KR20200048103A

KR20200048103A - 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법

Info

Publication number: KR20200048103A
Application number: KR1020180129804A
Authority: KR
Inventors: 이주열; 김해기; 박병현; 최진식
Original assignee: 주식회사 애니텍
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-05-08
Also published as: KR102139691B1

Abstract

선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부에 따라 배기가스 처리장치를 효율적으로 운전하기 위한 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법이 개시된다. 본 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법은 제어장치가 선박의 실시간 위치에 따라 상기 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부를 판단하는 단계; 상기 배출규제해역인지 여부의 판단 결과를 기반으로 상기 제어장치가 엔진의 가동 모드를 결정하는 단계; 상기 엔진의 가동 모드에 따라 상기 제어장치가 배기가스 처리장치의 운전 모드를 결정하는 단계; 및 상기 배기가스 처리장치가 결정된 운전 모드에 따라 유입된 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 선박의 운항 지역에 따라 자동으로 결정된 엔진의 가동 모드에 따라 배기가스에 포함된 유해물질을 처리함으로써, 유황산화물에 대한 배출규제규정을 준수하고, 연료의 사용량을 절감시킬 수 있다.

Description

선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법{Operation Method of exhaust gas treatment equipment for ship}

본 발명은 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부에 따라 배기가스 처리장치를 효율적으로 운전하기 위한 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 유황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다. 이러한 이유로, 선박의 대기오염에 대한 환경규제가 강화되고 있으며, 각종 규제를 만족시키기 위해 다양한 처리장치가 선박에 적용되고 있다.

대기오염에 관한 환경규제 중 해양 배기가스 배출통제지역(ECA; Emission Control Area)의 운항 및 정박 시 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 유황산화물을 0.1% 이하로 규정하는 규제가 발효되어 있으며, 유황산화물의 제거를 위한 방법으로 황함유량이 0.1% 이하인 초저유황유(Ultra Low Sulfur Fuel)를 사용하거나 습식 스크러버(wet scrubber)를 적용할 수 있다. 그러나 초저유황유는 가격이 매우 높고 생산설비 등의 시스템이 부족한 상황이다.

따라서, 습식 스크러버를 이용하여, 배기가스에 포함된 유황산화물과 같은 유해물질을 제거하되, 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부에 따라 배기가스 처리장치를 효율적으로 운전하기 위한 방안의 모색이 요구된다.

한국등록특허 제10-1501910호(발명의 명칭: 중소형 선박에서의 유해물질 제거를 위한 스크러버 모듈 시스템 및 이를 이용한 유해물질 제거 방법)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 선박의 운항 지역에 따라 선박의 엔진의 관리자가 엔진 가동 모드를 수동으로 조작할 필요없이 자동으로 결정되도록 함으로써, 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인 경우, 규제 규정을 준수할 수 있고, 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역이 아닌 경우, 연료의 사용량을 절감시킬 수 있는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법은 제어장치가 선박의 실시간 위치에 따라 상기 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부를 판단하는 단계; 상기 배출규제해역인지 여부의 판단 결과를 기반으로 상기 제어장치가 엔진의 가동 모드를 결정하는 단계; 상기 엔진의 가동 모드에 따라 상기 제어장치가 배기가스 처리장치의 운전 모드를 결정하는 단계; 및 상기 배기가스 처리장치가 결정된 운전 모드에 따라 유입된 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 단계;를 포함한다.

그리고 상기 가동 모드를 결정하는 단계는, 상기 제어장치가 상기 선박의 운항지역이 상기 배출규제해역이 아닌 것으로 판단하는 경우, 상기 가동되는 엔진의 부하가 기설정된 제1 범위 이내로 유지되도록 하는 제1 가동 모드를 결정하고, 상기 제어장치가 상기 선박의 운항지역이 상기 배출규제해역인 것으로 판단하는 경우, 상기 가동되는 엔진의 부하가 기설정된 제2 범위 이내로 유지되도록 하는 제2 가동 모드를 결정하며, 상기 제1 가동 모드는, 상기 제2 가동 모드보다 상기 엔진의 부하가 상대적으로 더 낮을 수 있다.

또한, 상기 운전 모드를 결정하는 단계는, 상기 엔진이 상기 제1 가동 모드로 가동되는 경우, 상기 배기가스 처리장치에 의해, 해수를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 개방형 운전 모드를 결정하고, 상기 엔진이 상기 제2 가동 모드로 가동되는 경우, 상기 배기가스 처리장치에 의해, 알칼리 수를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 폐쇄형 운전 모드를 결정할 수 있다.

그리고 상기 유해물질을 처리하는 단계는, 상기 배기가스 처리장치가 상기 개방형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 배기가스 처리장치가 내부에 유입된 배기가스를 향해 해수가 분사되도록 하여, 상기 분사된 해수와 접촉된 배기가스에 포함된 유해물질이 제거되도록 하고, 상기 유해물질이 제거되는 과정에 이용된 해수가 외부로 배출되도록 하되, 상기 배기가스 처리장치가 상기 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 배기가스 처리장치가 내부에 유입된 배기가스를 향해 알칼리 수가 분사되도록 하여, 상기 분사된 알칼리 수와 접촉된 배기가스에 포함된 유해물질이 제거되도록 하고, 상기 유해물질이 제거되는 과정에서 이용된 알칼리 수가 회수되도록 할 수 있다.

또한, 상기 유해물질을 처리하는 단계는, 상기 배기가스 처리장치가 상기 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 유해물질이 제거되는 과정에서 이용된 알칼리 수가 회수되면, 상기 회수된 알칼리 수를 재사용하여 상기 유입된 배기가스를 향해 분사되도록 하기 이전에, 상기 배기가스와 접촉되어 온도가 상승한 알칼리 수를 기설정된 온도로 냉각시킴으로써, 상기 유입된 배기가스를 향해 분사되는 알칼리 수의 온도가 상기 기설정된 온도를 유지하도록 할 수 있다.

그리고 상기 유해물질을 처리하는 단계는, 상기 배기가스 처리장치가 상기 결정된 운전 모드에 따라 내부에 유입된 배기가스를 향해 해수 또는 알칼리 수를 분사하는 경우, 상기 분사된 해수가 배출되도록 하는 제1 경로와 상기 분사된 알칼리 수가 회수되도록 하는 제2 경로가 선택적으로 제공되도록 할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법은, 상기 유해물질이 제거되는 과정에 이용된 해수가 외부로 배출되면, 상기 배기가스 처리장치가 상기 배출되는 해수의 pH, PAH, 탁도를 측정하여, 각각의 기설정된 pH 값, PAH 값, 탁도 값의 초과 여부를 판별하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 초과 여부를 판별하는 단계는, 상기 측정된 각각의 pH 값, PAH 값, 탁도 값 중 어느 하나라도 상기 기설정된 각각의 기설정된 pH 값, PAH 값, 탁도 값을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 배기가스 처리장치가 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 상기 측정된 각각의 pH 값, PAH 값, 탁도 값에 대한 정보와 상기 배출되는 해수의 수질에 대한 알람 메시지를 전달할 수 있다.

또한, 상기 유해물질을 처리하는 단계는, 상기 배기가스 처리장치가 상기 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 배기가스 처리장치가 내부에 유입된 배기가스를 향해 알칼리 수가 분사되도록 하기 이전에, 산화제가 분사되도록 하여, 상기 내부에 유입된 배기가스에 포함된 유해물질이 산화되도록 할 수 있다.

이때, 상기 유해물질은, 황산화물 및 질소산화물이고, 상기 질소산화물은 일산화질소를 포함하며, 상기 산화제는, 아염소산나트륨(NaClO2)일 수 있다.

이에 의해, 선박의 운항 지역에 따라 자동으로 결정된 엔진의 가동 모드에 따라 배기가스에 포함된 유해물질을 처리함으로써, 유황산화물에 대한 배출규제규정을 준수하고, 연료의 사용량을 절감시킬 수 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법을 수행하기 위한 시스템이 도시된 도면이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 유입 덕트의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시된 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)의 운전 방법을 수행하기 위한 시스템이 도시된 도면이고, 도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 유입 덕트(110)의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시된 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시된 도면이다.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)의 운전 방법을 수행하기 위한 시스템(이하에서는 '운전 시스템'으로 총칭하기로 함)에 대하여 설명하기로 한다.

본 운전 시스템은 선박의 운항 지역에 따라 선박의 엔진의 관리자가 엔진 가동 모드를 수동으로 조작할 필요없이 자동으로 결정되도록 함으로써, 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인 경우, 규제 규정을 준수할 수 있고, 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역이 아닌 경우, 연료의 사용량을 절감시키기 위해 마련되며, 이를 위해, 본 운전 시스템은 배기가스 처리장치(100)와 제어장치(200)로 구성된다.

구체적으로, 배기가스 처리장치(100)는, 선박의 엔진의 가동 모드에 따라 해수 또는 알칼리 수를 이용하여 배기가스에 포함된 유황산화물과 같은 유해물질을 처리하기 위해, 배기가스 유입 덕트(110), 스크러버 모듈(120), 반응 모듈(125), 배기가스 배출 덕트(130), 해수 저장탱크(140), 알칼리 수 저장탱크(150), 산화제 저장탱크(155), 제1 열교환기(160), 순환펌프(165), 배출수 처리 모듈(170), 배출가스 모니터링 모듈(180) 및 배출수 모니터링 모듈(190)을 포함할 수 있다.

배기가스 유입 덕트(110)는 선박의 엔진이 구동되는 과정에서 발생되는 배기가스가 스크러버 모듈(120)로 유입되도록 하는 이송경로를 제공하기 위해 마련된다.

또한, 배기가스 유입 덕트(110)는 배기가스 처리장치(100)가 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우와 개방형 운전 모드로 운전되는 경우에 서로 다른 배기가스의 이송경로를 제공할 수 있다.

이를 위해, 배기가스 유입 덕트(110)는 배기가스 제1 유입 덕트(111), 배기가스 제2 유입 덕트(112) 및 경로변경 밸브(113)가 포함될 수 있다.

배기가스 제1 유입 덕트(111)는 도 3에 도시된 바와 같이, 배기가스 처리장치(100)가 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 배기가스가 반응 모듈(125)로 유입되고, 이후 스크러버 모듈(120)로 유입되도록 하는 제1 이송경로를 제공할 수 있다.

배기가스 제2 유입 덕트(112)는 도 4에 도시된 바와 같이, 배기가스 처리장치(100)가 개방형 운전 모드로 운전되는 경우, 배기가스가 반응 모듈(125)를 거치지 않고, 바로 스크러버 모듈(120)로 유입되도록 하는 제2 이송경로를 제공할 수 있다.

경로변경 밸브(113)는 제어장치(200)에 의해 결정된 운전 모드에 따라 배기가스가 배기가스 제1 유입 덕트(111) 또는 배기가스 제2 유입 덕트(112)를 통해 이송되도록, 배기가스의 이송경로를 변경할 수 있다.

스크러버 모듈(120)은 해수 또는 알칼리 수를 이용하여 배기가스 유입 덕트(110)로부터 유입된 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하기 위해 마련된다.

구체적으로, 스크러버 모듈(120)은 하측이 배기가스 유입 덕트(110)와 연결되고, 상측이 배기가스 배출 덕트(130)와 연결되도록 마련되되, 배기가스 유입 덕트(110)를 통해 유입된 배기가스를 향해 해수 또는 알칼리 수를 분사하여, 분사된 해수 또는 알칼리 수와 접촉된 배기가스에 포함된 유해물질이 제거되도록 할 수 있다.

이를 위해, 스크러버 모듈(120)은, 세정액 공급관(121), 분사 노즐(122) 및 충전층(123)이 구비될 수 있다.

세정액 공급관(121)은 해수 저장탱크(140) 및 알칼리 수 저장탱크(150)와 연결되도록 마련되어, 스크러버 모듈(120)의 내부에 해수 및 알칼리 수를 교차적으로 공급할 수 있다.

구체적으로, 세정액 공급관(121)은 도 2에 도시된 바와 같이 스크러버 모듈(120)의 높이 방향을 따라 복수로 마련되되, 복수의 세정액 공급관(121)이 적층구조로 마련될 수 있으며, 일측이 해수 저장탱크(140)와 연결되고, 타측이 알칼리 수 저장탱크(150)와 연결되도록 마련되어, 해수 저장탱크(140) 또는 알칼리 수 저장탱크(150)로부터 해수 또는 알칼리 수를 교차적으로 공급받을 수 있다.

분사 노즐(122)은, 복수로 마련되되, 적층구조로 마련된 복수의 세정액 공급관(121)에 개별적으로 연결되도록 마련되어, 복수의 세정액 공급관(121)으로부터 해수 또는 알칼리 수가 공급되면, 공급된 해수 또는 알칼리 수가 스크러버 모듈(120)의 내부로 유입된 배기가스를 향해 분사되도록 할 수 있다.

이때, 스크러버 모듈(120)의 내부로 유입된 배기가스는 스크러버 모듈(120)의 하측에서 상측으로 상승하는 방향으로 이송되며, 분사 노즐(122)의 해수 또는 알칼리 수의 분사 방향은 상측에서 하측을 향해 분사되도록 하여, 해수 또는 알칼리 수와 배기가스의 접촉 시간이 연장되도록 함으로써, 해수 또는 알칼리 수와 접촉된 배기가스에 포함된 유해물질의 제거 효율이 향상되도록 할 수 있다.

충전층(123)은 분사 노즐(122)을 통해 분사된 해수 또는 알칼리 수가 충전되어, 필터 역할을 수행하여, 배기가스에 포함된 유해물질이 제거되도록 하기 위해 마련된다.

구체적으로 충전층(123)은, 분사 노즐(122)의 하측에 마련되어, 분사 노즐(122)로부터 분사된 해수 또는 알칼리 수가 충전되도록 할 수 있으며, 스크러버 모듈(120)의 하측에서 상측으로 이송되는 배기가스가 충전층(123)을 통과하는 과정에서 배기가스와 충전된 해수 또는 알칼리 수가 접촉되어, 배기가스에 포함된 유해물질인 질소산화물이 제거되도록 할 수 있다.

그리고 충전층(123)은 복수의 세정액 공급관(121)이 적층구조로 마련되는 경우, 충전층(123) 역시 복수로 마련되어, 복수의 세정액 공급관(121)에 대응되도록 적층구조로 마련될 수 있으며, 이 경우, 세정액 공급관(121), 분사 노즐(122) 및 충전층(123)은 도 2에 도시된 바와 같이 교차로 적층될 수 있다.

반응 모듈(125)은 배기가스 처리장치(100)가 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 배기가스 처리장치(100)가 내부에 유입된 배기가스를 향해 알칼리 수가 분사되도록 하기 이전에, 산화제가 분사되도록 하여, 내부에 유입된 배기가스에 포함된 유해물질이 산화되도록 하기 위해 마련된다.

구체적으로, 반응 모듈(125)은 분사 수단(미도시)을 포함하고, 배기가스 유입 덕트(110)와 스크러버 모듈(120) 사이에 마련되어, 배기가스 처리장치(100)가 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 배기가스 처리장치(100)가 내부에 유입된 배기가스를 향해 알칼리 수가 분사되도록 하기 이전에, 산화제가 분사되도록 하여, 분사된 산화제와 배기가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물이 반응되도록 하여, 배기가스에 포함된 황산화물을 제거하고, 질소산화물 중 일산화질소를 산화시킬 수 있다. 여기서 산화제는 아염소산나트륨일 수 있다.

그리고 본 배기가스 처리장치(100)가 개방형 운전 모드로 운전되는 경우에는, 배기가스 유입 덕트(110)에 의해 이송되는 배기가스가 반응 모듈(125)을 거치지 않고, 바로 스크러버 모듈(120)의 내부로 유입되도록 할 수 있다.

배기가스 배출 덕트(130)는 스크러버 모듈(120)의 상측에 마련되어, 유해물질이 제거된 배기가스가 배출되도록 할 수 있다.

해수 저장탱크(140)는 해수를 저장하고, 저장된 해수를 스크러버 모듈(120)에 공급하기 위해 마련된다.

구체적으로, 해수 저장탱크(140)는, 해수를 저장하고, 제어장치(200)에 의해, 스크러버 모듈(120)에 해수가 공급되도록 하여 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 개방형 운전 모드가 결정되면, 저장된 해수를 스크러버 모듈(120)에 공급하고, 유해물질이 제거되는 과정에서 이용된 해수가 외부로 배출되도록 할 수 있다.

이를 위해, 해수 저장탱크(140)는, 해수 공급관(141) 및 해수 공급 개폐 밸브(143)가 구비될 수 있다. 해수 공급관(141)은 저장된 해수가 세정액 공급관(121)에 공급되도록 하기 위해 마련되며, 해수 공급 개폐 밸브(143)는, 개폐 여부에 따라 저장된 해수의 공급 여부를 결정할 수 있다.

산화제 저장탱크(145)는 산화제를 저장하고, 저장된 산화제를 반응 모듈(125)에 공급하기 위해 마련된다. 이를 위해, 산화제 저장탱크(145)는 공급 수단(미도시)과 공급 수단의 공급 여부를 결정하는 개폐 밸브(미도시)를 구비할 수 있다.

이때, 제어장치(200)는, 개방형 운전 모드가 결정되면, 해수 공급 개폐 밸브(143)를 제어하여, 해수 저장탱크(140)에 저장된 해수를 해수 공급관(141)을 통해 세정액 공급관(121)에 공급할 수 있다.

알칼리 수 저장탱크(150)는 알칼리 수를 저장하고, 저장된 알칼리 수를 스크러버 모듈(120)에 공급하기 위해 마련된다. 여기서, 알칼리 수의 pH 농도는 pH 9.0 내지 pH 11.0인 것이 바람직하다.

구체적으로, 알칼리 수 저장탱크(150)는, 알칼리 수를 저장하고, 제어장치(200)에 의해, 스크러버 모듈(120)에 알칼리 수가 공급되도록 하여 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 폐쇄형 운전 모드가 결정되면, 저장된 알칼리 수를 스크러버 모듈(120)에 공급하고, 유해물질이 제거되는 과정에서 이용된 알칼리 수가 알칼리 저장탱크로 회수되도록 할 수 있다.

이를 위해, 알칼리 수 저장탱크(150)는, 알칼리 수 공급관(151) 및 알칼리 수 공급 개폐 밸브(153)가 구비될 수 있다.

알칼리 수 공급관(151)은 저장된 알칼리 수가 세정액 공급관(121)에 공급되도록 하기 위해 마련되며, 알칼리 수 공급 개폐 밸브(153)는, 개폐 여부에 따라 저장된 알칼리 수의 공급 여부를 결정할 수 있다.

이때, 제어장치(200)는, 폐쇄형 운전 모드가 결정되면, 알칼리 수 공급 개폐 밸브(153)를 제어하여, 알칼리 수 저장탱크(150)에 저장된 알칼리 수를 알칼리 수 공급관(151)을 통해 세정액 공급관(121)에 공급할 수 있다.

첨언하면, 본 실시예에 따른 해수 공급 개폐 밸브(143)와 알칼리 수 공급 개폐 밸브(153) 중 어느 하나의 밸브가 개방된 경우, 제어장치(200)에 의해, 다른 밸브는 강제적으로 폐쇄되도록 제어되며, 어느 하나의 밸브가 개방되기 위해서는 다른 밸브가 폐쇄된 상태여야만 한다.

제1 열교환기(160)는 알칼리 수를 냉각시키기 위해 마련된다.

구체적으로 제1 열교환기(160)는, 스크러버 모듈(120)에 공급되어, 배기가스와 접촉된 알칼리 수가 회수되는 경우, 배기가스의 열에너지에 의해 온도가 상승한 상태의 알칼리 수가 재차 스크러버 모듈(120)에 온도가 상승한 상태로 공급되는 것을 방지하기 위해, 알칼리 수 저장탱크(150)로부터 스크러버 모듈(120)로 이송되는 알칼리 수를 냉각시킬 수 있다. 이는 온도가 상승한 알칼리 수가 배기가스와 접촉하는 경우, 유해물질의 제거 효율이 감소하기 때문이다.

예를 들면, 제1 열교환기(160)는 알칼리 수 공급관(151)에 연결되도록 마련되어, 온도가 상승한 상태의 알칼리 수가 공급되면, 해수를 이용하여 공급된 알칼리 수를 냉각시킬 수 있으며, 냉각된 알칼리 수는 세정액 공급관(121)을 통해 분사 노즐(122)에 공급될 수 있다.

여기서, 알칼리 수는 알칼리 수를 이용한 유해물질의 제거 효율이 감소하는 것을 방지하기 위해, 스크러버 모듈(120)에 공급된 이후, 배기가스와 접촉된 알칼리 수가 회수되는 과정을 반복적으로 수행하면서, 제1 열교환기(160)에 의해, 냉각되는 과정이 추가로 수행되어, 온도를 20~30℃로 유지하도록 하는 것이 바람직할 것이다.

순환펌프(165)는 산화제 저장탱크(145)와 반응모듈(125) 사이에 마련되어, 산화제 저장탱크(145)에 저장된 산화제가 반응모듈(125)에 공급되도록 할 수 있다.

여기서, 반응모듈(125)은 공급된 산화제가 유해물질인 황산화물 및 질소산화물과 반응하면, 유해물질과 반응된 산화제를 외부로 배출하되, 미반응된 산화제는 재사용을 위해, 산화제 저장탱크(145)로 이송되도록 할 수 있다.

배출수 처리 모듈(170)은 알칼리 수를 배출하는 경우, 알칼리 수를 처리하기 위해 마련된다.

구체적으로, 배출수 처리 모듈(170)은, 알칼리 수 저장탱크(150)와 연결되도록 마련되어, 알칼리 수 저장탱크(150)에 저장된 알칼리 수를 배출하는 경우, 배출수의 pH, PAH, 탁도가 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 배출규제규정을 준수하도록 수질개선 처리과정을 수행할 수 있다.

배출가스 모니터링 모듈(180)은 배출되는 배기가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치가 기설정된 수치를 초과한 것인지 여부를 판별하기 위해 마련된다.

구체적으로, 배출가스 모니터링 모듈(180)은 배기가스 배출 덕트(130)와 연결되도록 마련되어, 배기가스 배출 덕트(130)를 통해 배출되는 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치를 측정하고, 기설정된 수치와 비교하여 초과 여부를 판별할 수 있으며, 기설정된 수치를 초과한 경우, 제어장치(200)에 이를 전달하여, 제어장치(200)가 측정된 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치와 배출가스의 수치 초과에 대한 알람 메시지를 선박 내 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 전달하도록 할 수 있다.

여기서, 기설정된 수치는, 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 배출규제규정을 준수하기 위한, 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치의 허용 범위에 따라 설정된 수치를 의미한다.

배출수 모니터링 모듈(190)은 배출되는 배출수의 pH 값, PAH 값, 탁도 값이 기설정된 값을 초과한 것인지 여부를 판별하기 위해 마련된다.

구체적으로 배출수 모니터링 모듈(190)은, 해수 저장탱크(140) 및 배출수 처리 모듈(170)에 연결되도록 마련되어, 해수 저장탱크(140) 또는 배출수 처리 모듈(170)을 통해 배출되는 배출수의 pH 값, PAH 값, 탁도 값을 각각 측정하고, 각각의 측정값이 기설정된 pH 값, PAH 값, 탁도 값을 초과한 것인지 판별할 수 있으며, 기설정된 값을 초과한 경우, 제어장치(200)에 이를 전달하여, 제어장치(200)가 측정된 배출수의 pH 값, PAH 값, 탁도 값에 대한 정보와 수질에 대한 알람 메시지를 선박 내 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 전달하도록 할 수 있다.

여기서, 기설정된 값은, 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 배출규제규정을 준수하기 위한, 배출수의 pH 값, PAH 값, 탁도 값의 허용 범위에 따라 설정된 값을 의미한다.

한편, 제어장치(200)는, 선박의 실시간 위치에 따라 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부를 판단하고, 배출규제해역인지 여부의 판단 결과를 기반으로 선박의 엔진의 가동 모드를 결정하는 엔진의 가동 모드에 따라 배기가스 처리장치(100)의 운전 모드를 결정하기 위해 마련된다. 여기서, 제어장치(200)에 대한 더욱 상세한 설명은 도 6 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)의 운전 방법을 설명하기 위해 도시된 도면이다.

본 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)의 운전 방법은, 선박의 운항 지역에 따라 선박의 엔진 가동 모드를 자동으로 결정하기 위해, 제어장치(200)가 선박의 실시간 위치에 따라 선박의 운항 지역이 황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부를 판단할 수 있다(S310).

여기서, 선박의 실시간 위치는, 해상에서 선박의 위치를 산출하기 위한 측량. 천문 관측법, 전파 신호 수신법, 인공위성 신호 수신법, 해저 매설표 신호 수신법 중 적어도 한 가지 방법을 이용하여 산출할 수 있다.

그리고 선박의 운항 지역이 황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부가 판단되면, 제어장치(200)가 판단 결과를 기반으로 엔진의 가동 모드를 결정할 수 있다(S320).

또한, 엔진의 가동 모드가 결정되면, 제어장치(200)가 결정된 엔진의 가동 모드에 따라 배기가스 처리장치(100)의 운전 모드를 결정할 수 있다(S330).

그리고 배기가스 처리장치(100)의 운전 모드가 결정되면, 배기가스 처리장치(100)가 결정된 운전 모드에 따라 배기가스의 이송경로를 결정하여 유입된 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하고(S340), 유해물질이 제거된 배기가스를 배출할 수 있다(S350).

여기서, 배기가스 처리장치(100)는 결정된 운전 모드에 따라 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 반응 모듈(125)을 이용하여 산화제가 분사되도록 하여, 배기가스에 포함된 유해물질인 황산화물을 제거하고, 일산화질소가 산화되도록 하고, 이후 스크러버 모듈(120)을 이용하여 배기가스를 향해 알칼리 수를 분사하여 배기가스에 포함된 유해물질인 이산화질소를 제거할 수 있다.

그리고 배기가스 처리장치(100)가 개방형 운전 모드로 운전되는 경우에는, 배기가스 유입 덕트(110)에 의해 이송되는 배기가스가 반응 모듈(125)을 거치지 않고, 바로 스크러버 모듈(120)의 내부로 유입되도록 하여, 스크러버 모듈(120)이 내부에 유입된 배기가스를 향해 해수를 분사하도록 하여, 배기가스에 포함된 유해물질인 이산화질소를 제거하도록 할 수 있다.

즉, 배기가스 처리장치(100)는 분사된 해수가 배출되도록 하는 제1 경로와 분사된 알칼리 수가 회수되도록 하는 제2 경로가 선택적으로 제공되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 유황산화물에 대한 배출규제규정을 준수하고, 연료의 사용량을 절감시킬 수 있다.

또한, 유해물질이 제거된 배기가스가 배출되면, 배출수 모니터링 모듈(190)이 배출되는 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치를 측정하고, 기설정된 수치와 비교하여 초과 여부를 판별할 수 있으며, 기설정된 수치를 초과한 경우, 제어장치(200)에 이를 전달하여, 제어장치(200)가 측정된 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치와 배출가스의 수치 초과에 대한 알람 메시지를 선박 내 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 전달하도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)의 운전 방법을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시된 도면이다.

본 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)의 운전 방법을 더욱 상세히 설명하면, 우선, 제어장치(200)가 선박의 실시간 위치에 따라 선박의 운항 지역이 황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부를 판단하여(S410), 선박의 운항지역이 배출규제해역이 아닌 것으로 판단하는 경우(S410-No), 가동되는 엔진의 부하가 기설정된 제1 범위 이내로 유지되도록 하는 제1 가동 모드를 결정할 수 있다(S415).

또한, 엔진이 제1 가동 모드로 가동되는 경우, 배기가스 처리장치(100)에 의해, 해수를 이용하여 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 개방형 운전 모드가 결정될 수 있으며, 배기가스 처리장치(100)가 개방형 운전 모드로 운전되는 경우, 배기가스 유입 덕트(110)에 의해 이송되는 배기가스가 반응 모듈(125)을 거치지 않고, 바로 스크러버 모듈(120)의 내부로 유입되도록 하며, 내부에 유입된 배기가스를 향해 해수가 분사되도록 하여(S420), 분사된 해수와 접촉된 배기가스에 포함된 유해물질인 질소산화물 중 이산화질소가 제거되도록 하고(S425), 이산화질소가 제거되는 과정에 이용된 해수가 외부로 배출되도록 할 수 있다(S430).

여기서, 유해물질이 제거되는 과정에 이용된 해수가 외부로 배출되면, 배기가스 처리장치(100)가 배출되는 해수의 pH, PAH, 탁도를 측정하여, 각각의 기설정된 pH 값, PAH 값, 탁도 값의 초과 여부를 판별할 수 있으며(S435), 측정된 각각의 pH 값, PAH 값, 탁도 값 중 어느 하나라도 기설정된 각각의 기설정된 pH 값, PAH 값, 탁도 값을 초과하는 것으로 판단되면, 배기가스 처리장치(100)가 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 측정된 각각의 pH 값, PAH 값, 탁도 값에 대한 정보와 배출되는 해수의 수질에 대한 알람 메시지를 전달할 수 있다.

또한, 배기가스가 스크러버 모듈(120)을 통과하여, 유해물질을 제거하는 과정을 거치면, 유해물질이 제거된 배기가스가 배기가스 배출 덕트(130)를 통하여 외부로 배출될 수 있으며(S440), 유해물질이 제거된 배기가스가 배출되면, 배출수 모니터링 모듈(190)이 배출되는 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치를 측정하고, 기설정된 수치와 비교하여 초과 여부를 판별할 수 있으며(S445), 기설정된 수치를 초과한 경우, 제어장치(200)에 이를 전달하여, 제어장치(200)가 측정된 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치와 배출가스의 수치 초과에 대한 알람 메시지를 선박 내 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 전달하도록 할 수 있다.

한편, 제어장치(200)가 선박의 운항지역이 배출규제해역인 것으로 판단하는 경우(S410-Yes), 가동되는 엔진의 부하가 기설정된 제2 범위 이내로 유지되도록 하는 제2 가동 모드를 결정할 수 있다(S450).

여기서, 제1 가동 모드는, 제2 가동 모드보다 엔진의 부하가 상대적으로 더 낮은 상태로 엔진이 가동되는 가동 모드를 의미하며, 구체적으로, 제1 가동 모드는, 엔진의 최대 부하의 25% 내지 79%의 부하가 발생하는 상태로 엔진이 가동되는 모드로 부하에 따라 4단계로 구분될 수 있으며, 제2 가동 모드는 엔진의 최대 부하의 80~85% 이상의 부하가 발생하는 상태로 엔진이 가동되는 모드로 부하에 따라 3단계로 구분될 수 있다.

또한, 엔진이 제2 가동 모드로 가동되는 경우, 배기가스 처리장치(100)에 의해, 알칼리 수를 이용하여 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 폐쇄형 운전 모드가 결정될 수 있으며(S450), 배기가스 처리장치(100)가 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 반응 모듈(125)을 이용하여 산화제가 분사되도록 하여(S455), 배기가스에 포함된 유해물질인 황산화물을 제거하고, 일산화질소가 산화되도록 하고(S460), 이후 스크러버 모듈(120)을 이용하여 배기가스를 향해 알칼리 수를 분사하여(S465), 배기가스에 포함된 유해물질인 이산화질소를 제거할 수 있다(S470).

여기서, 배기가스 처리장치(100)는 유해물질인 이산화질소가 제거되는 과정에서 이용된 알칼리 수가 회수되도록 할 수 있다(S475).

그리고 유해물질이 제거되는 과정에서 이용된 알칼리 수가 회수되면, 유입된 배기가스를 향해 분사되는 알칼리 수의 온도가 기설정된 온도를 유지하도록 하기 위해, 회수된 알칼리 수를 재사용하여 유입된 배기가스를 향해 분사되도록 하기 이전에, 배기가스와 접촉되어 온도가 상승한 알칼리 수를 기설정된 온도로 냉각시킬 수 있다(S480).

또한, 배기가스가 스크러버 모듈(120)을 통과하여, 유해물질을 제거하는 과정을 거치면, 해수를 이용하여 유해물질이 제거된 배기가스와 동일하게 유해물질이 제거된 배기가스가 배기가스 배출 덕트(130)를 통하여 외부로 배출될 수 있으며(S485), 유해물질이 제거된 배기가스가 배출되면, 배출수 모니터링 모듈(190)이 배출되는 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치를 측정하고, 기설정된 수치와 비교하여 초과 여부를 판별할 수 있으며(S490), 기설정된 수치를 초과한 경우, 제어장치(200)에 이를 전달하여, 제어장치(200)가 측정된 배출가스의 이산화황(S02), 이산화탄소(CO2) 수치와 배출가스의 수치 초과에 대한 알람 메시지를 선박 내 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 전달하도록 할 수 있다.

이를 통해, 선박의 운항 지역에 따라 자동으로 결정된 엔진의 가동 모드에 따라 배기가스에 포함된 유해물질을 처리함으로써, 유황산화물에 대한 배출규제규정을 준수하고, 연료의 사용량을 절감시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100 : 배기가스 처리장치 110 : 배기가스 유입 덕트
111 : 배기가스 제1 유입 덕트 112 : 배기가스 제2 유입 덕트
113 : 경로변경 밸브
120 : 스크러버 모듈 121 : 세정액 공급관
122 : 분사 노즐 123 : 충전층
125 : 반응 모듈 130 : 배기가스 배출 덕트
140 : 해수 저장탱크 141 : 해수 공급관
143 : 해수 공급 개폐 밸브 150 : 알칼리 수 저장탱크
151 : 알칼리 수 공급관 153 : 알칼리 수 공급 개폐 밸브
155 : 산화제 저장탱크 160 : 제1 열교환기
165 : 순환펌프 170 : 배출수 처리 모듈
180 : 배출가스 모니터링 모듈 190 : 배출수 모니터링 모듈
200 : 제어장치

Claims

제어장치가 선박의 실시간 위치에 따라 상기 선박의 운항 지역이 유황산화물에 대한 배출규제해역인지 여부를 판단하는 단계;
상기 배출규제해역인지 여부의 판단 결과를 기반으로 상기 제어장치가 엔진의 가동 모드를 결정하는 단계;
상기 엔진의 가동 모드에 따라 상기 제어장치가 배기가스 처리장치의 운전 모드를 결정하는 단계; 및
상기 배기가스 처리장치가 결정된 운전 모드에 따라 유입된 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 단계;를 포함하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제1항에 있어서,
상기 가동 모드를 결정하는 단계는,
상기 제어장치가 상기 선박의 운항지역이 상기 배출규제해역이 아닌 것으로 판단하는 경우, 상기 가동되는 엔진의 부하가 기설정된 제1 범위 이내로 유지되도록 하는 제1 가동 모드를 결정하고,
상기 제어장치가 상기 선박의 운항지역이 상기 배출규제해역인 것으로 판단하는 경우, 상기 가동되는 엔진의 부하가 기설정된 제2 범위 이내로 유지되도록 하는 제2 가동 모드를 결정하며,
상기 제1 가동 모드는, 상기 제2 가동 모드보다 상기 엔진의 부하가 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제2항에 있어서,
상기 운전 모드를 결정하는 단계는,
상기 엔진이 상기 제1 가동 모드로 가동되는 경우, 상기 배기가스 처리장치에 의해, 해수를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 개방형 운전 모드를 결정하고,
상기 엔진이 상기 제2 가동 모드로 가동되는 경우, 상기 배기가스 처리장치에 의해, 알칼리 수를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 처리하는 폐쇄형 운전 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제3항에 있어서,
상기 유해물질을 처리하는 단계는,
상기 배기가스 처리장치가 상기 개방형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 배기가스 처리장치가 내부에 유입된 배기가스를 향해 해수가 분사되도록 하여, 상기 분사된 해수와 접촉된 배기가스에 포함된 유해물질이 제거되도록 하고, 상기 유해물질이 제거되는 과정에 이용된 해수가 외부로 배출되도록 하되,
상기 배기가스 처리장치가 상기 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 배기가스 처리장치가 내부에 유입된 배기가스를 향해 알칼리 수가 분사되도록 하여, 상기 분사된 알칼리 수와 접촉된 배기가스에 포함된 유해물질이 제거되도록 하고, 상기 유해물질이 제거되는 과정에서 이용된 알칼리 수가 회수되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제4항에 있어서,
상기 유해물질을 처리하는 단계는,
상기 배기가스 처리장치가 상기 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 유해물질이 제거되는 과정에서 이용된 알칼리 수가 회수되면, 상기 회수된 알칼리 수를 재사용하여 상기 유입된 배기가스를 향해 분사되도록 하기 이전에, 상기 배기가스와 접촉되어 온도가 상승한 알칼리 수를 기설정된 온도로 냉각시킴으로써, 상기 유입된 배기가스를 향해 분사되는 알칼리 수의 온도가 상기 기설정된 온도를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제4항에 있어서,
상기 유해물질을 처리하는 단계는,
상기 배기가스 처리장치가 상기 결정된 운전 모드에 따라 내부에 유입된 배기가스를 향해 해수 또는 알칼리 수를 분사하는 경우, 상기 분사된 해수가 배출되도록 하는 제1 경로와 상기 분사된 알칼리 수가 회수되도록 하는 제2 경로가 선택적으로 제공되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제4항에 있어서,
상기 유해물질이 제거되는 과정에 이용된 해수가 외부로 배출되면, 상기 배기가스 처리장치가 상기 배출되는 해수의 pH, PAH, 탁도를 측정하여, 각각의 기설정된 pH 값, PAH 값, 탁도 값의 초과 여부를 판별하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제7항에 있어서,
상기 초과 여부를 판별하는 단계는,
상기 측정된 각각의 pH 값, PAH 값, 탁도 값 중 어느 하나라도 상기 기설정된 각각의 기설정된 pH 값, PAH 값, 탁도 값을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 배기가스 처리장치가 근거리 통신망으로 연결된 모바일 단말에 상기 측정된 각각의 pH 값, PAH 값, 탁도 값에 대한 정보와 상기 배출되는 해수의 수질에 대한 알람 메시지를 전달하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제4항에 있어서,
상기 유해물질을 처리하는 단계는,
상기 배기가스 처리장치가 상기 폐쇄형 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 배기가스 처리장치가 내부에 유입된 배기가스를 향해 알칼리 수가 분사되도록 하기 이전에, 산화제가 분사되도록 하여, 상기 내부에 유입된 배기가스에 포함된 유해물질이 산화되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.
제9항에 있어서,
상기 유해물질은,
황산화물 및 질소산화물이고, 상기 질소산화물은 일산화질소를 포함하며,
상기 산화제는,
아염소산나트륨(NaClO2)인 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 처리장치의 운전 방법.