结合机力冷却塔降噪进行节能优化在燃机发电厂的应用

结合机力冷却塔降噪进行节能优化在燃机发电厂的应用

王勇

江苏大唐国际金坛热电有限责任公司 江苏常州 213200

Application of energy-saving optimization combined with noise reduction of mechanical cooling tower in gas turbine power plant

Jiangsu Datang International Jintan Thermal Power Co., Ltd., 619 213200, Jintan District, Changzhou City, Jiangsu Province;

1 摘要

为确保公司边界噪声符合环保批复和国家相关要求，要对公司机力通风冷却塔区域开展噪声治理。根据国内现有其它项目常用经验，一般是在冷却塔的进、排风处采用加装消声器的方式进行降噪治理，势必带来冷却塔的冷却效果降低和风阻增大等问题。公司是采用厂界加装声屏障、冷却塔顶采用隔声屏障的噪声治理方案，并优化排风导流筒的方式。采用此种方案优化后既达到了噪声治理标准，又有一定的节能效果。

关键字：降噪，排风导流筒，节能

ABSTRACT: In view of the fact that the cooling tower is only 15m away from the factory boundary wall, in order to ensure that the noise at the factory boundary meets the standard, noise control should be carried out in the area of the ventilation cooling tower. According to the common experience of other projects in China, noise reduction is usually carried out by installing mufflers at the inlet and outlet of cooling towers, which will inevitably lead to problems such as cooling effect reduction and wind resistance increase of cooling towers. The company adopts the noise control scheme of adding noise barrier in the factory boundary, using noise barrier on the top of cooling tower, and optimizing the way of exhaust draft tube. The optimized scheme not only achieves the noise control standard, but also has certain energy-saving effect.

KEY WORD: Noise reduction, Exhaust duct, Energy saving.

2简介

本期工程建设2×400MW级燃机，配套循环水冷却系统为逆流式机力通风冷却塔，设计单塔冷却水量5000m³/h，共8台。

冷却塔位于厂区距离厂界围墙仅15m，为保证厂界噪声达标，需对机力通风冷却塔区域进行噪声治理。根据国内现有其它项目常用经验，一般是在冷却塔的进、排风处采用加装消声器的方式进行降噪治理，势必带来冷却塔的冷却效果降低和风阻增大等问题。为此公司与机力冷却塔厂家、噪声治理厂家共同商讨，对冷却塔综合换热性能和噪声治理方案进行优化，最终确定为冷却塔进、排风处不采用加装消声器，而是采用厂界加装声屏障、冷却塔顶采用隔声屏障的噪声治理方案，并优化排风导流筒的方式。采用此种方案优化后既达到了噪声治理标准，又有一定的节能效果。

3冷却塔降噪主要设计原则和方案

3.1设计原则

（1）不影响原有冷却塔的换热性能；

（2）不增加原有冷却塔的风阻；

（3）确保公司南侧边界达到环保要求。

（4）在原有冷却塔换热性能设计基础上，进一步提高冷却塔换热性能。

3.2设计方案

（1）冷却塔排风口按照原排风风筒+排风导流筒方案设计，按照总高度8.0米设计。

（2）冷却塔排风口设置土建围墙，布置在冷却塔塔顶处，按照9.0米高度设计。

（3）南侧厂界隔声屏障按照双道隔声屏障进行建模计算，设计高度由8米—14米进行计算。

4声学模型

4.1声学模型建立

4.2计算结果

（1）不同屏障组合高度计算结果表

4.3实测结果

南侧厂界环保验收检测报告结果显示：昼间为59.7 dB（A）、59.2dB（A），夜间为50.8 dB（A）、50.4 dB（A）。满足环保厂界要求。

5降噪方案优化

在进行公司边界降噪方案的讨论和确定过程中，如果按照常规的设计方案，仅起到排风导流的作用，对冷却塔的性能提高没有任何帮助。我们公司参照自然冷却塔的设计原理，对冷却塔的排风导流筒设计进行了优化改进，使其具备排风导流作用的同时还具有动能回收作用，有较好的经济收益。为验证效果，将方案进行对比试验论证分析。

6排风导流筒技术说明

6.1公司机力冷却塔结构图

图1

6.2冷却塔风筒发展史及节能原理

机械抽风式冷却塔的风机从塔顶不断地抽送大量热空气出塔，需要消耗电能。其节能的途径：一是要求塔各部件的阻力损失尽可能减少；二是要研究如何降低风机出口的动压，从而较大幅度地减少风机的全压，达到节能的目的。

大型机械抽风冷却塔通过电机提供的能量由风机抽风排至塔外，风筒在机力冷却塔的设计中具有极大的影响，国内、外科研单位着重于机力冷却塔的热力特性研究，进而深入到机力冷却塔的空气动力学的研究，在气动研究中又以风筒为中心进行探索研究，取得了新的进展。此次公司与机力冷却塔设计单位共同合作，对风筒的线型及高度进行了对比研究，通过流体力学建模模拟和噪声场分布分析，优化了风筒的导风性能，有效的节约能耗，同时达到了降噪目的。

从图 2 ( 1) ～ ( 5) 演变可见，风筒是以降低风机前、后的气流阻力和提高风机效率，最终演变到以节能为目标。风筒的形状从早期受材料的限制仅能用图 (5b) 的几何形状，到目前可采用玻璃钢制成为图 (5a) 形状，这种形状符合气流的流线型运动规律，并增加了风筒的光洁度,消除了气流死角、涡流和滞流区，既回收了动能，又降低了各种阻力，从而开拓了风筒设计的新途径。

图 2 (1) ～ (4) 与图 2 (5a) 、(5b) 形式本质的区别是风机的出口动能回收与否，即图 (5a) 、(5b) 增加一个扩散段，国外定义为速度回收器，可将动能VP回收一部分，达到降低轴功率，或增大风量、提高冷却效率的目的。

由此可见，通过风筒改型优化，增加风筒高度等方法，对于回收风机出口动能，减少风机全压，节约能耗有着实质性的帮助。

本项目原有风筒即图2（5a）的形式。因原冷却塔方案已确定，故而本次优化重点落实在冷却塔风筒上部的排风导流筒上面。通过优化排风导流筒的结构形式，来提升风机系统的整体性能，节约能耗。

6.3 冷却塔降噪治理风筒导流筒常规做法

常规的冷却塔，加装排风消声器、隔声设施，主流的排风导流筒做法为：在风筒顶部设置一个天方地圆的排风导流筒，下口与风筒连接，上口与隔声墙顶部的横梁连接。

图4、常规排风导流筒安装图1

图5、常规排风导流筒安装图2

常规的排风导流筒，风筒出口处的气流速度及动压突然降低直至消失，基本起不到形成负压，进而降低风机动压的作用，即常规的排风导流筒没有节能的效果。

6.4冷却塔降噪治理风筒导流筒优化设计

本项目主要是对排风导流筒进行了优化设计，在原有排风导流筒的基础上，按照风筒的流线型继续加高4.5米，形成圆锥形的排风导流扩散筒。那么排风气流仍会继续沿原有轨迹向上排出，既有排风导流的效果，又能起到节能的效果。

新型排风导流筒如图6

图6、新型排风导流筒

7关键技术和创新点

7.1 解决的主要问题

采用圆锥形排风导流筒并与在机力塔南厂界处设置复合材料制作的隔声屏障和在塔顶冷却塔风机平台四周设置隔声墙相结合的性能优化可以解决以下问题：

（1）完全避免了加装消声装置对冷却效果的影响；

（2）抬高了冷却塔出风口，减少风筒出口热风回流的影响；

（3）优化排风导流筒的线型，减少风机的动能损失，提升风机抽力，减少风机电机的能耗；

（4）加高风筒可有效的抬高风筒出口的噪声声源，根据声波传递的原理，可减少厂界处的噪声；

（5）降低设备投资成本。

7.2 常规的做法分析

常规的天方地圆排风导流筒风扇后的风机的抽力增加了约2Pa，若考虑到风筒壁附近的涡流及风筒壁的摩擦阻力后，对于节能增效可以忽略；

常规的排风导流筒展开面积较大，制作和安装相对较为复杂；

常规的机力塔加装进、出风口消音器，冷却塔塔总阻力为137.38Pa，冷却塔全年平均出塔水温为21.22℃；

常规的机力塔加装进、出风口消音器初次投资费用和后期维护费用大。

8 节能减排及经济效益

（1）优化设计后的圆锥形排风导流筒风扇后风机的抽力增加了约7Pa，除去加装排风导流筒后风筒壁附近的涡流及风筒壁的摩擦阻力（约为3.68 Pa）后，有一定的节能增效，机力冷却塔风机在同等出力的情况下风机抽力增加3.32Pa；

按照机力冷却塔风机风量不变计算，机力冷却塔风机动压减少3.32Pa，根据机力冷却塔风机选型软件：

由选型计算可知，在给定机力冷却塔风机风量不变的前提下，排风导流筒优化设计前后，单台风机轴功率有3.1kw的节能收益。公司设计有8台风机，按照年运行6500小时进行测算，年预计节约厂用电量16.12万kwh。同时优化设计后的排风导流筒具有展开面积小、制作方便、安装简单等特点，每相比常规型，单台设备减少造价约5万元，8台合计减少设备成本40万元；

（2）采用圆锥形排风导流筒并与在机力塔南厂界处设置复合材料制作的隔声屏障的降噪方案，在满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》前提下，冷却塔塔总阻力为90.38Pa，冷却塔全年平均出塔水温为20.72℃；采用圆锥形排风导流筒并与在机力塔南厂界处设置复合材料制作的隔声屏障的降噪方案可节约噪声综合治理费用约1000万元。

9 结语

本文介绍的结合机力冷却塔降噪进行节能优化在燃机发电厂的应用已经在江苏燃机项目中得到应用，经过实际运行测试看，取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]方建勇. 机力通风冷却塔的降噪分析. 华电技术,2017.2期

[2]吕玉恒. 混凝土机力冷却塔降噪实例. 噪声与振动控制,2009.S2期

作者简介：

王勇（1982年3月20日），江苏省连云港市，大学本科，工程师