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Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, die mit einem verflüssigten Brenngas betrieben wird, insbesondere mit LNG (liquified natural gas). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schiff umfassend eine solche Abgasanlage.
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Als ein Antriebskonzept in der kommerziellen Schifffahrt werden zurzeit so genannte Dual-Fuel-Motoren entwickelt, die wahlweise einerseits ein Gas als Brennstoff und andererseits Schweröle oder Gasöle verfeuern können. Voraussetzung für den Gasbetrieb ist, dass die erforderlichen Mengen an verflüssigtem Gas an Bord gebunkert werden können. Die Verbrauchsmenge hängt vom Schiffstyp, dem Fahrprofil und der Motorgröße ab.
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Aufgrund der geringeren Energiedichte von Erdgas im Vergleich zu Bunkerölen bietet sich als bevorzugte Speicherform des Brenngases verflüssigtes Erdgas, auch LNG genannt, an, das hauptsächlich aus Methan besteht, teilweise zu geringeren Anteilen auch die höheren Alkane Ethan, Propan und/oder Butan enthalten kann. Kälteverflüssigtes Erdgas weist bei relativ geringem Druck und kryogenen Temperaturen eine relativ hohe Energiedichte bezogen auf das Speichervolumen auf und erlaubt damit unter den eingeschränkten Platzverhältnissen an Bord eines Schiffes die erforderliche Energiemenge im verfügbaren Schiffsvolumen zu speichern.
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Ein an Bord eines Schiffes betriebene LNG-Treibstoffversorgung umfasst folgende Hauptkomponenten:
- • Beladesystem (Bunkeranschluss) zum Betanken des Schiffes
- • Ein oder mehrere Tanks zur Bevorratung des LNG
- • Brennstoffförderung vom Tank zum Motor
- • Brennstoffaufbereitung (Druck und Temperatur)
- • Sicherheitseinrichtungen
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Nach dem Stand der Technik werden überwiegend mehrere separate zylindrische Tanks, die vakuumisoliert sind, eingesetzt. Typischerweise wird LNG in einem oder mehreren Lagertanks an Bord eines Schiffes bei weniger als –161 °C gelagert, um so das LNG bei atmosphärischem Druck lagern zu können.
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Die Brennstoffförderung erfolgt durch im Tank installierte Pumpen.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein LNG-angetriebenes Schiff in zwei Bereichen Methan emittiert. Dies betrifft zum einen den motorischen Methanschlupf und zum anderen das so genannte tankseitige Boil-Off-Gas (BOG).
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Bei dem „Boil-off“ oder „Boil-Off-Gas“ (BOG) handelt es sich um einen verdampften Anteil des verflüssigten Brenngases, der trotz der Isolierung des oder der Lagertanks aufgrund unvermeidbarer langsamer Erwärmung entsteht. Damit der Druck im Tank keine unzulässig hohen Werte annimmt und Beschädigungen vermieden werden, wird derzeit bei Erreichen des zulässigen Höchstdrucks ein Auslassventil zur Druckminderung geöffnet und das verdampfte Gas mittels eines Mastes (vent mast) an die Atmosphäre abgegeben. Eine erneute Tiefkühlung, also Rückverflüssigung, ist technisch aufwändig und führte bei der technischen Erprobung im Schiffsbetrieb zu Problemen. Auch kann das Verfahren nicht wirtschaftlich betrieben werden.
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Eine weitere Quelle für unerwünschte Methanemissionen ist der so genannte Methanschlupf, der bei einer mit LNG betriebenen Brennkraftmaschine entsteht. Verantwortlich hierfür zeichnen zum einen die konstruktionsbedingten Ventilüberschneidungen, die ein Durchschlüpfen des Methans begünstigen. Zum anderen verursacht eine unvollständige Verbrennung des Brennstoffs im Zylinder den Methanschlupf. Dieser wird begünstigt durch den hohen Sauerstoffanteil im Verbrennungsprozess, welcher erforderlich ist, um die NOx-Bildung bei den herrschenden hohen Temperaturen zu reduzieren. Der Luftsauerstoff kühlt die Verbrennung, hat jedoch den Nachteil eines energetisch ungünstigeren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches die laminare Flammgeschwindigkeit herabsetzt und sich in einer unvollkommeneren Verbrennung und damit in einem erhöhten Kohlenwasserstoffausstoß niederschlägt. Zur unvollständigen Verbrennung kann es auch kommen, wenn der Zündstrahl aus Marine-Gas-Öl das Gas-Luft-Gemisch im Zylinder nicht zündet.
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Methan hat eine Klima schädigende Wirkung, die ungefähr um den Faktor 25 größer ist als die Klima schädigende Wirkung, die von CO2 ausgeht. Dabei bezieht sich der Faktor 25 auf einen Beobachtungszeitraum von 100 Jahren. Wird die kurzfristige Klima schädigende Wirkung von Methan über einen Zeitraum von lediglich 20 Jahren betrachtet, liegt der Faktor sogar bei ungefähr 70.
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In der kommerziellen Schifffahrt sind seit 2008 verschiedene Emissionsgrenzwerte zur Luftreinhaltung beschlossen worden. Im Fokus liegen dabei Schwefeloxide, Stickoxide und Partikel. Für Kohlenwasserstoffe wie Methan gelten in der Schifffahrt derzeit noch keine Grenzwerte. Aus diesem Grund existieren noch keine praxisrelevanten Konzepte, um Methanemissionen LNG-betriebener Brennkraftmaschinen, insbesondere von Schiffen zu senken.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Abgasanlage zu schaffen, welche die Methanemissionen von mit verflüssigten Brenngasen betriebenen Brennkraftmaschinen senkt, wobei vorzugsweise sowohl der motorische Methanschlupf als auch Emissionen des tankseitigen Boil-Off-Gases vermindert werden sollen. Es soll ferner ein Schiff mit einer solchen Anlage bereitgestellt werden.
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Diese Aufgaben werden durch eine Abgasanlage sowie ein Schiff mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die erfindungsgemäße Abgasanlage für eine mit einem verflüssigten Brenngas betreibbare Brennkraftmaschine umfasst
- – eine Abgasbrennkammer, die mit einer Abgaszufuhrleitung zur Zuführung von Abgas der Brennkraftmaschine sowie mit einer Abgasabfuhrleitung zur Ableitung des Abgases aus der Abgasbrennkammer in Fluidverbindung steht, und
- – eine in die Abgasbrennkammer mündende oder in dieser angeordnete Brennereinrichtung, die eingerichtet ist, mit einem Boil-Off-Gas des verflüssigten Brenngases des Tanksystems als Brennstoff sowie mit einem Teilstrom des Abgases der Brennkraftmaschine und/oder mit Frischluft als Verbrennungsluft betrieben zu werden.
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Somit werden der Abgasbrennkammer sowohl das motorische, unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthaltende Abgas der Brennkraftmaschine sowie das Boil-Off-Gas der Tankanlage zugeführt. Die Kohlenwasserstoffe, insbesondere das Methan, beider Quellen werden in der Abgasbrennkammer zu CO2 und H2O nachverbrannt, so dass ein gereinigtes, insbesondere methanfreies Abgas die Anlage verlässt. Auf diese Weise kann die Methanemission eines mit LNG betriebenen Schiffes auf ein Minimum reduziert werden.
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Bei der Brennereinrichtung handelt es sich bevorzugt um einen flammlosen Oxidationsbrenner (FLOX-Brenner). FLOX-Brenner haben aufgrund ihrer besonderen Gasführung den Vorteil, selbst bei hohen Temperaturen kaum Stickoxide zu bilden. Zudem weisen sie einen einfachen und robusten Aufbau auf und sind besonders wartungsarm.
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Die Abgasbrennkammer weist bevorzugt eine im Wesentlichen zylindrische Bauform auf. Dabei können die Brenneinrichtung und/oder die Abgaszufuhrleitung mit Vorteil so in die Abgasbrennkammer angeordnet sein, dass ein Gasstrom der Brenneinrichtung bzw. das Abgas der Brennkraftmaschine tangential in die Abgasbrennkammer einströmen. Die auf diese Weise erzielte gute Durchmischung der Gasströme in der Abgasbrennkammer kann noch weiter dadurch verbessert werden, dass die Gasströme im Gegenstrom eingeleitet werden.
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Die Abgasanlage kann ferner einen Wärmetauscher zum Erwärmen des der Brennereinrichtung zugeführten Boil-Off-Gases aufweisen. Vorzugsweise ist dieser eingerichtet, mit einem Teilstrom des Abgases der Brennkraftmaschine als Wärmequelle betrieben zu werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Abgasanlage ferner einen in die Abgasbrennkammer mündenden oder in dieser angeordneten Startbrenner, der eingerichtet ist, mit dem Boil-Off-Gas und/oder mit einem Dieselkraftstoff, wie Schweröl oder Gasöl, betrieben zu werden. Funktion des Startbrenners ist die Aufheizung der Abgasbrennkammer im Anfahrbetrieb, bis eine Arbeitstemperatur der Brenneinrichtung, insbesondere des flammlosen Oxidationsbrenners, erreicht ist.
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Es kann ferner eine Boil-Off-Gas-Bypassleitung vorgesehen sein, die eine zur Brennereinrichtung führende Boil-Off-Gas-Zufuhrleitung mit der Abgaszufuhrleitung der Brennkraftmaschine in die Abgasbrennkammer verbindet und somit die Abgasbrennkammer umgeht. Dies erlaubt die Anreicherung des Abgases der Brennkraftmaschine mit Boil-Off-Gas vor Eintritt in die Abgasbrennkammer sowie eine noch bessere Homogenisierung der Gasströme in der Abgasbrennkammer.
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Die Brennkraftmaschine kann insbesondere eine so genannte Dual-Fuel-Brennkraftmaschine sein, die wahlweise mit dem verflüssigten Brenngas mit einem Dieselkraftstoff, insbesondere Schwer- oder Gasöl, betrieben werden kann. In diesem Fall umfasst die erfindungsgemäße Abgasanlage bevorzugt eine Abgas-Bypassleitung, welche die Abgaszufuhrleitung mit der Abgasabfuhrleitung verbindet und somit die Abgasbrennkammer umgeht. Diese Ausführung erlaubt eine Umgehung der Abgasbrennkammer, wenn die Brennkraftmaschine im Dieselmodus betrieben wird und die Nachverbrennung von Methan nicht erforderlich ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Schiff, das eine erfindungsgemäße Abgasanlage umfasst. In diesem Fall ist die Brennkraftmaschine eine Schiffsbrennkraftmaschine, insbesondere eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine mit verflüssigtem Brenngas betreibbare Schiffsbrennkraftmaschine mit einer Abgasanlage gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung und
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2 eine mit verflüssigtem Brenngas betreibbare Dual-Fuel-Schiffsbrennkraftmaschine mit einer Abgasanlage gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt eine insgesamt mit 100 bezeichnete Abgasanlage zur Nachbehandlung eines Abgases einer Brennkraftmaschine 10, die insbesondere eine Schiffsbrennkraftmaschine zum Antrieb kommerzieller Schiffe, wie etwa von Frachtschiffen, ist.
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Die Brennkraftmaschine 10 wird mit einem Brenngas betrieben, das in kälteverflüssigter Form 11a in einem thermisch isolierten (beispielsweise vakuumisolierten) Tank 12 bevorratet wird, wobei auch mehrere Tanks vorgesehen sein können. Bei dem Brenngas handelt es sich insbesondere um verflüssigtes Erdgas (LNG für liquid natural gas), das hauptsächlich aus Methan besteht. Selbstverständlich können auch Methan aus anderen Quellen oder andere Brenngase eingesetzt werden. Im Falle von LNG wird das Gas vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb von –161 °C gekühlt gebunkert, was eine Lagerung unter atmosphärischem Druck erlaubt. Mit 11b ist eine Gasphase des Brenngases bezeichnet, das so genannte Boil-Off-Gas (BOP), das aufgrund unvermeidbarer Erwärmung während des Schiffsbetriebs und dadurch verursachter Verdampfung eines Teils der verflüssigten Gasesphase 11a entsteht. Eine Boil-Off-Gas-Auslassleitung 14 mit einem darin installierten Ventil 15 erlaubt den Auslass des BOP, wenn ein zulässiger Druck überschritten wird.
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Eine Brennstoffleitung 13 verbindet den Tank 12 mit der Brennkraftmaschine 10. Die Förderung des Brenngases zur Brennkraftmaschine 10 erfolgt vorzugsweise durch im Tank 12 oder in der Brennstoffleitung 13 installierte Pumpen, welche das Brenngas in flüssiger Form fördern. Diese im Prinzip bekannten Fördermittel sind in 1 nicht dargestellt. Ebenfalls nicht gezeigt sind weitere Luftzuführungsmittel des LNG 11a zur Brennkraftmaschine 10 sowie Mittel zur Brennstoffaufbereitung zur Erzeugung eines geeigneten Luft-Brenngas-Gemischs, mit dem Brennkraftmaschine 10 betrieben wird, und die insbesondere ein entzündbares Gemisch aus dem (vergasten) Brenngas 11a und der zugeführten Verbrennungsluft darstellen.
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Um einerseits den motorischen Methanschlupf, der durch unvollständige Verbrennung sowie Ventilüberschneidungen hervorgerufen wird, und andererseits Methanemissionen resultierend aus dem über die BOG-Auslassleitung 14 abgelassenen Brenngas zu vermindern, erfolgt erfindungsgemäß eine Nachverbrennung beider Methanquellen über die nachfolgend beschriebene Abgasanlage 100.
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Die Abgasanlage 100 enthält als Kernkomponente eine Abgasbrennkammer 16, der über eine Abgaszufuhrleitung 17 das motorische Abgas zugeleitet wird und die ferner mit einer Abgasabfuhrleitung 18 in Fluidverbindung steht. In die Abgasbrennkammer 16 einmündend ist eine Brennereinrichtung 19 vorgesehen, die mit der Boil-Off-Gasphase 11b des Tanksystems 12 als Brennstoff betreibbar ist. Das BOG 11b wird über eine Boil-Off-Gas-Zufuhrleitung 20 der Brenneinrichtung 19 zugeführt und mittels einer Fördereinrichtung 21, beispielsweise einem Gebläse, gefördert.
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Als Verbrennungsluft für die Brennereinrichtung 19 dient einerseits ein Abgasteilstrom, welcher über eine Abgasleitung 22 und Ventilen 23 und 24 der Abgaszuführungsleitung 17 stromauf der Abgasbrennkammer 16 entnommen und der Brennereinrichtung 19 zugeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann Frischluft als Verbrennungsluft für die Brennereinrichtung 19 dienen, welche über eine Frischluftleitung 25 dieser zugeführt wird. Vorzugsweise sind wie dargestellt beide Luftversorgungen der Brennereinrichtung 19 realisiert, wofür ein variabler Anteil an Frischluft über ein Ventil 26 in die Abgasleitung 22 eingespeist werden kann. Dabei wird das Ventil 26 vorzugsweise so gesteuert, dass bei einem nicht ausreichenden Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine 10 eine entsprechende Menge Frischluft über die Frischluftleitung 25 zugemischt wird.
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Bei der Brennereinrichtung 19 handelt es sich vorzugsweise um einen flammlosen Oxidationsbrenner, auch FLOX-Brenner genannt. FLOX-Brenner führen das Brenngas einerseits und die Verbrennungsluft andererseits mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten durch ein üblicherweise koaxiales Rohrsystem ohne Vormischung der Brennkammer zu.
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Die einströmenden Gase werden im vorliegenden Fall mit dem in die Abgasbrennkammer 16 einströmenden Abgas der Brennkraftmaschine 10 homogen vermischt und verbrennen flammlos. Üblicherweise verfügen FLOX-Brenner über eine elektrische Beheizung, um diese beim Anfahren auf Betriebstemperatur zu bringen. Da sich Luft und Brenngas in der Abgasbrennkammer 16 erst verzögert vermischen, kann sich keine Flammenfront ausbilden. Vielmehr erfolgt eine Oxidation des Brennstoffs im gesamten Brennraumvolumen. Vorteil der Betriebsweise von FLOX-Brennern ist, dass aufgrund der fehlenden Flammenfront die Stickoxidbildung unterdrückt wird. Vorzugsweise sind der flammlose Oxidationsbrenner 19 und/oder der Anschluss der Abgaszufuhrleitung 17 so in der Abgasbrennkammer 16 angeordnet, dass die entsprechenden Gasströme tangential in die bevorzugt zylindrisch ausgestaltete Abgasbrennkammer 16 einströmen. Dabei wird unter einem tangentialen Einströmwinkel jeder von einem Winkel von 90° abweichender Winkel verstanden, so dass die Gasströme nicht in Richtung der Zentralachse der Abgasbrennkammer 16 einströmen, sondern mit einem Winkel größer oder kleiner 90°. Bevorzugt ist jeweils ein Einströmwinkel von ≤ 60°, insbesondere von ≤ 45°, jeweils bezogen auf die (im Wesentlichen zylindrische) Wand der Abgasbrennkammer 16. Eine besonders homogene Mischung des motorischen Abgasstroms mit dem durch den Oxidationsbrenner 19 einströmenden Gasstrom wird erreicht, wenn beide im Gegenstrom zueinander tangential in die Abgasbrennkammer 16 eingeleitet werden.
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Die flammlose Oxidationsverbrennung erfordert relativ hohe Temperaturen. Diese werden einerseits durch das motorische Abgas sowie die elektrische Beheizung der Brennereinrichtung 19 einzielt. Gleichzeitig ist zu diesem Zweck eine Vorerwärmung des Boil-Off-Gases 11b vorgesehen. Insbesondere kann diese durch einen in der Boil-Off-Gasleitung 20 angeordneten Wärmetauscher 27 realisiert werden, der das motorische Abgas der Brennkraftmaschine 10 als Wärmequelle nutzt. Bevorzugt wird hierfür die Abgasleitung 22 genutzt, wobei der über den Wärmetauscher 27 geführte Abgasteilstrom mittels des Ventils 24 gesteuert werden kann.
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Gemäß der dargestellten Ausführung ist zudem ein Startbrenner 28 in der Abgasbrennkammer 16 oder in diese einmündend angeordnet. Der Startbrenner 28 kann ein herkömmlicher Brenner sein, der den ihm zugeführten Brennstoff mit offener Flamme verbrennt. Als Brennstoff kann – wie in 1 dargestellt – wiederum das Boil-Off-Gas 11b verwendet werden, das diesem über eine von der Boil-Off-Gas-Zufuhrleitung 20 über ein Ventil 30 abzweigende Gasleitung 29 zugeführt wird. Die Förderung erfolgt wiederum mittels der Fördereinrichtung 21. Insbesondere im Falle von Dual-Fuel-Brennkraftmaschinen (2) kann der Startbrenner 28 auch mit Schweröl oder Gasöl, welches als Brennstoff für die Brennkraftmaschine vorgehalten wird, betrieben werden. Funktion des Startbrenners 28 ist, beim Anfahren des Systems die Betriebstemperatur in der Abgasbrennkammer 16 zu erzeugen, die für die flammlose Verbrennung durch den Oxidationsbrenner 19 erforderlich ist.
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Die Abgasanlage nach 1 weist weiterhin eine Boil-Off-Gas-Bypassleitung 31 auf, welche die Boil-Off-Gas-Zufuhrleitung 20 mit der Abgaszufuhrleitung 17 verbindet und somit die Abgasbrennkammer 16 umgeht. Dabei kann ein Boil-Off-Gas-Bypassstrom über ein Ventil 32 eingestellt werden. Durch diese Maßnahme kann das Abgas der Brennkraftmaschine 10 vor Eintritt in die Abgasbrennkammer 16 bedarfweise mit Brennstoff angereichert werden. Zudem wird durch diese Maßnahme eine noch bessere Homogenisierung der Gasgemische in der Abgasbrennkammer 16 erzielt.
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Das durch die oxidative Nachverbrennung in der Abgasbrennkammer 16 von Methan und anderen Kohlenwasserstoffen befreite Abgas verlässt über die Abgasabfuhrleitung 18 die Abgasbrennkammer 16 und wird in die Atmosphäre abgeführt. Üblicherweise erfolgt diese über einen Schornstein des Schiffskörpers. In der dargestellten Ausführung wird die Enthalpie des heißen Abgases über ein Wärmerückgewinnungssystem 33 für verschiedene Verbraucher an Bord des Schiffs genutzt. Beispielsweise kann das Wärmerückgewinnungssystem 33 als ein Wärmeaustauscher ausgestaltet sein, der unter Nutzung des Abgases als Wärmequelle Wasser erwärmt.
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Die in 1 gezeigte Abgasanlage 100 weist ferner einen nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR für selective catalytic reduction) arbeitenden Katalysator 40 auf, der in der Abgasabfuhrleitung 18 stromab der Abgasbrennkammer 16 angeordnet ist. Der SCR-Katalysator 40 setzt mittels eines Reduktionsmittels wie Harnstoff Stickoxide des Abgases der Brennkraftmaschine 10 selektiv um. Das in einem Vorratsbehälter 41 bevorratete Reduktionsmittel wird zu diesem Zweck über eine Dosiervorrichtung 42 mittels einer nicht dargestellten Pumpe stromauf des SCR-Katalysators 40 dem Abgasstrom zudosiert. Dies kann wie dargestellt in die Abgasbrennkammer 16 erfolgen oder in die Abgasabfuhrleitung 18 stromauf des SCR-Katalysators 40.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Nachverbrennung des Boils-Off-Gases 11b kann in einer Ausführung der Erfindung auch auf die Boils-Off-Gas-Auslassleitung 14 verzichtet werden.
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2 zeigt eine Abgasanlage nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung. In dieser Ausführung handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine 10', die wahlweise mit dem verflüssigten Brenngas 11a oder mit einem Dieselkraftstoff 34, der in einem Tank 35 vorgehalten wird, betrieben werden kann. Bei dem Dieselkraftstoff 34 handelt es sich insbesondere um Schwer- oder Gasöl.
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In dieser Ausführung ist eine Abgas-Bypassleitung 36 in der Abgasanlage 100 vorgesehen, welche die Abgaszufuhrleitung 17 mit der Abgasabfuhrleitung 18 verbindet und auf diese Weise die Abgasbrennkammer 16 umgeht. Um die wahlweise Leitung des von der Brennkraftmaschine 10' kommenden Abgases durch die Abgasbrennkammer oder die Abgas-Bypassleitung 36 zu steuern, sind Abgassperrklappen 37, 38, 39 vorgesehen, welche in der Abgaszufuhrleitung 17, der Abgas-Bypassleitung 36 beziehungsweise der Abgasabfuhrleitung 18 vorgesehen sind. Im Gasmodus der Dual-Fuel-Brennkraftmaschine 10' ist die in der Abgas-Bypassleitung 36 angeordnete Abgassperrklappe 38 geschlossen, während die Abgassperrklappen 37 und 39 geöffnet sind. Auf diese Weise erfolgt die Nachverbrennung des Methans des Abgases und des Boil-Off-Gases 11b über die Abgasbrennkammer 16. Im Dieselmodus der Brennkraftmaschine 10' hingegen sind die Abgassperrklappen 37 und 39 geschlossen und die Abgassperrklappe 38 geöffnet, so dass das ohnehin methanfreie Abgas über die Bypassleitung 36 zur Abgasabfuhrleitung 18 geführt wird und von dort über den Schornstein den Schiffskörper in die Atmosphäre verlässt. Selbstverständlich können auch andere Ausführungen der Stellmittel vorgesehen sein. Beispielsweise können die Abgassperrklappen 37 und 38 durch eine gemeinsame, an der Abzweigungsstelle der Abgas-Bypassleitung 36 angeordnete Umschaltklappe ersetzt sein.
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Die in 2 gezeigte Abgasanlage 100 zeigt folgende Funktionsweise. Im Dieselölbetrieb wird der Dieselkraftstoff 34 der Brennkraftmaschine 10’ zugeführt. Die Abgassperrklappen 37 und 39 sind geschlossen du die Abgassperrklappe 38 ist geöffnet, so dass das Abgas der Brennkraftmaschine 10’ die Abgasbrennkammer 16 umgeht. Die Abgasabfuhrleitung 18 kann zur Nachbehandlung des motorischen Abgases verschiedene hier nicht dargestellte Abgasreinigungskomponenten enthalten.
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Bei Umstellung in den Gasbetrieb der Brennkraftmaschine 10’, vorzugsweise bereits vor der Umstellung der Brennkraftmaschine 10 von Dieselbetrieb auf den Gasbetrieb, erfolgt eine Vorheizung der Abgasbrennkammer 16 über den Startbrenner 28. Zu diesem Zweck wird das Boil-Off-Gas 11b über die Boil-Off-Gas-Zufuhrleitung 20 und der Gasleitung 29 dem Startbrenner 28 zugeführt, der das Boil-Off-Gas zusammen mit ebenfalls zugeführter Frischluft in der Abgasbrennkammer 16 verbrennt und diese erwärmt. Alternativ kann der Startbrenner 28 auch mit dem Dieselkraftstoff 34 betrieben werden.
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Nach Erreichen der erforderlichen Betriebstemperatur für die flammlose Oxidationsverbrennung wird das Boil-Off-Gas 11b durch Umschalten des Ventils 30 dem flammlosen Oxidationsbrenner 19 zugeführt. Gleichzeitig wird dieser mit einem Abgasteilstrom, über die Abgasleitung 22 und den Ventilen 23 und 24 mit Verbrennungsluft versorgt. Sofern der Sauerstoffanteil im Abgas der Brennkraftmaschine 10' nicht für die oxidative Nachverbrennung in der Abgasbrennkammer 16 ausreicht, wird dem Abgasteilstrom über die Frischluftleitung 25 und das Ventil 26 Frischluft zugemischt.
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Gleichzeitig wird das verflüssigte Brenngas 11a über die Brennstoffleitung 13 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt. Bei geöffneten Abgassperrklappen 37 und 39 und geschlossener Abgassperrklappe 38 strömt das Abgas der Brennkraftmaschine 10' über die Abgaszufuhrleitung 17 in die Abgasbrennkammer 16. In der Abgasbrennkammer 16 werden somit die Methananteile des Abgases der Brennkraftmaschine 10' sowie des Boil-Off-Gases 11b mittels der zugeführten Verbrennungsluft flammlos nachverbrannt. Das methanfreie Abgas verlässt über die Abgasabfuhrleitung 18 über die geöffnete Abgassperrklappe 39 die Anlage.
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Die Funktionsweise der Anlage nach 1 ist entsprechend. Das Abgas einer im Dual-Fuel-Mode mit LNG betriebenen Brennkraftmaschine enthält keine Stäube und kondensierbare Substanzen mit Ausnahme von Methan und gegebenenfalls anderen Kohlenwasserstoffen. Daher kann in der vorliegenden Erfindung auf regenerative Nachverbrennungsverfahren zur Regeneration von Oberflächen der Abgasanlage, wie sie aus der Reinigung verunreinigter Abgase aus industriellen Prozessen bekannt sind, verzichtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Abgasanlage
- 10
- Brennkraftmaschine/Schiffsbrennkraftmaschine
- 10'
- Dual-Fuel-Brennkraftmaschine
- 11a
- kälteverflüssigtes Brenngas (LNG)
- 11b
- Gasphase des Brenngases (BOG)
- 12
- Tank
- 13
- Brennstoffleitung
- 14
- Boil-Off-Gas-Auslassleitung
- 15
- Ventil
- 16
- Abgasbrennkammer
- 17
- Abgaszufuhrleitung
- 18
- Abgasabfuhrleitung
- 19
- Brennereinrichtung/flammloser Oxidationsbrenner
- 20
- Boil-Off-Gas-Zufuhrleitung
- 21
- Fördereinrichtung/Gebläse
- 22
- Abgasleitung
- 23
- Ventil
- 24
- Ventil
- 25
- Frischluftleitung
- 26
- Ventil
- 27
- Wärmetauscher
- 28
- Startbrenner
- 29
- Gasleitung
- 30
- Ventil
- 31
- Boil-Off-Gas-Bypassleitung
- 32
- Ventil
- 33
- Wärmerückgewinnungssystem
- 34
- Dieselkraftstoff/Schwer- oder Gasöl
- 35
- Tank
- 36
- Abgas-Bypassleitung
- 37
- Abgassperrklappe
- 38
- Abgassperrklappe
- 39
- Abgassperrklappe
- 40
- SCR-Katalysator
- 41
- Reduktionsmittelbehälter
- 42
- Dosiervorrichtung
