Druckluftanwendungen in der Schifffahrt
Selective Catalytic Reduction (SCR) auf Schiffen
NOx-Emissionen (Stickoxide) stellen einen bedeutenden Schadstoff dar, der bei der NOx-Emissionen (Stickoxide) sind ein bedeutender Schadstoff von Schiffen, der während der Hochtemperaturverbrennung von Kraftstoff in Schiffsmotoren entsteht, wenn Stickstoff aus der Luft mit Sauerstoff reagiert. Die NOx-Reduktion in der Schifffahrt ist zu einer Notwendigkeit für Werften geworden, die Schiffe für den Betrieb in ECAs (Emission Control Areas) bauen, sowie für Schiffsbetreiber in ECAs, seit Tier III der MARPOL-Anlage VI, Regel 13 der IMO, in Kraft getreten ist. Diese Regelung legt die strengsten NOx-Emissionsgrenzwerte für Schiffsdieselmotoren mit einer Leistung von mehr als 130 kW fest, die auf Schiffen installiert sind. Sie gilt für Schiffe, die am oder nach dem 1. Januar 2016 gebaut wurden und in ECAs betrieben werden, und erfordert in der Regel den Einsatz von maritimen NOx-Reduktionstechnologien wie Selective Catalytic Reduction (SCR).
Die SCR-Technologie ist eine der effektivsten Methoden zur Reduzierung von NOx, die durch Verbrennungsmotoren erzeugt werden. Die meisten maritimen SCR-Systeme sind auf Druckluft angewiesen, um konstant und effizient zu arbeiten, wobei sie eine Reihe wichtiger Funktionen erfüllt:
Druckluft wird typischerweise für die kontinuierliche Einspritzung eines Reduktionsmittels in den heißen Abgasstrom verwendet. Sie dient dazu, das Reduktionsmittel – häufig eine Harnstofflösung – zu einem feinen Sprühnebel zu zerstäuben. Dadurch entsteht eine größere Oberfläche der Harnstofftröpfchen, was eine schnelle Verdampfung des Wassers und die anschließende Zersetzung zu Ammoniak fördert. Sobald der heiße Abgasstrom – der nun NOx und Ammoniak enthält – den Katalysator erreicht, finden selektive katalytische Reduktionsreaktionen statt, bei denen NOx in harmloses Wasser (H₂O) und Stickstoff (N₂) umgewandelt wird.
Eine optimale Zerstäubung des eingespritzten Reduktionsmittels fördert eine effizientere und gleichmäßigere Vermischung von Ammoniak mit NOx im Abgas. Dies verbessert die NOx-Reduktionseffizienz am Katalysator und verringert die Bildung von Harnstoffablagerungen an den Wänden des Abgasrohrs.
Für diesen Prozess ist eine kontinuierliche Versorgung mit kleinen Mengen von hochwertiger Druckluft bei hohem Druck erforderlich, da ein zu hoher Feuchtigkeitsgehalt oder Verunreinigungen in der Druckluft die Zerstäubung des Harnstoffs und damit die Reaktivität beeinträchtigen können.
Viele maritime SCR-Systeme verfügen über ein Rußblassystem, um angesammelte Partikel, wie Ruß und Asche, von der Oberfläche des Katalysators zu entfernen. Die periodische Partikelabblasung unterstützt den Schiffsbetrieb dabei, die erforderlichen NOx-Emissionsvorschriften dauerhaft einzuhalten, indem sie die Leistung des Katalysators aufrechterhält. Außerdem wird der Druckabfall reduziert, wodurch übermäßiger Gegendruck verhindert und somit die Motorleistung optimiert wird.
Druckluft ist das übliche Medium für diesen Prozess. In regelmäßigen Abständen oder basierend auf einer Drucküberwachung werden kurze Stöße hochdruckverdichteter Luft durch ein Netzwerk von Düsen freigesetzt, die strategisch im SCR-Reaktor positioniert und auf die Katalysatorelemente ausgerichtet sind. Die Kraft der Druckluft löst dabei die Partikelablagerungen von den Katalysatoren, die anschließend vom Abgasstrom mitgeführt werden.
Rußblassysteme arbeiten intermittierend; Dauer und Häufigkeit jedes Blaszyklus können von Faktoren wie Kraftstoffart, Motorlast und Verschmutzungsgrad abhängen. Dies führt zu einem schwankenden Druckluftbedarf. Aus diesem Grund werden häufig frequenzgesteuerte Kompressoren eingesetzt.
Einige Komponenten eines maritimen SCR-Systems sind für ihren Betrieb auf pneumatische Antriebe angewiesen, wie beispielsweise Klappen zur Regelung des Abgasstroms, Ventile zur Steuerung des Durchflusses und somit der korrekten Dosierung der Reduktionsmittellösung oder Ventile zur Steuerung von Abgas-Bypass-Mechanismen.
Eine zuverlässige Versorgung mit Druckluft ist für das einwandfreie Funktionieren dieser Ventile und Antriebe unerlässlich, da dies die Wirksamkeit der NOx-Reduktion sowie die Vermeidung von Ammoniakschlupf beeinflussen kann – beides entscheidend für die Gesamtleistung und Sicherheit des Systems.
Da sich Emissionskontrollgebiete (ECAs) weltweit schnell ausweiten, werden die Tier-III-Grenzwerte zunehmend zum Standard. Dies erhöht die Anforderungen an Neubauprojekte in Werften sowie bei Schiffsbetreibern, NOx-Reduktionstechnologien wie SCR zu implementieren und zu betreiben. Eine zuverlässige Versorgung mit hochwertiger Druckluft ist entscheidend für die effektive und gleichbleibende Leistung vieler maritimer SCR-Systeme. Sie trägt zu einer präzisen Dosierung des Reduktionsmittels, einer wirksamen Reinigung des Katalysators und der Gesamtsteuerung des Systems bei und beeinflusst letztlich die Fähigkeit des Schiffsbetreibers, die Tier-III-Umweltvorschriften der IMO einzuhalten.
KAESER Lösungen für SCR-Systeme in der Schifffahrt
Druckluftsysteme von KAESER bieten die ideale Lösung, um den hohen Qualitäts- und schwankenden Luftbedarf maritimer SCR-Systeme energieeffizient zu decken. Durch die Bereitstellung von mehr Druckluft bei geringerem Energieverbrauch können KAESER-Kompressoren Schiffsbetrieben helfen, ihren gesamten CO₂-Fußabdruck zu reduzieren – ein doppelter Vorteil für die Emissionsminderung.
Kompakte Effizienz & maximale Leistung
Von der kompakten SX(T)-Serie luftgekühlter Schraubenkompressoren mit integriertem Kältetrockner bis hin zu den ASK(T)- und BSD(T)-Serien wassergekühlter Schraubenkompressoren mit integriertem Kältetrockner bietet KAESER eine breite Palette von Lösungen, die den hochwertigen Druckluftbedarf maritimer SCR-Systeme zuverlässig und energieeffizient erfüllen.
Die Schraubenkompressoren der Serien SX bis BSD sind auf maximale Energieeffizienz ausgelegt und sparen Energie auf verschiedene Weise: Sie sind mit dem energieeffizienten SIGMA PROFIL sowie einem Premium-Effizienz-IE3-Motor (SX/ASK-Serie) oder einem Super-Premium-Effizienz-IE4-Motor (ASD/BSD-Serie) ausgestattet. Darüber hinaus sorgt die interne Kompressorsteuerung SIGMA CONTROL 2 für eine koordinierte Erzeugung und Nutzung der Druckluft, was eine effiziente Energienutzung – auch im Teillastbetrieb – gewährleistet.
Ideal für marine SCR-Systeme, bei denen Platz ein besonders knappes Gut ist, kombinieren die (T)-Einheiten einen Premium-Effizienz-Schraubenkompressor mit einem energiesparenden Kältetrockner. Die kompakte Bauweise dieser Konfiguration reduziert den Platzbedarf und die Installationskosten erheblich.
Die (T)-Einheiten liefern jederzeit Druckluft in optimaler Qualität und Trockenheit. Der Kältetrockner arbeitet hocheffizient und wird nur dann aktiviert, wenn die Druckluft tatsächlich getrocknet werden muss. So wird die erforderliche Druckluftqualität mit maximaler Energieeffizienz sichergestellt.
Mit einem Volumenstrom von 0,26 bis 8,16 m³/min (9,2 bis 288 cfm) und einem Betriebsdruck von 5,5 bis 15 bar (80 bis 217 psi) bieten die kompakten Serien SX(T) bis BSD(T) von KAESER maximale Verfügbarkeit und Effizienz für optimale Leistung. Ob auf Superyachten oder kleinen Kreuzfahrtschiffen – die SIGMA FREQUENCY CONTROL (SFC)-Modelle zeigen hier ihre besonderen Stärken. Ideal geeignet, um den wechselnden Motorbetrieb während der Fahrt energieeffizient zu begleiten, verfügen die Serien ASK(T) SFC bis BSD(T) SFC über eine drehzahlgeregelte Antriebstechnik, die den Druckluftbedarf präzise an den tatsächlichen Verbrauch anpasst. Dadurch wird Energie eingespart, die Lebensdauer maximiert und die Zuverlässigkeit erhöht.
Jeder KAESER-Kompressor ist von allen namhaften Klassifikationsgesellschaften anerkannt und zugelassen, darunter Lloyd’s Register, CCS, ABS, DNV, Rina, Korean Register, Bureau Veritas und ClassNK.
FAQs
Die Schraubenkompressoren der Serien SX, ASD bis BSD sind alle optional mit einem integrierten Kältetrockner erhältlich. Diese kompakten Einheiten bieten eine besonders platzsparende Lösung – ideal, wenn der Raum begrenzt ist.
Die integrierten Kältetrockner von KAESER zeichnen sich durch eine energiesparende Steuerung aus, die dafür sorgt, dass sie nur dann aktiv sind, wenn die Druckluft tatsächlich getrocknet werden muss, und somit eine hocheffiziente Leistung bieten.
Alle Wartungsarbeiten können von einer Seite der Einheit aus durchgeführt werden, da eine leicht zu entfernende Abdeckung einen ausgezeichneten Zugang zu den Komponenten ermöglicht.
