对大型逆流式自然通风冷却塔消声导流片安装方式的研究

对大型逆流式自然通风冷却塔消声导流片安装方式的研究

沈吕远

杭州绿隆环保科技有限公司

摘要：随着噪声治理技术的不断发展，对大型逆流式自然通风冷却塔落水噪声治理有了声屏障法、落水消声法、消声导流片法等多种治理方法，其中在进风口位置安装大型消声导流片已经作为一种最新的治理成果运用于国内部分火力发电企业，并取得了很好的效果。因此，进一步对消声导流片的安装方式进行研究是进一步优化该方案的必然趋势。

关键词：噪声治理；冷却塔；消声导流片

引言：

在目前的国内外应用的所有大型冷却塔消声导流片装置中，其安装方式有个共同的特点：每一块消声导流片均布置在冷却塔半径的延长线上，即所有消声导流片的反向延长线均汇交于冷却塔圆形蓄水池的圆心，其示意图见图1：

为了考证其安装的合理性，本文将从声学、几何学、空气动力学、换热学、美学等几个角度对方案进行论证。并同时将某发电有限责任公司1#冷却塔为研究对象。

1影响因素分析

在对消声导流片安装方式的合理性进行评价之前，我们必须首先了解影响消声器效果的若干关键指标，通过结合技术经济各方面分析，其评价指标主要有降噪量、消声器压力损失以及投资成本三方面。以下将对这三方面进行理论分析：

1.1声学效果影响因素

由于考虑到消声导流片空隙的截面尺寸为一个矩形，并且高度h远大于宽度a，因此在计算时可按照狭通道阻性片式消声器结构模型进行计算，消声量计算公式如下：

其中——消声系数

——片间通道宽度

h——片间通道高度

l——消声片长度

其中Φ（α0）与消声片内玻璃棉属性有关，h与实际安装高度有关，因此当改变消声导流片安装方向时，改变的主要是通道宽度a和消声片长度l的数值。即：

消声导流片的降噪量与有效片间距a成反比；与消声导流片的有效长度l成正比。

1.2压力损失影响

阻性消声器阻力损失计算公式如下：

——消声器内壁摩擦压力损失（Pa）

——摩擦阻力系数

de——消声器通道等效直径（mm）

——空气密度（kg/m3）

——流速（m/s）

g——重力加速度（m/s2）

其中

当b=h>>a时，de=2a

从式中看出ξ摩、ρ、v、g等因素只于消声片的加工材料及加工方式有关，而与消声导流片的安装方式无关，因此能影响消声器压力损失的主要因素为消声片的有效长度l及有效片间距a。其关系式为：

消声导流片的压力损失与有效片间距a成反比；与消声导流片的有效长度l成正比。

另一方面，电厂所关心的换热效率损失及风量损失实际上就是与消声器安装后的压力损失有关。

1.3投资成本影响

在确定总体设计规模后，工程量的大小直接与消声导流片的几何尺寸以及消声导流片之间的安装方式有关。假设消声导流片厚度不变，那么要达到相同的降噪量和控制一定的压力损失，其投资成本将直接与消声导流片的有效长度l和有效片间距a决定，而以上两者的大小直接与消声导流片的安装方式有关。

综合以上几点因素，可以认为判断消声导流片安装方式的合理性只需从消声导流片的有效长度l和有效片间距a两方面衡量。

2实例论证

为了更为直观地论证消声导流片安装的最佳方式，我们首先做一个消声导流片安装模型（见图2），其中消声导流片的厚度216mm不变，然后通过变化有效片间距a及有效长度l来分别评价变化的合理性。

由于实际安装中消声导流片的尺寸远小于冷却塔的实际尺寸，因此当两个消声导流片作为模块考虑时，其安装位置的冷却塔圆周线弧长接近与两中心点的连接直线（O—O’），因此在模块计算时可按直线考虑.

2.1有效片间距不变

首先假设第一种安装模型——有效片间距a不变；此时，其有效长度L将相应的减小（见图2），若要使得降噪量保持不变，必须增加模块的有效长度L到消声导流片原有长度L’，此时根据三角几何运算法则计算，可得消声导流片改装后的实际长度L’’为（L’）2/L；此时的实际片间距为a’’为a/cosX；此时，单位长度内的改变后的消声导流片体积为大于改变前的消声导流片体积，推导过程如下（反推法）：

在不改变消声导流片降噪量和和消声片有效片间距的前提下，要评价安装方式改动后的合理性主要通过是否增加投资成本入手，也就是判断单位长度上所需要的消声导流片模块体积是否增加判定：

假设改变后的体积为V后，改变前的体积为V前，则

若计算后V后≥V前，则说明投资成本将增大，安装方式无须改动；若V前≥V后，则有必要对安装角度进行进一步改进，并通过计算找到最佳安装角度。

现将a=84mm，L’=550mm，h=6000代入两式，则只需证明V后-V前＞0即可；

假设证明成立，则

=>

=>

当X=30°时，计算结果得V后-V前=0.0034，假设成立。

当X=45°时，计算结果得V后-V前=0.9264，假设成立。

而事实上，随着X角度的增加，所投入的资本将更大，因此当O°时（即原方案）所需的消声导流片材料最省，可以推荐采用。

另一方面，当消声导流片安装倾斜时，有效长度L以外的部分消声导流片也将进一步增大整个系统的阻力损失，并且由于厂界点位置距离消声导流片距离远大于消声导流片本身的尺寸，因此改变倾斜角度对厂界不利点的降噪并没有实际意义。

2.2有效长度L不变

即安装方式改变后消声导流片的有效长度L不变，那么此时必须通过减小消声导流片的片间距a来保持隔声量不变，根据可知，当有效长度减小为未改变前的时，两消声导流片间的片间距必须缩小到原来的。这样改动后，势必导致冷却塔需水池周边单位长度内的消声导流片数量（体积）增加，从而导致投资成本的增加。

另一方面，当消声导流片片间距减小时，其相应的阻力损失将明显增大。

3结论

通过以上分析，可以认为当消声导流片安装方式（旋转角度）改变时，将导致消声导流片的有效长度和消声导流片的有效片间距发生改变。通过计算发现，当旋转角度为零（不转动）时所需的投资成本最小，并且具有较好的降噪量和较低的阻力损失，并且现已安装的辐射式消声导流片模式程中心对称布置，具有较好的外观。因此，无论在降噪量、阻力损失还是外观方面，目前采用的中心对称式（延半径向外辐射）安装方式是比较合理的。