发电厂双曲线自然通风冷却塔的噪声治理

降噪减振技术:随着城市规模的急剧膨胀和城市建设的不断发展,城市环境噪声已经成为城市主要的环境污染因素之一。现代城市主要的噪声污染源包括交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声等,从影响程度和对居民与工厂工人的危害方面考虑,工业噪声对人类的影响更为严重。
 
2005年杭州华电半山发电有限公司因厂区噪声严重扰民而被国家环境保护总局强迫停机整顿。为此华电半山发电有限公司委托有关单位对该公司厂区进行了噪声综合治理。本文对华电半山发电有限公司3×390MW燃气机组配套的2台冷却塔的噪声治理情况予以介绍。
1 双曲线自然通风冷却塔的原理
发电厂的大型冷却塔一般都是自然通风逆流式冷却塔,这种冷却塔的设计通常采用双曲线型,塔体由钢筋混凝土浇制而成,塔筒底部为进风口,用人字型柱、方柱或T型柱交叉支撑,是发电厂闭式循环冷却水系统的关键设备之一。
发电厂汽轮发电机组凝汽器的出水经过循环水泵输送至冷却塔的中央竖井,再经过配水系统和喷溅装置均匀分配到填料层,通过填料层后的水流大多变成了均匀分布的连续的滴状,最后落入集水池并排出。与此同时,外界的冷空气由进风口进入冷却塔,冷空气在冷却塔的进风口和出口之间的压差、内外温差以及冷却塔因特有的形状而产生的压差三者的抽力作用下,在上升过程中与下落的水滴直接进行热和质的交换,热水的一部分热能被冷空气带走,同时一部分热水蒸发成蒸汽而随空气一同排出,热交换和质交换的最终结果是热水的温度下降,经过循环再次进入凝汽器。双曲线自然通风冷却塔工作原理见图1。
2 冷却塔淋水噪声产生机理及特性
自然通风冷却塔的噪声主要是下落的水流冲击水面产生的淋水噪声(即水落到集水池时产生的声音),噪声通过冷却塔下部的进风口传出。整个过程是高处的冷却水在重力的作用下将势能转化为动能,当下落到与集水池里的水撞击时,其中一部分动能便转化为声能进行传播。声能的大小与淋水密度、水的降落高度成正比,也与塔内的通风速度有关,因为向上的气流会减小水滴的降落速度。冷却塔水落声的频谱特性与冷却塔集水池的水深有关,水池水越深,水落声的低频成分越强,噪声传得越远。
杭州华电半山发电有限公司的2台双曲线自然通风冷却塔,高度均为80m,淋水面积为5500m2,进风口高度为7m。1#冷却塔距西厂界30m,距附近居民住宅约80m,1#、2#冷却塔距北厂界40m。
技术人员对现场进行了调研,对声源近场、厂界和敏感点分别进行了详细的测试。测试仪器型号为BSWA801噪声与振动分析仪,精度等级为I级,在鉴定合格使用有效期内;气象条件为无雨、无雪,风速不大于5.5m/s。
(1)根据实测,华电半山发电有限公司2#冷却塔近场噪声主要集中在中高频成分(见表1),但随着传播距离的增大,其低频成分亦不能忽略。
(2)按照《工业企业厂界噪声测量方法》(GB12349-90)和《城市区域环境噪声测量方法》(GB/T14623-1993)中的要求分别对厂界和居民住宅处(敏感点)进行测试,测点布置见图2,测试数据见表2。

从表2可以看出,厂界噪声最大超标昼间达8.6dB(A)、夜间达13.6dB(A);居民住宅处(敏感点)噪声最大超标昼间达8.4dB(A)、夜间达10.4dB(A)实测噪声明显高于现行国家标准要求。
3 治理方案
根据《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-1990)和《城市区域环境噪声标准》(GB3096-1993)以及杭州市的规定,该地区属于Ш类区域,据此拟定此次噪声治理的目标为GB3096-1993中Ш类标准要求,即厂界和居民住宅处(敏感点)噪声值昼间不高于65dB(A)、夜间不高于55dB(A)。
根据现场实际情况及治理要求,最终确定在1#、2#冷却塔正对北厂界和西厂界及1#塔西南侧设置隔吸声屏障。
4 声屏障的降噪原理和特性
空气中传播的声波在遇到声屏障时,会产生反射、透射和绕射现象。一部分声波会越过声屏障顶端绕射到达受声点;一部分会穿透声屏障到达受声点,一部分会在声屏障壁面产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿着三条道路传播的声能分配。声屏障的作用就是阻挡直达声波的传播,隔离透射声,并使绕射声有足够的衰减。当声波撞击到声屏障的壁面上时,会在声屏障边缘产生绕射现象,并在声屏障背后形成“声影区”(此次治理期待的声屏障的减噪效果就发生在“声影区”的范围内)。与光影区相比较,由于声波波长比光波波长大的多,因此,这种“声影区”的边界并不明显。经过声屏障边缘之外,声源发出来的声波可以直接到达的范围,叫做“亮区”。从亮区到“声影区”之间还有一小段“过渡区”。位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级,这就是声屏障降噪的基本原理。
根据声屏障插入损失的经典经验公式可知,声屏障的绕射损失完全取决于菲涅尔指数,即取决于声源和受声点之间的声程差,声程差越大,声波波长越小(频率越高),则声屏障的绕射损失越大,也就是声屏障的效果越好。但由于受到声屏障端部和顶部的衍射、空气对声波的折射以及声屏障本身的隔声量影响,声屏障有一个最佳高度,超过这一高度后的声屏障的效果随高度的增加非常有限,而且经济性变差。
从气象资料了解到到杭州地区的基本风压是450Pa,如隔吸声屏障过高,会存在一定的安全隐患,同时施工难度加大,最终确定在1#、2#冷却塔正对北厂界和西厂界及1#塔西南侧设置隔吸声屏障,屏障位置在水塔水池边外20m处,屏障高10m,长410m。
该方案既满足了声学的降噪要求,同时也达到了《工业循环水冷却设计规范》(GB/T50102-2003)中的有关规定。
5 治理效果
华电半山发电有限公司厂区噪声综合治理完毕后,浙江省环境监测中心站对此进行了现场测试,通过了环保验收。施工单位在冷却塔周围厂界和居民住宅处(敏感点)的测试结果见表3。
因夜间噪声标准比昼间要低10dB(A),夜间噪声如达标,去掉背景噪声的影响,昼间应该是达标的,故只进行了夜间的测试。测试结果表明,厂界和居民住宅处(敏感点)的噪声值均达到GB3096-1993中III类标准的规定,业主和居民都十分满意。
6 结语
冷却塔噪声治理工程完工后,运行至今,循环水各项指标正常,噪声治理的各项措施对冷却塔的功能基本没有影响。2007年1月,治理单位进行了市场跟踪调查,用户表示满意。此次的噪声治理实践表明,在发电厂大型双曲线冷却塔周围的适当位置加设合理高度和长度的隔吸声屏障,是降低冷却塔噪声的有效措施之一。


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