KR102388063B1 - 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치 - Google Patents

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Abstract

비용 경제적인 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치가 소개된다. 선박 엔진(1)의 배기가스는 SCR 모듈(20) 및 집진기(30)를 순차적으로 거쳐 외부로 배출되며, 그 과정에 NOx, HC, CO, PM 등의 유해물질이 제거된다. 배기가스와 환원제가 혼합기(21)에서 혼합된 후 디퓨저(22)에서 균일 확산되어 SCR 모듈(20)로 유입된다. 집진기(30)에는 DPF 모듈(31), 수트블로어(32) 및 DOC 모듈(33)이 순차 적층된다.

Description

소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치{Apparatus For Reducing Pollutants From Exhaust Gases OF Small Ships}
본 발명은 유해물질 처리장치, 특히 소형선박의 배기가스 중에 포함된 유해물질을 저감하기 위한 장치에 관한 것이다.
육상 수송차량 외에도 해상을 운행하는 선박에 대한 오염물질 배출 저감 요구 수준이 강화되고 있다. 국제해사기구 IMO는 지난 2016년부터 해상에서의 NOx 배출규제를 TierⅢ로 강화한 바 있고, IMO 2020에서는 전세계 모든 선박들에 대한 연료유황 함유량 기준이 대폭 강화되었다.
저급의 중유(HFO)를 사용하는 선박은 운항 중 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 미세먼지(PM) 등의 오염물질을 다량 배출한다. SOx는 저유황유의 사용을 통해 어느 정도 저감 가능하며, NOx는 화석연료의 연소과정에 자연 발생되므로 배기가스 재순환 장치(EGR)나 선택적 촉매 환원장치(SCR)와 같은 처리장치를 이용하여 제거된다.
EGR은 엔진의 연료 연소과정에 발생한 배기가스의 일부를 냉각시킨 뒤 이를 연료와 섞어 엔진 내부로 재투입 연소시킴으로써, 배기가스에 포함되어 있는 NOx를 저감시키는 방식이다. EGR은 NOx 배출량을 저감시킬 수 있지만, 연료 소비율이 증가하여 전체적인 효율 감소가 초래되는 한계가 있다.
SCR은 배기가스에 포함된 NOx를 환원제와 선택적 촉매를 이용하여 질소(N), 물(H2O)로 환원 분리시키는 배기가스 후처리 장치이다. 통상 요소수(Urea solution)를 배기가스에 분사하여 배기가스의 열에 의해 요소수를 증발 및 열분해, 가수분해를 통해 환원제인 암모니아(NH3)를 생성하고, 발생된 NH3가 촉매하에 NOx를 N2와 H2O로 분해시킨다.
해상 배기가스의 규제에 대응하기 위해 대형선박의 경우 천연가스 엔진의 적용이 점차 확대되고 있고, 기존 대형선박의 경우에는 SCR과 같은 별도 후처리장치가 설치되고 있다. 주로 근해를 중심으로 사용되는 소형선박의 경우, 법적 규제가 아직 완비되지 않았으나, 점차 강화되어 가는 규제 추세에 맞추어 배기가스 유해물질의 저감을 위한 비용 경제적인 방안의 마련이 요구된다.
본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 소형선박의 배기가스 중에 포함된 유해물질을 효율적으로 저감시킬 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 NOx 외에도 PM, HC, CO를 제거할 수 있는 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 것이다.
위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치는 선박 엔진으로부터 유입된 배기가스에 환원제, 예로서 요소가 분사되고, 이후 환원제를 함유한 배기가스가 SCR 모듈 및 집진기를 순차적으로 거쳐 외부로 배출되도록 구성된다.
본 발명에 의하면 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치는 SCR 모듈의 전단에 배치된 디퓨저와, 디퓨저의 전단에 배치되며 회전날개를 갖는 혼합기를 구비한다. SCR 모듈에서의 NOx 저감 효율을 높이기 위해서는 환원제로 공급되는 요소가 NH3로 변환되는 효율이 높아야 한다. 요소는 혼합기에서 배기가스와 균일 혼합되어 NH3로 변환되며, 이후 디퓨저에서 감속되어 SCR 모듈로 유입된다.
본 발명에 의하면 집진기는 아래로부터 DPF 모듈, 수트블로어가 순차 적층된 필터층을 구비하며, SCR 모듈로부터의 배기가스가 필터층의 하부로부터 상방향 흐르도록 구성된다. 수트블로어가 주기적으로 또는 미리 설정된 시기에 작동하여 DPF 모듈에 쌓인 오염물을 제거한다.
본 발명에 의하면 수트블로어 위에 DOC 모듈이 배치된다. 필터층을 통과한 배기가스는 DOC 모듈을 거치면서 CO, HC가 제거된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치에 의하면, 배기가스와 환원제가 혼합기에서 균일하게 혼합되어 SCR 모듈에서 촉매에 의한 선택적 촉매 환원반응이 효율적으로 이루어진다.
또한 본 발명에 의하면 SCR 모듈 전단에 디퓨저가 배치되어 있어, 혼합기에서 비교적 강교반을 하더라도 SCR 모듈로 유입되는 배기가스의 압력과 속도가 일정 수준으로 제어될 수 있고, 이에 따라 유해물질 제거 효율이 향상된다.
또한 본 발명에 의하면 혼합기와 디퓨저를 이용하여 환원제와 배기가스의 균일 혼합이 가능하므로, 유해물질 저감장치를 보다 컴팩트하게 설계할 수 있고, 공간 제약이 많은 중소형 선박에도 적용될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 배기가스에 포함된 NOx가 SCR 모듈에서 집중 제거되며, 배기가스에 포함된 PM, HC, CO가 집진기에서 추가적으로 제거되므로, 배출규제해역(Emission Control Area, ECA)에서의 선박 배기가스에 대한 환경 규제에 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치를 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디퓨저의 개략도이다.
이하 본 발명의 여러 특징적인 측면들을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 구체적으로 살펴본다. 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들은 동일한 부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징들에 대한 직관적인 이해를 위해 과장되거나 개략적으로 도시될 수 있다.
본 문서에서, 별도 한정이 없거나 본질적으로 허용될 수 없는 것이 아닌 한, 두 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 표현들, 예로서 '상', '연결'과 같은 표현들은 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재되는 것을 허용한다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다.
도 1에 실시예에 따른 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 유해물질 저감장치는 선박 엔진(1)의 배기라인에 연결 설치되는 후처리 장치이다. 처리장치는 엔진(1) 배기가스가 혼합기(21), 디퓨저(22)를 거쳐 SCR 모듈(20)에서 처리되도록 구성된다.
혼합기(21) 전단에서 배기가스 환원제, 예로서 요소가 배기가스에 투입된다. 배기가스의 열에 의해 투입된 요소는 흡열반응 및 가수분해반응을 거쳐 NH3로 변환된다. 배기가스의 흐름방향을 기준으로 상류 측이 전단, 하류 측이 후단에 해당한다.
SCR 모듈(20)에서의 NOx 저감 효율을 높이기 위해서는 환원제로 공급되는 요소의 NH3로의 변환 효율이 높아야 한다. 요소 투입 지점으로부터 SCR 모듈(20)까지의 거리가 짧은 경우, 가수분해 반응이 일어나는 시간이 줄어 요소가 NH3로 변환되는 효율이 저하될 수 있다. 실시예에 의하면 요소가 투입된 배기가스는 혼합기(21)와 디퓨저(22)를 차례로 거쳐 SCR 모듈(20)로 유입된다.
혼합기(21)는 NH3와 배기가스를 균일 혼합시키기 위한 회전날개를 구비한다. 혼합기(21)는 NH3와 배출가스를 고르게 혼합하여 SCR 모듈(20)에서의 NOx 저감률을 증가시키도록 도와주는 역할을 하며, 이에 의해 SCR 모듈(20)에서의 NH3와 NOx 간 변환 효율을 높일 수 있다. 혼합기(21) 내로 유입된 잔류 요소는 혼합기(21) 내에서 NH3로 변환되고 배기가스와 균일 혼합된다.
디퓨저(22)는 혼합기(21)로부터의 배기가스 흐름을 확산시시켜 유동 균일도를 향상시키는 역할을 한다. 혼합기(21)에서 NH3와 교반되어 와류를 형성하는 배기가스는 디퓨저(22)에서 속도가 감소되며 정압(static pressure)이 상승한다. 디퓨저(22)는 SCR 모듈(20) 입구에서 배기가스의 전체 압력이 목표 범위로 조절되고, 배기가스 진행방향 및 디퓨저(22)의 확장부 전영역에서 유동 균일도가 확보될 수 있도록 설계된다.
SCR 모듈(20)은 선택적 촉매 반응에 의해 아래 [화학식 1]에서 보듯이 환원제 NH3가 NOx를 N2와 H2O로 환원시킨다. NOx 변환 효율은 250~450℃에서 우수하며, 약300℃ 이하에서는 (b) 반응이 우세한 것으로 알려져 있다. 촉매로는 백금(Pt)계, 바나듐계(V), 티타늄(Ti)계, 제올라이트(Zr)계 등이 사용될 수 있고, 나아가 SO3 생성 억제 및 촉매 수명 연장을 위해 바나듐에 TiO2, W 등이 첨가된 VOx/TiO2, VOx/W/TiO2 촉매가 사용될 수 있다. 엔진 연소 시 발생하는 충격과 진동과 같은 열악한 조건으로 인해 선박용 엔진에 적합한 고강성 담체 및 촉매의 개발이 요구되고 있고, 장차 개발될 촉매 및 담체 또한 본 발명에 사용될 수 있다.
[화학식 1]
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO + 2NO2 + 4NH3 →4N2 + 6H2O
2NO2 + NH3 + O2 → 3N2 + H2O
SCR 모듈(20)에서 NOx 저감된 배기기스는 PM 제거 등을 위해 2차 처리될 수 있다.
도 2에 또 하나의 실시예에 따른 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치가 도시되어 있다. 앞서 실시예에서와 동일한 요소(들)에 대해서는 간단히 설명되거나 중복 설명이 생략된다.
이 실시예의 유해물질 저감장치는 엔진(1) 배기가스가 혼합기(21), 디퓨저(22) 및 SCR 모듈(20)를 거치면서 1차 처리된 후, 집진기(30)에서 2차 처리되어 외부로 배출되도록 구성된다.
엔진(1)의 배기라인에 인렛라인(11)이 연결되며, 이 인렛라인(11)에 환원제 공급라인(13)이 연결된다. 환원제 공급라인(13)을 통해 예로서 요소수가 공급되며, 환원제 공급라인(13)의 선단에는 요소수를 배기가스에 직접 분사하기 위한 인젝터(14)가 마련된다. 인젝터(14)에서 분사된 요소수는 고온의 배기가스와 섞여 기화되어 혼합기(21)를 거쳐 SCR 모듈(20) 측으로 흐른다.
SCR 모듈(20)에서의 촉매 반응율을 높이기 위해서는 엔진(1)의 작동조건에 따라 요소수 분사량이 정확하게 제어되어야 한다. 요소수 분사량이 적으면 NOx의 저감효율이 낮아지고, NH3 분사량이 높으면 대기 중으로 NH3의 슬립(slip)현상, 즉 NH3가 촉매반응에서 완전히 소모되지 않고 대기 중으로 방출되는 현상이 발생한다. 요구되는 수준의 NOX 저감효율을 유지하면서, NH3 슬립은 최소화시킬 수 있도록 요소수의 적량 공급 제어가 요구된다.
혼합기(21)의 회전날개 크기, 개수, 형상, 회전속도 등은 배기가스의 유량, 속도, 온도 등을 고려하여 최적 설계 및 제어된다. 날개의 형상이나 회전속도로 인해 혼합기(21)에서 배압이 너무 커지는 경우, SCR 모듈(20)로의 배기가스 흐름에 방해가 되고 엔진(1)의 출력 저하가 문제될 수 있다. 엔진 출력에 미치는 영향은 최소화하면서도 배기가스와 NH3의 혼합 및 유동 균일도는 최대화될 수 있도록 혼합기(21) 및 회전날개의 구조가 설계된다.
도 3에는 실시예에 따른 디퓨저(22)가 개략적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 디퓨저(22)는 입구부(22a)와 확장부(22b)를 갖는다. 입구부(22a)는 혼합기(21)와 연결된 부위이며, 확장부(22b)는 점차 직경이 확대되는 구간이다. 입구부(22a)의 길이는 혼합기(21)와의 연결성이 보장된다면 최소로 축소될 수 있고, 확장부(22b)의 경사각은 배기가스의 유동 균일도 보장을 위해 급격한 변화보다는 완만한 각도로 설계되는 것이 좋다.
도 2를 다시 참조하면, SCR 모듈(20)에서 1차로 오염물질, 주로는 NOx가 제거된 배기가스는 아웃렛라인(12)을 통해 집진기(30)로 하부 측으로 유입되어 집진기(30) 상부로 상승하면서 2차로 배기가스 중의 오염물질이 처리된다.
집진기(30)는 배기가스 중의 오염물질을 처리하기 위한 필터층을 갖는다. 필터층은 아래로부터 DPF 모듈(31)과 수트블로어(32)가 순차 배치된 구조를 갖는다. 실시예에 의하면 수트블로어(32) 위에 DOC 모듈(33)이 추가 배치된다. 집진기(30) 내에 DPF 모듈(31), 수트블로어(32) 및 DOC 모듈(33)이 컴팩트하게 설치된다.
DPF 모듈(31)은 디젤미립자필터(Diesel Particular Filter)를 사용하여 배기가스 중에 포함된 입자상물질(PM)을 제거한다. 현재까지 개발된 DPF는 주로 세라믹으로 제작되었으며, 코디에라이트나 SiC필터가 주류를 이루고, 제거효율은 약 90%이고 열적 내구성이 매우 우수하다. DPF는 현재까지 알려진 유해물질 저감장치 중에서 PM을 가장 확실하게 제거할 수 있는 장치로 알려져 있다.
통상적으로 DPF 장치는 엔진 운전 시 필터를 통과하는 배기가스 중의 PM을 포집하며, 필터 내에 PM이 쌓여 DPF 전·후단의 차압이 설정한도에 도달하면 연료의 후방분사를 통하여 PM을 산화(연소)시키는 재생 작업을 수행하도록 구성된다. 재생을 위한 온도는 500℃ 이상, 좋게는 600~650℃로서, 배기가스 온도 부근인 300~400℃에서 재생할 수 있도록 하기 위해 필터에 촉매가 사용될 수 있다.
대형 선박의 경우 배기온도가 높고 적절한 촉매 필터의 사용에 의해 DPF 연소 재생이 가능하다. 중소형 선박의 경우 배기가스의 온도가 대략 80~400℃이며, 고부하 시 최대 500℃ 정도로서, PM 연소에 의한 필터 재생이 쉽지 않다. 따라서 소형 선박의 경우, 주기적으로 또는 정해진 로직에 따라 압력 공기를 분사하여 DPF 모듈(31)의 필터에 쌓여 있는 PM을 제거할 수 있도록, DPF 모듈(31) 후단에서 수트블로어(32)가 설치된다.
수트블로어(32) 작동에 의해 떨어져 나온 DPF 필터 내 PM 등의 잔류물은 집진기(30)의 하부에 모아진다. 집진기(30) 하부에서 모아진 잔류물은 수작업으로 제거되거나, 또는 집진기(30) 하부에 잔류물의 수거를 위한 진공흡입라인이 연결될 수 있다.
DOC 모듈(33)은 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalst)를 사용하여 배기가스 중에 CO, HC 및 PM내 SOF(Soluble Organic Fraction, 탄화수소 성분)를 산화시켜 제거한다. DOC 모듈(33)는 촉매, 지지체 및 이들을 둘러싸는 캐니스터(Canister)로 구성되며, 촉매가 담지된 하니컴 구조의 지지체 셀 내부(촉매 유로)를 통과하면서 배기가스가 산화되도록 한다.
이상 본 발명의 실시예들이 설명되었고, 이들 실시예는 본 발명의 다양한 측면들과 특징들을 이해하는데 도움이 될 것이다. 이 실시예들에서 소개된 특징들 또는 요소들은 다양한 형태로 조합될 수 있고, 이러한 조합에 의해 본 문서에서는 미처 설명되지 못한 또 다른 실시예가 제시될 수 있다.
보호하고자 하는 발명의 범위가 청구항들에 기재된다. 청구항에 기재된 요소는, 발명의 본질 또는 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 다양하게 변경 및 수정되고 등가물로 대체될 수 있다. 청구항에 기재된 도면부호들은, 만일 기재되어 있다면, 청구된 발명들이나 그 요소들에 대한 쉽고 그리고 직관적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐 청구된 발명들의 권리범위를 한정하지 않는다.
1: 엔진 11: 인렛라인
12: 아웃렛라인 13: 환원제 공급라인
14: 인젝터 20: SCR 모듈
21: 혼합기 22: 디퓨저
30: 집진기 31: DPF 모듈
32: 수트블로어 33: DOC 모듈

Claims (2)

  1. 선박 엔진으로부터 유입된 배기가스에 환원제가 분사되고, 이후 환원제를 함유한 배기가스가 SCR 모듈 및 집진기를 순차적으로 거쳐 외부로 배출되도록 구성된 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치로서,
    상기 SCR 모듈의 전단에 디퓨저가 배치되고, 이 디퓨저의 전단에 회전날개를 갖는 혼합기가 배치되며, 배기가스와 환원제가 혼합기에서 혼합된 후 디퓨저에서 감속되어 SCR 모듈로 유입되도록 구성되며,
    상기 집진기는 아래로부터 DPF 모듈, 수트블로어 및 DOC 모듈이 순차 적층된 필터층을 구비하며, SCR 모듈로부터의 배기가스는 필터층의 하부로부터 상방향 흐르면서 배기가스에 포함된 유해물질이 제거되도록 구성되며,
    상기 수트블로어가 작동하여 DPF 모듈 내의 잔류물이 제거되도록 구성된 소형선박용 배기가스 유해물질 저감장치.
  2. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101831750B1 (ko) * 2013-10-09 2018-02-23 얀마 가부시키가이샤 배기 정화 장치
KR102122849B1 (ko) * 2019-02-08 2020-06-15 주식회사 에코닉스 차량용 선택적 환원촉매(scr) 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101831750B1 (ko) * 2013-10-09 2018-02-23 얀마 가부시키가이샤 배기 정화 장치
KR102122849B1 (ko) * 2019-02-08 2020-06-15 주식회사 에코닉스 차량용 선택적 환원촉매(scr) 장치

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