某燃氣電廠燃機進氣管道噪聲控制工程實例解析

蘇宏兵，劉大鵬，聶美園，王五清

（1.上海新華凈環保工程有限公司，上海 200438；2.北京太陽宮燃氣熱電有限公司，北京 100028）

1 項目概況

某燃氣電廠位于城市中心，電廠附近建有多個高層住宅樓，居民樓高度約100m，與電廠主廠房的水平距離約130m（見圖1）。鄰近的居民樓為高端住宅，聲環境區劃分屬1類標準。電廠的燃機進氣口及進氣管道運行時產生的強烈噪聲，對鄰近高層的居民產生了顯著影響，需采取相應噪聲控制措施。

圖1 電廠及周邊建筑的衛星照片

2 噪聲源特征

該燃氣電廠的一套780MW“二拖一”燃氣—蒸氣聯合循環發電機組，年發電量34億kW·h，供熱面積1000萬m2，供熱區域40km2，占地面積9hm2。

燃機采用GE公司的機組，燃機進氣系統為燃機提供潔凈空氣，基本負荷下進氣風量為190萬m3/h，進風量較大。燃機進氣管道位于主廠房二層的屋面，共2套進氣系統，進氣系統由風管直管段（含消聲器）、變徑段、進口過濾器等部分組成，風管尺寸為11.5m×4.5m，變徑部分最寬可達到21m，進氣口高約12m。噪聲暴露面積非常大，屬于體型巨大的噪聲源。燃機進氣口及管道如圖2所示，燃機進氣系統平面與剖面圖如圖3所示。

在進氣系統入口處及管道壁面外進行的噪聲測量數據見表1，噪聲頻譜見圖4。根據測試結果，進氣口及進風管道壁面的噪聲值都很高，且進氣管道壁面的噪聲值遠高于進風口的噪聲值；進氣口及進風管道壁面均在1600Hz、3150Hz處存在明顯的噪聲峰值。對噪聲頻譜進行A計權后發現，進氣系統的噪聲隨著頻率的增高而增大，噪聲主要集中在1000Hz至8000Hz頻率范圍內，呈明顯的高頻特性。

圖2 燃機進氣口及管道現場

圖3 燃機進氣管道俯視圖與剖面圖

圖4 燃機進氣系統實測噪聲頻譜曲線

表1 噪聲測試數據表

窗外除受到電廠噪聲的影響外，還受到附近多條道路交通噪聲的影響，并能明顯聽到高頻單頻噪聲。從A計權后的敏感點噪聲頻譜曲線可看出，噪聲主要集中在1000Hz至4000Hz范圍內，與進氣系統的噪聲頻譜相吻合。鄰近高層住宅窗外1m的噪聲頻譜見圖5。

根據上述現場測試分析，燃機進氣口及其管道是影響居民樓高層的主要噪聲源，且噪聲在1600Hz、3150Hz處存在明顯的峰值。

圖5 鄰近高層住宅樓窗外噪聲頻譜曲線

3 噪聲模擬分析

為更精準的分析和量化各聲源對噪聲敏感點的影響，采用專業聲學軟件SoundPLAN進一步模擬分析（見圖6），并根據計算結果指導噪聲控制方案的設計。

圖6 燃機進氣口噪聲影響現狀模擬圖

根據模擬分析結果，燃機進氣口與管道對鄰近高層居民不同樓層的噪聲貢獻量為52.0～53.8dB（A），其中燃機進氣口對居民高層的噪聲貢獻量為45.4～47.6 dB（A），燃機進氣管道與變徑對居民高層的噪聲貢獻量為50.9～52.6dB（A），管道的噪聲貢獻大于進氣口噪聲的貢獻。進氣管道系統對不同樓層的噪聲貢獻量見表2。

表2 居民樓不同樓層噪聲貢獻量分析表

從模擬結果可看出，在不考慮交通噪聲及其他噪聲源影響的情況下，燃機進氣系統即可導致敏感點超標7～9dB（A），其貢獻量非常明顯。

4 噪聲控制設計與措施

燃機進氣口及管道為巨大的面聲源，之前已采取了隔聲屏障的降噪措施，隔聲屏障將2個燃機進氣口的3面圍合，頂部稍微向內折彎，可有效阻擋進氣口噪聲向水平方向傳播。但由于居民高處住戶位于高處，隔聲屏障對進氣管道無法形成有效遮擋，進氣管道噪聲仍可直接輻射到高處居民樓；進氣口雖然大部分位于隔聲屏障遮擋范圍內，但易經過反射、繞射之后傳播出去。

根據分析，進氣口與進氣管道的噪聲來自于燃機，傳播途徑包括管道壁面固體聲（振動）與空氣聲傳播。進氣管道風管為5mm厚鋼板，其自身空氣聲隔聲量已經很大，但自身阻尼很小，因此在燃機的高強噪聲激勵下仍會因振動而輻射出強烈噪聲。進氣系統內已有一個長約3m的阻性片式消聲器，進氣口處的過濾裝置也能衰減部分噪聲，因此進氣口噪聲反而小于管道壁面輻射的噪聲。根據SoundPlan模擬分析，進氣口噪聲貢獻量比進風管道貢獻量低約5dB（A），處于次要聲源。

該項目屬于改造項目，受荷載的限制，要求新增的降噪措施盡量少且荷載盡量小。根據對噪聲源貢獻量、噪聲源來源以及工程項目條件限制的綜合分析，設計方案最終確定選用進氣風管阻尼隔聲包扎的措施，進氣口由于荷載的限制不再采取措施。

進氣直管段及變徑部分采用“阻尼噴涂+吸聲層+金屬防護面層”的方式，通過阻尼與隔聲共同作用降低噪聲。燃機進氣系統降噪措施示意見圖7。

阻尼降噪技術常用于管道和薄板的減振降噪。一般金屬材料如鋼、鋁、銅等，其固有阻尼很小，在激振力的作用下極易產生結構的彎曲振動。在金屬薄板或薄管壁上涂貼阻尼材料，通過外加阻尼的方法來加大材料的阻尼以降低噪聲。當金屬薄板受激發而產生彎曲振動時，振動能量便迅速傳遞給涂貼在其上面的阻尼材料，引起阻尼材料分子間的摩擦和相互錯動。由于阻尼材料內損耗、內摩擦大，使薄板振動的能量相當一部分轉變為熱能耗散掉，從而減弱薄板彎曲振動強度，噪聲也隨之降低。阻尼主要用于抑制薄板結構因為共振而激發起噪聲，可以降低風管管壁的噪聲輻射效率，從而達到降低風管壁面噪聲的作用[1、2]。燃機進氣管道阻尼噴涂施工現場見圖8。

圖7 燃機進氣系統降噪措施示意圖

圖8 燃機進氣管道阻尼噴涂施工現場

以燃機進氣變徑底部利用已有大型鋼梁為基礎，在管道外輪廓邊緣底部設置3面（左側、右側、前面）圍合的隔聲圍護結構（見圖9）。

圖9 燃機進氣口管道阻尼隔聲圍護結構

根據實測結果，治理后的進氣管道壁面噪聲總聲壓級減低了15～16dB（A），其中峰值頻率1600Hz噪聲降低14～15dB（A），第二峰值頻率3125Hz噪聲降低了21dB（A），治理后的噪聲得到明顯改善。治理前后的燃機進氣管道壁面噪聲頻譜見圖10。

圖10 燃機進風管道壁面噪聲頻譜對比曲線

受現場條件限制，燃機進風口未采取降噪措施。由于管道外增加阻尼的作用，進風口處的噪聲也略有所下降，改善量約為4dB（A），1600Hz峰值處的噪聲降低約3dB（A），3125Hz峰值的噪聲降低8dB（A），2000～8000Hz的噪聲均有一定程度的降低。治理前后的燃機進風口處噪聲頻譜見圖11。

圖11 燃機進風口處噪聲頻譜對比曲線

居民樓頂1600Hz與3120Hz的峰值頻率噪聲已經消失，總計權聲壓級從約60dB（A）降低到背景噪聲值約55dB（A），主要噪聲源為鄰近交通干道的交通噪聲。治理后的居民樓屋頂噪聲頻譜見圖12。

圖12 居民樓屋頂噪聲頻譜對比曲線

5 結語

燃氣電廠的燃機進氣口及管道是一個巨大的噪聲源，燃機噪聲通過固體聲與空氣聲對外界產生影響。通過對噪聲源及其傳播途徑進行分析，針對燃機進氣口管壁振動輻射噪聲的特點，采取阻尼隔聲降噪的措施，取得了明顯的降噪效果，解決了鄰近高層住宅的電廠噪聲擾民問題，可為同類型項目提供借鑒。