大型燃?xì)鈾C(jī)組冷卻塔降噪設(shè)計(jì)分析

許成錄 孫永勝

1華電國(guó)際電力股份有限公司深圳公司 廣東 深圳 518118

2北京綠創(chuàng)聲學(xué)工程股份有限公司 北京 102200

冷卻塔是燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)中的重要組成部分，因水資源及水污染原因通常采用閉式循環(huán)系統(tǒng)。電廠冷卻系統(tǒng)主要是指汽輪機(jī)排汽端凝汽器冷卻系統(tǒng)，它將汽輪機(jī)排出的、已做過(guò)功的乏汽冷凝成凝結(jié)水，凝結(jié)水再送回鍋爐中繼續(xù)循環(huán)，它是發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。冷卻系統(tǒng)的作用是向主廠房、余熱鍋爐區(qū)域提供冷卻水，包括回水的冷卻、升壓輸送和調(diào)節(jié)。

一、冷卻塔的作用

冷卻塔是發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備一，是維持汽輪機(jī)出口背壓，并使熱力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)朗肯循環(huán)，直接影響著機(jī)組和電廠的熱經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。

在發(fā)電廠中，冷卻塔（逆流抽風(fēng)式冷卻塔）就是利用自下而上的流動(dòng)空氣去冷自從上而下的流動(dòng)水，冷卻后的水通過(guò)循環(huán)泵送到凝汽器里把在蒸汽輪機(jī)中做功后的蒸汽冷卻成冷凝水再送回鍋爐中加熱利用。沒(méi)有冷卻塔，從汽輪機(jī)中出來(lái)的蒸汽就無(wú)法被冷卻成冷凝水送回鍋爐再利用，汽機(jī)發(fā)電后的尾氣余熱就無(wú)法建立循環(huán)，殘余熱力也無(wú)法回收，電廠的熱經(jīng)濟(jì)性就無(wú)法提高。

二、冷卻塔的噪聲源分析

1、機(jī)力通風(fēng)冷卻塔噪聲源分析

機(jī)力通風(fēng)冷卻塔噪聲由以下幾部分組成：

① 頂部軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲

這部分噪聲分為進(jìn)風(fēng)噪聲和排風(fēng)噪聲兩部分，其中排風(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，風(fēng)機(jī)排口外噪聲值約為82～87 dB（A），噪聲頻譜見(jiàn)下圖所示。

機(jī)力塔風(fēng)機(jī)噪聲（排風(fēng)口45度方向1米處）頻譜示意圖

② 落水噪聲

落水聲是由水的勢(shì)能撞擊冷卻塔中的填料和集水池水面產(chǎn)生，冷卻塔水池壁外3米處噪聲值約為85～92 dB（A）。

機(jī)力冷卻塔落水（風(fēng)機(jī)停）噪聲頻譜示意圖

③ 電機(jī)、傳動(dòng)部件及減速箱等產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。

④ 由風(fēng)機(jī)、電機(jī)及減速機(jī)引起冷卻塔塔壁及頂部平臺(tái)振動(dòng)，產(chǎn)生固體傳聲噪聲。

某燃?xì)怆姀S機(jī)力冷卻塔固體傳聲頻譜示意圖（塔墻壁上）

從上述噪聲頻譜圖可以看出，機(jī)力塔風(fēng)機(jī)的電機(jī)噪聲和風(fēng)機(jī)進(jìn)、排風(fēng)口噪聲中低頻突出，其中排風(fēng)口噪聲低頻聲壓級(jí)更高，而淋水噪聲主要是中高頻成分。但同時(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。

從“機(jī)力冷卻塔固體傳聲頻譜示意圖”可以看出，機(jī)力冷卻塔噪聲的峰值出現(xiàn)在300Hz附近，經(jīng)過(guò)分析，該噪聲是由于機(jī)力塔風(fēng)機(jī)電機(jī)及減速機(jī)振動(dòng)引起的，該振動(dòng)引起的二次噪聲十分明顯。

2、空冷島噪聲源分析

空冷島即空氣冷凝器，是空冷式換熱器的簡(jiǎn)稱，是電廠用于主機(jī)系統(tǒng)冷卻的一套重要設(shè)備，它是一種以節(jié)水為目的直接空氣冷卻技術(shù)，以空氣取代水為冷卻介質(zhì)。汽輪機(jī)的排汽直接進(jìn)入空冷凝汽器用空氣來(lái)冷凝，空氣與蒸汽進(jìn)行熱交換，所需的冷卻空氣通常由機(jī)械通風(fēng)方式供應(yīng)，其冷凝水由凝結(jié)水泵排入汽輪機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)。與水冷卻方式比較，具有冷源充足、并可節(jié)省冷卻用水、減少環(huán)境污染和維護(hù)費(fèi)用低廉的優(yōu)點(diǎn)。

空冷島噪聲主要由以下幾部分組成。

① 頂部軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲

這部分噪聲主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成，其中旋轉(zhuǎn)噪聲（氣動(dòng)噪聲）聲功率與流速的平方成正比，渦流噪聲其聲功率則與質(zhì)點(diǎn)八次方成正比。

此部分噪聲分為進(jìn)風(fēng)噪聲和排風(fēng)噪聲兩部分，其中排風(fēng)噪聲通過(guò)頂部風(fēng)口及換熱器向外傳播，進(jìn)風(fēng)噪聲則向四周傳播。

② 電機(jī)及傳動(dòng)部件（減速筒）產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。

③ 風(fēng)機(jī)、電機(jī)的振動(dòng)通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)傳遞到周圍薄板結(jié)構(gòu)（即固體傳聲），進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射，向外輻射噪聲。

④ 管道噪聲：此部分噪聲主要是指蒸汽管道、散熱器翅片、回水管道內(nèi)流體流動(dòng)引起的流噪聲。

⑤ 反射聲源：此部分噪聲主要是由空冷平臺(tái)周圍大型反射物形成。

2.1 空冷平臺(tái)聲源頻譜特性

通過(guò)對(duì)某電廠空冷系統(tǒng)降噪工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，空冷平臺(tái)的噪聲以中低頻為主，主要峰值頻率集中在400Hz、800Hz、1600Hz和2000Hz附近。其中電機(jī)噪聲以1600Hz和2000Hz為主，風(fēng)機(jī)近排風(fēng)口噪聲則以400Hz、800Hz為主。

2.2 空冷平臺(tái)固體傳聲特性

空冷平臺(tái)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備為大型軸流風(fēng)機(jī)，其電機(jī)及風(fēng)機(jī)是整個(gè)空冷平臺(tái)主要激勵(lì)源，該振動(dòng)通過(guò)結(jié)構(gòu)和墻板向周圍傳遞，出現(xiàn)固體傳聲現(xiàn)象。

空冷平臺(tái)固體傳聲測(cè)試及分析是基于設(shè)備本體振動(dòng)、鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)及薄板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)試。電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，本體振動(dòng)明顯增大，其振動(dòng)通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)傳遞到隔離板，其振動(dòng)能量則逐漸減弱，但遇到厚度較小的結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)激發(fā)出振幅較高的振動(dòng)。

表：測(cè)點(diǎn)振動(dòng)極值頻率及其振幅

說(shuō)明：風(fēng)機(jī)低速時(shí)電機(jī)頻率為25Hz，風(fēng)機(jī)高速時(shí)電機(jī)頻率為50Hz。

從表中看，電機(jī)振動(dòng)主頻在1950Hz附近，而風(fēng)機(jī)振動(dòng)主頻在375Hz附近，隨著距離的增大，電機(jī)振動(dòng)在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的衰減高于風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

對(duì)比擋風(fēng)墻振動(dòng)頻譜及近場(chǎng)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜，可以看出，表面振動(dòng)和近場(chǎng)噪聲的峰值均出現(xiàn)在400Hz附近，具有較好的吻合性，可以判斷為風(fēng)機(jī)電機(jī)振動(dòng)通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)傳遞到擋風(fēng)墻，引起結(jié)構(gòu)的二次噪聲，即固體傳聲。

三、冷卻塔噪聲控制措施的及設(shè)計(jì)

1、噪聲控制工程基本方法和原理

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠噪聲控制結(jié)合電廠設(shè)備本身的運(yùn)行特點(diǎn)設(shè)計(jì)隔、消、吸、阻尼、減振等綜合噪聲控制措施，通常以隔聲措施為主，其次是消聲、吸聲以及阻尼、減振等，但對(duì)于冷卻塔消聲為主要措施，減振、隔吸聲措施次之。

2、機(jī)力通風(fēng)冷卻塔降噪措施設(shè)計(jì)

機(jī)力通風(fēng)冷卻塔塔體及其外輪廓的維護(hù)結(jié)構(gòu)等通常采取混凝土結(jié)構(gòu)，本身具有足夠的隔聲量，所以機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的噪聲控制重點(diǎn)在于冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口以及風(fēng)機(jī)電機(jī)振動(dòng)的控制。

a.對(duì)進(jìn)風(fēng)口實(shí)施消聲措施，設(shè)置消聲器，不僅能夠削弱風(fēng)機(jī)通過(guò)填料層透過(guò)來(lái)的噪聲，也阻隔了落水撞擊集水池的噪聲對(duì)外輻射的強(qiáng)度，并保證進(jìn)風(fēng)口的氣流的通行。

b.對(duì)排風(fēng)口同樣實(shí)施消聲措施，在風(fēng)機(jī)頂部適當(dāng)高度設(shè)置消聲器，阻礙風(fēng)機(jī)噪聲對(duì)外部空間的輻射，但不影響風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性能。

c.對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝置實(shí)施減振措施，有效降低動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，降低固體傳聲的原動(dòng)力，保護(hù)塔體結(jié)構(gòu)，降低噪聲的傳播。

3、空冷島降噪措施設(shè)計(jì)

空冷島降噪措施主要采用消聲技術(shù)，其功能首先是流場(chǎng)的合理組織，降低渦流強(qiáng)度，從而使進(jìn)氣噪聲從聲源上得到改善，并可改善冷卻效率。同時(shí)，具備合理的降噪量，并針對(duì)聲傳播特性和頻率特性，對(duì)影響達(dá)標(biāo)的主要頻率采取技術(shù)措施。另外在配以吸聲、隔聲和減振阻尼技術(shù)，以合理的措施，低成本最大程度降低噪聲排放對(duì)周邊環(huán)境的影響。

基于噪聲源分析及噪聲衰減特性，空冷島的降噪措施從以下方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：

a.對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口實(shí)施消聲措施，設(shè)計(jì)消聲器，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行整流消聲；

b.對(duì)蒸汽管道、散熱器翅片、回水管道區(qū)域?qū)嵤└?、吸聲措施，設(shè)計(jì)為隔吸聲復(fù)合隔聲墻，隔聲墻體內(nèi)側(cè)配以吸聲效果，提高隔聲效果，改善封閉區(qū)域內(nèi)聲環(huán)境。

c.對(duì)風(fēng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)施減振隔振措施，降低固體傳聲驅(qū)動(dòng)源。

四、噪聲控制的設(shè)計(jì)需要考慮的其它因素

冷卻塔運(yùn)行持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，環(huán)境含水量較大，這對(duì)噪聲治理設(shè)備要求：設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，安裝簡(jiǎn)便牢固可靠；材料經(jīng)久耐用，能抗疲勞抗沖擊，抗腐蝕抗老化；運(yùn)行可靠，易于維修；消聲性能恒定持久，對(duì)噪聲治理效果明顯。

冷卻塔主體結(jié)構(gòu)部分采用混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)排風(fēng)消聲設(shè)備材料以鋁合金、玻璃鋼材料為主，落水消聲材料采用聚碳酸酯塑料等耐老化，抗腐蝕材料為主。

冷卻塔一般使用軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量較大風(fēng)壓較小，安裝降噪設(shè)備時(shí)，不能影響塔的設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)量，設(shè)備綜合風(fēng)壓阻力小，抗風(fēng)壓、防傾倒，便于維護(hù)。

隨著社會(huì)的發(fā)展，去工業(yè)化要求越來(lái)越高，降噪消聲設(shè)備還需要經(jīng)濟(jì)美觀。

五、結(jié)論

冷卻塔降噪措施大體有：進(jìn)風(fēng)口安裝進(jìn)風(fēng)消聲器、排風(fēng)口安裝排風(fēng)消聲器、設(shè)備安裝減振器、淋水加淋水阻斷消聲裝置、淋水吸隔聲屏障。進(jìn)、排風(fēng)消聲器對(duì)于風(fēng)壓損失影響較大，同時(shí)消聲器有其失效頻率，所以對(duì)于消聲器的設(shè)計(jì)是有針對(duì)性的；減振器的作用主要是通過(guò)彈性緩沖降低風(fēng)機(jī)電機(jī)對(duì)塔體的能量傳遞，降低噪聲通過(guò)塔體的傳播；淋水阻斷消聲裝置目的是在淋水直接撞擊到集水池水面前，分散水滴顆粒，起到降低淋水噪聲的效果。淋水吸隔聲屏障對(duì)于高頻噪聲具有良好的降噪性能，在聲影范圍內(nèi)有效的保護(hù)受噪聲影響的區(qū)域的聲環(huán)境。