大型燃氣機組冷卻塔降噪設計分析

許成錄 孫永勝

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2北京綠創聲學工程股份有限公司 北京 102200

冷卻塔是燃氣聯合循環發電廠冷卻系統中的重要組成部分，因水資源及水污染原因通常采用閉式循環系統。電廠冷卻系統主要是指汽輪機排汽端凝汽器冷卻系統，它將汽輪機排出的、已做過功的乏汽冷凝成凝結水，凝結水再送回鍋爐中繼續循環，它是發電系統中的一個重要組成部分。冷卻系統的作用是向主廠房、余熱鍋爐區域提供冷卻水，包括回水的冷卻、升壓輸送和調節。

一、冷卻塔的作用

冷卻塔是發電廠冷卻系統的主要設備一，是維持汽輪機出口背壓，并使熱力系統實現朗肯循環，直接影響著機組和電廠的熱經濟性和運行可靠性。

在發電廠中，冷卻塔（逆流抽風式冷卻塔）就是利用自下而上的流動空氣去冷自從上而下的流動水，冷卻后的水通過循環泵送到凝汽器里把在蒸汽輪機中做功后的蒸汽冷卻成冷凝水再送回鍋爐中加熱利用。沒有冷卻塔，從汽輪機中出來的蒸汽就無法被冷卻成冷凝水送回鍋爐再利用，汽機發電后的尾氣余熱就無法建立循環，殘余熱力也無法回收，電廠的熱經濟性就無法提高。

二、冷卻塔的噪聲源分析

1、機力通風冷卻塔噪聲源分析

機力通風冷卻塔噪聲由以下幾部分組成：

① 頂部軸流風機產生的空氣動力性噪聲

這部分噪聲分為進風噪聲和排風噪聲兩部分，其中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，風機排口外噪聲值約為82～87 dB（A），噪聲頻譜見下圖所示。

機力塔風機噪聲（排風口45度方向1米處）頻譜示意圖

② 落水噪聲

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

機力冷卻塔落水（風機停）噪聲頻譜示意圖

③ 電機、傳動部件及減速箱等產生的機械噪聲。

④ 由風機、電機及減速機引起冷卻塔塔壁及頂部平臺振動，產生固體傳聲噪聲。

某燃氣電廠機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，機力塔風機的電機噪聲和風機進、排風口噪聲中低頻突出，其中排風口噪聲低頻聲壓級更高，而淋水噪聲主要是中高頻成分。但同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。

從“機力冷卻塔固體傳聲頻譜示意圖”可以看出，機力冷卻塔噪聲的峰值出現在300Hz附近，經過分析，該噪聲是由于機力塔風機電機及減速機振動引起的，該振動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稱，是電廠用于主機系統冷卻的一套重要設備，它是一種以節水為目的直接空氣冷卻技術，以空氣取代水為冷卻介質。汽輪機的排汽直接進入空冷凝汽器用空氣來冷凝，空氣與蒸汽進行熱交換，所需的冷卻空氣通常由機械通風方式供應，其冷凝水由凝結水泵排入汽輪機組的回熱系統。與水冷卻方式比較，具有冷源充足、并可節省冷卻用水、減少環境污染和維護費用低廉的優點。

空冷島噪聲主要由以下幾部分組成。

① 頂部軸流風機產生的空氣動力性噪聲

這部分噪聲主要由旋轉噪聲和渦流噪聲組成，其中旋轉噪聲（氣動噪聲）聲功率與流速的平方成正比，渦流噪聲其聲功率則與質點八次方成正比。

此部分噪聲分為進風噪聲和排風噪聲兩部分，其中排風噪聲通過頂部風口及換熱器向外傳播，進風噪聲則向四周傳播。

② 電機及傳動部件（減速筒）產生的機械噪聲。

③ 風機、電機的振動通過鋼結構傳遞到周圍薄板結構（即固體傳聲），進而形成結構振動聲輻射，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、回水管道內流體流動引起的流噪聲。

⑤ 反射聲源：此部分噪聲主要是由空冷平臺周圍大型反射物形成。

2.1 空冷平臺聲源頻譜特性

通過對某電廠空冷系統降噪工程實測數據進行分析，空冷平臺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。其中電機噪聲以1600Hz和2000Hz為主，風機近排風口噪聲則以400Hz、800Hz為主。

2.2 空冷平臺固體傳聲特性

空冷平臺的主要動力設備為大型軸流風機，其電機及風機是整個空冷平臺主要激勵源，該振動通過結構和墻板向周圍傳遞，出現固體傳聲現象。

空冷平臺固體傳聲測試及分析是基于設備本體振動、鋼結構振動及薄板結構的振動測試。電機高速運行時，本體振動明顯增大，其振動通過鋼結構平臺傳遞到隔離板，其振動能量則逐漸減弱，但遇到厚度較小的結構時，會激發出振幅較高的振動。

表：測點振動極值頻率及其振幅

說明：風機低速時電機頻率為25Hz，風機高速時電機頻率為50Hz。

從表中看，電機振動主頻在1950Hz附近，而風機振動主頻在375Hz附近，隨著距離的增大，電機振動在鋼結構內的衰減高于風機振動。

對比擋風墻振動頻譜及近場測點振動頻譜，可以看出，表面振動和近場噪聲的峰值均出現在400Hz附近，具有較好的吻合性，可以判斷為風機電機振動通過鋼結構傳遞到擋風墻，引起結構的二次噪聲，即固體傳聲。

三、冷卻塔噪聲控制措施的及設計

1、噪聲控制工程基本方法和原理

燃氣-蒸汽聯合循環電廠噪聲控制結合電廠設備本身的運行特點設計隔、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，但對于冷卻塔消聲為主要措施，減振、隔吸聲措施次之。

2、機力通風冷卻塔降噪措施設計

機力通風冷卻塔塔體及其外輪廓的維護結構等通常采取混凝土結構，本身具有足夠的隔聲量，所以機力通風冷卻塔的噪聲控制重點在于冷卻塔的進風口、排風口以及風機電機振動的控制。

a.對進風口實施消聲措施，設置消聲器，不僅能夠削弱風機通過填料層透過來的噪聲，也阻隔了落水撞擊集水池的噪聲對外輻射的強度，并保證進風口的氣流的通行。

b.對排風口同樣實施消聲措施，在風機頂部適當高度設置消聲器，阻礙風機噪聲對外部空間的輻射，但不影響風機的空氣動力性能。

c.對冷卻塔風機及驅動電機裝置實施減振措施，有效降低動力設備產生的振動對結構的影響，降低固體傳聲的原動力，保護塔體結構，降低噪聲的傳播。

3、空冷島降噪措施設計

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

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行設計：

a.對風機進風口實施消聲措施，設計消聲器，對風機進風進行整流消聲；

b.對蒸汽管道、散熱器翅片、回水管道區域實施隔、吸聲措施，設計為隔吸聲復合隔聲墻，隔聲墻體內側配以吸聲效果，提高隔聲效果，改善封閉區域內聲環境。

c.對風機及其驅動電機實施減振隔振措施，降低固體傳聲驅動源。

四、噪聲控制的設計需要考慮的其它因素

冷卻塔運行持續時間長，環境含水量較大，這對噪聲治理設備要求：設計結構合理，安裝簡便牢固可靠；材料經久耐用，能抗疲勞抗沖擊，抗腐蝕抗老化；運行可靠，易于維修；消聲性能恒定持久，對噪聲治理效果明顯。

冷卻塔主體結構部分采用混凝土結構，進排風消聲設備材料以鋁合金、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機，風量較大風壓較小，安裝降噪設備時，不能影響塔的設計進風量，設備綜合風壓阻力小，抗風壓、防傾倒，便于維護。

隨著社會的發展，去工業化要求越來越高，降噪消聲設備還需要經濟美觀。

五、結論

冷卻塔降噪措施大體有：進風口安裝進風消聲器、排風口安裝排風消聲器、設備安裝減振器、淋水加淋水阻斷消聲裝置、淋水吸隔聲屏障。進、排風消聲器對于風壓損失影響較大，同時消聲器有其失效頻率，所以對于消聲器的設計是有針對性的；減振器的作用主要是通過彈性緩沖降低風機電機對塔體的能量傳遞，降低噪聲通過塔體的傳播；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。淋水吸隔聲屏障對于高頻噪聲具有良好的降噪性能，在聲影范圍內有效的保護受噪聲影響的區域的聲環境。