电厂冷却塔淋水噪声及有效控制分析

吴彰恒

摘要：冷却塔是火力发电厂水循环系统中最重要的设施之一，负责对冷凝器的高温水进行冷却。目前双曲线自然通风淋水水冷却是应用最为广泛的冷却方法，循环冷却水从塔顶向下淋下，与塔内风流方向相反，从而带走热量。然而，淋水塔会产生较大的噪声，从而造成噪声污染，基于此，文章就如何有效控制冷却塔淋水噪声展开讨论。

关键词：电厂;冷却塔;淋水;噪声;控制对策

一、电厂冷却塔淋水噪声产生机理

大型水冷却塔在正常运行当中产生噪声的原因包括多个方面，如：淋水噪声和水泵噪声以及管道在输水时发生管路、阀门震动形成噪声等等。而淋水噪声是其中最主要的声源，因此想要降低水冷塔噪声就要对淋水噪声进行有效控制。淋水噪声产生机理主要包含两个方面：其一，由于水冷塔很高，因此水流在下降过程中可以获得很大的动能，在冲击水面时便会产生巨大的噪声，此时噪声频谱特性与落差有关;其二，水滴落入水中会产生气泡，这些气泡破裂会辐射脉动噪声，产生高频尖锐的频谱特性。相关实验表明，在水冷塔进风口附近，噪声级别为80至85分贝，随着进风口高度的增加，声音强度也会增加。水冷塔主体结构为现浇钢筋混凝土，因此具有较强的隔声性能，所以水冷塔噪声的主要辐射区域在进风口，呈现面声源特点。

二、电厂冷却塔淋水影响噪声大小的理论因素

（一）下落水滴的直径

由理论计算可知，水滴冲击速率、声音能量都与水滴的直径大小有关系。其中水滴撞击声能与水滴下落速率的平方以及水滴几何半径的四次方成正相关关系。可见，水滴几何直径越大，所产生的噪声能量也就越大。下落水滴的直徑大小与循环冷却水量存在关系，但火电机组在一般情况下负荷是比较稳定的，因此循环冷却水的变化量并不大。另一方面，水滴直径与水冷塔填料层的布置方式有关，填料层可以起到雾化水流的作用，因此减小水滴直径。

（二）水滴下落高度

利用曳力计算公式与水滴受力平衡分析，可以发现水滴下落高度对冲击噪声大小的影响与水滴直径相关。具体而言，风对水滴会产生的曳力与水滴重力达到平衡时，水滴的下落速率便不再增加，这一速率被称为极限速率，而对应极限速率会存在一个极限下落高度，水滴在这一高度会因重力加速达到极限速率，当下落高度超过极限高度时，水滴下落速率便不再增加。6mm，且在此直径下，水滴的极限高度约为12.5m。另一方面，水滴直径越小则收到的风拽力与重力达到平衡时的速率就越小，不过水冷塔的设计与火电机组有关，因此水滴下落高度通常为固定值。

（三）风速

通过对水滴受力平衡进行分析克制风速越大，对其产生的曳力就越大，水滴下落的速率就越小，因此水滴冲击噪越小。水冷塔向上风速的大小要严格控制，如果风速过大就会增加循环水的损失，从而增加补偿水量，提高水电资源的消耗。另一方面，凝汽器的温度控制并不是越低越好，这与真空度要求相关，水冷塔过大的风速会使循环冷却水水温过低，影响凝汽器的运行质量。

综合来看，水滴直径、下落高度、水冷塔风速是影响噪声的几个关键理论因素。

三、电厂冷却塔淋水噪声控制措施

（一）降低声源强度

从声源角度出发，对噪声强度进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铺设收水器，对下落水滴进行分段式收集，从而降低水滴的单程落差，减少水滴与水面的冲击速率，进而降低噪声，不过这种方法存在一定缺点，由于增加了收水器，会使进风面积减小，这在一定程度上削弱了热交换效应，降低冷却效果;第二，利用一些特殊材料对水滴的缓冲作用来达到降噪的目的，例如将多孔隙泡沫材料铺设在水池水面，利用泡沫削弱脉冲噪声，这种方法具有降噪效果好、无污染、工艺容易实现等优点，但是在气候寒冷的地区却并不适用，这是由于气温过低时会在缓冲材料表面结冰，使降噪能力失效。

（二）控制传播途径

1.设置隔声屏障

设置隔声屏障可以有效降低直达声的传播，并将透射声进行有效隔离，同时还能削弱绕射声。原理如下：当声波撞击到声屏障的壁面上时，便会在屏障边缘产生环绕声波辐射，而在屏障背后形成“声影区”。通常来说，隔声屏障的降噪效果与绕声强度有关，当绕射损耗越大时，屏障降噪效果则越好。对于点声源的绕射，其能量衰减与受声点距离（受声点与声源之间的距离）、屏障顶端与生源间的距离、屏障端点间的距离相关，根据算式，由隔声屏障引起的绕射声能衰减与声波的波长入以及声程差控有关。当声波频率降低波长增加时，声程差变小，此时屏障的降噪效果变差，由此可见，隔声屏障方法并不适用于不在声影区内的接受点以及降噪要求非常明显的区域。

2.设置消声器

消声器最大的优势在于技能满足空气的流通又能实现噪音的降低。与隔声 屏障的实现机理不同，消声器主要是利用了一些特殊的吸声材料，将这些材料沿着声音传播路径进行铺设，从而达到逐一吸收声波的目的。目前，大型消声器的技术已经比较成熟，相关设备的开发已经能够满足大部分水冷塔的使用环境。消 声器的降噪效果与材料通道的横截面积、通道长度有关，在具体使用时要结合水冷塔的物理参数进行合理配置。

四、电厂冷却塔淋水消声治理措施

大型水冷塔消声器具有较高实用价值，针对这一技术以下进一步展开详细的讨论。

（一）斜板导流式

斜板导流式消声器利用了力分解的原理，当水滴落在斜面上时，冲击力分解为斜相和垂直斜面方向的两个力，通过分散撞击力削减了产生的声波能量。在实际应用时，斜板的厚度要控制在合理范围，避免造成二次冲击增加额外的声源。目前，斜板常采用木质材料，其布置在水池表面上方。

（二）蜂窝式

蜂窝式消声装置的材料通常为改性PVC填料，其由小尺寸的六边形微管路所相互粘接而成，因此表面类似于蜂窝形状。水滴下落时由于受到蜂窝式消声装置的阻拦使表面形成了一层水膜，减小了下落水滴与水面中撞击的速率从而起到了衰减声波能力的作用。

（三）金属丝网加PVC管阵

由金属丝网络加PVC管阵构成的组合式消声装置其顶部为密布的细致金属丝，下方为多边形竖管。水滴在下落碰触到金属丝时，会被切割成多个更小的水滴，由于单个水滴的质量变小了，它所具备的动能也会较小，继而降低了冲击水面时产生的声波能量。实际上，有很大一部分水滴经切割分离后由PVC管阵导流效应的冲击能量已经很小，不足以产生声波辐射。

对比来看上文三种消声装置从原理、安装方法、生产工艺、降噪效果、使用寿命以及对进风量的影响等方面都存在区别。其中，金属丝网加PVC管阵的消声装置除了减缓水滴下落速度外还能降低水滴质量，总体降噪效果最后，不过在对其安装时需要额外增加结构梁、柱，此外这种技术尚处于实验阶段，还没有投入大规模的应用。另外，前两种装置对于进风量的影响很小，但第三种装置由于占用了进风通道，所以对进风量的影响较大。

结束语：

火力发电是我国当前最主要的电力生产方式，并且在很长时期内这一现状也不会改变，通过上文讨论，可以发现降低水冷塔噪声对于促进火电机组绿色发展具有重要意义。本文结合现有技术条件，从给出了一些水冷塔淋水降噪的策略思考方向，并针对斜板导流式、蜂窝式、金属丝加PVC管阵三种消声器装置进行了讨论，对各种技术的优缺点进行了总结，希望会行业进步有所借鉴。

参考文献：

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[2]郝功涛， 姜佳旭， 胡妲，等. 大型自然通风冷却塔淋水噪声综合治理技术研究[J]. 华电技术， 2018， v.40;No.309（04）：13-15+19+81.

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