Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Von Dieselmotoren emittierte Partikel stellen ein hohes Gesundheitsrisiko dar. Schiffsdieselmotoren verursachen ca. 15% der globalen Luftverschmutzung. Mit motorinternen Ma\u00dfnahmen konnte die Partikelemission bisher nur in einem geringen Umfang reduziert werden. Keramikfilter und Tiefenfilter mit Druckverlusten bis 10.000 Pa verursachen nachteilige Auswirkungen im Motor.
\nElektrofilter erscheinen f\u00fcr eine Abscheidung von Ru\u00dfemissionen aus Dieselmotoren besonders geeignet. Sie besitzen nur einen geringen Druckverlust (50 – 70 Pa) und erm\u00f6glichen, den in der Abgasstrecke max. zul\u00e4ssigen Gegendruck einzuhalten. Als Ziel des Vorhabens sollte auf Basis eines Elektrofilters ein praktisch einsetzbarer Dieselru\u00dffilter entwickelt werden, der die Nachteile der bekannten Filterverfahren vermeidet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Erreichung des Projektziels sind folgende Arbeitsschritte geplant:
\n–\tAbgasanalysen verschiedener Motoren, Lastzust\u00e4nde und Brennstoffe,
\n–\tStr\u00f6mungstechnische Simulationen (CFD) der Partikelbewegungen,
\n–\tEntwicklung des Elektrofilters zur Partikelabscheidung aus Dieselabgasen,
\n–\tEntwicklung einer automatischen Filterabreinigung,
\n–\tDauerstandsversuche mit einer Prototypfilteranlage,
\n–\tPr\u00fcfung von Verfahren zur Verwertung der Filteranlagerungen.
\nDie Versuche werden an einer Brandversuchsanlage der Bundeswehr und auf einem Motorenversuchsstand der Uni Rostock mit einem Dieselmotor mit Schwer\u00f6lbetrieb durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zur Isolierung der unter Hochspannung stehenden Kollektorplatten von den geerdeten Kollektorplatten wurden Isolatoren entwickelt, die auch bei h\u00f6heren Temperaturen und Rauchkonzentrationen einsetzbar sind. W\u00e4hrend der 1. Versuche zeigte sich, dass die Isolatoren aufgrund der hohen Brandrauchkonzentration mit Ru\u00df belegt waren. Bedingt durch die elektrische Leitf\u00e4higkeit des Ru\u00dfes kommt es bereits nach kurzer Zeit Betriebsdauer zu Kriechstr\u00f6men auf den Isolatoren und zu einem Ausfall des Filtermoduls.
\nUm eine Belegung der Isolatoren mit Ru\u00df zu verhindern, wurden verschiedene Ma\u00dfnahmen untersucht. Die wirksamste Ma\u00dfnahme gegen eine Belegung der Isolatoren bieten Schutzkappen aus temperaturfestem Duranglas, die stirnseitig \u00fcber die Isolatoren gest\u00fclpt werden und einen Ringspalt von einigen Millimetern zwischen Isolator und Schutzkappe entstehen lassen.
\nEinfluss der Rauchkonzentration: Mit zunehmender Rauchkonzentration sinkt der Abscheidegrad. Der Grund ist eine mit der Konzentration abnehmende elektrische Aufladung der Partikel. W\u00e4hrend bei geringen Partikelkonzentrationen ein oder mehrere elektrische Ladungstr\u00e4ger mit einer hohen Wahrscheinlichkeit an der Oberfl\u00e4che eines jeden Partikels absorbieren, nimmt diese Wahrscheinlichkeit mit zunehmender Brandrauchkonzentration ab, da die zur Verf\u00fcgung stehenden elektrischen Ladungen bereits von den Partikeln abgefangen werden, die sich nahe an den Emissionsquellen der elektrischen Ladung, den Spr\u00fchspitzen des Ionisators, befinden. Partikel in der Kernstr\u00f6mung des Ionisators erhalten somit nur eine geringe bzw. keine elektrische Ladung.
\nEinfluss der Filterkonfiguration: Um eine optimale Konfiguration des Filters zu finden, wurden Versuche mit verschiedenen Betriebszust\u00e4nden von Ionisator (I) und Kollektor (K) durchgef\u00fchrt. Vier Filterkomponenten (2 Ionisatoren und 2 Kollektoren) wurden in das Filtergeh\u00e4use eingebaut und unterschiedlich mit elektrischer Spannung beaufschlagt. Das beste Abscheideergebnis wurde mit einem zweistufigen Tandemfilter I-K-I-K erreicht, da die in der ersten Ionisationsstufe nicht aufgeladenen Partikel in der zweiten Ionisationsstufe eine Ladung erhalten und anschlie\u00dfend ebenfalls abgeschieden werden k\u00f6nnen.
\nFilterstandzeit: Die Versuche zeigten, dass mit einer nahezu gleichbleibenden Abscheiderate \u00fcber ca. 2,5 h zu rechnen ist. Anschlie\u00dfend nimmt die Abscheiderate etwas ab, ist aber auch nach ca. 4 h noch zufriedenstellend. Erst danach ist eine Filterreinigung erforderlich.
\nAbscheidegrad in Abh\u00e4ngigkeit von der Motorlast: Erwartungsgem\u00e4\u00df nimmt die Abscheideleistung mit zunehmender Motorlast ab, da aufgrund der h\u00f6heren Kraftstoffzufuhr sowohl Abgasgeschwindigkeit als auch Partikelkonzentration im Elektrofilter zunehmen. Eine Analyse der abgeschiedenen Partikel zeigte, dass neben den Ru\u00dfpartikeln auch nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und \u00d6ltr\u00f6pfchen im Elektrofilter entfernt werden. Bezogen auf den reinen Kohlenstoffgehalt der Partikel betr\u00e4gt die Abscheiderate ca. 70%.
\nFilterabreinigung: Es wurde eine Abreinigung des Filters mit Dampf getestet. Der Dampf wurde mittels D\u00fcsen, die oberhalb der Filtermodule in das Filtergeh\u00e4use eingebaut waren, auf die Filter geblasen. Mit dieser Methode wurden gute Reinigungsergebnisse erzielt. Ein geringer Anteil des eingeblasenen Dampfes kondensiert an den Filterplatten und am Filtergeh\u00e4use. Die entstehenden Wassertropfen nehmen einen Teil der Ru\u00dfpartikel auf, tropfen in den Auffangbeh\u00e4lter am Boden des Filtergeh\u00e4uses und k\u00f6nnen dort entfernt werden. Eine Reinigung der Filtermodule mit Dampf hat den Vorteil, dass nahezu keine Temperaturdifferenz zwischen dem Reinigungsmedium und den vom Motorabgas aufgeheizten Filterplatten entsteht und somit auch keine mechanischen Spannungen und Verformungen der Kollektorplatten auftreten k\u00f6nnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
In Kurzprospekten wurde das neue Filtersystem mehreren Schiffsbetreibern, Werften und Motorenherstellern im In- und Ausland vorgestellt. In einer Pr\u00e4sentation wurden Interessenten \u00fcber die Eigenschaf-ten des Filters informiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Filter er\u00f6ffnet eine M\u00f6glichkeit f\u00fcr die Verringerung von Partikelemissionen bei Schiffsmotoren mit Schwer\u00f6lbetrieb. Die erreichten Abscheidegrade von 50% bezogen auf die Gesamtmasse der Partikel bzw. von ca. 70% bezogen auf den anteiligen Ru\u00df wurden als Fortschritt angesehen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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