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浅谈双曲线自然通风冷却塔采取的降噪措施

2020-03-29 234 上传者：管理员

摘要：因双曲线自然通风冷却塔所处的位置及其本身工作过程中的噪音，使周边居民处于超标的声音环境中，给他们带来了诸多困扰。基于以上原因，对双曲线自然通风冷却塔噪声产生的机理、噪声水平、频谱特性及传播途径展开了分析，对于过去治理措施及发展的趋势展开讨论，并将各种方式进行了对比分析，提出可从动力学、传热学及声学等多学科相结合的方式进行管控，以期达到更好的噪声治理效果。

关键词：
冷却塔
双曲线
噪声治理
效果
淋水噪声
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双曲线自然通风冷却塔一般应用于大规模循环水系统中，因其运行安全可靠、冷却效果稳定、能耗低、故障少、易维护等诸多优点，被广泛应用。但其噪声水平较高，影响周边的声环境，导致厂界噪声超标，甚至干扰周边居民的正常生活。目前，隔声屏障和通风消声装置是两种主流降噪措施；落水消声也有报道，但因其影响水质等因素尚未大量推广应用；上述措施均为从传播途径上降噪。随着技术发展，近年来出现从源头解决噪声问题的措施，间接空冷技术应用于双曲线自然通风冷却塔，冷却塔的噪声水平明显降低，同时也涌现出一些新的降噪理念。针对双曲线自然通风冷却塔噪声产生的机理、治理措施及发展的趋势展开讨论，为合理选择降噪措施提供参考。

1、双曲线自然通风冷却塔简介

1.1 结构组成

传统双曲线自然通风冷却塔由塔筒、人字柱、挡风板、竖井、填料、淋水构架、配水系统及集水池等组成[1]。

图1双曲线自然通风冷却塔

1.2 工艺流程

冷却塔是将高温水通过与大气接触进行热交换，达到降低水温的目的，其工艺流程如下：进水→水泵→配水系统→淋水填料→集水池→出水。

图2双曲线自然通风冷却塔工作原理图

1.3 噪声产生机理

双曲线自然通风冷却塔，在正常运转时产生的噪声包括淋水噪声[2]、水泵噪声和阀门噪声等，其中淋水噪声是主要噪声源[3]。淋水噪声是下落的水滴冲击水面、挡风板、水泥柱所产生，通过冷却塔下部的进风口向外辐射。在整个过程中，高处的冷却水在重力作用下将势能转化为动能，当下落到与集水池里的水面、挡风板、水泥柱撞击时，其中一部分动能转化为声能。声能的大小与水落高度、淋水密度及塔内的通风速度有关，水落高度、淋水密度增加，噪声增大，通风速度增大，淋水噪声降低。

1.4 噪声水平及特性

由于冷却塔进风口高、冷却水量大，导致淋水噪声水平较高，大量测试数据表明，冷却塔水池边缘噪声水平在80-86dB(A)之间，呈现出图3双曲线自然通风冷却塔噪声频谱特性由于淋水、进风口面积大，噪声源呈面声源特性。根据经验，绝大部分冷却塔紧邻厂界布置，距离在15～20m，在这段距离之内，噪声的衰减值仅有6～8dB(A)；如下为冷却塔噪声衰减实测数据。

表1冷却塔噪声衰减实测数据

2、噪声治理措施

根据双曲线自然通风冷却塔的特点、噪声水平及其特性；常见的措施有隔声屏障和通风消声装置；落水消声使用较少；还有一部分措施更多的是见诸于报道，如挡土坡加绿化带、辅助厂房；近几年出现间接空冷技术的应用，另外还有一些声学工作者呼吁一种理念叫虚拟围墙。各种措施有不同的特点，如下逐一介绍。

2.1 隔声屏障

2.1.1 隔声屏障降噪原理

隔声屏障是一种在给定位置上降低声源直达声的噪声控制技术。在正对噪声源传来的途径上，设置一道隔声性能较好而面对声源一面又常具有吸声作用的屏障，屏障后面某一距离内，形成低声级的声影区。如下图所示：图4声屏障降噪示意图声屏障对声影区的降噪效果是最显著的；声屏障对绕射区有降噪作用，但不明显；在声亮区，声屏障基本没有作用。因此，为了更好的控制噪声对敏感点的影响，应尽量调整声屏障的高度，将敏感点纳入声影区或绕射区内[4]。

2.1.2 声屏障组成

双曲线自然通风冷却塔降噪中常用直立式声屏障，一般由基础、钢结构框架、屏障板、固定件、密封件等组成。

图5典型声屏障结构示意图

2.1.3 隔声屏障应用注意事项

（1）要有密实材料构成的隔声层，保证投射声压级比绕射声压级低10dB以上[1]、[5]；（2）隔声屏障与冷却塔的净距不小于2倍冷却塔进风口高度；（3）根据厂界及敏感点要求，确定隔声屏障高度和长度；（4）区域湿度大，选材应充分考虑防腐；（5）结构强度考虑隔声屏障自重产生的竖直向下的永久荷载和作用在隔声屏障上的水平风荷载；（6）做好屏障板与立柱、屏障板之间、屏障板与底部基础之间缝隙的密封[6]；（7）屏障板应设置泄水孔，防止板内雨水累积，影响隔声屏障的使用寿命。

2.2 通风消声装置

2.2.1 通风消声装置降噪原理

通风消声装置是一种允许气流通过同时又能降低噪声的设备，利用吸声材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声不断被吸收转化成热能而被逐渐衰减的装置[6]。其中阻性消声器的消声量参照以下公式[7]计算：

双曲线自然通风冷却塔本身无动力设备，而气流通过消声导流装置时会有一定的压力损失，如果压力损失偏大，势必影响冷却塔效率，所以应将消声导流装置的压力损失控制在比较合理的范围。消声导流装置的压力损失包括摩擦压力损失和局部压力损[8]失两部分，计算公式如下。

摩擦压力损失[7]：

局部压力损失[8]：

2.2.2 通风消声装置组成

通风消声装置以钢筋混凝土为基础、钢框架为支撑结构、消声导流片为主体消声单元、吸隔声板为顶部盖板的消声导流装置，该技术广泛应用于双曲线冷却塔降噪中。其结构示意图如图6所示。

2.2.3 消声导流装置应用注意事项

（1）根据冷却塔噪声频谱特性，选择合适容重的优质吸声棉板；（2）消声导流装置距冷却塔水池边缘保持一定距离，一般1m为宜；（3）选择合适的有效长度和片间距；（4）区域湿度大，选材应充分考虑防腐；（5）结构强度考虑通风消声装置自重产生的竖直向下的永久荷载和作用在消声导流装置上的水平风荷载；（6）实践证明，通风消声装置安装180°圆弧是可行的，对冷却塔冷却效果的影响不大；当安装弧度大于180°时则需要慎重。

图6通风消声装置结构示意图；图7消声导流装置实例；图8辅助厂房降噪实例

2.3 落水消能

2.3.1 落水消能降噪原理

淋水声是水滴撞击水面产生，要降低淋水声则应在水滴落在水面之前有效削弱其能量，即减小单个水滴质量或缩短水滴降落高程。在水滴落入集水池前先通过某个装置，将水滴打散，减小水滴质量、缩短降落高差，进而降低淋水声[9]。

2.3.2 落水消能组成

目前冷却塔降噪中用的最多的是PVC填料蜂窝式落水消声装置，其由PVC填料、六角形斜管及支撑结构组成。

2.3.3 落水消声装置应用注意事项

（1）严格选材，避免污染水质；（2）降噪量有限，约在6～8dB；（3）定期清理、维护，使用寿命6～8年；（4）易结冰，北方地区慎用。

2.4 挡土坡加绿化带

在冷却塔靠厂界侧修建挡土坡和绿化带，种植四季常青的高达灌木，即可美化环境又可以达到降噪的效果。但是挡土坡加绿化带需要开阔的场地，种植足够数量的树木才，树木与冷却塔进风口保持一定的距离。而在国内大部分双曲线自然通风冷却塔紧邻厂界布置，不具备实施该措施的条件。

2.5 建辅助厂房

在冷却塔受影响的一侧，离进风口一定距离处建厂房，并在厂房靠近冷却塔的一侧墙面外侧安装吸声材料。建辅助厂房一般冷却塔建设初期考虑，在冷却塔与厂界之间预留足够的空间，保证厂房与冷却塔的净距是冷却塔进风口高度的2倍。已投运的项目，一般无足够空间，不具备实施条件。

2.6 间接空冷

间接空冷技术应用于自然通风冷却塔，系从源头上降低了冷却塔噪声。自然通风间接空冷塔散热片的布置有两种方式，一种是水平倾斜的布置在塔内，取代原配水系统和淋水填料；另一种是垂直布置在冷却塔进风口四周。

图9水平倾斜布置式间接空冷塔；图10垂直布置式间接空冷塔

自然通风间接空冷塔是传热学、结构力学、动力学、声学等多学科配合的产物，确保满足工艺要求的前提下，节省了空间、降低了噪声，噪声水平在65～70dB(A)，若所在区域要求不高，则已经可以满足要求。

2.7 虚拟围墙

根据工程经验，很多工厂企业特别是欠发展地区，周围很大范围内没有噪声敏感区，因此声学工作者就提出了虚拟围墙的概念，即与环保、规划等有关部门协商，标示出冷却塔的影响范围，在该范围未规划噪声敏感功能区前暂不采取降噪措施，待将来根据发展情况再采取措施[2]。该措施可节省几百甚至上千万的初期建设投资，但建设初期应充分考虑降噪措施的影响及空间需求，并预留接口。

3、综合对比分析

冷却塔降噪措施可以独立使用，但在一些复杂的环境中需将两个甚至多个措施相结合，达到效果好、影响小、投资少的目的，以下对各措施进行分析对比，供降噪方案设计时参考。

4、结语

本文对双曲线自然通风冷却塔能采取的降噪措施进行了梳理、分析，供读者参考。另外，对双曲线自然通风冷却塔的降噪提出如下几条建议。已投运项目，建议采用声屏障、通风消声装置降噪技术；多种降噪措施结合，获得最佳噪声控制方案；多学科交叉研究分析，从源头解决噪声问题；降噪项目不仅需要技术，还需要一些理念，如虚拟围墙、光伏声屏障等，让降噪项目的投资恰到好处。

表2冷却塔降噪措施对比分析表

参考文献:

[1]朱林,沈保罗.火电厂噪声治理技术[M].汕头:中华文化艺术出版社,2005.

[2]李毅男.火力发电厂自然通风冷却塔降噪设计[J].噪声与振动控制,2008,28(3):104-106,130.

[3]郝功涛,姜佳旭,胡妲,朱跃.大型自然通风冷却塔淋水噪声综合治理技术研究[J].华电技术,2018,40(4):9-11,15.

[4]刘冬.基于硅酸盐多孔材料的吸声声屏障性能仿真与试验[D].四川:西南交通大学,2017.

[5]洪宗辉,潘仲麟.环境噪声控制工程[M].北京:高等教育出版社,2002.

[6]张海洁.燃气分布式能源站噪声治理监理技术研究[D].北京:华北电力大学,2015.

[7]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[8]刘传飞.自然通风湿式冷却塔消声器的气动性能研究[D].山东:山东大学,2013.

[9]庄建栋,魏雷,于雅楠.机力通风冷却塔落水消声装置的应用研究[Z].2017年全国声学设计与噪声振动控制工程学术会议,2017:102-106.

赵文华.双曲线自然通风冷却塔降噪[J].环境与发展,2019,31(9):98-101.