飽和汽輪發電機組排氣消聲器的設計與應用

宋儒將

（湖北省有色金屬資源開發與綜合利用工程技術研究中心，湖北 黃石 435005）

1 概述

大冶有色金屬集團控股有限公司冶煉廠2012年引進DRESSER-RAND公司生產的B5IS-3+B7S-3型汽輪發電機組（余熱電站）2臺，其主要技術數據為如下。

額定進汽壓力：4．4～4．6MPa；

額定進汽溫度：2560～258．750℃；

額定排汽壓力為：0．008～0．0165MPa；

排汽溫度為：41．5～560℃。

由于該汽輪發電機組作為余熱電站，其生產組織要服從于冶化生產，在非正常工作狀態時會將蒸汽排空，針對此處高溫蒸汽排放噪聲，我們設計了一種帶消音管式組合型排氣消聲器，以改善環境污染。

2 結構特點

設計的消聲器結構如圖1，包括噴注管、冷卻水進水管、排水管組件、消音管（見圖2）、消音微孔板、排氣管。其利用抗性消聲器的多孔擴散、降低流速、分散降壓和改變聲抗等，使聲波產生反射、干涉，又結合引入了消音管噴霧摻冷，利用件7、8、11引入冷卻水通過小孔向蒸汽通道內噴霧，極大程度提高了噴霧與蒸汽接觸面積，第一，加大了液、汽兩種介質混合時產生的摩擦以實現消耗一部分聲能；第二，利用摻冷在消聲器內形成溫度梯度，從而導致聲速梯度改變而提高消聲性能；第三，由于降溫，使蒸汽體積大幅度收縮，汽流速度降低而提高消聲效果，使其同時具備抗性消聲器和摻冷消聲器的消聲頻率特性，消聲器類型、工作原理及使用范圍見表1。本消聲器排氣管設計成T型三通結構，可消除排氣時對消聲器本身產生的后坐力，整體結構緊湊，強度高，使用壽命長。

圖1 消音器整體結構示意圖

3 設計計算

按消聲器整體結構示意圖，結合汽輪機非正常工作時蒸汽排放條件，消聲器設計原始條件見表2。

（1）冷卻水量計算。

計算第一級蒸汽放出的熱量：

圖2 消音管截面圖

得Q=885000kcal。

計算第一級冷卻水吸收的量：

20℃水升溫至100℃所吸收的熱量：

100℃水變成100℃蒸汽所吸收的熱量：

得m=1429kg/h。

同理，計算得二級水量為m=1283．6kg/h，三級水量為 m=968．8kg/h。

表1 消聲器類型、工作原理及適用范圍

表2 消聲器設計初始參數

（2）開孔面積計算。

第一級：

M=18，M—馬赫數，為氣流速度與聲速之比；得 Vi=0．33。

得 Si=592．7cm2。

同理，計算得二級開孔面積為Si=1084cm2，三級開孔面積為Si=2127cm2。

（3）板厚計算。

第一級：

得δ=1．33mm，取不銹鋼最小厚度3mm。

同理，計算得二級不銹鋼最小厚度為3mm，三級不銹鋼最小厚度為3mm。

筒體厚度計算：

腐蝕余量2mm。

得δ=0．62mm，考慮外殼結構強度及腐蝕余量2mm。

取碳鋼筒體厚度取8mm。

4 與傳統消聲器的比較

熱力設備蒸汽排放的噪聲是工業噪聲源之一，特別是汽輪發電機組蒸汽排放所輻射出的氣體動力性噪聲，傳播較遠，危害較大。現有傳統消音器分抗性消音器和阻性消音器，在高溫蒸汽排放消聲中存在以下問題。

（1）傳統的抗性消音器針對這種蒸汽排放工作場合降噪效果不理想。實際上，表壓為1kg/cm2的飽和蒸汽，其速度可達到30～40m/s，這樣高速度的蒸汽，在排向大氣時造成的噪聲很高，排氣壓力高時，噪聲危害更大，抗性消音器消聲頻帶寬度所限，應用于蒸汽排放場合效果不理想。

（2）傳統的阻性消音器在投用初期效果還行，但由于飽和蒸汽含水量較大，溫度高，流速快，使用一段時間以后，往往將吸聲材料損壞吹走，導致消音效果下降，整體使用壽命不長。

本消聲器與現有的消音器相比較，同時具備傳統抗性消聲器、微穿孔板消聲器、噴霧消聲器和引射摻冷消聲器的多種消聲頻率特性，可在較寬的頻率范圍內消除噪聲，其消音管成多圈環形豎直布置在蒸汽通道內，管子外部繞微孔板并點焊，提高了噴霧與蒸汽接觸面積，加大了液、汽兩種介質混合時產生的摩擦，利用摻冷形成溫度梯度，利用降溫降低汽流速度而提高消聲效果。另外，排水管組件上安置疏水閥，以便及時排放冷凝水，防止冷凝水積多后形成水錘，同時避免了此處蒸汽直接外排形成的二次噪聲污染。

2013年年初，汽輪機排汽口處加裝了組合型消音器后，在距消音器中心40m處，汽輪機非正常工作狀態下最大排氣量時，我們實測噪聲值為63dB(A)，遠優于《工業企業噪聲衛生標準》規定的數值，效果較為理想，積累了實踐經驗。

參考文獻：

[1]機械工程手冊、電機工程手冊編輯委員會．機械工程手冊（第2卷）[M]．北京國防工業出版社，1982．

[2]徐灝．機械設計手冊（1）（第2版）[M]．北京：機械工業出版社，2000．