降低鍋爐排汽消音器噪音的技術(shù)措施
排氣放空噪聲亦稱為噴注噪聲，是工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的一種噪聲源。諸如化工廠的各種工藝氣體放散，火電廠的鍋爐排汽，煉鐵廠的高爐放風(fēng)，機(jī)械廠的空壓機(jī)和各種風(fēng)動(dòng)工具的排氣，以及噴氣式飛機(jī)、火箭等生產(chǎn)制造行業(yè)的噪聲都屬于流體噴注噪聲，它們的產(chǎn)生機(jī)理都相同。
根據(jù)理論上的推導(dǎo)，當(dāng)受壓容器的壓力與大氣壓力之比等于1.89時(shí)，排氣口處的流速將達(dá)到聲速，這時(shí)排氣口將輻射很強(qiáng)的噪音。這種排汽噪音產(chǎn)生的機(jī)理如下:排汽噪音是一種氣流噴注噪聲，公認(rèn)的噴注示意圖為圖4一1所示。圖中D為噴口直徑，U為湍流速度，x為離噴口的距離。約在4一5倍噴口直徑的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，噴注具有一個(gè)核心區(qū)，氣流以聲速前進(jìn)，這段稱為直流區(qū)。核心區(qū)外部區(qū)域?yàn)榛旌蠀^(qū),在這個(gè)區(qū)域內(nèi)排出的氣流沖擊和剪切附近的靜止空氣，引起氣流的擾動(dòng)產(chǎn)生的噪音最為強(qiáng)烈，輻射高頻噪音。在湍流衰變區(qū)內(nèi)，噴注氣流與周圍氣體混合，湍流速度U按1/X 下降。在混流區(qū)與衰變區(qū)中間有一個(gè)過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡區(qū)和湍流衰變區(qū)輻射中、低頻噪聲，是污染遠(yuǎn)方環(huán)境的主要來(lái)源。
從氣體動(dòng)力方程出發(fā)，根據(jù)湍流特性推導(dǎo)出噴注噪音的總功率為W= k,'p?ulBD公式(4-1)POCO這里p、u 分別代表嗩注氣體的密度和速度，PO、CO 為環(huán)境氣體密度和環(huán)境聲速。這表明排汽噪音的聲功率主要和排汽速度、聲源介質(zhì)、排氣管直徑的大小有關(guān)，而介質(zhì)的密度是隨壓力的提高而增加的。因此對(duì)于一個(gè)由排汽管排汽產(chǎn)生的噪音，噪音強(qiáng)度是隨排汽壓力和流速的增加而增加的。一般說(shuō)氣流噪音聲功率級(jí)與流速的8 次方成正.比2。
所以，要減弱這種噪音，一般采用減壓擴(kuò)容穩(wěn)流的辦法，逐步擴(kuò)大通道的晰面，在保持總壓降不變的情況下，把流速控制在臨界淹速以下，能有效地降低高中樂(lè)排汽的噪音。
降低蒸汽排汽消音器放空噪音的措施:
根據(jù)高中壓排汽放空噪音產(chǎn)生的機(jī)理,電站鍋爐吹管的排汽母管蒸汽直接對(duì)空排放，高溫高壓蒸汽在排汽口突然膨脹擴(kuò)容造成氣流與排汽管的急劇振動(dòng)和蒸汽流與空氣的急劇擾動(dòng)，產(chǎn)生了巨大的噪音。
根據(jù)上面的分析，要降低鍋爐排汽消音器排汽噪音，必須降低排汽的壓力和溫度。如果要降低排汽的壓力和溫度，我們需要從以下三個(gè)方面進(jìn)行努力:
a.在保證吹管效果的前提下(即吹管質(zhì)量系數(shù)K>1,最佳系數(shù)為13*21),降低排汽消音器的壓力。
b.在排汽口安裝消音器，使排汽在排向大氣前提前進(jìn)行膨脹降壓擴(kuò)容。
C.在臨時(shí)排汽管道及排汽口處進(jìn)行合理的噴水降溫，使高溫的蒸汽在排氣口處盡可能的接近外界的溫度。排汽消音器壓力的選擇
吹管系數(shù)的確定
根據(jù)火電機(jī)組啟動(dòng)吹管導(dǎo)則，為保證良好的吹管效果，應(yīng)保證整個(gè)吹管流程中，各段吹管質(zhì)量系數(shù)大于l。并有一定積累時(shí)間，以充分利用鍋爐蓄熱量，提高沖洗效果，減少?zèng)_洗次數(shù)(265吹管質(zhì)量系數(shù)的定義是吹管時(shí)氣流對(duì)異物的沖刷力與額定工況下氣流沖刷力的比值，也就是吹管時(shí)氣流的動(dòng)量與額定工況氣流動(dòng)量的比值，即K=F/F.=Go/G.c公式(4-2)其中F、G、《分別表示吹管時(shí)的沖刷力、蒸汽流量、蒸汽流速，下標(biāo)e表示額定負(fù)荷。
現(xiàn)在確定吹管參數(shù)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。而在工程應(yīng)用上判斷鍋爐實(shí)際吹管質(zhì)量系數(shù)的方法，一般根據(jù)定義式，并假定在吹管階段，吹掃“小區(qū)段”入口和出口的焓值相差不太大(不超過(guò)10%)，將該區(qū)段范圍內(nèi)的比容看作是常數(shù)。
吹管蒸汽溫度的選定
吹管時(shí)，由于鍋爐主要燒油，且再熱器處于干燒狀態(tài)，為保護(hù)再熱器，應(yīng)控制爐膛出口煙溫不超過(guò)538C,燃油量要控制在略高于每層油槍允許的最低油量。由于溫度越高蒸汽比容越大，因此吹管蒸汽溫度較高些可以提高吹掃效果，所以可以盡量提高蒸汽溫度至420"C~430*C,但一般不得超過(guò)430"C。
吹管降壓幅度的選定
排汽消音器時(shí)的蒸汽流量約為額定流量的60%。吹管時(shí)的降壓幅度是由沖管控制門的開啟、保持、關(guān)閉的時(shí)間來(lái)控制，要求K=1的保持時(shí)間t>90秒，因而沖管控制門A、B 全開保持時(shí)間不應(yīng)小于2 分鐘，這樣累計(jì)沖管時(shí)間控制在4--5 分鐘。為保證吹管過(guò)程中汽包上下壁、內(nèi)外壁溫差不超過(guò)40~C,應(yīng)控制吹管初壓力和終壓力，使其相應(yīng)飽和蒸汽溫差不超過(guò)40"C,如果汽壓達(dá)到相應(yīng)值，應(yīng)立即關(guān)閉控制閥門。為此，取壓降幅度為2.9MPa。
消音器的設(shè)計(jì)研制
消音器是一種在允許氣流通過(guò)的同時(shí)，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的設(shè)備。對(duì)于通風(fēng)管道、排氣管道等噪聲源，在進(jìn)行降噪處理時(shí)，需要采用消聲技術(shù)。消音器能夠阻擋聲波的傳播，允許氣流通過(guò)，是降低噪聲的有效工具。
設(shè)計(jì)安裝消音器是控制氣流噪音通過(guò)管道等介質(zhì)障礙向外傳播的重要措施。
消音器的種類很多，根據(jù)其消音機(jī)理，可以分為6種主要類型，即阻性消音器、抗性消音器、阻抗復(fù)合式消音器、微穿孔板消音器、小孔消音器和有源消音器。
根據(jù)消音設(shè)計(jì)原則，鍋爐排汽消音器噪音屬于高壓、高速排氣放空噪音，可采用小孔消音器。
小孔消音器及其工作原理: 小孔消音器是一根直徑與排氣管直徑相等、末端封閉的管子，管壁上鉆有很多小孔，是降低氣體排放時(shí)產(chǎn)生的噪音的消音器。其原理是以噴氣噪音的頻譜為依據(jù)的，如圖4--2 給出兒種不同噴孔直徑d 的噴氣噪音的頻譜特性。如果保持噴口的總面積不變而用很多個(gè)小噴口代替，則當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)小孔時(shí)， 噴氣噪音的頻譜就會(huì)移向高頻或超高頻。
人耳的聽覺(jué)特性與聲音的頻率有關(guān)，人耳對(duì)1000-2000HZ 的聲音最敏感，但是對(duì)8000HZ以上的聲音反應(yīng)遲鈍，對(duì)20000HZ以上的聲音就完全聽不見了從圖中可以看出，氣流經(jīng)過(guò)小孔后，使頻譜中的可聽音成分顯著降低，從而減少了噪音對(duì)人的傷害。一般的工業(yè)排氣中，排氣管的直徑從幾十毫米到幾百毫米，峰值頻率較低，輻射的噪音主要在可聽音的頻率范圍內(nèi)。小孔消音器的小孔直徑-般在幾毫米到十幾毫米，峰值頻率較排氣管噴氣噪音的峰值頻率要高幾十倍。
因此，在排氣管上安裝小孔消音器，可把排氣產(chǎn)生的噪音頻率移向高頻范圍，從而降低了排汽噪音對(duì)人體的危害。
根據(jù)噴注噪聲原理，噴注噪聲峰值頻率與噴氣速度和喉部直徑有關(guān)，符合Sh=D.fp!4公式(4-6)Sh 為斯特勞哈爾(Strouhal)數(shù)，其值為0.2。當(dāng)噴注速度為聲速即u=340m/s時(shí)，不同噴孔直徑對(duì)應(yīng)的峰值頻率計(jì)算結(jié)果見表4一1
由表4-1可見,對(duì)于直徑大于3.4mm的噴口，噪聲的主要聲功率已在可聽范圍之外。這一結(jié)論提供了減少噴口直徑的方法來(lái)降低十?dāng)_噪音的可能性。
我國(guó)著名聲學(xué)及振動(dòng)學(xué)專家馬大猷教授建議用A聲級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)于擾噪聲，并求得了噴注噪聲的A功率與總功率W 的近似關(guān)系W.D.C)= 1.907 x 103公 式(4-- 7 )A功率為計(jì)權(quán)功率，它沒(méi)有計(jì)入中心為16000HZ及以上的各個(gè)倍頻帶的能量，當(dāng)直徑減因而與人耳聽覺(jué)特性符合較好。C 為噴注聲速，對(duì)于阻塞排放，C= u。半時(shí)，WA的相對(duì)值變?yōu)?/8，因此，把大噴口排放改為通過(guò)相當(dāng)面積的小噴口排這就是小孔消音器的理論基礎(chǔ)8。放可以使干擾噪音大大降低，對(duì)于孔群噴注噪音功率為(號(hào)(P-R1公式(4-8)W= knDP。PZ--- 噴注壓力;PO一一一環(huán)境壓力gN一一- 小孔流量D--一小孔直徑n--- 小孔數(shù)目k--- 常數(shù)小孔間距應(yīng)滿足: t3D+6JD從公式(4一8) 可以看出，在D不變時(shí)，gN增加，則W增加；在gN不變時(shí)，減少D,則W增大；在D和gN都不變時(shí)，n增大則W增大; 而t過(guò)小還影響裝置的強(qiáng)度29
山東萊城電廠300MW 機(jī)組主蒸汽管道管徑中534.5X83.1、再熱熱段管道管徑為中697X31,根據(jù)鍋爐排汽消音器導(dǎo)則及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范的要求，臨時(shí)管道的截面積不小于正式管道的截面積，在管材不易采購(gòu)的特殊情況下，也不宜小于正式管道截面積的60%[303)a我們采用的排汽母管的直徑是中720X18。
我們?cè)O(shè)計(jì)的消音器的結(jié)構(gòu)，為保證消音效果采用了內(nèi)外兩層小孔消壓管，內(nèi)層消壓管直徑采用D.800mm 鋼管，長(zhǎng)度為5200mm,鉆有小20mm 的圓孔8190個(gè)，小孔周向及軸向間距均為40mm；外層消壓管采用直徑1400mm 鋼管，長(zhǎng)度為5000mm,鉆有中30mm 的圓孔5250個(gè)，小孔周向及軸向間距均為60mm；在外層消壓管外安裝D.2500mm的外殼，采用水平與垂直雙向排汽，以保證足夠擴(kuò)容，這樣就組成一臺(tái)多層擴(kuò)容的小孔消音器。消音器結(jié)構(gòu)如圖4-3所示:
排汽消音器的安裝
在以往的機(jī)組吹管時(shí)，排汽母管直接布置在汽機(jī)房12m 運(yùn)轉(zhuǎn)層，排汽母管伸出廠房外直接對(duì)空排汽。這樣不僅吹管噪音大，而且吹出的蒸汽還容易對(duì)主廠房的墻面造成污染。設(shè)計(jì)加裝消音器吹管后，我們將消音器布置在廠房外零米地面的予制混凝土基礎(chǔ)上，通過(guò)混凝土基礎(chǔ)上的預(yù)埋鐵板與消音器的底座相連，這樣起到固定消音器的作用。排汽母管從12米運(yùn)轉(zhuǎn)層接出并引到廠房外零米與消音器相連接。
為了防止排汽母管在吹管過(guò)程的振動(dòng)，我們對(duì)布置在12 米運(yùn)轉(zhuǎn)層排汽母管加裝了4 套支架，其中在凝泵上方設(shè)一固定支架，至擴(kuò)建端排汽母管設(shè)三套滑動(dòng)支架，整個(gè)排汽母管應(yīng)有不小于10%的坡度，以保證疏水暢通。
排汽母管及消音器布置示意圖如圖4一4所示:蒸汽排汽放空噪音的產(chǎn)生機(jī)理，從而確定了降低排汽放空噪音采取的三個(gè)方面的措施。根據(jù)吹管導(dǎo)則要求和廠家資料選定了排汽消音器的參數(shù)，根據(jù)小孔噴注消音原理設(shè)計(jì)了消音器和噴水減溫裝置，并初步應(yīng)用于山東萊城電廠#2機(jī)組的鍋爐排汽消音器中，吹管噪音有了較大降低，在降低噪音方面取得了初步成效。
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