燃機(jī)電廠的噪聲控制

陸雨非

（上海閔行燃?xì)獍l(fā)電有限公司，上海 200245）

噪聲是危害人體健康且不利于環(huán)境保護(hù)的一種聲音。針對噪聲我國頒布了《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》，并明確指出在城市范圍內(nèi)向周圍生活環(huán)境排放工業(yè)噪聲應(yīng)當(dāng)符合國家規(guī)定的工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)。燃機(jī)占地面積小，啟機(jī)速度快，發(fā)電效率高，廢氣排放少。廢水經(jīng)過結(jié)晶蒸發(fā)，可實(shí)現(xiàn)零排放，因此多地大規(guī)模建造了燃機(jī)電廠。然而，由于歷史選址問題、人口密集問題以及供熱半徑等因素，很多燃機(jī)電廠的選址都靠近城市，使得越來越多的人開始關(guān)注燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲問題。例如，閔行燃機(jī)發(fā)電廠初建時遠(yuǎn)離城郊，遠(yuǎn)離居民生活區(qū)域，但隨著上海市的不斷發(fā)展和人口擴(kuò)張，現(xiàn)在的閔行燃機(jī)發(fā)電廠已經(jīng)十分靠近市區(qū)和居民區(qū)。

對于燃機(jī)電廠來說，噪聲的產(chǎn)生不可避免，因此如何有效治理是關(guān)鍵。我國對工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放有明確要求，如《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）中規(guī)定了5類排放限值。大體上來看，燃機(jī)電廠的噪聲主要來自于冷卻塔、鍋爐、主廠房以及供熱系統(tǒng)等。文章將重點(diǎn)分析燃機(jī)電廠的噪聲源，給出合理可行的噪聲治理建議，同時介紹一些噪聲檢測方法。

1 噪聲產(chǎn)生的原因和治理方法

1.1 循環(huán)水冷卻機(jī)力通風(fēng)冷卻塔系統(tǒng)

機(jī)力通風(fēng)冷卻塔因占地面積小、冷卻效率高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市燃機(jī)電廠。與傳統(tǒng)的雙曲線冷卻塔相比，機(jī)力通風(fēng)冷卻塔除了會產(chǎn)生淋水噪聲外，還會產(chǎn)生軸流風(fēng)機(jī)噪聲和空氣動力性噪聲。淋水噪聲為機(jī)組的循環(huán)冷卻水落入冷卻塔蓄水池造成的水流沖擊聲。它的噪聲大小與水滴下落的高度、水管直徑、塔里的通風(fēng)速度有直接關(guān)系[1]。軸流風(fēng)機(jī)噪聲主要為轉(zhuǎn)動部件產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。因風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的空氣動力性噪聲，按照位置可分為進(jìn)風(fēng)噪聲和排風(fēng)噪聲。通過了解噪聲的產(chǎn)生原理可知，不同的噪聲有不同的處理方法。

（1）淋水噪聲。根據(jù)機(jī)組的用水、排水需求，循環(huán)冷卻水管的口徑應(yīng)大小統(tǒng)一。若減小口徑，則會嚴(yán)重影響熱交換效率和冷卻效率。因此，可以從水滴下落的高度出發(fā)，在冷卻塔蓄水池的上方增加緩沖地帶，降低水滴的單程落差，從而在聲源層面降低噪聲。但是，增設(shè)緩沖地帶會影響冷卻塔的進(jìn)風(fēng)，進(jìn)而降低冷卻塔的冷卻效率。另外，可以采用玻璃棉材料吸聲，降低水滴與蓄水池相撞發(fā)出的噪聲。

（2）軸流風(fēng)機(jī)噪聲。在聲源上可采用超低噪聲的風(fēng)機(jī)和電機(jī)，從源頭減小噪聲的產(chǎn)生。此外，可以在電機(jī)底部安裝減振墊，減少因振動而產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。

（3）空氣動力性噪聲。在進(jìn)風(fēng)口安裝吸音百葉，在排風(fēng)口擴(kuò)散段安置消音器，均是降低空氣動力性噪聲的有效手段。

1.2 余熱鍋爐系統(tǒng)

與傳統(tǒng)鍋爐具有的引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)不同，余熱鍋爐的噪聲源主要來自鍋爐本體、給水泵、管道、加熱器以及排氣管口。鍋爐大多是露天建造，因此其噪聲源較為分散。鍋爐本體的噪聲主要來自燃?xì)廨啓C(jī)出口排放的噪聲，而卡門渦旋噪聲和湍流噪聲主要是因氣流在鍋爐內(nèi)部流動產(chǎn)生的空氣動力性噪聲，可在鍋爐設(shè)計之初通過安裝防振防噪隔板排除。因此，對于鍋爐本體來說，入口煙道處的噪聲為主要來源。在給水泵方面，電機(jī)和水泵的機(jī)械噪聲也是一大噪聲源，大小通常約在95 dB（A）[2]。排汽管口處，在鍋爐剛啟動時或者安全閥動作時會有強(qiáng)烈的高頻噪聲，這是由于氣體在高溫高壓下通過管口向外噴注引起的。此外，在鍋爐頂部平臺有眾多管道和汽包，由于爐頂面積小，設(shè)備排布密集、集中，氣體在內(nèi)部摩擦碰撞引起的噪聲也不容忽視。

在治理余熱鍋爐噪聲的過程中，了解鍋爐主要的噪聲源，便可以采取相應(yīng)的措施處理。首先，鍋爐本體。它的主要噪聲源在入口煙道處，因此可以在此處安裝消音器。需要注意，在進(jìn)風(fēng)口安裝消音器會影響燃機(jī)尾氣進(jìn)入鍋爐，降低燃機(jī)和鍋爐的效率，因此可以在鍋爐本體的主要噪聲源處安設(shè)隔音屏障，既合理可行又能夠控制成本。其次，給水泵。使用隔音材質(zhì)建造給水泵房，可大大縮減給水泵噪聲的傳播范圍。還可以采用安裝隔音罩的方法，雖然效果沒有泵房好，但從經(jīng)濟(jì)成本方面考慮是可行的。最后，排汽管口。最簡單實(shí)用的方法是安裝排汽消音器，也可在鍋爐爐頂安裝隔音屏包裹，避免噪聲向外傳播。這一方法已應(yīng)用于很多電廠，且效果顯著。

1.3 電氣系統(tǒng)

電氣噪聲主要來自變壓器，噪聲等級較低。變壓器噪聲按成因主要分為冷卻器噪聲和變壓器本體噪聲。冷卻器噪聲主要來自風(fēng)扇的空氣動力性噪聲和變壓器油泵的機(jī)械噪聲。對于大功率變壓器來說，單靠空冷明顯不夠。因此，6 kV/220 kV的變壓器一般配備3組共計6臺風(fēng)扇。當(dāng)機(jī)組滿功率運(yùn)行時，多達(dá)2組風(fēng)扇同時運(yùn)行，此時噪聲對周圍環(huán)境影響很大。

變壓器本體噪聲主要為電磁運(yùn)動產(chǎn)生的電磁性噪聲。電磁性噪聲的噪聲等級低，要想從根源上解決問題，需要從變壓器鐵芯設(shè)計、制造工藝等方面入手。因此，對變壓器冷卻系統(tǒng)的降噪處理為主要治理方向。從噪聲源出發(fā)，對變壓器油泵的機(jī)械噪聲可通過安裝減振墊來減少因機(jī)械振動引起的噪聲。對于冷卻風(fēng)扇，可以考慮使用低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇或者在風(fēng)扇處增加消音裝置來減少噪聲。但是，采用此措施治理噪聲可能會降低變壓器冷卻效率，導(dǎo)致變壓器溫度升高等問題。相比于從源頭解決噪聲問題，在噪聲傳遞過程中進(jìn)行治理更效率。使用隔音板或吸音板將變壓器封閉起來，內(nèi)部鋪設(shè)吸音材料，可大幅降低變壓器噪聲。

1.4 燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)

對于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，燃機(jī)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)通常都在同一廠房內(nèi)，因此主廠房是噪聲影響最嚴(yán)重的區(qū)域。燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的噪聲水平通常能夠達(dá)到85～95 dB（A），燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和屋頂風(fēng)機(jī)的噪聲水平也在70～80 dB（A），再加上閉冷水泵、凝結(jié)水泵以及真空泵等大功率泵的機(jī)械噪聲，主廠房的噪聲處理是重中之重。

對于大功率泵體，可以從噪聲源出發(fā)解決噪聲問題。在泵和電機(jī)運(yùn)行中，因振動引起的機(jī)械噪聲可以通過安裝減振墊來治理。屋頂風(fēng)機(jī)需要設(shè)計排風(fēng)消音器，燃機(jī)壓氣機(jī)的進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)計進(jìn)風(fēng)消音器。對于整個廠房需要采用全封閉建造方式，廠房的門窗選用隔音門窗，墻體采用砌塊結(jié)構(gòu)。隔音門橫斷面分別是阻尼層、共振腔、吸聲材料（3種組合）以及吸聲結(jié)構(gòu)[3]。對于不同頻率的噪聲，內(nèi)壁斷面積不斷變化呈現(xiàn)波浪形，可有效降低各頻率段的噪聲。建造時墻體本身的計權(quán)隔聲量應(yīng)滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）和《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）中要求的降噪量。若不能滿足，則墻體需要采用降噪材料[3]。

1.5 化學(xué)水處理

化學(xué)水處理是一個龐大的系統(tǒng)，可占全廠占地面積的一半。因?yàn)檎嫉孛娣e廣的特性，化學(xué)水處理噪聲總體不大。整個系統(tǒng)中一些單體的噪聲源如泵體運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲，是化學(xué)水處理要著重解決的問題。廠區(qū)不同地方配置了不同功能的水泵，如位于廢水池的廢水泵、位于工業(yè)水池的工業(yè)水泵以及位于化學(xué)水池的化學(xué)水泵等。功率較大的泵和水泵排布密集的場所，對廠界噪聲的影響不能忽視。化學(xué)水處理主要提供全廠使用的除鹽水和工業(yè)水，通常可分為原水預(yù)處理和制除鹽水兩個系統(tǒng)。對于原水預(yù)處理系統(tǒng)，最大的噪聲源自大功率泵和補(bǔ)給水泵。通常一臺補(bǔ)給水泵的出力能達(dá)到1 000 t·h-1。制除鹽水系統(tǒng)的主要噪聲來自化水車間。雖然化水車間里泵的功率遠(yuǎn)不及補(bǔ)給水泵，但要制出合格的除鹽水，必須經(jīng)過超濾、一級反滲透、二級反滲透、EDI（Electrodeionization）處理4道工序。水泵排布密集，每道工序需要的泵在同時運(yùn)作時產(chǎn)生的噪聲可達(dá)80～85 dB（A）。

對于原水預(yù)處理補(bǔ)給水泵，除了通過安置減振墊來減少因機(jī)械振動造成的噪聲之外，仍需要單獨(dú)建造補(bǔ)給水泵房進(jìn)行隔聲、吸音，通過安置隔聲門窗和消聲百葉窗，以達(dá)到隔絕噪聲對外傳播造成影響。對于制除鹽水系統(tǒng)，既要減少泵本體的機(jī)械噪聲，又要用隔音材料減少化水車間對外界的影響。由于大部分電廠為了節(jié)約空間會將化學(xué)制水控制室安置于化水車間，必須確保化學(xué)制水控制室的噪聲在55 dB（A）以下，不會對化學(xué)運(yùn)行人員聽力造成損傷。因此，對隔音材料的要求高，推薦使用隔音板、隔音氈、隔音棉以及墻壁減振墊等材料。為了運(yùn)行人員能在控制室看到化水車間的全貌，推薦采用雙層吸聲玻璃窗。這種吸聲窗由雙層玻璃、四周的共振腔及窗框組成。第一層玻璃因?yàn)槁暡ㄕ駝訒r帶動共振腔，使得聲波能量被消耗，再通過第二層玻璃隔絕，幾乎能將聲波完全屏蔽。此外，許多電廠集控室位于廠房內(nèi)，也需要雙層吸聲玻璃窗來隔絕噪聲，以保證機(jī)組運(yùn)行人員的健康。

1.6 供熱系統(tǒng)

對于某些有供熱需求的燃機(jī)電廠，由于用戶所需的蒸汽連續(xù)、不間斷，電廠必須持續(xù)提供穩(wěn)定的蒸汽，因此供熱系統(tǒng)的噪聲也不容忽視。供熱系統(tǒng)中各類供熱管道眾多，其噪聲主要來自設(shè)備的機(jī)械噪聲和管道中節(jié)流等發(fā)出的空氣動力性噪聲[5]。

供熱站可加裝隔音門窗，供熱管道可加裝隔聲管廊。如果在供熱工況下，供熱管道的鋼支架有振動噪聲，需要對管道和支架采取阻尼減振措施，對供熱管道的鋼柱及主要鋼梁做包扎處理，從而達(dá)到吸音隔聲的效果，杜絕噪聲對外傳播。

2 噪聲的測量軟件

工業(yè)廠界的噪聲治理應(yīng)盡可能減少噪聲污染，同時要保證其經(jīng)濟(jì)性。如果對于廠區(qū)內(nèi)每個細(xì)小的噪聲源或者對于穩(wěn)態(tài)噪聲等級低的噪聲都進(jìn)行治理，那么可能會出現(xiàn)成本超支、經(jīng)濟(jì)性差等問題。因此，有效、高效的噪聲測量手段必不可少，是噪聲處理的前提。從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，以當(dāng)前環(huán)境的噪聲量為基準(zhǔn)，依據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）和《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）計算降噪量，通過上文所述的方法進(jìn)行降噪，能將效益最大化，避免過度治理。

隨著計算機(jī)行業(yè)的高速發(fā)展，聲學(xué)工程的研究和應(yīng)用都離不開計算機(jī)的輔助。計算機(jī)高效的計算速率在很大程度提高了后期的工作效率，其中來自德國的SoundPLAN和Cadna/A聲學(xué)模擬預(yù)測軟件表現(xiàn)突出。下面將重點(diǎn)介紹這兩款軟件的基本使用方法。

根據(jù)屬性不同，工業(yè)噪聲源可分為4種，分別是點(diǎn)聲源、線聲源、面聲源和體聲源[6]。以燃機(jī)電廠為例，發(fā)生在主廠房和水泵房這種建筑物內(nèi)自帶噪聲源設(shè)備的可以定義為體噪聲，冷卻塔、鍋爐等將噪聲向外擴(kuò)散傳播的則定義為面噪聲。SoundPLAN和Cadna/A軟件具備界面設(shè)計合理、交互體驗(yàn)良好以及操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。它們的三維彩色輸出畫面能夠更加直觀地展示預(yù)測效果。此外，廠區(qū)的綠色植被可以作為噪聲屏障輸入?yún)?shù)。在利用軟件準(zhǔn)確測量噪聲源并確定準(zhǔn)確的降噪量后，可進(jìn)行噪聲源和傳播途徑的分析，以選擇在噪聲源頭治理還是在傳播途徑中阻隔。在成本計算方案確定后進(jìn)行設(shè)計施工，從經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性兩個角度對其進(jìn)行工程評價。

3 結(jié)語

各個燃機(jī)電廠需要進(jìn)行噪聲處理，以降低對周圍環(huán)境和居民區(qū)居民生活的影響。本文通過分析燃機(jī)電廠各個系統(tǒng)的噪聲源和不同的治理方法，總結(jié)出解決噪聲問題的相關(guān)原則，主要包括不能影響設(shè)備本身的運(yùn)行效率、成本控制要得當(dāng)、不能因?yàn)樵黾痈粢粼O(shè)備而影響設(shè)備的維修和保養(yǎng)。通過計算機(jī)模擬軟件得到噪聲量，根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）和《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）計算得到各個單元精確的降噪量，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，避免過度治理。