烟气余热回收利用项目节能可行性实施报告.docx

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烟气余热回收利用项目节能可行性实施报告

XXXXXXXXX建材有限公司

锅炉烟气余热回收利用项目

可行性研究报告

企业法人：

项目负责人：

经营地址：

二〇一三年三月

第一章概述

1.1项目概况及编制依据范围

1.1.1项目概况

项目名称：

XXXXXXXX建材有限公司

锅炉烟气余热回收利用项目

项目法人：

XXXXXXX建材有限公司

法人代表：

XXXX

建设规模：

根据链条蒸汽式锅炉装置工艺情况，确定本工程的建设规模为一台新型中温中压余热锅炉，西门子S7—200控制器、现场变频器、动力控制单元、一次仪表和其他辅助设备，实现对锅炉燃烧系统的控制。

1.1.2编制内容

本可研报告主要对烟气余热回收利用项目建设的必要性、原始条件及可行性等几方面进行研究论证，并对余热回收利用项目内的各系统进行技术经济分析：

1、通过锅炉装置工艺中烟气余热综合利用项目的规模、建设条件、设备布置、工程实施以及对社会、环境的影响等方面的研究，评价项目实施的可行性。

2、本可研研究的范围包括项目规模的确定、项目建设情况、工艺方案、环境保护、生产组织和定员、项目实施进度、投资估算和经济评价等内容。

3、本项目投资范围为烟气余热回收利用范围内的主要生产工程的建设投资、项目附属生产和辅助设施的建设投资。

4、进行项目的投资估算和经济评价，分析该项目的经济性，对项目的风险因素进行风险分析，为项目的可行性决策提供依据。

1.1.3依据范围

本可研报告根据下列文件和资料进行编制：

1、2008年4月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》

2、国家发改委《产业结构调整指导目录（2007年本）》

3、2006年1月1日实施的《中华人民共和国可再生能源法》

4、建设单位提供的相关资料

1.2项目建设的必要性

1.2.1本项目是锅炉装置工艺的烟气余热回收利用工程

海科气分公司主要工艺装置有：

80万吨/年重油催化裂化装置和12000m3n/h制氢联合装置；10万吨/年气体分馏装置；集团在2007年投资建设80万吨/年催化裂化及配套装置，一方面可消化掉全部蜡油和部分渣油，提高全厂轻油收率，提高经济效益；另一方面，为下一步走炼化一体化之路奠定基础。

此80万吨/年催化裂化及配套装置同时产生Q=216000Nm3/h，t=/650～680℃的高温高压烟气，大量的高温烟气有很大的利用价值，目前企业有一台额定容量10t/h的余热锅炉，产生1.0Mpa的低压蒸汽6.8/h，由于容量小，只能吸收小部分烟气余热，烟气排烟温度达380℃，大量余热不能回收利用。

所以集团计划拆除现有的余热锅炉，新上一台5900kW的烟气轮机组和一台新型中温中压余热锅炉，充分回收烟气中的余热，使烟气排烟温度下降到150℃以下。

本项目拟针对80万t/a催化裂化装置中产生的高温烟气，进行技术改造。

1.2.2本项目的建成将会产生良好的经济效益

通过吸收烟气余热加热锅炉给水，降低排烟温度，提高锅炉热效率进行回收综合利用，既节约了煤的资源，又给企业带来良好的经济效益。

如果能将余热充分利用，便可直接降低20%左右的能源成本和5%以上的综合成本，全行业每年节约195万吨标准煤的能耗。

1.2.3本项目的实施，符合国家相关产业政策

1996年8月，国务院批转发布了国家经贸委、财政部和国家税务总局《关于进一步开展综合利用的意见》，将资源的综合利用开发作为国家可持续性发展的一步重要战略，并且明确了资源综合利用的内涵包括：

在矿产资源开采过程中对共生、伴生矿进行综合开发与合理利用；对生产过程中产生的废渣、废水、废气、余热、余压进行回收和合理利用；对社会生产和消费过程中产生的各种废旧物资进行回收和再生利用；在《中华人民共和国节约能源法》的合理使用与节约能源章节中也规定，国家鼓励余热余压利用等技术；符合国家《“十一五”十大重点节能工程实施意见》中规定的余热余压利用工程。

可见，本项目是实施余热综合利用发电工程，符合国家有关产业政策和法律规定，具有显著的社会效益。

综上所述，东营市海科气分有限责任公司80万吨t/a催化裂化装置烟气余热回收利用项目是一项节能、经济、社会效益均显著的项目。

它的建成实施对企业可持续发展及节约能源都具有十分重要的意义。

1.3建设规模

根据东营市海科气分有限责任公司80万吨t/a催化裂化装置工艺所产生的烟气余热情况，选取一台新型中温中压余热锅炉与一台5900kW烟气轮机组。

1.4主要技术原则

（1）本着催化裂化装置烟气余热全部综合利用的原则来确定机组的装机规模。

（2）设备布置在公司厂区内作到既能满足生产及安全有关规定的要求，又要紧凑，减少占地。

（3）主体工程与环保、安全和工业卫生同时考虑，尽量减少对环境的影响。

（4）公司现有装置能满足本工程需要的，不再重复建设。

（5）节约工程投资、降低工程造价、缩短建设周期，力求较好的经济效益。

第二章拟建项目情况和工艺方案

2.1工艺流程

原料油自装置外进入原料油罐，经原料油泵升压后，再经顶循环油-原料油换热器、原料油-循环油浆换热器加热至200℃左右进入提升管反应器，在此与~690℃的高温催化剂接触并迅速升温、汽化，发生催化裂化反应。

反应油气与待生催化剂在提升管出口处经粗旋迅速分离，再经单级旋风分离器进一步除去携带的催化剂细粉，最后离开沉降器，进入分馏塔。

待生催化剂经粗旋及沉降器单级旋风分离器料腿进入位于沉降器下部的汽提段，在此与蒸汽逆流接触以置换催化剂所携带的油气。

汽提后的催化剂沿待生立管下流进入再生器，在690℃左右的再生温度、富氧及CO助燃剂的条件下进行逆流完全再生。

烧焦过程中产生的过剩热量由外取热器取走。

再生后的催化剂通过再生斜管，进入提升管反应器底部，以干气作提升介质，完成催化剂加速、整流过程，然后与雾化原料接触。

本项目余热利用的烟气来自再生器。

本装置为重油催化裂化，主要以常压渣油为原料，原料油在分子筛催化剂表面发生裂解反应。

生成轻质油和焦炭，焦炭产率12%，所生成焦炭附着在催化剂表面。

覆盖了催化剂的活性中心，使催化剂失去了催化作用，必须用烧焦的方式将催化剂表面的焦炭烧掉才可以恢复催化剂的活性，循环使用，这一过程叫做催化剂再生过程。

催化剂的再生过程发生场所在再生器。

表面附着焦炭的催化剂叫待生催化剂，待生催化剂进入再生器后，在700℃高温下与主风接触燃烧，烧掉焦炭，使催化剂再生，再生器烧焦所需的主风由主风机提供，因主风机用电机带动，在此过程中产生大量高温烟气。

烟气温度：

680℃；烟气压力：

260kpa；流量：

3600Nm3/min，再生器产生的高温烟气经一级、二级细旋回收烟气中携带的催化剂后进入现有的10t/h余热锅炉产，1.0Mpa低压饱和蒸汽，蒸汽并入公司低压蒸汽管网供各装置用汽。

由于烟气余热回收利用的太少，排烟温度为350℃。

2.2余热回收

再生器烧焦产生的高温高压烟气，蕴含大量的热能与压力能，有很高的回收利用价值，根据国内炼化企业利用烟气的经验，本项目上两套烟气回收利用装置，一套是额定功率为5900kW的烟气轮机代替现有主风机的电动机，一套是额定蒸发量为75t/h的余热锅炉代替现有的10t/h余热锅炉。

2.2.1烟气轮机组系统

烟气轮机（简称烟机）是石油化工行业常用的余热余压利用设备之一，它利用催化裂化装置生产过程中产生的高温再生烟气余热驱动离心式或轴流式空气压缩机作功或给发电机提供动能。

本催化裂化装置现有的主风机组采用主风机+电动/发电机两机组配置。

主风机为离心式风机，型号MCL1004-7，设计流量1500m3n/min，设计出口压力0.4MPa（绝）。

电动机为鼠笼式异步电动机/发电机，型号YFKS900-4，功率6300kW。

根据催化裂化装置产生的烟气特点和主风机所需电动机的功率，本项目选取一套轴功率为5900kW的烟气轮机和原有电动机配套使用。

烟气轮机主要技术数据如下：

1）主要技术数据

a、介质组分（v%）

组分

N2

H2O

CO

CO2

SO2

O2

总计

v%

73.44

10.18

0.0

13.58

0.11

2.69

100

b、烟气中含催化剂浓度和粒度分布

催化剂浓度

≤0.2/m3n

粒度分布

重量：

%

〉10u

3~5

4~10u

5~17

2~2u

15~40

0~2u

40~80

2）主要的技术性能数据

型号：

YL6000D

介质：

催化再生烟气

进气温度：

660℃

进气压力：

0.21MPa（abs）

排气压力：

0.106MPa（abs）

进口流量：

1450m3n/min

轴功率：

5900kW

3）结构特点

YL－6000E烟气轮机为水平轴向进气，垂直向上排气，单级悬臂转结构，它主要由转子组件、进气机壳组件、过渡衬环、排气机壳组件、油承箱和轴承、底座及轴封系统等部分组成。

另外，为保证机组正常运行，还设有润滑、冷却、密封及检测等系统。

a、转子组件

转子由轮盘、动叶片和主轴等组成。

轮盘与主轴之间，以止口定位，并热装在轴端，以保证工作时良好地定心。

考虑到轮盘和拉杆在热工作时的热膨胀变形等因素后，具有足够预紧力的拉杆将轮盘与主轴联结固定，利用螺栓外面的衬套传扭。

轮盘为实心结构，轮缘开枞树形叶根槽，用以装入带枞树形叶根的动叶片、用锁片锁紧定位。

动叶片叶型为反动式，为防烟气中催化剂对叶片的冲蚀，在叶身上喷涂耐磨涂层。

主轴轴前段的外圆是密封段。

转子悬臂支承在两个径向轴承上，轴向定位由推力轴承实现。

为保证烟机可靠工作。

在出厂前对转子要做动平衡和超速试验。

进气机壳组件主要由进气机壳、进气锥、静叶组件及支座等组成，进气机壳、进气锥组焊在进气机壳内，静叶组件由整体固定镶套和静叶片构成一组合件，用螺栓紧固在进气锥尾部，静叶表面和静叶环内表面喷涂耐磨涂层。

在进气壳体上、设有可调式辅助挠性支撑。

b、过渡衬环

过渡衬环采用整体结构，过渡衬环的设计考虑到了使流道均匀变化。

环上设置了防冲蚀台阶，并在整个流道内表面喷涂耐磨涂层。

c、排气机壳

排气机壳为整体型。

它由进、出口法兰扩压器及壳体组成，整个机壳用进口法兰上的两个支耳及机体上的两个支耳支撑在底座上，在进口端法兰的两个支耳和底座的支承面之间设置横向导向键；在排气机壳的前端和后端设置纵、横导向键，以保证中心不变。

d、轴承箱及轴承

轴承箱由箱体和箱盖组成。

轴承箱内装有轴承和油填充及检测转速、轴振动、轴位移和相位探头，并接有轴承润滑油进、出口管线。

轴承部件由两个径向轴承和一个止推轴承组成，固定在轴承箱内。

径向轴承为四油叶滑动轴承。

e、轴封系统

轴密封系统由两段迷宫密封组成，蒸汽由靠近迷宫密封前端注入，使其沿着轮盘径向流动进入机壳，与烟机排出的烟气混合排出，汽封内的蒸汽压力与动叶后的烟气压力实行差压控制，密封空气有两路，其中一路由中间轴封注入，实行手动控制，轴封空气压力略高于蒸汽压力，以防止蒸汽由轴端泄出，轴封空气一部分流入抽气空腔，和少量蒸汽一起由抽气口排出机外；另一部分经迷宫密封泄入大气。

另一路为油封空气，防止轴承箱内的油进入烟机，一部分经迷宫密封泄入大气，另一部分进入轴承箱后排入大气。

f、轮盘蒸汽冷却系统

为降低轮盘和叶片的工作温度烟机轮盘设有蒸汽冷却。

冷却蒸汽沿轮盘表面作径向流动，冷却轮盘的前侧面后进入流道。

烟机的冷却系统通过温度调节系统来控制盘前温度维持现在规定的范围内。

g、润滑油系统

烟气轮机与压缩机、电动机及变速箱共用一个油站，润滑油经润滑油进油集合管后分别经进油支管进入前、后端径向轴承和推力轴承，润滑油经轴承箱和润滑油出口支管流入机组回油集合管。

润滑油进轴承时的压力：

前轴承控制在0.15～0.18MPa。

j、底座

支撑排气机壳的两个支座用水冷却，以保证该机组的中心标高不变。

k、就地仪表盘所设监测仪表有：

轮盘冷却蒸汽压力、烟机排气压力、密封蒸汽压力、密封蒸汽腔压力、密封空气入口压力、轴封蒸汽与烟气压差、油封空气入口压力

4）机组正常工况的功率平衡值

机组正常工况的功率平衡值（予计值）（注：

＋为发电，一为用电）

项目

夏季最热月平均

烟机输出功率，kW

+5900

主风机输入轴功率，kW

-6283

齿轮箱消耗功率，kW

-150

联轴器消耗功率，kW

-15

电动机输出功率，kW

+548

烟气轮机投运后，每年可为企业节电4720万kWh（年运行小时数按8000小时），折标煤16756吨。

2.2.2余热锅炉系统

1、余热锅炉简介

由于烟气轮机只能回收利用部分烟气的热量，现有的10t/h余热锅炉也不能满足要求，为了充分回收烟气余热，本工程拟新上一台中温中压余热锅炉。

余热锅炉由过热段、蒸发段及省煤段组成，并设置了给水预热器，设备型号：

Q12.5/500-10/80-450/3.82型，参数为中温中压。

在余热锅炉前下部布置有补燃室，补燃室由低温过热器组成。

补燃室出来的高温烟气与烟气轮机出来的烟气混合，依次流经高温过热器、折向烟道、蒸发段、省煤器，然后去烟囱。

蒸发段受热面以150倾角布置，以利于水循环。

省煤器蛇形管均匀水平布置，可以完全疏水。

2、余热锅炉技术参数

自产蒸汽量：

6.3t/h

喷入减温水量：

0.78t/h

过热蒸汽总量：

70t/h

省煤器总流量：

71.4t/h

锅炉给水温度：

95℃

省煤器供水温度：

200℃

烟气总阻力：

250H2Omm

3、产汽系统

自系统来的除盐水先在装置内换热，然后经除氧器除氧。

高压除氧水先进余热锅炉省煤器。

预热后的除氧水分别送至余热锅炉汽包、外取热器汽包、循环油浆蒸汽发生器汽包及分馏二中蒸汽发生器汽包。

外取热器和循环油浆蒸汽发生器产的中压饱和蒸汽和余热锅炉自产的中压饱和蒸汽一起在余热锅炉过热段过热，一部分供气压机的蒸汽轮机使用，其余部分送出装置。

余锅产生的中压过热蒸汽，采用两条管材为15CrMo管道送到各用汽点。

一路管径为DN350，用于驱动蒸汽轮机，作为气压机的动力系统，经气压机后，降为低压蒸汽1.0Mpa，并入低压蒸汽管网送至为各装置提供用汽；另一路管径为DN200，至反应系统，作为沉降器防结焦蒸汽和汽提蒸汽。

本部分所利用的余热热源情况如下：

再生器内余热：

Q=17445/25000kW（正常/最大）

再生烟气余热：

Q=17370kW

油浆余热：

Q=11735/12909kW（正常/最大）

二中段回流余热：

Q=1745/2000kW（正常/最大）

低温余热：

Q=14244kW

产汽系统是为回收再生器内余热及工艺物流中高温位余热而设置的，循环油浆、分馏二中及再生器内催化剂温位较高，组成一个中压产汽系统，产中压饱和蒸汽（255℃，4.22MPa）。

余热锅炉系统回收再生烟气的物理显热，产生中压饱和蒸汽，并过热产汽系统和余热锅炉系统所产生的所有饱和蒸汽至450℃，3.82Mpa。

设置一台余热锅炉回收再生烟气余热，其中烟气高温段过热中压饱和蒸汽，中温段产生中压饱和蒸汽，低温段预热装置及余热锅炉本体产汽用的除氧水。

并在余热锅炉内设置辐射过热段，通过补燃燃料气，保证将中压蒸汽过热到450℃，3.82MPa。

4、余热锅炉回收热量计算

1）低温段省煤器回收余热：

Q1=4.18×71.4×103×（260-95）=49244.580×103KJ/h

2）中温段产生中压饱和蒸汽回收余热：

Q2=6.3×103×（2799-1135）=10483.2×103KJ/h

3）高温段过热中压饱和蒸汽至3.82MPa，450℃回收余热：

Q3=70×103×（3333-2799）=37380×103KJ/h

4）新建余热锅炉总共回收利用的热量：

Q=Q1+Q2+Q3=49244.58×103+10483.2×103+37380×103=97107.79×103KJ/h

5）原有余热锅炉回收热量计算

原有一台容量为10t/h的余热锅炉，实际产1.0MPa的低压饱和蒸汽6.8t/h，其回收利用的烟气余热为：

Q4=6.8×103×（2776-397）=16177.2×103KJ/h。

6）本工程投产后多回收热量

△Q=97107.79×103-16177.2×103=80930.7×103KJ/h

折成产3.82MPa，350℃蒸汽29.9t/h。

折标煤3.76t/h，全年30071吨。

2.3烟气系统

2.3.1现有烟气系统

因主风机用电机带动，再生器产生的高温烟气经一级、二级细旋回收烟气中携带的催化剂后进入余热锅炉产1.0Mpa低压蒸汽，蒸汽并入公司低压蒸汽管网供各装置用汽。

2.3.2本工程投产后烟气系统

再生器产生的高温烟气经一级、二级细旋回收烟气中携带的催化剂后进入三级旋分器、四级旋分器进一步分离出烟气中携带的催化剂颗粒。

要求进烟汽轮机前烟气中催化剂含量≤0.2g/m3n。

从四旋出来的烟气一部分通过改造流程进入烟机，推动烟机叶轮做功，带动主风机供风，烟气经烟机后进入余锅；另一部分通过原流程经压控阀去余锅。

进入余锅的烟气温度650℃，经过过热段、蒸发段和省煤器，回收烟气所蕴藏的能量达到产生蒸汽和过热蒸汽的目的，除氧水在省煤器与烟气余热换热加热除氧水，将再生烟气温度降至150℃，排入大气。

改造前后烟气流程示意图如下：

烟气总的流程图见附图

节能技术改造前平面示意图（虚线方框内为改造部分）

节能技术改造后平面示意图（虚线方框内为改造部分）

2.4主厂房布置

烟气余热利用项目位于催化裂化装置厂区内，在厂区的东南边，占地面积约1500m2。

包括两台装置，一套是功率为5900kW的烟气轮机组，一套是额定蒸发量为75t/h的余热锅炉。

余热锅炉南北向露天布置，占地面积为29.3×25.25m2，余热锅炉西面布置两台锅炉给水泵和除氧器，东面为烟机厂房，厂房南北长24米，东西宽24米，高22米，运转层高6米，烟机和备机南北向并列布置在运转层上，零米布置两台润滑油站，一用一备。

设一台起重量为30/5的吊车，轨顶标高17.8米。

2.5电气部分

本项目的用电设备只有两台功率为220kW的锅炉给水泵，一用一备，用电取自现有电网，对集团公司的电力系统不会产生影响。

2.6供排水系统

本项目年耗除盐水64万吨，由集团现有除盐水站供给，生活用水接自厂区自来水管网。

排水主要是锅炉排污，锅炉排污率为2%，连续排污经过连排扩容器扩容后，蒸汽进除氧器加热给水，扩容后的热水进厂区热水管网循环使用。

定期排污进定期排污扩容器降温后排入厂区污水管网。

2.7工程主要设备

本工程所有设备均选为国产设备，清单如下：

序号

设备名称

单价

台数

总价

备注

1

烟气轮机

865

1

865

2

高效省煤器

215

2

430

3

三级旋分器

275

1

275

4

四级旋分器

55.

1

55.

5

催化剂储罐

46.

1

46.

6

临界喷嘴

108

1

108

7

水封罐

17.

1

17.

8

高温平板闸阀

50

1

50

9

高温蝶阀

43.

1

43.

10

单式万向铰链型膨胀节

12

3

36

11

复式万向铰链型膨胀节

19

1

19

12

烟机出口膨胀节

25

1

25

13

燃气脉冲吹灰器

12

1

12

14

锅炉上水泵

27

2

54

15

主风机主油泵

11.

1

11.

16

主风机辅油泵

10.

1

10.

17

除氧水换热器

42.

1

42.

18

减温减压器

28.

1

28.

19

配电柜

157

1

157

20

505仪表控制系统

167

1

167

21

余热锅炉

496

1

496

22

除氧器

68

1

68

2.8仪表控制系统

本项目的控制系统采用DCS集中控制系统，布置在现有的主控室内，不再另上控制室，即节约投资，又便于管理。

2.9土建部分

2.9.1厂址自然条件

建筑场地类别为III类，场地工程地质条件良好，各层地基土分布均匀，层位较为稳定，无不良工程地质现象。

2.9.2主厂房建筑结构

主厂房以柱距6.0m为模数布置，跨度24.0m，长度24m。

烟机房内设32/5t电动桥式起重机1台，吊车轨顶标高17.8m，屋架下弦22m。

运转层标高6m，采用大平台布置形式，检修场地设在烟机房南端。

在±0.000m分设两个能进出车辆的大门，以便设备安装和检修。

设电动排汽天窗，加强采光和通风效果。

机房柱基础采用钢筋混凝土独立基础。

厂房上部结构采用现浇钢筋混凝土框排架结构。

屋面围护结构为梯形钢屋架和预应力大型屋面板。

2.9.3抗震措施

本工程的建（构）筑物结构设计按7度抗震设防。

建（构）物结构均按7度进行抗震验算，另外根据抗震规范对填充墙、女儿墙等采用构造柱、圈梁、拉结筋等构造措施进行加强加固。

第三章环境保护

3.1环境影响评价执行标准

1、《石油化工企业环境保护设计规范》SHJ3024-95

2、《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）

3、《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

4、《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-1990）

5、《空气环境质量标准》（GB3095-1996）

3.2废气产生及防治措施

本项目是余热回收项目，没有增加新的废气产生源，不会对周边大气环境产生有害影响。

3.3废水产生、治理及排放

本工程内部各单元产生的废水主要为生活污水、锅炉排污等，排放的水质不含有害物质。

锅炉排污水一部分进入厂区热水管网，一部分进入集团现有污水排放系统。

表3-1拟建工程废水产生情况一览表

序号

废水种类

产生量（m3/h）

主要污染物

处置途径

1

主厂房排水

1

清净下水

进厂区污水管网

2

锅炉排污

1

温度较高pH>7、属清洁废水

进热水管网

3

锅炉排污

0.4

pH>9、属清洁废水

进厂区污水管网

3.4噪声防治

本项目的噪声污染源主要来自烟气轮机机组、给水泵和消音器等设备。

主要设备噪声表

序号

设备名称

噪声级db（A）

1

烟气轮机机组

90-93

2

给水泵

89-92

3

锅炉排汽

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噪声防治措施主要有以下几点：

1、从治理噪声源入手，在设备订货时要求厂家制造设备的噪声不超过设计值，并在一些必要的设备上加装消音器、隔音装置。

2、在设备、管道设计中，应注意防振、防冲击，以减轻噪声。

应注意改善气体输送时流场状况，以减少气体动力噪声。

3、在厂房建筑设计中，应尽量使主要工作和休息场所远离强声源，并设置必要的值班室，对工作人员进行噪声隔离。

4、在厂区总体布置中统筹规划、合理布局、注重噪声间距。

在厂区、厂前区及厂界内外广泛建立绿化带，可进一步减轻噪声对周围环境的影响。

3.5施工期间污染分析及环保措施

施工期间，由于使用大量的机械设备、器具和运输工具，将对周围环境产生一定的污染，主要有空气污染和噪声污染。

空气污染主要为挖土机、推土机等机械作业产生的扬尘，以及汽车运输产生的扬尘。

噪声主要来源于挖土机、推土机、打桩机、搅拌机等工程机械作业时产生的噪声。

施工期间主要是扬尘和噪声污染。

施工过程中注意施工组织，正确使用施