KR102266245B1

KR102266245B1 - 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템

Info

Publication number: KR102266245B1
Application number: KR1020190145014A
Authority: KR
Inventors: 김종현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-06-17
Also published as: KR20210058053A

Abstract

본 발명은 선박에 구비되는 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 엔진의 연소실로 재순환시켜 진소산화물의 발생을 저감시키는 EGR을 구비하는 선박의 수처리시스템에 있어서, EGR에서 배기가스의 세정에 사용된 후 배출되는 세정수를 저장하는 버퍼탱크; 버퍼탱크에 저장된 세정수를 EGR로 재공급하는 세정수 재공급라인; 버퍼탱크로부터 오버플로우되는 세정수가 이송되며, 응집제를 공급받아 세정수와 응집 반응시키는 응집탱크; 응집탱크에서 응집 반응을 마친 세정수를 공급받아 물과 슬러지 성분으로 분리시키는 수처리 유닛을 포함하고, 수처리 유닛에서 분리된 물은 선외 배출되거나 또는 버퍼탱크로 리턴되어 기포가 제거된 후 세정수 재공급라인을 따라 EGR의 세정수로서 재사용되고, 수처리 유닛에서 분리된 슬러지는 슬러지 저장탱크에 저장되어 사후 처리되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템을 제공한다.

Description

배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템 {Water Treatment System For a Ship including Exhaust Gas Purification Device}

본 발명은 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선박에 구비되는 엔진의 EGR(Exhaust Gas Recirculation)로부터 배출되는 세정수를 처리하여, 선외 배출시키거나 EGR의 세정수로서 재사용하는, 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템에 관한 것이다.

선박은 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에 의해 배기가스의 배출규제를 받고 있다. 대표적으로 배출규제를 받는 성분은 배기가스 중에 포함된 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)이다.

오늘날 해양 산업에서 선박으로부터 배출되는 배기가스 중에서 황산화물 및 질소산화물의 저감을 위해 다양한 기술들이 적용되고 있다. 대표적으로, 황산화물의 저감을 위해 적용되는 배기가스 정화(EGC: Exhaust Gas Cleaning) 방식과, 질소산물의 저감을 위해 적용되는 배기가스 재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation) 방식이 널리 공지되어 있다.

배기가스 정화(EGC) 방식은, 스크러버(scrubber)라는 장치 내부로 투입된 배기가스에 세정수를 분무하여 기액(氣掖) 접촉시킴으로써 배기가스 내에 포함된 황산화물을 제거하는 기술이다.

배기가스 재순환(EGR) 방식은, 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 흡기 계통으로 재순환시켜 연료의 연소시 온도를 낮춤으로써 질소 산화물의 발생을 억제하는 장치이다. 그런데 엔진에서 사용되는 연료에 따라 배기가스에는 입자상 물질(PM: Particulate Matter) 및 황산화물이 다량 포함되어 있어서, 배기가스의 재순환 횟수가 누적되면 엔진에 손상을 줄 우려가 있다. 따라서 재순환되는 배기가스 내의 입자를 감소시키기 위하여 배기가스를 세정하는 작업이 수행된다.

즉, EGC 및 EGR 공정 모두는, 세정액을 이용하여 배기가스를 세정하는 습식 스크러버(wet scrubber) 기술을 적용할 수 있다. 여기서 세정액은 해수나 청수 또는 NaOH 용액과 같은 알칼리성 작용제가 이용될 수 있다.

이와 같이 배기가스를 세정하는데 사용되는 세정수는 사용된 후 스크러버로 순환되어 재사용되거나 또는 선박 외부로 배출될 수 있다. 그런데 스크러버에서 사용된 세정수는 그을음 및 다양한 미립자 물질을 포함하는 오염된 상태이므로, 오염된 세정수를 그대로 재사용하는 경우에는 배기가스에 포함된 입자상 물질 및 각종 산화물의 제거 효율이 떨어지면서 세정수가 제기능을 못하게 되고, 오염된 세정수를 정화시키지 않고 바로 해상으로 배출하는 경우에는 해양 생태계를 심각하게 훼손시킬 우려가 있다.

따라서 EGC 또는 EGR과 같은 배기가스 정화장치를 포함하는 선박에는, 스크러버로부터 배출되는 오염된 세정수를 정화 처리하는 수처리 시스템(WTS: Water Treatment System)이 필수적으로 설치된다.

수처리 시스템의 목적은, 스크러버로 다시 전달되거나 선외 배출되는 세정수 내의 미립자 물질의 양을 최소화함으로써, 세정수의 세정능력을 유지하고 세정수 배출에 관한 국제 규정을 충족시키는 것이다.

세정수의 배출에 대한 현재의 제정법에 따르면, 선박으로부터 배출되는 물의 pH 값이 6.5 초과일 것, PAHs 농도가 2250 ppb 미만일 것, 탁도(고형분)가 25 NTU(Nephlometric Turbidity Units) 또는 25 FNU(Formazin Nephlometric Units) 미만일 것을 요구한다.

수처리 시스템은 관련 기술분야에서 널리 공지되어 있으며, 예컨대 원심분리기(centrifuge separator) 등을 이용하여 세정액으로부터 고형분을 분리시킴으로써 세정액의 탁도를 낮추고, 세정액에 NaOH 등과 같은 중화제를 첨가함으로써 세정액의 pH 값을 높이는 방식이 사용될 수 있다.

도 1은 종래 선박의 수처리시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 선박에서 엔진의 EGR(1)에는 배기가스의 세정 목적으로 세정수가 공급된다. 세정수는 세정수 공급라인(L1)을 통해 공급되며, 세정수 공급라인(L1) 상에는 세정수의 이송력을 제공하기 위한 제1 공급펌프(SP1)가 설치된다.

세정수 공급라인(L1)을 공급되는 세정수로는 청수가 이용될 수 있으며, 폐 경로(close loop)를 따라 순환하는 세정수의 부족분이 발생하는 경우에는 청수 공급라인(WL)을 통해 청수가 보충될 수 있다.

또한, 세정수 공급라인(L1) 상으로 NaOH 등의 중화제가 첨가되어, 알칼리 청수가 세정수로서 EGR(1)로 공급될 수 있다. 이를 위해 NaOH 등의 중화제를 저장하는 중화제 저장탱크(2)가 마련되며, 중화제 저장탱크(2)에 저장되는 중화제는 제1 중화제 공급라인(CL1)를 통해 세정수 공급라인(L1) 상으로 공급된다. 제1 중화제 공급라인(CL1) 상에는 제1 도징펌프(DP1)가 설치되어, 엔진의 부하(load)에 따라 필요한 중화제의 공급량을 조절할 수 있다.

EGR(1)에서 배기가스의 세정에 사용된 세정수는, 세정수 배출라인(L2)을 따라 EGR(1)로부터 배출되어 버퍼탱크(3)에 일시적으로 저장된다. 이때 세정수 배출라인(L2)을 따라 배출되는 세정수는 배기가스를 세정시키면서 오염된 상태이다.

버퍼탱크(3)에 저장되는 세정수는 세정수 재공급라인(L3)을 따라 EGR(1)로 재공급되어 배기가스의 세정에 재사용될 수 있다. 세정수 재공급라인(L3)은 전술한 세정수 공급라인(L1)과 이어지는 하나의 라인으로 마련되어, 세정수 공급라인(L1)과 세정수 배출라인(L2) 및 세정수 재공급라인(L3)이 폐 경로를 형성할 수 있다.

한편, 버퍼탱크(3)에 저장되는 세정수의 정화 처리가 필요한 경우에는, 버퍼탱크(3)에 저장된 세정수를 수처리 유닛(Water Treatment Unit)으로 보내어 처리한다. 수처리 유닛으로 이송되는 세정수는 세정수 처리라인(L4)을 통해 공급되며, 세정수 처리라인(L4)에는 세정수의 이송력을 제공하는 제2 공급펌프(SP2)가 설치된다.

이때, 배기가스의 세정에 사용되면서 산성을 띠게 되는 세정수의 중화 목적으로, 전술한 중화제 저장탱크(2)에 저장된 중화제가 제2 중화제 공급라인(CL2)을 통해 세정수 처리라인(L4) 상으로 공급될 수 있다. 제2 중화제 공급라인(CL2)에는 제2 도징펌프(DP2)가 설치되어 세정수의 중화에 필요한 중화제의 공급량을 조절할 수 있다.

수처리 유닛은, 세정수 처리라인(L4)을 통해 공급되는 세정수를 원심분리하여 물 성분과 슬러지 성분으로 분리시키는 원심분리기(5)를 포함할 수 있다. 원심분리기(5)에 의해 분리된 물 성분은 정화수 배출라인(L5)을 통해 배출되고, 슬러지(sludge) 성분은 슬러지 배출라인(L8)을 통해 배출된다.

정화수 배출라인(L5)을 통해 배출되는 물은, 선외배출라인(L6)을 통해 선외 배출되거나, 리턴라인(L7)을 통해 세정수 공급라인(L1)으로 합류되어 EGR(1)의 세정수로서 재공급될 수 있다. 원심분리기(5)에 의해 정화된 물이 선외 배출라인(L6)을 통해 해상 배출되는 것이 허용되기 위해서는, 반드시 배출규제 기준을 만족시키는 경우여야 한다.

슬러지 배출라인(L8)을 통해 배출되는 슬러지는, 슬러지 제거 키트(sludge removal kit)를 거쳐 슬러지 저장탱크(6)에 저장되며, 종국에는 처리 비용을 지불하고 해상 수거선이나 육상의 처리시설로 배출된다.

한편, 상술한 종래의 수처리 시스템(WTS)은, OIL 연료유를 사용하는 엔진이 장착된 기존 VLCC(Very Large Crude-oil Carrier)에서는 문제되지 않다가, 2018년 3월 경 최초로 2441 PROJ.(LNG 호선)에 적용됨에 따라 ME-GI 엔진의 EGR과 함께 신설 가동되면서, 가스엔진(Gas Engine)에서의 'EGR + WTS'의 문제점이 대두되기 시작하였다.

가스엔진의 EGR + WTS의 문제점으로는, 엔진의 배기가스를 세정하고 난 후의 오염된 세정수를 정화시켜 선외로 배출시키는 시스템에서, 배출수의 배출규제 중 탁도 기준(25 NTU 미만일 것)을 만족시키지 못하는 문제점이 가장 크다.

특히, 상기 탁도 기준을 만족시키지 못하는 문제는 엔진에서 LNG(Liquefied Natural Gas)를 연료로 사용하는 경우에 가장 심하였는데, 그 이유는 엔진에서 LNG를 연료로 사용하는 경우, EGR에서 배기가스의 세정에 사용된 후 배출되는 블리드오프 워터(bleed-off water)(도 1에서 L2 라인을 따라 배출되는 세정수)의 양이 예상보다 많고, 가스연료(gas fuel)의 입자가 매우 세밀하여 응집이 잘 되지 않아 원심분리기(도 1의 5)에 의한 분리 작업이 잘 이루어지지 않기 때문이다.

또한, 그 외의 건으로, 중화제인 NaOH와 함께 물을 공급하는 공급펌프(도 1의 SP1)의 기포 유입으로 인한 과전류(over current)가 발생하는 문제가 발생하였다. 구체적으로는, 원심분리기(도 1의 5)의 높은 회전력으로 물과 그 외 불순물들을 걸러내는 과정에서 기포가 발생하는데, 처리된 세정수가 선외 배출 기준을 만족하지 못하는 경우에는 다시 순환(도 1의 L7 라인을 따라)되어 공급펌프(도 1의 SP1)로 유입됨에 따라, 세정수에 포함된 기포에 의해 공급펌프(도 1의 SP1)의 오작동이 야기된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 천연가스를 엔진의 연료로 사용하는 가스엔진 혹은 DF(Dual Fuel) 엔진의 EGR과 함께 적용되는 경우에도, 선박 배출수의 탁도 기준을 만족시키는 것이 가능하고, 공급펌프에 과전류에 의한 오작동이 발생하는 것이 용이하게 방지되는, 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 구비되는 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 상기 엔진의 연소실로 재순환시켜 진소산화물의 발생을 저감시키는 EGR을 구비하는 선박의 수처리시스템에 있어서, 상기 EGR에서 배기가스의 세정에 사용된 후 배출되는 세정수를 저장하는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크에 저장된 상기 세정수를 상기 EGR로 재공급하는 세정수 재공급라인; 상기 버퍼탱크로부터 오버플로우되는 상기 세정수가 이송되며, 응집제를 공급받아 상기 세정수와 응집 반응시키는 응집탱크; 상기 응집탱크에서 응집 반응을 마친 상기 세정수를 공급받아 물과 슬러지 성분으로 분리시키는 수처리 유닛을 포함하고, 상기 수처리 유닛에서 분리된 물은, 선외 배출되거나 또는 상기 버퍼탱크로 리턴되어 기포가 제거된 후 상기 세정수 재공급라인을 따라 상기 EGR의 세정수로서 재사용되고, 상기 수처리 유닛에서 분리된 슬러지는, 슬러지 저장탱크에 저장되어 사후 처리되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템이 제공될 수 있다.

상기 버퍼탱크에는 상기 버퍼탱크로 리턴된 물에 포함된 기포를 제거할 수 있도록 벤팅라인이 연결될 수 있다.

본 발명은 상기 응집탱크로부터 응집 반응을 마친 상기 세정수를 상기 수처리 유닛으로 이송하는 제1 처리라인; 및 상기 제1 처리라인 상에 설치되어 상기 세정수의 이송력을 제공하는 공급펌프를 더 포함하고, 상기 공급펌프는 VFD(Variable Frequency Drive)가 적용된 펌프일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 공급펌프의 후단의 상기 제1 처리라인으로부터 분기되어 상기 응집탱크로 리턴되는 순환라인; 및 상기 제1 처리라인으로부터 상기 순환라인이 분기되는 지점에 설치되는 제1 방향제어밸브를 더 포함하고, 상기 응집탱크 내부에서 상기 세정수와 상기 응집제와의 반응 시간을 저감하기 위하여, 상기 응집탱크 내부의 세정수를 상기 제1 처리라인 및 상기 순환라인을 거쳐 다시 상기 응집탱크로 향하는 폐 순환 경로를 따라 순환시킬 수 있다.

상기 제1 방향제어밸브는 상기 제1 처리라인으로 유입된 세정수 및 상기 응집제가 상기 순환라인을 통해 상기 응집탱크로 리턴되도록 제어하고, 상기 공급펌프는 상기 세정수 및 상기 응집제의 순환력을 제공하기 위해 구동되되, 일정 시간 간격을 두어 간헐적으로 구동될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 수처리 유닛으로 이송되는 상기 세정수의 pH 기준을 만족시키기 위한 목적으로, 상기 제1 처리라인 상으로 중화제를 공급하는 중화제 공급라인을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 슬러지 저장탱크 내부에 침전된 슬러지의 상부에 떠 있는 물을 공급받아 저장하는 드레인탱크; 및 상기 드레인탱크에 저장된 물을 다시 수처리 유닛으로 공급될 수 있도록 상기 제1 처리라인 상으로 합류시키는 제2 처리라인을 더 포함할 수 있다.

상기 수처리 유닛에서 분리된 물은 선외 배출되거나 또는 상기 버퍼탱크로 리턴되는 것 외에도 상기 드레인탱크로 리턴될 수도 있다.

또한, 본 발명은 상기 수처리 유닛에서 분리된 물이 배출되는 정화수 배출라인; 상기 정화수 배출라인으로부터 분기되는 선외 배출라인; 상기 정화수 배출라인으로부터 분기되어 상기 수처리 유닛에서 분리된 물을 상기 버퍼탱크로 리턴시키는 제1 리턴라인; 상기 정화수 배출라인으로부터 상기 선외 배출라인 및 상기 제1 리턴라인이 분기되는 지점에 설치되는 제2 방향제어밸브; 상기 제2 방향제어밸브의 후단의 상기 선외배출라인으로부터 분기되어 상기 수처리 유닛에서 분리된 물을 상기 드레인탱크로 리턴시키는 제2 리턴라인; 및 상기 제2 리턴라인이 분기된 지점의 후단의 상기 선외배출라인 상에 설치되어 상기 수처리 유닛에서 분리된 물의 선외 배출을 제어하는 선외배출밸브를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 구비되는 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 상기 엔진의 연소실로 재순환시켜 진소산화물의 발생을 저감시키는 EGR을 구비하는 선박의 수처리시스템에 있어서, 상기 EGR에서 배기가스의 세정에 사용된 후 배출되는 세정수를 버퍼탱크에 일시적으로 저장시키고, 상기 버퍼탱크에서 오버플로우되는 상기 세정수를 원심분리기로 이송하여 수처리한 후 선외 배출하거나 또는 다시 상기 EGR의 세정수로서 재공급하되, 상기 버퍼탱크에서 오버플로우되는 상기 세정수를 응집탱크에 일정 시간 저장하면서 응집제와 반응시킨 후 상기 원심분리기로 공급함으로써, 상기 원심분리기의 분리 효율을 향상시키고, 상기 원심분리기에서 분리된 물이 선외 배출 기준을 만족시키지 못하여 상기 EGR의 세정수로서 재공급하는 경우, 상기 원심분리기에서 분리된 물을 상기 EGR로 바로 공급하는 것이 아니라 상기 버퍼탱크로 먼저 이송시켜 기포를 제거시킨 후 상기 EGR로 재공급하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템은, 천연가스를 엔진의 연료로 사용하는 가스엔진 혹은 DF 엔진의 EGR과 함께 적용되는 경우에도, 선박 배출수의 탁도 기준을 만족시키는 것이 가능하고, 공급펌프에 과전류에 의한 오작동이 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 선박의 수처리시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 수처리시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 선박의 수처리시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박에서 엔진의 EGR(10)에는 배기가스의 세정 목적으로 세정수가 공급된다. 세정수는 세정수 공급라인(L11)을 통해 공급되며, 세정수 공급라인(L11) 상에는 세정수의 이송력을 제공하기 위한 제1 공급펌프(11)가 설치된다.

세정수 공급라인(L11)을 공급되는 세정수로는 청수가 이용될 수 있으며, 폐 경로(close loop)를 따라 순환하는 세정수의 부족분이 발생하는 경우에는 청수 공급라인(L10)을 통해 청수가 보충될 수 있다.

또한, 세정수 공급라인(L11) 상으로 NaOH 등의 중화제가 첨가되어, 알칼리 청수가 세정수로서 EGR(10)로 공급될 수 있다. 이를 위해 NaOH 등의 중화제를 저장하는 중화제 저장탱크(20)가 마련되며, 중화제 저장탱크(20)에 저장되는 중화제는 제1 중화제 공급라인(L21)를 통해 세정수 공급라인(L11) 상으로 공급된다. 제1 중화제 공급라인(L21) 상에는 제1 도징펌프(21)가 설치되어, 엔진의 부하(load)에 따라 필요한 중화제의 공급량을 조절할 수 있다.

중화제 저장탱크(20)에는, 중화제를 주입하기 위한 필링라인과, 내부에 저장된 중화제의 온도를 감지하는 온도센서, 그리고 내부에 저장된 중화제의 레벨(level)을 측정하는 레벨센서가 구비될 수 있다.

본 발명에서 중화제로서 NaOH가 사용되는 경우에는, NaOH의 특성상 16℃ 이하가 되면 층분리 및 응결이 발생하여 사용할 수 없는 상태가 되므로, 이를 예방하기 위하여 선박에서 사용하는 36℃의 냉각수를 이용하여 중화제 저장탱크(20) 내부에 저장되는 NaOH의 온도를 35℃로 유지시킬 수 있다.

EGR(10)에서 배기가스의 세정에 사용된 세정수(오염된 세정수)는, 세정수 배출라인(L12)을 따라 EGR(10)로부터 배출되어 버퍼탱크(30)에 저장된다.

버퍼탱크(30)는 EGR(10)로부터 배출되는 세정수를 일시적으로 저장하여 완충시키는 역할을 한다. 버퍼탱크(30)에는 탱크 내부에 저장되는 세정수의 레벨을 측정하는 제1 레벨센서(LT1)가 구비될 수 있다.

버퍼탱크(30)에 저장되는 세정수는 세정수 재공급라인(L13)을 따라 EGR(10)로 재공급되어 배기가스의 세정에 재사용될 수 있다. 세정수 재공급라인(L13)은 전술한 세정수 공급라인(L11)과 이어지는 하나의 라인으로 마련될 수 있으며, 이에 따라 세정수 공급라인(L11)과 세정수 배출라인(L12) 및 세정수 재공급라인(L13)은 폐 경로를 형성한다.

한편, 버퍼탱크(30)에 저장되는 세정수의 정화 처리가 필요한 경우에는, 버퍼탱크(30)에 저장된 세정수를 수처리 유닛(Water Treatment Unit)으로 보내어 처리한다.

본 발명에서 수처리 유닛에서 처리된 후 배출되는 물에 있어서, pH 배출 기준을 만족시키는 것은 후술하는 제2 중화제 공급라인(L22)을 통해 세정수에 중화제를 첨가하는 것에 의해 달성될 수 있고, PAHs 농도와 탁도의 배출 기준을 만족시키는 것은 후술하는 원심분리기(60)에 의해 달성될 수 있다.

그런데 전술한 바와 같이, 엔진의 연료로서 LNG를 사용하는 경우에는 배출수의 탁도 기준을 만족시키는 것이 쉽지 않다. 본 출원인은 수 번의 시운전 결과, 오염된 세정수에 응집제를 투여하여 약 30분간 응집 반응을 거치는 것에 의해, LNG를 연료로 사용하는 경우에도 배출수 탁도 기준을 용이하게 만족시킬 수 있음을 알아내었고, 이에 본 발명에 따른 선박의 수처리시스템을 아래와 같은 방식으로 구성하였다.

본 발명에서 EGR(10)로부터 배출되는 세정수는 버퍼탱크(30)에 일시적으로 저장된 후, 수처리 유닛으로 이송되기 전에 응집제와 응집 반응을 거칠 수 있도록, 중간에 마련된 응집탱크(40)를 거치게 된다.

엔진에서 사용되는 연료의 성상 및 외기 온도, 엔진의 부하(load) 등에 따라 EGR(10)로부터 배출되는 세정수(블리드오프 워터(bleed-off water))의 양이 다른데, 엔진의 연료로서 LNG를 사용하는 경우에는 예상보다 많은 양의 블리드오프 워터가 배출된다.

종래 기술(도 1 참조)에서는 버퍼탱크의 내부 레벨과 연동하여 수처리 유닛에 의한 세정수의 처리를 수행(예를 들어, 버퍼탱크의 레벨이 75% 이상이 되면 수처리 유닛으로 보내어 처리함)하였지만, 본 발명에서는 버퍼탱크(30)로부터 넘치는 양의 세정수만을 응집탱크(40)로 오버플로우(overflow)시켜 처리하는 것을 특징으로 한다.

즉, 종래 기술에서는 수처리 유닛으로 공급되는 세정수를 버퍼탱크에서 컨트롤 하였지만, 본 발명에서는 수처리 유닛으로 공급되는 세정수를 응집탱크(40)에서 컨트롤 하는 것이다.

구체적으로, 버퍼탱크(30)에 저장된 세정수가 버퍼탱크(30)의 용량을 초과하여 오버플로우 되는 경우, 오버플로우되는 세정수는 제1 오버플로우 라인(L30)을 따라 응집탱크(40)로 이송된다.

응집탱크(40)로 이송된 세정수는 탱크 내부로 제공되는 응집제와 반응하여 화합물을 형성한다. 응집 반응에 의해 형성된 화합물은 후술하는 원심분리기(60)에 의해 분리되기가 더 쉽다. 즉, 본 발명에서 응집 반응의 목적은, 오염된 세정수 내의 입자의 응집을 촉진하여 이후 원심분리기(60)에 의한 분리 효율을 향상시키고자 하는 것이다. 응집제는 3가 금속이온, 예컨대 3가 철이나 3가 알루미늄일 수 있다.

본 발명은 응집탱크(40)로 공급되는 응집제를 저장하는 응집제 저장탱크(41)를 구비할 수 있으며, 응집제 저장탱크(41)에 저장된 응집제는 응집제 공급라인(L40)을 따라 응집탱크(40)로 공급될 수 있다. 응집제 공급라인(L41) 상에는 응집제 공급펌프(42)가 설치될 수 있다. 이때 응집제 저장탱크(41)로부터 공급되는 응집제는 후술하는 정화수 배출라인(L60) 상으로도 공급될 수 있다. 정화수 배출라인(L60) 상으로 응집제를 공급하는 경우는, 후술하는 원심 분리기(60)로부터 배출되는 물이 선외 배출 기준을 만족하지 못하여 버퍼 탱크(30) 또는 드레인 탱크(80)로 리턴될 시에 응집제를 첨가하여 이후 재처리될 때 분리 효율을 높이기 위함이다. 따라서 도면상에는 응집제 공급라인(L40)으로부터 분기된 라인이 정화수 배출라인(L60)으로 연결되는 것이 도시되어 있지만, 분기된 라인이 원심 분리기(60) 전단의 제1 처리라인(50)으로 연결되어도 무방하다.

응집제의 첨가량은 세정수의 탁도 또는 부유물질의 농도에 따라 조절될 수 있으며, 더욱 구체적으로는 엔진의 부하와 후술하는 제2 방향제어밸브(V2)의 개도에 따라 조절될 수 있다.

응집탱크(40)로 이송된 세정수는 충분한 응집을 위하여 탱크 내부에 약 30분간 저류(貯留)하면서 응집제와 반응이 이루어질 수 있다.

세정수의 충분한 응집을 위한 시간(30분)을 만족시키기 위하여, 응집탱크(40)의 용량을 버퍼탱크(30)에서 오버플로우되는 세정수를 모아 30분동안 채워둘 수 있는 용량으로 구성한다. 구체적으로 응집탱크(40)의 용량은, EGR(10)로부터 배출되는 최대 블리드오프 워터의 양을 'a'라 하고, EGR(10)로 공급되는 세정수의 양을 'b'라 하며, 응집탱크(40)에 체류하는 시간을 'c(분)'라 하였을 때, (a-b)×c 로 구해질 수 있다. 본 실시예에서는 응집탱크(40)에 체류하는 시간으로서 30분을 바람직한 실시예로 제시하고 있으나, 이에 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

한편, 도면에 도시된 바와 같이, 응집탱크(40)로부터 세정수가 배출되는 제1 처리라인(L50)과 제1 처리라인(L50)으로부터 분기되어 응집탱크(40)로 리턴되는 순환라인(L51)을 이용하여, 응집탱크(40) 내부의 세정수 및 응집제를 지속적으로 순환시키며 섞어줌으로써 반응에 필요한 시간을 30분 이하로 줄일 수 있다.

더욱 구체적으로는, 제1 처리라인(L50)으로부터 순환라인(L51)이 분기되는 지점에 설치되는 제1 방향제어밸브(V1)를 제어하여, 응집탱크(40)으로부터 제1 처리라인(L50) 및 순환라인(L43)을 거쳐 다시 응집탱크(40)로 향하는 폐 순환 경로를 형성하고, 후술하는 제2 공급펌프(50)를 구동하여 세정수 및 응집제가 상기 폐 순환 경로를 따라 순환되게 할 수 있다. 이때 제2 공급펌프(50)는 시간 간격(time interval)을 두어 간헐적으로 구동될 수 있다.

이와 같은 세정수 및 응집제의 순환 작업은, 후술하는 원심분리기(60)에 의해 정화된 물의 선외 배출이 잘 이루어지지 않는 경우에 실시될 수 있다. 세정수 및 응집제의 순환 작업이 수행되는 경우, 제2 중화제 공급라인(L22) 상에 설치되는 밸브(V22)는 닫힌다.

응집탱크(40)는 제2 레벨센서(LT2)를 구비할 수 있다. 응집탱크(40)의 레벨이 일정 수준 이상으로 증가하여 High Level 알람이 울리면 제2 공급펌프(50)를 구동하여 탱크 내부의 세정수를 수처리 유닛으로 이송한다. 이후 응집탱크(40)의 레벨이 일정 수준 미만으로 감소하여 Low Level로 복귀하면 제2 공급펌프(50)의 구동을 중지한다. 제2 공급펌프(50)의 구동이 중지되면, 세정수는 버퍼탱크(30)로부터 EGR(10)을 거쳐 버퍼탱크(30)로 순환을 계속하게 되고, 버퍼탱크(30)로부터 오버플로우되는 세정수만이 다시 응집탱크(40)에 저장될 것이다.

또한, 전술한 바와 같이 응집탱크(40) 내부의 세정수와 응집제와의 순환 작업을 실시할 때에도, 제2 레벨센서(LT2)에서 감지된 값을 근거로 제2 공급펌프(50)의 구동이 제어될 수 있다.

응집탱크(40) 내부에서 충분한 응집 반응을 마친 세정수는, 제1 처리라인(L50)을 통해 수처리 유닛으로 공급된다. 이때 제1 방향제어밸브(V1)는 제1 처리라인(L50)의 유로가 응집탱크(40)로부터 수처리 유닛을 향하도록 제어된다.

제1 처리라인(L50)에는 세정수의 이송력을 제공하는 제2 공급펌프(50)가 설치되될 수 있다. 본 발명에서 제2 공급펌프(50)는 VFD(Variable Frequency Drive)가 적용된 펌프일 수 있다. 이는 원심분리기(60)에 의해 정화된 물이 선외 배출 기준을 만족하지 못하여 리턴되는 경우가 발생하면, RPM을 낮추어 원심분리기(60)로 공급되는 세정수의 양을 줄임으로써 원심분리기(60)의 효율을 높여 정화된 물의 선외 배출이 가능하게 조절하는 기능을 추가한 것이다.

그리고 제2 공급펌프(50)의 하류측 제1 처리라인(L50) 상에는 유량센서(FT)가 설치되어 수처리 유닛으로 전달되는 세정수의 양을 측정하고, 이를 토대로 제2 중화제 공급라인(L22)을 통해 공급되는 중화제의 도징(dosing) 양을 조절할 수 있다. 또한, 유량센서(FT)와 후술하는 제2 방향제어밸브(V2)의 개도 상태를 연계시켜, 수처리 유닛에서 처리된 세정수 중에서 얼마의 양이 선외 배출되고, 얼마의 양이 버퍼탱크(30) 또는 드레인탱크(80)로 리턴되었는지를 파악할 수 있다. 따라서 EGR(10)에서 배출되는 블리드오프 워터의 양 대비 선외 배출되는 물의 양을 파악하여 본 발명에 따른 수처리시스템의 성능 검증도 가능하다.

본 발명은, 배기가스의 정화에 사용되면서 산성을 띠게 되는 세정수의 중화 목적(선외 배출 pH 기준을 만족시키기 위함)으로, 전술한 중화제 저장탱크(20)에 저장된 중화제를 제2 중화제 공급라인(L22)을 통해 제1 처리라인(L50) 상으로 공급할 수 있다. 제2 중화제 공급라인(L22)에는 제2 도징펌프(22)가 설치되어 세정수의 중화에 필요한 중화제의 공급량을 조절할 수 있다.

본 발명에서 수처리 유닛은, 제1 처리라인(L50)을 통해 공급되는 세정수를 원심분리하여 물 성분과 슬러지 성분으로 분리시키는 원심분리기(60)를 포함할 수 있다.

원심분리기(60)에 의해 분리된 물 성분은 정화수 배출라인(L60)을 통해 배출되고, 슬러지(sludge) 성분은 슬러지 배출라인(L70)을 통해 배출된다.

정화수 배출라인(L60)을 통해 배출되는 물은, 선외배출라인(L61)을 통해 선외 배출되거나, 선외 배출이 불가한 경우에는 제1 리턴라인(L62)을 통해 버퍼탱크(30)로 리턴되거나 또는 제2 리턴라인(L63)을 통해 드레인탱크(80)로 리턴될 수 있다.

원심분리기(60)에 의해 정화된 물이 선외배출라인(L61)을 통해 해상으로 배출되는 것이 허용되기 위해서는 반드시 배출규제 기준을 만족시키는 경우여야 한다. 정화된 물이 선외 배출 기준을 만족하는지를 판단하기 위하여, 정화수 배출라인(L60) 상에는 배출수의 pH 값, PAHs 농도 및 탁도 등을 감지하는 선외배출센서(S)가 설치될 수 있다.

원심분리기(60)에 의해 정화된 물을 선외 배출할 것인지 아니면 버퍼탱크(30) 또는 드레인탱크(80)로 리턴할 것인지는, 선외배출센서(S)에 의해 측정된 배출수의 pH 농도, PAHs 농도 및 탁도의 정도에 따라 결정될 수 있다.

정화수 배출라인(L60)으로부터 선외배출라인(L61) 및 제1 리턴라인(L62)이 분기되는 지점에는 제2 방향제어밸브(V2)가 설치될 수 있다. 또한, 제2 리턴라인(L63)은 제2 방향제어밸브(V2)의 하류측 선외배출라인(L61)으로부터 분기되어 드레인탱크(80)로 연결될 수 있으며, 제2 리턴라인(L63)이 분기된 지점의 하류측 선외배출라인(L61) 상에는 정화된 물의 선외 배출을 제어하는 선외배출밸브(V3)가 설치될 수 있다.

한편, 본 발명에서 원심분리기(60)로부터 제1 리턴라인(L62)을 통해 리턴되는 물은, 종래 기술에서처럼 세정수 공급라인(L11) 상으로 바로 합류되는 것이 아니라, 버퍼탱크(30)로 리턴되는 것을 알 수 있다.

제1 리턴라인(L62)을 통해 리턴되는 물은 원심분리기(60)에 의해 높은 회전력으로 회전하면서 발생된 기포를 포함할 수 있는데, 이렇게 기포가 함유된 세정수가 제1 공급펌프(11)로 유입되면 과전류가 발생할 수 있으므로, 제1 리턴라인(L62)을 통해 리턴되는 물을 바로 세정수 공급라인(L11) 상으로 합류시키지 않고 버퍼탱크(30)를 거치면서 기포가 제거된 후, 세정수 재공급라인(L13)을 통해 EGR(10)로 재공급될 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 버퍼탱크(30)에서 리턴되는 물에 포함된 기포의 제거가 이루어질 수 있도록, 버퍼탱크(30)의 상부에 벤팅라인(VL)을 마련한다. 제1 리턴라인(52)을 통해 버퍼탱크(30)로 리턴된 물은 탱크 내부에 저류하는 과정에서 기포가 자연스럽게 탱크의 상측 영역으로 상승하여 제거되며, 벤팅라인(VL)을 개방하여 이를 배출시킬 수 있다.

슬러지 배출라인(L70)을 통해 배출되는 슬러지는, 슬러지 수집탱크(71)에 수집되어 저장된다. 그리고 슬러지 수집탱크(71)에 저장된 슬러지의 레벨이 일정 수준 이상으로 높아지면, 슬러지 배출펌프(72)를 가동하여 슬러지 수집탱크(71)에 저장된 슬러지를 슬러지 저장탱크(73)로 이송하여 저장시킬 수 있다.

슬러지 수집탱크(71)를 거쳐 슬러지 저장탱크(73)에 저장된 슬러지는, 종국에는 처리 비용을 지불하고 해상 수거선이나 육상의 처리시설로 배출된다.

한편, 본 발명에 따른 선박의 수처리시스템은, 슬러지 저장탱크(73)와는 별도로 마련되는 드레인탱크(80)를 더 포함한다.

본 발명에서 드레인탱크(80)는, 전술한 바와 같이 원심분리기(60)에 의해 정화된 물이 선외 배출 기준을 만족하지 못할 시, 제2 리턴라인(L63)을 통해 리턴되는 물을 공급받아 저장한다.

또한, 슬러지 저장탱크(73)에 저장되는 저장되는 슬러지의 경우 최소화하는 것이 이득이 되므로, 본 발명은 슬러지 저장탱크(73)에서 충분히 침전된 슬러지의 상부에 떠 있는 물을 제2 오버플로우 라인(L80)을 통해 드레인탱크(80)로 이송시킨 후, 다시 수처리 유닛으로 보내어 선외 배출되도록 할 수 있도록 구성한다.

드레인탱크(80) 내부에 저장된 물은 제2 처리라인(L90)을 따라 제1 처리라인(L50)으로 합류되어 다시 수처리 유닛으로 전달될 수 있다. 제2 처리라인(L90) 상에는 수처리 유닛으로 재공급되는 물의 이송력을 제공하는 제3 공급펌프(90)가 설치될 수 있다.

드레인탱크(80)는 제3 레벨센서(LT3)를 구비할 수 있으며, 드레인탱크(80)의 레벨이 일정 수준 이상으로 증가하여 High Level 알람이 울리면 제3 공급펌프(90)를 구동하여 탱크 내부의 물을 수처리 유닛으로 이송한다. 이후 드레인탱크(80)의 레벨이 일정 수준 미만으로 감소하여 Low Level로 복귀하면 제3 공급펌프(90)의 구동을 중지한다.

한편, 본 발명에서 드레인탱크(80)는, 배출수의 선외 배출이 엄격히 제한된 구역에서 오염물질을 저장하기 위해 구비되는 탱크일 수 있다.

본 발명은 이러한 드레인탱크(80)를 이용하여 EGR(10)을 가동하지 않을 시에도 선박의 배출수를 수처리 유닛으로 계속 순환시키며 청정시킬 수 있다.

즉, EGR(10)의 가동시에는 제2 공급펌프(50)를 이용하여 선박 배출수를 수처리 유닛으로 순환시키고, EGR(10)을 가동하지 않을 시에는 제3 공급펌프(90)를 이용하여 선박 배출수를 수처리 유닛으로 순환시킬 수 있다.

따라서 본 발명에서 제3 공급펌프(90)는 제2 공급펌프(50)가 가동하지 않을 때에만 작동되도록 설정될 수 있다. 다만, 드레인탱크(80)의 레벨이 일정 수준 이상으로 증가할 때 한시적으로 제2 공급펌프(50)와 제3 공급펌프(90)를 동시에 가동하는 경우가 있을 수 있다.

도면에서 가장 오른쪽에 도시된 버퍼탱크(30)로부터 드레인탱크(80)로 연결되는 라인은, 수처리 유닛의 수리나 유지보수시 또는 버퍼탱크(30) 내부의 물을 완전히 새로운 물로 갈고 싶을 때 사용하는 라인이다.

이와 같은 본 발명에 따른 배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템은, 천연가스를 엔진의 연료로 사용하는 가스엔진 혹은 DF 엔진의 EGR과 함께 적용되는 경우에도, 선박 배출수의 탁도 기준을 만족시키는 것이 가능하고, 공급펌프에 과전류에 의한 오작동이 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.

10 : EGR
11 : 제1 공급펌프
20 : 중화제 저장탱크
21 : 제1 도징펌프
22 : 제2 도징펌프
30 : 버퍼탱크
40 : 응집탱크
41 : 응집제 저장탱크
50 : 제2 공급펌프
60 : 원심분리기
71 : 슬러지 수집탱크
72 : 슬러지 배출펌프
73 : 슬러지 저장탱크
80 : 드레인탱크
90 : 제3 공급펌프
L10 : 청수 공급라인
L11 : 세정수 공급라인
L12 : 세정수 배출라인
L13 : 세정수 재공급라인
L21 : 제1 중화제 공급라인
L22 : 제2 중화제 공급라인
L30 : 제1 오버플로우 라인
L40 : 응집제 공급라인
L50 : 제1 처리라인
L51 : 순환라인
L60 : 정화수 배출라인
L61 : 선외배출라인
L62 : 제1 리턴라인
L63 : 제2 리턴라인
L70 : 슬러지 배출라인
L80 : 제2 오버플로우 라인
L90 : 제2 처리라인
V1 : 제1 방향제어밸브
V2 : 제2 방향제어밸브
V3 : 선외배출밸브
VL : 벤팅라인

Claims

선박에 구비되는 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 상기 엔진의 연소실로 재순환시켜 질소산화물의 발생을 저감시키는 EGR을 구비하는 선박의 수처리시스템에 있어서,
상기 EGR에서 배기가스의 세정에 사용된 후 배출되는 세정수를 저장하는 버퍼탱크;
상기 버퍼탱크에 저장된 상기 세정수를 상기 EGR로 재공급하는 세정수 재공급라인;
상기 버퍼탱크로부터 오버플로우되는 상기 세정수가 이송되며, 응집제를 공급받아 상기 세정수와 응집 반응시키는 응집탱크;
상기 응집탱크에서 응집 반응을 마친 상기 세정수를 공급받아 물과 슬러지 성분으로 분리시키는 수처리 유닛;
상기 응집탱크로부터 응집 반응을 마친 상기 세정수를 상기 수처리 유닛으로 이송하는 제1 처리라인;
상기 제1 처리라인 상에 설치되어 상기 세정수의 이송력을 제공하는 공급펌프; 및
상기 공급펌프의 후단의 상기 제1 처리라인으로부터 분기되어 상기 응집탱크로 리턴되는 순환라인을 포함하고,
상기 순환라인을 통해 상기 응집탱크로 리턴되는 세정수의 순환력에 의하여 상기 응집탱크 내부의 세정수와 응집제가 지속적으로 섞어짐으로써 상기 세정수의 응집 반응 시간이 저감될 수 있으며,
상기 수처리 유닛에서 분리된 물은, 선외 배출되거나 또는 상기 버퍼탱크로 리턴되어 기포가 제거된 후 상기 세정수 재공급라인을 따라 상기 EGR의 세정수로서 재사용되는 것을 특징으로 하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 버퍼탱크에는 상기 버퍼탱크로 리턴된 물에 포함된 기포를 제거할 수 있도록 벤팅라인이 연결되는 것을 특징으로 하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 처리라인으로부터 상기 순환라인이 분기되는 지점에 설치되는 제1 방향제어밸브를 더 포함하고,
상기 제1 방향제어밸브는 상기 제1 처리라인으로 유입된 세정수가 상기 순환라인을 통해 상기 응집탱크로 리턴되도록 제어하고,
상기 공급펌프는 상기 세정수의 순환력을 제공하기 위해 구동되되 일정 시간 간격을 두어 간헐적으로 구동되는 것을 특징으로 하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 공급펌프는 VFD(Variable Frequency Drive)가 적용된 펌프인 것을 특징으로 하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 수처리 유닛에서 분리된 슬러지는 슬러지 저장탱크에 저장되어 사후 처리되는 것을 특징으로 하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 수처리 유닛으로 이송되는 상기 세정수의 pH 기준을 만족시키기 위한 목적으로, 상기 제1 처리라인 상으로 중화제를 공급하는 중화제 공급라인을 더 포함하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 슬러지 저장탱크 내부에 침전된 슬러지의 상부에 떠 있는 물을 공급받아 저장하는 드레인탱크; 및
상기 드레인탱크에 저장된 물을 다시 수처리 유닛으로 공급될 수 있도록 상기 제1 처리라인 상으로 합류시키는 제2 처리라인을 더 포함하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 수처리 유닛에서 분리된 물은 선외 배출되거나 또는 상기 버퍼탱크로 리턴되는 것 외에도 상기 드레인탱크로 리턴될 수도 있는 것을 특징으로 하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 수처리 유닛에서 분리된 물이 배출되는 정화수 배출라인;
상기 정화수 배출라인으로부터 분기되는 선외 배출라인;
상기 정화수 배출라인으로부터 분기되어 상기 수처리 유닛에서 분리된 물을 상기 버퍼탱크로 리턴시키는 제1 리턴라인;
상기 정화수 배출라인으로부터 상기 선외 배출라인 및 상기 제1 리턴라인이 분기되는 지점에 설치되는 제2 방향제어밸브;
상기 제2 방향제어밸브의 후단의 상기 선외배출라인으로부터 분기되어 상기 수처리 유닛에서 분리된 물을 상기 드레인탱크로 리턴시키는 제2 리턴라인; 및
상기 제2 리턴라인이 분기된 지점의 후단의 상기 선외배출라인 상에 설치되어 상기 수처리 유닛에서 분리된 물의 선외 배출을 제어하는 선외배출밸브를 더 포함하는,
배기가스 정화장치를 포함하는 선박의 수처리시스템.
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