WO2018080179A1 - 배기가스 후처리 시스템 - Google Patents

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system, and more particularly, to an exhaust gas aftertreatment system for post-treatment of exhaust gas discharged from an engine.
  • the exhaust aftertreatment system is a diesel particulate filter (DPF) to remove particulate matter (PM) and a selective catalytic reduction (SCR) reactor to reduce NOx. And the like.
  • DPF diesel particulate filter
  • SCR selective catalytic reduction
  • the diesel particulate filter removes particulate matter such as soot from the exhaust gas of the diesel engine by collecting the particulate matter
  • the particulate matter collected in the filter increases gradually as the engine operation time elapses. Therefore, a regeneration operation to burn particulate matter trapped in the diesel particulate filter should be performed periodically. For example, regeneration of the diesel particulate filter is performed by burning the particulate matter collected in the diesel particulate filter by raising the temperature of the exhaust gas flowing into the diesel particulate filter.
  • the back pressure of the engine is increased, thereby lowering the power and fuel efficiency of the engine.
  • the diesel particulate filter may be damaged due to excessive temperature rise during regeneration. Therefore, it is necessary to properly manage the regeneration cycle of the diesel particulate filter.
  • the temperature of the exhaust gas may be reduced even under any operating conditions with low load so as to allow free regeneration during operation. It is required to maintain the temperature sufficient for regeneration.
  • the nitrogen oxide contained in the exhaust gas and the reducing agent react with each other while passing the exhaust gas and the reducing agent together in a reactor in which the catalyst is installed therein, and the reduction process is performed with nitrogen and water vapor.
  • the reducing agent ammonia (NH 3 ) may be used directly or ammonia generated by decomposing urea may be used.
  • the selective catalytic reduction system mainly uses a high temperature active catalyst having an active temperature in the range of 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius in consideration of economical efficiency and radioactivity regulation.
  • the active temperature refers to a temperature at which the catalyst can be stably reduced without poisoning the catalyst.
  • the catalyst reacts outside the active temperature range, the catalyst is poisoned and the activity of the catalyst is continuously lowered.
  • the exhaust gas having a relatively low temperature of less than 250 degrees Celsius is introduced into the reactor equipped with the high temperature active catalyst, sulfur oxides (SOx) of the exhaust gas and ammonia (NH 4 ) as a reducing agent react to generate a catalyst poisoning material. do.
  • the catalyst poisoning substance may include one or more of ammonium sulfate (NH 4) 2 SO 4 and ammonium bisulfate (NH 4 HSO 4 ). As described above, when the catalyst is poisoned, the nitrogen oxide (NOx) reduction performance is lowered, and therefore it is also required to maintain the temperature of the exhaust gas at the active temperature of the catalyst.
  • NH 4 ammonium sulfate
  • NH 4 HSO 4 ammonium bisulfate
  • the selective catalytic reduction system uses ammonia (NH 3 ) as a representative reducing agent for reducing nitrogen oxides.
  • ammonia is not easy to store and supply, ammonia produced as urea is decomposed by spraying urea water solution into the exhaust pipe is used as a reducing agent.
  • Embodiments of the present invention provide an exhaust gas aftertreatment system capable of post-processing exhaust gas efficiently.
  • an exhaust gas aftertreatment system for post-processing exhaust gas discharged from an engine includes an exhaust flow path for moving the exhaust gas discharged from the engine, and is installed on the exhaust flow path to purify the exhaust gas.
  • At least one post-treatment device a burner installed on the exhaust flow path for heating the exhaust gas upstream of the at least one post-treatment device, a fuel supply unit supplying fuel to the burner, and air to the burner. It includes an air supply passage for supplying. The air supply flow passage supplies a part of the exhaust gas discharged from the engine as the air to the burner.
  • Oxygen concentration of the air supplied to the burner is 8% to 16%, the burner may be a high ignition energy burner.
  • the high ignition energy burner may be a plasma burner using a plasma reaction.
  • the air supply passage may branch from the exhaust passage upstream of the burner to supply a portion of the exhaust gas to the burner.
  • the exhaust gas aftertreatment system may further include an air supply valve installed on the air supply flow path including a branch point of the air supply flow path and the exhaust flow path.
  • the exhaust gas discharged from the engine may move to the at least one aftertreatment device through a supercharger, and the air supply flow path may branch from the exhaust flow path behind the supercharger.
  • the exhaust gas aftertreatment system may further include an air supply valve installed on the air supply flow path including a branch point of the air supply flow path and the exhaust flow path.
  • the exhaust gas discharged from the engine may move to the at least one aftertreatment apparatus through a supercharger, and the air supply passage may branch from the exhaust passage in front of the supercharger.
  • the exhaust gas aftertreatment system may further include a recirculation flow path for supplying a part of the exhaust gas discharged from the engine to the engine.
  • the air supply passage may be branched from the recirculation passage.
  • the fuel supply unit may supply fuel to the engine and the burner.
  • the at least one aftertreatment device includes a diesel particulate filter (DPF), and the burner receives the fuel and air from the fuel supply unit and the air supply passage during regeneration of the diesel particulate filter.
  • the gas can be heated.
  • the at least one aftertreatment device includes a selective catalytic reduction reactor installed in the exhaust passage downstream of the diesel particulate filter and a reducing agent supply unit installed in the exhaust passage between the catalytic reduction reactor and the diesel particulate filter, A secondary burner may be further provided between a reducing agent supply unit and the diesel particulate filter, and heating of the exhaust gas moving to the selective catalytic reduction reactor separately from the diesel particulate filter may be possible through the auxiliary burner.
  • the at least one aftertreatment device includes a selective catalytic reduction reactor (SCR) and a reducing agent supply unit for injecting a reducing agent in the exhaust flow passage upstream than the selective catalytic reduction reactor, wherein the burner includes the selective catalytic reduction reactor.
  • SCR selective catalytic reduction reactor
  • the fuel and air may be supplied from the fuel supply unit and the air supply passage to heat the exhaust gas.
  • the at least one aftertreatment device further comprises a diesel particulate filter, the diesel particulate filter may be embedded in the selective catalytic reduction reactor.
  • the at least one aftertreatment device may comprise at least one of a diesel oxidation catalyst (DOC) installed on the exhaust passage, a diesel particulate filter and a selective catalytic reduction reactor installed downstream of the diesel oxidation catalyst. .
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • the embodiment of the present invention it is possible to efficiently heat the exhaust gas with a simple structure.
  • the exhaust gas can be easily heated even in a low speed or low load region, the purification efficiency of the exhaust gas aftertreatment system can be improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to a first embodiment.
  • 2 is a graph showing the concentration of oxygen in the exhaust gas discharged from a diesel engine.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to a third embodiment.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to a sixth embodiment.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to a seventh embodiment.
  • Embodiments of the invention specifically illustrate ideal embodiments of the invention. As a result, various modifications of the drawings are expected. Thus, the embodiment is not limited to the specific form of the illustrated region, but includes, for example, modification of the form by manufacture.
  • a diesel engine for construction machinery 100 is exemplarily illustrated as an exhaust source for discharging exhaust gas, but the first embodiment of the present invention is not limited thereto. That is, the first embodiment of the present invention can be applied to various power devices.
  • the diesel engine 100 discharges exhaust gas containing environmental regulatory substances such as particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx).
  • environmental regulatory substances such as particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx).
  • the exhaust gas discharged from the diesel engine 100 may be discharged through a turbo charger 150.
  • the supercharger 150 rotates the turbine 151 at the pressure of the exhaust gas of the diesel engine 100 to compress and supply new external air to the diesel engine 100, thereby improving the output of the diesel engine 100. And the exhaust gas discharged from the diesel engine 100 goes down the temperature and pressure while passing through the supercharger 150.
  • the supercharger 150 is installed on the exhaust flow path 610 and rotates at the pressure of the exhaust gas, and the intake flow path 620 is installed on the diesel engine (Rotational force of the turbine 151)
  • the compressor 152 for pushing air into the 100 and the supercharger 300 may include a shaft 153 connecting the turbine 151 and the compressor 152 to transmit rotational power.
  • an air cleaner 146 for removing impurities of external air supplied to the diesel engine 100 and an intercooler 148 for lowering the temperature of air compressed by the compressor 152 of the supercharger 150. ) May be further included.
  • an exhaust gas recirculation (ERG) system may be applied to the diesel engine 100.
  • the exhaust gas recirculation system returns a part of the exhaust gas discharged from the diesel engine 100 to the intake passage 620 for supplying the intake air to the cylinder of the diesel engine 100 to lower the combustion temperature of the diesel engine 100 and reduce the nitrogen oxides ( The generation amount of NOx) is reduced.
  • the exhaust gas recirculation system includes a recirculation flow path 160 connecting the exhaust flow path 610 and the intake flow path 620 and a recirculation valve installed on the recirculation flow path 160 to adjust the recirculation rate of the exhaust gas. 170, and a recirculation cooler 180 installed on the recirculation flow path 160 to lower the temperature of the recirculated exhaust gas.
  • a pressure difference between the exhaust passage 610 and the intake passage 620 should be generated to allow the exhaust gas to move along the recycle passage 160. That is, the greater the pressure difference between the exhaust passage 610 and the intake passage 620, the greater the efficiency of the exhaust gas recirculation system.
  • the exhaust gas aftertreatment system 101 includes an exhaust passage 610, a burner 400, an air supply passage 640, and at least one And a post-processing device.
  • the at least one aftertreatment device is a device for purifying exhaust gas, including diesel particulate filter (DPF) 300, diesel oxidation catalyst device (DOC) 200, selective catalytic reduction ( A selective catalytic reduction (SCR) reactor 500 and a reducing agent supply unit 550 may be included.
  • DPF diesel particulate filter
  • DOC diesel oxidation catalyst device
  • SCR selective catalytic reduction
  • a reducing agent supply unit 550 may be included.
  • the exhaust passage 610 is connected to the exhaust port of the diesel engine 100 which is the above-described power unit to exhaust the exhaust gas of the diesel engine 100. That is, the exhaust gas discharged from the diesel engine 100 moves along the exhaust flow path 610.
  • a diesel particulate filter (DPF) 300 is installed on the exhaust passage 610 to physically collect, burn and remove particulate matter in the exhaust gas.
  • the diesel particulate filter (DPF) 300 removes particulate matter such as soot and the like from the exhaust gas of the diesel engine 100, the particulate matter collected in the diesel particulate filter 300 is diesel. As the operating time of the engine 100 elapses, the engine 100 gradually increases. Therefore, a regeneration operation for burning particulate matter trapped in the diesel particulate filter 300 should be periodically performed. For example, regeneration of the diesel particulate filter 300 may be performed by burning the particulate matter collected in the diesel particulate filter 300 by raising the temperature of the exhaust gas flowing into the diesel particulate filter 300, and diesel particulates. The temperature of the exhaust gas required for the regeneration of the filter 300 may be in the range of 500 degrees Celsius to 650 degrees Celsius.
  • a separate sensor (not shown) may be installed inside the diesel particulate filter 300 or upstream and / or downstream of the diesel particulate filter 300.
  • the separate sensor may include a temperature sensor and a pressure sensor, and may measure the pressure or temperature of the exhaust gas passing through the diesel particulate filter 300 to help determine whether to regenerate.
  • the selective catalytic reduction reactor 500 is installed on the exhaust flow path 610 behind the diesel particulate filter 300.
  • the front means an upstream direction based on the moving direction of the fluid
  • the rear means a downstream direction based on the moving direction of the fluid.
  • the selective catalytic reduction reactor 500 receives the exhaust gas passed through the diesel particulate filter 300 through the exhaust flow path 610.
  • the selective catalytic reduction reactor 500 includes a catalyst for reducing nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas.
  • the catalyst catalyzes the reaction between the nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas and the reducing agent to reduce the nitrogen oxide (NOx) to nitrogen and water vapor.
  • the catalyst installed in the selective catalytic reduction reactor 500 may be arranged in a multi-layer structure based on the movement direction of the exhaust gas. That is, the catalyst may be provided in the form of a plurality of catalyst modules, the plurality of catalyst modules may be arranged along the movement direction of the exhaust gas.
  • the catalyst may be made of various materials known to those skilled in the art, such as zeolite, vanadium, platinum and the like.
  • the catalyst may have an active temperature in the range of 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius.
  • the active temperature refers to a temperature at which the catalyst can stably reduce nitrogen oxides without poisoning. If the catalyst reacts outside the active temperature range, the catalyst is poisoned, resulting in a decrease in performance and efficiency.
  • the poisoning substance for poisoning the catalyst may include one or more of ammonium sulfate (NH 4) 2 SO 4 and ammonium bisulfate (NH 4 HSO 4). These catalyst poisoning substances are adsorbed on the catalyst to lower the activity of the catalyst. Since the catalyst poisoning substance decomposes at a relatively high temperature, that is, a temperature in the range of 350 degrees Celsius to 450 degrees Celsius, by raising the catalyst in the selective catalytic reduction reactor 500, the poisoned catalyst can be regenerated.
  • a separate sensor (not shown) may be installed to determine catalyst elevated temperatures. The separate sensor may be provided in the form of measuring the exhaust gas pressure and temperature before and after the catalytic reduction reactor or installed downstream of the catalytic reduction reactor to measure the nitrogen oxide (NOx) concentration of the exhaust gas.
  • Ammonia (NH 3 ) is used as the reducing agent.
  • the reducing agent supply unit 550 which will be described later, supplies urea (CO (NH 2 ) 2 ), which is a reducing agent precursor.
  • urea urea, CO (NH 2 ) 2
  • Urea (CO, NH 2 ) 2 is hydrolyzed or pyrolyzed to produce ammonia (NH 3 ) and isocyanic acid (HNCO).
  • Isocyanic acid (HNCO) is further decomposed into ammonia (NH 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ). That is, in the first embodiment of the present invention, urea is decomposed to produce ammonia, which is a reducing agent that reacts with nitrogen oxides.
  • the reducing agent supply unit 550 injects a reducing agent, that is, an aqueous solution of urea, into the exhaust gas moving along the exhaust passage 610 on the exhaust passage 610 in front of the selective catalytic reduction reactor 500.
  • a reducing agent that is, an aqueous solution of urea
  • a diesel oxidation catalyst (DOC) 200 is installed on the exhaust passage 610 in front of the diesel particulate filter 300.
  • the diesel oxidation catalyst device 200 primarily functions to oxidize nitrogen monoxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2). Increasing the ratio of nitrogen dioxide (NO 2) to nitrogen oxides (NO x) contained in the exhaust gas is important for efficiently reducing the nitrogen oxides (NO x) in the selective catalytic reduction reactor 500.
  • the diesel oxidation catalyst device 200 may reduce carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC), and burn hydrocarbons (HC) contained in exhaust gas to reduce particulates contained in exhaust gas. Therefore, when the diesel oxidation catalyst device 200 burns hydrocarbons HC, it is possible to reduce particulate matter trapped in the diesel particulate filter 300, thereby increasing the regeneration period of the diesel particulate filter 300.
  • CO carbon monoxide
  • HC hydrocarbons
  • the exothermic reaction starts.
  • the predetermined temperature may be in the range of 170 degrees Celsius to 200 degrees Celsius.
  • Downstream of the diesel oxidation catalyst apparatus 200 may be provided with a separate sensor (not shown) for detecting the temperature rise of the exhaust gas by this exothermic reaction.
  • the burner 400 burns fuel to heat exhaust gas moving along the exhaust passage 610 toward the diesel particulate filter 300.
  • the burner 400 may be an oil burner or a plasma burner.
  • the burner 400 may be activated upon regeneration of the diesel particulate filter 300.
  • the burner 400 may also heat the exhaust gas so as to heat the exhaust gas or regenerate the poisoned catalyst so that the temperature of the catalyst installed in the selective catalytic reduction reactor 500 maintains the active temperature.
  • the burner 400 may be used to raise the temperature of the exhaust gas within a temperature range in which the urea injected by the reducing agent supply unit 550 described above may be pyrolyzed or hydrolyzed.
  • the temperature increase of the exhaust gas temperature by the burner 400 is a control unit (not shown) that receives the temperature / pressure of the exhaust gas from the sensors described above, and supplies the fuel supply unit 800, the air supply valve 740, and the burner 400. Can be implemented by controlling.
  • the control unit may be separately provided for the burner 400 control, or may be configured to share an engine control unit (ECU) for controlling the amount of fuel supplied to the engine combustion chamber or a controller for controlling other electronic devices.
  • ECU engine control unit
  • the fuel supply unit 800 may be configured in a form for using the burner 400 alone, and may be configured in a form capable of supplying fuel to the diesel engine 100 and the burner 400. According to the first embodiment illustrated in FIG. 1, the fuel supply unit 800 is configured to share a fuel tank (not shown) that stores fuel supplied to the combustion chamber of the engine 100 as an example. .
  • the fuel supply unit 800 may supply fuel to the burner 400 when the diesel particulate filter 300 is regenerated.
  • the fuel supply unit 800 heats the exhaust gas or the reducing agent supply unit to heat the exhaust gas or regenerate the catalyst such that the burner 400 maintains the active temperature of the catalyst installed in the selective catalytic reduction reactor 500.
  • Fuel may be supplied to the burner 400 even when the urea injected by the 550 is operated to raise the temperature of the exhaust gas within a temperature range that may be pyrolyzed or hydrolyzed.
  • the air supply passage 640 branches from the exhaust passage 610 to supply a part of the exhaust gas discharged from the diesel engine 100 to the burner 400.
  • the air supply passage 640 branches off the exhaust passage 610 behind the supercharger 150.
  • the air supply valve 740 may be installed at the branch point of the air supply passage 640 or the air supply passage 640 and the exhaust passage 610. Referring to FIG. 1, the air supply valve 740 may be opened to supply a part of the exhaust gas to the burner 400 at the time of regeneration of the diesel particulate filter 300.
  • the exhaust gas supplied through the air supply valve 740 is mixed with the exhaust gas supplied through the fuel supply unit 800 to be supplied to the burner 400 and combusted.
  • the air supply valve 740 heats the exhaust gas or the reducing agent supply unit to heat the exhaust gas or regenerate the catalyst so that the burner 400 maintains the active temperature of the catalyst installed in the selective catalytic reduction reactor 300.
  • the urea injected by 550 is operated to raise the temperature of the exhaust gas within a temperature range that can be pyrolyzed or hydrolyzed, the urea can be opened to supply oxygen required for combustion to the burner 400.
  • the exothermic reaction of the diesel oxidation catalyst device 200 is accelerated.
  • the burner 400 does not need to raise the temperature of the exhaust gas to 500 degrees Celsius to 650 degrees Celsius, and even if the temperature is raised to 170 degrees Celsius to 200 degrees Celsius, the diesel particulate filter ( 300 may be enabled.
  • the exhaust gas aftertreatment system 101 can purify the exhaust gas efficiently.
  • the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the diesel engine 100 and moving along the exhaust flow path 610 is 8% to 16%, which is much lower than the atmospheric oxygen concentration of 21%. .
  • the exhaust gas is air that is exhausted after a large amount of oxygen is consumed as it is combusted in a combustion chamber of an engine.
  • an oil burner that ignites with sparks of a spark plug such an environment corresponds to an environment in which normal ignition is impossible due to lower than the minimum oxygen concentration required for ignition, as shown in Table 1. In other words, if the oxygen concentration is not increased, the ignition cannot be made despite the supply of fuel.
  • a high ignition energy burner having high ignition reliability is used as the burner 400.
  • the high ignition energy burners mean burners having a high ignition energy, and the oxygen concentration of the air supplied for ignition is 6% to 17.5% and the equivalent ratio outside the ignition environment of the oil burner. (Fuel air equivalence ratio) is 1.2 ⁇ 3.5, and means a burner having a high ignition energy that can be ignited in the environment with an air fuel ratio of 4.2 ⁇ 12.2.
  • Oxygen concentration, equivalent ratio and air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the burner after mixing with the fuel for exhaust gas combustion are included in the range of conditions that only the high ignition energy burner described above can be ignited.
  • a plasma burner capable of igniting using a plasma reaction is used as a high ignition energy burner.
  • a separate air or compressed air supply system is necessary for supplying oxygen required for fuel combustion, and the plasma burner may be ignited only by exhaust gas supplied through the air supply passage 640 instead of the compressed air supply system.
  • the elimination of the compressed air supply system can not only simplify the overall configuration of the exhaust gas aftertreatment system 101, but also increase energy use efficiency by suppressing separate energy consumption for driving the compressed air supply system. . That is, the installation of a separate compressed air supply system in a vehicle, a construction machine, or a ship is inevitably difficult due to space constraints and manufacturing cost problems, and this problem can be solved.
  • the air supply passage 640 branches from the exhaust passage 610 in front of the supercharger 150. That is, the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except that the position where the air supply passage 640 branches from the exhaust passage 610 is changed.
  • the air supply flow path 640 branches from the exhaust flow path 610 in front of the supercharger 150, the exhaust gas having a relatively high temperature and high pressure is burner than when branched from the exhaust flow path 610 behind the supercharger 150. 400 can be supplied. Therefore, the efficiency of the burner 400 can be improved. That is, the fuel consumed by the burner 400 to heat up the exhaust gas may be reduced. In this case, it may be necessary to adjust the amount of exhaust gas supplied to the burner 400 through the air supply passage 640 in consideration of the performance of the supercharger 150, which is controlled through the control of the air supply valve 740. Can be done.
  • the exhaust gas aftertreatment system 102 can purify the exhaust gas more efficiently.
  • the exhaust gas aftertreatment system 103 shown in FIG. 4 incorporates a diesel particulate filter into a selective catalytic reduction (SCR) reactor 503. That is, the diesel particulate filter is not used separately, but is installed together with the catalyst inside the selective catalytic reduction reactor 503. Specifically, the catalyst for selective catalytic reduction reaction used in the selective catalytic reduction reactor 503 is coated on the diesel particulate filter.
  • SCR selective catalytic reduction
  • the selective catalytic reduction reactor 503 incorporating the diesel particulate filter has a high ratio of using passive regeneration rather than active regeneration.
  • the catalyst may be damaged by exposing the catalyst to an excessively high temperature environment, so that natural regeneration is relatively frequent before a large amount of soot accumulates. Do this.
  • the use frequency of the burner 400 is increased in a condition where the temperature of the exhaust gas is relatively low, and the use frequency of the burner 400 is increased. Even though high, it is not necessary to provide a separate compressed air supply system for the burner 400, it can be expected a greater effect.
  • a waiting time for pressurizing air is required during continuous use.
  • the waiting time is also required because the compressed air supply system receives a portion of the exhaust gas instead. Will not.
  • the exhaust gas aftertreatment system 103 can posttreatment of the exhaust gas more efficiently.
  • the diesel particulate filter is selectively catalytically reduced while the air supply passage 640 branches from the exhaust passage 610 in front of the supercharger 150. (selective catalytic reduction, SCR) is built in the reactor 503.
  • the exhaust gas aftertreatment system 105 may include a diesel oxidation catalyst device 200, a diesel particulate filter 300, and an optional catalytic reduction reactor 500 as at least one aftertreatment device.
  • the diesel oxidation catalyst device 200, the diesel particulate filter 300, and the selective catalytic reduction reactor 500 may be sequentially installed along the exhaust flow path 610.
  • a burner 400 may be installed upstream of the diesel oxidation catalyst apparatus 200. Similar to the above, the burner 400 upstream of the diesel oxidation catalyst apparatus 200 may be configured as a plasma burner, and although not shown, the diesel particulate filter 300 may not be installed when the diesel oxidation catalyst apparatus 200 is not installed. It can be installed upstream.
  • a separate auxiliary burner 450 may be further installed between the diesel particulate filter 300 and the selective catalytic reduction reactor 500.
  • a separate auxiliary burner 450 may not be required to regenerate the diesel particulate filter 300, but may be used when an elevated temperature of the selective catalytic reduction reactor 500 is required.
  • the selective catalytic reduction reactor 500 can be heated quickly with less energy than when only the elevated temperature of the selective catalytic reduction reactor 500 is required.
  • the additional auxiliary burner 450 may be configured as a plasma burner installed upstream of the reducing agent supply unit 550.
  • a separate auxiliary burner 450 is also required to supply fuel and air.
  • the fuel and air supply can be configured in various ways, and in FIG. 6, the fuel is supplied through an additional fuel supply line 685 branched from the fuel supply line 680 connecting the burner 400 and the fuel supply 800. Can be supplied.
  • a fuel supply control valve 178 for controlling the fuel supply to the burner 400 and the separate auxiliary burner 450 may be added.
  • air may be supplied through an additional air supply passage 645 branched from the air supply line 640 that supplies the exhaust gas to the burner 400.
  • the air supply valve 740 is a branch point of the air supply line 640 and the additional air supply flow path 645 to control the supply of exhaust gas to each of the burner 400 and the separate auxiliary burner 450. It can be installed on.
  • the exhaust gas aftertreatment system 105 is provided with a separate auxiliary burner 450 by only providing an additional fuel supply line 685 and an additional air supply flow path 645. It is possible to minimize additional equipment for fuel and air supply.
  • the exhaust gas aftertreatment system 106 may be configured such that some or all of the exhaust gas of the exhaust flow path 610 flows into at least one aftertreatment apparatus after the burner 420. have.
  • the fuel supply unit 800 may be connected to the burner 420 to enable fuel supply.
  • the air supply passage may be configured to allow the exhaust gas of the exhaust passage 610 to be supplied to the burner 420 without any configuration.
  • the exhaust gas may be configured to guide the exhaust gas upstream of the burner 420 instead of a separate air supply passage to concentrate the flame of the burner 420.
  • the guide of the exhaust gas may be possible by being formed in a guide shape that protrudes in the exhaust flow path 610 to guide the exhaust gas.
  • the exhaust gas may be formed in a hole or a tubular shape penetrating the body of the burner 420 to burn the exhaust gas. It can penetrate the body and lead it to a flame.
  • a valve corresponding to the air supply valve of the above embodiments may be further installed on the air supply passage.
  • Such a valve may selectively open and close the flow path in response to driving of the burner 420, and when the valve is opened, exhaust gas may be supplied to the flame of the burner 420.
  • the exhaust gas aftertreatment system 106 can post-process the exhaust gas with a more simplified structure.
  • the air supply passage 640 and the recycle passage 160 may be connected to each other so that the exhaust gas supplied to the burner 400 may be branched from the recycle passage 160. have.
  • the air supply flow path 640 is connected to the branch point of the exhaust flow path 610 and the recirculation flow path 160, and the air supply valve 745 is connected to the connection portion of the air supply flow path 640 and the recirculation flow path 160. Can be installed.
  • the exhaust gas supply to the recirculation flow path 160 and the air supply flow path 640 can be controlled by a single air supply valve 745.
  • the exhaust gas not only can the exhaust gas be heated with a simple structure, but also the exhaust gas can be easily heated even in a low speed or low load region, and thus can be used to improve the purification efficiency of the exhaust gas aftertreatment system. .

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은 엔진에서 배출된 배기가스를 이동시키는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스를 정화시키는 적어도 하나의 후처리 장치와, 상기 배기 유로 상에 설치되며 상기 적어도 하나의 후처리 장치의 상류에서 상기 배기가스를 가열시키는 버너와, 상기 버너에 연료를 공급하는 연료 공급부, 그리고 상기 버너에 공기를 공급하는 공기 공급 유로를 포함한다. 그리고 상기 공기 공급 유로는 상기 공기로서 상기 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 상기 버너에 공급한다.

Description

배기가스 후처리 시스템
본 발명은 배기가스 후처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진에서 배출된 배기가스의 후처리를 위한 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량, 선박, 또는 플랜트에서 사용되는 디젤 엔진을 포함한 다양한 동력 장치는 배기가스를 발생시킨다. 그런데, 동력 장치에서 배출된 배기가스에 대한 규제가 전세계적으로 강화되는 추세이다. 이에, 동력 장치에서 발생된 배기가스는 배기가스 후처리 시스템을 거쳐 배출되고 있다.
배기가스 후처리 시스템은 입자상 물질(PM; Particulate matter)을 제거하기 위한 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter, DPF)와, 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 반응기 등을 포함한다.
디젤 미립자 필터(DPF)는 디젤 엔진의 배기가스 중에서 검댕(soot) 등의 입자상 물질을 필터에 포집하는 방식으로 제거하기 때문에 필터에 포집된 입자상 물질은 엔진의 작동 시간이 경과할수록 점점 증가하게 된다. 이에, 디젤 미립자 필터 내 포집된 입자상 물질을 태워주는 재생(regeneration) 작업을 주기적으로 수행해야 한다. 일례로, 디젤 미립자 필터에 유입되는 배기가스의 온도를 상승시킴으로써 디젤 미립자 필터 내 포집된 입자상 물질을 태우는 방식으로 디젤 미립자 필터의 재생이 수행되고 있다.
또한, 디젤 미립자 필터 내에 입자상 물질이 포집 될수록 엔진의 배압 증가하여 엔진의 출력 및 연비 성능이 저하된다. 또한, 디젤 미립자 필터에 입자상 물질이 과도하게 포집된 상태에서 재생 작업을 수행하게 되면 재생 시 과도한 온도 상승으로 디젤 미립자 필터가 손상될 수 있다. 따라서, 디젤 미립자 필터의 재생 주기를 적절하게 관리해 주어야 한다.
한편, 디젤 엔진이 저속 또는 저부하 상태로 운전되는 경우 배기가스의 온도가 낮으므로, 배기가스의 온도를 디젤 미립자 필터의 재생에 필요한 온도로 유지하기 어렵다. 이러한 경우에는, 차량 또는 설비가 정상 운행이나 작업 조건에서 벗어나 디젤 미립자 필터의 재생을 위해 별도의 조건으로 운전을 해주어야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 디젤 미립자 필터 내에 과도한 검댕(soot)이 쌓이는 것을 방지하거나, 디젤 미립자 필터의 재생 신뢰성을 높이기 위해서 운전 중 자유로운 재생이 가능하도록 부하가 낮은 임의의 운전 조건에서도 배기가스의 온도를 디젤 미립자 필터의 재생에 필요한 충분한 온도로 유지하는 것이 요구되고 있다.
또한, 근래에 환경 규제가 점점 강화되면서 동력 장치에는 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 기술도 적용되고 있다. 예를 들어, 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 기술로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다. 여기서, 환원제로는 암모니아(NH3)가 직접 사용되거나 우레아(urea)를 분해하여 생성된 암모니아가 사용될 수 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 경제성과 방사능 규제 등을 고려하여 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 갖는 고온 활성 촉매를 주로 이용하고 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 촉매가 피독되면서 지속적으로 촉매의 활성도가 저하된다. 특히, 고온 활성 촉매가 설치된 반응기에 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 암모니아(NH4)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이와 같이, 촉매가 피독되면 질소산화물(NOx) 저감 성능이 저하되므로, 배기가스의 온도를 촉매의 활성 온도로 유지하는 것도 요구된다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 대표적인 환원제로 암모니아(NH3)를 사용하고 있다.
암모니아는 보관과 공급이 용이하지 않으므로, 우레아 수용액(urea water solution)을 배기관 내에 분사하여 우레아가 분해되면서 생성되는 암모니아를 환원제로 사용하고 있다.
그런데 우레아 수용액이 섭씨 250도 미만의 온도를 갖는 배기가스에 직접 분사되면, 우레아가 분해되면서 생성되는 뷰렛(biuret), 시아누르산(cyanuric acid), 멜라민(melamine), 및 아멜린(ammeline) 등과 같은 부산물 또는 요소 침전물(urea deposit)에 의해 노즐이 막히거나 배기가스의 흐름을 방해하는 문제점이 있었다.
따라서, 디젤 미립자 필터의 재생 신뢰성을 높이고 선택적 촉매 환원 시스템의 안정적인 운용을 위하여 디젤 엔진에서 배출된 배기가스의 온도를 추가적으로 승온시키는 기술이 개발되고 있다. 현재까지의 추가 승온 기술은 버너와 같은 별도의 장치를 설치하거나 엔진에 연료를 더 공급하여 배기가스 온도를 상승시키는 등 제조원가를 상승시키거나 연비를 저하시키는 문제가 있었다. 특히 버너를 사용할 경우 수반되는 장치들로 인해 설치공간의 제한이 있는 차량, 건설 기계, 또는 선박 등에서는 적용이 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예는 효율적으로 배기가스를 후처리할 수 있는 배기가스 후처리 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출된 배기가스를 후처리하는 배기가스 후처리 시스템은 상기 엔진에서 배출된 배기가스를 이동시키는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스를 정화시키는 적어도 하나의 후처리 장치와, 상기 배기 유로 상에 설치되며 상기 적어도 하나의 후처리 장치의 상류에서 상기 배기가스를 가열시키는 버너와, 상기 버너에 연료를 공급하는 연료 공급부, 그리고 상기 버너에 공기를 공급하는 공기 공급 유로를 포함한다. 그리고 상기 공기 공급 유로는 상기 공기로서 상기 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 상기 버너에 공급한다.
상기 버너로 공급되는 공기의 산소 농도는 8% 내지 16%이며, 상기 버너는 고 점화에너지 버너일 수 있다.
상기 고 점화에너지 버너는 플라즈마 반응을 이용하는 플라즈마 버너일 수 있다.
상기 공기 공급 유로는 상기 버너의 상류측 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 배기가스의 일부를 상기 버너에 공급할 수 있다.
상기한 배기가스 후처리 시스템은 상기 공기 공급 유로와 상기 배기 유로의 분기점을 포함하는 상기 공기 공급 유로 상에 설치되는 공기 공급 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 엔진에서 배출된 배기가스는 과급기를 거쳐 상기 적어도 하나의 후처리 장치로 이동하며, 상기 공기 공급 유로는 상기 과급기 후방의 상기 배기 유로에서 분기될 수 있다.
상기한 배기가스 후처리 시스템은 상기 공기 공급 유로와 상기 배기 유로의 분기점을 포함하는 상기 공기 공급 유로 상에 설치되는 공기 공급 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 엔진에서 배출된 배기가스는 과급기를 거쳐 상기 적어도 하나의 후처리 장치로 이동하며, 상기 공기 공급 유로는 상기 과급기 전방의 상기 배기 유로에서 분기될 수 있다.
상기한 배기가스 후처리 시스템은 상기 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 상기 엔진으로 공급하기 위한 재순환 유로를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 공기 공급 유로는 상기 재순환 유로에서 분기될 수 있다.
상기 연료 공급부는 상기 엔진과 상기 버너에 연료를 공급할 수 있다.
상기 적어도 하나의 후처리 장치는 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter, DPF)를 포함하며, 상기 버너는 상기 디젤 미립자 필터의 재생시 상기 연료공급부 및 상기 공기 공급 유로로부터 상기 연료 및 공기를 공급받아 상기 배기가스를 가열할 수 있다.
상기 적어도 하나의 후처리 장치는 상기 디젤 미립자 필터보다 하류의 상기 배기 유로에 설치되는 선택적 촉매 환원 반응기 및 상기 촉매 환원 반응기와 상기 디젤 미립자 필터 사이의 상기 배기 유로에 설치되는 환원제 공급부를 포함하며, 상기 환원제 공급부와 상기 디젤 미립자 필터 사이에 설치되는 보조 버너를 더 포함하고, 상기 보조 버너를 통해 상기 디젤 미립자 필터와 별도로 상기 선택적 촉매 환원 반응기로 이동하는 상기 배기가스의 가열이 가능할 수 있다.
상기 적어도 하나의 후처리 장치는 선택적 촉매 환원 반응기(selective catalytic reduction, SCR) 및 상기 선택적 촉매 환원 반응기보다 상류의 상기 배기 유로에서 환원제를 분사하는 환원제 공급부를 포함하며, 상기 버너는 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 가열의 필요 시 상기 연료 공급부 및 상기 공기 공급 유로로부터 상기 연료 및 공기를 공급 받아 상기 배기가스를 가열시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 후처리 장치는 디젤 미립자 필터를 더 포함하며, 상기 디젤 미립자 필터는 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 내장될 수 있다.
상기 적어도 하나의 후처리 장치는 상기 배기 유로 상에 설치되는 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst, DOC) 및 상기 디젤 산화 촉매 하류에 설치되는 디젤 미립자 필터 및 선택적 촉매 환원 반응기 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구조로 배기가스를 효율적으로 가열시킬 수 있게 된다. 또한, 저속 또는 저부하 영역에서도 용이하게 배기가스를 가열시킬 수 있으므로, 배기가스 후처리 시스템의 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 내 산소의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 4는 제3 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 5는 제4 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 6은 제5 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 7은 제6 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 8은 제7 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)을 설명한다.
도 1에서는 배기가스를 배출하는 배출원으로 건설 기계용 디젤 엔진(100)을 예시적으로 나타내나 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 제1 실시예는 다양한 동력 장치에 적용될 수 있다.
또한, 디젤 엔진(100)은 입자상 물질(PM; Particulate matter)과 질소산화물(NOx) 등의 환경 규제 물질을 함유한 배기가스를 배출한다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 디젤 엔진(100)에서 배출된 배기가스는 과급기(turbo charger, 150)를 거쳐 배출될 수 있다.
과급기(150)는 디젤 엔진(100)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈(151)을 돌려 디젤 엔진(100)에 새로운 외부 공기를 압축시켜 공급함으로써, 디젤 엔진(100)의 출력을 향상시킨다. 그리고 디젤 엔진(100)에서 배출된 배기가스는 과급기(150)를 거치면서 온도와 압력이 내려가게 된다.
구체적으로, 과급기(150)는 배기 유로(610) 상에 설치되어 배기가스가 갖는 압력으로 회전하는 터빈(151)과, 흡기 유로(620) 상에 설치되어 터빈(151)의 회전력으로 디젤 엔진(100)에 공기를 밀어 넣는 압축기(152), 그리고 과급기(300)는 터빈(151)과 압축기(152)를 연결하여 회전 동력을 전달하는 샤프트(153)를 포함할 수 있다.
또한, 디젤 엔진(100)에 공급되는 외부 공기의 불순물을 제거하는 에어 클리너(air cleaner, 146)와, 과급기(150)의 압축기(152)에 의해 압축된 공기의 온도를 낮추는 인터쿨러(intercooler, 148)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 디젤 엔진(100)에는 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR) 시스템이 적용될 수 있다.
배기가스 재순환 시스템은 디젤 엔진(100)에서 배출된 배기가스의 일부를 디젤 엔진(100)의 실린더에 흡기를 공급하는 흡기 유로(620)로 되돌려 디젤 엔진(100)의 연소 온도를 낮추고 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시킨다.
예를 들어, 배기가스 재순환 시스템은 배기 유로(610)와 흡기 유로(620)를 연결하는 재순환 유로(160)와, 재순환 유로(160) 상에 설치되어 배기가스의 재순환율을 조절하는 재순환 밸브(170), 그리고 재순환 유로(160) 상에 설치되어 재순환되는 배기가스의 온도를 낮추는 재순환 쿨러(180)를 포함할 수 있다.
또한, 디젤 엔진(100)에 재순환된 배기가스를 공급하기 위해서는 배기 유로(610)와 흡기 유로(620) 간의 압력차를 발생시켜 배기가스가 재순환 유로(160)를 따라 이동할 수 있어야 한다. 즉, 배기 유로(610)와 흡기 유로(620) 간의 압력차가 클수록 배기가스 재순환 시스템의 효율이 증가된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)은 배기 유로(610), 버너(burner)(400), 공기 공급 유로(640), 적어도 하나의 후처리 장치를 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 후처리 장치는 배기가스를 정화시키는 장치로서, 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter, DPF)(300), 디젤 산화 촉매 장치(diesel oxidation catalyst, DOC)(200), 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 반응기(500), 및 환원제 공급부(550)를 포함할 수 있다.
배기 유로(610)는 전술한 동력 장치인 디젤 엔진(100)의 배기구와 연결되어 디젤 엔진(100)의 배기가스를 배출시킨다. 즉, 배기 유로(610)를 따라 디젤 엔진(100)에서 배출된 배기가스가 이동한다.
디젤 미립자 필터(diesel particulate filter, DPF)(300)는 배기 유로(610) 상에 설치되어 배기가스 중 입자상 물질을 물리적으로 포집하고 연소시켜 제거한다.
그런데, 디젤 미립자 필터(DPF)(300)는 디젤 엔진(100)의 배기가스 중에서 검댕(soot) 등의 입자상 물질을 포집하는 방식으로 제거하기 때문에 디젤 미립자 필터(300)에 포집된 입자상 물질은 디젤 엔진(100)의 작동 시간이 경과 할수록 점점 증가하게 된다. 따라서, 디젤 미립자 필터(300) 내 포집된 입자상 물질을 태워주는 재생(regeneration) 작업을 주기적으로 수행해야 한다. 일례로, 디젤 미립자 필터(300)에 유입되는 배기가스의 온도를 상승시킴으로써 디젤 미립자 필터(300) 내 포집된 입자상 물질을 태우는 방식으로 디젤 미립자 필터(300)의 재생을 수행할 수 있으며, 디젤 미립자 필터(300)의 재생을 위해 요구되는 배기가스의 온도는 섭씨 500도 내지 650도 범위 내일 수 있다.
또한, 디젤 미립자 필터(300) 내에 입자상 물질이 포집 될수록 디젤 엔진(100)의 배압이 증가하여 디젤 엔진(100)의 출력 및 연비 성능이 저하된다. 또한, 디젤 미립자 필터(300)에 입자상 물질이 과도하게 포집된 상태에서 재생 작업을 수행하게 되면 재생시 과도한 온도 상승으로 디젤 미립자 필터(300)가 손상될 수 있다. 따라서, 디젤 미립자 필터(300)의 재생 주기를 적절하게 설정해야 주어야 한다. 이러한 재생 조건을 확인하기 위해 디젤 미립자 필터(300) 내부 또는 디젤 미립자 필터(300)의 상류 및/또는 하류에 별도의 센서(미도시)가 설치될 수 있다. 별도의 센서는 온도 센서 및 압력 센서를 포함할 수 있으며, 디젤 미립자 필터(300)을 경유하는 배기가스의 압력 또는 온도를 측정하여 재생 여부에 대한 판단을 도울 수 있다.
선택적 촉매 환원 반응기(500)는 디젤 미립자 필터(300) 후방의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 본 명세서에서, 전방은 유체의 이동 방향을 기준으로 상류 방향을 의미하며, 후방은 유체의 이동 방향을 기준으로 하류 방향을 의미한다.
즉, 선택적 촉매 환원 반응기(500)는 배기 유로(610)를 통해 디젤 미립자 필터(300)를 거친 배기가스를 전달받는다. 선택적 촉매 환원 반응기(500)는 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매를 포함한다. 촉매는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 선택적 촉매 환원 반응기(500)의 내부에 설치되는 촉매는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수 있다. 즉, 촉매가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다.
촉매는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매는 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매가 피독되면서 성능과 효율이 저하된다.
예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH3)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다.
구체적으로, 촉매를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 선택적 촉매 환원 반응기(500) 내의 촉매를 승온시키면, 피독된 촉매를 재생할 수 있다. 촉매 승온을 결정하기 위해 별도의 센서(미도시)가 설치될 수 있다. 별도의 센서는 촉매 환원 반응기 전후의 배기가스 압력 및 온도를 측정하거나 촉매 환원 반응기 하류에 설치되어 배기가스의 질소 산화물(NOx) 농도를 측정하는 형태로 구비될 수 있다.
환원제로는 암모니아(NH3)가 사용된다. 본 발명의 제1 실시예에서는, 후술할 환원제 공급부(550)가 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 공급한다. 이때, 우레아(urea, CO(NH2)2)는 수용액의 형태로 환원제 공급부(550)에 의해 분사될 수 있다. 우레아(urea, CO(NH2)2)는 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에서는, 우레아를 분해시켜 질소산화물과 반응하는 환원제인 암모니아를 생성한다.
환원제 공급부(550)는 선택적 촉매 환원 반응기(500) 전방의 배기 유로(610) 상에서 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스에 환원제, 즉 우레아 수용액을 분사한다.
디젤 산화 촉매 장치(diesel oxidation catalyst, DOC)(200)는 디젤 미립자 필터(300) 전방의 배기 유로(610) 상에 설치된다.
디젤 산화 촉매 장치(200)는 1차적으로 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화시키는 기능을 수행한다. 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)에서 이산화질소(NO2)의 비율을 높이는 것은 선택적 촉매 환원 반응기(500)에서 질소산화물(NOx)을 효율적으로 저감시키기 위해 중요하다.
또한, 디젤 산화 촉매 장치(200)는 일산화탄소(CO)와 탄화 수소(HC)를 저감시키고, 배기가스에 함유된 탄화 수소(HC)를 연소시켜 배기가스에 함유된 미립자를 저감시킬 수도 있다. 따라서, 디젤 산화 촉매 장치(200)가 탄화 수소(HC)를 연소시키면, 디젤 미립자 필터(300)에 포집되는 입자상 물질을 줄일 수 있으므로 디젤 미립자 필터(300)의 재생 주기를 늘릴 수 있다.
또한, 디젤 산화 촉매 장치(200)는 소정의 온도에 도달하면 발열 반응을 시작한다. 일례로, 소정의 온도는 섭씨 170도 내지 섭씨 200도 범위 내일 수 있다. 디젤 산화 촉매 장치(200)의 하류에는 이러한 발열 반응에 의한 배기가스의 온도 상승을 검출하기 위한 별도의 센서(미도시)가 설치될 수 있다.
버너(400)는 연료를 연소시켜 디젤 미립자 필터(300)를 향해 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스를 가열시킨다. 일례로, 버너(400)는 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner)일 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 버너(400)는 디젤 미립자 필터(300)의 재생 시에 가동될 수 있다. 그리고 버너(400)는 전술한 선택적 촉매 환원 반응기(500)에 설치된 촉매의 온도가 활성 온도를 유지할 수 있도록 배기가스를 가열하거나 피독된 촉매를 재생시키기 위해 배기가스를 가열할 수도 있다. 또한, 버너(400)는 전술한 환원제 공급부(550)가 분사한 우레아가 열분해 또는 가수분해될 수 있는 온도 범위 내로 배기가스의 온도를 승온시키는데 사용될 수도 있다. 버너(400)에 의한 배기가스 온도의 승온은 앞서 설명한 센서들로부터 배기가스의 온도/압력 등을 입력 받은 제어부(미도시)가 연료 공급부(800), 공기 공급 밸브(740) 및 버너(400)를 제어함으로써 구현될 수 있다. 이러한 제어부는 버너(400) 제어를 위해 별도로 구비되거나, 엔진 연소실에 공급되는 연료량을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU) 또는 다른 전장품 등을 제어하는 제어기 등과 공유하는 형태로 구성될 수 있다.
연료 공급부(800)는 버너(400) 단독 사용을 위한 형태로 구성될 수 있고, 디젤 엔진(100)과 버너(400)에 연료를 공급할 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 제1 실시예에 따르면, 연료 공급부(800)는 엔진(100)의 연소실에 공급되는 연료를 저장하는 연료 탱크(미도시)를 공유하는 형태로 구성되는 것을 일례로 보여주고 있다.
도 1을 참조하면, 연료 공급부(800)는 디젤 미립자 필터(300)의 재생 시 버너(400)에 연료를 공급할 수 있다. 또한, 연료 공급부(800)는 버너(400)가 선택적 촉매 환원 반응기(500)에 설치된 촉매의 온도가 활성 온도를 유지할 수 있도록 배기가스를 가열하거나 촉매를 재생시키기 위해 배기가스를 가열하거나 환원제 공급부(550)가 분사한 우레아가 열분해 또는 가수분해될 수 있는 온도 범위 내로 배기가스의 온도를 승온시키기 위해 가동될 때에도 버너(400)에 연료를 공급할 수 있다.
공기 공급 유로(640)는 배기 유로(610)에서 분기되어 디젤 엔진(100)에서 배출된 배기가스의 일부를 버너(400)에 공급한다. 특히, 본 발명의 제1 실시예에서, 공기 공급 유로(640)는 과급기(150) 후방의 배기 유로(610)에서 분기된다.
공기 공급 밸브(740)는 공기 공급 유로(640) 또는 공기 공급 유로(640)와 배기 유로(610)의 분기점에 설치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 공기 공급 밸브(740)는 디젤 미립자 필터(300)의 재생 시에 버너(400)에 배기가스의 일부가 공급되도록 개방될 수 있다. 공기 공급 밸브(740)를 통해 공급된 배기가스는 연료 공급부(800)를 통해 공급된 배기가스와 혼합되어 버너(400)로 공급되어 연소된다. 또한, 공기 공급 밸브(740)는 버너(400)가 선택적 촉매 환원 반응기(300)에 설치된 촉매의 온도가 활성 온도를 유지할 수 있도록 배기가스를 가열하거나 촉매를 재생시키기 위해 배기가스를 가열하거나 환원제 공급부(550)가 분사한 우레아가 열분해 또는 가수분해될 수 있는 온도 범위 내로 배기가스의 온도를 승온시키기 위해 가동될 때에도 개방되어 버너(400)에 연소에 필요한 산소를 공급할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 바와 같이 발열 반응이 가능한 디젤 산화 촉매 장치(200)가 디젤 미립자 필터(300)의 전방에 설치되는 경우, 디젤 산화 촉매 장치(200)의 발열 반응이 촉진되는 온도까지 배기가스를 가열해도 된다. 즉, 버너(400)가 배기가스의 온도를 디젤 미립자 필터(300)를 재생시킬 수 있는 온도까지 직접 상승시킬 필요가 없으며, 디젤 산화 촉매 장치(200)의 발열 반응이 촉진되는 온도까지 배기가스를 가열할 수 있는 것이다. 예를 들어, 버너(400)는 배기가스의 온도를 섭씨 500도 내지 650도까지 승온시킬 필요가 없으며, 섭씨 170도 내지 섭씨 200도까지 승온시켜도 디젤 산화 촉매 장치(200)에 의해 디젤 미립자 필터(300)의 재생이 가능해질 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)은 배기가스를 효율적으로 정화시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 디젤 엔진(100)에서 배출되어 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스의 산소 농도는 8% 내지 16% 수준으로 대기의 산소 농도인 21%보다는 대단히 낮은 수준이다. 배기가스가 엔진의 연소실에서 연소되면서 많은 양의 산소가 소모된 후 배출되는 공기이기 때문이다. 점화 플러그의 스파크를 활용하여 점화시키는 오일 버너를 사용할 경우, 이러한 환경은, 표1에 나타난 바와 같이, 점화에 필요한 최소 산소 농도보다 낮아 정상적인 점화가 불가능한 환경에 해당된다. 즉, 산소 농도를 상승시키지 못하면 연료의 공급에도 불구하고 점화가 이루어질 수 없는 환경인 것이다.
버너 당량비(Fuel-air equivalence ratio) 공연비(Air to fuel ratio) 산소 농도 (%)
오일 버너의 구동 범위 Max. 1.2 Min. 12.2 Min. 17.5
고 점화에너지 버너의 구동 범위 Max. 3.5 Min.4.2 Min. 6.0
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는 점화 신뢰성이 높은 고 점화에너지 버너를 버너(400)로 사용한다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 고 점화에너지 버너는 점화에너지가 큰 버너들을 의미하며, 오일 버너의 점화 환경을 벗어나는 환경, 즉, 점화를 위해 공급되는 공기의 산소 농도가 6%~17.5%이고, 당량비(Fuel air equivalence ratio)가 1.2~3.5이며, 공연비(Air fuel ratio)가 4.2~12.2인 환경에서도 점화가 가능한 높은 점화에너지를 가지는 버너들을 의미한다. 배기가스 연소를 위한 연료와 혼합 후 버너로 공급되는 배기가스의 산소 농도, 당량비 및 공연비는 상술한 고 점화에너지 버너만 점화 가능한 조건 범위 내에 포함된다.
본 실시예에서는 고 점화에너지 버너로서 플라즈마(Plasma) 반응을 이용하여 점화가 가능한 플라즈마 버너가 사용된다. 오일 버너의 경우 연료 연소에 필요한 산소 공급을 위해 별도의 공기 또는 압축공기 공급 시스템이 필수인데, 플라즈마 버너는 압축 공기 공급 시스템 대신 공기 공급 유로(640)를 통해 공급된 배기가스만으로도 점화가 가능하다. 이러한 플라즈마 버너를 사용함에 따라, 점화 및 화염 유지를 위한 압축공기 공급 시스템을 별도로 마련할 필요가 없게 된다. 압축공기 공급 시스템의 삭제는 배기가스 후처리 시스템(101)의 전체적인 구성을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 압축공기 공급 시스템의 구동을 위한 별도의 에너지 소모를 억제함으로써 에너지의 이용 효율을 증대시킬 수 있게 된다. 즉, 차량, 건설 기계, 또는 선박 등에는 별도의 압축 공기 공급 시스템의 설치가 공간의 제약 및 제조 원가 문제 등으로 힘들 수 밖에 없는데, 이러한 문제를 해결할 수 있게 되는 것이다.
이하, 도 3을 참조하여 제2 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(102)을 설명한다.
도 3에 도시한 제2 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(102)에서는 공기 공급 유로(640)가 과급기(150) 전방의 배기 유로(610)에서 분기된다. 즉, 본 발명의 제2 실시예는 공기 공급 유로(640)가 배기 유로(610)에서 분기되는 위치가 달라진 것을 제외하면 제1 실시예와 동일하다.
이와 같이, 공기 공급 유로(640)가 과급기(150) 전방의 배기 유로(610)에서 분기되면, 과급기(150) 후방의 배기 유로(610)에서 분기된 경우보다 상대적으로 고온 고압의 배기가스를 버너(400)에 공급할 수 있다. 따라서 버너(400)의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 버너(400)가 배기가스를 승온시키기 위해 소모하는 연료를 줄일 수 있다. 이 경우, 과급기(150)의 성능을 고려하여 공기 공급 유로(640)를 통해 버너(400)로 공급되는 배기가스의 양을 조절할 필요가 있을 수 있으며, 이는 공기 공급 밸브(740)의 제어를 통해 이루어 질 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 제2 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(102)은 배기가스를 더욱 효율적으로 정화시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 제3 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(103)을 설명한다.
도 4에 도시한 배기가스 후처리 시스템(103)은 디젤 미립자 필터를 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 반응기(503)에 내장한다. 즉, 디젤 미립자 필터가 별도로 사용되지 않고, 선택적 촉매 환원 반응기(503)의 내부에 촉매와 함께 설치된다. 구체적으로, 선택적 촉매 환원 반응기(503)에 사용되는 선택적 촉매 환원 반응용 촉매는 디젤 미립자 필터에 코팅된다.
이와 같이 디젤 미립자 필터가 내장된 선택적 촉매 환원 반응기(503)는 그 특성상 강제 재생(active regeneration) 보다는 자연 재생(passive regeneration)을 활용하는 비율이 높다.
그리고 내장된 디젤 미립자 필터에 다량의 검댕(soot)을 포집한 후 재생 작업을 수행할 경우 지나치게 고온의 환경에 촉매가 노출되어 촉매가 손상될 수 있기 때문에 다량의 검댕이 쌓이기 전에 상대적으로 빈번하게 자연 재생을 수행한다.
따라서, 디젤 미립자 필터를 내장한 선택적 촉매 환원 반응기(503)가 사용된 경우에는, 배기가스의 온도가 상대적으로 낮은 조건에서 버너(400)의 활용 빈도가 높아지게 되며, 버너(400)의 활용 빈도가 높음에도 버너(400)를 위한 별도의 압축공기 공급 시스템을 마련할 필요가 없으므로, 더욱 큰 효과를 기대할 수 있다.
또한, 별도의 압축공기 공급 시스템을 사용할 경우에는 연속 사용 시 공기 가압을 위한 대기 시간을 필요로 하는데, 본 실시예에서는 압축 공기 공급 시스템이 대신 배기가스 일부를 공급받아 사용하게 되므로 이러한 대기 시간도 필요치 않게 된다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(103)은 배기가스를 더욱 효율적으로 후처리할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 제4 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(104)을 설명한다.
도 5를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(104)는 공기 공급 유로(640)가 과급기(150) 전방의 배기 유로(610)에서 분기되면서, 디젤 미립자 필터가 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 반응기(503)에 내장된다.
이와 같은 구성에 의하여, 앞서 설명된 바와 같이, 배기 유로(610)의 분기 위치가 다르게 형성되는 점 및 디젤 미립자 필터와 선택적 촉매 환원 반응기에 내장되는 점에 따른 장점을 모두 취할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 제5 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(105)을 설명한다.
도 6을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템(105)은 적어도 하나의 후처리 장치로서 디젤 산화 촉매 장치(200), 디젤 미립자 필터(300) 및 선택적 촉매 환원 반응기(500)를 포함할 수 있다. 디젤 산화 촉매 장치(200), 디젤 미립자 필터(300), 및 선택적 촉매 환원 반응기(500)는 배기 유로(610)를 따라 순차적으로 설치될 수 있다. 디젤 산화 촉매 장치(200)의 상류에는 버너(400)가 설치될 수 있다. 앞서 설명된 바와 유사하게 디젤 산화 촉매 장치(200) 상류의 버너(400)는 플라즈마 버너로 구성될 수 있으며, 도시되지 않았으나 디젤 산화 촉매 장치(200)가 설치되지 않은 경우 디젤 미립자 필터(300)의 상류에 설치될 수 있다.
아울러, 디젤 미립자 필터(300)와 선택적 촉매 환원 반응기(500) 사이에도 별도의 보조 버너(450)가 더 설치될 수 있다. 별도의 보조 버너(450)는 디젤 미립자 필터(300)의 재생이 필요치 않으나 선택적 촉매 환원 반응기(500)의 승온이 필요한 경우 사용할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 선택적 촉매 환원 반응기(500)의 승온만 필요한 경우보다 작은 에너지로 빠르게 선택적 촉매 환원 반응기(500)의 가열을 진행할 수 있게 된다. 예를 들면, 시동 초기시 선택적 촉매 환원 반응기(500)의 온도를 빠르게 상승시켜야 할 경우 등 다양한 상황에서 활용이 가능할 수 있다. 이를 위해 별도의 보조 버너(450)는 환원제 공급부(550)의 상류에 설치되는 플라즈마 버너로 구성될 수 있다.
선택적 촉매 환원 반응기(500)만의 승온을 위해, 별도의 보조 버너(450)에도 연료 및 공기의 공급이 필요하다. 이러한 연료 및 공기의 공급은 다양한 방법으로 구성이 가능하며, 도 6에서는 버너(400)와 연료 공급부(800)를 연결하는 연료 공급 라인(680)으로부터 분기된 추가 연료 공급 라인(685)을 통해 연료를 공급할 수 있다. 이 경우, 버너(400) 및 별도의 보조 버너(450)로 연료 공급을 제어하기 위한 연료 공급 제어 밸브(178)를 추가할 수 있다.
한편, 도 6의 실시예에 따르면 공기는 버너(400)에 배기가스를 공급하는 공기 공급 라인(640)으로부터 분기된 추가 공기 공급 유로(645)을 통해 공급될 수 있다. 이 경우 공기 공급 밸브(740)는 배기가스를 버너(400)와 별도의 보조 버너(450) 각각으로의 공기 공급을 제어할 수 있도록 공기 공급 라인(640)과 추가 공기 공급 유로(645)의 분기점 상에 설치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(105)은 추가 연료 공급 라인(685) 및 추가 공기 공급 유로(645)만을 구비함으로써 별도의 보조 버너(450)로 연료 및 공기 공급을 위한 부가 장치를 최소화시킬 수 있게 된다.
이하, 도 7을 참조하여 제6 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(106)을 설명한다.
도 7에 나타난 바와 같이, 배기가스 후처리 시스템(106)은 배기 유로(610)의 배기가스 일부 또는 전부가 버너(420)를 경유한 후 적어도 하나의 후처리 장치에 유입되는 형태로 구성될 수 있다.
연료 공급부(800)는 버너(420)에 연료 공급이 가능하게 연결될 수 있다. 공기 공급 유로는 별도의 구성 없이 배기 유로(610)의 배기가스가 버너(420)로 공급되는 것을 허용하는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 별도의 공기 공급 유로 대신 버너(420)의 상류측 배기가스를 안내하여 버너(420)의 화염으로 집중시킬 수 있는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 배기가스의 안내는 배기 유로(610) 내에 돌출되어 배기가스를 안내하는 가이드 형상으로 형성됨으로써 가능할 수도 있고, 버너(420) 몸체를 관통하는 홀 또는 관 형상으로 형성되어 배기가스를 버너(420) 몸체를 관통하여 화염으로 안내할 수 있다. 한편, 공기 공급 유로가 버너(420)를 관통하는 형상으로 형성될 경우 앞선 실시예들의 공기 공급 밸브에 해당되는 밸브가 공기 공급 유로 상에 더 설치될 수 있다. 이러한 밸브는 버너(420)의 구동에 대응하여 유로를 선택적으로 개폐시킬 수 있을 것이며, 밸브가 열렸을 때에는 버너(420)의 화염으로 배기가스가 공급될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(106)은 보다 간소화된 구조로 배기가스를 후처리할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 제7 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(107)을 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제7 실시예에서는 버너(400)로 공급되는 배기가스는 재순환 유로(160)로부터 분기되어 공급될 수 있도록 공기 공급 유로(640)와 재순환 유로(160)가 연결될 수 있다.
구체적으로, 배기 유로(610)와 재순환 유로(160)의 분기점에 공기 공급 유로(640)가 연결되고, 공기 공급 유로(640)와 재순환 유로(160)의 연결부위에 공기 공급 밸브(745)가 설치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제7 실시예에 따르면, 단일의 공기 공급 밸브(745)로 재순환 유로(160) 및 공기 공급 유로(640)로의 배기가스 공급을 제어할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구조로 배기가스를 가열시킬 수 있을 뿐만 아니라 저속 또는 저부항 영역에서도 용이하게 배기가스를 가열시킬 수 있으므로, 배기가스 후처리 시스템의 정화 효율을 향상시키는데 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 엔진에서 배출된 배기가스를 후처리하는 배기가스 후처리 시스템에 있어서,
    상기 엔진에서 배출된 배기가스를 이동시키는 배기 유로;
    상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기가스를 정화시키는 적어도 하나의 후처리 장치;
    상기 배기 유로 상에 설치되며, 상기 적어도 하나의 후처리 장치의 상류에서 상기 배기가스를 가열시키는 버너;
    상기 버너에 연료를 공급하는 연료 공급부; 및
    상기 버너에 공기를 공급하는 공기 공급 유로
    를 포함하며,
    상기 공기 공급 유로는 상기 공기로서 상기 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 상기 버너에 공급하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버너로 공급되는 공기의 산소 농도는 8% 내지 16%이며,
    상기 버너는 고 점화에너지 버너인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고 점화에너지 버너는 플라즈마 반응을 이용하는 플라즈마 버너인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공기 공급 유로는 상기 버너의 상류측 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 배기가스의 일부를 상기 버너에 공급하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공기 공급 유로와 상기 배기 유로의 분기점을 포함하는 상기 공기 공급 유로 상에 설치되는 공기 공급 밸브를 더 포함하며,
    상기 엔진에서 배출된 배기가스는 과급기를 거쳐 상기 적어도 하나의 후처리 장치로 이동하며,
    상기 공기 공급 유로는 상기 과급기 후방의 상기 배기 유로에서 분기된 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공기 공급 유로와 상기 배기 유로의 분기점을 포함하는 상기 공기 공급 유로 상에 설치되는 공기 공급 밸브를 더 포함하며,
    상기 엔진에서 배출된 배기가스는 과급기를 거쳐 상기 적어도 하나의 후처리 장치로 이동하며,
    상기 공기 공급 유로는 상기 과급기 전방의 상기 배기 유로에서 분기된 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 상기 엔진으로 공급하기 위한 재순환 유로를 더 포함하며,
    상기 공기 공급 유로는 상기 재순환 유로에서 분기된 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연료 공급부는 상기 엔진과 상기 버너에 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 후처리 장치는 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter, DPF)를 포함하며, 상기 버너는 상기 디젤 미립자 필터의 재생시 상기 연료공급부 및 상기 공기 공급 유로로부터 상기 연료 및 공기를 공급 받아 상기 배기가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 후처리 장치는 상기 디젤 미립자 필터 보다 하류의 상기 배기 유로에 설치되는 선택적 촉매 환원 반응기 및 상기 촉매 환원 반응기와 상기 디젤 미립자 필터 사이의 상기 배기 유로에 설치되는 환원제 공급부를 포함하며,
    상기 환원제 공급부와 상기 디젤 미립자 필터 사이에 설치되는 보조 버너를 더 포함하고,
    상기 보조 버너를 통해 상기 디젤 미립자 필터와 별도로 상기 선택적 촉매 환원 반응기로 이동하는 상기 배기가스의 가열이 가능한 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 후처리 장치는 선택적 촉매 환원 반응기(selective catalytic reduction, SCR) 및 상기 선택적 촉매 환원 반응기 보다 상류의 상기 배기 유로에서 환원제를 분사하는 환원제 공급부를 포함하며,
    상기 버너는 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 가열의 필요 시 상기 연료 공급부 및 상기 공기 공급 유로로부터 상기 연료 및 공기를 공급 받아 상기 배기가스를 가열시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 후처리 장치는 디젤 미립자 필터를 더 포함하며,
    상기 디젤 미립자 필터는 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 내장되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 후처리 장치는 상기 배기 유로 상에 설치되는 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst, DOC) 및 상기 디젤 산화 촉매 하류에 설치되는 디젤 미립자 필터 및 선택적 촉매 환원 반응기 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
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