楊東瑞 翟 剛 曾慶智

(河南大學(xué)，河南開(kāi)封 475001)

用交叉學(xué)科理論和方法解決現(xiàn)實(shí)科研與生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，是近年來(lái)新興的學(xué)科。我們?yōu)榱寺鋵?shí)河大校領(lǐng)導(dǎo)貫徹科學(xué)發(fā)展觀，在學(xué)科建設(shè)定位中，提出交叉學(xué)科建設(shè)的目標(biāo)，初次運(yùn)用交叉學(xué)科管理、理論和方法，為解決學(xué)校蘋(píng)果園生活區(qū)熱水鍋爐的節(jié)能減排課題進(jìn)行嘗試和探討。

1 概述

河南大學(xué)蘋(píng)果園教職工生活小區(qū)鍋爐房始建于1991年，原有常壓改裝水暖鍋爐，容量為4．2 MW和2．8 MW各一臺(tái)，供暖面積92 776 m2。到2005年由于建筑面積擴(kuò)大，原鍋爐陳舊，在原鍋爐房更新安裝2臺(tái)4．2 MW熱水鍋爐。由于原鍋爐房是按2臺(tái)4 t/h蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)，面積較小，新安裝熱水鍋爐體積較大，只有把鍋爐省煤器、鼓風(fēng)機(jī)、除塵器、引風(fēng)機(jī)安裝于鍋爐房墻外后面，這樣引風(fēng)機(jī)就布置于院墻下1．5 m處。原鍋爐房位置于住宅區(qū)的外邊沿。墻外是耕地，現(xiàn)住宅小區(qū)擴(kuò)大，成為住宅小區(qū)的中間位置?，F(xiàn)鍋爐房東院墻外是住宅樓山墻間人行通道，為150 mm厚的混凝土道路，寬1．5 m就是家屬院樓的山墻，道路就形成傳振平臺(tái)。引風(fēng)機(jī)距住宅樓直線(xiàn)距離3．4 m(按照建筑規(guī)范要求:6 m～9 m)。因此，振動(dòng)與噪聲兩種因素疊加對(duì)樓端的住戶(hù)影響較大，反映強(qiáng)烈。

2 情況調(diào)查

經(jīng)校領(lǐng)導(dǎo)批示，總務(wù)處牽頭組織管理、建筑、物理、節(jié)能、環(huán)保、服務(wù)總公司等各方面教師、專(zhuān)家、工程技術(shù)人員討論，之后決定由總務(wù)處工程科組織協(xié)調(diào)，有關(guān)人員對(duì)新安裝鍋爐及運(yùn)行狀況與存在問(wèn)題，在系統(tǒng)工程管理的思想指導(dǎo)下進(jìn)行全面的技術(shù)調(diào)查、測(cè)試、化驗(yàn)分析，用交叉學(xué)科的管理與聯(lián)合的優(yōu)勢(shì)共同設(shè)計(jì)，治理技術(shù)措施，從中選出較優(yōu)方案進(jìn)行治理。

2．1 建筑、物理等專(zhuān)業(yè)對(duì)振動(dòng)與噪聲狀況的調(diào)查

振動(dòng)來(lái)源是由距住宅區(qū)較近的兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的。鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)水泵的振動(dòng)，一是較輕，二是距離較遠(yuǎn)不會(huì)對(duì)住宅區(qū)造成影響;噪聲源主要是由引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道共振產(chǎn)生的(見(jiàn)表1)，循環(huán)水泵在室內(nèi)安裝距離也較遠(yuǎn)對(duì)室外影響較小;其他機(jī)械如爐排電機(jī)、減速器、出渣機(jī)均在室內(nèi)，產(chǎn)生的噪聲較小，不會(huì)對(duì)居住居民造成影響。

表1 蘋(píng)果園生活區(qū)鍋爐房鼓、引風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2．2 鍋爐風(fēng)機(jī)噪聲值及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 3096-93城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定居住文教區(qū)域?yàn)橹鞯膮^(qū)域白天環(huán)境噪聲的上限55 dB(A)，晚上45 dB(A)。調(diào)查測(cè)試顯示距鍋爐房4．8 m外最近的居住戶(hù)二層樓內(nèi)感覺(jué)噪聲最大，臥室為噪聲 62 dB(A);客廳距引風(fēng)機(jī) 6 m處，噪聲61 dB(A)對(duì)居住戶(hù)影響很大。在鍋爐房院墻外(引風(fēng)機(jī)最近處)1 m測(cè)試值70．2 dB(A)，在鍋爐房院墻內(nèi)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)房外測(cè)試值:89．7 dB(A) ～90．7 dB(A)，室內(nèi)值:98 dB(A)，鼓風(fēng)機(jī)銘牌，噪聲不大于82 dB(A)，測(cè)試值大于銘牌值16 dB(A);引風(fēng)機(jī)房外測(cè)試值:98 dB(A)～97 dB(A);室內(nèi)測(cè)試值:103 dB(A)～105 dB(A)。引風(fēng)機(jī)銘牌，噪聲不大于 90 dB(A)，測(cè)試值大于銘牌值約14 dB(A)。影響附近居民的噪聲源，出于鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)距居民樓較遠(yuǎn);引風(fēng)機(jī)距離最近影響最大。

2．3 鍋爐、環(huán)保、節(jié)能等專(zhuān)業(yè)對(duì)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的調(diào)查

鍋爐測(cè)試調(diào)查，引風(fēng)機(jī)前測(cè)點(diǎn)，鍋爐煙氣過(guò)剩系數(shù)∝py≥3．2以上，排煙熱損失q2=10．81%。經(jīng)調(diào)整鼓、引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)，仍是不能降至良好燃燒工況和節(jié)能運(yùn)行的范圍。對(duì)鼓、引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)調(diào)至不大于55%以后由于鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降爐排下送風(fēng)穿透煤層困難，影響鍋爐正常燃燒。現(xiàn)場(chǎng)情況分析:除煙道系統(tǒng)連接處不嚴(yán)，漏風(fēng)和除塵器落灰斗的鎖集器密封不嚴(yán)，漏風(fēng)因素外，引風(fēng)機(jī)引風(fēng)量大是主要原因之一。經(jīng)用畢托管，U型壓力計(jì)測(cè)試煙道系統(tǒng)阻力。分析系統(tǒng)阻力較小，引風(fēng)風(fēng)壓余量較大，降低引風(fēng)機(jī)富余風(fēng)壓既可節(jié)約電能，又可降低鍋爐煙氣過(guò)剩系數(shù)，減少排煙熱損失，提高鍋爐熱效率，節(jié)約煤炭。降低引風(fēng)機(jī)富余風(fēng)壓，采用降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是最有效的方法，同時(shí)又可降低引風(fēng)機(jī)噪聲和減輕風(fēng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)附近居住戶(hù)的影響。

2．4 引風(fēng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速，減少電能耗用量的方法進(jìn)行治理

降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可起到“釜底抽薪”的效果，但如果降低不當(dāng)又會(huì)對(duì)鍋爐燃燒帶來(lái)負(fù)面影響。引風(fēng)機(jī)降速與之相關(guān)的參數(shù)計(jì)算:

知道煤的工業(yè)分析發(fā)熱量，Qydw=21 859．9 kJ/kg，按經(jīng)驗(yàn)公式作近似計(jì)算，對(duì)于煙煤、無(wú)煙煤及貧煤。

上面的計(jì)算是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，實(shí)際煙氣的體積應(yīng)考慮煙氣溫度的影響;排煙溫度200℃。

熱水鍋爐滿(mǎn)負(fù)荷燃煤1 100 kg/h。

總煙氣量 =Vsjy·B=10．74 ×1 100=11 814 m3/h。

風(fēng)機(jī)改裝計(jì)算:

在風(fēng)機(jī)改裝時(shí)，介質(zhì)的密度不變，即ρ=ρ0;可改變的參數(shù)轉(zhuǎn)速n。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響:

我們采取對(duì)鍋爐現(xiàn)使用的煤種進(jìn)行工業(yè)分析計(jì)算出理論近似煙氣量。按現(xiàn)用鍋爐滿(mǎn)負(fù)荷1 100 kg/h燃燒量?，F(xiàn)用煤種(與鍋爐設(shè)計(jì)煤種不同)理論近似煙氣量11 814 m3/h，對(duì)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)? 380 r/min調(diào)整降至1 200 r/min，引風(fēng)機(jī)此時(shí)理論風(fēng)量15 670 m3/h＞11 814 m3/h:結(jié)論滿(mǎn)足。轉(zhuǎn)速調(diào)整后理論風(fēng)壓為3 181 Pa大于克服系統(tǒng)阻力所需要風(fēng)壓。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整技術(shù)常用的方法有:1)液力耦合器調(diào)節(jié);2)內(nèi)饋調(diào)節(jié);3)變頻調(diào)節(jié);4)對(duì)C型連接引風(fēng)機(jī)可用變更皮帶輪調(diào)節(jié)。1種～3種調(diào)節(jié)方式節(jié)能效果顯著，經(jīng)研究由于資金的限制，又考慮到每年采暖期只有四個(gè)月，鍋爐風(fēng)機(jī)利用率不高，該風(fēng)機(jī)是C型連接，決定采用更換從動(dòng)皮帶輪的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方式，引風(fēng)機(jī)從動(dòng)皮帶輪由原φ330 mm增大至φ400 mm，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由1 380 r/min降至1 200 r/min，更換后引風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)噪聲降至81 dB(A)(在新風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)實(shí)測(cè))下降23 dB(A)，引風(fēng)機(jī)振動(dòng)明顯降低。運(yùn)行中調(diào)整后的煙氣過(guò)剩系數(shù)下降至∝py=1．89，排煙熱損失降至q2=7．25%。

3 建筑物上采取隔聲、吸聲、消聲窗與用減振溝阻斷振動(dòng)向居住樓方向傳遞等方式治理

1)在鼓、引風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)采用墻壁、天花板消聲、吸聲、隔聲措施治理。鼓、引風(fēng)機(jī)房墻體，采用多孔磚砌筑，磚孔向房?jī)?nèi)方向，內(nèi)墻面不做粉刷。磚孔面與巖棉層相對(duì)，形成吸聲和消聲功能。靠近居民樓的鼓、引風(fēng)機(jī)外墻，采用細(xì)石混凝土甩粘辦法，形成凹凸不平和蜂窩的形狀，使之起到吸收聲波減輕與住宅樓墻面的反射噪聲。引風(fēng)機(jī)屋頂面為空心板，沙灰墊層、珍珠巖保溫、水泥砂漿找平層，作防水卷材，并砌筑高300 mm女兒墻等。

2)為了減少煙氣流動(dòng)的阻力損耗，煙氣流速選用較低的煙氣流速V=11．67 m/s，改變?cè)圃鞆S家煙氣管道直徑由534 mm增至660 mm，為減少管道振動(dòng)噪聲增加2個(gè)混凝土支點(diǎn)，并用巖棉墊支以預(yù)防振動(dòng)傳播，同時(shí)并用100 mm巖棉外包。面層再使用兩層玻璃絲纖維棉外包并刷三遍環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層。

3)引風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)墻和天花板下，使用30 mm×20 mm木龍骨，間隔200 mm縱向固定在多孔磚墻面和天花板上，然后使用100 mm巖棉平鋪在龍骨間隙內(nèi)和龍骨上。然后使用鋼網(wǎng)壓在巖棉上預(yù)防膨脹，并在面層上使用塑料條固定在內(nèi)木龍骨上起到吸聲、消聲固定的作用。

4)為降低引風(fēng)機(jī)的振動(dòng)傳播，在引風(fēng)機(jī)房基礎(chǔ)內(nèi)周邊挖寬500 mm，深800 mm，低于引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的減振溝，并在靠近居民樓的一面打進(jìn)地下φ100 mm的舊鋼管。一排深1．5 m并將粗砂填滿(mǎn)減振溝，鋼管頂端高于溝內(nèi)粗砂面50 mm，這樣能起到向地下傳振吸聲和隔斷傳振的效果。

5)鼓風(fēng)機(jī)房?jī)蓚?cè)各安裝長(zhǎng)800 mm，寬500 mm多層、多孔、不通徑的消聲窗一個(gè)，以降低噪聲向外傳播并保持通風(fēng)、散發(fā)引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱量。

本項(xiàng)工程經(jīng)過(guò)開(kāi)封市環(huán)保監(jiān)測(cè)站測(cè)試，居住區(qū)域白天55 dB(A)，晚上45 dB(A)，符合居民文教區(qū)環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在這項(xiàng)綜合工程中試用交叉學(xué)科共用治理的過(guò)程中從鍋爐、風(fēng)機(jī)、節(jié)能專(zhuān)業(yè)、煙風(fēng)阻力計(jì)算的角度對(duì)現(xiàn)用煤種的理論煙氣量和克服煙道系統(tǒng)實(shí)際所需風(fēng)壓壓頭著手合理降低鍋爐引風(fēng)機(jī)富余壓頭，降低引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后既降低了引風(fēng)機(jī)噪聲和振動(dòng)擾民，又降低鍋爐排煙熱損失q2=3．56%(10．81%下降至7．25%)，提高熱水鍋爐熱效率3．56%，采暖期2臺(tái)4．2 MW鍋爐節(jié)煤174．65 t，現(xiàn)用煤價(jià)680元/t折合人民幣11．876萬(wàn)元，引風(fēng)機(jī)節(jié)電由原運(yùn)行功率37．2 kW降至25．30 kW，每小時(shí)節(jié)電11．9 kW，兩臺(tái)節(jié)電23．8 kW·h，按120 d計(jì)算，節(jié)電68 544 kW·h×0．56元/(kW·h)=38 384元。同時(shí)達(dá)到降低噪聲23 dB(A)(在新機(jī)房?jī)?nèi)實(shí)測(cè))和減振的雙重效果。為建筑、物理專(zhuān)業(yè)用常規(guī)方法減震降噪提供一個(gè)新的思路，使多個(gè)專(zhuān)業(yè)的不同措施在效果上形成合力。取得既節(jié)約能源(煤電)，又治理噪聲和振動(dòng)的環(huán)境效果。希望我們這點(diǎn)粗淺的認(rèn)識(shí)對(duì)今后交叉學(xué)科科研的同行能起到“拋磚引玉”的效果。

[1] 張永照，陳聽(tīng)寬，黃祥新，等．工業(yè)鍋爐[M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993．

[2] 譚天佑，梁鳳珍．工業(yè)通風(fēng)除塵技術(shù)[M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1984．