KR20240012649A - Ammonia Treatment System For Ship Engine - Google Patents
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Abstract
선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템이 개시된다. 본 발명의 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템은, 암모니아를 연료로 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 상기 엔진의 연료공급조건에 맞추어 상기 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급부; 일정 액위 이상을 유지하도록 물이 채워지며 상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출(venting)되는 암모니아를 수용하는 암모니아수 탱크; 냉각수를 순환시켜 상기 암모니아수 탱크의 온도를 조절하는 칠러(chiller); 상기 칠러로부터 상기 암모니아수 탱크를 거쳐 상기 칠러로 연결되는 냉각수순환라인; 상기 냉각수순환라인에 마련되는 냉각수밸브; 및 상기 암모니아수 탱크로부터 암모니아를 선외 배출시키는 가스배출라인:을 포함하며, 상기 연료 배관 및 연료공급부에서 배출된 암모니아가 상기 암모니아수 탱크로 유입되면 상기 칠러를 통해 상기 암모니아수 탱크를 냉각하여 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 가스배출라인으로 배출되는 암모니아의 양을 조절하는 것을 특징으로 한다. An ammonia exhaust system for a marine engine is disclosed. The ammonia discharge system for a marine engine of the present invention includes a fuel supply unit that supplies ammonia to the engine in accordance with the fuel supply conditions of the engine in a ship equipped with an engine supplied with ammonia as fuel; An ammonia water tank filled with water to maintain a certain liquid level or higher and accommodating ammonia vented from the fuel pipe and fuel supply unit of the engine; A chiller that regulates the temperature of the ammonia water tank by circulating cooling water; A cooling water circulation line connected from the chiller to the chiller via the ammonia water tank; A coolant valve provided in the coolant circulation line; and a gas discharge line for discharging ammonia from the ammonia water tank overboard. When the ammonia discharged from the fuel pipe and the fuel supply unit flows into the ammonia water tank, the ammonia water tank is cooled through the chiller and the ammonia water tank is discharged from the ammonia water tank. It is characterized by controlling the amount of ammonia discharged through the gas discharge line.
Description
본 발명은 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하여 선외 배출 기준에 맞추어 희석·배출할 수 있는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an ammonia treatment system for a marine engine, and more specifically, to an ammonia treatment system for a marine engine that can recover ammonia discharged from the fuel piping and fuel supply section of the engine and dilute and discharge it in accordance with the overboard emission standards. will be.
지구온난화 현상의 심화에 따라 전세계적으로 온실가스 배출을 감축하려는 노력이 이루어지고 있고, 선진국들의 온실가스 감축 의무를 담았던 1997년 교토의정서가 2020년 만료됨에 따라, 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약에서 채택되고 2016년 11월 발효된 파리기후변화협약(Paris Climate Change Accord)에 의해 협정에 참여한 195개 당사국들은 온실가스 감축을 목표로 다양한 노력을 기울이고 있다. As the global warming phenomenon intensifies, efforts are being made to reduce greenhouse gas emissions around the world, and as the 1997 Kyoto Protocol, which included obligations for developed countries to reduce greenhouse gases, expires in 2020, the event held in Paris, France in December 2015 The 195 parties participating in the Paris Climate Change Accord, which was adopted at the 21st United Nations Framework Convention on Climate Change and came into effect in November 2016, are making various efforts with the goal of reducing greenhouse gases.
이러한 세계적인 추세와 함께 화석연료와 원자력을 대체할 수 있는 무공해에너지로서 풍력, 태양광, 태양열, 바이오에너지, 조력, 지열 등과 같은 재생가능에너지(또는 재생에너지)에 대한 관심이 높아지고 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. Along with this global trend, interest in renewable energy (or renewable energy) such as wind power, solar power, solar heat, bioenergy, tidal power, and geothermal heat as a pollution-free energy that can replace fossil fuels and nuclear power is increasing, and various technologies are being developed. I'm losing.
액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다. 그에 따라 근래 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. Liquefied gases, including liquefied natural gas, can remove or reduce air pollutants during the liquefaction process, so they can be viewed as eco-friendly fuels that emit fewer air pollutants during combustion. Accordingly, the consumption of liquefied gas such as liquefied natural gas (LNG) has recently been rapidly increasing worldwide. Liquefied gas, which is made by liquefying gas at low temperature, has a much smaller volume than gas, so it has the advantage of increasing storage and transportation efficiency.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.Liquefied natural gas is a colorless and transparent liquid obtained by liquefying natural gas containing methane as a main component by cooling it to about -162°C, and has a volume of about 1/600 of that of natural gas. Therefore, when natural gas is liquefied and transported, it can be transported very efficiently.
액화석유가스는 조성에 따라 액화 온도의 차이는 있으나 프로판을 주성분으로 하는 석유가스의 경우 상압 약 -42℃의 저온에서 액화되고, 18 bar에서는 약 45℃의 온도까지, 7 bar에서는 20℃까지 액체 상태로 저장가능하다.The liquefaction temperature of liquefied petroleum gas varies depending on its composition, but in the case of petroleum gas containing propane as the main ingredient, it is liquefied at a low temperature of about -42℃ at normal pressure, and at a temperature of about 45℃ at 18 bar, and at 20℃ at 7 bar. It can be saved as a state.
한편, 종래의 LPG 운반선 등에는 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 연료 공급 시스템을 채용하고 있는데, 이러한 중유 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기가스 배출규제 강화로 황 성분이 적은 중유 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 했고, 국제적인 환경규제 기준에 적합한 친환경적인 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다.Meanwhile, conventional LPG carriers, etc., adopt a fuel supply system that uses relatively inexpensive heavy oil such as bunker C oil as propulsion fuel for ships. This heavy oil fuel supply system has the international exhaust gas emissions associated with the use of heavy oil fuel. Due to strengthened regulations, a separate low-sulfur heavy fuel fuel tank (LSHFO tank) had to be installed, and the demand for an eco-friendly fuel supply system that meets international environmental regulation standards has increased.
최근에는 LPG 또는 LNG 운반선에서 LPG 또는 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 추진 연료로 사용하는 연료공급시스템의 적용이 늘어나고 있고, 국제적인 배기가스 배출규제 강화에 따라 LPG 또는 LNG 운반선 외에 일반 선박에서도 LNG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.Recently, the application of fuel supply systems that use LPG or LNG and boil-off gas generated therefrom as propulsion fuel has been increasing in LPG or LNG carriers, and in accordance with the strengthening of international exhaust gas emission regulations, in addition to LPG or LNG carriers, general ships also use LNG. The number of ships using propulsion fuel is increasing.
특히 LPG는 극저온에서 액화되는 LNG보다 저장이 용이하고 기존 HFO에 견주어 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서 크게 떨어지지 않으면서 기존 HFO 대비 SOX, NOX, CO2, PM등의 절감 효과가 탁월한 장점이 있다.In particular, LPG is easier to store than LNG, which is liquefied at extremely low temperatures, and does not fall significantly in SPECIFIC ENERGY and ENERGY DENSITY compared to existing HFO, and has excellent savings in SOX, NOX, CO2, and PM compared to existing HFO.
LNG나 LPG는 기존에 선박 연료로 사용되던 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받지만 연소 시 여전히 이산화탄소가 발생하며, 이를 연료로 사용하는 선박에서는 여전히 운항 중 이산화탄소를 배출하게 된다. Although LNG and LPG are considered eco-friendly fuels compared to other fossil fuels previously used as ship fuels, they still produce carbon dioxide when burned, and ships that use them as fuel still emit carbon dioxide during operation.
온실가스 및 대기오염 물질 배출에 대한 각국의 관심 증가와 그에 따른 국제적인 환경규제 기준의 급격한 강화에 따라 선박에서도 친환경 선박 연료 기술 개발과 친환경 에너지의 운송 기술 등에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.As each country's interest in greenhouse gas and air pollutant emissions increases and international environmental regulation standards are rapidly strengthened, research on the development of eco-friendly marine fuel technology and eco-friendly energy transportation technology is also being actively conducted on ships.
선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위해 설치된 유엔 전문기구인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구) 역시 온실가스에 대해 08년과 대비하여 2050년 50% 저감, 2100년 100% 저감(GHG Zero Emission)을 목표로 제시하고, 그에 따라 각 국가 및 지역의 규제가 강화될 것으로 예상된다. IMO (International Maritime Organization), a UN specialized organization established to internationally unify shipping routes, traffic rules, port facilities, etc., also plans to reduce greenhouse gases by 50% in 2050 compared to 2008 and reduce greenhouse gases by 100% by 2100. % reduction (GHG Zero Emission) is proposed as the goal, and regulations in each country and region are expected to be strengthened accordingly.
IMO가 신조 선박에 적용하는 강제성 있는 이산화탄소 저감 규정인 EEDI(Energy Efficiency Design Index, 에너지효율설계지수)에 따르면, 초기 EEDI 발표에서는 2013 내지 2015년의 이산화탄소 배출량을 기준으로 2015년 이산화탄소 배출량을 10% 저감하는 EEDI Phase 1이 적용되고, 5년 마다 1 단계씩 강화·적용하여 2025년 Phase 3를 적용하도록 예정되어 있었으나, LPG 운반선에 대해서는 EEDI Phase 2 적용 후 2년만인 2022년부터 EEDI Phase 3를 조기 적용하도록 하고 있다. 이와 같이 선박의 이산화탄소 배출에 대한 규제가 급격히 강화되고 있는 추세이므로, 향후에는 LNG나 LPG만을 연료로 사용하는 것으로는 이산화탄소 배출 규정 달성이 어려울 수 있다.According to EEDI (Energy Efficiency Design Index), a mandatory carbon dioxide reduction regulation applied by IMO to new ships, the initial EEDI announcement called for a 10% reduction in carbon dioxide emissions in 2015 based on carbon dioxide emissions from 2013 to 2015. EEDI Phase 1 was applied, and it was planned to apply Phase 3 in 2025 by strengthening and applying one step every five years. However, for LPG carriers, EEDI Phase 3 will be applied early from 2022, two years after applying EEDI Phase 2. It is being done. As regulations on carbon dioxide emissions from ships are rapidly being strengthened, it may be difficult to achieve carbon dioxide emissions regulations in the future by using only LNG or LPG as fuel.
그에 따라 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는 친환경 선박 연료, 나아가 완전한 탈탄소화를 위한 선박 연료에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있고, 특히 암모니아, 수소 등을 연료로 사용할 수 있는 선박에 관한 기술이 활발히 연구·개발되고 있다. Accordingly, various research is being conducted on eco-friendly marine fuel that can reduce carbon dioxide emissions, and further on marine fuel for complete decarbonization. In particular, technologies for ships that can use ammonia, hydrogen, etc. as fuel are being actively researched and developed. there is.
암모니아(NH3)는 1개의 질소에 3개의 수소가 결합된 물질로, 분자 사이에 강한 수소 결합을 형성할 수 있어 액화가 용이하며, 상압에서 끓는점 -33.34℃, 녹는점 -77.73℃이다. Ammonia (NH 3 ) is a substance in which three hydrogens are bonded to one nitrogen. It can form strong hydrogen bonds between molecules, making it easy to liquefy. It has a boiling point of -33.34°C and a melting point of -77.73°C at normal pressure.
이러한 암모니아는 LNG보다 저장이 용이하면서, 기존 HFO와 비교해 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서는 조금 떨어지지만 이산화탄소가 전혀 배출되지 않아 국제적인 온실가스 배출기준의 강화 추세에 대응할 수 있는 친환경 선박 연료로 주목받고 있다. This ammonia is easier to store than LNG, and although it is slightly lower in SPECIFIC ENERGY and ENERGY DENSITY compared to existing HFO, it does not emit any carbon dioxide, so it is attracting attention as an eco-friendly marine fuel that can respond to the trend of strengthening international greenhouse gas emission standards.
본 발명은 선박 엔진의 연료로 암모니아를 공급하면서, 엔진의 암모니아 연료 모드 중단 등과 같이 암모니아 연료 공급이 중단된 때 연료 배관 및 연료공급부 등에서 배출(vent)되는 암모니아를 선외 배출 기준에 맞추어 안전하게 처리·배출할 수 있는 방안을 제안하고자 한다. The present invention supplies ammonia as fuel for ship engines, and safely treats and discharges ammonia vented from the fuel pipe and fuel supply unit when the ammonia fuel supply is interrupted, such as when the ammonia fuel mode of the engine is stopped, in accordance with the overboard emission standards. I would like to suggest a way to do this.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 암모니아를 연료로 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 상기 엔진의 연료공급조건에 맞추어 상기 엔진으로 암모니아를 공급하는 연료공급부;According to one aspect of the present invention for solving the above-described problem, a fuel supply unit for supplying ammonia to the engine in accordance with the fuel supply conditions of the engine in a ship equipped with an engine supplied with ammonia as fuel;
일정 액위 이상을 유지하도록 물이 채워지며 상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출(venting)되는 암모니아를 수용하는 암모니아수 탱크; An ammonia water tank filled with water to maintain a certain liquid level or higher and accommodating ammonia vented from the fuel pipe and fuel supply unit of the engine;
냉각수를 순환시켜 상기 암모니아수 탱크의 온도를 조절하는 칠러(chiller); A chiller that regulates the temperature of the ammonia water tank by circulating cooling water;
상기 칠러로부터 상기 암모니아수 탱크를 거쳐 상기 칠러로 연결되는 냉각수순환라인;A cooling water circulation line connected from the chiller to the chiller via the ammonia water tank;
상기 냉각수순환라인에 마련되는 냉각수밸브; 및A coolant valve provided in the coolant circulation line; and
상기 암모니아수 탱크로부터 암모니아를 선외 배출시키는 가스배출라인:을 포함하며, It includes a gas discharge line for discharging ammonia overboard from the ammonia water tank,
상기 연료 배관 및 연료공급부에서 배출된 암모니아가 상기 암모니아수 탱크로 유입되면 상기 칠러를 통해 상기 암모니아수 탱크를 냉각하여 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 가스배출라인으로 배출되는 암모니아의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템이 제공된다. When ammonia discharged from the fuel pipe and fuel supply unit flows into the ammonia water tank, the ammonia water tank is cooled through the chiller to control the amount of ammonia discharged from the ammonia water tank to the gas discharge line. An ammonia exhaust system is provided.
바람직하게는, 환기(ventilation)를 위해 상기 연료공급부가 배치되는 연료공급실(room)의 공기를 연료공급실 외부로 배출시키는 제1 환기용 팬; 엔진룸의 안전 구역에 배치되는 상기 연료 배관에서의 누수 방지를 위해 마련되는 이중배관의 내·외관 사이 환기를 위해 마련되는 제2 환기용 팬; 및 상기 가스배출라인에 마련되어 상기 암모니아수 탱크로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 이덕터:를 더 포함하고, 상기 제1 환기용 팬 또는 제2 환기용 팬에서 배출되는 공기는 상기 이덕터에 구동유체(driving air)로 공급되고, 상기 구동유체에 의해 상기 암모니아수 탱크로부터 암모니아가 상기 이덕터로 흡입되어 상기 구동유체에 희석되어 선외 배출될 수 있다. Preferably, a first ventilation fan exhausts air from the fuel supply room where the fuel supply unit is located to the outside of the fuel supply room for ventilation; A second ventilation fan provided for ventilation between the inner and outer pipes of the double pipe provided to prevent water leakage from the fuel pipe disposed in the safety area of the engine room; And an eductor provided in the gas discharge line to transport ammonia discharged from the ammonia water tank, wherein the air discharged from the first ventilation fan or the second ventilation fan is supplied to the eductor as a driving fluid. air), and ammonia is sucked into the eductor from the ammonia water tank by the driving fluid, diluted with the driving fluid, and discharged overboard.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 환기용 팬으로부터 상기 이덕터로 연결되는 희석배출배관; 및 상기 희석배출배관에 마련되는 희석배출밸브:를 더 포함하며, 상기 엔진의 암모니아 연료 운전 시 상기 희석배출밸브를 닫아 상기 제1 및 제2 환기용 팬에 의해 배출되는 공기는 선외 배출되고, 암모니아 연료 공급 중단으로 상기 연료 배관 및 연료공급부로부터 암모니아 배출 시 상기 희석배출밸브를 열어 상기 제1 및 제2 환기용 팬에 의해 배출되는 공기는 상기 이덕터의 구동유체로 공급될 수 있다. Preferably, a dilution discharge pipe connected from the first and second ventilation fans to the eductor; and a dilution discharge valve provided in the dilution discharge pipe, wherein when the engine is operated on ammonia fuel, the dilution discharge valve is closed so that the air discharged by the first and second ventilation fans is discharged outboard, and ammonia is discharged outboard. When ammonia is discharged from the fuel pipe and fuel supply unit due to fuel supply interruption, the dilution discharge valve is opened and the air discharged by the first and second ventilation fans can be supplied to the driving fluid of the eductor.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 환기용 팬에 의해 배출되는 공기를 상기 이덕터로 공급할 수 없거나 이덕터에서의 암모니아 희석 배출 속도를 높이는 경우, 선내 압축공기를 상기 이덕터의 구동유체로 공급할 수 있다. Preferably, when the air discharged by the first and second ventilation fans cannot be supplied to the eductor or the ammonia dilution discharge rate from the eductor is increased, compressed air within the ship can be supplied as the driving fluid of the eductor. You can.
바람직하게는, 상기 가스배출라인에서 상기 이덕터의 하류에 마련되는 암모니아 농도측정기; 및 상기 가스배출라인에 마련되어 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 이덕터로 이송되는 암모니아의 양을 조절하는 농도조절밸브:를 더 포함할 수 있다. Preferably, an ammonia concentration meter provided downstream of the eductor in the gas discharge line; and a concentration control valve provided in the gas discharge line to control the amount of ammonia transferred from the ammonia water tank to the eductor.
바람직하게는, 상기 암모니아수 탱크 내 액위를 감지하는 레벨 센서; 상기 암모니아수 탱크로 압축공기를 분사하여 암모니아수에 용해된 암모니아를 기체 상태로 분리시키는 버블링(bubbling)부; 및 상기 암모니아수 탱크를 거쳐 상기 가스배출라인을 통해 선외 배출되는 암모니아 배출 농도를 제어하는 제어부:를 더 포함할 수 있다. Preferably, a level sensor that detects the liquid level in the ammonia water tank; A bubbling unit that sprays compressed air into the ammonia water tank to separate ammonia dissolved in the ammonia water into a gaseous state; And it may further include a control unit that controls the concentration of ammonia discharged overboard through the ammonia water tank and through the gas discharge line.
바람직하게는, 상기 칠러에서 냉각된 냉각수는 선내 SCR로 공급될 유레아(Urea)를 저장하는 유레아 탱크를 포함한 소비처로 공급되고, 상기 소비처로 공급 후 상기 칠러로 회수되는 고온 냉각수를 분기하여 상기 냉각수순환라인을 통해 상기 암모니아수 탱크로 공급하여 상기 암모니아수 탱크의 온도를 높일 수 있다. Preferably, the cooling water cooled in the chiller is supplied to a consumer including a urea tank storing urea to be supplied to the SCR onboard the ship, and after being supplied to the consumer, the high-temperature cooling water returned to the chiller is branched to circulate the cooling water. The temperature of the ammonia water tank can be increased by supplying it to the ammonia water tank through a line.
바람직하게는, 서비스탱크에 저장된 암모니아를 상기 엔진으로 공급하는 연료공급라인; 상기 엔진에서 소비되지 않은 암모니아를 상기 연료공급부의 상류로 회수하는 연료리턴라인; 및 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인과 상기 엔진 사이의 암모니아 공급을 조절하는 서비스 밸브가 배치되는 연료밸브트레인(FVT):을 더 포함하며, 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인에는 각각 암모니아 공급을 조절하기 위한 이중차단밸브(double block and bleed valve)가 설치될 수 있다. Preferably, a fuel supply line that supplies ammonia stored in the service tank to the engine; a fuel return line that recovers ammonia not consumed in the engine upstream of the fuel supply unit; And a fuel valve train (FVT) in which a service valve that regulates ammonia supply between the fuel supply line and the fuel return line and the engine is disposed, wherein the fuel supply line and the fuel return line in the fuel valve train are A double block and bleed valve may be installed to control the ammonia supply, respectively.
바람직하게는 상기 암모니아수 탱크는, 상기 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 탱크; 및 상기 연료밸브트레인에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 탱크:를 포함할 수 있다. Preferably, the ammonia water tank includes: a first tank for recovering ammonia discharged from the fuel supply unit; and a second tank for recovering ammonia discharged from the fuel valve train.
바람직하게는, 상기 연료공급부에서 상기 제1 탱크로 연결되는 제1 벤트라인; 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 탱크로 연결되는 제2 벤트라인; 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 탱크로 연결되는 제3 벤트라인; 및 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인의 이중차단밸브 상류에서 상기 제2 탱크로 연결되는 제4 벤트라인:을 더 포함할 수 있다. Preferably, a first vent line connected from the fuel supply unit to the first tank; a second vent line connected from the fuel valve train to the second tank between a double blocking valve provided in the fuel supply line; a third vent line connected to the second tank between a double blocking valve provided in the fuel return line in the fuel valve train; and a fourth vent line connected to the second tank in the fuel valve train upstream of the double blocking valve of the fuel return line.
바람직하게는 상기 이덕터는, 상기 제1 탱크로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 제1 이덕터; 및 상기 제2 탱크로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 제2 이덕터:를 포함하고, 상기 제1 환기용 팬에서 배출되는 공기는 상기 제1 이덕터에, 상기 제2 환기용 팬에서 배출되는 공기는 상기 제2 이덕터에 구동유체로 각각 공급될 수 있다. Preferably, the eductor includes: a first eductor transporting ammonia discharged from the first tank; and a second eductor for transporting ammonia discharged from the second tank, wherein air discharged from the first ventilation fan is transmitted to the first eductor, and air discharged from the second ventilation fan is transmitted to the first eductor. A driving fluid may be supplied to each of the second eductors.
본 발명에서는 선박용 엔진의 연료로 친환경 연료인 암모니아를 공급하여 선박 운항 시 온실가스 배출량을 감축하고 국제협약이 정하는 규제기준을 충족하도록 한다. In the present invention, ammonia, an eco-friendly fuel, is supplied as fuel for marine engines to reduce greenhouse gas emissions during ship operation and meet regulatory standards set by international conventions.
또한, 엔진으로 암모니아 공급 중단 시 연료 배관 및 연료공급부 등에서 신속하게 암모니아를 배출시킨 후 희석하여 선외 배출시킴으로써 안전을 확보하고 선외 배출 기준을 충족할 수 있도록 한다.In addition, when the supply of ammonia to the engine is interrupted, ammonia is quickly discharged from the fuel pipe and fuel supply section, then diluted and discharged overboard to ensure safety and meet overboard emission standards.
특히 암모니아 연료 공급 중단으로 연료공급실 및 이중배관 환기를 위한 팬을 가동할 필요가 없는 때에, 해당 팬을 활용하여 이덕터의 구동유체를 공급하고 벤팅된 암모니아를 선외 배출 기준에 맞추어 저농도로 희석·배출할 수 있도록 함으로써, 추가 장비 설치 비용을 절감하면서 기설치된 선내 장비의 활용도를 높일 수 있다.In particular, when there is no need to operate the fan for ventilation of the fuel supply room and double piping due to the interruption of ammonia fuel supply, the fan is used to supply the driving fluid for the eductor and dilute and discharge the vented ammonia to a low concentration in accordance with the overboard discharge standards. By enabling this, the cost of installing additional equipment can be reduced while increasing the utilization of existing onboard equipment.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템에 관한 것이다. 1 relates to an ammonia treatment system for a marine engine according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objectives achieved by practicing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Here, in adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are indicated with the same reference numerals as much as possible, even if they are shown in different drawings.
이하 본 발명에서의 선박은 암모니아를 선내 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되는 모든 종류의 선박을 가리키며, 대표적으로 LPG 운반선(LNG Carrier), LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, 액체수소운반선, 암모니아운반선 등과 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다. Hereinafter, the ship in the present invention refers to all types of ships equipped with an engine that can use ammonia as fuel for the ship's engine. Representative examples include LPG carrier (LNG Carrier), LNG carrier (LNG Carrier), liquid hydrogen carrier, and liquid hydrogen carrier. It may include ships with self-propulsion capabilities, such as carriers and ammonia carriers, as well as offshore structures that do not have propulsion capabilities but are floating at sea.
엔진의 연료로 암모니아를 공급받는 엔진이라 함은 LNG, LPG, HFO 등의 다른 선박용 연료와 함께 연료로 공급받는 것과 암모니아를 단독으로 연료로 공급받는 것을 포함하는 의미이고, 선박의 추진용 엔진 및 발전용 엔진을 모두 포함한다. Engines supplied with ammonia as fuel include those supplied with ammonia as fuel together with other marine fuels such as LNG, LPG, and HFO, and those supplied with ammonia alone as fuel, and engines for ship propulsion and power generation. Includes all engines.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다. Figure 1 schematically shows an ammonia treatment system for a marine engine according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 암모니아 처리 시스템은, 암모니아를 공급받는 엔진(E)이 마련된 선박에서, 엔진에서 요구하는 압력 및 온도 등 연료공급조건에 맞추어 상기 엔진으로 암모니아 연료를 공급하는 연료공급부(LFS), 일정 액위 이상을 유지하도록 물이 채워지며 연료 배관 및 연료공급부에서 배출(venting)되는 암모니아를 수용하여 생성된 암모니아수를 저장하는 암모니아수 탱크(AT1, AT2)를 포함한다. As shown in Figure 1, the ammonia treatment system of this embodiment is a ship equipped with an engine (E) that receives ammonia, and supplies ammonia fuel to the engine in accordance with fuel supply conditions such as pressure and temperature required by the engine. The supply section (LFS) is filled with water to maintain a certain level or higher and includes ammonia water tanks (AT1, AT2) that store ammonia water generated by receiving ammonia venting from the fuel pipe and fuel supply section.
우선 선박용 엔진으로의 연료 공급을 살펴보면, 본 실시예 시스템에는 선박용 엔진에 연료로 공급될 암모니아를 저장하는 서비스탱크(ST)가 마련되고, 서비스탱크로부터 엔진으로 연료공급라인(FSL)이 연결된다. First, looking at the supply of fuel to a marine engine, in the system of this embodiment, a service tank (ST) is provided to store ammonia to be supplied as fuel to the marine engine, and a fuel supply line (FSL) is connected from the service tank to the engine.
서비스탱크(ST)에서는 암모니아를 액체 상태로 저장하며, 예를 들어 5 내지 20bar 내외로 가압하여 상온에서 액화 암모니아를 저장할 수 있다. 서비스탱크에는 탱크 압력 상승을 방지하기 위한 안전 밸브(SV)가 마련될 수 있다.In the service tank (ST), ammonia is stored in a liquid state. For example, liquefied ammonia can be stored at room temperature by pressurizing it to around 5 to 20 bar. The service tank may be equipped with a safety valve (SV) to prevent tank pressure from rising.
서비스탱크에 저장된 암모니아는 이송펌프(10)를 통해 연료공급라인(FSL)을 따라 엔진(E)으로 공급되며, 연료공급라인에는 엔진에서 필요로 하는 압력 및 온도 등의 연료 공급 조건에 맞추어 연료를 공급하는 연료공급부(LFS)가 마련된다. Ammonia stored in the service tank is supplied to the engine (E) along the fuel supply line (FSL) through the transfer pump (10), and fuel is supplied to the fuel supply line according to fuel supply conditions such as pressure and temperature required by the engine. A fuel supply section (LFS) is established to supply fuel.
연료공급부(LFS)에는 이송펌프에서 이송된 암모니아를 엔진에서 요구하는 압력으로 압축하는 압축펌프(20)와, 압축펌프에서 압축된 연료를 가열 또는 냉각하여 엔진에서 필요한 온도로 조절하는 온도조절기(30), 엔진 보호를 위해 연료에 포함된 이물질을 걸려내는 필터(40) 등이 마련된다. The fuel supply unit (LFS) includes a compression pump (20) that compresses the ammonia transferred from the transfer pump to the pressure required by the engine, and a temperature controller (30) that heats or cools the fuel compressed in the compression pump to adjust the temperature required by the engine. ), a filter (40) is provided to filter out foreign substances contained in the fuel to protect the engine.
서비스탱크로부터 이송펌프를 통해 공급된 액체 암모니아는 예를 들어 압축펌프에서 50 내지 85 bar 내외로 압축되고, 온도조절기를 거쳐 45℃ 내외의 온도로 조절된 후 이물질을 걸러내어 고압 액체 상태로 엔진에 공급되고, 엔진에서 유압으로 600 내지 700 bar의 압력으로 노즐에 분사되어 엔진이 가동될 수 있다. Liquid ammonia supplied from the service tank through a transfer pump is, for example, compressed to around 50 to 85 bar in a compression pump, adjusted to a temperature of around 45°C through a temperature controller, filtered out of foreign substances, and then delivered to the engine as a high-pressure liquid. It is supplied, and the engine can be operated by hydraulically injecting it into the nozzle at a pressure of 600 to 700 bar.
압력을 가하여도 부피의 변화가 없거나 적은 비압축성 유체, 즉 액체 상태의 연료가 엔진으로 공급되는 경우, 엔진의 부하 변동에 대응하며 캐비테이션을 방지하기 위해서 과잉의 연료가 엔진에 공급된다. 그리고 엔진에 공급된 연료 중 연료로 소비되고 남은 연료는 엔진 상류로 회수된다. When an incompressible fluid with little or no change in volume even when pressure is applied, that is, liquid fuel, is supplied to the engine, excess fuel is supplied to the engine to respond to changes in engine load and prevent cavitation. And among the fuel supplied to the engine, the remaining fuel after being consumed is recovered upstream of the engine.
이를 위해 본 실시예 시스템에는 엔진에서 소비되지 않은 암모니아를 연료공급부의 상류로 회수하는 연료리턴라인(FRL)이 마련되며, 연료리턴라인은 엔진으로부터 연료공급부의 상류, 예를 들어 서비스탱크(ST)로 연결될 수 있다. For this purpose, the system of this embodiment is provided with a fuel return line (FRL) that recovers ammonia not consumed by the engine upstream of the fuel supply section, and the fuel return line is provided from the engine to the upstream of the fuel supply section, for example, the service tank (ST). It can be connected to .
연료공급라인 및 연료리턴라인이 엔진 룸의 안전 구역을 통과하는 경우, 배관에서 암모니아 누수 시 위험 방지를 위해 이중배관(DL)으로 구성될 수 있다. If the fuel supply line and fuel return line pass through the safety area of the engine room, they may be configured as double piping (DL) to prevent danger in case of ammonia leaking from the piping.
이러한 이중관은 환기용 공기(Ventilation air)를 외부에서 공급받아 시간 당 30회 내외로 공기를 순환시켜 환기하며, 연료공급부 및 연료 배관이 배치되는 연료공급실(room)(FSR) 역시 환기를 위해 공기를 순환시켜야 한다. 이를 위해, 연료공급실의 공기를 연료공급실 외부로 배출시키기 위해 연료공급실 전체를 VENTING시킬 수 있는 제1 환기용 팬(200A)과, 엔진룸의 안전 구역에 배치되는 연료 배관에서의 누수 방지를 위한 이중배관(DL)의 내·외관 사이 환기를 위한 제2 환기용 팬(200B)이 마련된다. 제1 및 제2 환기용 팬은 하나가 FAIL이 되더라도 다른 하나가 운전이 가능하도록 각각 2개 이상씩 구비할 수 있다.These double pipes receive ventilation air from outside and circulate the air about 30 times per hour for ventilation, and the fuel supply room (FSR) where the fuel supply unit and fuel pipes are located also uses air for ventilation. It must be circulated. For this purpose, a first ventilation fan (200A) capable of venting the entire fuel supply room to exhaust air from the fuel supply room to the outside of the fuel supply room, and a double ventilation fan (200A) to prevent water leakage from the fuel pipe located in the safety area of the engine room. A second ventilation fan (200B) is provided for ventilation between the inside and outside of the pipe (DL). Two or more first and second ventilation fans may be provided so that even if one fails, the other fan can operate.
한편, 연료공급라인 및 연료리턴라인과 엔진 사이의 암모니아 공급을 조절하기 위해 연료밸브트레인(FVT)에 서비스 밸브들이 배치되며, 연료밸브트레인에서 연료공급라인 및 연료리턴라인에는 각각 암모니아 공급을 조절하기 위하여 이중차단밸브(double block and bleed valve)(DV1, DV2, DV3, DV4)가 설치되어, 엔진으로 암모니아를 공급하면서 엔진의 연료유 전환이나 암모니아 연료 모드 정지, 트립 등으로 암모니아 연료 공급이 중단될 때 등에는 각 배관을 이중 차단하고 배관 내 암모니아를 외부로 배출하여 압력을 해소하고 질소 가스로 치환하여 폭발 위험을 없애게 된다. 그런데 이와 같이 연료공급부 및 각 배관들로부터 배출시킨 암모니아는 독성으로 인해 그대로 외부 방출할 수 없으며, 최근 선급에서 정한 Rule에서는 30 PPM 미만으로 선외 배출을 허용하고 있다. Meanwhile, service valves are placed in the fuel valve train (FVT) to control ammonia supply between the fuel supply line and fuel return line and the engine, and the ammonia supply is adjusted to the fuel supply line and fuel return line in the fuel valve train, respectively. To this end, double block and bleed valves (DV1, DV2, DV3, DV4) are installed to supply ammonia to the engine and prevent ammonia fuel supply from being interrupted due to the engine's fuel oil change, ammonia fuel mode stop, trip, etc. In such cases, each pipe is double blocked and the ammonia in the pipe is discharged to the outside to relieve pressure and replace it with nitrogen gas to eliminate the risk of explosion. However, ammonia discharged from the fuel supply section and each piping cannot be discharged to the outside as is due to its toxicity, and recent rules established by the classification society allow discharge overboard at less than 30 PPM.
본 실시예 시스템에서는 이와 같이 연료공급부 및 각 배관들에서 배출시킨 암모니아를 배출 기준에 맞추어 희석하여 선외 배출시킬 수 있도록, 일정 액위 이상을 유지하도록 물이 채워지며 연료 배관 및 연료공급부에서 배출(venting)되는 암모니아를 수용하여 생성된 암모니아수를 저장하는 암모니아수 탱크(AT1, AT2)를 마련하였다. In the system of this embodiment, water is filled to maintain above a certain level so that the ammonia discharged from the fuel supply unit and each pipe can be diluted and discharged overboard in accordance with the discharge standard, and is vented from the fuel pipe and fuel supply unit. Ammonia water tanks (AT1, AT2) were prepared to store ammonia water produced by receiving ammonia.
이러한 암모니아수 탱크는, 연료공급부(LFS)에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 탱크(AT1)과, 연료밸브트레인(FVT)에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 탱크(AT2)를 포함할 수 있다. This ammonia water tank may include a first tank (AT1) for recovering ammonia discharged from the fuel supply unit (LFS) and a second tank (AT2) for recovering ammonia discharged from the fuel valve train (FVT).
연료공급부(LFS)에서 제1 탱크(AT1)로 제1 벤트라인(VL1)이 연결되고, 연료밸브트레인(FVT)에서 연료공급라인(FSL)에 마련된 이중차단밸브(DV1, DV2) 사이에서 제2 탱크(AT2)로 제2 벤트라인(VL2)이, 연료밸브트레인(FVT)에서 연료리턴라인(FRL)에 마련된 이중차단밸브(DV3, DV4) 사이에서 제2 탱크(AT2)로 제3 벤트라인(VL3)이, 연료밸브트레인(FVT)에서 연료리턴라인(FRL)의 이중차단밸브 상류에서 제2 탱크(AT2)로 제4 벤트라인(VL4)이 각 연결된다. 제1 내지 제4 벤트라인에는 제1 또는 제2 탱크로 암모니아 배출을 조절하기 위한 벤팅밸브들(VV1, VV2, VV3, VV4)이 각각 마련된다. The first vent line (VL1) is connected from the fuel supply unit (LFS) to the first tank (AT1), and the first vent line (VL1) is connected from the fuel valve train (FVT) to the double block valves (DV1, DV2) provided in the fuel supply line (FSL). 2 The second vent line (VL2) is connected to the tank (AT2), and the third vent is connected to the second tank (AT2) between the double block valves (DV3, DV4) provided in the fuel return line (FRL) in the fuel valve train (FVT). The line VL3 is connected to the second tank AT2 upstream of the double blocking valve of the fuel return line FRL in the fuel valve train FVT, and the fourth vent line VL4 is connected. The first to fourth vent lines are provided with venting valves (VV1, VV2, VV3, and VV4) to control ammonia discharge to the first or second tank, respectively.
예를 들어 엔진의 암모니아 연료 모드 중단 시, 연료공급라인 및 연료리턴라인의 이중차단밸브(DV1, DV2, DV3, DV4)를 닫고 제2 및 제3 벤트라인의 벤팅밸브(VV2, VV3)를 열어 제2 및 제3 벤트라인(VL2, VL3)을 통해 제2 탱크(AT2)로 암모니아를 방출하여 밸브 사이의 압력을 해소하고, 제1 및 제4 벤트라인의 벤팅밸브(VV1, VV4)를 열어 연료공급부(LFS) 및 엔진에 남아있는 암모니아를 제1 및 제2 탱크로 각각 배출시킬 수 있다. For example, when the engine's ammonia fuel mode is stopped, the double blocking valves (DV1, DV2, DV3, DV4) of the fuel supply line and fuel return line are closed and the venting valves (VV2, VV3) of the second and third vent lines are opened. Ammonia is released into the second tank (AT2) through the second and third vent lines (VL2, VL3) to relieve the pressure between the valves, and the venting valves (VV1, VV4) of the first and fourth vent lines are opened. Ammonia remaining in the fuel supply unit (LFS) and engine can be discharged to the first and second tanks, respectively.
연료공급부 및 각 배관들로부터 배출된 암모니아는 저온의 물이 채워진 제1 및 제2 탱크로 배출되면서 물에 녹아들어 암모니아수를 생성하고, 물에 녹지않은 소량의 암모니아 가스만 암모니아수 탱크에 연결된 가스배출라인(GL1, GL2)을 통해 우선 배출될 수 있다. 이를 위해 암모니아수 탱크, 즉 제1 및 제2 탱크는 일정 액위 이상을 유지하도록 물이 채워지고, 칠러(chiller)(100)를 통해 냉각수를 순환시켜 암모니아수 탱크의 온도를 조절한다. 제1 및 제2 탱크에는 암모니아수 탱크 내 액위를 감지하는 레벨 센서(LS1, LS2)가 마련되며, 제1 및 제2 탱크는 물을 채워 계속해서 레벨 센서 상부로 액위가 유지될 수 있도록 한다. Ammonia discharged from the fuel supply unit and each pipe is discharged into the first and second tanks filled with low-temperature water and dissolves in water to create ammonia water. Only a small amount of ammonia gas that is not dissolved in water is connected to the gas discharge line to the ammonia water tank. It can be discharged first through (GL1, GL2). To this end, the ammonia water tank, that is, the first and second tanks, is filled with water to maintain a certain liquid level or higher, and the temperature of the ammonia water tank is controlled by circulating cooling water through a chiller (100). The first and second tanks are provided with level sensors (LS1, LS2) that detect the liquid level in the ammonia water tank, and the first and second tanks are filled with water to continuously maintain the liquid level above the level sensor.
칠러(100)로부터 암모니아수 탱크(AT1, AT2)를 거쳐 칠러로 연결되는 냉각수순환라인(CL1, CL2)이 마련되고, 냉각수순환라인에는 냉각수순환라인을 개폐하는 냉각수밸브(Cv1, CV2)가 마련된다. 암모니아는 물에 대한 용해도가 매우 높고, 특히 온도가 낮을수록 용해도가 높아지므로, 칠러에서 냉각된 냉각수를 냉각수순환라인을 통해 암모니아수 탱크로 순환시켜 제1 및 제2 탱크 내 물의 온도를 낮추면 암모니아 용해도를 높일 수 있다. Coolant circulation lines (CL1, CL2) are provided from the
한편, 암모니아수 탱크로부터 암모니아를 선외 배출시키는 가스배출라인(GL1, GL2)이 마련되며, 가스배출라인에는 암모니아수 탱크로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 이덕터(Eductor)(120A, 120B)가 마련된다. Meanwhile, gas discharge lines (GL1, GL2) are provided to discharge ammonia overboard from the ammonia water tank, and eductors (120A, 120B) are provided in the gas discharge line to transport ammonia discharged from the ammonia water tank.
특히 본 실시예에서는 제1 환기용 팬(200A) 또는 제2 환기용 팬(200B)에서 배출되는 공기를 이덕터에 구동유체(driving air)로 공급하여, 구동유체에 의해 암모니아수 탱크로부터 암모니아가 이덕터로 흡입되고 구동유체인 다량의 공기에 희석되어 선외 배출될 수 있도록 한다. 이를 위해 제1 및 제2 환기용 팬으로부터 이덕터로 희석배출배관(ML1, ML2)이 연결되고, 희석배출배관에는 희석배출밸브(MV1, MV2)가 마련된다. In particular, in this embodiment, the air discharged from the first ventilation fan (200A) or the second ventilation fan (200B) is supplied to the eductor as a driving fluid, and ammonia is transferred from the ammonia water tank by the driving fluid. It is sucked into the tank and diluted with a large amount of air, which is the driving fluid, so that it can be discharged overboard. For this purpose, dilution discharge pipes (ML1, ML2) are connected from the first and second ventilation fans to the eductor, and dilution discharge valves (MV1, MV2) are provided in the dilution discharge pipes.
이덕터는, 제1 탱크(AT1)로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 제1 이덕터(120A)와, 제2 탱크(AT2)로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 제2 이덕터(120B)를 포함할 수 있고, 제1 환기용 팬(200A)과 제2 환기용 팬(200B)으로부터 각각 제1 이덕터와 제2 이덕터로 희석배출배관(ML1, ML2)을 연결하여, 제1 환기용 팬에서 배출되는 공기는 제1 이덕터에, 제2 환기용 팬에서 배출되는 공기는 제2 이덕터에 구동유체로 각각 공급할 수 있다. The eductor may include a first eductor (120A) for transporting ammonia discharged from the first tank (AT1) and a second eductor (120B) for transporting ammonia discharged from the second tank (AT2). , connecting the dilution discharge pipes (ML1, ML2) from the first ventilation fan (200A) and the second ventilation fan (200B) to the first and second eductors, respectively, so that the discharged air from the first ventilation fan Air can be supplied to the first eductor, and air discharged from the second ventilation fan can be supplied to the second eductor as a driving fluid.
엔진에 암모니아를 연료로 공급하는 암모니아 연료 운전 모드 시 희석배출밸브(MV1, MV2)를 닫고 제1 및 제2 환기용 팬(200A, 200B)에 의해 연료공급실(FSR) 및 이중배관(DL)의 환기로 배출되는 공기는 그대로 선외 배출한다. 암모니아 연료 공급 중단으로 연료 배관 및 연료공급부에 잔류하는 암모니아를 배출하려는 때에는 희석배출밸브(MV1, MV2)를 열어 제1 및 제2 환기용 팬에 의한 공기 이송방향을 이덕터(120A, 120B) 쪽으로 전환하여 제1 및 제2 환기용 팬에서 송풍된 공기를 이덕터의 구동유체로 공급할 수 있다. 이덕터로 공급된 구동유체에 의해 암모니아수 탱크 내 암모니아 기체가 가스배출라인(GL1, GL2)을 통해 이덕터(120A, 120B)로 유입되고, 소량 유입된 암모니아 기체가 이덕터를 통과하면서 구동유체인 다량의 공기에 희석되어 선외 배출 기준을 만족할 수 있게 된다. 이와 같이 본 실시예는 암모니아 연료 공급 중단으로 연료공급실 및 이중배관 환기를 위한 팬을 가동할 필요가 없는 때에, 해당 팬을 활용하여 연료 배관 및 연료공급부에서 벤팅된 암모니아를 선외 배출 기준에 맞추어 저농도로 희석·배출할 수 있어, 별도의 추가 장비 설치 비용을 절감하면서 기설치된 선내 장비의 활용도를 높일 수 있도록 한다. In the ammonia fuel operation mode in which ammonia is supplied to the engine as fuel, the dilution discharge valves (MV1, MV2) are closed and the fuel supply chamber (FSR) and double piping (DL) are vented by the first and second ventilation fans (200A, 200B). The air discharged through ventilation is discharged directly overboard. When discharging the ammonia remaining in the fuel piping and fuel supply due to ammonia fuel supply interruption, open the dilution discharge valves (MV1, MV2) to direct the air transfer direction by the first and second ventilation fans toward the eductors (120A, 120B). By switching, the air blown from the first and second ventilation fans can be supplied as the driving fluid of the eductor. By the driving fluid supplied to the eductor, ammonia gas in the ammonia water tank flows into the eductors (120A, 120B) through the gas discharge lines (GL1, GL2), and a small amount of ammonia gas flowing in passes through the eductor, which is the driving fluid. It is diluted with a large amount of air to meet overboard emission standards. In this way, in this embodiment, when there is no need to operate the fan for ventilation of the fuel supply room and double pipe due to the interruption of ammonia fuel supply, the fan is used to reduce ammonia vented from the fuel pipe and fuel supply section to a low concentration in accordance with the overboard emission standards. It can be diluted and discharged, reducing the cost of installing additional equipment while increasing the utilization of existing equipment on board.
가스배출라인에서 이덕터의 하류에는 암모니아 농도측정기(GD)가 마련되며, 가스배출라인에는 암모니아수 탱크로부터 이덕터로 이송되는 암모니아의 양을 조절하는 농도조절밸브(GV1, GV2)가 추가로 마련된다. An ammonia concentration meter (GD) is provided downstream of the eductor in the gas discharge line, and a concentration control valve (GV1, GV2) is additionally provided in the gas discharge line to control the amount of ammonia transferred from the ammonia water tank to the eductor. .
또한, 암모니아수 탱크로 압축공기를 분사하여 암모니아수에 용해된 암모니아를 기체 상태로 분리시킬 수 있도록 암모니아수 탱크에는 버블링(bubbling)부(110A, 110B) 또는 진동기가 마련된다. 밸브(AV1, AV2)를 제어하여 압축공기공급라인(AL1, AL2)을 따라 암모니아수 탱크로 공급되는 압축공기 분사량, 분사압력 등을 조절하여 버블링부에서의 버블링 양을 조절하거나 또는 진동기에서의 진동수를 조절하여 암모니아수로부터 분리되는 암모니아 기화가스 양을 조절할 수 있다. In addition, the ammonia water tank is provided with a bubbling unit (110A, 110B) or a vibrator so that the ammonia dissolved in the ammonia water can be separated into a gaseous state by spraying compressed air into the ammonia water tank. By controlling the valves (AV1, AV2), the amount of compressed air supplied to the ammonia tank along the compressed air supply lines (AL1, AL2) and the injection pressure are adjusted to control the amount of bubbling in the bubbling section or the frequency of the vibrator. You can control the amount of ammonia vaporized gas separated from the ammonia water.
제1 및 제2 환기용 팬에 의해 배출되는 공기를 이덕터로 공급할 수 없거나 이덕터에서의 암모니아 희석 배출 속도를 높이고자 하는 경우, 선내의 압축공기를 이덕터(120A, 120B)의 구동유체로 공급할 수 있다. If the air discharged by the first and second ventilation fans cannot be supplied to the eductor or if it is desired to increase the ammonia dilution discharge rate from the eductor, the compressed air in the ship can be used as the driving fluid for the eductors (120A, 120B). can be supplied.
한편, 본 실시예 시스템에는 암모니아수 탱크를 거쳐 가스배출라인을 통해 선외 배출되는 암모니아 배출 농도를 제어하는 제어부(300)가 마련되며, 제어부의 제어에 의해 각 밸브를 포함한 장비들을 제어하여 선외 배출되는 암모니아 농도를 조절할 수 있다. Meanwhile, the system of this embodiment is provided with a
암모니아 공급 중단 시 제어부에 의해 연료 배관 및 연료공급부에 남아있는 암모니아의 배출 과정을 살펴보면 다음과 같이 이루어질 수 있다.Looking at the process of discharging the ammonia remaining in the fuel pipe and fuel supply section by the control unit when ammonia supply is interrupted, it can be accomplished as follows.
우선, 암모니아수 탱크(AT1, AT2)에는 상술한 바와 같이 물을 주입하여 레벨 센서(LS1, LS2) 상부로 액위를 유지해준다. 엔진으로 암모니아 연료 공급 중단 시 연료 배관 및 연료공급부에서 배출된 암모니아가 암모니아수 탱크로 유입되면 칠러(100)를 통해 암모니아수 탱크를 냉각하여 암모니아수 탱크로부터 가스배출라인으로 배출되는 암모니아의 양을 조절한다. 암모니아는 온도가 낮을수록 물에 대한 용해도가 높아지므로, 암모니아수 탱크로 배출된 암모니아는 저온의 물에 용해되고 소량의 암모니아 가스만 암모니아수 탱크로부터 가스배출라인(GL1, GL2)으로 우선 배출된다. 이때 제어부(300)에서는 농도조절밸브(GV1, GV2)와 희석배출밸브(MV1, MV2)를 열어 제1 및 제2 환기용 팬(200A, 200B)의 공기 이송방향을 이덕터(120A, 120B) 쪽으로 전환하고, 제1 및 제2 환기용 팬에서 송풍된 공기를 이덕터의 구동유체로 공급하여 가스배출라인(GL1, GL2)으로 배출된 암모니아를 송풍된 공기에 희석하여 선외 배출시킨다. First, water is injected into the ammonia water tanks (AT1, AT2) as described above to maintain the liquid level above the level sensors (LS1, LS2). When ammonia fuel supply to the engine is stopped, ammonia discharged from the fuel pipe and fuel supply unit flows into the ammonia water tank, and the ammonia water tank is cooled through the
시간이 지나면 제어부에서는 냉각수밸브(CV1, CV2)를 조절하여 암모니아수 탱크 냉각을 멈추고, 그에 따라 암모니아수 탱크 온도가 상승하면서 서서히 암모니아수로부터 암모니아 기화가스가 배출되어 가스배출라인을 통해 배출된다. Over time, the control unit adjusts the cooling water valves (CV1, CV2) to stop cooling the ammonia water tank. As a result, the ammonia water tank temperature rises and ammonia vaporization gas is gradually discharged from the ammonia water and discharged through the gas discharge line.
제어부에서는 암모니아 농도측정기(GD)를 통해 이덕터 하류에서 선외 배출될 공기의 암모니아 농도를 감지하면서 그에 따라 버블링부(110A, 110B) 또는 진동기의 버블링 양 또는 진동수를 조절하여 암모니아 기화가스 양을 조절한다. 환기용 팬을 사용할 수 없거나 암모니아 희석 배출 속도를 보다 높이고자 하는 경우, 선내 설비로부터 압축공기를 이덕터의 구동유체로 추가 공급할 수 있다.The control unit detects the ammonia concentration of the air to be discharged overboard downstream of the eductor through an ammonia concentration meter (GD), and adjusts the amount of ammonia vaporization gas by adjusting the bubbling amount or vibration frequency of the bubbling unit (110A, 110B) or vibrator accordingly. do. If a ventilation fan cannot be used or if it is desired to further increase the ammonia dilution discharge rate, compressed air can be additionally supplied from the ship's facilities as the driving fluid for the eductor.
이때 가스배출라인의 농도조절밸브(GV1, GV2)를 완전 개방(full open)했는데도 암모니아 농도측정기에서 측정되는 암모니아 농도가 계속 낮아져 선외 배출 기준을 크게 하회하는 경우, 암모니아수 탱크 내 암모니아수 온도를 높여 기화되는 암모니아의 양을 늘릴 수 있다. At this time, even though the concentration control valves (GV1, GV2) of the gas discharge line are fully opened, if the ammonia concentration measured by the ammonia concentration meter continues to drop and falls significantly below the overboard discharge standard, the ammonia water in the ammonia water tank is vaporized by raising the temperature. The amount of ammonia can be increased.
칠러(100)에서 냉각된 냉각수는 선내 SCR(400)로 공급될 유레아(Urea)를 저장하는 유레아 탱크(UT)를 포함한 소비처로 공급되는데, 소비처로 공급 후 칠러로 회수되는 고온 냉각수를 분기하여 냉각수순환라인(CL1, CL2)을 통해 암모니아수 탱크로 공급함으로써 암모니아수 탱크의 온도를 높일 수 있다. 이를 위해 소비처로부터 칠러로 회수되는 고온 냉각수를 분기하여 냉각수순환라인으로 이송하는 히팅라인(HL1, HL2)이 마련되고, 히팅라인과 냉각수순환라인에는 암모니아수 탱크로의 고온 냉각수 공급을 제어하기 위한 밸브들(TV1, TV2, TV3)이 마련된다. The coolant cooled in the chiller (100) is supplied to consumers including a urea tank (UT) that stores urea to be supplied to the SCR (400) on board the ship. After being supplied to the consumer, the high-temperature coolant returned to the chiller is branched to provide coolant. The temperature of the ammonia water tank can be increased by supplying it to the ammonia water tank through the circulation lines (CL1, CL2). For this purpose, heating lines (HL1, HL2) are provided to branch the high-temperature coolant recovered from the consumer to the chiller and transfer it to the coolant circulation line, and the heating line and coolant circulation line are equipped with valves to control the supply of high-temperature coolant to the ammonia water tank. (TV1, TV2, TV3) are prepared.
이와 같이 칠러(100)로부터 냉각수를 공급하여 암모니아수 탱크에서의 암모니아 용해도를 높여 암모니아 배출 양을 줄이고, 히팅라인을 통해 암모니아 배출을 늘려 선외 배출되는 암모니아 양을 조절할 수 있다. 히팅라인을 통해 냉각수순환라인으로 공급되는 열매체로는 선내 다른 냉각 소비처로부터 회수되는 고온 냉각수도 이용할 수 있다. In this way, the amount of ammonia discharged can be reduced by supplying cooling water from the
엔진의 암모니아 모드 STOP 시 암모니아를 모두 희석하여 배출시킨 후, 다시 암모니아 연료유로 엔진 STARTING할 수도 있다. 이 때 상술한 바와 같이 칠러를 이용해 암모니아수 온도를 조절하면서 선외 배출 기준에 맞추어 서서히 암모니아를 희석하여 배출할 수 있다. 또한, 필요 시 밸브 조절을 통해 제1 및 제2 환기용 팬의 송풍 방향 및 송풍량을 조절하여, 연료공급실(FSR) 및 이중배관(DL)의 환기용 공기(Ventilation air) 중 일부는 그대로 배출하고 다른 일부는 희석배출밸브를 통해 암모니아 희석·배출을 위한 이덕터 구동유체로 공급하는 방식으로, 환기용 팬의 공기를 배출되는 쪽과 희석시키는 쪽으로 분기하여 배출시킬 수도 있다.When the engine's ammonia mode is stopped, all ammonia can be diluted and discharged, and then the engine can be started again with ammonia fuel oil. At this time, as described above, ammonia can be gradually diluted and discharged in accordance with the overboard discharge standards while controlling the temperature of the ammonia water using a chiller. In addition, when necessary, the blowing direction and blowing volume of the first and second ventilation fans are adjusted through valve control, and some of the ventilation air in the fuel supply room (FSR) and double piping (DL) is discharged as is. Another method is to supply the eductor driving fluid for diluting and discharging ammonia through a dilution discharge valve, and the air of the ventilation fan can be branched into the discharge side and the dilution side and discharged.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다. The present invention is not limited to the above embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that the present invention can be implemented with various modifications or variations without departing from the technical gist of the present invention. It was done.
E: 엔진
ST: 서비스탱크
FSL: 연료공급라인
FRL: 연료리턴라인
LFS: 연료공급부
FVT: 연료밸브트레인
AT1, AT2: 암모니아수 탱크
CL1, CL2: 냉각수순환라인
GL1, GL2: 가스배출라인
100: 칠러
110A, 110B: 버블링부
120A, 120B; 이덕터
200A: 제1 환기용 팬
200B: 제2 환기용 팬
300: 제어부 E: engine
ST: Service tank
FSL: Fuel supply line
FRL: Fuel return line
LFS: Fuel Supply Department
FVT: Fuel valve train
AT1, AT2: Ammonia water tank
CL1, CL2: Coolant circulation line
GL1, GL2: Gas discharge line
100: Chiller
110A, 110B: Bubbling section
120A, 120B; Eductor
200A: 1st ventilation fan
200B: Second ventilation fan
300: Control unit
Claims (11)
일정 액위 이상을 유지하도록 물이 채워지며 상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출(venting)되는 암모니아를 수용하는 암모니아수 탱크;
냉각수를 순환시켜 상기 암모니아수 탱크의 온도를 조절하는 칠러(chiller);
상기 칠러로부터 상기 암모니아수 탱크를 거쳐 상기 칠러로 연결되는 냉각수순환라인;
상기 냉각수순환라인에 마련되는 냉각수밸브; 및
상기 암모니아수 탱크로부터 암모니아를 선외 배출시키는 가스배출라인:을 포함하며,
상기 연료 배관 및 연료공급부에서 배출된 암모니아가 상기 암모니아수 탱크로 유입되면 상기 칠러를 통해 상기 암모니아수 탱크를 냉각하여 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 가스배출라인으로 배출되는 암모니아의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템. A fuel supply unit that supplies ammonia to the engine in accordance with the fuel supply conditions of the engine in a ship equipped with an engine supplied with ammonia as fuel;
An ammonia water tank filled with water to maintain a certain liquid level or higher and accommodating ammonia vented from the fuel pipe and fuel supply unit of the engine;
A chiller that regulates the temperature of the ammonia water tank by circulating cooling water;
A cooling water circulation line connected from the chiller to the chiller via the ammonia water tank;
A coolant valve provided in the coolant circulation line; and
It includes a gas discharge line for discharging ammonia overboard from the ammonia water tank,
When ammonia discharged from the fuel pipe and fuel supply unit flows into the ammonia water tank, the ammonia water tank is cooled through the chiller to control the amount of ammonia discharged from the ammonia water tank to the gas discharge line. ammonia exhaust system.
환기(ventilation)를 위해 상기 연료공급부가 배치되는 연료공급실(room)의 공기를 연료공급실 외부로 배출시키는 제1 환기용 팬;
엔진룸의 안전 구역에 배치되는 상기 연료 배관에서의 누수 방지를 위해 마련되는 이중배관의 내·외관 사이 환기를 위해 마련되는 제2 환기용 팬; 및
상기 가스배출라인에 마련되어 상기 암모니아수 탱크로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 이덕터:를 더 포함하고,
상기 제1 환기용 팬 또는 제2 환기용 팬에서 배출되는 공기는 상기 이덕터에 구동유체(driving air)로 공급되고, 상기 구동유체에 의해 상기 암모니아수 탱크로부터 암모니아가 상기 이덕터로 흡입되어 상기 구동유체에 희석되어 선외 배출되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템. According to clause 1,
a first ventilation fan that exhausts air from the fuel supply room where the fuel supply unit is located to the outside of the fuel supply room for ventilation;
A second ventilation fan provided for ventilation between the inner and outer pipes of the double pipe provided to prevent water leakage from the fuel pipe disposed in the safety area of the engine room; and
It further includes an eductor provided in the gas discharge line to transport ammonia discharged from the ammonia water tank,
The air discharged from the first ventilation fan or the second ventilation fan is supplied to the eductor as a driving fluid, and ammonia is sucked into the eductor from the ammonia water tank by the driving fluid to drive the eductor. An ammonia exhaust system for a marine engine, characterized in that it is diluted in a fluid and discharged overboard.
상기 제1 및 제2 환기용 팬으로부터 상기 이덕터로 연결되는 희석배출배관; 및
상기 희석배출배관에 마련되는 희석배출밸브:를 더 포함하며,
상기 엔진의 암모니아 연료 운전 시 상기 희석배출밸브를 닫아 상기 제1 및 제2 환기용 팬에 의해 배출되는 공기는 선외 배출되고, 암모니아 연료 공급 중단으로 상기 연료 배관 및 연료공급부로부터 암모니아 배출 시 상기 희석배출밸브를 열어 상기 제1 및 제2 환기용 팬에 의해 배출되는 공기는 상기 이덕터의 구동유체로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템. According to clause 2,
a dilution discharge pipe connected from the first and second ventilation fans to the eductor; and
It further includes a dilution discharge valve provided in the dilution discharge pipe,
When the engine is operated on ammonia fuel, the air discharged by the first and second ventilation fans is discharged overboard by closing the dilution discharge valve, and when ammonia is discharged from the fuel pipe and fuel supply unit due to ammonia fuel supply interruption, the dilution discharge is discharged. An ammonia exhaust system for a marine engine, characterized in that the air discharged by the first and second ventilation fans by opening the valve can be supplied to the driving fluid of the eductor.
상기 제1 및 제2 환기용 팬에 의해 배출되는 공기를 상기 이덕터로 공급할 수 없거나 이덕터에서의 암모니아 희석 배출 속도를 높이는 경우, 선내 압축공기를 상기 이덕터의 구동유체로 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템. According to clause 3,
When the air discharged by the first and second ventilation fans cannot be supplied to the eductor or the ammonia dilution discharge rate from the eductor is increased, compressed air within the ship can be supplied as the driving fluid of the eductor. Ammonia exhaust system for marine engines.
상기 가스배출라인에서 상기 이덕터의 하류에 마련되는 암모니아 농도측정기; 및
상기 가스배출라인에 마련되어 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 이덕터로 이송되는 암모니아의 양을 조절하는 농도조절밸브:를 더 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템.According to clause 3,
An ammonia concentration meter provided downstream of the eductor in the gas discharge line; and
An ammonia discharge system for a marine engine further comprising: a concentration control valve provided in the gas discharge line to control the amount of ammonia transferred from the ammonia water tank to the eductor.
상기 암모니아수 탱크 내 액위를 감지하는 레벨 센서;
상기 암모니아수 탱크로 압축공기를 분사하여 암모니아수에 용해된 암모니아를 기체 상태로 분리시키는 버블링(bubbling)부; 및
상기 암모니아수 탱크를 거쳐 상기 가스배출라인을 통해 선외 배출되는 암모니아 배출 농도를 제어하는 제어부:를 더 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템. According to clause 5,
A level sensor that detects the liquid level in the ammonia water tank;
A bubbling unit that sprays compressed air into the ammonia water tank to separate ammonia dissolved in the ammonia water into a gaseous state; and
An ammonia discharge system for a marine engine further comprising: a control unit that controls the concentration of ammonia discharged overboard through the ammonia water tank and through the gas discharge line.
상기 칠러에서 냉각된 냉각수는 선내 SCR로 공급될 유레아(Urea)를 저장하는 유레아 탱크를 포함한 소비처로 공급되고,
상기 소비처로 공급 후 상기 칠러로 회수되는 고온 냉각수를 분기하여 상기 냉각수순환라인을 통해 상기 암모니아수 탱크로 공급하여 상기 암모니아수 탱크의 온도를 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 배출 시스템.According to clause 6,
The coolant cooled in the chiller is supplied to consumers including a urea tank that stores urea to be supplied to the SCR onboard the ship,
An ammonia discharge system for a marine engine, characterized in that the high-temperature coolant returned to the chiller after being supplied to the consumer is branched and supplied to the ammonia water tank through the coolant circulation line to increase the temperature of the ammonia water tank.
서비스탱크에 저장된 암모니아를 상기 엔진으로 공급하는 연료공급라인;
상기 엔진에서 소비되지 않은 암모니아를 상기 연료공급부의 상류로 회수하는 연료리턴라인; 및
상기 연료공급라인 및 연료리턴라인과 상기 엔진 사이의 암모니아 공급을 조절하는 서비스 밸브가 배치되는 연료밸브트레인(FVT):을 더 포함하며,
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인에는 각각 암모니아 공급을 조절하기 위한 이중차단밸브(double block and bleed valve)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템. According to any one of claims 2 to 7,
A fuel supply line that supplies ammonia stored in the service tank to the engine;
a fuel return line that recovers ammonia not consumed in the engine upstream of the fuel supply unit; and
It further includes a fuel valve train (FVT) in which a service valve that regulates ammonia supply between the fuel supply line and fuel return line and the engine is disposed,
An ammonia treatment system for a marine engine, characterized in that a double block and bleed valve for controlling ammonia supply is installed in the fuel supply line and the fuel return line in the fuel valve train, respectively.
상기 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 탱크; 및
상기 연료밸브트레인에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 탱크:를 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.The method of claim 8, wherein the ammonia water tank,
A first tank for recovering ammonia discharged from the fuel supply unit; and
Ammonia treatment system for a marine engine comprising: a second tank for recovering ammonia discharged from the fuel valve train.
상기 연료공급부에서 상기 제1 탱크로 연결되는 제1 벤트라인;
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 탱크로 연결되는 제2 벤트라인;
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 탱크로 연결되는 제3 벤트라인; 및
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인의 이중차단밸브 상류에서 상기 제2 탱크로 연결되는 제4 벤트라인:을 더 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템. According to clause 9,
a first vent line connected from the fuel supply unit to the first tank;
a second vent line connected from the fuel valve train to the second tank between a double blocking valve provided in the fuel supply line;
a third vent line connected to the second tank between a double blocking valve provided in the fuel return line in the fuel valve train; and
Ammonia treatment system for a marine engine further comprising: a fourth vent line connected to the second tank in the fuel valve train upstream of the double block valve of the fuel return line.
상기 제1 탱크로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 제1 이덕터; 및
상기 제2 탱크로부터 배출되는 암모니아를 이송하는 제2 이덕터:를 포함하고,
상기 제1 환기용 팬에서 배출되는 공기는 상기 제1 이덕터에, 상기 제2 환기용 팬에서 배출되는 공기는 상기 제2 이덕터에 구동유체로 각각 공급되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템. The method of claim 9, wherein the eductor is:
A first eductor transporting ammonia discharged from the first tank; and
A second eductor transporting ammonia discharged from the second tank,
Ammonia treatment of a marine engine, characterized in that the air discharged from the first ventilation fan is supplied to the first eductor, and the air discharged from the second ventilation fan is supplied to the second eductor as a driving fluid. system.
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