电厂直接空冷系统噪声污染及控制研究与实践

2018-08-30冯建华

噪声与振动控制 2018年4期

关键词：阻性消声流场

冯建华

（华能太原东山燃机热电有限责任公司，太原 030002）

空冷平台是我国北方发电厂经常用的一种节水空气冷凝器机组，是国家及电力部门推荐的大型冷却设备。直接空冷设备大大降低了电厂用水量，相对于水冷系统可节水75%以上，非常适合于“富煤缺水”的地区。

我国西北、华北的产煤大省都属于干旱或半干旱地区，非常适合于使用直接空冷的冷却装置。

空冷平台通常由数十台大直径的风机组成，其体量非常巨大，而且空冷平台风机群位于约40 m高空中，风机群产生的噪声呈高空立体分布，对厂区和周边环境会产生非常大的影响。

本文介绍了空冷平台噪声污染的相关研究，并以华能太原东山燃气电厂空冷平台为例，介绍空冷平台的降噪设计研究及其实践成果。

1 空冷平台噪声源特点

为了更好了解空冷平台噪声源特点，对山西临汾热电厂2×300 MW热电联产项目的空冷平台进行噪声实测。该电厂空冷平台共60台风机，采用12×5排列，单台风机设计风量为553 m3/s，静压为84.6 Pa，风机直径为9.75 m，转速为75 r/min，电机功率为132 kw，单台风机单元尺寸为12.1 m×11.3 m。空冷平台全景如图1所示。

根据现场实测，空冷平台单台风机进风口处噪声值为74 dB(A)～77 dB(A)，测距为进风口斜下方45°1.5 m，噪声频谱如图2所示，噪声声压级随频率的增加而降低，具有较明显的低频特征。

同时测试了空冷平台整体噪声衰减特性，测试时共30台风机（6×5布置）同时开启，测点从空冷平台边缘中心0 m处开始布置，一直到距离空冷平台250 m处，噪声衰减曲线见图3所示。

图1 临汾电厂空冷平台照片

图2 空冷平台风机进风口噪声频谱曲线

图3 空冷平台噪声衰减曲线

根据测试可发现，由于空冷平台体型巨大，因此噪声随着距离的衰减非常缓慢。

2 空冷平台的降噪难点

空冷平台通常都是由数十台空冷风机组成，其声源长宽的尺度均超过百米，声源面积超过上万平方米，属于非常罕见的巨大声源。且由于空冷平台通常都位于40多米的高空之中，声源向外传播几乎不受任何遮挡，影响范围很大。声源体型巨大、安装位置高，对消声器的结构设计也提出了更高的要求，增加了消声设计的难度。

空冷平台由众多大风量、低压头的轴流风机组成，平台自身流场复杂而敏感，降噪设计不仅要考虑消声装置对单台风机的影响，还要顾及整个平台多台风机之间的风量分配和平衡问题。

空冷平台降噪设计需要同时考虑空气动力性能、结构强度、声学性能等多种因素。

3 华能太原东山燃气电厂空冷平台概况

华能太原东山燃气电厂859 MW大型空冷平台位于主厂房南侧，距南厂界约17 m，距东侧敏感点居民住宅约为90 m。南侧厂界执行《工业企业厂界环境噪声排放标准》4a类声功能区标准；北厂界、西厂界和东厂界执行《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类区标准，东厂界的敏感点居民住宅处执行《声环境质量标准》2类区标准。

空冷平台长97.4 m，宽47.8 m，顶柱高度为34 m，共有32台风机，4（垂直于A列方向）×8（平行于A列方向）布置。单台风机的风量为544 m³/s，单台风机电机额定功率为160 kW，声功率级≤91 dB(A)，风机直径约9 m，风机单元尺寸为12.0 m×11.6 m。

根据专业声学计算，为达到厂界噪声排放标准，空冷平台需采取整体降噪措施，整体降噪量≥12dB(A)；为保证通风冷却效率，要求降噪措施的附加阻力损失≤12 Pa。

4 空冷平台降噪方案

4.1 空冷平台下设置消声器

在空冷平台下方设置的阵列式消声器由12 700个消声单元组成，消声单元外形尺寸为230 mm×230 mm×2 500 mm，间距为200 mm～280 mm，按阵列的方式布置，通过合理设置消声单元的截面尺寸、长度、数量和间距来满足消声和气流阻力损失两方面的要求[1]。

阵列式消声器是在传统片式消声器基础上发展而来的新型消声器[2–3]，在原理上两者都属于典型的阻性消声器，两种消声器的截面构造见图4所示。

图4 片式消声器（左）与阵列式消声器（右）截面对比图

阵列式消声器相比传统阻性片式消声器的优势在于气流可以在水平横向及垂直纵向4个方向流动，能够更好地与轴流风机的螺旋状气流走向达成“自适应”地匹配，能更好地顺应风机群复杂多变的气流组织走向，因而在风冷平台的特定对象条件下比传统的片式消声器具有更小的阻力损失，对应的风机系统日常运行的能耗损失也就更小。

阵列式消声器技术已入选了《国家先进污染防治示范技术名录》和《国家鼓励发展的环境保护技术名录》。图5为典型阵列式消声器照片。

图5 典型阵列式消声器照片

4.2 降噪措施中的空气动力性能优化

空冷平台不同风机之间进风的平衡性是一个很重要的问题，设计应尽量保证各风机进风量基本一致。相对而言，位于空冷平台四周的风机容易进风，位于中间的风机进风条件比较差，空冷平台1/4模型流场模拟流线如图6所示。

图6 空冷平台1/4模型流场模拟流线图

因此，考虑到进风平衡性，同时也考虑到位于中间的风机距离厂界更远，噪声距离衰减也更大，因此设计对进风阵列式消声器进行了进一步的优化：四周的风机对应的阵列式消声器消声量设计为12 dB（A），中部风机的消声器设计消声量为9 dB（A），中部阵列式消声器的阻力损失小于四周的阵列式消声器，以有利于中间风机的进风，让空冷平台整体进风更均匀。阵列式消声器的布置见图7。

设计中对安装阵列式消声器后的空冷平台流场采用ANSYS流体模块Fluent进行了CFD模拟计算分析，其流线见图8。

切面温度分布图见图9[4]。根据模拟结果，阵列式消声器对空冷平台整体的流场、压力场、温度场等影响不明显，但对消声器附近以及风机下方的流场有较明显的影响，气流通过消声器阵列被整理成从下往上的流动，流线分布较整齐，减少了风机侧方向进风气流。

图8 设置消声器后空冷平台流场模拟流线图

图9 设置消声器后空冷平台切面温度图

空冷平台本身受环境风影响较为明显，增加消声器阵列相当于在风机下端增加了导流整流装置，对风机进风口流场进行合理调整，部分弱化了环境风引起的局部涡流效应；由于对气流的阻挡作用，消声器仍对整个平台的压力和流量造成了一定损失，但损失程度非常小。根据仿真计算，增加自整流装置后，空冷平台流量约降低5%。

4.3 空冷平台下方增加风导流消声结构

为了尽量增加进风面积，除了在空冷平台底部安装进风阵列式消声器之外，在四周侧面设置挡风墙和消声百叶，尽量改善空冷平台的进风条件。空冷平台西侧由于面向厂区内部，因此不采取措施，敞开通风[1]。

空冷平台的挡风墙与消声百叶见图10。

5 空冷平台的降噪效果

图10 空冷平台挡风墙与消声百叶效果图

根据空冷平台噪声源特性、安装位置、距厂界敏感目标的距离等，采用SOUND PLAN声学模拟软件计算，绘制如图11所示的空冷平台对全厂产生的噪声污染分布图。由图11可以看出，空冷平台产生的噪声污染主要对东南侧敏感点影响较大，未采取噪声治理措施前，东厂界处和最近居民住宅处噪声级最高达到65 dB（A）。