Комплексное снижение шума от энергетического оборудования
Тупов В.Б.
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Tupovvb@mpei.ru
Работа энергетического оборудования часто связана с шумоизлучением, которое может оказывать негативное воздействие на окружающую среду. Законы «Об охране атмосферного воздуха» и «Об охране окружающей природной среды» обязывают снижение его негативного воздействия. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 устанавливают допустимые уровни шума на рабочих местах и территории жилой застройки, а СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-01– создание санитарно-защитных зон вокруг предприятий.
Разработка мер по снижения шума энергетического оборудования идет во всем мире. За рубежом используются разработки по шумоглушению энергетического оборудования таких компаний как Industrial acoustic company (IAC), BBМ-Acustic, и других, а в нашей стране – разработки ЮжВТИ, НПО ЦКТИ, ОРГРЭС, ВЗПИ (Открытый Университет), НИИСФ, Балтийский университет (Военмех), ВНИАМ др.
В Национальном исследовательском университете МЭИ НОЦ «Снижение шума энергетического оборудования» в течение последних тридцати лет проводит комплекс работ по снижению шума от энергетического оборудования: аварийных сбросов пара в атмосферу; газовых турбин; парогазовых установок; тягодутьевых машин; ГРП; РОУ; градирен; трансформаторов; насосов; компрессоров.
Базой для указанных работ являются теоретические и практические исследования [1—11], наиболее интересными, выполненными за последние два года:
разработанная методика, позволяющая на основе нахождения минимума дисконтированных затрат определять геометрические размеры многоступенчатых глушителей;
широкое использование результатов математического 3D моделирования, прежде всего, для обеспечения минимального аэродинамического сопротивления глушителей;
новые высокоэффективные глушители по снижению шума. За последние полтора года получено два патента и еще один находится в оформлении;
влияния климатических факторов (температуры, влажности) на значение требуемого снижения уровня шума.
В [12] дан обзор выполненных НОЦ «Снижение шума энергетического оборудования» НИУ МЭИ на 2011 г. работ по источникам шума, которые отмечены выше. С этого времени наиболее интересные комплексные работы были осуществлены на Северском трубном заводе (СТЗ), ТЭЦ-23 ОАО Мосэнерго. Кроме этого были установлены паровые глушители на ТЭЦ-ЗИЛ в Москве, разработаны рекомендации для снижения паровых выбросов на ТЭЦ-6 и ТЭЦ-9 ОАО Мосэнерго и Казанской ТЭЦ. Кроме этого разработаны оригинальные рекомендации по снижению шума от газовых трактов энергетических котлов №№6,7,8 и воздушного тракта пиковой водогрейной котельной для ТЭЦ-9 филиала ОАО Мосэнерго, разработан проект по снижению шума воздухозабора котла № для ТЭЦ-26 филиала ОАО Мосэнерго. Для газоперекачивающих станций «Газпрома» разработан глушитель газовых свечей.
В табл.1 приведены превышения санитарных норм от энергетического оборудования и возможные меры по шумоглушению. Наиболее часто для снижения шума от энергетического оборудования применяются глушители и экраны.
На превышение санитарных норм в окружающем от энергетического оборудования районе влияют, в основном, следующие факторы:
расстояние до источника шума и их количество;
размещение источников (внутри помещений или на открытом воздухе);
уровень излучаемой звуковой мощности;
характер шума (тональный или широкополосный);
временная характеристика излучаемого шума (постоянный, импульсный или прерывистый);
характер направленности шума от источника;
расположение над уровнем земли для источников находящихся на открытом воздухе;
устройства по шумоглушению, их эффективность и состояние работоспособности.
Как правило, от предприятия, где размещается энергетическое оборудование, излучается шум от целой группы источников, величина которого на расстоянии от него, дБ, определяется по известной формуле:
 (1)
где Li уровень звукового давления от i—ого источника, дБ.
Особенность логарифмического сложения шума (формула 1) определяет стратегию осуществления мер по шумоглушению. Шум от всех источников в определенной точке не должен превышать допустимый уровень Lдоп, дБ. Для успешного осуществления мероприятий по шумоглушению ТЭС является начало осуществления мер по шумоглушению от наиболее интенсивных источников. Такими являются источниками, шум от которых больше, чем на 5 дБ превышает уровни звукового давления в расчетной точке от других источников. Мероприятия по шумоглушению от источников, разница уровней звукового давления которых меньше, чем 5 дБ должен проводиться одновременно. В самом деле, если полностью заглушить источник создающие уровни звукового давления меньше, чем на десять дБ (см.(1)), суммарное значение практически не изменится. Порядок осуществления мероприятий по шумоглушению определяется на основе акустических расчетов и обследования предприятия. Примерами комплексных работ являются мероприятия по снижению шума от Северского трубного завода (СТЗ) и ТЭЦ-23 филиала ОАО Мосэнерго. На первом предприятии выполнен весь цикл работ, а на ТЭЦ-23 филиале ОАО Мосэнерго — только часть.
Правильный порядок осуществления мер по шумоглушению дает положительный результат, как это случилось на Северском трубном заводе. Здесь за последние годы проведена крупная модернизация производства. Установка современного оборудования с одной стороны позволила, уменьшить вредные выбросы в атмосферу, но с другой стороны появилась проблема шума на окружающий район от работающего оборудования. Для решения этой проблемы НИУ МЭИ в процессе обследования определил основные источники шума, создающие превышение санитарных норм в окружающем районе, разработал рекомендации и рабочие проекты по снижению шума от них до санитарных норм и провел контрольных акустических измерения в окружающем районе после их изготовления и монтажа.
Акустическое обследование завода показало, что основными источниками постоянного шума, из многих десятков источников, которые имеются на заводе, являются системы газоочистки дуговой электросталеплавильной печи (ДСП) и печи ковша ОАО «СТЗ». Излучение шума от систем газоочисток связано с работой дымососов, шум от которых распространятся в окружающий жилой район от устья дымовых труб.
Для снижения шума систем газоочисток ДСП и печи ковша НИУ МЭИ были разработаны рекомендации и выполнены рабочие проекты шумоглушителей. Шумоглушители устанавливаются в дымовых трубах, что позволяет снижать шум сразу от всех дымососов. Глушители шума состоят из нескольких цилиндров, размещённых равномерно по сечению дымовой трубы. Внутри каждого цилиндра находится негорючий, негигроскопичный звукопоглощающий материал, который защищается от выдувания стеклотканью и перфорированными металлическими листами. На рис. 1 дан общий вид цилиндрических глушителей шума, устанавливаемых в дымовых трубах систем газоочисток дуговой сталеплавильной печи и печи-ковша. Глушитель шума для системы газоочистки ДСП отличается от системы газоочистки печи ковша габаритными размерами цилиндрических глушителей.
Для уменьшения аэродинамического сопротивления глушителя шума на его цилиндры со стороны входа и выхода потока дымовых газов установлены обтекатели. Аэродинамическое сопротивление глушителей шума составило меньше 50 Па в обоих случаях.
Особенностью глушителей являются их относительно большие габаритные размеры. Это предъявляет особые требования к каркасу глушителей. Для удобства глушитель выполняется из отдельных небольших элементов, что позволяет осуществлять транспортировку и монтаж глушителей отдельными частями. На рис.2 показано установка глушителя шума в дымовую трубу системы газоочистки с помощью мобильного крана.
Глушитель шума системы газоочистки ДСП был смонтирован осенью 2011 г., а глушитель системы газоочистки печи-ковша— в 2012 г. Акустические измерения по определению акустической эффективности глушителей и в окружающем завод районе проводились частотным анализатором «Soundbook» фирмы «Sinus», которым измерялись уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5, 63, 125,250,500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, а также уровни звука. Акустическая эффективность глушителя шума в системе газоочистке печи-ковша определялась как разность уровней звукового давления по результатам измерений в дымовой трубе до и после глушителя. Акустические измерения проводились из специальных штуцеров, сделанных в дымовой трубе до и после глушителя специальным микрофоном фирмы G.R.A.S. Такой микрофон позволяет проводить акустические измерения в высокотемпературном потоке в условиях реально действующего оборудования. Акустическая эффективность глушителя шума в системе газоочистке ДСП определялась как разность уровней звукового давления по результатам измерений в контрольной точке на крыше ДСП до и после глушителя. Следует отметить, что метод измерения в контрольной точке ограничен фоновым шумом от других источников, поэтому является менее точным, чем измерения непосредственно в дымовой трубе с помощью специального микрофона.
Акустическая эффективность глушителей по результатам измерений приведена на рис.3. Акустическая эффективность глушителя шума печи-ковша составила 15,5-33,8 дБ в диапазоне октавных полос со среднегеометрическими частотами 31,5 – 8000 Гц (рис.3) или по уровню звука 20,6 дБА. Акустическая эффективность глушителей газоочисток печи – ковша и ДСП превышает требуемое снижение уровня.
Кроме этого были выполнены комплексные акустические измерения в окружающем районе. На рис.4 показаны типичные результаты в одной из контрольных точек в жилом районе по результатам трех серий измерений: до установки глушителей, после установки глушителя только на системе газоочистки ДСП и после установки глушителей на системах газоочистки ДСП и печи ковша. Акустические измерения в окружающем жилом районе, в зоне наиболее характеризующем воздействие шума от системы газоочистки ДСП показали максимальное снижение уровня звукового давления до 14,8 дБ, а после установки глушителя в системе газоочистки печи-ковша до 19,6 дБ. Из рис.4 видно, что установка глушителей шума на системах газоочистки обеспечила выполнение ночных санитарных норм. Следует отметить, что даже в дневное время шум от постоянных источников шума завода не превышает ночные санитарные нормы.
В случае, когда осуществление мероприятий по шумоглушению начинается с источников шума, которые не являются наиболее интенсивными, то результаты этих работ практически не заметны. Для ТЭЦ-23 филиала ОАО Мосэнерго источниками шума для окружающего района являются шум от осевых дымососов, трансформаторов, градирен и ГРП. В настоящее время установлены экраны для снижения шума градирен, трансформаторов и ГРП. Звукопоглощающие экраны для градирни №№5,6 устанавливается на расстоянии 2-3 м от воздухозаборных окон, их высота составляет 5 м, а длина каждого экрана — 100 м. Высота звукопоглощающего экрана ГРП составляет 7 м, а длина—104 м. Звукопоглощающий экран установлен около автотрансформаторов АТ-91 и АТ-92. Расстояние между автотрансформаторами и звукопоглощающим экраном составляет 3 м. Высота звукопоглощающего экрана — 5 м, а длина — 64 м. На рис.5 показаны источники шума окружающего района: срезы дымовых труб и градирни. Шум, излучаемый градирней, снижается экраном. Расчетная акустическая эффективность экрана составляет около 20 дБ для большинства среднегеометрических частот. Внедрение шумоглушителей для газовых трактов осевых дымососов энергетических котлов ТГМП-314П ст. №№5-8, которые являются основным источником шума в окружающем районе, перенесено на следующие годы. Результаты измерений в окружающем ТЭЦ-23 жилом районе, проведённые осенью 2012 г., показывают, что уровень шума остался приблизительно на уровне прошлых лет.
Продолжилось внедрение различных модификаций парового глушителя МЭИ на энергетических объектах страны. Сбросы пара энергетических котлов в атмосферу является наиболее интенсивным, хотя и кратковременным, источником шума, как для территории предприятия, так и для окружающего района, превышение санитарных норм при которых, как показано выше имеет максимальное значение по сравнению с другими источниками.
Для снижения шума выброса пара при срабатывании ГПК котлов БКЗ-320-140 ст.№№5,6 ОАО «ТЭЦ-ЗИЛ» в МЭИ разработан многоступенчатый комбинированный глушитель шума (рис.6)
Общая масса глушителя составляет 1125 кг. Акустическая эффективность –29 дБА. Расход пара через глушитель до 143 т/ч. Разработанный глушитель (рис.6) содержит многоступенчатый корпус, состоящий из нескольких ступеней шумоглушения и камеры расширения. Первая ступень шумоглушения предназначена для плавного снижения скорости и давления сбрасываемого пара. Для снижения скорости пара до расчётной величины на выходе второй ступени расположена камера расширения. Снижение шума до требуемой величины осуществляется в третьей ступени шумоглушения, состоящей из концентрических кассет и облицовки внутренней поверхности корпуса глушителя звукопоглощающим материалом. Внутри ступеней шумоглушения расположен негигроскопичный звукопоглощающий материал, который удерживается от выдувания с помощью стеклоткани и перфорированных цилиндрических металлических перфорированных обечаек.
На основе, разработанной в МЭИ новой методики, определены линейные размеры двухступенчатого диссипативного глушителя шума пластинчатого типа для снижения шума газовых трактов котлов БКЗ-320-140ГМ ст.№№6, 7, 8. Первая по ходу газа ступень глушителя состоит из 4-х пластин толщиной 400 мм и длиной 1500 мм, размещенных равномерно в газоходе размерами 2300х5500 мм. Расстояние между пластинами составляет 975 мм, расстояние между крайними пластинами и стенкой газохода – 488 мм (рис.7). При таком размещении пластин относительное проходное сечение составляет 71%. Вторая по ходу газа ступень глушителя состоит из 8-ми пластин толщиной 200 мм и длиной 3000 мм, размещенных равномерно в газоходе размерами 2300х5500 мм.
Для определения места размещения ступеней глушителя проводилось математическое моделирование. Из рис.8 видно, что полное давление среды в случае (а) несколько выше, чем в случае (б). В случае (б) происходит более равномерное снижение полного давления среды, особенно хорошо это видно после первой ступени глушителя, где в случае (а) преобладают зоны повышенного давления.
Уменьшение шума газовых трактов за дымососами котлов БКЗ-320-140ГМ ст. №№6, 7, 8 ТЭЦ-9 с помощью пластинчатых глушителей без расширения существующих газоходов позволяет обеспечить необходимую акустическую эффективность (рис.9) при умеренном дополнительном аэродинамическом сопротивлении (42,7 Па) и массе конструкции 3,6 т.
При разработке мер по шумоглушению важную роль играют климатические факторы. Анализ изменение уровня звука в течение года в расчетной точке от парового выброса на расстоянии 500 м показан на рис.10 , из которого видно, что уровень звука сильно зависит от месяца года и это изменение составляет до 5 дБА.
Таким образом, комплексное снижение уровня шума от энергетического оборудования, включающее использование оптимальных технических решений для снижения шума интенсивных источников шума с учетом, как технических характеристик, так и природных данных позволяет получать гарантированно требуемое снижение с минимальными затратами. Для снижения шума энергетического оборудования рекомендуются глушители МЭИ, которые прошли практическое опробование и учитывают требования и специфику работы на объектах энергетики. В настоящее время всего эксплуатируются более 300 глушителей.
Список литературы
Тупов В.Б. Факторы физического воздействия ТЭС на окружающую среду. М.: Издательский дом МЭИ. 2012.
Тупов В.Б. Газовоздушные тракты паровых котлов: учебное пособие/ Тупов В.Б. –М.: Издательский дом МЭИ, 2009.-200 с.
Тупов В.Б. Снижение шума от энергетического оборудования. М.: Изд-во МЭИ. 2005. – 232 с.
Тупов В.Б. Опыт эффективного снижения шума в энергетике // Труды второй всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем» ЭНЕРГО-2012 –М.: Издательский дом МЭИ, 2012. С.313-316
Vladimir Tupov « The development of complex silencers for large power stations» 41 th International Congress on Noise Control Engineering, New York, USA, 19-22 August 2012
Тупов В.Б., Чугунков Д.В. Глушители шума на сбросах пара энергетических котлов// Теплоэнергетика. 2009.№8. С.34-37
Тупов В.Б., Чугунков Д.В., Семин С.А. Снижение шума от выхлопных трактов газотурбинных установок с котлами-утилизаторами // Теплоэнергетика. 2009. № 1. С. 24–27.
Тупов В.Б., Беляков М.В., Чугунков Д.В. Опыт снижения экраном уровня шума силовых трансформаторов // Электрические станции.2010, №10. С.38-40
Vladimir Tupov «Development of Absorptive Silencers to Forced-Draft Fans» 39 th International Congress on Noise Control Engineering, Lisbon, Portugal, 13-16 June 2010
Тупов В.Б., Чугунков Д.В. Особенности систем шумоглушения газовых трактов энергетических котлов// Теплоэнергетика. 2010, №12. С.66-69
Тупов В.Б. Эффективные решения по снижению шума от энергетического оборудования ТЭС и котельных// Труды всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем» ЭНЕРГО-2010 (Москва, 1-3 июня 2010 г.)– М.: Издательский дом МЭИ, 2010. Т.2 . С.247-250
Тупов В.Б. Эффективные решения по снижению шума в энергетике // Ш Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», 22-24 марта 2011 г.Санкт-Петербург., с.164-171
Таблица 1
Превышение ночных санитарных норм на расстоянии 500 м от энергетического оборудования
Источник шума
|
Превышение в дБА
|
Возможный путь снижения шума
|
1.Сбросы пара в атмосферу
|
30 45
|
Установка глушителя
|
2. Газовая турбина (100 МВт)
|
|
а) От воздухозабора (без глушителя)
|
до 35
|
Установка глушителя
|
б) От среза дымовой трубы (без глушителя)
|
до 20
|
Установка глушителя
|
3. Тягодутьевые машины
|
|
а) Кожух
|
2 17
|
Звукоизоляция, установка кожуха
|
б) Воздухозабор дутьевого вентилятора
|
8 14
|
Установка глушителя или экрана
|
c) От среза дымовой трубы
|
Дымовая труба, футерованная внутри кирпичом
|
0– 4
|
Облицовка звукопоглощающим материалом поворотов, установка глушителя
|
Дымовая труба с металлическим газоотводящим стволом
|
10 24
|
Установка глушителя, облицовка звукопоглощающим материалом поворотов
|
4. Оборудование угольного хозяйства
|
10–15
|
Комплекс мероприятий по шумоглушению
|
5.Градирни
|
1 3
|
Установка экранов, специальных устройств
|
6.Трансформаторы
|
1 6
|
Установка экранов
|
7. Водогрейные котлы
|
|
|
Типа ПТВМ -50
|
4 6
|
Установка глушителя
|
Типа ПТВМ-100
|
6 9
|
Установка глушителя
|
8. Шум излучающий из помещений
|
а) Котельного и турбинных цехов
|
4 7
|
Звукоизоляция оконных и дверных проёмов, реализация комплекса мер по шумоглушению внутри котельного и турбинных цехов
|
б) ГРП
|
12 17
|
Установка глушителя
|
в) Компрессорной
|
5 10
|
Установка глушителя
|
г) Насосной
|
3 5
|
Звукоизоляция, установка кожухов
|
Рис.1. Общий вид цилиндрических глушителей шума, устанавливаемых в дымовых трубах систем газоочисток дуговой сталеплавильной печи и печи-ковша: 1 – дымовая труба; 2 – цилиндры шумоглушителя; 3 – звукопоглощающий материал; 4 – перфорированные металлические листы; 5 – круглые обтекатели; 6 – каркас шумоглушителя
Рис.2. Установка глушителя шума в дымовую трубу системы газоочистки с помощью мобильного крана
Рис. 3. Акустическая эффективность, дБ глушителей шума систем газоочистки: 1– печи-ковша; 2– ДСП; 3– требуемое снижение
 
1
3
2
Рис.4. Уровни звукового давления в окружающем жилом районе: 1 – до установки глушителей шума; 2 – после установки глушителя шума на системе газоочистки ДСП; 3– после установки глушителей шума на системах газоочистки ДСП и печи ковша; 4 – допустимые нормы для территории жилой застройки в ночное время суток (с 23 до 7 ч)
 
1
2
3
Рис.5. Окружающий ТЭЦ-23 филиала ОАО Мосэнерго район: 1—градирни; 2— срезы дымовых труб; 3—экран
Рис.6. Глушитель шума выброса пара для выхлопных трубопроводов после ГПК котлов БКЗ-320-140 ст.№№5,6 ОАО «ТЭЦ-ЗИЛ»
 
Вторая ступень глушителя шума
Первая ступень глушителя шума
Люк
Компенсатор
Рис.7. Общий вид двухступенчатого глушителя шума для газоходов котлов БКЗ-320-140ГМ ст.№№6, 7, 8 ТЭЦ-9
 
а) б)
Рис.8. Результаты математического моделирования полного давления среды внутри газового тракта БКЗ-320-140ГМ при минимальном расстоянии от ступеней глушителя до поворота (а) и при расстоянии 1,5 м от каждой из ступеней (б)
 
1
2
Рис.9. Акустическая эффективность: 1 – снижение УЗМ в глушителе шума;
2 – требуемое снижение УЗМ
месяц
ΔLp, дБА
Рис.10. Изменение уровня звука в течение года в расчетной точке от парового выброса на расстоянии 500 м |
