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水泥廠磨機房噪聲治理水泥廠隔音減震處理

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水泥廠磨機房噪聲綜合治理
文中主要介紹水泥廠的水泥粉磨站部分的噪聲治理（不包含前期的熟料加工工藝）。粉磨站內主要工藝流程及構筑物如圖1。

隨著現代粉磨技術的發展進步，水泥廠粉磨工藝也相應得到突飛猛進的發展，特別是輥壓機的普遍應用，設備大型化，企業規模化，使單條生產線的生產能力及生產效率都得到了大大的提高。同時，由于設備的大型化，生產過程中產生的噪聲能量等級也因此增加了，這對如何減小噪聲對工作環境及周邊環境影響提出了新的要求。
從圖1中不難看出，水泥磨機使整個水泥粉磨站中最為核心的環節，該廠水泥磨機規格是ψ4.2m×11.5m球磨機，輥壓機規格是ψ1400mm×650mm，并且分別配備O-Sepa選粉機和V型選粉機，組成雙閉路循環系統，在整個粉磨工藝上采用了180 000 Nm?/h風量風機兩臺，50 000 Nm?/h風量風機一臺，都是大的噪聲源。風機的噪聲治理一般可以安裝消聲器，得到較理想的結果.，但在本文中暫不深入研究。由于球磨機特殊的功能結構特點，產生了大量的聲能量。它不能用安裝消聲器或隔聲屏障來解決問題，必須綜合考慮的且不至于影響生產。
在通過對磨機房及廠區環境進行初步勘查后發現，磨機房不僅直接導致廠區內作業環境的連續等效A聲級高于85dBA；也明顯影響廠界噪聲排放標準。
磨機房在建筑布局上位于全場中心地帶，附近諸如排風機、輸送鼓風機、提升機等設備較多，附近區域聲環境狀況非常復雜，噪聲產生疊加，必須在整體設計中予以考慮。由于生產的特點，球磨機的噪聲不能單獨測量，以下測得的磨機房噪聲是背景噪聲疊加后的綜合噪聲。

1 磨機房噪聲源
在對磨機房進行治理之前，首先對磨機房的主要設備-水泥磨機以及磨機房周圍幾個關鍵點進行了噪聲強度和頻譜特性測試，測試結果見表1，測點布置圖件圖2。
表1 磨機房噪聲測試頻譜表

測點	63Hz	125Hz	250Hz	500Hz	1kHz	2kHz	4kHz	8kHz	A聲級 dB（A）	備注
1#	93	97.4	102.3	98.1	93.7	91.4	87.1	76.9	100.1	0m層磨房內
2#	90.9	91	93.9	91.9	86.7	83.6	81	72.2	93.4	0m層磨房出口
3#	—	—	—	—	—	—	—	—	87.5	0m窗口外
4#	88.2	89.5	93	92	88	84.8	80.1	69.6	93.4	12m層設備孔口
5#	82.9	79.4	77.9	73.4	70.1	65.1	59	47.2	78.6	12m層西北角

說明：
1、測試磨房外2#、3#、4#、5#點時北京噪聲較大，無法扣除
2、磨房原有門窗均為非隔聲、門窗，但出于關閉狀態。
3、圖中1#測點在距離轉筒外表下45°處，直線距離為3m左右；2#點位于磨房門外1m，與1#點距離為3m。
2 治理方法選擇
在傳統的磨機噪聲治理方法中，主要是通過對磨機安裝小型隔聲罩設備進行治理，或則采用對磨機進行阻性包扎的方式。但是，這些措施有其共同的缺點，就是不利于設備檢修，并且忽略了對磨機配套的其他小聲源進行治理。為了有效地降低磨機房的總體噪聲，并不影響其正常的運行，、檢修工作，設計中隊磨機房進行了整體的隔聲、通風治理。主要工程量包括安裝強迫排風軸流風機3臺，并配套出風口消聲器；安裝2臺自然進風消聲器；安裝6扇大型隔聲門；改造17扇窗戶為雙層隔聲窗；用隔聲板封閉各設備進出口孔洞。（效果照片件圖3）。

圖3 磨機房治理后外觀效果圖
3 設計計算機設備選型
磨機房（包括二期）外觀尺寸為24 500mm（長）×24 000mm（寬）×12 000mm（高）的矩形結構。西墻為混凝土實體墻，具有很好的隔聲性能；東墻與另一構筑物相連，并留有一個較大的輸送通道與外界相連，并在7.6m層開啟兩扇窗戶；南墻和北墻呈對稱結構，兩邊各布置了10扇窗戶和3個人出入口；頂墻為混凝圖結構，但留有部分設備出入口。為了徹底改變磨機房的聲學環境，將北墻1.5m層兩個窗口作為換熱進風口，南墻7.6m層三個窗口作為出風口，其余窗戶改成雙層隔聲窗，出入口加裝鋼制隔聲門，并作好頂墻部分設備口的密封工作。
3.1 通風量計算
本次設計中，最為關鍵的因素是確定一個合理的換風量，以保證設備能夠在允許的范圍內正常運行。通過對設備產熱率、設備允許最高運行溫度、設備總功率等參數的統計調查，并結構部分經驗數據。認為只要單位時間內氣體所帶走的熱量大于設備本身產生的熱量，磨機房室內將維持在一定的溫度范圍之內。即整個風量確定是通過能量守衡定理來完成的。
在計算過程中設計或引用的參數如下：
設備允許最高運行室內溫度
T1 = 57℃（治理前常年檢測最高數據）
最不利工況外界環境溫度
T2 = 38℃
磨房有效體積
V1 = 7056m?
磨房氣流截面積
S1 = 294㎡/s
38℃時干空氣密度
ρ = 0.135 kg/m?
38℃時干空氣比熱容
Cp = 1.005 kg/(kg×℃)
磨機房設備總功率
N = 5800 kW(含規劃中2#磨機)
設備最大產熱效率
η = 20 %
由于設計計算一般考慮最不利情況下的環境條件，因此此時單位時間產生的熱量高達
Q1 = N×η×t =
5800 kW×20 % ×1s =1160 kJ
此時，若要室內溫度控制在T1所限定的57℃以下，必須保證單位時間內的氣體帶走的熱量Q2大于Q1，即
Q2 ＞ Q1
根據熱力學比熱公式，通過多次試算，選定界面流速v1 = 0.19m/s時換風量比較合理，甲酸過程如下：
Q2 = v1×S1×ρ×Cp×(T2-T1) =
0.19×294×1.135×1.005×(57-38) =1210.6 kJ
Q2 ＞ Q1滿足要求。
即設備運行期間，理論需要帶走的最大風量為201 096 m?/h。但考慮到實際2#機組還尚未投入安裝，且運行時設備的產熱率將達不到20%；另外環境因素、設備使用率等都將優于最不利工況。因此在采納了業主單位的意見之后，并保留進一步補救措施的同時，采用的強迫通風量定為90 000 m?/h。值得注意的是,在磨房東墻與另一建筑物連接處有一個大型輸送通道，并與外界連通，因此實際換風量遠遠大于90 000 m?/h的強迫通風量。完全滿足單臺磨機運行時的換熱要求。
在設備選型時，充分考慮了風機有可能帶來額外的噪聲等因素，選用3臺低噪聲的軸流風機，風機型號為：T35-11-9#風機，單臺風量大小32 119 m?/h，全壓211 Pa，噪聲級＜81 dB(A)。安裝于南墻原7.6m層高度窗戶位置，并與只要產熱源磨機主體正對。為了防止噪聲通過風機向外輻射，給每臺軸流風機配套一個排氣消聲器，設計流量為30 000 m?/h，采用阻性片式結構，消聲器主體尺寸為：1 600mm（長）×1 600mm（寬）×3 000mm（高）。在消聲器內插入225mm厚消聲片2片，150mm厚消聲片2片，并且在兩側邊做50mm厚的吸聲層。同時在北墻靠近磨機電機的1.5m層及3.5m層留2個進風口，并配置進風口消聲器，進風口消聲器設計兩臺流量分別為45 000m?/h的阻性片式消聲器，主體結構尺寸為：18 000mm（長）×18 000mm（寬）×30 000mm（高）。并在里面插入150mm消聲片1片、200mm消聲片2片、125mm消聲片2片；并在兩側面做50mm厚的吸聲層。此時可根據片式消聲器的計算公式（式1）計算出各頻段的插入損失，再將各頻段降噪后的聲壓級通過式2計算出治理后的A聲級，最終通過測量值和式2的計算值相減求出插入損失。公式如下：
△L = 2φ（α0）（1）
△L——插入損失（dB）
2φ（α0）——與材料有關的各頻段消聲系數
l——消聲器有效長度（m）
a——消聲器片間距（m）
Leq =101 lg( ) （2）
Lpi——各頻段聲壓級（dB）
Leq——各頻段疊加的等效聲級（dB）
另外消聲器的壓力損失計算分別見公式（3）、（4）
△P摩 = 10ξ摩（3）
△L局 = 10ξ局（4）
△P摩、△L局——消聲器內壁摩擦壓力損失及其他局部壓力損失（Pa）
ξ摩、ξ局——摩擦阻力系數及局部阻力系數
d e ——消聲器通道等效直徑（mm）
ρ——空氣密度（kg/m?）
v ——流速（m/s）
g ——重力加速度（m/s）
通過將查表和經驗所得的相關數據代入式（1）、（2）、（3）、（4）后可求的噪聲插入損失大于30 dB(A)，阻力損失小于20Pa，滿足磨房治理整體要求。
3.2 隔聲窗設計
隔聲窗設計成10 mm/100 mm/6 mm結構的鋼制雙層玻璃窗，其設計隔聲量在40 dB(A)以上，并通過式（5）、式（6）計算出其單塊玻璃的吻合頻率和雙層的共振頻率。
fe = （5）
fr =120/ （6）
fe——吻合頻率（Hz）
fr——共振頻率（Hz）
t1、t2——玻璃單塊厚度（mm）
d——兩玻璃間距（mm）
計算求的兩玻璃的吻合頻率分別為1200Hz和2000Hz，共振頻率為60Hz。但通過采用玻璃安裝具有一定斜度結構這一特點（見圖4），基本解決了以上兩問題，保證其總體隔聲性能在30 dB(A)左右。

3.3 隔聲門
設計隔聲門選用大型鋼制隔聲門結構，即兩面采用1.5mm厚剛鋼板結構，鋼板內側涂刷2-3mm瀝青石棉漆、外側做防銹處理并在兩板空隙中加添100mm厚玻璃棉氈，同時在各門封等銜接處安裝彈性隔聲材料，最終隔聲量在30 dB(A)左右。

4 結語
通過綜合治理，磨房整體噪聲得到了明顯的改善，對廠界噪聲的干擾從62.4 dBA降到了54.9 dBA，并且換熱量滿足設計要求。磨房內外測試結果見表2。
表2 磨機房噪聲治理后測試表

測點	63Hz	125Hz	250Hz	500Hz	1kHz	2kHz	4kHz	8kHz	A聲級 dB(A)	備注
1#	96.1	101	103.3	100	94.8	90.4	85.4	78.2	101	0m層磨房內
2#	87.1	82.6	83.1	80.2	75.8	70.7	70.5	54.3	82	0m層磨房外
3#	91	17.9	20.2	19.8	19	19.7	14.9	23.9	19	總體插入損失

從表中可以看出，最終測量值頻譜呈現明顯的中低頻率成分，已基本為背景環境噪聲，并且從頻譜可以判斷出這些噪聲主要為周遍的離心機產生，而不是磨機房的投射噪聲。因此，我們也可以從另一側面推斷出對磨房的整體治理無論從設計思路上、加工技術上還是安裝施工上都是相當成功的。這也給以后的水泥廠噪聲治理提供了一個參考。

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