Разработка методов снижения шума выхлопных трактов ГТУ с котлами-утилизаторами

В настоящее время наблюдается повышение внимания к вопросам защиты окружающей среды и здоровья человека от воздействия неблагоприятных производственных факторов, характерных для тепловых электрических станций. Одним из таких факторов является шум. Законодательством Российской Федерации (Федеральными законами «Об охране окружающей среды» [51] и «Об охране атмосферного воздуха» [52]) установлено, что шумовое загрязнение является одним из видов негативного воздействия на окружающую среду, наряду с выбросами химических веществ, в том числе радиоактивных, электромагнитным, ионизирующим и другими видами физических воздействий.

Одним из перспективных направлений развития современной энергетики является использование газотурбинных установок (ГТУ) с котлами-утилизаторами [53]. Основным негативным экологическим фактором, характерным для ГТУ с котлами-утилизаторами, является сильное шумовое излучение в окружающий район. Это обусловлено тем, что из энергетического оборудования ГТУ являются самым мощным источником постоянного шума [43]: А так как энергетические объекты часто располагаются в черте города в непосредственной близости от селитебной территории, то под шумовым воздействием оказываются значительные группы населения:

В связи с этим изучение вопросов, связанных с шумовым излучением от ГТУ с котлами-утилизаторами приобретает особую актуальность.

Изучением теории и практики снижения шума занимались многие известные отечественные ученые: Е. Я. Юдин, А. И. Белов, Н: И. Иванов, Г. Л. Осипов, О. Н. Поболь, A.C. Терехин, И: Е. Цукерников, JI.P. Яблоник, Г. А. Хорошев, Ю. И. Петров, а также их иностранные коллеги: Л. Беранек, M.JI. Муньял, Ф. П. Мехель, М. Хекл, Х. А. Мюллер и др.

Различные аспекты шумоглушения энергетического оборудования (в том числе и газотурбинного) были рассмотрены в работах Ф. Е. Григорьяна,.

Е.А. Перцовского, В. Б. Тупова, Л. А. Рихтера, В. И. Зинченко и др. При этом до сих пор многие вопросы остаются малоизученными.

Различают шум, излучаемый от воздухозаборного тракта ГТУ, от корпуса газовой турбины, а также от выхлопного тракта ГТУ [9]. Первые два пути распространения шума достаточно хорошо изучены и для них разработаны эффективные средства снижения шума, которые входят в комплект поставки ГТУ. Величина уровня шума, излучаемого из устья дымовой трубы в окружающий район, зависит от целого ряда факторов: уровня звуковой мощности, излучаемой выхлопом ГТУ, снижения уровня звуковой мощности в газовом тракте котла-утилизатора, в том числе в его поверхностях нагрева, расстояния до расчетной точки, затухания звука в атмосфере и т. д. В связи с этим шум от выхлопного тракта ГТУ менее изучен, а необходимость осуществления мероприятий по шумоглушению не всегда очевидна.

Поэтому целью настоящей работы является’разработка методов снижения-шума выхлопных трактов ГТУ с котлами-утилизаторами до значений, обеспечивающих санитарные нормы по фактору шума на прилегающей селитебной территории.

Достижение поставленной цели включает в себя решение нескольких задач: исследование шумовых характеристик выхлопа различных марок ГТУэкспериментальное определение снижения уровня шума в поверхностях нагрева котла-утилизатораоценка зоны шумового воздействия от энергоблоков на прилегающий жилой район и выявление закономерностей изменения ее размера при разном составе энергооборудованиярассмотрение возможных мероприятий по шумоглушению и разработка метода оптимизации конструкции устройства, снижающего шум выхлопа ГТУ с котлом-утилизатором.

Для получения научных результатов в работе применены расчетные и экспериментальные методы исследования.

Научная новизна работы заключается в следующем: получена формула, позволяющая рассчитывать суммарный уровень звуковой мощности ГТУ в зависимости от ее электрической мощностиполучены новые экспериментальные данные по снижению уровня шума в поверхностях нагрева водогрейных котлов-утилизаторов средней тепловой мощностина основе этих данных рассчитаны значения санитарно-защитной зоны по фактору шума при разном количестве энергоблоков для различных ГТУразработан метод оптимизации конструкции глушителя шума абсорбционного типа, размещаемого в выхлопном тракте ГТУ.

Достоверность результатов обеспечена применением базовых положений теории звука, методов статистической обработки полученных результатов, методов оценки финансово-экономической эффективности инвестиционных проектов, согласованностью полученных результатов с соответствующими теоретическими представлениями и результатами работ других авторов.

Практическая значимость работы состоит в следующем: рассчитанные на основе экспериментальных данных значения коэффициента, характеризующего затухание звуковой энергии в оребренных поверхностях нагрева, позволяют оценивать снижение уровня шума в поверхностях нагрева котлов-утилизаторов средней тепловой мощности — это снижение уровня шума необходимо учитывать при разработке мероприятий по* снижению шума выхлопа ГТУразработанный метод позволяет определять оптимальное значение площади проходного сечения абсорбционного глушителя, устанавливаемого в выхлопном тракте ГТУ, с точки зрения минимума дисконтированных затрат, что делает возможным оптимизировать конструкцию глушителя шума.

Внедрение результатов. Результаты данной работы были использованы в проекте стандарта организации ОАО РАО «ЕЭС России» «ТЭС. Экологическая безопасность. Акустическое воздействие (шум)», а также при разработке конструкций глушителей шума газовых трактов котлов-утилизаторов следующих марок: КУВ-69,8−150 производства ОАО «Дорогобужкотломаш» для ГТЭС «Поселок Северный», П-132 производства АО «Подольский машиностроительный завод» (АО «ПМЗ») для Киришской ГРЭС, П-111 производства АО «ПМЗ» для ТЭЦ-9 филиал ОАО «Мосэнерго».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Зависимость, позволяющая оценивать суммарный уровень звуковой мощности выхлопа ГТУ по значению электрической мощности ГТУ.

2. Натурные результаты снижения шума в поверхностях нагрева котлов-утилизаторов средней тепловой мощности.

3. Метод расчета снижения уровня звуковой* мощности в котле-утилизаторе.

4. Результаты расчетов санитарно-защитной зоны по фактору шума от энергоблоков. ГТУ различных марок с котлами-утилизаторами при разном их количестве.

5. Метод оптимизации конструкции глушителя шума абсорбционного типа, предназначенного для снижения шума выхлопного тракта ГТУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложенына двенадцатойтринадцатойи четырнадцатой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006, 2007 и 2008 гг.), на научно-технической конференции с международным участием «Строительная физика в XXI веке» (г. Москва, 2006 г.), на научном семинаре кафедры Котельных установок и экологии энергетики МЭИ (ТУ) в 2007 г.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в пяти печатных работах, в том числе в одном издании, рекомендованном перечнем ВАК.

Структура. Диссертацшг состоит из введениячетырех глав, заключения, списка литературы, одного приложения:

В первой главе настоящей работы проанализирован вид шумовых характеристик выхлопа ряда ГТУ средней и большой мощности, находящих сегодня широкое применение на энергетических объектах как в России, так и за рубежом. Показано, что в спектре октавных полос значения уровня звуковой мощности выхлопа ГТУ распределены неравномерно по среднегеометрическим частотам, и их распределение определяется индивидуальными особенностями ГТУ и не зависит от ее электрической мощности. В качестве критерия, позволяющего проводить сравнительный анализ излучения шума от выхлопных трактов разных ГТУ, предложен суммарный уровень звуковой мощности выхлопа ГТУ и выведена зависимость его значения от электрической мощности ГТУ.

Во второй главе рассмотрено снижение уровня шума в различных элементах газового тракта котла-утилизатора. Получены новые экспериментальные данные по снижению звуковой мощности в поверхностях нагрева водогрейных котлов-утилизаторов средней тепловой мощности. Предложен метод расчета снижения уровня звуковой мощности в котле-утилизаторе. Установлены особенности снижения уровня шума в котлах-утилизаторах в октавном спектре при различных среднегеометрических частотах.

В третьей главе на основе оценки снижения уровня шума в газовом тракте котла-утилизатора рассчитаны значения уровня звуковой мощности среза устья дымовой трубы энергоблоков разных марок ГТУ с котлами-утилизаторами. На основе этих значений по нормативно-утвержденному методу выполнен расчет расстояний, на котором будут соблюдаться установленные санитарные нормы по шуму, то есть размер санитарно-защитной зоны.

Определен диапазон требуемого снижения уровней звукового давления для ГТУ средней и большой мощности с котлами-утилизаторами из условия обеспечения санитарно-защитной зоны на расстоянии 500 м от станции.

В четвертой главе представлен метод оценки оптимального значения площади проходного сечения абсорбционного глушителя, устанавливаемого в выхлопном тракте ГТУ, позволяющий оптимизировать его конструкцию с учетом как технических особенностей работы ГТУ, так и современных критериев оценки финансово-экономической эффективности инвестиционных проектов. В качестве критерия оптимизации принят минимум суммарных дисконтированных затрат. Проведены вариантные расчеты и на их основе проанализировано влияние изменения различных факторов на значение оптимальной площади проходного сечения глушителя.

Выражаю глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., профессору В. Б. Тупову за значительную помощь, оказанную при подготовке диссертации.

Выражаю благодарность коллективу кафедры КУиЭЭ МЭИ (ТУ) за советы и замечаниякоторые были учтены автором при подготовке работы, доценту кафедры ЭКО МЭИ (ТУ) А. Г. Зубковой за обсуждение вопросов оценки эффективности инвестиционных проектов, профессору кафедры ТЭС МЭИ (ТУ) C.B. Цаневу за обсуждение влияния глушителя шума выхлопа ГТУ на электрическую мощность ГТУ, представителям фирм-изготовителей ГТУ за предоставление шумовых характеристик выхлопа ГТУ, научному сотруднику лаборатории шумоглушения энергетического оборудования МЭИ (ТУ) В. И. Краснову и сотрудникам ГТУ-ТЭЦ г. Электросталь за помощь при проведении экспериментальных исследований, а также научным сотрудникам лаборатории шумоглушения энергетического оборудования МЭИ (ТУ) Г. А. Сейфельмлюковой и Д. В. Чугункову за помощь, оказанную при подготовке работы, и поддержку.

10. Результаты работы использованы при разработке проекта стандарта организации ОАО РАО «ЕЭС России» «ТЭС. Экологическая безопасность. Акустическое воздействие (шум)», а также при разработке рекомендаций по снижению шума газовых трактов котлов-утилизаторов КУВ-69,8−150 для ГТЭС «Поселок Северный», П-132 для Киришской ГРЭС, П-111 для ТЭЦ-9 филиал ОАО «Мосэнерго».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.