KR102067851B1 - Selective catalytic reduction system - Google Patents
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Abstract
SCR 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스를 인가받아 내부에 설치된 SCR 촉매를 통해 처리하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 SCR 반응기; 운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어하되, 제1 모드에서는 SCR 반응기로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 암모니아 공급부를 구동해 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행하는 제어부를 포함한다. 엔진에서 배출되는 배기가스는 운전모드와 무관하게 SCR 반응기를 통과하도록 구성된다.
이에 따라, 바이패스라인이 생략되어 설치공간 및 자재공수를 절감하고, 시스템 운용을 간소화할 수 있으며, 바이패스라인이 생략된 구조에서 엔진 부하를 조정하여 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있다.The SCR system receives an exhaust gas discharged from the engine and processes it through an SCR catalyst installed therein to remove nitrogen oxides in the exhaust gas; The operation mode is controlled to any one of the first mode, the second mode, and the third mode, in which the exhaust gas flowing into the SCR reactor is passed as it is, and in the second mode, the ammonia supply unit is driven to enter the SCR reactor. In the third mode, the exhaust gas treatment is performed by supplying ammonia to the exhaust gas, and in the third mode, a controller is configured to adjust the engine load to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR reactor above the vaporization temperature of ABS to perform catalyst regeneration. . Exhaust gas from the engine is configured to pass through the SCR reactor regardless of the operating mode.
Accordingly, the bypass line is omitted, thereby reducing installation space and material man-hours, simplifying system operation, and efficiently regenerating the SCR catalyst by adjusting the engine load in a structure without the bypass line.
Description
본 발명은 SCR 시스템에 관한 것으로, 특히 설치공간 및 자재공수를 절감할 수 있고, 시스템 운용을 간소화할 수 있으며, SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있도록 하는 SCR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an SCR system, and more particularly, to an SCR system that can reduce installation space and material man-hours, simplify system operation, and efficiently recycle an SCR catalyst.
일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 엔진 등이 설치되어 운영되고 있다.In general, a ship is installed with a main engine driving a propeller to propel a ship, and a plurality of power generation engines for supplying power to various equipment or equipment mounted on the ship.
이러한 선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와 질소산화물인 NOx, 황산화물인 SOx 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.Exhaust gas emitted after combustion in such a ship engine contains a number of suspended particulates and harmful substances such as NOx, which is a nitrogen oxide, and SOx, which are sulfur oxides.
따라서 엔진의 배기라인에는 매연 여과 장치(DPF: Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매 환원 장치(SCR: Selective Catalytic Reduction), 스크러버(SCRubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.Therefore, the exhaust line of the engine is equipped with a diesel particulate filter (DPF), a selective catalytic reduction (SCR), and a scrubber (SCRubber, SOx removal) to remove harmful components in the exhaust gas.
이 중 SCR 시스템은 내부 촉매층을 갖고 배기라인 상에 설치되는 SCR 반응기를 포함하며, 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 촉매층에서 암모니아(NH3), 우레아(Urea) 등의 환원제와 화학적으로 반응시켜 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시킨다.Among these, the SCR system includes an SCR reactor having an internal catalyst layer and installed on an exhaust line, and reacts nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas chemically with a reducing agent such as ammonia (NH3) and urea (Urea) in the catalyst layer. It is decomposed into harmless water and nitrogen and then discharged.
촉매층에 구비되는 SCR 촉매는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, SCR 반응기 내에 한 개 또는 여러 개의 SCR 촉매가 연속 설치되는 형태로 구현된다.The SCR catalyst provided in the catalyst layer is composed of a porous catalyst filter formed by extrusion or metallic coating, and is implemented in a form in which one or several SCR catalysts are continuously installed in the SCR reactor.
이러한 SCR 시스템이 배기가스 내의 질소산화물을 제거할 때 부산물로 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4)가 생성되는데, 이는 특정 온도(예를 들어, 340℃) 이상에서는 기체 상태가 되지만, 특정 온도 이하에서는 액체 상태가 되어 SCR 촉매에 달라붙게 된다.When these SCR systems remove nitrogen oxides in the exhaust gas, by-products of ABS (Ammonium Bisulfate: NH4HSO4) are produced, which are gaseous above a certain temperature (eg 340 ° C), but liquid below a certain temperature. To adhere to the SCR catalyst.
ABS는 SCR 촉매에 피독 작용을 일으켜 탈질 성능을 저하시키며, 이로 인해 다공질의 SCR 촉매가 막혀 배압이 높아지고 배기가스의 흐름을 방해하게 되는 문제점이 있다.ABS causes poisoning of the SCR catalyst and thus lowers the denitrification performance. As a result, the porous SCR catalyst is blocked, thereby increasing the back pressure and disturbing the flow of the exhaust gas.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 SCR 반응기의 운전을 중지한 상태에서 별도의 열원으로 고온을 SCR 반응기 측으로 제공해 ABS를 녹여 증발시키는 재생 과정을 수행하게 되는데, 이 경우 연료 소모량이 많고 열 효율이 떨어지는 문제점이 있다.In order to solve this problem, conventionally, the high temperature is provided to the SCR reactor as a separate heat source in a state in which the operation of the SCR reactor is stopped to perform a regeneration process in which ABS is melted and evaporated. There is a problem.
또한, 기존의 대형 엔진용 SCR 시스템은 통상 SCR 반응기를 우회하는 바이패스라인을 구비하게 되는데 이 경우 바이패스라인을 이루는 배관이나 밸브, 배기가스 경로를 SCR 반응기 측 또는 바이패스라인 측으로 선택할 수 있도록 하기 위한 각종 밸브 등 부가적 장치들을 설비하여야 하므로 설치공간 및 자재공수가 과다 소요되고 시스템 운용이 복잡한 문제점이 있다.In addition, existing SCR systems for large engines generally have a bypass line that bypasses the SCR reactor, in which case the piping, valves and exhaust gas paths forming the bypass line can be selected as the SCR reactor side or the bypass line side. Since additional devices such as various valves must be installed, installation space and material maneuver are excessive, and system operation is complicated.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 바이패스라인이 생략되어 선박 내 제한적인 공간을 적게 차지하면서 설치 가능하고, 자재공수를 절감할 수 있으며, 시스템 운용을 간소화할 수 있도록 하는 SCR 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, the bypass line can be omitted, can be installed while occupying limited space in the vessel, can save material maneuver, simplify the system operation It is an object of the present invention to provide an SCR system.
또한, 본 발명은 바이패스라인이 생략된 SCR 시스템에서 엔진 부하를 조정하여 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있고, 촉매 재생 과정에서의 연료 소모량을 저감해 열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 SCR 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, the present invention provides an SCR system capable of efficiently regenerating the SCR catalyst by adjusting the engine load in the SCR system in which the bypass line is omitted, and improving the thermal efficiency by reducing fuel consumption during the catalyst regeneration process. Has its purpose.
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.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스를 인가받아 내부에 설치된 SCR 촉매를 통해 처리하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 SCR 반응기; 배기가스 처리를 위해 상기 SCR 반응기에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급부; 및 운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어하되, 제1 모드에서는 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 상기 암모니아 공급부를 구동해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행하는 제어부를 포함하며, 엔진에서 배출되는 배기가스가 운전모드와 무관하게 상기 SCR 반응기를 통과하도록 구성된다.SCR system according to the present invention for achieving the above object is an SCR reactor for receiving the exhaust gas discharged from the engine to process through the SCR catalyst installed therein to remove nitrogen oxides in the exhaust gas; An ammonia supply unit supplying ammonia to the SCR reactor for exhaust gas treatment; And controlling the operation mode to any one of a first mode, a second mode, and a third mode, in which the exhaust gas flowing into the SCR reactor is passed as it is, and in the second mode, the ammonia supply unit is driven to drive the SCR. The exhaust gas treatment is performed by supplying ammonia to the exhaust gas flowing into the reactor, and in the third mode, the engine load is adjusted to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR reactor above the vaporization temperature of ABS to perform catalyst regeneration. And an exhaust gas discharged from the engine passes through the SCR reactor regardless of the operation mode.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 온도 측정부를 통해 측정된 온도와 ABS의 기화 온도 간의 차이를 기초로 엔진 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 높이고 고온의 배기가스로 상기 SCR 반응기를 승온시켜 촉매 재생을 수행할 수 있다.The SCR system according to the present invention may further include a temperature measuring unit for measuring the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR reactor, in which case the control unit measures the difference between the temperature measured by the temperature measuring unit and the vaporization temperature of the ABS. On the basis of the increase in the engine load to increase the exhaust gas temperature, the catalyst can be carried out by heating the SCR reactor with a high temperature exhaust gas.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 압축 공기를 분사하여 수트를 제거하는 수트 블로워; 및 상기 수트 블로워에 가열된 공기 또는 스팀을 주입하여 상기 SCR 촉매의 주변 온도를 상승시키는 ABS 기화장치를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 제3 모드에서 엔진 부하를 조정함과 더불어 상기 수트 블로워 및 상기 ABS 기화장치를 함께 구동하여 촉매 재생을 수행할 수 있다.SCR system according to the present invention comprises a soot blower for removing the soot by injecting compressed air; And an ABS vaporizer that injects heated air or steam into the soot blower to increase the ambient temperature of the SCR catalyst, in which case the controller adjusts the engine load in a third mode and the soot. Catalyst regeneration may be performed by driving the blower and the ABS vaporizer together.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 암모니아 공급부는 우레아를 암모니아 가스로 분해하는 우레아 분해장치; 및 상기 우레아 분해장치로부터 암모니아 가스를 공급받아 상기 SCR 반응기의 전단으로 주입하는 암모니아 주입장치를 포함할 수 있다.In the SCR system according to the present invention, the ammonia supply unit comprises a urea decomposition device for decomposing urea into ammonia gas; And an ammonia injector receiving ammonia gas from the urea cracker and injecting the ammonia gas into the front end of the SCR reactor.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 제어부는 기설정된 주기마다 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 촉매 재생을 수행할 수 있다.In the SCR system according to the present invention, the controller may perform catalyst regeneration by generating a catalyst regeneration event at predetermined intervals.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 차압을 측정하는 압력 측정부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 압력 측정부를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이상인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 차압이 기설정된 값 이하가 되면 제3 모드를 종료할 수 있다.The SCR system according to the present invention may further include a pressure measuring unit for measuring the differential pressure between the front end and the rear end of the SCR catalyst provided in the SCR reactor, in which case the control unit is a preset pressure differential measured through the pressure measuring unit If the value is equal to or greater than the value, the catalyst regeneration event is generated to enter the third mode, the engine load is adjusted by adjusting the engine load in the third mode, and the third mode may be terminated when the measured differential pressure becomes equal to or less than a predetermined value.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 질소산화물 농도 차이로부터 탈질 효율을 측정하는 탈질 효율 측정부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 탈질 효율 측정부를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이하인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 탈질 효율이 기설정된 값 이상이 되면 제3 모드를 종료할 수 있다.SCR system according to the present invention may further include a denitrification efficiency measuring unit for measuring the denitrification efficiency from the nitrogen oxide concentration difference between the front end and the rear end of the SCR catalyst provided in the SCR reactor, the control unit in this case the denitrification efficiency measurement When the denitrification efficiency measured through the negative value is less than or equal to a predetermined value, a catalyst regeneration event is generated to enter the third mode, and then the catalyst regeneration is performed by adjusting the engine load in the third mode, and the measured denitrification efficiency is greater than or equal to the preset value. If the third mode can be terminated.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 제어부는 제3 모드에서 상기 암모니아 공급부를 함께 구동하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작 및 촉매 재생 동작을 병행할 수 있다.In the SCR system according to the present invention, the control unit may drive the ammonia supply unit together in a third mode to perform the exhaust gas treatment operation and the catalyst regeneration operation through the SCR reactor.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 제어부는 제3 모드에서 상기 암모니아 공급부의 구동을 정지하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.In the SCR system according to the present invention, the control unit may perform a catalyst regeneration operation in a state in which the exhaust gas treatment operation through the SCR reactor is stopped by stopping driving of the ammonia supply unit in a third mode.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서, 상기 SCR 반응기는 T/C(Turbo Charger)의 후단으로 설치될 수 있다.In the SCR system according to the present invention, the SCR reactor may be installed at the rear of the turbo charger (T / C).
본 발명에 따른 SCR 시스템은 바이패스라인이 생략되어 선박 내 제한적인 공간을 적게 차지하면서 설치 가능하고, 자재공수를 절감할 수 있으며, 시스템 운용을 간소화할 수 있다.SCR system according to the present invention can be installed while bypassing the bypass line occupies less space in the ship, can reduce the material maneuver, and can simplify the system operation.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템은 바이패스라인이 생략된 SCR 시스템에서 엔진 부하를 조정하여 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있고, 촉매 재생 과정에서의 연료 소모량을 저감해 열 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the SCR system according to the present invention can efficiently recycle the SCR catalyst by adjusting the engine load in the SCR system in which the bypass line is omitted, and improve the thermal efficiency by reducing the fuel consumption in the catalyst regeneration process.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 개략적 구성도.
도 2는 도 1에 나타난 SCR 반응기의 촉매 재생 동작을 보다 상세히 설명하기 위한 예시적인 구성도.
도 3은 엔진 부하 변화에 따른 배기가스 온도를 예시한 표.
도 4는 촉매 재생 효과를 설명하기 위해 탈질 효율 변화를 예시한 그래프.1 is a schematic structural diagram of an SCR system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary configuration for explaining in more detail the catalyst regeneration operation of the SCR reactor shown in FIG.
3 is a table illustrating the exhaust gas temperature according to the change of the engine load.
4 is a graph illustrating the change in denitrification efficiency to explain the catalyst regeneration effect.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SCR 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, an SCR system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 SCR 시스템에서는 SCR 반응기를 우회하는 바이패스라인을 없애 이와 관련하여 과다 소요될 수 있는 설치공간 및 자재공수를 절감한다.In the SCR system according to the present invention, the bypass line bypassing the SCR reactor is eliminated, thereby reducing installation space and material man-hours that may be excessively related thereto.
바이패스라인이 전면 생략됨에 따라, 배기가스 경로를 SCR 반응기 측 또는 바이패스라인 측으로 선택할 필요 없이 엔진에서 배출되는 배기가스가 항상 SCR 반응기를 통과하게 된다.As the bypass line is omitted entirely, the exhaust gas from the engine always passes through the SCR reactor without the need to select the exhaust gas path to the SCR reactor side or the bypass line side.
또한, 바이패스라인이 생략되어 간소화된 SCR 시스템에서 엔진 부하를 조정하여 배기가스 온도를 높이고 이 고온의 배기가스를 통해 SCR 반응기를 승온시킴으로써 SCR 촉매를 효율적으로 재생할 수 있도록 한다.In addition, bypass lines are omitted, allowing the SCR catalyst to be efficiently regenerated by adjusting the engine load in a simplified SCR system to increase the exhaust gas temperature and raising the SCR reactor through this high temperature exhaust gas.
촉매 재생 동작은 편의상 SCR 반응기의 운전중 배기가스 처리 동작과 병행하여 이루어질 수도 있고, SCR 반응기의 운전을 정지한 상태에서 수행하여 보다 완전한 촉매 재생 효과를 도모할 수도 있다.The catalyst regeneration operation may be performed in parallel with the exhaust gas treatment operation during operation of the SCR reactor, or may be performed while the operation of the SCR reactor is stopped to achieve a more complete catalyst regeneration effect.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템의 개략적 구성도이다.1 is a schematic structural diagram of an SCR system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스는 T/C(Turbo Charger)(20)를 구동한 후 배기라인을 통해 SCR 반응기(40) 방향으로 유도된다.Referring to FIG. 1, the exhaust gas discharged from the
SCR 반응기(40)는 엔진(10) 및 T/C(20)를 거쳐 유입되는 배기가스를 인가받아 내부에 설치된 SCR 촉매를 통해 처리하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거한다.The
암모니아 공급부(30)는 배기가스 처리를 위해 SCR 반응기(40)에 환원제인 암모니아를 공급한다.The
전술한 암모니아 공급부(30)는 우레아를 암모니아 가스로 분해하는 우레아 분해장치(31)와, 우레아 분해장치(31)로부터 암모니아 가스를 공급받아 SCR 반응기(40)의 전단으로 주입하는 암모니아 주입장치(32)를 포함하도록 구성될 수 있다.The
우레아 분해장치(31)는 버너나 전기로, 또는 마이크로웨이브와 같은 에너지원 등을 사용하여 우레아를 암모니아 가스로 바꾸어줄 수 있다.The
또한 암모니아 가스가 직접 주입될 수 있도록 암모니아 주입장치(32)의 일단을 AIG(ammonia injection grid) 형태로 구현하여 배기라인에 부착할 수 있다. 실시예에 따라 노즐 형태의 암모니아 주입장치(32)를 사용할 수도 있다.In addition, one end of the
암모니아 공급부(30)에서 사용되는 환원제로는 액체 우레아뿐만 아니라 고체상의 물질 즉 고체 우레아, 탄산암모늄(Ammonium carbonate) 등의 물질도 적용 가능하며 이들 물질이 분해되어 암모니아 가스 형태로 SCR 반응기(40)의 전단에 주입된다.As the reducing agent used in the
제어부(100)는 이와 같이 구성된 SCR 시스템의 운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어할 수 있다. 바이패스라인이 구비되지 않으므로, 엔진(10) 및 T/C(20)를 거쳐 배기라인으로 유입되는 배기가스는 제1 모드 내지 제3 모드 모두에서, 즉 운전모드와 무관하게 항상 SCR 반응기(40)를 통과하도록 구성된다.The
전술한 제어부(100)는 제1 모드에서는 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 SCR 반응기(40)를 운전하면서 암모니아 공급부(30)를 구동해 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS(Ammonium Bisulfate:NH4HSO4)의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행한다.The
제1 모드에서는, SCR 반응기(40)의 운전이 정지되며, 배기가스 처리 및 촉매 재생 없이 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키게 된다.In the first mode, the operation of the
배기가스를 그냥 통과시키는 제1 모드를 유지하는 중에 예컨대 선박이 ECA(Emission Control Area) 지역으로 들어가면, 제어부(100)는 제2 모드로 전환하고, 제2 모드에서 암모니아 공급부(30)를 구동하여 암모니아를 공급하면서 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 배기가스 처리 동작을 수행한다.If the vessel enters the ECA (Emission Control Area) area while maintaining the first mode of simply passing the exhaust gas, the
이후 촉매 재생 이벤트가 발생하면, 제어부(100)는 SCR 시스템의 운전모드를 제3 모드로 전환한 후, 제3 모드에서 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생 동작을 수행한다. 이때, 제어부(100)는 엔진 부하를 조정함으로써 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 효과적으로 승온시킬 수 있다.Then, when the catalyst regeneration event occurs, the
제3 모드로의 전환시에 제어부(100)는 SCR 반응기(40)의 운전 유무와 무관하게 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.When switching to the third mode, the
즉 제3 모드에서 제어부(100)는 암모니아 공급부(30)를 함께 구동하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리 및 촉매 재생을 병행할 수도 있고, 암모니아 공급부(30)의 구동을 정지하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리를 정지한 상태에서 촉매 재생만을 수행할 수도 있다.That is, in the third mode, the
일례로, 제2 모드에서 암모니아 공급부(30)를 구동하면서 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스 처리를 수행하던 중에 촉매 재생 이벤트가 발생하는 경우, 제어부(40)는 제2 모드로부터 제3 모드로 전환하여 촉매 재생 동작을 수행하되, 제3 모드에서 암모니아 공급부(30)를 계속 구동하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리 동작을 지속하면서 촉매 재생 동작을 병행할 수 있다.For example, when a catalyst regeneration event occurs while driving the
혹은 제어부(100)는 보다 완전한 촉매 재생 동작을 위해, 제3 모드로의 전환시에 암모니아 공급부(30)의 구동을 중단하여 SCR 반응기(40)를 통한 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행할 수도 있다.Alternatively, the
한편, 도 1에서는 SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 후단에 설치되는 SCR 시스템의 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 전단으로 설치되는 SCR 시스템에도 적용될 수 있다.Meanwhile, although FIG. 1 illustrates an SCR system in which the
단, SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 후단에 설치되는 경우에는 배기가스가 T/C(20)를 구동한 후 SCR 반응기(40)로 유입됨에 따라, SCR 반응기(40)가 T/C(20)의 전단에 설치되는 경우에 비해 상대적으로 낮은 온도의 배기가스가 배출되기 때문에 ABS의 침적으로 인한 촉매의 피독 발생 및 탈질 성능 저하가 더욱 큰 문제가 된다.However, when the
그러므로, 전술한 촉매 재생 동작이 보다 유효하게 적용될 수 있다.Therefore, the above-described catalyst regeneration operation can be applied more effectively.
도 2는 도 1에 나타난 SCR 반응기의 촉매 재생 동작을 보다 상세히 설명하기 위한 예시적인 구성도이다.FIG. 2 is an exemplary configuration diagram illustrating the catalyst regeneration operation of the SCR reactor shown in FIG. 1 in more detail.
도 2를 참조하면, SCR 반응기(40) 내에는 배기가스 처리를 위한 SCR 촉매(41)가 설치된다.Referring to FIG. 2, an
또한, SCR 반응기(40)에는 온도 측정부(70), 압력 측정부(80)나 탈질 효율 측정부(90)가 추가적으로 구비될 수 있다.In addition, the
온도 측정부(70)는 SCR 반응기(40)의 내부, 또는 그 전단이나 후단에 설치되어 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(100)로 인가한다.The
압력 측정부(80)는 SCR 반응기(40) 내에 구비된 SCR 촉매의 전단과 후단의 차압을 측정하고, 측정된 차압을 제어부(100)로 인가한다.The pressure measuring unit 80 measures the differential pressure between the front end and the rear end of the SCR catalyst provided in the
탈질 효율 측정부(90)는 SCR 반응기(40) 내에 구비된 SCR 촉매(41)의 전단과 후단의 질소산화물 농도 차이로부터 탈질 효율을 측정하고, 측정된 탈질 효율을 제어부(100)로 인가한다.The denitrification efficiency measuring unit 90 measures the denitrification efficiency from the difference between nitrogen oxide concentrations at the front and rear ends of the
촉매 재생 이벤트의 발생시에, 제어부(100)는 온도 측정부(70)를 통해 측정된 현재 온도와 ABS의 기화 온도 간의 차이를 기초로 엔진 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 높이고 이 고온의 배기가스로 SCR 반응기(40)를 승온시켜 촉매 재생을 수행할 수 있다.When the catalyst regeneration event occurs, the
제어부(100)는 기설정된 주기마다, 예컨대 선박이 공해상을 운항하여 SCR 반응기(40)가 운전되지 않는 동안 주기적으로 촉매 재생 이벤트를 발생시킬 수 있다.The
또한 제어부(100)는 압력 측정부(80)를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이상인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시킬 수도 있다. In addition, the
이 경우 제어부(100)는 촉매 재생 이벤트가 발생함에 따라 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 배기가스 온도를 상승시켜 촉매 재생을 수행하고, 압력 측정부(80)를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이하가 되면 제3 모드를 종료한다. 제3 모드의 종료 후에는 원래의 운전모드(제1 모드 또는 제2 모드)로 되돌아갈 수 있다.In this case, as the catalyst regeneration event occurs, the
또한 제어부(100)는 탈질 효율 측정부(90)를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이하인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시킬 수도 있다.In addition, the
이 경우 제어부(100)는 촉매 재생 이벤트가 발생함에 따라 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 배기가스 온도를 상승시켜 촉매 재생을 수행하고, 탈질 효율 측정부(90)를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이상이 되면 제3 모드를 종료한다. 제3 모드의 종료 후에는 원래의 운전모드(제1 모드 또는 제2 모드)로 되돌아갈 수 있다.In this case, as the catalyst regeneration event occurs, the
또한 일 실시예에서 제어부(100)는 제3 모드로 진입하여 촉매 재생을 수행할 경우 엔진 부하를 조정함과 더불어 수트 블로워(50) 및 ABS 기화장치(60)를 함께 구동할 수도 있다.In addition, in one embodiment, when the
SCR 촉매(41)에는 ABS 외에도 연료의 불완전연소에 의해 생성되는 수트(soot)가 침적될 수 있는데 이 또한 촉매 성능을 저하시키는 주요 원인이 된다.In addition to the ABS, the
수트 블로워(50)는 SCR 촉매(41)에 압축 공기를 분사하는 것으로, SCR 촉매(41)의 전방에 SCR 촉매(41)와 일정 간격을 두고 설치되며, 제어부(100)의 제어 하에 동작하여 배기가스의 흐름과 동일한 방향으로 압축 공기를 분사함으로써 SCR 촉매(41) 표면에 침적되어 있는 수트를 제거한다.The
전술한 수트 블로워(50)는 SCR 촉매(41)를 향해 압축 공기를 분사하는 노즐부(51), 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부(53), 제어부(100)의 제어 하에 개도량이 제어되어 노즐부(51)를 통해 SCR 촉매(41)로 분사되는 압축 공기의 양을 조절하는 밸브(55)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
ABS 기화장치(60)는 수트 블로워(50)에 가열된 공기 또는 스팀을 주입하여 SCR 촉매(41)의 주변 온도를 상승시켜 촉매 재생 동작을 지원한다.The
전술한 ABS 기화장치(60)는 버너, 전기로, 복사열 등을 활용하여 가열된 공기나 스팀과 같은 고온 가스를 공급하는 고온 가스 공급부(61), 제어부(100)의 제어 하에 개도량이 제어되어 수트 블로워(50)를 통해 SCR 반응기(40) 내로 제공되는 고온 가스의 양을 조절하는 밸브(63)를 포함하여 이루어질 수 있다.The above-described
도 3은 엔진 부하 변화에 따른 배기가스 온도를 예시한 표이다. 그리고, 도 4는 촉매 재생 효과를 설명하기 위해 탈질 효율 변화를 예시한 그래프이다.3 is a table illustrating an exhaust gas temperature according to an engine load change. And, Figure 4 is a graph illustrating a change in denitrification efficiency to explain the catalyst regeneration effect.
전술한 바와 같이, 제어부(100)는 엔진 부하를 변화시켜 SCR 반응기(40)로 유입되는 배기가스 온도를 상승시키고 이를 통해 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.As described above, the
도 3에 예시된 표를 참조하면, 엔진(10)의 운전 부하가 25%, 50%, 70%, 100%로 증가함에 따라 배기가스 온도는 230℃, 240℃, 260℃, 280℃로 상승한다.Referring to the table illustrated in FIG. 3, as the operating load of the
즉 촉매 재생 동작시 엔진(10)의 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 상승시킬 수 있음을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the exhaust gas temperature can be increased by increasing the load of the
도 4의 Status A, Status B, Status C는 SCR 시스템의 운전 상태(Fresh), 피독 상태(Aged), 재생 상태에서의 탈질 효율(NOx Conversion)을 각각 예시한 것이다.Status A, Status B, and Status C of FIG. 4 illustrate the denitrification efficiency (NOx Conversion) in the operation state (Fresh), poisoned state (Aged), and regeneration state of the SCR system, respectively.
일례로, 선박이 ECA(Emission Control Area) 지역으로 들어가는 경우 제어부(100)는 암모니아 공급부(30)를 구동하여 환원제인 암모니아를 주입하면서 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스를 처리한다.For example, when the vessel enters the ECA (Emission Control Area) area, the
이때 전술한 SCR 시스템의 구성에 있어 엔진(10)에서 배출되는 배기가스는 별도의 바이패스라인 없이 항상 SCR 반응기(40)를 통과하도록 구성되므로, 제어부(100)는 SCR 반응기(40)의 운전 유무와 무관하게 촉매 재생 동작을 수행할 수 있다.At this time, since the exhaust gas discharged from the
즉 암모니아를 주입하며 SCR 반응기(40)를 운전해 배기가스 처리 동작을 지속하면서 촉매 재생 동작을 병행할 수도 있고, 암모니아 주입 및 SCR 반응기(40)의 운전을 중단해 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행할 수도 있다.In other words, the catalyst regeneration operation may be performed while injecting ammonia and driving the
도 4를 참조하면, SCR 촉매(41)의 피독이 발생하여 탈질 효율이 저하되는 경우(Status A → Status B), 제어부(100)는 ECA 지역 내에서 SCR 반응기(40)를 계속 운전하면서 동시에 엔진(10)의 운전 부하를 변화시켜 배기가스 온도를 상승시킴으로써 촉매 재생을 수행할 수 있다(Status B → Status C).Referring to FIG. 4, when the poisoning of the
혹은, 제어부(100)는 보다 완전한 촉매 재생을 위해 ECA 지역을 벗어나 공해상으로 진입한 후, 암모니아 주입을 중단하여 SCR 반응기(40)의 운전을 정지시키고, 이러한 상태에서 엔진(10)의 운전 부하를 변화시켜 배기가스 온도를 상승시킴으로서 촉매 재생을 수행할 수도 있다(Status B → Status C).Alternatively, the
본 발명에 따른 SCR 시스템의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The configuration of the SCR system according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the range permitted by the technical idea of the present invention.
10: 엔진
20: T/C
30: 암모니아 공급부
40: SCR 반응기
50, 60: 촉매 재생부
100: 제어부10: engine
20: T / C
30: ammonia supply
40: SCR reactor
50, 60: catalyst regeneration unit
100: control unit
Claims (10)
배기가스 처리를 위해 상기 SCR 반응기에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급부; 및
운전모드를 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중의 어느 하나로 제어하되, 제1 모드에서는 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스를 그대로 통과시키고, 제2 모드에서는 상기 암모니아 공급부를 구동해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 암모니아를 공급하여 배기가스 처리를 수행하며, 제3 모드에서는 엔진 부하를 조정해 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 ABS의 기화 온도 이상으로 상승시켜 촉매 재생을 수행하는 제어부를 포함하며,
엔진에서 배출되는 배기가스가 운전모드와 무관하게 상기 SCR 반응기를 통과하도록 구성된 SCR 시스템.
An SCR reactor receiving nitrogen gas from the exhaust gas by treating the exhaust gas discharged from the engine through an SCR catalyst installed therein;
An ammonia supply unit supplying ammonia to the SCR reactor for exhaust gas treatment; And
Control the operation mode to any one of the first mode, the second mode and the third mode, in the first mode to pass the exhaust gas flowing into the SCR reactor as it is, in the second mode to drive the ammonia supply unit in the SCR reactor Ammonia is supplied to the exhaust gas introduced into the exhaust gas, and the exhaust gas treatment is performed. In the third mode, the engine load is adjusted to increase the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR reactor above the vaporization temperature of ABS to perform catalyst regeneration. It includes a control unit,
SCR system configured to allow the exhaust gas from the engine to pass through the SCR reactor regardless of the operating mode.
상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 온도 측정부를 통해 측정된 온도와 ABS의 기화 온도 간의 차이를 기초로 엔진 부하를 증가시켜 배기가스 온도를 높이고 고온의 배기가스로 상기 SCR 반응기를 승온시켜 촉매 재생을 수행하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising a temperature measuring unit for measuring the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR reactor,
The control unit increases the engine load on the basis of the difference between the temperature measured by the temperature measuring unit and the vaporization temperature of the ABS to increase the exhaust gas temperature and the temperature of the SCR reactor with a high temperature exhaust gas to perform catalyst regeneration.
압축 공기를 분사하여 수트를 제거하는 수트 블로워; 및
상기 수트 블로워에 가열된 공기 또는 스팀을 주입하여 상기 SCR 촉매의 주변 온도를 상승시키는 ABS 기화장치를 더 포함하며,
상기 제어부는 제3 모드에서 엔진 부하를 조정함과 더불어 상기 수트 블로워 및 상기 ABS 기화장치를 함께 구동하여 촉매 재생을 수행하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
A soot blower that blows compressed air to remove the soot; And
Including the ABS vaporizer to increase the ambient temperature of the SCR catalyst by injecting heated air or steam to the soot blower,
The control unit adjusts the engine load in the third mode and drives the soot blower and the ABS vaporizer together to perform catalyst regeneration.
상기 암모니아 공급부는,
우레아를 암모니아 가스로 분해하는 우레아 분해장치; 및
상기 우레아 분해장치로부터 암모니아 가스를 공급받아 상기 SCR 반응기의 전단으로 주입하는 암모니아 주입장치를 포함하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
The ammonia supply unit,
A urea cracker for decomposing urea into ammonia gas; And
SCR system comprising an ammonia injector for receiving ammonia gas from the urea cracker and injecting the ammonia gas in front of the SCR reactor.
상기 제어부는 기설정된 주기마다 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 촉매 재생을 수행하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
The control unit generates a catalyst regeneration event every predetermined period to perform the catalyst regeneration.
상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 차압을 측정하는 압력 측정부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 압력 측정부를 통해 측정된 차압이 기설정된 값 이상인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 차압이 기설정된 값 이하가 되면 제3 모드를 종료하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising a pressure measuring unit for measuring the differential pressure between the front end and the rear end of the SCR catalyst provided in the SCR reactor,
The control unit generates a catalyst regeneration event when the differential pressure measured by the pressure measuring unit is greater than or equal to a preset value, enters the third mode, adjusts the engine load in the third mode, and performs the catalyst regeneration. The SCR system terminates the third mode when the set value is less than the set value.
상기 SCR 반응기 내에 구비된 상기 SCR 촉매의 전단과 후단의 질소산화물 농도 차이로부터 탈질 효율을 측정하는 탈질 효율 측정부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 탈질 효율 측정부를 통해 측정된 탈질 효율이 기설정된 값 이하인 경우 촉매 재생 이벤트를 발생시켜 제3 모드로 진입한 후 제3 모드에서 엔진 부하를 조정하여 촉매 재생을 수행하며, 상기 측정 탈질 효율이 기설정된 값 이상이 되면 제3 모드를 종료하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising a denitrification efficiency measuring unit for measuring the denitrification efficiency from the nitrogen oxide concentration difference between the front end and the rear end of the SCR catalyst provided in the SCR reactor,
The control unit generates a catalyst regeneration event when the denitrification efficiency measured by the denitrification efficiency measuring unit is less than or equal to a predetermined value, enters the third mode, and adjusts the engine load in the third mode to perform catalyst regeneration. And the SCR system terminates the third mode when the efficiency reaches a predetermined value or more.
상기 제어부는,
제3 모드에서 상기 암모니아 공급부를 함께 구동하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작 및 촉매 재생 동작을 병행하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
The control unit,
SCR system for driving the ammonia supply unit together in the third mode to perform the exhaust gas treatment operation and the catalyst regeneration operation through the SCR reactor.
상기 제어부는,
제3 모드에서 상기 암모니아 공급부의 구동을 정지하여 상기 SCR 반응기를 통한 배기가스 처리 동작을 정지한 상태에서 촉매 재생 동작을 수행하는 SCR 시스템.
The method of claim 1,
The control unit,
SCR system for performing a catalyst regeneration operation in the state in which the exhaust gas treatment operation through the SCR reactor is stopped by stopping the drive of the ammonia supply unit in the third mode.
상기 SCR 반응기는 T/C(Turbo Charger)의 후단으로 설치되는 SCR 시스템.The method of claim 1,
The SCR reactor is installed in the rear end of the turbo charger (T / C) SCR system.
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