吳彰恒

摘要：冷卻塔是火力發(fā)電廠水循環(huán)系統(tǒng)中最重要的設(shè)施之一，負(fù)責(zé)對冷凝器的高溫水進(jìn)行冷卻。目前雙曲線自然通風(fēng)淋水水冷卻是應(yīng)用最為廣泛的冷卻方法，循環(huán)冷卻水從塔頂向下淋下，與塔內(nèi)風(fēng)流方向相反，從而帶走熱量。然而，淋水塔會產(chǎn)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(guān)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(chǎn)生機(jī)理

大型水冷卻塔在正常運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)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(fā)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(jìn)行有效控制。淋水噪聲產(chǎn)生機(jī)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(chǎn)生巨大的噪聲，此時噪聲頻譜特性與落差有關(guān);其二，水滴落入水中會產(chǎn)生氣泡，這些氣泡破裂會輻射脈動噪聲，產(chǎn)生高頻尖銳的頻譜特性。相關(guān)實驗表明，在水冷塔進(jìn)風(fēng)口附近，噪聲級別為80至85分貝，隨著進(jìn)風(fēng)口高度的增加，聲音強(qiáng)度也會增加。水冷塔主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，因此具有較強(qiáng)的隔聲性能，所以水冷塔噪聲的主要輻射區(qū)域在進(jìn)風(fēng)口，呈現(xiàn)面聲源特點(diǎn)。

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(guān)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(guān)關(guān)系?？梢姡螏缀沃睆皆酱?，所產(chǎn)生的噪聲能量也就越大。下落水滴的直徑大小與循環(huán)冷卻水量存在關(guān)系，但火電機(jī)組在一般情況下負(fù)荷是比較穩(wěn)定的，因此循環(huán)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(guān)，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(fā)現(xiàn)水滴下落高度對沖擊噪聲大小的影響與水滴直徑相關(guān)。具體而言，風(fēng)對水滴會產(chǎn)生的曳力與水滴重力達(dá)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(yīng)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(dá)到極限速率，當(dāng)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(fēng)拽力與重力達(dá)到平衡時的速率就越小，不過水冷塔的設(shè)計與火電機(jī)組有關(guān)，因此水滴下落高度通常為固定值。

（三）風(fēng)速

通過對水滴受力平衡進(jìn)行分析克制風(fēng)速越大，對其產(chǎn)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(fēng)速的大小要嚴(yán)格控制，如果風(fēng)速過大就會增加循環(huán)水的損失，從而增加補(bǔ)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(guān)，水冷塔過大的風(fēng)速會使循環(huán)冷卻水水溫過低，影響凝汽器的運(yùn)行質(zhì)量。

綜合來看，水滴直徑、下落高度、水冷塔風(fēng)速是影響噪聲的幾個關(guān)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(qiáng)度

從聲源角度出發(fā)，對噪聲強(qiáng)度進(jìn)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(shè)收水器，對下落水滴進(jìn)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(jìn)而降低噪聲，不過這種方法存在一定缺點(diǎn)，由于增加了收水器，會使進(jìn)風(fēng)面積減小，這在一定程度上削弱了熱交換效應(yīng)，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(dá)到降噪的目的，例如將多孔隙泡沫材料鋪設(shè)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(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但是在氣候寒冷的地區(qū)卻并不適用，這是由于氣溫過低時會在緩沖材料表面結(jié)冰，使降噪能力失效。

（二）控制傳播途徑

1.設(shè)置隔聲屏障

設(shè)置隔聲屏障可以有效降低直達(dá)聲的傳播，并將透射聲進(jìn)行有效隔離，同時還能削弱繞射聲。原理如下：當(dāng)聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，便會在屏障邊緣產(chǎn)生環(huán)繞聲波輻射，而在屏障背后形成“聲影區(qū)”。通常來說，隔聲屏障的降噪效果與繞聲強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)繞射損耗越大時，屏障降噪效果則越好。對于點(diǎn)聲源的繞射，其能量衰減與受聲點(diǎn)距離（受聲點(diǎn)與聲源之間的距離）、屏障頂端與生源間的距離、屏障端點(diǎn)間的距離相關(guān)，根據(jù)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(guān)。當(dāng)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(qū)內(nèi)的接受點(diǎn)以及降噪要求非常明顯的區(qū)域。

2.設(shè)置消聲器

消聲器最大的優(yōu)勢在于技能滿足空氣的流通又能實現(xiàn)噪音的降低。與隔聲 屏障的實現(xiàn)機(jī)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(jìn)行鋪設(shè)，從而達(dá)到逐一吸收聲波的目的。目前，大型消聲器的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，相關(guān)設(shè)備的開發(fā)已經(jīng)能夠滿足大部分水冷塔的使用環(huán)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(guān)，在具體使用時要結(jié)合水冷塔的物理參數(shù)進(jìn)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(shù)以下進(jìn)一步展開詳細(xì)的討論。

（一）斜板導(dǎo)流式

斜板導(dǎo)流式消聲器利用了力分解的原理，當(dāng)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(chǎn)生的聲波能量。在實際應(yīng)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(zhì)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(wǎng)加PVC管陣

由金屬絲網(wǎng)絡(luò)加PVC管陣構(gòu)成的組合式消聲裝置其頂部為密布的細(xì)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(zhì)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(chǎn)生的聲波能量。實際上，有很大一部分水滴經(jīng)切割分離后由PVC管陣導(dǎo)流效應(yīng)的沖擊能量已經(jīng)很小，不足以產(chǎn)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(chǎn)工藝、降噪效果、使用壽命以及對進(jìn)風(fēng)量的影響等方面都存在區(qū)別。其中，金屬絲網(wǎng)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(zhì)量，總體降噪效果最后，不過在對其安裝時需要額外增加結(jié)構(gòu)梁、柱，此外這種技術(shù)尚處于實驗階段，還沒有投入大規(guī)模的應(yīng)用。另外，前兩種裝置對于進(jìn)風(fēng)量的影響很小，但第三種裝置由于占用了進(jìn)風(fēng)通道，所以對進(jìn)風(fēng)量的影響較大。

結(jié)束語：

火力發(fā)電是我國當(dāng)前最主要的電力生產(chǎn)方式，并且在很長時期內(nèi)這一現(xiàn)狀也不會改變，通過上文討論，可以發(fā)現(xiàn)降低水冷塔噪聲對于促進(jìn)火電機(jī)組綠色發(fā)展具有重要意義。本文結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)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(dǎo)流式、蜂窩式、金屬絲加PVC管陣三種消聲器裝置進(jìn)行了討論，對各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，希望會行業(yè)進(jìn)步有所借鑒。

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