燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠噪聲分析及控制

梁常德，毛瑞勇，龔鳳海，歐炎

（1.深圳市人居環(huán)境技術審查中心，深圳518057；2.貴州大學，貴陽 550025；3.北京綠創(chuàng)聲學工程股份有限公司,北京102200）

燃氣―蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組以天然氣、燃油和整體煤氣化為主要燃料[1]。由于天然氣是石化能源中最潔凈的燃料，在燃燒性能、熱值、運輸等各方面都呈現(xiàn)了優(yōu)越的性能,以天然氣為燃料的燃氣—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)機組與常規(guī)火力發(fā)電機組相比具有最低的污染排放[2]。由燃氣輪機、余熱鍋爐和蒸汽輪機組成的聯(lián)合循環(huán)電廠由于高效率、低排放、運行方式靈活、調峰性能好,在發(fā)電領域中起著日益重要的作用，我國政府大力鼓勵發(fā)展以天然氣為燃料的燃氣—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術。然而，以天然氣為燃料的聯(lián)合循環(huán)熱電廠有一個不容忽視的環(huán)境問題，即噪聲污染問題[3]。由于燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠大多建設在經濟較發(fā)達、人口較稠密的大、中城市附近，且電廠輔助生產系統(tǒng)較簡單，設備較少，廠區(qū)面積小，設備與廠界距離較近，噪聲對廠界和周圍環(huán)境（主要是居民敏感點）往往造成污染。本文將結合工程實踐總結，對以天然氣為燃料的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠主要噪聲源進行分析，并探討性地提出該類電廠相關噪聲控制技術措施。

1 噪聲源分析

1.1 主要噪聲源區(qū)域及噪聲水平

根據多個以天然氣為燃料的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠（如北京太陽宮燃氣熱電廠、北京鄭常莊燃氣熱電廠、杭州半山燃氣熱電廠和廣州大學城分布式能源站等）噪聲治理工程中的實踐，燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠廠區(qū)內噪聲主要分布區(qū)域有蒸汽輪機房（又稱主廠房）、燃氣輪機區(qū)、余熱鍋爐區(qū)、機力通風冷卻塔區(qū)、變壓器區(qū)、天然氣調壓站等，以及循環(huán)水泵房、化水車間、綜合水泵房等輔助設備房，主要聲源設備區(qū)的典型噪聲值如下表1。

1.2 重點聲源區(qū)域噪聲分析

典型的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠廠區(qū)分布有燃氣輪機、燃氣發(fā)電機、蒸汽發(fā)電機、機力通風冷卻塔、燃機主變壓器、汽機主變壓器、天然氣增壓設備以及各種輔機、水泵、風機等上百個聲源設備。根據燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠特點，擬重點對設備相對集中、噪聲輻射面廣、對環(huán)境噪聲貢獻明顯；且治理難度較大的聲源區(qū)域進行分析。根據工程實踐，不同燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠雖然采用的機組型號、品牌、機組數量等不同，但同類噪聲源設備的噪聲值及頻譜相差不大。為便于分析，下述所引用的噪聲數據均為同類工程實測噪聲數據。

1.2.1 蒸汽輪機房（主廠房）區(qū)域噪聲分析

國內典型的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠，其蒸汽輪機房主體結構一般為下部墻體混凝土結構、中上部墻體輕質彩鋼壓型板結構的三層高大廠房，上下層之間為鋼結構網架連通結構（即沒有明顯的實體地板隔離）。一層主要有凝汽器，凝結水泵及各類管道閥門等設備；二層主要有均壓箱、軸封加熱器及蒸汽管道等設備；三層主要有發(fā)電機、蒸汽輪機、勵磁器及各種管道。

（1）蒸汽輪機及其發(fā)電機組噪聲

蒸汽輪機及其發(fā)電機組一般均配有機體隔聲罩，由于聲源強度高，且隔聲罩對不同頻譜隔聲的可選擇性較差，因此，蒸汽輪機及其發(fā)電機隔聲罩外噪聲值仍然較高，聲級一般大于85 dB（A），且500 Hz以下的低頻成分較豐富，如圖1所示。

（2）蒸汽輪機廠房內噪聲

蒸汽輪機房內主要輔助設備聲源有：潤滑和密封油儲存、冷油及凈化裝置；真空泵、凝結水泵；自動濾水器；熱網系統(tǒng)的各種泵（循環(huán)水泵、疏水泵、補水泵、定壓泵、采暖泵等）；開、閉式冷卻水泵軸封加熱器、軸封風機等。機組運行時，多個高強聲源設備同時在一個封閉空間輻射噪聲，直達聲和反射聲相互疊加，由于廠房為多層連通結構，廠房內不同空間位置的噪聲值差別不大，聲級一般在90 dB（A）～100 dB（A）之間,且低、中、高頻率聲級均較高，頻帶寬，整個廠房內近似混響聲場，如圖2所示。

表1 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠主要聲源區(qū)域及設備噪聲Fab.1 The main sound source area and equipment noise for gas-steamcombined cycle power plant

圖1 蒸汽輪機組噪聲頻譜特性Fig.1 Steamturbine noise spectrumcharacteristics

圖2 蒸汽輪機廠房內噪聲頻譜特性Fig.2 The indoor noise spectrumcharacteristics of steamturbine workshop

1.2.2 燃氣輪機區(qū)域噪聲分析

（1）燃氣輪機及其發(fā)電機組噪聲

燃氣輪機組在廠區(qū)一般為露天布置，燃氣輪機因功率大，屬于高強噪聲源，近場噪聲級一般大于85 dB(A)，其低、中、高頻率聲級均較高，屬寬頻噪聲，如圖3所示。噪聲主要來自于燃氣輪機本體（含軸承冷卻空氣模塊）、燃機發(fā)電機、燃氣輪機進風口和煙囪排氣口。

（2）燃氣輪機組進氣管壁輻射噪聲

燃氣輪機增壓機和透平機的高噪聲透過燃氣輪機組進氣管管壁向外輻射，同時氣流激發(fā)管道振動輻射噪聲，燃氣輪機進氣管壁輻射的噪聲一般大于85 dB(A)，含有較多的低頻成分。由于燃氣輪機進氣管道分布面積較大，相當于一個大而強的面聲源。

（3）燃氣輪機組空氣過濾器進風口噪聲

圖3 燃氣輪機組噪聲頻譜特性Fig.3 Gas turbine noise spectrumcharacteristics

通過燃氣輪機空氣過濾器進風口輻射的噪聲，其聲級一般大于80 dB(A)，低頻成分多。噪聲通過空氣過濾器后雖得到較大幅度衰減，但過濾器對噪聲的衰減有明顯的選擇性，即高頻衰減多，低頻衰減少，因此，從空氣過濾器進風口輻射的噪聲往往以500 Hz以下低頻為主，如圖4所示。

圖4 燃氣輪機組空氣過濾器進風口噪聲頻譜特性Fig.4 Gas turbine inlet air filter noise spectrumcharacteristics

1.2.3 余熱鍋爐區(qū)域噪聲分析

余熱鍋爐在廠區(qū)一般為露天布置，包括鍋爐本體、鍋爐給水泵區(qū)、煙囪等。

（1）鍋爐本體噪聲

余熱鍋爐本體噪聲主要有鍋爐和煙囪之間膨脹節(jié)的漏聲、鍋爐水平煙道輻射噪聲、鍋爐頂層中高壓給水調節(jié)閥后隔離閥節(jié)流噪聲，以及鍋爐制氧罐噪聲等。余熱鍋爐本體近場平均噪聲級一般大于80 dB(A)，主要集中在500 kHz以下頻段，如圖5所示。

（2）鍋爐給水泵區(qū)噪聲

余熱鍋爐區(qū)域地面層一般設置有低壓省煤器循環(huán)水泵和高中壓給水泵等，采取露天布置或置于半封閉水泵間。鍋爐給水泵區(qū)噪聲主要有電磁噪聲、機械噪聲、流體通過管道和閥門的節(jié)流噪聲等，其近場噪聲級一般大于85 dB(A)，且低、中、高頻率聲級均較高，其中125 Hz～1 000 Hz頻段噪聲相對較大，屬寬頻噪聲，如圖6所示。

圖5 余熱鍋爐本體噪聲頻譜特性Fig.5 Waste heat boiler noise spectrumcharacteristics

圖6 余熱鍋爐給水泵區(qū)噪聲頻譜特性Fig.6 Waste heat boiler feed pump noise spectrumcharacteristics

（3）鍋爐煙囪排口噪聲

從余熱鍋爐煙囪排口輻射的噪聲主要包括：燃氣輪機產生的燃燒噪聲經過鍋爐主體和煙道自然衰減到達鍋爐煙囪排口的噪聲、鍋爐和煙道局部結構變化產生的湍流噪聲和煙囪排口的氣流再生噪聲，其最大特點就是低頻非常豐富，因為燃氣輪機產生的高強燃燒噪聲經過余熱鍋爐后，高頻部分得到衰減，而低頻衰減卻很小。根據實測，余熱鍋爐煙囪排口噪聲一般大于90 dB(A)，主要集中在500 Hz以下頻段，越到高頻段聲級越小，呈陡降型曲線，如圖7所示。

泿水，從禱過山下流出，一直流向南方的大海。水中有很多虎蛟，身體像魚，長著蛇的尾巴，發(fā)出的聲音好像鴛鴦鳴叫。據說吃了它們的肉不會生毒瘡，還能治愈痔瘡。

1.2.4 機力通風冷卻塔區(qū)域噪聲分析

大型機力通風冷卻塔噪聲主要包括淋水噪聲、風機空氣動力性噪聲、冷卻塔電機噪聲、傳動裝置（減速箱及傳動軸）產生的機械噪聲、減速箱及其電機振動導致的固體傳聲等[4]。

（1）冷卻塔風口輻射噪聲

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電廠機組的冷卻水系統(tǒng)常采用機力通風冷卻塔進行冷卻，并配置有多組多格冷卻塔。機力通風冷卻塔區(qū)域噪聲成分中，主要是從進風口和排風口輻射的噪聲。進風口輻射的噪聲，主要為淋水噪聲，此部分噪聲由水的勢能撞擊冷卻塔中的填料和集水池水面產生。其次還有通過風筒逆向輻射出來的軸流風機噪聲，以及排風口輻射的噪聲，即軸流風機產生的空氣動力性噪聲。此部分噪聲由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。進風口噪聲和排風口噪聲，一般都大于80 dB(A)，主要集中在1 000 Hz以下中低頻段，呈現(xiàn)中低頻特性，如圖8所示。

圖7 余熱鍋爐排口噪聲頻譜特性Fig.7 Waste heat boiler exhaust noise spectrumcharacteristics

圖8 機力通風冷卻塔風口噪聲頻譜特性Fig.8 Cooling tower outlet noise spectrumcharacteristics

（2）冷卻塔振動“二次”噪聲

目前，國內機力通風冷卻塔在設計時大多將動力設備與其基座剛性連接，而基座平臺往往與冷卻塔塔體相連。冷卻塔高速旋轉時，在動力設備的激勵下，必然會引起冷卻塔墻體出現(xiàn)高頻強迫振動，墻體振動以面源的形式向外輻射出以中低頻率為主的高噪聲。研究表明，大型機力通風冷卻塔在風機高速運轉下，固體傳聲輻射的“二次”噪聲是機力通風冷卻塔區(qū)域的主要聲源之一[5]。

1.2.5 變壓器區(qū)域噪聲分析

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電廠變壓器區(qū)域，常布置燃機主變壓器、汽機主變壓器和廠用工作變壓器。變壓器噪聲主要由三部分組成：一是鐵心硅鋼片的磁致伸縮振動噪聲；二是線圈導線產生的電磁噪聲；三是變壓器冷卻風扇產生的氣流噪聲。燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠變壓器區(qū)域近場噪聲級一般大于65 dB(A)，由于變壓器線圈鐵心在磁通作用下產生磁致伸縮的影響，噪聲在500 Hz以下低頻部分比較豐富，呈現(xiàn)中低頻特性，如圖9所示。

圖9 變壓器區(qū)域噪聲頻譜特性Fag.9 Transformer area noise spectrumcharacteristics

1.2.6 天然氣調壓站區(qū)域噪聲分析

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電廠天然氣調壓站的主要功能是把送至電廠的天然氣進行增壓，并經天然氣前置模塊預加熱和過濾后送至燃氣輪機。天然氣調壓站在運行過程中近場噪聲級一般大于75 dB(A)，主要集中在1 000 Hz以上頻段，呈現(xiàn)中高頻特性，如圖10所示。

圖10 天然氣調壓站噪聲頻譜特性Fag.10 Pressure regulating station noise spectrumcharacteristics

1.2.7 其它區(qū)域噪聲分析

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電廠內的其它主要聲源區(qū)域包括化水車間、循環(huán)水泵房、空氣壓縮機房和污水處理站設備房等輔助設施房，主要噪聲設備為水泵、壓縮機及電機等的機械噪聲，室內噪聲級一般大于80 dB(A)。由于以上設施用房一般為封閉的土建結構用房，具有良好的隔聲效果，因此，對這類輔

2 噪聲控制技術措施

對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電廠的噪聲控制需采用綜合性噪聲控制技術，一般以隔聲為主要措施，其次是消聲、吸聲、阻尼和減振等。根據國內燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠特點，結合工程實踐經驗，對該類型電廠重點聲源區(qū)域提出常用的噪聲控制技術措施如下所述。

2.1 蒸汽輪機房（主廠房）區(qū)域措施

國內燃氣―蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電廠蒸汽輪機主廠房一般設計為高大空間框架輕鋼結構，下部為土建結構，中部、上部和屋面均采用單層彩鋼壓型板做墻體。廠房內聲源設備繁多，噪聲強度高，而單層彩鋼壓型板墻的隔聲量極其有限，同時廠房的門、窗、風口、孔洞等又是隔聲薄弱部位，因此，對主廠房噪聲的控制，常采取以下主要技術措施：

（1）墻體隔聲吸聲處理。蒸汽輪機廠房的單層彩鋼壓型板墻體往往不能滿足隔聲降噪量要求，廠房內是一個大型聲混響空間，如不進行內部吸聲處理，廠房墻板和屋面隔聲負荷將大大增加。因此，對廠房應采取符合“質量定律”設計的多層吸、隔聲復合聲學結構輕型墻板，例如“穿孔飾面+吸聲材料層+空腔+隔聲材料層+吸聲材料層+阻尼層+原彩鋼壓型墻板”聲學結構；

（2）廠房進排風消聲處理。蒸汽輪機房一般為自然通風散熱，噪聲會通過墻面進風口和屋頂散熱風口輻射。因此，需增加機械排風措施，并在屋頂排風口設置1 000 mm～1 500 mm長的排風消聲通道，墻面進風口設置2 000 mm～2 500 mm長的進風消聲通道；

（3）廠房門窗隔聲處理。蒸汽輪機廠房采用與墻體隔聲量匹配的隔聲門和隔聲窗，墻面一般采取安裝雙層隔聲窗（或雙道隔聲窗）的措施。

2.2 燃氣輪機及余熱鍋爐區(qū)域措施

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠的燃氣輪機和余熱鍋爐一般露天安置，且因工藝需要，燃氣輪機系統(tǒng)和余熱鍋爐系統(tǒng)常常緊臨布置，該區(qū)域高強噪聲直接向周圍輻射，對周圍噪聲貢獻明顯。為此，常采取以下主要技術措施：

（1）燃氣輪機和余熱鍋爐本體緊身封閉處理。對燃氣輪機和鍋爐本體采取緊身封閉隔聲，緊身封閉高度至燃氣輪機和鍋爐主體頂部，并依所需降噪助設施用房的噪聲控制在做好室內吸聲、門窗隔聲和風口消聲即可。量決定是否設封閉屋面。緊身封閉墻板設計成多層吸、隔聲復合聲學結構的輕型墻板，墻板厚度100 mm～150 mm，并安裝與封閉墻板隔聲量相匹配的便于設備檢修的隔聲門窗。緊身封閉設計時，根據燃氣輪機和鍋爐散熱量計算預留進排風散熱風口面積，采取機械排風，并安裝匹配的排風消聲器（2 000 mm～2 500 mm長）和進風消聲器（2 000 mm～2 500 mm長），排風機啟停轉換由溫控系統(tǒng)自動實現(xiàn)；

（2）煙囪排氣口消聲處理。在燃氣輪機和余熱鍋爐煙囪頂部，設計專用的排氣消聲器。排氣消聲器應加裝在煙道的排口（一般設置2 000 mm長，或分段設置），并盡量降低氣流通過流速；

（3）燃氣輪機和余熱鍋爐緊身封閉完成后，還需對外側的各種管道進行隔聲包扎，包扎厚度常采用100 mm、150 mm、200 mm規(guī)格；

（4）余熱鍋爐給水泵區(qū)隔聲處理。設置水泵隔聲間，對便于設備運行觀察和檢修而預留的門窗，安裝與隔聲間墻板隔聲量相匹配的隔聲門窗，門窗設置盡量背向（遠離）廠界側；隔聲間設備散熱采取機械強制排風，并安裝匹配的排風消聲器（2 000 mm～2 500 mm長）和進風消聲器（2 000 mm～2 500 mm長）；孔洞縫隙進行封堵；室內設置一定數量吸聲面積以改善混響。

2.3 機力通風冷卻塔區(qū)域措施

對于燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠機力通風冷卻塔的噪聲控制，必須充分考慮以下幾方面問題：①機力通風冷卻塔軸流風機壓頭很小，對外圍設計增加的阻力損失十分敏感，如果阻力損失過大，會影響機組的效率；②冷卻塔消聲裝置的設計應首先考慮阻力損失，即依據不影響冷卻塔正常運行的最大阻力損失來設計消聲裝置，因此有可能達不到所要求的最低降噪量，如果兩者發(fā)生沖突，只能優(yōu)先考慮阻力損失，而非聲學效果；③冷卻塔降噪常需采取雙管齊下的方式，既要從設備源降低噪聲，又要在外圍設置降噪措施，兩者缺一不可；④通常因冷卻塔風機基礎沒有專業(yè)的減振設計，容易產生強烈的固體“二次”噪聲，并成為導致廠界噪聲超標的主要原因之一。對大型機力通風冷卻塔噪聲控制，常采取以下主要技術措施：

（1）冷卻塔集水池加裝落水消能裝置。根據工程經驗，在冷卻塔下部集水池加裝落水消聲墊可降低淋水噪聲8～12 dB(A)，不但能實現(xiàn)較好的降噪效果，而且在很大程度上減輕了因單一依賴進風消聲裝置進行消聲降噪帶來的系統(tǒng)阻力損失增大問題；

（2）冷卻塔外圍設置降噪裝置。當所需降噪量小于15 dB（A）時，常采取在進風口外圍設置隔聲屏障的措施，當所需降噪量大于15 dB（A）時，應在冷卻塔的進風口設置大型過渡導流裝置及可拆卸進風消聲裝置（有效消聲段長一般1 500 mm～2 500 mm）；冷卻塔排風口設置大型動壓回收裝置及可拆卸排風消聲裝置（有效消聲段長一般1 200 mm～2 000 mm）；對電機加裝隔聲罩，并預留與隔聲量相匹配的散熱消聲通道；

（3）冷卻塔風機減速機及其電機基礎隔振。進行專業(yè)的減振設計，將風機減速機及其電機安裝于與抗扭箱連接的主體鋼框架上，鋼框架帶延長臂，以盡量減少減速機在電機扭矩作用下的扭轉角，鋼框架底部安裝多個螺旋鋼彈簧隔振器，并在隔振器中設置固體阻尼。根據工程經驗，能實現(xiàn)隔振效率大于80%，降低固體傳聲輻射“二次”噪聲平均10 dB(A)以上[6]。

2.4 變壓器區(qū)域措施

對于變壓器區(qū)域噪聲，從變壓器本體采取降噪措施可能性很小，只能在傳播途徑上采取措施，常在變壓器周圍設置一定高度的隔吸聲屏障[7]?？紤]到變壓器區(qū)域噪聲屬于穿透力很強的低頻電磁噪聲，針對變壓器的低頻噪聲，采用“隔聲+吸聲+共振腔”阻抗復合式聲學結構設計的特殊聲屏障（厚度200 mm），該聲屏障彌補了阻性吸聲結構聲屏障低頻吸聲系數偏低的弱點。為了更好地滿足變壓器通風散熱要求，在聲屏障下部變壓器機體位置預留一定面積的進風口，并在進風口處設置阻抗復合式聲學結構的消聲通道（一般設置1 500 mm長）。

2.5 天然氣調壓站區(qū)域措施

典型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠的天然氣調壓站包括室內天然氣增壓和室外調壓兩部分。用于增壓的天然氣壓縮機布置在室內，壓縮機噪聲會通過建筑物透射和門、窗以及進排氣口向外界傳播；天然氣室外調壓部分噪聲則直接向外界傳播。由于天然氣壓縮機布置在土建結構廠房內，處理好隔聲門窗和通風系統(tǒng)消聲量與墻體隔聲量相匹配即可。天然氣調壓站室外部分則采取設置隔聲屏障的措施，由于天然氣調壓站區(qū)域的噪聲為中高頻特性噪聲，隔聲屏障采用阻性吸聲結構聲屏障即可，厚度常用100 mm,隔聲屏障安裝高度和位置根據聲源水平及周圍環(huán)境確定。

2.6 其它區(qū)域措施

根據工程經驗，典型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠的綜合水泵房、化水車間、加藥間、循環(huán)水泵房、污水處理站設備用房等，均布置在室內，采用土建墻體及屋面，房間墻體隔聲量能滿足要求，但噪聲會通過門、窗以及進排風散熱口向外界傳播，影響周圍環(huán)境。因此，主要降噪措施為：設置與墻體隔聲量匹配的隔聲門窗；廠房進風口設置進風消聲器，排風口設置排風消聲器（或消聲彎頭）；孔洞縫隙進行封堵；根據需要，在室內墻面安裝一定面積的吸聲體，以降低室內混響，減輕墻體和門窗等的隔聲負荷。

3 結語

以天然氣為燃料的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠是國家大力鼓勵發(fā)展的清潔、高效、環(huán)保型電廠，該類電廠獨特的特點決定了其多數建設在經濟較發(fā)達、人口較稠密的大、中城市附近。因此，電廠運行產生的噪聲可能成為潛在的環(huán)境污染問題。該類電廠設備聲源多、種類復雜、輻射面廣、約束條件多、綜合性要求高、聲源識和噪聲控制難度大。參考同類工程噪聲控制的成功經驗，該類電廠噪聲控制雖有其獨有的特點和難點，但結合項目實際情況和設備本身運行特點，采用隔、消、吸、阻尼、減振等綜合性噪聲控制技術措施，仍能實現(xiàn)有效的噪聲控制。本文依據已完成的多個大型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠噪聲治理工程成功經驗，對該類電廠主要設備聲源（或聲源區(qū)域）噪聲特性進行了分析，并提出了具體噪聲控制技術措施。對這些聲源特性分析的結果和提出的噪聲控制技術措施具有較強的針對性，能為國內同類電廠實施噪聲控制提供參考和借鑒。

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