交叉学科对锅炉及引风机的节能与减排初探

杨东瑞 翟 刚 曾庆智

(河南大学，河南开封 475001)

用交叉学科理论和方法解决现实科研与生产中出现的问题，是近年来新兴的学科。我们为了落实河大校领导贯彻科学发展观，在学科建设定位中，提出交叉学科建设的目标，初次运用交叉学科管理、理论和方法，为解决学校苹果园生活区热水锅炉的节能减排课题进行尝试和探讨。

1 概述

河南大学苹果园教职工生活小区锅炉房始建于1991年，原有常压改装水暖锅炉，容量为4．2 MW和2．8 MW各一台，供暖面积92 776 m2。到2005年由于建筑面积扩大，原锅炉陈旧，在原锅炉房更新安装2台4．2 MW热水锅炉。由于原锅炉房是按2台4 t/h蒸汽锅炉设计，面积较小，新安装热水锅炉体积较大，只有把锅炉省煤器、鼓风机、除尘器、引风机安装于锅炉房墙外后面，这样引风机就布置于院墙下1．5 m处。原锅炉房位置于住宅区的外边沿。墙外是耕地，现住宅小区扩大，成为住宅小区的中间位置。现锅炉房东院墙外是住宅楼山墙间人行通道，为150 mm厚的混凝土道路，宽1．5 m就是家属院楼的山墙，道路就形成传振平台。引风机距住宅楼直线距离3．4 m(按照建筑规范要求:6 m～9 m)。因此，振动与噪声两种因素叠加对楼端的住户影响较大，反映强烈。

2 情况调查

经校领导批示，总务处牵头组织管理、建筑、物理、节能、环保、服务总公司等各方面教师、专家、工程技术人员讨论，之后决定由总务处工程科组织协调，有关人员对新安装锅炉及运行状况与存在问题，在系统工程管理的思想指导下进行全面的技术调查、测试、化验分析，用交叉学科的管理与联合的优势共同设计，治理技术措施，从中选出较优方案进行治理。

2．1 建筑、物理等专业对振动与噪声状况的调查

振动来源是由距住宅区较近的两台引风机产生的。鼓风机循环水泵的振动，一是较轻，二是距离较远不会对住宅区造成影响;噪声源主要是由引风机、鼓风机和送风管道共振产生的(见表1)，循环水泵在室内安装距离也较远对室外影响较小;其他机械如炉排电机、减速器、出渣机均在室内，产生的噪声较小，不会对居住居民造成影响。

表1 苹果园生活区锅炉房鼓、引风机主要技术参数

2．2 锅炉风机噪声值及标准

根据GB 3096-93城市区域环境噪声标准规定居住文教区域为主的区域白天环境噪声的上限55 dB(A)，晚上45 dB(A)。调查测试显示距锅炉房4．8 m外最近的居住户二层楼内感觉噪声最大，卧室为噪声 62 dB(A);客厅距引风机 6 m处，噪声61 dB(A)对居住户影响很大。在锅炉房院墙外(引风机最近处)1 m测试值70．2 dB(A)，在锅炉房院墙内对鼓风机房外测试值:89．7 dB(A) ～90．7 dB(A)，室内值:98 dB(A)，鼓风机铭牌，噪声不大于82 dB(A)，测试值大于铭牌值16 dB(A);引风机房外测试值:98 dB(A)～97 dB(A);室内测试值:103 dB(A)～105 dB(A)。引风机铭牌，噪声不大于 90 dB(A)，测试值大于铭牌值约14 dB(A)。影响附近居民的噪声源，出于鼓风机，鼓风机距居民楼较远;引风机距离最近影响最大。

2．3 锅炉、环保、节能等专业对引风机运行情况的调查

锅炉测试调查，引风机前测点，锅炉烟气过剩系数∝py≥3．2以上，排烟热损失q2=10．81%。经调整鼓、引风机风门，仍是不能降至良好燃烧工况和节能运行的范围。对鼓、引风机风门调至不大于55%以后由于鼓风机风压下降炉排下送风穿透煤层困难，影响锅炉正常燃烧。现场情况分析:除烟道系统连接处不严，漏风和除尘器落灰斗的锁集器密封不严，漏风因素外，引风机引风量大是主要原因之一。经用毕托管，U型压力计测试烟道系统阻力。分析系统阻力较小，引风风压余量较大，降低引风机富余风压既可节约电能，又可降低锅炉烟气过剩系数，减少排烟热损失，提高锅炉热效率，节约煤炭。降低引风机富余风压，采用降低风机转速是最有效的方法，同时又可降低引风机噪声和减轻风机的振动对附近居住户的影响。

2．4 引风机降低转速，减少电能耗用量的方法进行治理

降低风机转速，可起到“釜底抽薪”的效果，但如果降低不当又会对锅炉燃烧带来负面影响。引风机降速与之相关的参数计算:

知道煤的工业分析发热量，Qydw=21 859．9 kJ/kg，按经验公式作近似计算，对于烟煤、无烟煤及贫煤。

上面的计算是标准状态下的体积，实际烟气的体积应考虑烟气温度的影响;排烟温度200℃。

热水锅炉满负荷燃煤1 100 kg/h。

总烟气量 =Vsjy·B=10．74 ×1 100=11 814 m3/h。

风机改装计算:

在风机改装时，介质的密度不变，即ρ=ρ0;可改变的参数转速n。

风机转速的影响:

我们采取对锅炉现使用的煤种进行工业分析计算出理论近似烟气量。按现用锅炉满负荷1 100 kg/h燃烧量。现用煤种(与锅炉设计煤种不同)理论近似烟气量11 814 m3/h，对引风机转速从1 380 r/min调整降至1 200 r/min，引风机此时理论风量15 670 m3/h＞11 814 m3/h:结论满足。转速调整后理论风压为3 181 Pa大于克服系统阻力所需要风压。风机转速调整技术常用的方法有:1)液力耦合器调节;2)内馈调节;3)变频调节;4)对C型连接引风机可用变更皮带轮调节。1种～3种调节方式节能效果显著，经研究由于资金的限制，又考虑到每年采暖期只有四个月，锅炉风机利用率不高，该风机是C型连接，决定采用更换从动皮带轮的调节转速的方式，引风机从动皮带轮由原φ330 mm增大至φ400 mm，引风机转速由1 380 r/min降至1 200 r/min，更换后引风机房内噪声降至81 dB(A)(在新风机房内实测)下降23 dB(A)，引风机振动明显降低。运行中调整后的烟气过剩系数下降至∝py=1．89，排烟热损失降至q2=7．25%。

3 建筑物上采取隔声、吸声、消声窗与用减振沟阻断振动向居住楼方向传递等方式治理

1)在鼓、引风机房内采用墙壁、天花板消声、吸声、隔声措施治理。鼓、引风机房墙体，采用多孔砖砌筑，砖孔向房内方向，内墙面不做粉刷。砖孔面与岩棉层相对，形成吸声和消声功能。靠近居民楼的鼓、引风机外墙，采用细石混凝土甩粘办法，形成凹凸不平和蜂窝的形状，使之起到吸收声波减轻与住宅楼墙面的反射噪声。引风机屋顶面为空心板，沙灰垫层、珍珠岩保温、水泥砂浆找平层，作防水卷材，并砌筑高300 mm女儿墙等。

2)为了减少烟气流动的阻力损耗，烟气流速选用较低的烟气流速V=11．67 m/s，改变原制造厂家烟气管道直径由534 mm增至660 mm，为减少管道振动噪声增加2个混凝土支点，并用岩棉垫支以预防振动传播，同时并用100 mm岩棉外包。面层再使用两层玻璃丝纤维棉外包并刷三遍环氧树脂保护层。

3)引风机房内墙和天花板下，使用30 mm×20 mm木龙骨，间隔200 mm纵向固定在多孔砖墙面和天花板上，然后使用100 mm岩棉平铺在龙骨间隙内和龙骨上。然后使用钢网压在岩棉上预防膨胀，并在面层上使用塑料条固定在内木龙骨上起到吸声、消声固定的作用。

4)为降低引风机的振动传播，在引风机房基础内周边挖宽500 mm，深800 mm，低于引风机基础的减振沟，并在靠近居民楼的一面打进地下φ100 mm的旧钢管。一排深1．5 m并将粗砂填满减振沟，钢管顶端高于沟内粗砂面50 mm，这样能起到向地下传振吸声和隔断传振的效果。

5)鼓风机房两侧各安装长800 mm，宽500 mm多层、多孔、不通径的消声窗一个，以降低噪声向外传播并保持通风、散发引风机产生的热量。

本项工程经过开封市环保监测站测试，居住区域白天55 dB(A)，晚上45 dB(A)，符合居民文教区环境噪声标准要求。

4 结语

在这项综合工程中试用交叉学科共用治理的过程中从锅炉、风机、节能专业、烟风阻力计算的角度对现用煤种的理论烟气量和克服烟道系统实际所需风压压头着手合理降低锅炉引风机富余压头，降低引风机转速后既降低了引风机噪声和振动扰民，又降低锅炉排烟热损失q2=3．56%(10．81%下降至7．25%)，提高热水锅炉热效率3．56%，采暖期2台4．2 MW锅炉节煤174．65 t，现用煤价680元/t折合人民币11．876万元，引风机节电由原运行功率37．2 kW降至25．30 kW，每小时节电11．9 kW，两台节电23．8 kW·h，按120 d计算，节电68 544 kW·h×0．56元/(kW·h)=38 384元。同时达到降低噪声23 dB(A)(在新机房内实测)和减振的双重效果。为建筑、物理专业用常规方法减震降噪提供一个新的思路，使多个专业的不同措施在效果上形成合力。取得既节约能源(煤电)，又治理噪声和振动的环境效果。希望我们这点粗浅的认识对今后交叉学科科研的同行能起到“抛砖引玉”的效果。

[1] 张永照，陈听宽，黄祥新，等．工业锅炉[M］．北京:机械工业出版社，1993．

[2] 谭天佑，梁凤珍．工业通风除尘技术[M］．北京:中国建筑工业出版社，1984．