大型燃气机组冷却塔降噪设计分析

许成录 孙永胜

1华电国际电力股份有限公司深圳公司 广东 深圳 518118

2北京绿创声学工程股份有限公司 北京 102200

冷却塔是燃气联合循环发电厂冷却系统中的重要组成部分，因水资源及水污染原因通常采用闭式循环系统。电厂冷却系统主要是指汽轮机排汽端凝汽器冷却系统，它将汽轮机排出的、已做过功的乏汽冷凝成凝结水，凝结水再送回锅炉中继续循环，它是发电系统中的一个重要组成部分。冷却系统的作用是向主厂房、余热锅炉区域提供冷却水，包括回水的冷却、升压输送和调节。

一、冷却塔的作用

冷却塔是发电厂冷却系统的主要设备一，是维持汽轮机出口背压，并使热力系统实现朗肯循环，直接影响着机组和电厂的热经济性和运行可靠性。

在发电厂中，冷却塔（逆流抽风式冷却塔）就是利用自下而上的流动空气去冷自从上而下的流动水，冷却后的水通过循环泵送到凝汽器里把在蒸汽轮机中做功后的蒸汽冷却成冷凝水再送回锅炉中加热利用。没有冷却塔，从汽轮机中出来的蒸汽就无法被冷却成冷凝水送回锅炉再利用，汽机发电后的尾气余热就无法建立循环，残余热力也无法回收，电厂的热经济性就无法提高。

二、冷却塔的噪声源分析

1、机力通风冷却塔噪声源分析

机力通风冷却塔噪声由以下几部分组成：

① 顶部轴流风机产生的空气动力性噪声

这部分噪声分为进风噪声和排风噪声两部分，其中排风噪声通过顶部风口直接向外传播，进风噪声则透过填料层向下传播，并最终通过进风口向外传播，风机排口外噪声值约为82～87 dB（A），噪声频谱见下图所示。

机力塔风机噪声（排风口45度方向1米处）频谱示意图

② 落水噪声

落水声是由水的势能撞击冷却塔中的填料和集水池水面产生，冷却塔水池壁外3米处噪声值约为85～92 dB（A）。

机力冷却塔落水（风机停）噪声频谱示意图

③ 电机、传动部件及减速箱等产生的机械噪声。

④ 由风机、电机及减速机引起冷却塔塔壁及顶部平台振动，产生固体传声噪声。

某燃气电厂机力冷却塔固体传声频谱示意图（塔墙壁上）

从上述噪声频谱图可以看出，机力塔风机的电机噪声和风机进、排风口噪声中低频突出，其中排风口噪声低频声压级更高，而淋水噪声主要是中高频成分。但同时风机噪声部分透过冷却塔填料层后也通过进风口反向传播，因此进风口噪声中低频部分同样突出。

从“机力冷却塔固体传声频谱示意图”可以看出，机力冷却塔噪声的峰值出现在300Hz附近，经过分析，该噪声是由于机力塔风机电机及减速机振动引起的，该振动引起的二次噪声十分明显。

2、空冷岛噪声源分析

空冷岛即空气冷凝器，是空冷式换热器的简称，是电厂用于主机系统冷却的一套重要设备，它是一种以节水为目的直接空气冷却技术，以空气取代水为冷却介质。汽轮机的排汽直接进入空冷凝汽器用空气来冷凝，空气与蒸汽进行热交换，所需的冷却空气通常由机械通风方式供应，其冷凝水由凝结水泵排入汽轮机组的回热系统。与水冷却方式比较，具有冷源充足、并可节省冷却用水、减少环境污染和维护费用低廉的优点。

空冷岛噪声主要由以下几部分组成。

① 顶部轴流风机产生的空气动力性噪声

这部分噪声主要由旋转噪声和涡流噪声组成，其中旋转噪声（气动噪声）声功率与流速的平方成正比，涡流噪声其声功率则与质点八次方成正比。

此部分噪声分为进风噪声和排风噪声两部分，其中排风噪声通过顶部风口及换热器向外传播，进风噪声则向四周传播。

② 电机及传动部件（减速筒）产生的机械噪声。

③ 风机、电机的振动通过钢结构传递到周围薄板结构（即固体传声），进而形成结构振动声辐射，向外辐射噪声。

④ 管道噪声：此部分噪声主要是指蒸汽管道、散热器翅片、回水管道内流体流动引起的流噪声。

⑤ 反射声源：此部分噪声主要是由空冷平台周围大型反射物形成。

2.1 空冷平台声源频谱特性

通过对某电厂空冷系统降噪工程实测数据进行分析，空冷平台的噪声以中低频为主，主要峰值频率集中在400Hz、800Hz、1600Hz和2000Hz附近。其中电机噪声以1600Hz和2000Hz为主，风机近排风口噪声则以400Hz、800Hz为主。

2.2 空冷平台固体传声特性

空冷平台的主要动力设备为大型轴流风机，其电机及风机是整个空冷平台主要激励源，该振动通过结构和墙板向周围传递，出现固体传声现象。

空冷平台固体传声测试及分析是基于设备本体振动、钢结构振动及薄板结构的振动测试。电机高速运行时，本体振动明显增大，其振动通过钢结构平台传递到隔离板，其振动能量则逐渐减弱，但遇到厚度较小的结构时，会激发出振幅较高的振动。

表：测点振动极值频率及其振幅

说明：风机低速时电机频率为25Hz，风机高速时电机频率为50Hz。

从表中看，电机振动主频在1950Hz附近，而风机振动主频在375Hz附近，随着距离的增大，电机振动在钢结构内的衰减高于风机振动。

对比挡风墙振动频谱及近场测点振动频谱，可以看出，表面振动和近场噪声的峰值均出现在400Hz附近，具有较好的吻合性，可以判断为风机电机振动通过钢结构传递到挡风墙，引起结构的二次噪声，即固体传声。

三、冷却塔噪声控制措施的及设计

1、噪声控制工程基本方法和原理

燃气-蒸汽联合循环电厂噪声控制结合电厂设备本身的运行特点设计隔、消、吸、阻尼、减振等综合噪声控制措施，通常以隔声措施为主，其次是消声、吸声以及阻尼、减振等，但对于冷却塔消声为主要措施，减振、隔吸声措施次之。

2、机力通风冷却塔降噪措施设计

机力通风冷却塔塔体及其外轮廓的维护结构等通常采取混凝土结构，本身具有足够的隔声量，所以机力通风冷却塔的噪声控制重点在于冷却塔的进风口、排风口以及风机电机振动的控制。

a.对进风口实施消声措施，设置消声器，不仅能够削弱风机通过填料层透过来的噪声，也阻隔了落水撞击集水池的噪声对外辐射的强度，并保证进风口的气流的通行。

b.对排风口同样实施消声措施，在风机顶部适当高度设置消声器，阻碍风机噪声对外部空间的辐射，但不影响风机的空气动力性能。

c.对冷却塔风机及驱动电机装置实施减振措施，有效降低动力设备产生的振动对结构的影响，降低固体传声的原动力，保护塔体结构，降低噪声的传播。

3、空冷岛降噪措施设计

空冷岛降噪措施主要采用消声技术，其功能首先是流场的合理组织，降低涡流强度，从而使进气噪声从声源上得到改善，并可改善冷却效率。同时，具备合理的降噪量，并针对声传播特性和频率特性，对影响达标的主要频率采取技术措施。另外在配以吸声、隔声和减振阻尼技术，以合理的措施，低成本最大程度降低噪声排放对周边环境的影响。

基于噪声源分析及噪声衰减特性，空冷岛的降噪措施从以下方面进行设计：

a.对风机进风口实施消声措施，设计消声器，对风机进风进行整流消声；

b.对蒸汽管道、散热器翅片、回水管道区域实施隔、吸声措施，设计为隔吸声复合隔声墙，隔声墙体内侧配以吸声效果，提高隔声效果，改善封闭区域内声环境。

c.对风机及其驱动电机实施减振隔振措施，降低固体传声驱动源。

四、噪声控制的设计需要考虑的其它因素

冷却塔运行持续时间长，环境含水量较大，这对噪声治理设备要求：设计结构合理，安装简便牢固可靠；材料经久耐用，能抗疲劳抗冲击，抗腐蚀抗老化；运行可靠，易于维修；消声性能恒定持久，对噪声治理效果明显。

冷却塔主体结构部分采用混凝土结构，进排风消声设备材料以铝合金、玻璃钢材料为主，落水消声材料采用聚碳酸酯塑料等耐老化，抗腐蚀材料为主。

冷却塔一般使用轴流风机，风量较大风压较小，安装降噪设备时，不能影响塔的设计进风量，设备综合风压阻力小，抗风压、防倾倒，便于维护。

随着社会的发展，去工业化要求越来越高，降噪消声设备还需要经济美观。

五、结论

冷却塔降噪措施大体有：进风口安装进风消声器、排风口安装排风消声器、设备安装减振器、淋水加淋水阻断消声装置、淋水吸隔声屏障。进、排风消声器对于风压损失影响较大，同时消声器有其失效频率，所以对于消声器的设计是有针对性的；减振器的作用主要是通过弹性缓冲降低风机电机对塔体的能量传递，降低噪声通过塔体的传播；淋水阻断消声装置目的是在淋水直接撞击到集水池水面前，分散水滴颗粒，起到降低淋水噪声的效果。淋水吸隔声屏障对于高频噪声具有良好的降噪性能，在声影范围内有效的保护受噪声影响的区域的声环境。