Шум энергетического оборудования и его воздействие на человека. Методы снижения шума

Шум- это любой нежелательный звук с частотами и фазами распределенными нерегулярно. Под звуком понимают упругие волны, распространяющиеся в упругой среде, колебания в среде, вызванные каким-либо источником. Шум является одним из источников загрязняющих окружающую среду. Шум приводит к изменениям органов слуха, воздействует на нервную систему, приводит к повышению заболеваемости, гипертонии. При воздействии шума увеличивается утомляемость, снижается работоспособность, увеличивается брак в производстве и аварийность, снижается производительность труда. Под воздействием повышенного шума находятся целые районы.

Основные характеристики шума

Основными характеристиками шума являются: уровень звукового давления, уровень звуковой мощности, уровень интенсивности шума, частота и фактор направленности.

Разность между мгновенным полным давлением и средним, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением. Средний поток энергии в какой либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, нормальной к распространению волны, называется интенсивностью звука I в данной точке, Вт/м². Звуковая мощность источника шума- это общее количество энергии, излучаемой источником шума в окружающую среду, Вт:

,

где S- площадь поверхности окружающей источник.

Если источник шума окружить сферой радиусом r (для сферы S=4 ), то средняя интенсивность шума:

.

Источники шума часто излучают звуковую энергию неравномерно по всем направлениям. Эта неравномерность излучения характеризуется фактором направленности Ф, представляющего собой отношение интенсивности I_н звука, создаваемой направленным источником в данной точке, к средней интенсивности I_ср, которая была бы в этой же точке от ненаправленного источника, имеющего ту же звуковую мощность:

Ф=I_н/I_ср

Для определения значения уровня шума пользуются логарифмическими величинами, которые измеряются в децибелах, дБ.

Уровень звукового давления, дБ

,

где р₀=2∙10^-5 Па – пороговое звуковое давление; р – звуковое давление в рассматриваемой точке, Па.

Уровень звуковой мощности, дБ

,

где Р₀ = 10^-12 Вт – пороговая звуковая мощность; Р- звуковая мощность источника шума, Вт .

Уровень интенсивности звука, дБ

, где I₀ = 10^-12 Вт/м² – интенсивность звука, соответствующая пороговому пороговому уровню; I – интенсивность звука, Вт/м².

Воздействие шума на человека зависит от его частоты. Человек значительно меньше чувствителен к громкости звука низких частот. Весь диапазон частот, который слышит человек (от 20 до 20000 Гц), обычно разбивают на 9 октавных полос. Октавой называется полоса частот, в которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней. Измерения уровней звукового давления производят на среднегеометрической частоте

,

где f_в , f_н – соответственно верхняя и нижняя граница октавной полосы.

;

Обычно применяют следующие значения среднегеометрических частот:

fср, Гц

31,5

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Не всегда удобно перечислять 9 значений уровней звукового давления для всех среднегеометрических частот. Поэтому ввели уровень звука по шкале А, что позволяет характеризовать весь спектр и примерно соответствует восприятию человеческого уха (дБА или дБ(А)).

Связь уровня звукового давления с уровнем интенсивности

;

- плотность среды при нормальных условиях; с₀ – скорость звука при нормальных условиях.

Когда условия среды мало отличаются от нормальных, уровень интенсивности звука равен уровню звукового давления.

Связь уровня звукового давления с уровнем звуковой мощности

где S – площадь измерительной поверхности, м²; S₁=1 м².

На человека воздействует звуковое давление, которое измеряется с помощью приборов. Источник шума характеризуется звуковой мощностью, которую можно рассчитать по приведенной выше формуле, измерив уровни звукового давления на измерительной поверхности вокруг источника шума.

Пусть требуется рассчитать уровень звуковой мощности турбины, если звуковое давление составляет 94 дБ, а измерительная поверхность составляет 400 м²:

дБ

Часто воздействую несколько источников шума. Суммарное звуковое давление рассчитывается по формуле:

Пусть имеются два источника шума. Один источник шума создает в точке А 60 дБ, а другой -70 дБ на частоте 1000 Гц. Требуется определить суммарное звуковое давление в точке А, когда работают два источника шума.

дБ

Таким образом, меньший источник шума добавил к уровню звукового давления, создаваемому большим источником, всего 0,4 дБ. Если разница в уровнях звукового давления больше 10 дБ, то меньший источник можно не учитывать в расчетах суммарного уровня шумового давления. В этом нет никакого противоречия, так как дБ есть величина логарифмическая.

Если уровни звукового давления от нескольких источников равны друг другу, то:

,

где L_i- уровень звукового давления, создаваемый одним источником шума; n – число источников шума.

n	2	3	4	5	6	7
10lgn	3	4,7	6	7	7,8	8,5

Начинать шумоглушение надо всегда с самого мощного источника шума. Обязательно надо заглушить все равновеликие источники шума, иначе эффективность будет маленькая.

Нормирование шума

Устанавливаются допустимые уровни звукового давления для 9 значений среднегеометрических частот. Существуют нормы по допустимым уровням шума для жилой застройки и для рабочих мест. Для жилой застройки ночные нормы более жесткие по сравнению с дневными нормами (примерно на 10 дБ). Так допустимый уровень звукового давления для жилых комнат в ночное время составляет 30 дБА, а в дневное время 40 дБА. Для тонального и импульсного шума нормы ужесточаются на 5 дБА. Для рабочих помещений устанавливаются различные уровни шума в зависимости от напряженности труда. Существуют допустимые нормы для инфразвука и ультразвука.

Пути снижения шума

1. Снижение шума в источнике (улучшение конструкции агрегатов, изменение технологии);

2. На путях его распространения (создание санитарно-защитной зоны, установка глушителей, экранов, кожухов);

3. Архитектурно-планировочные решения (лесопосадки, строительство насыпей, соответствующее размещение оборудования по отношению к жилой застройке).

Методы снижения шума

Глушители, экраны, защитные кожухи, звукоизоляция (паропроводов и газопроводов), облицовка внутренних поверхностей помещений звукопоглощающими материалами, установка кабин, индивидуальные методы защиты.

Основные источники шума на ТЭС, воздействующие на жилые районы

Тяго-дутьевые машины, сбросы пара в атмосферу, ПГУ и ГТУ, трансформаторы, градирни, ГРП, шум горения топлива в котле (для котельных).

Очень много источников шума воздействующих на персонал ТЭС (турбины, насосы, дробилки, мельницы, эжекторы и др.).

Уровень шума, создаваемый тяго-дутьевыми машинами

где - суммарный критерий шума, дБ. ( = 45 машины); H- полное давление развиваемое тяго-дутьевой машиной, Па; Q – объемный расход, м³/с.

С увеличением мощности блоков растут H и Q, что приводит к увеличению звуковой мощности. Поэтому мощные блоки с осевыми машинами часто превышают допустимые нормы по шуму.

Снижение звуковой мощности в газо-воздушных трактах ТЭС,

,

Где = - снижение уровня звуковой мощности на прямолинейных участках газо-воздухопроводов постоянного сечения, дБ; - снижение уровня звуковой мощности на поворотах, дБ; - снижение уровня звуковой мощности в дымовой трубе, дБ; n - количество поворотов газовоздухопровода; l – длина прямолинейного участка газа-воздухопровода, м; I – количество прямолинейных участков газовоздухопроводов; - коэффициент звукопоглощения материала газовоздухопровода, дБ. Для кирпичных газовоздухопроводов в зависимости от частоты =0,02-0,03, а для металлических - =0,2-0,46, т.е. звуковая мощность снижается в 10-15 раз больше в кирпичных газовоздухопроводах, по сравнению с металлическими. Кирпичные газоходы и дымовые трубы работают как глушители. В них звуковая мощность создаваемая тяго-дутьвой машиной снижается на 12-30 дБ, а в металлических газовоздухопроводах- только на 2-6 дБ. Поэтому на мощных ТЭЦ при установке металлических дымовых труб для снижения уровня шума, создаваемого дымососом, в газоходах устанавливаются глушители шума.

9.2. ВЫБРОСЫ ТЭС И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В АТМОСФЕРУ

Основное загрязнение атмосферного воздуха связано со сжиганием органического топлива. ТЭС и котельные, потребляя большое количество органического топлива, оказывают существенное влияние на загрязнение воздушного бассейна. Типичными токсичными выбросами в атмосферу для ТЭС и промышленных предприятий являются: твердые частицы (пыль, зола), оксиды серы и азота, монооксид углерода, оксиды металлов, бенз(а)пирен.

Минздравом России установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест 23. В настоящее время установлены ПДК для более 580 химических веществ, содержащихся в атмосферном воздухе. Значения ПДК для основных загрязняющих веществ, выбрасываемых энергетическими предприятиями, приведены в табл.9.18.

Таблица 9.18. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест 23

Загрязняющее вещество	Предельно допустимая концентрация, мг/м3
	Максимальная разовая*	Среднесуточная*
Оксид азота, NO	0,4	0,06
Диоксид азота, NO2	0,2	0,04
Сернистый ангидрид, SO2	0,5	0,05
Пыль (зола) нетоксичная	0,5	0,15
Летучая зола (при CaO35%)	0,05	0,02
Монооксид углерода CO	5	3
Сажа (копоть)	0,15	0,05
Пентаоксид ванадия V2O5	-	0,02
Сероводород H2S	0,008	-
Аммиак NH3	0,2	0,04
Бенз(а)пирен C20H12	-	0,110-5

*Максимальная разовая концентрация определяется по пробам, отобранным в течение 20 мин, среднесуточная – за сутки.

ПДК называется такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека, которая не оказывает на организм человека прямого или косвенного воздействия, не снижает его работоспособности, не влияет на его самочувствие. ПДК является основным критерием санитарно - гигиенической оценки качества атмосферного воздуха и устанавливается на ранимые группы населения, к которым относятся дети, люди пожилого возраста и ослабленные болезнью.

Для каждого из выбрасываемых в атмосферу вредных веществ должно соблюдаться условие:

С_i  ПДК_i

или (9.7)

С_i/ ПДК_i  1,6

где С_i, ПДК_i – приземные и предельно допустимые концентрации вредных веществ.

Кроме того, Минздравом РФ установлено, что совместное содержание в атмосфере некоторых веществ (веществ однонаправленного действия) может усиливать их токсичность. При одновременном присутствии в атмосферном воздухе вредных веществ однонаправленного действия должно соблюдаться следующее условие:

(9.8)

В настоящее время установлены следующие сочетания вредных веществ однонаправленного действия:

• диоксид азота и диоксид серы;

• диоксид азота и аэрозоль серной кислоты;

- диоксид серы и сероводород и ряд других. Из перечисленных соединений для энергетики наибольшее значение имеет первое сочетание.

Суммарное количество М_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами предприятия, г/с, определяется на основании измерения концентраций вредных веществ в дымовых газах по уравнению 24:

М_j= C_j V_с.г К_п , (9.9)

где C_j – массовая концентрация загрязняющего вещества j в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха ₀ = 1,4 и нормальных условиях ( Р=101,3 КПа, Т=273 К), мг/м³; V_с.г.- объемный расход сухих дымовых газов, образующийся при сгорании топлива при ₀ = 1,4 и нормальных условиях, нм³/с; К_п – коэффициент пересчета (при определении выбросов в г/с К_п =10^-3).

Массовая концентрация загрязняющего вещества j рассчитывается по измеренной концентрации С_j^изм, мг/м³, по соотношению

С_j= С_j^изм , (9.10)

где  - коэффициент избытка воздуха в месте отбора пробы.

Расчет объемного расхода сухих дымовых газов проводится по методике 25. При отсутствии на предприятии приборов непрерывного контроля выбросов вредных веществ по согласованию с органами Госкомэкологии РФ допускается определение выбросов расчетным путем 24, 26.

При сжигании твердого топлива в энергетических установках выброс твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива), г/с или т, определяется по выражению 24

М_т= 0,01 В(а_унА^р + q₄ )(1- ), (9.11)

где В - расход топлива, г/с или т; А^р-зольность топлива на рабочую массу, %; q₄-потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %; - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; а_ун – доля золы, уносимой газами из котла; - степень улавливания золы в золоуловителе. Значения А^р, q₄, а_ун приведены в разд….т… настоящего справочника. Для топок с твердым шлакоудалением а_ун=0,95, для топок с жидким шлакоудалением 0,7-0,85. -степень улавливания золы в золоуловителе:

= , (9.12)

где С_вх, С_вых- концентрация золы на входе и выходе золоуловителя.

Основная масса серы при сжигании топлива окисляется до SO_2, и поэтому ее выброс в атмосферу, г/с или т, оценивается по этому оксиду 24

М = 0,02ВS^p(1- , (9.13)

где S^p- содержание серы в топливе, %; - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле (см. табл.9.19.); - доля оксидов серы улавливаемых в мокрых золоуловителях (обычно составляет 0,015-0,03 и зависит от расхода и общей щелочности орошающей воды, а также от приведенной сернистости топлива); - доля оксидов серы, улавливаемых в установках сероочистки дымовых газов; n₀, n_к- длительность работы установки сероочистки и котла соответственно, ч/год.

Таблица 9.19. Значения при факельном сжигании органического топлива 24

Топливо
Торф Сланцы эстонские и ленинградские Сланцы других месторождений Экибастузский уголь Березовские угли Канско-Ачинского бассейна для топок с твердым шлакоудалением для топок с жидким шлакоудалением другие угли Канско-Ачинского бассейна для топок с твердым шлакоудалением для топок с жидким шлакоудалением Угли других месторождений Мазут Газ	0,15 0,8 0,5 0,02 0,5 0,2 0,2 0,05 0,1 0,02 0

Суммарное количество мазутной золы в пересчете на ванадий (г/с или т), поступающей в атмосферу с дымовыми газами котла при сжигании мазута, вычисляется по формуле 24

, (9.20)

где - количество ванадия, находящегося в 1 т мазута, г/т; В – расход топлива (при определении выброса в г/с расход берется в т/ч, а при определении выброса в т расход берется в т); - доля ванадия, оседающего с твердыми выбросами на поверхности нагрева котлов и при их очистке в остановленном состоянии ( =0,07 для котлов с промперегревателями, =0,05 для котлов без промперегревателей); - степень очистки мазутной золы в золоулавливающих установках, %; - коэффициент пересчета ( = 0,27810^-3 при определении выбросов в г/с; = 10^-6 при определении выбросов в т).

Количество ванадия в мазуте (г/т) может быть определено по результатам химического анализа мазута или по приближенной формуле

, (9.21)

, (9.22)

где - фактическое содержание ванадия в мазуте, %; - содержание золы в мазуте на рабочую массу.

Выбросы бенз(а)пирена и его концентрация в дымовых газах котлов рассчитываются по эмпирическим формулам, приведенным в методике /27/, в соответствии с которой, концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах зависит от вида сжигаемого топлива и возрастает:

• при снижении коэффициента избытка воздуха в топке котла;

• при применении рециркуляции дымовых газов и ступенчатого сжигания;

• при снижении нагрузки котла;

• при увеличении теплонапряжения топочного объема;

Концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах снижается:

• при вводе влаги в зону горения;

• при увеличении теплонапряжения поверхности зоны активного горения.

В соответствии с методикой /24/ концентрацию СО в дымовых газах следует определять только по данным инструментальных измерений по формуле (9.10).

В настоящее время установлены нормативы удельных выбросов вредных веществ при строительстве новых котлов и при их реконструкции 28, которые приведены в табл. 9.22 – 9.24.

Таблица 9.22. Нормативы удельных выбросов оксидов серы для котельных установок 28

Год ввода в эксплуатацию котла	Паропроизводительность котла, D, т/ч	Приведенное содержание серы, Sпр, % кг/МДж	Массовый выброс SOx на единицу тепловой энергии, г/МДж	Массовый выброс SOx кг/тут	Массовая*) концентрация SOx в газах при = 1,4, мг/м3
До 31.12.2000	до 320	0,045 и менее	0,875	25,7	2000
		более 0,045	1,5	44,0	3400
	320-400	0,045 и менее	0,875	25,7	2000
		более 0,045	1,5	44,0	3400
	400-420	0,045 и менее	0,875	25,7	2000
		более 0,045	1,5	44,0	3400
	420 и более	0,045 и менее	0,875	25,7	2000
		более 0,045	1,3	38,0	3000
После 01.01.2001	до 320	0,045 и менее	0,5	14,7	1200
		более 0,045	0,6	17,6	1400
	320-400	0,045 и менее	0,4	11,7	950
		более 0,045	0,45	13,1	1050
	400-420	0,045 и менее	0,3	8,8	700
		более 0,045	0,3	8,8	700
	420 и более	0,045 и менее	0,3	8,8	700
		более 0,045	0,3	8,8	700

*⁾ при нормальных условиях (температура 0⁰С, давление 101,3 кПа), рассчитанная на сухие газы

Таблица 9.23. Нормативы удельных выбросов оксидов азота для котельных установок 28

Паропроизводительность котла D, т/ч	Год ввода в эксплуатацию котла	Вид топлива	Массовый выброс NOx на единицу тепловой энергии, г/МДж	Массовый выброс NOx кг/тут		Массовая*) концентрация NOx в газах при = 1,4, мг/м3
До 420	до 31.12.2000	Газ	0,043	1,26		125
		Мазут	0,086	2,52		250
		Бурый уголь -ТШУ -ЖШУ	0,12 0,13	3,5 3,81		320 350
		Каменный уголь ТШУ ЖШУ	0,17 0,23	4,98 6,75	470 640
	после 01.01.2001	Газ	0,043	1,26	125
		Мазут	0,086	2,52	250
		Бурый уголь -ТШУ -ЖШУ	0,11 0,11	3,2 3,2	320 350
		Каменный уголь ТШУ ЖШУ	0,17 0,23	4,98 6,75	470 640
Более 420	до 31.12.2000	Газ	0,043	1,26	125
		Мазут	0,086	2,52	250
		Бурый уголь -ТШУ -ЖШУ	0,14 -	3,95 -	370 -
		Каменный уголь ТШУ ЖШУ	0,2 0,25	5,86 7,33	540 700
	после 01.01.2001	Газ	0,043	1,26	125
		Мазут	0,086	2,52	250
		Бурый уголь -ТШУ -ЖШУ	0,11 -	3,2 -	300 -
		Каменный уголь ТШУ ЖШУ	0,13 0,21	3,81 6,16	350 570

*⁾ при нормальных условиях (температура 0⁰С, давление 101,3 кПа), рассчитанная на сухие газы

Таблица 9.24. Нормативы по выбросам твердых частиц с дымовыми газами котлов 28

Паропроизводительность котла D т/час	Год ввода в эксплуатацию	Приведенная зольность топ- лива А пр , % кг/МДж	Массовый выброс твердых частиц, кг/тут	Массовая концентрация частиц в дымовых газах (Свых) мг/нм3 (=1,4)
до 420	до 31.12.2000 с 01.01.2001	менее 0,6 0,6-2,5 более 2,5 менее 0,6 0,6-2,5 более 2,5	1,76 1,76-5,86 5,86 1,76 1,76-2,93 2,93	150 150-500 500 150 150-250 250
420 и более	до 31.12.2000 с 01.01.2001	менее 0,6 0,6-2,5 более 2,5 менее 0,6 0,6-2,5 более 2,5	1,18 1,18-4,7 4,7 0,59 0,59-1,76 1,76	100 100-400 400 50 50-150 150