KR20220044001A - 능동형 배기가스 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소장치에서 생성되어 배출된 질소산화물(NOX)을 포함하는 피처리 배기가스를 전달하는 배기가스 전달부; 상기 배기가스 전달부에서 전달된 상기 피처리 배기가스가 유입되어 통과하는 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기를 포함하고, 상기 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOX를 N2로 전환시켜 NOX 농도가 저감되어 처리된 배기가스를 생성시키고, 상기 처리된 배기가스를 유출시키는 반응부; 상기 반응부에서 유출되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도를 측정하는 가스측정부; 상기 가스측정부와 전기적으로 연결되고, 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나를 선택하는 제어부; 및 상기 배기가스 전달부 및 반응부 사이에 위치하고, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 배기가스 전달부에서 전달되는 피처리 배기가스를 상기 제어부가 선택한 SCR 반응기에 유입되도록 배기가스 이동 경로를 전환하는 솔레노이드 밸브;를 포함하는 능동형 배기가스 처리 시스템을 제공한다.

Description

능동형 배기가스 처리 시스템{Active exhaust gas treatment system}
본 발명은 배기가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 반응기를 포함하고, 능동적으로 상기 SCR 반응기를 선택하여 효율적으로 질소산화물(NOX)이 저감되어 처리된 배기가스를 유출 시킬 수 있는 배기가스 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 온실가스 배출 증가에 따른 기후변화가 큰 환경적 문제로 대두되고 있어 화석연료를 사용하는 발전 및 산업용 연소 설비에서 고효율화 및 바이오매스 등 재생에너지원의 활용이 요구되고 있고, 이에 따른 질소 산화물(NOx) 등의 오염물질의 생성이 증가되고 있다.
연소 과정에서 발성하는 상기 NOx는 미세먼지의 2 차 생성원인인 전구물질이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 NOx는 대기중 오존(O3) 등과 반응하여 산성물질인 질산(HNO3)을 생성하고, 질산(HNO3)은 대기중 알카리성 물질인 암모니아(NH3)와 반응하여 질산 암모늄(NH4NO3)이 되는데, 상기 질산암모늄(NH4NO3)은 입자상 물질로서 2 차적 미세먼지가 된다.
종래 상기 NOx를 처리하기 위한 기술로는 EGR(Exhaust Gas Recirculation), SNCR(Selective Non Catalytic Reduction), SCR(Selective Catalytic Reduction)등의 기술이 있으나, 상기 EGR은 EGR 냉각장치가 필요하고, 복잡하고 부피가 커지며, 출력 및 효율이 감소된다는 문제점이 있으며, 상기 SNCR은 900 ℃ 내지 1,200 ℃의 높은 운전 온도가 필요하고, 40 % 내지 50 %의 낮은 효율의 문제가 있었다.
발전소 연소에 있어서, 일반적으로 사용되는 상기 NOX의 저감을 위한 설비 방식은 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction; SCR)으로, 상기 선택적 촉매 환원법은 일정한 온도하에서 배기가스와 환원제가 동시에 SCR 촉매층에서 접촉함으로써 배기가스 내의 NOX를 환원제와 선택적 반응에 의해 무해한 질소(N2)와 수증기(H2O)로 환원 시키는 방법이다.
종래에는, 상기 선택적 촉매 환원법을 이용한 NOx의 처리를 위하여, 연소장치의 후 처리단에서 건식 또는 습식으로 처리하는 방안이 있었으나, 능동적인 처리 방법이 없어, 상기 환원제가 낭비되거나 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
발전소 연소의 경우 연료의 성상 또는 출력부하에 따른 연소 가스 생성이 다양하게 변하는 상황으로 이를 능동적으로 대체 처리 가능한 방법이 필요한 바, 적절한 농도의 환원제가 능동적으로 투여되어 NOx의 처리가 효율적인 새로운 배기가스 처리 시스템이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제 10-0352340호
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 과제는 연소장치에서 생성되어 배출된 질소산화물(NOX)을 포함하는 피처리 배기가스를 전달하는 배기가스 전달부; 상기 배기가스 전달부에서 전달된 상기 피처리 배기가스가 유입되어 통과하는 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기를 포함하고, 상기 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOX를 N2로 전환시켜 NOX 농도가 저감되어 처리된 배기가스를 생성시키고, 상기 처리된 배기가스를 유출시키는 반응부; 상기 반응부에서 유출되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도를 측정하는 가스측정부; 상기 가스측정부와 전기적으로 연결되고, 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나를 선택하는 제어부; 및 상기 배기가스 전달부 및 반응부 사이에 위치하고, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 배기가스 전달부에서 전달되는 피처리 배기가스를 상기 제어부가 선택한 SCR 반응기에 유입되도록 배기가스 이동 경로를 전환하는 솔레노이드 밸브; 를 포함하는 능동형 배기가스 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 과제는, 상기 능동형 배기가스 처리 시스템을 이용한 능동형 배기가스 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양태는 연소장치에서 생성되어 배출된 질소산화물(NOX)을 포함하는 피처리 배기가스를 전달하는 배기가스 전달부; 상기 배기가스 전달부에서 전달된 상기 피처리 배기가스가 유입되어 통과하는 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기를 포함하고, 상기 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOX를 N2로 전환시켜 NOx 농도가 저감되어 처리된 배기가스를 생성시키고, 상기 처리된 배기가스를 유출시키는 반응부; 상기 반응부에서 유출되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도를 측정하는 가스측정부; 상기 가스측정부와 전기적으로 연결되고, 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나를 선택하는 제어부; 및 상기 배기가스 전달부 및 반응부 사이에 위치하고, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 배기가스 전달부에서 전달되는 피처리 배기가스를 상기 제어부가 선택한 SCR 반응기에 유입되도록 배기가스 이동 경로를 전환하는 솔레노이드 밸브; 를 포함하는 능동형 배기가스 처리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도가 상기 기준 NOx 농도보다 높은 경우, 기 선택된 SCR 반응기보다 체적이 큰 SCR 반응기를 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기는 제 1 SCR 반응기, 제 2 SCR 반응기 및 제 3 SCR 반응기이고, 상기 제 2 SCR 반응기의 체적은 상기 제 1 SCR 반응기의 체적의 1.1 배 내지 2.0 배 이고, 상기 제 3 SCR 반응기의 체적은 상기 제 1 SCR 반응기의 체적의 1.5 배 내지 3.0 배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 SCR 반응기 내부에서 상기 피처리 배기가스에 암모니아를 분사시키는 암모니아 인젝터 장치부를 더 포함하고, 상기 암모니아 인젝터 장치부는 상기 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 암모니아 인젝터 장치부는 하나 이상의 인젝터 노즐을 포함하고, 상기 하나 이상의 인젝터 노즐은 상기 SCR 반응기의 상부, 측부 또는 상부 및 측부에 위치하여 상기 피처리 배기가스에 듀얼 분사방식, 멀티 분사방식 또는 혼합 분사방식으로 암모니아를 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOX의 농도 및 기 설정된 기준 NOX 농도를 비교하여, 상기 하나 이상의 인젝터 노즐에서 분사되는 물의 길이 또는 분사각을 조절하여 상기 암모니아 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 분사압을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도가 상기 기준 NOx 농도 보다 큰 경우, 상기 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 분사압을 증가시켜 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스측정부는 상기 유출되는 처리된 배기가스에 포함된 암모니아 농도를 측정하고, 상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 암모니아 농도 및 기 설정된 기준 암모니아 농도를 비교하여, 상기 암모니아 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 양을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 암모니아 농도가 상기 기준 암모니아 농도보다 큰 경우, 상기 암모니아 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 양을 감소시켜 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 측정하는 온도측정부 및 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 증가시키는 히터를 더 포함하고, 상기 온도측정부 및 상기 히터는 상기 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 온도측정부에서 측정되는 SCR 반응기 내부 온도 및 기 설정된 기준 SCR 반응기 내부 온도를 비교하고, 상기 온도측정부에서 측정되는 SCR 반응기 내부 온도가 상기 기준 SCR 반응기 내부 온도보다 낮은 경우, 상기 히터를 작동시켜 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태는 연소장치에서 생성되어, 배기가스 전달부로부터 전달되는 피처리 배기가스가 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나의 SCR 반응기에 유입되는 제 1 단계; 상기 SCR 반응기에 유입된 피처리 배기가스에 암모니아가 분사되는 제 2 단계; 상기 암모니아가 분사된 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOx가 N2로 전환되어 NOx가 저감되어 처리된 배기가스가 생성되고, 유출되는 제 3 단계; 상기 유출되는 처리된 배기가스의 NOX 농도를 측정하고, 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOX 농도 및 기 설정된 기준 NOX 농도를 비교하여, 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나의 SCR 반응기가 선택되는 제 4 단계; 및 상기 선택된 SCR 반응기에 배기가스가 유입되도록 배기가스 이동 경로가 전환되고, 상기 선택된 SCR 반응기에 상기 배기가스가 유입되는 제 5 단계;를 포함하고, 상기 제 2 단계 내지 제 5 단계는 상기 배기가스 전달부에서 전달되는 모든 피처리 배기가스가 SCR 반응기에 유입될 때까지 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 4 단계는 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 분사되는 암모니아의 분사압을 제어하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 4 단계는 유출되어 처리된 배기가스의 암모니아 농도를 측정하여 상기 측정되는 암모니아의 농도 및 기 설정된 기준 암모니아 농도를 비교하여, 분사되는 암모니아의 분사량을 제어하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 3 단계는 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 측정하고, 상기 측정되는 SCR 반응기 내부의 온도 및 기 설정된 기준 SCR 반응기 내부의 온도를 비교하여 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 제어하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명이 제공하는 능동형 배기가스 처리 시스템은 다양한 연소장치에서 배출되는 피처리 배기가스에 포함된 NOx의 함유량에 따라 적절한 SCR 반응기를 능동적으로 선택하여, NOx 저감 효율을 극대화 시킬 수 있다.
또한, 다양한 분사방식으로 암모니아를 분사할 수 있는 암모니아 인젝터 장치를 포함하여, 다양한 피처리 배기가스 및 암모니아 슬립에 대응하여 암모니아의 분사량, 분사각도, 분사압 등을 능동적으로 제어하여, 사용되는 암모니아의 낭비를 방지하고, 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, SCR 반응기 내의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부 및 온도를 상승시킬 수 있는 히터를 포함하여, SCR 반응기 내의 온도를 능동적으로 제어할 수 있는 바, NOx 저감 효율을 극대화 시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 SCR 반응기(210)의 모식도(a), 정면도(b) 및 상부도(c)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 SCR 반응기(210) 및 인젝터 장치부(600)의 모식도(a,b 및 c) 및 인젝터 노즐(610)의 사진(d)이다.
도 4는 본 발명의 능동형 배기가스 처리 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 양태는 능동형 배기가스 처리 시스템(1)을 제공한다.
도 1은 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템(1)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템(1)은 연소장치에서 생성되어 배출된 질소산화물(NOx)을 포함하는 피처리 배기가스를 전달하는 배기가스 전달부(100); 상기 배기가스 전달부(100)에서 전달된 상기 피처리 배기가스가 유입되어 통과하는 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210)를 포함하고, 상기 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기(210) 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOX를 N2로 전환시켜 NOX 농도가 저감되어 처리된 배기가스를 생성시키고, 상기 처리된 배기가스를 유출시키는 반응부(200); 상기 반응부(200)에서 유출되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도를 측정하는 가스측정부(300); 상기 가스측정부(300)와 전기적으로 연결되고, 상기 가스측정부(300)에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210) 중 어느 하나를 선택하는 제어부(400); 및 상기 배기가스 전달부(100) 및 반응부(200) 사이에 위치하고, 상기 제어부(400)와 전기적으로 연결되어, 상기 배기가스 전달부(100)에서 전달되는 피처리 배기가스를 상기 제어부(400)가 선택한 SCR 반응기(210)에 유입되도록 배기가스 이동 경로를 전환하는 솔레노이드 밸브(500);를 포함한다.
상기 배기가스 전달부(100)는 연소장치, 예를 들면, 버너, 발전소 등에서 배출되는 NOx를 포함하는 피처리 배기가스가 균일한 유체역학적 특성을 유지하면서 반응부(200)의 반응기(210)로 유입되도록 가이드하는 역할을 하는 구성에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배기가스 전달부(100)의 전단은 연소장치와 물리적으로 연결되고, 상기 배기가스 전달부(100)의 후단은 반응부(200)와 물리적으로 연결될 수 있고, 상기 배기가스 전달부(100) 및 상기 반응부(200) 사이에 상기 배기가스 전달부(100)에서 전달되는 피처리 배기가스의 유입 경로를 조절하는 솔레노이드 밸브(500)가 물리적으로 연결되어 있을 수 있다.
상기 반응부(200)는 상기 배기가스 전달부(100)에서 전달되는 피처리 배기가스를 SCR 반응기를 이용하여 상기 피처리 배기가스에 포함된 NOx를 저감하는 역할을 하는 구성에 해당한다.
본 명세서에서, “SCR(Selective Catalytic Reduction)” 공정이란, 화석 연료, 바이오 연료 또는 바이오매스를 이용하는 발전소에서 전기를 생산하는 연소 공정과 가정용 폐기물을 소각하는 동안 발생되는 연소가스(배기가스)로부터 NOx를 제거하도록 설계된 선택적 촉매 환원법을 의미한다.
일반적으로, 상기 SCR 공정은 유체역학적으로 이동하는 피처리 배기가스에 암모니아와 같은 환원제를 분사하고, SCR 촉매층을 포함하는 SCR 반응기 내부를 통과하며, SCR 촉매층에 포함된 촉매물질이 상기 환원제를 이용한 피처리 배기가스에서 NOx의 환원을 촉진하여 원소 상태의 질소(N2)와 수증기(H2O)를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응부(200)에서는 상술한 SCR 공정에 의하여, 피처리 배기가스의 NOx가 저감될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예의 SCR 반응기(210)의 모식도(a), 정면도(b) 및 상부도(c)이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템(1)에 이용되는 일반적인 SCR 공정을 살펴보면, 상기 배기가스 전달부(100)에서 전달되는 피처리 배기가스는 상기 SCR 반응기(210)의 유입부(212)를 통하여 상기 SCR 반응기(210)의 내부에 유입되고, 상기 유입된 피처리 배기가스는 상기 SCR 반응기(210)의 유입부(212)에 위치하는 암모니아 인젝터 노즐(610)에서 분사되는 환원제인 암모니아(A)에 의하여, 암모니아를 포함하는 피처리 배기가스가 된다.
상기 암모니아를 포함하는 피처리 배기가스는 상기 SCR 반응기(210) 내부에 위치하는 SCR 촉매층(211)을 통과하게 되고, 상기 피처리 배기가스에 포함된 NOx는 상기 SCR 촉매층(211)을 통과하면서 하기의 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 “NOx 환원반응”이 일어나게 된다.
[화학식 1]
4NO+4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
[화학식 2]
6NO2 +8NH3 -> 7N2 + 12H2O
상기 화학식 1 또는 화학식 2를 참조하면, 상기 NOx 환원반응에서, 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOx가 질소(N2)로 환원됨으로써, 상기 SCR 반응기(210)를 통과하여 생성되는 처리된 배기가스는 상기 유입되는 피처리 배기가스에 비하여 NOx의 농도가 저감되게 된다.
본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템(1)은 상술한 NOx 환원반응을 포함하는 SCR 공정을 기본으로, 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210)를 포함하는 반응부(200), 가스측정부(300), 솔레노이드 밸브(500), 암모니아 인젝터 장치부(600), 온도측정부(700), 히터(800) 및 상기 가스측정부(300), 솔레노이드 밸브(500), 암모니아 인젝터 장치부(600), 온도측정부(700) 및 히터(800)와 모두 전기적으로 연결된 제어부(400)를 포함하여 상기 배기가스 처리 공정을 능동적으로 수행할 수 있다.
먼저, 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템은 제어부(400)와 전기적으로 연결된 가스측정부(300)를 포함한다.
상기 가스측정부(300)는 복수 개의 가스센서(310)를 포함할 수 있고, 상기 복수 개의 가스센서(310)는 SCR 반응기(210) 내부에 위치하여, 상기 SCR 반응기(210) 내부의 가스 농도를 측정할 수 있다.
예를 들면, 상기 가스센서(310)는 상기 SCR 반응기(210) 내부의 유입구(212) 및 유출구(213)에 위치하여, NOx 농도를 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 유입구(212)에 위치하는 가스센서(310)는 상기 SCR 반응기(210) 내부로 유입되는 피처리 배기가스의 NOx 농도를 측정할 수 있고, 상기 유출구(213)에 위치하는 가스센서(310)는 SCR 촉매층(211)을 통과한 처리된 배기가스의 NOx 농도를 측정할 수 있는데, 상기 피처리 배기가스의 NOx 농도 및 처리된 배기가스의 NOx 농도를 이용하여, NOx의 전환율 등을 이용한 배기가스 처리 시스템의 효율을 실시간으로 감지 할 수 있다.
또한, 상기 가스센서(310)가 측정한 처리된 배기가스의 NOx 농도 정보는 제어부(400)로 송출되고, 상기 제어부(400)는 상기 처리된 배기가스의 NOx 농도를 기 설정된 NOx의 농도와 비교하고, 이를 통하여 도출되는 정보를 솔레노이드 밸브(500) 또는 암모니아 인젝터 장치부(600)에 송부할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스센서(310)는 상기 SCR 반응기(210) 내부의 유출구(213)에 위치하여, 처리된 배기가스의 암모니아 농도를 측정할 수 있다.
상기 가스센서(310)가 측정한 처리된 배기가스의 암모니아 농도 정보는 제어부(400)로 송출되고, 상기 제어부(400)는 상기 처리된 배기가스의 암모니아 농도를 기 설정된 암모니아 농도와의 비교하고, 이를 통하여 도출되는 정보를 암모니아 인젝터 장치부(600)에 송부할 수 있고, 이를 통하여, 암모니아 슬립을 방지할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
다음으로, 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템은 복수의 SCR 반응기(210)를 포함하는 반응부(200) 및 상기 반응부(200)와 물리적으로 연결되고, 제어부(400)와 전기적으로 연결된 솔레노이드 밸브(500)를 포함한다.
상기 반응부(200)는 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210)를 포함할 수 있고, 상기 복수의 SCR 반응기(210) 각각은 피처리 배기가스를 수용할 수 있는 수용공간을 가지고, 유입구(212), SCR 촉매층(211) 및 유출구(213)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210) 각각은 서로 체적이 다름으로 인하여, 수용할 수 있는 피처리 배기가스의 양이 다를 수 있고, 상기 수용할 수 있는 피처리 배기가스의 양이 다름으로 인하여, NOx 환원반응을 통하여 수행되는 피처리 배기가스에 포함된 NOx의 전환 효율이 달라질 수 있다.
일반적으로, SCR 반응기의 체적이 클수록 SCR 촉매층의 표면적도 넓어지게 되므로, NOx의 전환 효율이 우수할 수 있으나, 체적인 큰 SCR 반응기를 이용하여 배기가스 처리를 수행하는 경우, SCR 촉매, 분사되는 암모니아의 낭비가 일어날 수 있어, 경제적으로 효율적이지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210)는 제 1 SCR 반응기(210), 제 2 SCR 반응기(210) 및 제 3 SCR 반응기(210)의 세 종류일 수 있고, 상기 제 2 SCR 반응기(210)의 체적은 상기 제 1 SCR 반응기(210)의 체적의 1.1 배 내지 2.0 배, 예를 들면, 1.5 배이고, 상기 제 3 SCR 반응기(210)의 체적은 상기 제 1 SCR 반응기(210)의 체적의 1.5 배 내지 3.0 배, 예를 들면 2 배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 반응부(200)는 체적이 서로 다른 복수개의 SCR 반응기(210)를 구비하고, 본 발명의 배기가스 처리 공정에 사용되는 SCR 반응기(210)를 상기 제어부(400)에 의하여 능동적으로 선택될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스측정부(300)는 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템에서 선택된 제 1 SCR 반응기(210)를 이용하여 수행된 배기가스 처리 공정 후, 처리된 배기가스의 NOx 농도를 측정할 수 있고, 상기 제어부(400)는 상기 가스측정부(300)에서 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도가 상기 기준 NOx의 농도보다 높은 경우, 보다 큰 체적을 가지는 제 2 SCR 반응기(210)를 선택하게 될 수 있다.
이어서, 상기 제어부(400)는 상기 제 2 SCR 반응기(210)를 선택한 결과를 상기 제어부(400)와 연결된 솔레노이드 밸브(500)에 송출할 수 있다. 이때, 상기 솔레노이드 밸브(500)는 상기 체적이 서로 다른 복수의 SCR 반응기(210) 각각의 유입구(212)와 연결되어 있을 수 있고, 상기 제어부(400)에서 선택된 제 2 SCR 반응기(210)의 유입구에 피처리 배기가스가 유출되도록 배기 가스 이동경로를 전환할 수 있다.
나아가, 상기 가스측정부(300)는 상기 제 2 SCR 반응기(210)를 이용하여 수행된 배기가스 처리 공정 후, 처리된 배기가스의 NOx 농도를 측정할 수 있고, 상기 제어부(400)는 상기 가스측정부(300)에서 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도가 상기 기준 NOx의 농도보다 높은 경우, 보다 큰 체적을 가지는 제 3 SCR 반응기(210)를 선택하게 될 수 있고, 상기 솔레노이드 밸브(500)는 상기 제어부(400)에서 선택된 제 3 SCR 반응기(210)의 유입구에 피처리 배기가스가 유출되도록 배기 가스 이동경로를 전환할 수 있다.
상기 공정은 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도가 기 설정된 기준 NOx 농도와 비교하여 같거나 작아질 때까지 반복하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 SCR 촉매층(211)은 산화 환경에서 환원제의 존재하에 NOx를 선택적으로 환원시킬 수 있는 것으로, 촉매 표면적으로 최대화하는 벌집형 촉매 배치, 주름형 촉매 배치 및 플레이트형 촉매 배치를 포함하는 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 SCR 촉매층(211)은 촉매 물질, 촉매 기재, 예를 들면, 티타늄 산화물, 촉매지지 물질, 예를 들면, 금속 메쉬, 촉매 지지구조 및 촉매 모듈을 형성하기 위한 지지 구조를 고정하는 모든 프레임 워크를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 체적이 서로 다른 복수의 SCR 반응기(210) 각각은 서로 다른 SCR 촉매층(211)을 포함할 수 있고, 상기 서로 각각 다른 SCR 촉매층(211)은 상이한 촉매기재가 이용 되었으나, 동일한 구조를 가질 수 있고, 또는 동일한 촉매기재가 이용 되었으나, 상이한 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 SCR 촉매층(211)은 단일층 또는 복수층으로 형성되어 상기 SCR 반응기(210)의 내부에 위치할 수 있고, 예를 들면, SCR 촉매층(211)과 SCR 촉매층(211) 사이에 유격을 포함하는 복수개의 SCR 촉매층이 위치할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템은 제어부(400)와 전기적으로 연결된 암모니아 인젝터 장치부(600)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 암모니아 인젝터 장치부(600)는 SCR 반응기(210)의 상부, 측부 또는 상부 및 측부에 위치하여 피처리 배기가스에 암모니아를 분사시키는 하나 이상의 인젝터 노즐(610)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예의 SCR 반응기(210) 및 인젝터 장치부(600)의 모식도(a, b 및 c) 및 인젝터 노즐(610)의 사진(d)이다.
도 3을 참조하면, 상기 인젝터 노즐(610)의 분사방향은 상기 SCR 반응기(210) 내부로 향하고, 상부에서 암모니아(A)를 분사(a)하거나, 측부의 일측에서 암모니아(A)를 분사(b)하거나, 측부의 양측에서 암모니아(A)를 분사(c)할 수 있다. 상기 인젝터 노즐(610)의 위치는 특정 실시예에 의한 것으로, 상기 SCR 반응기(210)의 상부에 암모니아를 분사할 수 있는 위치라면 이에 제한되는 것은 아니고, 듀얼 분사방식, 멀티 분사방식 또는 혼합 분사방식으로 암모니아를 분사할 수 있다.
상기 도 3의 d)는 구체적인 일 실시예에서, 상기 인젝터 노즐(610)의 사진이다. 상기 도 3의 d)를 참조하면, 본 발명의 인젝터 노즐(610)은 스월형성을 돕는 가이드를 두어, 암모니아 분사시 스월을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 인젝터 장치부(600)는 유량제어 장치(미도시) 및 압력제어장치(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 인젝터 장치부(600)에서 분사되는 암모니아의 분사량 또는 분사압은 제어부(400)에 의하여 능동적으로 제어될 수 있다.
예를 들면, 상기 가스측정부(300)는 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템에서, 처리된 배기가스의 NOx 농도를 측정하여 처리된 배기가스의 NOx 농도 정보를 제어부(400)로 송출할 수 있고, 상기 제어부(400)는 상기 가스측정부(300)에서 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하고, 이를 통하여 적절한 암모니아의 압력정보를 출력하여, 상기 출력된 암모니아 압력 정보를 상기 인젝터 장치부(600)에 송부할 수 있다. 이어서, 상기 인젝터 장치부(600)는 상기 제어부(400)에서 송부된 암모니아 압력정보를 바탕으로 분사되는 암모니아의 압력을 조절할 수 있다. 이때, 상기 인젝터 장치부(600)는 압력제어장치(미도시)를 이용하여, 인젝터 노즐(610)에서 분사되는 물의 길이 또는 분사각을 조절하여 분사되는 암모니아의 압력을 조절할 수 있게 된다.
구체적인 예에서, 상기 제어부(400)는 상기 가스측정부(300)에서 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하고, 상기 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도가 상기 기준 NOx 농도 보다 큰 경우, 상기 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 분사압을 증가시키도록 암모니아 압력정보를 송부 할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 가스측정부(300)는 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템에서, 처리된 배기가스의 암모니아 농도를 측정할 수 있고, 상기 가스측정부(300)에서 측정한 암모니아 농도 정보는 제어부(400)로 송출되고, 상기 제어부(400)는 처리된 배기가스의 암모니아 농도 및 기 설정된 기준 암모니아 농도를 비교하고, 이를 통하여 적절한 암모니아 유량정보을 출력하고, 상기 출력된 암모니아 유량정보를 상기 인젝터 장치부(600)에 송부 할 수 있다. 이어서, 상기 인젝터 장치부(600)는 상기 제어부(400)에서 송부된 암모니아 유량정보를 바탕으로 유량제어장치(미도시)를 이용하여, 인젝터 노즐(610)에서 분사되는 암모니아의 양을 조절할 수 있게 된다.
구체적인 예에서, 상기 제어부(400)는 상기 가스측정부(300)에서 측정되는 처리된 배기가스의 암모니아 농도 및 기 설정된 기준 암모니아 농도를 비교하고, 상기 처리된 배기가스에 포함된 암모니아 농도가 상기 기준 암모니아 농도 보다 큰 경우, 상기 인젝터 장치부(600)에서 분사되는 암모니아의 분사량을 감소시키도록 암모니아 유량정보를 송부 할 수 있다.
대부분의 SCR 공정은 NOx 환원반응을 최대화 하기 위하여 화학량론적으로 과량의 암모니아를 이용하게 되고, 상기 SCR 공정을 통과한 미반응 암모니아(“암모니아 슬립”이라고도 한다)는 슬립된 암모니아 가스가 다른 연소 종들과 반응할 수 있고 방출되는 경우 대기에 악영향을 미칠 수 있으므로, 바람직하지 않다.
본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템(1)은 상술한 암모니아의 양을 조절할 수 있는 구성을 통하여, 암모니아 슬립을 방지 할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템은 제어부(400)와 전기적으로 연결된 온도측정부(700) 및 히터(800)를 포함한다.
상기 온도측정부(700)는 복수 개의 온도센서(710)를 포함할 수 있고, 상기 복수개의 온도센서(710)는 SCR 반응기(210) 내부에 위치하여, 상기 SCR 반응기(210) 내부의 온도를 측정할 수 있다.
예를 들면, 상기 온도센서(710)는 상기 SCR 반응기(210) 내부의 복수층으로 적층되어 위치하는 SCR 촉매층(211) 사이의 유격에 존재하여 NOx 환원반응이 일어나는 동안 SCR 반응기(210) 내부의 온도를 측정할 수 있다.
구체적으로, 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기(210)를 통과하며, NOx 환원반응이 일어나게 되면, SCR 반응기(210) 내부의 온도가 낮아질 수 있는데, 상기 SCR 반응기(210) 내부의 온도가 NOx 환원반응이 일어날 수 있는 반응온도 보다 낮아지게 되면, NOx 전환 효율이 감소될 수 있다.
상기 히터(800)는 상기 SCR 반응기(210)의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 장치로, 예를 들면, 상기 SCR 반응기(210)의 외부를 둘러쌓으며 위치할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 온도측정부(700) 및 히터(800)를 이용하여, 제어부(400)는 상기 SCR 반응기(210) 내부의 온도를 능동적으로 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 온도 측정부(700)는 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템에서, SCR 반응기(210) 내부의 온도를 측정하여, 측정 온도 정보를 제어부(400)에 송출할 수 있고, 상기 제어부(400)는 상기 온도측정부(700)에서 측정되는 SCR 반응기(210) 내부의 온도 및 기 설정된 기준 SCR 반응기(210) 내부 온도를 비교하고, 상기 측정되는 SCR 반응기(210) 내부의 온도가 상기 기준 SCR 반응기(210) 내부 온도보다 낮은 경우, 상기 정보를 히터(800)에 송부 할 수 있다. 이어서, 상기 히터(800)는 작동하여 SCR 반응기(210) 내부의 온도를 상승시킬 수 있게 된다.
본 발명의 다른 일 양태는 상기 양태의 능동형 배기가스 처리 시스템을 이용하여 수행되는 배기가스 처리 방법을 제공한다.
도 4는 본 발명의 능동형 배기가스 처리 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 능동형 배기가스 처리 방법은 연소장치에서 생성되어, 배기가스 전달부(100)로부터 전달되는 피처리 배기가스가 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210) 중 어느 하나의 SCR 반응기(210)에 유입되는 제 1 단계(S10); 상기 SCR 반응기(210)에 유입된 피처리 배기가스에 암모니아가 분사되는 제 2 단계(S20); 상기 암모니아가 분사된 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기(210) 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOX가 N2로 전환되어 NOX가 저감되어 처리된 배기가스가 생성되는 제 3 단계(S30); 상기 유출되는 처리된 배기가스의 NOX 농도를 측정하고, 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOX 농도 및 기 설정된 기준 NOX 농도를 비교하여, 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기(210) 중 어느 하나의 SCR 반응기(210)가 선택되는 제 4 단계(S40); 및 상기 선택된 SCR 반응기(210)에 배기가스가 유입되도록 배기가스 이동 경로가 전환되고, 상기 선택된 SCR 반응기(210)에 상기 배기가스가 유입되는 제 5 단계(S50);를 포함하고, 상기 제 2 단계(S20) 내지 제 5 단계(S50)는 상기 배기가스 전달부(100)에서 전달되는 모든 피처리 배기가스가 SCR 반응기(210)에 유입될 때까지 반복하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 4 단계(S40)는 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOX 농도 및 기 설정된 기준 NOX 농도를 비교하여, 분사되는 암모니아의 분사압을 제어하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 4 단계(S40)는 유출되어 처리된 배기가스의 암모니아 농도를 측정하여 상기 측정되는 암모니아의 농도 및 기 설정된 기준 암모니아 농도를 비교하여, 분사되는 암모니아의 분사량을 제어하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 3 단계(S30)는 상기 SCR 반응기(210) 내부의 온도를 측정하고, 상기 측정되는 SCR 반응기(210) 내부의 온도 및 기 설정된 기준 SCR 반응기(210) 내부의 온도를 비교하여 상기 SCR 반응기(210) 내부의 온도를 제어하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 능동형 배기가스 처리 방법은 상기의 양태의 능동형 배기가스 처리 시스템(1)을 통하여 수행되는 바, 능동형 배기가스 처리 시스템(1)에 대한 구체적인 설명은 상기 양태의 설명으로 갈음한다.
실시예.
구체적인 일 실시예에서, 체적, SCR 촉매층 및 암모니아 인젝터 장치부의 구성이 다른 3 가지 타입의 SCR 반응기(각각 A 타입, B 타입, C 타입)를 준비하였다.
상기 3 가지 타입의 SCR 반응기를 포함하는 본 발명의 능동형 배기가스 처리 시스템은 하기에 설명된 바와 같이 작동 된다.
i) 먼저, 배기가스 전달부로부터 연소가스에서 생성되어 배출된 피처리 배기가스가 전달되고, A 타입의 SCR 반응기의 유입구로 상기 피처리 배기가스가 유입되고, 상기 피처리 배기가스에 암모니아가 분사되고, 상기 암모니아를 포함하는 피처리 배기가스가 A 타입 SCR 촉매층을 통과하며 NOx 환원반응이 일어나고, 처리된 배기가스가 생성된다. 이때, 상기 A 타입의 SCR 반응기에 포함되는 인젝터 장치부는 상기 A 타입 SCR 반응기의 상부에 위치하여 암모니아를 분사한다.
상기 i ) 공정에서, 상기 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 암모니아와 반응기 내부의 온도가 실시간으로 측정되고, 제어부가 기 설정된 기준 NOx 농도, 암모니아 농도 및 SCR 반응기 내부 온도와 비교함으로써, 상기 피처리 배기가스에 분사되는 암모니아의 분사량 및 분사압과 SCR 반응기 내부의 온도가 자동으로 제어된다.
ii) 상기 i ) 공정에서 측정되는 처리된 배기가스 NOx 농도가 기준 NOx 농도보다 높은 경우, 상기 A 타입의 SCR 반응기 체적의 체적증가 단면적이 1.5 배인 B 타입의 SCR 반응기의 유입구로 피처리 배기가스가 유입되도록 솔레노이드 밸브가 전환되어 작동되고, 상기 피처리 배기가스가 상기 B 타입의 SCR 반응기에 유입되고, 상기 피처리 배기가스에 암모니아가 분사되고, 상기 암모니아를 포함하는 피처리 배기가스가 상기 A 타입 SCR 촉매층 보다 활성이 높은 B 타입 SCR 촉매층을 통과하며 NOx 환원반응이 일어나고, 처리된 배기가스가 생성된다. 이때, 상기 B 타입의 SCR 반응기에 포함되는 인젝터 장치부는 상기 B 타입 SCR 반응기의 측부에 위치하여 일측에서 암모니아를 분사한다.
상기 ii) 공정에서, 상기 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 암모니아와 반응기 내부의 온도가 실시간으로 측정되는, 기 설정된 기준 NOx 농도, 암모니아 농도 및 SCR 반응기 내부 온도와 비교함으로써, 상기 피처리 배기가스에 분사되는 암모니아의 분사량 및 분사압과 SCR 반응기 내부의 온도가 자동으로 제어 된다.
iii) 상기 ii) 공정에서 측정되는 처리된 배기가스 NOx 농도가 기준 NOx 농도보다 높은 경우, 상기 A 타입의 SCR 반응기 체적의 체적증가 단면적이 2 배인 C 타입의 SCR 반응기의 유입구로 피처리 배기가스가 유입되도록 솔레노이드 밸브가 전환되어 작동되며, 상기 피처리 배기가스가 상기 C 타입의 SCR 반응기에 유입되고, 상기 피처리 배기가스에 암모니아가 분사되고, 상기 암모니아를 포함하는 피처리 배기가스가 상기 A 타입 SCR 촉매층 보다 2 배 활성이 높은 C 타입 SCR 촉매층을 통과하며 NOx 환원반응이 일어나, 처리된 배기가스가 생성된다. 이때, 상기 C 타입의 SCR 반응기에 포함되는 인젝터 장치부는 상기 C 타입 SCR 반응기의 측부에 위치하여 양측에서 암모니아를 분사한다.
상기 iii) 공정에서, 상기 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 암모니아와 반응기 내부의 온도가 실시간으로 측정되는, 기 설정된 기준 NOx 농도, 암모니아 농도 및 SCR 반응기 내부 온도와 비교함으로써, 상기 피처리 배기가스에 분사되는 암모니아의 분사량 및 분사압과 SCR 반응기 내부의 온도가 자동으로 제어 된다.
본 발명이 제공하는 능동형 배기가스 처리 시스템은 다양한 연소장치에서 배출되는 피처리 배기가스에 포함된 NOx의 함유량에 따라 적절한 SCR 반응기를 능동적으로 선택하여, NOx 저감 효율을 극대화 시킬 수 있다.
또한, 다양한 분사방식으로 암모니아를 분사할 수 있는 암모니아 인젝터 장치를 포함하여, 다양한 피처리 배기가스 및 암모니아 슬립에 대응하여 암모니아의 분사량, 분사각도, 분사압 등을 능동적으로 제어하여, 사용되는 암모니아의 낭비를 방지하고, 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, SCR 반응기 내의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부 및 온도를 상승시킬 수 있는 히터를 포함하여, SCR 반응기 내의 온도를 능동적으로 제어할 수 있는 바, NOx 저감 효율을 극대화 시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 배기가스 처리 시스템
100: 배기가스 전달부
200: 반응부
210: SCR 반응기
211: SCR 촉매층
212: 유입구
213: 유출구
300: 가스측정부
310: 가스센서
400: 제어부
500: 솔레노이드 밸브
600: 암모니아 인젝터 장치부
610: 인젝터 노즐
700: 온도측정부
710: 온도센서
800: 히터
A: 암모니아

Claims (15)

  1. 연소장치에서 생성되어 배출된 질소산화물(NOx)을 포함하는 피처리 배기가스를 전달하는 배기가스 전달부;
    상기 배기가스 전달부에서 전달된 상기 피처리 배기가스가 유입되어 통과하는 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기를 포함하고, 상기 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOX를 N2로 전환시켜 NOX 농도가 저감되어 처리된 배기가스를 생성시키고, 상기 처리된 배기가스를 유출시키는 반응부;
    상기 반응부에서 유출되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도를 측정하는 가스측정부;
    상기 가스측정부와 전기적으로 연결되고, 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나를 선택하는 제어부; 및
    상기 배기가스 전달부 및 반응부 사이에 위치하고, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 배기가스 전달부에서 전달되는 피처리 배기가스를 상기 제어부가 선택한 SCR 반응기에 유입되도록 배기가스 이동 경로를 전환하는 솔레노이드 밸브;
    를 포함하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 상기 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도가 상기 기준 NOx 농도보다 높은 경우, 기 선택된 SCR 반응기보다 체적이 큰 SCR 반응기를 선택하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기는 제 1 SCR 반응기, 제 2 SCR 반응기 및 제 3 SCR 반응기이고, 상기 제 2 SCR 반응기의 체적은 상기 제 1 SCR 반응기의 체적의 1.1 배 내지 2.0 배 이고, 상기 제 3 SCR 반응기의 체적은 상기 제 1 SCR 반응기의 체적의 1.5 배 내지 3.0 배인 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 SCR 반응기 내부에서 상기 피처리 배기가스에 암모니아를 분사시키는 암모니아 인젝터 장치부를 더 포함하고, 상기 암모니아 인젝터 장치부는 상기 제어부와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 암모니아 인젝터 장치부는 하나 이상의 인젝터 노즐을 포함하고, 상기 하나 이상의 인젝터 노즐은 상기 SCR 반응기의 상부, 측부 또는 상부 및 측부에 위치하여 상기 피처리 배기가스에 듀얼 분사방식, 멀티 분사방식 또는 혼합 분사방식으로 암모니아를 분사하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOX의 농도 및 기 설정된 기준 NOX 농도를 비교하여, 상기 하나 이상의 인젝터 노즐에서 분사되는 물의 길이 또는 분사각을 조절하여 상기 암모니아 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 분사압을 제어하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 처리된 배기가스에 포함된 NOx 농도가 상기 기준 NOx 농도 보다 큰 경우, 상기 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 분사압을 증가시켜 제어하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스측정부는 상기 유출되는 처리된 배기가스에 포함된 암모니아 농도를 측정하고, 상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 암모니아 농도 및 기 설정된 기준 암모니아 농도를 비교하여, 상기 암모니아 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스측정부에서 측정되는 암모니아 농도가 상기 기준 암모니아 농도보다 큰 경우, 상기 암모니아 인젝터 장치부에서 분사되는 암모니아의 양을 감소시켜 제어하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 SCR 반응기 내부의 온도를 측정하는 온도측정부 및 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 증가시키는 히터를 더 포함하고, 상기 온도측정부 및 상기 히터는 상기 제어부와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도측정부에서 측정되는 SCR 반응기 내부 온도 및 기 설정된 기준 SCR 반응기 내부 온도를 비교하고, 상기 온도측정부에서 측정되는 SCR 반응기 내부 온도가 상기 기준 SCR 반응기 내부 온도보다 낮은 경우, 상기 히터를 작동시켜 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 시스템.
  12. 제 1 항의 능동형 배기가스 처리 시스템을 이용하여 수행되는 배기가스 처리 방법에 있어서,
    연소장치에서 생성되어, 배기가스 전달부로부터 전달되는 피처리 배기가스가 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나의 SCR 반응기에 유입되는 제 1 단계;
    상기 SCR 반응기에 유입된 피처리 배기가스에 암모니아가 분사되는 제 2 단계;
    상기 암모니아가 분사된 피처리 배기가스가 상기 SCR 반응기 내부를 통과하며 상기 피처리 배기가스에 포함된 일부 NOx가 N2로 전환되어 NOx가 저감되어 처리된 배기가스가 생성되고, 유출되는 제 3 단계;
    상기 유출되는 처리된 배기가스의 NOX 농도를 측정하고, 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOX 농도 및 기 설정된 기준 NOX 농도를 비교하여, 서로 체적이 다른 복수의 SCR 반응기 중 어느 하나의 SCR 반응기가 선택되는 제 4 단계; 및
    상기 선택된 SCR 반응기에 배기가스가 유입되도록 배기가스 이동 경로가 전환되고, 상기 선택된 SCR 반응기에 상기 배기가스가 유입되는 제 5 단계;를 포함하고,
    상기 제 2 단계 내지 제 5 단계는 상기 배기가스 전달부에서 전달되는 모든 피처리 배기가스가 SCR 반응기에 유입될 때까지 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는 상기 측정되는 처리된 배기가스의 NOx 농도 및 기 설정된 기준 NOx 농도를 비교하여, 분사되는 암모니아의 분사압을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서
    상기 제 4 단계는 유출되는 처리된 배기가스의 암모니아 농도를 측정하여 상기 측정되는 암모니아의 농도 및 기 설정된 기준 암모니아 농도를 비교하여, 분사되는 암모니아의 분사량을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 측정하고, 상기 측정되는 SCR 반응기 내부의 온도 및 기 설정된 기준 SCR 반응기 내부의 온도를 비교하여 상기 SCR 반응기 내부의 온도를 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 배기가스 처리 방법.
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