АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ШУМА ПРИ РАБОТЕ ГОРЕЛОК И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЕГО СНИЖЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ НА КОМСОМОЛЬСКОГО-НА-АМУРЕ НПЗ) (Анализ источников шума при работе горелок и разработка методов его снижения), страница 7

Так, общими направлениями совершенствования парка ГУ яв­ляются:

• улучшение качества серийно выпускаемых горелок, экологиче­ские показатели которых, включая уровень шума на рабочем мес­те, соответствовали бы современным требованиям;

• усовершенствование и модернизация их конструкций с целью соответствия их экологических характеристик санитарным нормам;

• разработка для нефтезаводских печей и внедрение новых горе­лок двухступенчатого сжигания топлива, являющихся малошум­ными ГУ;

• автоматизация ГУ с целью минимального пребывания обслу­живающего персонала печей на рабочих местах;

• паспортизация горелок с целью отбраковки несовершенных конструкций и отбора рациональных типов ГУ, в том числе мало­шумных конструкций из числа действующих на НПЗ топливо сжигающих устройств [27, 28];

• проведение систематических режимно-наладочных испытаний горелок и форсунок с целью повышения эколого-технического уровня эксплуатации.

Подавление уровня шума, возникающего при горении, предполагает стабилизацию пламени, что достигается изме­нением конструкции горелочного устройства, способа под­вода газовоздушной смеси, выбором наиболее подходящего стабилизатора пламени. Ниже описаны отечественные и зарубежные конструкции малошумных горелок, опыт эксплуатации которых можно использовать в горелочных уст­ройствах трубчатых печей с целью снижения шума.

Так, при совершенствовании конструкции газовой го­релки был применен стабилизатор, выполненный в виде плохо обтекаемого обратного конуса и установленный у выхода амбразуры в топку [14]. Здесь при создании мало­шумной конструкции горелки основное внимание уделено вопросу стабилизации горения и использован надежный способ, обеспечивающий образование устойчивых зон за­вихрения потока и подмешивание раскаленных продуктов горения к потоку смеси. В данной горелке на характер ста­билизации влияет степень крутки потока газовоздушной смеси, и в воздухоподающем узле имеется завихритель, позволяющий менять угол наклона лопаток и крутку воз­душного потока. По результатам испытаний, горелка по­зволяет снизить уровень звукового давления на 9 дБА по сравнению со старой конструкцией горелочного устройства без стабилизатора.

Конструкция горелки, запатентованной в Великобритании [19], показала улучшение стабилизации факела и предотвращение проскока пламени. Данная горелка (рисунок 4.4) имеет металлический корпус 1 с огневыми отверстиями 2. Газовоздушная смесь подается в ГУ через смесительное инжектирующее устройство 3 в виде перфорированной трубки Вентури. Шумоглушение достигается введением в пространство между огневыми отверстиями и трубкой Вентури диффузионного элемента 4 из металлической проволочной сетки в форме трубчатого блока. Диффузионный элемент крепится к заглушке 5. При снятии ее элемент может извлекаться из корпуса горелки для очистки.

Рисунок 4.4 Конструкция газовой горелки:

1 — корпус; 2 — огневые отверстия;

3 — смесительное инжектирующее устройство;

4 — диффузионный элемент из проволочной сетки;

5 — заглушка

Английской фирмой "British Gas Corporation" была усо­вершенствована промышленная горелка в нагревательных печах [31]. На рисунке 4.5 показаны первоначальный и оконча­тельный варианты конструкции горелки. В первоначальном варианте воздух подавался в туннель горелки через кольце­вую форсунку, в которую через ряд радиальных отверстий вводился природный газ. При такой конструкции горелки вблизи входа в туннель из огнеупорного материала образо­вывалась зона внутренней и внешней рециркуляции газов, что приводило к увеличению турбулентности и повыше­нию уровня создаваемого шума. В новой конструкции го­релки достигнуто уменьшение шума на 5 дБ за счет устра­нения зоны внешней рециркуляции.

Рисунок 4.5 Конструкция газовой горелки фирмы

"British Gas Corporation":

а - первоначальная; б - усовершенствованная;

1 - огнеупорная стенка: 2 - сердечник;

3 - центрирующая пластина;

4 - внешний рециркулирующий выступ;

5 - внутренний рециркулирующий выступ

Схема установки входного глушители в камеру сго­рания приведена на рисунке 4.6. Вследствие звукопоглощения подобные глушители обеспечивают уменьшение уровня шума на 25 дБ [14]. Согласно изобретению [30], предлагает­ся глушитель шума первичного воздуха, установленный на газовой горелке (рисунок 4.7). Глушитель состоит из двух одина­ковых частей полуцилиндрической формы, скрепленных между собой болтами. Каждая часть имеет внутреннюю по­лость 1 и внешнюю 2, заполненные звукопоглощающим материалом 3 (минеральное волокно или стекловолокно). Между полостями 1 и 2 имеется канал 4 для прохода пер­вичного воздуха. Стенки полостей, образующие канал, имеют перфорацию. Конструкция глушителя предусматривает из­менение направления движения воздуха на 180°, прежде чем он войдет в смеситель.

Рисунок 4.6 Схема установки входного глушителя в камеру сгорания:

1 - камера сгорания; 2 - подвод газообразного топлива;

3 - звукопоглощающая облицовка; 4 - траектория звука

В другой конструкции горелки [22] в качестве глуши­теля служат две камеры для подачи первичного и вторич­ного воздуха, внутренние поверхности которых облицованы звукопоглощающим материалом. В патентах [23, 24] опи­саны аналогичные конструкции малошумных горелок, в ко­торых подавление шума происходит за счет облицовки зву­копоглощающим материалом футеровки горелочной камеры. Наряду с глушителями шума системы подачи воздуха разра­ботан также глушитель шума пламени [25]. В таком глушите­ле пламя горелки направляется в перфорированную керами­ческую трубу, окруженную полостью, заполненной звуко­поглощающим материалом. В результате печь нагревается не от открытого пламени, а через глушитель. Материалы для изготовления таких глушителей должны обладать достаточно высокими огнеупорными свойствами.

Рисунок 4.7 Схема глушителя газовой горелки:

1 - внутренняя полость; 2 - внешняя полость;

3 - звукопоглощающий материал;

4 - канал для прохода первичного воздуха

Таким образом, описанные практические способы по­могают решить производственные проблемы, связанные с подавлением шума горелочных устройств. Благодаря снижению уровня шума на 5-25 дБ.

5 Технико-экономическая оценка шумозащитных средств для горелок нефтезаводских печей

Выбор мероприятий по подавлению шума горелочных устройств (ГУ) для повышения эффективности и экологичности работы должен производиться исходя из соблюдения нормативов по шумобезопасности на рабочих местах обслуживания топливосжигающих установок.

Выбор наиболее оптимальных мероприятий производят на основе многовариантного анализа ожидаемых приведенных затрат, обеспечивающих максимальное значение годового экономического эффекта Э, определяемого как:

(5.1)

где Р - годовой экономический результат от мероприятий по борьбе с шумом, руб./ год;

З - годовые приведенные затраты на осуществление мер по борьбе с шумом, руб./ год, определяемые по формуле:

(5.2)

где К - капитальные вложения на осуществление шумозащитных средств, руб./ год;

Е_н - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

С - годовые эксплуатационные расходы, связанные с осуществлением шумозащитных мер, руб./ год.

В свою очередь, сами капитальные и эксплуатационные затраты на шумозащитные средства зависят от значения требуемого снижения шума от ГУ. В связи с этим необходимо технико-экономическое обоснование данного уменьшения шумового воздействия горелок. Известно, что шумовой фон от нескольких ГУ в определенной точке не должен превышать допустимый L_доп, рассчитываемый по формуле:

(5.3)

где L_i - уровень шума после осуществления мероприятия на i-ом источнике.

Приведенные затраты З_i - каждого из n источников шума, участвующих в формировании шумового фона, представляются функцией от уровня звукового давления L_i после шумозащитных мер этого источника:

(5.4)

где i = 1, 2, 3 ... n - номер источника шума.

Задача сводится к определению условного экстремума данной функции, согласно [10], решаемой методом Лагранжа. Для этого частные производные условные функции Лагранжа по независимым производным приравниваются к нулю:

(5.5)

Здесь условная функция Лагранжа:

(5.6)

где

(5.7)

λ - неопределенный множитель, исключаемый в процессе решения задачи.

Из вышеприведенной системы находим:

(5.8)

или

(5.9)

где удельный прирост приведенных затрат на единицу снижения шума источника n.

Далее получим, что требуемое снижение уровней звукового давления , соответствующее минимуму приведенных затрат на шумозащитные средства, в расчетной точке для i-го источника шума из n будет равно:

(5.10)

Если удельные приросты приведенных затрат на единицу снижения шума источников равны то получим:

(5.11)

Отметим, что в данной формуле учет приростов приведенных затрат на шумоглушение отсутствует. В то же время из предыдущей формулы следует, что для источника требуемое снижение шума, соответствующее минимуму приведенных затрат на шумоглушение, возрастает с уменьшением удельных приростов приведенных затрат других источников и общего их количества.

Использование последней формулы оправдано для определения одинакового оборудования. Расчет требуемого снижения уровня шума через удельные приросты приведенных затрат на шумоглушение позволяет получить экономический эффект, определяемый как разность приведенных затрат на шумозащитные средства, полученные по этим двум формулам:

(5.12)

где расходящееся произведение, если

В работах [12, 14] установлено, что эффективным акустическим методом борьбы с шумом горелок печных агрегатов является установка экранов с звукопоглощающим покрытием. Удельные приросты приведенных затрат на шумопоглощение r пропорциональны толщине h и поверхности покрытия S, а также его стоимости С, т. е. r ~ ChS. Тоща получим:

(5.13)

Если то получим: