一、 行业现状
一直以来，国家都高度重视资源利用与污染减排。十四五规划及相关文件明确提出“双控”目标：到2025年，全国单位GDP能耗比2020年下降13.5%，工业单位产值用水量下降16%，并始终强调绿色发展、碳达峰、碳中和的目标。工业和电力等高耗能行业一直面临优化用水结构、推广节水技术，加快实现清洁低碳转型的巨大压力。
当前，我国的火力发电行业的取水量占工业用水量40%，是所有工业中耗水量最大的行业。在建的火电厂中，70%左右的电厂为循环湿冷式冷却机组，每天都会消耗巨大的水资源。截至2024年，中国大约有3168座燃煤电厂，占全国电力装机容量的65%，其中，88%的火电厂使用水冷技术，12%使用干冷却技术（空冷）。
根据相关研究，水冷机组的火电厂的水资源消耗比例大致如下，冷却系统蒸发损失约占总耗水量的60%~80%，烟气排放中的水分约占总耗水量的10%~20%，废水排放约占总耗水量的5%~10%。
二、 系统介绍
系统主要由声波阵列模块、功率放大模块、智能控制模块和辅助模块等组成。当热水经过供给管喷淋后，热蒸汽随空气上升至声波阵列作用区，声波阵列发射特定频率的声波，使蒸汽中的微小水滴振荡运动、相互碰撞、凝聚成更大的水滴颗粒下落，大幅提高蒸汽的水凝率。
三、 解决方案
声波阵列采用特制的频段音频器件，一般使用频率在1000–15 kHz，声压级为90-110分贝的定制噪声作用于微米级雾滴。根据实施方案，声波阵列通过支架固定在塔内喷淋区，呈网格或环形布置，确保覆盖整个气流通道形成均匀的声场。工作时热水经喷淋后向上与风流混合，初步冷凝的蒸汽进入声波阵列作用区，在声场中水蒸气受声波影响后进行团聚，最终团聚形成的水分子由于重力大于浮力后沉降，从而回收水分。
智能声波节水系统是一套应用于工业冷却塔、喷淋塔及蒸发冷凝装置的节水增效装置。系统通过高能量声场诱导水雾微粒团聚增大，并借助重力沉降将可回收水滴重新引入循环水系统，从源头减少水资源浪费。
3.1技术指标
类型 | 指标 | 说明 | 常见范围 |
控制系统 | 高性能工控机 | 发送复合噪声 | 定制噪声 |
控制系统 | 智能发声控制系统 | 根据现场情况进行频率调整 | |
声波参数 | 频率 | 声波频率 | 1000 Hz – 15 kHz复合声波 |
声压级（SPL） | 声场强度 | 90- 115 dB | |
驻波形态 | 声场类型 | 球形或柱状驻波结构 | |
发声模式 | 连续波 / 脉冲波 / 多频共振 | 定制 | |
声源类型 | 声源布置方式 | 定制 | |
团聚参数 | 初始粒径范围 | 声波作用前的颗粒直径 | 0.1 – 30μm |
目标团聚粒径 | 声波团聚后粒径 | ≥ 20 μm（利于重力沉降） | |
团聚效率 | 团聚成功率 | ≥ 80% | |
沉降速度提升率 | 颗粒沉降速度与原始相比 | 5～10倍 | |
运行参数 | 单套设备功率 | 所有设备 | 2kW – 3kW |
系统寿命 | 正常使用年限 | ≥1年 | |
运行噪声控制 | 对外界干扰程度 | ≤ 80 dB | |
耐湿腐性能 | 耐潮湿环境等级 | ≥ IP65防护等级 |
3.2方案影响
对环境噪声的影响
声波节水系统通过特定的低频声波实现节水的效果，经测量，冷水塔内部的噪声为81分贝左右，冷水塔10米处，噪声为83分贝，启动声音阵列后，冷水塔外部声音无明显变化。
对冷水塔结构影响
声音阵列的体积通常只有冷却塔内部空间的极小部分，不会改变水流通道、空气流动路径，也不会增加局部载荷，对塔体力学结构和空气动力影响微乎其微
声音阵列发出的声压大约在 120~130 dB，对应的物理压力只有 20~63 帕，相比于冷却塔承受的大气压力 101325 Pa 或水荷载，声波压力不到 0.1%，可以忽略不计。
对冷水塔换热性能的影响
时声波节水系统在填料层上方运行，不参与填料层下方的冷却换热过程，所以不会降低冷却塔的冷却能力。
在冷却塔运行中，循环水主要有三种损失：每循环 100 吨水，约 1~3 吨会损失，也就是不超过3%左右的水量会被蒸发。声波节水系统主要是减少冷水塔损失的水，回收的水占冷水塔的循环水系统总用水量的3%×15%=0.45%，对塔冷却效果几乎没有影响。
四、 系统收益
声波通过智能节水系统可以较大幅度降低冷水塔蒸发水量，从而为电厂节约大量水费。（因各地电厂发电量和水价差异较大，这里不做计算。）
提升冷水塔中的冷却水回收率，可以显著减少漂水率，对周边生态环境更加友好。
响应国家节能减排的号召，助力企业绿色转型，提升品牌形象。
社会效益：助力企业绿色转型，提升品牌形象
五、 数据计算
发电总用水量计算
根据《火力发电厂节水导则》及行业规范要求，不同发电机组的耗水量如下。
节水计算
2025年1月，在大唐国际****热电厂进行了实验，在3号冷水塔的填料层上方部署了1套ASW-30声音阵列，系统稳定运行6个月后，进行了节水效果测算。
需要 | 时间 | 瞬时功率 | 冷水塔水位 | 水位变化 | 时间 | 瞬时功率 | 冷水塔水位 | 水位变化 |
1 | 2025/7/1 10:00 | 184.27 | 1856.41 | -39.85 | 2025/7/4 16:00 | 281.3 | 1851.65 | -44.43 |
2 | 2025/7/1 11:00 | 193.86 | 1834.69 | -21.72 | 2025/7/4 17:00 | 280.91 | 1774.56 | -77.09 |
3 | 2025/7/1 21:00 | 284.35 | 1912.88 | -17.13 | 2025/7/5 0:00 | 220.07 | 1875.82 | -30.57 |
4 | 2025/7/1 22:00 | 282.2 | 1887.24 | -25.64 | 2025/7/5 1:00 | 208.9 | 1850.13 | -25.69 |
5 | 2025/7/1 23:00 | 281.15 | 1845.9 | -41.34 | 2025/7/5 11:00 | 174.76 | 1878.85 | -10.91 |
6 | 2025/7/2 0:00 | 274.29 | 1811.27 | -34.63 | 2025/7/5 12:00 | 140.83 | 1874.31 | -4.54 |
7 | 2025/7/2 9:00 | 120.31 | 2030.72 | -59.82 | 2025/7/5 13:00 | 156.58 | 1868.32 | -5.99 |
8 | 2025/7/2 10:00 | 139.82 | 1987.93 | -42.79 | 2025/7/5 14:00 | 166.11 | 1866.86 | -1.46 |
9 | 2025/7/2 11:00 | 121.75 | 1953.72 | -34.21 | 2025/7/5 15:00 | 220.45 | 1852.52 | -14.34 |
10 | 2025/7/2 15:00 | 242.54 | 1899.53 | -34.61 | 2025/7/5 16:00 | 203.58 | 1817.27 | -35.25 |
11 | 2025/7/2 16:00 | 276.11 | 1839.43 | -60.1 | 2025/7/5 17:00 | 173.55 | 1797.43 | -19.84 |
12 | 2025/7/3 2:00 | 130.68 | 1863.03 | -25.23 | 2025/7/5 18:00 | 259.07 | 1789.77 | -7.66 |
13 | 2025/7/3 3:00 | 148.72 | 1850.16 | -12.87 | 2025/7/6 5:00 | 200.53 | 1856.8 | -22.48 |
14 | 2025/7/3 4:00 | 154.30 | 1832.57 | -17.59 | 2025/7/6 13:00 | 240.29 | 1904.03 | -21.49 |
15 | 2025/7/3 18:00 | 260.98 | 1890.33 | -34.14 | 2025/7/6 14:00 | 206.17 | 1873.87 | -30.16 |
16 | 2025/7/3 19:00 | 253.01 | 1841.58 | -48.75 | 2025/7/6 15:00 | 222.12 | 1847.48 | -26.39 |
17 | 2025/7/3 20:00 | 259.88 | 1792.01 | -49.57 | 2025/7/6 16:00 | 286.9 | 1831.32 | -16.16 |
18 | 2025/7/3 21:00 | 225.58 | 1764.38 | -27.63 | 2025/7/6 17:00 | 287.87 | 1810.51 | -20.81 |
19 | 2025/7/4 4:00 | 219.95 | 1950.49 | -0.93 | 2025/7/6 18:00 | 293.28 | 1793.68 | -16.83 |
20 | 2025/7/4 5:00 | 229.89 | 1942.17 | -8.32 | 2025/7/7 1:00 | 221.72 | 1843.68 | -3.67 |
21 | 2025/7/4 6:00 | 261.91 | 1915.17 | -27 | 2025/7/7 2:00 | 242.1 | 1799.53 | -44.15 |
22 | 2025/7/4 7:00 | 267.08 | 1888 | -27.17 | 2025/7/7 12:00 | 141.86 | 1899.85 | -37.36 |
23 | 2025/7/4 8:00 | 243.54 | 1864.1 | -23.9 | 2025/7/7 13:00 | 163.34 | 1876.15 | -23.7 |
24 | 2025/7/4 9:00 | 255.61 | 1839.89 | -24.21 | 合计 | 4992.29 | -540.97 | |
25 | 2025/7/4 10:00 | 255.4 | 1830.31 | -9.58 | ||||
合计 | 5567.18 | -748.73 |
节水量计算：
计算过程 | |||||
设备状态 | 时间 | 总功率（万千瓦） | 平均功率（万千瓦） | 水位下降总量 | 每小时水位下降 |
设备未启动 | 25 | 5567.18 | 222.69 | 748.73mm | 29.95mm |
设备启动 | 23 | 4992.29 | 217.06 | 540.97mm | 23.52mm |
水位变化高度 | 6.43 mm | ||||
已知冷水塔直径89米，计算得出水位下降1mm节水6.22吨 | 单位高度水量 | 6.22t | |||
每小时节水 | 39.99t | ||||
按国家工业用水定额标准：30万千瓦的循环冷却机组的燃煤发电用水的通用值为2.70m3 /(MW·h)，按平均负荷21万千瓦计算，每小时用水量210×2.70=567吨。根据7.1-7.7的7天合计168小时的水位变化数据可以得出，部署1套声音阵列系统的情况下，每小时节水39.99吨，通过计算得知39.99/567=7.05%，冷天塔的节水效率不低于7%。若部署4套声音阵列系统，预计冷水塔的综合节水效率不低于15%。
节水金额估算
300MW的湿冷发电机组，平均75% 负荷运行，年发电4000小时，冷水塔蒸发量占总补水量的80%，经计算得知：
300×75%×2.7×80×4000×15%=29.16万吨，按水价3元/吨，年节约水费87.48万元。
注：考虑到发电机组功率变化，冷水塔用水的水质，所在区域的气候及以及温度、湿度、光照、风力影响，可能最终节水效果有较大差异，以最终节水量为准。
天津莱斯伟科技有限公司的智能节水系统利用声波阵列发声，基于声波团聚原理与多种技术相结合，可以对火电行业中循环冷水塔中的高浓度水雾进行高效回收，技术成熟度高。通过合理的声场控制和结构设计，可降低冷却塔中的蒸汽排放20%以上，显著提高系统用水效率。
该技术综合技术优势与市场需求，可有效降低企业运行成本、提升经济和环境效益，对推动火电行业绿色发展具有重要意义。