Разработка методов снижения шума от газовых трактов при модернизации водогрейных котлов типа ПТВМ на окружающий район

В последнее время большое внимание уделяется снижению неблагоприятного воздействия на человека при работе объектов топливно-энергетического комплекса, в том числе снижению шума от объектов энергетики. Необходимость осуществления снижения шумового воздействия на окружающую среду обязывают законы России «Об охране окружающей природной среды» и «Об охране атмосферного воздуха» [1,2], которые ставят шумовое воздействие в один ряд с такими негативными факторами, как, например, воздействие от газообразных выбросов (оксидов серы и азота) или твердых частиц (золы).

Во многих случаях шум от оборудования энергетических объектов может стать лимитирующим фактором при их расширении, поэтому вопрос снижения шума от них следует рассматривать как важнейшую составляющую в комплексе решения экологических проблем [29]. Особенно актуален этот аспект для крупных промышленных городов с развитой системой централизованного теплоснабжения, предприятия которой расположены в непосредственной близости к селитебной территории.

На районных и квартальных тепловых станциях (РТС и КТС) Предприятий тепловых станций и сетей ГУП «Мостеплоэнерго», на теплоэлектроцентралях ОАО «Мосэнерго» (в качестве пиковых водогрейных котлов) наиболее часто используются водогрейные котлы типа ПТВМ производства Дорогобужского котельного завода (ПТВМ-50, ПТВМ-100). За время эксплуатации произошло значительное моральное и физическое старение этого оборудования, некоторые проектные решения уже не являются оптимальными с точки зрения обеспечения экономичной и экологичной работы. Поэтому в настоящее время ведется активная модернизация водогрейных котлов типа ПТВМ, установленных на РТС, КТС и ТЭЦ г. Москва.

Реконструкция идет по пути увеличения единичной тепловой производительности водогрейных котлов как уже установленных на существующих теплостанциях, так и устанавливаемых на строящихся. Установка новых более мощных котлов, а также увеличение количества установленного оборудования приводит, с одной стороны, к повышению надежности снабжения населения теплом, с другой стороны, к повышенному шумоизлучению от станций в окружающие жилые районы, при этом шум от оборудования станций не должен превышать существующих нормируемых значений в слышимом диапазоне по СН 2.2.4/2.1.8.562−96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [3]- по инфразвуку — СН 2.2.4/2.1.8.58 396 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки» [4].

В развитие теории и практики снижения шума внесли вклад известные ученые: А. И. Белов, О. Н. Поболь, Е. Я. Юдин, Н. И. Иванов, Г. А. Хорошев, Ю. И. Петров, И. Е. Цукерников, Г. Л. Осипов и др.

Вопросы шумоглушения энергетического оборудования нашли отражение в работах Тупова В. Б., Рихтера Л. А., Ф. Е. Григорьяна, Е. А. Перцовского, Р. Н. Старобинского и др.

Однако вопросы, связанные с изменением шумоизлучения от газовых трактов водогрейных котлов при их реконструкции и снижением шума модернизированных котлов типа ПТВМ до настоящего времени не рассматривались.

В ходе модернизации водогрейных котлов активно используются новые схемы компоновок газовых трактов, новые материалы, имеющие лучшие эксплуатационные характеристики, дымовые трубы новых типов. При этом вопрос об изменении шумоизлучения от газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ в процессе реконструкции до настоящего времени являлся недостаточно проработанным.

Поэтому целями настоящей работы являлись: исследование шумовых характеристик газовых трактов модернизированных котлов типа ПТВМ и соотношение их с характеристиками до осуществления реконструкцииоценка влияния режимных факторов работы котла на шумовые характеристикиопределение изменения снижения уровня шума в газовых трактах водогрейных котлов с различными компоновками и применяемыми материалами до и после модернизацииразработка рекомендаций по снижению шума от газовых трактов водогрейных котлов при их модернизации.

В первой главе настоящей диссертационной работы показано, что эксплуатация водогрейных котлов типа ПТВМ, установленных на тепловых станциях, связана с повышенным шумоизлучением. Одними из основных источников шума для окружающих районов при этом являются газовые тракты. Проводящиеся на теплостанциях реконструкции могут стать причиной превышения допустимых норм по шуму в жилых районах. В результате анализа научно-технической литературы выявлены факторы, определяющие изменение уровня излучения шума от газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ при их модернизации. На основании полученных материалов сформулированы задачи исследования.

Во второй главе подробно рассмотрены сложные механизмы шумообразования в топочной камере при сжигании газа. Приведена методика проведения акустических измерений для определения шумовых характеристик газовых трактов водогрейных котлов. Впервые получены шумовые характеристики газовых трактов модернизированных котлов типа ПТВМ и значения прироста уровня шума, излучаемого от срезов устий дымовых труб, после осуществления реконструкции.

Проведена оценка влияния режимных факторов работы котла (количество работающих на котле горелочных устройств, расход газа) на шумоизлучение от газового тракта. На основании выполненного анализа большого количества экспериментальных данных получены аппроксимирующие зависимости для расчета уровней звуковой мощности, излучаемой от газовых трактов модернизированных котлов.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальному нахождению звукопоглощающих свойств и определению расчетными методами снижения уровней шума в стеклопластиковых газоотводящих каналах, широко применяемых в реконструируемых дымовых трубах ТЭЦ, РТС и КТС, что позволит правильно оценить шумовое воздействие от них на селитебную территорию.

Четвертая глава посвящена вопросам снижения шума в элементах газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ. Приведены наиболее часто используемые схемы компоновок, узлы газовых трактов до и после модернизации, рассчитаны величины снижения уровня шума в газовых трактах для различных вариантов модернизации водогрейных котлов. Показано, что проведение реконструкции может значительно уменьшить шумоглушение непосредственно в газовом тракте котла и привести к росту шумоизлучения от срезов устий дымовых труб и, как следствие, к превышению допустимых норм по шуму в жилом районе.

В пятой главе диссертационной работы рассмотрены различные способы снижения воздействия газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ на селитебную территорию. Показано, что в некоторых случаях в газовые тракты необходимо устанавливать глушители. На основании анализа работ, выполненных МЭИ в этой области, приведены конструкции диссипативных глушителей, устанавливаемых в цоколях дымовых труб, во внешних газоходах и коробах шумоглушения модернизированных котлов типа ПТВМ.

Указанные работы осуществлялись в рамках хоздоговорных работ в составе научной группы лаборатории шумоглушения энергетического оборудования кафедры котельных установок и экологии энергетики Московского энергетического института (Технического университета). Результаты работ нашли применение на РТС ГУП «Мостеплоэнерго».

Выражаю свою глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Тупову В. Б. за значительную помощь при подготовке работы. Автор признателен зам.зав.кафедрой КУиЭЭ МЭИ (ТУ) доценту Прохорову В. Б. за предоставленные материалы аэродинамических расчетов и измерений по газовым трактам котлов РТС «Терешково», всестороннее обсуждение результатов работы.

Выражаю благодарность коллективу кафедры КУиЭЭ МЭИ (ТУ) за замечания и советы, которые были учтены автором при написании работы, а также сотрудникам лаборатории шумоглушения энергетического оборудования н.с. Сейфельмлюковой Г. А. и м.н.с. Чугункову Д. В. за помощь при проведении исследований и поддержку.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Модернизация водогрейных котлов, устанавливаемых на энергетических объектах, которая сопровождается увеличением их единичной тепловой производительности, приводит к возрастанию звуковой мощности, излучаемой этими источниками. Акустические измерения, проведенные на территории и вокруг тепловых станций с модернизируемыми котлами, показывают, что газовые тракты водогрейных котлов являются основным источником шумового воздействия на окружающий жилой район. При этом возможно превышение санитарных норм по шуму на прилегающей к теплостанции селитебной территории. Такая ситуация особенно характерна для РТС, КТС и ТЭЦ, расположенных в черте города.

2. Показано, что основными источниками шума, излучаемого от газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ, являются шум, возникающий при сжигании газа на горелочных устройствах, и шум дутьевых вентиляторов, эксплуатирующихся на котле. Анализ теоретических и экспериментальных работ в этой области позволил определить факторы, влияющие на характер шумоизлучения от этих источников.

3. Впервые получены шумовые характеристики в октавном спектре модернизированных котлов типа ПТВМ-60 и ПТВМ-120 при рабочей нагрузке, а так же получены данные по шумовым характеристикам котлов ПТВМ-50 и ПТВМ-100 при переменных нагрузках. Сравнение шумовых характеристик котлов типа ПТВМ-60 и ПТВМ-120 с шумовыми характеристиками котлов типа ПТВМ-50 и ПТВМ-100 дало возможность провести оценку изменения шумоизлучения от газового тракта водогрейного котла при его модернизации (рис. 2.4).

4. Получены зависимости для определения суммарных излучаемых уровней звуковой мощности от газовых трактов модернизированных котлов ПТВМ-60 и ПТВМ-120 (формула (2.4)). Показано, что с увеличением единичной теплопроизводительности котлов типа ПТВМ удельное значение шумоизлучения от газового тракта (отношение величины уровня звуковой мощности к одной единице вырабатываемой тепловой мощности) уменьшается (значения коэффициентов, А приведены в табл.2.4).

5. Отмечается сложный характер изменения шумоизлучения от газовых трактов котлов типа ПТВМ при их эксплуатации с постоянным числом работающих горелочных устройств. Отмечен эффект снижения излучаемых суммарных уровней звуковой мощности от срезов устий дымовых труб при росте расхода газа для котлов типов ПТВМ-50, ПТВМ-120, что объясняется конструктивными особенностями применяемых горелочных устройств.

6. На основании обработки результатов экспериментальных исследований впервые получены октавные коэффициенты звукопоглощения для стеклопластиковых каналов (табл.3.2), которые широко используются при модернизации тепловых станций. Это позволяет проводить расчеты уровней звукового давления в окружающем районе и более точно определять необходимость осуществления мер по шумоглушению от газовых трактов.

7. Рассчитаны снижения уровней звуковой мощности в газовых трактах водогрейных котлов для наиболее типичных вариантов модернизации теплостанций. Результаты акустических расчетов для типовых и новых компоновок газовых трактов показывают, что после осуществления реконструкции возможно как увеличение шумоглушения в газовом тракте, так и значительное снижение шумоглушения в его элементах.

8. Рассмотрены способы и даны практические рекомендации по снижению шумового воздействия от газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ на окружающий район путем изменения режимов работы котловна путях распространения шума — в элементах газового тракта, в глушителях и с расстоянием от срезов устий дымовых труб.

9. Показано, что изменение режимов работы котлов позволяет получить уменьшение излучаемой звуковой мощности от газовых трактов при несении тепловой нагрузки более мощным котлом.

10. Установлено, что уменьшения излучаемой звуковой мощности можно добиться распределением общей тепловой нагрузки равномерно между котлами одного типа. При этом снижение уровня шума составит где п — число однотипных котлов.

11. Проведены расчеты уровней звуковых давлений от газовых трактов на разном расстоянии от теплостанций с различным количеством и тепловой производительностью установленных котлов типа ПТВМ.

12. Расчетные уровни звукового давления от срезов устий дымовых труб котлов ПТВМ превышают ночные санитарные нормы по шуму на расстоянии 6 001 000 м.

13. Показано, что для модернизируемых котлов ПТВМ, когда требуемое снижение уровня шума не обеспечивается его уменьшением в элементах газового тракта, режимными мероприятиями или обеспечением необходимой ширины санитарно-защитной зоны, для обеспечения санитарных норм в окружающем районе необходимо применение глушителей. Рассмотрены различные типы конструкций глушителей для газовых трактов котлов типа ПТВМ.

14. Приведены результаты испытаний различных конструкций диссипативных глушителей разработки МЭИ, устанавливаемых в цоколях дымовых труб, во внешних газоходах и коробах шумоглушения модернизированных котлов типа ПТВМ. Их достоинствами являются относительная простота изготовления и отработанность технологии установкиснижение шума в широком диапазоне частот при умеренном аэродинамическом сопротивлении. Установка таких глушителей при модернизации теплостанции позволяет снизить уровни шума от газовых трактов котлов в окружающем районе до санитарных норм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.