KR20170112672A - 환원제 공급장치 및 그것을 구비하는 저압 scr 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우레아 용액을 별도의 추가 열원 공급 없이 배기가스의 온도를 이용하여 낮은 온도 분위기에서도 암모니아로 효율적으로 분해할 수 있도록 하여 SCR 시스템의 경제성을 높이고 부반응물의 생성과 악영향을 개선하여 SCR 촉매의 수명을 향상시킬 수 있도록 하는 환원제 공급장치 및 그것을 구비하는 저압 SCR 시스템을 개시한다. 본 발명의 환원제 공급장치는, 우레아 용액이 저장되는 저장탱크(100); 상기 저장탱크(100)로부터 우레아 공급관(102)을 통해 우레아 용액을 고압으로 이송해 주는 가압 펌프(110); 배기관 안에 내장되어 상기 가압 펌프(110)에 의해 상기 우레아 공급관(102)으로부터 우레아 용액을 공급받으며, 내부에는 우레아 용액을 암모니아로 분해하기 위한 우레아 분해용 촉매(260)가 구비되고, 상기 우레아 공급관(102)으로부터 공급받은 우레아 용액을 수용 및 체류시킴과 함께 상기 가압 펌프(110)에 의해 소정 압력으로 가압하기 위한 용적을 제공하며, 배기관을 흐르는 배기가스로부터 전달받은 열과 상기 가압 펌프(110)에 의한 가열, 가압 분위기하에서 상기 우레아 분해용 촉매(260)에 의해 우레아 용액을 암모니아로 전환하고 암모니아 전환 용액을 배기관(20) 안에 분무하는 가열가압 배럴(250); 을 포함한다. 본 발명의 저압 SCR 시스템은, 상기 환원제 공급장치를 과급기(40) 하류측에 배치하고, 환원제 공급장치의 하류 측에 SCR 반응기(30)를 설치한다.

Description

환원제 공급장치 및 그것을 구비하는 저압 SCR 시스템{REDUCING AGENT SUPPLY APPARATUS AND LOW PRESSURE SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM WITH THEREOF}
본 발명은 환원제를 배기관에 분사하는 방식의 SCR 시스템의 환원제 공급 장치 및 그것을 구비하는 저압 SCR 시스템에 관한 것으로서, 특히 우레아 용액을 별도의 추가 열원 공급 없이 배기가스의 온도를 이용하여 낮은 온도 분위기에서도 암모니아로 효율적으로 분해할 수 있도록 하여 SCR 시스템의 경제성을 높이고 부반응물의 생성과 악영향을 개선하여 SCR 촉매의 수명을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템은, 디젤, 가솔린, 벙커유, LNG, LPG, 바이오 연료 등의 화석연료를 사용하는 엔진, 소각로 및 산업용 연소설비에서 배출되는 배기가스 중의 질소 산화물(NOx)을 제거하기 위한 효과적인 배기가스 처리 장치 중 하나이다.
일반적으로, SCR 시스템의 배출가스 처리는, 촉매가 내장된 SCR 반응기를 배기관에 설치해 두고, SCR 반응기 상류 측에 우레아(Urea) 용액을 분무하여, 우레아의 미세 입자가 배기가스와 섞이면서 분해되어 환원제인 암모니아를 생성하고, 생성된 암모니아와 배기가스가 촉매를 통과하면서 배기가스 중의 질소산화물의 환원반응을 촉진하여 인체에 무해한 질소와 수증기로 환원시켜 배출시킨다.
예를 들어, 선박용 디젤 엔진의 배기관 내부에 분무한 우레아 용액은, 일정 범위의 요구 온도(예; 약 300℃ 부근 또는 이상)의 배기가스 중에서 안정적으로 암모니아로 분해되고, 이와 함께 분해반응에 소정의 체류시간이 필요함과 더불어 배기가스와의 혼합이 잘 이루어져야 한다. 이렇게 하여야만, 암모니아의 분해가 완전하게 이루어져서 질소산화물 제거 효율이 높아지고, 질산암모늄(ammonium nitrate)이나 ABS(Ammonium Bisulfate : NH4HSO4) 등의 부반응물의 생성을 억제하여 성능 저하를 줄일 수 있다.
우레아의 분해에 필요한 온도를 확보하기 위해서는, 예를 들어 '고압 SCR 시스템'처럼 SCR 반응기를 과급기의 상류에 설치하여 높은 배기가스의 온도를 이용하여야 하지만, SCR 반응기를 엔진에 가깝게 배치하여야 함으로써 엔진 공간 설계에 제한을 주게 된다.
또한, SCR 반응기를 과급기의 하류 측에 배치하는 '저압 SCR 시스템'의 경우에는, 우레아를 미리 암모니아로 분해한 다음 SCR 반응기 상류 측의 배기관에 분무하는 장치를 도입하기도 하는데(특허문헌 1 내지 5 참고), 암모니아 분해를 위한 별도의 열분해 챔버를 두고 거기에 에너지를 공급하여야 함으로써 시스템이 복잡해지고 에너지 낭비가 심해지는 단점이 있다. 또한, 엔진의 직후단에서(예; 터보차저 상류 측에서) 온도가 높은(덜 식은) 배기가스를 우회시켜 SCR 반응기로 유입시켜 배기가스 온도를 증가시키는 장치를 도입하기도 하는데(특허문헌 6 내지 8 참고), 이것은 주로 SCR 촉매의 활성온도를 위한 것이어서 우레아 분해 효과가 미미하고, 앞에서 말한 별도의 분해장치를 두어야 하는 경우가 많다.
또한, 우레아 분해가 원활히 이루어지도록 하기 위해, 배기관에 분무 된 우레아와 배기가스의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 혼합 장치(특허문헌 9 내지 10 참고)를 두거나, 그와 함께 우레아와 배기가스의 충분한 혼합 시간을 확보하기 위해 우레아 분무 지점으로부터 SCR 반응기까지의 배기관의 길이를 길게 확보하여야 하는 폐단이 있다.
이와 같은 점을 개선하기 위한 방편으로, 본 출원인이 특허 등록한 특허문헌 11에는 촉매 분해 반응부를 이용하여 우레아 용액을 암모니아로 분해(전환)한 다음, 암모니아 전환 용액을 배기관으로 직접 분사하는 장치가 소개되어 있다.
특허문헌 10에 개시된 장치에 의하면, 촉매 반응부를 이용하여 우레아 용액을 암모니아 용액으로 전환한 다음 배기관에 분사하므로, 우레아 분사를 위한 별도의 공기압축기가 필요치 않아 적은 에너지로 우레아 용액을 암모니아로 분해하여 공급함으로써 질소산화물과의 반응 효율을 향상시킨 것이다.
특허문헌 10에 개시된 장치는 위와 같은 장점을 갖추고 있지만, 우레아 용액의 암모니아 분해(전환) 반응에 필요한 열에너지의 효율적이고 경제적인 공급과, 공급된 열에너지를 이용하여 일정한 온도와 압력으로의 유지와, 암모니아 분해 반응에 필요한 체류시간의 확보에 대한 기술 개발의 필요성을 인식하였다.
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본 발명의 목적은 별도의 촉매를 이용하여 우레아 용액을 미리 암모니아로 분해하여 공급하되, 우레아 용액의 암모니아 분해 반응에 필요한 열에너지의 효율적이고 경제적으로 공급 가능하면서, 공급된 열에너지를 통해 분해 반응에 필요한 온도와 압력으로 지속적으로 유지하고 체류시간을 효과적으로 확보할 수 있도록 함으로써 암모니아 분해 효율을 극대화할 수 있도록 하는 환원제 공급장치 및 그것을 구비하는 저압 SCR 시스템을 제공하는 것에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 환원제 공급장치는, 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR 시스템의 환원제인 우레아 용액을 공급하는 장치로서, 우레아 용액이 저장되는 저장탱크(100); 상기 저장탱크(100)로부터 우레아 공급관(102)을 통해 우레아 용액을 고압으로 이송해 주는 가압 펌프(110); 배기관 안에 내장되어 상기 가압 펌프(110)에 의해 상기 우레아 공급관(102)으로부터 우레아 용액을 공급받으며, 내부에는 우레아 용액을 암모니아로 분해하기 위한 우레아 분해용 촉매(260)가 구비되고, 상기 우레아 공급관(102)으로부터 공급받은 우레아 용액을 수용 및 체류시키기 위한 용적을 제공하며, 배기가스 및 가압 펌프(110)에 의한 가열 및 가압 분위기하에서 상기 우레아 분해용 촉매(260)에 의해 우레아 용액을 암모니아로 전환하여 배기관(20) 안에 분무하는 가열가압 배럴(250); 을 포함한 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치에서, 상기 가열가압 배럴(250)의 외부 표면에는 배기가스로부터 열을 용이하게 전달받기 위한 복수의 열전달 핀(256)을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치에서, 상기 가열가압 배럴(250)의 출구에 암모니아 전환 용액을 상기 배기관 내에 미립자로 분사하기 위한 분무용 노즐 헤드(254)를 구비하는 것아 바람직하다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치에서, 상기 가열가압 배럴(250)은, 우레아 용액을 수용하며 상기 배기관을 따라 연장되는 몸통(252); 상기 몸통(252)의 내부에 구비되는 우레아 분해용 촉매(260); 상기 몸통(252)의 입구 부분에 연결되는 우레아 공급관(102); 상기 몸통(252)의 출구 부분에 설치되는 분무용 노즐 헤드(254); 를 포함하여 구성할 수 있다.
여기서, 상기 몸통(252)은, 상기 배기관을 따라 직선형으로 연장된 형태로 이루어지고, 외부 표면에는 배기가스로부터 열을 용이하게 전달받기 위한 복수의 열전달 핀(256)을 구비할 수 있다.
또한, 상기 몸통(252)은, 상기 배기관을 따라 복수 회 굽은 형태의 굴곡형 몸통(252a)으로 구성하여도 좋다.
또한, 상기 몸통(252)은, 상기 배기관을 따라 나선을 그리는 형태의 나선형 몸통(252b)으로 구성하여도 좋다.
본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은, 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR 시스템으로서, 우레아 용액이 저장되는 저장탱크(100)와, 상기 저장탱크(100)로부터 우레아 공급관(102)을 통해 우레아 용액을 고압으로 이송해 주는 가압 펌프(110)를 포함하고, 과급기(40)의 하류 측의 배기관(20)의 내부에 환원제 공급장치의 가열가압 배럴(250)이 설치되며, 상기 가열가압 배럴(250)의 하류 측의 배기관(20)에는 SCR 반응기(30)가 설치되는 구성을 가진다.
본 발명에 따른 저압 SCR 시스템에서, 내부에 상기 가열가압 배럴(250)을 설치한 모듈 파이프(202)를 마련하여, 상기 모듈 파이프(202)를 상기 과급기(40) 하류 측의 배기관(20)의 중간에 연결하여 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치에서, 상기 저장탱크(100)와 상기 가압 펌프(110) 사이의 우레아 공급관(102)에 개폐 밸브(112)를 설치하고, 상기 가압 펌프(110)와 상기 가열가압 배럴(250) 사이의 우레아 공급관(102)에는 우레아 용액의 압력을 조절하는 압력조정 밸브(114)를 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치에서, 화석연료를 연소하는 엔진(10); 상기 엔진(10)의 배기 측에서 각 실린더에서 나온 배기가스가 모이도록 하는 배기가스 리시버(12); 를 포함하고, 상기 배기관(20)은 상기 배기가스 리시버(12)로부터 연장되며, 상기 과급기(40)는 상기 배기관(20)에 설치되어 상기 배기가스 리시버(12)에서 나오는 배기가스의 에너지를 이용하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치 및 그것을 구비하는 저압 SCR 시스템에 의하면, 내부에 우레아 용액 분해를 촉진하는 우레아 분해용 촉매를 구비한 가열가압 배럴을 배기관의 내부에 내장하여, 배기가스의 열을 이용하여 우레아 용액으로부터 암모니아 분해 반응을 활발하게 이끌어 내기 위한 온도를 유지하고, 가압 펌프에 의해 가압 되어 배기가스의 온도가 낮더라도 소정의 높은 압력을 유지함으로써 원활한 분해 반응이 일어나도록 할 수 있다.
즉, 온도는 비교적 낮지만 추가적인 열원 없이도 그 배기가스가 가지는 열을 암모니아 용액의 가열에 활용하는 한편, 낮은 온도에 따른 분해 환경의 부족함을 우레아 용액을 높은 압력으로 가압하여 보상하는 것이다.
이와 같은 환원제 공급장치는, SCR 반응기가 과급기의 하류 측에 배치되는 저압 SCR 시스템에서 낮은 온도의 배기가스를 이용하여서도 우레아 용액을 암모니아로 사전에 효과적으로 분해하여 공급할 수 있으므로, 우레아 분해를 위한 추가적인 열원이나 복잡한 장치가 필요치 않다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 SCR 시스템의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시형태 따른 SCR 시스템을 선박의 동력 시스템에 구성한 예를 보여주는 계통도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 환원제 공급장치를 보인 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 환원제 공급장치를 보인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 환원제 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 환원제 공급장치 및 저압 SCR 시스템을 다양한 실시형태를 통해 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 한 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 계통도가 도시되어 있다. 도 1에는 엔진, 소각로, 산업용 연소설비 등, 화석연료를 사용하는 시스템 중에서 엔진의 배기 시스템에 적용한 것을 하나의 예로 도시하였다.
도 2에는 본 발명의 한 실시형태 따른 SCR 시스템을 선박의 동력 시스템에 구성한 예를 보여주는 계통도가 도시되어 있다. 도 2에서 배기가스는 아래쪽의 선박의 엔진(10)으로부터 나와 배기관(20)을 통해 위쪽으로 흐른 다음 갑판 위쪽의 대기로 배출된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은, 엔진(10)의 배기 측으로부터 배기관(20)이 연장되고, 그 배기관(20) 도중에 환원제인 우레아 용액을 공급하는 장치가 설치된다.
배기관(20)에는 SCR 반응기(30)가 배치될 수 있다. SCR 반응기(30)는 내부에 촉매가 내장되어 있어, 배기가스가 촉매를 통과하는 과정에서 암모니아 입자와 반응하여 배기가스 중의 질소산화물이 환원되어 인체에 무해한 질소와 수증기로 변해 배출된다.
저압 SCR 시스템은, SCR 반응기(30)를 과급기(40)의 하류 측에 설치한 형태의 것이다. 즉, 배기관(20)의 상류 측에는 과급기(40)가 설치되고, 과급기(40)의 하류 측에 SCR 반응기(30)가 설치된다. 이처럼, 저압 SCR 시스템은, SCR 반응기(30)를 과급기(40)의 하류 측에 배치함으로써, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 엔진(10) 주변의 복잡한 구조물들을 피하고자 하는 형태이다.
이러한 저압 SCR 시스템에서, 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 의해 과급기(40)의 터빈(T)을 회전시키고, 터빈(T)에 의해 압축기(C)가 구동되어 흡기를 압축한다. 압축된 흡기는 흡기관(50)을 통해 엔진(10)의 흡기 챔버(14)로 들어간다.
엔진으로부터 배출되는 배기가스는 과급기(40)의 터빈(T)을 구동하면서 에너지가 소모되므로, SCR 반응기(30)에는 압력과 온도가 낮아진 배기가스가 유입되게 된다. 예를 들어, 저압 SCR 시스템을 적용한 선박용 2-행정 디젤 엔진은, SCR 반응기(30) 입구에서의 배기가스 온도는 약 200℃ 정도를 유지하는 예가 많다. 이 엔진 시스템에서 SCR 반응기(30) 직상류에 분무한 우레아 용액은 약 300℃ 부근 또는 그 이상의 온도에서 암모니아로 안정적으로 분해된다.
본 발명의 환원제 공급장치는, 이처럼 배기가스의 온도가 낮은 경우에도 우레아 용액을 암모니아로 분해한 후 배기관에 직접 분무함으로써 SCR 반응기(30)에서의 질소산화물 제거 효율을 극대화할 수 있도록 한 것이다. 물론, 본 발명의 환원제 공급장치는, 저압 SCR 시스템뿐만 아니라, SCR 반응기(30)가 과급기(40)의 상류 측에 배치되는 고압 SCR 시스템에도 유용하게 적용할 수 있다.
환원제 공급장치는, 우레아 용액이 저장되는 저장탱크(100), 우레아 공급관(102), 가압 펌프(110), 그리고 가열가압 배럴(250)을 포함한다.
가압 펌프(110)는, 저장탱크(100)에 저장되어 있는 우레아 용액을 가열가압 배럴(250)에 고압으로 이송해 준다.
가열가압 배럴(250)은, 배기관(20) 안에 내장되어서 가압 펌프(110)에 의해 공급된 우레아 용액을 가열 및 가압 분위기하에서 우레아 분해용 촉매에 의해 우레아 용액을 암모니아로 분해(전환)하며, 분해된 암모니아 전환 용액을 배기관(20) 안에 분무한다.
가열가압 배럴(250) 내부에 수용된 우레아 용액의 가열은 배기관(20)을 흐르는 배기가스로부터 전달받고 압력은 가압 펌프(110)로부터 가해진다.
가압 펌프(110)의 운전 상황이나 SCR 시스템 운용 여부에 따라 우레아 용액의 공급과 차단을 위해, 저장탱크(100)와 상기 가압 펌프(110) 사이의 우레아 공급관(102)에 개폐 밸브(112)가 설치된다. 또한, 가열가압 배럴(250) 내부의 압력을 암모니아 분해가 원활하게 일어날 수 있는 압력으로 유지하기 위해, 가압 펌프(110)와 가열가압 배럴(250) 사이의 우레아 공급관(102)에는 압력조정 밸브(114)가 설치된다.
가열가압 배럴(250)은 그 내부에 우레아 용액 분해를 촉진하는 우레아 분해용 촉매(260)(도 3 내지 도 6 참조)를 구비하여 배기관(20)의 내부에 내장된다. 배기관(20)의 내부에서는, 배기가스의 열을 이용하여 우레아 용액으로부터 암모니아 분해 반응을 활발하게 이끌어 내기 위한 온도를 유지하고, 가압 펌프(110)에 의해 가압 되어 배기가스의 온도가 낮더라도(예; 200℃ 정도로 낮더라도), 소정의 높은 압력을 유지함으로써 원활한 분해 반응이 일어나도록 하는 것이다.
즉, 온도는 비교적 낮지만 추가적인 열원 없이도 그 배기가스가 가지는 열을 암모니아 용액의 가열에 활용하는 한편, 낮은 온도에 따른 분해 환경의 부족함을 보상하기 위해 우레아 용액을 높은 압력으로 가압하는 것이다.
가열가압 배럴(250)을 배기관(20)에 구비할 때, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 가열가압 배럴(250)을 설치한 모듈 파이프(202)를 별도로 마련하고, 그 모듈 파이프(202)를 과급기(40) 하류 측의 배기관(20)의 중간에 연결하여 구성할 수 있다.
이렇게 하면, 배기관(20)에 가열가압 배럴(250)을 구비하기 용이하고, 상황에 알맞게 가열가압 배럴(250)의 크기를 증감시킬 수 있으며, 교체와 정비가 용이해진다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시 예에서, 분해 모듈(200)은 배기관(20)보다 지름이 큰 모듈 파이프(202)를 사용할 수 있다. 이처럼 모듈 파이프(202)의 지름이나 길이를 증감시켜 엔진의 배기량이나 배기가스의 온도 SCR 반응기(30)의 위치 등의 조건에 따라 가열가압 배럴(250)의 용량을 변경하여 적용할 수 있게 된다.
한편, 엔진(10)의 배기 측에는 각 실린더에서 나온 배기가스가 모이도록 하는 배기가스 리시버(12)를 구비할 수 있다. 배기가스 리시버(12)는 실린더마다 배출되는 배기가스를 일시 모아두고 일시에 배기관(20)으로 배출하므로 배기가스의 유동 및 압력을 균일하게 하므로, 엔진의 회전수 범위에 따른 배기가스의 배출량을 데이터화 하여 가압 펌프(110)와 가열가압 배럴(250)의 압력 제어에 유용하게 활용할 수 있다.
가열가압 배럴(250)에서 우레아 용액은 암모니아로 분해되고, 암모니아 분해 용액은 가열가압 배럴(250)로부터 배기관(20) 내부로 운무(雲霧) 상태로 분무 되어 배기가스와 혼합되면서 SCR 반응기(30)로 유입되며, SCR 반응기(30)에서 촉매에 의해 질소산화물의 환원 반응을 일으킨다. 가열가압 배럴(250)에 의해 우레아 용액으로부터 암모니아로 미리 분해되었기 때문에 분무 된 후 추가로 암모니아 분해 반응이 필요하지 않기 때문에 배기가스의 온도가 낮은 것은 문제가 되지 않는다.
다음으로, 도 3 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 환원제 공급장치를 보인 것으로서, 도 3에는 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A-A 선에 따른 단면도가 도시되어 있다. 여기서 배기관(20)과 모듈 파이프(202)는 동일한 것으로 취급한다. 즉, 배기관(20)을 지름 변경 없이 그대로 활용하거나 별도의 모듈 파이프(202)를 지름을 확장하거나 축소해 이용할 수 있다는 것이다. 이하의 설명에서 배기관(20)은 곧 모듈 파이프(202)라고 할 수 있다.
도 3 내디 도 4를 참조하면, 가열가압 배럴(250)은, 배기관(20) 안에 내장되어 가압 펌프(110)에 의해 우레아 공급관(102)으로부터 공급되는 우레아 용액을 받아 수용한다. 또한, 가열가압 배럴(250)의 내부에는 우레아 용액을 암모니아로 분해하기 위한 우레아 분해용 촉매(260)가 구비된다.
가열가압 배럴(250)로 들어온 우레아 용액은 우레아 분해용 촉매(260)의 도움으로 암모니아로 분해된다. 따라서, 가열가압 배럴(250)은 우레아 공급관(102)으로부터 공급받은 우레아 용액을 수용 및 체류시키기 위한 용적을 제공한다.
가열가압 배럴(250)은, 배기가스 및 가압 펌프(110)에 의한 가열 및 가압 분위기하에서 우레아 분해용 촉매(260)에 의해 우레아 용액을 암모니아로 전환하여 배기관(20) 안에 분무한다.
가열가압 배럴(250)의 외부 표면에는 배기가스로부터 열을 용이하게 전달받기 위한 복수의 열전달 핀(fin)(256)이 구비된다. 열전달 핀(256)은 가열가압 배럴(250)의 외부를 두르는 형태로 이루어서 가열가압 배럴(250)의 전열면적을 증대시킨다.
가열가압 배럴(250)의 출구에는, 암모니아로 전환된 용액을 배기관(20) 내에 미립자(예; 운무 상태)로 분무하기 위한 분무용 노즐 헤드(254)가 구비된다. 분무용 노즐 헤드(254)에는 미세한 분출공이 방사상으로 여러 개 형성되어 암모니아 전환 용액을 넓고 균일하게 분무하여 배기가스와의 혼합이 원활히 이루어지도록 한다.
가열가압 배럴(250)은, 구체적으로, 우레아 용액을 수용하며 상기 배기관을 따라 연장되는 몸통(252)과, 몸통(252)의 내부에 구비되는 우레아 분해용 촉매(260)와, 몸통(252)의 입구 부분에 연결되는 우레아 공급관(102)과, 몸통(252)의 출구 부분에 설치되는 전술한 분무용 노즐 헤드(254)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 몸통(252)은, 배기관(20)을 따라 직선형으로 연장된 형태로 구성할 수 있다. 이때의 우레아 분해용 촉매(260)는 몸통(252)의 내벽면 쪽에 구비할 수 있다.
가열가압 배럴(250)은, 배기관(20)의 내부 중앙에 배치하는 것이 배기가스의 열을 충분히 이용할 수 있다. 이를 위해 가열가압 배럴(250)의 상단부와 하단부는 지지대(258)에 의해 배기관(20)의 내벽에 고정할 수 있다.
가압 펌프(110)에 의해 압송된 우레아 용액은 우레아 공급관(102)을 통해 가열가압 배럴(250)의 내부로 들어가 수용되고, 분무용 노즐 헤드(254)로부터 분무 되는 양만큼만 매우 천천히 이동하면서 우레아 분해용 촉매(260)의 도움을 받아 가열, 가압하에서 암모니아로 분해된다. 예를 들어, 15 ~ 30기압으로 가압하는 것에 의해 우레아 용액의 온도가 낮더라도 쉽게 분해반응을 이끌어 낼 수 있고, 또한 수분의 증발, 암모니아의 산화, 부반응물의 생성을 억제하면서도 액체 상태에서 그대로 암모니아로 전환할 수 있다.
다음으로, 도 5에 본 발명의 제2 실시형태에 따른 환원제 공급장치를 보인 단면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 가열가압 배럴(250a)의 몸통은, 전술한 실시예의 직선형 몸통(252)과는 달리, 배기관(20)을 따라 복수 회 굽은 형태의 굴곡형 몸통(252a)으로 구성할 수 있다.
굴곡형 몸통(252a)은, 직선관과 U-자 관을 연결하여 구성하거나, 다리의 길이가 긴 U- 자 관을 서로 연결하는 방법으로 구성할 수 있다.
우레아 분해용 촉매(260)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 굴곡형 몸통(252a)의 직선부만 설치할 수도 있고, 그와는 달리 곡선부에만 설치할 수도 있으며, 경우에 따라서는 전 영역에 설치할 수도 있다.
도 6에는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 환원제 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 가열가압 배럴(250b)의 몸통은, 전술한 실시예들과 달리, 배기관(20)을 따라 나선(螺線)을 그리는 형태의 나선형 몸통(252b)으로 구성할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
10: 엔진
12: 배기가스 리시버
14: 흡기 챔버
20: 배기관
30: SCR 반응기
40: 과급기
50: 흡기관
100: 저장탱크
102: 우레아 공급관
110: 가압 펌프
112: 개폐 밸브
114: 압력조정밸브
200: 분해 모듈
202: 모듈 파이프
250, 250a, 250b: 가열가압 배럴
252, 252a: 몸통
254: 분무용 노즐 헤드
256: 열전달 핀
258: 지지대
260: 우레아 분해용 촉매

Claims (11)

  1. 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR 시스템의 환원제인 우레아 용액을 공급하는 장치로서,
    우레아 용액이 저장되는 저장탱크(100);
    상기 저장탱크(100)로부터 우레아 공급관(102)을 통해 우레아 용액을 고압으로 이송해 주는 가압 펌프(110);
    배기관 안에 내장되어 상기 가압 펌프(110)에 의해 상기 우레아 공급관(102)으로부터 우레아 용액을 공급받으며, 내부에는 우레아 용액을 암모니아로 분해하기 위한 우레아 분해용 촉매(260)가 구비되고, 상기 우레아 공급관(102)으로부터 공급받은 우레아 용액을 수용 및 체류시키기 위한 용적을 제공하며, 배기가스 및 가압 펌프(110)에 의한 가열 및 가압 분위기하에서 상기 우레아 분해용 촉매(260)에 의해 우레아 용액을 암모니아로 전환하여 배기관(20) 안에 분무하는 가열가압 배럴(250); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열가압 배럴(250)의 외부 표면에는 배기가스로부터 열을 용이하게 전달받기 위한 복수의 열전달 핀(256)이 구비되는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열가압 배럴(250)의 출구에 암모니아 전환 용액을 상기 배기관 내에 미립자로 분사하기 위한 분무용 노즐 헤드(254)가 구비되는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가열가압 배럴(250)은,
    우레아 용액을 수용하며 상기 배기관을 따라 연장되는 몸통(252);
    상기 몸통(252)의 내부에 구비되는 우레아 분해용 촉매(260);
    상기 몸통(252)의 입구 부분에 연결되는 우레아 공급관(102);
    상기 몸통(252)의 출구 부분에 설치되는 분무용 노즐 헤드(254); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 몸통(252)은, 상기 배기관을 따라 직선형으로 연장된 형태로 이루어지고, 외부 표면에는 배기가스로부터 열을 용이하게 전달받기 위한 복수의 열전달 핀(256)이 구비되는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 몸통(252)은, 상기 배기관을 따라 복수 회 굽은 형태의 굴곡형 몸통(252a)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 몸통(252)은, 상기 배기관을 따라 나선을 그리는 형태의 나선형 몸통(252b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  8. 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR 시스템으로서,
    우레아 용액이 저장되는 저장탱크(100); 및
    상기 저장탱크(100)로부터 우레아 공급관(102)을 통해 우레아 용액을 고압으로 이송해 주는 가압 펌프(110); 를 포함하고,
    과급기(40)의 하류 측의 배기관(20)의 내부에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 환원제 공급장치의 가열가압 배럴(250)이 설치되고,
    상기 가열가압 배럴(250)의 하류 측의 배기관(20)에는 SCR 반응기(30)가 설치되는 것을 특징으로 하는 저압 SCR 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    내부에 상기 가열가압 배럴(250)을 설치한 모듈 파이프(202)를 마련하여, 상기 모듈 파이프(202)를 상기 과급기(40) 하류 측의 배기관(20)의 중간에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 저압 SCR 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저장탱크(100)와 상기 가압 펌프(110) 사이의 우레아 공급관(102)에 개폐 밸브(112)가 설치되고, 상기 가압 펌프(110)와 상기 가열가압 배럴(250) 사이의 우레아 공급관(102)에는 우레아 용액의 압력을 조절하는 압력조정 밸브(114)가 설치되는 것을 특징으로 하는 저압 SCR 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    화석연료를 연소하는 엔진(10);
    상기 엔진(10)의 배기 측에서 각 실린더에서 나온 배기가스가 모이도록 하는 배기가스 리시버(12); 를 포함하고,
    상기 배기관(20)은 상기 배기가스 리시버(12)로부터 연장되며,
    상기 과급기(40)는 상기 배기관(20)에 설치되어 상기 배기가스 리시버(12)에서 나오는 배기가스의 에너지를 이용하는 것을 특징으로 하는 저압 SCR 시스템.
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