KR20160002729U - Scr 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기 - Google Patents

Scr 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기 Download PDF

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Abstract

본 고안은 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)에서의 고정형 우레아 혼합기에 관한 것이다.
본 고안은 우레아 분사 노즐에 의해 무화시켜 분사된 우레아를 반응기에 유입되는 배기 가스에 혼합하기 위한 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기로서, 상기 우레아 분사 노즐로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 우레아 분사 노즐에 의해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하되; 상기 우레아 분사 노즐 측으로부터 인가되는 우레아 포함된 배기 가스를 자체의 둘레 방향으로 분산시켜 주는 중심봉과; 상기 중심봉을 기준으로 대칭되게 배치되어 중심봉의 측면에 서로 다른 방향으로 설정 각도만큼 비틀어져서 중심봉과 일체로 설치되어서, 상기 우레아 분사 노즐 측으로부터 직접 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪침과 아울러 상기 중심봉에 의해 분산되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 와류를 유발하여 배기 가스의 흐름에 소용돌이를 생성하는 복수의 날개 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기를 제공한다.
본 고안에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우에 우레아 분사 노즐을 통해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하여 반응기에 유입시킴으로써 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.

Description

SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기{Static Urea Mixer in Selective Catalytic Reduction System}
본 고안은 선박 등에 설치된 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하는 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)에 관한 것으로, 특히 SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아(Urea)를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우에 우레아 분사 노즐을 통해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하여 반응기에 유입시킴으로써 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하도록 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 사용되는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 국제연합(UN)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이다. 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
질소산화물은, 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성되는 Thermal NOx, 연료에서 발생되는 탄화수소가 공기 중의 질소와 반응하여 생성되는 Prompt NOx, 연료에 포함된 질소성분이 연소과정에서 산화되어 생성된 Fuel NOx로 구분된다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템에서는 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 무화시켜 주입함으로써, (식 1) 및 (식 2)에 나타낸 바와 같이 반응기에 구비된 촉매에 의해 배기 가스의 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거한다.
4NO + 4NH3 + O2 -> 4N2 + 6H2O (식 1)
6NO2 + 8NH3 -> 7N2 + 12H2O (식 2)
종래의 SCR 시스템에서는 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하는 경우에, 탱크에 저장된 수용액 형태의 우레아를 우레아 분사 노즐을 통해 분사하여 주입하는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 우레아 분사 노즐(20)에 수용액 형태의 우레아와 압축 공기를 인가하여서 압축 공기로 우레아를 무화시켜서 주입한다.
이와 같이 우레아 분사 노즐(20)에 수용액 형태의 우레아와 압축 공기를 인가하여서 우레아 분사 노즐(20)에 의해 반응기(10)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 무화시켜 분사하여 주입함으로써 반응기(10)에서 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행한다.
이처럼 반응기(10)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 주입하는 경우에 우레아 분사 노즐(20)에 의한 우레아 분사가 일정 각도 범위 내에서 이루어져서 우레아가 배기 가스에 균일한 농도로 혼합되지 않으므로 반응기(10)에서 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 고안은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우에 우레아 분사 노즐을 통해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하여 반응기에 유입시킴으로써 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하도록 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기를 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 우레아 분사 노즐에 의해 무화시켜 분사된 우레아를 반응기에 유입되는 배기 가스에 혼합기 위한 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기로서, 상기 우레아 분사 노즐로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 우레아 분사 노즐에 의해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하되; 상기 우레아 분사 노즐 측으로부터 인가되는 우레아 포함된 배기 가스를 자체의 둘레 방향으로 분산시켜 주는 중심봉과; 상기 중심봉을 기준으로 대칭되게 배치되어 중심봉의 측면에 서로 다른 방향으로 설정 각도만큼 비틀어져서 중심봉과 일체로 설치되어서, 상기 우레아 분사 노즐 측으로부터 직접 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪침과 아울러 상기 중심봉에 의해 분산되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 와류를 유발하여 배기 가스의 흐름에 소용돌이를 생성하는 복수의 날개 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기를 제공한다.
그리고, 본 고안에 따른 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기에 의하면, 상기 날개의 선단 부위는 배기 가스 배관 내벽에 용접하여 고정된다.
또한, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 우레아 분사 노즐에 의해 무화시켜 분사된 우레아를 반응기에 유입되는 배기 가스에 혼합기 위한 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기로서, 우레아 포함된 배기 가스의 흐름을 자체의 둘레 방향으로 분산시키는 중심봉과, 해당 중심봉의 측면에 대칭되게 배치되어 설정 각도만큼 비틀어져서 중심봉과 일체로 설치되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 와류를 유발하는 복수의 날개를 구비하되, 상기 우레아 분사 노즐로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 우레아 분사 노즐에 의해 분사된 우레아를 포함하는 배기 가스를 1차로 혼합하는 제1 고정형 우레아 혼합기와; 상기 중심봉과 상기 복수의 날개를 구비하되, 상기 제1 고정형 우레아 혼합기로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 상기 제1 고정형 우레아 혼합기에 의해 혼합되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스를 2차로 혼합하는 제2 고정형 우레아 혼합기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기를 제공한다.
아울러, 본 고안에 따른 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기에 의하면, 상기 제1 고정형 우레아 혼합기와 제2 고정형 우레아 혼합기의 날개는 서로 중첩되지 않게 설정 각도를 이루도록 설치된다.
본 고안에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우에 우레아 분사 노즐을 통해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하여 반응기에 유입시킴으로써 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.
도 1은 종래 SCR 시스템에서의 우레아 주입을 도시한 도이다.
도 2는 본 고안에 따른 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기의 설치를 예시한 도이다.
도 3은 본 고안에 따른 고정형 우레아 혼합기를 확대하여 예시한 측면도이다.
도 4는 도 3의 고정형 우레아 혼합기를 상 방향에서 하 방향으로 투시하여 예시한 평면도이다.
도 5는 본 고안의 다른 실시예에 따른 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기의 설치를 예시한 도이다.
도 6은 도 5의 고정형 우레아 혼합기를 상 방향에서 하 방향으로 투시하여 예시한 평면도이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다. 본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 하나의 실시예로서 설명하는 것이며, 이것에 의해 본 고안의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
본 고안은 SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우에 우레아 분사 노즐을 통해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하여 반응기에 유입시킴으로써 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 고안에 따른 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기는 도 2에 예시된 바와 같이 설치된다. 고정형 우레아 혼합기(130)는 우레아 분사 노즐(120)로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 우레아 분사 노즐(120)에 의해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합시켜 준다.
고정형 우레아 혼합기(130)는 배기 가스 배관(115)의 내부에 고정 설치되고, 반응기(110)에 유입되는 배기 가스에 대하여 소용돌이를 생성함으로써 우레아 분사 노즐(120)에 의해 분사된 우레아가 배기 가스에 균일 농도로 혼합되게 한다.
도 3은 고정형 우레아 혼합기(130)를 확대하여 예시한 측면도이다.
고정형 우레아 혼합기(130)의 중앙부에는 중심봉(132)을 구비하고, 중심봉(132)에는 복수의 날개(131)가 일체로 구비된다. 중심봉(132)은 우레아 분사 노즐(120) 방향의 선단부가 구형(球形)으로 이루어져서 우레아 분사 노즐(120) 측으로부터 인가되는 우레아 포함된 배기 가스를 해당 중심봉(132)의 둘레 방향으로 분산시켜 주는 역할을 한다.
그리고, 날개(131)는 중심봉(132)을 기준으로 대칭되게 배치되어 있되, 각 날개(131)는 중심봉(132)의 측면에 서로 다른 방향으로 45°만큼 비틀어져서 중심봉(132)과 일체로 설치되어 있다. 이와 같이 중심봉(132)을 기준으로 서로 다른 방향으로 45°만큼 비틀어지게 설치된 날개(131)는 우레아 분사 노즐(120) 측으로부터 직접 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪침과 아울러 중심봉(132)에 의해 분산되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 해당 배기 가스에 와류를 유발함으로써 배기 가스의 흐름에 소용돌이를 생성하여 우레아 분사 노즐(120)에 의해 무화되어 분사된 우레아가 배기 가스에 균일한 농도로 혼합되게 한다.
또한, 고정형 우레아 혼합기(130)의 날개(131)의 선단 부위를 배기 가스 배관(115)의 내벽에 용접함으로써 고정형 우레아 혼합기(130)를 배기 가스 배관(115)의 내부에 고정 설치한다.
아울러, 도 4는 도 3의 고정형 우레아 혼합기를 상 방향에서 하 방향으로 투시하여 예시한 평면도이다. 날개(131)는 중심봉(132)을 기준으로 대칭되게 배치되는데, 각각의 날개(131)는 중심봉(132)의 측면에 서로 다른 방향으로 45°만큼 비틀어져서 설치되며, 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 해당 배기 가스에 와류를 유발하여서 해당 배기 가스의 흐름에 소용돌이를 생성하여 우레아 분사 노즐(120)에 의해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일한 농도로 혼합시킨다.
이처럼 고정형 우레아 혼합기(130)에 의해 우레아를 배기 가스에 균일한 농도로 혼합하여 반응기(110)에 인가함으로써, 반응기(110)로 하여금 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 한다.
또한, 도면 도 2 내지 도 4에는 고정형 우레아 혼합기(130)에 구비된 중심봉(132)의 선단부가 구형으로 이루어진 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 중심봉(132)의 해당 선단부는 우레아 분사 노즐(120) 측으로부터 인가되는 우레아 포함된 배기 가스를 해당 중심봉(132)의 둘레 방향으로 분산시켜 줄 수 있으면 어느 형태라도 가능한데 예를 들어 삼각형, 사각형 등의 다양한 형태로 구현할 수 있다.
상술한 바와 같은 고정형 우레아 혼합기(130)는 다음과 같이 작용한다.
우레아 분사 노즐(120)이 수용액 형태의 우레아와 압축공기를 인가받아서, 해당 우레아를 압축공기에 의해 무화시켜 반응기(110)에 유입되는 배기 가스에 분사하는 경우, 해당 무화된 우레아를 포함하는 배기 가스의 흐름이 고정형 우레아 혼합기(130) 측으로 인가된다.
이때, 고정형 우레아 혼합기(130)의 중심봉(132)은 해당 우레아 포함된 배기 가스의 흐름을 둘레 방향으로 분산시킨다.
그리고, 고정형 우레아 혼합기(130)의 날개(131)는 우레아 분사 노즐(120) 측으로부터 직접 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪침과 아울러 중심봉(132)으로부터 분산되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 해당 배기 가스에 와류를 유발함으로써 배기 가스의 흐름에 소용돌이를 생성하여 우레아 분사 노즐(120)에 의해 무화되어 분사된 우레아가 배기 가스에 균일한 농도로 혼합되게 한다.
이와 같이 고정형 우레아 혼합기(130)에 의해 혼합된 배기 가스는 반응기(110)에 인가되어서, 반응기(110)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행함으로써, 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.
한편, 상술한 설명에서는 우레아 분사 노즐(120)과 일정 거리만큼 이격된 위치에 1개의 고정형 우레아 혼합기(130)를 설치하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 도 5에 예시한 바와 같이 복수의 고정형 우레아 혼합기(130a, 130b)를 설치할 수도 있다.
배기 가스 배관(115)의 내부에 복수의 고정형 우레아 혼합기(130a, 130b)를 서로 일정 간격으로 이격시켜 설치하되, 도 5에서 우레아 포함되 배기 가스가 유입되는 하 방향측의 고정형 우레아 혼합기(130a)는 우레아 분사 노즐로부터 일정 거리만큼 이격시켜서 설치된다.
이때, 고정형 우레아 혼합기(130a)의 날개(131a)와 고정형 우레아 혼합기(130b)의 날개(131b)는 중첩되지 않게 서로 90°의 각도를 이루도록 설치됨으로써 우레아 포함된 배기 가스를 골고루 혼합케 한다. 즉, 도 5의 상 방향에서 하 방향으로 투시하여 도시한 도 6의 평면도와 같이 고정형 우레아 혼합기(130a)의 날개(131a)와 고정형 우레아 혼합기(130b)의 날개(131b)는 중첩되지 않게 서로 90°의 각도를 이루도록 설치됨으로써 우레아 포함된 배기 가스를 두번에 걸쳐 혼합한다.
이와 같이 복수의 고정형 우레아 혼합기(130a, 130b)를 배기 가스 배관(115)에 설치하여 적용하는 경우, 먼저 고정형 우레아 혼합기(130a)가 우레아 분사 노즐 측으로부터 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 와류를 유발하여 소용돌이를 생성함으로써 우레아와 배기 가스를 1차로 혼합한 후에, 고정형 우레아 혼합기(130b)가 고정형 우레아 혼합기(130a) 측으로부터 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 와류를 유발하여 소용돌이를 생성함으로써 우레아와 배기 가스를 2치로 혼합하여 반응기에 인가한다. 이에, 반응기는 우레아가 균일한 농도로 혼합된 배기 가스를 인가받아서 해당 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 고안은 SCR 시스템에서 반응기(110)로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기(110)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우에, 우레아 분사 노즐(120)을 통해 분사된 우레아를 고정형 우레아 혼합기(130)에 의해 배기 가스에 균일 농도로 혼합하여 반응기(110)에 유입시킴으로써 반응기(110)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.
본 고안은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 고안의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 고안을 여러 가지 형태로 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 고안의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.
본 고안은 엔진 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템에 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 고안에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 분사하여 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 경우에 우레아 분사 노즐을 통해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하여 반응기에 유입시킴으로써 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.
10, 110; 반응기 20, 120; 우레아 분사 노즐
115; 배기 가스 배관 130, 130a, 130b; 고정형 우레아 혼합기
131, 131a, 131b; 날개 132, 132a, 132b; 중심봉

Claims (4)

  1. 우레아 분사 노즐에 의해 무화시켜 분사된 우레아를 반응기에 유입되는 배기 가스에 혼합하기 위한 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)에서의 고정형 우레아 혼합기로서,
    상기 우레아 분사 노즐로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 우레아 분사 노즐에 의해 분사된 우레아를 배기 가스에 균일 농도로 혼합하되;
    상기 우레아 분사 노즐 측으로부터 인가되는 우레아 포함된 배기 가스를 자체의 둘레 방향으로 분산시켜 주는 중심봉과;
    상기 중심봉을 기준으로 대칭되게 배치되어 중심봉의 측면에 서로 다른 방향으로 설정 각도만큼 비틀어져서 중심봉과 일체로 설치되어서, 상기 우레아 분사 노즐 측으로부터 직접 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪침과 아울러 상기 중심봉에 의해 분산되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 와류를 유발하여 배기 가스의 흐름에 소용돌이를 생성하는 복수의 날개 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 날개의 선단 부위는 배기 가스 배관 내벽에 용접하여 고정되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기.
  3. 우레아 분사 노즐에 의해 무화시켜 분사된 우레아를 반응기에 유입되는 배기 가스에 혼합하기 위한 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)에서의 고정형 우레아 혼합기로서,
    우레아 포함된 배기 가스의 흐름을 자체의 둘레 방향으로 분산시키는 중심봉과, 해당 중심봉의 측면에 대칭되게 배치되어 설정 각도만큼 비틀어져서 중심봉과 일체로 설치되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스의 흐름과 부딪쳐서 와류를 유발하는 복수의 날개를 구비하되, 상기 우레아 분사 노즐로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 우레아 분사 노즐에 의해 분사된 우레아를 포함하는 배기 가스를 1차로 혼합하는 제1 고정형 우레아 혼합기와;
    상기 중심봉과 상기 복수의 날개를 구비하되, 상기 제1 고정형 우레아 혼합기로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 상기 제1 고정형 우레아 혼합기에 의해 혼합되어 인가되는 우레아 포함된 배기 가스를 2차로 혼합하는 제2 고정형 우레아 혼합기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 고정형 우레아 혼합기와 제2 고정형 우레아 혼합기의 날개는 서로 중첩되지 않게 설정 각도를 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템에서의 고정형 우레아 혼합기.
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