燃氣熱水鍋爐島煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制

賀海東

（中機中電設(shè)計研究院有限公司，北京 100048）

1 前言

鄭常莊燃氣熱電廠位于北京西四環(huán)與吳家村交叉口的東北角處，其廠址南鄰靛廠路，西距四環(huán)路125m，與最近的已建居民區(qū)相距約80m，于2006年開始設(shè)計，2007年建成。燃氣熱電廠鍋爐島共安裝了3臺燃氣熱水鍋爐，單臺鍋爐的供熱能力為116.3MW（合100Mkcal/h），3臺鍋爐總供熱能力為348.9MW（合300Mkcal/h）。熱電廠采用天然氣作為燃料，其大氣污染物排放可以滿足北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/139-2002）的相關(guān)要求。但由于該廠鍋爐島的送風(fēng)機、燃燒器等產(chǎn)生的噪聲較強，其噪聲可以沿著煙風(fēng)管道、煙囪一直擴散；同時，為了提高煙氣抬升高度，防止煙氣下泄，煙囪出口處煙氣流速往往較高，其氣流再生噪聲也會與煙風(fēng)系統(tǒng)的空氣動力性噪聲疊加，推高煙囪出口處噪聲的等級。煙囪成為噪聲源以后，由于其幾何高度高，影響范圍廣，周邊各個方向的居民區(qū)，尤其是高層居民住宅，都會受到其噪聲影響，因此，煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制是該項目的重要建設(shè)內(nèi)容之一。

另外，雖然該項目是按舊標(biāo)準(zhǔn)（即GB 3096-93標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，晝間55dB(A)，夜間45dB(A)）考慮的相關(guān)設(shè)計參數(shù)，但2008年發(fā)布的新標(biāo)準(zhǔn)（GB 3096-2008）中Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)的具體標(biāo)準(zhǔn)值沒有調(diào)整，因此，噪聲控制的效果也就沒有因為新、舊標(biāo)準(zhǔn)的過渡而受到影響。該項目于2007年投入運行，當(dāng)年即通過了包括噪聲監(jiān)測在內(nèi)的聯(lián)合驗收。噪聲監(jiān)測結(jié)果表明，該項目運行前后，周邊居民區(qū)整體的噪聲水平基本維持原狀不變，項目運行4年來，尚無噪聲控制方面的投訴，因而煙風(fēng)系統(tǒng)的噪聲控制收到了預(yù)期效果。

2 項目噪聲源概述

熱電廠熱水鍋爐島共布置了3臺熱水鍋爐，相應(yīng)布置了3套送風(fēng)系統(tǒng)、3套燃燒系統(tǒng)以及3套煙風(fēng)系統(tǒng)。其中，煙風(fēng)系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)是主要的噪聲源。煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源是3臺送風(fēng)機及其配套電機；燃燒系統(tǒng)的噪聲源是3套燃燒器及其輔助設(shè)備。

鍋爐燃燒器采用的是芬蘭進口設(shè)備，其噪聲值相對較低，為80dB(A)，3臺送風(fēng)機作為主要聲源，其噪聲由進、排氣噪聲、機械噪聲和電磁噪聲等構(gòu)成，送風(fēng)機噪聲是指其整體噪聲。3臺送風(fēng)機的規(guī)格型號相同，其噪聲性能亦相同。送風(fēng)機噪聲各倍頻帶聲壓級以及A、C聲級見表1。

表1 送風(fēng)機各倍頻帶聲壓級以及A、 C聲級聲級

3 噪聲控制指標(biāo)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

煙囪出口處：煙囪出口45°，1.5m高度處噪聲≤60dB(A)。

居民區(qū)窗戶外1.0m處：距離噪聲源最近的居民區(qū)窗外1.0m處，由噪聲源產(chǎn)生的A聲壓級值，晝間不大于55dB(A)，夜間不大于45dB(A)（不計背景噪聲）。

說明：項目設(shè)計階段為2006年，當(dāng)時執(zhí)行的GB 3096-93標(biāo)準(zhǔn)的具體標(biāo)準(zhǔn)值為：Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，晝間55dB(A)，夜間45dB(A)。該標(biāo)準(zhǔn)值與2008年開始執(zhí)行的新標(biāo)準(zhǔn)GB 3096-2008在數(shù)值上一致。

4 噪聲控制具體方案

4.1 送風(fēng)機（含電機）噪聲控制方案

4.1.1 性能參數(shù)概述

熱電廠3臺熱水鍋爐配套3臺型號規(guī)格均相同的送風(fēng)機，單臺送風(fēng)機及其配套電機的相關(guān)性能參數(shù)如下：

（1）送風(fēng)機

規(guī)格型號為VR64ⅢSB0RK2130；重量為6900kg；轉(zhuǎn)速950rpm；風(fēng)量180,000m3/h（按20℃考慮）；軸功率415kW。

（2）電機

規(guī)格型號為YKK450-6 450kW 6kV；額定電壓6kV；電機功率 450kW；電機轉(zhuǎn)速992rpm；重量4400kg。

4.1.2 噪聲控制方案

送風(fēng)機噪聲具有聲級較高、頻譜較寬、影響范圍較廣等特點，其峰值范圍出現(xiàn)在250～2000Hz之間，聲壓級均在100dB(A)左右，而低頻段噪聲級也較高，為80～85dB(A)之間。針對上述特點，本方案采取隔聲與消聲相結(jié)合的措施控制其噪聲，即將引風(fēng)機布置在風(fēng)機房內(nèi)；進風(fēng)口設(shè)置以阻性為主的消聲裝置，出口則利用鍋爐爐膛的抗性消聲作用進一步消除其低頻段噪聲。

（1）隔聲措施

3臺送風(fēng)機（含電機）分別布置在3座風(fēng)機房內(nèi)，而風(fēng)機房又布置在主廠房內(nèi)。風(fēng)機房采用磚混結(jié)構(gòu)，設(shè)隔聲門。密實磚墻的隔聲量按45dB(A)考慮，隔聲門的隔聲量按30dB(A)考慮，則風(fēng)機房綜合隔聲量可達35dB(A)以上。同時，為減少機房內(nèi)的混響聲，其頂棚以及四周墻面均滿鋪高效吸聲體。吸聲體吸聲材料采用容重為24kg/m3、厚度為50mm的離心玻璃棉，安裝時，留50mm厚的空腔層，以提高吸聲性能。離心玻璃棉有較高的吸聲系數(shù)，預(yù)計機房內(nèi)吸聲降噪量可達5～8dB(A)。

風(fēng)機房采用隔聲、吸聲等綜合控制措施后，預(yù)計風(fēng)機房外1m處的噪聲級可降至70dB(A)以下，再經(jīng)主廠房圍護結(jié)構(gòu)的第二次隔聲降噪后，預(yù)計主廠房外1m處的噪聲級可以降至60dB(A)以下。

（2）進風(fēng)消聲措施

3臺送風(fēng)機的進風(fēng)口均位于主廠房內(nèi)，標(biāo)高為17.5m。新風(fēng)先由主廠房兩側(cè)的窗戶進入室內(nèi)，再經(jīng)送風(fēng)系統(tǒng)送入鍋爐爐膛內(nèi)。每臺送風(fēng)機的進風(fēng)口均配置規(guī)格為D2500×4000（直徑×高度，單位mm）垂直安裝的消聲裝置。為了兼顧低頻段噪聲，消聲片的片厚取150mm，該厚度在125Hz對應(yīng)的吸聲系數(shù)可達0.50，從而提高了低頻段的消聲量；為了不降低高頻失效頻率，其消聲片的布置形式為：先垂直交叉布置2組，再在兩側(cè)對稱布置4組，每側(cè)為2組。組與組之間的片距取300mm，最外側(cè)兩組與相鄰圓周的距離為275mm。消聲片中的吸聲材料采用離心玻璃棉，容重為24kg/m3。經(jīng)計算，消聲裝置的高頻失效頻率為1200Hz，A聲級消聲量不小于30dB(A)，送風(fēng)機噪聲的A聲級可以削減至78dB(A)以下。同時，預(yù)計消聲裝置外1m處（主廠房內(nèi)）的噪聲級也可以降至78dB(A)以下，再經(jīng)主廠房圍護結(jié)構(gòu)隔聲后，預(yù)計主廠房外10m處的噪聲級可以降至60dB(A)以下。

送風(fēng)機進風(fēng)消聲裝置消聲片布置示意見圖1。

圖1 送風(fēng)機進風(fēng)消聲裝置消聲片布置示意圖

（3）出風(fēng)消聲措施

送風(fēng)機的出口風(fēng)管尺寸與鍋爐爐膛尺寸相差較大，其面積比大于1∶16，鍋爐爐膛相當(dāng)于一個大擴張室，從而起到了抗性消聲的作用，有利于進一步削減送風(fēng)機低頻段噪聲。對送風(fēng)機噪聲而言，鍋爐爐膛的抗性消聲效果與進風(fēng)消聲裝置的阻性消聲效果前后疊加后，無疑拓寬了送風(fēng)系統(tǒng)消聲控制的頻率范圍，使低、中、高頻噪聲都得到了有效消除，也等同于降低了后續(xù)煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源值，為煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制奠定了基礎(chǔ)。

4.2 燃燒器噪聲控制方案

燃燒器安裝在送風(fēng)機出口風(fēng)管上，鍋爐爐前，其產(chǎn)生的噪聲與沿風(fēng)管傳送的空氣動力性噪聲疊加后，形成了后續(xù)煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源，因此，需要考慮燃燒器的噪聲控制措施。

該項目選用芬蘭進口的燃燒器，與同類產(chǎn)品相比具有噪聲低的特點，同時，燃燒器與鍋爐爐膛匹配良好，減少了燃燒時產(chǎn)生的脈動噪聲；鍋爐送風(fēng)機與燃燒器風(fēng)道之間采用柔性連接，消除了大部分振動噪聲；鍋爐膜式壁外部采用剛性梁加固，穩(wěn)定性較好，鍋爐煙氣流速較為合理，消除了再生噪聲。因此，從燃燒器設(shè)備選型到過程控制，均考慮了聲源的控制，從而使燃燒器外1m、高度1.5m處，滿足了噪聲等級不大于80dB(A)的目標(biāo)。

綜上所述，送風(fēng)機、燃燒器產(chǎn)生的噪聲進入煙風(fēng)系統(tǒng)后，其空氣動力性噪聲為兩者疊加之結(jié)果，取80dB(A)作為后續(xù)煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源指標(biāo)值。

4.3 煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制方案

4.3.1 相關(guān)參數(shù)

鍋爐3臺；單臺鍋爐負荷變化范圍5%～100%的額定容量；鍋爐年運行3096h；工作方式為3臺并聯(lián)運行；單臺鍋爐煙氣量26萬m3/h；煙氣溫度150℃；煙囪型式為三管集束式；煙囪外徑（單管）2200mm；煙囪壁厚14mm；煙囪材質(zhì)為不銹鋼；煙囪出口消聲裝置外徑（單管）3000mm；煙囪出口消聲裝置高度（單管）6500mm；煙囪高度（含出口消聲裝置）60m。

4.3.2 控制方案

煙風(fēng)系統(tǒng)除考慮送風(fēng)機、燃燒器等設(shè)備沿?zé)燂L(fēng)管道、煙囪的傳送噪聲外，還需考慮煙氣再生噪聲，兩者疊加共同影響煙囪出口處的噪聲值。煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制措施主要從四個方面進行考慮，即連接處振動傳聲的消除；空氣動力性噪聲（送風(fēng)機、燃燒器等設(shè)備沿?zé)燂L(fēng)管道與煙囪傳播的噪聲）在煙囪出口處的削減；煙氣再生噪聲的削減；煙囪出口噪聲隨距離的衰減等。

（1）振動傳聲的消除措施

本方案考慮在煙風(fēng)管道與煙囪的連接處安裝補償器，在滿足相關(guān)工藝要求的同時，消除了煙風(fēng)管道因振動而產(chǎn)生的絕大部分振動噪聲。

（2）煙囪出口處消聲措施

該項目由于煙風(fēng)管道、煙囪的壁厚均較厚，煙風(fēng)管道還有保溫層，因此，其隔聲性能良好，噪聲沿?zé)燂L(fēng)管道、煙囪外壁向外輻射噪聲的影響可以忽略不計，而主要控制其沿?zé)燂L(fēng)管道內(nèi)部傳播的送風(fēng)機、燃燒器等產(chǎn)生的噪聲，考核點位為與外界大氣環(huán)境相通的煙囪出口處。

空氣動力性噪聲消聲措施：該項目采用的三管集束式煙囪，實際上分為三根獨立煙囪，一臺鍋爐對應(yīng)一根煙囪。消聲措施為：在每根煙囪出口處設(shè)置1臺阻性片式結(jié)構(gòu)的消聲裝置，共3臺，作為各自煙囪裝置的構(gòu)成部分。消聲裝置的規(guī)格均為D3000×6500（直徑×高度，單位mm），消聲量均相同。其消聲量采用下列公式進行預(yù)測：

ΔL=2.2?（α0）（b+h）/（b×h）l

式中：

ΔL — 消聲量，dB；

?（α0）— 消聲系數(shù)；

l — 消聲器的長度，m；

b — 氣流通道寬度，m；

h — 氣流通道高度，m。

綜上所述，送風(fēng)系統(tǒng)的噪聲經(jīng)爐膛抗性消聲后，其低頻段噪聲有了進一步的降低，因此，此處消聲片的片厚取100mm，吸聲材料采用離心玻璃棉，容重為24kg/m3，其125Hz對應(yīng)的吸聲系數(shù)為0.25。為了達到既增大片距又不降低高頻失效頻率，同時改善中高頻消聲效果等多重目的，其消聲片的布置形式采用折板式，折角為10°。消聲片共布置7組，1組沿中間位置布置，其余6組在其兩側(cè)對稱布置，每側(cè)布置3組。消聲片片距為271.5mm和285.5mm。經(jīng)計算，煙囪出口消聲裝置的高頻失效頻率大于2000Hz，A聲級消聲量大于30dB(A)，煙風(fēng)系統(tǒng)空氣動力性噪聲的A聲級可以削減至50dB(A)。

圖2為煙囪出口消聲裝置消聲片布置示意圖。

圖2 煙囪出口消聲裝置消聲片布置示意圖

（3）氣流再生噪聲削減措施

煙囪出口消聲裝置的氣流再生噪聲，采取下列公式預(yù)測其聲功率級以及聲壓級：

1）聲功率級

LWA = -5 +60lgV +10lgS±2

式中：

LWA— 氣流噪聲A聲功率級，dB(A)；

V — 消聲器內(nèi)平均氣流速度，m/s；

S — 消聲器內(nèi)氣流通道總面積，m2。

2）聲壓級

Lp = LWA -20lgr - K

式中：

Lp— 平均聲壓級，dB(A)；

r — 測點距聲源中心距離，m；

K — 常數(shù)，視煙囪出口處為無反射的自由空間確定K值。

由煙風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)可知，單臺煙囪出口消聲裝置內(nèi)通過的煙氣量為25萬～26萬m3/h（煙氣溫度為150℃），取26萬m3/h，消聲裝置的直徑大于煙囪直徑，即由直徑D2200擴展至直徑D3000。經(jīng)計算，原煙囪內(nèi)煙氣平均流速度為19 .0m/s；消聲裝置內(nèi)煙氣平均流速度為13.5m/s；氣流噪聲A聲功率級為72.14 dB(A)，對應(yīng)的平均聲壓級為57.62dB(A)，取58dB(A)。

為了減輕氣流噪聲的影響程度，同時又滿足煙囪出口煙氣流速的要求，總長度為6500mm的消聲裝置分為兩部分，其中5000mm長的部分為折板消聲段，出口段的1500mm長為未安裝消聲片的擴散減速段。擴散減速段的煙氣平均流速為10.2m/s，氣流再生噪聲的平均聲壓級相應(yīng)減至51.50dB(A)，取52dB(A)。

（4）煙囪出口初噪聲疊加預(yù)測

噪聲疊加考慮兩方面的疊加：1）對單根煙囪而言，考慮空氣動力性噪聲與煙氣再生噪聲的疊加，即50dB(A)與52dB(A)的疊加，其結(jié)果為54.1dB(A)。2）對三根煙囪而言，考慮三者的疊加，即三個54.1dB(A)的疊加，其結(jié)果為58.9dB(A)，取60dB(A)。

（5）消聲裝置壓力損失預(yù)測

煙囪出口消聲裝置的壓力損失用全壓損失表示，采用下列公式進行預(yù)測：

ΔH = 1/2ξPV2

式中：

ΔH — 全壓損失，Pa；

ξ— 阻力系數(shù)；

P — 煙氣密度；

V — 消聲器內(nèi)氣流速度，m/s。

經(jīng)計算，消聲裝置全壓損失小于200Pa，符合設(shè)計要求，不會對煙囪排煙效果造成影響。

4.3.3 距離衰減預(yù)測

將煙囪出口處噪聲源，作為點聲源看待，按下列公式預(yù)測其隨距離的衰減值：

ΔL = 20lg（r2／r1）

式中：

ΔL — 噪聲隨距離的衰減值dB(A)；

r1— 受聲點1至聲源的距離，m；

r2— 受聲點2至聲源的距離，m。

離開噪聲源（煙囪出口）不同距離處的聲壓級預(yù)測值見表2。

表2 距離聲源不同距離處聲壓級預(yù)測 （單位：dB(A)）

5 監(jiān)測結(jié)果及說明

鄭常莊燃氣熱電廠項目于投產(chǎn)當(dāng)年（2007年）進行了聯(lián)合驗收，其中，環(huán)境噪聲監(jiān)測安排在離項目所在地最近的居民區(qū)（約80m）窗戶外1m處進行。先測試本底噪聲，然后檢測項目運行后噪聲。測試結(jié)果為：本底噪聲：晝間53.5dB(A)～56.7dB(A)，夜間42.5～45.5dB(A)；項目運行后，居民窗戶外1m處的噪聲值維持本底值不變，即項目的運行對居民區(qū)噪聲基本沒有影響。同時，也測試了煙囪出口處噪聲，其結(jié)果為：煙囪出口45°，1.5m高度處為56.6～59.3dB(A)，滿足有關(guān)要求。

說明：由于鄭常莊燃氣熱電廠建設(shè)之時，廠址周圍已經(jīng)建成了不少居民區(qū)，最近的居民區(qū)與聲源相距約80m，因此，項目總承包單位對噪聲控制工作非常重視，除了要求嚴格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，還要求煙囪出口處的噪聲不大于60dB(A)。根據(jù)表2的預(yù)測結(jié)果可以看出，距離聲源80m處，噪聲已經(jīng)衰減至25.5dB(A)，與夜間45dB(A)的標(biāo)準(zhǔn)值相比低了將近20dB(A)，其對標(biāo)準(zhǔn)值的疊加效應(yīng)已經(jīng)完全可以忽略了，因此，項目運行后對周邊居民區(qū)的影響也就基本不存在了，而項目運行4年來，沒有出現(xiàn)噪聲擾民的投訴，也從一個側(cè)面印證了這一點，燃氣熱水鍋爐島噪聲控制效果達到了預(yù)期目標(biāo)。

（略）