摘 要： 对噪声治理技术应用于燃气—蒸汽联合循环电厂的方法论进行了探索。从声学原理出发，介绍隔声、消声、吸声噪声治理基本方法。对燃气—蒸汽联合循环电厂的主厂房、余热锅炉、冷却系统、调压站、变压器等主要噪声源进行分析，以针对每个区域噪声源强度、频谱特点及传播方式，提出相应的降噪措施。降噪策略同时满足了经济性、实用性和安全性，但后续仍需在降噪器性能损失、消声材料老化、隔声体美观感不够等局限性上加以克服。
关键词： 噪声治理；燃气—蒸汽联合循环电厂；噪声源；变压器；声学原理
中图分类号：TB53 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2017） 06-019-05
工業技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.06.005
引言
燃气—蒸汽联合循环电厂是一种高效的热电联产机组形式，具有建设周期短、初投资低、占地面积小、启动迅速等特点，在减排、节能、热效率及负荷调峰等方面具有优越性[1]。近几年，随着天然气管道在全国广泛铺设，燃气电厂大批建成。受气源、供热范围等条件限制，燃气—蒸汽联合循环电厂建设地点普遍位于城市范围内或城市近郊区，且厂区面积较小，因此，相比大型燃煤电厂，噪声扰民问题更加突出，亟待治理。
1 噪声治理基本方法
噪声的形成离不开声源、传播途径和接受者，此三要素共同形成了噪声污染的充分条件。因此，噪声治理的根本出发点，即针对噪声三要素中的某一项采取措施。结合电厂设备运行特点，常采用的噪声治理措施包括隔声、消声、吸声等。
1.1 隔声
隔声，即通过材料、构件或结构来阻断声音的传播途径，隔绝声音在空气中的传播，从而达到降噪的目的[2]。电厂中采取的隔声措施分为三类：隔声罩壳、厂房隔声和隔声屏障。
1.1.1 隔声罩壳
用隔声罩把声源封闭起来以降低噪声的干扰，是一个经济有效的好办法。小型设备，如风机、空压机等，可采用隔声罩壳；一些大型设备，如燃气轮机、汽轮机等，在实现自动化控制后，也能使用隔声罩的方法来降低其噪声。但也有些设备在工艺上要求不能完全封闭，因而只能进行局部封闭，这种隔声罩称为局部隔声罩。
1.1.2 厂房隔声
对于噪声值较高、布置较为集中的噪声源，采取厂房隔声是一种简单有效的噪声控制方法。
根据不同频率下单层均质墙板隔声量的经验计算公式
R=16lgM+14lgf-29（1）
式中：R——隔声量，dB；
M——板的密度，kg/m2；
f——声源频率，Hz。
可见，厂房的隔声效果取决于厂房围护结构的密度及声源的频率。围护结构密度越大，声源频率越高，隔声效果越显著。
另外，若厂房设置门、窗、管道等构件，则它的隔声效果就不仅由维护结构决定，还要受这些构件的影响，而且这些还是非常重要的影响因素。门窗的启闭要求，使得它们的隔声性能不同于一般的均质材料，它不仅依赖于门扇和窗扇的隔声性能，而且受限于框之间缝隙的影响，这种影响在中高频段尤其明显。
管道本身虽有一定的隔声量，但由于管壁一般较薄，管内噪声容易透射和辐射出来。为了增加管道的隔声量，可采用包扎隔声材料的方法。管道包扎一般由两层材料构成，内层为柔软的吸声材料，如玻璃棉、泡沫塑料等；外层为不透气的隔声材料，如金属薄板、氯丁橡胶片材、铅皮等。同样，管道包扎的效果在中高频段较为显著。
1.1.3 隔声屏障
隔声屏障是设于噪声源和接受者之间的声学屏障板，其作用是阻挡从声源至受声点之间的直达声波，使欲保护的场所处于“声影区”内。
声波在空气中传播，当遇到声屏障时，会分为三部分：一部分绕射过声屏障顶端继续传播；一部分穿透声屏障；一部分在声屏障壁面产生反射。所谓“声影区”，就是指绕射声达不到的区域，也就是声屏障的降噪范围。具体原理见图1。
在声音绕射过程中，会产生衰减，其衰减量可参照下式计算：
（2）
（3）
式中：N——菲涅尔数；
λ——声波波长，m；
d——声源与受声点之间的直线距离，m；
A——声源至声屏障顶端的距离，m；
B——受声点至声屏障顶端的距离，m。
从式（2）和式（3）中可以看出，声屏障的绕射损失完全取决于菲涅尔指数N，即取决于声源和接收点之间的声程差A+B-d，声程差越大，声波波长越小，则声屏障的绕射损失越大。也就是说声屏障越高，声源频率越高，隔声效果越好。根据经验，隔声屏障对500 Hz～16 kHz中、高频噪声衰减效果较好，对250 Hz及以下低频噪声效果有限，对63 Hz及以下低频噪声几乎无衰减作用[3]。
隔声屏障降噪效果明显，结构简单，施工方便，投资少，占地面积小，在降低机械设备噪声时，通风散热条件良好。其缺点是需要高出噪声源一定高度，在用于电厂高耸噪声源的遮挡时，会有一定的感官影响，需要尽量考虑与周围景观的协调性及安全性；声屏障的降噪效果只能局限在“声影区”的范围内，实际设计时要考虑敏感点能否被“声影区”覆盖的问题。
1.2 消声
消声器是一种既可以使气流通过又能有效降低噪声的设备。在噪声控制技术中，消声器已被广泛应用于各种风机、空压机等空气动力设备的进排风口、各种高噪声厂房的进排风口，以及锅炉等设备的高温高压高速排汽放空口等。根据消声原理不同，目前出现的消声器大致可分为四类：阻性消声器、抗性消声器、复合消声器和排汽放空消声器。阻性消声器利用多孔阻性吸声材料吸收通过气流管道的声能，从而达到降低噪声的目的。阻性消声器是各类消声器中形式最多、应用最广的一种，特别在风机类消声器中尤甚。阻性消声器的作用频段主要集中在中、高频段，其消声性能主要取决于消声器的结构形式、吸声材料的吸声特性、通过消声器的气流速度及消声器的有效长度。抗性消声器则利用管道内声学特性的突变将部分声波反射，从而达到消声目的。抗性消声器主要适用于低频及低中频段噪声的控制。抗性消声器的最大优点是无需使用多空吸声材料，因此在高温、高湿、气流速度较大的条件下，比阻性消声器具有明显的优势。
由于阻性消声器和抗性消声器具有不同的高性能消声频段，将二者结合在一起，即合成一种在较宽的频段范围内都有良好消声效果的复合式消声器。
排汽放空消声器是专门针对排汽放空噪声设计的，适用于噪声强度大、频谱宽，气流高温高速且不稳定的场所。
1.3 吸声
声能在传播过程中因摩擦作用或热传导效应而部分转化为热能，称为被媒质吸收。任何媒质，包括空气，对声能都有吸收，但降噪应用中有价值的吸声材料，通常是指吸声系数超过0.2的材料。
吸声材料通常作为附着增加在隔声围护结构的内侧壁面上，构成吸隔声壁面，可有效加强隔声围护结构的隔声量，降低室内噪声的混响声。
2 燃气—蒸汽联合循环电厂噪声源分析
按照燃气—蒸汽联合循环电厂各部分的功能，将其主要噪声源分为几个区域：主厂房区域、余热锅炉区域、机力通风冷却塔/空冷岛区域、天然气调压站区域、变压器区域。燃气—蒸汽联合循环电厂通常在主体设计时已经尽量考虑降噪要求，将燃机和汽机主要设备布置于主厂房内，余热锅炉采取压型钢板紧身封闭。在此基础上，对各区域的声源特点进行分析。
2.1 噪声特点
2.1.1 主厂房
主厂房包括燃机房、汽机房，该区域噪声主要包括：燃机/汽机本体噪声、燃机进风口及其管道噪声、燃机罩壳通风机噪声、燃机/汽机辅助设备噪声、风机噪声等。其中燃机进风口、屋顶风机、燃机罩壳通风机伸出室外，噪声可直接向外界传播；其他室内声源通过墙体透声或通过门、窗、进排风口向外传播。
燃机和汽机本体噪声频谱均呈现高声压级和宽频带特性；燃机进风口低频特性明显，在中高频区域也有较明显的峰值，属于难治理的声源。
2.1.2 余热锅炉
余热锅炉区域除锅炉本体噪声外，各种附属设备也会产生不同程度的噪声，主要有：余热锅炉给水泵区噪声、天然气前置模块区域噪声、余热锅炉顶部（蒸汽包、除氧器等）噪声、余热锅炉排汽口噪声、风机噪声、余热锅炉烟囱噪声等。
锅炉区域噪声繁多，频谱特征各异，但总体上均呈现高声压级、宽频带特性。其中锅炉排汽口噪声为偶发噪声，声压级可达100 dB（A）以上。
2.1.3 冷却系统
燃气—蒸汽联合循环电厂主机冷却系统通常选择机力通风冷却塔或空冷平台，下面分别讨论。
（1）机力通风冷却塔。机力通风冷却塔噪声主要由以下几部分组成：顶部排风风机产生的空气动力性噪声、循环水喷淋产生的淋水噪声、电机产生的机械噪声。机力通风冷却塔电机和风机噪声中、低频突出，而淋水噪声主要是中高、频成分。
（2）空冷平台。空冷平台主要噪声源有空冷风机、电机。风机是一个多噪声源，风机噪声主要为风机本体噪声和風机管道噪声两种。流体管道中的声强会随管路的截面以及弯头、三通、阀门的开度等变化而变化。一般来说流体管道的噪声在这些位置会增大。机组运行时，噪声从风机进入排气管道、阀门、机壳、电机以及传动机构等各个部分辐射出去。
2.1.4 天然气调压站
天然气调压站的主要功能是把输送至厂内的天然气进行过滤、加热、调压，然后输送至燃机。调压站噪声主要包括：调压站运行产生的机械振动噪声和天然气通过管道、阀门时产生的流体动力学噪声。
燃气—蒸汽联合循环电厂通常不需要增压风机，因此调压站噪声声压级不高。但调压站近场噪声呈宽频带特性，在低频部分有峰值出现。同时天然气调压站通常在厂区边缘布置，邻近厂界，对厂界影响较大。
2.1.5 变压器区域
燃气—蒸汽联合循环电厂变压器区域噪声主要有两部分，变压器铁心在磁场作用下伸缩振动引起的电磁噪声、冷却风扇产生的机械噪声与气流噪声。其中电磁噪声低频成分突出，且峰值明显，位于100Hz附近。
2.2 噪声源源强
根据大量实测数据，结合工程经验，燃气—蒸汽联合循环电厂主要噪声源源强汇总如表1。
3 燃气—蒸汽联合循环电厂降噪方案设计
根据噪声治理基本原理，燃气—蒸汽联合循环电厂降噪方案从以下几个方面出发：
（1）首先从声源入手，选用低噪声设备或结构改造降低声源噪声。
（2）从工艺布局上，尽量将高噪声源布置于室内，同时布置于远离敏感点方向，将低噪声建筑物布置在靠近敏感点厂界方向。
（3）从传播途径上，采取隔声、消声、吸声等降噪措施，控制噪声的传播。
（4）从接受者上，采取劳动保护耳塞、住宅隔声门窗等措施。
同时，噪声治理应遵循以下原则：
（1）结合项目背景、周边环境、各区域噪声源类型、特点及降噪量需求，有针对性地选取降噪措施。
（2）降噪方案实施后应不影响电厂其他设备的正常运行及维修。
（3）降噪设备外观与电厂整体协调，与厂区内、外周边景观协调。
（4）在满足上述要求的基础上尽可能地降低成本，提高经济性能。
3.1 主厂房区域
针对主厂房区域噪声源多、声压级高、频谱宽的特征，应首选厂房隔声措施。为施工方便，燃气—蒸汽联合循环电厂主厂房墙体通常采用复合彩钢压型钢板围护结构，屋顶采用保温压型钢板结构，其计权隔声量仅10dB（A）左右，无法满足降噪需求。为增大隔声效果，厂房墙体及屋顶需覆加轻质多层隔吸声复合结构，可根据降噪量要求选择不同的复合结构，复合墙体和屋顶板的计权隔声量一般可达20～45dB（A）。
全封闭厂房的通风口、门、窗等必须做好相应的隔、消声措施，否则厂房内噪声外漏，大大降低厂房的隔声效果。因此，厂房进、排风口风机处应安装消声器；厂房外立面门、窗全应使用隔声结构门、窗；有管线穿出部位进行隔声封堵，确保无漏声点存在。消声器的消声量、隔声门窗的隔声量应与厂房复合墙体和屋顶板的隔声量相匹配。
因工艺需要，主厂房区域有少量的外漏部位，主要为燃机进风口和燃机罩壳通风机。燃机进风口外可设置进风消声器或隔声屏障；燃机罩壳通风机可设置消声器。
3.2 余热锅炉区域
余热锅炉一般分两种布置方式：露天布置和紧身封闭。对降噪要求高的地区，余热锅炉紧身封闭是必要的，也是其他降噪措施生根的基础。通常采用压型钢板封闭，则降噪措施可参照主厂房。
余热锅炉紧身封闭后，外漏部分为烟囱和锅炉排汽口。烟囱高度一般为60～80m，因此噪声辐射范围很广，在烟囱口处加装消声器，可将噪声降至60～65dB（A）。锅炉排汽口应设置专门的排汽放空消声器，降低其偶发高强度噪声的影响。
3.3 机力通风冷却塔区域
机力通风冷却塔噪声既有高频部分，又有中、低频部分，且要兼顾工艺通风要求，是目前燃气—蒸汽联合循环电厂噪声治理中的难点。
针对机力通风冷却塔风机噪声，在选用低噪声风机的基础上，最为有效的措施为进、排风口消声器。根据风机噪声中、高频的特点，应选取阻性消声器，最常用有阻性片式消声器、阵列式消声器等。为降低消声装置阻力，消声片两端均设置圆弧形导流尖；冷却塔排风筒与排风消声装置之间设置导流筒。消声器的消声量取决于其有效长度，但消声器长度越大，对冷却塔造成的阻力损失也越大，直接影响冷却塔的冷却效率。因此在冷却塔降噪设计时，应根据降噪量降噪需求，结合冷却塔的工艺参数，合理选择消声器的形式及长度，在不影响冷却效率的前提下达到降噪设计目的。通常阻性片式消声器有效长度为2～3m时，消声量可达20～30dB（A）。
另外，对风机动力系统进行隔振处理，可作为辅助措施，进一步降低风机噪声向外传播。
针对机力通风冷却塔淋水噪声，最简单有效的措施是在水池内铺设落水消声材料。其缺点是消声材料老化后，在落水击打下产生碎屑，污染循环水水质，造成堵塞等问题。因此，开发一种消声性能好、耐老化的新型材料，是解决机力通风冷却塔淋水噪声的一个新课题。根据淋水噪声中高、频特点，也可考虑在淋水段周围加设隔声屏障，阻挡噪声传至厂界。但因机力通风冷却塔有通风要求，对隔声屏障的高度、距离都有一定要求，若厂区位置首先，就难以安放，因此，目前国内燃气—蒸汽联合循环电厂中较少选择。
3.4 空冷平台区域
空冷平台降噪可参考机力通风冷却塔风机降噪，在采用低噪声风机的基础上，采取阻性进、排风消声器，同时为消声片两端设置圆弧形导流尖以降低消声装置阻力。
空冷平台顶部散热翅片层周围有护板，可对其进行隔声加强，采用隔吸声复合结构，起到隔声屏障的作用，不会增加对空冷平台的阻力损失。
3.5 调压站区域
基于安全考虑，调压站通常露天布置、上方设遮雨棚，雨棚对噪声有一定的遮挡作用。为厂界达标，可在调压站四周设置隔声屏障，屏障高度根据“声影区”的范围要求确定；屏障板采取吸隔声复合结构；为便于巡检，屏障适当位置设置隔声门。
3.6 变压器区域
虽然变压器噪声声压级不高，但低频成分突出，衰减慢，传播距离远，属于较难治理的噪声源。目前常用的治理措施是在变压器四周设计隔声屏障，屏障高度根据“声影区”的范围要求确定；屏障板采取吸隔声复合结构；为便于巡检，屏障適当位置设置隔声门。需要注意的是，变压器噪声在100Hz附近有明显的峰值，因此隔声屏障所采用的吸隔声复合结构和隔声门窗，均应针对100Hz进行设计。
若隔声屏障仍不能满足厂界达标要求，可采取全封闭措施，将变压器布置于厂房内。厂房的降噪措施同主厂房，并在选取吸、隔声材料时特别针对100Hz进行设计。
4 结语和展望
目前燃气—蒸汽联合循环电厂的噪声治理以验收点达标为目标，兼顾工作空间声环境的改善，以经济性和实用性为原则，必须同时满足工艺通风、安全等要求。针对不同区域主要噪声源及其特点，可采用切合实际的隔声、消声、吸声等综合措施，达到降噪目标。
但是目前常用的噪声治理措施仍有许多不足之处，如：消声器的阻力损失问题、用于机力通风冷却塔的落水消声材料的老化问题、隔声屏障在美观方面的局限性问题。因此，用于燃气—蒸汽联合循环电厂噪声治理的新技术、新材料仍有待于进一步研究和开发。
参考文献
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[3] 熊宏亮. 电厂冷却塔噪声控制及环境影响研究——以黄台电厂350MW机组新建冷却塔为例[D]. 济南： 山东大学， 2012.
Abstract： The methodology of noise control technology applied to gas-turbine power plant is explored. Starting from the principle of acoustics， the basic methods of noise control including sound insulation， noise elimination and sound absorption are introduced. The gas-turbine power plant’s main noise sources including main workshop， waste heat boiler， cooling system， regulator station and transformer are analyzed， aiming at putting forward relevant control measures from noise source intensity， spectrum characteristics and propagation mode of each regional. The noise reduction strategy meets the requirements of economic， practical and safety， but it still needs to be overcome in the following aspects： the noise loss of the noise reduction device， the aging of the anechoic material， and the lack of the artistic of the sound insulation body.
Key words： Noise Control； Gas-Turbine Power Plant； Noise Source； Transformer； Acoustics