发电厂冷却塔噪声治理
弟32巷弟4硼2010年4月
竿电技术
HuadianTechnology
V01.32刷O.4
Apr.2010
发电厂冷却塔噪声治理
姜大刚1,张苑竹2
(1.华电天津军粮城发电有限公司,天津300300;2.河北省东光县供电公司,河北东光061600)
摘要:天津军粮城发电有限公司新建冷却塔从控制声源和声的传播途径出发,采用了相应的工程技术措施来控制噪声源的声输出、传播和接收,从而使电厂周边噪声环境达到相关控制标准。关键词i噪声治理;冷却塔噪声;声屏障中图分类号:TK
282:x827
文献标志码:B
文章编号:1674—1951(2010)04—0065—05
1噪声治理措施
解决噪声污染问题的一般程序是,先进行现场噪声调查,测量现场的噪声级和噪声频谱,然后根据有关的环境标准确定现场容许的噪声级,并根据现场实测的数值和容许的噪声级之差确定降噪量,进而制订技术上可行、经济上合理的控制方案。
传声途径的控制措施主要有以下几方面:(1)声在传播中的能量随着距离的增加而衰减,因此,远离噪声源可以达到降噪的目的。
(2)声的辐射一般有指向性,处在与声源距离相同而方向不同的地方,接收到的声强度也不同。多数声源为频辐射噪声时,指向性很差,随着频率的增加,指向性增强。因此,控制噪声的传播方向(包括改变声源的发射方向)是降低噪声尤其是高频噪声的有效措施。
(3)建立隔声屏障或利用天然屏障(土坡、山丘)及其他隔声材料、隔声结构来阻挡噪声的传播。
(4)应用吸声材料和吸声结构,将传播中的噪声转变为热能等。
声波传播到某一边界面时,一部分声能被边界
被吸收99%(这是很难达到的),只有1%的声能传播到另一空间,此材料也并非好的隔声材料。
2冷却塔噪声源分析
2.1
自然通风冷却塔淋水噪声
电厂冷却塔为自然通风冷却塔,在正常运转时
产生的噪声包括淋水噪声、水泵噪声、输水管道和阀门振动噪声,其中淋水噪声是主要噪声源。
淋水噪声产生于2种不同的噪声机制。一是水滴直接冲击到水面时辐射出的尖脉冲击声,其能量正比于水滴动能和水滴溅落速度的三次方,噪声频谱呈
宽频带杼陛,并且随水滴大小D和溅落冲击速度/3变
化,峰值频率一般在f=v/a附近的一个较平缓的区域内。对给定大小的水滴,溅落冲击速度口每增加1倍,声级增加13一17dB(A);--是水滴产生的气泡体积脉动所辐射的噪声,其频谱一般在500—10000之间,有比较尖锐的高于冲击声的峰值。
另外,自然通风冷却塔的噪声还包括喷嘴洒水到填料上的噪声和下落的水滴互相碰撞的声音等,但这都不是主要的噪声源,比淋水噪声均小得多。
来自冷却塔的其他噪声还有空气进入冷却塔对流时产生的风声,这也不是自然通风冷却塔的主要噪声源,声压级较小,不必加以治理。
以上自然通风冷却塔各部位产生的各种噪声,绝大部分是从冷却塔进风口传出来的,从出口传出的噪声值很小,约20dB(A),也不必加以治理。长期的测试证明,所有大型自然通风冷却塔的进风口处的噪声均接近82~86dB(A),是最为显著的噪声源,为治理的关键部位。
由于华电天津军粮城发电有限公司五期工程冷却塔尚未建成运行,在计算时选取了与其情况类似
Hz
面反射(或散射),一部分声能被边界面吸收(这里
不考虑在媒质中传播时被媒质吸收的部分),这包括声波在边界材料内转化为热能被消耗掉或是转化为振动能沿边界构造传递转移,或是直接透射到边界另一面空间…。对于入射声波来说,除了反射到原来空间的反射(散射)声能外,其余能量都被看做被边界面吸收。对于单一材料(不是专门设计的复合材料)来说,吸声能力与隔声效果往往是不能兼顾的。如砖墙或钢板可以作为好的隔声材料,但吸声效果极差;反过来,如果拿吸声性能好的材料(如玻璃棉)做隔声材料,即使声波透过该材料时声能
收稿日期:2009—12—27
的冷却塔淋水噪声实测数据,见表l。
・66・
华电技术
表l冷却塔淋水噪声实测数据
第32卷
从冷却塔淋水噪声的实测结果来看,主要有以下特点:
(1)声级高,辐射面积大,相当于一个巨大的噪声辐射面,对周围环境影响的面较广;
(2)自然通风冷却塔噪声呈宽频带特性,影响其A声级声值的主要频带集中在500Hz以上,并在高频区域有峰值。高频成分随距离衰减较快,相比之下低频衰减要慢得多。
自然通风冷却塔的噪声传播特性
由于进风口高,水流跌落落差较大,因此,不论
水滴的动能还是溅落速度都较大,导致淋水噪声高。另一方面,由于进风口面积大,噪声源呈面声源特性。按照声学理论,靠近面声源的地方噪声自然发散衰减值较小;随传播距离加大,面声源可视为线声源,距离加倍时噪声发散衰减值可达3dB(A);随传播距离再加大,面声源可进一步视为点声源,距离加倍时噪声发散衰减值可达6dB(A)。也就是说,面声源的噪声衰减远小于点声源衰减,面声源的尺度越大,这种差别也越大。因此,大型自然通风冷却塔的噪声治理难度较大。声屏障是一种专门设计的立于噪声源和受声点之间的声学障板,它通常是针对某一特定声源和特定保护位置(或区域)设计的。
声屏障的降噪效果用插入损失IL(Insertion
Loss
ofNoise
Barriers)表示,定义为在保持噪声源、地形、
地貌、地面和气象条件不变情况下,安装声屏障前后在某特定位置上的声压级之差。
当噪声源发出的声波遇到声屏障时,它将沿着3条路径传播:一部分越过声屏障顶端和两侧绕射到达受声点,一部分穿透声屏障到达受声点,一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这3条路径传播的声能分配。声波传播途径示意图如图l所示。
热水经过设在冷却塔内的淋水装置与冷空气进行传热传质得到冷却,冷却后的水在淋水装置的末端以直径4~6mm的水滴落入冷却塔的蓄水池,当水滴撞击水池水面时,完成了能量转换过程,即由势能转变为动能再转变为热能及声能,因而产生了水滴噪声。这一噪声的强度与冷却水量、水滴坠落高度、蓄水池水深和水温等因素有关。产生噪声的频
声屏障
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7.・
声源s么二——一
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毒型pR
图1声波传播途径
带较宽,峰值一般在l
000—4000
Hz范围内。低频
和高频的声级强度都比较高,特别是低频噪声,传播远而不易衰减。当多座水塔成群布置时,2塔间的噪声强度还有增强的趋势。
冷却塔水滴噪声属于高强度、连续均衡的稳态噪声,其音级强度几乎昼夜无变化,距离冷却塔lm远、在1.5m高处测得的水滴噪声约80dB(A)以上。
GB
12348--2008{工业企业厂界环境噪声排放
标准》规定了2类标准:昼间噪声限值60dB(A),夜间噪声限值50dB(A)。这一标准噪声级是指受声点(在厂界外1m、高于围墙0.5m以上的位置)的户外容许噪声级。
4水塔噪声治理方案
天津军粮城发电厂。9、。10冷却塔声屏障沿冷却塔周围是弧形设置,采用切合实际的隔、消、吸、阻尼等综合噪声治理措施,以确保验收点达标。吸声为主要措施,其次是隔声、消声以及阻尼等措施,保证噪声治理方案成熟可靠,达到治理目标的要求。4.1声屏障的平面位置及高度
(1)声屏障平面布置长度及范围如图2所示,单个冷却塔声屏障的长度为166.42
m。
(2)声屏障高度、位置的设置除了需考虑声学效果外,还必须考虑对冷却塔进风的影响。声屏障的高度原则上以隔断声源到达受声点的直达声波并使绕射声的衰减量达到降噪目标为最低限度,与冷却塔进风口的高度及受声点的位置与高度有关。该次设计声屏障的高度为15m,声屏障平面布置示意图如图2所示。
4.2声屏障的声学设计计算
为了保证方案的周密、严谨及科学性,结合厂区和村庄的现状,选取了厂界和厂区外侧环境最不利的几个噪声敏感点对声屏障的高度进行核算,敏感点分布如图3所示。
在图3中:点A、点召分别为。9、。10冷却塔对应的厂界噪声敏感点,它们的高度均比厂界围墙高
2.2
2.3声屏障的降噪原理
3冷却塔防噪装置的基本性能要求
正鱼,第4期
姜大刚,等:华电天津军粮城发电厂冷却塔噪声治理
natcra41≤t.1王
・67・
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图2声屏障平面布置示意图
图3厂界噪声敏感点和厂处侧环境噪声敏感点分布图
0.5
m(高3.2m),离厂界围墙的距离为lm;点A。、
点B。是厂区外侧环境噪声敏感点,点A。、点8,距厂界的距离分别为58ITI,22m,高度2.5m,相当于村庄靠近厂界围墙第l排民房的窗户处进行噪声监测
时的高度,其相对关系如图4所示。
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声源。么≥一
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型kiR
图4声源、声屏障、受点相对关系位置图
当声屏障隔声量足够大时,声屏障插人损失
(IL)主要由绕射声的衰减值批。决定。(1)对于点声源,无限长声屏障,绕射声的衰减值为
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址d=
5+2019—罂,一0.2<J7、r<o
5,
N>0
。tan/h
NI’
0.
N≤一0.2
式中:△厶为绕射声的衰减值,dB;N为菲涅耳数,
,'
N=±-7(A+B—d);A,曰分别为声源和受声点到
^
声屏障顶端的距离,m;d为声源与受声点间的直线距离,m;A为声波波长,m。对于其他情况,如:点声源,有限长声屏障;线声源,有限长声屏障,其绕射声的衰减值计算较为复杂。在声屏障的声影区,可获
得5—24dB(A)降噪量。
(2)当声源为线声源时,其绕射声衰减为嵋o
lg
I——‘.t≤
ztLd=
10lg(2鱼In(t等,/t专t),…
\
+
2一
/
式中,为频率;d为声程差;c为声速。
线声源的距离衰减规律
D1一D2=10lg(r2/r1),
式中:D,,D:为离线声源边缘由近及远2个测点的声级值,dB(A)?,r2//r。为远、近2个测点分别到线声源边缘的距离比。
.在工程中采用金属吸隔声板,其面密度较大,传声损失TL(Transmisson
Loss)远大于址d,故透射的
声能可以忽略不计,即△厶=0。
(3)根据冷却塔的噪声频谱特性和声屏障对线声源的绕射衰减及距离衰减公式,得出了厂界噪声和环境噪声各敏感点的计权A声级,具体见表2。
表2厂界、环境噪声敏感点计权A声级
根据声学理论,声音在空气中传播时还存在地面吸收衰减以及其他障碍物所产生的吸收衰减,在声源不变的情况下,接受点声级的大小不仅与声源有关,而且与其附近的障碍物所产生掩蔽效应和绕射衰减有关。在计算过程中,地面吸收衰减以及其他障碍物所产生的掩蔽效应和绕射衰减未考虑,故
取得距离衰减的数值是保守的,计算结果是可靠的。
・68・
华电技术第32卷
5声屏障的结构
5.1声屏障的地下部分
声屏障的地下部分为钢筋混凝土独立基础及砖基础,每个独立基础之间用联系梁进行连接,保障屏障的一体性。
5.2声屏障的地上部分
声屏障总高度为15m,标高±(o.00~2.35)in,采用钢筋混凝土立柱,立柱之间砌筑240mill厚砖墙,为了确保砌墙的抗风强度,砖墙与混凝土立柱之间设置拉结筋,以增强墙体的整体性,砖墙双侧抹灰、刷涂料,其顶部做装饰线条;声屏障每隔3m设一钢桁架,主立柱采用优质热轧H形钢,支撑结构采用焊接钢管,钢桁架之间设圆钢进行拉接;钢管支撑下部设混凝土立柱(高O.5m),以防雨水侵蚀。
H形钢立柱之间及砖砌体上部安装金属吸隔声板,吸声结构由铝穿孔板+无碱玻璃丝布+离心玻璃棉(32kg/m3)+阻尼材料+彩钢板组成,厚度为100mm。具体结构如图5所示。5.3主要设备及材料性能
5.3.1
繁
彩钢板
灏
阻尼层
C形钢框架
离心玻璃棉(32kg/m:'无碱玻璃丝布ol铝穿孔振
’
图6金属吸隔声板结构示意图
用密度为32kg/m3的离心玻璃棉。
面板上的小孔设计布局合理,由于表面张力的作用,可有效防止吸声材料受雨水侵蚀,确保吸声板能长期在日晒、雨淋、高湿、高温及灰尘污染等恶劣环境下安全正常运行。
为防止吸隔声板的玻璃纤维脱落、飘逸对环境造成污染,在离心玻璃棉的外侧包敷一层无碱玻璃丝布。无碱玻璃丝布作为纤维吸声材料的覆面材料,具有防水、耐高温、防潮、透气性好、清洁无污染的特点,还有良好的阻燃性能。
吸隔声板计权隔声量RWI>35dB,平均降噪系数NRC≥0.95,吸声效果好,外表面平整、美观,满足国家相关规范要求。
5.3.2离心玻璃棉一吸声材料的性能要求
金属吸隔声板除选用常用的防水、吸声材料外,
o
In
吸隔声板
mm
吸隔声板的面板采用lmm厚的铝穿孔板,表面进行喷塑处理(颜色由业主确定),背板采用0.6厚彩钢板(表面已喷塑处理),满足防腐要求,具有防水、防潮、防腐、强度高、寿命长等特点。金属吸隔声板结构如图6所示。
针对冷却塔中高频的噪声频谱特性,吸声面孔板穿孔率25%~30%,孔径2.5~3mm,吸声材料采
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钢标架
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图5声屏障立面结构示意图
第4期姜大刚,等:华电天津军粮城发电厂冷却塔噪声治理
・69・
还选用了优质的阻尼材料、高隔声量和高密度的吸声材料,大大提高了低频噪声的隔声量,有效地防止了冷却塔低频噪声的透射。
在噪声控制工程选择吸声材料时,除考虑它的声学特性外,还必须从其他方面进行综合评价。
(1)在宽频带范围内吸声系数要高,吸声性能长期稳定可靠。
(2)有一定的力学强度,在运输、安装和使用过程中,不易破损,经久耐用,不易老化。
(3)表面易装饰,容易清洗。
(4)防水、防潮性能好,耐腐防蛀,不易发霉。(5)不易燃烧,满足一定的防火要求。(6)不散发特殊气味,无损人体健康。
多孑L吸声材料种类繁多,选用时除尽量选用在较宽的频带内都有较高吸声系数的材料,还要考虑
施工方便及经济性、耐用性。离心玻璃棉是目前应用较为广泛的多孔吸声材料,具有不燃烧、耐热、耐腐蚀、防潮、质轻、柔软、安装时不刺激皮肤且吸声系数高等优点。该工程采用密度为32kg/m3的离心玻璃棉,以达到最佳的吸声效果。离心玻璃棉的性能指标参数见表3,不同频率下吸声系数见表4。
表3
离心玻璃棉的性能指标参数
表4不同频率下吸声系数(50mm厚)
注:测试方法为混响室法。
声屏障底部采用砖砌墙体,砖砌墙体造价低,隔声量大(隔声指数STC>t50)、适应性强,可有效抵御水雾侵蚀,几乎不用维护,使用寿命长。
确测距放样,认真复核设计尺寸。
(3)声屏障安装完毕后,各边板连接不允许有明显的漏缝出现,板与板之间、板与地梁之间、板与砌体之间必须采取密封措施,以保证吸隔声效果,声屏障安装后的平、纵线形必须圆滑。
6存在的问题
(1)由于国内在冷却塔噪声治理上没有统一的标准,在设计中充分考虑到经济性,有更先进的通风口和更高档的吸声材料等设施未涉及。
(2)夏天温度高时,隔噪墙的存在会对冷却塔降温效率有一定影响,会导致厂用电的提高。
参考文献:
[1]李家华.环境噪声控制[M].北京:冶金工业出版社,
1995.
[2]张邦俊,翟国庆.环境噪声学[M].杭州:浙江大学出版
7结论
(1)冷却塔噪声治理在国内还是一项新技术,由于冷却塔周边常年处于高湿、强腐蚀的环境,所以噪声治理工程的防腐蚀工序应引起高度重视。
(2)冷却塔噪声治理工程围在水塔周围呈半圆弧型,要在充分重视施工的过程控制,在控制点间精
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社,2006.
(编辑:白银雷)
作者简介:
姜大刚(1980一),男,河北沧州人,助理工程师,从事水工结构、质量管理、环境治理等方面的工作。
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密封油系统设计特色及运行分析[J].内蒙古科技与经
济,2004(16):82—83.
(编辑:白银雷)
作者简介:
张太林(1973一),男,四川营山人,工程师,从事机组运行管理方面的工作。