Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Шум выбросов пара от энергетических комплексов, воздействующий на селитебную зону 13
1.1. Источники выбросов пара на энергетических комплексах 13
1.2. Результаты измерений уровней шума выбросов пара 16
1.3. Нормативы по уровню шума. Требования, предъявляемые к шумовым характеристикам устройств выброса пара энергетических комплексов 18
1.4. Шум выбросов пара - самый мощный источник шума энергетических комплексов 21
1.5. Выводы по главе 1 23
Глава 2. Механизм образования шума струи пара при выбросах 24
2.1. Процессы генерации аэродинамического шума турбулентными струями 24
2.2. Основные параметры истечений струй пара при выбросах на энергетических комплексах 31
2.3. Обобщенная математическая модель течения сплошной среды, использованная для численного моделирования струйных паровых течений при выбросах на энергетических комплексах 34
2.4. Результаты численного моделирования струйных паровых течений при выбросах на энергетических комплексах и сравнение их с результатами натурных измерений 36
2.5. Уточнение механизма образования шума выбросов пара в атмосферу на энергетических комплексах 40
2.6. Выводы по главе 2 42
ГЛАВА 3. Метод расчета шумовых характеристик выбросов пара энергетических комплексов 43
3.1. Обзор существующих методов расчета шумовых характеристик струйных течений 43
3.2. Уточненный метод расчета уровня шума паровой струи 46
3.3. Сравнение результатов расчетов по уточненному методу с результатами расчетов по известным методам и с результатами натурных измерений 50
3.4. Оценка погрешностей результатов измерений и расчета общего уровня звуковой мощности по предложенному методу 55
3.5. Выводы по главе 3 60
ГЛАВА 4. Направленность шума струи пара и ее спектральная характеристика 61
4.1. Направленность излучения шума струи выбросов пара на энергетических комплексах 61
4.2. Спектральные характеристики шума выбросов пара на энергетических комплексах 65
4.3. Выводы по главе 4 69
ГЛАВА 5. Снижение шума выбросов пара на энергетических комплексах 70
5.1. Обзор существующих глушителей шума выбросов пара 70
5.2. Глушитель шума конструкции МЭИ 76
5.3. Результаты внедрения глушителя конструкции МЭИ на линии продувки пароперегревателя котла ТГМЕ-464 Саранской ТЭЦ-2 78
5.4. Результаты внедрения глушителя МЭИ на выхлопном трубопроводе котла ОКГ-180 ОАО «НЛМК» 82
5.5. Рекомендации по установке глушителей МЭИ для выхлопных трубопроводов ГПК №3, 4 котла ст.№4 и растопочной линии котлов ст. №4, №5
ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго» 85
5.6. Сравнение различных конструкций паровых глушителей 88
5.7. Выводы по главе 5 89
Заключение 90
Список литературы
- Результаты измерений уровней шума выбросов пара
- Основные параметры истечений струй пара при выбросах на энергетических комплексах
- Сравнение результатов расчетов по уточненному методу с результатами расчетов по известным методам и с результатами натурных измерений
- Спектральные характеристики шума выбросов пара на энергетических комплексах
Введение к работе
Одной из актуальных задач при функционировании промышленных предприятий является снижение неблагоприятных воздействий на человека, в том числе снижение шума от оборудования энергетических комплексов. Воздействие шума на окружающую среду регламентируется законами России «Об охране окружающей природной среды» и «Об охране атмосферного воздуха» [20, 21], в которых шумовое воздействие является негативным фактором и стоит на одном уровне с такими вредными воздействиями, как, например, воздействие от газообразных выбросов (оксидов серы и азота) или твердых частиц (золы).
Воздействие шума на окружающую среду имеет три взаимосвязанных аспекта: медицинский, социальный и экономический.
Медицинский аспект воздействия шума на человека связан с вопросами изменения функционального состояния человека: снижения слуховой чувствительности, расстройства центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Длительное воздействие городских шумов ведет к росту заболеваемости (неврозы, гипертония, язвенная болезнь и др.).
Социальный аспект связан с тем, что под шумовым воздействием, в том числе промышленных объектов, находятся очень большие группы населения, особенно в крупных городах, где свыше 60% населения проживает в условиях акустического дискомфорта, который имеет тенденцию к возрастанию.
Экономический аспект обуславливается воздействием шума на производительность труда человека. Ликвидация последствий шумового воздействия на человека требует значительных социальных затрат. Шум повышает утомляемость, снижая производительность труда. Доказано, что увеличение уровня звука на 1-2 дБА приводит к снижению производительности труда на 1% (при уровнях звука больше 80 дБ А). Шум уменьшает зрительную реакцию, что вместе с утомляемостью резко увеличивает вероятность ошибок и аварий при выполнении производственных заданий.
Наиболее мощным источником шумового воздействия на окружающую среду от энергетических комплексов является выброс пара в атмосферу, при
котором происходит временное превышение уровня звука на 30-40 дБ А в радиусе нескольких километров.
Паровые выбросы происходят при пускоостановочных операциях на котлах и во многих случаях являются обязательными в технологическом процессе. Надежная эксплуатация энергетических котлов связана с возможностью выброса пара в атмосферу при продувках пароперегревателей, срабатывания предохранительных клапанов и др. Особенностью истечения пара в атмосферу от энергетических комплексов является наличие существенного перепада между статическим давлением в струе пара на срезе сбросного паропровода р и атмосферным давлением ра, при котором струя является недорасширенной. При этом степень нерасчетности струи (п = р/ра), как правило, превышает значение п > 1,8, соответствующее критическому истечению, а уровни звука существенно превышают допустимые значения.
Поскольку шум от сбросов пара электростанций и промышленных предприятий не должен превышать значений, нормируемых в слышимом диапазоне и по инфразвуку по действующим санитарным нормам (СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [58]; СН 2.2.4/2.1.8.583-96 [26]), при создании и эксплуатации энергетических комплексов возникает важная и актуальная научная задача по разработке методов расчета и снижения шума недорасширенных струй паровых выбросов.
В развитие теории и практики снижения шума внесли вклад известные ученые: А.И. Белов, Е.Я. Юдин, Г.Л. Осипов, Н.И. Иванов, Г.А. Хорошев, Ю.И. Петров, И.Е. Цукерников, В.Т. Медведев, О.Н. Поболь [3, 4, 7, 10, 22-25, 28, 30, 31, 47, 53, 59, 64, 67, 86-88, 96-99], и др.
Вопросы шумоглушения энергетического оборудования нашли отражение в работах Ф.Е. Григорьяна, Е.А. Перцовского, В.Н. Лукащука, В.Г. Лысенко, В.Б. Тупова, Л.А. Рихтера, Е.М. Марченко, М.Е. Марченко, Н.А. Зройчикова, А.Б. Пермякова, Л.Р.Яблоника [6, 8, 13, 18, 27, 29, 32-46, 50-52, 56, 57, 61, 68-81, 89, 90, 100] и др.
Большая часть известных работ по вопросам расчета струйных течений и снижения шума от них относится к авиационной и ракетно-космической технике. Существующие отдельные работы по характеристикам шума паровых выбросов носят частный характер, поскольку базируются на экспериментах в узких диапазонах нерасчетности струй, и не позволяют решать задачу по прогнозированию характеристик шума и требуемому его снижению от недорасширенных струй паровых выбросов различных объектов энергетических комплексов.
Целью настоящей работы является разработка методов расчета и снижения шума недорасширенных струй паровых выбросов для различных объектов энергетических комплексов.
Объектами исследования являются шум паровых выбросов, имеющих место на энергетических комплексах при эксплуатации котлов, сбрасывающих пар с избыточным давлением в атмосферу, а также устройства для его снижения.
Задачи исследования состоят в изучении закономерностей образования шума недорасширенными (неизобарическими) струями пара, в разработке метода расчета уровня и спектральных характеристик шума выбросов пара, а также метода снижения шума паровых выбросов за счет применения глушителей, устанавливаемых на выхлопных (продувочных) трубопроводах котлов энергетических комплексов.
Методологической базой исследования являются теория турбулентных струй, теория звука и методы защиты от шума. При выполнении работы применены экспериментальные и расчетные методы исследования.
В качестве базы исследования использованы объекты энергетических комплексов: Саранская ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания», ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ТЭЦ-9 и ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго».
Достоверность и обоснованность результатов обеспечены применением основополагающих положений теории турбулентных струй, теории звука, методов статистической обработки результатов исследований, согласованием
результатов расчетов, выполненных с использованием разработанного методического аппарата, с результатами экспериментов, проведенных на натурных объектах энергетических комплексов с применением современной измерительной аппаратуры и учетом требований нормативных документов и имеющихся рекомендаций.
Научная новизна и теоретическая значимость заключается в выявлении закономерностей образования шума от недорасширенных паровых струй объектов энергетических комплексов, в разработке методического аппарата расчета уровня и спектральных характеристик шума паровых выбросов энергетических комплексов, в применении для снижения шума паровых выбросов оригинальной конструкции глушителя, разработанной и запатентованной автором.
Реализация работы состоит в применении на практике разработанных методик расчета общего уровня и спектральных характеристик шума выбросов пара энергетических комплексов, в использовании выявленных закономерностей образования шума недорасширенными (неизобарическими) струями паровых выбросов для разработки и внедрения мероприятий по снижению шума на объектах энергетических комплексов, в разработке конкретных примеров использования результатов диссертационного исследования в практической работе для снижения шума от оборудования энергетических комплексов.
На защиту выносятся следующие положения: 1) результаты натурных измерений уровней шума выбросов пара на различном расстоянии от источников его возникновения на объектах энергетических комплексов в сравнении с допустимыми нормами; 2) результаты численного моделирования истечения недорасширенных паровых струй в атмосферу; 3) методика расчета общего уровня звуковой мощности выбросов пара; 4) методика расчета спектральных характеристик паровой недорасширенной струи; 5) схемы и результаты испытаний разработанной и запатентованной автором оригинальной конструкции глушителя шума выброса пара.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой
Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА» (Москва 2005, 2006 и 2007 гг., Москва, ГОУВПО МЭИ (ТУ)), на научно-технической конференции с международным участием «СТРОИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА В XXI ВЕКЕ» (2006 г., Москва, НИИСФ), на научном семинаре кафедры котельных установок и экологии энергетики ГОУВПО МЭИ (ТУ).
Внедрение результатов. По результатам выполненной диссертации разработаны и внедрены глушители шума выброса пара на линии продувки пароперегревателя котла ТГМЕ-464 Саранской ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания», на выхлопном трубопроводе выброса насыщенного пара котла ОКГ-180 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». При этом расчетная эффективность внедренных глушителей подтверждена результатами натурных акустических измерений при их функционировании. Спроектированы глушители шума конструкции МЭИ для выхлопных трубопроводов ГПК №3, 4 котла ст.№4 и для растопочной линии котлов ст.№4, №5 ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго».
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах, в том числе в двух изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, трех приложений.
В первой главе настоящей диссертационной работы представлены результаты акустических измерений выбросов пара в атмосферу на различном расстоянии от источника шума. В результате анализа шумовых характеристик различного оборудования энергетических комплексов установлено, что паровые выбросы являются наиболее интенсивными источниками шума, существенно влияющими на окружающий жилой район и производственную территорию. Показано, что уровни звука вблизи выбросов пара составляют более 137 дБА и превышают не только допустимый, но и максимально допустимый уровень звука вПОдБА.
Во второй главе проведен анализ теоретических и экспериментальных работ по излучению шума свободной турбулентной струей. Определены основные параметры истечений струй пара в атмосферу на энергетических комплексах. На основе результатов численного моделирования и проведенных экспериментов установлены структурные особенности паровой недорасширенной струи. Установлено, что шумообразование паровой недорасширенной струи обусловлено участком струи за изобарическим сечением.
Третья глава диссертации содержит сравнительный анализ существующих методик расчета уровня шума турбулентных струй с результатами измерений уровней шума недорасширенных струй пара. Выделены три основных подхода определения общего уровня звуковой мощности турбулентных струй. Показано, что существующие методы расчета достаточно сложны и не обеспечивают требуемую точность прогнозирования уровней шума недорасширенных струй выброса пара энергетических комплексов.
Впервые предложен новый метод расчета акустической мощности выброса пара, учитывающий шумообразование паровой недорасширенной струи. Разработана расчетная формула общего уровня звуковой мощности, полученная на основе предложенного метода, которая может быть использована в расчетах в широком диапазоне степеней нерасчетности струй пара. Результаты расчетов по предложенному методу хорошо соотносятся с результатами измерений.
Четвертая глава посвящена вопросам направленности излучения шума и его спектральных характеристик применительно к выбросам пара в атмосферу на энергетических комплексах. Из обзора известных данных установлено, что шум от недорасширенных струй пара излучается равномерно по всем направлениям. На основе уточненного механизма образования шума недорасширенной струей выведена формула расчета частоты максимума в спектре шума. Приведены октавные поправки к спектру звуковой мощности паровой струи, которые были получены автором при проведении экспериментов с использованием современной измерительной аппаратуры.
В пятой главе диссертации рассмотрены вопросы снижения шума выбросов пара на энергетических комплексах. Приводится обзор существующих глушителей, использующихся в настоящее время для снижения шума выбросов пара в Российской Федерации. Дается описание запатентованной диссертантом оригинальной конструкции глушителя, отмечается, что предложенная конструкция глушителя по показателю совершенства, находится среди лучших известных и зарубежных аналогов. Приведены результаты внедрения глушителей на Саранской ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания», ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», а также приводится описание спроектированных глушителей для ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго».
Разработка глушителей осуществлялась в рамках хоздоговорных работ в составе научной группы лаборатории шумоглушения энергетического оборудования кафедры КУ и ЭЭ МЭИ (ТУ).
Автор выражает свою глубокую благодарность д.т.н., профессору кафедры КУ и ЭЭ МЭИ (ТУ) Тупову В.Б. за научное руководство и помощь при подготовке диссертации.
Автор благодарен персоналу ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго» за предоставление возможности проведения экспериментов, коллективу кафедры КУ и ЭЭ МЭИ (ТУ) за замечания и советы, которые были учтены автором при выполнении работы, а также сотрудникам лаборатории шумоглушения энергетического оборудования н.с, к.т.н. Краснову В.И., н.с. Сейфельмлюковой Г.А. и м.н.с. Сёмину С.А. за всестороннюю помощь и поддержку в проведении исследований.
Результаты измерений уровней шума выбросов пара
Для определения уровней шума выбросов пара от энергетических комплексов были проведены акустические измерения. В качестве объектов измерения были выбраны: Саранская ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания», ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго», ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (ОАО «НЛМК»).
Акустические измерения проводились анализатором спектра шума типа 2800 фирмы «Ларсон-Дэвис-Лаборэторис», погрешность измерения которого составляет +0,1 дБ. Измерялись уровни звукового давления (УЗД) в октавных (31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц) и третьоктавных (25-10000 Гц) полосах среднегеометрических частот.
Типичные результаты акустических измерений представлены ниже на примере Саранской ТЭЦ-2. Здесь измерения проводились на крыше здания котла в 15 м от продувочного трубопровода, на производственной территории ТЭЦ в ПО м и 170 м от главного корпуса, а также в окружающем районе около ближайшего жилого дома при рабочей нагрузке котла, характеризуемой давлением 13,04 МПа, температурой 550 С и паропроизводительностью 470 т/ч.
На рис. 1.3 представлены результаты измерений УЗД в октавных полосах среднегеометрических частот на различном расстоянии от выброса пара в сравнении с допустимыми нормами. На рис. 1.4 представлены результаты измерений УЗД в третьоктавных полосах среднегеометрических частот в 15 м от выброса пара.
По результатам измерений выявлены: высокие УЗД на расстоянии от источника выброса пара; высокочастотный характер шума, с наличием максимума в спектре шума выброса пара исследуемых объектов в диапазоне октавных полосах со среднегеометрическими частотами 1000-2000 Гц; отсутствие тональных составляющих в спектре шума.
В Российской федерации оценка шума проводится по УЗД. Допустимые характеристики шума на рабочих местах и в жилых районах определяются согласно ГОСТ 12.1.023-80 ССБТ [15] и СНиП 23-03-2003 [60].
Нормируемыми параметрами постоянного шума в расчетных точках являются УЗД L, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Для ориентировочных расчетов допускается использование уровней звука LA, дБА. Нормируемыми параметрами непостоянного (прерывистого, колеблющегося во времени) шума являются эквивалентные УЗД Ьш1, дБ, и максимальные УЗД Ьткс, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Допускается использовать эквивалентные уровни звука LAn.e, дБ А, и максимальные уровни звука LAwkr, дБА.
Некоторые допустимые УЗД L, дБ (эквивалентные УЗД, дБ), допустимые эквивалентные и максимальные уровни звука на рабочих местах в производственных и вспомогательных зданиях, на площадках промышленных предприятий, в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки по [60] приведены в табл. 1.1.
Нормативные требования по уровням шума в жилых и общественных зданиях установлены для различных категорий: категория А - обеспечение высококомфортных условий; категория Б - обеспечение комфортных условий; категория В - обеспечение предельно допустимых условий. Шумовыми характеристиками источников внешнего шума энергетических предприятий с максимальным линейным размером в плане до 300 м включительно являются эквивалентные уровни звуковой мощности LmKe и максимальные уровни звуковой мощности Ьтюы. в восьмиоктавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63 - 8000 Гц и фактор направленности излучения в направлении расчетной точки Ф. Допускается представлять шумовые характеристики в виде эквивалентных корректированных уровней звуковой мощности LWAOKII, дБА, и максимальных корректированных уровней звуковой мощности LwAumc, дБ А.
Выбросы пара являются неотъемлемой частью технологического процесса на энергетических комплексах и относятся к источникам непостоянного (прерывистого во времени) шума.
Результаты измерений показывают, что уровни звука в 15 м от выброса пара составляют более 137 дБ А и превышают значение предельно допустимого уровня (ПДУ) звука в ПО дБА для прерывистого шума [58], поэтому нахождение персонала вблизи выброса пара без средств индивидуальной защиты [17] является недопустимым.
Основные параметры истечений струй пара при выбросах на энергетических комплексах
Выбросы пара в атмосферу на энергетических комплексах в большинстве случаев являются недорасширенными (неизобарическими), неизотермическими и трансзвуковыми турбулентными струями.
Основные параметры течения пара при сбросах на ТЭС определяются: n = PjPa\ t С; - wK, м/с; Smp,M2, где п -нерасчетность струи (отношение статического давления на срезе трубопровода рк к атмосферному давлениюра); t -температура сбрасываемого пара; wK - критическая скорость пара на срезе трубопровода; S - площадь выходного сечения трубопровода.
Степень нерасчетности, температура струи пара при выбросах на ТЭС в основном определяются параметрами пара в котлах, проходным сечением арматуры, площадью выходного сечения выхлопного трубопровода. Изменение значения критической скорости w. в диапазоне температур 400...450 С и широкого диапазона давлений перегретого пара составляет 609,5...658,1 м/с (рис.2.4).
Среднее значение критической скорости для данного диапазона параметров на срезе выхлопного трубопровода составляет 633,8 м/с.
На некоторых предприятиях энергетических комплексов имеет место выброс насыщенного пара. Для температур насыщения пара 120...324 С или диапазона давлений насыщения пара 202,2-11875,9 кПа (2,0-121,1 кгс/см) изменение значения критической скорости wK составляет 441,5-476,5 м/с.
Среднее значение критической скорости для данного диапазона температур (давлений) насыщения пара составляет 466,2 м/с (рис.2.5, 2.2.6).
Таким образом, критические скорости истечения перегретого и насыщенного пара wK из выхлопных трубопроводов энергетических комплексов изменяются в относительно небольших пределах. В связи с этим, при расчетах уровней шума выбросов пара можно использовать средние значения этих скоростей.
Моделирование параметров струйных паровых течений при выбросах на энергетических комплексах представляет важную задачу, которая позволяет: лучше представить механизм шумообразования и более точно рассчитать уровни шума от паровой струи.
Параметры турбулентных струй можно описать уравнениями Навье-Стокса, записанными для турбулентных течений в форме Рейнольдса и выражающих в нестационарной постановке законы сохранения массы, импульса и энергии движущейся среды. Для замыкания системы уравнений применяются соотношения энергии турбулентности и её диссипации с использованием к - є модели турбулентности.
В общем случае система уравнений сохранения массы, импульса и энергии нестационарного пространственного течения в рамках подхода Эйлера в декартовой системе координат (хп / = 1,2,3), вращающейся с угловой скоростью Q вокруг оси, проходящей через ее начало, имеет следующий вид [111]: + Ю=0; (2.4) от охк +f(Wt-0+f=s,; (2.5) от дхк ох, дШ + ±({рЕ + Р)ик +qk- ад) = Skuk + Q„; (2.6) от дхк где t - время, и - скорость текучей среды, р - плотность текучей среды, Р давление текучей среды, St - внешние массовые силы, действующие на единичную массу текучей среды: S. omus - действие сопротивления пористого тела, Вметну действие гравитации, SmMum - действие вращения системы координат, т.е. S =S +S. +S (2.7) і iporaus igraruy irolalmn ч E - полная энергия единичной массы текучей среды, QH - тепло, выделяемое тепловым источником в единичном объеме текучей среды, тік - тензор вязких сдвиговых напряжений, qt - диффузный тепловой поток, нижние индексы означают суммирование по трем координатным направлениям. Кинетическая энергия турбулентности к и диссипация этой энергии є определяются в результате решения следующих двух уравнений: \ М, где JU = JU, +/л1 /л, -коэффициент динамической вязкости, ju, - коэффициент турбулентной вязкости, 5tj -дельта функция Кронекера ( =1 при i- j\8.. =0 при ІФ j), к - кинетическая энергия турбулентности. dt дхк дхк dps д / \ д - — +—\рикє) — dt дхк дхк У V J М,+ Л ft+ є J дк дхк де dxL + Sk; + S/, (2.8) (2.9) дх ди Sk=r -ps + julPB; S =С, е Е{к \ _г fL. р —MLLEL к сг в рдх, \ ди, duj 2 ди. --Рк8ц\ т;=м,-8, dXj дх, 3 дх, IJ j Ґ V 0,05А где g, - составляющая гравитационного ускорения в координатном направлении „ хй=0,9, Св=\ при Рв 0 и Св=0 при Рв 0, /=1 + /2 =1-ехр(-Дг2), С„ =1,44, С2 =1,92, аЕ =1,3, стк =1. В соответствии с к-є моделью турбулентности, //, определяется через величины кинетической энергии турбулентности к и диссипации этой энергии є: (2.10) с 2 #=Л где fM = [і-ехр(-0,025 )]2 {l + l; Ry = -, RT= — ,y -расстояние ОТ поверхности стенки, Cfl = 0,09. (.. ., \ qk= 4Pr / с, , = 1ДЗ, (2.11) v где JC = 0,9, Pr - число Прандтля, с - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Т - температура текучей среды.
Для моделирования струй пара, истекающих в окружающее пространство с избыточным давлением, наряду с системой уравнений (2.4...2.11) в качестве граничных условий необходимо использовать задание параметров пара на выходе из выхлопного трубопровода (статическое давление, температура, критическая скорость, параметры турбулентности) и параметры атмосферного воздуха.
Численное решение данной системы уравнений для моделирования различных случаев течений может быть реализовано с помощью современной компьютерной техники при использовании специальных программПШ.
Сравнение результатов расчетов по уточненному методу с результатами расчетов по известным методам и с результатами натурных измерений
Таким образом, формула (3.24) позволяет рассчитывать общий уровень звуковой мощности выбросов пара на энергетических комплексах, сбрасывающих пар с избыточным давлением. Формула (3.24) зависит от пропускной способности клапана или задвижки устройств выброса пара, площади выходного сечения выхлопного трубопровода и степени нерасчетности струи пара. Это существенно упрощает проведение расчетов по сравнению с существовавшими до настоящего времени методами расчета (см. раздел 3.1).
Определение расхода пара в выхлопном трубопроводе является важным для всех методов расчета. Его значение определяется пропускной способностью устройств выброса пара, которая, в основном, зависит от производительности клапана или задвижки, установленной на выхлопном трубопроводе.
Производительность клапана следует принимать по специальной характеристике завода-изготовителя, построенной на основании стендовых испытаний в зависимости от параметров пара.
В тех случаях, когда такая характеристика отсутствует, пропускная способность клапана, кг/ч, может быть рассчитана по формуле [16]: GK=\Q-Bra-F-(po+0,\), (3.27) где F - расчетная площадь сечения клапана, равная наименьшей площади свободного сечения в проточной части, мм ; а - коэффициент расхода пара, принимаемый равным 90% от значения, полученного предприятием-изготовителем; р0 - избыточное давление перед клапаном, МПа; В{ коэффициент, учитывающий физико-химические свойства пара при рабочих параметрах перед клапаном. Значение этого коэффициента можно определить по таблицам [16], либо по формуле: і д =0,5-(-Г-Л — =L= (3.28) где и0 - удельный объем перед клапаном, м /кг.
Формула (3.28) должна применяться только при условии (р] + 0,1) (р0 + 0,1) Д , где /?, - избыточное давление за клапаном; Д критическое отношение давления (Д. =0,577 для насыщенного пара; Д =0,546 для перегретого пара).
Для оценки достоверности полученных зависимостей проведено сравнение расчетов по уточненному методу (формула 3.24) с результатами расчетов по другим методам и результатами натурных измерений.
Результаты расчетов сравнивались с результатами натурных измерений на Саранской ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания» и ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго». Акустические измерения проводились на крыше здания котла ТГМЕ-464 Саранской ТЭЦ-2 в 15 м от продувочного трубопровода 133x16 мм с расходящимися потоками пара и в 15 м от выхлопного трубопровода 273x8 мм от ГПК котла ТП-87 ТЭЦ-11. Измерения проводились анализатором спектра шума типа 2800 фирмы «Ларсон-Дэвис-Лаборэторис». Нагрузки котлов ТГМЕ-464 и Пара, ТП-87 во время проведений измерений и параметры сбрасываемогочТредставлены в табл.3.1.
Сравнение результатов измерений с результатами расчетов по различным расчетным зависимостям представлено в табл.3.3. Анализ результатов расчета показывает, что значения общего уровня звуковой мощности, рассчитанные по формуле (3.11) (п.З, табл.3.3. [33]) для выброса пара, хорошо коррелирует с результатами измерений и имеют наименьшее среднее отклонение в 1 дБ. Значения общего уровня звуковой мощности, рассчитанные по зависимости п.4, табл.3.3 [62] для воздушной струи, значительно ниже значений, полученных по результатам измерений и имеют наибольшее среднее отклонение. Значения общего уровня звуковой мощности, полученные по расчетным зависимостям п.6 [7], п.7 [94] табл.3.3 для сверхзвуковых струй значительно превышают значения, полученные по результатам измерений.
Проведенное сравнение позволяет утверждать, что результаты рассчитанные по формуле (3.11) (п.З, табл.3.3. [33]) имеют наибольшую сходимость с результатами измерений. Данная зависимость была получена Лукащуком В.Н. на основе экспериментальных данных в диапазоне п = 4,6...9,9.
Однако анализ данной формулы показывает, что при п 9,9, с возрастанием расхода через выхлопной трубопровод, происходит снижение общего уровня звуковой мощности, что противоречит теории излучения звука струей.
Сравнение результатов расчетов, полученных по формуле (3.11) (п.З, табл.3.3 [33]), с результатами расчетов по предлагаемой формуле (3.24) для неизобарических струй перегретого пара представлено на рис. 3.2.
Спектральные характеристики шума выбросов пара на энергетических комплексах
На рис.5.6 представлены результаты измерений уровней звукового давления в 15 м от места выброса пара в атмосферу. Эффективность глушителя шума МЭИ, полученная по результатам этих измерений, составляет по УЗД 9,4 - 31,4 дБ на всех нормируемых октавных полосах среднегеометрических частот или по уровню звука 27 дБА. Эффективность, определенная в данной точке, является наиболее точной, т.к. при этом воздействие других источников шума на результаты измерений минимально.
На рис.5.7 представлены результаты измерений уровней шума на расстоянии 110 м и 170 м в сопоставлении с фоновым шумом и допустимыми нормами для производственных территорий. Видно, что эффективность глушителя составляет 14,3...34,0дБ на всех нормируемых октавных полосах среднегеометрических частот.
Результаты измерений уровня шума в ближайшем жилом районе при сбросе пара в атмосферу в сопоставлении с фоновым шумом представлены на рис.5.8, из которого видно, что за счет установки глушителя шум от выброса пара в атмосферу снизился на 6,9...27,8 дБ.
Испытания глушителя МЭИ проводились без облицовки звукопоглощающим материалом корпуса глушителя и внутренней поверхности камеры глушения, которая позволяет дополнительно повысить эффективность глушителя еще на 10...15 дБ [69].
Конструкция глушителя МЭИ была установлена на выхлопном трубопроводе котла ОКГ-180 ОАО «НЛМК» рис. 5.9 [84]. На Котле ОКГ-180 происходит выброс насыщенного пара в период избытка тепловой мощности в летнее время года. До глушителя шума конструкции МЭИ на выхлопном трубопроводе котла ОКГ-180 был установлен малоэффективный глушитель в виде многотрубчатого насадка. В связи с этим, эффективность глушителя шума конструкции МЭИ определялась как разность между УЗД выброса пара с прежним глушителем и глушителем МЭИ.
Шум выброса насыщенного пара с прежним глушителем составлял около ПО дБА в 20 м от выброса пара и превышал допустимые нормы в радиусе нескольких сот метров.
Протокол испытаний глушителя МЭИ в соответствии с РД 34.02.310-89 представлен в Приложении 3 диссертации. Акустические измерения осуществлялись частотным анализатором шума 2800 фирмы «Ларсон-Дэвис-Лэборэторис» в 20 м от выхлопного трубопровода, на производственной территории комбината в 50 и 1000 м. Измерения проводились при одинаковой нагрузке котла до и после установки глушителя.
На рис.5.10 представлены результаты измерений уровней звукового давления в 20 м от места выброса пара в атмосферу. Эффективность глушителя шума МЭИ, полученная по результатам измерений, составляет по УЗД 4,0 - 40,5 дБ на всех нормируемых октавных полосах среднегеометрических частот или по уровню звука 36,6 дБ А.
На рис.5.11 представлены результаты измерений уровней шума на расстоянии 50 м и 1000 м в сопоставлении с допустимыми нормами для производственных территорий. Эффективность глушителя в этих точках составляет до 30,4 дБ на высоких частотах. За счет установки глушителя шум снизился до допустимых норм.
Акустическая эффективность глушителя имеет более высокие значения, если сравнивать с шумом свободной струи без прежнего глушителя.
При участии диссертанта спроектированы глушители шума конструкции МЭИ для выхлопных трубопроводов ГПК №3, 4 котла ст.№4 ТЭЦ-9 в составе системы шумоглушения [82]. Система шумоглушения выброса пара представляет собой два глушителя МЭИ, объединенных между собой коллектором Ду 250, устанавливаемых на двух выхлопных трубопроводах Ду 200 от ГПК и закрепляемых на опорной раме (рис.5.12).
При открытии одного ГПК №3 или №4 сбрасываемый пар равномерно распределяется в объединительном коллекторе на два глушителя, что позволяет снизить расход пара через глушитель в два раза, а вместе с тем и уровень шума по сравнению с индивидуальной установкой глушителей на выхлопных трубопроводах.
Также при участии диссертанта спроектирован глушитель шума конструкции МЭИ для растопочной линии котлов ст. №4, №5 ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго» [83]. Глушитель шума МЭИ растопочной линии котлов устанавливается на растопочный трубопровод ДуЮО (133x16) от двух котлов и закрепляется на предварительно смонтированной опорной раме (рис.5.13).
