燃气热水锅炉岛烟风系统噪声控制

贺海东

（中机中电设计研究院有限公司，北京 100048）

1 前言

郑常庄燃气热电厂位于北京西四环与吴家村交叉口的东北角处，其厂址南邻靛厂路，西距四环路125m，与最近的已建居民区相距约80m，于2006年开始设计，2007年建成。燃气热电厂锅炉岛共安装了3台燃气热水锅炉，单台锅炉的供热能力为116.3MW（合100Mkcal/h），3台锅炉总供热能力为348.9MW（合300Mkcal/h）。热电厂采用天然气作为燃料，其大气污染物排放可以满足北京市地方标准《锅炉污染物综合排放标准》（DB11/139-2002）的相关要求。但由于该厂锅炉岛的送风机、燃烧器等产生的噪声较强，其噪声可以沿着烟风管道、烟囱一直扩散；同时，为了提高烟气抬升高度，防止烟气下泄，烟囱出口处烟气流速往往较高，其气流再生噪声也会与烟风系统的空气动力性噪声叠加，推高烟囱出口处噪声的等级。烟囱成为噪声源以后，由于其几何高度高，影响范围广，周边各个方向的居民区，尤其是高层居民住宅，都会受到其噪声影响，因此，烟风系统噪声控制是该项目的重要建设内容之一。

另外，虽然该项目是按旧标准（即GB 3096-93标准，Ⅰ类标准，昼间55dB(A)，夜间45dB(A)）考虑的相关设计参数，但2008年发布的新标准（GB 3096-2008）中Ⅰ类标准的具体标准值没有调整，因此，噪声控制的效果也就没有因为新、旧标准的过渡而受到影响。该项目于2007年投入运行，当年即通过了包括噪声监测在内的联合验收。噪声监测结果表明，该项目运行前后，周边居民区整体的噪声水平基本维持原状不变，项目运行4年来，尚无噪声控制方面的投诉，因而烟风系统的噪声控制收到了预期效果。

2 项目噪声源概述

热电厂热水锅炉岛共布置了3台热水锅炉，相应布置了3套送风系统、3套燃烧系统以及3套烟风系统。其中，烟风系统和燃烧系统是主要的噪声源。烟风系统的声源是3台送风机及其配套电机；燃烧系统的噪声源是3套燃烧器及其辅助设备。

锅炉燃烧器采用的是芬兰进口设备，其噪声值相对较低，为80dB(A)，3台送风机作为主要声源，其噪声由进、排气噪声、机械噪声和电磁噪声等构成，送风机噪声是指其整体噪声。3台送风机的规格型号相同，其噪声性能亦相同。送风机噪声各倍频带声压级以及A、C声级见表1。

表1 送风机各倍频带声压级以及A、 C声级声级

3 噪声控制指标及执行标准

烟囱出口处：烟囱出口45°，1.5m高度处噪声≤60dB(A)。

居民区窗户外1.0m处：距离噪声源最近的居民区窗外1.0m处，由噪声源产生的A声压级值，昼间不大于55dB(A)，夜间不大于45dB(A)（不计背景噪声）。

说明：项目设计阶段为2006年，当时执行的GB 3096-93标准的具体标准值为：Ⅰ类标准，昼间55dB(A)，夜间45dB(A)。该标准值与2008年开始执行的新标准GB 3096-2008在数值上一致。

4 噪声控制具体方案

4.1 送风机（含电机）噪声控制方案

4.1.1 性能参数概述

热电厂3台热水锅炉配套3台型号规格均相同的送风机，单台送风机及其配套电机的相关性能参数如下：

（1）送风机

规格型号为VR64ⅢSB0RK2130；重量为6900kg；转速950rpm；风量180,000m3/h（按20℃考虑）；轴功率415kW。

（2）电机

规格型号为YKK450-6 450kW 6kV；额定电压6kV；电机功率 450kW；电机转速992rpm；重量4400kg。

4.1.2 噪声控制方案

送风机噪声具有声级较高、频谱较宽、影响范围较广等特点，其峰值范围出现在250～2000Hz之间，声压级均在100dB(A)左右，而低频段噪声级也较高，为80～85dB(A)之间。针对上述特点，本方案采取隔声与消声相结合的措施控制其噪声，即将引风机布置在风机房内；进风口设置以阻性为主的消声装置，出口则利用锅炉炉膛的抗性消声作用进一步消除其低频段噪声。

（1）隔声措施

3台送风机（含电机）分别布置在3座风机房内，而风机房又布置在主厂房内。风机房采用砖混结构，设隔声门。密实砖墙的隔声量按45dB(A)考虑，隔声门的隔声量按30dB(A)考虑，则风机房综合隔声量可达35dB(A)以上。同时，为减少机房内的混响声，其顶棚以及四周墙面均满铺高效吸声体。吸声体吸声材料采用容重为24kg/m3、厚度为50mm的离心玻璃棉，安装时，留50mm厚的空腔层，以提高吸声性能。离心玻璃棉有较高的吸声系数，预计机房内吸声降噪量可达5～8dB(A)。

风机房采用隔声、吸声等综合控制措施后，预计风机房外1m处的噪声级可降至70dB(A)以下，再经主厂房围护结构的第二次隔声降噪后，预计主厂房外1m处的噪声级可以降至60dB(A)以下。

（2）进风消声措施

3台送风机的进风口均位于主厂房内，标高为17.5m。新风先由主厂房两侧的窗户进入室内，再经送风系统送入锅炉炉膛内。每台送风机的进风口均配置规格为D2500×4000（直径×高度，单位mm）垂直安装的消声装置。为了兼顾低频段噪声，消声片的片厚取150mm，该厚度在125Hz对应的吸声系数可达0.50，从而提高了低频段的消声量；为了不降低高频失效频率，其消声片的布置形式为：先垂直交叉布置2组，再在两侧对称布置4组，每侧为2组。组与组之间的片距取300mm，最外侧两组与相邻圆周的距离为275mm。消声片中的吸声材料采用离心玻璃棉，容重为24kg/m3。经计算，消声装置的高频失效频率为1200Hz，A声级消声量不小于30dB(A)，送风机噪声的A声级可以削减至78dB(A)以下。同时，预计消声装置外1m处（主厂房内）的噪声级也可以降至78dB(A)以下，再经主厂房围护结构隔声后，预计主厂房外10m处的噪声级可以降至60dB(A)以下。

送风机进风消声装置消声片布置示意见图1。

图1 送风机进风消声装置消声片布置示意图

（3）出风消声措施

送风机的出口风管尺寸与锅炉炉膛尺寸相差较大，其面积比大于1∶16，锅炉炉膛相当于一个大扩张室，从而起到了抗性消声的作用，有利于进一步削减送风机低频段噪声。对送风机噪声而言，锅炉炉膛的抗性消声效果与进风消声装置的阻性消声效果前后叠加后，无疑拓宽了送风系统消声控制的频率范围，使低、中、高频噪声都得到了有效消除，也等同于降低了后续烟风系统的声源值，为烟风系统噪声控制奠定了基础。

4.2 燃烧器噪声控制方案

燃烧器安装在送风机出口风管上，锅炉炉前，其产生的噪声与沿风管传送的空气动力性噪声叠加后，形成了后续烟风系统的声源，因此，需要考虑燃烧器的噪声控制措施。

该项目选用芬兰进口的燃烧器，与同类产品相比具有噪声低的特点，同时，燃烧器与锅炉炉膛匹配良好，减少了燃烧时产生的脉动噪声；锅炉送风机与燃烧器风道之间采用柔性连接，消除了大部分振动噪声；锅炉膜式壁外部采用刚性梁加固，稳定性较好，锅炉烟气流速较为合理，消除了再生噪声。因此，从燃烧器设备选型到过程控制，均考虑了声源的控制，从而使燃烧器外1m、高度1.5m处，满足了噪声等级不大于80dB(A)的目标。

综上所述，送风机、燃烧器产生的噪声进入烟风系统后，其空气动力性噪声为两者叠加之结果，取80dB(A)作为后续烟风系统的声源指标值。

4.3 烟风系统噪声控制方案

4.3.1 相关参数

锅炉3台；单台锅炉负荷变化范围5%～100%的额定容量；锅炉年运行3096h；工作方式为3台并联运行；单台锅炉烟气量26万m3/h；烟气温度150℃；烟囱型式为三管集束式；烟囱外径（单管）2200mm；烟囱壁厚14mm；烟囱材质为不锈钢；烟囱出口消声装置外径（单管）3000mm；烟囱出口消声装置高度（单管）6500mm；烟囱高度（含出口消声装置）60m。

4.3.2 控制方案

烟风系统除考虑送风机、燃烧器等设备沿烟风管道、烟囱的传送噪声外，还需考虑烟气再生噪声，两者叠加共同影响烟囱出口处的噪声值。烟风系统噪声控制措施主要从四个方面进行考虑，即连接处振动传声的消除；空气动力性噪声（送风机、燃烧器等设备沿烟风管道与烟囱传播的噪声）在烟囱出口处的削减；烟气再生噪声的削减；烟囱出口噪声随距离的衰减等。

（1）振动传声的消除措施

本方案考虑在烟风管道与烟囱的连接处安装补偿器，在满足相关工艺要求的同时，消除了烟风管道因振动而产生的绝大部分振动噪声。

（2）烟囱出口处消声措施

该项目由于烟风管道、烟囱的壁厚均较厚，烟风管道还有保温层，因此，其隔声性能良好，噪声沿烟风管道、烟囱外壁向外辐射噪声的影响可以忽略不计，而主要控制其沿烟风管道内部传播的送风机、燃烧器等产生的噪声，考核点位为与外界大气环境相通的烟囱出口处。

空气动力性噪声消声措施：该项目采用的三管集束式烟囱，实际上分为三根独立烟囱，一台锅炉对应一根烟囱。消声措施为：在每根烟囱出口处设置1台阻性片式结构的消声装置，共3台，作为各自烟囱装置的构成部分。消声装置的规格均为D3000×6500（直径×高度，单位mm），消声量均相同。其消声量采用下列公式进行预测：

ΔL=2.2ø（α0）（b+h）/（b×h）l

式中：

ΔL — 消声量，dB；

ø（α0）— 消声系数；

l — 消声器的长度，m；

b — 气流通道宽度，m；

h — 气流通道高度，m。

综上所述，送风系统的噪声经炉膛抗性消声后，其低频段噪声有了进一步的降低，因此，此处消声片的片厚取100mm，吸声材料采用离心玻璃棉，容重为24kg/m3，其125Hz对应的吸声系数为0.25。为了达到既增大片距又不降低高频失效频率，同时改善中高频消声效果等多重目的，其消声片的布置形式采用折板式，折角为10°。消声片共布置7组，1组沿中间位置布置，其余6组在其两侧对称布置，每侧布置3组。消声片片距为271.5mm和285.5mm。经计算，烟囱出口消声装置的高频失效频率大于2000Hz，A声级消声量大于30dB(A)，烟风系统空气动力性噪声的A声级可以削减至50dB(A)。

图2为烟囱出口消声装置消声片布置示意图。

图2 烟囱出口消声装置消声片布置示意图

（3）气流再生噪声削减措施

烟囱出口消声装置的气流再生噪声，采取下列公式预测其声功率级以及声压级：

1）声功率级

LWA = -5 +60lgV +10lgS±2

式中：

LWA— 气流噪声A声功率级，dB(A)；

V — 消声器内平均气流速度，m/s；

S — 消声器内气流通道总面积，m2。

2）声压级

Lp = LWA -20lgr - K

式中：

Lp— 平均声压级，dB(A)；

r — 测点距声源中心距离，m；

K — 常数，视烟囱出口处为无反射的自由空间确定K值。

由烟风系统相关参数可知，单台烟囱出口消声装置内通过的烟气量为25万～26万m3/h（烟气温度为150℃），取26万m3/h，消声装置的直径大于烟囱直径，即由直径D2200扩展至直径D3000。经计算，原烟囱内烟气平均流速度为19 .0m/s；消声装置内烟气平均流速度为13.5m/s；气流噪声A声功率级为72.14 dB(A)，对应的平均声压级为57.62dB(A)，取58dB(A)。

为了减轻气流噪声的影响程度，同时又满足烟囱出口烟气流速的要求，总长度为6500mm的消声装置分为两部分，其中5000mm长的部分为折板消声段，出口段的1500mm长为未安装消声片的扩散减速段。扩散减速段的烟气平均流速为10.2m/s，气流再生噪声的平均声压级相应减至51.50dB(A)，取52dB(A)。

（4）烟囱出口初噪声叠加预测

噪声叠加考虑两方面的叠加：1）对单根烟囱而言，考虑空气动力性噪声与烟气再生噪声的叠加，即50dB(A)与52dB(A)的叠加，其结果为54.1dB(A)。2）对三根烟囱而言，考虑三者的叠加，即三个54.1dB(A)的叠加，其结果为58.9dB(A)，取60dB(A)。

（5）消声装置压力损失预测

烟囱出口消声装置的压力损失用全压损失表示，采用下列公式进行预测：

ΔH = 1/2ξPV2

式中：

ΔH — 全压损失，Pa；

ξ— 阻力系数；

P — 烟气密度；

V — 消声器内气流速度，m/s。

经计算，消声装置全压损失小于200Pa，符合设计要求，不会对烟囱排烟效果造成影响。

4.3.3 距离衰减预测

将烟囱出口处噪声源，作为点声源看待，按下列公式预测其随距离的衰减值：

ΔL = 20lg（r2／r1）

式中：

ΔL — 噪声随距离的衰减值dB(A)；

r1— 受声点1至声源的距离，m；

r2— 受声点2至声源的距离，m。

离开噪声源（烟囱出口）不同距离处的声压级预测值见表2。

表2 距离声源不同距离处声压级预测 （单位：dB(A)）

5 监测结果及说明

郑常庄燃气热电厂项目于投产当年（2007年）进行了联合验收，其中，环境噪声监测安排在离项目所在地最近的居民区（约80m）窗户外1m处进行。先测试本底噪声，然后检测项目运行后噪声。测试结果为：本底噪声：昼间53.5dB(A)～56.7dB(A)，夜间42.5～45.5dB(A)；项目运行后，居民窗户外1m处的噪声值维持本底值不变，即项目的运行对居民区噪声基本没有影响。同时，也测试了烟囱出口处噪声，其结果为：烟囱出口45°，1.5m高度处为56.6～59.3dB(A)，满足有关要求。

说明：由于郑常庄燃气热电厂建设之时，厂址周围已经建成了不少居民区，最近的居民区与声源相距约80m，因此，项目总承包单位对噪声控制工作非常重视，除了要求严格执行相关标准外，还要求烟囱出口处的噪声不大于60dB(A)。根据表2的预测结果可以看出，距离声源80m处，噪声已经衰减至25.5dB(A)，与夜间45dB(A)的标准值相比低了将近20dB(A)，其对标准值的叠加效应已经完全可以忽略了，因此，项目运行后对周边居民区的影响也就基本不存在了，而项目运行4年来，没有出现噪声扰民的投诉，也从一个侧面印证了这一点，燃气热水锅炉岛噪声控制效果达到了预期目标。

（略）