燃氣熱水鍋爐島煙風系統噪聲控制

賀海東

（中機中電設計研究院有限公司，北京 100048）

1 前言

鄭常莊燃氣熱電廠位于北京西四環與吳家村交叉口的東北角處，其廠址南鄰靛廠路，西距四環路125m，與最近的已建居民區相距約80m，于2006年開始設計，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準《鍋爐污染物綜合排放標準》（DB11/139-2002）的相關要求。但由于該廠鍋爐島的送風機、燃燒器等產生的噪聲較強，其噪聲可以沿著煙風管道、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系統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，尤其是高層居民住宅，都會受到其噪聲影響，因此，煙風系統噪聲控制是該項目的重要建設內容之一。

另外，雖然該項目是按舊標準（即GB 3096-93標準，Ⅰ類標準，晝間55dB(A)，夜間45dB(A)）考慮的相關設計參數，但2008年發布的新標準（GB 3096-2008）中Ⅰ類標準的具體標準值沒有調整，因此，噪聲控制的效果也就沒有因為新、舊標準的過渡而受到影響。該項目于2007年投入運行，當年即通過了包括噪聲監測在內的聯合驗收。噪聲監測結果表明，該項目運行前后，周邊居民區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，因而煙風系統的噪聲控制收到了預期效果。

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，相應布置了3套送風系統、3套燃燒系統以及3套煙風系統。其中，煙風系統和燃燒系統是主要的噪聲源。煙風系統的聲源是3臺送風機及其配套電機；燃燒系統的噪聲源是3套燃燒器及其輔助設備。

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

表1 送風機各倍頻帶聲壓級以及A、 C聲級聲級

3 噪聲控制指標及執行標準

煙囪出口處：煙囪出口45°，1.5m高度處噪聲≤60dB(A)。

居民區窗戶外1.0m處：距離噪聲源最近的居民區窗外1.0m處，由噪聲源產生的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：項目設計階段為2006年，當時執行的GB 3096-93標準的具體標準值為：Ⅰ類標準，晝間55dB(A)，夜間45dB(A)。該標準值與2008年開始執行的新標準GB 3096-2008在數值上一致。

4 噪聲控制具體方案

4.1 送風機（含電機）噪聲控制方案

4.1.1 性能參數概述

熱電廠3臺熱水鍋爐配套3臺型號規格均相同的送風機，單臺送風機及其配套電機的相關性能參數如下：

（1）送風機

規格型號為VR64ⅢSB0RK2130；重量為6900kg；轉速950rpm；風量180,000m3/h（按20℃考慮）；軸功率415kW。

（2）電機

規格型號為YKK450-6 450kW 6kV；額定電壓6kV；電機功率 450kW；電機轉速992rpm；重量4400kg。

4.1.2 噪聲控制方案

送風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合的措施控制其噪聲，即將引風機布置在風機房內；進風口設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臺送風機（含電機）分別布置在3座風機房內，而風機房又布置在主廠房內。風機房采用磚混結構，設隔聲門。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，則風機房綜合隔聲量可達35dB(A)以上。同時，為減少機房內的混響聲，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，預計機房內吸聲降噪量可達5～8dB(A)。

風機房采用隔聲、吸聲等綜合控制措施后，預計風機房外1m處的噪聲級可降至70dB(A)以下，再經主廠房圍護結構的第二次隔聲降噪后，預計主廠房外1m處的噪聲級可以降至60dB(A)以下。

（2）進風消聲措施

3臺送風機的進風口均位于主廠房內，標高為17.5m。新風先由主廠房兩側的窗戶進入室內，再經送風系統送入鍋爐爐膛內。每臺送風機的進風口均配置規格為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對應的吸聲系數可達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，再在兩側對稱布置4組，每側為2組。組與組之間的片距取300mm，最外側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)，送風機噪聲的A聲級可以削減至78dB(A)以下。同時，預計消聲裝置外1m處（主廠房內）的噪聲級也可以降至78dB(A)以下，再經主廠房圍護結構隔聲后，預計主廠房外10m處的噪聲級可以降至60dB(A)以下。

送風機進風消聲裝置消聲片布置示意見圖1。

圖1 送風機進風消聲裝置消聲片布置示意圖

（3）出風消聲措施

送風機的出口風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機低頻段噪聲。對送風機噪聲而言，鍋爐爐膛的抗性消聲效果與進風消聲裝置的阻性消聲效果前后疊加后，無疑拓寬了送風系統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煙風系統的聲源值，為煙風系統噪聲控制奠定了基礎。

4.2 燃燒器噪聲控制方案

燃燒器安裝在送風機出口風管上，鍋爐爐前，其產生的噪聲與沿風管傳送的空氣動力性噪聲疊加后，形成了后續煙風系統的聲源，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，減少了燃燒時產生的脈動噪聲；鍋爐送風機與燃燒器風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。

綜上所述，送風機、燃燒器產生的噪聲進入煙風系統后，其空氣動力性噪聲為兩者疊加之結果，取80dB(A)作為后續煙風系統的聲源指標值。

4.3 煙風系統噪聲控制方案

4.3.1 相關參數

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

煙風系統除考慮送風機、燃燒器等設備沿煙風管道、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。煙風系統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（送風機、燃燒器等設備沿煙風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

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

（2）煙囪出口處消聲措施

該項目由于煙風管道、煙囪的壁厚均較厚，煙風管道還有保溫層，因此，其隔聲性能良好，噪聲沿煙風管道、煙囪外壁向外輻射噪聲的影響可以忽略不計，而主要控制其沿煙風管道內部傳播的送風機、燃燒器等產生的噪聲，考核點位為與外界大氣環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，一臺鍋爐對應一根煙囪。消聲措施為：在每根煙囪出口處設置1臺阻性片式結構的消聲裝置，共3臺，作為各自煙囪裝置的構成部分。消聲裝置的規格均為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測：

ΔL=2.2?（α0）（b+h）/（b×h）l

式中：

ΔL — 消聲量，dB；

?（α0）— 消聲系數；

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，送風系統的噪聲經爐膛抗性消聲后，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對應的吸聲系數為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組在其兩側對稱布置，每側布置3組。消聲片片距為271.5mm和285.5mm。經計算，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)，煙風系統空氣動力性噪聲的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 — 消聲器內平均氣流速度，m/s；

S — 消聲器內氣流通道總面積，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，視煙囪出口處為無反射的自由空間確定K值。

由煙風系統相關參數可知，單臺煙囪出口消聲裝置內通過的煙氣量為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。經計算，原煙囪內煙氣平均流速度為19 .0m/s；消聲裝置內煙氣平均流速度為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減至51.50dB(A)，取52dB(A)。

（4）煙囪出口初噪聲疊加預測

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，其結果為58.9dB(A)，取60dB(A)。

（5）消聲裝置壓力損失預測

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測：

ΔH = 1/2ξPV2

式中：

ΔH — 全壓損失，Pa；

ξ— 阻力系數；

P — 煙氣密度；

V — 消聲器內氣流速度，m/s。

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

4.3.3 距離衰減預測

將煙囪出口處噪聲源，作為點聲源看待，按下列公式預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測值見表2。

表2 距離聲源不同距離處聲壓級預測 （單位：dB(A)）

5 監測結果及說明

鄭常莊燃氣熱電廠項目于投產當年（2007年）進行了聯合驗收，其中，環境噪聲監測安排在離項目所在地最近的居民區（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噪聲基本沒有影響。同時，也測試了煙囪出口處噪聲，其結果為：煙囪出口45°，1.5m高度處為56.6～59.3dB(A)，滿足有關要求。

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

（略）