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고유황 연료 사용 디젤 엔진에서 연료 첨가제를 이용한 매연여과장치의 재생에 관한 연구

Study on DPF regeneration using a fuel-borne catalyst in a diesel engine with high sulfur fuel

김홍석|최원빈|이선엽|이경열|안영모|조규백|이상호|이의성
한국마린엔지니어링학회 (The Korean Society of Marine Engineering)|2018.11|한국마린엔지니어링학회지 (Journal of Advanced Marine Engineering and Technology)|제42권 제9호|pp. 690-696

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재생Particulate matterRegeneration입자상 물질매연여과장치연료 첨가제고유황 연료Diesel particular filterFuel-borne catalystHigh sulfur fuel
주제분류기계공학

초록

본 논문에서는 고유황 연료를 사용하는 선박에서 매연여과장치를 사용하기 위하여 연료 첨가제를 이용한 재생에 대한연구를 진행하였다. 연료 첨가제 재생방식은 포집된 입자상 물질의 재생온도를 500℃이하로 낮춘다. 선박은 주기적인 엔진의고부하 운전으로 추가적인 연료의 소비 없이 500℃의 재생온도를 얻을 수 있다. 실험을 통해 연료 첨가제의 활성물질, 매연여과장치의 구성 및 연료 내 황 함유량에 따른 연료 첨가제 재생방식의 BPT(balance point temperature) 및 매연 재생 효율을 측정하였다. 재생특성평가는 279kW급 D6CB엔진의 후단에 매연여과장치를 장착하여 진행하였다. 매연여과장치는 22L SiC 필터를 사용하였다. 활성물질이 다른 3가지 연료 첨가제를 연료에 혼합하여 공급하였으며, 활성물질이 Ce인 연료 첨가제가 가장낮은 BPT를 보였다. 초저황 경유에서는 모든 첨가제가 370℃ 이하에서 BPT를 보였다. 반면, BPT가 황 함유량이 216ppm인MGO(marine gas oil)를 연료로 사용하면 BPT가 401℃ 이상으로 증가하였다. 재생특성의 향상을 위하여 디젤 산화 촉매와 Vd 코팅을 적용하면 MGO를 사용하여도 BPT가 278℃로 감소하며, 63%의 매연 재생 효율을 보였다. 황 함유량이 484ppm 이상인연료에서는 디젤 산화 촉매와 Vd 코팅을 적용하여도 BPT가 증가하고 매연 재생 효율이 14% 이하로 감소하였다.

Abstract

In this study, diesel particular filter (DPF) regeneration with a fuel-borne catalyst (FBC) is investigated for application in ships using high sulfur fuels. The FBC lowers regeneration temperature to less than 500°C. This regeneration temperature can be obtained without additional fuel consumption owing to the high load operation of marine engines. In our study, the balance point temperature (BPT) and regeneration efficiency were measured with a variety of active materials, filter configurations, and sulfur contents in fuels. Regeneration characteristics tests were conducted using a 279-kW class D6CB engine with a 22L silicon carbide (SiC) DPF. Among three active materials, Ce had the lowest BPT. All FBCs had BPT of less than 370°C when ultra-low sulfur diesel was used. However, BPT was greater than 401°C when marine gas oil (MGO) containing 216 ppm of sulfur was used. Diesel oxidation catalyst and Vd coating resulted in a BPT of 278°C and a regeneration efficiency of 63%, even when MGO was used. BPT increased and a low regeneration efficiency of less than 14% was observed when sulfur contents increased to greater than 484 ppm.

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