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電廠鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器的設(shè)計(jì)、加工和安裝
結(jié)合電廠鍋爐排汽特點(diǎn),自行設(shè)計(jì)、加工和安裝了過(guò)熱器安全門(mén)、啟動(dòng)排汽門(mén)和排污擴(kuò)容器排汽消聲器。經(jīng)測(cè)試,其消聲效果高達(dá)39dB,低也達(dá)29dB。
關(guān)鍵詞鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器設(shè)計(jì)加工安裝
1概述
電廠安裝有4臺(tái)中壓機(jī)組(2×12MW、2×25MW)。由于設(shè)計(jì)建廠時(shí)把廠區(qū)和生活區(qū)建在一起,因而電廠鍋爐排汽噪聲對(duì)廠區(qū)、生活區(qū)影響較大。
電廠鍋爐排汽源主要有鍋爐起動(dòng)時(shí)啟動(dòng)排汽門(mén)、過(guò)熱器安全門(mén)和排污擴(kuò)容器排汽門(mén)的排汽。這些排汽所產(chǎn)生的噪聲除了強(qiáng)度大(高達(dá)140dB)外,不同的排汽源又有其不同特點(diǎn):①鍋爐啟動(dòng)和排污擴(kuò)容器排汽門(mén)是在鍋爐啟停時(shí)產(chǎn)生,排汽持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),其排汽壓力、溫度及所產(chǎn)生的噪聲是一個(gè)由低變高的連續(xù)的漸變過(guò)程;②過(guò)熱器安全門(mén)排汽無(wú)論是其壓力、溫度還是其所產(chǎn)生的噪聲則是一個(gè)突變過(guò)程,其突發(fā)性強(qiáng),主要是在鍋爐事故和大修試安全門(mén)時(shí)產(chǎn)生。
火電廠鍋爐排汽噪聲是屬于氣流噴注噪聲,控制排汽噴注噪聲的有效方法是在排汽口上安裝消聲器。
結(jié)合電廠鍋爐排汽噪聲治理課題,我們于1995年對(duì)國(guó)內(nèi)部分火電廠和消聲器廠家進(jìn)行了調(diào)研,調(diào)研結(jié)果主要有:①由于鍋爐排汽消聲器是屬非定型產(chǎn)品,因而國(guó)內(nèi)無(wú)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、制造和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),不同廠家的消聲器結(jié)構(gòu)和質(zhì)量指標(biāo)有一定區(qū)別;②國(guó)內(nèi)火電廠鍋爐排汽消聲器主要采用小孔噴注消聲器,也有少量其他類型消聲器。小孔噴注消聲器主要優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用時(shí)間較長(zhǎng)、加工方便;③火電廠小孔噴注消聲器來(lái)源比較復(fù)雜,有的自行設(shè)計(jì)、加工,有的委托設(shè)計(jì),自行加工,有的全部委托設(shè)計(jì)、加工,也有的購(gòu)買(mǎi)消聲器生產(chǎn)廠家現(xiàn)成產(chǎn)品。
經(jīng)過(guò)調(diào)研,根據(jù)電廠機(jī)組容量小、資金較少等具體情況,同時(shí)為了積累鍋爐排汽噪聲治理經(jīng)驗(yàn),我們決定在電廠鍋爐排汽消聲器采用小孔噴注消聲器,以自行設(shè)計(jì)、加工和安裝為主,委托加工為輔,在1號(hào)爐啟動(dòng)排汽門(mén)和1、2號(hào)爐共用的一個(gè)排污擴(kuò)容器排汽門(mén)各設(shè)計(jì)、安裝1個(gè)小孔噴注消聲器,在3號(hào)爐過(guò)熱器安全門(mén)安裝2個(gè)小孔噴注消聲器。
3小孔噴注消聲器的設(shè)計(jì)
小孔噴注消聲器的消聲原理是將一個(gè)大的噴口改用許多小孔來(lái)代替,由于噴注噪聲的頻率與噴口直徑成反比,噴口直徑變小,噴口噪聲頻率將由低頻移向高頻,當(dāng)小孔孔徑降低到一定值(達(dá)毫米級(jí)),噴注噪聲頻率移到人耳不敏感的頻率范圍(>2000Hz),人耳可聽(tīng)聲頻噪聲強(qiáng)度即降低,從而達(dá)到降低噪聲的目的(嚴(yán)格地說(shuō)是降低了可聽(tīng)噪聲的強(qiáng)度)。
小孔噴注消聲器主要設(shè)計(jì)參數(shù)為級(jí)數(shù)(即層數(shù))和各級(jí)開(kāi)孔面積。小孔噴注消聲器層數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)排汽壓力有兩種形式:無(wú)節(jié)流(即單層消聲器)和有節(jié)流降壓(即多層消聲器),節(jié)流降壓又可分為1級(jí)(二層)、2級(jí)(三層)以及多級(jí)降壓。節(jié)流降壓層作用是降低小孔噴注層壓力,增加噪聲降低值。排汽壓力愈高,節(jié)流降壓層愈多,但其結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜,加工難度增大,重量增加,安裝難度也隨著增加。
根據(jù)電廠鍋爐排汽有關(guān)參數(shù),將其消聲器均設(shè)計(jì)為2級(jí)節(jié)流、一級(jí)小孔噴注消聲器,其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。
圖1小孔噴注消聲器結(jié)構(gòu)圖在進(jìn)行小孔噴注消聲器設(shè)計(jì)前,需要選定下列參數(shù):
a. 小孔噴注層小孔直徑D。D愈小,消聲效果愈好;但從實(shí)用角度來(lái)看,小孔孔徑不能選得過(guò)小,因?yàn)檫^(guò)小不僅難以加工,同時(shí)較易被堵,一般宜用1～3mm。
b.小孔間距b。b值取值也是一個(gè)關(guān)鍵。b值過(guò)小,排放的汽流由小孔擴(kuò)散為多個(gè)小孔噴注后,還會(huì)再匯合成大的噴注輻射噪聲;但b值過(guò)大,消聲器體積、重量和造價(jià)就增加。一般b值在8～10D范圍內(nèi)。
經(jīng)過(guò)設(shè)定這兩個(gè)參數(shù)后,即可由下列公式計(jì)算得一層開(kāi)孔面積S1、二層開(kāi)孔面積S2和小孔噴注層開(kāi)孔面積S3:
S2=S1、E(2)
S3=S2、E(3)
式中k——常數(shù),對(duì)過(guò)熱蒸汽k=13.4;
u——流量系數(shù),對(duì)安全門(mén),取2,其他排汽取1.15～1.2;
G—消聲器排汽量,一般按鍋爐蒸發(fā)量的10%計(jì),t、h;
V—蒸汽比容,對(duì)電廠取0.07338,m3、kg;
P—蒸汽壓力,MPa;
E—節(jié)流系數(shù),對(duì)過(guò)熱蒸汽取0.546。
針對(duì)鍋爐過(guò)熱器安全門(mén)與啟動(dòng)排汽門(mén)、排污擴(kuò)容器排汽特點(diǎn),我們對(duì)這幾種排汽消聲器作了不同設(shè)計(jì):
3.1過(guò)熱器安全門(mén)排汽消聲器
過(guò)熱器安全門(mén)起著防止爆炸、保護(hù)鍋爐安全的重要作用。當(dāng)鍋爐內(nèi)壓力超過(guò)允許值時(shí),安全門(mén)便自動(dòng)開(kāi)啟,將部分蒸汽排入大氣,使鍋爐壓力迅速下降。
從安全門(mén)作用可知,其排汽消聲器設(shè)計(jì)與其他排汽消聲器有所不同:①消聲器汽流阻力不能過(guò)大,因?yàn)樗笈牌仨殨惩?以保證在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)泄壓目的,這通常通過(guò)加大小孔孔徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此,我們?nèi)=3mm;②排汽面積要足夠大。安全門(mén)安裝了消聲器后,其排汽阻力增加。為減少增加排汽阻力對(duì)排汽的影響,我們加大小孔噴注層開(kāi)孔面積,其設(shè)計(jì)值為22280mm2,綜合考慮安全門(mén)排汽管支撐承受能力和造價(jià),我們實(shí)際取值為26310mm2。
3.2啟動(dòng)排汽門(mén)和排污擴(kuò)容器排汽門(mén)消聲器
這兩種排汽門(mén)消聲器的要求較低,因而從其消聲效果和加工難度兩方面考慮,可取D=2mm,開(kāi)孔面積設(shè)計(jì)值為5570mm2;但由于這兩種排汽對(duì)電廠影響大,為了增加其消聲效果,我們將小孔噴注層開(kāi)孔面積增加,以期增加消聲效果,綜合考慮啟動(dòng)排汽門(mén)支撐承受能力,我們實(shí)際取6974mm2。
為了便于比較改進(jìn)后消聲器消聲效果,我們對(duì)排污擴(kuò)容器排汽門(mén)消聲器設(shè)計(jì)參數(shù)不作改變。綜合上述設(shè)計(jì),電廠3種類型消聲器設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。
4鍋爐消音器加工和安裝
設(shè)計(jì)參數(shù)確定后,備料、卷板、鉆孔、焊接,然后安裝。其加工和安裝過(guò)程中需要注意的問(wèn)題主要有:
a.由于在小孔噴注層小孔加工過(guò)程中,鉆頭較易折斷,特別是不銹鋼材料。鉆頭折斷后,不能再在原來(lái)位置開(kāi)孔,該小孔即作廢。因而小孔噴注層實(shí)際預(yù)留小孔個(gè)數(shù)應(yīng)比設(shè)計(jì)值多20～40個(gè);
b.鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器加工完畢后,需要進(jìn)行金屬探傷;
c.鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器安裝時(shí),需要用水平儀測(cè)量,以保證消聲器垂直;消聲器與排汽管焊接時(shí),應(yīng)打坡口,預(yù)熱,焊后回火,嚴(yán)格執(zhí)行焊接標(biāo)準(zhǔn)。
d.鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器焊接完畢后,應(yīng)在其周圍加裝圍欄,防止消聲器可能產(chǎn)生的飛天事故,但圍欄不能與消聲器接觸,防止產(chǎn)生消聲器應(yīng)力破壞和降低消聲效果。參數(shù)S1(mm2)一層開(kāi)孔數(shù)(個(gè))S2(mm2)二層開(kāi)孔數(shù)(個(gè))S3(mm2)小孔噴注層開(kāi)孔數(shù)(個(gè))D(mm)b(mm)材料重量(kg)費(fèi)用(萬(wàn)元)
表1鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器設(shè)計(jì)參數(shù)
3號(hào)爐過(guò)熱器安全門(mén)1號(hào)爐啟動(dòng)排汽門(mén)排污擴(kuò)容器排汽門(mén)注:一、二層開(kāi)孔孔徑均為10mm。
5效果測(cè)試
鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器安裝完畢后,即選擇距噪聲源10m處(測(cè)點(diǎn)A)、廠圍墻1m處(測(cè)點(diǎn)B)和廠辦公樓或廠生活區(qū)(測(cè)點(diǎn)C)共3個(gè)測(cè)試位置,進(jìn)行消聲效果測(cè)試其結(jié)果見(jiàn)表2。從表2結(jié)果可見(jiàn):
5.1距各聲源10m處測(cè)得的消聲效果好的是啟動(dòng)排汽門(mén)消聲器,其消聲效果高達(dá)39dB,其次為安全門(mén)排汽消聲器,其消聲效果達(dá)37dB。由于排污擴(kuò)容器排汽門(mén)消聲器小孔噴注層開(kāi)孔面積沒(méi)有加大,其消聲值只有29dB。從這可以看出,增加小孔噴注層開(kāi)孔面積,可有效增加消聲器消聲效果。
表2鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器安裝前后噪聲值
1號(hào)爐啟3號(hào)爐過(guò)熱1、2號(hào)爐排污
動(dòng)排汽門(mén)器安全門(mén)擴(kuò)容排汽門(mén)
ABCABCAB
安裝前13295911401029712191
安裝后93686110371699267
5.2由于鍋爐安裝了鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器,在啟動(dòng)排汽門(mén)排汽時(shí),廠辦公樓噪聲值降低了30dB,在安全門(mén)排汽時(shí),廠生活區(qū)噪聲值降低了28dB。
5.3國(guó)家對(duì)廠圍墻1m處噪聲允許值為65dB。安裝鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器后,該處噪聲值基本接近國(guó)家允許值;而在安裝鍋爐消音器、鍋爐排汽消聲器前,該處噪聲值高達(dá)107dB,超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)42dB。
5.4對(duì)安全門(mén)排汽消聲器進(jìn)行調(diào)試,結(jié)果表明:過(guò)熱器安全門(mén)安裝了小孔噴注消聲器后,對(duì)其動(dòng)作基本不產(chǎn)生影響。
電廠過(guò)熱器安全門(mén)、啟動(dòng)排汽門(mén)和排污擴(kuò)容器排汽門(mén)排汽采用二級(jí)節(jié)流、一級(jí)小孔噴注消聲器,具有下列特點(diǎn):
6.1消聲效果好。高的達(dá)39dB,低也有29dB;并且在安全門(mén)安裝消聲器后,對(duì)安全門(mén)動(dòng)作基本無(wú)影響;
6.2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,消耗材料少,造價(jià)低,各廠都可自行設(shè)計(jì)、加工和安裝;
6.3小孔噴注消聲器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同排汽特點(diǎn)進(jìn)行,同時(shí)要根據(jù)排汽管支撐承受重量和造價(jià),適應(yīng)加大小孔噴注層開(kāi)孔面積,這樣既可達(dá)到增加消聲效果,又使消聲器重量、體積適宜。
6.4通過(guò)對(duì)鍋爐排汽噪聲的治理,使廠區(qū)和生活區(qū)噪聲值減少28～30dB,為職工營(yíng)造了一個(gè)良好的工作、生活環(huán)境,具有良好的環(huán)境和社會(huì)效益。