鼓風預混式商用燃氣燃燒器具運行噪聲研究

黃理奇

（湖南省長沙燃氣燃具監督檢測中心，長沙 410000）

2019年3月1 日，GB 35848—2018《商用燃氣燃燒器具》（簡稱《商用燃具》，下同）標準正式實施，其中燃燒工況中明確要求運行噪聲不超過80 dB（A）。商用燃具使用地方大多為酒店、食堂等餐飲場所。

商用燃具按燃燒方式分類，可分為鼓風預混式燃具，鼓風擴散式燃具和大氣式燃具。其中鼓風預混式燃具在任何負荷工況下，空氣系數基本不變，熱效率比較穩定；燃燒比較完全，燃燒溫度高，燃燒產物中的CO、NOx含量低。但其在高壓高負荷使用狀態下，運行噪音大。

1 噪聲的危害

噪聲對人的身心健康危害很大，強噪聲會使人聽力損失。這種損失是累積性的，在強噪聲下工作1 d，只要噪聲不超過120 dB（A），事后若產生暫時性的聽力損失，經過休息可以恢復。但如果長期在強噪聲下工作，就可能造成永久性的聽力損失，過強的噪聲還能殺傷人體。

從保護聽力而言，一般認為每天8 h長期工作在80 dB（A）以下聽力不會損失。而聲級分別為85 dB（A）和90 dB（A）環境中工作30 a，根據國際標準化組織（ISO）的調查，耳聾的可能性分別為8%和18%。在聲級70 dB（A）環境中，談話就感到困難。而干擾睡眠和休息的噪聲級閾值白天為50 dB（A），夜間為45 dB（A），我國環境噪聲允許范圍見表1。

2 運行噪聲的形成

常見的鼓風預混式燃具有燃氣大鍋灶、燃氣炒菜灶和燃氣矮湯爐等，如圖1所示。

圖1 常見鼓風預混式燃具

基本燃具結構如圖2所示。

圖2 燃具結構

按商用燃具標準中運行噪聲試驗方法：使用基準氣-最高壓力（0-1）燃氣，點燃全部燃燒器15 min后用聲級計A檔在距燃具正面水平距離1 m與燃燒器等高處檢測，讀取最大值為運行噪聲。分析其運行噪聲，包含空氣動力性噪聲和機械噪聲?？傇肼暱杀硎緸?/p>

式中：L總為總噪聲；L空為空氣動力性噪聲；L機為機械噪聲。

運行噪聲中以空氣動力性噪聲為主，其包含3個因素：風機噪聲、燃燒噪聲和煙氣渦流噪聲。

2.1 風機噪聲

風機噪聲包含2個方面：旋轉噪聲和渦流噪聲。旋轉噪聲是由于工作輪上均勻分布的葉片打擊周圍空氣，連續引起壓力脈動而產生的噪聲。旋轉噪聲與工作輪圓周速度的10次方成比例。渦流噪聲是氣流流經葉片時，由于空氣的黏滯摩擦力，產生紊流附面層及渦旋與渦旋脫體，而引起葉片上壓強脈動所造成的。渦流噪聲與工作輪圓周速度6次方成比例。因此風機轉速越快，其噪聲越大。

鼓風預混式燃具風機一般采用中低壓離心風機，其風機的聲功率級值可簡單估算為

式中：LW為風機的聲功率值；Q為風量；H為全壓。

2.2 燃燒噪聲

燃燒噪聲包含2個方面：燃燒吼聲和振蕩燃燒噪聲。

燃燒吼聲是預混后燃氣燃燒時產生的噪聲。其聲功率與單位時間內燃燒釋放的化學能之比值約為10-8~10-6，具有單級聲源的輻射特性。其輻射的聲功率可以表示為

式中：W為聲功率；N為單極聲源的數目；E為混合氣燃燒前后的體積膨脹比；q為每個單極聲源可燃氣體的體積消耗速率；ρ為混合氣體的氣體密度；c為聲速。

振蕩燃燒噪聲是預混后的燃氣在主燃燒器燃燒時，由于燃燒氣體的強烈振動而產生的噪聲。其噪聲頻率很窄，可與燃燒系統的自然頻率形成共振。共振大時，可能損壞燃燒系統的元部件。

2.3 煙氣渦流噪聲

燃燒后的煙氣，遇到障礙物（鍋、爐架等）會產生渦流噪聲。煙氣的渦流噪聲聲功率（W）可用下式近似估算為

式中：W為聲功率；k為經驗常數；ρ為氣體的氣體密度；c為聲速；D為管道直徑；△p為障礙物前后的氣體壓力差。

3 防治運行噪聲的措施

防治噪聲的措施有：①在聲源處控制。降低聲源噪音，工業、交通運輸業可以選用低噪音的生產設備和改進生產工藝，或者改變噪音源的運動方式。②在噪聲傳播途中進行控制。在傳音途徑上降低噪音（在傳播過程中），控制噪音的傳播，改變聲源已經發出的噪音傳播途徑。③在人耳處減弱噪聲。對于受音者或受音器官的噪音防護，在聲源和傳播途徑上無法采取措施，或采取的聲學措施。仍不能達到預期效果時，就需要對受音者或受音器官采取防護措施。

在商用燃具使用過程中，使用人必須近距離使用，故不能簡單用隔聲方法來降低噪聲，而必須通過對燃具運行噪聲的相關因素進行針對性處理，方可實現。

3.1 風機降噪

為保障燃氣充分燃燒，在不減小風量和風壓的前提下，主要技術措施是給風機裝上隔聲層，并在風機進、排氣管道上安裝消聲器，如圖3所示。

圖3 風機消聲

3.2 燃燒和煙氣降噪

燃燒吼聲與燃燒強度成正比。在熱負荷不變的前提下，改變燃燒器出口，調整燃燒區域（鍋與燃燒器的高度），能夠有效降低燃燒吼聲。對于振動燃燒噪聲，防止共振是關鍵?？稍跔t膛處裝上吸聲材料，如紅外輻射板（既可降噪又可節能）。

降低煙氣流速，減小其氣流強度，是煙氣降噪的關鍵，可通過調整爐架高度或排煙管大小實現。結合燃燒噪聲，設計燃具如圖4所示。

圖4 設計燃具

3.3 機械降噪

選擇低噪聲配件，緊固好各處元部件，并在管道各處裝上隔聲層或吸聲材料，能有效降低機械噪聲。需要注意的是，爐架或煙道的溫度普遍在200℃以上，需選用耐火材料。

4 試驗對比

4.1 運行噪聲試驗對比

通過改造后，常見的鼓風預混式燃具的運行噪聲下降幅度普遍在15~25 dB（A），運行噪聲越大，降噪效果越明顯。具體結果如圖5所示。

圖5 降噪結果圖

4.2 運行噪聲與其他參數的相關性

通過試驗，在熱負荷保持不變的前提下，熱效率呈現出隨著運行噪聲的增大先上升后下降的趨勢，而干煙氣中CO(α=1)的含量呈現出增大趨勢一致的情況，具體見實驗對比圖，如圖6所示。

圖6 實驗對比圖

究其原因，是由于燃燒區域的改變導致。運行噪聲小的時候，燃燒區域大，大量的燃燒熱量被煙氣帶走，試驗灶具來不及吸收。而隨著運行噪聲增大，燃燒區域減小，燃氣燃燒狀況也隨著改變。在極端條件下，大量燃氣得不到充分燃燒，就隨著煙氣排出，易造成CO中毒事件。

5 結束語

研究鼓風預混式燃具的運行噪聲，對其他燃燒方式的商用燃具（如常見的燃氣蒸箱）運行噪聲也有著指導意義。同時，此項研究不僅得到了低噪聲設備，更在環保的前提下，找到節能降耗的最優解。