基于CadnaA軟件的火電廠噪聲預測研究

姜　凌

(中國輻射防護研究院，太原　030006)

基于CadnaA軟件的火電廠噪聲預測研究

姜凌

(中國輻射防護研究院，太原030006)

【摘要】噪聲影響預測是火電廠環境影響評價的重要組成部分。本文通過分析火電廠噪聲源的特點，采用CadnaA噪聲預測軟件建立火電廠噪聲預測模型，對某火電廠噪聲影響分布情況進行模擬研究。應用中發現廠界預測點網格計算結果的預測值與直接計算的預測值有時會出現有一定差距，在有的案例中差別較大，可能影響到對廠界達標的判斷。這在應用CadnaA進行噪聲預測中是非常需要關注的。初步的研究表明，一般情況下對同一模型來說網格越細越接近直接計算結果，但造成這一結果的原因有待于進一步研究。

【關鍵詞】CadnaA；火電廠；噪聲預測；環境影響評價

中圖分類號：X21

文獻標識碼：碼：A

文章編號：號：1673-288X(2015)05-0098-04

Abstract：Noise impact prediction is an important part of environmental impact assessment of thermal power plant.Based on the characteristics analysis of thermal power plant noise sources，a noise prediction model of a thermal power plant was established using CadnaA noise prediction software，and the noise levels distribution of the thermal power plant was simulated and studied in this paper。It is found that sometimes the prediction obtained from noise levels calculation on grids at predefined receiver points is different from the prediction from direct noise level calculation；and sometimes the calculation error is so large that it could confuse our judgment whether the noise at plant boundary could meet the standard and whether the noise reduction measures are reasonable.It is very important to pay attention to the occurrence when we use CadnaA software to prediction noise impact.Preliminary research suggests that for the same model the finer the grid is，the closer the predictions are to the direct calculation results，and reasons for this result need to be further studied.

Keywords：CadnaA；Fossil Fuel Power Plants；Noise Prediction；Environmental Impact Assessment

作者簡介：吉木色，助理工程師，碩士，主要從事大氣污染防治與規劃

隨著環保要求的逐步提高，火電廠運行中噪聲對外環境的影響越來越受到關注，本文以某2×350MW火電廠為例，利用噪聲軟件CadnaA建立電廠噪聲模型并對其在正常運行工況下對廠界的噪聲影響進行預測，旨在通過這個案例研究為類似的噪聲預測工作提供參考。

1火電廠噪聲排放的一般特點

火電廠的噪聲主要來源于各種設備設施和管道系統，大型高強度的噪聲源較多，種類較多，從聲源特征上可分為空氣動力性噪聲、機械性噪聲和電磁性噪聲。空氣動力性噪聲主要來自各種風機、空壓機、鍋爐、凝汽器等，具有高、中、低各類頻譜成份，其中電廠鍋爐排汽、吹掃噪聲為超高強噪聲。機械性噪聲：主要來自汽輪機、石灰石濕磨機、碎煤機、各類電機、水泵、漿液泵等，這類噪聲以中、低頻為主；電磁性噪聲主要來自發電機、電動機、變壓器等電器設備。

火電廠的噪聲源雖多，但分布相對集中，主要分布在汽機房、鍋爐房、脫硫系統、循環冷卻水系統和輸煤系統中。除循環冷卻水系統的噪聲源外，其它系統的噪聲源一般為室內布置。一般火電廠項目的大部分高強噪聲源都集中在以汽機房、鍋爐房為核心的廠房內，循環冷卻水系統的主要噪聲源是冷卻水塔式淋水噪聲或空冷風機噪聲，都是室外布置，并且為了更好地達到換熱的需求，布置通常都靠近廠界。根據火電項目對配電裝置選型，變壓器可能為室外或室內布置。脫硫系統的主要噪聲源通常分布在爐后煙囪附近，新機組一般都會將脫硫系統使用的風機和泵類集中設計在室內，老機組個別會出現布置在室外的情況。根據輸煤系統的布局特點，其主要噪聲源分布也相對分散，主要需要關注的三個部分：卸煤、堆取煤設備位于煤場及附近；碎煤機通常單獨布置在煤場去往主廠房的輸煤線路上的某處，根據碎煤設施的配置可能有1～2個碎煤機室；項目如果設有磨煤機，通常位于主廠房內。

火電廠噪聲源的分布還有另外一個特點，就是部分大型噪聲源的位置較高，比如直接空冷機組的空冷風機，350MW機組的空冷平臺一般都達到30m以上。350MW機組的主廠房高32m左右，一般為三層建筑，各層噪聲源的分布均有其各自的特點。

汽機房運轉層的噪聲由汽輪機、發電機、勵磁機、給水泵等產生、350MW汽輪發電機組為98～108dB(A)，汽動給水泵組的噪聲為86～96dB(A)。鍋爐房的主要噪聲源是磨煤機、送風機、排粉風機以及煙風道等，鍋爐房運轉層噪聲一般達到87～94dB(A)，磨煤機噪聲105～117dB(A)，送風機100～121 dB(A)，引風機88～106dB(A)。鍋爐進風口可達95dB(A)以上。火電廠目前常用的石灰石-石膏法脫硫系統的主要噪聲源是吸收劑制備設備、循環泵和風機等，濕磨機的噪聲約為80～90dB(A)，漿液循環泵75～85dB(A)，氧化風機80～90dB(A)，密封風機90～95dB(A)。循環冷卻水系統主要噪聲源包括循環水泵、冷卻塔或空冷平臺等，項目對主輔冷卻系統的選型不同，除循環水泵以外的聲源的種類會有很大的不同。機械通風輔機冷卻塔的噪聲強度大約在75dB(A)左右，輔機干冷塔的噪聲強度一般在80dB(A)左右。間接空冷機組配套的間接空冷塔的噪聲在火電廠中基本可以忽略，外圍1m處的噪聲一般在55dB(A)以下；但如果是三塔合一的間冷塔，外圍1m處的噪聲可能達到60～65dB(A)，某些工況下甚至更高；直接空冷機組配套的空冷平臺安裝有數十臺軸流風機，其產生的噪聲不容忽視，以目前的技術采用超低靜音風機可以控制在距離平臺150m遠1.5m高處噪聲值小于50dB(A)，如果廠內布局合理，外圍環境不敏感，控制在55dB(A)目前更為常見；有關資料顯示，濕冷機組配套的自然通風冷卻塔淋水噪聲在塔邊吸風口高度的2/3處噪聲值最高可達84～85dB(A)。輸煤系統的主要噪聲源有碎煤機、煤篩、煤磨等，煤磨主要分鋼球磨和立磨，鋼球磨噪聲較大一般為100～110dB(A)，中速磨噪聲相對較小但也有90～100dB(A)。

火電廠聲源的數量與種類多數在項目的可研工程方案確定后就不會大的變化了，在環評過程中噪聲源發生變化主要發生與環保措施相關的部分。比如脫硫系統的噪聲源數量與種類取決于采取的脫硫方案，即便是同一種工藝，由于項目要求的效率不同，聲源的數量可能發生較大的變化，這部分噪聲源往往是在煙氣環保措施最后確定后才能固定下來；采用直接空冷的火電機組，空冷風機的聲強控制要求往往需要根據噪聲預測結果做最后的確定。

2軟件特點

CadnaA系統是一套基于ISO9613標準方法、利用WINDOWS作為操作平臺的噪聲模擬和控制軟件。 Cadna A軟件廣泛適用于多種噪聲源的預測、評價、工程設計和研究，以及城市噪聲規劃等工作，其中包括工業設施、公路和鐵路、機場及其它噪聲設備。該軟件理論基礎與《環境影響評價導則—聲環境》要求相一致，且功能強，界面友好，操作方便，可直觀展現噪聲源的分布、項目的建筑特征和地形特征及預測結果，作為我國聲環境影響評價可選的工具軟件之一，最初多用于交通噪聲預測，因其操作界面友好、計算模擬功能較強，近年在工業企業噪聲預測中的應用也逐漸增多。

3某火電廠噪聲預測及分析

這里以某2×350MW直接空冷機組的噪聲預測為例，分析研究CadnaA軟件的應用。

3.1　項目概況

某2×350MW直接空冷機組為新建項目，建設2臺350MW超臨界燃煤發電直接空冷機組，配套建設循環流化床鍋爐，同步安裝煙氣脫硫、脫硝裝置。其廠址周邊較為空曠，300m內沒有居民分布。因此噪聲評價中主要關注機組建成后的廠界達標問題。

3.2　模型建立

3.2.1地形參數的選擇

由該廠址地形較為平坦，為減少建模和預測時間，本次研究中地面全部按0m取值。

3.2.2主要設施模型建立

根據項目可行性研究報告所能提供的主要建構筑物的平面和剖面設計參數，并參考其它同等規模已建成機組的其它建筑和設施高度，建立其平面圖紙所確定的所有可能對噪聲源的分布和傳播產生影響的設施模型。廠界暫按沒有實體圍墻建模。

3.2.3噪聲源的篩選優化

獨立的火電廠都屬于大型的工業項目，其生產設備眾多，不僅種類多，數量也多，雖然各種設施在運行過程中均有不同程度的噪聲，但不加篩選逐一列出其實是沒必要的，對于位于同一建筑物中的噪聲不加以整合單獨預測也是不合適的。因此本次研究對噪聲源做了以下的篩選和優化。

(1)因為建筑內強度較低噪聲源發出的的設備噪聲會很被建筑所阻隔，對外界沒有明顯影響，尤其是周邊有其它高噪設施的情況下。因此本次研究不會單獨考慮強度在70dB以下的室內聲源。

(2)雖然相對于廠界的距離，每個噪聲源都可以當做是點源，但對于聲源眾多、分布復雜的建筑來說，僅用單一的點源做預測，源強是明顯偏小的，特別是一些管道噪聲源是難以簡化為點源的。因此對于內部聲源眾多、分布復雜的有門窗的建構筑物，根據門窗的分布及相對于廠界的距離將內部的噪聲源分層等效為位于門窗處的立面源或點源。

(3)對于室外的噪聲源則根據不同的結構型式做不同的等效處理。

本項目為直接空冷機組，空冷風機是以群組的形式分布在空冷平臺上，風機均為水平布置。一般等效為一個或多個水平面源，根據以往的預測經驗，等效數量越多，預測結果越接近實際水平。本次研究按空冷風機的設計數量進行等效。

本項目輔機冷卻系統選用的是機力冷卻塔。機力冷卻塔的噪聲主要來自水水滴擊打大面積水面產生的淋水噪聲。雖然淋水面是平面的，但噪聲是從機力塔兩側的吸風口傳出來的，因此可以將淋水噪聲等效為兩個立面源。另外機力塔頂部的風機也有一定的噪聲，可以按定向的面源處理。

3.2.4地面吸收

軟件默認的地面吸收G值為1，相當于柔軟的地面，對于工業企業，內部用地多為建筑物和硬化的場地、路面所占，因此建議將總體的G值取0，廠內單獨的大片綠地和廠外地面可根據實際情況取0～1間的值。

3.2.5廠界設定

本項目可研設計給出了明確的廠界位置，但未給出具體的形式，鑒于目前很多新建的電廠在廠界特別是廠前區都傾向采用圍柵式圍墻，模型中廠界按不設置實體圍墻進行初步設定。

3.3　噪聲預測評價

選定計算區域，利用軟件的網格計算功能進行網格計算，得到噪聲貢獻等值線圖，如圖1所示。

圖1　我國整車VOC揮發整體現狀統計

設置關心點，利用關心點噪聲直接計算功能進行預測，得到廠界關心點和敏感目標的預測值。

4結果和討論

(1)預測結果表明，廠界未設置實體圍墻或隔聲墻的情況下，東部有部分廠界超出《工業企業廠界環境噪聲排放標準》(GB12348-2008)2類標準(當地環保部門要求執行的標準)，不滿足噪聲排放要求。因此環評要求本項目在廠界設置實體圍墻，部分廠界設置隔聲墻，做到廠界達標。但由于本項目采用直接空冷系統，空冷平臺的存在使得本項目同時做到廠界達標和廠界外圍區域全部達到2類標準存在較大難度。這不僅需要項目采用靜音效果更好的空冷風機、在空冷平臺加裝進一步的降噪設施、還可能需要在部分廠界設置高于10m的隔聲墻，這從技術上和經濟上均不是十分合理。目前其廠址周邊較為空曠，300m內沒有居民分布，廠界外圍區域超標暫不會造成噪聲污染，因此環評建議項目應盡快落實超標區域的土地規劃情況，必要時申請建立噪聲防護區。

(2)在預測過程中發現，本項目在廠界未設置實體圍墻或隔聲墻的情況下，直接計算得到的關心點預測值與網格計算得到的同一坐標的預測值近似；但當廠界設置了圍墻的情況下，直接計算得到的關心點預測值與網格計算得到的同一坐標的預測值有一定的差距，如表1所示。在做過的其他火電項目中也出現過類似的現象，差距大的時候某些邊界點可能達到10dB以上。然而進一步的模擬計算研究發現，上述計算偏差的產生并不是單純的圍墻或隔音墻的設置造成的。

表1　網格計算與直接計算噪聲值比較(以2013年為基準)

(3)通過多次的不同方案的試算發現，上述差距的大小與網格的大小、建筑與聲源的布局、隔聲墻的位置、地形等因素均有關系，其中預測網格的影響較為明確，即網格越細，一般情況下網格計算結果越接近直接計算結果。其它因素的影響較為復雜，需要在今后的應用中繼續研究。

(4)在不明原因的情況下，計算偏差的出現是不可避免的，需要在噪聲預測中予以關注，因為預測結果可能影響到對環評廠界達標的判斷，以及對措施有效性的判定。相關軟件公司的建議是以直接計算做為預測結果較為可靠。另外，在誤差比較大的這種情況下，用等值線圖表達的廠界達標情況可能與直接計算的數值不一致，建議必要時進行局部的細化修正。

參考文獻：

[1]DataKustik GmbH.Introduction to CadnaA.Greifenberg，Germany：DataKustik GmbH，2011，494.

[2]環境保護部環境工程評估中心.建材火電類環境影響評價[M].北京：中國環境科學出版社，2012，459.

[3]王本君，宋曉東，崔清潔.火電廠設備噪聲監測及降噪研究[J].電力勘測設計，2010，3：48-51.

Research on Noise Prediction in Thermal Power Plants Based

on CadnaA Software

JIANG Ling

(China Institute for Radiation Protection，Taiyuan，030006，China)

《環境與可持續發展》簡介

環境保護部主管和環境保護部環境與經濟政策研究中心主辦的《環境與可持續發展》(原《環境科學動態》，CCSCI來源期刊，全國中文核心期刊)于1976年創刊，現已加入“中國學術期刊(光盤版)全文收錄期刊”、“中國期刊全文數據庫(CJFD)全文收錄期刊”、“萬方數據-數字化期刊群全文收錄期刊”、“中國學術期刊綜合評價數據庫(CAJCED)統計源期刊”、“中文科技期刊數據庫(全文版)收錄期刊”。

2011年6月第三期本刊改版并定位為“國家級政策指導性學術期刊”，依據從環境保護的視角報道可持續發展理論與實踐辦刊宗旨，創新設置“理論戰略探索”、“政策專題研究”、“法律法規研討”、“典型案例解析”、“研究動態瞭望”、“研究成果報道”、“生態文明之窗”等欄目。本刊底蘊深厚尤其自2011年改版以來一直發揮集中選題的宣傳優勢，提前發布選題，開展征稿組稿，期刊學術質量顯著提高。據知網《中國學術期刊影響因子年報(自然科學與工程技術(2014版)》，我刊學術影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關，為1.971，名列環境保護部主管期刊第一名。在全國收錄環境科學類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

2015年本刊緊緊圍繞中共中央國務院《關于加快推進生態文明建設的意見》要求，以全面建成小康社會、全面深化改革、全面依法治國、全面從嚴治黨的戰略布局為統領，重點以深化生態文明體制改革和加快建立生態文明制度體系，建設美麗中國為議題，策劃選題。2015年擬重點選題：生態文明制度體系、大氣環境質量管理、機動車污染防治、水污染防治、土壤污染與修復、環境外交、環境與健康、農村環境保護、環境風險防范與應急管理、固體廢棄物環境管理、環境產業、污染減排重點以及環境與貧困等。請各界人士能予以關注并不吝賜稿，同時歡迎相關單位及課題組協辦專欄或者專刊。

項目資助：烏魯木齊經濟圈生態環境安全閾值與空間管制分區研究(201309063)

引用文獻格式：吉木色.于情景分析的城市大氣污染物減排潛力研究[J].環境與可持續發展，2015，40(5)：102-105.