Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ шумовых характеристик ГТУ 10
1.1. ГТУ с котлами-утилизаторами 10
1.2. Шум ГТУ 17
1.3. Шумовые характеристики выхлопа ГТУ 20
1 1.4 Анализ шумовых характеристик выхлопа ГТУ в зависимости от электрической мощности ГТУ 24
1.5. Выводы по главе 1 32
Глава 2. Снижение шума в котле-утилизаторе 33
2.1. Состояние вопроса 33
2.2. Экспериментальное определение снижения шума в котлах-утилизаторах ГТУ 35
2.2.1. Постановка задачи 35
2.2.2. Описание объектов исследования 37
2.2.3. Описание проведения эксперимента 42
2.2.4. Анализ полученных экспериментальных данных 48
2.3. Оценка погрешности измерений уровней звукового давления в газоходе котла-утилизатора 53
2.4. Метод определения снижения уровня звуковой мощности в котле-утилизаторе 55
2.5. Выводы по главе 2 60
Глава 3. Санитарно-защитная зона по шуму от энергоблоков ГТУ с котлами-утилизаторами 61
3.1. Санитарно-защитная зона по фактору шума 61
3.2. Расчет санитарно-защитной зоны от ГТУ с котлами-утилизаторами 66
3.3. Результаты расчета 74
3.4. Анализ результатов расчета 76
3.5. Анализ изменения размера санитарно-защитной зоны при различном количестве энергоблоков ГТУ с котлами-утилизаторами 79
3.6. Расчет требуемого снижения шума для различного состава энергооборудования на расстоянии 500 м от станции 84
3.7. Выводы по главе 3 89
Глава 4. Метод расчета оптимального сечения абсорбционного глушителя шума выхлопного тракта ГТУ 90
4.1. Обзор существующих подходов к оптимизации размеров газовоздушных трактов ТЭС 90
4.2. Метод расчета оптимального проходного сечения абсорбционного глушителя выхлопа ГТУ 93
4.3. Расчет по методу оптимизации пластинчатого глушителя выхлопного тракта ГТУ 104
4.4. Анализ полученных результатов расчета 111
4.5. Вариантные расчеты и анализ полученных результатов 116
4.6. Выводы по главе 4 120
Заключение 121
Список литературы
- Шумовые характеристики выхлопа ГТУ
- Экспериментальное определение снижения шума в котлах-утилизаторах ГТУ
- Расчет санитарно-защитной зоны от ГТУ с котлами-утилизаторами
- Метод расчета оптимального проходного сечения абсорбционного глушителя выхлопа ГТУ
Введение к работе
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, А.С. Терехин, И:Е. Цукерников, Л.Р. Яблоник, Г.А. Хорошев, Ю.И. Петров, а также их иностранные коллеги: Л.Беранек, М.Л. 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,
E.A. 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 ГТУ;
экспериментальное определение снижения уровня шума в поверхностях нагрева котла-утилизатора;
оценка зоны шумового воздействия от энергоблоков на прилегающий жилой район и выявление закономерностей изменения ее размера при разном составе энергооборудования;
рассмотрение 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 мощности;
получены новые экспериментальные данные по снижению уровня шума в поверхностях нагрева водогрейных котлов-утилизаторов средней тепловой мощности;
на основе этих данных рассчитаны значения санитарно-защитной зоны по фактору шума при разном количестве энергоблоков для различных ГТУ;
— разработан 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 ГТУ;
— разработанный 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.среднейтепловой 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 доложены- на двенадцатой; тринадцатой- и 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 МЭЩТУ) в 2007 г.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в пяти печатных работах, в том числе в одном издании, рекомендованном перечнем ВАК.
Структура. Диссертацшг состоит из введения; четырех 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 замечания^ которые бьши 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) СВ. 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.
Шумовые характеристики выхлопа ГТУ
На сегодняшний день в литературе нет данных по шумовым характеристикам выхлопа ГТУ. Поэтому автором была проведена работа по сбору шумовых характеристик выхлопа современных ГТУ у представителей фирм-изготовителей. Были получены шумовые характеристики выхлопа восьми ГТУ следующих фирм-изготовителей: - ЗАО «Уральский турбинный завод» (ЗАО «УТЗ»): газоперекачивающий агрегат ГТН-16М-1 (мощность 16,8 МВт); - ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (ОАО «УМПО»): газотурбинный двигатель АЛ-31СТЭ (мощность 18 МВт); - Siemens: SGT-700 (мощность 29,1 МВт); SGT-800 (мощность 47 МВт); SGT-1000F (мощность 68 МВт); SGT5-4000F (мощность 287 МВт); - Alstom: GT11N2 (мощность 113,6 МВт); - ОАО «Силовые машины»: ГТЭ-160, выпускаемая по лицензионному договору с фирмой Siemens на базе освоенного производства компонентов установки V94.2 (мощность 157 МВт).
Модельный ряд указанных выше ГТУ охватывает широкий диапазон электрических мощностей (примерно от 15 до 300 МВт), его образуют ГТУ как российского, так и зарубежного производства, находящие сегодня широкое применение на различных энергетических объектах. Это позволяет сделать вывод, что по закономерностям, полученным при анализе шумовых характеристик представленных марок ГТУ, можно судить об особенностях шума выхлопа ГТУ и других марок, мощность которых попадает в рассматриваемый интервал.
В табл. 1.3.1 приведены шумовые характеристики выхлопа ГТУ различной мощности как российского, так и зарубежного производства. Шумовые характеристики представлены в виде значений уровня звуковой мощности, дБ, в девяти октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 31,5 до 8000 Гц. Также указаны значения уровня звука по шкале А, дБА. Значения в табл. 1.3.1 приведены для случая, когда на выхлопе ГТУ не применяются никакие мероприятия по шумоглушению.
Шумовая характеристика ГТН-16М-1 приведена по [40], информация по остальным шумовым характеристикам предоставлена представителями фирм-изготовителей ГТУ.
Из рис. 1.3.1 видно, что шумовая характеристика выхлопа каждой ГТУ представляют собой ломаную линию, вершины которой распределены неравномерно при различных значениях среднегеометрических частот: при увеличении среднегеометрической частоты от 31,5 до 8000-Гц происходит то увеличение, то снижение уровня звуковой мощности выхлопа ГТУ.
Кроме того, можно заметить, что шумовые характеристики выхлопа разных ГТУ отличаются друг от друга не только различными значениями уровня звуковой мощности, но и самим внешним видом соответствующих им ломаных линий. Особенностью рассмотренных шумовых характеристик ГТУ является наличие максимумов уровня звуковой мощности (пиков), но при этом пики у разных ГТУ приходятся на различные частоты. Для марок ГТН-16М-1, АЛ-31СТЭ и SGT-700 максимум лежит в области средних частот (500-1000 Гц), для ГТУ SGT-1000F и GT11N2 — в области высоких частот (2000 Гц), а для ГТУ SGT-800, ГТЭ-160 и SGT5-4000F характерно наличие двух пиков уровня звуковой мощности: в области низких (63-125 Гц) и высоких (2000-8000 Гц) частот.
Наличие пиков шумовых характеристик выхлопа ГТУ на низких и высоких частотах можно объяснить влиянием вихревого и сиренного шума.
Анализируя графики, представленные на рис. 1.3.1, можно сделать вывод о невозможности выведения зависимости шумовой характеристики выхлопа ГТУ во всем спектре октавных полос от мощности ГТУ. Это объясняется тем, что на шумовую характеристику выхлопа ГТУ влияет не только ее электрическая мощность, но и ее индивидуальные характеристики (конструктивные особенности ГТУ, совершенство проточной части газовой турбины, аэродинамические показатели, организация режима горения топлива и т.д.), не всегда зависящие от электрической мощности ГТУ.
Для удобства анализа полученных данных используем дополнительную характеристику: суммарный уровень звуковой мощности (УЗМ) выхлопа ГТУ L& дБ, который рассчитывается по формуле Zc=101g Ґ я io0,1A , (1.4.1) где Lt — уровень звуковой мощности выхлопа ГТУ, дБ, в октавной полосе со среднегеометрической частотой L
Таким образом, мы можем характеризовать шум выхлопа ГТУ не только набором значений уровня звуковой мощности в диапазоне среднегеометрических частот, но и одной величиной — LQ. Значения L& рассчитанные по формуле (1.4.1) для шумовых характеристик различных марок ГТУ, приведены в табл. 1.4.1.
Анализируя диаграмму, показанную на рис. 1.4.1, можно сделать следующие выводы:
1. При увеличении электрической мощности ГТУ наблюдается рост суммарного уровня звуковой мощности выхлопа ГТУ: от 144 дБ при электрической мощности 16,8 МВт до 154,3 дБ при 287 МВт.
2. Можно говорить о том, что масштаб увеличения суммарного УЗМ выхлопа ГТУ соответствует масштабу увеличения электрической мощности ГТУ. Мощность увеличивается в 17 раз - то есть, более чем на порядок, а суммарный УЗМ выхлопа увеличивается на 10,3 дБ, что при переводе логарифмических единиц уровня звуковой мощности в физические единицы звуковой мощности также означает рост более чем на порядок.
3. Для некоторых ГТУ при росте электрической мощности происходит не увеличение, а снижение суммарного УЗМ выхлопа: для SGT-100OF мощностью 68 МВт и GT11N2 мощностью 113,6 МВт значения суммарного УЗМ оказываются ниже, чем для SGT-800 мощностью 47 МВт. Это явление объясняется тем, что уровень шума, излучаемого выхлопом ГТУ, определяется не только ее электрической мощностью, но и конструктивными особенностями, характерными для каждой конкретной марки ГТУ (совершенство проточной части, организация процесса горения в камере сгорания, геометрические размеры ГТУ, количество ступеней, лопаток и т.д.). В результате, более мощная ГТУ может обладать более тихоходной характеристикой, чем менее мощная.
Проведем аппроксимацию значений суммарного уровня звуковой мощности выхлопа ГТУ, представленных в табл. 1.4.1.
В качестве аппроксимирующей зависимости выбрана логарифмическая зависимость вида Lc = alg(N3) + Ъ, где LQ — суммарный УЗМ выхлопа ГТУ, дБ; ND - электрическая мощность ГТУ, МВт; а и Ъ — эмпирические коэффициенты.
Задача состоит в определении коэффициентов а и Ь. Критерием их выбора является близость значений Lc, полученных при расчете по аппроксимирующей зависимости, октавным уровням звуковой мощности выхлопа ГТУ, предоставленных представителями фирм-изготовителей.
Экспериментальное определение снижения шума в котлах-утилизаторах ГТУ
Алгоритм предлагаемого метода по определению снижения уровня звуковой мощности в котле-утилизаторе состоит в следующем:
1. Проводится измерение значений уровня звукового давления в газоходе котла-утилизатора — до поверхности нагрева L], дБ, и за поверхностью нагрева L2, дБ.
2. На основе значений уровня звукового давления Lj и L2 рассчитываются значения уровня звуковой мощности — соответственно до поверхности нагрева Lpi, дБ, и за поверхностью нагрева LP2, дБ, по известной формуле [15] LPl=Ll+10lg( -\ (2.2.1) где Si — площадь измерительной поверхности до поверхности нагрева, м2. 2=Х2+10УЧ, (2.2.2) где S2 — площадь измерительной поверхности за поверхностью нагрева, м2. 3. Снижение уровня звуковой мощности в поверхности нагрева котла утилизатора ALp, дБ, определяется вычитанием значения LP2 из Lpj ALP = LPl - LP2. (2.2.3) Отметим, что если Sj = S2, то снижение уровня звукового давления AL, дБ, рассчитываемое по формуле Ы, = Ьх-Ьг. (2.2.4) оказывается равно снижению уровня звуковой мощности ALP, дБ AL = ALP. (2.2.5)
Для определения снижения шума в оребренных пакетах котлов-утилизаторов проведена серия акустических измерений.
Среди большого разнообразия марок котлов-утилизаторов, используемых в энергетике, в качестве объектов исследования рассмотрены водогрейные котлы-утилизаторы следующих марок: - TF80EG92.6kg/s-381C (тип TF-80TE-28,2) производства фирмы Т.А. SAARINEN OY (Финляндия); - КВ-53-180 (модель ТКУ-8) производства ОАО ТКЗ "Красный котельщик" (г.Таганрог).
Особенностью этих котлов-утилизаторов, повлиявшей на выбор их в качестве объектов экспериментального исследования, являются то, что они оба являются образцами современной промышленной продукции и находят применение в сегодняшней российской энергетике (в частности, установлены на ГТУ-ТЭЦ г.Электросталь), следовательно, анализ их акустических характеристик приобретает особую актуальность.
Так как акустические измерения проводятся на двух котлах-утилизаторах, то есть возможность проведения сравнительного анализа полученных результатов экспериментов, относящихся к разным маркам котлов, отличающихся друг от друга как технико-экономическими показателями работы, так и конструктивными особенностями. Дополнительный интерес при сравнении представляет то, что один котел-утилизатор российского производства, а другой — зарубежного. Ниже приводится описание объектов исследования и их основные характеристики.
Первый блок ГТУ-ТЭЦ г.Электросталь состоит из ГТУ GT-35 электрической мощностью 18 МВт производства фирмы ABB STAL (Швеция) и водогрейного котла-утилизатора TF-80-II Е-28,2 (далее TF-80) производства фирмы Т.А. SAARINEN OY (Финляндия), год выпуска — 1996. Схема котла TF-80 показана нарис. 2.2.1.
Выхлопные газы GT-35, нагревают в экономайзере котла-утилизатора воду первичного контура, которая через водо-водяной теплообменник отдает свое тепло сетевой воде, поступающей в систему теплоснабжения города.
Экономайзер, размещаемый в вертикальном коробе газохода котла, образован двумя ступенями. Каждая из ступеней состоит из входного коллектора диаметром 273x10 мм, многоходовых оребренных змеевиков диаметром 44,4x3,2 мм и выходного коллектора диаметром 273x10 мм. Оребрение лепестковое (просечное) — показано на рис. 2.2.3. Верхняя часть газохода образует конфузор, внутри которого находится двухступенчатый шумоглушитель.
Основные технические характеристики котла TF-80 приведены в табл. 2.2.1.
Описание котла-утилизатора TF-80, его схема и технические характеристики приведены по [16].
Второй блок ГТУ-ТЭЦ г.Электросталь состоит из ГТУ ГТЭ-25У электрической мощностью 30 МВт производства ЗАО «Уральский турбинный завод» (г.Екатеринбург) и водогрейного котла-утилизатора КВ-53-180 (модель ТКУ-8) производства ОАО ТКЗ «Красный котельщик» (г.Таганрог), год выпуска — 1998. Схема котла ТКУ-8 показана на рис. 2.2.2.
Выхлопные газы ГТУ подаются в горизонтальный входной патрубок котла-утилизатора, пройдя который поворачиваются на 90 в вертикальном подводящем газоходе и последовательно проходят шумоглушитель первой ступени и поверхности нагрева.
Расчет санитарно-защитной зоны от ГТУ с котлами-утилизаторами
Уровень звукового давления на границе санитарно-защитной зоны 2,гр, дБ, в диапазоне октавных полос со среднегеометрическими частотами от 31,5 до 8000 Гц рассчитывается по методике, изложенной в ГОСТ 31295.2-2005 (ИСО 9613-2:1996) [7] введенному в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2007 г.: Lr=LPmp+Dc-A, (3.2.1) где LPmp — октавный уровень звуковой мощности среза устья дымовой трубы (источника шума), дБ; Dc — поправка, учитывающая направленность источника шума, дБ; А1 — затухание в октавной полосе частот при распространении звука от источника шума до расчетной точки, дБ. Затухание в формуле (3.2.1) рассчитывают по формуле A = Adtv+Aann+Agr, (3.2.2) где Adlv — затухание из-за геометрической дивергенции (из-за расхождения энергии при излучении в свободное пространство), дБ;
АШт — затухание из-за звукопоглощения атмосферой, дБ; Agr— затухание из-за влияния земли, дБ. Затухание из-за геометрической дивергенции (затухание в свободном пространстве из-за расхождения звуковой энергии) А , дБ, происходящее в, результате сферического распространения звука точечного источника шума в свободном звуковом поле, рассчитывают по формуле Ad„=201g(d/d0)+l\, (3.2.3) где d—расстояние от источника шума до расчетной точки, м; do — опорное расстояние (do — 1 м).
Константа 11 в формуле (3.2.3) связывает уровень звуковой мощности ненаправленного точечного источника шума с уровнем звукового давления на опорном расстоянии do от него. Затухание из-за звукопоглощения атмосферой АаШ дБ, на расстоянии d, м, от источника шума определяют по формуле Aatm= fid/WOO, (3.2.4) где р — коэффициент затухания звука в октавной полосе частот в атмосфере, дБ/км. Значения fi при различных атмосферных условиях даны в ГОСТ 31295.1-2005 (ИСО 9613-1:1993) [6].
Основная причина затухания из-за влияния земли А . - интерференция звуковых волн, отраженных поверхностью земли, с волнами прямого звука от источника шума к приемнику.
Акустические характеристики поверхности земли учитывают коэффициентом отражения от поверхности земли G. Общее затухание из-за влияния земли в заданной октавной полосе частот определяют по формуле Agr=As+Ar+Am, (3.2.5) где As — затухание в зоне источника, дБ; Аг — затухание в зоне приемника. дБ; Ат —затухание в средней зоне, дБ.
Формулы для расчета As, Аг и Ат приведены в [7]. Формулы (3.2.1)-(3.2.5) приводятся по [6]. Для показателя направленности от среза дымовой трубы D& дБ, справедлива эмпирическая формула [43] Dc=kcos((p)-b, (3.2.6) где к, Ъ — эмпирические коэффициенты (значения приведены в табл. 3.2.1); (р — угол излучения, град. При вьшолнения расчета по указанной выше методике использовались следующие исходные данные: Высота источника шума (дымовой трубы) hs = 80 м; Высота приемника (расчетной точки) hr = 2 м;
Согласно [53] проектирование и расчет основных характеристик ГТУ производится для расчетного (базового) режима по нормам ISO (документ, 2314) при следующих параметрах наружного воздуха: - температура Тн.в =15 С; - давление рн.в = 101,325 кПа; - влажность dH.B = 60 %. Значения коэффициента затухания звука в атмосфере /? взяты из [6] для этих параметров наружного воздуха (табл. 3.2.2).
Значения уровня звуковой мощности выхлопа рассматриваемых ГТУ LP, дБ, приведены в табл. 1.3.1.
Значения снижения уровня звуковой мощности в газовом тракте котла-утилизатора ЛЬрку, дБ, приведены в табл. 3.1.1.
Считаем, что грунт вокруг электрической станции представляет собой твердую поверхность с низкой пористостью, в этом случае коэффициент отражения от поверхности земли G = 0.
Считаем, что на пути прохождения звука от источника до приемника не располагаются препятствия, способные создать значительное дополнительное затухание звука, такие как крупные промышленные предприятия, леса.
Согласно [34] нормируемыми параметрами постоянного шума на территории жилой застройки являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими, частотами от 31,5 до 8000 Гц. Размер санитарно-защитной зоны для энергоблоков ГТУ с котлами-утилизаторами рассчитывается исходя из условия соблюдения допустимых уровней5 звукового давления на территории, непосредственно прилегающей к жилым домам, в ночное время (от 23.00 до 07.00) с учетом поправки на тональный характер шума (табл. 3.2.3 [34]).
Метод расчета оптимального проходного сечения абсорбционного глушителя выхлопа ГТУ
Предлагается метод определения оптимального значения проходного сечения абсорбционного глушителя шума, устанавливаемого в выхлопном тракте ГТУ. Если предусмотрен автономный режим работы ГТУ, то глушитель может быть установлен во внешнем газоходе ГТУ или в дымовой трубе, если ГТУ работает с котлом-утилизатором, то возможен вариант установки глушителя в корпусе котла.
По сравнению с паросиловыми энергоблоками ГТУ обладают рядом принципиальных особенностей, среди которых можно выделить следующие: — существенным отличием работы газового тракта ГТУ от газового тракта ПТУ является отсутствие тягодутьевых машин: преодоление аэродинамического сопротивления происходит за счет работы самой ГТУ; — для ГТУ характерна зависимость ее электрической мощности от параметров наружного воздуха, таких как температура, давление, влажность, меняющихся в течение года, при этом? наиболее существенное влияние оказывает изменение температуры.
Указанные выше особенности работы ГТУ делают невозможным использование для расчета газового тракта ГТУ метода, представленного в [42] и учитывающего особенности работы газового тракта ПТУ. Кроме того, в [42] в качестве критерия выбора оптимального варианта рассматривается! такой показатель как минимум приведенных затрат, широко применявшийся в условиях плановой экономики, однако не соответствующий современным методам оценки финансово-экономической эффективности инвестиционных проектов, принятым в российской энергетике [49, 54].
Таким образом, возникает необходимость разработки метода оптимизации проходного сечения глушителя, устанавливаемого в газовом тракте ГТУ, который учитывал бы как технические особенности работы рассматриваемого оборудования, так и современные экономические реалии [30]. Разработанный метод, соответствующий данным требованиям, изложен далее.
Критерием- выбора оптимального значения проходного сечения глушителя шума выхлопа ГТУ является минимум суммарных дисконтированных затрат 3d, руб, рассчитываемых по известной формуле [55] Зд = {Ка +И-Иаи)(1 + ЕГ , (4.2.1) где Кгл — капитальные вложения в глушитель в год t, руб; И-— издержки без учета амортизации в год t, руб; И ам — амортизационные отчисления в год t, руб; Е — ставка дисконтирования; Тр — расчетный период, годы. Установка глушителя шума в выхлопном тракте ГТУ создает дополнительное аэродинамическое сопротивление и приводит к росту давления дымовых газов за газовой турбиной; что ведет к некоторому снижению мощности ГТУ, которое можно, оценить с помощью коэффициента уменьшения электрической мощности KN. Этот коэффициент учитывает снижение, электрической мощности ГТУ за счет повышения сопротивления ее выхлопного тракта из-за- установки в- нем какого-либо оборудования (котла-утилизатора, шиберов или в данном случае глушителя шума) и рассчитывается по эмпирической формуле, полученной на основе обработки статистических данных по работе ряда современных ПТУ с котлами-утилизаторами и приведенной в [53]. Запишем эту формулу для случая установки глушителя шума в выхлопном тракте ГТУ -ктгяуш KN =- - = 1-0,55фа„ (4.2.2) где N 4 1" — мощность ГТУ при работе с установленным на ее выхлопе глушителем шума, МВт; N0 — мощность ГТУ при работе без глушителя, МВт; Зри = Аргл/Рапш — относительная потеря давления на выходе газов турбины за счет установки глушителя шума в выхлопном тракте ГТУ; Ары —аэродинамическое сопротивление глушителя шума, Па; Ратм — атмосферное давление, Па. Таким образом, уменьшение электрической мощности газовой турбины AN = ND — Nf "1 за счет установки в выхлопном тракте глушителя шума составляет Ш = 0,55ф э. (4.2.3) Рассчитаем годовую недовыработку электроэнергии. Проведем сравнительный анализ выполнения, подобного расчета для газотурбинной и паросиловойТЭС.
Режим работы паросиловой ТЭС (пиковый; полупиковый или базовый) характеризуется таким показателем как годовое число часов использования установленной мощности [54] hy = 3/Ny, (4.2.4) где Эг — годовая выработка электроэнергии, кВт-ч; Ny — установленная мощность, кВт. Тогда увеличение годового расхода электроэнергии на привод тягодутьевых машин, необходимое для преодоления дополнительного - аэродинамического сопротивления, возникающего за счет установки абсорбционного глушителя, можно рассчитать следующим образом АЭг = ANTAArhy, (4.2.5) где АИщм — мощность тягодутьевых машин, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления глушителя шума, кВт.
По выражению (4.2.5) мы можем определить годовой недоотпуск электроэнергии за счет установки абсорбционного глушителя в газовом тракте паросиловой ТЭС.
Говоря о газотурбинной ТЭС, мы не можем пользоваться такими терминами как установленная мощность и соответственно годовое число часов использования установленной мощности. Это связано с тем, что электрическая мощность ГТУ в течение календарного года будет значительно колебаться в зависимости от температуры наружного воздуха [53]. Запишем в общем виде выражение для расчета годовой недовыработки электроэнергии ГТУ за счет установки глушителя в выхлопном тракте ГТУ где Ni — мощность ГТУ без установки глушителя в ее выхлопном тракте при заданной температуре наружного воздуха Г,Лв, кВт; hi — число часов работы ГТУ в год при заданной температуре наружного воздуха Г„.в, ч; п — число значений температур наружного воздуха, при которых в течение года работает ГТУ (для этих значений Т„.в и определяется электрическая мощность ГТУ).
Чтобы рассчитать годовой недоотпуск электрической энергии по (4.2.6)j необходимо знать климатические особенности географического района, расположения газотурбинной ТЗЄ, а именно колебания температуры воздуха в течение года, а также план эксплуатации5 ее оборудования; Далее, необходимо задаться шагом изменения среднесуточнойтемпературы воздуха ATtLe в интервале от минимального до максимального значения в.течение года и, зная число часов в году, соответствующее каждому значению? температуры из выбранного диапазона, рассчитать недовыработку электроэнергии ГТУ при. каждом выбранном значении температуры наружного воздуха. Просуммировав эти значения, мы получаем годовую недовыработку электроэнергии на газотурбинной ТЭС [53]. Таким образом, оказывается, что задача определения недовыработки электроэнергии за счет установки; глушителя шума в выхлопном тракте ГТУ по сравнению с ПТУ значительно усложняется.
