Vortragender: Bernd Danckert, Geschäftsführender Gesellschafter - makon engineering GmbH
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- Kristina Siegel
- vor 8 Jahren
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Transkript
1 Implementierung und Erprobung eines kombinierten SCR/CUC-Abgasnachbehandlungssystems für Marinefahrzeuge der Luxusklasse zur Erfüllung zukünftiger Emissionsgesetzgebungen MTZ- Konferenz Heavy Duty Engines Bonn, den 18. und Vortragender: Bernd Danckert, Geschäftsführender Gesellschafter - makon engineering GmbH Co- Autoren: Matthias Huonker, Projektleiter; Samuel Vogel, Berechnung und Simulation - makon engineering GmbH _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 1
2 Ziele und Aufgabenstellung Die makon engineering GmbH unterstützt die aguti Produktentwicklung & Design GmbH bei der Entwicklung und Fertigung des notwendigen Emissionskontrollsystems sowie deren Integration im Maschinenraum, für Ihre in Produktion befindliche aguti Selbstfahrer- Yacht der 20m-Klasse. Das Abgasnachbehandlungssystem soll zukünftige Emissionsgesetzgebungen, z.b. die in 2011 bzw. 2014/15 in Kraft tretende US EPA Tier4i- bzw. Tier4- Gesetzgebung sowie die für Marineverhältnisse sehr scharfe Bodensee Schifffahrtsordnung, BSO erfüllen, da es geplant ist, die Yacht im Bodensee v.a. für Kundendemonstrationsfahrten einzusetzen und zuzulassen. Entwicklung eines Kombi- SCR- Abgasnachbehandlungssystems für die aguti Yacht mit zwei Motoren der Baureihe MAN Marine CR-Motoren D2840LE423, einschließlich der Konstruktionsausführungen sowie der Lieferung, Einbau und Abnahme von zwei Funktionsmustern bzw. Vorserienanlagen _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 2
3 Kurzüberblick, technische Daten Aguti Yacht: Neue Kompositbauweise, Mahagoni/ CFK/ Zedernholz/ CFK/ Mahagoni, gefertigt nach Germanischem Lloyd Geschwindigkeit: min. 40 später 50 Knoten Länge über Alles: 20,00m Breite über Alles: 5,25m Gewicht / Tiefgang: 30t /165 1,65m Verwendeter Motor (2 x): MAN V (D2840 LE423, Common Rail) Abgasstatus: IMO/MARPOL 73/78, EPA TIER 2 Leistung: 809 kw Drehzahl: /min Motorbauraum: 1800x950x950mm _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 3
4 Gegenüberstellung: BSO-Grenzwerte/Motor Istsituation Engine out Szenarios gemessen und gewichtet im BSO- Zyklus (Pleasure Boats): Gemessene Schadstoff Summenwerte MAN V (D2840 LE423, 809 kw) (Gewichtete leistungskorrigierte Summenwerte aus 9- Punktetest) zulässige ab 2014/15 zulässige pro Motor für 2 Motoren BSO-Grenzwerte Tier4-Grenzwerte CO 0,5 g/kwh 122,34 g/h 244,68 g/h 1500 g/h 3,5 g/kwh HC 0,07 g/kwh 17,445 g/h 34,89 g/h 95 g/h 0,19 g/kwh NOx 7,2 g/kwh 1774,89 g/h 3549,78 g/h 360 g/h 3,5 g/kwh PM 0,036 g/kwh 8,9 g/h 17,8 g/h - 0,04 g/kwh 0,226 (im Zyklus) SZ* SZ 2,5-0,77 (Maximalwert beim Laderschaltpunkt) *SZ = Schwärzungszahl nach Bosch _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 4
5 Auslegung des verwendeten Abgasnachbehandlungssystems Konzept SCR CUC Harnstoffeinspritzung ohne Luftunterstützung ( airless ) Vorteile SCR in optimaler Position Verhinderung von Ammoniakschlupf Verlängerte Hydrolysestrecke Hauptkomponenten des Abgasnachbehandlungssystems: UREA- bzw. HWL- (Harnstoffwasserlösung) Injektoren, die ohne Luftunterstützung ( airless ) arbeiten werden für die Dosierung der HWL eingesetzt. Nach der Dosierung folgt die sogenannte Hydrolysestrecke, in der die HWL zu Ammoniak umgesetzt wird. Der SCR- (Selective Catalytic Reduktion) Katalysator reduziert die Stickoxide zu N 2 und H 2 O. Der CUC (Clean Up Catalyst) wird als zusätzliche Sicherheitseinrichtung zur Verhinderung eines Durchschlags von Urea bzw. der daraus entstehenden Ammoniakverbindung eingesetzt _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 5
6 Übersicht der Gesamtanlage (Ansicht Maschinenraum) Abgaskompensatoren Injektoranbindung Schalldämpfereinheit im Schnitt CUC- Sperrkat SCR- Kat Quelle: Corderit - Substrate MAN V10 - Motor Mischstrecke sidepipe Urea- Tank _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 6
7 Komponenten der SCR/CUC- Abgasnachbehandlungsanlage Auslass Abgase zu Sidepipe Schalldämpfereinheit mit integrierten, beschichteten Cordierit-Substraten Abgasbalg (Produkt Fa. Halyard) Quelle: Spannbänder Kühlwassereinspeisung (Produkt Fa. Halyard) Einlass Abgase vom Abgasturbolader 1 Entkopplungselemente zwischen SCR-Anlage und SCR- Aufnahmegestell Hydrolysestrecke Injektor für HWL- Einspritzung (Dosiermodul BOSCH) Einlass Abgase vom Abgasturbolader 2 Flansch mit Messstutzen Abgasrohrkompensator _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 7
8 Komponenten des Urea Tanksystems Befüllleitung bb (Mapress Edelstahl) Augleichsleitung Belüftung (Mapress Edelstahl) Befüllleitung stb (Mapress Edelstahl) Entlüftungsleitung (Mapress Edelstahl) Anschlussstutzen für Fördermodul Wartungsluken Urea-Tank bb Notfall- Absperrhahn bb Ausgleichsleitung Urea (Mapress Edelstahl) Notfall- Absperrhahn stb Urea-Tank stb _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 8
9 Systemaufbau: Denoxtronic 2 von BOSCH Quelle: BOSCH 1 Denoxtronic-Fördermodul, 2 AdBlue-Tank, 3 Filter, 4 Temperatursensor, 5 AdBlue-Füllstandssensor, 6 Dosiersteuergerät DCU, 7 Steller, 8 Sensoren, 9 Motor-CAN, 10 Diagnose-CAN, 11 AdBlue-Dosiermodul, 12 Abgassensor, 13 Oxidations-Katalysator, 14 SCR-Katalysator, 15 Slip-Katalysator Fördermodul (FM) Dosiermodul (DM) _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 9
10 Aufbau des Fördermoduls (FM) Filterheizung (abnehmbar bei Filterwechsel) Buchse für Verbindungsstecker Motorsteuergerät (DCU) AdBlue Auslass Filter Druckleitung zu DM AdBlue Rücklaufauslass Rücklaufleitung zu Ureatank AdBlue Rücklaufeinlass Kühlleitung von DM Ablassschraube AdBlue Einlassleitung von Ureatank Quelle: BOSCH _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 10
11 Aufbau des Dosiermoduls (DM) Rückführleitung zum FM (+Kühlung) Druckleitung von FM Verbindung zu Dosierventil Dosierventil Hitzeschild Blechkörper (Hitzeisolierung) _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 11
12 Schaltplan für die Urea- Förder-/ Dosiereinheiten Technikraum Ureatank Ureatank FM 2 FM 1 DM 4 DM 3 DM 2 DM 1 SCR SCR CUC CUC _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 12
13 Position des Dosiermoduls (DM) Positionierung in Bereich geringer Dosiermodul Strömungsgeschwindigkeit für eine reduzierte thermische Belastung des Injektors (= opt. Strahlposition). optimaler Bereich mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten Komponentenversuch mit Dosiermodul CFD- Strömungsverlauf _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 13
14 Projektbeispiele: Analytik, Berechnung & Simulation Projekt: Positionierung des Urea-Dosiermoduls: Komponentenversuch Ergebnisse des Komponentenversuchs _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 14
15 Projektbeispiele: Analytik, Berechnung & Simulation Projekt: AGN-Anlage aguti Yacht: Strömungsverhältnisse in der Vorkammer CFD-Berechnung der Strömungs- und Druckverhältnisse mit OpenFOAM 1.5 Konstruktionsvorschlag: geteilte Katalysatorvorkammer (jeweils eine Motorbank) Stromlinien [m/s] Einlass Auslass / Substrate _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 15
16 Projektbeispiele: Analytik, Berechnung & Simulation Projekt: AGN-Anlage aguti Yacht: Simulation der Katanströmung Strömung in der Katalysatorvorkammer, Mischkammer und Katanströmung Substrate: Poröse Struktur Erzwungene 1D- Strömung Gegendruck über Permeabilität im Darcy- Gesetz abgeglichen _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 16
17 Projektbeispiele: Analytik, Berechnung & Simulation Projekt: AGN-Anlage aguti Yacht: Katanströmung im Detail Anströmung der vier Katalysatorsubstrate Simulation der Kats als homogene poröse Struktur Darcy- Gesetz Anströmung vergleichmäßigt sich im Vergleich zur freien Strömung Dies entspricht den Ergebnissen einer 2D- Anströmungsstudie _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 17
18 Projektbeispiele: Analytik, Berechnung & Simulation Projekt: 2D Substrat - Anströmungsstudie Anströmung eines Substrates mit 300 cpsi Kanalstruktur aufgelöst Staudruck an der Kanalfront führt zur Vergleichmäßigung der Anströmung Einströmung nur im oberen Teil (10% der Höhe) 90% Kanalstruktur _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 18
19 Projektbeispiele: Analytik, Berechnung & Simulation Projekt: 2D Substrat - Anströmungsstudie Vergleichmäßigung der Anströmung Geschwindigkeit in x- Richtung aufgetragen Weiter Untersuchungen: Urea- Verteilung auf dem Kat Übereinstimmung mit Ergebnissen des FVV- Forschungsvorhaben: DeNOx-Modell II _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 19
20 AGN-Anlage (Hardware) Testeinabu der AGN-Anlage Gebeizte AGN-Anlage _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 20
21 AGN-Anlage (Hardware) AGN-Anlage Anlage (thermisch isoliert) _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 21
22 makon bedankt sich bei seinem Auftraggeber und seinen Partnern _makon_portfolio_mt makon engineering GmbH 22
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