饱和汽轮发电机组排气消声器的设计与应用

宋儒将

（湖北省有色金属资源开发与综合利用工程技术研究中心，湖北 黄石 435005）

1 概述

大冶有色金属集团控股有限公司冶炼厂2012年引进DRESSER-RAND公司生产的B5IS-3+B7S-3型汽轮发电机组（余热电站）2台，其主要技术数据为如下。

额定进汽压力：4．4～4．6MPa；

额定进汽温度：2560～258．750℃；

额定排汽压力为：0．008～0．0165MPa；

排汽温度为：41．5～560℃。

由于该汽轮发电机组作为余热电站，其生产组织要服从于冶化生产，在非正常工作状态时会将蒸汽排空，针对此处高温蒸汽排放噪声，我们设计了一种带消音管式组合型排气消声器，以改善环境污染。

2 结构特点

设计的消声器结构如图1，包括喷注管、冷却水进水管、排水管组件、消音管（见图2）、消音微孔板、排气管。其利用抗性消声器的多孔扩散、降低流速、分散降压和改变声抗等，使声波产生反射、干涉，又结合引入了消音管喷雾掺冷，利用件7、8、11引入冷却水通过小孔向蒸汽通道内喷雾，极大程度提高了喷雾与蒸汽接触面积，第一，加大了液、汽两种介质混合时产生的摩擦以实现消耗一部分声能；第二，利用掺冷在消声器内形成温度梯度，从而导致声速梯度改变而提高消声性能；第三，由于降温，使蒸汽体积大幅度收缩，汽流速度降低而提高消声效果，使其同时具备抗性消声器和掺冷消声器的消声频率特性，消声器类型、工作原理及使用范围见表1。本消声器排气管设计成T型三通结构，可消除排气时对消声器本身产生的后坐力，整体结构紧凑，强度高，使用寿命长。

图1 消音器整体结构示意图

3 设计计算

按消声器整体结构示意图，结合汽轮机非正常工作时蒸汽排放条件，消声器设计原始条件见表2。

（1）冷却水量计算。

计算第一级蒸汽放出的热量：

图2 消音管截面图

得Q=885000kcal。

计算第一级冷却水吸收的量：

20℃水升温至100℃所吸收的热量：

100℃水变成100℃蒸汽所吸收的热量：

得m=1429kg/h。

同理，计算得二级水量为m=1283．6kg/h，三级水量为 m=968．8kg/h。

表1 消声器类型、工作原理及适用范围

表2 消声器设计初始参数

（2）开孔面积计算。

第一级：

M=18，M—马赫数，为气流速度与声速之比；得 Vi=0．33。

得 Si=592．7cm2。

同理，计算得二级开孔面积为Si=1084cm2，三级开孔面积为Si=2127cm2。

（3）板厚计算。

第一级：

得δ=1．33mm，取不锈钢最小厚度3mm。

同理，计算得二级不锈钢最小厚度为3mm，三级不锈钢最小厚度为3mm。

筒体厚度计算：

腐蚀余量2mm。

得δ=0．62mm，考虑外壳结构强度及腐蚀余量2mm。

取碳钢筒体厚度取8mm。

4 与传统消声器的比较

热力设备蒸汽排放的噪声是工业噪声源之一，特别是汽轮发电机组蒸汽排放所辐射出的气体动力性噪声，传播较远，危害较大。现有传统消音器分抗性消音器和阻性消音器，在高温蒸汽排放消声中存在以下问题。

（1）传统的抗性消音器针对这种蒸汽排放工作场合降噪效果不理想。实际上，表压为1kg/cm2的饱和蒸汽，其速度可达到30～40m/s，这样高速度的蒸汽，在排向大气时造成的噪声很高，排气压力高时，噪声危害更大，抗性消音器消声频带宽度所限，应用于蒸汽排放场合效果不理想。

（2）传统的阻性消音器在投用初期效果还行，但由于饱和蒸汽含水量较大，温度高，流速快，使用一段时间以后，往往将吸声材料损坏吹走，导致消音效果下降，整体使用寿命不长。

本消声器与现有的消音器相比较，同时具备传统抗性消声器、微穿孔板消声器、喷雾消声器和引射掺冷消声器的多种消声频率特性，可在较宽的频率范围内消除噪声，其消音管成多圈环形竖直布置在蒸汽通道内，管子外部绕微孔板并点焊，提高了喷雾与蒸汽接触面积，加大了液、汽两种介质混合时产生的摩擦，利用掺冷形成温度梯度，利用降温降低汽流速度而提高消声效果。另外，排水管组件上安置疏水阀，以便及时排放冷凝水，防止冷凝水积多后形成水锤，同时避免了此处蒸汽直接外排形成的二次噪声污染。

2013年年初，汽轮机排汽口处加装了组合型消音器后，在距消音器中心40m处，汽轮机非正常工作状态下最大排气量时，我们实测噪声值为63dB(A)，远优于《工业企业噪声卫生标准》规定的数值，效果较为理想，积累了实践经验。

参考文献：

[1]机械工程手册、电机工程手册编辑委员会．机械工程手册（第2卷）[M]．北京国防工业出版社，1982．

[2]徐灏．机械设计手册（1）（第2版）[M]．北京：机械工业出版社，2000．