燃气电厂噪声污染及控制

邓勇

燃气电厂噪声污染及控制

邓勇

（北京绿创声学工程股份有限公司，北京 102200）

从几个方面对燃气电厂噪声控制过程和方法进行探讨：正确理解环评批复要求；合理设置燃气电厂总体布局工艺；系统分析燃气电厂噪声设备声源特性；准确模拟燃气电厂噪声；合理制定燃气电厂噪声控制措施；应用新技术需进行科学试验、验证；与各设计方配合内容等。上述燃气电厂噪声控制技术，在众多燃气电厂得到推广应用，取得良好效果。

声学；燃气电厂；噪声控制；过程和方法；效果

随着我国燃气发电厂的不断增多，环保执法的严格，以及居民环保意识的不断增强，噪声污染成为燃气电厂必须解决的环保问题。

在笔者从事噪声控制工作的过程中，先后负责多个燃气电厂噪声控制项目，达到环评批复要求并通过环保验收。本文希望通过对上述成功实施的燃气电厂噪声控制思路与技术路线的探讨，整理出适合不同燃气电厂噪声控制的方法，通过燃气电厂噪声控制方法的实施，解决燃气电厂周边居民噪声污染问题的同时，在燃气电厂特别是城市燃气电厂替代燃煤电厂的过程中，为改善城市的环境空气质量贡献一定的力量。

1　燃气发电厂在我国的发展情况

1.1燃气发电机组在我国的发展过程

燃气发电机组包括轻型和重型燃机。轻型燃机主要为航改机等，生产厂家为英国罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce）燃机、美国普惠（P&H）燃机、美国GE燃机等，重型燃机主要生产厂家为美国GE燃机，德国西门子燃机、日本三菱重工燃机、法国阿尔斯通燃机等。国内现有燃气电厂发电机组大部分为E级、F级重型燃机。GE、西门子、三菱、阿尔斯通燃机公司E级代表型号分别为9E、SGT5-2000E（V94.2）、M701D、GT13E2，F级代表型号分别为9F、SGT5-4000F（V94.3）、M701F、GT 26。

我国最早在1964年仿制成功中国首台燃机发电机组，不过功率只有1 500 kw。上世纪90年代中期以前，燃气发电机组基本直接由国外引进。90年代中期后，国外燃机公司要进入中国市场必须与国内相关厂家进行合资或联合生厂：GE和哈汽合作，西门子和上汽合作、三菱和东汽合作。由于上述政策的实施及中国燃机市场规模的不断扩大，燃气轮机成本不断下降，燃气发电厂真正在中国兴起并发展起来。

本文主要论述E级、F级燃气联合循环发电厂的噪声控制。

1.2燃气发电厂在我国的分布

燃气发电厂发电设备及燃料（天然气）成本较高，导致其发电成本相对于水力发电和燃煤发电高。因此，我国的燃气发电厂主要分布在经济较发达的长三角江浙沪地区、珠三角地区、京津地区。另外，随着近年环保要求的提高，燃气电厂由于其废气污染、废水、固体废物污染远较燃煤电厂少，部分大城市周边热电厂正逐步用燃气电厂取代燃煤电厂。

2　燃气发电厂噪声控制的重要性

作为噪声污染严重的工业项目，燃气发电厂选址原则上应选择远离居民生活区，但由于人口稠密、发展规划的科学性及前瞻性不足、发电厂本身定位等问题，导致不少燃气发电厂地处声功能区划要求较高区域，甚至周边存在大量居民。例如受制于供热、供冷输送半径的限制，大部分城市燃气发电厂离市区较近，甚至地处城市繁华区域，如北京太阳宫燃气电厂（见图1）。由于燃气发电厂废气、废水、废渣排放量小且较易治理，因此噪声排放能否达到环评批复成为燃气电厂能否实施的关键因素，燃气电厂噪声控制的重要性也相应凸显。

图1　北京太阳宫电厂及周边情况

3　燃气电厂噪声控制思路与技术路线

由于主体电力设计院环保专业主要侧重于废气、废水等方面，现阶段燃气电厂噪声控制一般由噪声专业治理公司进行专项设计及治理。噪声专项设计与电厂主体设计同时进行并互相提资。

本文结合笔者先后负责的京能北京太阳宫燃气电厂、华电广州大学城燃气电厂、华能北京燃气电厂、京能京西燃气电厂等项目噪声控制工作，从以下几个方面阐述燃气发电厂噪声控制工作的思路与路线。

3.1正确理解环评批复要求

燃气电厂噪声控制环评批复一般包括以下要求：《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）限值要求，《声环境质量标准》（GB3096-2008）限值要求。《工业企业厂界环境噪声排放标准》主要针对厂界红线达标，不用考虑燃气电厂所处区域背景噪声对总量的贡献；而《声环境质量标准》主要针对燃气电厂周边居民区等敏感点，需要考虑燃气电厂所处区域背景噪声对总量的贡献。甚至一些特殊项目的环评批复中有可能出现“敏感点噪声值不增加”的要求。《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）限值如表1。《声环境质量标准》（GB3096-2008）限值如表2。

表1　厂界环境噪声排放执行标准/dB（A）

表2　环境噪声限值/dB（A）

以燃气电厂所处区域背景噪声47 dB（A）为例。当环评批复为《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）中2类标准时，燃气电厂在厂界噪声排放最高限值为50 dB（A）；当环评批复为《声环境质量标准》（GB3096-2008）中的2类标准时，燃气电厂在敏感点噪声排放最高限值为47 dB（A）；当环评批复为“敏感点噪声值不增加”时，燃气电厂在敏感点噪声排放最高限值为37 dB（A）。

3.2总体工艺布局的噪声控制

燃气电厂噪声控制，在工艺总图布局阶段即开始规划，可以减少噪声治理的后续工作量。在设计阶段合理设置总体工艺布局，可以有效降低噪声源对厂界和敏感点的影响。

在满足工艺要求的前提下，总体布局应满足以下要求：首先，高噪声源设备应布置在厂区中心，远离敏感点及对应厂界；同时，应将低噪声值的高大建筑设置在靠近厂界处，使厂界处于其声影区内。

京能京西燃气电厂总平面布置图如图2。在京能京西燃气电厂总体布置中：首先，将高噪声值的燃机、汽机主厂房和余热锅炉布置在厂区中央；其次，高噪声值的机力通风冷却塔布置在远离敏感点、靠近厂外道路的厂界侧，且和厂界保持合适距离，使其对应厂界位于塔体声影区内；同时，将噪声值低的办公楼、GIS楼、化水楼等置于厂区内靠外侧位置，靠近厂界，起到高大声屏障的作用。

图2　京能京西燃气电厂总体布置图

3.3主要设备噪声指标的控制

主要噪声设备噪声指标的控制是燃气电厂噪声治理的基础环节，通过工艺、材料、零部件、结构、传动等方面的改进，使其噪声值比原有同类设备的噪声值可以低3 dB（A）～10 dB（A）。主要设备的合理噪声值由噪声控制设计单位提出，在业主和主体设计院的支持下，在设备招标环节进行控制。

各燃气电厂工艺设备在采购时，对各设备噪声值均提出较高的要求，在设备出厂前委托专业第三方进行测试验证，对于必须在实际运行工况下测量的，则对设备厂家同规格型号设备进行实地测试。

最终，主要设备的噪声值均有不同程度的下降：燃机本体罩壳噪声值下降3 dB（A）～5 dB（A），变压器噪声值下降5 dB（A）左右，余热锅炉烟囱排口噪声值根据实际需要下降可达10 dB（A）～25 dB（A），机力塔风机噪声值下降约3 dB（A）。太阳宫燃气电厂等项目的实际应用，证明对燃气电厂主要噪声设备声源值进行控制和降低是可行的。

3.4对全厂噪声进行系统分析

全厂噪声分析需要从以下几个方面着手：

（1）燃气电厂噪声污染特点分析

要进行燃气电厂噪声控制工作，必须了解燃气电厂噪声污染特点，以便采取针对性的的噪声控制方案。

燃气电厂噪声污染具有以下特点：

① 燃气电厂厂区面积较小，噪声衰减距离小。相对燃煤电厂而言，燃气电厂占地面积通常仅为前者几分之一，燃气电厂噪声衰减距离较小。

② 由于征地成本、工艺布局等因素，燃气电厂大多布局比较紧湊，导致噪声源设备分布比较集中，噪声污染叠加较严重，给噪声识别和治理带来了难度。

③ 燃气电厂对厂外噪声排放贡献比较多的燃气轮机、蒸汽轮机、冷却塔、变压器等声源，频谱特性中低频成分较重，治理难度比较大。

④ 燃气电厂噪声控制受制约因素较多，相对燃煤电厂而言，燃气电厂对消防、防爆等要求更严格。

⑤ 由于燃气电厂一般地处城区或其周边，受城市整体规划要求影响，对噪声控制措施的外观要求比较高，需要结合景观要求进行噪声控制设计。

（2）燃气电厂生产工艺

要进行燃气电厂噪声控制工作，还需要了解燃气联合循环电厂生产工艺及各工艺节点上的声源设备噪声频谱特性。燃气发电厂主要工艺为：处理后的天然气与处理后的空气混合，经燃机压气机加压，在透平室内燃烧，燃烧产生的高温气体驱动燃气透平叶片带动发电机转子进行发电；燃机产生的高温废气进入余热锅炉进行热交换以产生高温蒸汽，高温蒸汽驱动蒸汽轮机叶片带动发电机转子进行发电；同时，冷却水系统、送电系统等作为辅助系统进行工作。

燃气联合循环电厂主要工艺设备包括：燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、冷却塔--机力冷却塔、双曲线自然冷却塔、空冷塔、天然气调压站等。

（3）燃气电厂声源区域划分

通过对燃气电厂中各功能区域的划分，将各功能系统作为独立的又相互影响的噪声区域进行预分析、评价计算。据此将发电厂分成6个噪声区域：主厂房（燃机、汽机、热网站）区域、余热锅炉区域、循环冷却水（冷却塔+循环泵）区域、燃气调压区域、变压器区域、化学水处理车间等辅助车间区域。

（4）系统地进行声源分析

根据我公司多年实测积累的燃气电厂声源数据库声源数据燃气电厂曲型噪声源噪声值如表3。

表3　燃气电厂主要设备噪声值

对各个区域进行声源分析，为针对性采取降噪措施提供依据，以便在噪声治理时对不同区域采取科学合理的不同措施。下面以机力通风冷却塔区域为例进行说明。

机力通风冷却塔噪声由以下几部分组成：

①顶部轴流风机产生的空气动力性噪声：

这部分噪声主要是风机叶片旋转噪声，其基频频率表达式为

式中f──旋转噪声的基频

n──叶轮转数

z──叶片数

此部分噪声分为进风噪声和排风噪声两部分，其中排风噪声通过顶部风口直接向外传播，进风噪声则透过填料层向下传播，并最终通过进风口向外传播。

②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产生。

③电机及传动部件产生的机械噪声。

④ 风机、电机及减速机引起冷却塔壁及顶部平台振动，产生固体传声噪声。

由图3至图5可以看出，机力塔风机的电机噪声和风机进、排风口噪声中低频突出，其中排风口噪声低频声压级更高，而淋水噪声主要是中高频成分。但图5可以看出风机开启时，风机噪声部分透过冷却塔填料层后也通过进风口反向传播，因此进风口噪声中低频部分同样突出。

图3　机力塔风机噪声（排口45°1 m处）频谱图

图4　机力冷却塔淋水（风机停）噪声频谱图

图5　机力冷却塔淋水（风机开）噪声频谱图

由图6和图7可以看出，机力冷却塔振动和噪声的峰值均出现在300 Hz附近，具有很好的吻合性，机力冷却塔固体传声噪声由机力塔风机电机及减速机振动引起，该振动引起的二次噪声治理困难。因此，提前对机力塔风机电机和减速箱进行系统减振设计十分必要，关系到机力冷却塔对应的厂界及敏感点噪声能否达标。

根据频谱分析方法，对燃气电厂各个区域进行系统的声源分析，则能为全厂声源治理提供科学依据。

3.5采用声学模拟软件等进行噪声预评测

燃气电厂噪声排放评价包括：公式计算预评价；计算机模拟预评价；类比分析预评价。公式计算预评价和类比分析预评价是常用的预评价分析方式，而声学软件模拟预评价分析则是计算机技术发展以后出现的，其模拟结果吻合度高，且十分直观。

图6　机力冷却塔固体传声频谱图

图7　机力冷却塔振动频谱图

在燃气电厂噪声控制中，计算机模拟预评价采用Sound Plan等先进声学模拟软件进行噪声模拟分析。首先，根据总平面图纸、地形图、各建筑物建筑图等图纸（图8、图9），进行1：1建立数学模型；然后，将噪声源设备实测噪声频谱（或从我公司噪声数据库进行噪声频谱调取）导入各模型中各噪声源设备；最后，设定气象系数、地形系数、实际工程因素等修正因素进行计算。经过众多燃气电厂噪声控制工程的检验，证明计算机模拟预评价分析与实际情况吻合度很高。

图8　京能京西燃气电厂治理前噪声分布图

图9　京能京西燃气电厂治理后噪声分布图

3.6制定科学、经济的降噪措施

降噪措施遵循经济合理的原则，同时保证设备工艺、结构、外观、检修、防火等不受降噪措施影响。

下文以北京太阳宫燃气发电厂为例，说明燃气电厂各区域降噪量及降噪措施。

（1）确定合理降噪量

燃气电厂噪声治理在保证效果的同时，也必须考虑其经济性。科学合理地确定降噪量是保证噪声治理经济性的基础，降噪量过高则过度设计，降噪量低则不能保证效果。

太阳宫电厂降噪项目降噪量的确定，主要是通过声学模拟软件模拟及计算结果确定，同时根据丰富的工程经验进行修证，并最终经过专家评审确定。

（2）制定适当的降噪措施

降噪方法总体上可以分为隔声、吸声、消声、阻尼、减振等措施。明确降噪量后，根据前文进行的声源分析为不同声源制定针对性的降噪措施。

① 主厂房区域降噪措施

在满足墙体荷载的同时，开发采用高隔声量轻质复合隔、吸声墙体；主厂房进、排风设置消声器；门、窗设置隔声门窗；燃机进风口设置隔、吸声声屏障；所有孔洞缝隙进行隔声封堵；尽量减小各项措施之间的降噪量差距，同时尽量减小隔声量低的部分占总面积的百分比，各项降噪措施降噪量合理匹配。

② 机力通风冷却塔区域

设置大型进、排风消声装置，进风消声装置针对中高频为主的淋水噪声，排风消声器针对低频为主的风机噪声；减速箱和电机设置大型减振装置，降低振动引起的固体传声。

③ 余热锅炉区域

余热锅炉区域整体进行紧身封闭，墙体开发采用轻质复合隔、吸声墙体；封闭厂房进、排风设置消声器；门、窗设置隔声门窗；所有孔洞缝隙进行隔声封堵；烟囱设置专门的烟囱消声器；排汽放空设置排汽放空消声器。

④变压器区域

设置隔、吸声屏障，同时保证安全带电距离，检修位置处声屏障采用可拆卸方式；通道设置隔声门。

⑤增压站区域

墙体为土建防爆墙体，隔声量满足要求；屋面设置轻质复合隔、吸声屋面，同时保证泄爆要求；厂房进、排风设置进、排风消声器；门、窗设置隔声门、窗；各处孔洞缝隙进行隔声封堵。

⑥ 其它辅助车间

其它辅助车间设置于土建结构内，因此只需做好通风、门、窗降噪。门、窗设置隔声门、窗；进、排风设置进、排风消声器。

（3）进行科学的试验验证

每个燃气电厂项目都或多或少存在一些创新技术或设备，但创新并不等于冒险，对于研发采用的新材料、新技术、新装置，需经过实验验证，合格后方能应用于实际工程。在北京太阳宫燃气电厂降噪项目中，研发了轻质复合高隔声墙体、机力通风冷却塔大型消声装置、机力塔风机减速箱大型减振器等新技术、新装置，（见图10）。在北京草桥燃气电厂降噪项目中，研发了可调式燃机进风口消声装置；在山西嘉节燃气电厂降噪项目中，研发了空冷岛低阻力消声装置。上述新技术、新装置都经过了大量的实验验证，成功后方应用于工程中。在实施后，相关技术已成功申报国家专利。

图10　太阳宫燃气电厂噪声治理后外观图

3.7与相关设计方的配合

燃气电厂主设计方为电力设计院，同时一些项目还有专门的外观设计院。各个燃气电厂项目在进行降噪设计的同时，必须满足主体设计院的工艺、安全、荷载等要求，同时兼顾业主提出的景观设计要求。

降噪设计中与主体院及外观院以下专业需进行互相提资及反馈：建筑专业、结构专业、暖通专业、电气专业、总图专业、热机专业、水工专业、景观专业。

通过以上配合，燃气电厂降噪不仅达到了环评批复要求的噪声控制目标，同时满足生产工艺各项要求，并且使燃气电厂与周边景观融为一体。

4　燃气发电厂噪声控制效果

从2006年全国第一例燃气电厂（华电杭州半山燃气电厂）噪声治理成功经验开始，通过多年来不断的创新与探索，燃气电厂噪声控制技术日臻完善，包括笔者负责的多个项目在内，全国先后有十多个燃气电厂成功完成噪声控制并通过环保验收。同时，还有一批燃气电厂噪声控制项目正在实施。

燃气电厂噪声控制技术的成功实施与推广，不仅解决了周边居民噪声污染危害的问题，还极大地推动了燃气电厂特别是城市燃气电厂替代燃煤电厂，为改善城市的环境空气质量做出了一定的贡献。

［1］马大猷.噪声与振动控制工程手册［M］.北京：机械工业出版社，2002：94.

［2］高南兴.中国燃气轮机电站目录［J］.发电设备，2011，25（3）：203-212.

［3］陈锦栋，李明.220 kv露天变电站的噪声污染及其控制简析［J］.噪声与振动控制，2013，33（5）：102-106.

［4］国家环境保护总局.GB12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准［S］.

［5］中华人民共和国环境保护部.GB3096-2008声环境质量标准［S］.

Noise Pollution and Control in Gas Power Plants

DENGYong
（Beijing GreentecAcoustic Engineering Co.Ltd，Beijing 102200，China）

Gas power plants have got a sufficient development in China，but noise pollution has become a serious problem for environmental protection.Noise control has become an important option for environmental protection.In this paper，the process and method of noise control in gas power plants are discussed in the following aspects：correct understanding of the EIA approval requirements，reasonable setting of the overall layout of the gas power plants，systematic analysis of noise source characteristics of the noise equipment in the gas power plants，accurate simulation of the gas power plant noise，reasonable formulation of noise control measures，application of the new technology to carry out scientific testing and validation，coordination with the design of the content，etc.The above-mentioned noise control technology of the gas power plants has been popularized and applied in many gas power plants，and has achieved good results.

acoustics；gas power plants；noise control；process and methods；effect

TB5；TB535

ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2016.03.020

1006-1355（2016）03-0094-06

2016-01-15

邓勇（1977-），男，四川省乐山市人，大学本科，目前从事噪声振动控制研究工作。E-mail：13718911704@163.com