[科普中国]-燃气发电机组

燃气发电机组是适应世界环保要求和市场新环境而开发的新型发电机组。天然气发电机组主要分为两种，一种是联合循环燃气轮机，一种是燃气内燃机。燃气轮机功率比较大，主要用在大、中型电站，燃气内燃机功率比较小，主要用在小型的分布式电站。它是取代燃油、燃煤机组的新型绿色环保动力。

简介燃气发电机充分利用各种天然气或有害气体作为燃料，变废为宝、运行安全方便，成本效益高，排放污染低，并适宜热、电联产等优点，市场前景十分广阔。

我国的天然气资源十分丰富，相对于我国丰富的天然气储量,天然气在我国一次能源消费中所占比例显得太小,未来具有大幅提高的潜力。

在我国，由于受到天然气供应的影响，天然气发电尚处于初始阶段。真正大面积的天然气发电作为分布能源站还要假以时日。小规模天然气发电主要是在油田、气田以及机场、酒店、医院等。可以预计，随着天然气供应的愈加充足、供应范围的不断扩大，近几年天然气发电将会得到一个飞速的发展1。

优点燃气发电机组具有输出功率范围广，启动和运行可靠高、发电质量好、重量轻、体积小、维护简单、低频噪声小等优点，一般它们具有以下四个优点：

一、发电质量好

由于发电机组工作时只有旋转运动，电调反应速度快，工作特别平稳，发电机输出电压和频率的精度高，波动小，在突加空减50%和75%负载时，机组运行非常稳定，优于柴油发电机组的电气性能指标。

二、启动性能好，启动成功率高

从冷态启动成功后到满负载的时间仅为30秒钟，而国际规定柴油发电机启动成功后3分钟带负载。燃气轮发电机组可以任何环境温度和气候下保证启动的成功率。

三、噪声低振动小

由于燃汽轮机处于高速旋转状态，它的振动非常小，而且低频噪声优于柴油发电机组。

四、采用的可燃性气体是清洁、廉价的能源

诸如：瓦斯气，桔梗气，沼气等，以它们为燃料的发电机组不仅运行可靠，成本低，而且能变废为宝，不会产生污染1。

噪声处理燃气发电机组由燃气发动机、发电机、控制柜等部件组成,燃气发动机与发电机安装在同一个钢制底盘上。机组以天然气、井口伴生气、煤矿瓦斯气、水煤气、炼化尾气、沼气、焦炉煤气、高炉煤气等可燃性气体为燃料,启动迅速,经济性好,特别是由于高质量城市生活的需求,燃气发电机组已广泛应用于电信、邮局、银行、图书馆、医院、宾馆等部门,作为后备电源。最初燃气发电机组是针对矿场工况设计的,机组运行时产生的噪声一般为95~110 dB(A)。GB 3096-93城市区域环境噪声标准对市区的噪声状况进行了严格的规定,对于2类区域(居住、商业、工业混杂区)昼间为60 dB(A),夜间为50dB(A);对于1类区域(居住、文教机关区)昼间为55 dB(A)、夜间为45 dB(A)。机组运行时产生的噪声给城市环境带来了严重的噪声污染,影响了人们的正常工作和生活,也限制了燃气发电机组的广泛应用。本文就是针对燃气发电机组噪声污染问题,提出了一套整改措施,以期降低机组噪声,促进燃气发电机组的推广应用。

1.声源分析

燃气发动机噪声是燃气发电机组的主要噪声来源,燃气发动机噪声可分为空气动力噪声、燃烧噪声、机械噪声、排气噪声和振动噪声。空气动力噪声主要包括进、排气和风扇旋转引起的空气振动噪声,这部分噪声直接向空气中传播。气缸内燃烧所形成的压力振动通过缸盖，机体向外辐射的噪声叫燃烧噪声;活塞对缸套的撞击,配气机构、喷气系统等运动部件产生的撞击振动噪声统称为机械噪声。机组工作时,废气从排气门高速冲出,沿排气歧管进入消声器,最后从尾管排入大气。排气噪声是发动机的最大噪声,往往比发动机主机噪声高15 dB(A)左右,其次分别是燃烧噪声和机械噪声、风扇噪声、进气噪声。

2.改造设计

基于燃气发电机组的工作原理,难以用降低声源噪声的方法来消声,所以主要是要有效阻断其噪声传播途径。消声技术的核心就是利用声波在传播中自然衰减的规律去缩小噪声的污染面。具体降低噪声的方法有以下几种:吸声、隔声及改变噪声传播方向。在实际工程应用中往往只用其中一种,本文采用三种方法并用的措施,针对燃气发电机组提出了新型组合降噪技术。

（1）组合消声器

原来的消声器以阻性消声为主,功耗大,消声效果不理想。经仔细论证,应用三级组合降噪技术,将消声器改造为新型组合式消声器。该组合式消声器的主要组成部件有对喷消声减振腔、多孔式消声罩及吸声隔热层和吸声共振板等。声源通过第一级的对喷消声减振腔,可将中低频声源的噪声能量充分进行抗性耗散。二级的多孔式阻性消声罩可消去大部分高频噪声,增加了消声器对高频的适应性,而且在该腔内装有高效吸声材料,可对噪声进行充分的吸收和变向,从而最大限度地消耗噪声能量。第三级为专门设计的带共振板的排气管,进一步通过薄片的振动进行消声。经测试,新型消声器的消声量、消声频率范围(主要为消声量峰值的频率范围)及阻力损失三大指标均优于原来的消声器。此外该消声器尺寸适宜,结构刚性好,安装方便,并具有抑制再生噪声的功能。而且后部的吸声隔音层具有防腐性能,可有效地克服烟气的低温露点腐蚀,延长了消声器的使用寿命。

（2）两级隔振衬垫

控制机械噪声和燃烧噪声的有效办法是对机组进行隔振处理。燃气机、发电机与钢制底盘间装设复合隔振减振垫,底盘与基础之间亦垫上高效减振胶垫。经过两级隔振处理,不仅使机组的振动被有效隔断,而且使机组运行更加平稳,整体噪声显著降低。

（3）消声排风道

风扇噪声是由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声由旋转风扇叶片切割空气流产生周期性扰动而引起。涡流噪声是在旋转叶片截面上发生边界层分离时,气体滑脱或分裂而成的一系列的漩涡流,从而辐射出一种非稳定的流动噪声。排风道直接与外界相通,空气流速很大,气流噪声、风扇噪声和机械噪声经此通道辐射出去。为了控制风扇和排风通道的噪声,设计了一个消音排风道。这个消音排风道长度较大,由导风槽和排风降噪腔组成。排风降噪腔的工作原理,类似于阻性消声器。可通过更换吸音材料(改变材料的吸音系数),改变吸音材料厚度、排风通道长度和宽度等参数来提高消音效果。

（4）消声进气道

机组工作在封闭的机房里面,从广义上讲,进气系统包括机组的进风通道和发动机的进气系统。进风通道和排风通道一样直接与外界相通,空气的流速很大,气流的噪声和机组运转的噪声都经进风通道辐射到外面。发动机进气系统的噪声是由进气门周期性开、闭而产生的压力波动所形成,其噪声频率一般处于500 Hz以下的低频范围。在机房墙上设置了两个消声进气道,分别作为机房的进风口和发动机的进气口。由于排风造成的室内负压,使冷空气自然通过消声进气道进入机房内,将机体散发的热量顺利排出。从而保证了机房内有足够的新鲜空气1。

注意事项1、燃气发电机组机房应远离明火区域；

2、燃气发电机组机房应宽敞、明亮且要求安装换气扇以保证良好的通风；

3、燃气发电机组安装时底盘与地基应用平垫铁找平。接触面积应在60%以上，且分布均匀；

4、室内安装照明、开关、线路及其电器应采用防爆措施,且固定牢固；

5、燃气发电机组机房内应符合消防要求，配备灭火器等消防器械；

6、燃气发电机组机房内安装可燃气体报警装置，可燃气体泄露时能及时发现；

7、60kw以下单台燃气发动机燃气管路的外部主要管道内径应不小于2吋，靠近发动机的部分内径应不小于1吋。60kw以上燃气发电机组则分别是3吋和两吋。且必须安装燃气阀门（不锈钢球阀）、型放水阀、防回火装置，燃气管路焊接完成应清理焊渣（用高压空气）；

8、燃气必须脱硫、脱水、除尘，其中含流量≤0.25Nm3，氢气≤10%1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学