장치, 그리고 상기 통합 가열 장치에 의해 승온된 상기 배기가스의 일부가 상기 복수의 반응기 전방에서 상기 복수의 배기 유로에 합류하도록 상기 통합 가열 장치와 상기 복수의 배기 유로를 각각 연결하는 복수의 분배관을 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REUCTION SYSTEM}
본 발명은 선택적 촉매 환원 반응을 이용하여 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박 등에 사용되는 동력 장치는 동력을 발생시키는 디젤 엔진과, 디젤 엔진에 소기용 공기를 공급하는 과급기(turbocharger), 그리고 디젤 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템 등을 포함한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있도록 이의 성능과 운용이 요구되고 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 경제성과 방사능 규제 등을 고려하여 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 갖는 고온 활성 촉매를 주로 이용하고 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다.
그런데, 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 촉매가 피독되면서 지속적으로 촉매의 활성도가 저하된다. 특히, 고온 활성 촉매가 설치된 반응기에 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 암모니아(NH4)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 따라서, 촉매의 효율을 높이고 유지 보수에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 촉매의 온도를 활성 온도 범위 내로 유지하는 것이 요구된다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 우레아(Urea)나 암모니아(NH3)를 사용하고 있다.
그런데 우레아가 섭씨 250도 미만의 온도를 갖는 배기가스에 직접 분사되면, 우레아가 분해되면서 생성되는 뷰렛(biuret), 시아누르산(cyanuric acid), 멜라민(melamine), 및 아멜린(ammeline) 등과 같은 부산물에 의해 노즐이 막히거나 배기가스의 흐름을 방해하는 문제점이 있다.
이에, 우레아를 배기가스에 분사할 때, 배기가스의 온도를 우레아가 분해되기에 적당한 온도로 유지하는 것이 요구된다.
또한, 통상 중대형 선박에는 추진용 주동력원인 2행정 저속 디젤 엔진 이외에 발전용 또는 보조 동력원으로 사용되는 4행정 중속 디젤 엔진도 사용되고 있다. 즉, 선박에는 동력 장치로 복수의 엔진들이 사용되는 경우가 많다.
하지만, 복수의 엔진들에서 각각 배출된 배기가스의 온도를 일일이 우레아가 분해되기에 적당한 온도로 유지하거나 촉매가 피독되지 않도록 활성 온도 범위 내로 유지하는 것은 용이하지 않거나 많은 비용이 요구되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 복수의 동력 발생 장치에서 각각 배출된 배기가스의 온도를 승온시키거나 반응기로 유입되는 배기가스를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 복수의 동력 발생 장치와 각각 연결되어 상기 복수의 동력 발생 장치로부터 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시키는 복수의 배기 유로와, 상기 복수의 배기 유로마다 각각 설치되며 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 설치된 복수의 반응기와, 상기 복수의 배기 유로로부터 각각 분기된 복수의 분기관과, 상기 복수의 분기관과 연결되어 상기 복수의 분기관을 따라 이동한 상기 배기가스의 일부를 승온시키는 통합 가열 장치, 그리고 상기 통합 가열 장치에 의해 승온된 상기 배기가스의 일부가 상기 복수의 반응기 전방에서 상기 복수의 배기 유로에 합류하도록 상기 통합 가열 장치와 상기 복수의 배기 유로를 각각 연결하는 복수의 분배관을 포함한다.
상기 복수의 분기관은 상기 복수의 반응기 전방에서 상기 복수의 배기 유로로부터 각각 분기될 수 있다.
상기 복수의 동력 발생 장치는 엔진과 과급기를 포함하며, 상기 복수의 분기관은 각각 상기 과급기를 거친 상기 배기가스의 일부를 분기시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 동력 발생 장치는 엔진과 과급기를 포함하며, 상기 복수의 분기관은 각각 상기 과급기를 거치기 전의 상기 배기가스의 일부를 분기시킬 수도 있다.
또한, 상기 복수의 분기관은 상기 복수의 반응기 후방에서 상기 복수의 배기 유로로부터 각각 분기될 수도 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템에서, 상기 분배관과 연결되는 상기 배기 유로의 일영역은 중공 원통형으로 형성되며, 상기 분배관의 단부는 상기 배기 유로의 중심에서 편심된 방향으로 연결될 수 있다.
상기 분배관의 단부는 상기 배기 유로의 길이 방향에 교차하는 방향으로 상기 배기 유로에 연결되거나 상기 배기 유로를 따라 상기 배기가스가 이동하는 방향으로 경사지게 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 복수의 동력 발생 장치에서 각각 배출된 배기가스의 온도를 승온시키거나 반응기로 유입되는 배기가스를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 배기 유로와 분배관이 연결된 상태를 도시한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응 시스템(101)은 동력 발생 장치에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시킨다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응 시스템(101)은 복수의 동력 발생 장치와 각각 연결되어 복수의 동력 발생 장치로부터 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시킬 수 있다. 그리고 복수의 동력 발생 장치는 디젤 엔진(200)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에서, 복수의 동력 발생 장치는 선박 또는 차량 등에 추진력을 공급하는 주동력원으로 사용되는 2행정 저속 디젤 엔진(200)과 발전용 또는 보조 동력원으로 사용되는 4행 중속 디젤 엔진(200) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 동력 발생 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 동력 발생 장치는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.
또한, 동력 발생 장치는 과급기(250)를 더 포함할 수 있다. 과급기(250)는 디젤 엔진(200)의 배기구와 연결되어 디젤 엔진(200)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 디젤 엔진(200)에 새로운 외부 공기를 압축하여 공급한다. 이에, 과급기(250)가 장착된 디젤 엔진(200)은 효율이 향상된다. 하지만, 과급기(250)는 필요에 따라 생략될 수도 있으며, 도 1에 나타난 위치에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 바에 따라 다양한 위치에 설치될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서, 디젤 엔진(200)이 배출하는 배기가스는 섭씨 250도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가지며, 배기가스의 온도는 과급기(250)를 거치면 낮아질 수 있다. 일례로, 과급기(250)를 거친 배기가스는 온도가 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만으로 낮아질 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 복수의 배기 유로(610), 복수의 반응기(300), 복수의 분기관(670), 통합 가열 장치(400), 및 복수의 분배관(680)을 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 환원제 공급부(500) 및 믹싱 부재(550)를 더 포함할 수 있다.
복수의 배기 유로(610)는 복수의 동력 발생 장치의 디젤 엔진(200)과 각각 연결되어 복수의 디젤 엔진(200)으로부터 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시켜 배출한다. 구체적으로, 복수의 배기 유로(610)는 각각 디젤 엔진(200)의 배기구와 연결되어 디젤 엔진(200)의 배기가스를 배출시킨다.
또한, 동력 발생 장치가 과급기(250)를 포함한 경우, 배기 유로(610)는 디젤 엔진(200)과 과급기(250) 그리고 후술할 반응기(300)를 순차적으로 연결할 수 있다. 즉, 디젤 엔진(200)의 배기가스는 배기 유로(610)를 따라 이동하여 반응기(300)에 유입된다.
복수의 반응기(300)는 복수의 배기 유로(610)마다 각각 설치된다. 또한, 복수의 반응기(300)는 각각 디젤 엔진(200)에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매(350)를 포함한다. 촉매(350)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 반응기(300)의 내부에 설치되는 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수 있다. 즉, 촉매(350)가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다.
촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(350)는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위를 벗어난 환경에서 반응하면, 촉매(350)가 피독되면서 효율이 저하된다.
예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH3)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다.
구체적으로, 촉매(350)를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매(350)에 흡착되어 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.
환원제로는 암모니아(NH3) 또는 우레아(urea, CO(NH2)2)가 사용될 수 있다. 환원제로 우레아(urea)가 사용될 경우, 우레아(urea, CO(NH2)2)를 가수분해 또는 열분해시켜 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 이와 같이, 우레아를 분해시켜 최종적으로 암모니아를 생성한다. 그리고 암모니아(NH3)는 질소산화물과 직접 반응하는 최종적인 환원제의 역할을 한다. 즉, 우레아(urea, CO(NH2)2)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)은 환원제 전구체에 해당한다.
또한, 반응기(300)의 하우징은, 일례로, 내열성이 우수한 스테인레스 스틸(stainless steel)을 소재로 만들어질 수 있다.
환원제 공급부(500)는 복수의 배기 유로(610)마다 각각 설치된다. 이때, 환원제 공급부(500)는 반응기(300) 전방의 배기 유로 상에 설치된다. 본 명세서에서 전방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 상류 방향을 의미하고, 후방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 하류 방향을 의미한다.
그리고 환원제 공급부(500)는 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스에 분사한다. 환원제 공급부(500)에 의해 공급된 우레아는 배기가스에 분사된 후 배기가스가 갖는 열에너지에 의해 암모니아로 분해된다.
환원제 공급부(500)는 디젤 엔진(200)의 부하에 따라 변동하는 환원제 요구량을 고려하여 적절한 양의 우레아를 공급할 수 있다.
또한, 도시하지 않았으나, 환원제 공급부(500)는 저장 탱크, 분무용 압축 공기 공급 장치 등 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 구성을 포함할 수 있다.
믹싱 부재(550)는 환원제 공급부(500)와 반응기(300) 사이의 배기 유로(610) 상에 설치될 수 있다. 믹싱 부재(550)는 환원제 공급부(500)에서 분사된 환원제 또는 환원제 전구체가 반응기(300)에 유입되기 전에 배기가스와 효과적으로 혼합될 수 있게 한다.
복수의 분기관(670)은 복수의 배기 유로(610)로부터 각각 분기된다.
본 발명의 제1 실시예에서, 복수의 분기관(670)은 복수의 반응기(300) 전방에서 복수의 배기 유로(610)로부터 각각 분기된다. 그리고 복수의 분기관(670)은 각각 과급기(250)를 거친 배기가스의 일부를 분기시킨다.
통합 가열 장치(400)는 복수의 분기관(670)과 연결되어 복수의 분기관(670)을 따라 이동한 배기가스를 승온시킨다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 하나의 통합 가열 장치(400)가 복수의 분기관(670)과 연결된다. 즉, 복수의 동력 발생 장치의 디젤 엔진(200)으로부터 각각 배출된 배기가스는 하나의 통합 가열 장치(400)를 통해 승온시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서, 통합 가열 장치(400)가 공급하는 열에너지는 환원제 공급부(500)가 배기 유로(610)에 분사한 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분해시켜 환원제인 암모니아를 생성하는데 사용될 수 있다.
환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)는 통합 가열 장치(400)가 공급한 열에너지에 의해 가수분해 또는 열분해되면서 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성된다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해된다. 즉, 우레아가 분해되면 최종적으로 암모니아가 생성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서, 통합 가열 장치(400)는 복수의 동력 발생 장치의 디젤 엔진(200)에서 배출되는 배기가스가 우레아를 분해시키기에 충분한 온도를 갖는 경우 가동되지 않는다.
즉, 통합 가열 장치(400)는 복수의 동력 발생 장치의 디젤 엔진(200)에서 배출된 배기가스의 온도가 우레아를 분해시키는데 필요한 적정 온도 미만일 때 가동되어 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분해시켜 환원제인 암모니아를 생성하기 위해 필요한 열량을 공급한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 필요에 따라, 통합 가열 장치(400)가 반응기(300)에 설치된 촉매(350)의 재생 또는 예열에도 사용될 수 있다.
이와 같이, 통합 가열 장치(400)는 복수의 동력 발생 장치의 디젤 엔진(200)에서 각각 배출된 배기가스의 온도를 승온시키거나 반응기로 유입되는 배기가스를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있다. 여기서, 기설정된 온도는 환원제 전구체인 우레아가 가수분해 또는 열분해되기에 적정한 온도이거나 반응기(300)에 설치된 촉매를 재생시킬 수 있는 온도일 수 있다.
구체적으로, 통합 가열 장치(400)는 가열부(410)와 송풍부(420)를 포함할 수 있다.
가열부(410)가 가동되면 분기 유로(670)를 따라 이동하는 배기가스를 가열하여 승온시킨다. 일례로, 가열부(410) 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner)일 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에서, 가열부(410)의 가동에는 산소가 요구될 수 있다.
송풍부(420)는 가열부(410)에 의해 승온된 배기가스의 유량과 유속을 제어할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 가열부(410)의 가동에 산소가 요구될 경우 외기 공급부가 산소를 공급할 수 있다. 이때, 외기 공급부는 가열부(410)가 연료를 연소시키기 위해 필요한 산소가 공급될 정도의 공기를 공급할 수 있다. 외기 공급부는 외부의 공기를 주입하기 위한 외기 공급 유로와, 외기 공급 유로를 개폐하는 외기 공급 밸브, 또는 외기 공급 펌프 등을 포함할 수 있다.
복수의 분배관(680)은 통합 가열 장치(400)에 의해 승온된 배기가스가 복수의 배기 유로(610)에 재합류되도록 통합 가열 장치(400)와 복수의 배기 유로(610)를 각각 연결한다. 이때, 복수의 분배관(680)은 복수의 반응기(300) 전방에서 복수의 배기 유로(610)에 각각 연결된다. 이와 같이, 통합 가열 장치(400)에 의해 승온된 배기가스는 배기 유로(610)를 흐르던 배기가스와 혼합되어 반응기로 향하는 배기가스의 전체적인 온도를 상승시킨다.
그리고 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 분배관(680)과 연결되는 배기 유로(610)의 일영역은 중공 원통형으로 형성되며, 분배관(680)의 단부는 배기 유로(610)의 중심에서 편심된 방향으로 연결된다.
이에, 분배관(680)을 통해 배기 유로(610)로 유입된 승온된 배기가스는 배기 유로(610)에서 선회류를 형성하여 배기 유로(610)를 흐르던 기존의 배기가스와 효과적으로 혼합된다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 분배관(680)은 전술한 믹싱 부재(550)와 함께 배기가스의 혼합 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 분배관(680)의 단부는 배기 유로(610)의 길이 방향에 교차하는 방향으로 배기 유로(610)에 연결되거나 배기 유로(610)를 따라 배기가스가 이동하는 방향으로 경사지게 연결될 수 있다. 이때, 분배관(680)의 단부가 배기 유로(610)에 경사지게 연결된 각도(θ)는 0도 내지 60도 범위 내의 각도를 가질 수 있다.
이에, 통합 가열 장치(400)를 거치면서 승온된 배기가스는 배기 유로(610)를 따라 이동하던 배기가스와 합류하여 효과적으로 혼합될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 복수의 동력 발생 장치에서 각각 배출된 배기가스의 온도를 승온시키거나 반응기(300)로 유입되는 배기가스를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있다. 여기서, 기설정된 온도는 환원제 전구체인 우레아가 가수분해 또는 열분해되기에 적정한 온도이거나 반응기(300)에 설치된 촉매(350)를 재생시킬 수 있는 온도일 수 있다.
구체적으로, 통합 가열 장치(400)를 사용하여 복수의 동력 발생 장치에서 배출된 배기가스의 온도를 동시에 승온시키거나 반응기(300)로 유입되는 배기가스를 기설정된 온도로 유지시켜 환원제 공급부에서 공급된 환원제 전구체인 우레아를 안정적으로 분해하여 환원제인 암모니아를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 통합 가열 장치(400)를 사용하므로, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 설치 및 유지 비용을 감소시키고 효과적인 운용이 가능하다.
또한, 분배관(680)의 단부가 배기 유로(610)와 편심되도록 연결되어 분배관(680)에서 배기 유로(610)로 유입된 승온된 배기가스가 선회류를 생성하므로, 환원제 공급부(500)에서 공급된 환원제와 배기가스의 혼합 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응 시스템(102)을 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)에서 복수의 분기관(670)은 복수의 배기 유로(610)로부터 각각 분기되는데, 이때 복수의 분기관(670)은 각각 과급기(250)를 거치기 전의 배기가스의 일부를 분기시킨다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 복수의 분기관(670)이 복수의 배기 유로(610)로부터 각각 분기되는 지점을 제외하면 제1 실시예와 동일하다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)도 복수의 동력 발생 장치에서 각각 배출된 배기가스의 온도를 승온시키거나 반응기(300)로 유입되는 배기가스를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 과급기(250)를 거치기 전의 배기가스의 일부를 분기시키므로, 복수의 분기관(670)을 따라 이동하는 배기가스가 제1 실시예와 비교하여 상대적으로 높은 온도를 갖는다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예와 비교하여 통합 가열 장치(400)의 가동을 상대적으로 최소화시킬 수 있다. 즉, 통합 가열 장치(400)의 가동에 따른 추가 연료 소모를 감소시킬 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응 시스템(103)을 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)에서, 복수의 분기관(670)은 복수의 반응기(300) 후방에서 복수의 배기 유로(610)로부터 각각 분기된다.
즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 복수의 분기관(670)이 복수의 배기 유로(610)로부터 각각 분기되는 지점을 제외하면 제1 실시예와 동일하다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)도 복수의 동력 발생 장치에서 각각 배출된 배기가스의 온도를 승온시키거나 반응기로 유입되는 배기가스를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 반응기(300)를 거친 배기가스의 일부를 분기시키므로, 반응기(300)를 거친 배기가스가 갖는 열에너지를 회수할 수 있다. 즉, 제3 실시예에서는, 폐열을 회수하여 재활용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제1 실시예와 비교하여 낭비되는 열에너지를 최소화할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 선택적 촉매 환원 시스템
200: 디젤 엔진
250: 과급기
300: 반응기
350: 촉매
400: 통합 가열 장치
410: 가열부
420: 송풍부
500: 환원제 공급부
550: 믹싱 부재
610: 배기 유로
670: 분기 유로
680: 분배 유로

Claims (7)

  1. 복수의 동력 발생 장치와 각각 연결되어 상기 복수의 동력 발생 장치로부터 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시키는 복수의 배기 유로;
    상기 복수의 배기 유로마다 각각 설치되며 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 설치된 복수의 반응기;
    상기 복수의 배기 유로로부터 각각 분기된 복수의 분기관;
    상기 복수의 분기관과 연결되어 상기 복수의 분기관을 따라 이동한 상기 배기가스의 일부를 승온시키는 통합 가열 장치; 및
    상기 통합 가열 장치에 의해 승온된 상기 배기가스의 일부가 상기 복수의 반응기 전방에서 상기 복수의 배기 유로에 합류하도록 상기 통합 가열 장치와 상기 복수의 배기 유로를 각각 연결하는 복수의 분배관
    을 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분기관은 상기 복수의 반응기 전방에서 상기 복수의 배기 유로로부터 각각 분기된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 동력 발생 장치는 엔진과 과급기를 포함하며,
    상기 복수의 분기관은 각각 상기 과급기를 거친 상기 배기가스의 일부를 분기시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 동력 발생 장치는 엔진과 과급기를 포함하며,
    상기 복수의 분기관은 각각 상기 과급기를 거치기 전의 상기 배기가스의 일부를 분기시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분기관은 상기 복수의 반응기 후방에서 상기 복수의 배기 유로로부터 각각 분기된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배관과 연결되는 상기 배기 유로의 일영역은 중공 원통형으로 형성되며,
    상기 분배관의 단부는 상기 배기 유로의 중심에서 편심된 방향으로 연결된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분배관의 단부는 상기 배기 유로의 길이 방향에 교차하는 방향으로 상기 배기 유로에 연결되거나 상기 배기 유로를 따라 상기 배기가스가 이동하는 방향으로 경사지게 연결된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
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