1、立项背景

火电厂冷却塔噪声具有声源面积大、瞬时冲击力强、频率高、传播距离远等特点，给周边居民生活、健康造成很大的影响。很多电厂采用声屏障、消声器等方式来降低冷却塔噪声，但对冷却塔冷却效果有一定影响，造成汽轮机背压有所上升，机组发电量减少。

寻找合理有效的冷却塔降噪方法，对减少噪声污染和提高周边居民生活质量、确保机组的发电量，提高运行经济性是十分必要和有意义的。

2、主要研究内容

（1）火电机组冷却塔噪声产生机理研究，为电厂冷却塔降噪研究提供理论基础。

（2）分析水滴与水面及固体面撞击过程中其大小、速度对声发射及噪声的影响，降噪方法研究。

（3）基于冷却塔水滴分布相位特性，进行噪声的高频振动向低频无声振动的转换及基于单个水滴的冷却塔噪声合成方法研究。

（4）研究设计一种适用于自然通风冷却塔的噪声控制技术，并通过试验对比分析，不断改进、完善。

3、降噪机理

自然通风冷却塔的噪声主要为中高频为主的噪声，由落水噪声、布水噪声、风机噪声和循环水泵噪声组成，其中落水噪声是最主要的噪声源。

3.1、落水噪声机理

落水噪声产生的主要机理是：水由氢氧原子（HOH）V字型分布，而且水分子是强极性分子，液态以水分子团的形式存在并且极易产生相互作用，再加之冷却塔中的工作介质水不是严格意义的纯水，富含电解质，使工质水极性基本不变，水滴下落撞击水池水面过程中，在重力的作用下，其势能转化为动能，具有一定速度的水滴撞击水面，一部分动能转化为声能，与空气等其他介质相对运动，水体间的冲击作用以及水体自身的不规则运动时，极易激起的水团内部应力和压力扰动形成噪声，在水和空气介质内的传递，或在介质中折射、衍射传播。

冷却塔落水噪声是很多水滴落下的合成噪声，其随机性较大，与水滴的下落高度和粒径有关。水滴下落高度越高、粒径越大噪声随机性越大。水介质可压缩性极弱、密度大、运动粘度小等物性特点和马赫数极低，雷诺数较高的流动特点，水渗过填料层到落水槽途中产生的噪声，其强度与水流速度的平方成正比，与撞击水面时间的四次方成反比。水温对噪声也有影响, 因为水温影响水的表面张力，一般水池水温每增加10℃，声压级减少1dB。所以，水的流体运动对落水噪声起着决定性作用。

落水噪声大小受水滴降落终端速度v、触水半径a(t)、水滴个数n影响，端速度v越高、触水半径a(t)越大、水滴数n越多落水噪声越大。冷却塔负荷增大，落水量、落水密度和水滴质量增大触水半径a(t)和水滴数n基数增大。落终端速度v受水力高度H和水滴等效直径影响。此外，落水噪声随集水池水温水位升高而减小，并与塔内风速有关。

3.2、落水降噪机理

降低可控变量水滴降落终端速度v、触水半径a(t)可有效降噪。根据冷却塔中落水高度，合理地选择、设计一种固体形态的中间缓冲介质，通过中间缓冲介质撞击水滴、破碎水滴实现降低水滴降落终端速度和减小水滴等效直径d实现降噪。考虑到水滴撞击光面固体也产生噪声，在降噪过程中选择设计一种绞线表面且有较高粗糙度的固体介质实现淋水降噪，将水滴的一部分动能和热能传递给固体介质。

4、创新亮点

（1）分析并找到了火电厂冷却塔主要噪声来源－－水滴撞击，掌握了水滴撞击噪声产生机理。通过理论计算与数值模拟相结合的方法，对冷却塔水滴撞击噪声产生与传播机理进行了研究，预测噪声与实际测试结果一致。

（2）研究并定量掌握了单个水滴撞击过程中粒径及速度变化对声发射的影响规律。同时进行了温度、风速、压力对噪声传播特性的影响规律研究。

（3）研究并弄清了基于单个水滴的冷却塔噪声合成方法。

（4）发明了一种基于自然通风冷却塔的噪声控制技术。设计一种特殊的降噪网，将水滴的动能转化为类弹性势能并耗散掉，降低冷却塔噪声。

5、实施前后效果情况对比

本成果的实施与应用，可保证冷却塔低噪声下运行，降噪效果明显。

（1）实施后，冷却塔周界观测区域噪声平均降低约10 dB (A)，噪声在昼间低于60 dB (A), 夜间低于50 dB (A)，达到《工业企业厂界噪声标准》(GB12348 90)中的Ⅱ类标准；

（2）本成果较传统隔声墙降噪方法约节省投资19.5万元、运行维护费3.89万元，共计约23.39万元/年；

（3）实施后，可使循环水温降低约1.8℃，汽轮机实际热循环效率提高约0.3%，机组按每年运行3000h计算，年增加发电量660×70%×2×3000×0.3%=8316MW.h（按额定量的70%），有效提高机组的经济性；

（4）本技术不会对循环水造成污染。降噪网不影响凉水塔通风与冷却作用，不增加凉水塔寿命损耗。

6、推广应用前景

成果先后在国电宝庆电厂、大唐攸县电厂、华电常德电厂等厂的660MW及以上超临界燃煤火电机组循环水冷却塔上应用。有效地解决了原有冷却塔降噪方法难以满足降噪效果和环保要求、冷却塔通风不畅使循环冷却效率低等问题。本技术投资及运行维护费用低，冷却塔周界区域噪声平均降低10 dB (A)左右，应用效果明显。可广泛应用于火电厂（含热电厂）、化工、冶炼、钢铁等大型企业中自然通风冷却塔的降噪改造，及降噪系列产品开发，具有很好的经济和社会效益，应用前景十分广泛。