WO2014084543A1 - 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템 - Google Patents

유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템 Download PDF

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WO2014084543A1
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exhaust gas
reactor
inlet
denitrification system
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이수태
송옥렬
강영훈
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Definitions

  • the present invention relates to an SCR denitrification system used for the denitrification of exhaust gas, and more particularly, to a plurality of end portions of the expansion pipe through which the pipe diameter is expanded from an inlet of the exhaust gas into the reaction base of the reactor used in the SCR denitrification system.
  • the through hole of the perforated plate is formed, so that the exhaust gas flowing from the inlet into the reaction body having a larger diameter than the inlet portion passes through the perforated plate to prevent flow drift concentrated at a specific site, and to form a flow field evenly within the reaction body.
  • the size of the through hole of the portion where the inlet portion of the perforated plate is perpendicularly projected by the exhaust gas flowing from the inlet portion in a straight line is larger than that of the other portion of the perforated plate.
  • Exhaust flows in a straight line from the inlet portion to be formed small Will induce a switch flow in the perforated plate part, the size of through holes formed largely on the NOx removal system comprising a perforated plate to prevent the drift of the flow so that it can be picked as a whole flow field formed in the reactor body is greater than the inlet diameter.
  • NOx nitrogen oxides
  • the SCR denitrification system uses a spray nozzle with a reducing agent, urea water (which becomes ammonia when urea water is vaporized), used to denitrify nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged from the engine 91. 951) is introduced into the reactor 94 containing the SCR catalyst 944 by injecting the mixed gas in which the exhaust gas and the reducing agent are mixed into the mixing chamber 93 through the exhaust gas and the reducing agent in the reactor 94.
  • urea water which becomes ammonia when urea water is vaporized
  • NOx nitrogen oxides
  • the SCR catalyst 944 As the mixed gas passes through the SCR catalyst 944, it denitrates (denitrates) the nitrogen oxide (NOx) component contained in the exhaust gas to obtain an optimum denitrification efficiency and to reduce environmental pollution caused by nitrogen oxide (NOx) component or ammonia. It adopts the structure which prevents efficiently.
  • NOx nitrogen oxide
  • FIGS. 2 and 3 the reactor in which the SCR catalyst 944 is located at the inlet portion 941 into which the exhaust gas is introduced is shown.
  • An expansion tube (a) is formed in which the diameter (diameter) is enlarged to the central portion, and the flow of exhaust gas flows to various places inside the reactor 94 as shown in FIGS. 2 and 3.
  • a guide vane 945 is installed to guide the vane to allow the exhaust gas to flow evenly in the reactor 94.
  • the conventional guide vane 945 as described above should be manufactured and installed according to the shape of the expansion part a formed in the reactor 94, its operation is not easy, and in particular, as shown in FIG. 2.
  • the expansion part a whose diameter (diameter) is expanded from the inlet part 941 into which the exhaust gas flows into the central part of the reactor 94 is expanded into the front, rear, left and right axes
  • the conventional guide vane 945 is manufactured. And the installation work becomes difficult to cause a problem that results in an increase in the manufacturing cost as well as an increase in the manufacturing period of the reactor 94.
  • a guide vane 945 for guiding the flow of exhaust gas to the inside of the reactor 94 may be installed to guide the introduced exhaust gas to be evenly spread inside the reactor 94.
  • the guide vane 945 is manufactured and installed according to the shape of the curved pipe b formed in the reactor 94, so that the work is not easy. The increase, of course, results in an increase in production costs.
  • the present invention has been made to solve the above problems,
  • An object of the present invention is to form a perforated plate with a plurality of holes perforated at the end of the expansion pipe through which the pipe diameter is expanded from the inlet through which the exhaust gas flows into the reaction base of the reactor used in the SCR denitrification system, the diameter from the inlet from the inlet It is to provide a denitrification system including a perforated plate that prevents the flow of gas flowing into the large reaction base through the perforated plate to prevent flow drift concentrated at a specific site and to form a uniform flow field in the reaction base as a whole.
  • Another object of the present invention is the size of the through hole of the other part in the perforated plate is the size of the through hole in the perforated plate vertically projected in the perforated plate in which the exhaust gas flowing from the inlet portion in a straight line in the perforated plate included in the reactor of the SCR denitrification system It is formed to be smaller than the size, to direct the flow of exhaust gas flowing in a straight line from the inlet to the perforated plate portion having a large size of the through-flow so that a uniform flow field can be formed as a whole in the reaction body having a larger diameter than the inlet It is to provide a denitrification system including a perforated plate to prevent drift.
  • Another object of the present invention is to make the size of the through hole of the other portion in the perforated plate 1.5 to 2.5 times larger than the size of the through-hole of the inlet portion vertically projected in the perforated plate included in the reactor of the SCR denitrification system
  • Still another object of the present invention is to provide a reactor for use in a system that intermittently turns on / off the operation of an SCR denitrification system, wherein a reactor main body including an SCR catalyst and a reactor outer casing surrounding the reaction main body with a predetermined space are provided. Structure, so that even when the SCR denitrification system does not operate, the exhaust gas flowing through the bypass pipe passes through a predetermined space inside the outer casing of the reactor to always preheat the SCR catalyst in the reaction body to a predetermined temperature or more.
  • the reactor having a double casing structure with bypass and preheating function can extend the reaction rate and replacement life of the SCR catalyst by preventing the SCR catalyst preheated above a certain temperature even if hot exhaust gas is introduced during reoperation. It is to provide a denitrification system comprising.
  • the denitrification system including a perforated plate to prevent flow drift for achieving the above object of the present invention includes the following configuration.
  • Denitrification system comprising a perforated plate to prevent the flow drift according to an embodiment of the present invention and the reaction body that the denitrification is made while the exhaust gas discharged from the engine is in contact with the SCR catalyst; Containing a plurality of through-hole perforated plate which is installed at a predetermined distance spaced from the inlet portion in which the exhaust gas flows into the reaction body; Concentrates the exhaust gas flowing into the reaction body from the inlet portion through the perforated plate to a specific site It is characterized in that the flow drift is prevented and forms an even flow field throughout the reaction body.
  • the perforated plate is installed at the end of the expansion pipe pipe diameter is expanded from the inlet of the reaction base.
  • the perforated plate in the denitrification system including a perforated plate to prevent the flow drift according to the present invention, is the inlet portion in the perforated plate vertically abuts the exhaust gas flowing from the inlet portion
  • the size of the through hole of the part projected to the hole is smaller than the size of the through hole of the other part of the perforated plate, and guides the flow of exhaust gas flowing in a straight line from the inlet to the part of the perforated plate having the larger size of the through hole, thereby increasing the diameter. It is characterized in that a uniform flow field can be formed in a large reaction body.
  • the perforated plate is a different portion in the perforated plate as compared to the size of the through hole of the portion where the inlet is vertically projected in the perforated plate.
  • the through hole is characterized in that the size is formed 1.5 to 2.5 times larger.
  • the present invention can obtain the following effects by the configuration, combination, and use relationship described above with the present embodiment.
  • the present invention forms a perforated plate with a plurality of holes perforated at the end of the expansion pipe through which the pipe diameter is expanded from the inlet through which the exhaust gas flows into the reaction base of the reactor used in the SCR denitrification system, and has a larger diameter than the inlet from the inlet.
  • Exhaust gas flowing into the reaction main body passes through the perforated plate to prevent flow drift that is concentrated on a specific portion, and has an effect of forming an even flow field in the reaction main body as a whole.
  • the size of the through hole of the portion in which the inlet portion of the perforated plate is perpendicularly projected in the perforated plate included in the reactor of the SCR denitrification system is in direct contact with each other in the perforated plate is smaller than the size of the through hole of the other portion of the perforated plate. It is formed to guide the flow of the exhaust gas flowing in a straight line from the inlet to the portion of the perforated plate having a large size of the through hole has the effect of forming an even flow field as a whole in the reaction body having a larger diameter than the inlet.
  • the size of the through hole of the other part of the perforated plate is 1.5 to 2.5 times larger than the size of the through hole of the perforated plate vertically projected in the perforated plate included in the reactor of the SCR denitrification system.
  • Induction to the perforated plate portion having a large size of the through-holes for the exhaust gas flow flowing in a straight line has an effect that can be made more efficiently.
  • the present invention is to form a reactor structure used for the system that repeats the operation of the SCR denitrification system on and off intermittently with a double structure of the reactor main body including the SCR catalyst and the outer casing surrounding the reaction base in a certain space
  • the exhaust gas flowing through the bypass pipe passes through a predetermined space inside the outer casing of the reactor to always preheat the SCR catalyst in the reaction body to a predetermined temperature or more. Even if a high temperature exhaust gas is introduced, the SCR catalyst preheated above a certain temperature does not receive thermal shock, thereby extending the reaction rate and replacement life of the SCR catalyst.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing the structure of a conventional SCR denitrification system
  • Figure 2 is a perspective view showing the installation state of the guide vane formed in the expansion pipe in the conventional reactor
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the portion 'B-B' of FIG.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing the installation state of the guide vane formed in the conventional curved pipe portion
  • FIG. 5 is a perspective view showing a reaction body including a perforated plate according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a perspective view of the perforated plate of Figure 5
  • FIG. 7 is a reference diagram showing the exhaust gas flow in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the structure of a conventional SCR denitrification system
  • FIG. 10 is a perspective view of a reactor of a double casing structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the reactor of the double casing structure of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a reference diagram illustrating a process in which exhaust gas is bypassed through a bypass pipe.
  • 13 is a reference diagram showing a process in which the exhaust gas is processed through the reactor
  • the SCR (Selective Catalytic Reduction) denitrification system used for treating the exhaust gas discharged from the (ship) engine is exhausted from the engine.
  • a plurality of through-hole perforated plate 355 is installed at the end of the expansion pipe 354 to expand the diameter from the inlet 351 through which the exhaust gas flows into the reaction main body 35;
  • the flow gas flowing into the reaction body 35 having a larger diameter than the inlet part 351 through the perforated plate 355 is prevented from flowing in a certain region and the flow field is evenly selected in the reaction body 35. It characterized in that to form.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • urea ammonia
  • reductant particularly for the removal of NOx from exhaust gases
  • a reducing agent that is, urea water (which becomes ammonia when urea water is vaporized) is injected through the injection nozzle 951 to denitrate NOx in the exhaust gas.
  • the mixed gas is introduced into the reactor 94 including the SCR catalyst 944, and the mixed gas in which the exhaust gas and the reducing agent are mixed in the reactor 94 is the SCR catalyst ( While passing through 944, denitrification (denitrification reaction) of nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas achieves optimum denitrification efficiency and effectively prevents environmental pollution caused by nitrogen oxide (NOx) component or ammonia. It has adopted a structure. However, referring to the structure of the reactor 94 used in the conventional SCR denitrification system as described above, as shown in FIGS. 2 and 3, the reactor in which the SCR catalyst 944 is located at the inlet portion 941 into which the exhaust gas is introduced is shown.
  • An expansion tube (a) is formed in which the diameter (diameter) is enlarged to the central portion, and the flow of exhaust gas flows to various places inside the reactor 94 as shown in FIGS. 2 and 3.
  • a guide vane 945 is installed to guide the vane to allow the exhaust gas to flow evenly in the reactor 94.
  • the conventional guide vane 945 as described above should be manufactured and installed according to the shape of the expansion part a formed in the reactor 94, its operation is not easy, and in particular, as shown in FIG. 2.
  • the conventional guide vane 945 is manufactured. And the installation work becomes difficult to cause a problem that results in an increase in the manufacturing cost as well as an increase in the manufacturing period of the reactor 94.
  • FIG. 4 as another example of the conventional reactor 94, even when the curved portion b is formed to guide the exhaust gas flowing in the direction different from the longitudinal direction of the reactor 94 into the reactor 94.
  • a guide vane 945 for guiding the flow of exhaust gas to the inside of the reactor 94 may be installed to guide the introduced exhaust gas to be evenly spread inside the reactor 94.
  • the guide vane 945 is manufactured and installed according to the shape of the curved pipe b formed in the reactor 94, so that the work is not easy. The increase, of course, results in an increase in production costs.
  • the denitrification system according to the present invention is installed at the end of the expansion unit 354, the diameter of which is expanded from the inlet 351 through which the exhaust gas flows into the reaction body 35 in the reactor including the SCR catalyst 353.
  • the through-hole perforated plate 355 the exhaust gas flowing into the reaction body 35 having a larger diameter than the inlet 351 from the inlet 351 through the perforated plate 355 while the reaction body ( It is characterized in that the flow drift in which the exhaust gas is concentrated to a specific part in the 35) is prevented and the overall flow field is formed in the reaction body 35.
  • the reaction body 35 has an SCR catalyst 353 installed therein so that the exhaust gas moving from the inlet 351 to the outlet 352 comes into contact with the SCR catalyst 353 to generate a denitrification reaction.
  • the inflow is made by using the perforated plate 355 installed at the end of the expansion pipe 354 in which the diameter (size) increases from the inlet 351 of the reaction base 35. While the exhaust gas is passed through the perforated plate 355, flow fluctuations in which the exhaust gas is concentrated to a specific portion within the reaction base 35 are prevented, and the entire flow path is formed in the reaction base 35. The description will be described later.
  • the perforated plate 355 is installed at the end of the expansion portion 354 pipe diameter is expanded from the inlet portion 351 through which the exhaust gas flows into the reaction base 35, there are a myriad of holes (3551) (holes) This is a structure formed by perforation. Therefore, the exhaust gas flowing through the inlet 351 of the reaction body 35 passes through the through holes 3551 of the perforated plate 355 installed at the end of the expansion pipe 354 and the reaction body ( 35) they are not concentrated in a specific area (especially in the central area), but rather form an even flow field throughout.
  • the through holes 3551 formed through the perforated plate 355 are directly contacted with the perforated plate 355 by directly moving the exhaust gas flowing from the inlet 351 as shown in FIG. 6. That is, when the inlet part 351 is projected in the vertical direction, the size of the through hole 3551 formed in the part overlapping the perforated plate 355 ('D1' of FIG. 6) is another part of the perforated plate 355. As it is formed smaller than the size (D2 of FIG. 6) of the through hole (3551) formed in the, the flow of exhaust gas flowing in a straight line from the inlet 351 as shown in FIG. The flow of the exhaust gas after passing through the perforated plate 355 formed to have a large size of the perforated plate 355 forms an even flow field in the reaction body 35 as a whole.
  • the exhaust gas flowing through the inlet 351 of the reaction body 35 may be an expansion tube having a diameter (size) piped from the inlet 351.
  • the direction flowing in a straight line from the inlet 351 is maintained as it is, so that the flow (flow drift) concentrated in the center portion of the expansion pipe 354 is mostly seen.
  • the flow of exhaust gas concentrated in the central portion of the expansion pipe 354 is in contact with the perforated plate 355 at the end of the expansion pipe 354, in this case a portion corresponding to the central portion of the perforated plate 355 (
  • the size of the through hole (3551) formed in the peripheral portion of the perforated plate 355 is the size of the through hole (3551) formed in the central portion of the perforated plate 355 ('D1 of Figure 6) Since it is relatively larger than '), the exhaust gas moving to the periphery of the perforated plate 355 is more easily passed through the through hole (3551) into the reaction base 35, the central portion of the expansion portion 354 In the central portion of the perforated plate 355 in which a relatively small size of the through hole 3551 is formed, the exhaust gases that do not pass through the through hole 3551 at one time are further promoted to the periphery of the perforated plate 355.
  • the size of the through hole (3551) formed in the peripheral portion of the perforated plate 355 compared to the size of the through hole (3551) formed in the central portion of the perforated plate 355 in the perforated plate 355 (Fig. 6) (D2 of FIG. 6) is preferably 1.5 to 2.5 times larger, thereby preventing and evenly flowing flow using the perforated plate 355 to the exhaust gas flow flowing in a straight line from the inlet 351.
  • the effect of forming the flow field can be made more efficient.
  • the denitrification system including the perforated plate to prevent the flow drift includes a plurality of end portions of the expansion part 354 whose pipe diameter is expanded from the inlet part 351 in the reaction body 35 of the reactor used for the SCR denitrification system.
  • the perforated plate (355) of the perforated hole (in this case, the perforated plate 355 formed in the central portion of the perforated plate 355 is formed smaller than the size of the through hole (3551) formed in the peripheral portion) By doing so, the exhaust gas flowing into the reaction body 35 having a larger diameter than the inlet part 351 from the inlet part 351 passes through the perforated plate 355 to prevent flow drift that is concentrated on a specific part, and the reaction body 35 By allowing the entire flow path to be formed evenly within), it is possible to fundamentally solve the difficulty of manufacturing and installing the guide vanes used in the related art.
  • an SCR denitrification system used to treat exhaust gas discharged from a (ship) engine is a denitrification system.
  • Reactor external casing (752) comprising a portion (7521) and the bypass outlet portion (7522), including the exhaust gas flowing through the bypass pipe 77, even if the SCR denitrification system does not operate the reactor While passing through a predetermined space inside the outer casing 752, the SCR catalyst 7513 in the reaction base 751 can be always preheated to a predetermined temperature or more.
  • a conventional selective catalytic reduction (SCR) denitrification system using urea (ammonia) as a reductant to remove nitrogen oxides (NOx) from exhaust gas is discharged from the engine 91.
  • urea ammonia
  • a reducing agent that is, urea water (which becomes ammonia when urea water is vaporized) is injected through the injection nozzle 951 to denitrate NOx in the exhaust gas.
  • the mixed gas is introduced into the reactor 94 including the SCR catalyst 944, and the mixed gas in which the exhaust gas and the reducing agent are mixed in the reactor 94 is the SCR catalyst ( While passing through 944, nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas is denitrated (denitrification reaction) to obtain an optimum denitrification efficiency and a structure that effectively prevents environmental pollution caused by nitrogen oxide (NOx) or ammonia. It has been chosen. However, even in such a conventional SCR denitrification system, a system using the SCR denitrification system intermittently, in particular, in the case of the SCR denitrification system installed in a ship, when the SCR denitrification system is not used (not operated) as shown in FIG. 9.
  • the exhaust gas from the engine 91 is bypassed to bypass the SCR denitrification system through the bypass line 96 and discharged.
  • the SCR catalyst 944 included in the reactor 94 is maintained at a low temperature at room temperature. In this case, when the SCR denitrification system is used (operated) again, the SCR catalyst 944 is kept at a low temperature at normal temperature.
  • Reaction rate of the SCR catalyst 944 due to the SCR catalyst 944 receives a thermal shock due to suddenly high temperature (usually about 400 ° C.) exhaust gas is delivered to the SCR catalyst 944 and the on / off of this repetitive operation is continued. There is a problem of reducing and shortening the replacement life of the SCR catalyst 944.
  • the reactor of the double casing structure according to the present invention suddenly receives the SCR catalyst whose temperature drops to a low temperature when the on / off operation of the SCR denitrification system is repeatedly repeated in the conventional SCR denitrification system as described above.
  • the reactor itself including the SCR catalyst 7513 may include a double casing structure including a reaction base 751 and an outer casing 752.
  • the exhaust gas bypassing the bypass pipe 77 passes through a predetermined space inside the outer casing 752 and the SCR in the reaction body 751.
  • the catalyst 7513 is formed to have a structure that allows the catalyst 7513 to always be preheated above a predetermined temperature.
  • the reactor included in the denitrification system of the present invention is contacted while the exhaust gas passes through the inlet 7511 and the outlet 7512 when the SCR denitrification system is operated, and the denitrification reaction.
  • a reactor casing 752 including a bypass inlet 7521 and a bypass outlet 7522 connected to the 77 may be formed to form a double casing structure.
  • the SCR catalyst (7513) (mounted) mounted in the reaction body (751) and contacting the SCR catalyst () to remove the nitrogen oxide (NOx) component contained in the exhaust gas through the denitrification reaction reactor After passing through the SCR catalyst (7513) (mounted) mounted in the reaction body (751) and contacting the SCR catalyst () to remove the nitrogen oxide (NOx) component contained in the exhaust gas through the denitrification reaction reactor
  • the final discharge through the outlet portion 7512 of the main body 751, at this time, the SCR catalyst 7513 mounted in the reaction main body 751 is in direct contact with the hot exhaust gas to maintain a high temperature state. .
  • the exhaust gas discharged from the engine is the bypass pipe (77).
  • the bypass pipe (77) While bypassing the SCR denitrification system, more specifically, without passing through the reactor including the SCR catalyst 7513, in which the bypass tube 77 is provided in the reactor having a double casing structure according to the present invention.
  • the bypass outlet 7522 allows the exhaust gas flowing along the predetermined space 75 to be discharged back to the bypass pipe 77.
  • the exhaust gas having a high temperature (usually around 400 ° C.) that was bypassed along the bypass pipe 77 is inside the reactor outer casing 752 through the bypass inlet 7521.
  • Inflowing into the space and flowing along the inner space of the reactor outer casing 752 heats the reaction base 751 included in the reactor outer casing 752 and the SCR catalyst 7513 included therein. Therefore, even though the SCR denitrification system does not operate (i.e., the hot exhaust gas does not directly enter the reaction main body 751), the SCR catalyst 7513 which does not come into direct contact with the hot exhaust gas, as described above.
  • the temperature of the SCR catalyst 7513 does not fall to a low temperature of room temperature and always maintains a high temperature state above a certain temperature. Exhaust gas flowing along the inner space of the reactor outer casing 752 flows back to the bypass pipe 77 through the bypass outlet 7522 to be finally discharged.
  • the hot exhaust gas bypasses the inner space of the bypass pipe 77 and the reactor outer casing 752 as described above.
  • the SCR catalyst 7513 which is always preheated to a high temperature at a constant temperature or higher, has a high temperature exhaust gas directly flowing back into the reaction body 751 as shown in FIG. 13 when the SCR denitrification system is operated again. Even though the SCR catalyst 7513 is directly passed through, the SCR catalyst 7513 that has been preheated above a predetermined temperature is not sudden (rather than a conventional SCR catalyst that is in a low temperature state suddenly comes into contact with a high temperature exhaust gas). Since it is not subjected to thermal shock, it is possible to reduce the reaction rate and shorten the replacement life of the SCR catalyst due to the repeated thermal shock. The problem is fundamentally prevented.
  • the bypass inlet 7521 is connected to the lower end of the reactor outer casing 752, and the bypass outlet 7522 is the reactor outer casing.
  • the reaction body containing the high-temperature exhaust gas introduced into the predetermined space inside the reactor outer casing 752 through the bypass pipe 77 contained in the reactor outer casing 752 ( It is possible to preheat the SCR catalyst 7513 in the reaction body 751 while encircling 751). That is, even when the exhaust gas is introduced into the reactor outer casing 752, the reaction body 751 included in the reactor outer casing 752 is directly discharged through only a portion of the inner space of the reactor outer casing 752.
  • the bypass inlet 7521 is connected to the lower end of the reactor outer casing 752 and the bypass outlet 7522 is the reactor By connecting to the upper end of the outer casing 752, the hot exhaust gas introduced into the inner portion from the lower end of the reactor outer casing 752 through the bypass inlet 7521 is the lowest portion of the reactor outer casing 752.
  • the SCR catalyst 7513 can be preheated (heated) more effectively to a high temperature state by enclosing the reaction base 751 and the SCR catalyst 7513 inside the reactor outer casing 752 as a whole. .

Abstract

본 발명은 배기가스의 탈질을 위해 사용되는 SCR 탈질시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR 탈질시스템에 사용되는 반응기의 반응기본체 내로 배기가스가 유입되는 유입부로부터 관경이 확관되는 확관부 말단에 다수의 통공이 타공된 타공판을 형성하여, 유입부로부터 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체 내에 전체적으로 고른 유동장을 형성되도록 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템에 관한 것이다.

Description

유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템
본 발명은 배기가스의 탈질을 위해 사용되는 SCR 탈질시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR 탈질시스템에 사용되는 반응기의 반응기본체 내로 배기가스가 유입되는 유입부로부터 관경이 확관되는 확관부 말단에 다수의 통공이 타공된 타공판을 형성하여, 유입부로부터 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체 내에 전체적으로 고른 유동장을 형성되도록 하며, 특히 SCR 탈질시스템의 반응기 내에 포함되는 타공판에서 유입부로부터 유입되는 배기가스가 일직선으로 맞닿게 되는 타공판 내 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기가 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기보다 작게 형성되도록 하여, 유입부로부터 일직선으로 유입되는 배기가스의 흐름을 통공의 크기가 크게 형성된 타공판 부분으로 유도하여 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내에서 전체적으로 고른 유동장이 형성될 수 있도록 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템에 관한 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 도 1을 참조하면, 엔진(91)으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 사용되는 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 혼합챔버(93) 내에 분사시켜 배기가스와 환원제를 혼합시킨 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다.
그러나, 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에 사용되고 있는 반응기(94)의 구조를 보면, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 배기가스가 유입되는 유입부(941)에서 SCR촉매(944)가 위치하는 반응기(94) 중앙부위로 관경(직경)이 확대되는 확관부(ⓐ)가 형성되는데, 이와 같은 확관부(ⓐ)에 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 배기가스의 흐름을 반응기(94) 내부 곳곳으로 안내하는 가이드베인(945, guide vane)을 설치하여 유입된 배기가스가 반응기(94) 내부에 고르게 퍼져 흐를 수 있게 안내하는 구조를 취하고 있다. 그러나, 위와 같은 종래의 가이드베인(945)은 반응기(94)에 형성되는 확관부(ⓐ)의 형상에 따라 제작,설치되어야 하므로 그 작업이 용이하지 않음은 물론 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기가스가 유입되는 유입부(941)에서 반응기(94) 중앙부위로 관경(직경)이 확대되는 확관부(ⓐ)가 전후 및 좌우 양축으로 확관되는 경우에 있어서는 더욱더 종래 가이드베인(945)의 제작 및 설치 작업이 어려워져 반응기(94)의 제작기간 상승은 물론 제작비용의 상승으로 귀결되는 문제를 야기하게 된다.
또는 종래 반응기(94)의 다른 예로 도 4에 도시된 바와 같이, 반응기(94)의 길이방향과 다른 방향에서 유입되는 배기가스를 반응기(94) 내로 안내하는 곡관부(ⓑ)가 형성되는 경우에도 앞서와 마찬가지로, 배기가스의 흐름을 반응기(94) 내부 곳곳으로 안내하는 가이드베인(945, guide vane)을 설치하여 유입된 배기가스가 반응기(94) 내부에 고르게 퍼져 흐를 수 있게 안내하는 구조를 취할 수밖에 없고, 이 역시 앞서 확관부(ⓐ)에서와 같이 상기 가이드베인(945)은 반응기(94)에 형성되는 곡관부(ⓑ)의 형상에 따라 제작,설치되어야 하므로 그 작업이 용이하지 않아 제작기간 상승은 물론 제작비용의 상승으로 귀결되게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 SCR 탈질시스템에 사용되는 반응기의 반응기본체 내로 배기가스가 유입되는 유입부로부터 관경이 확관되는 확관부 말단에 다수의 통공이 타공된 타공판을 형성하여, 유입부로부터 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체 내에 전체적으로 고른 유동장을 형성되도록 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 SCR 탈질시스템의 반응기 내에 포함되는 타공판에서 유입부로부터 유입되는 배기가스가 일직선으로 맞닿게 되는 타공판 내 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기가 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기보다 작게 형성되도록 하여, 유입부로부터 일직선으로 유입되는 배기가스의 흐름을 통공의 크기가 크게 형성된 타공판 부분으로 유도하여 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내에서 전체적으로 고른 유동장이 형성될 수 있도록 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 SCR 탈질시스템의 반응기 내에 포함되는 타공판에서 타공판 내 상기 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기에 비해 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기가 1.5~2.5배 크게 형성되도록 하여, 유입부로부터 일직선으로 유입되는 배기가스 흐름에 대한 통공의 크기가 크게 형성된 타공판 부분으로의 유도가 보다 효율적으로 이루어질 수 있게 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 SCR 탈질시스템의 작동의 온/오프를 간헐적으로 반복하는 시스템에 사용되는 반응기를 SCR촉매를 포함하는 반응기본체와 상기 반응기본체를 일정 공간을 두고 둘러싸는 반응기외부케이싱의 이중 구조로 형성하여, SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서도 바이패스관을 통해 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체 내 SCR촉매를 항상 일정 온도 이상으로 예열시키도록 함으로써, 재작동시 고온의 배기가스가 유입되더라도 일정 온도 이상으로 예열된 SCR촉매가 열충격을 받지 않도록 하여 SCR촉매의 반응률과 교체수명을 연장시킬 수 있는 바이패스와 예열 기능을 갖는 이중 케이싱 구조의 반응기를 포함하는 탈질시스템을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템은 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되어 SCR촉매와 접촉하면서 탈질이 이루어지는 반응기본체와; 상기 반응기본체 내로 배기가스가 유입되는 유입부로부터 일정거리 이격되어 설치되는 다수의 통공이 타공된 타공판;을 포함하여, 유입부로부터 반응기본체 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체 내 전체적으로 고른 유동장을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템에 있어서 상기 타공판은 상기 반응기본체의 유입부로부터 관경이 확관되는 확관부 말단에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템에 있어서 상기 타공판은 상기 유입부로부터 유입되는 배기가스가 일직선으로 맞닿게 되는 타공판 내 상기 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기가 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기보다 작게 형성되어, 유입부로부터 일직선으로 유입되는 배기가스의 흐름을 통공의 크기가 크게 형성된 타공판 부분으로 유도하여 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내에서 전체적으로 고른 유동장이 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템에 있어서 상기 타공판은 타공판 내 상기 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기에 비해 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기가 1.5~2.5배 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 SCR 탈질시스템에 사용되는 반응기의 반응기본체 내로 배기가스가 유입되는 유입부로부터 관경이 확관되는 확관부 말단에 다수의 통공이 타공된 타공판을 형성하여, 유입부로부터 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체 내에 전체적으로 고른 유동장을 형성되도록 하는 효과를 갖는다.
본 발명은 SCR 탈질시스템의 반응기 내에 포함되는 타공판에서 유입부로부터 유입되는 배기가스가 일직선으로 맞닿게 되는 타공판 내 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기가 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기보다 작게 형성되도록 하여, 유입부로부터 일직선으로 유입되는 배기가스의 흐름을 통공의 크기가 크게 형성된 타공판 부분으로 유도하여 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내에서 전체적으로 고른 유동장이 형성될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
본 발명은 SCR 탈질시스템의 반응기 내에 포함되는 타공판에서 타공판 내 상기 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기에 비해 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기가 1.5~2.5배 크게 형성되도록 하여, 유입부로부터 일직선으로 유입되는 배기가스 흐름에 대한 통공의 크기가 크게 형성된 타공판 부분으로의 유도가 보다 효율적으로 이루어질 수 있게 하는 효과를 갖는다.
본 발명은 SCR 탈질시스템의 작동의 온/오프를 간헐적으로 반복하는 시스템에 사용되는 반응기를 SCR촉매를 포함하는 반응기본체와 상기 반응기본체를 일정 공간을 두고 둘러싸는 반응기외부케이싱의 이중 구조로 형성하여, SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서도 바이패스관을 통해 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체 내 SCR촉매를 항상 일정 온도 이상으로 예열시키도록 함으로써, 재작동시 고온의 배기가스가 유입되더라도 일정 온도 이상으로 예열된 SCR촉매가 열충격을 받지 않도록 하여 SCR촉매의 반응률과 교체수명을 연장시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 SCR 탈질시스템의 구조를 도시한 개략도
도 2는 종래 반응기 내 확관부에 형성된 가이드베인의 설치상태를 도시한 사시도
도 3은 도 2의 'B-B''부분의 단면도
도 4는 종래 반응기 내 곡관부에 형성된 가이드베인의 설치상태를 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타공판이 포함된 반응기본체를 도시한 사시도
도 6는 도 5의 타공판을 도시한 사시도
도 7은 도 5에서의 배기가스 흐름을 도시한 참고도
도 8은 도 7의 'A-A''단면에 대한 CFD 분석결과 화면
도 9는 종래 SCR 탈질시스템의 구조를 도시한 개략도
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 케이싱 구조의 반응기의 사시도
도 11은 도 10의 이중 케이싱 구조의 반응기의 단면도
도 12는 바이패스관을 통해 배기가스가 바이패스되는 과정을 도시한 참고도
도 13은 반응기를 통해 배기가스가 처리되는 과정을 도시한 참고도
이하에서는 본 발명에 따른 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 5 내지 8을 참조하면, (선박용)엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위해 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되어 SCR촉매(353)와 접촉하면서 탈질이 이루어지는 반응기본체(35)와; 상기 반응기본체(35) 내로 배기가스가 유입되는 유입부(351)로부터 관경이 확관되는 확관부(354) 말단에 설치되는 다수의 통공이 타공된 타공판(355);을 포함하여, 유입부(351)로부터 유입부(351)보다 관경이 큰 반응기본체(35) 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판(355)을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체(35) 내에서 전체적으로 고른 유동장을 형성하는 것을 특징으로 한다.
앞서 종래기술에서 설명한 바와 같이, 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거를 위해 특히 요소(암모니아)를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 엔진(91)에서 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 배기가스가 흐르는 혼합챔버(93) 내로 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 분사시켜 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스를 생성한 후, 해당 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다. 그러나, 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에 사용되고 있는 반응기(94)의 구조를 보면, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 배기가스가 유입되는 유입부(941)에서 SCR촉매(944)가 위치하는 반응기(94) 중앙부위로 관경(직경)이 확대되는 확관부(ⓐ)가 형성되는데, 이와 같은 확관부(ⓐ)에 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 배기가스의 흐름을 반응기(94) 내부 곳곳으로 안내하는 가이드베인(945, guide vane)을 설치하여 유입된 배기가스가 반응기(94) 내부에 고르게 퍼져 흐를 수 있게 안내하는 구조를 취하고 있다. 그러나, 위와 같은 종래의 가이드베인(945)은 반응기(94)에 형성되는 확관부(ⓐ)의 형상에 따라 제작,설치되어야 하므로 그 작업이 용이하지 않음은 물론 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기가스가 유입되는 유입부(941)에서 반응기(94) 중앙부위로 관경(직경)이 확대되는 확관부(ⓐ)가 전후 및 좌우 양축으로 확관되는 경우에 있어서는 더욱더 종래 가이드베인(945)의 제작 및 설치 작업이 어려워져 반응기(94)의 제작기간 상승은 물론 제작비용의 상승으로 귀결되는 문제를 야기하게 된다. 또는 종래 반응기(94)의 다른 예로 도 4에 도시된 바와 같이, 반응기(94)의 길이방향과 다른 방향에서 유입되는 배기가스를 반응기(94) 내로 안내하는 곡관부(ⓑ)가 형성되는 경우에도 앞서와 마찬가지로, 배기가스의 흐름을 반응기(94) 내부 곳곳으로 안내하는 가이드베인(945, guide vane)을 설치하여 유입된 배기가스가 반응기(94) 내부에 고르게 퍼져 흐를 수 있게 안내하는 구조를 취할 수밖에 없고, 이 역시 앞서 확관부(ⓐ)에서와 같이 상기 가이드베인(945)은 반응기(94)에 형성되는 곡관부(ⓑ)의 형상에 따라 제작,설치되어야 하므로 그 작업이 용이하지 않아 제작기간 상승은 물론 제작비용의 상승으로 귀결되게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 탈질시스템은 SCR촉매(353)를 포함하는 반응기에서 반응기본체(35) 내로 배기가스가 유입되는 유입부(351)로부터 관경이 확관되는 확관부(354) 말단에 설치되는 다수의 통공이 타공된 타공판(355)을 포함하여, 유입부(351)로부터 유입부(351)보다 관경이 큰 반응기본체(35) 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판(355)을 거치면서 반응기본체(35) 내에서 특정 부위로 배기가스가 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체(35) 내에서 전체적으로 고른 유동장을 형성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응기본체(35)는 내부에 SCR촉매(353)가 설치되어 유입부(351)로부터 유출부(352)로 이동하는 배기가스가 SCR촉매(353)와 접촉하여 탈질반응을 일으키는 반응기의 전체적인 골격을 형성하는 부분으로, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명에서는 상기 반응기본체(35)의 유입부(351)로부터 관경(크기)이 커지는 확관부(354) 말단에 설치되는 타공판(355)을 이용하여 유입되는 배기가스가 상기 타공판(355)을 거치면서 반응기본체(35) 내에서 특정 부위로 배기가스가 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체(35) 내에서 전체적으로 고른 유동장을 형성하도록 하는바, 이에 대한 설명은 후술하도록 한다.
상기 타공판(355)은 상기 반응기본체(35) 내로 배기가스가 유입되는 유입부(351)로부터 관경이 확관되는 확관부(354)의 말단에 설치되며, 내부에 무수히 많은 통공(3551)(구멍)이 타공되어 형성되어 있는 구성이다. 따라서, 상기 반응기본체(35)의 유입부(351)를 통해 유입되는 배기가스는 상기 확관부(354)의 말단에 설치되어 있는 상기 타공판(355)의 통공(3551)들을 지나면서 상기 반응기본체(35) 내에서 특정 부위(특히, 중앙 부위)로 집중되지 않고 전체적으로 고른 유동장을 형성하게 된다.
특히, 상기 타공판(355)에 타공되어 형성되는 통공(3551)들은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 유입부(351)로부터 유입되는 배기가스가 일직선으로 이동하여 직접 타공판(355)과 맞닿게 되는 부분 즉, 상기 유입부(351)를 수직방향으로 투영시켰을 때 상기 타공판(355)에 겹치게 되는 부분에 형성된 통공(3551)의 크기(도 6의 'D1')가 상기 타공판(355) 내 다른 부분에 형성되는 통공(3551)의 크기(도 6의 'D2')보다 작게 형성됨으로써, 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 유입부(351)로부터 일직선으로 유입되는 배기가스의 흐름이 통공(3551)의 크기가 크게 형성된 타공판(355) 부분으로 유도되어 상기 타공판(355)을 통과한 이후의 배기가스의 흐름은 상기 반응기본체(35) 내에서 전체적으로 고른 유동장을 형성하게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저 도 7에 도시된 바와 같이 상기 반응기본체(35)의 유입부(351)를 통해 유입되는 배기가스는 상기 유입부(351)로부터 관경(크기)이 확관되는 확관부(354)를 지나는 과정에서는 최초 상기 유입부(351)로부터 일직선으로 유입되는 방향성을 그대로 유지하게 되므로 대부분 상기 확관부(354)의 중앙 부위에 집중되는 흐름(유동편류)을 보이게 된다. 상기 확관부(354)의 중앙 부위에 집중되어 흐르던 배기가스의 흐름은 상기 확관부(354)의 말단에서 상기 타공판(355)과 접하게 되는데, 이때 상기 타공판(355)의 중앙부위에 해당하는 부분(상기 유입부(351)를 수직방향으로 투영시켰을 때 상기 타공판(355)에 겹치게 되는 부분) 즉, 확관부(354)의 중앙 부위에 집중되어 흐르던 배기가스 대부분이 직접 맞닿게 되는 부분에 형성된 상기 타공판(355)의 통공(3551)의 크기가 작기 때문에 확관부(354)의 중앙 부위에 집중되어 흐르던 모든 배기가스가 한 번에 통공(3551)을 통과하지 못하게 되고, 따라서 상기 타공판(355)의 중앙부위에서 상기 통공(3551)을 한 번에 통과하지 못한 배기가스의 흐름들은 상기 타공판(355)의 주변부위 즉, 상기 유입부(351)를 수직방향으로 투영시켰을 때 상기 타공판(355)에 겹치게 되는 부분을 둘러싸는 주변부분에 형성된 통공(3551) 쪽으로 이동하여 상기 타공판(355)의 주변부위에 형성된 통공(3551)을 통과하여 흐르게 된다. 이때 특히, 상기 타공판(355)의 주변부위에 형성된 통공(3551)의 크기(도 6의 'D2')는 상기 타공판(355)의 중앙부위에 형성된 통공(3551)의 크기(도 6의 'D1')보다 상대적으로 크기 때문에, 상기 타공판(355)의 주변부위로 이동하는 배기가스들은 보다 용이하게 통공(3551)을 통과하여 반응기본체(35) 내로 빠르게 유입되게 되므로, 확관부(354)의 중앙 부위에 집중되어 흐르다가 상대적으로 작은 크기의 통공(3551)이 형성된 상기 타공판(355)의 중앙부위에서 한 번에 통공(3551)을 통과하지 못한 배기가스들의 상기 타공판(355) 주변부위로의 이동은 더욱 촉진되게 되고, 종국적으로 상기 확관부(354)에서는 주로 중앙 부위에 집중되어 흐르던 배기가스의 흐름은 상기 타공판(355)과 접하면서 상기 타공판(355)의 주변부위로 많은 양이 유도되어 상기 타공판(355)을 지난 이후에는 상기 반응기본체(35) 내에서 전체적으로 고른 유동장을 형성하게 된다. 이와 같은 결과는 본 발명에 따른 상기 타공판(355)을 포함한 반응기본체(35)에 대한 CFD(전산유동해석) 결과를 보여주는 도 8을 통해서도 확인할 수 있다. 도 8은 도 7의 'A-A''단면에 대한 CFD 분석결과 화면이다.
이때, 상기 타공판(355)에서 상기 타공판(355)의 중앙부위에 형성된 통공(3551)의 크기(도 6의 'D1')에 비해 상기 타공판(355)의 주변부위에 형성된 통공(3551)의 크기(도 6의 'D2')가 바람직하게는 1.5~2.5배 크게 형성되도록 함으로써, 상기 유입부(351)로부터 일직선으로 유입되는 배기가스 흐름에 대해 상기 타공판(355)을 이용한 유동편류의 방지와 고른 유동장 형성의 효과가 더욱 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템은 SCR 탈질시스템에 사용되는 반응기의 반응기본체(35) 내 유입부(351)로부터 관경이 확관되는 확관부(354) 말단에 다수의 통공(구멍)이 타공(이때, 타공판(355)의 중앙부위에 형성되는 통공(3551)의 크기를 주변부위에 형성되는 통공(3551)의 크기보다 작게 형성함)된 타공판(355)을 설치하는 것으로 유입부(351)로부터 유입부(351)보다 관경이 큰 반응기본체(35) 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판(355)을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체(35) 내에 전체적으로 고른 유동장을 형성되도록 유도할 수 있게 함으로써, 종래에 사용되던 가이드베인의 제작 및 설치의 어려움 문제를 근본적으로 해결할 수 있게 한다.
한편, 도 10 내지 13을 참조하면, (선박용)엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위해 사용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 탈질시스템 내 반응기가 유입부(7511)와 유출부(7512)를 통해 배기가스가 지나면서 접촉하여 탈질반응이 일어나는 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기본체(751)와; 상기 반응기본체(751)를 둘러싸며 내부에 일정 공간을 형성하고, 상기 유입부(7511) 앞에서 배기가스를 우회시켜 상기 유출부(7512) 뒤에 연결시키는 바이패스관(77)과 연결되는 바이패스유입부(7521)와 바이패스유출부(7522)를 포함하는 반응기외부케이싱(752);을 포함하여, SCR탈질시스템이 작동하지 않는 경우에도 상기 바이패스관(77)을 통해 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱(752) 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체(751) 내 SCR촉매(7513)를 항상 일정 온도 이상으로 예열시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 9를 참조하면, 종래에 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거를 위해 특히 요소(암모니아)를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 엔진(91)에서 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 배기가스가 흐르는 혼합챔버(93) 내로 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 분사시켜 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스를 생성한 후, 해당 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다. 그러나, 이러한 종래의 SCR 탈질시스템에서도 간헐적으로 SCR 탈질시스템을 사용하는 시스템 특히, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템의 경우, SCR 탈질시스템을 사용하지(작동하지) 않는 경우에는 도 9에 도시하고 있는 바와 같이 엔진(91)으로부터 나오는 배기가스를 바이패스라인(96)을 통해 SCR 탈질시스템을 거치지 않도록 우회시켜 배출시키는 구조를 취하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에서 SCR 탈질시스템(특히, SCR촉매(944)를 포함하는 반응기(94))을 작동시키지 않고 바이패스라인(96)을 통해 배기가스를 우회시키는 경우에는, 상기 반응기(94) 내에 포함된 SCR촉매(944)가 상온의 낮은 온도로 떨어진 상태로 유지되게 되는데 이때, 다시 SCR 탈질시스템을 사용(작동)하게 되는 경우에는, 상온의 낮은 온도로 떨어진 상태로 유지되던 SCR촉매(944)에 갑자기 고온(통상 400℃ 정도)의 배기가스가 전달됨으로 인한 열충격을 SCR촉매(944)가 받게 되고 이러한 반복적인 동작의 온/오프가 계속됨으로 인한 SCR촉매(944)의 반응률 저감 및 SCR촉매(944)의 교체 수명을 단축시키는 문제를 발생시키게 된다.
따라서, 본 발명에서의 이중 케이싱 구조의 반응기는 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에서 반복적으로 SCR 탈질시스템의 작동의 온/오프가 반복되는 경우에 있어서의 저온 상태로 온도가 떨어지는 SCR촉매가 갑작스럽게 받는 열충격으로 인한 문제들을 근본적으로 방지할 수 있도록, 도 10 및 11에 도시된 바와 같이 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기 자체를 반응기본체(751)와 반응기외부케이싱(752)을 포함하는 이중 케이싱 구조로 형성함과 아울러 SCR탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 상기 바이패스관(77)을 통해 우회하는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱(752) 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체(751) 내 SCR촉매(7513)를 항상 일정 온도 이상으로 예열시킬 수 있도록 하는 구조로 형성하게 된다.
즉, 도 10 및 11을 참조하면, 본 발명의 탈질시스템에 포함되는 반응기는 SCR 탈질시스템이 작동하는 경우에 유입부(7511)와 유출부(7512)를 통해 배기가스가 지나면서 접촉하여 탈질반응이 일어나는 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기본체(751)와; 상기 반응기본체(751)를 둘러싸며 내부에 일정 공간을 형성하고, SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 상기 유입부(7511) 앞에서 배기가스를 우회시켜 상기 유출부(7512) 뒤에 연결시키는 바이패스관(77)과 연결되는 바이패스유입부(7521)와 바이패스유출부(7522)를 포함하는 반응기외부케이싱(752);을 포함하는 이중 케이싱 구조를 형성하게 된다.
따라서, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템에 있어서 항구에 접안하거나 정박하여 화물을 싣고 내리는 과정에서와 같이 SCR 탈질시스템이 작동하는 경우에는 상기 반응기본체(751)의 유입부(7511)를 통해 유입되는 배기가스가 상기 반응기본체(751) 내에 실장된(장착된) SCR촉매(7513)를 거쳐 지나면서 SCR 촉매()와 접촉하여 탈질반응을 통해 배기가스 내에 포함된 질소산화물(NOx) 성분이 제거된 후 반응기본체(751)의 유출부(7512)를 통해 최종 배출되게 되는데, 이때에 상기 반응기본체(751) 내에 실장된 SCR촉매(7513)는 고온의 배기가스와 직접 접촉하면서 고온의 온도상태를 유지하게 된다.
한편, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템에 있어서 선박이 환경규제를 받지 않는 공해상을 운항하는 경우 등과 같은 경우에 있어서 SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서는 엔진에서 배출되는 배기가스가 상기 바이패스관(77)을 따라 우회하면서 SCR 탈질시스템, 보다 구체적으로는 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기 내를 거치지 않고 바로 배출되게 되는데, 이때 본 발명에 따른 이중 케이싱 구조를 갖는 반응기에서는 상기 바이패스관(77)의 관로를 상기 반응기외부케이싱(752)과 연결시켜 상기 바이패스관(77)을 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱(752) 내로 유입될 수 있도록 하는 바이패스유입부(7521)와 상기 반응기외부케이싱(752) 내 일정 공간을 따라 흐른 배기가스가 다시 상기 바이패스관(77)으로 배출될 수 있도록 하는 바이패스유출부(7522)를 포함함으로써, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 바이패스관(77)을 따라 우회하던 고온(통상 400℃ 내외)의 배기가스는 상기 바이패스유입부(7521)를 통해 상기 반응기외부케이싱(752) 내부 공간으로 유입되어 반응기외부케이싱(752)의 내부 공간을 따라 흐르면서 반응기외부케이싱(752) 내에 포함된 상기 반응기본체(751) 및 그 내부에 포함된 SCR촉매(7513)를 가열시키게 된다. 따라서, SCR 탈질시스템이 작동하지 않아(즉, 고온의 배기가스가 직접 반응기본체(751) 내로 유입되지 않아) 직접적으로 고온의 배기가스와 접촉하지 않게 되는 SCR촉매(7513)라 하더라도 위와 같이 상기 반응기본체(751) 외부를 가열시키는 고온의 배기가스로 인해 SCR촉매(7513)의 온도가 상온의 낮은 온도의 상태로 떨어지지 않게 되고 항상 일정한 온도 이상의 고온 상태를 유지할 수 있게 된다. 상기 반응기외부케이싱(752)의 내부 공간을 따라 흐르던 배기가스는 상기 바이패스유출부(7522)를 통해 다시 상기 바이패스관(77)으로 흘러 최종 배출되게 된다.
이와 같이, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템에 있어서 SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서도 위와 같이 상기 바이패스관(77) 및 상기 반응기외부케이싱(752) 내부 공간을 따라 우회하는 고온의 배기가스에 의해 항상 일정한 온도 이상의 고온 상태로 예열되는 상기 SCR촉매(7513)는, 다시 SCR 탈질시스템이 작동하는 경우에 있어서 도 13에 도시된 바와 같이 고온의 배기가스가 다시 직접 상기 반응기본체(751) 내로 유입되어 상기 SCR촉매(7513)를 직접적으로 거치게 되더라도 (종래와 같이 저온상태였던 SCR촉매가 갑자기 고온의 배기가스와 접촉하면서 열충격을 받는 것이 아니라)일정 온도 이상으로 예열되어 있던 상기 SCR촉매(7513)는 급작스런 열충격을 받지 않게 되므로, 종래와 같이 반복되는 열충격으로 인한 SCR촉매의 반응률 저감 및 교체수명 단축의 문제는 근본적으로 방지되게 된다.
또한, 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 상기 반응기에서 상기 바이패스유입부(7521)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 하단에 연결되고, 상기 바이패스유출부(7522)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 상단에 연결되어, 상기 바이패스관(77)을 통해 반응기외부케이싱(752) 내부의 일정 공간으로 유입된 고온의 배기가스가 반응기외부케이싱(752) 내부에 포함된 상기 반응기본체(751)를 전체적으로 둘러싸고 지나면서 반응기본체(751) 내 SCR촉매(7513)를 예열시킬 수 있도록 한다. 즉, 상기 반응기외부케이싱(752) 내부로 배기가스가 유입된다 하더라도 반응기외부케이싱(752) 내부 공간 중 일정 부분만을 거쳐 바로 배출되게 되면 상기 반응기외부케이싱(752) 내부에 포함된 반응기본체(751) 및 SCR촉매(7513)의 예열 기능이 저감될 수 있는바, 위와 같이 상기 바이패스유입부(7521)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 하단에 연결시키고 상기 바이패스유출부(7522)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 상단에 연결시킴으로써, 상기 바이패스유입부(7521)를 통해 반응기외부케이싱(752)의 하단에서 내부로 유입되는 고온의 배기가스는 상기 반응기외부케이싱(752)의 가장 아래 부분에서부터 상기 바이패스유출부(7522)가 연결되어 있는 반응기외부케이싱(752)의 가장 윗 부분까지 전체적으로 반응기외부케이싱(752) 내부 공간을 지나게 되므로, 그에 따라 상기 반응기외부케이싱(752) 내부에 포함된 상기 반응기본체(751) 및 그 내부의 SCR촉매(7513)를 전체적으로 둘러싸고 지나면서 상기 SCR촉매(7513)를 보다 효과적으로 고온 상태로 예열(가열)시킬 수 있게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되어 SCR촉매와 접촉하면서 탈질이 이루어지는 반응기본체와;
    상기 반응기본체 내로 배기가스가 유입되는 유입부로부터 일정거리 이격되어 설치되는 다수의 통공이 타공된 타공판;을 포함하여, 유입부로부터 반응기본체 내로 유입되는 배기가스가 상기 타공판을 거치면서 특정 부위에 집중되는 유동편류가 방지되고 반응기본체 내 전체적으로 고른 유동장을 형성하는 것을 특징으로 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타공판은 상기 반응기본체의 유입부로부터 관경이 확관되는 확관부 말단에 설치되는 것을 특징으로 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 타공판은 상기 유입부로부터 유입되는 배기가스가 일직선으로 맞닿게 되는 타공판 내 상기 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기가 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기보다 작게 형성되어, 유입부로부터 일직선으로 유입되는 배기가스의 흐름을 통공의 크기가 크게 형성된 타공판 부분으로 유도하여 유입부보다 관경이 큰 반응기본체 내에서 전체적으로 고른 유동장이 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 타공판은 타공판 내 상기 유입부가 수직으로 투영되는 부분의 통공의 크기에 비해 타공판 내 다른 부분의 통공의 크기가 1.5~2.5배 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동편류를 방지하는 타공판을 포함하는 탈질시스템.
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