KR20220103272A

KR20220103272A - Scr 탈질시스템의 scr 챔버

Info

Publication number: KR20220103272A
Application number: KR1020210005666A
Authority: KR
Inventors: 이정주
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-07-22

Abstract

본 발명은 배기가스의 탈질을 위한 SCR 탈질시스템에 있어 촉매가 위치하는 SCR 챔버에 관한 것으로서, 특히 SCR 챔버의 높이를 감축시켜 공간활용도를 증대시키며 촉매의 유지 및 관리를 일원화하여 유지 및 관리의 효율을 증대시킬 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진에서 발생한 배기가스의 탈질을 위해 SCR촉매들이 내장된 챔버로서, 챔버의 하부로 유입된 배기가스가 상부로 유동함에 있어 챔버의 높이 중간부에 횡방향으로 위치하며 격자 구멍들이 형성된 제1지지대와, 1단 SCR촉매의 상면에 위치하여 1단 SCR촉매를 가압 고정하고 상면에 위치하는 2단 SCR촉매를 지지하며 격자 구멍이 형성된 분해 가능한 제2지지대와, 제2지지대의 상면에 위치하며 제2지지대의 격자 구멍과 대응하는 2단 SCR촉매와, 2단 SCR촉매의 상부에 유지 및 관리를 위해 형성된 공간과, 1단 SCR촉매와 2단 SCR촉매 및 공간과 대응하며 챔버의 측면에 형성된 정비창을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

SCR 탈질시스템의 SCR 챔버{SCR Chamber of SCR System}

본 발명은 배기가스의 탈질을 위한 SCR 탈질시스템에 있어 촉매가 위치하는 SCR 챔버에 관한 것으로서, 특히 SCR 챔버의 높이를 감축시켜 공간활용도를 증대시키며 촉매의 유지 및 관리를 일원화하여 그 효율성을 증대시킬 수 있게 구성한 것이다.

화석연료를 엔진에서 연소하여 열원 및 동력을 얻는 과정을 통해 배출되는 배기가스 내에는 불가피하게 광스모그, 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 밝혀진 질소산화물(NOx) 성분이 포함되어 있어 이로 인한 환경문제가 심각하게 지적되고 있다. 따라서, 최근 이러한 질소산화물(NOx) 성분 배출규제가 강화되고 있으며, 이에 대응하여 여러 가지 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거 기술이 활용되고 있는데, 그 중 특히 암모니아를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법)기술이 다양하게 적용되고 있다.

이러한 SCR 탈질시스템은 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 사용되는 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐을 통해 챔버 내에 분사시켜 배기가스와 환원제를 혼합시킨 혼합가스를 SCR촉매를 내장하고 있는 챔버에 유입시켜 상기 챔버 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다.

위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에 사용되고 있는 챔버 즉, SCR촉매를 내장하고 있는 챔버는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 내부에 각 SCR촉매(20H, 20L)를 장착할 수 있는 구조를 형성한 다음 작업자가 각 SCR촉매(20H, 20L)를 하나씩 들고 챔버(10) 내부로 몸의 일부 즉, 상체를 넣은 상태에서 SCR촉매(20H, 20L)를 하나씩 챔버(10) 내에서 장착시키는 방식으로 챔버(10) 내 SCR촉매(20H, 20L)의 설치가 이루어지게 된다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 종래의 챔버(10)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(10) 내에 SCR촉매(20H, 20L)를 2단으로 형성하기 위해서는 SCR촉매(20H, 20L)가 설치되는 각 단의 상부에서 SCR촉매(20H, 20L)를 장착하는 작업을 수행하기 위해 SCR촉매(20H, 20L)를 든 작업자의 상체가 진입할 수 있는 공간(도 2의 'A'참조) 즉, 작업공간이 반드시 확보되어야 하므로, 그에 따라 챔버(10) 내부에 많은 공간이 필요로 하게 되어 챔버(10) 전체의 부피가 커지고 그에 따라 챔버(10)의 전체 길이가 길어질 수밖에 없다.

그러나 선박에 설치되는 SCR 탈질시스템과 같은 경우, 선박이라는 특수성상 선박 내부에는 항상 충분한 공간을 확보하기 어렵기 때문에 SCR 탈질시스템에 사용되는 챔버(10) 자체의 부피나 길이가 길어지게 되면 그 설치장소에 많은 제약을 받게 되므로 설치 및 해체 그리고 유지보수에 많은 어려움을 겪게 되는 문제가 발생하게 된다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상단 SCR촉매(20H)와 하단 SCR촉매(20L)를 배치함에 있어 작업자가 유지 및 관리하기 위한 공간을 형성함에 따라서 작업자가 진입하기 위해 설치하는 정비창 또한 별도로 설치하여야 하며, 정비창을 통해 작업자가 SCR촉매(20H, 20L)를 유지 및 관리하기 위해서는 도면에는 도시하지 않았으나, 각 작업창 별로 작업자가 딛고 설 수 있는 난간 등이 SCR촉매(20H, 20L)의 둘레에 상하 두 층으로 형성되어야 하는 단점이 있다. 따라서 공간활용도가 더 낮아질 뿐만 아니라 제조에 따른 손실도 크다는 단점이 있다.

공개특허공보 제10-2016-0125113호(공개일 2016년10월31일)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 단층 2단으로 SCR촉매를 적층하여 챔버의 높이를 낮추고 또한 작업자의 유지 및 관리에 필요한 설비를 간소화할 수 있게 구성한 SCR 챔버를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진에서 발생한 배기가스의 탈질을 위해 SCR촉매들이 내장된 챔버로서, 챔버의 하부로 유입된 배기가스가 상부로 유동함에 있어 챔버의 내부에 촉매가 구비되어 있으며, 1단 촉매 상부에 추가 촉매를 적치 또는 결합가능하도록 부가자재를 삽입하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 엔진에서 발생한 배기가스의 탈질을 위해 SCR촉매들이 내장된 챔버로서, 챔버의 하부로 유입된 배기가스가 상부로 유동함에 있어 챔버의 높이 중간부에 횡방향으로 위치하며 격자 구멍들이 형성된 제1지지대와, 1단 SCR촉매의 상면에 위치하여 1단 SCR촉매를 가압 고정하고 상면에 위치하는 2단 SCR촉매를 지지하며 격자 구멍이 형성된 분해 가능한 제2지지대와, 제2지지대의 상면에 위치하며 제2지지대의 격자 구멍과 대응하는 2단 SCR촉매와, 2단 SCR촉매의 상부에 유지 및 관리를 위해 형성된 공간과, 1단 SCR촉매와 2단 SCR촉매 및 공간과 대응하며 챔버의 측면에 형성된 정비창을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 정비창의 상부에 감시창이 형성되며, 감시창을 통해 2단 SCR촉매를 감시한다.

앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 상단과 하단으로 SCR촉매를 위치하고 그 사이에 유지 및 관리를 위한 공간을 형성함에 따라 챔버의 높이가 높았으나, 본 발명에 따른 SCR 챔버는 단층 2단으로 SCR촉매를 적층함에 따라 챔버의 높이를 낮출 수 있고, 2단으로 사이 간격없이 적층된 SCR촉매들이 한꺼번에 유지 및 관리할 수 있다는 장점이 있다.

더불어 종래에는 상단 SCR촉매와 하단 SCR촉매를 관리하기 위해서는 별도의 정비창 및 감시창 그리고 작업자가 디딜 수 있는 난간이 2라인으로 형성되어야 하지만, 본 발명에 따른 SCR 챔버는 단층 2단으로 SCR촉매가 적층됨에 따라 하나의 정비창과 하나의 감시창 및 그리고 작업자가 디딜 수 있는 난간 또한 하나의 라인으로 형성 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 SCR 탈질시스템의 챔버를 나타낸 개념도이고,
도 2는 도 1에 도시된 챔버의 SCR촉매를 유지 및 관리하는 상태를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 SCR 탈질시스템의 챔버를 나타낸 개념도이고,
도 4는 도 3에 도시된 챔버의 SCR촉매를 유지 및 관리하는 상태를 나타낸 개념도이며,
도 5는 도 4에 도시된 제2지지대 및 2단 SCR촉매를 나타낸 사시도이고,
도 6은 도 5에 도시된 제2지지대와 걸림턱의 결합관계를 나타낸 상세도이며,
도 7은 도 5에 도시된 제2지지대의 분해 사시도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 SCR 챔버의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 3은 본 발명에 따른 SCR 탈질시스템의 챔버를 나타낸 개념도이고, 도 4는 도 3에 도시된 챔버의 SCR촉매를 유지 및 관리하는 상태를 나타낸 개념도이며, 도 5는 도 4에 도시된 제2지지대 및 2단 SCR촉매를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 제2지지대와 걸림턱의 결합관계를 나타낸 상세도이며, 도 7은 도 5에 도시된 제2지지대의 분해 사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, SCR 탈질시스템의 챔버 내부에는 단층의 SCR촉매(121, 122)가 배치되고, 단층의 SCR촉매(121, 122)는 1단 SCR촉매(121)과 2단 SCR촉매(122)로 구분된다. 따라서 SCR촉매(121, 122)는 단층 2단구조로 배치되며, 하부에서 상승하는 배기가스가 1단 SCR촉매(121)를 통과한 후 2단 SCR촉매(122)로 유입되고, 2단 SCR촉매(122)를 통과하여 상부 방향으로 유동하여 배기된다. 한편, 챔버(100)에는 1단 SCR촉매(121)와 2단 SCR촉매(122)와 대응하는 하나의 정비창(130)이 형성되며, 정비창(130)에는 감시창(131)이 형성된다.

아래에서는 본 발명에 따른 SCR 챔버에 대해 구체적으로 설명한다.

챔버(100)의 내부에는 높이 중간부에 촉매지지대(111)가 챔버(100)의 횡방향으로 고정된다, 촉매지지대(111)는 도면에 도시하지 않았으나 격자 판 구조로서, 격자 구멍에 대응하여 촉매지지대(111)의 상면에 1단 SCR촉매(121)가 각각 올려진다.

따라서 엔진 쪽에서 챔버(100)의 내부로 유입된 배기가스는 촉매지지대(111)의 격자 구멍을 통과한 후 1단 SCR촉매(121)로 진입한 후 1단 SCR촉매(121)를 통과한다.

촉매지지대(111)의 상면에 올려진 1단 SCR촉매(121)의 상면에는 부가자재(112)가 위치하며, 부가자재(112) 또한 촉매지지대(111)와 같은 격자 판 구조이며, 부가자재(112)의 격자의 구멍은 아래의 1단 SCR촉매(121) 각각과 대응하여 위치한다.

그리고 부가자재(112)의 상면에는 2단 SCR촉매(122)들이 위치하되, 부가자재(112)의 격자의 구멍과 각각 대응하여 위치한다.

이와 같이 1단 SCR촉매(131)의 상면에 부가자재(112)가 놓이면 부가자재(112)의 하중에 의해 1단 SCR촉매(131)는 고정되며, 더불어 부가자재(112)의 상면에 2단 SCR촉매(132)가 배치되면 1단 SCR촉매(131)를 누르는 하중은 더욱 증가하여 선박의 운항, 충격, 진동에 의해 1단 SCR촉매(131)가 이동하지 않게 된다.

한편, 촉매지지대(111)의 격자 구멍으로 유입된 배기가스는 앞서 설명한 바와 같이 1단 SCR촉매(121)를 통과하고, 부가자재(112)의 격자 구멍을 통과한 후 2단 SCR촉매(122)를 관통한 후 상부로 유동한다.

한편, 챔버(100)의 외측 벽에는 정비창(130)이 형성된다. 정비창(130)은 1단 SCR촉매(121)과 2단 SCR촉매(122)가 정비창(130)을 통해 챔버(100) 내부로 장입 또는 챔버(100) 내부에 위치한 SCR촉매(121, 122)들을 외부로 인출할 수 있으며, 2단 SCR촉매(122)의 상부에 형성된 공간으로 작업자의 상체를 위치시켜 유지 및 관리할 수 있는 높이를 갖는다.

그리고 정비창(130)의 상부 즉 2단 SCR촉매(122)의 상부 공간(S)과 마주하는 부위에 감시창(131)을 형성한다.

아래에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 부가자재(112)의 구조 및 1단, 2단 SCR촉매(131, 132)의 배치 구조에 대해 구체적으로 설명한다.

작업자가 정비창(130)을 통해 SCR촉매(131, 132)들을 SCR챔버(100)의 내부에 인입 또는 인출할 수 있으며, 1단 SCR촉매(131)의 상면을 가압하며 동시에 2단 SCR촉매(132)가 안착되는 부가자재(112)를 분해하여 SCR챔버(100)의 내부에 인입 또는 인출할 수 있게 구성된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 부가자재(112)가 위치할 지점에 챔버(100)의 내측면을 따라 걸림턱(101)이 고정된다.

여기에서 걸림턱(101)의 상면과 1단 SCR촉매(131)의 상면을 일치하여 1단 SCR촉매(131)의 상면에 놓인 부가자재(112)의 가장자리가 걸림턱(101)의 상면에 걸친 상태로, 부가자재(112)가 1단 SCR촉매(131)의 상면에 접하며 제2지지대(112)의 하중에 의해 1단 SCR촉매(131)를 고정한다.

그리고 부가자재(112)는 도 7에 도시된 바와 같이 가로 바(112L)와 세로 바(112V)가 교차하는 격자 구조를 갖는다.

한편, 가로 바(112L)와 세로 바(112V)가 교차하는 지점에는 상호 마주하여 대응하는 면에 정합되는 홈(113L, 113V)이 형성된다. 여기에서 홈(113L, 113V)의 깊이는 가로 바(112L) 두께의 절반이고 세로 바(112V) 두께의 절반인 것이 바람직하다. 이와 같이 홈(113L, 113V)이 가로 바(112L) 및 세로 바(112V)의 두께에 대해 절반 깊이로 형성되어 정합함에 따라 가로 바(112L)와 세로 바(112V)가 조립된 부가자재(112)의 전체 두께는 동일하게 유지될 수 있다.

또한 가로 바(112L)와 세로 바(112V)에 있어서, 홈(113L, 113V)에 대응하여 볼트 체결할 수 있도록 아래에 위치하는 가로 바(112L)의 홈(113L) 바닥에는 탭(114)이 형성되고, 세로 바(112V)의 홈(113V) 바닥에는 관통공(115)이 형성된다. 따라서 세로 바(112V)에 형성된 관통공(115)을 관통한 볼트가 가로 바(112L)의 탭(114)에 체결됨으로써, 가로 바(112L)와 세로 바(112V)가 고정되며 부가자재(112)의 전체 두께를 일정하게 유지할 수 있다.

또한 부가자재(112)의 가장자리에 위치한 가로 바(112L)와 세로 바(112V)는 챔버(100)의 내측면에 고정된 걸림턱(101)에 안착되는데, 걸림턱(101)에도 복수의 탭(103)이 형성되고 걸림턱(101)의 탭(103)과 대응하는 가로 바(112L) 또는 세로 바(112V)에는 관통공이 형성되어 볼트가 부가자재(112)의 가로 바(112L) 및 세로 바(112V)를 관통해 걸림턱(101)의 탭(103)에 체결됨으로써, 부가자재(112)가 SCR챔버(100) 내에 고정되며, 부가자재(112)는 아래에 위치한 1단 SCR촉매(131)를 가압 고정한다.

부가자재(112)의 가로 바(112L)와 세로 바(112V)의 교차에 의해 형성되는 격자 구조에 있어서, 격자 구멍에 대응하여 아래에는 1단 SCR촉매(131)가 위치하고 위에는 2단 SCR촉매(132)가 위치한다.

작업자는 정비창(130)을 통해 SCR촉매(131, 132)를 챔버(100) 내부로 인입 또는 외부로 인출할 수 있으며, 부가자재(112)는 분해하여 가로 바(112L)와 세로 바(112V)를 인출함으로써, 1단 SCR촉매(131)를 교체 가능하다.

한편 도면에는 도시하지 않았으나, 2단 SCR촉매(132)의 상면에도 부가자재(112)와 같은 구조물을 설치하여 2단 SCR촉매(132)를 고정할 수 있다.

앞서 설명하고 있는 제2지지대의 구조, 제2지지대의 분해 및 조립 관계는 이해를 돕기 위해 설명한 일 예이며, 이 외의 구조로 분해 및 조립 가능한 다양한 제2지지대를 구성할 수 있을 것이다. 본 발명에서는 제2지지대가 분해 및 조립이 가능하여 SCR챔버에 인입하여 설치하고 분해하여 SCR챔버에서 인출할 수 있다는 기술적 사상을 특징으로 한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 SCR 챔버에 SCR촉매를 유지 및 관리하는 관계에 대해 설명한다.

챔버(100)의 내부에 SCR촉매(121, 122)를 탑재하기 위해서는, 정비창(130)을 개방한다. 정비창(130)을 개방함에 따라 노출된 촉매지지대(111)의 상면에 1단 SCR촉매(121)들을 밀어 넣고, 촉매지지대(111)의 격자 구멍에 대응하도록 1단 SCR촉매(121)를 배치한다.

그리고 부가자재(112)의 가로 바(112L)와 세로 바(112V)를 SCR챔버(100)의 내부에 인입하여 조립한다. 이때에도 부가자재(112)의 격자 구멍이 1단 SCR촉매(131)와 대응하며 부가자재(112)가 1단 SCR촉매(131)를 가압하도록 위치하고, 볼트를 이용하여 부가자재(112)의 가로 바(112L)와 세로 바(112V)를 고정하고 부가자재(112)를 걸림턱(101)에 고정한다.

SCR챔버(100)의 내부로 2단 SCR촉매(132)를 인입하고, 부가자재(112)의 격자 구멍에 대응하여 2단 SCR촉매(132)가 위치하도록 배치한다.

그리고 2단 SCR촉매(132)의 배치가 완료되면, 2단 SCR촉매(132)의 상면에 부가자재(112)와 동일한 구조의 별도 지지대를 장착하여 2단 SCR촉매(132)를 고정한다.

이와 같이 구성된 SCR챔버를 통해 배기가스의 정화 작업이 이루어지고 SCR촉매를 교체하여야 할 경우 앞서 설명한 SCR촉매 및 지지대 들의 장착 순서의 반대로 해체하여 SCR챔버 외부로 각 구성들을 인출할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 SCR 챔버(100)는 단층 2단 즉 1단과 2단으로 SCR촉매(121, 122)를 적층함에 따라 종래의 챔버에 비해 높이를 낮출 수 있고, 1단과 2단 사이의 간격없이 적층된 SCR촉매(121, 122)들이 한꺼번에 유지 및 관리할 수 있다는 장점이 있다.

더불어 종래에는 상단 SCR촉매와 하단 SCR촉매를 관리하기 위해서는 각 층별로 정비창 및 감시창 그리고 작업자가 디딜 수 있는 난간이 2라인으로 형성되어야 하지만, 본 발명에 따른 SCR 챔버는 단층 2단으로 SCR촉매(121, 122)가 적층됨에 따라 하나의 정비창(130)과 하나의 감시창(131) 및 그리고 작업자가 디딜 수 있는 난간 또한 하나의 라인으로 형성 가능하다는 장점이 있다.

100 : 챔버
101 : 걸림턱
103 : 탭
111 : 촉매 지지대
112 : 부가자재
112L : 가로 바
112V : 세로 바
113L, 113V : 홈
114 : 탭
115 : 관통공
131 : 1단 SCR촉매
122 : 2단 SCR촉매
130 : 정비창
131 : 감시창

Claims

엔진에서 발생한 배기가스의 탈질을 위해 SCR촉매들이 내장된 챔버로서,
챔버(100)의 일측으로 유입된 배기가스가 유동함에 있어 챔버(100)의 내부에 촉매가 구비되어 있으며,
1단 촉매 상부에 추가 촉매를 적치 또는 결합가능하도록 부가자재(112)를 삽입하는 것을 특징으로 하는 SCR 탈질 시스템의 SCR 챔버.
제1항에 있어서,
챔버(100)의 일측으로 유입된 배기가스가 유동함에 있어 챔버(100)의 높이 내부에 횡방향으로 위치하며 격자 구멍들이 형성된 촉매지지대(111)와,
촉매지지대(111)의 격자 구멍과 대응하여 위치하는 1단 SCR촉매(131)와,
1단 SCR촉매(131)의 상면에 위치하여 1단 SCR촉매(131)를 고정하고 상면에 위치하는 2단 SCR촉매(132)를 지지하며 격자 구멍이 형성된 분해 가능한 부가자재(112)와,
부가자재(112)의 상면에 위치하는 2단 SCR촉매(132)와,
2단 SCR촉매(132)의 상부에 유지 및 관리를 위해 형성된 공간(S)과,
1단 SCR촉매(131)와 2단 SCR촉매(132) 및 공간(S)과 대응하며 챔버(100)의 측면에 형성된 정비창(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 탈질시스템의 SCR 챔버.
제2항에 있어서,
정비창(130)의 상부에 감시창(131)이 형성되며, 감시창(131)을 통해 2단 SCR촉매(132)를 감시하는 것을 특징으로 하는 SCR 탈질시스템의 SCR 챔버.