某燃氣電廠燃機進氣管道噪聲控制工程實例解析

蘇宏兵，劉大鵬，聶美園，王五清

（1.上海新華凈環(huán)保工程有限公司，上海 200438；2.北京太陽宮燃氣熱電有限公司，北京 100028）

1 項目概況

某燃氣電廠位于城市中心，電廠附近建有多個高層住宅樓，居民樓高度約100m，與電廠主廠房的水平距離約130m（見圖1）。鄰近的居民樓為高端住宅，聲環(huán)境區(qū)劃分屬1類標準。電廠的燃機進氣口及進氣管道運行時產(chǎn)生的強烈噪聲，對鄰近高層的居民產(chǎn)生了顯著影響，需采取相應(yīng)噪聲控制措施。

圖1 電廠及周邊建筑的衛(wèi)星照片

2 噪聲源特征

該燃氣電廠的一套780MW“二拖一”燃氣—蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，年發(fā)電量34億kW·h，供熱面積1000萬m2，供熱區(qū)域40km2，占地面積9hm2。

燃機采用GE公司的機組，燃機進氣系統(tǒng)為燃機提供潔凈空氣，基本負荷下進氣風(fēng)量為190萬m3/h，進風(fēng)量較大。燃機進氣管道位于主廠房二層的屋面，共2套進氣系統(tǒng)，進氣系統(tǒng)由風(fēng)管直管段（含消聲器）、變徑段、進口過濾器等部分組成，風(fēng)管尺寸為11.5m×4.5m，變徑部分最寬可達到21m，進氣口高約12m。噪聲暴露面積非常大，屬于體型巨大的噪聲源。燃機進氣口及管道如圖2所示，燃機進氣系統(tǒng)平面與剖面圖如圖3所示。

在進氣系統(tǒng)入口處及管道壁面外進行的噪聲測量數(shù)據(jù)見表1，噪聲頻譜見圖4。根據(jù)測試結(jié)果，進氣口及進風(fēng)管道壁面的噪聲值都很高，且進氣管道壁面的噪聲值遠高于進風(fēng)口的噪聲值；進氣口及進風(fēng)管道壁面均在1600Hz、3150Hz處存在明顯的噪聲峰值。對噪聲頻譜進行A計權(quán)后發(fā)現(xiàn)，進氣系統(tǒng)的噪聲隨著頻率的增高而增大，噪聲主要集中在1000Hz至8000Hz頻率范圍內(nèi)，呈明顯的高頻特性。

圖2 燃機進氣口及管道現(xiàn)場

圖3 燃機進氣管道俯視圖與剖面圖

圖4 燃機進氣系統(tǒng)實測噪聲頻譜曲線

表1 噪聲測試數(shù)據(jù)表

窗外除受到電廠噪聲的影響外，還受到附近多條道路交通噪聲的影響，并能明顯聽到高頻單頻噪聲。從A計權(quán)后的敏感點噪聲頻譜曲線可看出，噪聲主要集中在1000Hz至4000Hz范圍內(nèi)，與進氣系統(tǒng)的噪聲頻譜相吻合。鄰近高層住宅窗外1m的噪聲頻譜見圖5。

根據(jù)上述現(xiàn)場測試分析，燃機進氣口及其管道是影響居民樓高層的主要噪聲源，且噪聲在1600Hz、3150Hz處存在明顯的峰值。

圖5 鄰近高層住宅樓窗外噪聲頻譜曲線

3 噪聲模擬分析

為更精準的分析和量化各聲源對噪聲敏感點的影響，采用專業(yè)聲學(xué)軟件SoundPLAN進一步模擬分析（見圖6），并根據(jù)計算結(jié)果指導(dǎo)噪聲控制方案的設(shè)計。

圖6 燃機進氣口噪聲影響現(xiàn)狀模擬圖

根據(jù)模擬分析結(jié)果，燃機進氣口與管道對鄰近高層居民不同樓層的噪聲貢獻量為52.0～53.8dB（A），其中燃機進氣口對居民高層的噪聲貢獻量為45.4～47.6 dB（A），燃機進氣管道與變徑對居民高層的噪聲貢獻量為50.9～52.6dB（A），管道的噪聲貢獻大于進氣口噪聲的貢獻。進氣管道系統(tǒng)對不同樓層的噪聲貢獻量見表2。

表2 居民樓不同樓層噪聲貢獻量分析表

從模擬結(jié)果可看出，在不考慮交通噪聲及其他噪聲源影響的情況下，燃機進氣系統(tǒng)即可導(dǎo)致敏感點超標7～9dB（A），其貢獻量非常明顯。

4 噪聲控制設(shè)計與措施

燃機進氣口及管道為巨大的面聲源，之前已采取了隔聲屏障的降噪措施，隔聲屏障將2個燃機進氣口的3面圍合，頂部稍微向內(nèi)折彎，可有效阻擋進氣口噪聲向水平方向傳播。但由于居民高處住戶位于高處，隔聲屏障對進氣管道無法形成有效遮擋，進氣管道噪聲仍可直接輻射到高處居民樓；進氣口雖然大部分位于隔聲屏障遮擋范圍內(nèi)，但易經(jīng)過反射、繞射之后傳播出去。

根據(jù)分析，進氣口與進氣管道的噪聲來自于燃機，傳播途徑包括管道壁面固體聲（振動）與空氣聲傳播。進氣管道風(fēng)管為5mm厚鋼板，其自身空氣聲隔聲量已經(jīng)很大，但自身阻尼很小，因此在燃機的高強噪聲激勵下仍會因振動而輻射出強烈噪聲。進氣系統(tǒng)內(nèi)已有一個長約3m的阻性片式消聲器，進氣口處的過濾裝置也能衰減部分噪聲，因此進氣口噪聲反而小于管道壁面輻射的噪聲。根據(jù)SoundPlan模擬分析，進氣口噪聲貢獻量比進風(fēng)管道貢獻量低約5dB（A），處于次要聲源。

該項目屬于改造項目，受荷載的限制，要求新增的降噪措施盡量少且荷載盡量小。根據(jù)對噪聲源貢獻量、噪聲源來源以及工程項目條件限制的綜合分析，設(shè)計方案最終確定選用進氣風(fēng)管阻尼隔聲包扎的措施，進氣口由于荷載的限制不再采取措施。

進氣直管段及變徑部分采用“阻尼噴涂+吸聲層+金屬防護面層”的方式，通過阻尼與隔聲共同作用降低噪聲。燃機進氣系統(tǒng)降噪措施示意見圖7。

阻尼降噪技術(shù)常用于管道和薄板的減振降噪。一般金屬材料如鋼、鋁、銅等，其固有阻尼很小，在激振力的作用下極易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的彎曲振動。在金屬薄板或薄管壁上涂貼阻尼材料，通過外加阻尼的方法來加大材料的阻尼以降低噪聲。當金屬薄板受激發(fā)而產(chǎn)生彎曲振動時，振動能量便迅速傳遞給涂貼在其上面的阻尼材料，引起阻尼材料分子間的摩擦和相互錯動。由于阻尼材料內(nèi)損耗、內(nèi)摩擦大，使薄板振動的能量相當一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?，從而減弱薄板彎曲振動強度，噪聲也隨之降低。阻尼主要用于抑制薄板結(jié)構(gòu)因為共振而激發(fā)起噪聲，可以降低風(fēng)管管壁的噪聲輻射效率，從而達到降低風(fēng)管壁面噪聲的作用[1、2]。燃機進氣管道阻尼噴涂施工現(xiàn)場見圖8。

圖7 燃機進氣系統(tǒng)降噪措施示意圖

圖8 燃機進氣管道阻尼噴涂施工現(xiàn)場

以燃機進氣變徑底部利用已有大型鋼梁為基礎(chǔ)，在管道外輪廓邊緣底部設(shè)置3面（左側(cè)、右側(cè)、前面）圍合的隔聲圍護結(jié)構(gòu)（見圖9）。

圖9 燃機進氣口管道阻尼隔聲圍護結(jié)構(gòu)

根據(jù)實測結(jié)果，治理后的進氣管道壁面噪聲總聲壓級減低了15～16dB（A），其中峰值頻率1600Hz噪聲降低14～15dB（A），第二峰值頻率3125Hz噪聲降低了21dB（A），治理后的噪聲得到明顯改善。治理前后的燃機進氣管道壁面噪聲頻譜見圖10。

圖10 燃機進風(fēng)管道壁面噪聲頻譜對比曲線

受現(xiàn)場條件限制，燃機進風(fēng)口未采取降噪措施。由于管道外增加阻尼的作用，進風(fēng)口處的噪聲也略有所下降，改善量約為4dB（A），1600Hz峰值處的噪聲降低約3dB（A），3125Hz峰值的噪聲降低8dB（A），2000～8000Hz的噪聲均有一定程度的降低。治理前后的燃機進風(fēng)口處噪聲頻譜見圖11。

圖11 燃機進風(fēng)口處噪聲頻譜對比曲線

居民樓頂1600Hz與3120Hz的峰值頻率噪聲已經(jīng)消失，總計權(quán)聲壓級從約60dB（A）降低到背景噪聲值約55dB（A），主要噪聲源為鄰近交通干道的交通噪聲。治理后的居民樓屋頂噪聲頻譜見圖12。

圖12 居民樓屋頂噪聲頻譜對比曲線

5 結(jié)語

燃氣電廠的燃機進氣口及管道是一個巨大的噪聲源，燃機噪聲通過固體聲與空氣聲對外界產(chǎn)生影響。通過對噪聲源及其傳播途徑進行分析，針對燃機進氣口管壁振動輻射噪聲的特點，采取阻尼隔聲降噪的措施，取得了明顯的降噪效果，解決了鄰近高層住宅的電廠噪聲擾民問題，可為同類型項目提供借鑒。