KR102402332B1 - 환원제 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 환원제를 공급하는 환원제 공급 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 환원제 공급 시스템은 환원제를 분사하는 분사 노즐과, 상기 분사 노즐에 환원제를 공급하는 환원제 공급부와, 상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인과, 상기 분사 노즐에 압축 공기를 공급하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인과, 상기 분사 노즐에 세정수를 공급하는 세정수 공급부와, 상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인과, 상기 공기 공급 라인과 상기 세정수 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인, 그리고 상기 세정수 공급 라인과 상기 퍼지 라인의 연결 지점에 마련되어 상기 세정수 공급부가 공급한 세정수를 저장한 상태에서 상기 퍼지 라인을 통해 압축 공기가 공급되면 저장된 세정수와 공급받은 압축 공기를 상기 환원제 공급 라인에 공급하는 기수 공급 장치를 포함한다.

Description

환원제 공급 시스템{REDUCTANT SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 환원제 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 선택적 촉매 환원 반응에 사용되는 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 디젤 엔진, 보일러, 소각기 등에서 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. 그리고 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 우레아(urea)를 직접 분사하여 사용하거나 우레아를 가수분해시켜 생성된 암모니아(NH3)를 분사하여 사용하고 있다. 그리고 환원제는 환원제 공급 시스템을 통해 공급 및 분사된다.
환원제 공급 시스템은 질소산화물 저감을 위한 가동 중에는 환원제와 압축 공기를 분사 노즐에 공급하여 분사 노즐을 통해 미립화된 환원제를 고온의 가스 내 공급하게 된다. 그리고 선택적 촉매 환원 시스템의 가동이 정지되면, 환원제 공급 시스템은 환원제 공급 라인에 세정수를 공급하여 잔존 환원제를 분사 노즐을 거쳐 고온의 배기가스를 향해 배출하고, 다시 공기를 공급하여 환원제 공급 라인의 잔존 환원제와 세정수를 분사 노즐을 거쳐 제거하는 과정을 수행하였다.
분사 노즐 및 환원제 공급 라인에 잔존하는 환원제가 완전히 제거되지 않을 경우, 환원제가 분사 노즐 또는 환원제 공급 라인 내에서 결정화되어 분사 노즐이 막히거나 환원제 공급 라인에 설치된 여러 밸브와 환원제의 공급량을 조절하기 위한 질량 유량 제어기(MFC)가 오작동을 일으키게 된다.
따라서, 선택적 촉매 환원 시스템의 가동을 중단하고자 할 때에는, 환원제 공급 라인에서 제거된 잔여 환원제를 분해하기 위하여 일정 시간 추가적으로 선택적 촉매 환원 시스템을 가동하였다.
그런데, 엔진이 긴급하게 정지하여 선택적 촉매 환원 시스템의 운전도 갑자기 정지된 경우에는 분사 노즐 및 환원제 공급 라인에 잔존하는 환원제를 안정적으로 제거하지 못하고 있다.
이에, 환원제 공급 라인에 잔존하는 환원제를 제거하기 위하여 세정수와 압축 공기를 이용한 퍼지(purge) 작업을 별도로 수행하고 있다.
종래의 퍼지 작업을 살펴보면, 선택적 촉매 환원 시스템의 운전이 종료되고 환원제의 공급이 중단된 후, 1차적으로 세정수를 공급하여 배관 및 분사 노즐에 잔존하는 환원제를 제거하고, 세정수의 공급을 중단한 후 2차적으로 퍼지(purge)를 위한 압축 공기를 공급함으로써 배관 내 잔존하는 환원제 및 세정수를 제거함으로써, 잔존 환원제에 의한 고형물(deposit)의 생성을 방지하고 있다.
그런데, 종래의 잔존 환원제를 제거하기 위한 퍼지 작업은 세정수를 사용하는 1차 세정 작업과, 압축 공기를 사용하는 2차 세정 작업으로 구분되어 있다. 그리고 1차 세정 작업 종료 후 2차 세정 작업이 순차로 진행되고 있다. 이와 같이, 1차 세정 작업을 완료하고 2차 세정 작업을 시작하므로, 전체적인 퍼지 작업에 소요되는 시간이 크게 증가되는 문제점이 있다.
또한, 세정수를 공급하는 세정수 공급 압력이 선택적 촉매 환원 시스템의 내부 압력보다 낮을 경우 세정수를 원활하게 공급하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 분사 노즐이 환원제를 분사하기 위해 선택적 촉매 환원 시스템과 연결되므로, 분사 노즐과 세정수 공급 라인으로 연결된 세정수 공급부는 선택적 촉매 환원 시스템의 내부 압력보다 큰 압력으로 세정수를 공급해야만 세정수를 원활하게 공급할 수 있다. 따라서, 별도의 가압 장치를 이용하여 세정수의 공급 압력을 선택적 촉매 환원 시스템의 내부 압력보다 높게 유지해야하는 번거로움이 있다.
본 발명의 실시예는 가동 중단 시 잔존하는 환원제를 빠르게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 세정수를 안정적으로 공급할 수 있는 환원제 공급 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 환원제를 공급하는 환원제 공급 시스템은 환원제를 분사하는 분사 노즐과, 상기 분사 노즐에 환원제를 공급하는 환원제 공급부와, 상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인과, 상기 분사 노즐에 압축 공기를 공급하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인과, 상기 분사 노즐에 세정수를 공급하는 세정수 공급부와, 상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인과, 상기 공기 공급 라인과 상기 세정수 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인, 그리고 상기 세정수 공급 라인과 상기 퍼지 라인의 연결 지점에 마련되어 상기 세정수 공급부가 공급한 세정수를 저장한 상태에서 상기 퍼지 라인을 통해 압축 공기가 공급되면 저장된 세정수와 공급받은 압축 공기를 상기 환원제 공급 라인에 공급하는 기수(氣水) 공급 장치를 포함한다.
상기 기수 공급 장치는 챔버 본체와, 상기 챔버 본체의 일측에 형성되어 환원제 공급 라인 방향으로 세정수 및 압축 공기를 배출하기 위한 배출구와, 상기 챔버 본체의 타측에 형성되어 상기 퍼지 라인과 연결된 공기 유입구, 그리고 상기 배출구 및 상기 공기 유입구 사이의 상기 챔버 본체의 측면에 형성되어 상기 세정수 공급부 방향으로 상기 세정수 공급 라인과 연결된 세정수 유입구를 포함할 수 있다.
상기 공기 유입구와 상기 세정수 유입구 사이의 상기 챔버 본체 내부에는 다공판, 믹서, 또는 가이드 베인 중 하나 이상이 형성될 수 있다.
또한, 상기 챔버 본체는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 챔버 본체의 일측은 상기 배출구에 가까워질수록 직경이 감소하는 형상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기 유입구는 상기 챔버 본체의 일측 측면에 형성되며, 상기 챔버 본체의 중심 방향에서 편심되도록 상기 퍼지 라인과 연결될 수 있다.
상기한 환원제 공급 시스템은 상기 기수 공급 장치와 상기 환원제 공급 라인 사이의 상기 세정수 공급 라인 상에 설치된 세정 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 기수 공급 장치와 상기 세정수 공급부 사이의 상기 세정수 공급 라인 상에는 상기 세정수 공급 라인을 개폐하는 세정수 공급 밸브 및 세정수의 역류를 방지하는 세정수 체크 밸브 중 하나 이상이 설치될 수 있다.
상기한 환원제 공급 시스템은 상기 퍼지 라인 상에 설치된 퍼지용 공기 공급 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기한 환원제 공급 시스템은 상기 분사 노즐의 압축 공기 분사 여부를 결정하는 공기 분사 밸브와, 상기 공기 공급부가 공급하는 압력을 측정하는 공기 압력 검출부와, 상기 공기 공급부가 공급할 압축 공기의 압력을 조절하는 공기 압력 조절 밸브와, 상기 분사 노즐의 환원제 분사 여부를 결정하는 환원제 분사 밸브와, 상기 환원제 공급부가 공급하는 환원제의 압력을 측정하는 환원제 압력 검출부, 그리고 상기 환원제 공급 라인 상에 설치되어 환원제 또는 세정수와 압축 공기의 역류를 방지하는 환원제 체크 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기한 환원제 공급 시스템은 상기 환원제 공급 라인에 설치되어 상기 분사 노즐에서 분사할 환원제의 분사량을 제어하기 위한 유량 제어 장치부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 환원제 공급 시스템은 가동 중단 시 잔존하는 환원제를 빠르게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 세정수를 안정적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 환원제 공급 시스템에 사용된 기수 공급 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 공급 시스템에 사용된 기수 공급 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 공급 시스템에 사용된 기수 공급 장치의 사시도이다.
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.
또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
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 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 반응(selective catalytic reduction, SCR) 시스템에 사용되어 환원 반응에 필요한 환원제를 공급한다.
일례로, 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 환원 반응을 통해 제거하여 배기가스의 질소산화물 함유량을 저감시킨다. 여기서, 엔진은 선박에 사용되는 2행정 저속 또는 4행정 중속 디젤 엔진일 수 있다.
하지만, 선택적 촉매 환원 시스템이 엔진에서 배출된 배기가스에 한정되어 사용되는 것은 아니며, 플랜트 등 다양한 분야에서도 사용될 수 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템에서, 질소산화물과 직접 환원 반응하는 환원제로는 암모니아(NH3)가 사용된다. 그런데 암모니아는 그 자체가 오염 물질로 보관과 운반이 용이하지 않기 때문에 환원제 전구체에 해당하는 안정적인 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액을 사용하는 것이 보편적이다. 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액은 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 즉, 우레아를 분해시켜 질소산화물과 반응하는 환원제인 암모니아를 생성하게 된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 환원제로 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분사할 수 있다. 환원제 공급 시스템(101)은 우레아를 분해 챔버 또는 증발기(evaporator)에 분사할 수 있으며, 우레아를 분해 챔버 또는 증발기가 아닌 배기가스가 흐르는 배기유로 또는 선택적 촉매 환원 반응기의 전단에 직접 분사할 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 분사 노즐(910), 환원제 공급부(200), 환원제 공급 라인(620), 공기 공급부(300), 공기 공급 라인(630), 세정수 공급부(400), 세정수 공급 라인(640), 퍼지 라인(610), 및 기수(氣水) 공급 장치(501)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 세정 밸브(741), 세정수 공급 밸브(745), 세정수 체크 밸브(774), 퍼지용 공기 공급 밸브(760), 공기 분사 밸브(730), 공기 압력 검출부(739), 공기 압력 조절 밸브(735), 환원제 분사 밸브(720), 환원제 압력 검출부(729), 환원제 체크 밸브(772), 및 유량 제어 장치부(780)를 더 포함할 수 있다.
분사 노즐(910)은 분해 챔버, 증발기, 배관, 또는 그 밖에 환원제를 분사하고자 하는 위치에 설치되어 환원제인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분사할 수 있다. 분사 노즐(910)은 환원제와 압축 공기를 함께 공급받아 미립화된 환원제를 고온의 배기가스 내 분사한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 분사 노즐(910)을 복수개 사용하여 환원제인 우레아를 분사함에 따라 분사되는 환원제의 분사 입자 크기를 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 분사된 환원제의 입자의 크기를 줄이게 되면, 환원제인 우레아를 열분해 또는 가수분해를 위하여 요구되는 체류 시간이 현저히 감소시킬 수 있다. 즉, 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 분해 챔버 또는 증발기(evaporator)의 크기를 감소시키거나 환원제의 분사 위치로부터 촉매가 설치된 반응기까지의 거리, 즉 배관의 길이를 줄일 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예에서, 분사 노즐(910)이 반드시 복수개 사용되어야 하는 것은 아니며, 하나의 분사 노즐(910)이 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 분사 노즐(910)은 이유체 노즐일 수 있다. 즉, 분사 노즐(910)은 후술할 환원제 공급부(200)가 공급하는 환원제와 공기 공급부(300)가 공급하는 압축 공기를 각각 공급받아 함께 분사할 수 있다.
환원제 공급부(200)는 분사 노즐(910)을 통해 분사할 환원제를 공급한다. 구체적으로, 환원제 공급부(200)는 분사 노즐(910)에 공급할 환원제를 저장하는 환원제 저장 탱크와, 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 펌프 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 환원제 공급 펌프 모듈은 환원제 공급을 위한 펌프와, 펌프 설치를 위해 필요한 필터, 펌프용 압력 게이지, 펌프용 수동 밸브 등을 포함할 수 있다.
환원제 공급 라인(620)은 환원제 공급부(200)와 분사 노즐(910)을 연결한다. 분사 노즐(910)이 복수개 사용된 경우 환원제 공급 라인(620)도 복수개로 분기되어 각각의 분사 노즐(910)과 연결될 수 있다.
공기 공급부(300)는 분사 노즐(910)을 통해 분사할 압축 공기를 공급한다. 공기 공급부(300)가 공급하는 압축 공기는 분사 노즐(910)에서 분사되는 환원제의 미립화에 사용되거나 분사 노즐(910) 및 환원제 공급 라인(620)의 세정을 위해 사용될 수 있다. 또한, 공기 공급부(300)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 공기 공급부(300)는 엔진에 장착된 과급기이거나 선박에 비치된 압축 공기 탱크 또는 압축 공기 공급 펌프 중 하나일 수 있다.
공기 공급 라인(630)은 공기 공급부(300)와 분사 노즐(910)을 연결한다. 분사 노즐(910)이 복수개 사용된 경우 공기 공급 라인(630)도 복수개로 분기되어 각각의 분사 노즐(910)과 연결될 수 있다.
세정수 공급부(400)는 분사 노즐(910)에 세정수를 공급한다. 세정수 공급부(400)가 공급하는 세정수는 분사 노즐(910)로의 환원제 공급이 중단된 후 환원제 공급 라인(620)이나 분사 노즐(910)에 잔존하는 환원제를 완전히 제거하기 위해 사용된다.
세정수 공급 라인(640)은 세정수 공급부(400)와 환원제 공급 라인(620)을 연결한다.
퍼지(purge) 라인(610)은 공기 공급 라인(630)과 세정수 공급 라인(640)을 연결한다.
기수(氣水) 공급 장치(501)는 세정수 공급 라인(640)과 퍼지 라인(610)의 연결 지점에 마련된다. 기수 공급 장치(501)는 세정수 공급부(400)가 공급한 세정수를 저장한 상태에서 퍼지 라인(610)을 통해 압축 공기가 공급되면 기(旣) 저장된 세정수와 공급받은 압축 공기를 함께 환원제 공급 라인(620)에 공급한다. 이때, 기수 공급 장치(501)에 기 저장된 세정수는 퍼지 라인(610)을 통해 공급된 압축 공기의 압력에 의해 환원제 공급 라인(620)으로 밀려나가게 되고 동시에 압축 공기도 환원제 공급 라인(620)으로 함께 공급된다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 기수 공급 장치(501)를 통해 세정수를 이용한 세정 작업과 압축 공기를 이용한 세정 작업을 동시에 수행할 수 있다. 즉, 기존에 세정수를 사용하여 1차 세정 작업을 완료하고 이후 압축 공기를 사용하여 2차 세정 작업을 수행하던 것에 비하면 환원제 공급 라인(620) 및 분사 노즐(910)을 세정하고 잔존하는 환원제 및 세정수를 제거하기 위한 퍼지(purge) 작업에 소요되는 전체적인 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 세정수가 퍼지 라인(610)을 통해 공급되는 압축 공기의 압력으로 환원제 공급 라인(620)에 공급되므로, 세정수 공급부(400)가 세정수를 공급하는 압력이 선택적 촉매 환원 시스템의 내부 압력보다 낮은 경우에도 세정수를 원활하게 공급할 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 기수 공급 장치(501)는 챔버 본체(510)와, 배출구(529)와, 공기 유입구(531), 그리고 세정수 유입구(541)를 포함할 수 있다.
챔버 본체(510)는 세정수 공급부(400)로부터 공급받은 세정수(W)를 저장할 수 있다. 이때, 후술할 세정 밸브(641)가 닫힌 상태에서 세정수(W)는 챔버 본체(510)의 내부에서 기설정된 수위까지 저장될 수 있다. 여기서, 기설정된 수위는 챔버 본체(501)의 크기와 환원제 공급 시스템(101)의 전체적인 규모에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 세정 대상인 환원제 공급 라인(620)의 직경 및 길이와 분사 노즐(910)의 수에 따라서 챔버 본체(510)에 채워지는 세정수(W)의 수위가 달라질 수 있다.
배출구(529)는 챔버 본체(510)의 일측에 형성되어 환원제 공급 라인(620) 방향으로 세정수(W) 및 압축 공기를 배출하기 위해 마련될 수 있다. 그리고 세정 밸브(541)는 기수 공급 장치(501)의 배출구(529)에 마련되거나, 배출구(529)와 환원제 공급 라인(620) 사이의 세정수 공급 라인(640) 상에 마련될 수 있다.
공기 유입구(531)는 챔버 본체(510)의 타측에 형성되어 퍼지 라인(610)과 연결될 수 있다. 그리고 세정수 유입구(541)는 배출구(529) 및 공기 유입구(531) 사이의 챔버 본체(510)의 측면에 형성되어 세정수 공급부(400) 방향으로 세정수 공급 라인(640)과 연결될 수 있다. 이때, 세정수 유입구(541)는 챔버 본체(510)의 내부에서 세정수(W)가 저장되는 기설정된 수위 아래에 마련될 수 있다. 즉, 세정수 유입구(541)로 유입되어 챔버 본체(510)에 저장되는 세정수(W)의 수위는 세정수 유입구(541)보다 높게 형성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 세정수 유입구(541)를 통해 유입된 세정수(W)가 챔버 본체(510) 내부에 저장된다. 그리고 분사 노즐(910)이 환원제의 분사를 중단하고 세정 작업이 시작되면, 공기 유입구(531)를 통해 압축 공기가 유입되면서 챔버 본체(510)의 내부에 저장된 세정수(W)를 배출구(529)로 밀어내고 압축 공기도 함께 배출구(529)로 배출된다.
즉, 세정 작업 초기에 퍼지 라인(610)을 통해 압축 공기가 기수 공급 장치(501)로 공급되면, 압축 공기가 챔버 본체(510)의 내부에 저장된 세정수(W)를 밀어내면서 함께 배출구(529)로 배출되지만, 챔버 본체(510)의 내부에 저장된 세정수(W)가 모두 배출되고 나면, 압축 공기만 배출구(529)로 배출된다.
이와 같이, 세정수(W)와 압축 공기가 함께 기수 공급 장치(501)의 배출구(529)로 배출되면, 이들은 환원제 공급 라인(620) 및 분사 노즐(910)을 세정하게 된다. 그리고 압축 공기만 기수 공급 장치(501)의 배출구(529)로 배출되면, 환원제 공급 라인(620) 및 분사 노즐(910)에 잔존하는 환원제와 세정수(W)를 모두 제거할 수 있게 된다.
이후 세정 작업이 완료되어 퍼지 라인(610)을 통한 압축 공기의 공급이 중단되면, 다시 세정수 공급부(400)가 공급하는 세정수(W)가 챔버 본체(510)의 내부에 기설정된 수위만큼 채워지게 된다. 이때에는, 후술할 세정 밸브(741)와 퍼지용 공기 공급 밸브(760)가 닫힌 상태가 되므로, 세정수 공급부(400)의 세정수 공급 압력이 선택적 촉매 환원 시스템의 내부 압력보다 낮더라도, 충분히 기수 공급 장치(501)에 세정수(W)를 채울 수 있다.
또한, 챔버 본체(510)로 압축 공기가 공급되는 중에는 압축 공기가 갖는 압력으로 인해 세정수 공급부(400)가 공급하는 세정수(W)가 세정수 유입부(541)로 유입되지 않을 수 있다.
또한, 챔버 본체(510)로 압축 공기가 공급되는 중에는 후술할 세정수 공급 밸브(745)가 닫혀 기수 공급 장치(501)에 세정수(W)가 공급되지 않을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는, 배출구(529)로 배출된 세정수(W)와 압축 공기가 환원제 공급 라인(620) 및 분사 노즐(910)을 세정하고 동시에 잔존하는 환원제 및 세정수(W)를 제거하게 된다.
세정 밸브(741)는 선택적 촉매 환원 시스템이 가동 중인 경우, 즉 분사 노즐(910)이 환원제를 분사하는 경우에는 닫혀 있다가, 세정 작업이 시작되면 열릴 수 있다.
앞서, 도 1에 도시한 바와 같이, 세정수 공급 밸브(745) 및 세정수 체크 밸브(774)는 기수 공급 장치(501)와 세정수 공급부(400) 사이의 세정수 공급 라인(640) 상에 설치될 수 있다.
세정수 공급 밸브(745)는 세정수 공급부(400)가 공급하는 세정수(W)의 공급 여부를 제어할 수 있다. 일례로, 세정수 공급 밸브(745)는 세정수(W)가 세정수 공급 라인(640)을 통해 기수 공급 장치(501)으로 공급되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
세정수 체크 밸브(774)는 기수 공급 장치(501)에서 세정수 공급부(400) 방향으로 세정수(W)가 역류하는 것을 방지할 수 있다. 세정수 공급부(400)의 세정수 공급 압력이 퍼지 라인(610)을 통해 기수 공급 장치(501)로 공급되는 압축 공기의 압력보다 낮은 경우, 퍼지 라인(610)을 통해 기수 공급 장치(501)에 압축 공기가 공급되면, 압축 공기의 압력에 의해 기수 공급 장치(501)에 저장된 세정수(W)가 세정수 공급부(400) 방향으로 역류할 수 있다. 세정수 체크 밸브(774)는 이러한 역류 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 1에서는, 세정수 공급 밸브(745)와 세정수 체크 밸브(774)를 모두 나타내나, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 세정수 공급 밸브(745)와 세정수 체크 밸브(774) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.
즉, 기수 압력 장치(501)의 내부 압력과 세정수 공급부(400)의 세정수 공급 압력의 균형에 의해 기수 압력 장치(501)에 저장되는 세정수(W)의 수위가 일정하게 유지될 수 있다면, 세정수 공급 밸브(745)는 생략될 수도 있다. 이 경우, 퍼지 라인(610)을 통해 공급되는 압축 공기의 압력 변동에 의한 역류를 방지하기 위해 세정수 체크 밸브(774)가 사용될 수 있다.
반면, 세정수 공급 밸브(745)가 설치된 경우 세정수 공급 밸브(745)가 체크 밸브(774)의 기능을 함께 수행할 수 있으며, 이 경우 세정수 체크 밸브(774)는 생략될 수 있다.
퍼지용 공기 공급 밸브(760)는 퍼지 라인(610) 상에 설치되어 퍼지 라인(610)을 통해 기수 공급 장치(501)로 공급되는 압축 공기의 공급을 제어할 수 있다. 퍼지용 공기 공급 밸브(760)는 선택적 촉매 환원 시스템이 가동 중인 경우, 즉 분사 노즐(910)이 환원제를 분사하는 경우에는 닫혀 있다가, 세정 작업이 시작되면 전술한 세정 밸브(741)와 함께 열릴 수 있다.
유량 제어 장치부(780)는 환원제 공급 라인(620)에 설치되어 환원제 공급부(200)가 공급하고 분사 노즐(910)에서 분사할 환원제의 분사량을 제어한다. 유량 제어 장치부(780)는 선택적 촉매 환원 반응에 필요한 환원제의 양을 정밀 제어하고 필요 이상의 환원제가 분사되는 것을 억제하여 암모니아 슬립(ammonia slip)의 발생을 최소화할 수 있다.
구체적으로, 유량 제어 장치부(780)는 환원제 공급부(200)가 공급한 환원제를 복수의 분사 노즐(910)이 목표하는 분사량으로 분사할 수 있도록 유량을 제어하기 위한 환원제 유량 제어 밸브(787)와, 환원제 공급 라인(620)을 통해 분사 노즐(910)로 이동하는 환원제의 유량을 측정하기 위한 환원제 유량계(788)를 포함할 수 있다.
환원제 분사 밸브(720)는 환원제 공급 라인(620)에 설치되어 분사 노즐(910)의 환원제 분사 여부를 제어한다. 일례로, 환원제 분사 밸브(720)는 환원제가 분사 노즐(910)을 통해 분사되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
공기 분사 밸브(730)는 공기 공급 라인(630)에 설치되어 분사 노즐(910)의 압축 공기 분사 여부를 제어한다. 일례로, 공기 분사 밸브(730)는 압축 공기가 공기 공급 라인(630)을 통해 분사 노즐(910)로 공급되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
공기 압력 검출부(739)는 공기 공급 라인(630)에 설치되어 공기 공급부(300)가 공기 공급 라인(630)을 통해 공급하는 압축 공기의 압력을 측정한다.
공기 압력 조절 밸브(735)는 공기 공급 라인(630)을 통해 공급되는 압축 공기의 압력을 조절한다. 즉, 공기 압력 제어 밸브(735)는 분사 노즐(910)에 공급되는 압축 공기의 압력을 조절할 수 있다.
환원제 압력 검출부(729)는 환원제 공급 라인(620)에 설치되어 환원제 공급부(200)가 환원제 공급 라인(620)을 통해 공급하는 환원제의 압력을 측정한다.
환원제 체크 밸브(772)는 환원제 공급 라인(620) 상에 설치되어 환원제의 역류를 방지하거나, 기수 공급 장치(501)가 환원제 공급 라인(620)으로 세정수(W)와 압축 공기를 공급할 때 세정수(W) 및 압축 공기가 환원제 공급부(200) 방향으로 역류하는 것을 방지한다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 가동 중단 시 잔존하는 환원제를 빠르게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 세정수(W)를 안정적으로 공급할 수 있다.
즉, 세정수(W)와 압축 공기를 동시에 사용하여 세정 작업을 수행하므로, 전체적인 세정 작업에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 기수 공급 장치(501)에 저장된 세정수(W)를 압축 공기가 갖는 압력을 이용하여 환원제 공급 라인으로 공급하므로, 세정수 공급부(400)의 세정수 공급 압력이 선택적 촉매 환원 시스템의 내부 압력보다 낮은 경우에도 세정수(W)를 이용한 세정 작업을 원활하게 수행할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 공급 시스템에 사용되는 기수 공급 장치(502)는 다공판(550), 믹서, 또는 가이드 베인 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
다공판(550), 믹서, 또는 가이드 베인은 공기 유입구(531)와 세정수 유입구(541) 사이의 챔버 본체(510) 내부에 설치될 수 있다.
공기 유입구(531)로 유입된 압축 공기는 다공판(550), 믹서, 또는 가이드 베인을 거치면서 선회류 또는 난류를 형성한 상태로 챔버 본체(510)의 내부에 저장된 세정수(W)와 혼합된다.
이와 같은 구성에 의하여, 선회류 또는 난류가 형성되면, 배출구(529)로 배출된 세정수(W)와 압축 공기가 더욱 효과적으로 환원제 공급 라인(620) 및 분사 노즐(910)을 세정할 수 있게 된다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 공급 시스템에 사용되는 기수 공급 장치(503)에서는, 챔버 본체(510)는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 챔버 본체(510)의 일측은 배출구(529)에 가까워질수록 직경이 감소하는 형상을 포함할 수 있다.
또한, 공기 유입구(531)는 챔버 본체(510)의 일측 측면에 형성되며, 챔버 본체(510)의 중심 방향에서 편심되도록 퍼지 라인(610)과 연결될 수 있다. 이에, 공기 유입구(531)로 유입된 압축 공기는 챔버 본체(510)의 내벽면에 접선 방향으로 부딪히면서 선회류를 형성하게 된다.
이와 같은 구성에 의하여, 선회류를 형성한 압축 공기는 챔버 본체(510)의 내부에 저장된 세정수(W)와 혼합되면서 배출구(529)로 배출된다. 그리고 선회류가 형성되면, 배출구(529)로 배출된 세정수(W)와 압축 공기가 더욱 효과적으로 환원제 공급 라인(620) 및 분사 노즐(910)을 세정할 수 있게 된다.
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: 환원제 공급 시스템
200: 환원제 공급부
300: 공기 공급부
400: 세정수 공급부
501, 502, 503: 기수 공급 장치
510: 챔버 본체
529: 배출구
531: 공기 유입구
541: 세정수 유입구
550: 다공판
610: 퍼지 라인
620: 환원제 공급 라인
630: 공기 공급 라인
640: 세정수 공급 라인
720: 환원제 분사 밸브
729: 환원제 압력 검출부
730: 공기 분사 밸브
735: 공기 압력 조절 밸브
739: 공기 압력 검출부
741: 세정 밸브
745: 세정수 공급 밸브
772: 환원제 체크 밸브
774: 세정수 체크 밸브
780: 유량 제어 장치부
787: 환원제 유량 제어 밸브
788: 환원제 유량계
910: 분사 노즐

Claims (10)

  1. 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 환원제를 공급하는 환원제 공급 시스템에 있어서,
    환원제를 분사하는 분사 노즐;
    상기 분사 노즐에 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인;
    상기 분사 노즐에 압축 공기를 공급하는 공기 공급부;
    상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인;
    상기 분사 노즐에 세정수를 공급하는 세정수 공급부;
    상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인;
    상기 공기 공급 라인과 상기 세정수 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인; 및
    상기 세정수 공급 라인과 상기 퍼지 라인의 연결 지점에 마련되어 상기 세정수 공급부가 공급한 세정수를 저장한 상태에서 상기 퍼지 라인을 통해 압축 공기가 공급되면 저장된 세정수와 공급받은 압축 공기를 상기 환원제 공급 라인에 공급하는 기수(氣水) 공급 장치
    를 포함하며,
    상기 기수 공급 장치는,
    챔버 본체와;
    상기 챔버 본체의 일측에 형성되어 환원제 공급 라인 방향으로 세정수 및 압축 공기를 배출하기 위한 배출구와;
    상기 챔버 본체의 타측에 형성되어 상기 퍼지 라인과 연결된 공기 유입구; 그리고
    상기 배출구 및 상기 공기 유입구 사이의 상기 챔버 본체의 측면에 형성되어 상기 세정수 공급부 방향으로 상기 세정수 공급 라인과 연결된 세정수 유입구
    를 포함하고,
    상기 공기 유입구로 유입된 압축 공기가 선회류 또는 난류를 형성하면서 상기 챔버 본체의 내부에 저장된 세정수와 혼합되면서 상기 배출구로 함께 배출되도록 상기 공기 유입구와 상기 세정수 유입구 사이의 상기 챔버 본체 내부에 다공판, 믹서, 또는 가이드 베인 중 하나 이상이 형성되거나 상기 공기 유입구가 상기 챔버 본체의 중심 방향에서 편심되도록 상기 챔버 본체의 일측 측면에 형성된 환원제 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 본체는 중공 원통 형상으로 형성되고,
    상기 챔버 본체의 일측은 상기 배출구에 가까워질수록 직경이 감소하는 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기수 공급 장치와 상기 환원제 공급 라인 사이의 상기 세정수 공급 라인 상에 설치된 세정 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기수 공급 장치와 상기 세정수 공급부 사이의 상기 세정수 공급 라인 상에는 상기 세정수 공급 라인을 개폐하는 세정수 공급 밸브 및 세정수의 역류를 방지하는 세정수 체크 밸브 중 하나 이상이 설치된 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 라인 상에 설치된 퍼지용 공기 공급 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분사 노즐의 압축 공기 분사 여부를 결정하는 공기 분사 밸브;
    상기 공기 공급부가 공급하는 압력을 측정하는 공기 압력 검출부;
    상기 공기 공급부가 공급할 압축 공기의 압력을 조절하는 공기 압력 조절 밸브;
    상기 분사 노즐의 환원제 분사 여부를 결정하는 환원제 분사 밸브;
    상기 환원제 공급부가 공급하는 환원제의 압력을 측정하는 환원제 압력 검출부; 및
    상기 환원제 공급 라인 상에 설치되어 환원제 또는 세정수와 압축 공기의 역류를 방지하는 환원제 체크 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  10. 제1항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원제 공급 라인에 설치되어 상기 분사 노즐에서 분사할 환원제의 분사량을 제어하기 위한 유량 제어 장치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
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