电厂锅炉消音器、锅炉排汽消声器的设计、加工和安装
 

结合电厂锅炉排汽特点,自行设计、加工和安装了过热器安全门、启动排汽门和排污扩容器排汽消声器。经测试,其消声效果高达39dB,低也达29dB。

关键词锅炉消音器、锅炉排汽消声器设计加工安装

1概述

电厂安装有4台中压机组(2×12MW、2×25MW)。由于设计建厂时把厂区和生活区建在一起,因而电厂锅炉排汽噪声对厂区、生活区影响较大。

电厂锅炉排汽源主要有锅炉起动时启动排汽门、过热器安全门和排污扩容器排汽门的排汽。这些排汽所产生的噪声除了强度大(高达140dB)外,不同的排汽源又有其不同特点:①锅炉启动和排污扩容器排汽门是在锅炉启停时产生,排汽持续时间较长,其排汽压力、温度及所产生的噪声是一个由低变高的连续的渐变过程;②过热器安全门排汽无论是其压力、温度还是其所产生的噪声则是一个突变过程,其突发性强,主要是在锅炉事故和大修试安全门时产生。

2锅炉消音器、锅炉排汽消声器电厂锅炉排汽噪声的治理

火电厂锅炉排汽噪声是属于气流喷注噪声,控制排汽喷注噪声的有效方法是在排汽口上安装消声器。

结合电厂锅炉排汽噪声治理课题,我们于1995年对国内部分火电厂和消声器厂家进行了调研,调研结果主要有:①由于锅炉排汽消声器是属非定型产品,因而国内无统一的设计、制造和质量标准,不同厂家的消声器结构和质量指标有一定区别;②国内火电厂锅炉排汽消声器主要采用小孔喷注消声器,也有少量其他类型消声器。小孔喷注消声器主要优点是费用少、结构简单、使用时间较长、加工方便;③火电厂小孔喷注消声器来源比较复杂,有的自行设计、加工,有的委托设计,自行加工,有的全部委托设计、加工,也有的购买消声器生产厂家现成产品。

经过调研,根据电厂机组容量小、资金较少等具体情况,同时为了积累锅炉排汽噪声治理经验,我们决定在电厂锅炉排汽消声器采用小孔喷注消声器,以自行设计、加工和安装为主,委托加工为辅,在1号炉启动排汽门和1、2号炉共用的一个排污扩容器排汽门各设计、安装1个小孔喷注消声器,在3号炉过热器安全门安装2个小孔喷注消声器。

3小孔喷注消声器的设计

小孔喷注消声器的消声原理是将一个大的喷口改用许多小孔来代替,由于喷注噪声的频率与喷口直径成反比,喷口直径变小,喷口噪声频率将由低频移向高频,当小孔孔径降低到一定值(达毫米级),喷注噪声频率移到人耳不敏感的频率范围(>2000Hz),人耳可听声频噪声强度即降低,从而达到降低噪声的目的(严格地说是降低了可听噪声的强度)。

小孔喷注消声器主要设计参数为级数(即层数)和各级开孔面积。小孔喷注消声器层数设计根据排汽压力有两种形式:无节流(即单层消声器)和有节流降压(即多层消声器),节流降压又可分为1级(二层)、2级(三层)以及多级降压。节流降压层作用是降低小孔喷注层压力,增加噪声降低值。排汽压力愈高,节流降压层愈多,但其结构愈复杂,加工难度增大,重量增加,安装难度也随着增加。

根据电厂锅炉排汽有关参数,将其消声器均设计为2级节流、一级小孔喷注消声器,其结构见图1所示。

图1小孔喷注消声器结构图在进行小孔喷注消声器设计前,需要选定下列参数:

a. 小孔喷注层小孔直径D。D愈小,消声效果愈好;但从实用角度来看,小孔孔径不能选得过小,因为过小不仅难以加工,同时较易被堵,一般宜用1～3mm。

b.小孔间距b。b值取值也是一个关键。b值过小,排放的汽流由小孔扩散为多个小孔喷注后,还会再汇合成大的喷注辐射噪声;但b值过大,消声器体积、重量和造价就增加。一般b值在8～10D范围内。

经过设定这两个参数后,即可由下列公式计算得一层开孔面积S1、二层开孔面积S2和小孔喷注层开孔面积S3:

S1=kuGV、10P(1)

S2=S1、E(2)

S3=S2、E(3)

式中k——常数,对过热蒸汽k=13.4;

u——流量系数,对安全门,取2,其他排汽取1.15～1.2;

G—消声器排汽量,一般按锅炉蒸发量的10%计,t、h;

V—蒸汽比容,对电厂取0.07338,m3、kg;

P—蒸汽压力,MPa;

E—节流系数,对过热蒸汽取0.546。

针对锅炉过热器安全门与启动排汽门、排污扩容器排汽特点,我们对这几种排汽消声器作了不同设计:

3.1过热器安全门排汽消声器

过热器安全门起着防止爆炸、保护锅炉安全的重要作用。当锅炉内压力超过允许值时,安全门便自动开启,将部分蒸汽排入大气,使锅炉压力迅速下降。

从安全门作用可知,其排汽消声器设计与其他排汽消声器有所不同:①消声器汽流阻力不能过大,因为它要求排汽必须畅通,以保证在较短时间内实现泄压目的,这通常通过加大小孔孔径来实现。为此,我们取D=3mm;②排汽面积要足够大。安全门安装了消声器后,其排汽阻力增加。为减少增加排汽阻力对排汽的影响,我们加大小孔喷注层开孔面积,其设计值为22280mm2,综合考虑安全门排汽管支撑承受能力和造价,我们实际取值为26310mm2。

3.2启动排汽门和排污扩容器排汽门消声器

这两种排汽门消声器的要求较低,因而从其消声效果和加工难度两方面考虑,可取D=2mm,开孔面积设计值为5570mm2;但由于这两种排汽对电厂影响大,为了增加其消声效果,我们将小孔喷注层开孔面积增加,以期增加消声效果,综合考虑启动排汽门支撑承受能力,我们实际取6974mm2。

为了便于比较改进后消声器消声效果,我们对排污扩容器排汽门消声器设计参数不作改变。综合上述设计,电厂3种类型消声器设计参数见表1。

4锅炉消音器加工和安装

设计参数确定后,备料、卷板、钻孔、焊接,然后安装。其加工和安装过程中需要注意的问题主要有:

a.由于在小孔喷注层小孔加工过程中,钻头较易折断,特别是不锈钢材料。钻头折断后,不能再在原来位置开孔,该小孔即作废。因而小孔喷注层实际预留小孔个数应比设计值多20～40个;

b.锅炉消音器、锅炉排汽消声器加工完毕后,需要进行金属探伤;

c.锅炉消音器、锅炉排汽消声器安装时,需要用水平仪测量,以保证消声器垂直;消声器与排汽管焊接时,应打坡口,预热,焊后回火,严格执行焊接标准。

d.锅炉消音器、锅炉排汽消声器焊接完毕后,应在其周围加装围栏,防止消声器可能产生的飞天事故,但围栏不能与消声器接触,防止产生消声器应力破坏和降低消声效果。参数S1(mm2)一层开孔数(个)S2(mm2)二层开孔数(个)S3(mm2)小孔喷注层开孔数(个)D(mm)b(mm)材料重量(kg)费用(万元)

表1锅炉消音器、锅炉排汽消声器设计参数

3号炉过热器安全门1号炉启动排汽门排污扩容器排汽门注:一、二层开孔孔径均为10mm。

5效果测试

锅炉消音器、锅炉排汽消声器安装完毕后,即选择距噪声源10m处(测点A)、厂围墙1m处(测点B)和厂办公楼或厂生活区(测点C)共3个测试位置,进行消声效果测试其结果见表2。从表2结果可见:

5.1距各声源10m处测得的消声效果好的是启动排汽门消声器,其消声效果高达39dB,其次为安全门排汽消声器,其消声效果达37dB。由于排污扩容器排汽门消声器小孔喷注层开孔面积没有加大,其消声值只有29dB。从这可以看出,增加小孔喷注层开孔面积,可有效增加消声器消声效果。

表2锅炉消音器、锅炉排汽消声器安装前后噪声值

1号炉启3号炉过热1、2号炉排污

动排汽门器安全门扩容排汽门

ABCABCAB

安装前13295911401029712191

安装后93686110371699267

5.2由于锅炉安装了锅炉消音器、锅炉排汽消声器,在启动排汽门排汽时,厂办公楼噪声值降低了30dB,在安全门排汽时,厂生活区噪声值降低了28dB。

5.3国家对厂围墙1m处噪声允许值为65dB。安装锅炉消音器、锅炉排汽消声器后,该处噪声值基本接近国家允许值;而在安装锅炉消音器、锅炉排汽消声器前,该处噪声值高达107dB,超过国家标准42dB。

5.4对安全门排汽消声器进行调试,结果表明:过热器安全门安装了小孔喷注消声器后,对其动作基本不产生影响。

电厂过热器安全门、启动排汽门和排污扩容器排汽门排汽采用二级节流、一级小孔喷注消声器,具有下列特点:

6.1消声效果好。高的达39dB,低也有29dB;并且在安全门安装消声器后,对安全门动作基本无影响;

6.2结构简单,消耗材料少,造价低,各厂都可自行设计、加工和安装;

6.3小孔喷注消声器设计时应根据不同排汽特点进行,同时要根据排汽管支撑承受重量和造价,适应加大小孔喷注层开孔面积,这样既可达到增加消声效果,又使消声器重量、体积适宜。

6.4通过对锅炉排汽噪声的治理,使厂区和生活区噪声值减少28～30dB,为职工营造了一个良好的工作、生活环境,具有良好的环境和社会效益。