高位塔與常規濕式冷卻塔淋水噪聲的現場測試

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.大連明日環境發展有限公司，遼寧 大連 116021）

引言

目前，環境噪聲問題已逐漸引起人們的重視，2017年我國的環境噪聲投訴占環保投訴總數的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量[3]。因此，冷卻塔噪聲逐漸引起專家學者的關注。

冷卻塔噪聲的研究主要集中在自然通風常規濕式冷卻塔上，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律[6、7]，通過軟件預測了冷卻塔噪聲對周圍環境的影響[8、9]。高位集水冷卻塔因其節能、高效等優點，廣泛應用于火電及核電廠。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濕式冷卻塔噪聲進行了現場測試，研究冷卻塔淋水噪聲A計權聲壓級的分布規律及其隨淋水密度的變化規律，并將兩種冷卻塔測試結果進行對比分析。該研究可為下一步噪聲控制奠定基礎。

1 測點布置

本研究按照等環面積法在高位塔內沿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

現場測試儀器為手持式噪聲計，測試得各測點的A計權聲壓級，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律

在高位塔淋水密度為7.3t/（h·m2）時，對塔內外噪聲A計權聲壓級進行測試，各測點A計權聲壓級如圖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，塔內外不同方向噪聲聲壓值相差較小，表明塔內外噪聲對稱分布。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，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，噪聲聲壓級越大。這是因為上部各處落水沖擊收水板產生的噪聲到達塔內的距離比到達塔外側的距離短。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），噪聲源到達最外側的傳播距離為0～2R，部分噪聲源的傳播距離變長。

在塔外側，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現，最大衰減在塔內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）。說明在靠近塔外側處，塔內噪聲更容易衰減。

3 淋水噪聲隨淋水密度的變化規律

為探究淋水密度對高位塔噪聲的影響，現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，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律與淋水密度無關。比較相同半徑位置處測點的平均聲壓值發現，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，沖擊收水板產生的噪聲越大。

4 塔外淋水噪聲隨高度的變化規律

為分析塔外不同高度淋水噪聲的變化規律，現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 高位塔與常規塔的噪聲對比

為了比較常規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

距常規塔0m處測點的平均聲壓級計算結果與高位塔對比，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，高位塔和常規塔的聲壓級都隨淋水密度的增大而增大。經計算后發現，常規塔淋水密度從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，兩種塔規律一致。

比較淋水噪聲的大小發現，常規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，常規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，高位塔較常規塔有低噪聲的優點且淋水密度越小，高位塔低噪聲的優點越明顯。

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，離常規塔0m、5m、10m處測點的平均聲壓級計算結果見圖7。

圖7 常規塔塔外測點平均聲壓級

對比圖3和圖7可發現，淋水密度的變化對常規塔和高位塔塔外噪聲的衰減規律都沒有影響。常規塔淋水密度為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。常規塔的噪聲雖然比高位塔大，但在離塔0m到10m衰減范圍內，常規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，經計算，高位塔進風面積為5884.58m2，常規塔為3560.28m2。高位塔聲源尺寸更大，靠近塔周處，噪聲衰減更小。

6 結論

通過對高位塔和常規濕式冷卻塔淋水噪聲的現場測試，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。淋水密度變為5.43t/（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。

（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變為2m，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，兩種塔規律一致。因為高位塔較常規塔噪聲小，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。