交叉學科對鍋爐及引風機的節(jié)能與減排初探

楊東瑞 翟 剛 曾慶智

(河南大學，河南開封 475001)

用交叉學科理論和方法解決現(xiàn)實科研與生產中出現(xiàn)的問題，是近年來新興的學科。我們?yōu)榱寺鋵嵑哟笮ｎI導貫徹科學發(fā)展觀，在學科建設定位中，提出交叉學科建設的目標，初次運用交叉學科管理、理論和方法，為解決學校蘋果園生活區(qū)熱水鍋爐的節(jié)能減排課題進行嘗試和探討。

1 概述

河南大學蘋果園教職工生活小區(qū)鍋爐房始建于1991年，原有常壓改裝水暖鍋爐，容量為4．2 MW和2．8 MW各一臺，供暖面積92 776 m2。到2005年由于建筑面積擴大，原鍋爐陳舊，在原鍋爐房更新安裝2臺4．2 MW熱水鍋爐。由于原鍋爐房是按2臺4 t/h蒸汽鍋爐設計，面積較小，新安裝熱水鍋爐體積較大，只有把鍋爐省煤器、鼓風機、除塵器、引風機安裝于鍋爐房墻外后面，這樣引風機就布置于院墻下1．5 m處。原鍋爐房位置于住宅區(qū)的外邊沿。墻外是耕地，現(xiàn)住宅小區(qū)擴大，成為住宅小區(qū)的中間位置。現(xiàn)鍋爐房東院墻外是住宅樓山墻間人行通道，為150 mm厚的混凝土道路，寬1．5 m就是家屬院樓的山墻，道路就形成傳振平臺。引風機距住宅樓直線距離3．4 m(按照建筑規(guī)范要求:6 m～9 m)。因此，振動與噪聲兩種因素疊加對樓端的住戶影響較大，反映強烈。

2 情況調查

經(jīng)校領導批示，總務處牽頭組織管理、建筑、物理、節(jié)能、環(huán)保、服務總公司等各方面教師、專家、工程技術人員討論，之后決定由總務處工程科組織協(xié)調，有關人員對新安裝鍋爐及運行狀況與存在問題，在系統(tǒng)工程管理的思想指導下進行全面的技術調查、測試、化驗分析，用交叉學科的管理與聯(lián)合的優(yōu)勢共同設計，治理技術措施，從中選出較優(yōu)方案進行治理。

2．1 建筑、物理等專業(yè)對振動與噪聲狀況的調查

振動來源是由距住宅區(qū)較近的兩臺引風機產生的。鼓風機循環(huán)水泵的振動，一是較輕，二是距離較遠不會對住宅區(qū)造成影響;噪聲源主要是由引風機、鼓風機和送風管道共振產生的(見表1)，循環(huán)水泵在室內安裝距離也較遠對室外影響較小;其他機械如爐排電機、減速器、出渣機均在室內，產生的噪聲較小，不會對居住居民造成影響。

表1 蘋果園生活區(qū)鍋爐房鼓、引風機主要技術參數(shù)

2．2 鍋爐風機噪聲值及標準

根據(jù)GB 3096-93城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準規(guī)定居住文教區(qū)域為主的區(qū)域白天環(huán)境噪聲的上限55 dB(A)，晚上45 dB(A)。調查測試顯示距鍋爐房4．8 m外最近的居住戶二層樓內感覺噪聲最大，臥室為噪聲 62 dB(A);客廳距引風機 6 m處，噪聲61 dB(A)對居住戶影響很大。在鍋爐房院墻外(引風機最近處)1 m測試值70．2 dB(A)，在鍋爐房院墻內對鼓風機房外測試值:89．7 dB(A) ～90．7 dB(A)，室內值:98 dB(A)，鼓風機銘牌，噪聲不大于82 dB(A)，測試值大于銘牌值16 dB(A);引風機房外測試值:98 dB(A)～97 dB(A);室內測試值:103 dB(A)～105 dB(A)。引風機銘牌，噪聲不大于 90 dB(A)，測試值大于銘牌值約14 dB(A)。影響附近居民的噪聲源，出于鼓風機，鼓風機距居民樓較遠;引風機距離最近影響最大。

2．3 鍋爐、環(huán)保、節(jié)能等專業(yè)對引風機運行情況的調查

鍋爐測試調查，引風機前測點，鍋爐煙氣過剩系數(shù)∝py≥3．2以上，排煙熱損失q2=10．81%。經(jīng)調整鼓、引風機風門，仍是不能降至良好燃燒工況和節(jié)能運行的范圍。對鼓、引風機風門調至不大于55%以后由于鼓風機風壓下降爐排下送風穿透煤層困難，影響鍋爐正常燃燒。現(xiàn)場情況分析:除煙道系統(tǒng)連接處不嚴，漏風和除塵器落灰斗的鎖集器密封不嚴，漏風因素外，引風機引風量大是主要原因之一。經(jīng)用畢托管，U型壓力計測試煙道系統(tǒng)阻力。分析系統(tǒng)阻力較小，引風風壓余量較大，降低引風機富余風壓既可節(jié)約電能，又可降低鍋爐煙氣過剩系數(shù)，減少排煙熱損失，提高鍋爐熱效率，節(jié)約煤炭。降低引風機富余風壓，采用降低風機轉速是最有效的方法，同時又可降低引風機噪聲和減輕風機的振動對附近居住戶的影響。

2．4 引風機降低轉速，減少電能耗用量的方法進行治理

降低風機轉速，可起到“釜底抽薪”的效果，但如果降低不當又會對鍋爐燃燒帶來負面影響。引風機降速與之相關的參數(shù)計算:

知道煤的工業(yè)分析發(fā)熱量，Qydw=21 859．9 kJ/kg，按經(jīng)驗公式作近似計算，對于煙煤、無煙煤及貧煤。

上面的計算是標準狀態(tài)下的體積，實際煙氣的體積應考慮煙氣溫度的影響;排煙溫度200℃。

熱水鍋爐滿負荷燃煤1 100 kg/h。

總煙氣量 =Vsjy·B=10．74 ×1 100=11 814 m3/h。

風機改裝計算:

在風機改裝時，介質的密度不變，即ρ=ρ0;可改變的參數(shù)轉速n。

風機轉速的影響:

我們采取對鍋爐現(xiàn)使用的煤種進行工業(yè)分析計算出理論近似煙氣量。按現(xiàn)用鍋爐滿負荷1 100 kg/h燃燒量?，F(xiàn)用煤種(與鍋爐設計煤種不同)理論近似煙氣量11 814 m3/h，對引風機轉速從1 380 r/min調整降至1 200 r/min，引風機此時理論風量15 670 m3/h＞11 814 m3/h:結論滿足。轉速調整后理論風壓為3 181 Pa大于克服系統(tǒng)阻力所需要風壓。風機轉速調整技術常用的方法有:1)液力耦合器調節(jié);2)內饋調節(jié);3)變頻調節(jié);4)對C型連接引風機可用變更皮帶輪調節(jié)。1種～3種調節(jié)方式節(jié)能效果顯著，經(jīng)研究由于資金的限制，又考慮到每年采暖期只有四個月，鍋爐風機利用率不高，該風機是C型連接，決定采用更換從動皮帶輪的調節(jié)轉速的方式，引風機從動皮帶輪由原φ330 mm增大至φ400 mm，引風機轉速由1 380 r/min降至1 200 r/min，更換后引風機房內噪聲降至81 dB(A)(在新風機房內實測)下降23 dB(A)，引風機振動明顯降低。運行中調整后的煙氣過剩系數(shù)下降至∝py=1．89，排煙熱損失降至q2=7．25%。

3 建筑物上采取隔聲、吸聲、消聲窗與用減振溝阻斷振動向居住樓方向傳遞等方式治理

1)在鼓、引風機房內采用墻壁、天花板消聲、吸聲、隔聲措施治理。鼓、引風機房墻體，采用多孔磚砌筑，磚孔向房內方向，內墻面不做粉刷。磚孔面與巖棉層相對，形成吸聲和消聲功能?？拷用駱堑墓?、引風機外墻，采用細石混凝土甩粘辦法，形成凹凸不平和蜂窩的形狀，使之起到吸收聲波減輕與住宅樓墻面的反射噪聲。引風機屋頂面為空心板，沙灰墊層、珍珠巖保溫、水泥砂漿找平層，作防水卷材，并砌筑高300 mm女兒墻等。

2)為了減少煙氣流動的阻力損耗，煙氣流速選用較低的煙氣流速V=11．67 m/s，改變原制造廠家煙氣管道直徑由534 mm增至660 mm，為減少管道振動噪聲增加2個混凝土支點，并用巖棉墊支以預防振動傳播，同時并用100 mm巖棉外包。面層再使用兩層玻璃絲纖維棉外包并刷三遍環(huán)氧樹脂保護層。

3)引風機房內墻和天花板下，使用30 mm×20 mm木龍骨，間隔200 mm縱向固定在多孔磚墻面和天花板上，然后使用100 mm巖棉平鋪在龍骨間隙內和龍骨上。然后使用鋼網(wǎng)壓在巖棉上預防膨脹，并在面層上使用塑料條固定在內木龍骨上起到吸聲、消聲固定的作用。

4)為降低引風機的振動傳播，在引風機房基礎內周邊挖寬500 mm，深800 mm，低于引風機基礎的減振溝，并在靠近居民樓的一面打進地下φ100 mm的舊鋼管。一排深1．5 m并將粗砂填滿減振溝，鋼管頂端高于溝內粗砂面50 mm，這樣能起到向地下傳振吸聲和隔斷傳振的效果。

5)鼓風機房兩側各安裝長800 mm，寬500 mm多層、多孔、不通徑的消聲窗一個，以降低噪聲向外傳播并保持通風、散發(fā)引風機產生的熱量。

本項工程經(jīng)過開封市環(huán)保監(jiān)測站測試，居住區(qū)域白天55 dB(A)，晚上45 dB(A)，符合居民文教區(qū)環(huán)境噪聲標準要求。

4 結語

在這項綜合工程中試用交叉學科共用治理的過程中從鍋爐、風機、節(jié)能專業(yè)、煙風阻力計算的角度對現(xiàn)用煤種的理論煙氣量和克服煙道系統(tǒng)實際所需風壓壓頭著手合理降低鍋爐引風機富余壓頭，降低引風機轉速后既降低了引風機噪聲和振動擾民，又降低鍋爐排煙熱損失q2=3．56%(10．81%下降至7．25%)，提高熱水鍋爐熱效率3．56%，采暖期2臺4．2 MW鍋爐節(jié)煤174．65 t，現(xiàn)用煤價680元/t折合人民幣11．876萬元，引風機節(jié)電由原運行功率37．2 kW降至25．30 kW，每小時節(jié)電11．9 kW，兩臺節(jié)電23．8 kW·h，按120 d計算，節(jié)電68 544 kW·h×0．56元/(kW·h)=38 384元。同時達到降低噪聲23 dB(A)(在新機房內實測)和減振的雙重效果。為建筑、物理專業(yè)用常規(guī)方法減震降噪提供一個新的思路，使多個專業(yè)的不同措施在效果上形成合力。取得既節(jié)約能源(煤電)，又治理噪聲和振動的環(huán)境效果。希望我們這點粗淺的認識對今后交叉學科科研的同行能起到“拋磚引玉”的效果。

[1] 張永照，陳聽寬，黃祥新，等．工業(yè)鍋爐[M］．北京:機械工業(yè)出版社，1993．

[2] 譚天佑，梁鳳珍．工業(yè)通風除塵技術[M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1984．