Zastosowania sprężonego powietrza w żegludze – selektywna redukcja katalityczna (SCR)
Emisje NOx (tlenków azotu) stanowią istotną część zanieczyszczeń generowanych przez jednostki pływające. Powstają one podczas wysokotemperaturowego spalania paliwa w silnikach okrętowych, gdy azot z powietrza reaguje z tlenem. Redukcja emisji NOx w żegludze stała się koniecznością. Dotyczy ona:
- stoczni budujących jednostki przeznaczone do eksploatacji na obszarach kontroli emisji (ECA),
- armatorów operujących w tych strefach.
Stało się tak odkąd weszła w życie norma Tier III. Została ona opisana w artykule 13 załącznika VI do konwencji MARPOL Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO). Przepisy te określają najsurowsze limity emisji NOx dla silników wysokoprężnych o mocy powyżej 130 kW, zainstalowanych na jednostkach pływających. Dotyczą one jednostek zbudowanych 1 stycznia 2016 roku lub później, operujących na obszarach kontroli emisji (ECA). Narzucają stosowanie morskich technologii redukcji emisji NOx, takich jak selektywna redukcja katalityczna (SCR).
Technologia SCR jest jedną z najskuteczniejszych metod redukcji NOx emitowanych przez silniki spalinowe. Większość morskich systemów SCR opiera się na sprężonym powietrzu. Zapewnia ono tym systemom stałe i wydajne działanie, pełniąc jednocześnie szereg istotnych funkcji.
Sprężone powietrze jest zazwyczaj wykorzystywane do ciągłego wtryskiwania reduktora tlenków azotu do strumienia gorących spalin. Służy ono do przekształcenia reduktora tlenków azotu – często roztworu mocznika – do postaci drobnej mgiełki. Podawanie roztworu mocznika w formie kropel zapewnia większą powierzchnię jego kontaktu ze spalinami. Przyspiesza to odparowywanie wody i późniejszy rozkład do amoniaku. Strumień gorących spalin, zawierający NOx i amoniak, dociera do katalizatora. Zachodzą wtedy reakcje selektywnej redukcji katalitycznej. W ich wyniku NOx zostaje przekształcony w nieszkodliwą wodę (H₂O) i azot (N₂).
Optymalne rozpylenie reduktora tlenków azotu sprzyja wydajniejszemu i bardziej równomiernemu mieszaniu się amoniaku z NOx w spalinach. Poprawia to skuteczność redukcji emisji NOx w obrębie katalizatora i ogranicza gromadzenie się mocznika na ściankach rury wydechowej.
W ramach tego procesu wymagane jest ciągłe dostarczanie niewielkich ilości wysokiej jakości sprężonego powietrza pod wysokim ciśnieniem. Jest to konieczne, gdyż zbyt wysoki poziom wilgoci lub zanieczyszczenia w sprężonym powietrzu mogą negatywnie wpływać na rozpylanie mocznika. W konsekwencji może to mieć wpływ na skuteczność reakcji.
Wiele morskich systemów SCR wyposażonych jest w system zdmuchiwania sadzy. Jego zadaniem jest usuwanie nagromadzonych cząstek stałych, takich jak sadza i popiół, z powierzchni katalizatora. Okresowe zdmuchiwanie cząstek stałych pomaga armatorom zachować zgodność z przepisami dotyczącymi emisji NOx poprzez utrzymywanie odpowiedniej sprawności katalizatora. Ponadto ograniczane są spadki ciśnienia, co zapobiega nadmiernemu przeciwciśnieniu, a tym samym optymalizuje moc silnika.
Jako standardowe medium w opisywanym procesie służy sprężone powietrze. Medium to jest prowadzone przez sieć strategicznie rozmieszczonych w reaktorze SCR dysz. Są one skierowane na elementy katalizatora. W regularnych odstępach czasu lub na podstawie monitorowania ciśnienia uwalniane są krótkie uderzenia powietrza sprężonego pod wysokim ciśnieniem. Sprężone powietrze odrywa nagromadzone cząstki stałe z elementów katalizatora, które następnie trafiają do strumienia spalin.
Systemy zdmuchiwania sadzy pracują w trybie przerywanym. Czas trwania cykli zdmuchiwania i ich częstotliwość mogą zależeć od takich czynników jak rodzaj paliwa, obciążenie silnika i stopień zanieczyszczenia. Skutkuje to zmiennością zapotrzebowania na sprężone powietrze. Z tego powodu często wykorzystuje się sprężarki sterowane częstotliwością.
Działanie niektórych komponentów morskich systemów SCR opiera się na napędzie pneumatycznym:
- klap regulujących pracę układu wydechowego
- zaworów sterujących natężeniem przepływu i precyzyjnym dozowaniem reduktora tlenków azotu
- zaworów sterujących mechanizmami obejściowymi spalin
Niezawodne zasilanie powietrzem sprężonym jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania tych zaworów i napędów. Dzieje się tak, gdyż może ono wpływać na skuteczność redukcji emisji NOx oraz zapobieganie emisji nieprzereagowanego amoniaku. Ma to kluczowe znaczenie dla ogólnej wydajności i bezpieczeństwa systemu.
Na całym świecie obszary kontroli emisji (ECA) rozszerzają się w szybkim tempie. Dlatego limity normy Tier III stają się powszechnym standardem. Wzrost wymagań dotyczy zarówno nowych projektów realizowanych w stoczniach, jak i eksploatowanych już statków. W obu przypadkach należy wdrażać i obsługiwać technologie redukcji emisji NOx, takie jak SCR. Niezawodne zasilanie wysokiej jakości powietrzem sprężonym jest niezbędne dla wydajnego i stabilnego działania rozmaitych morskich systemów SCR. Przyczynia się ono do precyzyjnego dozowania reduktora tlenków azotu, skutecznego oczyszczania katalizatora i prawidłowego sterowania całym systemem. Zapewnia tym samym zgodność z przepisami środowiskowymi Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO) – normą Tier III.
Rozwiązania firmy KAESER KOMPRESSOREN do systemów selektywnej redukcji katalitycznej
Systemy sprężonego powietrza firmy KAESER KOMPRESSOREN stanowią optymalne rozwiązanie. Dostarczają wysokiej jakości powietrze sprężone dla morskich systemów SCR w sposób energooszczędny. Nawet mimo zmiennego zapotrzebowania. Sprężarki firmy KAESER KOMPRESSOREN dostarczają większą ilość sprężonego powietrza przy niższym zużyciu energii. Pomagają tym samym armatorom zmniejszyć całkowity ślad CO₂. To podwójna korzyść z redukcji emisji tlenków azotu.
Maksymalna wydajność i moc mimo kompaktowej konstrukcji
Firma KAESER KOMPRESSOREN oferuje szeroką gamę rozwiązań. Niezawodnie i energooszczędnie zaspokajają one zapotrzebowanie morskich systemów SCR na wysokiej jakości powietrze sprężone. Są nimi m.in.:
- kompaktowa seria SX (T) – chłodzone powietrzem sprężarki śrubowe ze zintegrowanym osuszaczem chłodniczym
- serie ASK (T) i BSD (T) – chłodzone wodą sprężarki śrubowych ze zintegrowanym osuszaczem chłodniczym
Sprężarki śrubowe z serii SX do BSD opracowano z myślą o maksymalnej efektywności energetycznej. Oszczędzają one energię na wiele sposobów. Wyposażono je w energooszczędny profil SIGMA. Urządzenia serii SX/ASK napędzają silniki klasy IE3 (Premium Efficiency). Natomiast w urządzeniach serii ASD/BSD zamontowane są silniki klasy IE4 (Super Premium Efficiency). Ponadto posiadają wewnętrzny układ sterowania sprężarką SIGMA CONTROL. Gwarantuje on skoordynowane wytwarzanie i wykorzystanie sprężonego powietrza, co przekłada się na efektywne zużycie energii, nawet przy częściowym obciążeniu.
Urządzenia z oznaczeniem (T) łączą funkcje sprężarki śrubowej i energooszczędnego osuszacza chłodniczego. Jest to idealne rozwiązanie na potrzeby morskich systemów SCR, w przypadku których przestrzeń jest na wagę złota. Kompaktowa konstrukcja tej konfiguracji pozwala nie tylko zmniejszyć zajmowaną powierzchnię, ale też obniżyć koszty instalacji.
Urządzenia z oznaczeniem (T) stale zapewniają sprężone powietrze o optymalnej jakości. Osuszacz chłodniczy pracuje z wysoką wydajnością i włącza się tylko wtedy, gdy sprężone powietrze faktycznie wymaga osuszenia. Dzięki temu możliwe jest zapewnienie wymaganej jakości sprężonego powietrza przy zachowaniu maksymalnej efektywności energetycznej.
Kompaktowe serie od SX (T) do BSD (T) gwarantują maksymalną dostępność i optymalną sprawność. Zapewniają wydajność od 0,26 do 8,16 m³/min . Ich ciśnienie robocze wynosi od 5,5 do 15 bar. Na superjachtach, jak i na mniejszych statkach wycieczkowych szczególnie dobrze sprawdzają się sprężarki z regulacją częstotliwością SIGMA FREQUENCY CONTROL (SFC). Serie ASK (T) SFC do BSD (T) SFC są doskonale przystosowane do wspierania silników pracujących w zmiennych warunkach podczas rejsów. Wykorzystują napęd z regulacją prędkości obrotowej, który precyzyjnie dopasowuje wydajność do rzeczywistego zapotrzebowania. Przekłada się to na oszczędność energii, maksymalizację okresu eksploatacji i zwiększenie niezawodności.
Każda sprężarka firmy KAESER KOMPRESSOREN posiada uznanie typu. Zostały też dopuszczone do użytku przez wszystkie renomowane towarzystwa klasyfikacyjne, w tym:
- Lloyd’s Register
- CCS
- ABS
- DNV
- Rina
- Korean Register
- Bureau Veritas
- ClassNK
Często zadawane pytania
Tak. Jest to możliwe, pod warunkiem zapewnienia wystarczającej redundancji w zakresie zasilania sprężonym powietrzem na potrzeby systemu SCR. Firma KAESER KOMPRESSOREN z powodzeniem wdrożyła takie rozwiązania, dokonując szczegółowej analizy profilu zużycia sprężonego powietrza. Zastosowanie zintegrowanego rozwiązania pozwala obniżyć jednostkowe zużycie energii przez sprężarki o ponad 15%.
Wszystkie sprężarki śrubowe serii SX, ASD i BSD są opcjonalnie dostępne ze zintegrowanym osuszaczem chłodniczym. Te kompaktowe urządzenia zapewniają wyjątkową oszczędność miejsca. Są idealnym rozwiązaniem w przypadku ograniczeń przestrzennych.
Zintegrowane osuszacze chłodnicze firmy KAESER KOMPRESSOREN wyróżniają się energooszczędnym układem sterowania. Włącza on osuszacz tylko wtedy, gdy sprężone powietrze faktycznie wymaga osuszenia. Przekłada się to na wysoką wydajność.
Wszystkie czynności konserwacyjne można wykonywać z jednej strony urządzenia, ponieważ komponenty są w pełni dostępne po zdjęciu obudowy.
