燃機(jī)電廠機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群噪聲治理方案研究

曾少雁，呂小蘭，呂春玲，羅海中

（中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510663）

南方地區(qū)特別是廣東省內(nèi)由于夏季長且氣候炎熱，除部分供熱機(jī)組和小型燃?xì)鈾C(jī)組外，9F及以上等級燃?xì)鈾C(jī)組的冷卻塔數(shù)量較多，需采用冷卻塔群的方式布置，一般采用雙排式布置。本文以東莞某燃機(jī)電廠一期冷卻塔群為例，探索冷卻塔群噪聲治理的方法，供同類型工程參考。

本文采用德國Braunstein Bemdt Gmb H公司開發(fā)的專業(yè)模擬分析軟件SoundPLAN進(jìn)行模擬預(yù)測和分析。該軟件是德國Braunstein Bemdt Gmb H公司于1986研發(fā)，軟件已經(jīng)擁有三十年的應(yīng)用歷史，全球擁有3 800多用戶，是國際噪聲預(yù)測軟件領(lǐng)域使用最廣泛的軟件［1］。

1 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群結(jié)構(gòu)組成

冷卻塔是燃機(jī)電廠冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，是維持汽輪機(jī)出口背壓，并使熱力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)朗肯循環(huán)，直接影響著機(jī)組和電廠的熱經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性［2］。燃機(jī)電廠常用的機(jī)械通風(fēng)冷卻塔是雙面進(jìn)風(fēng)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，冷卻水經(jīng)配水管送入配水系統(tǒng)，依次通過配水區(qū)、填料區(qū)和雨區(qū)與空氣進(jìn)行換熱，經(jīng)過雨區(qū)后落入塔底的集水池中完成換熱過程。塔頂出風(fēng)口處設(shè)置了風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

圖1 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structuraldiagram of the mechanical ventilation cooling tower

2 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群噪聲特點(diǎn)

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群噪聲由以下幾部分組成：

1）頂部軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲，主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成，分為進(jìn)風(fēng)噪聲和排風(fēng)噪聲兩部分，其中排風(fēng)噪聲通過頂部風(fēng)口直接向外傳播，進(jìn)風(fēng)噪聲則透過填料層向下傳播，并最終通過進(jìn)風(fēng)口向外傳播；在風(fēng)機(jī)風(fēng)筒出風(fēng)口45°方向1 m處的噪聲水平為85～88 dB（A）。

2）淋水噪聲：此部分噪聲由水的勢能撞擊冷卻塔中的填料和集水池產(chǎn)生，在進(jìn)風(fēng)口外1 m處的噪聲水平為88～90 dB（A）［2-5］。

3）電機(jī)、傳動(dòng)部件及減速箱等產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。

4）由風(fēng)機(jī)、電機(jī)及減速機(jī)引起冷卻塔塔壁及頂部平臺振動(dòng)，產(chǎn)生固體傳聲噪聲。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群噪聲分為進(jìn)風(fēng)口噪聲和排風(fēng)口噪聲兩部分，其中進(jìn)風(fēng)口噪聲以淋水噪聲為主，屬于中高頻噪聲；排風(fēng)口噪聲為大型軸流風(fēng)機(jī)噪聲，主要是由于冷卻塔巨大的葉片所產(chǎn)生，低頻噪聲成份較為嚴(yán)重，且由于其位于高處，因此傳播距離遠(yuǎn)。在冷卻塔排風(fēng)口風(fēng)機(jī)噪聲和進(jìn)風(fēng)口淋水噪聲由于聲源體積大、噪聲源強(qiáng)大，是燃機(jī)電廠噪聲治理的重中之重。

3 模型建立

東莞某燃機(jī)電廠一期兩套M701F4燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)工程共設(shè)置了10座機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，每5座一組，兩組平行放置，進(jìn)風(fēng)形式為雙側(cè)進(jìn)風(fēng)。冷卻塔群布置于一期廠區(qū)東北側(cè)，最東側(cè)距離東廠界19 m，東廠界采用2 m高磚圍墻。冷卻塔群緊靠東側(cè)廠界，其噪聲對東側(cè)廠界影響最大，因而在建立模型及模擬范圍時(shí)，僅對該區(qū)域進(jìn)行建模和模擬分析，冷卻塔群進(jìn)風(fēng)口按85 dB（A）的體源，排風(fēng)口按85 dB（A）的面源進(jìn)行設(shè)定，并在廠內(nèi)和廠外各設(shè)置了3個(gè)高度為1.5 m的接收點(diǎn)，建立的模型見圖2。

圖2 冷卻塔群模擬模型Fig.2 Simulation modelof cooling tower groups

不采取任何降噪措施的情況下，東莞某燃機(jī)電廠一期雙排冷卻塔群模擬結(jié)果如圖3所示。以下模擬結(jié)果均只考慮了冷卻塔群噪聲源的噪聲貢獻(xiàn)值，未考慮背景噪聲及周邊環(huán)境的現(xiàn)狀影響。

圖3 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群噪聲模擬效果圖Fig.3 Noise simulation effect diagram of mechanical ventilation cooling tower groups

各接收點(diǎn)噪聲值如表1所示。

表1 廠內(nèi)及廠界各接收點(diǎn)模擬噪聲值（未采取措施）Tab.1 Simulated noise value of receiving points in the plant and at the plant boundary（without noise control）

可見，兩組冷卻塔噪聲的疊加使得冷卻塔群部分區(qū)域噪聲強(qiáng)度加大，噪聲影響的范圍擴(kuò)大，相比單排冷卻塔的治理難度更高。

4 常用的噪聲治理設(shè)施

針對冷卻塔群進(jìn)、排風(fēng)噪聲，常用的噪聲治理設(shè)施主要有消聲器和隔聲屏障。

4.1 消聲器

消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過的一種設(shè)備，如果消聲器僅能滿足消聲要求，而不能滿足設(shè)備工藝要求，該消聲器的設(shè)計(jì)是失敗的。

工程上最常用的消聲器類型為阻性片式消聲器，它具有性能穩(wěn)定、設(shè)計(jì)計(jì)算可靠、綜合性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。片式消聲器沿氣流方向消聲導(dǎo)流片長度為1～3 m，單片厚度為100 mm、150 mm以及200 mm，冷卻塔用片式消聲器實(shí)質(zhì)上是按照一定間距敷設(shè)于冷卻塔周圍的消聲導(dǎo)流片［6-7］。

陣列式消聲器是在片式消聲器基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型消聲器，在原理上兩者都屬于典型的阻性消聲器。陣列式消聲器由消聲柱及固定框架結(jié)構(gòu)組成。消聲柱由入口導(dǎo)流端、中間吸聲段及出口導(dǎo)流端組成［8-9］，消聲單元尺寸通常為200×200 mm至300×300 mm，消聲單元兩端設(shè)有圓弧形導(dǎo)流罩，消聲單元由鋁合金穿孔板+離心玻璃棉組成。

阻性消聲器的消聲量與消聲器的濕周周長P成正比，與消聲器截面的同流面積S成反比。在任意尺寸條件下，如果要保持相同的流通比，陣列式結(jié)構(gòu)的消聲體的單元厚度恒大于片式結(jié)構(gòu)的消聲片，通道寬度恒小于片式結(jié)構(gòu)的片間距，因此，采用陣列式結(jié)構(gòu)，消聲的頻率范圍比片式結(jié)構(gòu)更寬，低頻更低，高頻更高；只要流通比不大于75%，其吸聲周長恒大于片式結(jié)構(gòu)，因此，在任何頻率，其消聲量都大于片式結(jié)構(gòu)，價(jià)格也略高于片式消聲器。

4.2 隔聲屏障

聲屏障的作用是阻擋直達(dá)聲的傳播，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)，會在聲屏障邊緣產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，而在屏障背后形成“聲影區(qū)”。

工程上常用的隔聲屏障是玻璃纖維棉金屬結(jié)構(gòu)，由鍍鋅鋼板+玻璃棉板（玻璃絲布包裹）+魚鱗鋁合金孔板組成［10-11］。

5 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群噪聲治理方案比選

根據(jù)工程總平面布置方案以及廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求不同，雙排冷卻塔群可采取以下3種噪聲治理方案。

5.1 方案1：雙側(cè)進(jìn)風(fēng)消聲器+排風(fēng)消聲器

1）進(jìn)風(fēng)口設(shè)置進(jìn)風(fēng)消聲器，設(shè)計(jì)消聲量大于15 dB（A），消聲器長度1.5 m，雙側(cè)總阻力損失＜30 Pa，可采用片式或陣列式消聲器，如圖4所示。

2）排風(fēng)口設(shè)置排風(fēng)消聲器，設(shè)計(jì)消聲量大于20 dB（A），消聲器高度2 m，阻力損失＜20 Pa，可采用片式或陣列式消聲器，如圖4所示。

圖4 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群降噪裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of noise controldevice of mechanical ventilation cooling tower groups

為保證極限溫度下，冷卻塔群正常運(yùn)行，消聲片設(shè)計(jì)為可推拉、可拆卸型。冷卻塔群塔體本身和進(jìn)排風(fēng)消聲器外輪廓的維護(hù)結(jié)構(gòu)采用混凝土結(jié)構(gòu)，保證其具有足夠的隔聲量，滿足冷卻塔群整體降噪要求。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔群采用進(jìn)、排氣消聲器的降噪方式，冷卻塔進(jìn)、排風(fēng)口需要預(yù)留檢修通道以供檢修，風(fēng)通過消聲器時(shí)速度前后不一樣，檢修通道可以起到風(fēng)混合作用，為了避免檢修通道漏聲，檢修通道需要具備隔聲作用，建議選用隔聲板組裝成阻抗通道［12-14］。

主要工程量：進(jìn)風(fēng)消聲器20套共3 326 m3，消聲器支撐鋼結(jié)構(gòu)180 t；排風(fēng)消聲器10套共7 612 m3，消聲器固定鋼結(jié)構(gòu)168 t。

實(shí)施方案1后的降噪效果見圖5，各接收點(diǎn)噪聲值見表2。與降噪前相比，廠內(nèi)及廠界的噪聲值均有了很大的降低，中電投橫琴島多聯(lián)供燃?xì)饽茉凑卷?xiàng)目冷卻塔采用此降噪方案，降噪效果明顯，可滿足廠界達(dá)到2類標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2 廠內(nèi)及廠界各接收點(diǎn)模擬噪聲值（方案1）Tab.2 Simulated noise value of receiving points in the plant and at the plant boundary（scheme 1）

圖5 實(shí)施方案1降噪措施后的模擬效果Fig.5 Simulation effect after implementing scheme 1 noise controlmeasures

方案優(yōu)點(diǎn)：降噪效果優(yōu)，不僅廠內(nèi)噪聲環(huán)境有很大改善，廠界可達(dá)到2類標(biāo)準(zhǔn)的夜間限置50 dB（A）的要求。

方案缺點(diǎn)：投資及運(yùn)行費(fèi)用高，降噪設(shè)施阻力大，增加冷卻塔風(fēng)機(jī)電耗較多，對冷卻塔運(yùn)行影響較大。

5.2 方案2：外側(cè)進(jìn)風(fēng)消聲器+兩塔端部消聲阻隔+塔頂圍蔽

1）雙排冷卻塔群外側(cè)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置進(jìn)風(fēng)消聲器，設(shè)計(jì)消聲量大于20 dB（A），消聲器長度2 m，阻力損失＜20 Pa，可采用片式或陣列式消聲器。塔內(nèi)側(cè)進(jìn)風(fēng)口不設(shè)置消聲器。

2）雙排冷卻塔群端部設(shè)置消聲阻隔，采用消聲器墻進(jìn)行阻隔，高度不低于冷卻塔進(jìn)風(fēng)消聲器高度，設(shè)計(jì)消聲量大于20 dB（A），消聲器厚度2 m。

3）雙排冷卻塔群頂部排風(fēng)口不設(shè)置排風(fēng)消聲器，采用磚墻或隔聲屏障板進(jìn)行圍蔽，圍蔽高度高出風(fēng)機(jī)最高點(diǎn)3 m以上。

塔頂可采用200 mm厚加氣塊磚墻進(jìn)行圍蔽，平均隔聲量為43.2 dB［4］，隔聲量滿足要求。也可采用隔聲屏障墻體進(jìn)行圍蔽隔聲，隔聲屏障設(shè)計(jì)計(jì)權(quán)隔聲量Rw≥30 dB，吸聲系數(shù)≥0.80，隔聲屏障采用輕質(zhì)金屬復(fù)合隔聲屏做法，即：1.2 mm鍍鋅鋼板+100 mm厚32 kg/m3玻璃棉板（玻璃絲布包裹）+0.8 mm魚鱗鋁合金孔板。但由于隔聲屏障的金屬外板顏色與冷卻塔塔體混凝土顏色很難做到一致，采用隔聲屏障圍蔽塔體外觀上下會略有區(qū)別，在無特殊要求的情況下，建議采用磚墻圍蔽，將塔頂圍蔽與冷卻塔做成一體。

主要工程量：進(jìn)風(fēng)消聲器10套共2 218 m3，兩塔端部消聲器390 m3，消聲器支撐鋼結(jié)構(gòu)130 t；塔頂圍蔽隔聲屏障板或磚墻3 616 m2，隔聲屏障鋼結(jié)構(gòu)277 t（磚墻圍蔽采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）。

實(shí)施方案2后的降噪效果見圖6，各接收點(diǎn)噪聲值見表3。與降噪前相比，廠內(nèi)冷卻塔外側(cè)及廠界的噪聲值均有了很大的降低，但冷卻塔之間區(qū)域噪聲環(huán)境與降噪前一致，珠海市鈺海天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程項(xiàng)目冷卻塔采用此降噪方案，滿足廠界達(dá)到3類標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖6 實(shí)施方案2降噪措施后的模擬效果Fig.6 Simulation effect after implementing scheme 2 noise controlmeasures

表3 廠內(nèi)及廠界各接收點(diǎn)模擬噪聲值（方案2）Tab.3 Simulated noise value of receiving points in the plant and at the plant boundary（scheme 2）

方案優(yōu)點(diǎn)：廠內(nèi)及廠界區(qū)域降噪效果好，投資較低，阻力較小。

方案缺點(diǎn)：因排風(fēng)口未設(shè)置消聲器，上部圍蔽將聲音阻隔抬高，可能造成距廠界一定距離外的區(qū)域噪聲超標(biāo)，廠外有噪聲敏感的居民點(diǎn)時(shí)謹(jǐn)慎采用。

5.3 方案3：廠界隔聲屏障+排風(fēng)消聲器

1）雙排冷卻塔群進(jìn)風(fēng)口不設(shè)置進(jìn)風(fēng)消聲器。

2）排風(fēng)口設(shè)置排風(fēng)消聲器，設(shè)計(jì)消聲量大于20 dB（A），消聲器高度2 m，阻力損失＜20 Pa。

3）靠近冷卻塔廠界設(shè)置7 m高隔聲屏障，2 m以下采用磚墻，2 m以上采用隔聲屏障，隔聲屏障形式同方案2。

主要工程量：排風(fēng)消聲器10套共7 612 m3，消聲器固定鋼結(jié)構(gòu)168 t；隔聲屏障2 415 m2，隔聲屏障鋼結(jié)構(gòu)185 t。

但由于隔聲屏障長度很大，對廠區(qū)整體景觀會造成較大影響，在隔聲屏障附近會造成一定的壓抑感。為減少長距離隔聲屏障造成的壓迫感，隔聲屏障的中間位置可設(shè)計(jì)為透明結(jié)構(gòu)，同時(shí)在涂裝上進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿阑O(shè)計(jì)，如采用與周邊環(huán)境融合較好的淺色系列外觀，可使隔聲屏障能更好地融合到整體景觀內(nèi)。

實(shí)施方案3后的降噪效果見圖7，各接收點(diǎn)噪聲值見表4。與降噪前相比，廠界的噪聲值有降低，但廠內(nèi)噪聲環(huán)境與未采取降噪措施基本一致，沒有得到有效改善，但廠界可滿足達(dá)標(biāo)要求，不會出現(xiàn)廠界外一定距離后又超標(biāo)的情況，適合廠外有敏感點(diǎn)的項(xiàng)目。華能東莞燃機(jī)電廠一期項(xiàng)目冷卻塔采用此降噪方案，實(shí)測廠界噪聲值為50 dB（A）。

圖7 實(shí)施方案3降噪措施后的模擬效果Fig.7 Simulation effect after implementing scheme 3 noise controlmeasures

表4 廠內(nèi)及廠界各接收點(diǎn)模擬噪聲值（方案3）Tab.4 Simulated noise value of receiving points in the plant and at the plant boundary（scheme 3）

方案優(yōu)點(diǎn)：投資較低，不增加占地，阻力較小。

方案缺點(diǎn)：廠內(nèi)噪聲環(huán)境較差，廠界高屏障景觀較差，運(yùn)行一段時(shí)間后受到冷卻塔水汽影響，塔頂降噪設(shè)施可能出現(xiàn)腐蝕情況。

從模擬結(jié)果來看，以上3種方案均能起到不錯(cuò)的降噪效果，若項(xiàng)目廠界標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到2類以上，建議采用方案1；若廠界標(biāo)準(zhǔn)要求僅需達(dá)到3類及以下，建議選用方案2或方案3。

6 結(jié) 論

隨著人們環(huán)保意識提高，燃機(jī)電廠的噪聲污染問題日益受到重視，針對燃機(jī)電廠最大的噪聲群冷卻塔群采用不同的降噪方式，既與項(xiàng)目所在地區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量要求、項(xiàng)目周邊環(huán)境敏感性有關(guān)，也與項(xiàng)目投資及景觀要求等項(xiàng)目實(shí)際情況息息相關(guān)，本文提出了幾種降噪方案并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，供同類型項(xiàng)目降噪設(shè)計(jì)參考。