電廠冷卻塔淋水噪聲及有效控制分析

吳彰恒

摘要：冷卻塔是火力發電廠水循環系統中最重要的設施之一，負責對冷凝器的高溫水進行冷卻。目前雙曲線自然通風淋水水冷卻是應用最為廣泛的冷卻方法，循環冷卻水從塔頂向下淋下，與塔內風流方向相反，從而帶走熱量。然而，淋水塔會產生較大的噪聲，從而造成噪聲污染，基于此，文章就如何有效控制冷卻塔淋水噪聲展開討論。

關鍵詞：電廠;冷卻塔;淋水;噪聲;控制對策

一、電廠冷卻塔淋水噪聲產生機理

大型水冷卻塔在正常運行當中產生噪聲的原因包括多個方面，如：淋水噪聲和水泵噪聲以及管道在輸水時發生管路、閥門震動形成噪聲等等。而淋水噪聲是其中最主要的聲源，因此想要降低水冷塔噪聲就要對淋水噪聲進行有效控制。淋水噪聲產生機理主要包含兩個方面：其一，由于水冷塔很高，因此水流在下降過程中可以獲得很大的動能，在沖擊水面時便會產生巨大的噪聲，此時噪聲頻譜特性與落差有關;其二，水滴落入水中會產生氣泡，這些氣泡破裂會輻射脈動噪聲，產生高頻尖銳的頻譜特性。相關實驗表明，在水冷塔進風口附近，噪聲級別為80至85分貝，隨著進風口高度的增加，聲音強度也會增加。水冷塔主體結構為現澆鋼筋混凝土，因此具有較強的隔聲性能，所以水冷塔噪聲的主要輻射區域在進風口，呈現面聲源特點。

二、電廠冷卻塔淋水影響噪聲大小的理論因素

（一）下落水滴的直徑

由理論計算可知，水滴沖擊速率、聲音能量都與水滴的直徑大小有關系。其中水滴撞擊聲能與水滴下落速率的平方以及水滴幾何半徑的四次方成正相關關系。可見，水滴幾何直徑越大，所產生的噪聲能量也就越大。下落水滴的直徑大小與循環冷卻水量存在關系，但火電機組在一般情況下負荷是比較穩定的，因此循環冷卻水的變化量并不大。另一方面，水滴直徑與水冷塔填料層的布置方式有關，填料層可以起到霧化水流的作用，因此減小水滴直徑。

（二）水滴下落高度

利用曳力計算公式與水滴受力平衡分析，可以發現水滴下落高度對沖擊噪聲大小的影響與水滴直徑相關。具體而言，風對水滴會產生的曳力與水滴重力達到平衡時，水滴的下落速率便不再增加，這一速率被稱為極限速率，而對應極限速率會存在一個極限下落高度，水滴在這一高度會因重力加速達到極限速率，當下落高度超過極限高度時，水滴下落速率便不再增加。6mm，且在此直徑下，水滴的極限高度約為12.5m。另一方面，水滴直徑越小則收到的風拽力與重力達到平衡時的速率就越小，不過水冷塔的設計與火電機組有關，因此水滴下落高度通常為固定值。

（三）風速

通過對水滴受力平衡進行分析克制風速越大，對其產生的曳力就越大，水滴下落的速率就越小，因此水滴沖擊噪越小。水冷塔向上風速的大小要嚴格控制，如果風速過大就會增加循環水的損失，從而增加補償水量，提高水電資源的消耗。另一方面，凝汽器的溫度控制并不是越低越好，這與真空度要求相關，水冷塔過大的風速會使循環冷卻水水溫過低，影響凝汽器的運行質量。

綜合來看，水滴直徑、下落高度、水冷塔風速是影響噪聲的幾個關鍵理論因素。

三、電廠冷卻塔淋水噪聲控制措施

（一）降低聲源強度

從聲源角度出發，對噪聲強度進行降低的措施可以采用以下方法：第一，在水冷塔水池上方一定高度鋪設收水器，對下落水滴進行分段式收集，從而降低水滴的單程落差，減少水滴與水面的沖擊速率，進而降低噪聲，不過這種方法存在一定缺點，由于增加了收水器，會使進風面積減小，這在一定程度上削弱了熱交換效應，降低冷卻效果;第二，利用一些特殊材料對水滴的緩沖作用來達到降噪的目的，例如將多孔隙泡沫材料鋪設在水池水面，利用泡沫削弱脈沖噪聲，這種方法具有降噪效果好、無污染、工藝容易實現等優點，但是在氣候寒冷的地區卻并不適用，這是由于氣溫過低時會在緩沖材料表面結冰，使降噪能力失效。

（二）控制傳播途徑

1.設置隔聲屏障

設置隔聲屏障可以有效降低直達聲的傳播，并將透射聲進行有效隔離，同時還能削弱繞射聲。原理如下：當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，便會在屏障邊緣產生環繞聲波輻射，而在屏障背后形成“聲影區”。通常來說，隔聲屏障的降噪效果與繞聲強度有關，當繞射損耗越大時，屏障降噪效果則越好。對于點聲源的繞射，其能量衰減與受聲點距離（受聲點與聲源之間的距離）、屏障頂端與生源間的距離、屏障端點間的距離相關，根據算式，由隔聲屏障引起的繞射聲能衰減與聲波的波長入以及聲程差控有關。當聲波頻率降低波長增加時，聲程差變小，此時屏障的降噪效果變差，由此可見，隔聲屏障方法并不適用于不在聲影區內的接受點以及降噪要求非常明顯的區域。

2.設置消聲器

消聲器最大的優勢在于技能滿足空氣的流通又能實現噪音的降低。與隔聲 屏障的實現機理不同，消聲器主要是利用了一些特殊的吸聲材料，將這些材料沿著聲音傳播路徑進行鋪設，從而達到逐一吸收聲波的目的。目前，大型消聲器的技術已經比較成熟，相關設備的開發已經能夠滿足大部分水冷塔的使用環境。消 聲器的降噪效果與材料通道的橫截面積、通道長度有關，在具體使用時要結合水冷塔的物理參數進行合理配置。

四、電廠冷卻塔淋水消聲治理措施

大型水冷塔消聲器具有較高實用價值，針對這一技術以下進一步展開詳細的討論。

（一）斜板導流式

斜板導流式消聲器利用了力分解的原理，當水滴落在斜面上時，沖擊力分解為斜相和垂直斜面方向的兩個力，通過分散撞擊力削減了產生的聲波能量。在實際應用時，斜板的厚度要控制在合理范圍，避免造成二次沖擊增加額外的聲源。目前，斜板常采用木質材料，其布置在水池表面上方。

（二）蜂窩式

蜂窩式消聲裝置的材料通常為改性PVC填料，其由小尺寸的六邊形微管路所相互粘接而成，因此表面類似于蜂窩形狀。水滴下落時由于受到蜂窩式消聲裝置的阻攔使表面形成了一層水膜，減小了下落水滴與水面中撞擊的速率從而起到了衰減聲波能力的作用。

（三）金屬絲網加PVC管陣

由金屬絲網絡加PVC管陣構成的組合式消聲裝置其頂部為密布的細致金屬絲，下方為多邊形豎管。水滴在下落碰觸到金屬絲時，會被切割成多個更小的水滴，由于單個水滴的質量變小了，它所具備的動能也會較小，繼而降低了沖擊水面時產生的聲波能量。實際上，有很大一部分水滴經切割分離后由PVC管陣導流效應的沖擊能量已經很小，不足以產生聲波輻射。

對比來看上文三種消聲裝置從原理、安裝方法、生產工藝、降噪效果、使用壽命以及對進風量的影響等方面都存在區別。其中，金屬絲網加PVC管陣的消聲裝置除了減緩水滴下落速度外還能降低水滴質量，總體降噪效果最后，不過在對其安裝時需要額外增加結構梁、柱，此外這種技術尚處于實驗階段，還沒有投入大規模的應用。另外，前兩種裝置對于進風量的影響很小，但第三種裝置由于占用了進風通道，所以對進風量的影響較大。

結束語：

火力發電是我國當前最主要的電力生產方式，并且在很長時期內這一現狀也不會改變，通過上文討論，可以發現降低水冷塔噪聲對于促進火電機組綠色發展具有重要意義。本文結合現有技術條件，從給出了一些水冷塔淋水降噪的策略思考方向，并針對斜板導流式、蜂窩式、金屬絲加PVC管陣三種消聲器裝置進行了討論，對各種技術的優缺點進行了總結，希望會行業進步有所借鑒。

參考文獻：

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