燃气—蒸汽联合循环热电厂噪声分析及控制

梁常德，毛瑞勇，龚凤海，欧炎

（1.深圳市人居环境技术审查中心，深圳518057；2.贵州大学，贵阳 550025；3.北京绿创声学工程股份有限公司,北京102200）

燃气―蒸汽联合循环发电机组以天然气、燃油和整体煤气化为主要燃料[1]。由于天然气是石化能源中最洁净的燃料，在燃烧性能、热值、运输等各方面都呈现了优越的性能,以天然气为燃料的燃气—蒸汽轮机联合循环机组与常规火力发电机组相比具有最低的污染排放[2]。由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机组成的联合循环电厂由于高效率、低排放、运行方式灵活、调峰性能好,在发电领域中起着日益重要的作用，我国政府大力鼓励发展以天然气为燃料的燃气—蒸汽轮机联合循环发电技术。然而，以天然气为燃料的联合循环热电厂有一个不容忽视的环境问题，即噪声污染问题[3]。由于燃气—蒸汽联合循环热电厂大多建设在经济较发达、人口较稠密的大、中城市附近，且电厂辅助生产系统较简单，设备较少，厂区面积小，设备与厂界距离较近，噪声对厂界和周围环境（主要是居民敏感点）往往造成污染。本文将结合工程实践总结，对以天然气为燃料的燃气—蒸汽联合循环热电厂主要噪声源进行分析，并探讨性地提出该类电厂相关噪声控制技术措施。

1 噪声源分析

1.1 主要噪声源区域及噪声水平

根据多个以天然气为燃料的燃气—蒸汽联合循环热电厂（如北京太阳宫燃气热电厂、北京郑常庄燃气热电厂、杭州半山燃气热电厂和广州大学城分布式能源站等）噪声治理工程中的实践，燃气—蒸汽联合循环热电厂厂区内噪声主要分布区域有蒸汽轮机房（又称主厂房）、燃气轮机区、余热锅炉区、机力通风冷却塔区、变压器区、天然气调压站等，以及循环水泵房、化水车间、综合水泵房等辅助设备房，主要声源设备区的典型噪声值如下表1。

1.2 重点声源区域噪声分析

典型的燃气—蒸汽联合循环热电厂厂区分布有燃气轮机、燃气发电机、蒸汽发电机、机力通风冷却塔、燃机主变压器、汽机主变压器、天然气增压设备以及各种辅机、水泵、风机等上百个声源设备。根据燃气—蒸汽联合循环热电厂特点，拟重点对设备相对集中、噪声辐射面广、对环境噪声贡献明显；且治理难度较大的声源区域进行分析。根据工程实践，不同燃气—蒸汽联合循环热电厂虽然采用的机组型号、品牌、机组数量等不同，但同类噪声源设备的噪声值及频谱相差不大。为便于分析，下述所引用的噪声数据均为同类工程实测噪声数据。

1.2.1 蒸汽轮机房（主厂房）区域噪声分析

国内典型的燃气—蒸汽联合循环热电厂，其蒸汽轮机房主体结构一般为下部墙体混凝土结构、中上部墙体轻质彩钢压型板结构的三层高大厂房，上下层之间为钢结构网架连通结构（即没有明显的实体地板隔离）。一层主要有凝汽器，凝结水泵及各类管道阀门等设备；二层主要有均压箱、轴封加热器及蒸汽管道等设备；三层主要有发电机、蒸汽轮机、励磁器及各种管道。

（1）蒸汽轮机及其发电机组噪声

蒸汽轮机及其发电机组一般均配有机体隔声罩，由于声源强度高，且隔声罩对不同频谱隔声的可选择性较差，因此，蒸汽轮机及其发电机隔声罩外噪声值仍然较高，声级一般大于85 dB（A），且500 Hz以下的低频成分较丰富，如图1所示。

（2）蒸汽轮机厂房内噪声

蒸汽轮机房内主要辅助设备声源有：润滑和密封油储存、冷油及净化装置；真空泵、凝结水泵；自动滤水器；热网系统的各种泵（循环水泵、疏水泵、补水泵、定压泵、采暖泵等）；开、闭式冷却水泵轴封加热器、轴封风机等。机组运行时，多个高强声源设备同时在一个封闭空间辐射噪声，直达声和反射声相互叠加，由于厂房为多层连通结构，厂房内不同空间位置的噪声值差别不大，声级一般在90 dB（A）～100 dB（A）之间,且低、中、高频率声级均较高，频带宽，整个厂房内近似混响声场，如图2所示。

表1 燃气—蒸汽联合循环热电厂主要声源区域及设备噪声Fab.1 The main sound source area and equipment noise for gas-steamcombined cycle power plant

图1 蒸汽轮机组噪声频谱特性Fig.1 Steamturbine noise spectrumcharacteristics

图2 蒸汽轮机厂房内噪声频谱特性Fig.2 The indoor noise spectrumcharacteristics of steamturbine workshop

1.2.2 燃气轮机区域噪声分析

（1）燃气轮机及其发电机组噪声

燃气轮机组在厂区一般为露天布置，燃气轮机因功率大，属于高强噪声源，近场噪声级一般大于85 dB(A)，其低、中、高频率声级均较高，属宽频噪声，如图3所示。噪声主要来自于燃气轮机本体（含轴承冷却空气模块）、燃机发电机、燃气轮机进风口和烟囱排气口。

（2）燃气轮机组进气管壁辐射噪声

燃气轮机增压机和透平机的高噪声透过燃气轮机组进气管管壁向外辐射，同时气流激发管道振动辐射噪声，燃气轮机进气管壁辐射的噪声一般大于85 dB(A)，含有较多的低频成分。由于燃气轮机进气管道分布面积较大，相当于一个大而强的面声源。

（3）燃气轮机组空气过滤器进风口噪声

图3 燃气轮机组噪声频谱特性Fig.3 Gas turbine noise spectrumcharacteristics

通过燃气轮机空气过滤器进风口辐射的噪声，其声级一般大于80 dB(A)，低频成分多。噪声通过空气过滤器后虽得到较大幅度衰减，但过滤器对噪声的衰减有明显的选择性，即高频衰减多，低频衰减少，因此，从空气过滤器进风口辐射的噪声往往以500 Hz以下低频为主，如图4所示。

图4 燃气轮机组空气过滤器进风口噪声频谱特性Fig.4 Gas turbine inlet air filter noise spectrumcharacteristics

1.2.3 余热锅炉区域噪声分析

余热锅炉在厂区一般为露天布置，包括锅炉本体、锅炉给水泵区、烟囱等。

（1）锅炉本体噪声

余热锅炉本体噪声主要有锅炉和烟囱之间膨胀节的漏声、锅炉水平烟道辐射噪声、锅炉顶层中高压给水调节阀后隔离阀节流噪声，以及锅炉制氧罐噪声等。余热锅炉本体近场平均噪声级一般大于80 dB(A)，主要集中在500 kHz以下频段，如图5所示。

（2）锅炉给水泵区噪声

余热锅炉区域地面层一般设置有低压省煤器循环水泵和高中压给水泵等，采取露天布置或置于半封闭水泵间。锅炉给水泵区噪声主要有电磁噪声、机械噪声、流体通过管道和阀门的节流噪声等，其近场噪声级一般大于85 dB(A)，且低、中、高频率声级均较高，其中125 Hz～1 000 Hz频段噪声相对较大，属宽频噪声，如图6所示。

图5 余热锅炉本体噪声频谱特性Fig.5 Waste heat boiler noise spectrumcharacteristics

图6 余热锅炉给水泵区噪声频谱特性Fig.6 Waste heat boiler feed pump noise spectrumcharacteristics

（3）锅炉烟囱排口噪声

从余热锅炉烟囱排口辐射的噪声主要包括：燃气轮机产生的燃烧噪声经过锅炉主体和烟道自然衰减到达锅炉烟囱排口的噪声、锅炉和烟道局部结构变化产生的湍流噪声和烟囱排口的气流再生噪声，其最大特点就是低频非常丰富，因为燃气轮机产生的高强燃烧噪声经过余热锅炉后，高频部分得到衰减，而低频衰减却很小。根据实测，余热锅炉烟囱排口噪声一般大于90 dB(A)，主要集中在500 Hz以下频段，越到高频段声级越小，呈陡降型曲线，如图7所示。

泿水，从祷过山下流出，一直流向南方的大海。水中有很多虎蛟，身体像鱼，长着蛇的尾巴，发出的声音好像鸳鸯鸣叫。据说吃了它们的肉不会生毒疮，还能治愈痔疮。

1.2.4 机力通风冷却塔区域噪声分析

大型机力通风冷却塔噪声主要包括淋水噪声、风机空气动力性噪声、冷却塔电机噪声、传动装置（减速箱及传动轴）产生的机械噪声、减速箱及其电机振动导致的固体传声等[4]。

（1）冷却塔风口辐射噪声

燃气—蒸汽联合循环冷热电厂机组的冷却水系统常采用机力通风冷却塔进行冷却，并配置有多组多格冷却塔。机力通风冷却塔区域噪声成分中，主要是从进风口和排风口辐射的噪声。进风口辐射的噪声，主要为淋水噪声，此部分噪声由水的势能撞击冷却塔中的填料和集水池水面产生。其次还有通过风筒逆向辐射出来的轴流风机噪声，以及排风口辐射的噪声，即轴流风机产生的空气动力性噪声。此部分噪声由旋转噪声和涡流噪声组成。进风口噪声和排风口噪声，一般都大于80 dB(A)，主要集中在1 000 Hz以下中低频段，呈现中低频特性，如图8所示。

图7 余热锅炉排口噪声频谱特性Fig.7 Waste heat boiler exhaust noise spectrumcharacteristics

图8 机力通风冷却塔风口噪声频谱特性Fig.8 Cooling tower outlet noise spectrumcharacteristics

（2）冷却塔振动“二次”噪声

目前，国内机力通风冷却塔在设计时大多将动力设备与其基座刚性连接，而基座平台往往与冷却塔塔体相连。冷却塔高速旋转时，在动力设备的激励下，必然会引起冷却塔墙体出现高频强迫振动，墙体振动以面源的形式向外辐射出以中低频率为主的高噪声。研究表明，大型机力通风冷却塔在风机高速运转下，固体传声辐射的“二次”噪声是机力通风冷却塔区域的主要声源之一[5]。

1.2.5 变压器区域噪声分析

燃气—蒸汽联合循环冷热电厂变压器区域，常布置燃机主变压器、汽机主变压器和厂用工作变压器。变压器噪声主要由三部分组成：一是铁心硅钢片的磁致伸缩振动噪声；二是线圈导线产生的电磁噪声；三是变压器冷却风扇产生的气流噪声。燃气—蒸汽联合循环热电厂变压器区域近场噪声级一般大于65 dB(A)，由于变压器线圈铁心在磁通作用下产生磁致伸缩的影响，噪声在500 Hz以下低频部分比较丰富，呈现中低频特性，如图9所示。

图9 变压器区域噪声频谱特性Fag.9 Transformer area noise spectrumcharacteristics

1.2.6 天然气调压站区域噪声分析

燃气—蒸汽联合循环冷热电厂天然气调压站的主要功能是把送至电厂的天然气进行增压，并经天然气前置模块预加热和过滤后送至燃气轮机。天然气调压站在运行过程中近场噪声级一般大于75 dB(A)，主要集中在1 000 Hz以上频段，呈现中高频特性，如图10所示。

图10 天然气调压站噪声频谱特性Fag.10 Pressure regulating station noise spectrumcharacteristics

1.2.7 其它区域噪声分析

燃气—蒸汽联合循环冷热电厂内的其它主要声源区域包括化水车间、循环水泵房、空气压缩机房和污水处理站设备房等辅助设施房，主要噪声设备为水泵、压缩机及电机等的机械噪声，室内噪声级一般大于80 dB(A)。由于以上设施用房一般为封闭的土建结构用房，具有良好的隔声效果，因此，对这类辅

2 噪声控制技术措施

对燃气-蒸汽联合循环冷热电厂的噪声控制需采用综合性噪声控制技术，一般以隔声为主要措施，其次是消声、吸声、阻尼和减振等。根据国内燃气—蒸汽联合循环热电厂特点，结合工程实践经验，对该类型电厂重点声源区域提出常用的噪声控制技术措施如下所述。

2.1 蒸汽轮机房（主厂房）区域措施

国内燃气―蒸汽联合循环冷热电厂蒸汽轮机主厂房一般设计为高大空间框架轻钢结构，下部为土建结构，中部、上部和屋面均采用单层彩钢压型板做墙体。厂房内声源设备繁多，噪声强度高，而单层彩钢压型板墙的隔声量极其有限，同时厂房的门、窗、风口、孔洞等又是隔声薄弱部位，因此，对主厂房噪声的控制，常采取以下主要技术措施：

（1）墙体隔声吸声处理。蒸汽轮机厂房的单层彩钢压型板墙体往往不能满足隔声降噪量要求，厂房内是一个大型声混响空间，如不进行内部吸声处理，厂房墙板和屋面隔声负荷将大大增加。因此，对厂房应采取符合“质量定律”设计的多层吸、隔声复合声学结构轻型墙板，例如“穿孔饰面+吸声材料层+空腔+隔声材料层+吸声材料层+阻尼层+原彩钢压型墙板”声学结构；

（2）厂房进排风消声处理。蒸汽轮机房一般为自然通风散热，噪声会通过墙面进风口和屋顶散热风口辐射。因此，需增加机械排风措施，并在屋顶排风口设置1 000 mm～1 500 mm长的排风消声通道，墙面进风口设置2 000 mm～2 500 mm长的进风消声通道；

（3）厂房门窗隔声处理。蒸汽轮机厂房采用与墙体隔声量匹配的隔声门和隔声窗，墙面一般采取安装双层隔声窗（或双道隔声窗）的措施。

2.2 燃气轮机及余热锅炉区域措施

燃气—蒸汽联合循环热电厂的燃气轮机和余热锅炉一般露天安置，且因工艺需要，燃气轮机系统和余热锅炉系统常常紧临布置，该区域高强噪声直接向周围辐射，对周围噪声贡献明显。为此，常采取以下主要技术措施：

（1）燃气轮机和余热锅炉本体紧身封闭处理。对燃气轮机和锅炉本体采取紧身封闭隔声，紧身封闭高度至燃气轮机和锅炉主体顶部，并依所需降噪助设施用房的噪声控制在做好室内吸声、门窗隔声和风口消声即可。量决定是否设封闭屋面。紧身封闭墙板设计成多层吸、隔声复合声学结构的轻型墙板，墙板厚度100 mm～150 mm，并安装与封闭墙板隔声量相匹配的便于设备检修的隔声门窗。紧身封闭设计时，根据燃气轮机和锅炉散热量计算预留进排风散热风口面积，采取机械排风，并安装匹配的排风消声器（2 000 mm～2 500 mm长）和进风消声器（2 000 mm～2 500 mm长），排风机启停转换由温控系统自动实现；

（2）烟囱排气口消声处理。在燃气轮机和余热锅炉烟囱顶部，设计专用的排气消声器。排气消声器应加装在烟道的排口（一般设置2 000 mm长，或分段设置），并尽量降低气流通过流速；

（3）燃气轮机和余热锅炉紧身封闭完成后，还需对外侧的各种管道进行隔声包扎，包扎厚度常采用100 mm、150 mm、200 mm规格；

（4）余热锅炉给水泵区隔声处理。设置水泵隔声间，对便于设备运行观察和检修而预留的门窗，安装与隔声间墙板隔声量相匹配的隔声门窗，门窗设置尽量背向（远离）厂界侧；隔声间设备散热采取机械强制排风，并安装匹配的排风消声器（2 000 mm～2 500 mm长）和进风消声器（2 000 mm～2 500 mm长）；孔洞缝隙进行封堵；室内设置一定数量吸声面积以改善混响。

2.3 机力通风冷却塔区域措施

对于燃气—蒸汽联合循环热电厂机力通风冷却塔的噪声控制，必须充分考虑以下几方面问题：①机力通风冷却塔轴流风机压头很小，对外围设计增加的阻力损失十分敏感，如果阻力损失过大，会影响机组的效率；②冷却塔消声装置的设计应首先考虑阻力损失，即依据不影响冷却塔正常运行的最大阻力损失来设计消声装置，因此有可能达不到所要求的最低降噪量，如果两者发生冲突，只能优先考虑阻力损失，而非声学效果；③冷却塔降噪常需采取双管齐下的方式，既要从设备源降低噪声，又要在外围设置降噪措施，两者缺一不可；④通常因冷却塔风机基础没有专业的减振设计，容易产生强烈的固体“二次”噪声，并成为导致厂界噪声超标的主要原因之一。对大型机力通风冷却塔噪声控制，常采取以下主要技术措施：

（1）冷却塔集水池加装落水消能装置。根据工程经验，在冷却塔下部集水池加装落水消声垫可降低淋水噪声8～12 dB(A)，不但能实现较好的降噪效果，而且在很大程度上减轻了因单一依赖进风消声装置进行消声降噪带来的系统阻力损失增大问题；

（2）冷却塔外围设置降噪装置。当所需降噪量小于15 dB（A）时，常采取在进风口外围设置隔声屏障的措施，当所需降噪量大于15 dB（A）时，应在冷却塔的进风口设置大型过渡导流装置及可拆卸进风消声装置（有效消声段长一般1 500 mm～2 500 mm）；冷却塔排风口设置大型动压回收装置及可拆卸排风消声装置（有效消声段长一般1 200 mm～2 000 mm）；对电机加装隔声罩，并预留与隔声量相匹配的散热消声通道；

（3）冷却塔风机减速机及其电机基础隔振。进行专业的减振设计，将风机减速机及其电机安装于与抗扭箱连接的主体钢框架上，钢框架带延长臂，以尽量减少减速机在电机扭矩作用下的扭转角，钢框架底部安装多个螺旋钢弹簧隔振器，并在隔振器中设置固体阻尼。根据工程经验，能实现隔振效率大于80%，降低固体传声辐射“二次”噪声平均10 dB(A)以上[6]。

2.4 变压器区域措施

对于变压器区域噪声，从变压器本体采取降噪措施可能性很小，只能在传播途径上采取措施，常在变压器周围设置一定高度的隔吸声屏障[7]。考虑到变压器区域噪声属于穿透力很强的低频电磁噪声，针对变压器的低频噪声，采用“隔声+吸声+共振腔”阻抗复合式声学结构设计的特殊声屏障（厚度200 mm），该声屏障弥补了阻性吸声结构声屏障低频吸声系数偏低的弱点。为了更好地满足变压器通风散热要求，在声屏障下部变压器机体位置预留一定面积的进风口，并在进风口处设置阻抗复合式声学结构的消声通道（一般设置1 500 mm长）。

2.5 天然气调压站区域措施

典型燃气—蒸汽联合循环热电厂的天然气调压站包括室内天然气增压和室外调压两部分。用于增压的天然气压缩机布置在室内，压缩机噪声会通过建筑物透射和门、窗以及进排气口向外界传播；天然气室外调压部分噪声则直接向外界传播。由于天然气压缩机布置在土建结构厂房内，处理好隔声门窗和通风系统消声量与墙体隔声量相匹配即可。天然气调压站室外部分则采取设置隔声屏障的措施，由于天然气调压站区域的噪声为中高频特性噪声，隔声屏障采用阻性吸声结构声屏障即可，厚度常用100 mm,隔声屏障安装高度和位置根据声源水平及周围环境确定。

2.6 其它区域措施

根据工程经验，典型燃气—蒸汽联合循环热电厂的综合水泵房、化水车间、加药间、循环水泵房、污水处理站设备用房等，均布置在室内，采用土建墙体及屋面，房间墙体隔声量能满足要求，但噪声会通过门、窗以及进排风散热口向外界传播，影响周围环境。因此，主要降噪措施为：设置与墙体隔声量匹配的隔声门窗；厂房进风口设置进风消声器，排风口设置排风消声器（或消声弯头）；孔洞缝隙进行封堵；根据需要，在室内墙面安装一定面积的吸声体，以降低室内混响，减轻墙体和门窗等的隔声负荷。

3 结语

以天然气为燃料的燃气—蒸汽联合循环热电厂是国家大力鼓励发展的清洁、高效、环保型电厂，该类电厂独特的特点决定了其多数建设在经济较发达、人口较稠密的大、中城市附近。因此，电厂运行产生的噪声可能成为潜在的环境污染问题。该类电厂设备声源多、种类复杂、辐射面广、约束条件多、综合性要求高、声源识和噪声控制难度大。参考同类工程噪声控制的成功经验，该类电厂噪声控制虽有其独有的特点和难点，但结合项目实际情况和设备本身运行特点，采用隔、消、吸、阻尼、减振等综合性噪声控制技术措施，仍能实现有效的噪声控制。本文依据已完成的多个大型燃气—蒸汽联合循环热电厂噪声治理工程成功经验，对该类电厂主要设备声源（或声源区域）噪声特性进行了分析，并提出了具体噪声控制技术措施。对这些声源特性分析的结果和提出的噪声控制技术措施具有较强的针对性，能为国内同类电厂实施噪声控制提供参考和借鉴。

[1]朱飙.燃气轮机的发展前景及技术应用[J].安徽电力职工大学学报，2003，（1）：1-5.

[2]糜洪元,张继平.天然气发电技术特点和应用前景[N].中国电力（http://www.chinapower.com.cn）.

[3]何语平.天然气联合循环电厂的噪声控制[J].燃气轮机技术，2008，（2）：14-17.

[4]邓勇，康立刚，等.大型机力通风冷却塔噪声控制[J].噪声与振动控制，2009，（S1）：41-42.

[5]P.M.莫尔斯.振动与声[M].北京：科学出版社，1974.

[6]富喜,尹学军，等.大型机力通风冷却塔固体传声及其控制研究[J].噪声与振动控制，2009，（S1）：44-46.

[7]康立刚.隔吸声屏障在变压器噪声控制中的应用[J].中国环保产业，2010，（7）：34-36.