KR101677797B1

KR101677797B1 - 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치

Info

Publication number: KR101677797B1
Application number: KR1020140065013A
Authority: KR
Inventors: 이재문; 이창희; 김동환; 김상진
Original assignee: 두산엔진주식회사
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2016-11-18
Also published as: KR20150137332A; WO2015182812A1

Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 주동력원으로 사용되며 질소산화물을 함유한 배기가스를 배출하는 제1 엔진과, 상기 제1 엔진의 배기가스가 이동하는 제1 배기 유로와, 상기 제1 배기 유로 상에 설치되어 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기와, 상기 제1 배기 유로를 따라 상기 반응기로 이동하는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부와, 상기 환원제 분사부에 공급할 환원제를 생성하는 분해 챔버와, 상기 반응기를 거친 배기가스의 일부를 상기 제1 배기 유로에서 분기시켜 상기 분해 챔버로 재순환시키는 순환 유로와, 발전용 보조 동력원으로 사용되며 상기 제1 엔진보다 상대적으로 높은 온도의 배기가스를 배출하는 제2 엔진, 그리고 상기 제2 엔진의 배기가스를 상기 분해 챔버에 공급하기 위해 상기 순환 유로와 연결된 제2 배기 유로를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치{POWER PLANT WITH SELECTIVE CATALYTIC REUCTION SYSTEM}

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전용 보조 엔진을 사용하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박 등에 사용되는 동력 장치는 저속 디젤 엔진과 과급기(turbocharger) 등을 포함한다. 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 디젤 엔진에서 발생된 배기가스를 정화하여 질소산화물을 저감시키기 위한 시스템이다.

선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.

선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 우레아(urea)를 가수분해시켜 주로 사용하고 있다. 이때, 가수분해의 효율을 향상시키기 위해 가수분해 챔버의 내부 온도를 별도의 전기 히터 또는 버너를 이용하여 가수분해 반응 온도까지 상승시키는 방법을 사용하고 있다.

하지만, 가수분해에 소모되는 에너지가 적지 않으므로, 전체적인 선택적 촉매 환원 시스템의 운전에 필요 이상으로 많은 에너지가 소모되는 문제점이 있다.

또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 경제성과 방사능 규제 등을 고려하여 섭씨 250도 내지 섭씨 400도의 활성 온도 범위를 갖는 고온 활성 촉매를 주로 이용하고 있다.

그런데 고온 활성 촉매가 설치된 반응기에 섭씨 250도 이하의 온도를 갖는 배기가스가 유입되면, 디젤 엔진의 연료에 함유된 황 성분에 의해 촉매가 피독되면서 촉매의 활성이 지속적으로 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는데 전체적으로 소모되는 에너지를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 환원 반응에 사용된 촉매를 효과적으로 재생할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 주동력원으로 사용되며 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 배출하는 제1 엔진과, 상기 제1 엔진의 배기가스가 이동하는 제1 배기 유로와, 상기 제1 배기 유로 상에 설치되어 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기와, 상기 제1 배기 유로를 따라 상기 반응기로 이동하는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부와, 상기 환원제 분사부에 공급할 환원제를 생성하는 분해 챔버와, 상기 반응기를 거친 배기가스의 일부를 상기 제1 배기 유로에서 분기시켜 상기 분해 챔버로 재순환시키는 순환 유로와, 발전용 보조 동력원으로 사용되며 상기 제1 엔진보다 상대적으로 높은 온도의 배기가스를 배출하는 제2 엔진, 그리고 상기 제2 엔진의 배기가스를 상기 분해 챔버에 공급하기 위해 상기 순환 유로와 연결된 제2 배기 유로를 포함한다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 반응기 전방의 상기 제1 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 전방 밸브와, 상기 반응기 후방의 상기 제1 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 후방 밸브와, 상기 제1 배기 유로와의 분기점과 상기 제2 배기 유로와의 합류점 사이의 상기 순환 유로에 설치된 순환 밸브, 그리고 상기 제2 배기 유로 상에 설치된 제2 배기 공급 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 반응기를 우회하여 상기 제1 배기 전방 밸브 전방의 상기 제1 배기 유로와 상기 제1 배기 후방 밸브 후방의 상기 제1 배기 유로를 연결하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 분해 챔버와 상기 제2 배기 유로의 합류점 사이의 상기 순환 유로에 설치된 보조 가열 부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 분해 챔버와 상기 제2 배기 유로의 합류점 사이의 상기 순환 유로에 설치된 블로워를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 배기 정화 모드, 폐루프 촉매 재생 모드, 및 개루프 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 그리고 상기 배기 정화 모드에서 상기 제1 배기 전방 밸브와 상기 제1 배기 후방 밸브 그리고 상기 제2 배기 공급 밸브는 개방하고, 상기 바이패스 밸브와 상기 순환 밸브는 차단할 수 있다. 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 상기 순환 밸브와 상기 바이패스 밸브는 개방하고, 상기 제1 배기 전방 밸브와 상기 제1 배기 후방 밸브 그리고 상기 제2 배기 공급 밸브는 차단할 수 있다. 상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 제2 배기 공급 밸브와 상기 제1 배기 후방 밸브 그리고 바이패스 밸브는 개방하고, 상기 제1 배기 전방 밸브와 상기 순환 밸브는 차단할 수 있다.

상기 제2 엔진은 섭씨 250도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도를 갖는 배기가스를 배출할 수 있다.

상기 배기 정화 모드에서 상기 보조 가열 부재는 상기 분해 챔버에 공급되는 상기 제2 엔진의 배기가스의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 600도 범위 내로 승온시킬 수 있다.

상기 폐루프 촉매 재생 모드와 상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 보조 가열 부재는 상기 반응기 내 촉매의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내로 유지시킬 수 있다.

상기 폐루프 촉매 재생 모드는 상기 반응기 내 촉매의 온도가 섭씨 200도 내지 섭씨 300도 범위 내일 때 동작할 수 있다.

상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 상기 보조 가열 부재는 상기 제2 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 섭씨 380도 미만일 때 가동될 수 있다.

상기 개루프 촉매 재생 모드는 상기 반응기 내 촉매의 온도가 섭씨 300도 초과 섭씨 450도 미만일 때 동작할 수 있다.

상기 개루프 촉매 재생 모드는 상기 제2 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 섭씨 380도 이상일 때 동작할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는데 전체적으로 소모되는 에너지를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 환원 반응에 사용된 촉매를 효과적으로 재생할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치의 동작 상태를 나타낸 구성도들이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 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 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 제1 엔진(210), 제2 엔진(220), 제1 배기 유로(610), 반응기(300), 환원제 분사부(350), 분해 챔버(400), 순환 유로(680), 및 제2 배기 유로(650)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 바이패스 유로(620), 제1 배기 전방 밸브(710), 제1 배기 후방 밸브(720), 바이패스 밸브(790), 순환 밸브(780), 제2 배기 공급 밸브(750), 보조 가열 부재(450), 및 블로워(480)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 분해 챔버(400)와 환원제 분사부(350)를 연결하는 환원제 공급 유로(630)와, 분해 챔버(400)에 우레아(urea, CO(NH₂)₂)를 공급하는 우레아 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제1 엔진(210)은 통상 선박 등의 주동력원으로 사용되는 저속 디젤 엔진일 수 있으며, 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 엔진이 사용될 수 있다.

제1 배기 유로(610)는 제1 엔진(210)에서 배출된 배기가스를 배출시킨다. 제1 배기 유로(610)를 따라 이동하는 제1 엔진(210)의 배기가스는 일반적으로 과급기(미도시)를 거치면서 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 온도로 낮아진다. 과급기는 제1 엔진(210)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 제1 엔진(210)에 새로운 외기를 공급함으로써, 제1 엔진(210)의 효율을 향상시킨다.

제2 엔진(220)은 발전용 보조 동력원으로 사용되는 중속 디젤 엔진일 수 있다. 즉, 제2 엔진(220)은 선박 등에 필요한 전력을 생산하는 발전용으로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 제2 엔진(220)은 제1 엔진(210)보다 상대적으로 높은 온도의 배기가스를 배출한다. 구체적으로, 제2 엔진(220)은 섭씨 250도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도를 갖는 배기가스를 배출할 수 있다.

반응기(300)는 제1 배기 유로(210) 상에 설치된다. 반응기(300)는 제1 엔진(210)에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키는 촉매를 포함한다. 촉매는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.

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 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 피독되면서 효율이 저하된다.

또한, 반응기(300)의 하우징은, 일례로, 스테인레스 스틸(stainless steel)을 소재로 만들어질 수 있다.

환원제 분사부(350)는 제1 배기 유로(610)를 따라 반응기(300)로 이동하는 배기가스에 환원제를 분사한다. 구체적으로, 환원제 분사부(350)는 반응기(300) 전방의 제1 배기 유로(610) 상에 설치될 수 있다. 환원제 분사부(350)에서 분사된 환원제는 제1 배기 유로(610)를 이동하는 배기가스와 혼합된 후, 반응기(300)의 촉매에서 질소산화물을 환원시킨다. 여기서, 환원제는 암모니아(NH₃)를 포함한다.

분해 챔버(400)는 환원제 분사부(350)에 공급될 환원제를 생성한다. 분해 챔버(400)는 우레아(urea, CO(NH₂)₂)를 가수분해하여 암모니아(NH₃)를 생성한다. 분해 챔버(400) 내의 온도가 섭씨 300도 내지 섭씨 500도 범위 내로 유지되면, 우레아가 용이하게 가수분해되면서 암모니아(NH₃)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성되고, 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH₃)와 이산화탄소(CO₂)로 분해된다.

순환 유로(680)는 반응기(300)를 거친 배기가스의 일부를 제1 배기 유로(610)에서 분기시켜 분해 챔버(400)로 재순환시킨다.

제2 배기 유로(650)는 제2 엔진(220)의 배기가스를 분해 챔버(400)에 공급하기 위해 순환 유로(680)와 연결된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상대적으로 고온인 제2 엔진(220)에서 배출된 배기가스가 제2 배기 유로(650)와 순환 유로(680)를 거쳐 분해 챔버(400)로 이동하며, 분해 챔버(400)로 이동한 제2 엔진(220)의 배기가스는 분해 챔버(400)에 우레아의 분해, 즉 환원제의 생성에 필요한 열에너지를 공급한다.

제1 배기 전방 밸브(710)는 반응기(300) 전방의 제1 배기 유로(610) 상에 설치되어 제1 배기 유로(610)를 개폐한다. 제1 배기 후방 밸브(720)는 반응기(300) 후방의 제1 배기 유로(610) 상에 설치되어 제1 배기 유로(610)를 개폐한다.

순환 밸브(780)는 제1 배기 유로(610)와의 분기점과 제2 배기 유로(650)와의 합류점 사이의 순환 유로(680)에 설치되어 순환 유로(680)를 개폐한다.

제2 배기 공급 밸브(750)는 제2 배기 유로(650) 상에 설치되어 제2 엔진(220)의 배기가스가 제2 배기 유로(650)를 통해 순환 유로(680)로 공급되는 것을 오프(on-off)한다.

바이패스 유로(620)는 반응기(300)를 우회하여 제1 배기 전방 밸브(710) 전방의 제1 배기 유로(610)와 제1 배기 후방 밸브(720) 후방의 제1 배기 유로(610)를 연결한다. 즉, 바이패스 유로(620)는 제1 배기 전방 밸브(710)와 제1 배기 후방 밸브(720)가 차단되더라도 제1 엔진(210)의 배기가스를 반응기를 우회하여 계속 배출시킬 수 있다.

바이패스 밸브(790)는 바이패스 유로(620) 상에 설치되어 반응기(300)가 가동 중일 때 제1 엔진(210)의 배기가스가 바이패스 유로(620)를 거쳐 배출되는 것을 차단한다.

보조 가열 부재(450)는 분해 챔버(400)와 제2 배기 유로(650)의 합류점 사이의 순환 유로(680)에 설치된다. 보조 가열 부재(450)는 순환 유로(680)를 통해 분해 챔버(400)에 공급되는 제2 엔진(220)의 배기가스 온도가 우레아를 분해시킬 만큼 충분히 높지 않을 경우, 보조적으로 분해 챔버(400)에 공급되는 배기가스를 가열하여 환원제를 생성하기에 충분한 온도로 승온시킨다.

구체적으로, 보조 가열 부재(450)는 우레아의 분해를 위해 분해 챔버(400)에 공급되는 제2 엔진(220)의 배기가스의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 600도 범위 내로 승온시킬 수 있다.

보조 가열 부재(450)는 버너 또는 히터와 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 가열 수단을 사용할 수 있다.

블로워(480)는 분해 챔버(400)와 제2 배기 유로(650)의 합류점 사이의 순환 유로(680)에 설치된다. 블로워(480)는 순환 유로(680)를 통해 분해 챔버(400)에 배기가스가 공급되도록 배기가스를 송풍시킨다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는데 전체적으로 소모되는 에너지를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 환원 반응에 사용된 촉매를 효과적으로 재생할 수 있다

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발전용 보조 동력원으로 사용되는 제2 엔진(220)의 배기가스가 갖는 열에너지를 활용하여 분해 챔버(400)에서 우레아를 분해시켜 환원제를 생성하므로 환원제를 생성하기 위해 소요되는 에너지를 최소화할 수 있다. 따라서 환원제를 생성하기 위해 소요되는 추가적인 연료의 소모도 최소화할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)의 동작 원리를 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 배기 정화 모드, 폐루프 촉매 재생 모드, 및 개루프 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 배기 정화 모드는 발전용 보조 동력원으로 사용되는 제2 엔진(220)의 배기가스가 갖는 열에너지를 활용하여 분해 챔버(400)에서 생성된 환원제로 제1 엔진(210)의 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 동작을 수행한다.

구체적으로, 배기 정화 모드에서는 제1 배기 전방 밸브(710)와 제1 배기 후방 밸브(720) 그리고 제2 배기 공급 밸브(750)가 개방된다. 그리고 바이패스 밸브(790)와 순환 밸브(780)는 차단된다.

따라서, 제2 엔진(220)의 배기가스가 제2 배기 유로(650)와 순환 유로(680)를 거쳐 분해 챔버(400)에 공급되고, 분해 챔버(400)에서 생성된 환원제가 환원제 공급 유로(630)를 따라 이동하여 환원제 분사부(350)로 분사된다. 환원제 분사부(350)에서 분사된 환원제는 제1 배기 유로(610)를 이동하는 제1 엔진(210)의 배기가스와 혼합된 후, 반응기(300)의 촉매에서 배기가스에 함유된 질소산화물을 환원시킨다.

또한, 배기 정화 모드에서 보조 가열 부재(450)는 분해 챔버(400)에 공급되는 제2 엔진(220)의 배기가스의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 600도 범위 내로 승온시킨다.

보조 가열 부재(450)는 분해 챔버(400)에서 효과적으로 우레아가 분해될 수 있도록 충분한 온도로 제2 엔진(220)의 배기가스를 승온시킨다.

이때, 제2 엔진(220)의 배기가스는 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 250도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도를 가지므로, 보조 가열 부재(450)는 최소한의 가동으로 제2 엔진(220)의 배기가스의 온도를 목표 온도까지 승온시킬 수 있다. 이에, 환원제를 생성하기 위해 소요되는 추가적인 연료의 소모도 최소화할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 폐루프 촉매 재생 모드는 제1 엔진(210)의 배기가스가 함유한 질소산화물을 환원시키는 과정에서 피독된 반응기(300)의 촉매를 재생시킨다.

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. 촉매 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, 반응기(300)의 촉매를 승온시켜 피독된 촉매를 재생할 수 있다.

제1 엔진(210)의 배기가스는 과급기(미도시)를 거치면서 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 온도로 낮아질 수 있으므로, 반응기9300)의 촉매가 장시간 제1 엔진(210)의 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키면 피독될 수 있다.

이와 같이, 반응기(300)의 촉매가 피독되어 활성이 저하되면, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 배기 정화 모드에서 폐루프 촉매 재생 모드로 전환 동작하여 반응기(300)의 촉매를 재생시킬 수 있다.

또한, 폐루프 촉매 재생 모드에서는 폐루프를 순환하는 배기가스를 승온시켜 촉매를 재생시키므로, 적은 에너지를 소모하고도 효과적으로 배기가스를 촉매를 재생시키기에 충분한 온도로 승온시킬 수 있다.

구체적으로, 폐루프 촉매 재생 모드에서는 순환 밸브(780)와 바이패스 밸브(790)는 개방된다. 그리고 제1 배기 전방 밸브(710)와 제1 배기 후방 밸브(720) 그리고 제2 배기 공급 밸브(750)는 차단된다.

따라서, 환원제 공급 유로(630), 제1 배기 유로(610), 및 순환 유로(680)로 연결되는 폐루프가 형성되고, 블로워(480)가 가동되어 배기가스를 폐루프 순환시킨다. 그리고 보조 가열 부재(450)는 폐루프 순환하는 배기가스를 가열하여 승온시키고, 이렇게 승온된 배기가스는 반응기(300)의 촉매를 재생시킨다.

폐루프 촉매 재생 모드에서 보조 가열 부재(450)는 반응기(300) 내 촉매의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내로 유지시키도록 가동된다.

또한, 페루프 촉매 재생 모드는 반응기(300) 내 촉매의 온도가 섭씨 200도 내지 섭씨 300도 범위 내일 때 동작하고, 폐루프 촉매 재생 모드에서 보조 가열 부재(450)는 제2 엔진(220)에서 배출된 배기가스의 온도가 섭씨 380도 미만일 때 가동된다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 반응기(300) 내 촉매의 온도가 섭씨 300도 초과 섭씨 450도 미만일 때에는 개루프 촉매 재생 모드로 전환 동작할 수 있다.

또한, 개루프 촉매 재생 모드는 제2 엔진(220)에서 배출된 배기가스의 온도가 섭씨 380도 이상일 때 그 동작이 유지된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 개루프 촉매 재생 모드는 제2 엔진(220)의 배기가스를 활용하여 반응기(300)의 촉매를 재생시킨다.

반응기(300) 내 촉매의 온도가 섭씨 300도를 초과하면 제2 엔진(220)의 배기가스가 갖는 열에너지만으로도 촉매를 재생할 수 있으므로, 보조 가열 부재(450)로 폐루프 순환하는 배기가스를 승온시키는 동작을 중단하여 보조 가열 부재(450)의 가동에 따른 연료의 소모를 줄일 수 있다.

구체적으로, 개루프 촉매 재생 모드에서는 제2 배기 공급 밸브(750)와 제1 배기 후방 밸브(720) 그리고 바이패스 밸브(790)는 개방된다. 그리고 제1 배기 전방 밸브(710)와 순환 밸브(780)는 차단된다.

따라서, 제1 엔진(210)의 배기가스는 바이패스 유로(620)를 통해 배출되고, 제2 엔진(220)의 배기가스는 제2 배기 유로(650), 순환 유로(680), 및 환원제 공급 유로(630)를 거쳐 반응기(300)에 유입되어 반응기(300) 내 촉매를 재생시킨다.

이와 같은 동작에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는데 전체적으로 소모되는 에너지를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 환원 반응에 사용된 촉매를 효과적으로 재생할 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 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
210: 제1 엔진 210: 제2 엔진
300: 반응기 350: 환원제 분사부
400: 분해 챔버 450: 보조 가열 부재
480: 블로워 610: 제1 배기 유로
620: 바이패스 유로 630: 환원제 공급 유로
650: 제2 배기 유로 680: 순환 유로
710: 제1 배기 전방 밸브 720: 제1 배기 후방 밸브
750: 제2 배기 공급 밸브 780: 순환 밸브
790: 바이패스 밸브

Claims

주동력원으로 사용되며 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 배출하는 제1 엔진;
상기 제1 엔진의 배기가스가 이동하는 제1 배기 유로;
상기 제1 배기 유로 상에 설치되어 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기;
상기 제1 배기 유로를 따라 상기 반응기로 이동하는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부;
상기 반응기 전방의 상기 제1 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기를 우회하여 상기 반응기 후방의 상기 제1 배기 유로와 합류하는 바이패스 유로;
상기 환원제 분사부에 공급할 환원제를 생성하는 분해 챔버;
상기 반응기를 거친 배기가스의 일부를 상기 제1 배기 유로에서 분기시켜 상기 분해 챔버로 재순환시키는 순환 유로;
발전용 보조 동력원으로 사용되며 상기 제1 엔진보다 상대적으로 높은 온도의 배기가스를 배출하는 제2 엔진;
상기 제2 엔진의 배기가스를 상기 분해 챔버에 공급하기 위해 상기 순환 유로와 연결된 제2 배기 유로; 및
상기 분해 챔버와 상기 제2 배기 유로의 합류점 사이의 상기 순환 유로에 설치된 보조 가열 부재
를 포함하고,
상기 제1 엔진의 배기가스를 상기 제1 배기 유로를 거쳐 배출하는 배기 정화 모드, 상기 반응기와 상기 제1 배기 유로의 일부 그리고 상기 순환 유로로 형성된 폐루프를 형성하는 폐루프 촉매 재생 모드, 및 상기 제1 엔진의 배기가스를 상기 바이패스 유로를 거쳐 배출하고 상기 제2 엔진의 배기가스를 상기 순환 유로를 거쳐 상기 반응기로 공급하는 개루프 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하고,
상기 폐루프 촉매 재생 모드는 상기 반응기 내 촉매의 온도가 섭씨 200도 내지 섭씨 300도 범위 내일 때 동작하며,
상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 상기 보조 가열 부재는 상기 제2 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 섭씨 380도 미만일 때 가동되어, 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 상기 보조 가열 부재는 상기 반응기 내 촉매의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내로 유지시키는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
제1항에서,
상기 바이패스 유로와의 분기점과 상기 반응기 전방 사이의 상기 제1 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 전방 밸브;
상기 바이패스 유로와의 합류점과 상기 순환 유로와의 연결 지점 사이의 상기 제1 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 후방 밸브;
상기 순환 유로에 설치된 순환 밸브; 및
상기 제2 배기 유로 상에 설치된 제2 배기 공급 밸브
를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
제2항에서,
상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
삭제
제1항에서,
상기 분해 챔버와 상기 제2 배기 유로의 합류점 사이의 상기 순환 유로에 설치된 블로워를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
제3항에서,
상기 배기 정화 모드에서 상기 제1 배기 전방 밸브와 상기 제1 배기 후방 밸브 그리고 상기 제2 배기 공급 밸브는 개방하고, 상기 바이패스 밸브와 상기 순환 밸브는 차단하고,
상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 상기 순환 밸브와 상기 바이패스 밸브는 개방하고, 상기 제1 배기 전방 밸브와 상기 제1 배기 후방 밸브 그리고 상기 제2 배기 공급 밸브는 차단하며,
상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 제2 배기 공급 밸브와 상기 제1 배기 후방 밸브 그리고 바이패스 밸브는 개방하고, 상기 제1 배기 전방 밸브와 상기 순환 밸브는 차단하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
제6항에서,
상기 제2 엔진은 섭씨 250도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도를 갖는 배기가스를 배출하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
제7항에서,
상기 배기 정화 모드에서 상기 보조 가열 부재는 상기 분해 챔버에 공급되는 상기 제2 엔진의 배기가스의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 600도 범위 내로 승온시키는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
제7항에서,
상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 보조 가열 부재는 상기 반응기 내 촉매의 온도를 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내로 유지시키는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
삭제
삭제
제9항에서,
상기 개루프 촉매 재생 모드는 상기 반응기 내 촉매의 온도가 섭씨 300도 초과 섭씨 450도 미만일 때 동작하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
제9항에서,
상기 개루프 촉매 재생 모드는 상기 제2 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 섭씨 380도 이상일 때 동작하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.