Разработка методов снижения шума выхлопных трактов ГТУ с котлами-утилизаторами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Семин, Сергей Александрович

• Семин, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семин, Сергей Александрович

Введение.

Глава 1. Анализ шумовых характеристик ГТУ.

1.1. ГТУ с котлами-утилизаторами.

1.2. Шум ГТУ.

1.3. Шумовые характеристики выхлопа ГТУ.

1 1.4 Анализ шумовых характеристик выхлопа ГТУ в зависимости от электрической мощности ГТУ.

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Снижение шума в котле-утилизаторе.

2.1. Состояние вопроса.

2.2. Экспериментальное определение снижения шума в котлах-утилизаторах ГТУ.

2.2.1. Постановка задачи.

2.2.2. Описание объектов исследования.

2.2.3. Описание проведения эксперимента.

2.2.4. Анализ полученных экспериментальных данных.

2.3. Оценка погрешности измерений уровней звукового давления в газоходе котла-утилизатора.

2.4. Метод определения снижения уровня звуковой мощности в котле-утилизаторе.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Санитарно-защитная зона по шуму от энергоблоков ГТУ с котлами-утилизаторами

3.1. Санитарно-защитная зона по фактору шума.

3.2. Расчет санитарно-защитной зоны от ГТУ с котлами-утилизаторами.

3.3. Результаты расчета.

3.4. Анализ результатов расчета.

3.5. Анализ изменения размера санитарно-защитной зоны при различном количестве энергоблоков ГТУ с котлами-утилизаторами.

3.6. Расчет требуемого снижения шума для различного состава энергооборудования на расстоянии 500 м от станции.

3.7. Выводы по главе 3.

Глава 4. Метод расчета оптимального сечения абсорбционного глушителя шума выхлопного тракта ГТУ.

4.1. Обзор существующих подходов к оптимизации размеров газовоздушных трактов ТЭС.

4.2. Метод расчета оптимального проходного сечения абсорбционного глушителя выхлопа ГТУ.

4.3. Расчет по методу оптимизации пластинчатого глушителя выхлопного тракта ГТУ.

4.4. Анализ полученных результатов расчета.

4.5. Вариантные расчеты и анализ полученных результатов.

4.6. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов снижения шума выхлопных трактов ГТУ с котлами-утилизаторами»

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, A.C. Терехин, И:Е. Цукерников, JI.P. Яблоник, Г.А. Хорошев, Ю.И. Петров, а также их иностранные коллеги: Л.Беранек, M.JI. 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,

Е.А. 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 средней тепловой 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 МЭИ(ТУ) 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 были 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) C.B. 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.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Семин, Сергей Александрович

10. Результаты работы использованы при разработке проекта стандарта организации ОАО РАО «ЕЭС России» «ТЭС. Экологическая безопасность. Акустическое воздействие (шум)», а также при разработке рекомендаций по снижению шума газовых трактов котлов-утилизаторов КУВ-69,8-150 для ГТЭС «Поселок Северный», П-132 для Киришской ГРЭС, П-111 для ТЭЦ-9 филиал ОАО «Мосэнерго».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семин, Сергей Александрович, 2008 год

1. Амосов А.Ф., Ахрамеев В.И. и др. Тепловые испытания газотурбинной установки ГТЭ-45 на Якутской ГРЭС в период опытной эксплуатации // Теплоэнергетика. 1994. № 9. С. 13-19.

2. Арсеньев Л.В., Тырышкин В.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. — Л.: Машиностроение, 1982. — 247 с.

3. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Под общ. ред. Е.Я. Юдина — М.: Машиностроение, 1985. — 400 с.

4. Волков Э.П. Выбор оптимальных скоростей в газовоздушных трактах ТЭС с учетом частичных нагрузок работы оборудования // Теплоэнергетика. 1978. № 11. С. 36-40.

5. Газотурбинные и парогазовые установки. — В кн.: Тепловые и электрические станции: Справочник / Под общ. ред. A.B. Клименко и В.М. Зорина. — М.: Издательство МЭИ, 2003. — С. 367^119.

6. ГОСТ 31295.1-2005 (ИСО 9613-1:1993). Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 1. Расчет поглощения звука атмосферой. — М.: Стандартинформ, 2006.

7. ГОСТ 31295.2-2005 (ИСО 9613-2:1996). Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 2. Общий метод расчета. — М.: Стандартинформ, 2006.

8. Григорьян Ф.Е., Михайлов Е.И., Ханин Г.А, Щевьев Ю.П. Борьба с шумом стационарных энергетических машин. — Л.: Машиностроение, 1983. — 160 с.

9. Контроль шума в промышленности: Предупреждение, снижение и контроль промышленного шума в Англии: Пер. с англ. / под ред. Дж. Д. Вебба — JIi: Судостроение, 1981. — 312 с.

10. Косой A.C. Адаптация конверсионных авиационных двигателей для работы в составе мощных энергетических установок // Теплоэнергетика. 2006. № 6. С. 50-59:

11. Краснов^ В:И: Разработка методов, снижения шума от газовых трактов при модернизации водогрейных котлов типа 11ТВМ на окружающий район // Дисс. канд. техн. наук. —М:, 2005. — 139 с.

12. Охрана труда в машиностроении / Под ред. Е.Я. Юдина,- C.B. Белова — М.: Машиностроение, 1983 — 432 с.

13. Паспорт котла-утилизатора TF-80-T1 Ъ-28,2 производства- фирмы Т.А. SAARINEN OY. .

14. Паспорт котла-утилизатора*КВ-53-180 (модель ТКУ-8) производства,ОАО ТКЗ «Красный котелыцик».

15. Паспорт котла-утилизатора КУВ-69,8-150 производства ОАО «Дорогобужкотломаш».

16. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. — М!: Энергия, 1978. — 704 с.

17. Радин Ю.А. Освоение первых отечественных бинарных парогазовых установок // Теплоэнергетика. 2006. № 7. С. 4-13.

18. Рихтер JI.A. Газовоздушные тракты тепловых электростанций. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 264 с.

19. Рихтер JI.A. и др. Номограмма' для определения оптимальной скорости газов во внешних газоходах ТЭС // Теплоэнергетика. 1971. № 11. С. 92-93.

20. Рихтер JI.A. Технико-экономические основы выбора скоростей« в газовоздухопроводах котлоагрегатов // Теплоэнергетика. 1960. № 4. С. 24—29.

21. Рихтер JI.A., Волков Э.П. и др. Определение стоимости дымовых труб ТЭС и оптимизация скоростей газов в газоотводящем стволе // Теплоэнергетика. 1975. №4. С. 12-16.

22. Рихтер Л.А., Волков Э.П., Покровский В.Н. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций / Под ред. П.С. Непорожнего — М.: Энергоиздат, 1981. — 296 с.

23. Рихтер Л.А., Сапов Ю.В. Технико-экономический расчет скоростей газов во внешних газоходах ТЭС // Теплоэнергетика. 1967. № 11. С. 44-47.

24. Рихтер Л.А., Тупов В.Б. Охрана окружающей среды от шума тепловых электростанций — М.: Издательство МЭИ, 1990. — 90 с.

25. Рихтер Л.А., Тупов В.Б. Снижение уровня звуковой мощности на поворотах газового тракта ТЭС // Изв. вузов. Энергетика. 1986. № 10. С. 96-98.

26. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. М.: Минздрав России, 2004.

27. Семин С.А., Тупов В.Б. Метод оптимизации конструкции абсорбционного глушителя выхлопного тракта ГТУ // Теплоэнергетика. 2008. № 3. С. 74-77.

28. СН 2.2.4/2.1.8.562—96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. — М.: Минздрав России, 1997.

29. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. — М.: Госстрой России, 2000.

30. СНиП 23-03-2003. Защита от шума. —М.: Госстрой России, 2004.

31. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Издательство МЭИ, 2001. — 472 с.

32. Справочник по контролю промышленных шумов: Пер. с англ. / Под ред. В.В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1979. — 447 с.

33. Справочник проектировщика. Защита от шума. Под ред. Е.Я. Юдина. — М.: Стройиздат, 1974. — 134 с.

34. Технико-экономическое обоснование РТЭС «ГПЗ». Раздел 7. Охрана окружающей среды. Том 7.3. Мероприятия по защите от шума и вибрации. Шифр объекта: ПТО-2000/4660-101. ООО НПП «Энергоперспектива». — М., 2000.

35. Тупов В.Б. Глушители газовых трактов ГТУ // Теплоэнергетика. 1996. № 2. С. 60-63.

36. Тупов В.Б. Разработка методов снижения воздействия аэродинамического шума газовых трактов ТЭЦ на окружающую среду // Дисс. канд. техн. наук. — М., 1985. — 144 с.

37. Тупов В.Б. Снижение шума от энергетического оборудования. — М.: Издательство МЭИ, 2005. — 232 с.

38. Тупов В.Б., Краснов В.И., Семин С.А. и др. Проведение расчета по определению эффективности глушителя для котла-утилизатора РТ-8.3 и разработка его конструкции: Отчет о НИР (заключительный) / МЭИ (ТУ). НИР №2356050. —М., 2005.

39. Тупов В.Б., Рихтер Л.А. Снижение уровня звуковой мощности на плавных поворотах газового тракта ТЭС // Изв. вузов. Энергетика. 1987. № 8. С. 62-66.

40. Тупов В.Б., Семин С.А. и др.: Разработка проекта стандарта «ТЭС. Экологическая безопасность. Акустическое воздействие (шум)»: Отчет о НИР (заключительный) / МЭИ (ТУ). НИР №.2207070. — М., 2007.

41. Тупов В.Б., Чугунков Д.В., Семин С.А., и др. Комплекс работ по снижению шума газового тракта котла-утилизатора Киришской ГРЭС филиала «ОГК-6»: Отчет о НИР (заключительный) / МЭИ (ТУ). НИР №2016080. — М., 2008.

42. Федеральный Закон РФ №96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» отj3 04.05.1999 г.

43. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / Под ред. С.В. Цанева — М.: Издательство МЭИ, 2002. — 584 с.

44. Экономика теплоэнергетики и теплотехники. — В кн.: Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы: Справочник / Под общ. ред. A.B. Клименко и В.М. Зорина. — М.: Издательство,МЭИ, 1999. С. 430-460.

45. Экономика энергетики, / Под ред. Н.Д. Рогалева. — М.: Издательство МЭИ, 2005. —288 с.

46. Яблоник JI.P. Шумозащитные конструкции турбинного и котельного оборудования: теория и расчет // Дис. докт. техн. наук. — Санкт-Петербург, 2004. —398 с.

47. Bento Coelho J.L. On Silencer Design Techniques. Seventh International Congress on Sound and Vibration. Garmisch-Partenkirchen, Germany, July 4-5 2000. — pp. 113-130.

48. Facian A., Nilsson A., Feng L. Propagation of Structure-Borne Sound in Silencers Used in Power Plants // Eleventh International Congress on Sound and Vibration. St. Petersburg, Russia, July 5-8 2004. —pp. 1069-1076.

49. Klein S.A., Kok J.B.W. Sound Generation by Turbulent Non-Premixed Flames. Combustion Science and Technology, vol. 149, 1999. —pp. 267-295.

50. Krebs W., Flohr P., Prade B. Thermoacoustic Stability Chart for High Intense Gas Turbine Combustion Systems: Effect of Dynamic Flame Properties // Ninth International Congress on Sound and Vibration. Orlando, Florida, USA, July 8-11 2002. — paper №659.

51. Lofrano M., Arruda J.R. de F., Lopez L.M.V. Numerical Optimization of Transmission Loss in Compressor Mufflers // Twelfth International Congress on Sound and Vibration. Rio de Janeiro, Brazil, August 7-10 2005. — paper №1821.

52. Munjal M.L. Acoustics of Ducts and Mufflers with Application to Exhaust and Ventilation System Design. — NY: Wiley, 1987. — 328 p.

53. Paschereit C.O. Prediction and Control of Unstable Gas-Turbine Combustion // Ninth International Congress on Sound and Vibration. Orlando, Florida, USA, July 8-11 2002. — paper №660.