KR20210007194A - Scr 시스템의 운전제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블로워 및 블로워의 동작에 요구되는 밸브를 삭제함과 함께 엔진 배기가스를 효과적으로 사용함으로써 SCR 시스템의 장치 구성을 간략화하고 SCR 시스템의 운전을 효과적으로 제어할 수 있는 SCR 시스템의 운전제어방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며, 터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며, EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서, 예열운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV 및 배기관의 RSV는 차단, SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방된 상태를 이루며, FD팬을 통해 외부 공기가 버너에 공급되며, 버너는 유입된 외부 공기를 가열하며, 버너에 의해 가열된 공기는 우레아 가수분해챔버와 혼합기를 거쳐 SCR 반응기로 공급되어 SCR 반응기를 예열하는 것을 특징으로 한다.

Description

SCR 시스템의 운전제어방법{Method for controlling of SCR system}
본 발명은 SCR 시스템의 운전제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블로워 및 블로워의 동작에 요구되는 밸브를 삭제함과 함께 엔진 배기가스를 효과적으로 사용함으로써 SCR 시스템의 장치 구성을 간략화하고 SCR 시스템의 운전을 효과적으로 제어할 수 있는 SCR 시스템의 운전제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 사용되는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 국제연합(UN)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다. 질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이다. 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템은 환원제와 섞인 배기가스를 SCR 반응기에 설치된 촉매층으로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3)를 환원제로 사용한다.
SCR 시스템은 엔진 배기가스 배출 경로에 SCR 반응기를 설치하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거한다. 터보차저(T/C)의 후단에 SCR 반응기를 설치하여 엔진 배기가스를 정화하는 종래의 SCR 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, SCR 반응기(20), 우레아 가수분해챔버(40), 혼합기(30) 및 블로워(blower)(60)를 구비한다.
터보차저(12)로부터 배출되는 엔진 배기가스는 배기관을 통해 외부에 배출되는데, 해당 배기관은 배기가스를 SCR 반응기(20)에 인가하기 위한 배기관(1)과, SCR 반응기(20)를 거치지 않고 우회하여 배기가스를 배출하기 위한 바이패스 배기관(2)을 구비한다.
SCR 반응기(20)에 의해 배기가스를 정화하는 경우 SCR 반응기(20)로 유입되는 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하되, 우레아 가수분해챔버(40)(50)에 의해 우레아를 가수분해하여 생성되는 암모니아를 SCR 반응기(20)로 유입되는 배기가스에 투입함으로써, SCR 반응기(20)로 하여금 암모니아를 환원제로 사용하여 배기가스를 정화케 한다.
이처럼 우레아 가수분해챔버(40)에서 우레아를 가수분해하기 위해서, 우레아 저장부(41)로부터의 우레아를 우레아 가수분해챔버(40)에 인가함과 아울러 버너(50)로부터의 열을 가수분해챔버(50)에 인가하여서, 우레아에 열을 가하여 가수분해함으로써 암모니아를 발생한다. 이 때, 버너(50)의 연료 소모를 감소시키기 위하여 엔진 배기가스의 열을 이용하는데, 배기가스를 블로워(60)에 의해 버너(50)에 강제 유입시킴으로써 엔진 배기가스의 열을 우레아 가수분해챔버(40)에 인가하여 우레아 가수분해에 사용케 한다.
이와 같이, 종래의 SCR 시스템은 블로워를 구비하며, 상기 블로워는 상술한 바와 같이 우레아의 가수분해를 위해 배기가스를 버너에 공급하는 역할을 한다. 또한, 블로워는 SCR 반응기의 재생 운전시에도 SCR 반응기로의 배기가스 유입 용도로 사용되며, SCR 반응기의 예열 운전시에는 외부의 공기를 유입시키는 역할을 한다. 이와 함께, Tier Ⅲ 운전 후 벤팅(venting)용 공기 공급의 용도, Tier Ⅱ 운전시 SCR 반응기로 배기가스가 유입되는 것을 차단하기 위한 실링(sealing)용 공기 공급의 용도로도 블로워가 활용된다.
상술한 각 운전에 맞추어 블로워를 동작시키기 위해 블로워와 함께 ASV(air sealing valve), BSV(blower sealing valve), BTV(blower throttle valve) 등의 밸브가 요구된다.
SCR 시스템의 재생, 예열, 벤팅, 실링 등을 위해 블로워 및 기타 밸브가 요구됨에 따라, SCR 시스템의 장치 구성이 복잡해짐과 함께 재생 운전시 버너의 연료소모량이 증가되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제1784567호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 블로워 및 블로워의 동작에 요구되는 밸브를 삭제함과 함께 엔진 배기가스를 효과적으로 사용함으로써 SCR 시스템의 장치 구성을 간략화하고 SCR 시스템의 운전을 효과적으로 제어할 수 있는 SCR 시스템의 운전제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며, 터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며, EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서, 예열운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV 및 배기관의 RSV는 차단, SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방된 상태를 이루며, FD팬을 통해 외부 공기가 버너에 공급되며, 버너는 유입된 외부 공기를 가열하며, 버너에 의해 가열된 공기는 우레아 가수분해챔버와 혼합기를 거쳐 SCR 반응기로 공급되어 SCR 반응기를 예열하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며, 터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며, EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서, SCR운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV, 배기관의 RSV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방되고, 바이패스 배기관의 RBV는 차단된 상태를 이루며, 터보차저를 거친 엔진 배기가스가 배기관을 통해 혼합기로 공급됨과 함께 EGR 배기가스는 EGB 배관을 통해 버너로 공급되며, 버너는 EGR 배기가스를 가열하여 우레아 가수분해챔버로 전달하며, 우레아 가수분해챔버는 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성시키며, 생성된 암모니아는 혼합기로 공급되어 배기가스와 혼합되어 SCR 반응기로 공급되며, 암모니아와 배기가스의 혼합기체가 SCR 반응기에 공급되면, SCR 반응기 내의 SCR 촉매에 의해 질소산화물의 암모니아에 의한 환원반응이 촉진되어 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물이 질소(N2)로 환원되는 것을 다른 특징으로 한다.
이와 함께, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며, 터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며, EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서, 재생운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV, 바이패스 배기관의 RBV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방되고, 배기관의 RSV는 차단된 상태를 이루며, EGR 배기가스는 EGB 배관을 통해 버너로 공급되며, 버너는 EGR 배기가스를 가열하여 SCR 반응기로 공급하며, 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스에 의해 SCR 반응기 내의 SCR 촉매는 재생되며, 터보차저를 거친 엔진 배기가스는 배기관 및 바이패스 배기관을 거쳐 외부로 배출되며, EGR 배기가스의 일부는 EGB 바이패스 배관을 통해 배기관에 공급되어 터보차저를 거친 배기가스와 합류되어 외부로 배출되는 것을 다른 특징으로 한다.
이 때, 재생 운전을 하기에 충분할 만큼의 배기가스 유량을 EGR로부터 EGB 배관을 통해 공급받지 못할 경우에는 FD 팬을 통해 공기를 추가로 공급받아 EGR 배기가스와 FD 팬 공급 공기의 혼합기체를 버너로 가열하여 SCR 반응기 내의 SCR 촉매를 재생할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며, 터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며, EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서, 배기운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV 및 배기관의 RSV는 차단되고, 바이패스 배기관의 RBV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방된 상태를 이루며, FD팬에 의해 외부의 공기가 버너로 강제 유입되어 우레아 가수분해챔버, 혼합기 및 SCR 반응기를 순차적으로 거쳐 외부로 배출되며, 우레아 가수분해챔버, 혼합기 및 SCR 반응기에 연관된 EGB 배관 및 배기관에 잔류하는 EGR 배기가스가 공기에 의해 외부로 배기되는 것을 다른 특징으로 한다.
이와 함께, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며, 터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며, EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서, 일반운전을 위해, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV 및 바이패스 배기관의 RBV는 개방되고, EGB 배관의 EGB-SV, 배기관의 RSV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 차단된 상태를 이루며, 버너에 EGR 배기가스 및 외부의 공기가 유입되지 않으며, 터보차저를 거친 엔진 배기가스는 배기관 및 바이패스 배기관을 거쳐 외부로 배출되며, EGR 배기가스는 EGB 바이패스 배관을 통해 배기관에 합류되어 터보차저를 거친 엔진 배기가스와 함께 외부로 배출되는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.
블로워 및 그에 관련된 밸브 구성을 삭제함에 따라 SCR 시스템의 장치 구성을 간략화할 수 있으며, EGB 배관의 배기가스, 버너 및 FD팬을 이용하여 SCR 시스템의 재생, 예열, 벤팅, 실링동작을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 SCR 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 구성도.
도 3a 내지 도 3e는 각각 본 발명에 따른 SCR 시스템의 예열운전, SCR운전, 재생운전, 배기운전, 일반운전을 설명하기 위한 참고도.
본 발명은 블로워(blower)가 요구되지 않는 SCR 시스템을 구성하고, 이에 기반하여 예열운전, SCR운전(Tier Ⅲ 운전), 재생운전, 일반운전(Tier Ⅱ 운전), 배기운전을 효과적으로 제어하는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법을 설명하기에 앞서, 본 발명이 구현되는 SCR 시스템을 먼저 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 SCR 시스템은 배기관(1)을 구비한다. 상기 배기관(1)은 터보차저(T/C)(12)로부터 배출되는 엔진 배기가스를 SCR 반응기(20)로 공급하는 역할을 한다. 상기 배기관(1)의 일측에는 배기관(1)으로부터 분기되어 엔진 배기가스를 SCR 반응기(20)로 유입시키지 않고 외부로 배출시키는 바이패스 배기관(2)가 구비된다. 엔진(10)에서 발생된 엔진 배기가스는 EGR(exhaust gas receiver)(11)을 거쳐 터보차저(12)로 공급된다.
상기 배기관(1)의 일 지점에 구비된 SCR 반응기(20)는 환원제인 암모니아를 이용하여 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 환원, 제거하는 역할을 하며, 암모니아는 우레아(urea)의 분해에 의해 생성된다.
우레아로부터 암모니아를 생성시키기 위해, 우레아 저장부(41) 및 우레아 도징유닛(도시하지 않음)을 포함한 우레아 공급장치, 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성시키는 우레아 가수분해챔버(40)가 구비된다.
EGR(11)에 유입되는 엔진 배기가스는 약 250∼450℃의 온도를 갖는 반면, 터보차저(12)를 거쳐 SCR 반응기(20)에 유입되는 배기가스는 약 150∼250℃를 갖는다. 한편, SCR 반응기(20) 내에서의 원활한 환원반응을 유지시키고, ABS(Ammonium Bisulfate) 등의 부산물 생성을 방지하기 위해서는 SCR 반응기(20) 내부의 온도는 약 250℃ 이상으로 제어되어야 한다.
이와 같은 SCR 반응기(20) 내부의 온도 조건을 만족시키기 위해, 우레아 가수분해챔버(40)의 일측에는 버너(50)가 구비된다. 또한, 버너(50)의 일측에는 버너(50)에 외부 공기를 공급하는 FD팬(forced draft fan)(51)이 구비된다. 이와 함께, 버너(50)의 다른 일측은 EGB(exhaust gas bypass) 배관과 연결된다. 상기 EGB 배관(3)은 EGR(11) 내의 엔진 배기가스를 터보차저(12)로 공급하지 않고 바이패스시켜 상기 버너(50)로 공급하는 역할을 한다. 전술한 바와 같이, EGR(11)에 유입되는 엔진 배기가스는 약 250∼450℃로 고온이어서 우레아의 분해, SCR 반응기(20)의 예열시 가열 효율을 높일 수 있다. 참고로, 우레아(CO(NH2)2)는 약 160℃ 이상의 온도에서 가수분해된다.
EGB 배관(3)은 EGR(11)과 버너(50) 사이에 구비되며, EGB 배관(3)의 일 지점에서 EGB 바이패스 배관(4)이 분기되어 상기 배기관(1)과 연결된다. 즉, EGR(11)의 엔진 배기가스는 터보차저(12)로 공급되지 않는 경우, EGB 배관(3)을 통해 버너(50)에 공급되거나, EGB 바이패스 배관(4)을 통해 배기관(1)에 공급되어 배기관(1) 내에서 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스와 합류될 수 있다.
종래의 SCR 시스템의 경우, 블로워가 SCR 시스템의 재생, 예열, 벤팅, 실링에 관여하였으나, 본 발명의 경우 EGB 배관(3)의 배기가스 및 버너(50)가 SCR 시스템의 재생에 관여하고 FD팬(51)이 SCR 시스템의 예열, 벤팅, 실링에 관여한다. 즉, 본 발명의 경우, 블로워 및 블로워 동작에 필요한 밸브를 삭제함과 함께 EGB 배관(3)의 배기가스, 버너(50) 및 FD팬(51)을 이용하여 SCR 시스템의 재생, 예열, 벤팅, 실링동작을 제어하는 방식이다.
SCR 시스템의 재생, 예열, 벤팅, 실링동작을 제어하기 위해 EGB 배관(3)에는 EGB-SV(supply valve)가 구비되고, EGB 바이패스 배관(4)에는 EGB-BV(bypass valve)가 구비되며, 배기관(1)에는 RSV(reactor sealing valve)가 구비되며, 바이패스 배기관(2)에는 RBV(reactor bypass valve)가 구비되며, SCR 반응기(20) 후단의 배기관(1)에는 RTV(reactor throttle valve)가 구비된다. EGB-SV는 EGR(11) 배기가스의 버너(50)로의 공급을 개폐하고, EGB-BV는 EGR(11) 배기가스의 배기관(1)으로의 공급을 개폐하며, RSV는 SCR 반응기(20)로 공급되는 배기가스를 선택적으로 차단하며, RBV는 바이패스 배기관(2)를 선택적으로 개폐하며, RTV는 SCR 반응기(20)로부터 배출되는 배기가스를 선택적으로 차단한다.
한편, 우레아 가수분해챔버(40)에서 생성된 암모니아는 혼합기(30)를 거쳐 SCR 반응기(20)로 공급되며, 상기 혼합기(30) 내에서 배기가스와 암모니아가 혼합된다. 상기 혼합기(30)의 일측에는 배기관(1)이 연결되어 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스가 배기관(1)을 통해 혼합기(30)에 공급된다. 또한, 상기 SCR 반응기(20)의 일측에는 SCR 반응기(20) 내의 수트(soot)를 제거하기 위한 수트블로워(soot blower)가 구비된다.
다음으로, 상기의 구성을 갖는 SCR 시스템 하에 진행되는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 운전제어방법은 세부적으로 SCR 시스템의 예열운전, SCR운전(Tier Ⅲ 운전), 재생운전, 일반운전(Tier Ⅱ 운전), 배기운전을 제어하는 방법을 일컫는다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같은 SCR 시스템의 기반 하에 예열운전, SCR운전, 재생운전, 배기운전, 일반운전을 제어하는 방법을 일컫는다.
먼저, SCR 시스템의 예열운전(standby heat)은 다음과 같이 제어된다(도 3a 참조).
예열운전은 SCR운전을 진행하기 전에 SCR 반응기(20)를 일정 온도로 가열시키는 것이다. 예열운전을 위해 EGB 배관(3)의 EGB-SV 및 배기관(1)의 RSV는 차단, SCR 반응기(20) 후단 배기관(1)의 RTV는 개방된 상태를 이룬다. 이와 같은 상태에서, FD팬(51)을 통해 외부 공기가 버너(50)에 공급되며, 버너(50)는 유입된 외부 공기를 가열한다. 버너(50)에 의해 가열된 공기는 우레아 가수분해챔버(40)와 혼합기(30)를 거쳐 SCR 반응기(20)로 공급된다. SCR 반응기(20)로 가열된 공기가 지속적으로 공급되면서 SCR 반응기(20)는 일정 온도로 가열되며, SCR 반응기(20)의 예열에 사용된 공기는 SCR 반응기(20) 후단의 배기관(1)을 통해 외부로 배출된다. 참고로, 예열운전은 엔진의 정지가 전제되며, 이에 따라 엔진 배기가스는 배기관(1) 등으로 공급되지 않는다.
SCR 시스템의 SCR운전 즉, Tier Ⅲ 운전은 다음과 같이 제어된다(도 3b 참조).
SCR운전은 SCR 반응기(20)를 통해 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 환원, 제거시키는 것이다. SCR운전을 위해 바이패스 배기관(2)의 RBV를 제외한 제반 밸브는 모두 개방된다. 즉, EGB 배관(3)의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관(4)의 EGB-BV, 배기관(1)의 RSV 및 SCR 반응기(20) 후단 배기관(1)의 RTV는 개방되고, 바이패스 배기관(2)의 RBV는 차단된 상태를 이룬다. 이와 같은 상태에서, 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스를 배기관(1)을 통해 혼합기(30)로 공급된다. 이와 함께, EGR(11) 배기가스는 EGB 배관(3)을 통해 버너(50)로 공급되며, 버너(50)는 EGR(11) 배기가스를 가열하여 우레아 가수분해챔버(40)로 전달한다. 우레아 가수분해챔버(40)는 가열된 EGR(11) 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성시킨다. 우레아 가수분해챔버(40)에서 생성된 암모니아는 혼합기(30)로 공급되며, 혼합기(30) 내에서 암모니아와 배기가스가 혼합되어 SCR 반응기(20)로 공급된다. 암모니아와 배기가스의 혼합기체가 SCR 반응기(20)에 공급되면, SCR 반응기(20) 내의 SCR 촉매에 의해 질소산화물의 암모니아에 의한 환원반응이 촉진되어 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물이 질소(N2)로 환원된다. 질소산화물이 환원, 제거된 배기가스는 SCR 반응기(20) 후단의 배기관(1)을 통해 외부로 배출된다. 여기서, EGR(11) 배기가스의 일부는 EGB 바이패스 배관(4)을 통해 배기관(1)에 공급되어 터보차저(12)를 거친 배기가스와 합류된다.
SCR 시스템의 재생운전은 다음과 같이 제어된다(도 3c 참조).
재생운전은 SCR운전으로 인해 SCR 반응기(20)의 촉매에 침착된 암모늄이황산염 등의 반응부산물을 제거하기 위한 운전이다. 재생운전을 통해 암모늄이황산염 등의 반응부산물을 기화시켜 제거할 수 있다. 재생운전시 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스는 배기관(1)과 바이패스 배기관(2)를 거쳐 외부로 배출되며, EGR(11) 배기가스는 SCR 반응기(20)의 재생에 이용된다. 재생운전을 위해, 배기관(1)의 RSV를 제외한 제반 밸브는 모두 개방된다. 즉, EGB 배관(3)의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관(4)의 EGB-BV, 바이패스 배기관(2)의 RBV 및 SCR 반응기(20) 후단 배기관(1)의 RTV는 개방되고, 배기관(1)의 RSV는 차단된 상태를 이룬다. 이와 같은 상태에서, EGR(11) 배기가스는 EGB 배관(3)을 통해 버너(50)로 공급되며, 버너(50)는 EGR(11) 배기가스를 가열하여 SCR 반응기(20)로 공급한다. 이 때, 가열된 EGR(11) 배기가스는 우레아 가수분해챔버(40) 및 혼합기(30)를 거쳐 SCR 반응기(20)로 공급되는데, SCR 반응기(20)의 재생을 목적으로 하는 바 우레아 가수분해챔버(40)에는 우레아가 공급되지 않는다. 버너(50)에 의해 가열된 EGR(11) 배기가스에 의해 SCR 반응기(20) 내의 SCR 촉매는 재생된다. SCR 촉매 재생에 사용된 EGR(11) 배기가스는 SCR 반응기(20) 후단 배기관(1)의 RTV를 통해 외부로 배출된다. 한편, 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스는 배기관(1) 및 바이패스 배기관(2)를 거쳐 외부로 배출되며, EGR(11) 배기가스의 일부는 EGB 바이패스 배관(4)을 통해 배기관(1)에 공급되어 터보차저(12)를 거친 배기가스와 합류되어 외부로 배출된다.
이 때, 재생 운전을 하기에 충분할 만큼의 배기가스 유량을 EGR(11)로부터 EGB 배관(3)을 통해 공급받지 못할 경우에는 FD 팬(51)을 통해 공기를 추가로 공급받아 EGR(11) 배기가스와 FD 팬(51) 공급 공기의 혼합기체를 버너(50)로 가열하여 SCR 반응기(20) 내의 SCR 촉매를 재생할 수 있다.
재생운전이 완료되면 우레아 가수분해챔버(40), 혼합기(30), SCR 반응기(20) 및 그에 연관된 배관에 잔류하는 EGR(11) 배기가스를 배출하기 위해 SCR 시스템의 배기운전이 실시된다.
SCR 시스템의 배기운전은 다음과 같이 제어된다(도 3d 참조).
배기운전시 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스는 배기관(1)과 바이패스 배기관(2)를 거쳐 외부로 배출되며, 외부의 공기가 배기운전에 이용된다. 배기운전을 위해, EGB 배관(3)의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관(4)의 EGB-BV 및 배기관(1)의 RSV는 차단되고, 바이패스 배기관(2)의 RBV 및 SCR 반응기(20) 후단 배기관(1)의 RTV는 개방된다. 이와 같은 상태에서, FD팬(51)에 의해 외부의 공기가 버너(50)로 강제 유입되며, 유입된 공기는 우레아 가수분해챔버(40), 혼합기(30) 및 SCR 반응기(20)를 순차적으로 거쳐 외부로 배출된다. 공기가 SCR 반응기(20)를 거쳐 배출되는 과정에서 우레아 가수분해챔버(40), 혼합기(30) 및 SCR 반응기(20)에 잔류하는 EGR(11) 배기가스가 공기에 의해 외부로 배출된다. 또한, 우레아 가수분해챔버(40), 혼합기(30) 및 SCR 반응기(20)에 연관된 배관 즉, EGB 배관(3) 및 배기관(1)에 잔류하는 EGR(11) 배기가스 역시 공기에 의해 외부로 배기된다. 한편, 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스는 배기관(1) 및 바이패스 배기관(2)를 거쳐 외부로 배출된다.
SCR 시스템의 일반운전 즉, Tier Ⅱ 운전은 다음과 같이 제어된다(도 3e 참조).
Tier Ⅱ 운전은 SCR 반응기(20)를 이용한 질소산화물 제거가 요구되지 않는 운전이다. 따라서, 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스 뿐만 아니라 EGR(11) 배기가스 모두 SCR 반응기(20)로 공급되지 않고 배기관(1) 및 바이패스 배기관(2)를 통해 외부로 배출된다. SCR 시스템의 일반운전을 위해, EGB 바이패스 배관(4)의 EGB-BV 및 바이패스 배기관(2)의 RBV는 개방되고, EGB 배관(3)의 EGB-SV, 배기관(1)의 RSV 및 SCR 반응기(20) 후단 배기관(1)의 RTV는 차단된다. 이와 같은 상태에서, 버너(50)에는 EGR(11) 배기가스 뿐만 아니라 외부의 공기가 유입되지 않으며, 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스는 배기관(1) 및 바이패스 배기관(2)를 거쳐 외부로 배출된다. 또한, EGR(11) 배기가스는 EGB 바이패스 배관(4)을 통해 배기관(1)에 합류되어 터보차저(12)를 거친 엔진 배기가스와 함께 외부로 배출된다.
이상, SCR 시스템의 예열운전, SCR운전, 재생운전, 배기운전, 일반운전의 제어방법에 대해 설명하였다. 상술한 SCR 시스템의 예열운전, SCR운전, 재생운전, 배기운전, 일반운전은 순차적으로 진행되거나 독립적으로 진행될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 블로워 및 블로워 동작에 필요한 밸브를 삭제됨에도 불구하고 EGB 배관(3)의 배기가스, 버너(50) 및 FD팬(51)을 이용하여 SCR 시스템의 예열운전, SCR운전, 재생운전, 배기운전, 일반운전이 효과적으로 진행될 수 있음을 알 수 있다.
1 : 배기관 2 : 바이패스 배기관
3 : EGB 배관 4 : EGB 바이패스 배관
10 : 엔진 11 : EGR
12 : 터보차저 20 : SCR 반응기
30 : 혼합기 40 : 우레아 가수분해챔버
41 : 우레아 저장부 50 : 버너
51 : FD팬

Claims (6)

  1. 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며,
    터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며,
    EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서,
    예열운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV 및 배기관의 RSV는 차단, SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방된 상태를 이루며,
    FD팬을 통해 외부 공기가 버너에 공급되며, 버너는 유입된 외부 공기를 가열하며, 버너에 의해 가열된 공기는 우레아 가수분해챔버와 혼합기를 거쳐 SCR 반응기로 공급되어 SCR 반응기를 예열하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 운전제어방법.
  2. 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며,
    터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며,
    EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서,
    SCR운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV, 배기관의 RSV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방되고, 바이패스 배기관의 RBV는 차단된 상태를 이루며,
    터보차저를 거친 엔진 배기가스가 배기관을 통해 혼합기로 공급됨과 함께 EGR 배기가스는 EGB 배관을 통해 버너로 공급되며, 버너는 EGR 배기가스를 가열하여 우레아 가수분해챔버로 전달하며, 우레아 가수분해챔버는 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하여 암모니아를 생성시키며, 생성된 암모니아는 혼합기로 공급되어 배기가스와 혼합되어 SCR 반응기로 공급되며, 암모니아와 배기가스의 혼합기체가 SCR 반응기에 공급되면, SCR 반응기 내의 SCR 촉매에 의해 질소산화물의 암모니아에 의한 환원반응이 촉진되어 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물이 질소(N2)로 환원되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 운전제어방법.
  3. 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며,
    터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며,
    EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서,
    재생운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV, 바이패스 배기관의 RBV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방되고, 배기관의 RSV는 차단된 상태를 이루며,
    EGR 배기가스는 EGB 배관을 통해 버너로 공급되며, 버너는 EGR 배기가스를 가열하여 SCR 반응기로 공급하며, 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스에 의해 SCR 반응기 내의 SCR 촉매는 재생되며,
    터보차저를 거친 엔진 배기가스는 배기관 및 바이패스 배기관을 거쳐 외부로 배출되며, EGR 배기가스의 일부는 EGB 바이패스 배관을 통해 배기관에 공급되어 터보차저를 거친 배기가스와 합류되어 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 운전제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 재생 운전을 하기에 충분할 만큼의 배기가스 유량을 EGR로부터 EGB 배관을 통해 공급받지 못할 경우에는 FD 팬을 통해 공기를 추가로 공급받아 EGR 배기가스와 FD팬 공급공기의 혼합기체를 버너로 가열하여 SCR 반응기 내의 SCR 촉매를 재생하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 운전제어방법.
  5. 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며,
    터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며,
    EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서,
    배기운전을 위해, EGB 배관의 EGB-SV, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV 및 배기관의 RSV는 차단되고, 바이패스 배기관의 RBV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 개방된 상태를 이루며,
    FD팬에 의해 외부의 공기가 버너로 강제 유입되고, 버너로 유입된 공기는 우레아 가수분해챔버, 혼합기 및 SCR 반응기를 순차적으로 거쳐 외부로 배출되며, 우레아 가수분해챔버, 혼합기 및 SCR 반응기에 연관된 EGB 배관 및 배기관에 잔류하는 EGR 배기가스가 공기에 의해 외부로 배기되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 운전제어방법.
  6. 외부의 공기 또는 EGR 배기가스를 가열하는 버너; 외부의 공기를 버너에 유입시키는 FD팬; 버너에 의해 가열된 EGR 배기가스를 이용하여 우레아를 가수분해하는 우레아 가수분해챔버; 우레아의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기로 공급하는 혼합기; 및 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 암모니아를 이용하여 환원시키는 SCR 반응기;를 포함하여 구성되며,
    터보차저를 거친 배기가스는 배기관을 통해 혼합기로 공급되고, SCR 반응기를 바이패스하는 바이패스 배기관이 배기관의 일 지점에서 분기되어 구비되며, EGB 배관이 EGR과 버너 사이에 구비되며,
    EGB 배관에 EGB-SV가 구비되고, EGB 바이패스 배관에 EGB-BV가 구비되며, 배기관에 RSV가 구비되며, 바이패스 배기관에 RBV가 구비되며, SCR 반응기 후단의 배기관에 RTV가 구비되는 SCR 시스템의 운전제어방법에 있어서,
    일반운전을 위해, EGB 바이패스 배관의 EGB-BV 및 바이패스 배기관의 RBV는 개방되고, EGB 배관의 EGB-SV, 배기관의 RSV 및 SCR 반응기 후단 배기관의 RTV는 차단된 상태를 이루며,
    버너에 EGR 배기가스 및 외부의 공기가 유입되지 않으며, 터보차저를 거친 엔진 배기가스는 배기관 및 바이패스 배기관을 거쳐 외부로 배출되며, EGR 배기가스는 EGB 바이패스 배관을 통해 배기관에 합류되어 터보차저를 거친 엔진 배기가스와 함께 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 운전제어방법.
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KR20170114488A (ko) * 2016-04-05 2017-10-16 현대중공업 주식회사 Lp scr 시스템 및 그 제어 방법

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KR101784567B1 (ko) 2015-10-29 2017-10-11 현대중공업 주식회사 배기 경로 일체형 scr 시스템
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