高位塔與常規(guī)濕式冷卻塔淋水噪聲的現(xiàn)場測試

姜磊，黨志剛，高明*，孫奉仲，周紅，孫曉峰，王琦

（1.山東大學能源與動力工程學院，濟南 250061；2.大連明日環(huán)境發(fā)展有限公司，遼寧 大連 116021）

引言

目前，環(huán)境噪聲問題已逐漸引起人們的重視，2017年我國的環(huán)境噪聲投訴占環(huán)保投訴總數(shù)的42.9%[1、2]。冷卻塔為電廠的主要噪聲源之一，因其具有噪聲聲源龐大、傳播距離遠等特點，使電廠周邊的噪聲超標，嚴重影響了人們的生活質(zhì)量[3]。因此，冷卻塔噪聲逐漸引起專家學者的關(guān)注。

冷卻塔噪聲的研究主要集中在自然通風常規(guī)濕式冷卻塔上，許多學者通過實驗測量分析，得到了冷卻塔聲功率的近似計算公式及噪聲傳播規(guī)律[4、5]，通過模型實驗得到了冷卻塔噪聲隨淋水密度等因素的變化規(guī)律[6、7]，通過軟件預測了冷卻塔噪聲對周圍環(huán)境的影響[8、9]。高位集水冷卻塔因其節(jié)能、高效等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于火電及核電廠。但目前的研究主要集中在高位集水冷卻塔熱力性能的研究上[10、11]，對高位塔噪聲的研究較少。

本文對某電廠高位集水冷卻塔和常規(guī)濕式冷卻塔噪聲進行了現(xiàn)場測試，研究冷卻塔淋水噪聲A計權(quán)聲壓級的分布規(guī)律及其隨淋水密度的變化規(guī)律，并將兩種冷卻塔測試結(jié)果進行對比分析。該研究可為下一步噪聲控制奠定基礎(chǔ)。

1 測點布置

本研究按照等環(huán)面積法在高位塔內(nèi)沿45°、135°、225°、315°四個方向（以正北方向為0°，沿逆時針方向計算）布置了24個測點，測點距離塔底1.5m高。每個方向從塔內(nèi)到塔外，測點分別記為①～⑥，其半徑分別為6.25m、15m、25m、38m、49m、60m。在塔外沿四個方向，距塔0m、5m、10m處布置測點。塔外測點距地面1.5m，并在離塔5m處測試了離地0m和2m高度的聲壓級。測點布置見圖1。

圖1 測點布置圖

現(xiàn)場測試儀器為手持式噪聲計，測試得各測點的A計權(quán)聲壓級，儀器量程范圍為30～130dB，精度為±1.50dB。測試在無雨雪、無雷電天氣，風速5m/s以下時進行。

2 相同淋水密度下淋水噪聲的分布規(guī)律

在高位塔淋水密度為7.3t/（h·m2）時，對塔內(nèi)外噪聲A計權(quán)聲壓級進行測試，各測點A計權(quán)聲壓級如圖2所示。

圖2 相同淋水密度下各測點的聲壓級

由圖2可得出：在相同半徑位置，塔內(nèi)外不同方向噪聲聲壓值相差較小，表明塔內(nèi)外噪聲對稱分布。最大差值在半徑為60m時，即⑥測點，45°方向和135°方向相差僅為0.92dB（A）。在相同方向位置，在塔內(nèi)，四個方向噪聲聲壓級都沿徑向減小，但是衰減值較小。在45°、135°、225°、315°方向上，沿徑向從①到⑥測點，徑向距離為53.75m，噪聲分別衰減1.28dB（A）、1.55dB（A）、1.1dB（A）、1.57dB（A）。越靠近塔內(nèi)，噪聲聲壓級越大。這是因為上部各處落水沖擊收水板產(chǎn)生的噪聲到達塔內(nèi)的距離比到達塔外側(cè)的距離短。上部各處噪聲源到達塔中心的傳播距離為0～R（R為冷卻塔底部半徑），噪聲源到達最外側(cè)的傳播距離為0～2R，部分噪聲源的傳播距離變長。

在塔外側(cè)，隨著離塔距離的增大，四個方向測點的噪聲值都減小，但衰減量很小。在45°、135°、225°、315°方向上，塔外0m測點到10m測點，噪聲分別衰減0.5dB（A）、0.9dB（A）、0.3dB（A）和0.6dB（A）。這是因為高位塔產(chǎn)生的噪聲通過進風口向塔外傳播，可將冷卻塔的弧形進風面作為聲源，進風面向四周輻射聲能。經(jīng)計算，高位塔進風面積為5884.58m2，高位塔聲源尺寸大，靠近塔周邊處，噪聲不易衰減。計算相鄰兩個測點的平均聲壓值衰減量發(fā)現(xiàn)，最大衰減在塔內(nèi)⑥測點和距塔0m處的測點，兩個測點相距3.1m，在45°、135°、225°、315°方向上，衰減量分別為6.82dB（A）、5.4dB（A）、6.38dB（A）、5.8dB（A）。說明在靠近塔外側(cè)處，塔內(nèi)噪聲更容易衰減。

3 淋水噪聲隨淋水密度的變化規(guī)律

為探究淋水密度對高位塔噪聲的影響，現(xiàn)場測試了淋水密度為7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）時的塔內(nèi)外不同位置測點的聲壓級。在相同淋水密度條件下，計算沿同一半徑位置測點的平均聲壓級，按下式計算。計算結(jié)果見圖3。

式中：Lp為相同半徑測點的平均聲壓級，dB；n為測點個數(shù)，n=4；Lpi為第i個測點的聲壓級，dB。

圖3 不同淋水密度時的平均聲壓級

由圖3可得出：當淋水密度不同時，高位塔平均聲壓值都沿徑向衰減，衰減量小且衰減幅度相差不大。淋水密度為7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）時，從塔內(nèi)①測點到距塔周處10m測點的平均聲壓級沿徑向衰減值分別為9.29dB、10.03dB和9.82dB。說明高位塔噪聲的衰減規(guī)律與淋水密度無關(guān)。比較相同半徑位置處測點的平均聲壓值發(fā)現(xiàn)，隨著淋水密度的增大，所有相同半徑位置處測點的平均聲壓值都增大。這是因為，淋水密度越大，從填料底部落下的水滴越密集，粒徑越大，沖擊收水板產(chǎn)生的噪聲越大。

4 塔外淋水噪聲隨高度的變化規(guī)律

為分析塔外不同高度淋水噪聲的變化規(guī)律，現(xiàn)場測試了淋水密度為7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）時，距塔周邊5m測點處，離地0m、1.5m和2m高的噪聲聲壓級。

淋水密度為7.3t/（h·m2）時，距塔周5m測點處，不同高度的聲壓級見圖4。

圖4 不同高度測點聲壓值

按上式計算同一高度測點的平均聲壓級。計算結(jié)果見圖5。

圖5 不同淋水密度、測點高度的平均聲壓值

從圖4、圖5可看出，當淋水密度為7.3t/（h·m2）時，在距塔周處5m處，同一高度不同方向測點的聲壓值相差不大。最大差值在離地2m處，為0.7dB。說明高度的變化不會改變高位塔噪聲的對稱性。隨著高度的增加，噪聲聲壓值增加。在45°、135°、225°、315°方向上，高度0m到2m，噪聲分別增大了4.5dB、4.2dB、4.0dB、4.3dB，都增大約4dB。當淋水密度不同時，噪聲聲壓級都隨著測點高度的增加而增加。變化趨勢相同，說明淋水密度的變化不會改變噪聲隨測點高度的變化規(guī)律。當淋水密度增大時，不同高度的聲壓值都增加。淋水密度從5.14t/（h·m2）增大到7.3t/（h·m2）時，在0m、1.5m、2m高度處，平均聲壓級分別增大2.32dB、2.25dB、3.55dB。在高度為2m處的平均聲壓級增加程度較0m和1.5m大。

5 高位塔與常規(guī)塔的噪聲對比

為了比較常規(guī)塔和高位塔噪聲的不同，按與高位塔相同的塔外測點布置方式，現(xiàn)場測試了淋水密度為4.33t/（h·m2）和8.66t/（h·m2）時，在離塔0m、5m、10m，離地1.5m高度處的常規(guī)塔噪聲，并按上式計算平均聲壓級。

5.1 淋水密度變化對不同塔型冷卻塔的影響

距常規(guī)塔0m處測點的平均聲壓級計算結(jié)果與高位塔對比，如圖6所示。

圖6 距塔0m處的平均聲壓級

從圖6可看出，在距塔0m處，高位塔和常規(guī)塔的聲壓級都隨淋水密度的增大而增大。經(jīng)計算后發(fā)現(xiàn)，常規(guī)塔淋水密度從4.33t/（h·m2）增加到8.66t/（h·m2）時（即淋水密度增加1倍），聲壓級增加2.83dB（相當于聲能量增幅0.92倍）。高位塔淋水密度從5.14t/（h·m2）增大到5.43t/（h·m2）時（增加0.06倍），聲壓級增加0.34dB，（聲能量增加0.08倍）；淋水密度從5.43t/（h·m2）增大到7.3t/（h·m2）時（增加0.34倍），聲壓級增加1.65dB（聲能量增加0.46倍）。說明高位塔和常規(guī)塔的淋水密度變化幅度與聲能量變化幅度基本相等，兩種塔規(guī)律一致。

比較淋水噪聲的大小發(fā)現(xiàn)，常規(guī)塔的噪聲比高位塔的噪聲大。測試時，高位塔最大淋水密度為7.3t/（h·m2）時，最大聲壓級為73.4dB。常規(guī)塔最小淋水密度為4.33t/（h·m2）時，最小聲壓級為78.16dB。從高位塔噪聲隨淋水密度的變化可以推測，淋水噪聲隨淋水密度呈線性變化。因此，可推測圖6所示的淋水密度范圍內(nèi)，常規(guī)塔的噪聲比高位塔都大。從變化趨勢上可看出，隨著淋水密度的減小，噪聲相差越大。可見，高位塔較常規(guī)塔有低噪聲的優(yōu)點且淋水密度越小，高位塔低噪聲的優(yōu)點越明顯。

5.2 不同塔型的噪聲衰減對比

淋水密度為4.33t/（h·m2）和8.66t/（h·m2）時，離常規(guī)塔0m、5m、10m處測點的平均聲壓級計算結(jié)果見圖7。

圖7 常規(guī)塔塔外測點平均聲壓級

對比圖3和圖7可發(fā)現(xiàn)，淋水密度的變化對常規(guī)塔和高位塔塔外噪聲的衰減規(guī)律都沒有影響。常規(guī)塔淋水密度為4.33t/（h·m2）和8.66t/（h·m2）時，塔外0m到10m，噪聲分別衰減2.14dB、2.19dB。高位塔淋水密度為7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）時，塔外0m到10m高度處，噪聲平均聲壓級分別衰減0.88dB、1.05dB和1.00dB。常規(guī)塔的噪聲雖然比高位塔大，但在離塔0m到10m衰減范圍內(nèi)，常規(guī)塔的衰減程度明顯大于高位塔。這是因為本次測試的兩個冷卻塔尺寸有差別。將冷卻塔的弧形進風面作為聲源，經(jīng)計算，高位塔進風面積為5884.58m2，常規(guī)塔為3560.28m2。高位塔聲源尺寸更大，靠近塔周處，噪聲衰減更小。

6 結(jié)論

通過對高位塔和常規(guī)濕式冷卻塔淋水噪聲的現(xiàn)場測試，可得出：

（1）淋水密度為7.3t/（h·m2）時，在相同半徑測點處，高位塔內(nèi)外淋水噪聲對稱分布，最大相差0.92dB。距塔中心6.25m的測點到距塔周10m測點的平均聲壓級衰減量為9.29dB。淋水密度變?yōu)?.43t/（h·m2）和5.14 t/（h·m2）時，平均聲壓級衰減量分別為10.03dB和9.82dB。淋水噪聲的衰減量小且與淋水密度無關(guān)。

（2）高度的變化不會改變塔外噪聲分布的對稱性，但高度越大，噪聲越大。塔外測點高度從0m變?yōu)?m，噪聲增大約4dB。淋水密度越大，不同高度處的噪聲都增大。淋水密度從5.14t/（h·m2）增大到7.3t/（h·m2）時，在0m、1.5m、2m高度處，噪聲分別增大2.32dB、2.25dB、3.55dB。

（3）高位塔和常規(guī)塔的淋水密度變化幅度與聲能量變化幅度基本相等，兩種塔規(guī)律一致。因為高位塔較常規(guī)塔噪聲小，所以淋水密度越小，二者噪聲相差越大。高位塔因尺寸更大，靠近塔周處的塔外噪聲衰減更接近面聲源特征、衰減幅度更小。離塔0m到10m高度處，淋水密度為7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）時，噪聲分別衰減0.88dB、1.05dB和1.00dB。