Részecskeszűrők utólagos beépítése nehézgépjárművek esetében Előírások, műszaki szempontok, hazai alkalmazás 12. Haszongépjármű Műszaki Konferencia 2011. június 2-3. Várgesztes Dr. Merétei Tamás tudományos főmunkatárs Közlekedéstudományi Intézet Nonprofit Kft.
1
Tartalom Részecskeszűrés indítékai: A környezeti levegő részecskeszennyezettsége, dízelüzemű gépkocsiállomány növekedése, emissziós előírások szigorítása,Alacsony Emissziójú Zónák (LEZ) Részecskék jellemzői, humán-egészségügyi hatások: keletkezés, fizikai-kémiai összetétel, méreteloszlás, méréstechnika A részecske-emisszió csökkentése a motor kialakításával: Befecskendezési és égésfolyamat javítása. Kipufogógáz visszavezetés A dízelmotorok részecskeszűrésének alapelvei: szűrési alapelvek, szűrők anyagai, szűrési, regenerálási technológiák Részecskeszűrők utólagos beépítése: szempontok, minősítés alapelvei, vizsgálati módszerek, követelmények, hatékonyság Külföldi autóbusz-vállalatok tapasztalatai: Berlini Közlekedési Vállalat (BVG 1350busz), Zürichi Autóbusz Társaság(BVZ 164busz) A szűrők utólagos beépítésének hazai tapasztalatai: BKV Zrt., autóbusz-állomány, vizsgált szűrők, vizsgálati módszer, eredmények, költségelemzés Következtetések, javaslatok 2
Részecske emisszió csökkentésének hazai indítékai
• A dízelüzemű gépjármű-állomány és használatának folyamatos növekedése (tgk 80-90%; szgk 12-15%; busz 100%). • Benzin felhasználás csökken gázolajé nő. • Használt dízelüzemű gépjárművek (buszok, tgk-k, szgk-k behozatala. • Gázolaj-felhasználás folyamatos növekedése. • Nagyvárosaink levegőjének PM-10 szennyezettsége egészségügyi kockázatot jelent, meghaladja az EUhatárértékeket és csökkenteni kell • Az EU kezdeményezésére Környezetvédelmi Zónák (Alacsony Emissziójú Övezetek LEZ) kialakítása az európai és hazai nagyvárosokban. • Útdíjkedvezmény (Németország, Svájc) 3
A Budapest XI. Kosztolányi Dezső téren mért PM10 és NOx/NO2 havi átlagértékeinek alakulása Adatforrás: Hungarian Air Quality Monitoring System (station „BP6 Kosztolanyi”)
4
A PM10 24 órás határérték-túllépés évenkénti alakulása Budapest mérőállomásain
5
A PM10 24 órás határérték-túllépések évenkénti alakulása Európa nagyvárosainak mérőállomásain
6
Az elérhető életkor csökkenésének kockázata a PM 2,5 következtében 2000-ben (baloldalon) és 2020-ban (jobboldalon) Forrás: IIASA
7
8
Nehéz haszon Káros anyagok
járművek károsanyag
-kibocsátási határértékei (EURO I EURO I
- EURO III )
EURO III
Egység
EURO II P<85 kW
– EURO II
P>85 kW
dízel ESC/ELR
EURO III EEV
dízel/gáz ETC
Dízel ESC/ELR
dízel/gáz ETC
CO
4,5
4,5
4
2,1
5,45
1,5
3
HC
1,1
1,1
1,1
0,66
-
0,25
-
-
-
-
-
0,78
-
0,4
CH4
-
-
-
-
1,6
-
0,65
NOx
8
8
7
5
5
2
2
PM
0,612
0,36
0,15
0,1
0,16
0,02
0,02
-
-
-
0,8
-
0,15
-
NMHC g/kWh
Füst
m
-1
Bevezetés éve: típusvizsgálat Káros anyagok
1993
1996
EURO IV E gység
dízel ESC/ELR
2000
EURO IV EEV
dízel/gáz ETC
dízel ESC/ELR
EUR O V
dízel/gáz ETC
dízel ESC/ELR
EURO V EEV
dízel/gáz ETC
dízel ESC/ELR
dízel/gáz ETC
CO
1,5
4
1,5
3
1,5
4
1,5
3
HC
0,46
-
0,25
-
0,46
-
0,25
-
-
0,55
-
0,4
-
0,55
-
0,4
CH4
-
1,1
-
0,65
-
1,1
-
0,65
NOx
3,5
3,5
2
2
2
2
2
2
0,02
0,03
0,02
0,02
0,02
0,03
0,02
0,02
0,5
-
0,15
-
0,5
-
0,15
-
NMHC
g/kWh
PM Füst
Bevezetés éve: típusvizsgálat
m
-1
2005
2008
A nehéz gépjárművek (autóbuszok) kipufogógáz károsanyag-emissziójára vonatkozó határértékek az Európai Unió előírásai szerint 9
A haszonjármű motorok kipufogógáz károsanyag kibocsátásra vonatkozó határértékek szigorodása az európai, amerikai és japán előírásokban
10
Jóváhagyott és a tervezett Alacsony Emissziójú Zónák (Low Emission Zone) Európa területén www.lowemissionzones.eu
11
Alacsony Emissziójú Zónák előírásai Európa országaiban Ország/ városok
Gépjármű-kategória
Bevezetés Időpontja/ alkalmazás időhat ára
Emissziós osztály (tiltott)vagy határ
Utólagos emissziócsökken tő elfogadása
Ausztria A 12 autópálya Tirol
Nehéz tgk 7,5 t felett
2007.01.01.
Euro-0;1
nem
Cseh köztársaság Prága
Tgk 3,5t felett hétfő-péntek 818h 6,0t felett mindig
2008.01.01.
Euro-0;1
nem
Dánia: hat nagyváros
Tgk 3,5t felett, buszok
2008.07.01. 2010.07.01.
Euro-0,1,2 vagy szűrő Euro-0,1,2,3 vagy szűrő
Igen igen
NSZK: 42 város
Szgk benzinüzemű Szgk,tgk dízelüzemű
2008.01.10. 2010.10.01.
Euro-0 Euro-0,1vagy szűrő
igen
Hollandia: 16 város
Tgk 3,5 t felett
2013.07.01ig 2013.07.01től
Euro-3+ szűrő (életkorhatár:8év) Euro-4 alatt
igen
Norvégia: 3 nagyváros
Tgk, busz 3,5 t felett
2010.09.01.
Euro-4 alatt emissziós osztálytól függő behajtási díj
nem
Olaszország: 10 észak-olasz tartomány, Róma, Milánó
Szgk benzinüzemű Motorkerékpár Tgk, busz 3,5 t felett
2005-2010 2010 2008
Euro-1 alatt Kétütemű Euro-0,1,2 vagy szűrő
igen
Svédország: 6 nagyváros
Tgk, busz 3,5 t felett
2014-ig
Euro-3 alatt
nem
Egyesült Királyság: London és 2 város
Tgk 3,5 t felett Buszok 5 t felett Kistgk 1,2t önsúly felett
2007.07.07 -től
Euro-3 alatt vagy szűrő
igen
12
Részecske-képződés a motor égésfolyamata során • A részecske-emisszió forrásai: - Tökéletlen égés: A részecskék alapvetően elemi szénből (40-45%) és elégetlen tüzelőanyagból/kenőolajból származó szénhidrogénekből (30-35%) állnak. - Mechanikus kopásból származó fémek - Adalékokból és egyéb éghetetlen összetevőkből származó anyagok: ásványok, sók,kénvegyületek • Alapvető képződési folyamatok: -Elő-vegyületek (precursorok) kialakulása pirolízissel majd ezekből polimerizációval makromolekulák képződése - Elsődleges részecskeformációk magképződéssel (nucleus) koncentrációjuk: 1012/cm3, átmérőjük:néhány nm - Méretnövekedés koagulációval - Dehidratáció oxidációs folyamatok révén 13
A részecskeméretek az emberi haj vastagságához és a strand homok méretéhez viszonyítva
14
Finom részecskék „szűrése” az ember légzőszerveiben
15
Dízelmotor részecskék lerakódása a légutakban
Lerakódás a tüdőben
Részecske átmérő
16
Részecske mérés és szűrés „történelem” 1775 Pott P. összefüggést állapított meg a légúti rákos betegségek és a korom hatása között kéményseprőknél 1868 Tyndall felfedezi a finomrészecskék mérésére szolgáló optikai effektust 1916 Részecskeszám és szilikózis közötti összefüggés megállapítása bányászoknál 1936 Staub folyóirat cikket közöl az 1μm alatti méretű részecskék egyértelmű egészségkárosító hatásáról 1959 a Johannesburgi Egyezményben rögzítik a tüdőbe jutó részecskék méreteloszlását 1978 javaslat a részecskeszűrők alkalmazására gépjárműveknél, 1983 az EPA/US javaslatára az SAE bevezeti az első PM határértéket 0.6 g/mile-t 1985 részecskeszűrővel ellátott Mercedes Kaliforniában Az elmúlt 3 évtizedben több mint 100 000 utólagosan felszerelt szűrő bányagépek , alagútépítő berendezések és villás targoncák motorjain 2000 a PSA Peugeot a 607HDI 2.2 típusán aktív szűrőt vezet be 2002 végéig 400 000 szűrővel felszerelt autót adnak el. 2007-től minden új nehéz tgk-t szűrővel szerelnek fel az USA-ban 17
Az füstmérő (opaciméter) mérési elve
Opacitás: A fényintenzitás százalékos csökkenése
Fényelnyelési tényező: k = (-1/L)*ln(1-N/100) [m-1]
N=((I0-I)/I0)*100 [%] 18
Részecske emisszió gravimetrikus mérése
19
Kondenzációs elven működő részecskeszámláló
20
A részecske-emisszió csökkentése a motor kialakításával 1. Szívórendszer kialakítása, beszívott levegő kezelése: • Turbótöltés (változtatható geometria, „waste gate” • Töltőlevegő visszahűtése, • Szívórendszer kialakítása, (4 szelep hengerenként, dinamikus feltöltés, perdület) • Szívócsonk (szívószelep) kialakítása, • Kipufogógáz visszavezetés, utókezelés 2. Égési eljárás: • Égéstér alakja és helye, • Kompresszió-viszony 3. Olajfogyasztás csökkentése: • Hengerfal megmunkálása, • Gyűrűk, dugattyú kialakítása, • Motorolaj jellemzői 4. Tüzelőanyag befecskendező rendszer jellemzői: • Befecskendezés kezdete és nyomása (Common Rail rendszer) • Befecskendezési törvény • Befecskendező fúvóka kialakítása 21
A részecskeleválasztás alapelemei
22
A kerámia, teljesáramú „wallflow” részecske-szűrő működési elve
23
Metallit részáramú szűrő működési módja
24
Szűrőanyagok: • Kordierit (kerámia):
- Kedvező, egyszerű gyártás, alacsony hőtágulás - Érzékeny a hőmérsékletre, alacsony korombefogadása
• Szilícium-karbid (kerámia): - Nagy felület, hőálló, stabil - Költségesebb gyártás
• Szinterfém:
- Egyszerű tisztítás, magas hamubefogadó-képesség - Költséges gyártás, nagy tömeg
25 2008.11.05.
Kordierit vagy szilícium-karbid monolit telítődése hamuval Channels of Cordierite or SiC Monoliths narrowed by Ash
• High increase of back pressure due to narrowed ducts by ash accumulation. • Duct diameter works with power of 4 for the partly pressure drop.
• Reduced filtration area.
26
Szűrőelemek telítődése hamuval Wabenfilter mit Aschebeladung
27
Kerámia részecskeszűrők gyártása A poralakú nyersanyagtól a méhsejtszerkezetig • Nyersanyag • Keverés • Extrudálás • Szárítás • Égetés • Darabolás • Rétegfelvitel • Töltés Forrás: DIESELvision 08, • Ellenőrzés 2008.08.29.
28
Kerámia (cordierit) baloldalon és szilikon-karbid jobboldalon szűrő pórus struktúrája Pore structure of cordierite (left) and silicon carbide (right) soot filter (Forrás: Andreas Mayer et al: Particle Filter Retrofit for all Diesel Engines)
29
REM-Pic., Detailed
REM-Pic., Up-stream flow side
Szinterfém szűrő pórus struktúrája SMF® - Filter - Material 30
Részecske-szűrő kialakítás, cellasűrűség Cellasűrűség (cpsi = cells per square inch)
100 cpsi
Nagy cellasűrűség: - Ellennyomás megnő - Felület megnő
200 cpsi
300 cpsi
- Katalizátor aktivitása megnő - Koromtároló képesség megnő
31
A szinter-fém szűrő működési elve
32
Functionality of the Sintered Metal Filter (SMF®) > Flow direction is from outside to inside of
the pockets.
Szinter-fém szűrő kialakítása 33
A hamu és a korom eloszlása
34
Korom réteg vastagságának növekedése a csatorna mentén
35
A szűrő falán kialakuló stabil hamu réteg, amelyen a korom réteg fekszik A korom alakja és struktúrája.
36
Korom réteg alatt mindig felismerhető a hamu
37
A hamu tartalmaz egyéb anyagokat is Kémiai összetétel
38
Hamu és koromrészek a szűrő falán
39
A korom nanostruktúrája
40
Different State of the Art Diesel Particulate Filters (Forrás: Andreas Mayer et al: Particle Filter Retrofit for all Diesel Engines)
Különböző szűrőanyagú szűrők szűrőtest kialakítása 41
Részecskeszűrő regenerálási technológiák A szűrők termikus regenerációja 550-600 ºC-on történik, mivel a a kipufogógáz üzemi hőmérséklete 200-450 ºC között változik, ezért a regenerációt mesterségesen a következő eljárásokkal segítik elő: -A kipufogógáz hőmérsékletének növelése (égésfolyamat befolyásolása például utó-befecskendezés, kipufogógáz „fűtése” például befecskendezés a kipufogócsőbe) - A korom (részecskék) gyulladási hőmérsékletének csökkentése (katalitikus bevonat a szűrőn CDPF: Pt, Ag, Mo stb. vagy a tüzelőanyag adalékolása Ce, Mn) - Reaktiv oxidáns -NO2- alkalmazása: (oxidációs katalizátor segítségével az NO oxidációja NO2-vé -CRT- kénmentes gázolaj az előfeltétel) A szűrők regeneráció szerint csoportosítva: aktív vagy passzív 42
A korom égési intenzitása levegő, oxigén, NO2 környezetben a hőmérséklet függvényében 43
Regenerációs módszerek
44
DPF® - Regeneráció Technológiák A különböző technológiák működési tartománya A korom gyulladása külső segítség nélkül Tüzelőanyag adalék
Szűrő katalitikus bevonattal CRT®-System Termo-elektromos Regeneració Utó-befecskendezés (OE-System) 0
100
200
300
400
500
600
700
Exhaust Temperature [°C]
Járulékos előny CSMF
Működési tartomány
45
Folyamatos regenerációjú, kerámia szűrő kialakítása
46
HJS/DES Tisztító berendezés kerámia részecske szűrők számára Tisztítási folyamat: •Átvételi ellenőrzés (szűrősérülés?) •Mérlegelés (súlymérés) •Izzítás, (felmelegítés a korom gyulladási hőmérsékletére, a korom oxidációjához) •Lehűtés,után súlymérés
•Tisztítás (hamu és oxidált olajmaradványok kifúvatása sűrített levegővel) • Súlymérés (tisztítás hatásának értékelése)
Munkaidőigény: kb. 16 óra
47
Szinter-fém szűrő szerkezeti egységei és tisztítása
48
Láng égővel működő regenerációjú kerámia szűrő kialakítása
49
Részecskeszűrők utólagos beépítésének alapelemei 1. Szempontok: • Kiválasztás alapadatai: regeneráció módja (passzív, aktív),beépítési térfogat és tömeg, belépő kipufogógáz hőmérséklet eloszlása, szűrőelem kialakítása
2. Minősítés alapelvei: • Ultrafinom részecske emisszió hatékony csökkentése. • A szűrő nem eredményezheti másodlagos károsanyagok kibocsátását. • Megbízható és tartós működés (a motor élettartamával összevethető).
3. Vizsgálati módszerek: • A motor emissziós szintjének megfelelő ECE R49 Euro fokozat szerinti. • A regeneráció során is vizsgálandó az emisszió aktív szűrőknél.
4. Követelmények: • Finom részecskék (20-300nm)csökkentési hatásfoka: részecsketömeg legalább 90%, részecskeszám legalább 97%. • Megbízhatóság: élettartam 100-500000km, meghibásodási • valószínűség <3%. 50
Részecskeszűrők utólagos felszerelésének alkalmazástechnikai kérdései
• A szűrőkkel szemben támasztott alapvető követelmények: - A finom részecske emisszió (20-300nm) hatékony csökkentése(90%) - A részecske emisszió tömegének hatékony csökkentése((90%) - Nem növelheti az előírások által korlátozott kipufogógázkomponensek (CO, HC, NOx) emisszióját és nem okozhat másodlagos emissziót (PAH, dioxin stb) - Nem lehet érdemi negatív hatása a motor teljesítményére és fogyasztására - Megbízható működés és tartósság (10 000üzemóra vagy 5év) - Nem növelheti a jármű elhaladási zaját - Egyszerű be és kiszerelhetőség, tisztíthatóság 51
Alkalmazott részecskeszűrő minősítési eljárások 1. California Diesel Risk Reduction-Verification Procedure (http://www.arb.ca.gov/diesel/verdev/proceduredec04.pdf.htm) PM (tömeg) csökkentésre három szint van elfogadva:1. min 25%; 2. min 50%; 3. min 85%.
2. EPA Voluntary Diesel Retrofit Program(VDRP) Retrofit Technology Verification Process www.epa.gov/otaq/retrofit/documents/overview.txt PM (tömeg)csökkentés 25-100% között fokozatmentesen változhat
3. Svájc VERT Filter List (Verminderung der Emissionen von Realmaschinen im Tunnelbau) http://www.suva.ch.htm PM (tömeg és részecskeszám csökkentés min. 95%)
4. StVZO § Anlage26 Németország Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch Partikel… PM (tömeg) követelmény 4 fokozat: 0,15; 0,10; 0,02; g/kWh 5. ENSZ-EGB (REC) Előírás-tervezet: két kipufogógáz komponensre vonatkozik: PM és NOx (külön és együtt), minősítés az Euro-fokozatok határértékei szerint de kétféle minimális csökkentési hatásfokot rögzít (50% és 90%), a vizsgálat módszere az ENSZ-EGB R-49 előírásai szerinti, 52
Külföldi autóbusz-vállalatok tapasztalatai 1.Berlini Közlekedési Vállalat (BVG) Buszállomány: 1350 busz (1/3-a szóló, 1/3-a csuklós és 1/3-a pedig emeletes busz). 2004 óta csak CRT működési elvű szűrőket építenek be. 2002 év végéig 1000 buszt láttak el utólagosan szűrővel. Jelenleg 1250 busz üzemel szűrővel. 2004 óta csak szinterfém szűrőelemet tartalmazó szűrőt szerelnek fel. Részecskeszűrők utólagos felszerelésére saját beruházásból 11 millió DEM-t fordítottak. A szűrőket utólagosan csak a 0,5-1,0 l/1000 km értéknél kisebb olajfogyasztású autóbuszokra szerelik fel. A szűrőket 250 mbar ellennyomás felett szerelik ki tisztításra. Eddigi tapasztalataik szerint kerámia szűrőbetétek esetében erre átlagosan 60 000 km után, szinter-fém szűrők esetében pedig 130 000 km után kerül sor. A szűrők tisztításának szükségességét az ellennyomás folyamatos ellenőrzése alapján állapítják meg, erre minden szűrővel felszerelt busznál egy ún. datalogger szolgál. A szűrők meghibásodásának leggyakoribb oka a motor olajfogyasztásának növekedése. A szűrők ára az említett CRT teljes-áramú kivitel esetében 5500-7000 EUR, beszerelésük költsége 150 EUR, a tisztítás költsége pedig 200 EUR.
53
Külföldi autóbusz-vállalatok tapasztalatai 2. Zürichi Autóbusz Társaság (BVZ) Buszállományuk: 171 autóbusz, ennek 95%-a fel van szerelve részecske-szűrővel. Az újonnan forgalomba helyezett buszok (Euro-V) már gyárilag fel vannak szűrővel szerelve, a „régiekre” pedig a motor nagyjavítása, felújítása során kerül felszerelésre. Elsősorban teljes-áramú szűrőket szerelnek fel utólagosan. A szűrők kiszerelést igénylő tisztítását a szűrő előtt mért ellennyomás alapján végzik, erre átlagosan évente kerül sor. Az utólagos szűrő felszerelés költsége 15000- CHF körül mozog.
3. Gráci és a londoni autóbusz-vállalatok Az említett két nagyváros autóbuszüzemei a részáramú szűrők utólagos beépítését preferálják, mégpedig kizárólagosan. Grácban a REMUS Londonban pedig a DCL gyártmányt építik be túlnyomóan. Alapvető okok: a kisebb beruházási és üzemi költség, valamint a tisztítás hiánya miatti jóval egyszerűbb karbantartás. 54
A szűrők utólagos beépítésének hazai tapasztalatai: BKV Zrt., motortípus
emissziós kategória
P [kW]
állomány állomány 2007 BKV 2008 mind
autóbusztípus
átlagéletkor
Rába D2156 HM6U Rába D2156 MT6U Rába D2356 HM6U Rába D10 UTS 150 DAF LT 160G
Euro Euro Euro Euro Euro
0 0 0 0 0
141 164 176 150 160
105 44 1 179 130 459
105 44 1 179 130 459
Ik 260, Ik 280 Ik 260, Ik 280 Ik 260 Ik 260, Ik 280 Ik 415
21 19 16 17 16
Rába D10 UTS 155 DAF LT 160L DAF LT 195L
Euro 1 Euro 1 Euro 1
155 160 198
370 39 169 578
370 39 169 578
Ik 260, Ik 280 Ik 415 Ik 415, Ik 435
17 15 14
Rába D10 UTSLL 160 Rába D10 UTSLL 190 DAF GS 160M DAF GS 200M MAN D 0826 LOH 17 MAN D 2865 LUH 07 Perkins AL 81072 Mercedes OM906 hLA
Euro Euro Euro Euro Euro Euro Euro Euro
2 2 2 2 2 2 2 2
160 190 160 200 164 230 101 205
50 1 1 1 114 1 80 _ 248
50 1 1 1 114 1 80 4 248
Ik 280 7-173 Ik 435 Ik 415 Ik 435 Ik 412 Ik 435 Ik 405 Citaro VB
15 12 12 12 8 12 13 9
Volvo D7C 275 HS Iveco Cursor 8 MAN D 0826 LOH Volvo D7C 290 HS
Euro Euro Euro Euro
3 3 3 3
202 200 220 213
150 1 _ _
160 1 25 70
Volvo Irisbus Agora MAN SL223 VT AlfaLocaloVT/NV
151
256
1436
1541
3 7 6 3
A BKV Zrt. autóbusz állománya emissziós kategóriák szerint autóbusz és motor típusonként 55
A BKV Zrt. autóbusz állománya emissziós kategóriánként (2008. 09. 30.) E3 Normál motoros 11% 10% E2
E0 22%
17%
E1 40%
56
A vizsgálatok módszere 1. A szűrő minősítő vizsgálata motorfékpadi mérések útján az ENSZ EGB 49. és 24. sz. előírása szerint, és motorikus/emissziós hatásának (ellennyomás, nyomaték, teljesítmény, tüzelőanyag-fogyasztás, emissziócsökkentési hatásfok) értékelése. (Mértük ezenkívül a finom részecske koncentrációt és méreteloszlását a TSI gyártmányú CPC 3022A típusú kondenzációs részecskeszámlálóval és egy GRIMM 1.109 típusú aeroszol spektrométerrel.)
2. A motorfékpadi vizsgálatok kedvező eredménye alapján a szűrők beépítése a kiválasztott jó műszaki állapotú autóbuszokba és a buszüzemi azaz a tartampróba vizsgálatok végrehajtása. 3. A szűrő működésének folyamatos ellenőrzése datalogger segítségével: (szűrő előtti ellennyomás, a szűrőbe belépő kipufogógáz hőmérséklete, szűrő külső falának hőmérséklete folyamatos (másodpercenkénti) rögzítése és 10-15 naponként a rögzített adatok kiolvasása, majd egy speciális e célra kifejlesztett szoftver segítségével a kiértékelése.)
4. A szűrők üzemi működésének ellenőrzése: (kipufogógáz-ellennyomás, a szűrő előtt/után mért füst-emisszió, a busz menetdinamikai tulajdonságait jellemző gyorsítóképesség valamint az elhaladási zaj szűrő nélkül /szűrővel.)
57
Vizsgálati autóbusz: IKARUS 280.40
58
Vizsgálati autóbusz: Volvo 7700A
59
Ikarus 280.40 típusú, BPO-485 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és BAUMOT BA1012 típusú részecskeszűrővel
60
Ikarus 280.40 típusú, BPO-429 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és HJS 94622034 típusú részecskeszűrővel
61
Ikarus 280.40 típusú, BPO-440 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és REMUS B12 típusú részecskeszűrővel
62
Ikarus 280.40 típusú, BPO-416 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és DCL B484-SF-XX12-X3 típusú részecskeszűrővel
63
VOLVO 7700A típusú, FLR-711 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és a VOLVO 703304450 típusú részecskeszűrővel
64
A HJS gyártmányú, teljes-áramú szűrő hatása a 13 lépcsős vizsgálatnál a részecske emisszióra méret szerinti számlálással és gravimetrikusan mérve Összrészecske: 7nm- 2mm [#/kWcm3]
Finomrészecske: 7nm- 250nm [#/kWcm3]
3000000
600
3000000
600
Gyári kip.dob 2500000
Gyári kip.dob
HJS 94622034 372,14
2000000
1500000
1000000
173,45
157,56 92,83
81,05
500000
58,92
49,47
40,85
0
82,26
67,66
500
2500000
400
2000000
300
1500000
200
1000000
100
500000
0
0
2
3
4
5
6
300
7
8
9
10
11
12
13
200
169,05
153,78 79,7
90,99 57,99
48,65
40,1
0
0 1
400
362,7
25,61
0
500
HJS 94622034
80,52
66,64
0
0
0
Átlag
100
24,85
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Átlag
Gravimetrikus részecske [g/kWh] 0,07
Gyári kip.dob 0,06
0,06587
HJS 94622034 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01
0,00469
0
65
A HJS gyártmányú, teljes-áramú szűrő hatása a 13 lépcsős vizsgálatnál az NOx, NO2 és CO emisszióra NOx [g/kWh]
NO2 [g/kWh]
12
4,5 Gyári kip.dob
10
Gyári kip.dob
4
HJS 94622034
HJS 94622034
3,5
8
3 2,5
6
2 4
1,5 1
2
0,5 0
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Átlag
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Átlag
CO [g/kWh] 6 Gyári kip.dob 5 HJS 94622034 4
3
2 1
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Átlag
66
A HJS gyártmányú, teljes-áramú szűrő hatása a 13 lépcsős vizsgálatnál a CH emisszióra valamint a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztásra és teljes terhelésnél a fényelnyelés elvén mért füst-emisszióra Fogyasztás [g/kWh]
CH [g/kWh]
500,0
1,2
Gyári kip.dob
450,0
Gyári kip.dob 1
400,0
HJS 94622034
HJS 94622034
350,0
0,8
300,0 250,0
0,6
200,0
0,4
150,0 100,0
0,2
50,0 0,0
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
Átlag
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Átlag
Mért füst K [m-1] 0,35 Gyári kip.dob 0,3 HJS 94622034 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 1900 [rpm] 1800
1600
1400
1200
1000
850
Szab.gyors.
67
A részecskeszűrő gyártmánya
típusa
kialakítása
működési elve tömege ellennyomása* [kg]
méhsejtszerk.
DCL
3150-FF-5S55-21
DCL
3150-DQ-AS12-X4
DCL
9582-FF-5C55-21
DCL
B416-SF-BN12-X3
HJS
94622034
Remus
B12
méhsejtszerk.
szinterfém
[mbar]
NOx
emissziócsökkentése [%] PMszgy. CO HC PM db füst
Mérés dátuma:
Jegyzőkönyv sz.:
teljesáramú
28,7
187
9,3 91,3 88,9 91,5
99,1
2007.06.08
14.
részáramú
18,9
123
6,1
21,7
2007.05.25
8.
teljesáramú
60,5
151
0,6 92,4 83,3
90
96,0
2007.10.11
18.
részáramú
44,7
167
1,8 80,4 66,7 61,4
62,8
2007.10.11
20.
58
128
4,2 84,4 94,1 92,9
93,2
2007.12.19
26.
részáramú
48,7
115
4,2 85,1 77,8 58,5
56,5
2007.12.20
31.
teljesáramú
37,6
167
4,8 86,1 88,9 88,6
93,5
2008.02.21
35.
4,5 80,2 77,8 58,1
43,9
2008.02.21
37.
30,1
2008.02.26
38.
teljesáramú
90
81 46,6
GAT Eurokat DPX1 870.30850 I. prototip.
méhsejtszerk.
GAT Eurokat 870.01.30850 II. prototip.
kerámiaszivacs részáramú
35,6
273
GAT Eurokat 870.01.30850 III. prototip.
kerámiaszivacs részáramú
35,2
309
Baumot
méhsejtszerk.
teljesáramú
15,5
160
4,8 86,1 88,9 88,3
99,3
2008.02.27
40.
70330450
teljesáramú
29,2
215
-0,9 80,0 70,0 93,6
96,8
2008.03.20
3.
I.
részáramú
40
161,3
6,2 97,7 97,0 77,0
58,0
2009.04.16
14.
részáramú
47
85
4,7
49,6
2009.06.10
17.
VOLVO
BA1012 +
ECOCAT DCL
++
méhsejtszerk.
B484-SF-XX12-X3
93 84,8 84,7
Városi autóbuszokon vizsgált részecskeszűrők adatai és az emisszió csökkentés + ++
A vizsgálati motor típusa: Rába D10 UTSLL 160 A VOLVO részecskeszűrő vizsgálata A RÁBA D10 TLL 225 E3 típusú motoron történt.
Az ECOCAT I. tip.részecskeszűrő vizsgálata a RÁBA D10 UTSLL 190 típusú motoron történt.
10. Táblázat
68
A részecskeszűrő előtti nyomás- és hőmérséklet-adatok regisztrálására kifejlesztett adatgyűjtő készülék 1 – részecskeszűrő 2 – központi egység 3 – kommunikációs egység 4 – nyomásmérő csatlakozópontja
5 – hőmérő csatlakozópontja 6 – áramforrás 7 –kondenzvízleválasztó
8 – adatátviteli illesztőegység 9 – számítógép
69
Példa az adatgyűjtő készülék nyomás- és hőmérőjének bekötésére a részecskeszűrő elé
70
Az adatgyűjtő készülék kommunikációs egységének elhelyezése az autóbusz vezetőfülkéjében
71
A BAUMOT szűrő előtt regisztrált ellennyomás és hőmérséklet gyakoriság-eloszlása
72
A REMUS szűrő előtt regisztrált ellennyomás és hőmérséklet gyakoriságeloszlása
73
A HJS szűrő (BPO-429 frsz busz) ellennyomás és hőmérsékletek alakulása 2009.04.16.-11.19. között
74
A HJS szűrő (BPO-429 frsz busz) ellennyomás és hőmérsékletek alakulása 2010. 05.03.-05.10. között
75
Részecskeszűrők utólagos beépítésének költség/haszon elemzése autóbuszokra vonatkozóan Dízelüzemű autóbuszok részecskeszűrővel történő utólagos felszerelésének költség/haszon elemzése Kipufogógáz-emisszió EURO határérték kategória dízelüzemű autóbuszok darabszáma
EURO 0-1
EURO 2
EURO 3
EURO 4
50
50
150
10
PM határérték [g/kwh]
0,36
0,15
0,1
0,02
kibocsátás a határ 80 %-a [g/kwh]
0,28
0,12
0,08
0,016
évi futásteljesítmény [km]
70000
70000
70000
70000
átlagsebesség [km/h]
20
20
20
20
évi üzemidő [óra/év]
3500
3500
3500
3500
átlagos teljesítmény [kW]
100
100
100
100
évi PM emisszió [kg/év,busz
100,8
42
28
5,6
kiszűrt PM [kg/év,busz]
90,7
37,8
25,2
5,04
autóbusz hátralévő élettartama [év]
5
10
15
15
összes kiszűrt PM emisszió [kg/év,flotta]
4535
1890
3580
50,4
összes kiszűrt PM emisszió [kg/élet, flotta
22675
18900
56700
756
a szűrő ára [EURO]
5000
5000
5000
5000
1 kg PM externális költsége [EURO]
300
300
300
300
egy autóbuszon egy év alatt megtakarított költség [EURO/év,busz]
27210
11340
7560
1512
Megtérülés, költség/éves haszon [év]
0,18
0,31
0,66
3,3
76
Következtetések, javaslatok • A részecskeszűrő utólagos felszerelése hatékony és megbízható eszköz a részecske-emisszió csökkentésére • Ezek alkalmazásba vétele több országban már megtörtént kedvező eredményekkel • A hazai alkalmazásba vétel feltétele a minősítési követelmények és felügyelet rendszerének, valamint a támogatás stratégiájának a kialakítása • A hazai bevezetés elősegítésére indokolt az EU és egyéb külföldi környezetvédelmi támogatási lehetőségek feltárása 77
A részecskeszűrő CRT és a szelektív katalizátor SCR együttes alkalmazása SCRT Forrás:Proventia
78
SCRT Kialakítása Forrás: Proventia
79
A részecskeszűrő és a szelektív katalizátor együttes alkalmazása
80
SCRT rendszer beépítése Forrás: HJS-467
19
81
SCRT rendszer alkalmazásával elérhető emisszió csökkentés Forrás: HJS-467
82
Köszönöm a figyelmet! Dr. Merétei Tamás tudományos főmunkatárs
Közlekedéstudományi Intézet Járműtechnikai, Környezetvédelmi és Energetikai Tagozat
[email protected] Tel.:(06-1)-371-5848 83
Akerman H 14 részecskeszűrő, 2300 üzemóra után kiégetve és kifújva
Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29.
84
Szinter-fém szűrő tisztítás előtt (baloldalon) és tisztítás után (jobboldalon) Ash loaded sintered metal filter before (left) and after (right) cleaning (Forrás: Andreas Mayer et al: Particle Filter Retrofit for all Diesel Engines)
85
Magas olajfogyasztás jele
Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29.
86
Szétverődött katalizátorok és szűrők
Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29.
87
Túlmelegedés jele
Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29.
88
Ellenőrizetlen regeneráció általi túlhevülés mint a leggyakoribb károk
Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29.
89
90
