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Technische Vorschrift über die Kontrolle
der Stickstoffoxid-Emissionen aus Schiffsdieselmotoren
(VkBl. 2003 S. 142; 07.07.2010 S. 290 aufgehoben)
Siehe Fn. *
Am 26. September 1997 hat die Konferenz der Vertragsparteien des Internationalen Übereinkommens von 1973 zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe in der Fassung des Protokolls von 1978 zu diesem Übereinkommen (MARPOL 73/78) mit ihrer Entschließung 2 die "Technische Vorschrift über die Kontrolle der Stickstoffoxid-Emissionen aus Schiffsdieselmotoren" angenommen. Laut Anlage VI von MARPOL 73/78 ("Regeln zur Verhütung der Luftverunreinigung durch Schiffe") müssen nach dem Inkrafttreten jener Anlage alle Schiffsdieselmotoren, für die Regel 13 der Anlage gilt, die Anforderungen der vorliegenden Technischen Vorschrift erfüllen.
Einige allgemeine Hintergrundinformationen: Bei Verbrennungsprozessen entstehen aus Stickstoff und Sauerstoff Stickstoffoxide. Bei Verbrennungsprozessen in Motoren machen Stickstoff und Sauerstoff zusammen rund 99% der Ansaugluft aus. Bei der Verbrennung wird Sauerstoff verbraucht; wieviel Sauerstoff danach übrigbleibt, ist vom Kraftstoff-/Luft-Verhältnis abhängig, das beim Betrieb des Motors geherrscht hat. Der Stickstoff bleibt während des Verbrennungsprozesses weitgehend unverbraucht; ein kleiner Prozentsatz wird jedoch zu verschiedenen Stickstoffoxiden oxidiert. Zu den gebildeten Stickstoffoxiden (NO) gehören Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid (NO und NO2). Die Menge der gebildeten Stickstoffoxide ist im wesentlichen von der Flammen- oder Verbrennungstemperatur abhängig sowie, falls vorhanden, von der Menge des aus dem Kraftstoff zur Verfügung stehenden organischen Stickstoffs. Sie hängt auch davon ab, wie lange der Stickstoff und der überschüssige Sauerstoff den bei der Verbrennung im Dieselmotor entstehenden hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Anders ausgedrückt: Je höher die Verbrennungstemperatur ist (zum Beispiel aufgrund eines hohen Spitzendrucks, eines hohen Verdichtungsverhältnisses oder einer hohen Kraftstoffzufuhrrate), um so mehr Stickstoffoxide werden gebildet. Dieselmotoren mit niedriger Drehzahl erzeugen im allgemeinen mehr Stickstoffoxide als Motoren mit hoher Drehzahl. Stickstoffoxide sind ein Umweltschadstoff, durch den Übersäuerung, Ozonbildung und Nährstoffanreicherung verursacht werden und der überhaupt gesundheitsschädliche Wirkungen entfaltet.
Zweck der vorliegenden Technischen Vorschrift ist es, verbindliche Verfahren für die Prüfung, Besichtigung und Zertifizierung von Schiffsdieselmotoren festzulegen, bei deren Anwendung Motorenhersteller, Reeder und Verwaltungen sicherstellen können, dass alle Schiffsdieselmotoren, auf welche die vorliegende Vorschrift anwendbar ist, die einschlägigen Grenzwerte für NOx-Emissionen nach Regel 13 der Anlage VI von MARPOL 73/78 einhalten. Da es nicht leicht ist, die tatsächlichen und gewichteten NOx-Emissionsdurchschnittswerte von Schiffsdieselmotoren, die sich an Bord im Einsatz befinden, präzise zu ermitteln, ist eine Reihe einfacher und praktischer Vorschriften zusammengestellt worden, bei deren Anwendung das Einhalten der zulässigen NOx-Emissionsgrenzwerte sichergestellt ist.
Die Verwaltungen sind angehalten, das Emissionsverhaften von Antriebs- und Hilfsdieselmotoren auf dem Prüfstand zu testen, wodurch eine genaue Prüfung unter gut regelbaren Bedingungen möglich ist. Die Einhaltung der Regel 13 von Anlage VI in diesem Stadium vor ihrem Einbau ist ein wesentliches Element der vorliegenden Technischen Vorschrift. Spätere Prüfungen an Bord des Schiffes sind in ihrem Umfang und ihrer Genauigkeit zwangsläufig eingeschränkt; sie sollen aber dazu dienen, anhand von spezifizierten Parametern auf das Emissionsverhalten des Motors zu schließen und festzustellen, ob bei Einbau, Betrieb und Wartung der Motoren die Spezifikationen des Herstellers eingehalten worden sind und ob auch nach etwa vorgenommenen Nachjustierungen oder sonstigen Modifikationen an dem Motor dessen bei der Erstprüfung und -zertifizierung durch den Hersteller ermittelte Emissionsverhalten erhalten bleibt.
Abkürzungen, Indizes und Symbole
In den nachstehenden Tabellen 1, 2, 3 und 4 sind die Abkürzungen, Indizes und Symbole zusammengefaßt, die in der vorliegenden Technischen Vorschrift verwendet werden, einschließlich der Abkürzungen, Indizes und Symbole in den Spezifikationen der Analysatoren in Anhang 3, in den Kalibrierungsvorschriften für die Analysatoren in Anhang 4 und in den Gleichungen für die Berechnung der Gas-Massenströme in Kapitel 5 und Anhang 6 der vorliegenden Technischen Vorschrift.
Tabelle 1 Symbole für die chemischen Komponenten der Emissionen aus Dieselmotoren
Symbol | Chemische Komponente | Symbol | Chemische Komponente |
C3H8 | Propan | NO | Stickstoffmonoxid |
CO | Kohlenmonoxid | NO2 | Stickstoffdioxid |
CO2 | Kohlendioxid | NOx | Stickstoffoxide |
HC | Kohlenwasserstoffe | O2 | Sauerstoff |
H2O | Wasser |
Tabelle 2 Abkürzungen für die Analysatoren, die zur Messung der gasförmigen Emissionen aus Dieselmotoren verwendet werden (siehe Anhang 3 der vorliegenden Technischen Vorschrift)
Abkürzung | Benennung | Abkürzung | Benennung |
CFV | Venturi-Düse mit kritischem Durchfluß | HFID | Beheizter Flammenionisationsdetektor |
CLD | Chemilumineszenz-Detektor | NDIR | Nichtdispersiver Infrarot-Absorptionsanalysator |
ECS | Elektrochemischer Sensor | PDP | Verdrängerpumpe |
FID | Flammenionisationsdetektor | PMD | Paramagnetischer Detektor |
FTIR | Fourier-Transformationsinfrarotabsorptions Analysator | UVD | Ultraviolett-Detektor |
HCLD | Beheizter Chemilumineszenz-Detektor | ZRDO | Zirconiumdioxid-Sensor |
Tabelle 3 Symbole und Indizes für die Terme und Variablen, die in den Gleichungen für das Prüfstand-Messverfahren verwendet werden (siehe Kapitel 5 der vorliegenden Technischen Vorschrift)
Symbol | Benennung | Einheit |
AT | Querschnittsfläche der Abgasleitung | m2 |
C1 | Kohlenstoff-1-äquivalenter Kohlenwasserstoff | |
conc | Konzentration | pm oder % (v/v) |
concc | Volumenkonzentration, berichtigt unter Berücksichtigung der Verdünnungsluftkonzentration | pm oder % (v/v) |
EAF | Luftüberschußfaktor (kg trockene Luft pro kg Kraftstoff) | kg/kg |
EAFRef | Luftüberschußfaktor (kg trockene Luft pro kg Kraftstoff) unter Normbezugsbedingungen | kg/kg |
fa | Atmosphärischer Faktor (nur gültig für Motorfamilien) | - |
FFCB | Kraftstoffspezifischer Faktor für die Berechnung der Kohlenstoffbilanz | - |
FFD | Kraftstoffspezifischer Faktor für die Berechnung des Abgasstroms (auf der Basis "trocken") | - |
FFH | Kraftstoffspezifischer Faktor für die Berechnung der Konzentrationen "feucht" aus den Konzentrationen "trocken" | - |
FFW | Kraftstoffspezifischer Faktor für die Berechnung des Abgasstroms (auf der Basis "feucht") | - |
GAIRW | Massenstrom der Ansaugluft auf der Basis "feucht" | kg/h |
GAIRD | Massenstrom der Ansaugluft auf der Basis "trocken" | kg/h |
GEXHW | Abgas-Massenstrom auf der Basis "feucht" | kg/h |
GFUEL | Kraftstoff-Massenstrom | kg/h |
GASx | Gewichteter durchschnittlicher Emissionswert | g/kWh |
HREF | Bezugswerte für die absolute Feuchte (10,71 g /kg; für die Berechnung der Feuchtekorrekturfaktoren für NOx und derer für Partikel) | g/kg |
Ha | Absolute Feuchte der Ansaugluft | g/kg |
HTCRAT | Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis des Kraftstoffes | mol/mol |
i | Index zur Kennzeichnung eines einzelnen Prüfpunktes | - |
KHDIES | Feuchtekorrekturfaktoren für NOx für Dieselmotoren | - |
KW.a | Trocken-zu-Feucht-Korrekturfaktor für die Ansaugluft | - |
KW.r | Trocken-zu-Feucht-Korrekturfaktor für das Rohabgas | - |
L | Drehmoment-Prozentwert bezogen auf das maximale Drehmoment für die entsprechende Prüfdrehzahl | % |
mass | Emissions-Massenstrom | g/h |
pa | Sättigungdampfdruck der Ansaugluft (in ISO 3046-1, 1995: psy = PSY, Umgebungsdampfdruck bei der Prüfung) | kPa |
pB | Barometrischer Druck (in ISO 3046-1, 1995: px = PX, Umgebungsluftdruck am Aufstellungsort; py = PY, Umgebungsluftdruck bei der Prüfung) | kPa |
ps | Trockener Luftdruck | kPa |
P | Leistung als unkorrigierte Bremsleistung | kW |
PAUX | Angegebene Gesamtleistung für die Hilfseinrichtungen, die nur für die Prüfung am Motor angebaut und nicht als Standardausrüstung an Bord erforderlich sind | kW |
Pm | Höchste gemessene oder deklarierte Leistung bei der Prüfdrehzahl unter Prüfbedingungen | kW |
r | Verhältnis der Querschnittsflächen von isokinetischer Sonde und Abgasleitung | - |
Ra | Relative Feuchte der Ansaugluft | |
Rf | FID-Responsfaktor | |
RfM | FID-Responsfaktor für Methanol | |
S | Einstellwert der Leistungsbremse | kW |
Ta | absolute Temperatur der Ansaugluft | K |
TDd | absolute Taupunkttemperatur | K |
TSC | Lufttemperatur hinter dem Ladeluftkühler | K |
Tref | Bezugstemperatur (der Verbrennungsluft 298 K) | K |
TSCRef | Bezugstemperatur der Luft hinter dem Ladeluftkühler | K |
VAIRD | Volumenstrom der Ansauglutt auf der Basis "trocken" | m3/h |
VAIRW | Volumenstrom der Ansaugluft auf der Basis "feucht" | m3/h |
VEXHD | Abgasvolumenstrom auf der Basis "trocken" | m3/h |
VEXHW | Abgasvolumenstrom auf der Basis "feucht" | m3/h |
WF | Wichtungsfaktor |
Tabelle 4 Symbole und Beschreibungen der Terme und Variablen, die in den Gleichungen für das Kohlenstoffbilanz-Verfahren verwendet werden (siehe Anhang 6 der vorliegenden Technischen Vorschrift)
Symbol | Beschreibung | Einheit | Bemerkung |
ALF | H-Massenanteil im Kraftstoff | % m/m | |
AWC | Atomgewicht von C | ||
AWH | Atomgewicht von H | ||
AWN | Atomgewicht von N | ||
AWO | Atomgewicht von O | ||
AWS | Atomgewicht von S | ||
BET | C-Massenanteil im Kraftstoff | % m/m | |
CO2D | Volumenkonzentration von CO2 | % V/V | trockenes Abgas |
CO2W | Volumenkonzentration von CO2 | % V/V(feucht) | feuchtes Abgas |
COD | Volumenkonzentration von CO | ppm | trockenes Abgas |
COW | Volumenkonzentration von CO | feuchtes Abgas | |
CW | Ruß (Soot) | mg/m | feuchtes Abgas |
DEL | N-Massenanteil im Kraftstoff | % m/m | |
EAFCDO | Luftüberschußfaktor, basierend auf vollständiger Verbrennung und der CO2-Konzentration IV.CO2 | kg/kg | |
EAFXH | Luftüberschußfaktor, basierend auf der im Abgas enthaltenen Konzentration kohlenstoffhaltiger Komponenten IV | kg/kg | |
EPS | O-Massenanteil im Kraftstoff | % m/m | |
ETA | Massenanteil des Stickstoffs in der feuchten Luft | % m/m | |
EXHCPN | Verhältnis von Abgas zu kohlenstoffhaltigen Komponenten c | V/V | |
EXHDENS | Dichte des feuchten Abgases | kg/m3 | |
FFCB | Kraftstoffspezifischer Faktor für das Kohlenstoffbilanz-Verfahren | ||
FFD | Kraftstoffspezifischer Faktor für die Berechnung des Abgas-Massenstroms auf der Basis "trocken" | Basis "trocken" | |
FFH | Kraftstoffspezifischer Faktor für die Umrechnung von trockener auf feuchte Konzentration | ||
FFW | Kraftstoffspezifischer Faktor für die Berechnung des Abgas-Massenstroms auf der Basis "feucht" | Basis "feucht" | |
GAIRD | Verbrennungsluft-Massenstrom | kg/h | trockene Verbrennungsluft |
GAIRW | Verbrennungsluft-Massenstrom | kg/h | feuchte Verbrennungsluft |
GAM | S-Massenanteil im Kraftstoff | % m/m | |
GCO | Emission von CO | g/h | |
GCO2 | Emission von CO2 | g/h | |
GC | Emission von C | g/h | |
GEXHD | Abgas-Massenstrom | kg/h | trockenes Abgas |
gexhw | Abgas-Massenstrom berechnet nach dem Kohlenstoffbilanz - Verfahren, GEXHW | kg/h | |
GEXHW | Abgas-Massenstrom | kg/h | feuchtes Abgas |
GFUEL | Kraftstoff-Massenstrom | kg/h | |
GHC | Emission von HC | g/h | Kohlenwasserstoffe |
GH2O | Emission von H2O | g/h | |
GN2 | Emission von N2 | g/h | |
GNO | Emission von NO | g/h | |
GNO2 | Emission von NO2 | g/h | |
GO2 | Emission von O2 | g/h | |
GSO2 | Emission von SO2 | g/h | |
HCD | Kohlenwasserstoffe | ppm C1 | trockenes Abgas |
HCW | Kohlenwasserstoffe | ppm C1 | feuchtes Abgas |
HTCRAT | Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis des Kraftstoffes a | mol/mol | |
MV ... | Molekularvolumen von ... | l/mol | jeweiliges Gas |
MW ... | Molekulare Masse von ... | g/mol | jeweiliges Gas |
NO2W | Konzentration von NO2 | ppm | feuchtes Abgas |
NOW | Konzentration von NO | ppm | feuchtes Abgas |
NUE | Wasser in der Verbrennungsluft | % m/m | |
O2D | Volumenkonzentration von O2 | % V/V | trockenes Abgas |
O2W | Volumenkonzentration von O2 | % V/V (feucht) | feuchtes Abgas |
STOIAR | Stöchiometrischer Luftbedarf für die Verbrennung von 1 kg Kraftstoff | kg/kg | |
TAU | Sauerstoff der feuchten Verbrennungsluft | % m/m | feuchte Luft |
TAU1 | Sauerstoff der emittierten feuchten Verbrennungsluft | % m/m | feuchte Luft |
TAU2 | Sauerstoff der verbrannten feuchten Verbrennungsluft | % m/m | feuchte Luft |
VCO | Volumenstrom von CO | m3/h | (Abgaskomponente) |
VCO2 | Volumenstrom von CO2 | m3/h | (Abgaskomponente) |
VH2O | Volumenstrom von H2O | m3/h | (Abgaskomponente) |
VHC | Volumenstrom von HC | m3/h | (Abgaskomponente) |
VN2 | Volumenstrom von N2 | m3/h | (Abgaskomponente) |
VON | Volumenstrom von NO | m3/h | (Abgaskomponente) |
VNO2 | Volumenstrom von NO2 | m3/h | (Abgaskomponente) |
VO2 | Volumenstrom von O2 | m3/h | (Abgaskomponente) |
VSO2 | Volumenstrom von SO2 | m3/h | (Abgaskomponente |
Anmerkung: Für den Normkubikmeter und den Normliter werden die Benennungen "std. m3" beziehungsweise "std. 1" verwendet. Alle volumetrischen Maßeinheiten beziehen sich auf 273,15 K und 101,3 kPa. Wasserdampf-Gleichgewichtskonstante = 3,5 |
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