浅谈工艺设计对噪声控制的影响

隋洪圆，丁云才

浅谈工艺设计对噪声控制的影响

隋洪圆，丁云才

1　概述

随着公众环保意识的增强，越来越多的企业开始重视日益严峻的环境问题。噪声是水泥厂的重要污染源，根据国家GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》规定（表1），建设在非敏感区域的水泥厂，环评一般遵循三类标准，即白天65dB（A）、夜间55dB（A）。

表1　工业企业厂界环境噪声排放标准

水泥生产线的噪声源一般分为机械性噪声、空气动力性噪声和电磁噪声三类。机械性噪声主要指物料和设备接触或设备内部工作运转时发出的声音，主要源头为破碎机、磨机等大型设备，源强高达90～120dB（A）。空气动力性噪声主要由中高压的工艺系统风机以及罗茨风机等因空气扰动而产生的不规则声音组成，源强高达90～105dB（A）。而电磁噪声则是电机在工作时发出的声音，相对于其他源强较弱，一般在90～100dB（A）。噪声污染的显著特点是不在环境中累积，一旦声源消失，则污染随之终止。

笔者认为噪声控制固然可以通过后期的噪声治理加以改善，但在满足工艺功能的条件下，应尽可能选用低噪声的设备。在方案设计上尽可能阻隔噪声传播途径，从源头上减少噪声的污染。本文主要阐述水泥厂的工艺设计和主要设备防治噪声的措施。

2　水泥厂主要设备

2.1破碎机

目前水泥厂广泛使用锤式破碎机和反击式破碎机破碎各种原燃料。就噪声而言，锤式破碎机比反击式破碎机略高约10dB（A），因此在原料特性允许的情况下，应尽量选用反击式破碎机。图1为典型车间的工艺布置，其有如下特点：

图1　反击式破碎机工艺布置

（1）反击式破碎机布置在地下，可有效封闭声源传播。

（2）板喂机+波滚筛+破碎机紧密连接，可减少物料落差，降低物料冲击溜子产生的噪声。

（3）车间侧墙采用隔声材料封闭，可减少噪声传播。（4）车间班制可按白天一班制，避开夜班生产。

降低破碎工艺噪音，更有效的措施是采用齿辊式破碎机（图2）。它不同于锤式破碎机的打击破碎理论，而是采用相对静态的劈、折、拉、破理论，产生的噪声仅约85dB（A）。

2.2磨机

目前新建水泥厂原料粉磨系统大多采用辊压机终粉磨系统和辊式磨系统。就系统配置而言，辊式磨系统仍属于风扫粉磨机理范畴，依靠大功率风机把物料强制提升和选粉，噪声较辊压机终粉磨系统大约20dB（A）。

由于原料磨车间设备整机尺寸庞大，因此降低噪声主要以控制传播途径为主，即声源的声强不能有效降低到允许范围时，必须在噪声传播过程中设置障碍，使声能在传播过程中被反射衰减。通常采用隔声的方法，即用密度较大、特性阻抗高的材料把一部分声波反射回去，将噪声限制在噪声源附近，减少噪声的辐射能。根据两个系统的工艺布置（图3、图4）分析，辊压机终粉磨系统主机设备尺寸较小，车间占地面积小，需要封闭的空间小，因此降噪的成本较低。

图2　齿辊式破碎机设备

图3　原料辊压机终粉磨系统

图4　原料辊式磨系统

车间封闭后，为保证机电设备在车间温度升高后不超过容许温升，车间内增加了通风设施。一般通风量Q=10V（V是建筑空间的体积），空间越大，通风风机的选型越大，这对降低系统噪声而言是不利的。由此可见，为了充分降低粉磨系统的噪声污染，在确定了原料工艺性能试验结果可行的前提条件下，选用辊压机终粉磨系统能够达到节能降噪的效果。

2.3风机

离心风机是新型干法水泥生产线广泛采用的通风设备，其噪声一般高达100dB（A）。风机产生的噪声最大的是旋转噪声，即叶片壳体的不对称结构与叶片旋转形成的周向不均匀流场的相互作用，造成气流扰动旋转而产生噪声。一般和三种因素有关：

（1）进风干扰：当风机进口装有阀门或金属网罩时，叶片拉动不均匀的气流而产生周期性的脉动。

（2）叶片旋转：叶片在不对称机壳中强制旋转，产生气流旋动，由此产生的脉动用基频f=nz/60表示。n为叶片转速（r/min）；z为叶片数量（个）。可见，转速越快，基频越高，则噪声越大。

（3）出风干扰：由于风机出口存在蜗壳，导致气流在出口处沿着工作圆周有一惯性作用，使得气体在末端的速度和压力变化不均匀而产生脉动现象，形成噪声。

为了能够有效控制风机运行噪声，需要有针对性地对风机采取相应措施：

采用变频调试方式适应运行工况，取消进口阀门的调节方式，进口设置消声器；尽量降低风机额定转速；风机出口风管采用适度扩径，尽量减少气流扰动碰壁现象，出口设置消声器。

在确保工艺设计准确性的前提下，风机的风量、全压的选型尽量与实际工况点接近，这对降低噪声有较大帮助。国内某水泥厂的高温风机选型参数见表2。

表2　某水泥厂高温风机选型参数

考虑正常生产时，工况1是主要运行参数，故在风机性能曲线上将该点作为最高效率点选型，符合离心风机“最高效率点噪声最低”的特点。

2.4胶带输送机

胶带输送机是水泥厂最为常用的输送设备，其特点是运输能力大、输送距离长、工作阻力小、电耗低。胶带输送廊道多为倾斜布置，物料由低向高处输送，在中转站处因块状物料冲击头罩和溜子，产生较大噪声，一般达80～95dB（A），同时噪声源在高处对周围环境影响较大，典型布置见图5。

图5　转运站一

笔者认为该处噪声主要与以下因素有关：

（1）胶带输送机的带速。带速应尽量取＜1.25m/s，带速较高会使物料有较大动量冲向头罩溜子前壁，造成较大的冲击噪声。

（2）胶带输送机的下料头罩开口尺寸。该尺寸的最小值应符合经验公式（图6）：

图6　转运站二

式中：

V——胶带的运行速度，m/s

h——头罩的竖向高度，m

g——重力加速度，9.8m/s2

K——选型系数0.5～1.0（当头轮直径较大时，应取大值）

（3）采用隔声板封闭转运站（图7）。建筑楼梯尽量布置在转运站里侧，避免侧面开门时噪声向外传播。

图7　胶带机头罩

3　结语

水泥厂噪声综合治理的根本途径是从设计上对声源加以控制，对传播途径加以阻隔。只有做到充分防治、合理布局、精心设计，再与必要投资相结合，才能满足现代化文明生产的要求。

Analyze the Influence of Process Design on Noise Control

TQ172.622.29

A

1001-6171（2016）04-0081-03

通讯地址：天津水泥工业设计研究院有限公司，天津300400；2015-11-26；编辑：孙娟