電廠大型機力通風冷卻塔噪聲控制淺析

馮晶晶，尤坤運，黃青青

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

前言

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

1 大型機力通風冷卻塔的噪聲特性

從工作原理上，機力通風冷卻塔的主要噪聲可分為兩大類：軸流風機的噪聲、淋水噪聲。

1.1 軸流風機的噪聲

噪聲主要來源于冷卻塔頂部大直徑軸流風機葉片高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的空氣動力性噪聲，該部分噪聲主要與風的一次方和壓頭的二次方成正比。同時，傘齒輪減速機以及由于現(xiàn)場安裝精度和風葉系統(tǒng)動平衡誤差，也產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)機械噪聲和振動激勵的結(jié)構(gòu)噪聲，電機本身也會產(chǎn)生一定的電磁噪聲和機械噪聲。機力塔的風機噪聲通常在86～95dB（A）之間。機力通風冷卻塔風機噪聲頻譜見圖1。

圖1 機力通風冷卻塔風機噪聲頻譜圖（排風口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：進風噪聲和排風噪聲。排風噪聲通過頂部風口直接向外傳播，進風噪聲則透過填料層向下傳播，并最終通過進風口向外傳播。

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)的通風速度有關(guān)，淋水噪聲通常在83～88dB（A）。機力通風冷卻塔淋水（風機關(guān)閉）噪聲頻譜圖見圖2；機力冷卻塔淋水（風機開啟）噪聲頻譜圖見圖3。

圖2 機力通風冷卻塔淋水（風機關(guān)閉）噪聲頻譜圖

圖3 機力通風冷卻塔淋水（風機開啟）噪聲頻譜圖

從以上頻譜圖可看出，機力通風冷卻塔的風機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可看出風機開啟時，風機噪聲部分透過冷卻塔填料層后也通過進風口反向傳播，因此進風口噪聲中低頻部分同樣突出。

2 大型機力通風冷卻塔的降噪思路

大型機力通風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）采用超靜音風葉；2）對風機動力系統(tǒng)進行隔振處理；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，冷卻塔的進風口加裝進風消聲器，排風口加裝排風消聲器，冷卻塔加裝聲屏障等措施。

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

2.1 采用超靜音風葉

風機噪聲是機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，因此降低風機噪聲的對策之一是降低風機轉(zhuǎn)速，但同時要確保風機風量風壓，從而保證熱工性能，這就要用到超靜音風葉。

超靜音風機在設(shè)計選型時一般需要考慮以下因素：葉片形狀與面積；風機的風壓和風量（不降低或有所增大）；風機的轉(zhuǎn)速；風機的葉型及數(shù)量；風機減速比的選配；風機的支撐結(jié)構(gòu)；電機的驅(qū)動功率。

采用超靜音風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。超靜音風葉工程案例見圖4。

圖4 超靜音風葉工程案例圖

2.2 風機動力系統(tǒng)隔振處理

對風機動力系統(tǒng)進行隔振處理，隔振效率≥90%，減振系統(tǒng)產(chǎn)生的扭角≤0.03°。

冷卻塔風機系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生較大的振動，振動向塔體傳遞，誘發(fā)塔體向外輻射結(jié)構(gòu)噪聲。結(jié)構(gòu)噪聲中既有很強的低頻，又有減速機激勵的300多Hz中低峰值，治理難度大，因此從源頭上對風機系統(tǒng)進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)計時，除了要保證隔振效率和避免高頻失效問題，還應(yīng)控制風機系統(tǒng)自身的振動幅度，確保風機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。隔振系統(tǒng)工程案例見圖5。

圖5 機力通風冷卻塔塔風機隔振系統(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，整個過程是高處的冷卻水在重力的作用下勢能轉(zhuǎn)化為動能，當下落與集水池里的水撞擊時，其中一部分動能便轉(zhuǎn)化為聲能進行傳播，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，不會對水質(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

當冷卻塔緊靠廠界或敏感點時，如噪聲超標量高，一般需整體加裝隔聲罩對冷卻塔進行封閉，在傳播途徑上將噪聲進行阻斷。隔聲罩切斷了冷卻塔的進風和排風通道，因此隔聲罩須配套進風消聲器和排風消聲器，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)冷卻塔的風量、風速以及所需的降噪量設(shè)計。

圖7 冷卻塔進風消聲器（片式）

圖8 冷卻塔排風消聲器（陣列式）

2.5 冷卻塔加裝聲屏障

考慮到安裝空間和造價問題，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。

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 項目案例

3.1 上海某熱電工程冷卻塔項目概況

該項目工程擬建設(shè)2×400MW級（F級）燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，機組的最大發(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)。由于場地限制，冷卻塔的布置緊鄰廠界，嚴重影響廠界的聲環(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)境噪聲排放標準》（GB 12348—2008）的3類標準限值要求，即晝間噪聲聲級≤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目，具體噪聲值無法測量，需參考同類型機組，結(jié)合聲學模擬，進行降噪分析。噪聲預測分析采用德國Cadna/A計算軟件，采取噪聲控制措施前的計算結(jié)果見圖11、圖12。

圖11 全廠3D模型圖

圖12 冷卻塔1.5m高水平聲場模擬圖（治理前）

由預測結(jié)果可知，冷卻塔如不進行噪聲治理，則各廠界的噪聲均超標〔對照夜間標準限值，即55dB（A）〕，超標情況為：1）東廠界：最大超標量18dB（A）以上；2）西廠界：最大超標量11.9dB（A）以上；3）南廠界：最大超標量6dB（A）以上；4）北廠界：最大超標量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)進風口加消聲器+南側(cè)進風口加聲屏障+北廠界內(nèi)側(cè)加聲屏障+東廠界局部加聲屏障+出風口加消聲器（見圖13）；方案二：進風口加消聲器+出風口加消聲器（見圖14）；方案三：進風口加消聲器+出風口加消聲器，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

通對過冷卻塔的降噪效果、熱工性能以及經(jīng)濟性進行整體對比分析，最終，確定采用方案三。

具體措施如下：1）進風消聲器南北兩側(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）冷卻塔的進排風消聲器均采用陣列式消聲器，通風面積大于片式消聲器，阻力損失較小；5）除霧口加裝進風消聲器；6）排風筒上部設(shè)置緩流區(qū)，降低出風口風速，減小阻力損失。

利用Cadna/A噪聲模擬分析軟件，對采取噪聲控制措施后的環(huán)境噪聲進行預測計算，結(jié)果見圖16。由預測結(jié)果可知，冷卻塔進行噪聲治理后，各廠界的噪聲值均低于55dB（A），滿足達標要求〔對照夜間標準限值，即55dB（A）〕。

圖16 冷卻塔1.5m高水平聲場模擬圖（治理后）

3.4 冷卻塔的消聲及阻力損失計算

冷卻塔的進排風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，進排風總的壓力損失為28.9Pa，小于冷卻塔的預留壓力損失50Pa，對冷卻塔的整體進風效果基本不會產(chǎn)生影響。

表2 冷卻塔進排風加裝消聲器后的消聲效果

4 結(jié)論

本文闡述了大型機力通風冷卻塔的噪聲特性，提出了現(xiàn)有冷卻塔噪聲治理的幾種措施，包含低噪聲風葉、風機系統(tǒng)隔振處理、落水消聲、設(shè)置隔聲罩并配合進排風消聲器、加裝聲屏障等措施。通過實際案例分析，根據(jù)工程實際情況并結(jié)合Cadna/A預測軟件模擬分析，采用多種降噪措施，最終實現(xiàn)了項目完全達標的要求，并為其他項目的冷卻塔噪聲治理提供了借鑒。