賀海東

（中機(jī)中電設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100048）

1 前言

鄭常莊燃?xì)鉄犭姀S位于北京西四環(huán)與吳家村交叉口的東北角處，其廠址南鄰靛廠路，西距四環(huán)路125m，與最近的已建居民區(qū)相距約80m，于2006年開(kāi)始設(shè)計(jì)，2007年建成。燃?xì)鉄犭姀S鍋爐島共安裝了3臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t，單臺(tái)鍋爐的供熱能力為116.3MW（合100Mkcal/h），3臺(tái)鍋爐總供熱能力為348.9MW（合300Mkcal/h）。熱電廠采用天然氣作為燃料，其大氣污染物排放可以滿足北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/139-2002）的相關(guān)要求。但由于該廠鍋爐島的送風(fēng)機(jī)、燃燒器等產(chǎn)生的噪聲較強(qiáng)，其噪聲可以沿著煙風(fēng)管道、煙囪一直擴(kuò)散；同時(shí)，為了提高煙氣抬升高度，防止煙氣下泄，煙囪出口處煙氣流速往往較高，其氣流再生噪聲也會(huì)與煙風(fēng)系統(tǒng)的空氣動(dòng)力性噪聲疊加，推高煙囪出口處噪聲的等級(jí)。煙囪成為噪聲源以后，由于其幾何高度高，影響范圍廣，周邊各個(gè)方向的居民區(qū)，尤其是高層居民住宅，都會(huì)受到其噪聲影響，因此，煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制是該項(xiàng)目的重要建設(shè)內(nèi)容之一。

另外，雖然該項(xiàng)目是按舊標(biāo)準(zhǔn)（即GB 3096-93標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，晝間55dB(A)，夜間45dB(A)）考慮的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，但2008年發(fā)布的新標(biāo)準(zhǔn)（GB 3096-2008）中Ⅰ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的具體標(biāo)準(zhǔn)值沒(méi)有調(diào)整，因此，噪聲控制的效果也就沒(méi)有因?yàn)樾?、舊標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)渡而受到影響。該項(xiàng)目于2007年投入運(yùn)行，當(dāng)年即通過(guò)了包括噪聲監(jiān)測(cè)在內(nèi)的聯(lián)合驗(yàn)收。噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該項(xiàng)目運(yùn)行前后，周邊居民區(qū)整體的噪聲水平基本維持原狀不變，項(xiàng)目運(yùn)行4年來(lái)，尚無(wú)噪聲控制方面的投訴，因而煙風(fēng)系統(tǒng)的噪聲控制收到了預(yù)期效果。

2 項(xiàng)目噪聲源概述

熱電廠熱水鍋爐島共布置了3臺(tái)熱水鍋爐，相應(yīng)布置了3套送風(fēng)系統(tǒng)、3套燃燒系統(tǒng)以及3套煙風(fēng)系統(tǒng)。其中，煙風(fēng)系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)是主要的噪聲源。煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源是3臺(tái)送風(fēng)機(jī)及其配套電機(jī)；燃燒系統(tǒng)的噪聲源是3套燃燒器及其輔助設(shè)備。

鍋爐燃燒器采用的是芬蘭進(jìn)口設(shè)備，其噪聲值相對(duì)較低，為80dB(A)，3臺(tái)送風(fēng)機(jī)作為主要聲源，其噪聲由進(jìn)、排氣噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲等構(gòu)成，送風(fēng)機(jī)噪聲是指其整體噪聲。3臺(tái)送風(fēng)機(jī)的規(guī)格型號(hào)相同，其噪聲性能亦相同。送風(fēng)機(jī)噪聲各倍頻帶聲壓級(jí)以及A、C聲級(jí)見(jiàn)表1。

表1 送風(fēng)機(jī)各倍頻帶聲壓級(jí)以及A、 C聲級(jí)聲級(jí)

3 噪聲控制指標(biāo)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

煙囪出口處：煙囪出口45°，1.5m高度處噪聲≤60dB(A)。

居民區(qū)窗戶外1.0m處：距離噪聲源最近的居民區(qū)窗外1.0m處，由噪聲源產(chǎn)生的A聲壓級(jí)值，晝間不大于55dB(A)，夜間不大于45dB(A)（不計(jì)背景噪聲）。

說(shuō)明：項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段為2006年，當(dāng)時(shí)執(zhí)行的GB 3096-93標(biāo)準(zhǔn)的具體標(biāo)準(zhǔn)值為：Ⅰ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，晝間55dB(A)，夜間45dB(A)。該標(biāo)準(zhǔn)值與2008年開(kāi)始執(zhí)行的新標(biāo)準(zhǔn)GB 3096-2008在數(shù)值上一致。

4 噪聲控制具體方案

4.1 送風(fēng)機(jī)（含電機(jī)）噪聲控制方案

4.1.1 性能參數(shù)概述

熱電廠3臺(tái)熱水鍋爐配套3臺(tái)型號(hào)規(guī)格均相同的送風(fēng)機(jī)，單臺(tái)送風(fēng)機(jī)及其配套電機(jī)的相關(guān)性能參數(shù)如下：

（1）送風(fēng)機(jī)

規(guī)格型號(hào)為VR64ⅢSB0RK2130；重量為6900kg；轉(zhuǎn)速950rpm；風(fēng)量180,000m3/h（按20℃考慮）；軸功率415kW。

（2）電機(jī)

規(guī)格型號(hào)為YKK450-6 450kW 6kV；額定電壓6kV；電機(jī)功率 450kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速992rpm；重量4400kg。

4.1.2 噪聲控制方案

送風(fēng)機(jī)噪聲具有聲級(jí)較高、頻譜較寬、影響范圍較廣等特點(diǎn)，其峰值范圍出現(xiàn)在250～2000Hz之間，聲壓級(jí)均在100dB(A)左右，而低頻段噪聲級(jí)也較高，為80～85dB(A)之間。針對(duì)上述特點(diǎn)，本方案采取隔聲與消聲相結(jié)合的措施控制其噪聲，即將引風(fēng)機(jī)布置在風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)；進(jìn)風(fēng)口設(shè)置以阻性為主的消聲裝置，出口則利用鍋爐爐膛的抗性消聲作用進(jìn)一步消除其低頻段噪聲。

（1）隔聲措施

3臺(tái)送風(fēng)機(jī)（含電機(jī)）分別布置在3座風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，而風(fēng)機(jī)房又布置在主廠房?jī)?nèi)。風(fēng)機(jī)房采用磚混結(jié)構(gòu)，設(shè)隔聲門(mén)。密實(shí)磚墻的隔聲量按45dB(A)考慮，隔聲門(mén)的隔聲量按30dB(A)考慮，則風(fēng)機(jī)房綜合隔聲量可達(dá)35dB(A)以上。同時(shí)，為減少機(jī)房?jī)?nèi)的混響聲，其頂棚以及四周墻面均滿鋪高效吸聲體。吸聲體吸聲材料采用容重為24kg/m3、厚度為50mm的離心玻璃棉，安裝時(shí)，留50mm厚的空腔層，以提高吸聲性能。離心玻璃棉有較高的吸聲系數(shù)，預(yù)計(jì)機(jī)房?jī)?nèi)吸聲降噪量可達(dá)5～8dB(A)。

風(fēng)機(jī)房采用隔聲、吸聲等綜合控制措施后，預(yù)計(jì)風(fēng)機(jī)房外1m處的噪聲級(jí)可降至70dB(A)以下，再經(jīng)主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的第二次隔聲降噪后，預(yù)計(jì)主廠房外1m處的噪聲級(jí)可以降至60dB(A)以下。

（2）進(jìn)風(fēng)消聲措施

3臺(tái)送風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口均位于主廠房?jī)?nèi)，標(biāo)高為17.5m。新風(fēng)先由主廠房?jī)蓚?cè)的窗戶進(jìn)入室內(nèi)，再經(jīng)送風(fēng)系統(tǒng)送入鍋爐爐膛內(nèi)。每臺(tái)送風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口均配置規(guī)格為D2500×4000（直徑×高度，單位mm）垂直安裝的消聲裝置。為了兼顧低頻段噪聲，消聲片的片厚取150mm，該厚度在125Hz對(duì)應(yīng)的吸聲系數(shù)可達(dá)0.50，從而提高了低頻段的消聲量；為了不降低高頻失效頻率，其消聲片的布置形式為：先垂直交叉布置2組，再在兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置4組，每側(cè)為2組。組與組之間的片距取300mm，最外側(cè)兩組與相鄰圓周的距離為275mm。消聲片中的吸聲材料采用離心玻璃棉，容重為24kg/m3。經(jīng)計(jì)算，消聲裝置的高頻失效頻率為1200Hz，A聲級(jí)消聲量不小于30dB(A)，送風(fēng)機(jī)噪聲的A聲級(jí)可以削減至78dB(A)以下。同時(shí)，預(yù)計(jì)消聲裝置外1m處（主廠房?jī)?nèi)）的噪聲級(jí)也可以降至78dB(A)以下，再經(jīng)主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲后，預(yù)計(jì)主廠房外10m處的噪聲級(jí)可以降至60dB(A)以下。

送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)消聲裝置消聲片布置示意見(jiàn)圖1。

圖1 送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)消聲裝置消聲片布置示意圖

（3）出風(fēng)消聲措施

送風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)管尺寸與鍋爐爐膛尺寸相差較大，其面積比大于1∶16，鍋爐爐膛相當(dāng)于一個(gè)大擴(kuò)張室，從而起到了抗性消聲的作用，有利于進(jìn)一步削減送風(fēng)機(jī)低頻段噪聲。對(duì)送風(fēng)機(jī)噪聲而言，鍋爐爐膛的抗性消聲效果與進(jìn)風(fēng)消聲裝置的阻性消聲效果前后疊加后，無(wú)疑拓寬了送風(fēng)系統(tǒng)消聲控制的頻率范圍，使低、中、高頻噪聲都得到了有效消除，也等同于降低了后續(xù)煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源值，為煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制奠定了基礎(chǔ)。

4.2 燃燒器噪聲控制方案

燃燒器安裝在送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)管上，鍋爐爐前，其產(chǎn)生的噪聲與沿風(fēng)管傳送的空氣動(dòng)力性噪聲疊加后，形成了后續(xù)煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源，因此，需要考慮燃燒器的噪聲控制措施。

該項(xiàng)目選用芬蘭進(jìn)口的燃燒器，與同類(lèi)產(chǎn)品相比具有噪聲低的特點(diǎn)，同時(shí)，燃燒器與鍋爐爐膛匹配良好，減少了燃燒時(shí)產(chǎn)生的脈動(dòng)噪聲；鍋爐送風(fēng)機(jī)與燃燒器風(fēng)道之間采用柔性連接，消除了大部分振動(dòng)噪聲；鍋爐膜式壁外部采用剛性梁加固，穩(wěn)定性較好，鍋爐煙氣流速較為合理，消除了再生噪聲。因此，從燃燒器設(shè)備選型到過(guò)程控制，均考慮了聲源的控制，從而使燃燒器外1m、高度1.5m處，滿足了噪聲等級(jí)不大于80dB(A)的目標(biāo)。

綜上所述，送風(fēng)機(jī)、燃燒器產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入煙風(fēng)系統(tǒng)后，其空氣動(dòng)力性噪聲為兩者疊加之結(jié)果，取80dB(A)作為后續(xù)煙風(fēng)系統(tǒng)的聲源指標(biāo)值。

4.3 煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制方案

4.3.1 相關(guān)參數(shù)

鍋爐3臺(tái)；單臺(tái)鍋爐負(fù)荷變化范圍5%～100%的額定容量；鍋爐年運(yùn)行3096h；工作方式為3臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行；單臺(tái)鍋爐煙氣量26萬(wàn)m3/h；煙氣溫度150℃；煙囪型式為三管集束式；煙囪外徑（單管）2200mm；煙囪壁厚14mm；煙囪材質(zhì)為不銹鋼；煙囪出口消聲裝置外徑（單管）3000mm；煙囪出口消聲裝置高度（單管）6500mm；煙囪高度（含出口消聲裝置）60m。

4.3.2 控制方案

煙風(fēng)系統(tǒng)除考慮送風(fēng)機(jī)、燃燒器等設(shè)備沿?zé)燂L(fēng)管道、煙囪的傳送噪聲外，還需考慮煙氣再生噪聲，兩者疊加共同影響煙囪出口處的噪聲值。煙風(fēng)系統(tǒng)噪聲控制措施主要從四個(gè)方面進(jìn)行考慮，即連接處振動(dòng)傳聲的消除；空氣動(dòng)力性噪聲（送風(fēng)機(jī)、燃燒器等設(shè)備沿?zé)燂L(fēng)管道與煙囪傳播的噪聲）在煙囪出口處的削減；煙氣再生噪聲的削減；煙囪出口噪聲隨距離的衰減等。

（1）振動(dòng)傳聲的消除措施

本方案考慮在煙風(fēng)管道與煙囪的連接處安裝補(bǔ)償器，在滿足相關(guān)工藝要求的同時(shí)，消除了煙風(fēng)管道因振動(dòng)而產(chǎn)生的絕大部分振動(dòng)噪聲。

（2）煙囪出口處消聲措施

該項(xiàng)目由于煙風(fēng)管道、煙囪的壁厚均較厚，煙風(fēng)管道還有保溫層，因此，其隔聲性能良好，噪聲沿?zé)燂L(fēng)管道、煙囪外壁向外輻射噪聲的影響可以忽略不計(jì)，而主要控制其沿?zé)燂L(fēng)管道內(nèi)部傳播的送風(fēng)機(jī)、燃燒器等產(chǎn)生的噪聲，考核點(diǎn)位為與外界大氣環(huán)境相通的煙囪出口處。

空氣動(dòng)力性噪聲消聲措施：該項(xiàng)目采用的三管集束式煙囪，實(shí)際上分為三根獨(dú)立煙囪，一臺(tái)鍋爐對(duì)應(yīng)一根煙囪。消聲措施為：在每根煙囪出口處設(shè)置1臺(tái)阻性片式結(jié)構(gòu)的消聲裝置，共3臺(tái)，作為各自煙囪裝置的構(gòu)成部分。消聲裝置的規(guī)格均為D3000×6500（直徑×高度，單位mm），消聲量均相同。其消聲量采用下列公式進(jìn)行預(yù)測(cè)：

ΔL=2.2?（α0）（b+h）/（b×h）l

式中：

ΔL — 消聲量，dB；

?（α0）— 消聲系數(shù)；

l — 消聲器的長(zhǎng)度，m；

b — 氣流通道寬度，m；

h — 氣流通道高度，m。

綜上所述，送風(fēng)系統(tǒng)的噪聲經(jīng)爐膛抗性消聲后，其低頻段噪聲有了進(jìn)一步的降低，因此，此處消聲片的片厚取100mm，吸聲材料采用離心玻璃棉，容重為24kg/m3，其125Hz對(duì)應(yīng)的吸聲系數(shù)為0.25。為了達(dá)到既增大片距又不降低高頻失效頻率，同時(shí)改善中高頻消聲效果等多重目的，其消聲片的布置形式采用折板式，折角為10°。消聲片共布置7組，1組沿中間位置布置，其余6組在其兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，每側(cè)布置3組。消聲片片距為271.5mm和285.5mm。經(jīng)計(jì)算，煙囪出口消聲裝置的高頻失效頻率大于2000Hz，A聲級(jí)消聲量大于30dB(A)，煙風(fēng)系統(tǒng)空氣動(dòng)力性噪聲的A聲級(jí)可以削減至50dB(A)。

圖2為煙囪出口消聲裝置消聲片布置示意圖。

圖2 煙囪出口消聲裝置消聲片布置示意圖

（3）氣流再生噪聲削減措施

煙囪出口消聲裝置的氣流再生噪聲，采取下列公式預(yù)測(cè)其聲功率級(jí)以及聲壓級(jí)：

1）聲功率級(jí)

LWA = -5 +60lgV +10lgS±2

式中：

LWA— 氣流噪聲A聲功率級(jí)，dB(A)；

V — 消聲器內(nèi)平均氣流速度，m/s；

S — 消聲器內(nèi)氣流通道總面積，m2。

2）聲壓級(jí)

Lp = LWA -20lgr - K

式中：

Lp— 平均聲壓級(jí)，dB(A)；

r — 測(cè)點(diǎn)距聲源中心距離，m；

K — 常數(shù)，視煙囪出口處為無(wú)反射的自由空間確定K值。

由煙風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)可知，單臺(tái)煙囪出口消聲裝置內(nèi)通過(guò)的煙氣量為25萬(wàn)～26萬(wàn)m3/h（煙氣溫度為150℃），取26萬(wàn)m3/h，消聲裝置的直徑大于煙囪直徑，即由直徑D2200擴(kuò)展至直徑D3000。經(jīng)計(jì)算，原煙囪內(nèi)煙氣平均流速度為19 .0m/s；消聲裝置內(nèi)煙氣平均流速度為13.5m/s；氣流噪聲A聲功率級(jí)為72.14 dB(A)，對(duì)應(yīng)的平均聲壓級(jí)為57.62dB(A)，取58dB(A)。

為了減輕氣流噪聲的影響程度，同時(shí)又滿足煙囪出口煙氣流速的要求，總長(zhǎng)度為6500mm的消聲裝置分為兩部分，其中5000mm長(zhǎng)的部分為折板消聲段，出口段的1500mm長(zhǎng)為未安裝消聲片的擴(kuò)散減速段。擴(kuò)散減速段的煙氣平均流速為10.2m/s，氣流再生噪聲的平均聲壓級(jí)相應(yīng)減至51.50dB(A)，取52dB(A)。

（4）煙囪出口初噪聲疊加預(yù)測(cè)

噪聲疊加考慮兩方面的疊加：1）對(duì)單根煙囪而言，考慮空氣動(dòng)力性噪聲與煙氣再生噪聲的疊加，即50dB(A)與52dB(A)的疊加，其結(jié)果為54.1dB(A)。2）對(duì)三根煙囪而言，考慮三者的疊加，即三個(gè)54.1dB(A)的疊加，其結(jié)果為58.9dB(A)，取60dB(A)。

（5）消聲裝置壓力損失預(yù)測(cè)

煙囪出口消聲裝置的壓力損失用全壓損失表示，采用下列公式進(jìn)行預(yù)測(cè)：

ΔH = 1/2ξPV2

式中：

ΔH — 全壓損失，Pa；

ξ— 阻力系數(shù)；

P — 煙氣密度；

V — 消聲器內(nèi)氣流速度，m/s。

經(jīng)計(jì)算，消聲裝置全壓損失小于200Pa，符合設(shè)計(jì)要求，不會(huì)對(duì)煙囪排煙效果造成影響。

4.3.3 距離衰減預(yù)測(cè)

將煙囪出口處噪聲源，作為點(diǎn)聲源看待，按下列公式預(yù)測(cè)其隨距離的衰減值：

ΔL = 20lg（r2／r1）

式中：

ΔL — 噪聲隨距離的衰減值dB(A)；

r1— 受聲點(diǎn)1至聲源的距離，m；

r2— 受聲點(diǎn)2至聲源的距離，m。

離開(kāi)噪聲源（煙囪出口）不同距離處的聲壓級(jí)預(yù)測(cè)值見(jiàn)表2。

表2 距離聲源不同距離處聲壓級(jí)預(yù)測(cè) （單位：dB(A)）

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果及說(shuō)明

鄭常莊燃?xì)鉄犭姀S項(xiàng)目于投產(chǎn)當(dāng)年（2007年）進(jìn)行了聯(lián)合驗(yàn)收，其中，環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)安排在離項(xiàng)目所在地最近的居民區(qū)（約80m）窗戶外1m處進(jìn)行。先測(cè)試本底噪聲，然后檢測(cè)項(xiàng)目運(yùn)行后噪聲。測(cè)試結(jié)果為：本底噪聲：晝間53.5dB(A)～56.7dB(A)，夜間42.5～45.5dB(A)；項(xiàng)目運(yùn)行后，居民窗戶外1m處的噪聲值維持本底值不變，即項(xiàng)目的運(yùn)行對(duì)居民區(qū)噪聲基本沒(méi)有影響。同時(shí)，也測(cè)試了煙囪出口處噪聲，其結(jié)果為：煙囪出口45°，1.5m高度處為56.6～59.3dB(A)，滿足有關(guān)要求。

說(shuō)明：由于鄭常莊燃?xì)鉄犭姀S建設(shè)之時(shí)，廠址周?chē)呀?jīng)建成了不少居民區(qū)，最近的居民區(qū)與聲源相距約80m，因此，項(xiàng)目總承包單位對(duì)噪聲控制工作非常重視，除了要求嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，還要求煙囪出口處的噪聲不大于60dB(A)。根據(jù)表2的預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，距離聲源80m處，噪聲已經(jīng)衰減至25.5dB(A)，與夜間45dB(A)的標(biāo)準(zhǔn)值相比低了將近20dB(A)，其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的疊加效應(yīng)已經(jīng)完全可以忽略了，因此，項(xiàng)目運(yùn)行后對(duì)周邊居民區(qū)的影響也就基本不存在了，而項(xiàng)目運(yùn)行4年來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)噪聲擾民的投訴，也從一個(gè)側(cè)面印證了這一點(diǎn)，燃?xì)鉄崴仩t島噪聲控制效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

（略）