Wiewióra Antoni

Wyższa Szkoła Morska w Szczecinie

KODEKS TECHNICZNY KONTROLI EMISJI TLENKÓW AZOTU Z WYSOKOPRĘŻNYCH SILNIKÓW OKRĘTOWYCH

1. Wstęp

W dniu 26.08.1997, na konferencji państw stron konwencji MARPOL przyjęto rezolucję nr 2 – The Technical Code on Control of Emission of Nitrogen Oxides from Marine Diesel Engines ( Kodeks techniczny kontroli emisji tlenków azotu przez wysokoprężne okrętowe silniki spalinowe). Celem tej rezolucji jest ustalenie obligatoryjnych procedur prowadzenia prób, pomiarów, przeglądów i certyfikacji okrętowych silników wysokoprężnych, które podlegają przepisom Aneksu VI konwencji MARPOL.

Przyjęcie tej rezolucji pozwala producentom wysokoprężnych okrętowych silników spalinowych, armatorom oraz administracji morskiej upewnić się, że wszystkie okrętowe silniki wysokoprężne, które poddane zostały badaniom według zalecanych procedur i uzyskały pozytywny wynik, spełniają przepisy Aneksu VI w zakresie emisji tlenków azotu. 

Kodeks zachęca administrację do określania poziomu emisji tlenków azotu na stanowiskach prób u producentów silników, ponieważ tylko takie badania pozwalają na prowadzenie ich w warunkach pełnej kontroli. Jeśli badania u producenta zostaną przeprowadzone zgodnie z zalecanymi procedurami i silnik uzyska stosowny certyfikat, to późniejsze badania prowadzone na statku mogą być badaniami uproszczonymi, kontrolnymi. 

2. Przeglądy i certyfikacja

Przepisy Aneksu VI stanowią, że każdy silnik wysokoprężny o mocy większej od 130 kW, który jest przewidywany do instalowania po 1 stycznia 2000r na statku podlegającym przepisom Aneksu VI, jest przedmiotem następujących przeglądów:

  1. Przegląd wstępny (Pre-certification survey), którego celem jest sprawdzenie czy silnik został zaprojektowany i wyposażony w urządzenia spełniające przepisy Prawidła 13 Aneksu VI. Jest to przegląd przeprowadzony u producenta silnika na stanowisku próbnym. Jeśli przegląd wykaże, że badany silnik w pełni odpowiada przepisom Aneksu VI, Administracja może wydać dla badanego silnika - Engine International Air Pollution Prevention Certificate (EIAPP).
  2. Przegląd początkowy (Initial certification survey). Przegląd prowadzony na statku po zamontowaniu silnika lecz przed jego przekazaniem do eksploatacji. Przegląd ten stanowi część przeglądu statku pod kątem spełniania przepisów Aneksu VI. Celem tego przeglądu jest upewnienie się, że silnik zastał zamontowany na statku zgodnie z zaleceniami producenta oraz wszelkie modernizacje, jeśli miały miejsce, i/lub regulacje przeprowadzone na silniku, od czasu jego badania na stanowisku badawczym u producenta, nie spowodowały wzrostu poziomu emisji tlenków azotu. Przegląd ten powinien doprowadzić albo do wydania dla statku Międzynarodowego Certyfikatu Zapobiegania Zanieczyszczeniom Powietrza (IAPP), lub do sformułowania stosownej poprawki, do wymiany silnika na inny włącznie.
  3. Przegląd okresowy lub pośredni wymagany przepisami Aneksu VI, w celu potwierdzenia, że eksploatowany silnik, w sposób ciągły całkowicie spełnia wszystkie wymagania wynikające z Aneksu VI.
  4. Przegląd początkowy przeprowadzany zawsze wtedy, gdy nastąpiła poważniejsza modernizacja konstrukcji lub wyposażenia silnika. Celem tego przeglądu jest sprawdzenie, czy modernizacja nie wpłynęła ujemnie na poziom emisji tlenków azotu.
Dla przeprowadzenia wyżej wymienionych przeglądów można posłużyć się jedną z następujących metod zawartych we wspomnianym dokumencie, które pozwalają na pomiar lub obliczenie emisji tlenków azotu, są to:
  1. Badania na stanowisku prób u producenta zgodnie z pełną procedurą opisaną w części 5 kodeksu pod tytułem – Procedures for NOX emission measurements on a test bed. Przebieg tej procedury przedstawiono schematycznie na rys. 1. Jest to procedura niezbędna dla otrzymania certyfikatu (EIAPP).
  2. Badanie na statku w sytuacji, gdy nie przeprowadzono badań na stanowisku prób u producenta. W takiej sytuacji badania na statku należy prowadzić zgodnie z pełną procedura opisaną w części 5 - – Procedures for NOX emission measurements on a test bed. Przebieg tego badania pokazano schematycznie na rys. 2 pod pozycją ścieżka 1. Jest to procedura niezbędna dla otrzymania certyfikatu dla silnika i dla statku (EIAPP oraz IAPP).
  3. Kontrola parametrów na statku dla potwierdzenia ważności certyfikatu podczas przeglądów; początkowego, okresowego lub pośredniego, gdy silnik przeszedł pełne badania na stanowisku u producenta i otrzymał EIAPP. Tą metodę stosuje się także w przypadku, gdy silnik został poddany modernizacji i/lub regulacji po ostatnim przeglądzie. (Część 6.2 – Engine parameter check method). Przebieg tego badania pokazano schematycznie na rys. 3. 
  4. Uproszczona metoda pomiarowa na statku dla potwierdzenia zgodności z certyfikatem podczas przeglądów; okresowego lub pośredniego, lub potwierdzenia przeglądu początkowego silnika poddanego przeglądowi wstępnemu. (Część 6.3 – Simplified measurement method).
  5. Bezpośredni pomiar na statku oraz monitoring dla potwierdzenia zgodności z certyfikatem podczas przeglądów: okresowego i pośredniego.
3. Koncepcja rodziny i grupy silników

Dla uniknięcia certyfikacji każdego pojedynczego silnika w przypadku seryjnej produkcji, można się posłużyć koncepcją rodziny lub grupy silników.

Koncepcja rodziny silników może mieć zastosowanie do serii silników, które z uwagi na tą samą konstrukcję mają w przybliżeniu podobną charakterystykę emisji NOX, są stosowane tak jak projektowane było ich przeznaczenie, oraz podczas instalacji na statku nie wymagają ani modernizacji ani regulacji, które to czynności mogłyby wpłynąć na poziom emisji NOX. Ta koncepcja ma zastosowanie głównie dla silników pomocniczych napędzających prądnice.

Koncepcja grupy silników może być stosowana dla mniejszych serii silników produkowanych do podobnych zastosowań, które wymagają niewielkiej modernizacji lub regulacji podczas instalacji na statku. Ta koncepcja nadaje się do silników napędu głównego.

4. Cykle badawcze i średnie ważone 

Każdy pojedynczy silnik oraz przedstawiciel grypy lub rodziny silników musi zostać poddany badaniom, dla potwierdzenia zgodności z wymaganiami w zakresie emisji tlenków azotu, według określonego cyklu i tak:

  1. W przypadku silników napędu głównego pracujących przy stałej prędkości obrotowej, w tym także silników napędu spalinowo - elektrycznego, należy zastosować test E2, tabela 1.
  2. W przypadku napędu ze śrubą o regulowanym skoku należy także zastosować test E2.
Tabela 1
  Prędkość obr. 100% 100% 100% 100%
Test typu E2 Moc 100% 75% 50% 25%
  Współczynnik

wagi

0.2 0.5 0.15 0.15
3. W przypadku silników głównych oraz silników pomocniczych pracujących według charakterystyki śrubowej, należy zastosować test E3, tabela 2.
 
Tabela 2
  Prędkość obr. 100% 91% 80% 63%
Test typu E3 Moc 100% 75% 50% 25%
  Współczynnik wagi 0.2 0.5 0.15 0.15
4. W przypadku silników pomocniczych pracujących przy stałej prędkości obrotowej, należy zastosować test D2, tabela 3.
 
Tabela 3
  Prędkość obr. 100% 100% 100% 100% 100%
Test typu D2 Moc 100% 75% 50% 25% 10%
  Współcz-nnik wagi 0.05 0.25 0.3 0.3 0.1

 
 
  5. W przypadku silników pomocniczych pracujących przy zmiennych obrotach i zmiennych obciążeniach należy zastosować test C1, tabela 4. Tabela 4
  Prędkość Nominalna Pośrednia Luzem
Test typu C1 Moc 100% 75% 50% 10% 100% 75% 50% 0%
  Współcz-nnik wagi 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 0.1 0.1 0.15

 

5. Kartoteka techniczna

Aby umożliwić Administracji przeprowadzenie przeglądów, dla każdego silnika należy przygotować kartotekę techniczną zawierającą niezbędne informacje, w tym:
 
 

  1. znaki identyfikacyjne i wartości nastaw tych części silnika, które mają wpływ na emisję NOX ;
  2. identyfikację aktualnie wybranego punktu pracy oraz podanie całego zakresu pala pracy wraz z podaniem zakresu regulacji oraz alternatywnego wyposażenia;
  3. charakterystyki silnika mające wpływ na poziom emisji NOX;
  4. listę wybranych parametrów pracy przy różnym stanie obciążenia; 
  5. system oraz procedury pozwalające na weryfikację, na statku, aktualnego poziomu emisji NOX;
  6. kopię raportu pomiarów emisji,
  7. wskazówki i ograniczenia jakim podlegają silniki należące do rodziny lub grupy;
  8. wykaz części zapasowych, które w przypadku zamontowania nie spowodują zmiany poziomu emisji NOX;
  9. Certyfikat (EIAPP) silnika z badań na stanowisku prób silnika.
6. Metody obniżenia emisji tlenków azotu

Dla znacznego obniżenia emisji tlenków azotu można zastosować metody pierwotne oraz metody wtórne.

Do metod pierwotnych należy:

  • dodawanie wody do paliwa,
  • regulacja kąta wtrysku,
  • recyrkulacja spalin wylotowych,
  • zmiany konstrukcyjne systemu wtrysku.
Stosując kombinację metod pierwotnych można zredukować emisję tlenków azotu o 30 – 80 %.

Do metod wtórnych należą selektywne katalityczne reaktory (SCR), które są w stanie zredukować emisje tlenków azotu o 95 – 98 %.
 
 
 
 

  1. Parametry wpływające na proces formowania się tlenków azotu

  2.  

     

    Kształt komory spalania.

    Ciśnienie sprężania (temperatura powietrza po sprężeniu).

    Ciśnienie spalania.

    Współczynnik nadmiaru powietrza.

    Sposób rozpylenia paliwa (kształt strumienia rozpylonego paliwa).

    Stopień rozpylenia paliwa.

    Początek wtrysku oraz długość wtrysku.

  3. Literatura
1. International Maritime Organizationm, MP/CONF. 3/35, ANNEX " Technical Code on Control of Nitrogen Oxides from Marine Diesel Engine", October 1997.

# RYSUNKI W PRZYGOTOWANIU....