KR101842178B1

KR101842178B1 - 선박용 황산화물 저감장치 및 선박용 황산화물 저감장치의 운전방법

Info

Publication number: KR101842178B1
Application number: KR1020180007373A
Authority: KR
Inventors: 황성철; 황계윤
Original assignee: 광성(주)
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2018-05-14
Also published as: WO2019142967A1; GB2591563B; GB2591563A; GB202017940D0

Abstract

선박용 황산화물 저감장치 및 이의 운전방법이 개시된다. 본 발명에 따른 선박용 황산화물 저감장치는, 배출설비로부터 배출되는 배기가스를 반응기 내부로 직접 공급되도록 하여 드라이 러닝(Dry Running)이 가능하도록 구성함으로써, 기존의 U-type 스크러버에 설치되던 별도의 분기배관 또는 바이패스 댐퍼를 필요로 하지 않아, 설비 비용이 저감되고 공간 활용도가 증가되며, 바이패스 댐퍼의 고장으로 인한 사고 발생의 위험을 미연에 방지한다.

Description

선박용 황산화물 저감장치 및 선박용 황산화물 저감장치의 운전방법 {SOx Reduction System For Ship And Operating Method Of That}

본 발명은 선박용 황산화물 저감장치 및 선박용 황산화물 저감장치의 운전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스 배출설비로부터 배출되는 배기가스를 반응기 내부로 직접 공급되도록 하여 드라이 러닝(Dry Running)이 가능함으로써, 별도의 분기배관 또는 바이패스 댐퍼가 필요하지 않아 공간 활용도가 높고, 유지보수가 적게 요구되는 선박용 황산화물 저감장치 및 선박용 황산화물 저감장치의 운전방법에 관한 것이다.

산업화의 급속한 진전에 따른 화석연료 사용량의 증가로 인한 대기오염과 지구 온난화 문제가 날로 심각해지고 있다.

이러한 대기오염의 주범 중 하나로 차량의 엔진이나 화력발전소, 공장 등의 배기가스에 포함된 황 산화물(SOx)과 질소 산화물(NOx)이 손꼽히고 있으며, 최근 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이들에 대한 각국의 배출규제가 도입되고 있다.

선박에서 배출되는 배기가스 중 질소 산화물과 황 산화물은 UN 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질이며, 그 중 황 산화물은 2010년 1월 1일부터 SECA(Sulfur Emission Control Area)에서 사용 연료중 황화합물 0.1% 이하로 규제하며, 2020년 1월 1일부터 공해상(Global Sea)에서 사용 연료중 황화합물 0.5%이하로 규제하고 있다.

각종 배출 규제기준을 충족시키기 위해, 일반적으로 산업용 연소설비 또는 2 행정의 선박 내연기관 등에는 황산화물(SOx), 미세입자(particulate matter) 등을 포함하는 배기가스를 처리하기 위하여 다양한 설비가 적용되고 있다.

이러한 종래의 배기가스 처리장치 중 대표적인 황산화물 저감장치로는, 배기가스에 NaOH 등의 염기성 용액 또는 해수를 분사하여 황산화물을 제거하는 습식 스크러버(scrubber, 세정탑)를 들 수 있다.

일반적으로 선박용으로 황산화물 저감장치로 제공되는 스크러버는 하이브리드 루프(hybrid loop) 타입과 개방 루프(open loop) 타입으로 구분될 수 있다. 하이브리드 루프 타입의 스크러버는 폐 루프(close loop) 타입과 개방 루프 타입의 기능이 갖추어진 것이다.

폐 루프 타입의 스크러버는 규제지역 SECA(황산화물 배출가스 규제지역)에서 사용되며, 스크러버 내부에 NaOH의 염기성 용액을 분사하여 황산화물을 저감하며, NaOH를 순환시킨다.

개방 루프 타입의 스크러버는 주로 공해상(global sea)에서 사용되며, 스크러버 내부에 해수(sea water)를 분사하여 황산화물을 저감한다. 경우에 따라 개방 루프 타입의 스크러버를 SECA 지역에서 사용하기도 한다.

또한, 기존의 습식 스크러버는 U-type 스크러버와 I-type(또는 In-line type이라고도 함)으로 구분될 수 있다. U-type 스크러버는 반응기 인입부를 구비하는 경우와 구비하지 않는 경우의 두 가지 형태로 마련될 수 있다.

도 1은 반응기 인입부를 구비하지 않는 기존의 U-type 스크러버를 나타낸 도면으로, (a)는 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 배기가스 배출설비로부터 배출되는 배기가스가 반응기로 공급되는 구성만을 따로 도시한 것이며, (c)는 선박업체 바칠라(Wartsila)에서 실제로 채용하고 있는 U-type 스크러버를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 반응기 인입부를 구비하지 않는 U-type 스크러버(100)는, 선박의 배기가스 배출설비(10)로부터 배출되는 배기가스를 공급받는 반응기(reactor, 20)를 포함한다.

배기가스 배출설비(10)로는 메인엔진(11), 한 기 이상의 발전기엔진(12), 그리고 한 기 이상의 보일러(13) 등이 있을 수 있으며, 각각의 설비에 마련된 배출배관(EL)을 통해 배기가스가 배출된다

이때 각각의 배출배관(EL)을 통해 배출되는 배기가스는, 각각의 배출배관(EL)으로부터 분기되는 분기배관(BL)을 통해 반응기(20)로 유입되어 스크러버 장치 내부로 공급될 수 있다.

배출배관(EL)에서 분기배관(BL)이 분기되는 지점에는 바이패스 댐퍼(BD)가 마련되어, 배기가스를 배출배관(EL)을 통해 그대로 배출되도록 하거나 분기배관(BL)을 통해 반응기(20)로 공급되도록 선택적으로 제어할 수 있다.

또한, 반응기 인입부를 구비하지 않는 U-type 스크러버(100)는, 반응기(20) 내부로 세정액을 공급하는 펌프(50)를 더 포함한다. 펌프(50)에 의해 공급되는 세정액으로는, NaOH와 같은 염기성 용액, 해수, 또는 청수 등이 사용될 수 있다.

반응기(20)의 상부에는 황산화물의 제거가 이루어진 정화된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(30)가 형성될 수 있으며, 반응기(20)의 하부에는 분사된 세정액을 배출하는 세정액 배출라인(40)이 연결될 수 있다.

도 2는 반응기 인입부를 구비하는 기존의 U-type 스크러버를 나타낸 도면으로, (a)는 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 배기가스 배출설비로부터 배출되는 배기가스가 반응기 인입부로 공급되는 구성만을 따로 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 반응기 인입부를 구비하는 U-type 스크러버(200)는, 반응기 인입부를 구비하지 않는 U-type 스크러버(100)와 기본적으로 동일한 구성을 가지되, 반응기(20)가 반응기 인입부(21)와 반응기 본체(22)로 분리 구성되는 것을 특징으로 한다.

배출배관(EL)에서 분기된 분기배관(BL)은 반응기 인입부(21) 측으로 연결되고, 반응기 인입부(21)와 반응기 본체(22)는 하부가 상호 연결될 수 있다.

배출배관(EL)을 통해 배출되는 배기가스는, 배출배관(EL)으로부터 분기되는 분기배관(BL)을 통해 반응기 인입부(21)로 유입되고, 반응기 인입부(21)와 반응기 본체(22)를 순차적으로 거친 후 반응기 본체(22) 상부에 형성된 배기가스 배출구(30)를 통해 최종적으로 배출된다.

배출배관(EL)에서 분기배관(BL)이 분기되는 지점에는 바이패스 댐퍼(BD)가 마련되어, 배기가스를 배출배관(EL)을 통해 그대로 배출되도록 하거나 분기배관(BL)을 통해 반응기 인입부(21)로 공급되도록 선택적으로 제어할 수 있다.

또한, 반응기 인입부를 구비하는 U-type 스크러버(200)는, 반응기 인입부(21)와 반응기 본체(22) 내부로 세정액을 공급하는 펌프(50)를 더 포함한다. 이때 펌프(50)는 세정액을 반응기 인입부(21)와 반응기 본체(22) 측으로 각각 공급하도록 구성될 수 있다.

반응기 인입부(21)와 반응기 본체(22)의 하부에는 내부로 분사된 세정액을 배출할 수 있는 세정액 배출라인(41, 42)이 각각 연결될 수 있다.

반응기 인입부를 구비하는 U-type 스크러버(200)는, 반응기 인입부(21)와 반응기 본체(22) 내부로 황산화물 저감을 위한 세정액이 각각 분사되므로, 반응기 인입부(21)를 구비하지 않는 U-type 스크러버(100)보다 황산화물의 저감 성능이 뛰어나다. 그러나 반응기 인입부(21)가 구비되지 않는 경우보다 많은 공간을 필요로 하므로 공간적인 제약이 발생할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 U-type 스크러버(100, 200)의 경우, 선박이 고유황 연료를 사용하여 배기가스로부터 황산화물을 저감할 필요가 발생할 경우에만 구동될 수 있다.

선박이 IMO(국제해사기구) 규제를 만족하는 저유황 연료를 사용하는 경우에는, U-type 스크러버(100, 200)를 사용하지 않고 배기가스를 배출배관(EL)을 통해 그대로 배출할 수 있다.

또한, U-type 스크러버(100, 200)의 가동에 문제가 생기는 비상시에는, 배기가스를 U-type 스크러버(100, 200)를 거치지 않고 배출배관(EL)을 통해 그대로 배출할 수도 있다. 이때에는 황산화물의 저감이 필요 없는 양질의 연료를 사용하여야 한다. 황산화물의 저감이 필요 없는 양질의 연료란, SECA 규제지역에서는 황함유량 0.1% 이하의 연료를 말하며, 공해상(globa sea) 지역에서는 황함유량 0.5% 이하의 연료를 의미한다.

한편, 도 3의 (a)는 기존의 I-type 스크러버를 개략적으로 나타낸 도면이고, (b)는 선박업체 야라(Yara)에서 실제로 채용하고 있는 I-type 스크러버를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, I-type 스크러버(300)는 선박의 배기가스 배출설비(10)로부터 배출되는 배기가스롤 공급받는 반응기(20)를 포함한다.

U-tpye 스크러버(100, 200)에서, 배기가스가 배출배관(EL)에서 분기된 분기배관(BL)을 통해 반응기(20) 내부로 공급되는 것과는 달리, I-type 스크러버(300)에서는 배출설비(10)로부터 배기가스가 배출되는 배출배관(EL)이 반응기(20)의 하부에 일직선으로 바로 연결된다.

배출배관(EL)을 통해 반응기(20)의 하부로 공급된 배기가스는, 반응기(20) 내부를 통과하면서 황산화물의 정제가 이루어 진 후, 반응기(20) 상부에 형성된 배기가스 배출구(30)를 통해 최종적으로 배출될 수 있다.

I-type 스크러버(300)는 U-type 스크러버(100, 200)와 마찬가지로 반응기(20) 내부로 세정액을 공급하는 펌프(50)를 더 포함할 수 있으며, 반응기(20)의 하부에는 세정액을 배출하는 세정액 배출라인(40)이 연결될 수 있다.

한편, I-type 스크러버(300)에서 배출배관(EL)은 반응기(20)의 하부로 바로 연결되기 때문에, 펌프(50)에 의해 반응기(20) 내부로 분사되는 세정액이 배출배관(EL)으로 유입되어 배기가스 배출설비(10) 측으로 인입되는 문제가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 반응기(20) 내부에는 세정액이 배출배관(EL)으로 유입되는 것을 방지하기 위한 가드(60, guard)가 설치될 수 있다.

가드(60)는 반응기(20) 내부의 하단에서 배출배관(EL)이 연결되는 지점에 수직 방향으로 연장되는 관 형상의 제1 가드(61)와, 제1 가드(61)의 상부에 설치되되 세정액이 용이하게 흘러내릴 수 있도록 하방 경사지게 마련되는 제2 가드(62)로 구성될 수 있다.

I-type 스크러버(300)가 U-type 스크러버(100, 200)와 다른 점은, 드라이 러닝(Dry Running)이 가능한 구조라는 것이다.

드라이 러닝이란 펌프(50)에 의하여 반응기(20) 내부에 세정액이 분사되지 않으며, 배기가스 배출설비(10)로부터 배출되는 배기가스를 반응기(20) 내부를 통과하여 그대로 배출시키는 것을 말한다.

즉, I-type 스크러버(300)를 갖춘 선박에서, 배기가스 배출설비(10)로부터 배출되는 배기가스는 황산화물의 정제 작업이 필요하지 않더라도 반드시 반응기(20)를 거쳐서 배출된다.

I-type 스크러버(300)는 U-type 스크러버(100, 200)에 구비되는 분기배관(BL)과 분기배관(BL)에 마련되는 바이패스 댐퍼(BD)가 설치될 필요가 없으므로 배관이 단순하며, 공간적인 제약이 적으므로 좁은 공간에서도 사용 가능하다는 장점이 있다.

그러나 선박의 특성상 항해 중에 빈번한 롤링, 피칭 등이 발생하므로, 반응기(20) 내부에 가드(60)를 설치하더라도, 세정액이 오버 플로우(over flow)되어 배출배관(EL)을 통해 배기가스 배출설비(10)로 인입될 위험이 높다.

전술한 U-type 스크러버(100, 200)는 황산화물의 저감 성능이 뛰어난 반면, 배출배관(EL)과 분기배관(BL)이 각각 마련되어야 하므로 배관의 구성이 복잡하고, 드라이 러닝을 할 수 없다는 단점이 있다.

또한, U-type 스크러버(100, 200)의 경우, 각 배출배관(EL)으로부터 분기배관(BL)이 분기되는 지점에 바이패스 댐퍼(BD)가 설치되어야 하는데, 배기가스를 배출배관(EL) 측으로 또는 분기배관(BL) 측으로 선택적으로 이송되게 하기 위해서는, 각 라인마다 두 개의 바이패스 댐퍼(BD)가 설치되어야 하므로 설비 비용이 증가한다는 문제점이 있다.

도 1 및 도 2에는 하나의 바이패스 댐퍼(BD)만 도시하고 있으나, 실제로는 각 배관의 분기점의 하류에 각각 1개씩 2개의 바이패스 댐퍼(BD)가 설치된다. (예, 도 1의 ①, ②)

더불어, 상기 바이패스 댐퍼(BD)는 장치의 특성상 고장이 잦다. 따라서 선박의 항해 중에 바이패스 댐퍼(BD)의 고장이 발생하면, 스크러버의 가동이 전면적으로 중단되는 등의 매우 심각한 문제로 이어질 수 있다.

한편, I-type 스크러버(300)는 드라이 러닝이 가능하나 엔진과 보일러 등의 배기가스 배출설비(10)에 세정액이 인입될 위험이 높다는 단점이 있다.

본 발명은 상기 U-type 스크러버(100, 200)와 I-type 스크러버(300)를 개선하여, 드라이 러닝이 가능하면서도 공간 활용도가 높고 설비 비용을 저감할 수 있는 새로운 타입의 황산화물 저감장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 메인엔진과 적어도 하나 이상의 발전기엔진을 포함하는 선박의 배기가스 배출설비; 상기 각각의 배기가스 배출설비로부터 발생하는 배기가스를 배출하는 배출배관; 상기 배출배관으로 이송되는 배기가스를 공급받아 황산화물의 저감이 이루어지는 반응기; 및 상기 반응기 내부로 세정액을 공급하는 펌프;를 포함하고, 상기 메인엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결되고, 상기 발전기엔진 중 선박의 유지보수에 필요한 전력을 생산하는 발전기엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 분기라인으로 분기되어 상기 반응기의 측면으로 연결되며, 이를 제외한 나머지 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결되는 것을 특징으로 하는, 선박용 황산화물 저감장치를 제공한다.

상기 분기라인으로 분기되는 적어도 하나 이상의 배출배관에는 바이패스 댐퍼가 설치되어, 배기가스를 배출배관을 통해 외부로 배출하거나 또는 상기 분기라인을 통해 반응기로 공급되도록 선택적으로 제어할 수 있다.

상기 배기가스 배출설비는 적어도 하나 이상의 보일러를 더 포함할 수 있고, 상기 보일러로부터 배출되는 배기가스를 배출하는 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결될 수 있다.

상기 반응기의 상부에는 정제된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구가 형성되고, 하부에는 상기 반응기 내부로 공급된 세정액이 배출되는 세정액 배출라인이 연결될 수 있다.

상기 세정액 배출라인은 GRE 파이프로 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 황산화물 저감장치는, 상기 세정액 배출라인 내로 공기를 공급하는 실링 에어 팬;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반응기는, 배기가스를 직접적으로 공급받는 반응기 인입부와, 상기 배기가스 인입부와 하부가 상호 연결되는 반응기 본체로 분리 구성될 수 있으며, 상기 반응기 인입부로 공급된 배기가스는 상기 반응기 인입부와 상기 반응기 본체를 순차적으로 거치면서 황산화물의 저감이 이루어질 수 있다.

상기 펌프는 상기 반응기 인입부와 상기 본체 각각으로 세정액을 공급할 수 있다.

상기 반응기 본체의 상부에는 정제된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구가 형성될 수 있고, 상기 반응기 인입부와 상기 반응기 본체의 하부에는, 상기 반응기 내부로 공급된 새정액이 배출되는 세정액 배출라인이 각각 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 황산화물 저감장치는, 상기 각각의 상기 세정액 배출라인 내로 공기를 공급하는 실링 에어 팬;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 황산화물 저감장치는, 상기 반응기 본체의 상부에 형성되어 정제된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구; 및 상기 반응기 인입부의 상부에 형성되는 비상 댐퍼;를 더 포함할 수 있고, 상기 선박용 황산화물 저감장치의 구동이 불가한 비상시 또는 배기가스의 정제가 필요하지 않은 드라이 러닝시, 상기 비상댐퍼를 상기 배기가스 배출구와 함께 개방하여, 상기 반응기 내부의 배기가스를 신속하게 배출할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 황산화물 저감장치는, 내부에 세정액이 분사되어 황산화물의 저감이 이루어지는 반응기를 포함하는 선박용 황산화물 저감장치에 있어서, 메인엔진과 적어도 하나 이상의 발전기엔진을 포함하는 선박의 배기가스 배출설비로부터 발생하는 배기가스를 배출하는 배출배관을 상기 반응기의 측면으로 바로 연결하여 드라이 러닝이 가능하고, 상기 반응기 내부로 분사된 세정액을 배출하는 세정액 배출라인으로부터 상기 반응기의 내부를 향하여 공기를 불어넣어, 고온의 배기가스가 상기 세정액 배출라인으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 선박에 구비되는 메인엔진과 적어도 하나 이상의 발전기엔진으로부터 발생하는 배기가스가 각각의 설비에 마련된 배출배관을 통해 반응기(reactor) 내부로 공급되는 제1 단계; 상기 반응기 내부로 공급된 배기가스가 상기 반응기 내부를 거쳐 상기 반응기의 상부에 형성된 배기가스 배출구를 통해 배출되는 제2 단계;를 포함하고, 상기 제1 단계에서, 상기 메인엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결되고, 상기 발전기엔진 중 선박의 유지보수에 필요한 전력을 생산하는 발전기엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 분기라인으로 분기되어 상기 반응기의 측면으로 연결되며, 이를 제외한 나머지 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결되는 것을 특징으로 하는, 선박용 황산화물 저감장치의 운전방법을 제공한다.

상기 제2 단계에서, 상기 배기가스의 정제가 필요한 경우에는 상기 반응기 내부로 세정액을 분사하고, 상기 배기가스의 정제가 필요하지 않은 드라이 러닝시에는 상기 반응기 내부로 세정액을 분사하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 황산화물 저감장치의 운전방법은, 상기 반응기 하부에 형성되는 세정액 배출라인으로부터 상기 반응기 내부를 향하여 공기를 분사하는 제3 단계;를 더 포함하여, 상기 반응기 내부로 공급된 고온의 배기가스가 상기 세정액 배출라인으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 황산화물 저감장치는 배기가스 배출배관으로부터 반응기로 배기가스를 바로 공급하여 드라이 러닝(Dry Running)이 가능하되, 반응기 내부에 별도의 가드(guard)가 설치될 필요가 없는 U-type 형태의 스크러버로서, 기존의 U-type 스크러버에 설치되는 분기배관이 필요하지 않으며, 이에 따라 구조가 단순해지고 공간 활용도가 높아지는 효과가 있다.

또한, 배출배관으로부터 분기배관이 분기되는 지점에 설치되는 바이패스 댐퍼 역시 필요하지 않으므로, 설비 비용을 저감할 수 있고, 바이패스 댐퍼의 고장으로 인한 인한 사고가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 황산화물 저감장치는 배출배관이 반응기의 측면에 연결되므로, I-type 스크러버와 같이 반응기 내부의 세정액이 오버 플로우되어 엔진 또는 보일러 등의 배기가스 배출설비로 인입될 위험이 없으므로, 반응기 내부에 별도의 가드(guard)가 설치될 필요가 없다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치는 반응기 인입부의 상부에 개폐 가능한 비상 댐퍼를 설치함으로써, 비상시 또는 드라이 러닝 시에 반응기 내부의 배기가스를 신속하고 효과적으로 배출할 수 있다.

더불어 본 발명에 따른 황산화물 저감장치는, 세정액 배출라인 측으로 송입공기를 불어넣는 실링 에어 팬을 더 포함하여, 세정액 배출라인으로 고온의 배기가스가 유입되어 파이프가 열변형되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 반응기 인입부를 구비하지 않는 기존의 U-type 스크러버를 나타낸 도면으로, (a)는 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 배기가스 배출설비로부터 배출되는 배기가스가 반응기로 공급되는 구성만을 따로 도시한 것이며, (c)는 선박업체 바칠라(Wartsila)에서 실제로 채용하고 있는 U-type 스크러버를 나타낸 도면이다.
도 2는 반응기 인입부를 구비하는 기존의 U-type 스크러버를 나타낸 도면으로, (a)는 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 배기가스 배출설비로부터 배출되는 배기가스가 반응기 인입부로 공급되는 구성만을 따로 도시한 것이다.
도 3의 (a)는 기존의 I-type 스크러버를 개략적으로 나타낸 도면이고, (b)는 선박업체 야라(Yara)에서 실제로 채용하고 있는 I-type 스크러버를 나타낸 도면이다.
도 4의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치를 개략적으로 나타낸 도면으로, (a)는 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 배출배관이 반응기로 연결되는 구성만을 따로 도시한 것이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, (b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치를 도식화한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 4의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치를 개략적으로 나타낸 도면으로, (a)는 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 배출배관이 반응기로 연결되는 구성만을 따로 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치(400)는 기본적으로 반응기(reactor)의 측면으로 배기가스가 유입되고, 반응기 내부에 가드(guard)가 설치되지 않는 U-type 형태의 스크러버이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400)는, 선박의 배기가스 배출설비(410)로부터 배출되는 배기가스를 공급받아 황산화물의 저감이 이루어지는 반응기(420)를 포함한다.

배기가스 배출설비(410)로는 메인엔진(M/E, 411), 한 기 이상의 발전기엔진(A/E, 412), 그리고 한 기 이상의 보일러(413) 등이 있을 수 있으며, 각각의 설비에 마련된 배출배관(EL)을 통해 배기가스가 배출된다.

도 4에서는 편의상 발전기엔진(412)과 보일러(413)로부터 배기가스를 배출하는 배출배관(EL)을 각각 하나씩만 도시하였지만, 발전기엔진(412)과 보일러(413)가 여러대로 구비될 경우, 각 설비마다 배출배관(EL)이 구비될 수 있다.

이때 배출배관(EL)은 반응기(420)의 측면으로 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400)는, 기존의 U-type 스크러버(100)와 같이 배출배관이 분기배관으로 분기되어 반응기로 연결되는 것이 아니라, 배출배관(EL)이 반응기(420)로 바로 연결되므로 별도의 분기배관이나 바이패스 댐퍼가 설치될 필요가 없다.

한편, 제1 실시예에서는 후술할 제2 실시예와는 달리 반응기 인입부가 구비되지 않으므로, 반응기(420)의 측면에서 비교적 낮은 위치에 배출배관(EL)이 연결되어야 한다.

이러한 구성에 의하면 반응기(420) 내부로 분사되는 세정액이 배출배관(EL)으로 역류할 위험이 있으므로, 이를 방지하기 위하여 반응기(420) 내부로 공급되는 세정액의 양을 적절하게 고려하여 배출배관(EL)이 연결되는 위치를 결정해야 한다.

바람직하게는 배출배관(EL)은 반응기(420)의 하단부로부터 반응기(420)의 높이 방향으로 1/4 지점보다 높은 위치의 반응기(420) 측면에 연결될 수 있다.

또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 배출배관(EL)은 세정액의 역류를 방지하기 위하여 반응기(420)에 연결되는 위치보다 높은 위치로 굴곡진 굴곡부를 포함할 수 있다.

각각의 배출배관(EL)은 도 4에 도시된 바와 같이, 별도의 라인으로 형성되어 반응기(420)에 연결되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 각각의 라인이 하나의 라인으로 통합된 후 반응기(420)에 연결될 수도 있다.

한편, 본 실시예에서 적어도 하나의 발전기엔진(412')으로부터 배기가스가 배출되는 배출배관(EL')은 분기배관(BL')으로 분기되는 별도의 라인으로 마련될 수 있으며, 분기배관(BL')이 반응기(420)의 측면으로 연결된다. 즉, 적어도 하나의 배출배관(EL')은 기존의 U-type 스크러버(100)에서와 동일하게 구성되는 것이다.

다만 상기와 같이 구성하는 이유는, 선박의 유지보수시에 구동되는 발전기엔진(412')에서 발생하는 배기가스를 외부로 배출하기 위해서이고, 선박의 운항시에 사용하기 위한 것은 아니다.

선박의 유지보수시 선박은 접안된 상태에서 유지보수에 필요한 전력을 공급하기 위한 최소한의 발전기엔진(412')만 가동할 수 있다. 이때 가동되는 발전기엔진(412')에서 배출되는 배기가스는 반응기(420) 측으로 공급되지 않고 배출배관(EL')을 통해 외부로 바로 배출될 수 있다. 이에 따르면, 선박의 유지보수를 위하여 기존의 육상으로부터 공급되는 전력을 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.

따라서 별도의 배출배관(EL')과 분기배관(BL')을 갖는 발전기엔진(412')은 선박의 유지보수에 필요한 전력을 공급할 수 있도록 최소한으로만 구비되면 족하다.

배출배관(EL')에서 분기배관(BL')이 분기되는 지점에 바이패스 댐퍼(BD')가 설치될 수 있으며, 바이패스 댐퍼(BD')는 평상시에는 분기배관(BL')이 개방되도록 하고, 선박의 유지보수시에는 배출배관(EL')이 개방되도록 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400)는, 반응기(420) 내부로 세정액을 공급하는 펌프(450)를 더 포함한다. 펌프(450)에 의해 공급되는 세정액으로는, NaOH와 같은 염기성 용액, 해수, 또는 청수 등이 사용될 수 있다.

반응기(420)의 상부에는 황산화물의 제거가 이루어진 정화된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(430)가 형성될 수 있으며, 반응기(420)의 하부에는 분사된 세정액을 배출하는 세정액 배출라인(440)이 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400)는, 세정액 배출라인(440)으로 고온의 배기가스가 유입되지 않도록 세정액 배출라인(440) 내로 송입 공기를 공급하는 실링 에어 팬(sealing air fan, 470)을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서 세정액 배출라인(440)으로는 부식에 강한 GRE 파이프를 사용하는데, 고온의 배기가스가 파이프 내에 유입되면 열에 의한 손상 또는 변형이 발생하기 쉽다.

따라서 본 발명은 실링 에어 팬(470)을 사용하여 세정액 배출라인(440) 내로부터 반응기(420)의 내부를 향하여 송입 공기를 분사함으로써, 고온의 배기가스가 파이프 내로 유입되는 것을 방지한다.

도 5의 (a)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, (b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치를 도식화한 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 황산화물 저감장치(500)는, 제1 실시예와 마찬가지로 기본적으로 반응기의 측면으로 배기가스가 유입되고, 반응기 내부에 가드(guard)가 설치되지 않는 U-type 형태의 스크러버이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(500)는, 선박의 배기가스 배출설비(510)로부터 배출되는 배기가스를 공급받아 황산화물의 저감이 이루어지는 반응기(520)를 포함하되, 반응기(520)는 반응기 인입부(521)와 반응기 본체(522)로 분리 구성될 수 있다.

반응기 인입부(521)는 최초로 공급되는 곳이므로 배기가스에 의한 부식에 취약할 수 있다. 따라서 반응기 인입부(521)는 주기적으로 교체할 수 있도록 탈착이 가능하게 구비되는 것이 바람직하다.

배기가스 배출설비(510)로는 메인엔진(511), 한 기 이상의 발전기엔진(512), 그리고 한 기 이상의 보일러(513) 등이 있을 수 있으며, 각각의 설비에 마련된 배출배관(EL)을 통해 배기가스가 배출된다. 도 5에서는 편의상 발전기엔진(512)와 보일러(513)로부터 배기가스를 배출하는 배출배관(EL)을 각각 하나씩만 도시하였지만, 발전기엔진(512)과 보일러(513)가 여러대로 구비될 경우, 각 설비마다 배출배관(EL)이 구비될 수 있다.

이때 배출배관(EL)은 반응기 인입부(521)의 측면으로 연결될 수 있다. 즉, 본 발명은 기존의 U-type 스크러버(200)와 같이 배출배관이 분기배관으로 분기되어 반응기 인입부로 연결되는 것이 아니라, 배출배관(EL)이 반응기 인입부(521)로 바로 연결되므로 별도의 분기배관이나 바이패스 댐퍼가 설치될 필요가 없다.

배출배관(EL)은 반응기 인입부(521)의 하단부로부터 반응기 인입부(521)의 높이 방향으로 1/4 지점보다 높은 위치의 반응기 인입부(520) 측면에 연결될 수 있다. 이는 반응기 인입부(521) 내부로 분사된 세정액이 배출배관(EL)으로 역류하는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 배출배관(EL)은 반응기 인입부(521)와 반응기 본체(522)가 연결되는 연결부(523)보다 높은 위치에 연결되는 것이 바람직하다. 이는 반응기 인입부(521)로 공급된 배기가스 중 일부가 바로 반응기 본체(522)로 유입되는 것을 막고, 배기가스가 반응기 인입부(521)의 내부 공간을 충분히 거친 후에 반응기 본체(522)로 유입될 수 있도록 하기 위한 것이다. 따라서 배출배관(EL)이 반응기 인입부(521)에 연결되는 위치는 반응기 인입부(521)의 측면에서 높은 위치일수록 효과적일 수 있다.

각각의 배출배관(EL)은 도 5에 도시된 바와 같이, 별도의 라인으로 형성되어 반응기 인입부(521) 측에 연결되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 각각의 라인이 하나의 라인으로 통합된 후 반응기 인입부(521)에 연결될 수도 있다.

한편, 본 실시예에서 적어도 하나의 발전기엔진(512')으로부터 배기가스가 배출되는 배출배관(EL')은 분기배관(BL')으로 분기되는 별도의 라인으로 마련될 수 있으며, 분기배관(BL')이 반응기 인입부(521)의 측면으로 연결된다.

이는 제1 실시예에서와 마찬가지로, 선박의 유지보수를 위해 가동되는 적어도 한 기 이상의 발전기엔진(512')에서 배출되는 배기가스를 배출배관(EL')을 통해 배출하기 위함이며, 따라서 선박의 유지보수를 위한 전력을 공급하기 위한 최소한의 발전기엔진(512')에 연결되는 배출배관(EL')만 분기배관(BL')으로 분기되도록 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(500)는, 반응기 인입부(521)와 반응기 본체(522) 내부로 세정액을 각각 공급하는 펌프(550)를 더 포함한다. 펌프(550)에 의해 공급되는 세정액으로는, NaOH와 같은 염기성 용액, 해수, 또는 청수 등이 사용될 수 있다.

반응기 본체(522)의 상부에는 황산화물의 제거가 이루어진 정화된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(530)가 형성될 수 있으며, 반응기 인입부(521) 반응기 본체(522) 하부에는 분사된 세정액을 배출하는 세정액 배출라인(541, 542)이 각각 연결될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(500)는, 세정액 배출라인(541, 542)으로 고온의 배기가스가 유입되지 않도록 세정액 배출라인(541, 542) 내로 송입 공기를 공급하는 실링 에어 팬(570)을 더 포함할 수 있다.

실링 에어 팬(570)은 세정액 배출라인(541, 542) 내로부터 반응기 인입부(521)와 반응기 본체(522)의 내부를 향하여 각각 송입 공기를 분사함으로써, 드거운 가스가 세정액 배출라인(541, 542) 내로 인입되는 것을 방지한다.

특히, 본 발명의 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(500)는, 제1 실시예에서와는 달리 반응기 인입부(521)와 반응기 본체(522)의 하부가 연결부(523)에 의해 연결되므로, 반응기 인입부(521)로부터 연결부(523)를 통해 반응기 본체(522) 측으로 이동하는 배기가스가 반응기 본체(522) 하부에 연결되는 세정액 배출라인(542)로 유입될 위험이 크므로, 제2 실시예에서 더 유리한 효과를 갖는다고 할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(500)는, 반응기 인입부(521)의 상부에 형성되는 비상 댐퍼(emergency damper, 580)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서 배기가스 배출설비(510)로부터 배출되는 배기가스는 황산화물의 정제가 필요하지 않은 경우에도 반드시 반응기(520)의 내부를 거친 후 배출되어야 한다. 이때 배기가스 배출구(530)가 항시 개방되어 있지만, 황산화물 저감장치(500)의 구동에 문제가 발생하는 등의 비상시에는 반응기(520) 내부의 배기가스를 더욱 신속하게 배출해야 할 필요성이 발생한다.

따라서 본 실시예에서는 비상상황 발생시 비상 댐퍼(580)를 개방하여 반응기(520) 내부의 배기가스를 더욱 신속히 배출할 수 있도록 구성한 것이다. 비상 댐퍼(580)는 황산화물 저감장치(500)의 드라이 러닝시에도 배기가스를 신속히 배출하기 위해 개방될 수 있다.

본 실시예는 비상시 또는 드라이 러닝시에 배기가스 배출구(530)와 비상 댐퍼(580)가 모두 개방되어, 배기가스를 신속히 배출함에 있어서도 반응기 인입부(521)와 반응기 본체(522) 내부의 압력 편차가 생기지 않으므로 배기가스를 안정적으로 배출할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400, 500)는, 배출배관(EL)으로부터 반응기(420, 520)로 배기가스를 바로 공급하여 드라이 러닝(Dry Running)이 가능하되, 반응기 (420, 520) 내부에 별도의 가드(guard)가 설치될 필요가 없는 U-type 형태의 스크러버이다.

본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400, 500)에 따르면, 기존의 U-type 스크러버(100, 200)에 설치되는 분기배관(BL)이 필요하지 않으며, 이에 따라 구조가 단순해지고 공간 활용도가 높아지는 효과가 있다.

또한, 배출배관(EL)으로부터 분기배관(BL)이 분기되는 지점에 설치되는 바이패스 댐퍼(BD) 역시 필요하지 않으므로, 설비 비용을 저감할 수 있고, 바이패스 댐퍼(BD)의 고장으로 인한 인한 사고가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400, 500)는 배출배관(EL)이 반응기(420) 또는 반응기 인입부(521)의 측면에 연결되므로, I-type 스크러버(300)와 같이 반응기 내부의 세정액이 오버 플로우되어 배기가스 배출설비(410, 510)로 유입될 위험이 없으므로, 반응기 내부에 별도의 가드(guard)가 설치될 필요가 없다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치는 반응기 인입부(521)의 상부에 개폐 가능한 비상 댐퍼(580)를 설치함으로써, 비상시 또는 드라이 러닝 시에 반응기(520) 내부의 배기가스를 신속하고 효과적으로 배출할 수 있다.

더불어 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400, 500)는, 세정액 배출라인(440, 541, 542) 측으로 송입공기를 불어넣는 실링 에어 팬(470, 570)을 더 포함하여, 세정액 배출라인(440, 541, 542)으로 고온의 배기가스가 유입되어 파이프가 열변형되는 것을 방지하는 효과가 있다.

특히, 상기 실링 에어팬(470, 570)은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치(400, 500)가 드라이 러닝으로 운전시에, 상기 세정액 배출라인(440, 541, 542)으로 송입공기를 불어놓을 수 있다. 드라이 러닝시에는 반응기(420, 520) 내부로 세정액이 분사되지 않으므로, 고온의 배기가스가 세정액 배출라인(440, 541, 542)으로 유입될 위험이 높아지기 때문이다.

이상에서는 본 발명의 특정 실시예를 중심으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

400 : 제 1 실시예에 따른 황산화물 저감장치
410 : 배기가스 배출설비 420 : 반응기
430 : 배기가스 배출구 440 : 세정액 배출라인
450 : 펌프 470 : 실링 에어 팬
500 : 제2 실시예에 따른 황산화물 저감장치
510 : 배기가스 배출설비 520 : 반응기
521 : 반응기 인입부 522 : 반응기 본체
523 : 연결부 530 : 배기가스 배출구
541, 542 : 세정액 배출라인 550 : 펌프
570 : 실링 에어 팬 580 : 비상 댐퍼

Claims

메인엔진과 적어도 하나 이상의 발전기엔진을 포함하는 선박의 배기가스 배출설비로부터 발생하는 배기가스 중의 황산화물의 저감하는 선박용 황산화물 저감장치에 있어서,
각각의 배기가스 배출설비로부터 발생하는 배기가스를 배출하는 배출배관;
상기 배출배관으로 배출되는 배기가스가 유입되는 반응기 인입부와, 상기 반응기 인입부와 하부가 상호 연결되는 반응기 본체로 구성되는 반응기;
상기 반응기 내부로 세정액을 공급하는 펌프;
상기 반응기 본체의 상부에 형성되어 정제된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구; 및
상기 반응기 인입부의 상부에 형성되는 비상 댐퍼;를 포함하고,
상기 반응기 인입부로 공급된 배기가스는 상기 반응기 인입부와 상기 반응기 본체를 순차적으로 거치면서 황산화물의 저감이 이루어지되,
상기 선박용 황산화물 저감장치의 구동이 불가한 비상시 또는 배기가스의 정제가 필요하지 않은 드라이 러닝시에는, 상기 비상댐퍼를 상기 배기가스 배출구와 함께 개방하여, 상기 반응기 내부의 배기가스를 신속하게 배출하는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 메인엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 상기 반응기 인입부의 측면으로 바로 연결되고,
상기 발전기엔진 중 선박의 유지보수에 필요한 전력을 생산하는 발전기엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 분기라인으로 분기되어 상기 반응기 인입부의 측면으로 연결되고, 이를 제외한 나머지 배출배관은 상기 반응기 인입부의 측면으로 바로 연결되며,
상기 분기라인으로 분기되는 적어도 하나 이상의 배출배관에는 바이패스 댐퍼가 설치되어, 배기가스를 배출배관을 통해 외부로 배출하거나 또는 상기 분기라인을 통해 반응기로 공급되도록 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치.
청구항 2에 있어서,
상기 배기가스 배출설비는 적어도 하나 이상의 보일러를 더 포함하고,
상기 보일러로부터 배출되는 배기가스를 배출하는 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결되는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 펌프는 상기 반응기 인입부와 상기 본체 각각으로 세정액을 공급하는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치.
청구항 7에 있어서,
상기 반응기 인입부와 상기 반응기 본체의 하부에는, 상기 반응기 내부로 공급된 새정액이 배출되는 세정액 배출라인이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치.
청구항 8에 있어서,
상기 각각의 상기 세정액 배출라인 내로 공기를 공급하는 실링 에어 팬;을 더 포함하는,
선박용 황산화물 저감장치.
삭제
내부에 세정액이 분사되어 황산화물의 저감이 이루어지는 반응기를 포함하는 선박용 황산화물 저감장치에 있어서,
메인엔진과 적어도 하나 이상의 발전기엔진을 포함하는 선박의 배기가스 배출설비로부터 발생하는 배기가스를 배출하는 배출배관을 상기 반응기의 측면으로 바로 연결하여 드라이 러닝이 가능하고,
상기 반응기 내부로 분사된 세정액을 배출하는 세정액 배출라인으로부터 상기 반응기의 내부를 향하여 공기를 불어넣어, 고온의 배기가스가 상기 세정액 배출라인으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치.
선박에 구비되는 메인엔진과 적어도 하나 이상의 발전기엔진으로부터 발생하는 배기가스가 각각의 설비에 마련된 배출배관을 통해 반응기(reactor) 내부로 공급되는 제1 단계;
상기 반응기 내부로 공급된 배기가스가 상기 반응기 내부를 거쳐 상기 반응기의 상부에 형성된 배기가스 배출구를 통해 배출되는 제2 단계; 및
상기 반응기 하부에 형성되는 세정액 배출라인으로부터 상기 반응기 내부를 향하여 공기를 분사하여, 상기 반응기 내부로 공급된 고온의 배기가스가 상기 세정액 배출라인으로 유입되는 것을 방지하는 제3 단계;를 포함하고,
상기 제2 단계에서, 상기 배기가스의 정제가 필요한 경우에는 상기 반응기 내부로 세정액을 분사하고, 상기 배기가스의 정제가 필요하지 않은 드라이 러닝시에는 상기 반응기 내부로 세정액을 분사하지 않는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치의 운전방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 단계에서, 상기 메인엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결되고, 상기 발전기엔진 중 선박의 유지보수에 필요한 전력을 생산하는 발전기엔진으로부터 배기가스를 배출하는 배출배관은 분기라인으로 분기되어 상기 반응기의 측면으로 연결되며, 이를 제외한 나머지 배출배관은 상기 반응기의 측면으로 바로 연결되는 것을 특징으로 하는,
선박용 황산화물 저감장치의 운전방법.
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