淺談工藝設計對噪聲控制的影響

隋洪圓，丁云才

淺談工藝設計對噪聲控制的影響

隋洪圓，丁云才

1　概述

隨著公眾環保意識的增強，越來越多的企業開始重視日益嚴峻的環境問題。噪聲是水泥廠的重要污染源，根據國家GB12348-2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》規定（表1），建設在非敏感區域的水泥廠，環評一般遵循三類標準，即白天65dB（A）、夜間55dB（A）。

表1　工業企業廠界環境噪聲排放標準

水泥生產線的噪聲源一般分為機械性噪聲、空氣動力性噪聲和電磁噪聲三類。機械性噪聲主要指物料和設備接觸或設備內部工作運轉時發出的聲音，主要源頭為破碎機、磨機等大型設備，源強高達90～120dB（A）。空氣動力性噪聲主要由中高壓的工藝系統風機以及羅茨風機等因空氣擾動而產生的不規則聲音組成，源強高達90～105dB（A）。而電磁噪聲則是電機在工作時發出的聲音，相對于其他源強較弱，一般在90～100dB（A）。噪聲污染的顯著特點是不在環境中累積，一旦聲源消失，則污染隨之終止。

筆者認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，應盡可能選用低噪聲的設備。在方案設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計和主要設備防治噪聲的措施。

2　水泥廠主要設備

2.1破碎機

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

圖1　反擊式破碎機工藝布置

（1）反擊式破碎機布置在地下，可有效封閉聲源傳播。

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

（3）車間側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。

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

2.2磨機

目前新建水泥廠原料粉磨系統大多采用輥壓機終粉磨系統和輥式磨系統。就系統配置而言，輥式磨系統仍屬于風掃粉磨機理范疇，依靠大功率風機把物料強制提升和選粉，噪聲較輥壓機終粉磨系統大約20dB（A）。

由于原料磨車間設備整機尺寸龐大，因此降低噪聲主要以控制傳播途徑為主，即聲源的聲強不能有效降低到允許范圍時，必須在噪聲傳播過程中設置障礙，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。根據兩個系統的工藝布置（圖3、圖4）分析，輥壓機終粉磨系統主機設備尺寸較小，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　齒輥式破碎機設備

圖3　原料輥壓機終粉磨系統

圖4　原料輥式磨系統

車間封閉后，為保證機電設備在車間溫度升高后不超過容許溫升，車間內增加了通風設施。一般通風量Q=10V（V是建筑空間的體積），空間越大，通風風機的選型越大，這對降低系統噪聲而言是不利的。由此可見，為了充分降低粉磨系統的噪聲污染，在確定了原料工藝性能試驗結果可行的前提條件下，選用輥壓機終粉磨系統能夠達到節能降噪的效果。

2.3風機

離心風機是新型干法水泥生產線廣泛采用的通風設備，其噪聲一般高達100dB（A）。風機產生的噪聲最大的是旋轉噪聲，即葉片殼體的不對稱結構與葉片旋轉形成的周向不均勻流場的相互作用，造成氣流擾動旋轉而產生噪聲。一般和三種因素有關：

（1）進風干擾：當風機進口裝有閥門或金屬網罩時，葉片拉動不均勻的氣流而產生周期性的脈動。

（2）葉片旋轉：葉片在不對稱機殼中強制旋轉，產生氣流旋動，由此產生的脈動用基頻f=nz/60表示。n為葉片轉速（r/min）；z為葉片數量（個）。可見，轉速越快，基頻越高，則噪聲越大。

（3）出風干擾：由于風機出口存在蝸殼，導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生脈動現象，形成噪聲。

為了能夠有效控制風機運行噪聲，需要有針對性地對風機采取相應措施：

采用變頻調試方式適應運行工況，取消進口閥門的調節方式，進口設置消聲器；盡量降低風機額定轉速；風機出口風管采用適度擴徑，盡量減少氣流擾動碰壁現象，出口設置消聲器。

在確保工藝設計準確性的前提下，風機的風量、全壓的選型盡量與實際工況點接近，這對降低噪聲有較大幫助。國內某水泥廠的高溫風機選型參數見表2。

表2　某水泥廠高溫風機選型參數

考慮正常生產時，工況1是主要運行參數，故在風機性能曲線上將該點作為最高效率點選型，符合離心風機“最高效率點噪聲最低”的特點。

2.4膠帶輸送機

膠帶輸送機是水泥廠最為常用的輸送設備，其特點是運輸能力大、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，在中轉站處因塊狀物料沖擊頭罩和溜子，產生較大噪聲，一般達80～95dB（A），同時噪聲源在高處對周圍環境影響較大，典型布置見圖5。

圖5　轉運站一

筆者認為該處噪聲主要與以下因素有關：

（1）膠帶輸送機的帶速。帶速應盡量取＜1.25m/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）膠帶輸送機的下料頭罩開口尺寸。該尺寸的最小值應符合經驗公式（圖6）：

圖6　轉運站二

式中：

V——膠帶的運行速度，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0.5～1.0（當頭輪直徑較大時，應取大值）

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

圖7　膠帶機頭罩

3　結語

水泥廠噪聲綜合治理的根本途徑是從設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、精心設計，再與必要投資相結合，才能滿足現代化文明生產的要求。

Analyze the Influence of Process Design on Noise Control

TQ172.622.29

A

1001-6171（2016）04-0081-03

通訊地址：天津水泥工業設計研究院有限公司，天津300400；2015-11-26；編輯：孫娟