2020/04/07

【技术】CAESES在EGC(船舶废气清洁系统)优化方面的应用

背景 

 

国际海事组织(IMO),根据全球海域船舶限硫规定MEPC.259(68)决议,要求各成员国船级社注册的船舶积极履行该决议,于2020年1月1日起,船舶烟气硫氧化物排放必须<0.5%。中国交通部也出台中国海域相关"限硫"规定,加快了船舶脱硫市场的发展。

目前,减少船舶硫氧化物排放的有效方法之一是安装废气清洗系统(EGCS)进行处理,无论脱硫过程中采用何种脱硫剂,势必产生脱硫洗涤废水。国际海事组织(IMO)对该洗涤废水排放提出了严格要求,规定了pH、浊度、多环芳烃PAH等排放限值。

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MEPC.259(68)规定决议中要求排放口4m半径处海域的PH值应不小于6.5

同时允许使用calculation-based methodology(Computational Fluid Dynamics)手段来进行验证,预示着从法规的角度CFD计算的需求量将会逐渐增多。

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CAESES作为设计仿真优化平台,结合CFD求解器,可以更好的为脱硫塔设计优化进行服务。


模拟方法及优化方向


  

CFD模拟排放口附近的洗涤水与海水的PH值中和,并计算出排水口附近4m的PH值。

完整的CFD分析模拟流程应包括,建立几何模型、计算域生成、网格划分、物理场及边界条件、计算及结果分析。

根据计算结果确认方案可行性,如不满足要求,需要调整设计方案以最终满足要求。

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案例分享

    

对某船脱硫塔排放PH模拟,并使用CAESES进行方案的优化修改。

1.几何模型

根据船舶图纸以及脱硫塔布置方案,建立模型需要的几何模型:

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2.计算域

计算域大小如下,共有三个排放口outlet1、outlet2和outlet3。

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3.网格划分

采用六面体(Trimmer)网格和边界层(Prism Layer)网格对计算域进行离散。为保模拟精度并控制网格数量,对计算域采用密度渐变的网格布局,将排放口附近做为网格数量最集中的区域,逐渐向边界扩散。

4.物理模型及边界条件


数值计算采用稳态、多组分液体、分离流、常密度、湍流等物理模型,在多组分液体中定义海水和洗舱水。

酸性的洗舱水排入碱性的海水中,可以看作酸碱中和滴定的过程。

5.初步计算结果

 

 

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PH计算分布


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出口处4m为半径PH监测计算结果

根据计算结果,目前设计方案无法满足PH6.5的要求,需要修改方案!

修改方向-增加排放端口扩散器,使得混合更加均匀。

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6.方案的修改-CAESES-Diffuser 参数化模型

选取以下设计控制变量:

diffuser叶数.gif

Diffuser 的叶数


diffuser hub直径.gif

Diffuser的hub直径


diffuser 叶片角度.gif

Diffuser叶片角度

7.方案的修改-CAESES-DOE结果

设置自动连接后,使用Sobol方式进行DOE计算,计算结果如下:

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8.结果分析

分析各个参数对PH值的敏感度

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结论:增加diffuser后,出口对应位置PH值明显提高,满足了法规的要求。

同时叶片数量与轴毂直径较叶片角度,对PH值的影响更明显!

9.延伸思考

增加扩散器会导致压力损失,压降也需要单独考虑

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