燃烧器噪音污染机理及解决方法

zhangyang87

一、概述
燃烧器的主要用途是提供高水平工艺炉内的工艺流体。然而，燃烧反应可能会产生噪音和可能对人类、动物和环境有害的化学物质。无论是对现有装置的燃烧器进行改造还是安装到新装置，污染物控制都应该是的首要考虑因素。
燃烧器的设计会影响噪音的产生水平。设计高喷速、高强度空燃混合的燃烧器设计或含有高比例氢气的燃料，可能会提高噪音水平；风机、燃烧器、管道和烟囱也都应该配备降噪装置，以缓解过度的噪音排放。

二、燃烧器噪音机理与分类
燃烧器产生噪声的主要机制有四种。它们可以分为主要的高频源或低频源。对燃烧反应而言，高频噪声来自燃料气体高速喷射，而低频噪声来自燃烧轰鸣及燃烧器不稳定；
低频噪声源：a、燃烧轰鸣、燃烧不稳定 b、风机噪声；
高频噪声源 ：a.喷气噪声 b.管道和阀门噪声

1、燃烧轰鸣和燃烧不稳定噪音

炉膛内正常稳定运行的燃烧器其燃烧轰鸣噪声应该是燃烧器发出的噪声的主要来源。一般情况混合良好的刚直稳定火焰，要比发飘混合不良好的火焰噪音大；燃烧轰鸣噪音与燃料量（负荷）、燃烧反应速度有关；

炉膛内燃烧不稳定性的特征是高振幅低频噪声，这种类型的噪音会在炉膛内产生显著的压力波动，此压力振荡是由在反应时空气-燃料混合物的快速膨胀中提供的能量并维持震荡，其会对工艺炉造成更大的损坏；

2、 风机噪音

风机的噪声可以从风机的吸入侧和压力侧以及通过风机外壳向外传导辐射；风机噪声可以通过管道向下游辐射，并在出口处排放到环境中。

3、 气体喷射噪音
气体喷射噪声是燃烧器的主要噪声源，高速气体射流进入环境气体时产生的噪声通常由两个主要成分组成：气体射高速射流噪声和冲击波噪声。

3.1燃气高速射流噪音
燃气高速射流噪声的来源始于喷嘴出口附近，并向下游延伸N个喷嘴直径。在喷嘴出口附近，主要是小尺寸的湍流涡流，是射流高频噪音；在喷嘴出口下游，主要是大尺寸的湍流涡流，是射流高频噪音；

燃气高速射流噪音频谱峰值的频率取决于几个因素，包括（1）喷嘴的直径（2）气体射流的马赫数（3）完全膨胀的射流与环境气体的温度比（4）完全膨胀的气体射流面积（4）充分膨胀的射流与周围气体的密度比。

3.2 冲击波噪音
高速射流在临界压力之上，气体射流在喷嘴下游会形成冲击波结构

气体射流的临界压力，具体取决于气体成分和温度。这些冲击波压缩波和膨胀波组成，当气体向下游移动时，压缩波和扩张波会反复压缩和扩张气体产生噪音。我们常说的“尖叫音”“口哨声” 研究表明通常由湍流与第四到第五个冲击波相互作用产生；

4、阀门和管道噪音
当管道中稳定流动的气体遇到阀门时，流动状态和压力都会发生变化，从而在阀门下游产生湍流和冲击波。通常当阀门部分关闭，导致流动面积减少时，阀门类似节流喷孔，并产生喷射噪音。如前所述，湍流和冲击波产生混合噪声。这种噪音可以通过管道向下游辐射，并在出口处排放到环境中，或通过管壁辐射到阀门附近的空间中；

当阀两端的压力比小于大约3时，混合噪声和冲击波噪声在大约相同的数量级内。然而对于大于3的压力比，冲击噪波噪音为主要噪声源。
三、降噪手段

1、燃烧器降噪

燃烧器风箱增加吸音棉；现在燃烧器设计已经成为标配设计；

自然通风燃烧器进气口处的消音器；燃烧器消音器的性能可以通过结构类型或尺寸优化，以实现最好的降噪效果；下图为两种燃烧器消音器的设计，在尺寸规格一致的情况下，左侧设计比右侧设计有更好的降噪效果；

强制通风管道做隔音处理；

设计燃烧器的燃料与空气需要确保充分混合，但不能过于集中； 同时，避免燃气高速喷射射流上的交叉流的存在；

2、管道阀门降噪

减少阀门管道发出噪声的措施包括管道和阀门外壳的吸声包装，以及在阀门和连接管道之间安装消音器。此外，特殊场合可以考虑具有多个压降级的特殊低噪声阀门设计。通常需要降噪的管道，选用良好降噪材料，或增加降噪涂层；

管道阀门的设计选型尤为重要，如果管道设计气流处于高速流动（大于40m/s），噪音不可避免；但是过大尺寸规格的管道及阀门，过低的流动速度，会给通过调节阀燃料的精确控制带来极大的困难，会产生燃料压力一直处于波动状态，严重影响燃烧器的安全稳定运行；

3、风机降噪

风机噪声通常可以类似于阀门和管道噪声进行处理：需要在风机的吸入侧和排出侧安装消音器，包裹风机外壳和管道是降低风机噪音的常用方法。

a.消声器可以安装在风机的吸入侧，特别是对于在吸入侧与大气连通的风机，从而减少从这些入口发出的噪音。

b.封闭风机外壳，以解决从外壳表面辐射或通过外壳表面传输的噪声。

c.对离开风机的管道系统进行隔音。

在风机设计选型阶段，可以考虑使用低噪声电机，以及使用具有更多叶片或降低叶尖速度的叶轮风机；