高位塔与常规湿式冷却塔淋水噪声的现场测试

姜磊，党志刚，高明*，孙奉仲，周红，孙晓峰，王琦

（1.山东大学能源与动力工程学院，济南 250061；2.大连明日环境发展有限公司，辽宁 大连 116021）

引言

目前，环境噪声问题已逐渐引起人们的重视，2017年我国的环境噪声投诉占环保投诉总数的42.9%[1、2]。冷却塔为电厂的主要噪声源之一，因其具有噪声声源庞大、传播距离远等特点，使电厂周边的噪声超标，严重影响了人们的生活质量[3]。因此，冷却塔噪声逐渐引起专家学者的关注。

冷却塔噪声的研究主要集中在自然通风常规湿式冷却塔上，许多学者通过实验测量分析，得到了冷却塔声功率的近似计算公式及噪声传播规律[4、5]，通过模型实验得到了冷却塔噪声随淋水密度等因素的变化规律[6、7]，通过软件预测了冷却塔噪声对周围环境的影响[8、9]。高位集水冷却塔因其节能、高效等优点，广泛应用于火电及核电厂。但目前的研究主要集中在高位集水冷却塔热力性能的研究上[10、11]，对高位塔噪声的研究较少。

本文对某电厂高位集水冷却塔和常规湿式冷却塔噪声进行了现场测试，研究冷却塔淋水噪声A计权声压级的分布规律及其随淋水密度的变化规律，并将两种冷却塔测试结果进行对比分析。该研究可为下一步噪声控制奠定基础。

1 测点布置

本研究按照等环面积法在高位塔内沿45°、135°、225°、315°四个方向（以正北方向为0°，沿逆时针方向计算）布置了24个测点，测点距离塔底1.5m高。每个方向从塔内到塔外，测点分别记为①～⑥，其半径分别为6.25m、15m、25m、38m、49m、60m。在塔外沿四个方向，距塔0m、5m、10m处布置测点。塔外测点距地面1.5m，并在离塔5m处测试了离地0m和2m高度的声压级。测点布置见图1。

图1 测点布置图

现场测试仪器为手持式噪声计，测试得各测点的A计权声压级，仪器量程范围为30～130dB，精度为±1.50dB。测试在无雨雪、无雷电天气，风速5m/s以下时进行。

2 相同淋水密度下淋水噪声的分布规律

在高位塔淋水密度为7.3t/（h·m2）时，对塔内外噪声A计权声压级进行测试，各测点A计权声压级如图2所示。

图2 相同淋水密度下各测点的声压级

由图2可得出：在相同半径位置，塔内外不同方向噪声声压值相差较小，表明塔内外噪声对称分布。最大差值在半径为60m时，即⑥测点，45°方向和135°方向相差仅为0.92dB（A）。在相同方向位置，在塔内，四个方向噪声声压级都沿径向减小，但是衰减值较小。在45°、135°、225°、315°方向上，沿径向从①到⑥测点，径向距离为53.75m，噪声分别衰减1.28dB（A）、1.55dB（A）、1.1dB（A）、1.57dB（A）。越靠近塔内，噪声声压级越大。这是因为上部各处落水冲击收水板产生的噪声到达塔内的距离比到达塔外侧的距离短。上部各处噪声源到达塔中心的传播距离为0～R（R为冷却塔底部半径），噪声源到达最外侧的传播距离为0～2R，部分噪声源的传播距离变长。

在塔外侧，随着离塔距离的增大，四个方向测点的噪声值都减小，但衰减量很小。在45°、135°、225°、315°方向上，塔外0m测点到10m测点，噪声分别衰减0.5dB（A）、0.9dB（A）、0.3dB（A）和0.6dB（A）。这是因为高位塔产生的噪声通过进风口向塔外传播，可将冷却塔的弧形进风面作为声源，进风面向四周辐射声能。经计算，高位塔进风面积为5884.58m2，高位塔声源尺寸大，靠近塔周边处，噪声不易衰减。计算相邻两个测点的平均声压值衰减量发现，最大衰减在塔内⑥测点和距塔0m处的测点，两个测点相距3.1m，在45°、135°、225°、315°方向上，衰减量分别为6.82dB（A）、5.4dB（A）、6.38dB（A）、5.8dB（A）。说明在靠近塔外侧处，塔内噪声更容易衰减。

3 淋水噪声随淋水密度的变化规律

为探究淋水密度对高位塔噪声的影响，现场测试了淋水密度为7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）时的塔内外不同位置测点的声压级。在相同淋水密度条件下，计算沿同一半径位置测点的平均声压级，按下式计算。计算结果见图3。

式中：Lp为相同半径测点的平均声压级，dB；n为测点个数，n=4；Lpi为第i个测点的声压级，dB。

图3 不同淋水密度时的平均声压级

由图3可得出：当淋水密度不同时，高位塔平均声压值都沿径向衰减，衰减量小且衰减幅度相差不大。淋水密度为7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）时，从塔内①测点到距塔周处10m测点的平均声压级沿径向衰减值分别为9.29dB、10.03dB和9.82dB。说明高位塔噪声的衰减规律与淋水密度无关。比较相同半径位置处测点的平均声压值发现，随着淋水密度的增大，所有相同半径位置处测点的平均声压值都增大。这是因为，淋水密度越大，从填料底部落下的水滴越密集，粒径越大，冲击收水板产生的噪声越大。

4 塔外淋水噪声随高度的变化规律

为分析塔外不同高度淋水噪声的变化规律，现场测试了淋水密度为7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）时，距塔周边5m测点处，离地0m、1.5m和2m高的噪声声压级。

淋水密度为7.3t/（h·m2）时，距塔周5m测点处，不同高度的声压级见图4。

图4 不同高度测点声压值

按上式计算同一高度测点的平均声压级。计算结果见图5。

图5 不同淋水密度、测点高度的平均声压值

从图4、图5可看出，当淋水密度为7.3t/（h·m2）时，在距塔周处5m处，同一高度不同方向测点的声压值相差不大。最大差值在离地2m处，为0.7dB。说明高度的变化不会改变高位塔噪声的对称性。随着高度的增加，噪声声压值增加。在45°、135°、225°、315°方向上，高度0m到2m，噪声分别增大了4.5dB、4.2dB、4.0dB、4.3dB，都增大约4dB。当淋水密度不同时，噪声声压级都随着测点高度的增加而增加。变化趋势相同，说明淋水密度的变化不会改变噪声随测点高度的变化规律。当淋水密度增大时，不同高度的声压值都增加。淋水密度从5.14t/（h·m2）增大到7.3t/（h·m2）时，在0m、1.5m、2m高度处，平均声压级分别增大2.32dB、2.25dB、3.55dB。在高度为2m处的平均声压级增加程度较0m和1.5m大。

5 高位塔与常规塔的噪声对比

为了比较常规塔和高位塔噪声的不同，按与高位塔相同的塔外测点布置方式，现场测试了淋水密度为4.33t/（h·m2）和8.66t/（h·m2）时，在离塔0m、5m、10m，离地1.5m高度处的常规塔噪声，并按上式计算平均声压级。

5.1 淋水密度变化对不同塔型冷却塔的影响

距常规塔0m处测点的平均声压级计算结果与高位塔对比，如图6所示。

图6 距塔0m处的平均声压级

从图6可看出，在距塔0m处，高位塔和常规塔的声压级都随淋水密度的增大而增大。经计算后发现，常规塔淋水密度从4.33t/（h·m2）增加到8.66t/（h·m2）时（即淋水密度增加1倍），声压级增加2.83dB（相当于声能量增幅0.92倍）。高位塔淋水密度从5.14t/（h·m2）增大到5.43t/（h·m2）时（增加0.06倍），声压级增加0.34dB，（声能量增加0.08倍）；淋水密度从5.43t/（h·m2）增大到7.3t/（h·m2）时（增加0.34倍），声压级增加1.65dB（声能量增加0.46倍）。说明高位塔和常规塔的淋水密度变化幅度与声能量变化幅度基本相等，两种塔规律一致。

比较淋水噪声的大小发现，常规塔的噪声比高位塔的噪声大。测试时，高位塔最大淋水密度为7.3t/（h·m2）时，最大声压级为73.4dB。常规塔最小淋水密度为4.33t/（h·m2）时，最小声压级为78.16dB。从高位塔噪声随淋水密度的变化可以推测，淋水噪声随淋水密度呈线性变化。因此，可推测图6所示的淋水密度范围内，常规塔的噪声比高位塔都大。从变化趋势上可看出，随着淋水密度的减小，噪声相差越大。可见，高位塔较常规塔有低噪声的优点且淋水密度越小，高位塔低噪声的优点越明显。

5.2 不同塔型的噪声衰减对比

淋水密度为4.33t/（h·m2）和8.66t/（h·m2）时，离常规塔0m、5m、10m处测点的平均声压级计算结果见图7。

图7 常规塔塔外测点平均声压级

对比图3和图7可发现，淋水密度的变化对常规塔和高位塔塔外噪声的衰减规律都没有影响。常规塔淋水密度为4.33t/（h·m2）和8.66t/（h·m2）时，塔外0m到10m，噪声分别衰减2.14dB、2.19dB。高位塔淋水密度为7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）时，塔外0m到10m高度处，噪声平均声压级分别衰减0.88dB、1.05dB和1.00dB。常规塔的噪声虽然比高位塔大，但在离塔0m到10m衰减范围内，常规塔的衰减程度明显大于高位塔。这是因为本次测试的两个冷却塔尺寸有差别。将冷却塔的弧形进风面作为声源，经计算，高位塔进风面积为5884.58m2，常规塔为3560.28m2。高位塔声源尺寸更大，靠近塔周处，噪声衰减更小。

6 结论

通过对高位塔和常规湿式冷却塔淋水噪声的现场测试，可得出：

（1）淋水密度为7.3t/（h·m2）时，在相同半径测点处，高位塔内外淋水噪声对称分布，最大相差0.92dB。距塔中心6.25m的测点到距塔周10m测点的平均声压级衰减量为9.29dB。淋水密度变为5.43t/（h·m2）和5.14 t/（h·m2）时，平均声压级衰减量分别为10.03dB和9.82dB。淋水噪声的衰减量小且与淋水密度无关。

（2）高度的变化不会改变塔外噪声分布的对称性，但高度越大，噪声越大。塔外测点高度从0m变为2m，噪声增大约4dB。淋水密度越大，不同高度处的噪声都增大。淋水密度从5.14t/（h·m2）增大到7.3t/（h·m2）时，在0m、1.5m、2m高度处，噪声分别增大2.32dB、2.25dB、3.55dB。

（3）高位塔和常规塔的淋水密度变化幅度与声能量变化幅度基本相等，两种塔规律一致。因为高位塔较常规塔噪声小，所以淋水密度越小，二者噪声相差越大。高位塔因尺寸更大，靠近塔周处的塔外噪声衰减更接近面声源特征、衰减幅度更小。离塔0m到10m高度处，淋水密度为7.3t/（h·m2）、5.43t/（h·m2）和5.14t/（h·m2）时，噪声分别衰减0.88dB、1.05dB和1.00dB。