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:
-
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).
-
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.
-
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.
-
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:
-
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).
-
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).
-
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.
-
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).
-
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:
-
W przypadku silników napędu głównego pracujących
przy stałej prędkości obrotowej, w tym także silników napędu spalinowo
- elektrycznego, należy zastosować test E2, tabela 1.
-
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:
-
znaki identyfikacyjne i wartości nastaw tych
części silnika, które mają wpływ na emisję NOX ;
-
identyfikację aktualnie wybranego punktu pracy
oraz podanie całego zakresu pala pracy wraz z podaniem zakresu regulacji
oraz alternatywnego wyposażenia;
-
charakterystyki silnika mające wpływ na poziom
emisji NOX;
-
listę wybranych parametrów pracy przy różnym
stanie obciążenia;
-
system oraz procedury pozwalające na weryfikację,
na statku, aktualnego poziomu emisji NOX;
-
kopię raportu pomiarów emisji,
-
wskazówki i ograniczenia jakim podlegają silniki
należące
do rodziny lub grupy;
-
wykaz części zapasowych, które w przypadku
zamontowania nie spowodują zmiany poziomu emisji NOX;
-
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 %.
-
Parametry wpływające na proces formowania
się tlenków azotu
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.
-
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....
|