冷却塔的落水噪声及其防治措施

倪季良
（国家电力公司 西北电力设计院，陕西 西安 710032）

　　摘要：根据冷却塔噪声的实测结果，就冷却塔噪声的成困、性质及其治理方法进行了分析。冷却塔的噪声可视为点声源，其治理方法可分为塔内和塔外两条途径。塔内治理可采用冷却塔落水消能降噪装置，塔外治理可采用声屏障方法。
　　关键词：冷却塔；噪声；治理；综述
　　中图分类号：TU991.42 　　文献标识码：A 　　文章编号：1009－2455（2003）03－0055－04

A Discussion on Falling Water Noise from Cooling Tower
and Metheds for Its Prevention and Control

NI Ji－liang
（Northwest Electric Power Dsign Institute,State Power Corporation,Xi‘an 710032，China）

　　Abstract：Causes of formation of noise from cooling towers，characteristics of the noise as well as methods　for controlling the noise are analyzed based on actual measurement of noise from cooling towers.Noise from cool-ing towers can be considered as a point source of sound and there are two ways for its control，i.e，Inside－tower　method and outside－tower method.For inside－tower control，an energy-eliminating and noise－lowering device for　he falling water from cooling towers may be used， while for outside－tower control，acoustic shielding method may　be used.
　　Keywords：cooling tower；noise；control；summary

　　近年来，冷却塔噪声对周围环境的影响已越来的引起人们的重视，开始出现了整治冷却塔噪声污染的呼声，妥善处理好冷却塔噪声对周围环境的影响问题正逐步成为全社会的共识。

1 冷却塔落水噪声的检测

　　在距进风口底缘即一般倒T形塔基的水池边沿5m 处，测高点 1.2 m^[1]，测得的一些自然通风冷却塔的实测噪声及其频谱见图1。

2 冷却塔落水噪声的声源特性

　　声源属性：噪声源为落水区下的巨大圆形水面，为塔内冷却落水对池水.的大面积连续的液体间撞击产生的稳态水噪声；是机械噪声、空气动力噪声、电磁噪声之外的一种特殊噪声。
　　落水撞击瞬时速度：7-8 m/s^[2]

　　声源声级：80 dB（A）左右。
　　频谱：音频分布呈高频（1000－16 000 HZ）及中频（500－1000 HZ）成分为主的峰形曲线；峰值位于4 000 HZ左右。
　　声速：c＝340 m／S。
　　波长：λ＝C／f；1.36m（250 Hz）～O.02 m（1 000 HZ），以0.085 m（4 000 HZ）为主。

3 冷却塔落水噪声的影响范围

3.1 声波的距离衰减规律
　　落水噪声随距离的衰减特性符合半球面波在传播过程中随着能量分布的扩大而衰减的规律，其“点声源” 的距离衰减规律为距离每增加一倍声能衰减 6 dB。用公式表达即为^[3]：
　　L₁－L₂= 20 lg（r₂／r₁）
式中：L₁，L₂——离声源边缘由近及远二个测点的声级值，dB；
　　r_２／r₁——远、近二个测点分别到声源边缘的距离之比。
　　当 r_２／r₁＝2时，lg（r₂／r₁）＝0.3010，于是 L₁－L₂= 20 lg（r₂ ／r₁）＝6 dB。
　　落水噪声的声源为内置的一片圆形水面，腔体内声波通过进风口向外传播，所以可将进风口视为声源边缘，其庞大特殊的弧面出声口使“附近区域” 内的声波并不立即按“点声源” 的距离衰减规律衰减，在这个由近及远的“附近区域”内存在着一个按“面声源”（声波不衰减）及至“线声源”（距离每增加一倍声能衰减 3 dB）的距离衰减规律的过渡区域，只有当受声点（测点）外移至可将冷却塔的环形进风口视为一个“点” 以外的后方，声波才开始按“点声源”的距离衰减规律衰减。于是，在
“点声源”以外的范围内，只要知道某测点的声级，便可根据上式求得任一点的声级。
3.2 冷却塔为“点声源”的起始位置
　　根据已有距离衰减实测资料，分析各起始位置D（视进风口为声源边缘）的规律可知，视冷却塔为“点声源”的起始位置D可用下式估算：
　　D＝A^1/2/4
　　式中：A——冷却塔面积，m²。
　　以目前我国常见范围的 2 000 m²（仪化电厂）－9 000 m²（吴径电厂）的冷却塔为例，其“点声源”起始位置D点（以进风口底缘为起点），分别为11.18 m及 23.72 m。由此可见，设在离塔（以进风口底缘为起点）25 m以外的噪声测点基本上都可将所有的冷却塔视为“点声源”。
3.3 冷却塔噪声影响范围的评估
　　冷却塔噪声声级的绝对值在工业噪声中虽然并不算很大，而且其声能同样随着距离每增加一倍而衰减 6 dB（“点声源”），但由于其声源庞大，它的衰减起始距离较远（25m），翻三番便已到了 200 m，相对于25m处也才降了 18 dB，所以其影响范围远大于一般性工业噪声。仍以 2 000-9 000 m² 的冷却塔为例，在25 m处（“点声源” 以外测点、以进风口底缘为起点）实测所得声级分别为71.7及77.ldB（A），如按“点声源”的距离衰减规律即距离每增加一倍声能衰减 6 dB计，则 50 m处的声级应分别为 65.7及 71.ldB（A）；100 m处的声级应分别为 59.7及 65.ldB（A）；200 m处的声级应分别为53.7 及 59.ldB（A），220 m处的声级用公式推算则应分别为52.9及58.3 dB（A）。这就是噪声影响范围（力度）的大致评估，它包含了目前常见的各类大小塔型范围。借助此法，我们便可根据 10－25 m处（各塔与其塔型大小相应的“点声源”起始位置）以远测点实测所得声级，评估各种塔型（单塔）的噪声影响范围（力度）。但这只是一种理想条件下的简便、粗略的评估方法，在实际厂况环境中，由于受 池水水位变化、淋水密度变化、地表地形、障碍物分布、塔群分布、风向风力、气候气温及其它声源的影响，各类冷却塔噪声的实际分布、衰减规律将会有所出人。据对吴径电厂 9 000 m² 冷却塔的落水噪声进行的实测［4］，在距塔 220 m外的受声点所测得的噪声值为55.4－58.3 dB（A）（另一次测试结果为
61.9 dB（A），估计受顺风影响），与我们以 25 m处实测声级为依据推算 220 m 处为 58.3 dB（A）的结果十分吻合。图2表示冷却塔噪声的影响范围。从图2中可以看出，由于冷却塔声源庞大，在距进风口 10－25 m范围内，噪声级衰减很慢，其中“面声源”距离范围内声级衰减的理论值为零。但对于尺度很小（1m 左右）的一般性声源，由于不存在“面声源”及“线声源”的衰减形态，所以声源的声级一开始就按“点声源”的衰减速率迅速下降，如图2左侧第一条粗虚线所示。
4 冷却塔噪声治理的基本途径及治理方法
　　大型冷却塔的噪声属于中高频稳态噪声，声源“标称声级”在 80 dB（A）左右，冷却塔噪声的治理目标原则上应是将受噪声干扰的受声点噪声级控制在相应于当地环境的噪声国家标准以内。
4.1 治理途径

　　针对噪声的发生机理、传播方式，可以把冷却塔噪声的治理归结为塔内、塔外两条基本途径，塔内以声源的降噪治理为主；塔外则包含有传声途径上的声波阻隔（隔声）、声波吸收（合沿程吸收衰减）以及距离衰减（声能扩散）等三种方式。其中以声波阻隔辅以声波吸收为塔外治理的主要手段，无论是塔内的声源治理技术还是国外已有应用的塔外声波阻隔技术，在我国的应用还刚起步，因而都缺乏实践应用经验。下面列表归纳并推荐几种冷却塔噪声的治理技术供工程参考选用，各自的特点、适用性参见表1。
4.2 塔内声源的治理
4.2.1 降噪原理
　　采用DY—l型冷却塔落水消能降噪装置[5]。该装置采用斜面消能减噪声原理——在冷却塔落水直接撞击水面之前，使落水先在斜面上经无声擦贴、粘滞减速、挑流分离、疏散洒落等消能形式的过渡，取得消减落水冲击噪声的治理效果，是针对塔内声源源头的一项治理技术。
4.2.2 形式结构
　　DY-1型冷却塔落水消能降噪声装置主要由“支承构架”及“落水消能降噪器”两大部分组成。“支承构架”又可分为漂浮式及固定式二种形式。“落水消能降噪器” 以六角蜂窝斜管为主体形式，层高 18 cm，由竖向导人段、无声擦贴斜段、粘滞减速斜段、疏散洒落挑流段等四个功能段组成。
4.2.3 材质选用
　　漂浮式落水消能降噪装置主要由采用挤拉、注塑或热压成型的塑料件或玻璃钢件（受力件）构成。其材质特点是结构轻型、便于搬运、易于安装、防腐耐用。

表1 冷却塔嗓声治理方案选用参考 治理途径 降噪分类 降噪形式 降噪原理 降噪效果参考值／
dB（A） 降噪要点 适用条件 塔内声源 取消声源形成 条件，避免落水直接撞击水面 倾斜组管件结构 水击斜面无声擦贴附着铺展、减速消能 15 斜面存在一个最佳降噪倾角 适用于不允许影响进风量或塔外治理中间不足的新、老塔 多层细眼丝网 水击密集丝网无声切割细化水柬疏散消能 13 层多、丝细、孔眼小效果就好 同上 浓密针刺结构 水击密集针刺无声切割细化水束疏散消能 9 针刺细密效果就好 同上 塔外传播途径 阻隔声波（含吸声功能） 声屏障 隔声墙 阻隔声源射向受声点的直达声波 5～10 墙体越厚越高效果越好 应考虑进塔风量不受影响或采取局部布置形式 隔声堤 同上 5～10 堤身越高，效果越好 不影响进风，适于塔外治理空间充足的新、老塔 隔声建筑 同上 ＞5 建筑越高，效果越好 在塔边修建库房类无人建筑 吸声型隔
声屏 阻隔并吸收声源射向受声点的直达声波 5～10 屏顶高，附加吸声性能，效果好 应考虑进塔风量不受影响或采取局部布置形式 百叶窗式消声屏 完全“封闭” 进风口 阻隔并吸收声源射向受六点的直达声彼及绕射声波 ＞15 效果与投资及阴力有关 仅适用于设计中已充分考虑进风阻力的新塔 沿程衰减 植树造林 吸收声波衰减声能 2～3／10 m（l000 Hz） 树高林密，精选树种 受声点与声源间存在大片空地 距离衰减 远离冷却塔 声能在作半球面波扩散的过程中自然衰减 远离才有效果 点声源形态下，距离每加倍声波衰减 6 dB 生活、办公区宜远离冷却塔150～200 m以外 受声
点 阻隔声波 隔声门、窗 阻隔声源射向受声点的直
达声波及绕射声波 ＞30 采用专业产品 适用于安装通风设施的受噪声影响突出的建筑物

　　固定式落水消能降噪声装置上部的支承框架及降噪器的材质选用与漂浮式相同，所不同的是其下部固定的主、次支承梁系是由型钢构成的。经防腐处理的型钢（Q235）具有强度高、刚度好的特点。
4.2.4 降噪效果
　　在落差 H＝6 m、淋水密度 q＝8 t／（m²·h）标准试验工况下，冷却塔模拟落水声源与降噪装置器的声级及频谱测试结果的对比参见图 3 [5]。图 3表明降噪器削去了落水声源的高频成分。采用飘浮式落水消能降噪装置，260元／m²，固定式落水消能降噪装置，300 元／m²
4.3 塔外传声途径的声波阻隔
4.3.1 降噪原理
　　声波在传播过程中遇到障碍时，就会发生反射、透射和绕射三种现象。声屏障就是在声源与受声点之间插人一个设施，用以隔断并吸收声源到达受声点的直达声波，使部分声波受阻反射，部分声波则经吸收衰减后通过屏体透射（极小）和屏顶绕射等附加衰减形式到达受声点，达到减轻受声点的噪声影响、取得降噪效果的目的。
4.3.2 形式结构
　　声屏障的结构可分为地上和地下二部分，地上部分为厚约 20 cm的屏蔽声波的巨型、连续板式立面（包括斜撑），其顶部为扇形吸声体或内倾式遮檐；地下部分则为承重、抗倾覆（风荷载）的基础。
　　屏障的高度及宽度原则上以隔断声源到达受声点的直达声波为最低限度，一般来说，为提高屏蔽效果，屏障的高度通常不低于进风口高度的1.3倍；为避免影响进风，屏障离进风口距离通常不小于进风口高度的2倍。
4.3.3 材质选用
　　声屏障的地上部分即屏蔽层可采用砖墙、薄钢板、铝合金、玻璃钢、聚碳酸脂塑料等耐老化。抗腐蚀材料；声屏障的地下部分即基础则以混凝土及钢材为主。
4.3.4 降噪效果
　　声波遇到屏障发生的绕射现象会减弱声屏障的隔声作用，而绕射能力与声波的频率有关，所以声屏障的降噪效果与声波的频率即波长的关系很大。声屏障对于波长短、不易绕射的高频波的屏蔽作用十分显著，可以在屏障后面形成很长的声影区；而对于波长、具有很强绕射能力的低频波的屏蔽作用则十分有限。当然，也可以通过加高屏障的办法来削弱绕射声波对受声点的影响。由于声屏障对高频声波产生明显有效的屏蔽作用，而冷却塔落水噪声的频谱以中高频成分为主，所以采用声屏障隔断并吸收冷却塔声源到达受声点的直达声波可以取得一定的降噪效果。
　　声屏障的降噪效果以声影区中紧挨屏障的局部区域为最好，最高可达 25 dB（A）左右^[3]，这对于以厂界测试结果为达标依据的评价规则很解决问题；然而，声影区以外的降噪声级则由于中频绕射声波的到达而有所反弹，但对于高频波而言，衰减量一般还可达到 10－15 dB（A）^[6]（不含距离衰减部分），然而由于冷却塔落水噪声中尚含有中频成分，所以其降噪效果会有折扣。这样，对于厂外受声点来说，为取得满意的降噪效果，在不影响进风的前提下，尚应通过加大屏障高度调节之。
4.3.5 投资及效果的估算
　　由于缺乏应用实例，故只能以两个工程的初设报价供其它工程参考估算：
　　①扬州电厂二座 4 000 m² 冷却塔填料层直径为71m，进风口高 7 m，二座塔的部分绕塔的隔声墙总长 382 m，墙高 9.6 m，包括设计、安装在内总价为 246万元。其厂界的设计降噪量为 19 dB（A），即由实测的 74 dBu）降为预期的 55 dB（A）^[7]。
　　②吴径电厂9000 m² 冷却塔填料层直径为107m，进风口高10 m，距进风口20 m的东侧布置总长160 m的一字形声屏障，屏高13 m，总投资额为336万元。屏障本身的隔声指数高达26.5 dB（A）（“SHP－W.型微穿孔吸声屏障”鉴定证书、上海申降噪量为 8.2 dB（A），由降噪前现场测试数据中的最大值 61.9 dB（A）降为降噪后的预期目标值 53.7dB（A）^[4]。

参考文献：
　　[1] GB/T 14623－93，城市区域环境噪声测量方法［S］.
　　[2] 赵振国 冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社，1996.
　　[3][日]公害防止技术法规编委会（卢贤昭译）.公害防止技术噪　　[4] GB 3096—93，城市区域环境噪声标准[S].
　　[5] 倪季良.冷却塔落水消能降噪装置[R].西安：西北电力设计院，2001.
　　[6] 徐世勤，王樯.工业噪声与振动控制[M].北京：冶金工业出版社，1999.
　　[7] 王建荣. 火电厂冷却塔噪声防治措施分析与探讨[R].南京：江苏省电力设计院，2000.

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作者简介：倪季良（1941-），男，上海崇明人，教授级高工，水力学专业，电话（029）2525812转2426。