WO2011052823A1 - Ｓｃｒ시스템 - Google Patents

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WO2011052823A1
WO2011052823A1 PCT/KR2009/006321 KR2009006321W WO2011052823A1 WO 2011052823 A1 WO2011052823 A1 WO 2011052823A1 KR 2009006321 W KR2009006321 W KR 2009006321W WO 2011052823 A1 WO2011052823 A1 WO 2011052823A1
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scr reactor
water
exhaust gas
pipe
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황계윤
황성철
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광성(주)
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Definitions

  • the present invention relates to an SCR system for reducing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas, and more particularly, to an SCR system having improved efficiency by further removing some pollutant exhaust gas components using water.
  • the present invention is applicable to all ships or onshore plants including offshore floating structures, and has been developed to satisfy various regulations in each application.
  • SCR systems are used to reduce NOx in exhaust gases generated during the operation of land plants or ships.
  • an SCR system is required to reduce nitrogen oxides in exhaust gas generated from an engine or a boiler of a ship (especially an LNG carrier) or a boiler or an incinerator of a land plant.
  • the SCR system is a NOx reduction system using a selective catalytic reduction method.
  • the SCR system is configured to react NOx with a reducing agent and reduce the nitrogen and water vapor while simultaneously passing the exhaust gas and the reducing agent in the catalyst.
  • SCR systems use NH3 and urea as reducing agents for NOx reduction.
  • the SCR system utilizes a high temperature catalyst having an active temperature range of 330 ° C to 400 ° C. Therefore, in the conventional SCR system, a reheating system for heating the exhaust gas is installed in front of the casing of the SCR reactor in which the catalyst is installed in order to increase the reaction efficiency by matching the conditions of the active temperature range.
  • the conventional SCR system is provided with a dust collector at the rear end of the SCR reactor casing to reduce PM (Particle Material), dust, and fine dust contained in the exhaust gas after the reaction in the SCR reactor.
  • the heating system and / or the dust collection equipment increase the overall size of the SCR system. Therefore, applying the SCR system to a fixed space of a ship or a land plant is very disadvantageous in that it further reduces the idle space of a ship or a land plant.
  • the SCR system must be designed taking into account the conditions of the facility in which it is installed, for example, if the facility is a ship, the Richting system and / or the dust collection facility have been difficult to meet the limited conditions of the ship.
  • the installation cost of the SCR system will be greatly increased due to the limiting system and / or the dust collecting facility, and the cost incurred later according to the operation of the limiting system and the dust collecting facility.
  • a problem of the conventional SCR system is that high pressure air is required to supply urea or NH3, which is a reducing agent, into the SCR reactor, and it is complicated to connect such high pressure air to a line supplied with the reducing agent or to use a compressor. There is a problem that piping or equipment is required.
  • the prior art also has a limitation in supplying urea or NH3 to the SCR reactor with high purity.
  • Another object of the present invention is to provide a ship which further comprises additional functions for the safe handling in dust and / or hazardous situations, while removing contaminants in the exhaust gas that are difficult or unremovable in the SCR reactor with water. It is to provide an SCR system for a land plan.
  • an SCR system is provided that is connected to the exhaust plant of a land plant or vessel.
  • the SCR system includes a catalyst activated by exhaust gas therein, an SCR reactor having a front pipe and a rear pipe, a reducing agent supply line for supplying a reducing agent into the SCR reactor, and a front end of the SCR reactor. Or a water spray unit for spraying water to remove contaminants into the pipe at the rear stage.
  • the water used by the water spraying unit is sea water, and in particular, in the case of a ship or a land plant installed on the shore, it is particularly preferable to use sea water that can be easily obtained from the sea.
  • the water injection unit may be arranged to spray water to the rear end pipe of the SCR reactor.
  • the water injection unit may be configured to selectively spray water to at least one of the front pipe of the SCR reactor and the rear pipe of the SCR reactor.
  • the waste tailings removing portion is installed in the pipes so as to remove the waste tailings dropped on the inner surface of the pipe together with the water by the water spraying unit.
  • the waste residue removing portion may include a structure for selectively and temporarily allowing the opening of a portion of the pipe to remove the waste residue.
  • the SCR reactor may be provided with a dustproof device, and a flexible connection structure may be installed in a portion of the pipes at the front and rear ends of the dustproof device and the doubler, SCR reactor.
  • the SCR system may further include a bypass system for flowing exhaust gas from the exhaust gas facility bypassing the SCR reactor in an abnormal state.
  • the reducing agent is preferably urea or NH 3 .
  • the components in the exhaust gas such as PM, which have been difficult to process with the existing SCR system, can be removed by adopting a simple water injection structure.
  • the water injection structure can remove not only PM but also other pollutants in the exhaust gas such as NOx, which contributes to reducing the catalyst volume employed in the SCR reactor.
  • by the bypass system to bypass the SCR reactor to flow the exhaust gas, in the event of an abnormality or emergency in the system, without the operation of the exhaust gas equipment, Repair or replace parts or parts.
  • FIG. 1 is a view for explaining an SCR system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining an SCR system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining an SCR system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a modification of the third embodiment shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an SCR system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the fourth embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 is a view for explaining a SCR system for a ship or a land plant according to a first embodiment of the present invention.
  • the SCR system of the present embodiment includes an SCR reactor 2 in which a pipe of a front end is connected to an exhaust gas installation 1.
  • the exhaust gas installation 1 may be an engine for propulsion of a ship, an engine for other uses, a boiler in an LNG carrier, or various kinds of facilities for exhausting exhaust gas by combustion in a ship.
  • the exhaust gas facility 1 may be a facility for discharging the exhaust gas, such as a boiler or incinerator installed in the land plant.
  • the SCR reactor 2 includes a catalyst for reducing NOx in exhaust gas by a selective catalytic reduction method.
  • NOx is reduced to nitrogen by reacting with a reducing agent in the presence of a catalyst.
  • the SCR system does not have a heating system for heating exhaust gas in front of the SCR reactor 2.
  • the system comprises a catalyst activated in the SCR reactor 2 at a temperature below 320 ° C., more preferably below 300 ° C.
  • the lower limit of the activation temperature of the catalyst is determined to be around the temperature of the exhaust gas below 320 ° C, more preferably below 300 ° C, based on the point at which the exhaust gas passes the SCR reactor 2. That is, the system of the present embodiment selects and uses a catalyst having an activation temperature corresponding to the exhaust gas temperature passing through the SCR reactor 2 in consideration of the decrease in temperature as the exhaust gas proceeds out of the exhaust gas equipment 1.
  • a variety of catalysts of the SCR reactor 2 may be selectively used as desired.
  • two or more kinds of catalysts having different activation temperatures may be embedded in the SCR reactor 2. This may contribute to widening the temperature range at which the catalytic reaction takes place in the SCR reactor 2.
  • the catalyst for reducing other components in addition to the catalyst for reducing NOx may be further installed in the SCR reactor 2.
  • the SCR system according to the present embodiment does not have a dust collecting facility at the rear end of the SCR reactor 2.
  • the water jetting unit 20 and the waste tailings removing unit 30, which will be described in detail below, may at least partially perform the role of the existing dust collector. Further, for better dust collection efficiency, it may have a dust collecting structure inside the SCR reactor 2, by which the PM, dust or fine dust can be collected in the SCR reactor 2.
  • the system of the present embodiment may further install any other dust collector at the rear stage as desired.
  • the system of the present embodiment is equipped with various sensors 11 capable of detecting NOx, NH3, PM, HC, SO 2 , CO, CO 2 , O 2, etc. in the exhaust gas at the rear end of the SCR reactor 2 . can do.
  • the system includes an analyzer for analyzing residual components in the exhaust gas such as NOx, NH 3 , PM, HC, SO 2 , CO, CO 2 , O 2 using information obtained from the sensor 11. ) Is provided at the rear end of the SCR reactor 2.
  • the various sensors 11 and the analyzer 7 described above are controlled by the ECU 5.
  • the ECU 5 electronically controls devices such as various valves or pumps as well as the sensor 11 and the analyzer 7.
  • the system of the present embodiment includes an OBM system 6, which is responsible for the control of the entire system and the monitoring of the system, the on / off of the system and the display of pollutant (especially NOx) reduction efficiencies.
  • the SCR system includes an air line 3 for supplying air to an air soot blower system 8 in or near the SCR reactor 2.
  • the air soot blower system 8 blows the air supplied from the air line 3 to the catalyst in the SCR reactor 2 to remove foreign matter trapped in the catalyst.
  • the SCR system includes a reducing agent supply line 4 to supply the reducing agent for NOx reduction as mentioned above into the SCR reactor 2.
  • the reducing agent supply line 4 supplies NH 3 or urea into the SCR reactor 2, and the supplied NH 3 or urea reacts with the NOx in the exhaust gas in the presence of a catalyst.
  • the aforementioned air line 3 comprises a line branching from the line facing the soot blower system to the reducing agent supply line 4.
  • the structure of this airline 3 is hereinafter referred to as "two way".
  • the two-way airline 3 is provided in which one line participates in the operation of the air soot blower system 8 described above and the other line carries NH3 or urea into the injection nozzle 12 in the SCR reactor 2. It acts as a push out.
  • the SCR system has a damper 9 at the inlet side of the SCR reactor 2 to evenly distribute the exhaust gas to the catalyst.
  • a mixer 10 for evenly mixing exhaust gas and urea / NH 3 is provided at the front end of the SCR reactor 2 upstream of the damper 9.
  • Various sensors 11 are installed at the front end of the SCR reactor 2, which are arranged before exhaust gas is purified, that is, before the exhaust gas passes through the SCR reactor 2. This is to measure and analyze the content of NOx, NH3, PM, HC, SO 2 , CO, CO 2 or O 2, etc. This analyzed information is based on the component information in the purified exhaust gas which has passed through the SCR reactor 2. Can be prepared.
  • the SCR system of the present embodiment includes a water injection unit 20 configured to selectively spray water to at least one of a rear end pipe of the SCR reactor 2 and a front end pipe of the SCR reactor 2.
  • the water spray unit 20 includes first and second water supply lines 21 and 22 extending to the rear end pipe of the SCR reactor 2 and the front end pipe of the SCR reactor 2, respectively. The water is injected through the nozzles at the ends of the first and second water supply lines 21 and 22, respectively, to the rear end pipe and the front end pipe.
  • the first and second water supply lines 21 and 22 are provided with valves 23 and 24 for selectively using the first and second supply lines 21 and 22, respectively.
  • the first and second supply lines 21 and 22 are provided with blowers 25 and 26 for generating power for water supply.
  • spraying water into the pipe downstream of the SCR reactor 2 is very useful for removing PM in the exhaust gas that has passed through the SCR reactor 2.
  • the water injection unit 20 is configured to spray water at the same time or only one of the front end pipe and the rear end pipe of the SCR reactor 2, water is sprayed only to one of the two front pipes, in particular, the rear pipes.
  • the configuration of the water jetting section 20 is also within the scope of the present invention.
  • the water injection unit 20 may include only one water supply line.
  • the water spray unit 20 use sea water. However, it is, of course, possible that the water spray unit 20 uses arbitrary water rather than seawater.
  • FIG. 1 includes a waste residue removal unit 30 for removing contaminants such as PM from the inner surface of the rear end pipe of the SCR reactor 2 together with the water by the water injection unit 20.
  • the waste residue removing unit 30 is useful for opening a portion of the rear end pipe and removing waste residues accumulated in the rear end pipe.
  • the waste residue removal unit 30 is illustrated in FIG. 1 as being provided only in the rear end pipe of the SCR reactor 2, it is noted that the waste residue removal unit may be further included in the front end pipe of the SCR reactor 2.
  • FIG. 2 shows an SCR system according to a second embodiment of the present invention.
  • the SCR system includes a water spray unit 20 and a waste residue removing unit 30, as described in the foregoing embodiment. Since this has been described above, the description thereof is omitted.
  • the SCCR system includes a reducing agent supply line 4 for supplying NH 3 / urea to the SCR reactor 2, wherein the reducing agent supply line 4 is an air line 3 of the foregoing embodiment. Without being connected to, it extends to the injection nozzle 12 in front of the SCR reactor 2.
  • the reducing agent supply line 4 sends NH3 / urea directly to the injection nozzle 12 in the front end of the SCR reactor 2 by itself, i.e., a supply means such as a self-contained pump, thereby simplifying the piping. More urea or NH3 can be used for NOx reduction.
  • the pump itself or a control line connected to the pump may be equipped with devices for controlling the flow rate of urea or NH3.
  • the air line 3 comprises one line which participates in the operation of the air soot blower system 8, hereinafter referred to as 'one-way air line'.
  • the rest of the configuration of this embodiment is the same as in the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted.
  • FIG 3 shows an SCR system according to a third embodiment of the present invention.
  • the SCR system includes a water spray unit 20 and a waste residue removing unit 30, as described in the foregoing embodiment. Since this has been described above, the description thereof is omitted.
  • the vibration isolator 14 for seismic isolation, vibration isolation, and vibration isolation is provided in the SCR reactor 2. Since the ship moves by sea or by sea or the like, the vibration is severe and the load is variable. Correspondingly, the present system is very well suited for land plant use in ships or earthquake-prone areas since the vibration isolator 14 is installed in the SCR reactor 2. At this time, the vibration isolator 14 may consider a variety of structures, but the suspension structure is preferred.
  • the tubes of the front and rear ends of the SCR reactor 2 have a flexible connection structure so that the dustproof device 14 works well on the SCR reactor 2. In this embodiment, the flexible joint 13 was used for pipe connection at the front end and the rear end of the SCR reactor 2.
  • the system shown in FIG. 3 is a system comprising a one-way airline 3.
  • vibration isolator 14 may also be applied to a system including a two-way airline, and the configuration of the SCR system including the dustproof device 14 and the two-way airline 3 is illustrated in FIG. 4.
  • the remaining configuration is not significantly different from the foregoing first and second embodiments, and therefore, description of the remaining configuration will be omitted.
  • FIG 5 shows an SCR system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the SCR system includes a water spray unit 20 and a waste residue removing unit 30, as described in the foregoing embodiment. Since this has been described above, the description thereof is omitted.
  • the SCR system in the event of an abnormal situation and / or an emergency situation, replaces an abnormal part (particularly, an abnormal part of the SCR reactor 2) while maintaining the operation of the exhaust gas installation 1 as it is. It includes a bypass system that allows for maintenance.
  • the bypass system includes a bypass line 16 and bypass dampers 17. Both ends of the bypass line 16 are connected to the front end and the rear end of the SCR reactor 2, respectively.
  • the gas flowing through the SCR reactor 2 flows in a abnormal or emergency situation by bypassing the SCR reactor 2 through the bypass line 16 from the front end to the rear end of the SCR reactor 2 without passing through the SCR reactor 2.
  • the pair of bypass dampers 17 are respectively provided at both ends of the bypass line 16, and in a normal state, both ends of the bypass line 8 are closed and the passage of the SCR reactor 2 is opened. In an abnormal or emergency situation, both ends of the bypass line 16 are opened and the passage of the SCR reactor 2 is closed.
  • the SCR system shown in FIG. 5 is an SCR system including a one-way airline 3.
  • the bypass line and the bypass dampers may also be applied to a system including the two-way airline, and the SCR system including the bypass line 16 and the bypass dampers 17 and the two-way airline 3 may be applied.
  • the configuration is shown in FIG.

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Abstract

여기에서는, 배기가스 설비와 연결된 SCR 시스템이 개시된다. 개시된 SCR 시스템은, 배기가스에 의해 활성화되는 촉매를 내부에 포함하며, 전단의 배관과 후단의 배관을 갖는 SCR 리액터와, 상기 SCR 리액터 내로 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급라인과, 상기 SCR 리액터의 전단 또는 후단의 배관 내로 오염 성분 제거를 위해 물을 분사하는 물분사부를 포함한다.

Description

ＳＣＲ시스템
본 발명은 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 저감하는 SCR 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 물을 이용하여, 오염 배가스 성분 일부를 더 제거하도록 하여, 보다 효율이 향상된 SCR 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 해상부유구조물을 포함하는 모든 선박 또는 육상 플랜트에 적용 가능하며, 각 적용에서 각종 규제에 만족하도록 개발된 것이다.
SCR 시스템이 육상 플랜트 또는 선박의 운전 중 발생하는 배기가스 중의 NOx 저감에 이용되고 있다. 예로써, 선박(특히, LNG 운반선)의 엔진 또는 보일러, 또는 육상 플랜트의 보일러 또는 소각로에서 발생되는 배기가스 중의 질소산화물 저감을 위해서 SCR 시스템이 요구되고 있다. SCR 시스템은, 선택적 촉매 환원법을 이용한 NOx 저감 시스템으로서, 촉매 중에 배기가스와 환원제를 동시에 통과시키면서 NOx를 환원제와 반응시켜 질소와 수증기로 환원처리하도록 구성된다. 근래 들어 SCR 시스템을 개선하기 위한 많은 노력이 있어 왔다. 그러한 노력에도 불구하고, 선박또는 일부 육상 플랜트가 갖는 특수성으로 인해 눈에 뜨일만한 결과가 도출되지 못하고 있다. 예를 들면, 선박의 경우, 해상에서의 이동 및 진동, 그리고, 그에 따라 부하 변수의 많으며, 이는 SCR 시스템을 선박에 적용하는 것을 어렵게 한다.
일반적으로, SCR 시스템은 NOx 저감을 위한 환원제로 NH3와 우레아를 이용한다. 또한, SCR 시스템은 330℃ 내지 400℃의 활성 온도 범위를 갖는 고온 촉매를 이용한다. 따라서, 종래의 SCR 시스템은, 상기 활성 온도 범위의 조건을 맞추어 반응 효율을 높이기 위해, 촉매가 설치된 SCR 리액터의 케이싱 전단에 배기가스를 가열하는 리히팅 시스템(reheating system)이 설치된다. 또한, 종래의 SCR 시스템은, SCR 리엑터에서 반응을 마친 배기가스 중에 내포된 PM(Particle Material), 분진, 미세 먼지를 감소시키기 위해, SCR 리액터 케이싱의 후단에 집진 설비를 구비한다.
리히팅 시스템 및/또는 집진 설비로 인해 SCR 시스템의 전체 크기는 증대된다. 따라서, 선박 또는 육상 플랜트의 정해진 공간에 SCR 시스템을 적용하는 것은 선박 또는 육상 플랜트의 유휴 공간을 더욱 줄인다는 점에서 매우 불리하다. 또한, SCR 시스템은 그것이 설치되는 시설물의 조건을 고려해 설계되어야 하는데, 예를 들면, 그 시설물이 선박인 경우, 리히팅 시스템 및/또는 집진 설비는 선박의 제한된 여러 조건을 부합되기 어려웠다. 게다가, 리히팅 시스템 및/또는 집진 설비로 인해 SCR 시스템의 설치 비용이 크게 증가할 것이며, 리히팅 시스템과 집진 설비의 운전에 따라 추후 발생 비용도 크다.
또한, 종래의 SCR 시스템의 문제점으로는 환원제인 우레아 또는 NH3를 SCR 리액터 내로 공급하기 위해 고압의 에어가 요구되며, 이러한 고압의 에어를 환원제가 공급되는 라인으로 연결하기 위해 또는 콤프레서를 이용하게 위해 복잡한 배관이나 설비가 요구되는 문제점 있다. 또한, 종래의 기술은 우레아 또는 NH3를 높은 순도로 SCR 리액터에 공급하는데에도 한계가 있었다.
또한, 종래의 SCR 시스템은, 진동에 취약하기 때문에, 선박 또는 지진이 우려되는 지역의 육상 플랜트에 설치가 매우 어려웠다. 진동은 SCR 시스템의 파괴 및 손상을 야기할 수 있으므로 이에 대한 대처가 필요하다. 특히, 선박은 높은 파도에 의해 외부 충격이나 진동이 심하므로, 그에 설치되는 SCR 시스템 또한 외부 충격이나 진동에 대해 더 취약할 수 밖에 없다.
무엇보다도, 선박 또는 육상 플랜트에 설치되는 종래의 SCR 시스템은, PM(입자상 물질; Particulate Matter)에 대한 처리 기능이 없다는 문제점이 있었다. 자동차에 극히 제한적으로 적용되었던 DFP 등은 선박 또는 육상 플랜트에 적용하기에는 경제성이나 효율면에서 맞지 않았다.
본 발명의 목적은, SCR 리액터에서 제거하기 힘든 또는 제거되지 않은 PM과 같은 배기가스 중의 오염물질을 물로써 SCR 리액터의 배관에서 제거하도록 한 선박 또는 육상 플랜트용 SCR 시스템을 제공하는 것이다
본 발명의 다른 목적은, SCR 리액터에서 제거하기 힘든 또는 제거되지 않은 배기가스 중의 오염물질을 물로써 제거하는 한편, 방진 및/또는 위험상황에서의 안전한 대처를 위한 추가의 기능을 더 포함하는 선박 또는 육상 플랜용 SCR 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 육상 플랜트 또는 선박의 배기가스 설비와 연결된 SCR 시스템이 제공된다. 상기 SCR 시스템은, 배기가스에 의해 활성화되는 촉매를 내부에 포함하며, 전단의 배관과 후단의 배관을 갖는 SCR 리액터와, 상기 SCR 리액터 내로 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급라인과,상기 SCR 리액터의 전단 또는 후단의 배관 내로 오염 성분 제거를 위해 물을 분사하는 물분사부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 물분사부가 이용하는 물은 해수이며, 특히, 선박의 경우, 또는, 해안가에 설치된 육상 플랜트의 경우, 바다에서 쉽게 구할 수 해수를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 물분사부는 상기 SCR 리액터의 후단 배관에 물을 분사하도록 배치될 수 있다.
다른 실시예에 따라. 상기 물분사부는 상기 SCR 리액터의 전단 배관과 상기 SCR 리액터의 후단 배관 중 적어도 하나에 선택적으로 물을 분사하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 물분사부에 의한 물과 함께 상기 배관의 내부면에 떨어진 폐찌끼를 제거하도록, 상기 배관에는 폐찌끼 제거부가 설치된다. 이때, 상기 폐찌기 제거부는 폐찌끼 제거를 위해 상기 배관의 일부 개방을 선택적으로 그리고 일시적으로 허용하는 구조를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 SCR 리엑터에는 방진장치가 설치될 수 있으며, 상기 방진장치와 더블어, SCR 리액터의 전단 및 후단의 배관 일부에 플렉시블한 연결구조를 설치할 수 있다.
일 실시예에 따른 SCR 시스템은, 비정상 상태에서, 상기 배기가스 설비로부터 나온 배기가스를 상기 SCR 리액터로부터 우회하여 흐르게 하는 바이패스 시스템을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 환원제는 우레아 또는 NH3인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기존 SCR 시스템으로 처리하기 어려웠던 PM 등의 배기가스 내 성분을 간단한 물 분사 구조의 채택에 의해 제거할 수 있다는 이점이 있다. 물 분사 구조는 PM 뿐 아니라 NOx 등 배기가스 중의 다른 오염 성분도 제거할 수 수 있으며, 이는 SCR 리액터에 채용되는 촉매 볼륨을 축소하는데에도 기여한다. 도한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방진장치에 의해 면진, 내진 또는 제진이 가능한 구조이므로, 진동 또는 외부 충격으로 인한 SCR 시스템의 파괴 및 손상을 막아줄 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, SCR 리액터로부터 우회해 배기가스를 흐르게 하는 바이패스 시스템에 의해, 시스템 내 이상 또는 긴급 발생시, 배출가스 설비의 작동을 멈추지 않고도, 시스템 내 고장 또는 작동 부조의 부위 또는 부품을 수리하거나 교체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SCR 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 제3 실시예의 변형예를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 SCR 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 제4 실시예의 변형예를 보여주는 도면.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 아래의 표 1에는 첨부된 도면들에서 기호로 표시된 요소들 또는 신호의 명칭들이 설명되어 있다.
표 1
Figure PCTKR2009006321-appb-T000001
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 또는 육상 플랜트용 SCR 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 SCR 시스템은 전단의 배관이 배기가스 설비(1)와 연결되어 있는 SCR 리액터(2)를 포함한다. 배기가스 설비(1)는 선박의 추진용 엔진, 또는 기타 다른 용도의 엔진이거나, 또는 LNG 운반선에서의 보일러, 또는, 선박에서 연소에 의해 배기가스를 배출하는 다양한 종류의 설비일 수 있다. 또한, 상기 배기가스 설비(1)는 육상 플랜트에 설치된 보일러 또는 소각로 등 배기가스를 배출하는 설비일 수 있다.
SCR 리액터(2)는 선택적 촉매 환원 방식으로 배기가스 중의 NOx를 저감하는 촉매가 내장된다. SCR 리액터(2)의 케이싱 내에서는 NOx가 촉매 존재하에서 환원제와 반응하여 질소로 환원된다.
본 실시예에 따른 SCR 시스템은, 기존에 알려져 있는 시스템과 달리, SCR 리액터(2) 전단에 배기가스를 가열하는 리히팅 시스템을 구비하고 있지 않다. 그 대신, 본 시스템은 상기 SCR 리액터(2) 내에 320℃ 미만, 더 바람직하게는, 300℃ 미만의 온도에서 활성화되는 촉매를 포함하고 있다. 촉매의 활성화 온도 하한은, 배기가스가 SCR 리액터(2)를 지나는 시점을 기준으로, 320℃ 미만, 더 바람직하게는, 300℃ 미만에서 배기가스의 온도 부근으로 정해진다. 즉, 본 실시예의 시스템은, 배기가스가 배기가스 설비(1)로부터 나와 진행하면서 온도가 감소되는 것을 고려해, SCR 리액터(2)를 지나는 배기가스 온도에 상응하는 활성화 온도의 촉매를 선택해 이용한다. 그러나, 상기 SCR 리액터(2)의 촉매는 원하는 바에 따라 다양한 것이 선택적으로 이용될 수 있다.
또한, 상기 SCR 리액터(2) 내에는 서로 다른 활성화 온도를 갖는 2종 이상의 촉매가 내장될 수 있다. 이는 SCR 리액터(2)에서 촉매 반응이 이루어지는 온도 범위를 넓히는데 기여할 수 있다. 또한, SCR 리액터(2) 내에 NOx 저감용 촉매 외에 다른 성분을 저감하는 촉매가 더 설치될 수 있음은 몰론이다.
본 실시예에 따른 SCR 시스템은, 기존에 알려져 있는 시스템과 달리, SCR 리액터(2)의 후단에 집진설비를 구비하고 있지 않다. 그 대신, 본 실시예의 시스템은, 다음에 자세히 설명될 물 분사부(20)와 폐찌끼 제거부(30)이 기존 집진장치의 역할을 적어도 부분적으로 수행할 수 있다. 또한, 더 나은 집진 효율을 위해, SCR 리액터(2) 내부에 집진 구조를 가질 수 있으며, 그 집진 구조에 의해, PM, 분진 또는 미세 먼지가 SCR 리액터(2) 내에서 집진될 수 있다. 그러나, 본 실시예의 시스템은 원하는 바에 따라 후단에 임의의 다른 집진설비를 더 설치할 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예의 시스템은, SCR 리액터(2)의 후단에 배기가스 중의 NOx, NH3, PM, HC, SO2, CO, CO2, O2 등을 감지할 수 있는 각종 센서(11)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 상기 센서(11)로부터 얻은 정보를 이용해 NOx, NH3, PM, HC, SO2, CO, CO2, O2 등 배기가스 내 잔류 성분을 분석하기 위한 어낼라이저(analyzer; 7)을 SCR 리액터(2) 후단에 구비한다. 전술한 각종 센서(11)과 어낼라이터(7)는 ECU(5)에 의해 제어된다. 상기 ECU(5)는 상기 센서(11)와 어낼라이저(7)는 물론이고 각종 밸브 또는 펌프와 같은 기기를 전자적으로 제어한다. 또한, 본 실시예의 시스템은 OBM 시스템(6)을 포함하는데, 이 OBM 시스템은 전체 시스템의 제어 및 시스템의 모니터링, 시스템의 온/오프 그리고 오염물질(특히, NOx) 저감 효율의 디스플레이를 담당한다.
한편, 본 실시예에 따른 SCR 시스템은 SCR 리액터(2) 내 또는 그 부근의 수트 블로워 시스템(air soot blower system; 8)으로 에어를 공급하는 에어라인(3)을 포함한다. 에어 수트 블로워 시스템(8)은 에어라인(3)으로부터 공급된 공기를 SCR 리액터(2) 내 촉매에 불어, 촉매에 끼인 이물질을 제거하는 기능을 수행한다.
본 실시예에 따른 SCR 시스템은, 앞서 언급한 바와 같은 NOx 저감용 환원제를 SCR 리액터(2) 내로 공급하기 위해, 환원제 공급라인(4)을 포함한다. 상기 환원제 공급라인(4)은 NH3 또는 우레아를 SCR 리액터(2) 내로 공급하며, 상기 공급된 NH3 또는 우레아는 촉매 존재하에서 배기가스 중의 NOx와 환원 반응을 일으킨다.
전술한 에어라인(3)은 상기 수트 블로워 시스템을 향하는 라인으로부터 분기되어 상기 환원제 공급라인(4)으로 이어진 라인을 포함한다. 이러한 에어라인(3)의 구조를 이하에서는 '투웨이'라 칭한다. 투웨이 에어라인(3)은, 하나의 라인이 전술한 수트 블로워 시스템(air soot blower system; 8)의 작동에 참여하고, 나머지 하나의 라인은 NH3 또는 우레아를 SCR 리액터(2) 내 주입 노즐(12)로 밀어내는 작용을 한다.
또한, 본 실시예에 따른 SCR 시스템은 SCR 리액터(2)의 입구 측에 배기가스가 촉매에 고르게 분포되도록 해주는 댐퍼(9)를 구비한다. 그리고, 댐퍼(9) 상류측의 SCR 리액터(2) 전단에는 배기가스와 우레아/NH3를 골고루 혼합시키기 위한 믹서(10)가 설치된다. 상기 SCR 리액터(2)의 전단에도 각종 센서(11)들이 설치되는데, 이 센서(11)들은, 배기가스가 정제되기 전, 즉, 배기가스가 SCR 리액터(2)를 통과하기 전에, 배기가스 중 NOx, NH3, PM, HC, SO2, CO, CO2 또는 O2 등의 함량을 측정하여 그를 분석하기 위함이며, 이 분석된 정보는 SCR 리액터(2)를 거친 정제된 배기가스 중의 성분 정보와 대비될 수 있다.
무엇보다도, 본 실시예의 SCR 시스템은, 상기 SCR 리액터(2)의 후단 배관과 상기 SCR 리액터(2)의 전단 배관 중 적어도 하나에 선택적으로 물을 분사하도록 구성된 물분사부(20)를 포함한다. 본 실시예에서는, 물분사부(20)가 상기 SCR 리액터(2)의 후단 배관과 상기 SCR 리액터(2)의 전단 배관 각각으로 연장된 제1 및 제2 물 공급 라인(21, 22)을 구비하고, 그 제1 및 제2 물 공급 라인(21, 22) 말단의 노즐들을 통해 물을 상기 후단 배관과 전단 배관 각각에 물을 분사하도록 되어 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 물 공급 라인(21, 22)에는 제1 및 제2 공급 라인(21, 22)을 선택적으로 이용하기 위한 밸브(23, 24)들이 각각 설치된다. 그리고, 그 제1 및 제2 공급라인(21, 22)에는 물 공급을 위한 동력을 발생시키는 블로워(25, 26)가 설치된다.
특히, 상기 SCR 리액터(2) 후단 배관 내로 물을 분사하는 것은, SCR 리액터(2)를 거쳐 나온 배기가스 중의 PM 제거에 매우 유용하다. 또한, 상기 SCR 리액터(2)의 후단 배관과 함께 SCR 리액터(2) 전단 배관 내로 물을 분사하는 것에 의해, NOx 등 다른 배기가스 중의 오염 성분을 더 제거하게 해주어, SCR 리액터(2) 내 촉매 볼륨을 축소할 수 있고, 이는 경제적으로 유리하다. 본 실시예에서는, 물 분사부(20)가 SCR 리액터(2)의 전단 배관과 후단 배관에 동시 또는 하나만을 선택해 물을 분사하는 구성이지만, 두 전단 배관 중 하나, 특히,후단 배관에만 물을 분사하는 물 분사부(20)의 구성도 본 발명의 범위 내에 있다는 것에 유의한다. 이 경우, 물 분사부(20)는 하나의 물 공급라인만을 포함할 수 있을 것이다.
선박 또는 해안의 육상 플랜트의 경우, 상기 물분사부(20)가 해수를 이용하는 것이 선호된다. 그러나, 상기 물분사부(20)가 해수가 아닌 임의의 물을 이용하는 것이 가능함은 물론이다.
도 1에는 PM 등의 오염물질이 상기 물사부(20)에 의한 물과 함께 SCR 리액터(2)의 후단 배관 내면에 떨어진 것을 제거하기 위한 폐찌끼 제거부(30)를 포함한다. 상기 폐찌끼 제거부(30)는 후단 배관 일부를 개방하여, 그 후단 배관 내부에 축적된 폐찌기를 제거하는데 유용하다. 도 1에는 폐찌기 제거부(30)가 SCR 리액터(2)의 후단 배관에만 마련된 것으로 도시되어 있지만, SCR 리액터(2)의 전단 배관에도 폐찌끼 제거부를 더 둘 수 있다는 것에 유의한다.
<제2 실시예: 원웨이 에어라인>
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템을 잘 보여준다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 SCR 시스템은, 앞선 실시예에서 설명된 것과 마찬가지로, 물분사부(20)와, 폐찌기 제거부(30)를 포함한다. 이에 대해서는, 앞에서 설명되었으므로 그 설명을 생략한다.
한편, 본 실시에 따른 SCCR 시스템은, SCR 리액터(2)로 NH3/우레아를 공급하기 위한 환원제 공급라인(4)을 포함하되, 상기 환원제 공급라인(4)은, 앞선 실시예의 에어라인(3)에 연결됨 없이, 상기 SCR 리액터(2) 전단의 주입 노즐(12)로 연장된다. 상기 환원제 공급라인(4)은, 자체적으로 즉, 자체 구비된 펌프등의 공급수단으로 NH3/우레아를 바로 SCR 리액터(2)의 전단 내 주입 노즐(12)로 보내므로, 배관을 보다 단순화시킬 수 있고, 더욱 순도 높은 우레아 또는 NH3를 NOx 저감에 이용할 수 있다. 이를 위해, 펌프 자체 또는 펌프와 연결된 제어라인에는 우레아 또는 NH3의 유량을 제어하는 기기들이 설치될 수 있다. 이에 의해, 에어라인(3)은 수트 블로워 시스템(air soot blower system; 8)의 작동에 참여하는 하나의 라인을 포함하며, 이하에서는, 이러한 에어라인을 '원웨이 에어라인'으로 칭한다. 본 실시예의 나머지 구성은 앞선 제1 실시예와 같으므로 상세한 설명이 생략된다.
<제3 실시예: 내진/면진/제진을 위한 방진장치>
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SCR 시스템을 잘 보여준다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 SCR 시스템은, 앞선 실시예에서 설명된 것과 마찬가지로, 물분사부(20)와, 폐찌기 제거부(30)를 포함한다. 이에 대해서는, 앞에서 설명되었으므로 그 설명을 생략한다.
한편, 본 실시예의 시스템은, 내진/면진/제진을 위한 방진장치(14)가 SCR 리액터(2)에 설치되어 있다. 선박은 해상에서 자체적으로 또는 파랑 등에 의해 움직이므로, 진동이 심하고 부하의 변수가 많다. 이에 대응하여, 본 시스템은 상기 SCR 리액터(2)에 방진장치(14)가 설치되어 이루어지므로 선박 또는 지진이 심한 지역의 육상 플랜트 용도로 매우 잘 부합된다. 이때, 상기 방진장치(14)는 다양한 구조를 고려할 수 있으나 현가구조가 선호된다. 또한, SCR 리액터(2)에 방진장치(14)가 잘 작동하도록 상기 SCR 리액터(2)의 전단 및 후단 각각의 관들은 플렉시블한 연결구조를 갖는다. 본 실시예에서는, 플렉시블 조인트(13)를 SCR 리액터(2)의 전단 및 후단에서의 관 연결에 이용하였다. 도 3에 도시된 시스템은 원웨이 에어라인(3)을 포함하는 시스템이다.
하지만, 투웨이 에어라인을 포함하는 시스템에도 방진장치(14)는 적용될 수 있으며, 방진장치(14)와 투웨이 에어라인(3)을 포함하는 SCR 시스템의 구성은 도 4에 나타내었다.
나머지 구성은 앞선 제1 실시예 및 제2 실시예와 크게 다르지 않으며, 따라서, 나머지 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
<제4 실시예: 바이패스 시스템>
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 SCR 시스템을 잘 보여준다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 SCR 시스템은, 앞선 실시예에서 설명된 것과 마찬가지로, 물분사부(20)와, 폐찌기 제거부(30)를 포함한다. 이에 대해서는, 앞에서 설명되었으므로 그 설명을 생략한다.
한편, 본 실시예에 따른 SCR 시스템은, 이상 상황 및/또는 긴급 상황 발생시, 배기가스 설비(1)의 작동을 그대로 유지한 채 이상 부위(특히, SCR 리액터(2)의 이상 부위)를 교체 또는 보수할 수 있게 해주는 바이패스 시스템을 포함한다.
본 실시예에서, 바이패스 시스템은, 바이패스 라인(16)과 바이패스 댐퍼(17)들을 포함한다. 바이패스 라인(16)은 그 양단이 각각 SCR 리액터(2)의 전단과 후단에 연결된다. 정상 상태에서는 SCR 리액터(2)를 흐르던 가스는, 이상 또는 긴급 상황에서는, SCR 리액터(2) 전단으로부터 후단까지 바이패스 라인(16)을 통해 SCR 리액터(2)를 거치지 않고 우회하여 흐른다. 한 쌍의 상기 바이패스 댐퍼(17)들은, 바이패스 라인(16)의 양단에 각각 설치되며, 정상 상태에서는, 바이패스 라인(8)의 양단부를 닫고 SCR 리액터(2)의 통로는 개방하되, 이상 또는 긴급 상황에서는 바이패스 라인(16)의 양단부는 개방하고, SCR 리액터(2)의 통로는 닫도록 구성된다.
도 5에 도시된 SCR 시스템은 원웨이 에어라인(3)을 포함하는 SCR 시스템이다. 하지만, 투웨이 에어라인을 포함하는 시스템에도 바이패스 라인 및 바이패스 댐퍼들을 적용할 수 있으며, 바이패스 라인(16) 및 바이패스 댐퍼(17)들과 투웨이 에어라인(3)을 포함하는 SCR 시스템의 구성은 도 6에 나타내었다.
나머지 구성은 앞선 실시예들과 크게 다르지 않으며 구체적인 설명을 생략한다.

Claims (8)

  1. 배기가스 설비와 연결된 SCR 시스템으로서,
    배기가스에 의해 활성화되는 촉매를 내부에 포함하며, 전단의 배관과 후단의 배관을 갖는 SCR 리액터;
    상기 SCR 리액터 내로 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급라인; 및
    상기 SCR 리액터의 전단 또는 후단의 배관 내로 오염 성분 제거를 위해 물을 분사하는 물분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 물분사부가 이용하는 물은 해수인 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 물분사부는 상기 SCR 리액터의 후단 배관에 물을 분사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 물분사부는 상기 SCR 리액터의 전단 배관과 상기 SCR 리액터의 후단 배관 중 적어도 하나에 선택적으로 물을 분사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 물분사부에 의한 물과 함께 상기 배관의 내부면에 떨어진 폐찌끼를 제거하도록, 상기 배관에는 폐찌끼 제거부가 설치된 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 SCR 리엑터에는 방진장치가 설치된 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 비정상 상태에서, 상기 배기가스 설비로부터 나온 배기가스를 상기 SCR 리액터로부터 우회하여 흐르게 하는 바이패스 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 환원제는 우레아 또는 NH3인 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
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