一、背景

國際海事組織(IMO)，根據全球海域船舶限硫規定MEPC.259(68)決議，要求各成員國船級社注冊的船舶積極履行該決議，于2020年1月1日起，船舶煙氣硫氧化物排放必須<0.5%。中國交通部也頒布中國海域相關"限硫"規定，加快了船舶脫硫市場的發展。

目前，減少船舶硫氧化物排放的有效方法之一是安裝廢氣清洗系統(EGCS)進行處理，無論脫硫過程中采用何種脫硫劑，勢必產生脫硫洗滌廢水。國際海事組織(IMO)對該洗滌廢水排放提出了嚴格要求，規定了pH、濁度、多環芳烴PAH等排放限值。

MEPC.259(68)規定決議中要求排放口4m半徑處海域的PH值應不小于6.5

同時允許使用calculation-based methodology(Computational Fluid Dynamics)手段來進行驗證，預示著從法規的角度CFD計算的需求量將會逐漸增多。

CAESES作為設計仿真優化平臺，結合CFD求解器，可以更好的為脫硫塔設計優化進行服務。

二、模擬方法及優化方向

CFD模擬排放口附近的洗滌水與海水的PH值中和，并計算出排水口附近4m的PH值。

完整的CFD分析模擬流程應包括，建立幾何模型、計算域生成、網格劃分、物理場及邊界條件、計算及結果分析。

根據計算結果確認方案可行性，如不滿足要求，需要調整設計方案以最終滿足要求。

三、案例分享

對某船脫硫塔排放PH模擬，并使用CAESES進行方案的優化修改。

1.幾何模型

根據船舶圖紙以及脫硫塔布置方案，建立模型需要的幾何模型：

2.計算域

計算域大小如下，共有三個排放口outlet1、outlet2和outlet3。

3.網格劃分

采用六面體（Trimmer）網格和邊界層（Prism Layer）網格對計算域進行離散。為保模擬精度并控制網格數量，對計算域采用密度漸變的網格布局，將排放口附近做為網格數量最集中的區域，逐漸向邊界擴散。

4.物理模型及邊界條件

數值計算采用穩態、多組分液體、分離流、常密度、湍流等物理模型，在多組分液體中定義海水和洗艙水。

酸性的洗艙水排入堿性的海水中，可以看作酸堿中和滴定的過程。

5.初步計算結果

根據計算結果，目前設計方案無法滿足PH6.5的要求，需要修改方案！

修改方向-增加排放端口擴散器，使得混合更加均勻。

6.方案的修改-CAESES-Diffuser 參數化模型

選取以下設計控制變量：

7.方案的修改-CAESES-DOE結果

設置自動連接后，使用Sobol方式進行DOE計算，計算結果如下：

8.結果分析

分析各個參數對PH值的敏感度

結論：增加diffuser后，出口對應位置PH值明顯提高，滿足了法規的要求。

同時葉片數量與軸轂直徑較葉片角度，對PH值的影響更明顯！

9.延伸思考

增加擴散器會導致壓力損失，壓降也需要單獨考慮

設計時，綜合考慮PH的計算結果和壓降數據。

四、總結

CAESES作為通用的設計仿真優化平臺，可在各個領域進行應用，并獲得很好的效果。本次案例是其在船舶EGC系統排放優化的方面的一部分應用，還可以應用到例如洗氣塔布置等方面，這方面在發電廢氣清洗領域已經得到了廣泛的應用。