淺談工藝設(shè)計對噪聲控制的影響

隋洪圓，丁云才

淺談工藝設(shè)計對噪聲控制的影響

隋洪圓，丁云才

1　概述

隨著公眾環(huán)保意識的增強(qiáng)，越來越多的企業(yè)開始重視日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題。噪聲是水泥廠的重要污染源，根據(jù)國家GB12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定（表1），建設(shè)在非敏感區(qū)域的水泥廠，環(huán)評一般遵循三類標(biāo)準(zhǔn)，即白天65dB（A）、夜間55dB（A）。

表1　工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)

水泥生產(chǎn)線的噪聲源一般分為機(jī)械性噪聲、空氣動力性噪聲和電磁噪聲三類。機(jī)械性噪聲主要指物料和設(shè)備接觸或設(shè)備內(nèi)部工作運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)出的聲音，主要源頭為破碎機(jī)、磨機(jī)等大型設(shè)備，源強(qiáng)高達(dá)90～120dB（A）?？諝鈩恿π栽肼曋饕芍懈邏旱墓に囅到y(tǒng)風(fēng)機(jī)以及羅茨風(fēng)機(jī)等因空氣擾動而產(chǎn)生的不規(guī)則聲音組成，源強(qiáng)高達(dá)90～105dB（A）。而電磁噪聲則是電機(jī)在工作時發(fā)出的聲音，相對于其他源強(qiáng)較弱，一般在90～100dB（A）。噪聲污染的顯著特點(diǎn)是不在環(huán)境中累積，一旦聲源消失，則污染隨之終止。

筆者認(rèn)為噪聲控制固然可以通過后期的噪聲治理加以改善，但在滿足工藝功能的條件下，應(yīng)盡可能選用低噪聲的設(shè)備。在方案設(shè)計上盡可能阻隔噪聲傳播途徑，從源頭上減少噪聲的污染。本文主要闡述水泥廠的工藝設(shè)計和主要設(shè)備防治噪聲的措施。

2　水泥廠主要設(shè)備

2.1破碎機(jī)

目前水泥廠廣泛使用錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)破碎各種原燃料。就噪聲而言，錘式破碎機(jī)比反擊式破碎機(jī)略高約10dB（A），因此在原料特性允許的情況下，應(yīng)盡量選用反擊式破碎機(jī)。圖1為典型車間的工藝布置，其有如下特點(diǎn)：

圖1　反擊式破碎機(jī)工藝布置

（1）反擊式破碎機(jī)布置在地下，可有效封閉聲源傳播。

（2）板喂機(jī)+波滾篩+破碎機(jī)緊密連接，可減少物料落差，降低物料沖擊溜子產(chǎn)生的噪聲。

（3）車間側(cè)墻采用隔聲材料封閉，可減少噪聲傳播。（4）車間班制可按白天一班制，避開夜班生產(chǎn)。

降低破碎工藝噪音，更有效的措施是采用齒輥式破碎機(jī)（圖2）。它不同于錘式破碎機(jī)的打擊破碎理論，而是采用相對靜態(tài)的劈、折、拉、破理論，產(chǎn)生的噪聲僅約85dB（A）。

2.2磨機(jī)

目前新建水泥廠原料粉磨系統(tǒng)大多采用輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)和輥式磨系統(tǒng)。就系統(tǒng)配置而言，輥式磨系統(tǒng)仍屬于風(fēng)掃粉磨機(jī)理范疇，依靠大功率風(fēng)機(jī)把物料強(qiáng)制提升和選粉，噪聲較輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)大約20dB（A）。

由于原料磨車間設(shè)備整機(jī)尺寸龐大，因此降低噪聲主要以控制傳播途徑為主，即聲源的聲強(qiáng)不能有效降低到允許范圍時，必須在噪聲傳播過程中設(shè)置障礙，使聲能在傳播過程中被反射衰減。通常采用隔聲的方法，即用密度較大、特性阻抗高的材料把一部分聲波反射回去，將噪聲限制在噪聲源附近，減少噪聲的輻射能。根據(jù)兩個系統(tǒng)的工藝布置（圖3、圖4）分析，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備尺寸較小，車間占地面積小，需要封閉的空間小，因此降噪的成本較低。

圖2　齒輥式破碎機(jī)設(shè)備

圖3　原料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)

圖4　原料輥式磨系統(tǒng)

車間封閉后，為保證機(jī)電設(shè)備在車間溫度升高后不超過容許溫升，車間內(nèi)增加了通風(fēng)設(shè)施。一般通風(fēng)量Q=10V（V是建筑空間的體積），空間越大，通風(fēng)風(fēng)機(jī)的選型越大，這對降低系統(tǒng)噪聲而言是不利的。由此可見，為了充分降低粉磨系統(tǒng)的噪聲污染，在確定了原料工藝性能試驗(yàn)結(jié)果可行的前提條件下，選用輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)能夠達(dá)到節(jié)能降噪的效果。

2.3風(fēng)機(jī)

離心風(fēng)機(jī)是新型干法水泥生產(chǎn)線廣泛采用的通風(fēng)設(shè)備，其噪聲一般高達(dá)100dB（A）。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲最大的是旋轉(zhuǎn)噪聲，即葉片殼體的不對稱結(jié)構(gòu)與葉片旋轉(zhuǎn)形成的周向不均勻流場的相互作用，造成氣流擾動旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生噪聲。一般和三種因素有關(guān)：

（1）進(jìn)風(fēng)干擾：當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)口裝有閥門或金屬網(wǎng)罩時，葉片拉動不均勻的氣流而產(chǎn)生周期性的脈動。

（2）葉片旋轉(zhuǎn)：葉片在不對稱機(jī)殼中強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生氣流旋動，由此產(chǎn)生的脈動用基頻f=nz/60表示。n為葉片轉(zhuǎn)速（r/min）；z為葉片數(shù)量（個）?？梢?，轉(zhuǎn)速越快，基頻越高，則噪聲越大。

（3）出風(fēng)干擾：由于風(fēng)機(jī)出口存在蝸殼，導(dǎo)致氣流在出口處沿著工作圓周有一慣性作用，使得氣體在末端的速度和壓力變化不均勻而產(chǎn)生脈動現(xiàn)象，形成噪聲。

為了能夠有效控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲，需要有針對性地對風(fēng)機(jī)采取相應(yīng)措施：

采用變頻調(diào)試方式適應(yīng)運(yùn)行工況，取消進(jìn)口閥門的調(diào)節(jié)方式，進(jìn)口設(shè)置消聲器；盡量降低風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；風(fēng)機(jī)出口風(fēng)管采用適度擴(kuò)徑，盡量減少氣流擾動碰壁現(xiàn)象，出口設(shè)置消聲器。

在確保工藝設(shè)計準(zhǔn)確性的前提下，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、全壓的選型盡量與實(shí)際工況點(diǎn)接近，這對降低噪聲有較大幫助。國內(nèi)某水泥廠的高溫風(fēng)機(jī)選型參數(shù)見表2。

表2　某水泥廠高溫風(fēng)機(jī)選型參數(shù)

考慮正常生產(chǎn)時，工況1是主要運(yùn)行參數(shù)，故在風(fēng)機(jī)性能曲線上將該點(diǎn)作為最高效率點(diǎn)選型，符合離心風(fēng)機(jī)“最高效率點(diǎn)噪聲最低”的特點(diǎn)。

2.4膠帶輸送機(jī)

膠帶輸送機(jī)是水泥廠最為常用的輸送設(shè)備，其特點(diǎn)是運(yùn)輸能力大、輸送距離長、工作阻力小、電耗低。膠帶輸送廊道多為傾斜布置，物料由低向高處輸送，在中轉(zhuǎn)站處因塊狀物料沖擊頭罩和溜子，產(chǎn)生較大噪聲，一般達(dá)80～95dB（A），同時噪聲源在高處對周圍環(huán)境影響較大，典型布置見圖5。

圖5　轉(zhuǎn)運(yùn)站一

筆者認(rèn)為該處噪聲主要與以下因素有關(guān)：

（1）膠帶輸送機(jī)的帶速。帶速應(yīng)盡量?。?.25m/s，帶速較高會使物料有較大動量沖向頭罩溜子前壁，造成較大的沖擊噪聲。

（2）膠帶輸送機(jī)的下料頭罩開口尺寸。該尺寸的最小值應(yīng)符合經(jīng)驗(yàn)公式（圖6）：

圖6　轉(zhuǎn)運(yùn)站二

式中：

V——膠帶的運(yùn)行速度，m/s

h——頭罩的豎向高度，m

g——重力加速度，9.8m/s2

K——選型系數(shù)0.5～1.0（當(dāng)頭輪直徑較大時，應(yīng)取大值）

（3）采用隔聲板封閉轉(zhuǎn)運(yùn)站（圖7）。建筑樓梯盡量布置在轉(zhuǎn)運(yùn)站里側(cè)，避免側(cè)面開門時噪聲向外傳播。

圖7　膠帶機(jī)頭罩

3　結(jié)語

水泥廠噪聲綜合治理的根本途徑是從設(shè)計上對聲源加以控制，對傳播途徑加以阻隔。只有做到充分防治、合理布局、精心設(shè)計，再與必要投資相結(jié)合，才能滿足現(xiàn)代化文明生產(chǎn)的要求。

Analyze the Influence of Process Design on Noise Control

TQ172.622.29

A

1001-6171（2016）04-0081-03

通訊地址：天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，天津300400；2015-11-26；編輯：孫娟