燃機電廠機械通風冷卻塔群噪聲治理方案研究

2021-12-27 11:47:36曾少雁呂小蘭呂春玲羅海中

南方能源建設 2021年4期

曾少雁，呂小蘭，呂春玲，羅海中

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣州 510663）

南方地區特別是廣東省內由于夏季長且氣候炎熱，除部分供熱機組和小型燃氣機組外，9F及以上等級燃氣機組的冷卻塔數量較多，需采用冷卻塔群的方式布置，一般采用雙排式布置。本文以東莞某燃機電廠一期冷卻塔群為例，探索冷卻塔群噪聲治理的方法，供同類型工程參考。

本文采用德國Braunstein Bemdt Gmb H公司開發的專業模擬分析軟件SoundPLAN進行模擬預測和分析。該軟件是德國Braunstein Bemdt Gmb H公司于1986研發，軟件已經擁有三十年的應用歷史，全球擁有3 800多用戶，是國際噪聲預測軟件領域使用最廣泛的軟件［1］。

1 機械通風冷卻塔群結構組成

冷卻塔是燃機電廠冷卻系統的主要設備之一，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［2］。燃機電廠常用的機械通風冷卻塔是雙面進風機械通風冷卻塔，其結構如圖1所示，冷卻水經配水管送入配水系統，依次通過配水區、填料區和雨區與空氣進行換熱，經過雨區后落入塔底的集水池中完成換熱過程。塔頂出風口處設置了風機，風機由電機驅動。

圖1 機械通風冷卻塔結構示意圖Fig.1 Structuraldiagram of the mechanical ventilation cooling tower

2 機械通風冷卻塔群噪聲特點

機械通風冷卻塔群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，主要由旋轉噪聲和渦流噪聲組成，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；在風機風筒出風口45°方向1 m處的噪聲水平為85～88 dB（A）。

2）淋水噪聲：此部分噪聲由水的勢能撞擊冷卻塔中的填料和集水池產生，在進風口外1 m處的噪聲水平為88～90 dB（A）［2-5］。

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。

機械通風冷卻塔群噪聲分為進風口噪聲和排風口噪聲兩部分，其中進風口噪聲以淋水噪聲為主，屬于中高頻噪聲；排風口噪聲為大型軸流風機噪聲，主要是由于冷卻塔巨大的葉片所產生，低頻噪聲成份較為嚴重，且由于其位于高處，因此傳播距離遠。在冷卻塔排風口風機噪聲和進風口淋水噪聲由于聲源體積大、噪聲源強大，是燃機電廠噪聲治理的重中之重。

3 模型建立

東莞某燃機電廠一期兩套M701F4燃機熱電聯產工程共設置了10座機械通風冷卻塔，每5座一組，兩組平行放置，進風形式為雙側進風。冷卻塔群布置于一期廠區東北側，最東側距離東廠界19 m，東廠界采用2 m高磚圍墻。冷卻塔群緊靠東側廠界，其噪聲對東側廠界影響最大，因而在建立模型及模擬范圍時，僅對該區域進行建模和模擬分析，冷卻塔群進風口按85 dB（A）的體源，排風口按85 dB（A）的面源進行設定，并在廠內和廠外各設置了3個高度為1.5 m的接收點，建立的模型見圖2。

圖2 冷卻塔群模擬模型Fig.2 Simulation modelof cooling tower groups

不采取任何降噪措施的情況下，東莞某燃機電廠一期雙排冷卻塔群模擬結果如圖3所示。以下模擬結果均只考慮了冷卻塔群噪聲源的噪聲貢獻值，未考慮背景噪聲及周邊環境的現狀影響。

圖3 機械通風冷卻塔群噪聲模擬效果圖Fig.3 Noise simulation effect diagram of mechanical ventilation cooling tower groups

各接收點噪聲值如表1所示。

表1 廠內及廠界各接收點模擬噪聲值（未采取措施）Tab.1 Simulated noise value of receiving points in the plant and at the plant boundary（without noise control）

可見，兩組冷卻塔噪聲的疊加使得冷卻塔群部分區域噪聲強度加大，噪聲影響的范圍擴大，相比單排冷卻塔的治理難度更高。

4 常用的噪聲治理設施

針對冷卻塔群進、排風噪聲，常用的噪聲治理設施主要有消聲器和隔聲屏障。

4.1 消聲器

消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過的一種設備，如果消聲器僅能滿足消聲要求，而不能滿足設備工藝要求，該消聲器的設計是失敗的。

工程上最常用的消聲器類型為阻性片式消聲器，它具有性能穩定、設計計算可靠、綜合性價比高等優點。片式消聲器沿氣流方向消聲導流片長度為1～3 m，單片厚度為100 mm、150 mm以及200 mm，冷卻塔用片式消聲器實質上是按照一定間距敷設于冷卻塔周圍的消聲導流片［6-7］。

陣列式消聲器是在片式消聲器基礎上發展而來的新型消聲器，在原理上兩者都屬于典型的阻性消聲器。陣列式消聲器由消聲柱及固定框架結構組成。消聲柱由入口導流端、中間吸聲段及出口導流端組成［8-9］，消聲單元尺寸通常為200×200 mm至300×300 mm，消聲單元兩端設有圓弧形導流罩，消聲單元由鋁合金穿孔板+離心玻璃棉組成。

阻性消聲器的消聲量與消聲器的濕周周長P成正比，與消聲器截面的同流面積S成反比。在任意尺寸條件下，如果要保持相同的流通比，陣列式結構的消聲體的單元厚度恒大于片式結構的消聲片，通道寬度恒小于片式結構的片間距，因此，采用陣列式結構，消聲的頻率范圍比片式結構更寬，低頻更低，高頻更高；只要流通比不大于75%，其吸聲周長恒大于片式結構，因此，在任何頻率，其消聲量都大于片式結構，價格也略高于片式消聲器。

4.2 隔聲屏障

聲屏障的作用是阻擋直達聲的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產生繞射現象，而在屏障背后形成“聲影區”。

工程上常用的隔聲屏障是玻璃纖維棉金屬結構，由鍍鋅鋼板+玻璃棉板（玻璃絲布包裹）+魚鱗鋁合金孔板組成［10-11］。

5 機械通風冷卻塔群噪聲治理方案比選

根據工程總平面布置方案以及廠界噪聲標準的要求不同，雙排冷卻塔群可采取以下3種噪聲治理方案。

5.1 方案1：雙側進風消聲器+排風消聲器

1）進風口設置進風消聲器，設計消聲量大于15 dB（A），消聲器長度1.5 m，雙側總阻力損失＜30 Pa，可采用片式或陣列式消聲器，如圖4所示。

2）排風口設置排風消聲器，設計消聲量大于20 dB（A），消聲器高度2 m，阻力損失＜20 Pa，可采用片式或陣列式消聲器，如圖4所示。

圖4 機械通風冷卻塔群降噪裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of noise controldevice of mechanical ventilation cooling tower groups

為保證極限溫度下，冷卻塔群正常運行，消聲片設計為可推拉、可拆卸型。冷卻塔群塔體本身和進排風消聲器外輪廓的維護結構采用混凝土結構，保證其具有足夠的隔聲量，滿足冷卻塔群整體降噪要求。

機械通風冷卻塔群采用進、排氣消聲器的降噪方式，冷卻塔進、排風口需要預留檢修通道以供檢修，風通過消聲器時速度前后不一樣，檢修通道可以起到風混合作用，為了避免檢修通道漏聲，檢修通道需要具備隔聲作用，建議選用隔聲板組裝成阻抗通道［12-14］。

主要工程量：進風消聲器20套共3 326 m3，消聲器支撐鋼結構180 t；排風消聲器10套共7 612 m3，消聲器固定鋼結構168 t。

實施方案1后的降噪效果見圖5，各接收點噪聲值見表2。與降噪前相比，廠內及廠界的噪聲值均有了很大的降低，中電投橫琴島多聯供燃氣能源站項目冷卻塔采用此降噪方案，降噪效果明顯，可滿足廠界達到2類標準的要求。

表2 廠內及廠界各接收點模擬噪聲值（方案1）Tab.2 Simulated noise value of receiving points in the plant and at the plant boundary（scheme 1）

圖5 實施方案1降噪措施后的模擬效果Fig.5 Simulation effect after implementing scheme 1 noise controlmeasures

方案優點：降噪效果優，不僅廠內噪聲環境有很大改善，廠界可達到2類標準的夜間限置50 dB（A）的要求。

方案缺點：投資及運行費用高，降噪設施阻力大，增加冷卻塔風機電耗較多，對冷卻塔運行影響較大。

5.2 方案2：外側進風消聲器+兩塔端部消聲阻隔+塔頂圍蔽

1）雙排冷卻塔群外側進風口設置進風消聲器，設計消聲量大于20 dB（A），消聲器長度2 m，阻力損失＜20 Pa，可采用片式或陣列式消聲器。塔內側進風口不設置消聲器。

2）雙排冷卻塔群端部設置消聲阻隔，采用消聲器墻進行阻隔，高度不低于冷卻塔進風消聲器高度，設計消聲量大于20 dB（A），消聲器厚度2 m。

3）雙排冷卻塔群頂部排風口不設置排風消聲器，采用磚墻或隔聲屏障板進行圍蔽，圍蔽高度高出風機最高點3 m以上。

塔頂可采用200 mm厚加氣塊磚墻進行圍蔽，平均隔聲量為43.2 dB［4］，隔聲量滿足要求。也可采用隔聲屏障墻體進行圍蔽隔聲，隔聲屏障設計計權隔聲量Rw≥30 dB，吸聲系數≥0.80，隔聲屏障采用輕質金屬復合隔聲屏做法，即：1.2 mm鍍鋅鋼板+100 mm厚32 kg/m3玻璃棉板（玻璃絲布包裹）+0.8 mm魚鱗鋁合金孔板。但由于隔聲屏障的金屬外板顏色與冷卻塔塔體混凝土顏色很難做到一致，采用隔聲屏障圍蔽塔體外觀上下會略有區別，在無特殊要求的情況下，建議采用磚墻圍蔽，將塔頂圍蔽與冷卻塔做成一體。

主要工程量：進風消聲器10套共2 218 m3，兩塔端部消聲器390 m3，消聲器支撐鋼結構130 t；塔頂圍蔽隔聲屏障板或磚墻3 616 m2，隔聲屏障鋼結構277 t（磚墻圍蔽采用鋼筋混凝土結構）。

實施方案2后的降噪效果見圖6，各接收點噪聲值見表3。與降噪前相比，廠內冷卻塔外側及廠界的噪聲值均有了很大的降低，但冷卻塔之間區域噪聲環境與降噪前一致，珠海市鈺海天然氣熱電聯產工程項目冷卻塔采用此降噪方案，滿足廠界達到3類標準的要求。

圖6 實施方案2降噪措施后的模擬效果Fig.6 Simulation effect after implementing scheme 2 noise controlmeasures

表3 廠內及廠界各接收點模擬噪聲值（方案2）Tab.3 Simulated noise value of receiving points in the plant and at the plant boundary（scheme 2）

方案優點：廠內及廠界區域降噪效果好，投資較低，阻力較小。

方案缺點：因排風口未設置消聲器，上部圍蔽將聲音阻隔抬高，可能造成距廠界一定距離外的區域噪聲超標，廠外有噪聲敏感的居民點時謹慎采用。

5.3 方案3：廠界隔聲屏障+排風消聲器

1）雙排冷卻塔群進風口不設置進風消聲器。

2）排風口設置排風消聲器，設計消聲量大于20 dB（A），消聲器高度2 m，阻力損失＜20 Pa。

3）靠近冷卻塔廠界設置7 m高隔聲屏障，2 m以下采用磚墻，2 m以上采用隔聲屏障，隔聲屏障形式同方案2。

主要工程量：排風消聲器10套共7 612 m3，消聲器固定鋼結構168 t；隔聲屏障2 415 m2，隔聲屏障鋼結構185 t。

但由于隔聲屏障長度很大，對廠區整體景觀會造成較大影響，在隔聲屏障附近會造成一定的壓抑感。為減少長距離隔聲屏障造成的壓迫感，隔聲屏障的中間位置可設計為透明結構，同時在涂裝上進行適當的美化設計，如采用與周邊環境融合較好的淺色系列外觀，可使隔聲屏障能更好地融合到整體景觀內。

實施方案3后的降噪效果見圖7，各接收點噪聲值見表4。與降噪前相比，廠界的噪聲值有降低，但廠內噪聲環境與未采取降噪措施基本一致，沒有得到有效改善，但廠界可滿足達標要求，不會出現廠界外一定距離后又超標的情況，適合廠外有敏感點的項目。華能東莞燃機電廠一期項目冷卻塔采用此降噪方案，實測廠界噪聲值為50 dB（A）。