電廠大型機(jī)力通風(fēng)冷卻塔噪聲控制淺析

馮晶晶，尤坤運(yùn)，黃青青

（1.上海申能奉賢熱電有限公司，上海 200000；2.上海環(huán)境保護(hù)有限公司，上海 200000）

前言

隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)力通風(fēng)冷卻塔已廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵、石油化工等工業(yè)企業(yè)中，特別是燃?xì)怆姀S中大型機(jī)力通風(fēng)冷卻塔應(yīng)用最多。由于運(yùn)行期間需要大量氣流進(jìn)行熱交換，冷卻塔都是露天布置。大型機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的大功率風(fēng)機(jī)、大體量淋水等都會(huì)產(chǎn)生高噪聲，將不可避免地對(duì)周邊環(huán)境[1]產(chǎn)生影響。

1 大型機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的噪聲特性

從工作原理上，機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的主要噪聲可分為兩大類：軸流風(fēng)機(jī)的噪聲、淋水噪聲。

1.1 軸流風(fēng)機(jī)的噪聲

噪聲主要來(lái)源于冷卻塔頂部大直徑軸流風(fēng)機(jī)葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲，該部分噪聲主要與風(fēng)的一次方和壓頭的二次方成正比。同時(shí)，傘齒輪減速機(jī)以及由于現(xiàn)場(chǎng)安裝精度和風(fēng)葉系統(tǒng)動(dòng)平衡誤差，也產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)機(jī)械噪聲和振動(dòng)激勵(lì)的結(jié)構(gòu)噪聲，電機(jī)本身也會(huì)產(chǎn)生一定的電磁噪聲和機(jī)械噪聲。機(jī)力塔的風(fēng)機(jī)噪聲通常在86～95dB（A）之間。機(jī)力通風(fēng)冷卻塔風(fēng)機(jī)噪聲頻譜見圖1。

圖1 機(jī)力通風(fēng)冷卻塔風(fēng)機(jī)噪聲頻譜圖（排風(fēng)口45°方向1m處）

式中：f─旋轉(zhuǎn)噪聲的基頻（Hz）；n─葉輪轉(zhuǎn)數(shù)；z─葉片數(shù)。

式中：fi─渦流噪聲的基頻；K─斯脫路哈數(shù)；V─氣體與葉片的相對(duì)速度（m/s）；D─氣體入射方向的物體厚度（m）。

噪聲分為兩部分：進(jìn)風(fēng)噪聲和排風(fēng)噪聲。排風(fēng)噪聲通過(guò)頂部風(fēng)口直接向外傳播，進(jìn)風(fēng)噪聲則透過(guò)填料層向下傳播，并最終通過(guò)進(jìn)風(fēng)口向外傳播。

2.2 淋水噪聲

淋水噪聲主要為下落的循環(huán)冷卻水濺落到底部蓄水池產(chǎn)生的水流沖擊噪聲，噪聲大小與淋水密度、落水高度成正比，也與塔內(nèi)的通風(fēng)速度有關(guān)，淋水噪聲通常在83～88dB（A）。機(jī)力通風(fēng)冷卻塔淋水（風(fēng)機(jī)關(guān)閉）噪聲頻譜圖見圖2；機(jī)力冷卻塔淋水（風(fēng)機(jī)開啟）噪聲頻譜圖見圖3。

圖2 機(jī)力通風(fēng)冷卻塔淋水（風(fēng)機(jī)關(guān)閉）噪聲頻譜圖

圖3 機(jī)力通風(fēng)冷卻塔淋水（風(fēng)機(jī)開啟）噪聲頻譜圖

從以上頻譜圖可看出，機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的風(fēng)機(jī)噪聲以中低頻成分最為突出，而淋水噪聲主要是中高頻成分。由圖3可看出風(fēng)機(jī)開啟時(shí)，風(fēng)機(jī)噪聲部分透過(guò)冷卻塔填料層后也通過(guò)進(jìn)風(fēng)口反向傳播，因此進(jìn)風(fēng)口噪聲中低頻部分同樣突出。

2 大型機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的降噪思路

大型機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的降噪方法主要是從聲源和傳播途徑處著手治理。

聲源上的治理可采取以下措施：1）采用超靜音風(fēng)葉；2）對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行隔振處理；3）蓄水池內(nèi)加裝落水消聲材料。

傳播途徑上可采取多種措施，如冷卻塔整體加裝隔聲罩，冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口加裝進(jìn)風(fēng)消聲器，排風(fēng)口加裝排風(fēng)消聲器，冷卻塔加裝聲屏障等措施。

健全的法律法規(guī)是金融風(fēng)險(xiǎn)防控的前提，目前對(duì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用仍有很大的法律空白，國(guó)家應(yīng)順應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展，出臺(tái)行之有效的適應(yīng)大數(shù)據(jù)發(fā)展的法律法規(guī)，讓大數(shù)據(jù)在法律體制的保護(hù)下防范金融風(fēng)險(xiǎn)，為其保駕護(hù)航，這樣大數(shù)據(jù)才能發(fā)揮出其應(yīng)用的功效。

2.1 采用超靜音風(fēng)葉

風(fēng)機(jī)噪聲是機(jī)力塔最主要的噪聲源，其噪聲與常規(guī)葉片速度的6次方成正比，因此降低風(fēng)機(jī)噪聲的對(duì)策之一是降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，但同時(shí)要確保風(fēng)機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓，從而保證熱工性能，這就要用到超靜音風(fēng)葉。

超靜音風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時(shí)一般需要考慮以下因素：葉片形狀與面積；風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量（不降低或有所增大）；風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；風(fēng)機(jī)的葉型及數(shù)量；風(fēng)機(jī)減速比的選配；風(fēng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)；電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。

采用超靜音風(fēng)葉可以獲得很好的降噪效果，一般可取得8～12dB（A）的降噪量。這也符合環(huán)保領(lǐng)域最為提倡和優(yōu)先考慮的聲源降噪技術(shù)理念。超靜音風(fēng)葉工程案例見圖4。

圖4 超靜音風(fēng)葉工程案例圖

2.2 風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)隔振處理

對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行隔振處理，隔振效率≥90%，減振系統(tǒng)產(chǎn)生的扭角≤0.03°。

冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，振動(dòng)向塔體傳遞，誘發(fā)塔體向外輻射結(jié)構(gòu)噪聲。結(jié)構(gòu)噪聲中既有很強(qiáng)的低頻，又有減速機(jī)激勵(lì)的300多Hz中低峰值，治理難度大，因此從源頭上對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行隔振處理可以有效降低結(jié)構(gòu)噪聲的輻射。隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了要保證隔振效率和避免高頻失效問(wèn)題，還應(yīng)控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自身的振動(dòng)幅度，確保風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。隔振系統(tǒng)工程案例見圖5。

圖5 機(jī)力通風(fēng)冷卻塔塔風(fēng)機(jī)隔振系統(tǒng)

2.3 落水消聲

落水噪聲主要是指從高空下落的冷卻水與集水池中的水撞擊而產(chǎn)生的噪聲，整個(gè)過(guò)程是高處的冷卻水在重力的作用下勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，當(dāng)下落與集水池里的水撞擊時(shí)，其中一部分動(dòng)能便轉(zhuǎn)化為聲能進(jìn)行傳播，產(chǎn)生寬頻帶的水擊噪聲[3]。

根據(jù)落水噪聲的產(chǎn)生原理，在蓄水池底部加裝消聲裝置，形式為：斜板式落水消聲、蜂窩式落水消聲、PVC管陣加金屬絲網(wǎng)（尼龍網(wǎng)）落水消聲等[4]。目前較為常用的落水消聲裝置為PVC填料蜂窩式落水消聲裝置，降噪效果好且結(jié)構(gòu)輕便，不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響（見圖6）。

圖6 蜂窩式落水消聲裝置

2.4 冷卻塔加裝隔聲罩和消聲器

當(dāng)冷卻塔緊靠廠界或敏感點(diǎn)時(shí)，如噪聲超標(biāo)量高，一般需整體加裝隔聲罩對(duì)冷卻塔進(jìn)行封閉，在傳播途徑上將噪聲進(jìn)行阻斷。隔聲罩切斷了冷卻塔的進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)通道，因此隔聲罩須配套進(jìn)風(fēng)消聲器和排風(fēng)消聲器，并配備隔聲門便于人員檢修。

消聲器通常采用插片式和陣列式（見圖7、圖8），片厚和間距根據(jù)冷卻塔的風(fēng)量、風(fēng)速以及所需的降噪量設(shè)計(jì)。

圖7 冷卻塔進(jìn)風(fēng)消聲器（片式）

圖8 冷卻塔排風(fēng)消聲器（陣列式）

2.5 冷卻塔加裝聲屏障

考慮到安裝空間和造價(jià)問(wèn)題，聲屏障（見圖9）也是冷卻塔降噪的一種有效措施。根據(jù)聲屏障的降噪原理和冷卻塔的噪聲頻譜分析，若聲屏障的高度、位置、范圍設(shè)置合理，聲屏障也可以獲得良好的降噪效果，且不影響冷卻塔的通風(fēng)。

圖9 冷卻塔聲屏障

2.6 降噪措施整體效果分析（見表1）

表1 降噪措施效果分析

3 項(xiàng)目案例

3.1 上海某熱電工程冷卻塔項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目工程擬建設(shè)2×400MW級(jí)（F級(jí)）燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，機(jī)組的最大發(fā)電功率為458.4+466.7（MW），額定工況發(fā)電功率為420.7+430.1（MW），年供熱量571萬(wàn)GJ，熱電比0.34。電廠循環(huán)水采用二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)。由于場(chǎng)地限制，冷卻塔的布置緊鄰廠界，嚴(yán)重影響廠界的聲環(huán)境（見圖10）。廠界噪聲排放需要滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）的3類標(biāo)準(zhǔn)限值要求，即晝間噪聲聲級(jí)≤65dB（A）、夜間≤55dB（A）。

圖10 冷卻塔平面位置圖

3.2 治理前模擬分析

該工程由于是新建項(xiàng)目，具體噪聲值無(wú)法測(cè)量，需參考同類型機(jī)組，結(jié)合聲學(xué)模擬，進(jìn)行降噪分析。噪聲預(yù)測(cè)分析采用德國(guó)Cadna/A計(jì)算軟件，采取噪聲控制措施前的計(jì)算結(jié)果見圖11、圖12。

圖11 全廠3D模型圖

圖12 冷卻塔1.5m高水平聲場(chǎng)模擬圖（治理前）

由預(yù)測(cè)結(jié)果可知，冷卻塔如不進(jìn)行噪聲治理，則各廠界的噪聲均超標(biāo)〔對(duì)照夜間標(biāo)準(zhǔn)限值，即55dB（A）〕，超標(biāo)情況為：1）東廠界：最大超標(biāo)量18dB（A）以上；2）西廠界：最大超標(biāo)量11.9dB（A）以上；3）南廠界：最大超標(biāo)量6dB（A）以上；4）北廠界：最大超標(biāo)量22.4dB（A）以上。

3.3 治理方案

該冷卻塔降噪治理共提出了3種治理方案，方案一：北側(cè)進(jìn)風(fēng)口加消聲器+南側(cè)進(jìn)風(fēng)口加聲屏障+北廠界內(nèi)側(cè)加聲屏障+東廠界局部加聲屏障+出風(fēng)口加消聲器（見圖13）；方案二：進(jìn)風(fēng)口加消聲器+出風(fēng)口加消聲器（見圖14）；方案三：進(jìn)風(fēng)口加消聲器+出風(fēng)口加消聲器，冷卻塔北側(cè)加裝聲屏障（見圖15）。

圖13 方案一的降噪剖面圖

圖14 方案二的降噪剖面圖

圖15 方案三的降噪剖面圖

通對(duì)過(guò)冷卻塔的降噪效果、熱工性能以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行整體對(duì)比分析，最終，確定采用方案三。

具體措施如下：1）進(jìn)風(fēng)消聲器南北兩側(cè)深度均為2000mm，降噪量不低于20dB（A）；2）頂部出風(fēng)消聲器深度為1000mm，降噪量不低于12dB（A）；3）冷卻塔北側(cè)距離約10m處，加裝一道10000mm高聲屏障,降噪量不低于15dB（A）；4）冷卻塔的進(jìn)排風(fēng)消聲器均采用陣列式消聲器，通風(fēng)面積大于片式消聲器，阻力損失較?。?）除霧口加裝進(jìn)風(fēng)消聲器；6）排風(fēng)筒上部設(shè)置緩流區(qū)，降低出風(fēng)口風(fēng)速，減小阻力損失。

利用Cadna/A噪聲模擬分析軟件，對(duì)采取噪聲控制措施后的環(huán)境噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，結(jié)果見圖16。由預(yù)測(cè)結(jié)果可知，冷卻塔進(jìn)行噪聲治理后，各廠界的噪聲值均低于55dB（A），滿足達(dá)標(biāo)要求〔對(duì)照夜間標(biāo)準(zhǔn)限值，即55dB（A）〕。

圖16 冷卻塔1.5m高水平聲場(chǎng)模擬圖（治理后）

3.4 冷卻塔的消聲及阻力損失計(jì)算

冷卻塔的進(jìn)排風(fēng)加裝消聲器后消聲效果及壓力損失見表2。冷卻塔安裝消聲器后，進(jìn)排風(fēng)總的壓力損失為28.9Pa，小于冷卻塔的預(yù)留壓力損失50Pa，對(duì)冷卻塔的整體進(jìn)風(fēng)效果基本不會(huì)產(chǎn)生影響。

表2 冷卻塔進(jìn)排風(fēng)加裝消聲器后的消聲效果

4 結(jié)論

本文闡述了大型機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的噪聲特性，提出了現(xiàn)有冷卻塔噪聲治理的幾種措施，包含低噪聲風(fēng)葉、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)隔振處理、落水消聲、設(shè)置隔聲罩并配合進(jìn)排風(fēng)消聲器、加裝聲屏障等措施。通過(guò)實(shí)際案例分析，根據(jù)工程實(shí)際情況并結(jié)合Cadna/A預(yù)測(cè)軟件模擬分析，采用多種降噪措施，最終實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目完全達(dá)標(biāo)的要求，并為其他項(xiàng)目的冷卻塔噪聲治理提供了借鑒。