發(fā)電廠雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔的噪聲治理
摘要:本文以杭州華電半山發(fā)電有限公司3X390MW燃?xì)鈾C(jī)組配套的兩臺(tái)大型雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔噪聲治理為例，通過(guò)采用隔吸聲屏障對(duì)冷卻塔進(jìn)行降噪處理，解決了大型雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔噪聲超標(biāo)的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:冷卻塔;隔吸聲屏障;噪聲治理
 華電半山發(fā)電公司3X390MW機(jī)組冷卻塔隔吸聲屏障 |
隨著城市規(guī)模的急劇膨脹和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市環(huán)境噪聲已經(jīng)成為城市主要的環(huán)境污染因素之一，F(xiàn)代城市主要的噪聲污染源包括交通噪聲、工業(yè)噪聲、建筑施工噪聲和社會(huì)生活噪聲等，從影響程度和對(duì)居民與工廠工人的危害方面考慮，工業(yè)噪聲對(duì)人類的影響更為嚴(yán)重。
2005年杭州華電半山發(fā)電有限公司因廠區(qū)噪聲嚴(yán)重?cái)_民而被國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局強(qiáng)迫停機(jī)整頓。為此華電半山發(fā)電有限公司委托有關(guān)單位對(duì)該公司廠區(qū)進(jìn)行了噪聲綜合治理。本文對(duì)華電半山發(fā)電有限公司3×390MW燃?xì)鈾C(jī)組配套的2臺(tái)冷卻塔的噪聲治理情況予以介紹。
1 雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔的原理
發(fā)電廠的大型冷卻塔一般都是自然通風(fēng)逆流式冷卻塔，這種冷卻塔的設(shè)計(jì)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(jìn)風(fēng)口，用人字型柱、方柱或T型柱交叉支撐，是發(fā)電廠閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。
發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器的出水經(jīng)過(guò)循環(huán)水泵輸送至冷卻塔的中央豎井，再經(jīng)過(guò)配水系統(tǒng)和噴濺裝置均勻分配到填料層，通過(guò)填料層后的水流大多變成了均勻分布的連續(xù)的滴狀，最后落入集水池并排出。與此同時(shí)，外界的冷空氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入冷卻塔，冷空氣在冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口和出口之間的壓差、內(nèi)外溫差以及冷卻塔因特有的形狀而產(chǎn)生的壓差三者的抽力作用下，在上升過(guò)程中與下落的水滴直接進(jìn)行熱和質(zhì)的交換，熱水的一部分熱能被冷空氣帶走，同時(shí)一部分熱水蒸發(fā)成蒸汽而隨空氣一同排出，熱交換和質(zhì)交換的最終結(jié)果是熱水的溫度下降，經(jīng)過(guò)循環(huán)再次進(jìn)入凝汽器。雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔工作原理見(jiàn)圖1。
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2 冷卻塔淋水噪聲產(chǎn)生機(jī)理及特性
自然通風(fēng)冷卻塔的噪聲主要是下落的水流沖擊水面產(chǎn)生的淋水噪聲（即水落到集水池時(shí)產(chǎn)生的聲音），噪聲通過(guò)冷卻塔下部的進(jìn)風(fēng)口傳出。整個(gè)過(guò)程是高處的冷卻水在重力的作用下將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，當(dāng)下落到與集水池里的水撞擊時(shí)，其中一部分動(dòng)能便轉(zhuǎn)化為聲能進(jìn)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(nèi)的通風(fēng)速度有關(guān)，因?yàn)橄蛏系臍饬鲿?huì)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(guān)，水池水越深，水落聲的低頻成分越強(qiáng)，噪聲傳得越遠(yuǎn)。
杭州華電半山發(fā)電有限公司的2臺(tái)雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，高度均為80m，淋水面積為5500m2，進(jìn)風(fēng)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(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)研，對(duì)聲源近場(chǎng)、廠界和敏感點(diǎn)分別進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試。測(cè)試儀器型號(hào)為BSWA801噪聲與振動(dòng)分析儀，精度等級(jí)為I級(jí)，在鑒定合格使用有效期內(nèi)；氣象條件為無(wú)雨、無(wú)雪，風(fēng)速不大于5.5m/s。
（1）根據(jù)實(shí)測(cè)，華電半山發(fā)電有限公司2#冷卻塔近場(chǎng)噪聲主要集中在中高頻成分（見(jiàn)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(yè)企業(yè)廠界噪聲測(cè)量方法》（GB12349-90）和《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測(cè)量方法》（GB/T14623-1993）中的要求分別對(duì)廠界和居民住宅處（敏感點(diǎn)）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
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從表2可以看出，廠界噪聲最大超標(biāo)晝間達(dá)8.6dB（A）、夜間達(dá)13.6dB（A）；居民住宅處（敏感點(diǎn)）噪聲最大超標(biāo)晝間達(dá)8.4dB（A）、夜間達(dá)10.4dB（A）實(shí)測(cè)噪聲明顯高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
3 治理方案
根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-1990）和《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-1993）以及杭州市的規(guī)定，該地區(qū)屬于Ш類區(qū)域，據(jù)此擬定此次噪聲治理的目標(biāo)為GB3096-1993中Ш類標(biāo)準(zhǔn)要求，即廠界和居民住宅處（敏感點(diǎn)）噪聲值晝間不高于65dB（A）、夜間不高于55dB（A）。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及治理要求，最終確定在1#、2#冷卻塔正對(duì)北廠界和西廠界及1#塔西南側(cè)設(shè)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射、透射和繞射現(xiàn)象。一部分聲波會(huì)越過(guò)聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)；一部分會(huì)穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn)，一部分會(huì)在聲屏障壁面產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)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(dá)聲波的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當(dāng)聲波撞擊到聲屏障的壁面上時(shí)，會(huì)在聲屏障邊緣產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，并在聲屏障背后形成“聲影區(qū)”（此次治理期待的聲屏障的減噪效果就發(fā)生在“聲影區(qū)”的范圍內(nèi)）。與光影區(qū)相比較，由于聲波波長(zhǎng)比光波波長(zhǎng)大的多，因此，這種“聲影區(qū)”的邊界并不明顯。經(jīng)過(guò)聲屏障邊緣之外，聲源發(fā)出來(lái)的聲波可以直接到達(dá)的范圍，叫做“亮區(qū)”。從亮區(qū)到“聲影區(qū)”之間還有一小段“過(guò)渡區(qū)”。位于“聲影區(qū)”內(nèi)的噪聲級(jí)低于未設(shè)置聲屏障時(shí)的噪聲級(jí)，這就是聲屏障降噪的基本原理。
根據(jù)聲屏障插入損失的經(jīng)典經(jīng)驗(yàn)公式可知，聲屏障的繞射損失完全取決于菲涅爾指數(shù)，即取決于聲源和受聲點(diǎn)之間的聲程差，聲程差越大，聲波波長(zhǎng)越。l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(duì)聲波的折射以及聲屏障本身的隔聲量影響，聲屏障有一個(gè)最佳高度，超過(guò)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(jīng)濟(jì)性變差。
從氣象資料了解到到杭州地區(qū)的基本風(fēng)壓是450Pa，如隔吸聲屏障過(guò)高，會(huì)存在一定的安全隱患，同時(shí)施工難度加大，最終確定在1#、2#冷卻塔正對(duì)北廠界和西廠界及1#塔西南側(cè)設(shè)置隔吸聲屏障，屏障位置在水塔水池邊外20m處，屏障高10m，長(zhǎng)410m。
該方案既滿足了聲學(xué)的降噪要求，同時(shí)也達(dá)到了《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50102-2003）中的有關(guān)規(guī)定。
5 治理效果
華電半山發(fā)電有限公司廠區(qū)噪聲綜合治理完畢后，浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站對(duì)此進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通過(guò)了環(huán)保驗(yàn)收。施工單位在冷卻塔周圍廠界和居民住宅處（敏感點(diǎn)）的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。
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因夜間噪聲標(biāo)準(zhǔn)比晝間要低10dB（A），夜間噪聲如達(dá)標(biāo)，去掉背景噪聲的影響，晝間應(yīng)該是達(dá)標(biāo)的，故只進(jìn)行了夜間的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，廠界和居民住宅處（敏感點(diǎn)）的噪聲值均達(dá)到GB3096-1993中III類標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，業(yè)主和居民都十分滿意。
6 結(jié)語(yǔ)
冷卻塔噪聲治理工程完工后，運(yùn)行至今，循環(huán)水各項(xiàng)指標(biāo)正常，噪聲治理的各項(xiàng)措施對(duì)冷卻塔的功能基本沒(méi)有影響。2007年1月，治理單位進(jìn)行了市場(chǎng)跟蹤調(diào)查，用戶表示滿意。此次的噪聲治理實(shí)踐表明，在發(fā)電廠大型雙曲線冷卻塔周圍的適當(dāng)位置加設(shè)合理高度和長(zhǎng)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(xiàn)：
[1] 馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
[2] 劉霽帆，等.隔振設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.
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