發電廠雙曲線自然通風冷卻塔的噪聲治理
摘要:本文以杭州華電半山發電有限公司3X390MW燃氣機組配套的兩臺大型雙曲線自然通風冷卻塔噪聲治理為例，通過采用隔吸聲屏障對冷卻塔進行降噪處理，解決了大型雙曲線自然通風冷卻塔噪聲超標的問題。
關鍵詞:冷卻塔;隔吸聲屏障;噪聲治理
 華電半山發電公司3X390MW機組冷卻塔隔吸聲屏障 |
隨著城市規模的急劇膨脹和城市建設的不斷發展，城市環境噪聲已經成為城市主要的環境污染因素之一。現代城市主要的噪聲污染源包括交通噪聲、工業噪聲、建筑施工噪聲和社會生活噪聲等，從影響程度和對居民與工廠工人的危害方面考慮，工業噪聲對人類的影響更為嚴重。
2005年杭州華電半山發電有限公司因廠區噪聲嚴重擾民而被國家環境保護總局強迫停機整頓。為此華電半山發電有限公司委托有關單位對該公司廠區進行了噪聲綜合治理。本文對華電半山發電有限公司3×390MW燃氣機組配套的2臺冷卻塔的噪聲治理情況予以介紹。
1 雙曲線自然通風冷卻塔的原理
發電廠的大型冷卻塔一般都是自然通風逆流式冷卻塔，這種冷卻塔的設計通常采用雙曲線型，塔體由鋼筋混凝土澆制而成，塔筒底部為進風口，用人字型柱、方柱或T型柱交叉支撐，是發電廠閉式循環冷卻水系統的關鍵設備之一。
發電廠汽輪發電機組凝汽器的出水經過循環水泵輸送至冷卻塔的中央豎井，再經過配水系統和噴濺裝置均勻分配到填料層，通過填料層后的水流大多變成了均勻分布的連續的滴狀，最后落入集水池并排出。與此同時，外界的冷空氣由進風口進入冷卻塔，冷空氣在冷卻塔的進風口和出口之間的壓差、內外溫差以及冷卻塔因特有的形狀而產生的壓差三者的抽力作用下，在上升過程中與下落的水滴直接進行熱和質的交換，熱水的一部分熱能被冷空氣帶走，同時一部分熱水蒸發成蒸汽而隨空氣一同排出，熱交換和質交換的最終結果是熱水的溫度下降，經過循環再次進入凝汽器。雙曲線自然通風冷卻塔工作原理見圖1。
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2 冷卻塔淋水噪聲產生機理及特性
自然通風冷卻塔的噪聲主要是下落的水流沖擊水面產生的淋水噪聲（即水落到集水池時產生的聲音），噪聲通過冷卻塔下部的進風口傳出。整個過程是高處的冷卻水在重力的作用下將勢能轉化為動能，當下落到與集水池里的水撞擊時，其中一部分動能便轉化為聲能進行傳播。聲能的大小與淋水密度、水的降落高度成正比，也與塔內的通風速度有關，因為向上的氣流會減小水滴的降落速度。冷卻塔水落聲的頻譜特性與冷卻塔集水池的水深有關，水池水越深，水落聲的低頻成分越強，噪聲傳得越遠。
杭州華電半山發電有限公司的2臺雙曲線自然通風冷卻塔，高度均為80m，淋水面積為5500m2，進風口高度為7m。1#冷卻塔距西廠界30m，距附近居民住宅約80m，1#、2#冷卻塔距北廠界40m。
技術人員對現場進行了調研，對聲源近場、廠界和敏感點分別進行了詳細的測試。測試儀器型號為BSWA801噪聲與振動分析儀，精度等級為I級，在鑒定合格使用有效期內；氣象條件為無雨、無雪，風速不大于5.5m/s。
（1）根據實測，華電半山發電有限公司2#冷卻塔近場噪聲主要集中在中高頻成分（見表1），但隨著傳播距離的增大，其低頻成分亦不能忽略。
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（2）按照《工業企業廠界噪聲測量方法》（GB12349-90）和《城市區域環境噪聲測量方法》（GB/T14623-1993）中的要求分別對廠界和居民住宅處（敏感點）進行測試，測點布置見圖2，測試數據見表2。
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從表2可以看出，廠界噪聲最大超標晝間達8.6dB（A）、夜間達13.6dB（A）；居民住宅處（敏感點）噪聲最大超標晝間達8.4dB（A）、夜間達10.4dB（A）實測噪聲明顯高于現行國家標準要求。
3 治理方案
根據《工業企業廠界噪聲標準》（GB12348-1990）和《城市區域環境噪聲標準》（GB3096-1993）以及杭州市的規定，該地區屬于Ш類區域，據此擬定此次噪聲治理的目標為GB3096-1993中Ш類標準要求，即廠界和居民住宅處（敏感點）噪聲值晝間不高于65dB（A）、夜間不高于55dB（A）。
根據現場實際情況及治理要求，最終確定在1#、2#冷卻塔正對北廠界和西廠界及1#塔西南側設置隔吸聲屏障。
4 聲屏障的降噪原理和特性
空氣中傳播的聲波在遇到聲屏障時，會產生反射、透射和繞射現象。一部分聲波會越過聲屏障頂端繞射到達受聲點；一部分會穿透聲屏障到達受聲點，一部分會在聲屏障壁面產生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發出的聲波沿著三條道路傳播的聲能分配。聲屏障的作用就是阻擋直達聲波的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產生繞射現象，并在聲屏障背后形成“聲影區”（此次治理期待的聲屏障的減噪效果就發生在“聲影區”的范圍內）。與光影區相比較，由于聲波波長比光波波長大的多，因此，這種“聲影區”的邊界并不明顯。經過聲屏障邊緣之外，聲源發出來的聲波可以直接到達的范圍，叫做“亮區”。從亮區到“聲影區”之間還有一小段“過渡區”。位于“聲影區”內的噪聲級低于未設置聲屏障時的噪聲級，這就是聲屏障降噪的基本原理。
根據聲屏障插入損失的經典經驗公式可知，聲屏障的繞射損失完全取決于菲涅爾指數，即取決于聲源和受聲點之間的聲程差，聲程差越大，聲波波長越小（頻率越高），則聲屏障的繞射損失越大，也就是聲屏障的效果越好。但由于受到聲屏障端部和頂部的衍射、空氣對聲波的折射以及聲屏障本身的隔聲量影響，聲屏障有一個最佳高度，超過這一高度后的聲屏障的效果隨高度的增加非常有限，而且經濟性變差。
從氣象資料了解到到杭州地區的基本風壓是450Pa，如隔吸聲屏障過高，會存在一定的安全隱患，同時施工難度加大，最終確定在1#、2#冷卻塔正對北廠界和西廠界及1#塔西南側設置隔吸聲屏障，屏障位置在水塔水池邊外20m處，屏障高10m，長410m。
該方案既滿足了聲學的降噪要求，同時也達到了《工業循環水冷卻設計規范》（GB/T50102-2003）中的有關規定。
5 治理效果
華電半山發電有限公司廠區噪聲綜合治理完畢后，浙江省環境監測中心站對此進行了現場測試，通過了環保驗收。施工單位在冷卻塔周圍廠界和居民住宅處（敏感點）的測試結果見表3。
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因夜間噪聲標準比晝間要低10dB（A），夜間噪聲如達標，去掉背景噪聲的影響，晝間應該是達標的，故只進行了夜間的測試。測試結果表明，廠界和居民住宅處（敏感點）的噪聲值均達到GB3096-1993中III類標準的規定，業主和居民都十分滿意。
6 結語
冷卻塔噪聲治理工程完工后，運行至今，循環水各項指標正常，噪聲治理的各項措施對冷卻塔的功能基本沒有影響。2007年1月，治理單位進行了市場跟蹤調查，用戶表示滿意。此次的噪聲治理實踐表明，在發電廠大型雙曲線冷卻塔周圍的適當位置加設合理高度和長度的隔吸聲屏障，是降低冷卻塔噪聲的有效措施之一。
參考文獻：
[1] 馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.
[2] 劉霽帆，等.隔振設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1986.
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