鼓风预混式商用燃气燃烧器具运行噪声研究

黄理奇

（湖南省长沙燃气燃具监督检测中心，长沙 410000）

2019年3月1 日，GB 35848—2018《商用燃气燃烧器具》（简称《商用燃具》，下同）标准正式实施，其中燃烧工况中明确要求运行噪声不超过80 dB（A）。商用燃具使用地方大多为酒店、食堂等餐饮场所。

商用燃具按燃烧方式分类，可分为鼓风预混式燃具，鼓风扩散式燃具和大气式燃具。其中鼓风预混式燃具在任何负荷工况下，空气系数基本不变，热效率比较稳定；燃烧比较完全，燃烧温度高，燃烧产物中的CO、NOx含量低。但其在高压高负荷使用状态下，运行噪音大。

1 噪声的危害

噪声对人的身心健康危害很大，强噪声会使人听力损失。这种损失是累积性的，在强噪声下工作1 d，只要噪声不超过120 dB（A），事后若产生暂时性的听力损失，经过休息可以恢复。但如果长期在强噪声下工作，就可能造成永久性的听力损失，过强的噪声还能杀伤人体。

从保护听力而言，一般认为每天8 h长期工作在80 dB（A）以下听力不会损失。而声级分别为85 dB（A）和90 dB（A）环境中工作30 a，根据国际标准化组织（ISO）的调查，耳聋的可能性分别为8%和18%。在声级70 dB（A）环境中，谈话就感到困难。而干扰睡眠和休息的噪声级阈值白天为50 dB（A），夜间为45 dB（A），我国环境噪声允许范围见表1。

2 运行噪声的形成

常见的鼓风预混式燃具有燃气大锅灶、燃气炒菜灶和燃气矮汤炉等，如图1所示。

图1 常见鼓风预混式燃具

基本燃具结构如图2所示。

图2 燃具结构

按商用燃具标准中运行噪声试验方法：使用基准气-最高压力（0-1）燃气，点燃全部燃烧器15 min后用声级计A档在距燃具正面水平距离1 m与燃烧器等高处检测，读取最大值为运行噪声。分析其运行噪声，包含空气动力性噪声和机械噪声。总噪声可表示为

式中：L总为总噪声；L空为空气动力性噪声；L机为机械噪声。

运行噪声中以空气动力性噪声为主，其包含3个因素：风机噪声、燃烧噪声和烟气涡流噪声。

2.1 风机噪声

风机噪声包含2个方面：旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是由于工作轮上均匀分布的叶片打击周围空气，连续引起压力脉动而产生的噪声。旋转噪声与工作轮圆周速度的10次方成比例。涡流噪声是气流流经叶片时，由于空气的黏滞摩擦力，产生紊流附面层及涡旋与涡旋脱体，而引起叶片上压强脉动所造成的。涡流噪声与工作轮圆周速度6次方成比例。因此风机转速越快，其噪声越大。

鼓风预混式燃具风机一般采用中低压离心风机，其风机的声功率级值可简单估算为

式中：LW为风机的声功率值；Q为风量；H为全压。

2.2 燃烧噪声

燃烧噪声包含2个方面：燃烧吼声和振荡燃烧噪声。

燃烧吼声是预混后燃气燃烧时产生的噪声。其声功率与单位时间内燃烧释放的化学能之比值约为10-8~10-6，具有单级声源的辐射特性。其辐射的声功率可以表示为

式中：W为声功率；N为单极声源的数目；E为混合气燃烧前后的体积膨胀比；q为每个单极声源可燃气体的体积消耗速率；ρ为混合气体的气体密度；c为声速。

振荡燃烧噪声是预混后的燃气在主燃烧器燃烧时，由于燃烧气体的强烈振动而产生的噪声。其噪声频率很窄，可与燃烧系统的自然频率形成共振。共振大时，可能损坏燃烧系统的元部件。

2.3 烟气涡流噪声

燃烧后的烟气，遇到障碍物（锅、炉架等）会产生涡流噪声。烟气的涡流噪声声功率（W）可用下式近似估算为

式中：W为声功率；k为经验常数；ρ为气体的气体密度；c为声速；D为管道直径；△p为障碍物前后的气体压力差。

3 防治运行噪声的措施

防治噪声的措施有：①在声源处控制。降低声源噪音，工业、交通运输业可以选用低噪音的生产设备和改进生产工艺，或者改变噪音源的运动方式。②在噪声传播途中进行控制。在传音途径上降低噪音（在传播过程中），控制噪音的传播，改变声源已经发出的噪音传播途径。③在人耳处减弱噪声。对于受音者或受音器官的噪音防护，在声源和传播途径上无法采取措施，或采取的声学措施。仍不能达到预期效果时，就需要对受音者或受音器官采取防护措施。

在商用燃具使用过程中，使用人必须近距离使用，故不能简单用隔声方法来降低噪声，而必须通过对燃具运行噪声的相关因素进行针对性处理，方可实现。

3.1 风机降噪

为保障燃气充分燃烧，在不减小风量和风压的前提下，主要技术措施是给风机装上隔声层，并在风机进、排气管道上安装消声器，如图3所示。

图3 风机消声

3.2 燃烧和烟气降噪

燃烧吼声与燃烧强度成正比。在热负荷不变的前提下，改变燃烧器出口，调整燃烧区域（锅与燃烧器的高度），能够有效降低燃烧吼声。对于振动燃烧噪声，防止共振是关键。可在炉膛处装上吸声材料，如红外辐射板（既可降噪又可节能）。

降低烟气流速，减小其气流强度，是烟气降噪的关键，可通过调整炉架高度或排烟管大小实现。结合燃烧噪声，设计燃具如图4所示。

图4 设计燃具

3.3 机械降噪

选择低噪声配件，紧固好各处元部件，并在管道各处装上隔声层或吸声材料，能有效降低机械噪声。需要注意的是，炉架或烟道的温度普遍在200℃以上，需选用耐火材料。

4 试验对比

4.1 运行噪声试验对比

通过改造后，常见的鼓风预混式燃具的运行噪声下降幅度普遍在15~25 dB（A），运行噪声越大，降噪效果越明显。具体结果如图5所示。

图5 降噪结果图

4.2 运行噪声与其他参数的相关性

通过试验，在热负荷保持不变的前提下，热效率呈现出随着运行噪声的增大先上升后下降的趋势，而干烟气中CO(α=1)的含量呈现出增大趋势一致的情况，具体见实验对比图，如图6所示。

图6 实验对比图

究其原因，是由于燃烧区域的改变导致。运行噪声小的时候，燃烧区域大，大量的燃烧热量被烟气带走，试验灶具来不及吸收。而随着运行噪声增大，燃烧区域减小，燃气燃烧状况也随着改变。在极端条件下，大量燃气得不到充分燃烧，就随着烟气排出，易造成CO中毒事件。

5 结束语

研究鼓风预混式燃具的运行噪声，对其他燃烧方式的商用燃具（如常见的燃气蒸箱）运行噪声也有着指导意义。同时，此项研究不仅得到了低噪声设备，更在环保的前提下，找到节能降耗的最优解。