某燃气电厂燃机进气管道噪声控制工程实例解析

苏宏兵，刘大鹏，聂美园，王五清

（1.上海新华净环保工程有限公司，上海 200438；2.北京太阳宫燃气热电有限公司，北京 100028）

1 项目概况

某燃气电厂位于城市中心，电厂附近建有多个高层住宅楼，居民楼高度约100m，与电厂主厂房的水平距离约130m（见图1）。邻近的居民楼为高端住宅，声环境区划分属1类标准。电厂的燃机进气口及进气管道运行时产生的强烈噪声，对邻近高层的居民产生了显著影响，需采取相应噪声控制措施。

图1 电厂及周边建筑的卫星照片

2 噪声源特征

该燃气电厂的一套780MW“二拖一”燃气—蒸气联合循环发电机组，年发电量34亿kW·h，供热面积1000万m2，供热区域40km2，占地面积9hm2。

燃机采用GE公司的机组，燃机进气系统为燃机提供洁净空气，基本负荷下进气风量为190万m3/h，进风量较大。燃机进气管道位于主厂房二层的屋面，共2套进气系统，进气系统由风管直管段（含消声器）、变径段、进口过滤器等部分组成，风管尺寸为11.5m×4.5m，变径部分最宽可达到21m，进气口高约12m。噪声暴露面积非常大，属于体型巨大的噪声源。燃机进气口及管道如图2所示，燃机进气系统平面与剖面图如图3所示。

在进气系统入口处及管道壁面外进行的噪声测量数据见表1，噪声频谱见图4。根据测试结果，进气口及进风管道壁面的噪声值都很高，且进气管道壁面的噪声值远高于进风口的噪声值；进气口及进风管道壁面均在1600Hz、3150Hz处存在明显的噪声峰值。对噪声频谱进行A计权后发现，进气系统的噪声随着频率的增高而增大，噪声主要集中在1000Hz至8000Hz频率范围内，呈明显的高频特性。

图2 燃机进气口及管道现场

图3 燃机进气管道俯视图与剖面图

图4 燃机进气系统实测噪声频谱曲线

表1 噪声测试数据表

窗外除受到电厂噪声的影响外，还受到附近多条道路交通噪声的影响，并能明显听到高频单频噪声。从A计权后的敏感点噪声频谱曲线可看出，噪声主要集中在1000Hz至4000Hz范围内，与进气系统的噪声频谱相吻合。邻近高层住宅窗外1m的噪声频谱见图5。

根据上述现场测试分析，燃机进气口及其管道是影响居民楼高层的主要噪声源，且噪声在1600Hz、3150Hz处存在明显的峰值。

图5 邻近高层住宅楼窗外噪声频谱曲线

3 噪声模拟分析

为更精准的分析和量化各声源对噪声敏感点的影响，采用专业声学软件SoundPLAN进一步模拟分析（见图6），并根据计算结果指导噪声控制方案的设计。

图6 燃机进气口噪声影响现状模拟图

根据模拟分析结果，燃机进气口与管道对邻近高层居民不同楼层的噪声贡献量为52.0～53.8dB（A），其中燃机进气口对居民高层的噪声贡献量为45.4～47.6 dB（A），燃机进气管道与变径对居民高层的噪声贡献量为50.9～52.6dB（A），管道的噪声贡献大于进气口噪声的贡献。进气管道系统对不同楼层的噪声贡献量见表2。

表2 居民楼不同楼层噪声贡献量分析表

从模拟结果可看出，在不考虑交通噪声及其他噪声源影响的情况下，燃机进气系统即可导致敏感点超标7～9dB（A），其贡献量非常明显。

4 噪声控制设计与措施

燃机进气口及管道为巨大的面声源，之前已采取了隔声屏障的降噪措施，隔声屏障将2个燃机进气口的3面围合，顶部稍微向内折弯，可有效阻挡进气口噪声向水平方向传播。但由于居民高处住户位于高处，隔声屏障对进气管道无法形成有效遮挡，进气管道噪声仍可直接辐射到高处居民楼；进气口虽然大部分位于隔声屏障遮挡范围内，但易经过反射、绕射之后传播出去。

根据分析，进气口与进气管道的噪声来自于燃机，传播途径包括管道壁面固体声（振动）与空气声传播。进气管道风管为5mm厚钢板，其自身空气声隔声量已经很大，但自身阻尼很小，因此在燃机的高强噪声激励下仍会因振动而辐射出强烈噪声。进气系统内已有一个长约3m的阻性片式消声器，进气口处的过滤装置也能衰减部分噪声，因此进气口噪声反而小于管道壁面辐射的噪声。根据SoundPlan模拟分析，进气口噪声贡献量比进风管道贡献量低约5dB（A），处于次要声源。

该项目属于改造项目，受荷载的限制，要求新增的降噪措施尽量少且荷载尽量小。根据对噪声源贡献量、噪声源来源以及工程项目条件限制的综合分析，设计方案最终确定选用进气风管阻尼隔声包扎的措施，进气口由于荷载的限制不再采取措施。

进气直管段及变径部分采用“阻尼喷涂+吸声层+金属防护面层”的方式，通过阻尼与隔声共同作用降低噪声。燃机进气系统降噪措施示意见图7。

阻尼降噪技术常用于管道和薄板的减振降噪。一般金属材料如钢、铝、铜等，其固有阻尼很小，在激振力的作用下极易产生结构的弯曲振动。在金属薄板或薄管壁上涂贴阻尼材料，通过外加阻尼的方法来加大材料的阻尼以降低噪声。当金属薄板受激发而产生弯曲振动时，振动能量便迅速传递给涂贴在其上面的阻尼材料，引起阻尼材料分子间的摩擦和相互错动。由于阻尼材料内损耗、内摩擦大，使薄板振动的能量相当一部分转变为热能耗散掉，从而减弱薄板弯曲振动强度，噪声也随之降低。阻尼主要用于抑制薄板结构因为共振而激发起噪声，可以降低风管管壁的噪声辐射效率，从而达到降低风管壁面噪声的作用[1、2]。燃机进气管道阻尼喷涂施工现场见图8。

图7 燃机进气系统降噪措施示意图

图8 燃机进气管道阻尼喷涂施工现场

以燃机进气变径底部利用已有大型钢梁为基础，在管道外轮廓边缘底部设置3面（左侧、右侧、前面）围合的隔声围护结构（见图9）。

图9 燃机进气口管道阻尼隔声围护结构

根据实测结果，治理后的进气管道壁面噪声总声压级减低了15～16dB（A），其中峰值频率1600Hz噪声降低14～15dB（A），第二峰值频率3125Hz噪声降低了21dB（A），治理后的噪声得到明显改善。治理前后的燃机进气管道壁面噪声频谱见图10。

图10 燃机进风管道壁面噪声频谱对比曲线

受现场条件限制，燃机进风口未采取降噪措施。由于管道外增加阻尼的作用，进风口处的噪声也略有所下降，改善量约为4dB（A），1600Hz峰值处的噪声降低约3dB（A），3125Hz峰值的噪声降低8dB（A），2000～8000Hz的噪声均有一定程度的降低。治理前后的燃机进风口处噪声频谱见图11。

图11 燃机进风口处噪声频谱对比曲线

居民楼顶1600Hz与3120Hz的峰值频率噪声已经消失，总计权声压级从约60dB（A）降低到背景噪声值约55dB（A），主要噪声源为邻近交通干道的交通噪声。治理后的居民楼屋顶噪声频谱见图12。

图12 居民楼屋顶噪声频谱对比曲线

5 结语

燃气电厂的燃机进气口及管道是一个巨大的噪声源，燃机噪声通过固体声与空气声对外界产生影响。通过对噪声源及其传播途径进行分析，针对燃机进气口管壁振动辐射噪声的特点，采取阻尼隔声降噪的措施，取得了明显的降噪效果，解决了邻近高层住宅的电厂噪声扰民问题，可为同类型项目提供借鉴。