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KR101732258B1 - Low-pressure selective catalytic reduction system and control method thereof - Google Patents

Low-pressure selective catalytic reduction system and control method thereof Download PDF

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KR101732258B1
KR101732258B1 KR1020150090981A KR20150090981A KR101732258B1 KR 101732258 B1 KR101732258 B1 KR 101732258B1 KR 1020150090981 A KR1020150090981 A KR 1020150090981A KR 20150090981 A KR20150090981 A KR 20150090981A KR 101732258 B1 KR101732258 B1 KR 101732258B1
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Abstract

저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다.
저압 SCR 시스템은 SCR 반응기; SCR 반응기 내에 설치된 바이패스 라인; 바이패스 라인의 전단에 설치된 바이패스 밸브; 바이패스 라인과 구획되며 촉매가 위치하는 SCR 반응기 내의 주 배기 통로; SCR 반응기의 입구에 설치되어 주 배기 통로 및 바이패스 라인의 일측을 선택적으로 개폐하는 인렛 밸브; 및 SCR 반응기의 출구에 설치되어 주 배기 통로 및 바이패스 라인의 타측을 선택적으로 개폐하는 아웃렛 밸브를 포함하며, SCR 모드, 바이패스 모드 및 벤팅 모드 중 어느 하나의 운전모드를 선택하여 운전모드에 따라 바이패스 밸브, 인렛 밸브 및 아웃렛 밸브를 조절한다.
이에 따라, 고온의 배기가스에 의해 SCR 반응기의 내부 온도를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있고, 최소 열원을 소모하면서 ABS 분해 제거, PM/수트 제거, 부식 방지, 안정적인 환원제 분해 공급 등을 이룰 수 있다.
A low pressure SCR system and a control method thereof are disclosed.
The low pressure SCR system is an SCR reactor; A bypass line installed in the SCR reactor; A bypass valve provided at a front end of the bypass line; A main exhaust passage in the SCR reactor partitioned with the bypass line and in which the catalyst is located; An inlet valve installed at an inlet of the SCR reactor for selectively opening and closing one side of the main exhaust passage and the bypass line; And an outlet valve installed at the outlet of the SCR reactor for selectively opening and closing the other side of the main exhaust passage and the bypass line, wherein the control unit selects one of the SCR mode, the bypass mode and the venting mode, Adjust the bypass valve, inlet valve and outlet valve.
Accordingly, the internal temperature of the SCR reactor can be maintained at a predetermined level or higher by the high-temperature exhaust gas, and the ABS decomposition and removal, the PM / soot removal, the corrosion prevention and the stable decomposition of the reducing agent can be achieved while consuming the minimum heat source.

Description

저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법{LOW-PRESSURE SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a low-pressure SCR system and a control method thereof,

본 발명은 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 SCR 반응기가 엔진 T/C(Turbo Charger)의 후단에 설치되는 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an SCR system and a control method thereof, and more particularly, to a low-pressure SCR system and a control method thereof, in which an SCR reactor is installed at the rear end of an engine T / C (Turbo Charger).

선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와 질소산화물인 NOx, 황산화물인 SOx 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.The exhaust gas discharged after combustion in the marine engine contains a large number of suspended particulate matter, NOx which is nitrogen oxide, and SOx which is sulfur oxide.

따라서 엔진의 배기 라인에는 매연 여과 필터(Diesel Particulate Filter), SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템, 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.Therefore, a diesel particulate filter, a selective catalytic reduction (SCR) system, a scrubber (SOx removal) and the like are installed in the exhaust line of the engine to remove harmful components in the exhaust gas.

이 중에서 SCR 시스템은 촉매(Catalyst)가 내장된 SCR 반응기를 구비하고, 배기가스 내의 질소산화물을 촉매 층에서 환원제와 화학적으로 반응시켜 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시키도록 구성된다.Among them, the SCR system includes an SCR reactor having a catalyst built therein, and is configured to decompose nitrogen oxide in exhaust gas into water and nitrogen harmless to the human body by chemically reacting with the reducing agent in the catalyst layer.

여기서 촉매는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, 배기 라인에 설치된 SCR 반응기 내에 한 개 또는 여러 개의 SCR 촉매가 연속 설치된다.Here, the catalyst is made of a porous catalyst filter formed with extrusion or metallic coating, and one or several SCR catalysts are continuously installed in the SCR reactor installed in the exhaust line.

SCR 시스템이 엔진 T/C(Turbo Charger)의 전단에 설치되는 경우 SCR 시스템으로 유입되는 배기가스의 압력이 높기 때문에 고압 SCR 시스템이라 불린다.When the SCR system is installed in front of the engine T / C (Turbo Charger), it is called a high-pressure SCR system because the pressure of the exhaust gas flowing into the SCR system is high.

이와 비교하여, 배기가스 온도가 상대적으로 낮은 엔진 T/C의 후단에 SCR 시스템이 설치되는 경우에는 저압 SCR 시스템이라 불린다.In comparison, when the SCR system is installed downstream of the engine T / C with a relatively low exhaust gas temperature, it is called a low pressure SCR system.

도 1은 종래 기술에 따른 저압 SCR 시스템의 개략적 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a conventional low pressure SCR system.

SCR 반응기(40)는 엔진 T/C(10)의 후단으로부터 연장된 배기 라인(20) 상에 설치되며, SCR 반응기(40)의 전단에서 바이패스 라인(30)이 분기된다.The SCR reactor 40 is installed on the exhaust line 20 extending from the rear end of the engine T / C 10 and the bypass line 30 is branched at the front end of the SCR reactor 40.

엔진으로부터 발생되는 배기가스는 T/C(10)를 거쳐 배기 라인(20)으로 유입되고, SCR 반응기(40)의 전/후단에 설치된 밸브(21, 22)나 바이패스 밸브(31)가 선택적으로 개폐됨에 따라, 배기가스가 SCR 반응기(40)를 경유하여 질소산화물 저감 후 배출되거나 SCR 반응기(40)를 거치지 않고 바이패스 라인(30)을 통해 곧바로 배출된다.Exhaust gas generated from the engine flows into the exhaust line 20 through the T / C 10 and the valves 21 and 22 and the bypass valve 31 provided at the front and rear ends of the SCR reactor 40 are selectively The exhaust gas is discharged via the SCR reactor 40 after the nitrogen oxide reduction or directly through the bypass line 30 without passing through the SCR reactor 40. [

이러한 저압 SCR 시스템에서, T/C(10) 후단의 배기가스 온도는 대략 190~300℃ 정도이고, 압력은 대기압 수준이며, T/C(10) 후단의 낮은 배기가스 온도로 인하여 저온에서 활성이 우수한 저온용 촉매를 필요로 한다.In this low-pressure SCR system, the exhaust gas temperature at the rear end of the T / C 10 is about 190 to 300 ° C., the pressure is at the atmospheric pressure level, and the exhaust gas temperature at the rear end of the T / An excellent low-temperature catalyst is required.

도 2는 도 1에 나타난 SCR 반응기의 내부 운전 온도를 예시한 그래프이다.2 is a graph illustrating the internal operating temperature of the SCR reactor shown in FIG.

SCR 시스템은 배출규제지역(ECA: Emission Control Area) 내에서만 작동하여 SCR 반응기(40)를 사용하며 이 경우 통상 황 0.1% 이하인 고가의 저 유황 연료가 사용된다. 공해상 운항시에는 고 유황의 값싼 연료를 사용하여 별도의 바이패스 라인(30)을 통해 배기가스를 배출한다.The SCR system operates only within the emission control area (ECA) and uses the SCR reactor 40, in which case an expensive low sulfur fuel, typically less than 0.1% sulfur, is used. At the time of high-altitude navigation, exhaust gas is discharged through a separate bypass line (30) by using a fuel having a high sulfur content.

도 2에서, SCR 시스템의 운전은 공해상을 운항하는 경우(M1, M3)와 배출규제지역을 운항하는 경우(M2)로 나뉜다.In Fig. 2, the operation of the SCR system is divided into the case of operating on the high seas (M1, M3) and the case of operating the exhaust regulating area (M2).

공해상을 운항하는 경우(M1, M3), 즉 엔진만 가동하고 SCR 시스템은 가동하지 않을 때에는, SCR 반응기(40)의 전/후단에 설치된 밸브(21, 22)는 닫고 바이패스 밸브(31)는 열어 배기가스가 SCR 반응기(40)를 거치지 않고 바이패스 라인(30)을 통해 배출되도록 한다.The valves 21 and 22 provided at the front and rear ends of the SCR reactor 40 are closed and the bypass valve 31 is closed when the engines M1 and M3 are operating, So that the exhaust gas is discharged through the bypass line 30 without passing through the SCR reactor 40.

이와 같은 바이패스 동작시 비사용 중인 SCR 반응기(40)의 내부 온도는 약 25℃ 상온으로 저하되며, 바이패스 라인(30)과 밸브(21, 22) 간 온도 차에 따른 누설로 인해 배기가스가 SCR 반응기(40) 내부로 유입되어 황산(Sulfuric Acid) 응축이 발생된다(도 2의 R1, R2).During this bypass operation, the internal temperature of the SCR reactor 40 in use is lowered to about 25 캜 and the leakage of the exhaust gas due to the temperature difference between the bypass line 30 and the valves 21 and 22 SCR reactor 40, and sulfuric acid condensation is generated (R1 and R2 in FIG. 2).

응축된 황산은 SCR 반응기(40)의 내부 부식을 유발하므로, SCR 반응기(40) 내에 상온의 외부공기를 지속적으로 주입하여 황산을 불어내는 벤팅(Venting)을 수행하여야 한다(T11).Since condensed sulfuric acid causes internal corrosion of the SCR reactor 40, it is necessary to ventilate the sulfuric acid by continuously injecting ambient air at room temperature into the SCR reactor 40 (T11).

또한, 가동을 중지하였던 SCR 시스템을 재가동하는 경우, SCR 반응기(40) 내의 온도가 약 25℃ 상온으로 저하된 상태로서 SCR 촉매 반응이 가능한 소정의 SCR 반응 온도(약 200~250℃)까지 상승하려면 시간이 지체된다.If the SCR system in which the operation is stopped is restarted, the temperature in the SCR reactor 40 is lowered to the room temperature of about 25 DEG C and the temperature of the SCR reactor 40 is raised to a predetermined SCR reaction temperature (about 200 to 250 DEG C) Time is delayed.

그러므로, 배출규제지역 진입 전에 SCR 반응기(40)의 내부 온도 상승을 위하여 버너 등의 추가 열원에 의해 외부공기를 가열하여 밀폐된 SCR 반응기(40) 내 온도를 약 200℃로 예열(Warming Up)시켜야 한다(T12).Therefore, in order to raise the internal temperature of the SCR reactor 40 before entering the emission control area, the external air is heated by an additional heat source such as a burner to warm the sealed SCR reactor 40 to about 200 캜 (T12).

한편, 배출규제지역을 운항하는 경우에는(M2), SCR 반응기(40)의 전/후단에 설치된 밸브(21, 22)를 열고 바이패스 밸브(31)를 닫음으로써, 배기가스를 SCR 반응기(40)로 유도해 SCR 반응기(40) 내부의 촉매와 반응시켜 배기가스 중의 질소산화물을 제거한다.On the other hand, in the case of operating the emission control area, the valves 21 and 22 provided at the front and rear ends of the SCR reactor 40 are opened and the bypass valve 31 is closed, thereby exhausting the exhaust gas to the SCR reactor 40 To react with the catalyst in the SCR reactor 40 to remove nitrogen oxides in the exhaust gas.

배출규제지역 내 항구에 정박하는 경우에는, 엔진이 정지함에 따라 SCR 반응기(40) 내 온도가 약 25℃ 상온으로 저하된다(T22).When the engine is stopped, the temperature in the SCR reactor 40 is lowered to a room temperature of about 25 캜 (T22).

따라서 이 경우에도 SCR 반응기(40) 내부의 황산 응축 및 시스템 재가동 준비를 위해 전/후단의 밸브(21, 22)가 닫힌 상태에서 버너 등의 추가 열원으로부터 SCR 반응기(40)의 내부 온도를 약 200℃로 유지하기 위한 가열과정(Heating)이 필요하다(T22).Therefore, even in this case, the internal temperature of the SCR reactor 40 is reduced from an additional heat source such as a burner to about 200 (about 200) in the state where the valves 21 and 22 at the upstream and downstream stages are closed for preparation of condensation of sulfuric acid in the SCR reactor 40, Heating (T22) is required to maintain the temperature of the substrate at a temperature of 0 ° C.

이후 배출규제지역을 벗어나 다시 공해상에 진입한 경우(M3), SCR 반응기(40) 내 촉매에 부착된 ABS(Ammonium Bisulfate)의 제거를 위해 추가 열원을 이용 고온의 스팀 또는 고온의 압축공기를 만들어 내부에 분사함으로써 ABS의 분해 제거 및 촉매 재생(Regeneration)을 실시한다(T31).(M3), an additional heat source is used for the removal of ABS (Ammonium Bisulfate) adhered to the catalyst in the SCR reactor 40. In this case, high temperature steam or high temperature compressed air is produced Thereby performing ABS decomposition and removal and regeneration (T31).

이와 같이, 종래 저압 SCR 시스템은 SCR 반응기(40)가 설치된 배기 라인(20)과 바이패스 라인(30)이 분리되어 있어 SCR 반응기(40) 내 온도가 상온까지 강하되는 경우가 빈번하고, 이로 인해 많은 열원이 소모된다.As described above, in the conventional low-pressure SCR system, since the exhaust line 20 and the bypass line 30 in which the SCR reactor 40 is installed are separated, the temperature in the SCR reactor 40 is frequently lowered to room temperature, Many heat sources are consumed.

또한, SCR 반응기(40) 내부의 낮은 온도로 인해 부식을 유발하는 ABS 생성량 증가, PM(Particle Material)/수트(Soot)의 침적, 환원제 미분해 등의 문제가 발생한다.Further, problems such as increase of ABS production amount causing corrosion due to low temperature inside the SCR reactor 40, deposition of PM (Particle Material) / soot, and reduction of the reducing agent occur.

이러한 문제를 해결하기 위해서는, 별도의 추가 열원(버너 등), 수트 블로워(Soot Blower) 및 우레아를 가수분해하여 제공하기 위한 별도의 환원제 공급장치 등이 필요하므로, 시스템 구성이 복잡하고, 설치가 번거로운 문제점이 있다.To solve such a problem, it is necessary to provide a separate reducing agent supply device for hydrolyzing the additional heat source (burner, etc.), soot blower, and urea, so that the system configuration is complicated and installation is troublesome There is a problem.

한국 공개특허공보 제10-2013-0016581호 (공개일: 2013.02.18.)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0016581 (published on February 23, 2013).

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 바이패스 라인을 SCR 반응기의 내부로 통과시켜 배기가스의 바이패스 동작시에도 고온의 배기가스에 의해 SCR 반응기의 내부 온도를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있도록 하는 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a SCR reactor, which bypasses a bypass line to the inside of an SCR reactor, Pressure SCR system capable of maintaining the internal temperature at a predetermined level or higher, and a control method thereof.

본 발명의 다른 목적은 운전모드에 따라 SCR 반응기 전/후단, 바이패스 라인 상에 설치된 밸브들의 개폐상태를 최적 제어함으로써, 최소 열원을 소모하면서 ABS 분해 제거, PM 및 수트의 제거, 부식 방지, 안정적인 환원제 분해 공급 등을 이룰 수 있도록 하는 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to optimize the opening and closing states of the valves installed on the upstream and downstream sides of the SCR reactor and the bypass line in accordance with the operation mode so as to reduce the decomposition of ABS and the removal of PM and suet while consuming a minimum heat source, A low-pressure SCR system and a control method thereof capable of achieving decomposition of a reducing agent, and the like.

본 발명의 또 다른 목적은 주요 구성요소를 모듈화/소형화하여 그 구성을 단순화하고 설치의 편의성을 극대화할 수 있도록 하는 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a low-pressure SCR system and a control method thereof that can modularize / downsize major components and simplify the configuration and maximize installation convenience.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not to be construed as limiting the invention as defined by the appended art. It will be possible.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 SCR 반응기; 상기 SCR 반응기 내에 설치된 바이패스 라인; 상기 바이패스 라인의 전단에 설치된 바이패스 밸브; 상기 바이패스 라인과 구획되며, 촉매가 위치하는 상기 SCR 반응기 내의 주 배기 통로; 상기 SCR 반응기의 입구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 일측을 선택적으로 개폐하는 인렛 밸브; 및 상기 SCR 반응기의 출구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 타측을 선택적으로 개폐하는 아웃렛 밸브를 포함하며, SCR 모드, 바이패스 모드 및 벤팅 모드 중 어느 하나의 운전모드를 선택하여 상기 운전모드에 따라 상기 바이패스 밸브, 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 조절한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a low pressure SCR system comprising: a SCR reactor; A bypass line installed in the SCR reactor; A bypass valve provided at a front end of the bypass line; A main exhaust passage in the SCR reactor partitioned with the bypass line and in which the catalyst is located; An inlet valve installed at an inlet of the SCR reactor for selectively opening and closing one of the main exhaust passage and the bypass line; And an outlet valve installed at an outlet of the SCR reactor for selectively opening and closing the main exhaust passage and the other side of the bypass line, wherein the control unit selects one of the SCR mode, the bypass mode, and the venting mode, And controls the bypass valve, the inlet valve, and the outlet valve according to the operation mode.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 상기 SCR 모드인 경우, 상기 바이패스 밸브를 닫고 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 열어 배기가스를 상기 주 배기 통로의 촉매로 통과시키며, 상기 바이패스 모드인 경우, 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 닫아 상기 주 배기 통로를 밀폐시키고 상기 바이패스 밸브를 열어 상기 바이패스 라인을 통해 배기가스를 통과시키며, 상기 벤팅 모드인 경우, 상기 인렛 밸브를 닫고, 상기 바이패스 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 스로틀링하여 상기 주 배기 통로의 잔류 배기가스를 배출시킬 수 있다.In the low pressure SCR system according to the present invention, in the SCR mode, the bypass valve is closed and the inlet valve and the outlet valve are opened to pass the exhaust gas to the catalyst of the main exhaust passage. In the bypass mode, The inlet valve and the outlet valve are closed to close the main exhaust passage and open the bypass valve to pass the exhaust gas through the bypass line. In the venting mode, the inlet valve is closed, The outlet valve may be throttled to discharge the residual exhaust gas from the main exhaust passage.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 모든 운전모드에서 엔진으로부터 배출된 배기가스를 상기 SCR 반응기의 내부로 통과시켜 상기 엔진이 가동되는 동안 상기 SCR 반응기의 내부 온도가 배기가스 온도 이상으로 유지되도록 할 수 있다.The low pressure SCR system according to the present invention can pass the exhaust gas discharged from the engine in all the operation modes into the inside of the SCR reactor so that the internal temperature of the SCR reactor is maintained above the exhaust gas temperature while the engine is running .

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 상기 바이패스 라인의 후단에 설치된 노즐을 더 포함할 수 있다.The low-pressure SCR system according to the present invention may further include a nozzle provided at a rear end of the bypass line.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 고체 탄산암모늄으로부터 암모니아 가스를 생성하여 상기 SCR 반응기의 전단으로 공급하는 환원제 공급장치를 더 포함할 수 있다.The low pressure SCR system according to the present invention may further comprise a reducing agent supply device for generating ammonia gas from the solid ammonium carbonate and supplying the ammonia gas to the front end of the SCR reactor.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 상기 SCR 반응기의 내부 온도 승온을 위해 고온 고압의 공기를 발생시켜 상기 주 배기 통로에 공급하는 가열 장치를 더 포함할 수 있다.The low-pressure SCR system according to the present invention may further include a heater for generating high-temperature, high-pressure air for raising the internal temperature of the SCR reactor and supplying it to the main exhaust passage.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 상기 바이패스 모드에서, 상기 가열 장치로부터 발생되는 고온 고압의 공기를 상기 주 배기 통로에 공급하여 상기 SCR 반응기의 내부 온도를 ABS 기화 온도 이상으로 상승시킬 수 있다.In the low pressure SCR system according to the present invention, in the bypass mode, high temperature and high pressure air generated from the heating device may be supplied to the main exhaust passage to raise the internal temperature of the SCR reactor to the ABS vaporization temperature or more.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템은 상기 SCR 모드로의 진입 전 또는 상기 SCR 모드 중 엔진 가동이 일시 중단되는 경우, 상기 가열 장치로부터 발생되는 고온 고압의 공기를 상기 주 배기 통로에 공급하여 상기 SCR 반응기의 내부 온도를 SCR 반응 온도 이상으로 유지시킬 수 있다.The low-pressure SCR system according to the present invention supplies high-temperature, high-pressure air generated from the heating device to the main exhaust passage before entering the SCR mode or when the engine operation is temporarily stopped during the SCR mode, The internal temperature can be maintained above the SCR reaction temperature.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템에서 상기 SCR 반응기는 각각의 엔진 T/C(Turbo Charger)마다 설치될 수 있다.In the low-pressure SCR system according to the present invention, the SCR reactor may be installed for each engine T / C (Turbo Charger).

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템에서 상기 바이패스 라인은 상기 SCR 반응기 내의 중앙부에 상기 촉매를 관통하도록 설치되고, 상기 주 배기 통로는 상기 SCR 반응기 내에서 상기 바이패스 라인의 주변부에 위치할 수 있다.In the low-pressure SCR system according to the present invention, the bypass line is installed to pass through the catalyst in the center of the SCR reactor, and the main exhaust passage may be located in the periphery of the bypass line in the SCR reactor.

한편, 본 발명에 따른 저압 SCR 시스템의 제어 방법은 SCR 반응기 내에 바이패스 라인과 촉매가 위치하는 주 배기 통로가 포함되는 저압 SCR 시스템의 제어 방법에 있어서, SCR 모드, 바이패스 모드 및 벤팅 모드 중 어느 하나의 운전모드를 선택하는 단계; 및 상기 운전모드에 따라 상기 바이패스 라인 전단의 바이패스 밸브, 상기 SCR 반응기의 입구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 일측을 선택적으로 개폐하는 인렛 밸브와, 상기 SCR 반응기의 출구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 타측을 선택적으로 개폐하는 아웃렛 밸브를 조절하는 단계를 포함한다.The control method of the low-pressure SCR system according to the present invention is a control method of a low-pressure SCR system including a bypass line and a main exhaust passage in which a catalyst is located, in which the SCR mode, the bypass mode, Selecting one operation mode; And an inlet valve installed at an inlet of the SCR reactor and selectively opening and closing one side of the main exhaust passage and the bypass line in accordance with the operation mode and an inlet valve disposed at an outlet of the SCR reactor, And adjusting an outlet valve installed to selectively open and close the main exhaust passage and the other side of the bypass line.

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템의 제어 방법에서, 상기 밸브 조절 단계는, 상기 SCR 모드인 경우, 상기 바이패스 밸브를 닫고 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 열어 배기가스를 상기 주 배기 통로의 촉매로 통과시키는 단계; 상기 바이패스 모드인 경우, 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 닫아 상기 주 배기 통로를 밀폐시키고 상기 바이패스 밸브를 열어 상기 바이패스 라인을 통해 배기가스를 통과시키는 단계; 및 상기 벤팅 모드인 경우, 상기 인렛 밸브를 닫고 상기 바이패스 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 스로틀링하여 상기 주 배기 통로의 잔류 배기가스를 배출시키는 단계를 포함할 수 있다.In the control method of the low-pressure SCR system according to the present invention, the valve control step includes closing the bypass valve and opening the inlet valve and the outlet valve to pass the exhaust gas through the catalyst of the main exhaust passage in the SCR mode ; Closing the inlet valve and the outlet valve to close the main exhaust passage and opening the bypass valve to pass the exhaust gas through the bypass line when the bypass mode is selected; And closing the inlet valve and throttling the bypass valve and the outlet valve to discharge residual exhaust gas from the main exhaust passage when the engine is in the venting mode.

본 발명의 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 바이패스 라인을 SCR 반응기의 내부로 통과시켜 배기가스의 바이패스 동작시에도 고온의 배기가스에 의해 SCR 반응기의 내부 온도를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.According to the low pressure SCR system and the control method of the present invention, the bypass line is passed into the SCR reactor and the internal temperature of the SCR reactor can be maintained at a certain level or more by the high temperature exhaust gas even during the bypass operation of the exhaust gas have.

또한, 본 발명의 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 운전모드에 따라 SCR 반응기 전/후단, 바이패스 라인 상에 설치된 밸브들의 개폐상태를 최적 제어함으로써, 최소 열원을 소모하면서 ABS 분해 제거, PM/수트 제거, 부식 방지, 안정적인 환원제 분해 공급 등을 이룰 수 있다.In addition, according to the low-pressure SCR system and the control method thereof according to the present invention, it is possible to optimally control the opening and closing states of the valves installed on the upstream and downstream sides of the SCR reactor and the bypass line according to the operation mode, Removal of soot, prevention of corrosion, stable decomposition of reducing agent, and the like.

또한, 본 발명의 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 주요 구성요소를 모듈화/소형화하여 그 구성을 단순화하고 설치의 편의성을 극대화할 수 있다.Further, according to the low-pressure SCR system and the control method of the present invention, major components can be modularized / miniaturized, thereby simplifying the configuration and maximizing installation convenience.

도 1은 종래 기술에 따른 저압 SCR 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 나타난 SCR 반응기의 내부 운전 온도를 예시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 반응기의 구성도.
도 5는 도 4에 나타난 SCR 반응기의 분해 사시도.
도 6은 도 4에 나타난 SCR 반응기의 운전모드에 따른 동작을 예시한 도면.
도 7은 도 4에 나타난 SCR 반응기의 운전 모드별 내부 온도를 예시한 그래프.
도 8은 도 4에 나타난 SCR 반응기의 벤팅 모드에 따른 내부 압력 분포를 예시한 그래프.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 구성도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 제어 방법을 나타낸 흐름도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a conventional low pressure SCR system. FIG.
Figure 2 is a graph illustrating the internal operating temperature of the SCR reactor shown in Figure 1;
3 is a configuration diagram of a low-pressure SCR system according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic view of an SCR reactor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exploded perspective view of the SCR reactor shown in Figure 4;
6 illustrates operation of the SCR reactor according to the operation mode shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 7 is a graph illustrating the internal temperature of the SCR reactor according to the operation mode shown in FIG. 4; FIG.
8 is a graph illustrating the internal pressure distribution according to the venting mode of the SCR reactor shown in FIG.
9 is a configuration diagram of a low-pressure SCR system according to another embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of controlling a low pressure SCR system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a low pressure SCR system and a control method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 반응기의 구성도이다.FIG. 3 is a configuration diagram of a low pressure SCR system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a configuration diagram of an SCR reactor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템에서는, 도시된 바와 같이 바이패스 라인(133)이 SCR 반응기(130)의 내부에 일체형으로 배치되어 구성을 단순화하고 소형화/모듈화를 가능케 한다.In the low-pressure SCR system according to an embodiment of the present invention, the bypass line 133 is integrally disposed inside the SCR reactor 130 as shown, thereby simplifying the configuration and enabling miniaturization / modularization.

도 3에서, SCR 반응기(130)는 엔진 T/C(110)의 후단으로부터 연장된 배기 라인(120) 상에 설치된다.In Figure 3, the SCR reactor 130 is installed on the exhaust line 120 extending from the rear end of the engine T / C 110.

엔진으로부터 발생된 배기가스는 T/C(110)를 거쳐 배기 라인(120)으로 배출된다.The exhaust gas generated from the engine is discharged to the exhaust line 120 through the T / C 110. [

SCR 반응기(130)에는 배기가스와의 SCR 촉매 반응을 위한 촉매(132)가 내장되며, SCR 반응기(130)의 전/후단에는 배기 라인(120)을 통해 유입된 배기가스의 통과 및 차단을 위한 인렛 밸브(137) 및 아웃렛 밸브(138)가 설치된다.The SCR reactor 130 is equipped with a catalyst 132 for SCR catalytic reaction with the exhaust gas and is provided at the front and rear ends of the SCR reactor 130 for passing and blocking the exhaust gas flowing through the exhaust line 120. [ An inlet valve 137 and an outlet valve 138 are provided.

도 4를 참조하면, SCR 반응기(130)의 내부 공간은 크게 바이패스 라인(133)과 촉매(132)가 설치되는 주 배기 통로(139)로 구분된다.4, the internal space of the SCR reactor 130 is largely divided into a bypass line 133 and a main exhaust passage 139 in which a catalyst 132 is installed.

이때, 주 배기 통로(139)는 배기가스 중의 질소산화물 제거를 위한 SCR 촉매 반응이 일어나는 공간임에 비해, 바이패스 라인(133)은 SCR 촉매 반응 없이 배기가스를 그대로 바이패스시키기 위한 공간이다.At this time, the main exhaust passage 139 is a space where the SCR catalytic reaction for removing NOx in the exhaust gas occurs, whereas the bypass line 133 is a space for bypassing the exhaust gas without performing the SCR catalytic reaction.

바이패스 라인(133)은 촉매(132)가 위치하는 SCR 반응기(130) 내 주 배기 통로(139)와 구획되도록, SCR 반응기(130)의 내부에 설치된다.The bypass line 133 is installed inside the SCR reactor 130 such that the bypass line 133 is partitioned from the main exhaust passage 139 in the SCR reactor 130 where the catalyst 132 is located.

바이패스 라인(133)의 전단에는 바이패스 밸브(136)가 설치된다.A bypass valve 136 is provided at the front end of the bypass line 133.

또한, 바이패스 라인(133)의 후단에는 노즐(134)이 설치될 수 있다.In addition, a nozzle 134 may be installed at the rear end of the bypass line 133.

다시 도 3을 참조하면, SCR 반응기(130)의 전단에 환원제 공급장치(150)가 설치되어 고체 탄산암모늄(Ammonium Carbonate)으로부터 환원제인 암모니아 가스를 생성해 SCR 반응기(130)로 공급한다.Referring again to FIG. 3, a reducing agent supply unit 150 is installed at the front end of the SCR reactor 130 to generate ammonia gas, which is a reducing agent, from solid ammonium carbonate and supplies the generated ammonia gas to the SCR reactor 130.

이러한 환원제 공급장치(150)는 비교적 저온(예컨대 약 58℃ 이상)에서 고체 탄산암모늄을 기화시켜 암모니아를 발생시킬 수 있으므로, 이를 이용하면 환원제 분해에 필요한 추가 열원이나 별도의 우레아 가수분해장치가 불필요한 장점이 있다.Since the reducing agent supplying device 150 can generate ammonia by vaporizing the solid ammonium carbonate at a relatively low temperature (for example, about 58 ° C or higher), the use of the reducing agent supplying device 150 can provide an additional heat source necessary for the decomposition of the reducing agent and a separate urea hydrolyzing device .

제어 장치(200)는 전술한 인렛 밸브(137), 바이패스 밸브(136) 및 아웃렛 밸브(138)를 조작하여 배기가스 처리에 관련된 복수 개의 운전모드를 구현할 수 있다.The control device 200 can implement the plurality of operation modes related to the exhaust gas treatment by operating the inlet valve 137, the bypass valve 136 and the outlet valve 138 described above.

즉 제어 장치(200)는 SCR 모드, 바이패스 모드 및 벤팅 모드를 포함한 복수 개의 운전모드 중 하나를 선택하고, 선택된 운전모드에 따라 바이패스 밸브(136), 인렛 밸브(137) 및 아웃렛 밸브(138)를 조절하여 각 밸브(136, 137, 138)의 개폐상태를 적절히 전환할 수 있다.That is, the control device 200 selects one of a plurality of operation modes including the SCR mode, the bypass mode, and the venting mode, and selects the bypass valve 136, the inlet valve 137, and the outlet valve 138 ) To adjust the opening and closing states of the valves 136, 137, 138 appropriately.

이와 같은 구성에 있어, 바이패스 모드를 포함한 모든 운전모드에서 엔진으로부터 배출된 배기가스가 SCR 반응기(130)의 내부를 통과하게 되며, 이로 인해 배기가스가 주 열원으로 작용하여 엔진이 가동되는 동안에는 SCR 반응기(130)의 내부 온도가 항상 배기가스 온도(약 190~290℃) 이상으로 유지될 수 있다.In such a configuration, in all the operation modes including the bypass mode, the exhaust gas discharged from the engine passes through the inside of the SCR reactor 130, so that while the exhaust gas acts as the main heat source and the engine is running, The internal temperature of the reactor 130 can always be maintained above the exhaust gas temperature (about 190 to 290 ° C).

가열 장치(160)는 주 열원인 배기가스의 추가 열원으로서 필요시 제어 장치(200)의 제어 하에 고온 고압의 공기를 발생시켜 촉매(132)가 위치하는 주 배기 통로(139)에 공급함으로써 SCR 반응기(130)의 내부 온도를 승온시킨다.The heating device 160 is an additional heat source of exhaust gas as a main heat source and generates high temperature and high pressure air under control of the control device 200 when necessary and supplies it to the main exhaust passage 139 where the catalyst 132 is located, Thereby raising the internal temperature of the heater 130.

도 5는 도 4에 나타난 SCR 반응기의 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view of the SCR reactor shown in FIG.

도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 SCR 반응기(130)는 하우징(131), 촉매(132), 바이패스 라인(133), 천공 판(135), 주 배기 통로(139) 등을 포함한다.As shown, the SCR reactor 130 according to one embodiment includes a housing 131, a catalyst 132, a bypass line 133, a perforated plate 135, a main exhaust passage 139, and the like.

바이패스 라인(133)의 전단에는 바이패스 밸브(136)가 구비되고, SCR 반응기(130)의 전/후단에는 각각 인렛 밸브(137) 및 아웃렛 밸브(138)가 구비된다.A bypass valve 136 is provided at a front end of the bypass line 133 and an inlet valve 137 and an outlet valve 138 are provided at the front and rear ends of the SCR reactor 130, respectively.

바이패스 라인(133)은 하우징(131)의 내부를 통과하도록 설치되며, 바이패스 밸브(136)를 구비한 바이패스 라인(133)의 전단은 천공 판(135)에 끼워져 하우징(131) 내벽에 고정된다.The bypass line 133 is installed to pass through the inside of the housing 131 and the front end of the bypass line 133 having the bypass valve 136 is inserted into the perforated plate 135, .

바이패스 밸브(136)는 바이패스 라인(133)의 전단에 설치되어 제어 장치(200)의 제어 하에 개폐된다.The bypass valve 136 is provided at the front end of the bypass line 133 and is opened and closed under the control of the control device 200.

주 배기 통로(139)는 촉매(132)가 위치하여 배기가스와의 SCR 촉매 반응을 일으키는 공간으로, SCR 반응기(130) 내에 바이패스 라인(133)과 구획되어 형성된다.The main exhaust passage 139 is formed by partitioning the bypass line 133 in the SCR reactor 130 into a space in which the catalyst 132 is located and causes an SCR catalytic reaction with the exhaust gas.

일 실시예에서, 전술한 바이패스 라인(133)은 SCR 반응기(130) 내의 중앙부에 촉매(132)를 관통하도록 설치될 수 있으며, 이 경우 주 배기 통로(139)는 SCR 반응기(130) 내에서 바이패스 라인(133)의 주변부에 위치하도록 구성된다.In one embodiment, the bypass line 133 described above can be installed to pass through the catalyst 132 in the middle of the SCR reactor 130, wherein the main exhaust passageway 139 is located within the SCR reactor 130 And is located at the periphery of the bypass line 133. [

인렛 밸브(137)는 SCR 반응기(130)의 입구에 설치되어 제어 장치(200)의 제어 하에 주 배기 통로(139)의 일측 또는 바이패스 라인(133)의 일측을 선택적으로 개폐한다.The inlet valve 137 is installed at the inlet of the SCR reactor 130 and selectively opens and closes one side of the main exhaust passage 139 or one side of the bypass line 133 under the control of the control device 200.

아웃렛 밸브(138)는 SCR 반응기(130)의 출구에 설치되어 제어 장치(200)의 제어 하에 주 배기 통로(139)의 타측 또는 바이패스 라인(133)의 타측을 선택적으로 개폐한다.The outlet valve 138 is installed at the outlet of the SCR reactor 130 and selectively opens and closes the other side of the main exhaust passage 139 or the bypass line 133 under the control of the control device 200.

도 6은 도 4에 나타난 SCR 반응기의 운전모드에 따른 동작을 예시한 도면이다.6 is a view illustrating operation of the SCR reactor according to the operation mode shown in FIG.

도 6에서, (a)는 SCR 모드이고, (b)는 바이패스 모드이며, (c)는 벤팅 모드이다.6, (a) is an SCR mode, (b) is a bypass mode, and (c) is a venting mode.

(a)의 SCR 모드에서는(예컨대 배출규제지역 운항시), 제어 장치(200)가 바이패스 밸브(136)를 닫고, 인렛 밸브(137) 및 아웃렛 밸브(138)를 열어 배기가스를 주 배기 통로(139)의 촉매(132)로 통과시킨다.the controller 200 closes the bypass valve 136 and opens the inlet valve 137 and the outlet valve 138 in the SCR mode of FIG. And passes through the catalyst 132 of the catalyst 139.

이 경우, 배기가스가 주 배기 통로(139)의 촉매(132)를 지나면서 배기가스와의 SCR 촉매 반응이 일어나 배기가스 중의 질소산화물이 제거된다.In this case, as the exhaust gas passes through the catalyst 132 of the main exhaust passage 139, the SCR catalytic reaction with the exhaust gas occurs, and the nitrogen oxide in the exhaust gas is removed.

(b)의 바이패스 모드에서는(예컨대 공해상 운항시), 제어 장치(200)가 인렛 밸브(137) 및 아웃렛 밸브(138)를 닫아 주 배기 통로(139)를 밀폐시키고, 바이패스 밸브(136)를 열어 바이패스 라인(133)을 통해 배기가스를 통과시킨다.the control device 200 closes the inlet valve 137 and the outlet valve 138 to close the exhaust passage 139 and the bypass valve 136 is closed in the bypass mode of FIG. So that the exhaust gas is passed through the bypass line 133.

이 경우, 배기가스가 SCR 촉매 반응 없이 바이패스 라인(133)을 통해 SCR 반응기(130)의 후단으로 곧바로 배출되며, 배기가스의 바이패스 상태임에도 불구하고 고온의 배기가스(약 190~290℃)가 SCR 반응기(130)의 내부를 통과함에 따라 SCR 반응기(130)의 내부가 항상 고온으로 유지되어 별도의 가동 준비 및 예열이 불필요하다.In this case, the exhaust gas is directly discharged to the rear end of the SCR reactor 130 through the bypass line 133 without the SCR catalyst reaction, and is discharged at a high temperature exhaust gas (about 190 to 290 ° C) The interior of the SCR reactor 130 is always maintained at a high temperature, so that separate operation preparation and preheating are unnecessary.

또한, 배기가스의 바이패스 동작시에 SCR 반응기(130)의 내부가 밀폐됨에 따라 고온의 배기가스 열을 활용하면서, 가열 장치(160)로부터 고온 고압의 공기를 추가 열원으로 공급받아, 최소의 추가 열원으로 SCR 반응기(130)의 내부 온도를 ABS 기화 온도(약 350℃) 이상으로 상승시켜 ABS의 분해 제거 및 촉매 재생을 수행할 수 있다(예컨대, 배출규제지역을 벗어나 공해상에 진입한 경우).Further, as the interior of the SCR reactor 130 is sealed during the bypass operation of the exhaust gas, the high-temperature high-pressure air is supplied from the heating device 160 to the additional heat source while utilizing the exhaust gas heat of high temperature, The internal temperature of the SCR reactor 130 may be raised to the ABS gasification temperature (about 350 ° C) or higher to decompose and remove the ABS and regenerate the catalyst (for example, when entering the pollution outside the emission control area).

바이패스 라인(30)이 SCR 반응기(40)와 별도로 구비되는 종래의 경우에는, 배기가스의 바이패스 동작시에 SCR 반응기(40)의 비사용으로 인해 SCR 반응기(40)의 내부 온도가 상온(약 25℃)까지 강하된다. 이 경우, 25℃→350℃로 승온시키기 위해 ΔT=325℃ 만큼의 승온이 필요하다.In the conventional case in which the bypass line 30 is provided separately from the SCR reactor 40, the internal temperature of the SCR reactor 40 is maintained at a room temperature (for example, About 25 < 0 > C). In this case, it is necessary to raise the temperature by ΔT = 325 ° C. in order to raise the temperature from 25 ° C. to 350 ° C.

반면, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 바이패스 라인(133)을 SCR 반응기(130) 내에 일체화하면, 배기가스의 바이패스 동작시에도 SCR 반응기(130)의 내부 온도가 배기가스 온도, 예컨대 200℃ 이상으로 유지되므로, 200℃→350℃로 승온시키기 위해 ΔT=150℃ 만큼만 승온하면 충분하다.On the other hand, when the bypass line 133 is integrated into the SCR reactor 130 as in the embodiment of the present invention, even when the exhaust gas is bypassed, the internal temperature of the SCR reactor 130 becomes lower than the exhaust gas temperature, ° C., it is sufficient to raise the temperature by only ΔT = 150 ° C. in order to raise the temperature from 200 ° C. to 350 ° C.

(c)의 벤팅 모드에서는, 제어 장치(200)가 인렛 밸브(137)를 닫고 바이패스 밸브(136) 및 아웃렛 밸브(138)를 스로틀링(throttling) 하여 주 배기 통로(139)의 잔류 배기가스를 배출시킴으로써, 부식의 원인이 되는 내부 황 성분이나 PM, 수트 등을 제거한다.the control device 200 closes the inlet valve 137 and throttles the bypass valve 136 and the outlet valve 138 so that the residual exhaust gas of the main exhaust passage 139 Thereby removing internal sulfur components, PM, soot, etc., which cause corrosion.

도 7은 도 4에 나타난 SCR 반응기의 운전모드별 내부 온도 분포를 예시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating an internal temperature distribution according to operation modes of the SCR reactor shown in FIG.

도 7에서, M1, M2, M3은 각각 벤팅 모드(공해상 운항시), SCR 모드(배출규제지역 운항시) 및 바이패스 모드(공해상 운항시)를 예시한 것이다.In FIG. 7, M1, M2, and M3 illustrate the venting mode (at the time of high sea operation), the SCR mode (when operating the emission control area), and the bypass mode (at the time of high sea operation).

또한, T11, T12는 각각 벤팅 모드에서의 벤팅 구간 및 가동 준비 구간, T21, T22는 각각 SCR 모드에서의 가동 구간 및 가열 구간, T31은 바이패스 모드에서의 촉매 재생 구간이다.T11 and T12 are the venting interval and the operation preparation interval in the venting mode, T21 and T22 are the driving interval and heating interval in the SCR mode, respectively, and T31 is the catalyst regeneration interval in the bypass mode.

전술한 바와 같이 종래 기술의 경우, 바이패스 라인(30)이 SCR 반응기(40)와 별도 구비됨으로 인해, 배기가스의 바이패스 동작시에 SCR 반응기(40)의 내부 온도가 상온(약 25℃)까지 강하되어 부식을 유발하는 황산 응축이 발생하게 된다(R1, R2).The bypass line 30 is provided separately from the SCR reactor 40 so that the internal temperature of the SCR reactor 40 is maintained at room temperature (about 25 ° C.) during the bypass operation of the exhaust gas, (R1, R2), which causes corrosion.

또한, 가동 준비 구간(T12), 촉매 재생 구간(T31) 등에서 SCR 반응기(40)의 낮은 내부 온도로 인해 불가피하게 많은 추가 열원이 소모된다.In addition, a lot of additional heat sources are inevitably consumed due to the low internal temperature of the SCR reactor 40 in the operation preparation period T12, the catalyst regeneration period T31, and the like.

이러한 종래 기술과 비교할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 반응기(130)의 내부 온도는 엔진이 일시 정지되는 경우(T22, 예컨대, 배출규제지역 내 항구에 정박하는 경우)를 제외하고 엔진이 가동되는 동안 항상 배기가스 온도(약 200℃ 전후) 이상으로 유지됨에 따라 황산 응축이 발생하지 않는다.Compared to this prior art, the internal temperature of the SCR reactor 130 according to one embodiment of the present invention is the same as the temperature of the engine 100, except when the engine is paused (T22, e.g., Sulfuric acid condensation does not occur as it is always maintained at the exhaust gas temperature (about 200 캜 or above) during operation.

또한, SCR 모드 중 엔진이 일시 정지되어 가열동작을 필요로 하는 가열 구간(T22)을 포함해, 가동 준비 구간(T12), 가동 구간(T21) 및 촉매 재생 구간(T31)에, SCR 반응기(130)의 현재 내부 온도와 타겟 온도 간의 적은 온도차로 인해 종래 기술 대비 추가 열원이 적게 소모되는 장점이 있다.The SCR reactor 130 (also referred to as " SCR ") is connected to the operation preparation section T12, the operation section T21 and the catalyst regeneration section T31, including the heating section T22, ) Due to the small temperature difference between the present internal temperature and the target temperature.

이때, 가동 준비 구간(T12), 가동 구간(T21), 가열 구간(T22) 및 촉매 재생 구간(T31) 각각의 타겟 온도는 일례로, 예열 온도(약 180~200℃), SCR 반응 온도 최고 임계값(약 230~250℃), SCR 반응 온도 최저 임계값(약 200℃), ABS 기화 온도(약 350℃)일 수 있다.At this time, the target temperatures of the activation preparation period T12, the activation period T21, the heating period T22 and the catalyst regeneration period T31 are, for example, a preheating temperature (about 180 to 200 DEG C) (About 230 to 250 DEG C), the SCR reaction temperature minimum threshold (about 200 DEG C), and the ABS vaporization temperature (about 350 DEG C).

한편, 바이패스 모드(M3) 중 촉매 재생 구간(T31)인 경우에는, 제어 장치(200)가 가열 장치(160)를 추가 열원으로 사용해 가열 장치(160)로부터 발생되는 고온 고압의 공기를 주 배기 통로(139)에 공급하여 SCR 반응기(130)의 내부 온도를 ABS 기화 온도(약 350℃) 이상으로 상승시킬 수 있다.On the other hand, in the case of the catalyst regeneration period T31 during the bypass mode M3, the control device 200 uses the heating device 160 as an additional heat source to heat the high temperature, high pressure air generated from the heating device 160, And may be supplied to the passage 139 to raise the internal temperature of the SCR reactor 130 to an ABS vaporization temperature (about 350 ° C) or higher.

이때 고온의 배기가스로 인해 SCR 반응기(130)의 내부 온도가 기본적으로 높아서 적은 열원만으로 ABS 기화 온도를 쉽게 만족시킬 수 있다.At this time, since the internal temperature of the SCR reactor 130 is basically high due to the high temperature exhaust gas, the ABS gasification temperature can be easily satisfied with only a small heat source.

또한, 제어 장치(200)는 SCR 모드(M2)로의 진입 전 가동 준비 구간(T12) 또는 SCR 모드(M2) 중 엔진 가동이 일시 중단되는 가열 구간(T22)에서, 가열 장치(160)를 추가 열원으로 사용해 이로부터 발생되는 고온 고압의 공기를 주 배기 통로(139)에 공급하여 SCR 반응기(130)의 내부 온도를 SCR 반응 온도(약 200~250℃) 이상으로 유지시킬 수 있다.The control device 200 controls the heating device 160 to heat the heating device 160 in the heating period T22 during which the operation of the engine is suspended during the preparation period T12 before the SCR mode M2 is entered or during the SCR mode M2. Temperature high-pressure air generated therefrom can be supplied to the main exhaust passage 139 to maintain the internal temperature of the SCR reactor 130 at the SCR reaction temperature (about 200 to 250 ° C) or more.

도 8은 도 4에 나타난 SCR 반응기의 벤팅 모드에 따른 내부 압력 분포를 예시한 그래프이다.8 is a graph illustrating the internal pressure distribution according to the venting mode of the SCR reactor shown in FIG.

도 8에서, (a)는 바이패스 상태에서 아웃렛 밸브(138)를 개방한 경우 SCR 반응기(130)의 내부 압력 분포를 예시한 것이고, (b), (c)는 SCR 반응기(130) 내 수평방향((a)의 x), 수직방향((a)의 y)에 따른 압력 분포를 각각 도시한 것이다.8 (a) illustrates the internal pressure distribution of the SCR reactor 130 when the outlet valve 138 is opened in the bypass state, and (b) and (c) (X in (a)) and the vertical direction (y in (a)), respectively.

배기가스의 바이패스 동작시에 아웃렛 밸브(138)를 스로틀링하면 도시된 바와 노즐(134)에 의해 유속이 증가하여 SCR 반응기(130)의 내부 압력이 (-) 압력 상태가 되면서 SCR 반응기(130)가 이젝터(Ejector)와 같은 작용을 하여 잔류 배기가스를 배출시키게 된다.When the outlet valve 138 is throttled at the time of bypass operation of the exhaust gas, the flow rate of the SCR is increased by the nozzle 134 as shown in the figure and the SCR reactor 130 ) Acts like an ejector to exhaust the residual exhaust gas.

또한, (b) 및 (c)에 예시된 바와 같이 배기가스 유속이 10m/s→20m/s→30m/s로 증가할수록 바이패스 라인(133) 후단의 노즐(134) 내외의 차압, SCR 반응기(130)의 중심부와 표면부 간의 차압이 커지게 된다.Further, as illustrated in FIGS. 13B and 13C, as the exhaust gas flow rate increases from 10 m / s to 20 m / s to 30 m / s, the differential pressure inside and outside the nozzle 134 at the rear end of the bypass line 133, The difference in pressure between the central portion and the surface portion of the heat exchanger 130 is increased.

이를 이용해, 벤팅 모드에서는, 인렛 밸브(137)를 닫은 상태에서 바이패스 밸브(136) 및 아웃렛 밸브(138)를 스로틀링하여 일정 속도 이상의 배기가스 유속을 발생시켜 줌으로써, 주 배기 통로(139)의 잔류 배기가스를 배출시켜 내부 황 성분이나 PM/수트 등을 흡인하여 제거할 수 있다.In the venting mode, the bypass valve 136 and the outlet valve 138 are throttled in a state in which the inlet valve 137 is closed to generate an exhaust gas flow rate over a constant speed, The residual exhaust gas can be discharged to suck and remove the inner sulfur component, PM / soot, and the like.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 구성도이다.9 is a configuration diagram of a low pressure SCR system according to another embodiment of the present invention.

전술한 SCR 반응기(130)는 소형화/모듈화가 가능하여 설치 방법을 다양화할 수 있으며, 일례로, 도시된 바와 같이 각각의 엔진 T/C(110)마다 SCR 반응기(130)를 설치할 수 있다.The SCR reactor 130 can be miniaturized / modularized and can be installed in various ways. For example, the SCR reactor 130 can be installed for each engine T / C 110 as shown in FIG.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 SCR 시스템의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of controlling a low-pressure SCR system according to an embodiment of the present invention.

먼저, 제어 장치(200)는 SCR 반응기(130)의 운전모드를 SCR 모드, 바이패스 모드 및 벤팅 모드 중 어느 하나로 선택한다(S110).First, the control device 200 selects one of the SCR mode, the bypass mode, and the venting mode as the operation mode of the SCR reactor 130 (S110).

예를 들어, 제어 장치(200)는 선박이 공해상을 운항하는 경우 바이패스 모드를 선택하고, 선박이 배출규제지역을 운항하는 경우 바이패스 모드를 선택할 수 있다.For example, the control device 200 may select the bypass mode when the ship is traveling on the high seas, and may select the bypass mode when the ship is traveling the emission regulating area.

또한, 바이패스 모드 중 SCR 반응기(130) 전/후단의 차압을 측정해 측정 차압이 일정값 이상이 되면 잔류 배기가스를 불어내 SCR 반응기(130) 내 황 성분이나 PM, 수트 등을 제거하기 위해 벤팅 모드로 전환할 수 있다.When the measured differential pressure is equal to or greater than a predetermined value, the pressure difference between the upstream and downstream ends of the SCR reactor 130 in the bypass mode is measured. In order to remove the sulfur component, PM, or soot in the SCR reactor 130, It is possible to switch to the venting mode.

이후, 제어 장치(200)는 상기한 과정 S110에서 선택한 운전모드에 따라 바이패스 라인(133) 전단의 바이패스 밸브(136), SCR 반응기(130)의 입구에 설치되어 주 배기 통로(139) 및 바이패스 라인(133)의 일측을 선택적으로 개폐하는 인렛 밸브(137)와, SCR 반응기(130)의 출구에 설치되어 주 배기 통로(139) 및 바이패스 라인(133)의 타측을 선택적으로 개폐하는 아웃렛 밸브(138)를 조절한다(S120).The controller 200 controls the bypass valve 136 at the upstream side of the bypass line 133 and the main exhaust passage 139 at the inlet of the SCR reactor 130 according to the operation mode selected at the above- An inlet valve 137 for selectively opening and closing one side of the bypass line 133 and an inlet valve 137 for selectively opening and closing the other side of the main exhaust passage 139 and the bypass line 133 provided at the outlet of the SCR reactor 130 The outlet valve 138 is adjusted (S120).

구체적으로, 상기한 과정 S110에서 SCR 모드가 선택된 경우, 제어 장치(200)는 바이패스 밸브(136)를 닫고 인렛 밸브(137) 및 아웃렛 밸브(138)를 열어 배기가스를 주 배기 통로(139)의 촉매(132)로 통과시킴으로써, 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR 촉매 반응이 일어나도록 한다(S121).Specifically, when the SCR mode is selected in step S110, the controller 200 closes the bypass valve 136 and opens the inlet valve 137 and the outlet valve 138 to exhaust the exhaust gas to the main exhaust passage 139, (Step S121) so that the SCR catalytic reaction for removing the nitrogen oxides in the exhaust gas occurs.

상기한 과정 S110에서 바이패스 모드가 선택된 경우에는, 제어 장치(200)가 인렛 밸브(137) 및 아웃렛 밸브(138)를 닫아 주 배기 통로(139)를 밀폐시키고 바이패스 밸브(136)를 열어 SCR 촉매 반응 없이 바이패스 라인(133)을 통해 배기가스가 곧바로 SCR 반응기(130)의 후단으로 배출되도록 한다(S122).When the bypass mode is selected in step S110, the control device 200 closes the inlet valve 137 and the outlet valve 138 to close the exhaust passage 139, opens the bypass valve 136, The exhaust gas is directly discharged to the rear end of the SCR reactor 130 through the bypass line 133 without catalytic reaction (S122).

상기한 과정 S110에서 벤팅 모드가 선택된 경우에는, 제어 장치(200)가 인렛 밸브(137)를 닫고 바이패스 밸브(136) 및 아웃렛 밸브(138)를 스로틀링하여 SCR 반응기(130) 내 주 배기 통로(139)의 압력을 (-) 압력 상태로 만들어 줌으로써 주 배기 통로(139)의 잔류 배기가스를 외부로 배출시켜 SCR 반응기(130) 내 황 성분이나 PM, 수트 등을 흡인하여 제거한다(S123).The controller 200 closes the inlet valve 137 and throttles the bypass valve 136 and the outlet valve 138 so that the main exhaust passage 138 in the SCR reactor 130 is opened, (-) pressure state in the SCR reactor 130 by discharging the residual exhaust gas from the main exhaust passage 139 to the outside to suck and remove the sulfur component, PM, or soot in the SCR reactor 130 (S123) .

본 발명에 따른 저압 SCR 시스템 및 그 제어 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The configuration of the low-pressure SCR system and the control method thereof according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the technical idea of the present invention.

110: 엔진 T/C, 120: 배기 라인,
130: SCR 반응기, 131: 하우징,
132: 촉매, 133: 바이패스 라인,
134: 노즐, 135: 천공 판,
136: 바이패스 밸브, 137: 인렛 밸브,
138: 아웃렛 밸브, 139: 주 배기 통로,
150: 환원제 공급장치, 160: 가열 장치,
200: 제어 장치
110: engine T / C, 120: exhaust line,
130: SCR reactor, 131: housing,
132: catalyst, 133: bypass line,
134: nozzle, 135: perforated plate,
136: bypass valve, 137: inlet valve,
138: outlet valve, 139: main exhaust passage,
150: Reducing agent supply device, 160: Heating device,
200: Control device

Claims (12)

SCR 반응기;
상기 SCR 반응기 내에 설치된 바이패스 라인;
상기 바이패스 라인의 전단에 설치된 바이패스 밸브;
상기 바이패스 라인과 구획되며, 촉매가 위치하는 상기 SCR 반응기 내의 주 배기 통로;
상기 SCR 반응기의 입구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 일측을 선택적으로 개폐하는 인렛 밸브; 및
상기 SCR 반응기의 출구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 타측을 선택적으로 개폐하는 아웃렛 밸브를 포함하며,
SCR 모드, 바이패스 모드 및 벤팅 모드 중 어느 하나의 운전모드를 선택하여 상기 운전모드에 따라 상기 바이패스 밸브, 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 조절하는 저압 SCR 시스템.
SCR reactor;
A bypass line installed in the SCR reactor;
A bypass valve provided at a front end of the bypass line;
A main exhaust passage in the SCR reactor partitioned with the bypass line and in which the catalyst is located;
An inlet valve installed at an inlet of the SCR reactor for selectively opening and closing one of the main exhaust passage and the bypass line; And
And an outlet valve installed at an outlet of the SCR reactor for selectively opening and closing the main exhaust passage and the other side of the bypass line,
Wherein the bypass valve, the inlet valve, and the outlet valve are adjusted according to the operation mode by selecting one of the SCR mode, the bypass mode, and the venting mode.
제1항에 있어서,
상기 SCR 모드인 경우, 상기 바이패스 밸브를 닫고 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 열어 배기가스를 상기 주 배기 통로의 촉매로 통과시키며,
상기 바이패스 모드인 경우, 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 닫아 상기 주 배기 통로를 밀폐시키고 상기 바이패스 밸브를 열어 상기 바이패스 라인을 통해 배기가스를 통과시키며,
상기 벤팅 모드인 경우, 상기 인렛 밸브를 닫고, 상기 바이패스 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 스로틀링하여 상기 주 배기 통로의 잔류 배기가스를 배출시키는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 1,
Closing the bypass valve and opening the inlet valve and the outlet valve to allow the exhaust gas to pass through the catalyst of the main exhaust passage,
Closing the inlet valve and the outlet valve to close the main exhaust passage and open the bypass valve to pass the exhaust gas through the bypass line,
Pressure SCR system in which the inlet valve is closed and the bypass valve and the outlet valve are throttled to discharge residual exhaust gas in the main exhaust passage in the venting mode.
제1항에 있어서,
모든 운전모드에서 엔진으로부터 배출된 배기가스를 상기 SCR 반응기의 내부로 통과시켜 상기 엔진이 가동되는 동안 상기 SCR 반응기의 내부 온도가 배기가스 온도 이상으로 유지되도록 하는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the exhaust gas discharged from the engine in all the operation modes is passed into the SCR reactor so that the internal temperature of the SCR reactor is maintained above the exhaust gas temperature while the engine is running.
제1항에 있어서,
상기 바이패스 라인의 후단에 설치된 노즐을 더 포함하는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a nozzle disposed downstream of the bypass line.
제1항에 있어서,
고체 탄산암모늄으로부터 암모니아 가스를 생성하여 상기 SCR 반응기의 전단으로 공급하는 환원제 공급장치를 더 포함하는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a reducing agent supply device for generating ammonia gas from the solid ammonium carbonate and feeding it to the front end of the SCR reactor.
제1항에 있어서,
상기 SCR 반응기의 내부 온도 승온을 위해 고온 고압의 공기를 발생시켜 상기 주 배기 통로에 공급하는 가열 장치를 더 포함하는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a heating device for generating high-temperature, high-pressure air for raising the internal temperature of the SCR reactor and supplying it to the main exhaust passage.
제6항에 있어서,
상기 바이패스 모드에서, 상기 가열 장치로부터 발생되는 고온 고압의 공기를 상기 주 배기 통로에 공급하여 상기 SCR 반응기의 내부 온도를 ABS(Ammonium Bisulfate) 기화 온도 이상으로 상승시키는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 6,
In the bypass mode, a low-pressure SCR system in which high-temperature, high-pressure air generated from the heating device is supplied to the main exhaust passage to raise the internal temperature of the SCR reactor to an ABS (Ammonium Bisulfate) gasification temperature or higher.
제6항에 있어서,
상기 SCR 모드로의 진입 전 또는 상기 SCR 모드 중 엔진 가동이 일시 중단되는 경우, 상기 가열 장치로부터 발생되는 고온 고압의 공기를 상기 주 배기 통로에 공급하여 상기 SCR 반응기의 내부 온도를 SCR 반응 온도 이상으로 유지시키는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 6,
Temperature high-pressure air generated from the heating device to the main exhaust passage before entering the SCR mode or when the engine operation is temporarily stopped during the SCR mode, the internal temperature of the SCR reactor is increased to the SCR reaction temperature or higher Low-pressure SCR system to maintain.
제1항에 있어서,
상기 SCR 반응기가 각각의 엔진 T/C(Turbo Charger)마다 설치되는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the SCR reactor is installed for each engine T / C (Turbo Charger).
제1항에 있어서,
상기 바이패스 라인은 상기 SCR 반응기 내의 중앙부에 상기 촉매를 관통하도록 설치되고, 상기 주 배기 통로는 상기 SCR 반응기 내에서 상기 바이패스 라인의 주변부에 위치하는 저압 SCR 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the bypass line is installed to pass through the catalyst in a central portion of the SCR reactor and wherein the main exhaust passage is located at a periphery of the bypass line in the SCR reactor.
SCR 반응기 내에 바이패스 라인과 촉매가 위치하는 주 배기 통로가 포함되는 저압 SCR 시스템의 제어 방법에 있어서,
SCR 모드, 바이패스 모드 및 벤팅 모드 중 어느 하나의 운전모드를 선택하는 단계; 및
상기 운전모드에 따라 상기 바이패스 라인 전단의 바이패스 밸브, 상기 SCR 반응기의 입구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 일측을 선택적으로 개폐하는 인렛 밸브와, 상기 SCR 반응기의 출구에 설치되어 상기 주 배기 통로 및 상기 바이패스 라인의 타측을 선택적으로 개폐하는 아웃렛 밸브를 조절하는 단계를 포함하는 저압 SCR 시스템의 제어 방법.
A control method of a low-pressure SCR system in which an SCR reactor includes a bypass line and a main exhaust passage in which a catalyst is located,
Selecting one of an SCR mode, a bypass mode, and a venting mode; And
An inlet valve disposed at an inlet of the SCR reactor and selectively opening and closing one side of the main exhaust passage and the bypass line in accordance with the operation mode; And adjusting an outlet valve for selectively opening and closing the main exhaust passage and the other side of the bypass line.
제11항에 있어서, 상기 밸브 조절 단계는,
상기 SCR 모드인 경우, 상기 바이패스 밸브를 닫고 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 열어 배기가스를 상기 주 배기 통로의 촉매로 통과시키는 단계;
상기 바이패스 모드인 경우, 상기 인렛 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 닫아 상기 주 배기 통로를 밀폐시키고 상기 바이패스 밸브를 열어 상기 바이패스 라인을 통해 배기가스를 통과시키는 단계; 및
상기 벤팅 모드인 경우, 상기 인렛 밸브를 닫고 상기 바이패스 밸브 및 상기 아웃렛 밸브를 스로틀링하여 상기 주 배기 통로의 잔류 배기가스를 배출시키는 단계를 포함하는 저압 SCR 시스템의 제어 방법.
12. The method of claim 11,
Closing the bypass valve and opening the inlet valve and the outlet valve to allow exhaust gas to pass through the catalyst in the main exhaust passage in the SCR mode;
Closing the inlet valve and the outlet valve to close the main exhaust passage and opening the bypass valve to pass the exhaust gas through the bypass line when the bypass mode is selected; And
And closing the inlet valve and throttle the bypass valve and the outlet valve to discharge residual exhaust gas in the main exhaust passage when the engine is in the venting mode.
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