KR20190001326A

KR20190001326A - 선택적 촉매 환원 시스템

Info

Publication number: KR20190001326A
Application number: KR1020170081159A
Authority: KR
Inventors: 이주희; 이경주; 김석하; 김태훈; 김은택
Original assignee: 에이치에스디엔진 주식회사
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2019-01-04

Abstract

본 발명은 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기와, 상기 촉매에 끼인 이물질을 제거하거나 상기 촉매를 재생시키기 위해 상기 촉매를 향해 유체를 분사하는 수트 블로워, 그리고 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 수트 블로워의 작동 시간을 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 사용되는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.

산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석 연료의 사용량이 증가하게 되었다. 이로 인하여 화석 연료의 연소 과정에서 배출되는 각종 유해 가스가 심각한 대기 오염을 야기하고 있다. 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.

대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다. 이 중에서 질소산화물을 저감시키기 위한 대표적인 설비로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다. 선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.

이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에서 규정한 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있어야 할 뿐만 아니라 선택적 촉매 환원 시스템의 운용에는 별도의 에너지가 소모되므로, 저비용 고효율의 탈질 설비와 함께 효과적인 운용 방법이 요구되고 있다.

또한, 선박용 또는 차량용 동력 장치에는 엔진의 효율을 향상시키기 위하여 엔진에서 배출된 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 엔진에 새로운 외기를 공급하는 과급기가 널리 사용되고 있다. 그리고 과급기를 거친 배기가스는 온도와 압력이 낮아지게 된다.

이와 같이, 과급기가 사용되는 경우에, 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기를 과급기의 후방에 배치하는 방법과 반응기를 과급기의 전방, 즉 엔진과 과급기 사이에 배치하는 방법으로 나뉜다.

촉매가 내장된 반응기를 과급기의 전방에 배치하면, 반응기를 과급기의 후방에 배치한 경우와 비교하여, 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 상대적으로 높은 상태일 때 환원 반응이 일어나므로 촉매의 활성이 증가하여 질소산화물 저감에 요구되는 촉매량을 줄일 수 있으나, 반대로 과급기로 유입되는 배기 가스의 온도와 압력이 감소하여 엔진의 성능 및 효율이 저하된다.

또한, 환원 반응을 촉진시키기 위해 반응기 내부에 배치된 촉매에는 운전 시간이 경과하면서 이물질의 끼여 촉매의 활성이 지속적으로 저하된다. 이에, 수트 블로워(soot blower)를 사용하여 촉매를 향해 고압의 유체를 분사함으로써 촉매에 끼인 이물질을 제거하여 촉매의 활성을 유지하고 있다.

종래에는, 엔진의 운전 조건과 무관하게 일정한 주기로 동일한 시간 동안 수트 블로워를 가동시켰다. 그런데, 반응기가 과급기의 전방에 배치된 경우에는, 수트 블로워를 통해 반응기로 유입된 압축 공기가 과급기 전단의 압력을 변화시켜 과급기의 동작에 영향을 미치게 되고, 결과적으로 엔진의 성능이 불안정해지는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 엔진의 부하 변동에 따라 수트 블로워(soot blower)의 작동 시간을 상이하게 제어하여 수트 블로워에서 분사된 고압의 유체가 엔진의 성능에 영향을 미치는 것을 최소화한 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기와, 상기 촉매에 끼인 이물질을 제거하거나 상기 촉매를 재생시키기 위해 상기 촉매를 향해 유체를 분사하는 수트 블로워(soot blower), 그리고 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 수트 블로워의 작동 시간을 조절하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 상기 엔진의 부하가 감소할수록 상기 수트 블로워의 작동 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 엔진의 부하가 최대 부하의 75% 이상이면 기설정된 기본 작동 시간인 제1 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시키고, 상기 엔진의 부하가 최대 부하의 75% 미만 50% 이상이면 상기 제1 작동 시간 보다 단축된 제2 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시키며, 상기 엔진의 부하가 최대 부하의 50% 미만 25% 이상이면 상기 제2 작동 시간보다 단축된 제3 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시키고, 상기 엔진의 부하가 최대 부하의 25% 미만이면 상기 제3 작동 시간 보다 단축된 제4 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시킬 수 있다.

상기 제어부는 상기 엔진으로부터 부하 정보를 직접 전달받을 수 있다.

또한, 상기 반응기를 통과한 배기가스는 과급기를 거쳐 배출될 수 있다. 그리고 상기 제어부는 상기 과급기 전단의 압력, 상기 과급기의 회전 속도, 상기 엔진에 공급되는 소기 압력, 및 환원제 공급 유량 중 하나 이상을 통해 상기 엔진의 부하를 간접적으로 산출할 수 있다.

상기 제어부는 대기의 온도 및 습도 정보를 반영하여 간접적으로 산출된 상기 엔진의 부하를 보정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 엔진으로부터 부하 정보를 직접 전달받으며, 상기 제어부는 상기 엔진으로부터 직접 전달받은 부하 정보와 간접적으로 산출된 상기 엔진의 부하 정보를 대조 검토할 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 과급기 전단의 압력을 측정하는 제1 압력 센서 및 상기 엔진에 공급되는 소기 압력을 측정하는 제2 압력 센서 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진의 부하 변동에 따라 수트 블로워(soot blower)의 작동 시간을 상이하게 제어하여 수트 블로워에서 분사된 고압의 유체가 엔진의 성능에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 동작 순서를 나타낸 순서도이다.

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.

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 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 엔진(100)으로부터 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시킨다. 여기서, 엔진(100)은 선박에 추진력을 공급하는 주동력원으로 사용되는 2행정 저속 디젤 엔진 또는 선박에서 발전용 또는 보조 동력원으로 사용되는 4행 중속 디젤 엔진 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 엔진(100)은 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에는, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진(100)이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 엔진(100)에서 배출된 배기가스의 일부 또는 전부는 과급기(150)를 거친다. 과급기(150)는 엔진(100)의 배기구와 연결되어 엔진(100)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈(151)을 돌리면 그 힘으로 압축기(152)가 엔진(100)에 새로운 외부 공기를 압축하여 공급한다. 이에, 과급기(150)가 장착된 엔진(100)은 효율이 향상될 수 있다. 그리고 과급기(150)와 엔진(100)은 소기 라인(620)으로 연결되며, 과급기(150)가 압축시킨 공기는 소기 라인(620)을 통해 엔진(100)에 공급된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 엔진(100)이 배출하는 배기가스는 섭씨 250도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가지며, 배기가스의 온도는 과급기(150)를 거치면 낮아질 수 있다. 일례로, 과급기(150)를 거친 배기가스는 온도가 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만으로 낮아질 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 반응기(300), 수트 블로워(410), 및 제어부(700)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 배기 유로(610), 압축 공기 공급부(400), 환원제 공급부(500), 환원제 분사부(510), 블로워 제어 밸브(450), 제1 압력 센서(750), 및 제2 압력 센서(760)를 더 포함할 수 있다.

배기 유로(610)는 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 이동시킨다. 그리고 배기 유로(610)는 배기가스를 후술할 반응기(300) 및 과급기(150)를 거쳐 외부로 배출시킨다.

반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 즉, 반응기(300)는 배기 유로(610)를 통해 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 전달받는다. 그리고 반응기(300)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매(350)를 내장한다. 촉매(350)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 반응기(300)의 내부에 설치되는 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수도 있다. 즉, 촉매(350)가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다.

촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(350)는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매(350)가 피독되면서 효율이 저하된다.

예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH₃)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다.

구체적으로, 촉매(350)를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH₄)₂SO₄)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH₄HSO₄) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 반응기(300)는 과급기(150)보다 전방의 배기 유로(610) 상에 설치될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 전방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 상류 방향을 의미하며, 후방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 하류 방향을 의미한다.

환원제 분사부(510)는 반응기(300) 전방의 배기 유로(610) 또는 반응기(300) 전단에 환원제를 분사한다. 일례로, 환원제 분사부(510)는 배기 유로(620)를 따라 이동하는 배기가스에 우레아(urea, CO(NH₂)₂)를 수용액 형태로 분사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 환원제 분사부(510)가 분사하는 우레아(urea, CO(NH₂)₂) 수용액은 환원제 전구체에 해당하며, 우레아가 열분해 또는 가수분해되면서 암모니아(NH₃)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성되고, 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH₃)와 이산화탄소(CO₂)로 분해될 수 있다. 그리고 최종적으로 생성된 암모니아(NH₃)가 배기가스에 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 환원제로 사용된다.

환원제 공급부(500)는 환원제 분사부(510)가 분사할 환원제를 공급한다. 엔진(100)의 부하 변동에 따라 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 배출량이 달라지므로, 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 요구되는 환원제의 양도 달라지게 된다. 이에, 환원제 공급부(500)는 엔진(100)의 운전 조건 또는 배기가스의 배출 상황에 따라 적정량의 환원제가 공급될 수 있도록 환원제의 공급량을 조절할 수 있다. 그리고 환원제 공급부(500)는 후술할 제어부(700)에 환원제 공급 유량에 대한 정보를 제공할 수 있다.

구체적으로, 환원제 공급부(500)는 환원제 분사부(510)에 공급할 환원제를 저장하는 환원제 저장 탱크와, 환원제 저장 탱크에 저장된 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 펌프 모듈, 공급 유량을 측정하기 위한 유량계, 그리고 환원제를 이동시키기 위한 환원제 공급 라인 등을 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.

수트 블로워(soot blower)(410)는 반응기(300) 내부로 삽입되어 촉매(350)를 향해 고압의 유체를 분사할 수 있다. 일례로, 고압의 유체는 압축 공기일 수 있다. 또한, 수트 블로워(410)는 랜스(1ance) 타입일 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 이에 한정되는 것은 아니며, 수트 블로워(410)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

수트 블로워(410)가 분사하는 고압의 유체는 촉매(350)에 끼인 이물질을 제거하거나 촉매 피독 물질은 분해하여 촉매(350)를 재생시킬 수 있다. 이때, 수트 블로워(410)가 분사한 유체가 촉매 피독 물질을 분해하기 위해서는 촉매 피독 물질의 분해 온도 이상의 온도를 가져야 한다.

압축 공기 공급부(400)는 수트 블로워(410)에 고압의 유체를 공급한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 압축 공기 공급부(400)는 별도로 마련된 압축 공기 탱크이거나 압축 공기를 생성하는 펌프일 수 있으며, 과급기(150)가 압축 공기 공급부로 사용될 수도 있다. 즉, 압축 공기 공급부(400)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 방법으로 수트 블로워(410)에 고압의 유체를 공급할 수 있다.

블로워 제어 밸브(450)는 수트 블로워(410)의 유체 분사 여부 및 분사량을 제어할 수 있으며, 후술할 제어부(700)에 의해 제어될 수 있다.

제어부(700)는 엔진(100)의 부하 변동에 따라 수트 블로워(410)의 작동 시간을 상이하게 조절한다. 구체적으로, 제어부(700)는 엔진(100)의 부하가 감소할수록 수트 블로워(410)의 작동 시간을 단축시킬 수 있다.

예를 들어, 제어부(700)는 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 75% 이상이면 기설정된 기본 작동 시간인 제1 작동 시간 동안 수트 블로워를 작동시킬 수 있다. 여기서, 기본 작동 시간은 엔진(100)과, 수트 블로워(410), 그리고 반응기(300) 및 촉매(350)의 종류와 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 수트 블로워(410)가 분사하는 유체의 압력도 기본 작동 시간의 설정에 영향을 미칠 수 있다.

그리고 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 75% 미만 50% 이상이면 제1 작동 시간 보다 단축된 제2 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 작동시키며, 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 50% 미만 25% 이상이면 제2 작동 시간보다 단축된 제3 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 작동시키고, 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 25% 미만이면 제3 작동 시간 보다 단축된 제4 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 작동시킬 수 있다.

또한, 제어부(700)는 엔진(100)으로부터 부하 정보 또는 회전 속도 정보를 직접 전달받을 수 있다. 그리고 제어부(700)는 회전 속도 정보를 통해서도 엔진(100)의 부하를 판단할 수 있다.

또한, 제어부는 과급기(150) 전단의 압력, 과급기(150)의 회전 속도, 엔진(100)에 공급되는 소기(掃氣) 압력, 및 환원제 공급 유량 중 하나 이상을 통해 엔진(100)의 부하를 간접적으로 산출할 수 있다.

엔진(100)의 운전 상태, 즉 엔진(100)의 부하 정보는 과급기(150) 전단의 압력, 과급기(150)의 회전 속도, 엔진(100)에 공급되는 소기 압력, 및 환원제 공급 유량 등과 상관 관계에 있으므로, 이들 정보를 통해 엔진(100)의 부하를 간접적으로 산출할 수 있다.

구체적으로, 엔진(100)의 연소실에서 배출되는 배기가스에 의해 과급기(150) 전단의 압력이 상승되고, 과급기(150) 전단의 압력이 상승되면 과급기(150)가 엔진(100)에 공급하는 공기의 압력, 즉 소기 압력이 상승하게 된다. 과급기(150) 전단의 압력 및 소기 압력의 상승은 엔진(100)의 부하가 상대적으로 높아짐을 의미하고, 과급기(150) 전단의 압력 및 소기 압력의 하강은 엔진(100)의 부하가 상대적으로 낮아짐을 의미한다. 이때, 제1 압력 센서(750)는 과급기(150) 전단의 압력을 측정하여 그 정보를 제어부(700)에 전달한다. 제2 압력 센서(760)는 엔진(100)에 공급되는 소기 압력을 측정하여 그 정보를 제어부(700)에 전달한다.

또한, 엔진(100)의 부하 변동에 따라 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 배출량이 달라지므로, 환원제 공급부(500)도 엔진(100)의 운전 조건 또는 배기가스의 배출 상황에 따라 적정량의 환원제가 공급될 수 있도록 환원제의 공급량을 조절한다. 따라서, 환원제의 공급 유량을 측정하면, 엔진(100)의 부하를 간접적으로 추정할 수도 있다.

또한, 대기의 온도 및 습도에 의해 엔진(100)의 배기가스의 배출량과 소기의 유량 및 압력이 변화하기 때문에 더욱 정밀한 제어를 위해서, 제어부(7000는 대기의 온도 및 습도 정보를 반영하여 간접적으로 산출된 엔진(100)의 부하를 보정할 수 있다.

또한, 제어부(700)가 엔진(100)으로부터 부하 정보를 직접 전달 받는 것이 가장 바람직하나, 엔진(100)에 이상이 생기거나 엔진(100)의 운전 조건에 대한 신호에 오류가 발생하면, 엔진(100)에서 전달받은 부하 정보에 대한 신호와 실제 엔진(100)의 부하에 오차가 발생될 수 있다.

따라서, 제어부(700)는 엔진(100)이 실제로 동작함으로써 생겨나는 여러 인자들로부터 엔진(100)의 부하를 간접적으로 산출하고, 이렇게 산출된 부하 정보를 엔진(100)으로부터 직접 전달받은 부하 정보와 대조 검토하여 현재 엔진(100)의 운전 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(700)는 엔진(100)의 운전 상태를 파악할 수 있는 여러 방법들 중 어느 하나의 방법만 사용할 수도 있지만, 여러 방법들을 통해 각각 엔진(100)의 운전 상태를 파악하고 이들을 대조 검토하여 엔진(100)의 부하를 보다 정확하게 파악할 수 있다.

제어부(700)는 전술한 바와 같이 엔진(100)의 부하 정보를 파악하여, 엔진(100)이 저부하 상태일 때에는 수트 블로워(410)의 작동 시간을 상대적으로 짧게 설정하고, 엔진(100)이 고부하 상태일 때에는 수트 블로워(410)의 작동 시간을 상대적으로 길게 설정함으로써, 수트 블로워(410)의 작동이 엔진(100)의 성능에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다.

예를 들어, 엔진(100)이 고부하로 운전하여 과급기(150) 전단의 압력이 3~4bar에 달하는 상태에서 수트 블로워(410)가 고압의 유체를 분사할 경우에는 이미 과급기(150) 전단의 압력이 고압이므로 압력 변화가 상대적으로 미미하다 할 수 있다. 하지만, 엔진(100)이 저부하로 운전하여 과급기(150) 전단의 압력이 0.5~2.5bar에 불과한 상태에서 수트 블로워(150)가 고압의 유체를 분사하면 그 영향이 크게 작용하여 수트 블로워(150)가 작동하는 동안 엔진(100)의 성능이 불필요하게 변동될 수 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에서는, 엔진(100)의 운전 조건에 따라 수트 블로워(410)의 작동 시간을 상이하게 제어하여 과급기(150) 전단의 압력을 보다 균일하게 유지함으로써, 수트 블로워(410)를 사용하면서도 엔진(100)의 성능 변화를 최소화할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 엔진(100)의 부하 변동에 따라 수트 블로워(410)의 작동 시간을 상이하게 제어하여 수트 블로워(410)에서 분사된 고압의 유체가 엔진(100)의 성능에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 동작 원리를 상세히 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 수트 블로우(410)를 가동시키면, 엔진(100)의 운전 상태를 체크한다. 이때, 엔진(100)의 운전 상태는 전술한 바와 같은 다양한 방법으로 체크할 수 있다.

그리고 산출된 엔진(100)의 부하 정보에 따라 수트 블로워(410)의 작동 시간을 차별적 또는 단계적으로 설정하고, 해당 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 가동시킨다.

예를 들어, 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 75% 이상이면 기설정된 기본 작동 시간인 제1 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 작동시키고, 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 75% 미만 50% 이상이면 제1 작동 시간 보다 단축된 제2 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 작동시키며, 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 50% 미만 25% 이상이면 제2 작동 시간보다 단축된 제3 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 작동시키고, 엔진(100)의 부하가 최대 부하의 25% 미만이면 제3 작동 시간 보다 단축된 제4 작동 시간 동안 수트 블로워(410)를 작동시킬 수 있다. 그리고 수트 블로워(410)는 해당 작동 시간만큼 가동한 후 동작을 종료한다.

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.

100: 엔진
101: 선택적 촉매 환원 시스템
150: 과급기
151: 터빈
152: 압축기
300: 반응기
350: 촉매
400: 압축 공기 공급부
410: 수트 블로워
450: 블로워 제어 밸브
500: 환원제 공급부
510: 환원제 분사부
610: 배기 유로
620: 소기 라인
700: 제어부
750: 제1 압력 센서
760: 제2 압력 센서

Claims

엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기;
상기 촉매에 끼인 이물질을 제거하거나 상기 촉매를 재생시키기 위해 상기 촉매를 향해 유체를 분사하는 수트 블로워(soot blower); 및
상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 수트 블로워의 작동 시간을 조절하는 제어부
를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 엔진의 부하가 감소할수록 상기 수트 블로워의 작동 시간을 단축시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 엔진의 부하가 최대 부하의 75% 이상이면 기설정된 기본 작동 시간인 제1 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시키고,
상기 엔진의 부하가 최대 부하의 75% 미만 50% 이상이면 상기 제1 작동 시간 보다 단축된 제2 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시키며,
상기 엔진의 부하가 최대 부하의 50% 미만 25% 이상이면 상기 제2 작동 시간보다 단축된 제3 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시키고,
상기 엔진의 부하가 최대 부하의 25% 미만이면 상기 제3 작동 시간 보다 단축된 제4 작동 시간 동안 상기 수트 블로워를 작동시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 엔진으로부터 부하 정보를 직접 전달받는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 반응기를 통과한 배기가스는 과급기를 거쳐 배출되며,
상기 제어부는,
상기 과급기 전단의 압력, 상기 과급기의 회전 속도, 상기 엔진에 공급되는 소기 압력, 및 환원제 공급 유량 중 하나 이상을 통해 상기 엔진의 부하를 간접적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제어부는 대기의 온도 및 습도 정보를 반영하여 간접적으로 산출된 상기 엔진의 부하를 보정하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 엔진으로부터 부하 정보를 직접 전달받으며,
상기 제어부는 상기 엔진으로부터 직접 전달받은 부하 정보와 간접적으로 산출된 상기 엔진의 부하 정보를 대조 검토하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제5항에 있어서,
상기 과급기 전단의 압력을 측정하는 제1 압력 센서 및 상기 엔진에 공급되는 소기 압력을 측정하는 제2 압력 센서 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.