冷卻塔的構(gòu)成、功能、選型及降噪處理方法

這次課件主要介紹冷卻塔的設(shè)計與選型及降噪處理，幫助大家更深刻了解冷卻塔。

冷卻塔的結(jié)構(gòu)組成及功能：

支架和塔體：外部支撐；

填料：為水和空氣提供盡可能大的換熱面積；

冷卻水槽：位于冷卻塔底部，接收冷卻水；

收水器：回收空氣流帶走的水滴；

進風(fēng)口：冷卻塔空氣入口；

百葉窗：平均進氣氣流，保留塔內(nèi)水分；

淋水裝置：將冷卻水噴出；

風(fēng)機：向冷卻塔內(nèi)送風(fēng)；

軸流風(fēng)扇用于誘導(dǎo)通風(fēng)冷卻塔；

軸流/離心風(fēng)扇用于強制通風(fēng)冷卻塔。

冷卻塔的選型

應(yīng)測量的參數(shù)：空氣濕球溫度、空氣干球溫度、冷卻塔進水溫度、冷卻塔出水溫度、排氣溫度、泵和電機運行參數(shù)、水流速度、空氣流速；

運行參數(shù)：冷卻水溫差、冷幅、效率、冷卻塔容量、補給水量、冷卻水流量、選型、冷卻塔選型設(shè)計問題。

1.冷卻水溫差

入口溫度—出口溫度

大溫差 = 高性能

2.冷幅：冷卻塔出水溫度與入口空氣濕球溫度的差值：小冷幅 = 高性能

3.效率：

4. 冷卻塔容量

冷卻塔容量單位為“千卡每小時”或者“冷噸”。

冷卻塔容量=冷卻水質(zhì)量流量×水的比熱容×溫差。

大容量=高性能

5.補給水量計算

蒸發(fā)損失水量（E）

E = Q/600 =（T1-T2）×L/600

E 代表蒸發(fā)水量 (kg/h) ；

Q代表熱負荷(Kcal/h)；

600代表水的蒸發(fā)潛熱(Kcal/h)；

T1代表入水溫度(℃)；

T2代表出水溫度(℃)；

L代表循環(huán)水量(kg/h)。

飛濺損失水量（C）：冷卻塔之飛濺損失量依冷卻塔設(shè)計型式、風(fēng)速等因素決定之。一般正常情況下，其值約等于循環(huán)水量的0.1~0.2%左右。

定期排放水量損失（D）：定期排放水量損失須視水質(zhì)或水中固體濃度等因素決定之。一般約為循環(huán)水量之0.3%左右。

M=E+C+D

蒸發(fā)損失水量（E），飛濺損失水量（C），定期排放水量損失（D）。

冷卻塔用于空調(diào)時，溫度差設(shè)計在5℃，此時冷卻塔所須之補給水量約為循環(huán)水量的2%左右。

6.冷卻水流量

K·Q=C·M·ΔT

K：估算系數(shù)

Q：機組最大制冷量

C：水的比熱容

ΔT：供回水溫差

M：冷卻水質(zhì)量流量

壓縮式制冷機組最大制冷量的1.3倍；

吸收式制冷機組（溴化鋰）制冷量的2.5倍。

例題：一項用一臺640RT冷水機組的工程冷卻塔水流量和補水量。

補水量m=M·2％=140kg/s·2％=2.8kg/s

1、冷卻塔耗能的決定因素：風(fēng)機功率，冷卻水流量，冷卻水補水量？

2、冷卻塔的溫度工況，什么溫度下效率經(jīng)濟型好？

冷卻塔的進水溫度根據(jù)使用情況的不同有所不同，例如中央空調(diào)冷凝器的出水溫度一般為30-40℃，而冷卻塔的出水溫度一般為30℃。冷卻塔理想冷卻溫度（回水溫度）最佳溫度為高于濕球溫度2-3℃，這個值叫“逼近度”，逼近度越小，冷卻效果越好，冷卻塔越經(jīng)濟。

3、開式和閉式對比

開式：首期的投入比較的少，但是運營成本較高（水耗、電耗）。

閉式：本設(shè)備適合在干旱、缺水、沙塵暴頻發(fā)地區(qū)等惡劣環(huán)境中使用。能冷卻介質(zhì)多水、油類、醇類、淬火液、鹽水及化學(xué)液等多種介質(zhì)，介質(zhì)無損耗和成份穩(wěn)定。能耗低。

缺點：閉式冷卻塔造價為開放式塔的三倍。

冷卻塔降噪處理

冷卻塔噪聲的評價指標(biāo)

目前，對冷卻塔噪聲有兩種不同的評價指標(biāo)，其一為針對冷卻塔設(shè)計和生產(chǎn)廠家的國家產(chǎn)品標(biāo)準GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997《玻璃纖維增強塑料冷卻塔》，標(biāo)準對不同循環(huán)水量與型號的產(chǎn)品規(guī)定用戶的國家標(biāo)準GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》，標(biāo)準對不同環(huán)境區(qū)域規(guī)定了最高聲級。

冷卻塔噪聲治理現(xiàn)狀

如果企業(yè)按照GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997的最高限值生產(chǎn)冷卻塔，所有產(chǎn)品都不能滿足國標(biāo)GB3096—2008對于二類以下地區(qū)夜間噪聲≤45~50dB(A)的要求，只有少數(shù)幾種低噸位超低噪聲型號的冷卻塔可以滿足少部分區(qū)域夜間噪聲標(biāo)準的要求。

目前冷卻塔的降噪措施并非行之有效，如聲屏障對于低頻波的繞射無能為力，隔聲罩會阻礙氣流流動導(dǎo)致熱濕交換不良，對寬頻噪聲吸聲效果差等，這使得冷卻塔的噪聲控制日益受到人們的重視。

因此，冷卻塔周圍的居民和政府的環(huán)保部門依據(jù)國家環(huán)境噪聲標(biāo)準GB3096—2008要求冷卻塔用戶對冷卻塔產(chǎn)生的噪聲污染治理。

冷卻塔噪聲聲源冷卻塔噪聲源主要由以下４個部分組成：

１）風(fēng)機進排氣噪聲；

２）淋水噪聲；

３）風(fēng)機減速器和電動機噪聲；

４）冷卻塔水泵、配管和閥門噪聲。

聲源屬性：噪聲源為落水區(qū)下的巨大圓形水面，為塔內(nèi)冷卻落水對池水的大面積連續(xù)的液體間撞擊產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)水噪聲；是機械噪聲、空氣動力噪聲、電磁噪聲之外的一種特殊噪聲。

聲源特征

聲源聲級：80dB（A）左右。

頻譜：音頻分布呈高頻（1000－16000 Hz）及中頻（500－1000Hz）成分為主的峰形曲線；峰值位于4000Hz左右。

聲速：c＝340m/s。

波長：λ＝c／f；1.36m（250 Hz）～0.02 m（1000 Hz），以0.085m（4000 Hz）為主。兩個最主要噪聲源風(fēng)機噪音：聲波長，穿透能力強，聲音衰減不明顯，治理困難。

空氣在冷卻塔頂導(dǎo)流管內(nèi)產(chǎn)生湍流和摩擦激發(fā)的壓力擾動，產(chǎn)生噪聲，同時槳葉與空氣作用產(chǎn)生振動向外輻射噪聲，風(fēng)機的空氣動力噪聲是主要聲源。

兩個最主要噪聲源落水噪音：主要為高頻，治理較為容易。

冷卻塔的循環(huán)水經(jīng)填料層自由下落到落水槽，所產(chǎn)生沖擊噪聲。的強度與落水速度的平方成正比。測量的結(jié)果表明落水的A聲級噪聲達到70dB，這屬于冷卻塔需治理的噪聲源之一。

聲波的距離衰減規(guī)律落水噪聲隨距離的衰減特性符合半球面波在傳播過程中隨著能量分布的擴大而衰減的規(guī)律，其“點聲源” 的距離衰減規(guī)律為距離每增加一倍聲能衰減 6dB。用公式表達即為： L1－L2= 20 lg（r2／r1）

式中：L1，L2——離聲源邊緣由近及遠二個測點的聲級值，dB；

r2／r1——遠、近二個測點分別到聲源邊緣的距離之比。

當(dāng) r2／r1＝2時，lg（r2／r1）＝0.3010，于是 L1－L2= 20 lg（r2／r1）＝6 dB。

冷卻塔為“點聲源”的起始位置

根據(jù)已有距離衰減實測資料，分析各起始位置d（視進風(fēng)口為聲源邊緣）的規(guī)律可知，視冷卻塔為“點聲源”的起始位置d可用下式估算：

    d＝a1/2/4

式中：a——冷卻塔面積，m2。

以目前我國常見范圍的 2000 m2的冷卻塔為例，其“點聲源”起始位置d點（以進風(fēng)口底緣為起點）為11.18 m。由此可見，設(shè)在離塔（以進風(fēng)口底緣為起點）12 m以外的噪聲測點基本上都可將所有的冷卻塔視為“點聲源”

如按“點聲源”的距離衰減規(guī)律即距離每增加一倍聲能衰減 6dB計，則50m處的聲級應(yīng)分別為 65.7及 71.ldB（A）：100 m處的聲級應(yīng)分別為 59.7及65.ldB（A）；200 m處的聲級應(yīng)分別為53.7 及 59.ldB（A），220 m處的聲級用公式推算則應(yīng)分別為52.9及58.3 dB（A）。這就是噪聲影響范圍（力度）的大致評估，它包含了目前常見的各類大小塔型范圍。借助此法，我們便可根據(jù) 10－25 m處（各塔與其塔型大小相應(yīng)的“點聲源”起始位置）以遠測點實測所得聲級，評估各種塔型（單塔）的噪聲影響范圍（力度）。但這只是一種理想條件下的簡便、粗略的評估方法。

降噪原理

聲波在傳播過程中遇到障礙時，就會發(fā)生反射、透射和繞射三種現(xiàn)象。聲屏障就是在聲源與受聲點之間插入一個設(shè)施，用以隔斷并吸收聲源到達受聲點的直達聲波，使部分聲波受阻反射，部分聲波則經(jīng)吸收衰減后通過屏體透射（極�。┖推另斃@射等附加衰減形式到達受聲點，達到減輕受聲點的噪聲影響、取得降噪效果的目的。

風(fēng)機低頻噪音治理：

消聲器選擇非常重要，一般消聲器對中低頻噪音效果不明顯，抗性消聲器治理效果好，但頻率選擇性十分強，所以一般選擇阻抗復(fù)合式消聲器。

阻抗復(fù)合消聲器是指將聲吸收和聲反射恰當(dāng)?shù)亟M合起來的消聲器。它同時既有阻性消聲器消除中、高頻噪聲和抗性消聲器消除低、中頻噪聲的特性，具有寬頻帶的消聲效果。

落水高頻噪聲治理

治理相對容易，但要注意隔音治理同時避免影響散熱性能的發(fā)揮，雖然消聲器和消聲百葉可以大幅降噪，但要合理設(shè)計，及設(shè)計時要綜合考慮散熱性能和動力性能。結(jié)構(gòu)不合理就達不到降噪目的，流阻太大會影響冷卻塔工作，降低制冷能力：動力性能設(shè)計不好也會增加阻力，甚至?xí)�產(chǎn)生混響噪聲，所以治理過程中要綜合考慮。

幾種常見的冷卻塔降噪方法

 

聲導(dǎo)流片法（消聲彎頭）

消聲導(dǎo)流片法及特點在冷卻塔進風(fēng)口安裝消聲導(dǎo)流片，通過消聲導(dǎo)流片的消聲作用，來減少冷卻塔噪聲對外界的影響 ，也稱為消聲器法。理論及試驗表明其降噪量可以達到35dB(A)，甚至更高；在降噪量15—2OdB(A)時，與聲屏障造價相當(dāng)，在20dB(A)以上降噪量時是唯一可選方案；結(jié)構(gòu)緊湊，不占建筑物額外場地，基本無須維護 。

消聲導(dǎo)流片法（消聲彎頭）

隔聲屏障一般設(shè)計為距冷卻塔進風(fēng)口的距離大于冷卻塔進風(fēng)口高度，屏障高度等于屏障到進風(fēng)口的距離。降噪效果一般在10-15dB(A)，理論上降噪量可2OdB(A)左右，但存在著聲波繞射問題，在聲影區(qū)范圍內(nèi)降噪量較好，繞射區(qū)和聲亮區(qū)降噪效果較差，因此實際工程上很難將其影響區(qū)內(nèi)噪聲降低20dB(A)；對通風(fēng)影響不大，維護比較簡單；建設(shè)聲屏障的技術(shù)要求不高，但對結(jié)構(gòu)要求相當(dāng)高，并且投資成本隨著高度的增加成倍增加；

隔聲屏障法及特點：

隔聲屏障

聲屏障的結(jié)構(gòu)可分為地上和地下二部分，地上部分為厚約 20 cm的屏蔽聲波的巨型、連續(xù)板式立面（包括斜撐），其頂部為扇形吸聲體或內(nèi)傾式遮檐；地下部分則為承重、抗傾覆（風(fēng)荷載）的基礎(chǔ)。

聲屏障的降噪效果聲波遇到屏障發(fā)生的繞射現(xiàn)象會減弱聲屏障的隔聲作用，而繞射能力與聲波的頻率有關(guān)，所以聲屏障的降噪效果與聲波的頻率即波長的關(guān)系很大。聲屏障對于波長短、不易繞射的高頻波的屏蔽作用十分顯著，可以在屏障后面形成很長的聲影區(qū)；而對于波長、具有很強繞射能力的低頻波的屏蔽作用則十分有限。當(dāng)然，也可以通過加高屏障的辦法來削弱繞射聲波對受聲點的影響。由于聲屏障對高頻聲波產(chǎn)生明顯有效的屏蔽作用，而冷卻塔落水噪聲的頻譜以中高頻成分為主，所以采用聲屏障可以取得一定的降噪效果。

聲屏障的降噪效果以聲影區(qū)中緊挨屏障的局部區(qū)域為最好，最高可達 25 db

聲影區(qū)以外的降噪聲級則由于中頻繞射聲波的到達而有所反彈，但對于高頻波而言，衰減量一般還可達到 10－15dB。

然而由于冷卻塔落水噪聲中尚含有中頻成分，所以其降噪效果會有折扣。對于建筑外受聲點來說，為取得滿意的降噪效果，在不影響進風(fēng)的前提下，尚應(yīng)通過加大屏障高度調(diào)節(jié)之。

安裝隔聲屏障時主要注意的是隔聲屏障離冷卻塔百葉進風(fēng) 口的距離在1m左右以保冷卻塔換氣進風(fēng)口不受阻，從而使冷卻塔冷卻效果更好。

為防止噪聲繞射而影響消聲導(dǎo)流片的聲學(xué)效果，可以在消聲導(dǎo)流片附近安裝一定長度的聲屏障，起到輔助降噪作用。

落水消聲法及特點 ：即在冷卻塔底部水面以上安裝落水消能 降噪材料，從源頭著手降低噪聲源。降噪 效果一般在6—10dB(A)；初次投資較少，對通風(fēng)散熱沒有影響；缺點是降噪量較少，部件易損壞，維護工作量大， 需要持續(xù)投入，并還可能引起凝汽器管子堵塞的問題。

“落水消能降噪器” 以六角蜂窩斜管為主體形式，層高18cm，由豎向?qū)�入段、無聲擦貼斜段、粘滯減速斜段、疏散灑落挑流段等四個功能段組成。

消聲墊

彈簧減振器

彈簧減震器的選型方法：

1.彈簧減震器荷重范圍選擇

設(shè)備運轉(zhuǎn)重量M * 130% /減震器安裝數(shù)量N=彈簧減震器載重范圍；

例：風(fēng)機運轉(zhuǎn)重量為：5噸重；單臺風(fēng)機需要安裝4個彈簧減震器；求單個彈簧減震器的載重是多少？

依公式可得：5000公斤 * 130% /4 = 1625公斤

根據(jù)彈簧減震器的參數(shù)，彈簧減震器規(guī)格參數(shù)即可找到適合該臺冷卻塔使用的彈簧減震器規(guī)格。

2.設(shè)備安裝彈簧減震器數(shù)量的確定：

具體辦法如果設(shè)備廠家有提供此數(shù)據(jù)，則依廠方規(guī)定；一般情情況下減震器安裝間隔不超過2M,依此可計算出彈簧減震器安裝數(shù)量，考慮到設(shè)備的穩(wěn)定性，每個冷卻塔的減震設(shè)計為4個。

3.彈簧減震器類型的選擇：

大部分情況下，彈簧減震器的功能和作用都是一樣的，不同類型的減震器的差別在于外形結(jié)不同而已。限制型彈簧減震器簡單介紹如下：

限制型彈簧減震器的結(jié)構(gòu)特點在于設(shè)有限制減震器高度的裝置，這一特點有利于應(yīng)用在機器運轉(zhuǎn)重量變化較大的設(shè)備，避免減震器安裝后，機器的高度發(fā)生較大變化，而引起設(shè)備某些結(jié)構(gòu)受到破壞。例：冷卻水塔、水冷機組等大型設(shè)備。