鋼鐵企業(yè)噪聲污染控制實(shí)踐

楊智偉，金 勇

（方大特鋼科技股份有限公司，江西 南昌 330000）

1 概況

近些年，企業(yè)與城市發(fā)展的矛盾日益突出，促使鋼鐵企業(yè)為了生存不斷進(jìn)行提標(biāo)減排改造及大規(guī)模改善廠區(qū)環(huán)境的活動(dòng)。XX公司通過現(xiàn)場排查梳理，識(shí)別出了熱電鼓風(fēng)設(shè)備、煉鐵高爐助燃風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)、軋鋼加熱爐風(fēng)機(jī)等一批高噪聲的空氣動(dòng)力設(shè)備是影響區(qū)域噪聲環(huán)境的主要污染源，必須進(jìn)行綜合治理。

2 噪聲源情況分析

（1）鋼鐵企業(yè)噪聲源很多，容易對(duì)環(huán)境造成污染的設(shè)備主要有：各工序除塵風(fēng)機(jī)，熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)，熱電助燃風(fēng)機(jī)，TRT 機(jī)組，石灰窯提升機(jī)、振動(dòng)篩，軋鋼加熱爐風(fēng)機(jī)房等。部分噪聲源監(jiān)測數(shù)據(jù)見下表。

（2）噪聲源特性：根據(jù)現(xiàn)場測定的噪聲源頻譜顯示，風(fēng)機(jī)噪聲大部分為中低頻空氣動(dòng)力噪聲，中心頻率大致為125Hz ；管道噪聲中心頻率在2000Hz 左右。部分聲源頻譜數(shù)據(jù)如表2。

3 噪聲控制措施

3.1 噪聲控制的基本方法

一是直接降低聲源的噪聲；二是切斷噪聲的傳播途徑；三是在噪聲的接受點(diǎn)采取防護(hù)措施。噪聲控制工程實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)工程，它必須根據(jù)現(xiàn)場條件，綜合運(yùn)用隔聲、吸聲、消聲等技術(shù)措施，才能最終達(dá)到技術(shù)性與經(jīng)經(jīng)性，高效性與可靠性的完美結(jié)合。

3.2 幾種典型噪聲源的治理

3.2.1 風(fēng)機(jī)噪聲治理措施

風(fēng)機(jī)在一定工況下運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。風(fēng)機(jī)的噪聲主要包括空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械噪聲兩大部分。與風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)、風(fēng)機(jī)流量、排氣壓力等因素有關(guān)，其噪聲頻譜常呈中、低頻特性。

（1）除塵風(fēng)機(jī)噪聲治理：鋼鐵企業(yè)除塵風(fēng)機(jī)很多，一般噪聲強(qiáng)度很大，而且大部分未安裝消聲器，或配套消聲器消聲量不夠，成為鋼鐵企業(yè)主要的噪聲源之一?？刂拼胧┦窃陲L(fēng)機(jī)出口增加阻性片式消聲器，其設(shè)計(jì)公式為：直管式阻尼消聲器的消聲量△L 和消聲頻率范圍的計(jì)算公式為：

式中：ψ（α0）— 消聲器的消聲系數(shù)（其大小取決于吸聲材料的吸聲系數(shù)）；L—有效長度（m）；P—通道橫斷面周長（m）；S—通道有效橫斷面面積（m2）。通常其上限失效頻率f上據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算，即：

避免“高頻失效”的方法是：盡量降低D，但有時(shí)D 的下降是有限的，在實(shí)際工程中，可采用消聲彎頭或其它結(jié)構(gòu)來盡量消除此問題的影響。常用的通風(fēng)消聲器結(jié)構(gòu)如圖所示：

圖1 通風(fēng)消聲器結(jié)構(gòu)簡圖

消聲器安裝在風(fēng)機(jī)出口處軟連接后，如無安裝位置，也可以安裝在排氣筒上頂部或煙囪中部，降噪效果相差不是太大。本工程中，1#熱電助燃風(fēng)機(jī)、高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)、混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)等都是采用這種措施，在風(fēng)機(jī)入口或出口加裝阻性消聲器，降噪效果良好。

（2）高爐汽輪風(fēng)機(jī)噪聲治理：高爐汽輪風(fēng)機(jī)噪聲源主要是風(fēng)機(jī)空氣吸入口除塵器、管道輻射噪聲及風(fēng)機(jī)放散噪聲。治理措施主要是：①在除塵器外側(cè)加設(shè)半包圍的隔聲屏障；②對(duì)管道進(jìn)行阻尼包扎；③對(duì)汽輪風(fēng)機(jī)房整體進(jìn)行降噪，即更換隔聲門窗，對(duì)風(fēng)機(jī)房強(qiáng)制通風(fēng)；④放散噪聲更換阻抗復(fù)合消聲器。

※ 隔聲屏設(shè)計(jì)計(jì)算公式：

根據(jù)勻質(zhì)單層板的隔聲量計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)公式為[1]：

100～3150Hz 的平均隔聲量(dB) 經(jīng)驗(yàn)公式為：

表2 噪聲源頻譜數(shù)據(jù)

根據(jù)以上公式可以計(jì)算出，隔聲罩主體吸聲模塊的理論隔聲量，目前可以做到35dB 以上。

※ 管道阻尼包扎計(jì)算公式：采用阻尼板層覆于管道壁外（阻尼材料根據(jù)31.5Hz-1KHz 振動(dòng)頻譜配制），阻尼上加貼吸聲棉，最后用鍍鋅板作面板。如下圖2 所示。

圖2 管道阻尼隔聲包扎結(jié)構(gòu)示意圖

其整體隔聲量根據(jù)：

式中：M—隔聲材料面密度總和。

根據(jù)大量的工程實(shí)踐表明：此特有結(jié)構(gòu)的隔聲包扎降噪可高達(dá)30dB（A）以上。阻尼包扎用于振動(dòng)較大的管道降噪效果明顯。在本次工程中套筒石灰窯提升機(jī)、放散管未采用阻尼包扎措施，而是采用隔聲模塊進(jìn)行隔聲，治理效果大打折扣。

3.2.2 以風(fēng)機(jī)房為單元的治理措施

在治理風(fēng)機(jī)房噪聲的時(shí)候，一般會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)房進(jìn)行整體治理。措施有：①更換隔聲門窗；②增加進(jìn)風(fēng)消聲器；③增加室內(nèi)排風(fēng)風(fēng)機(jī)及消聲器。在對(duì)建筑物采取降噪治理措施后，勢必會(huì)引起室內(nèi)溫度的升高，必須考慮通風(fēng)散熱。在制定風(fēng)機(jī)房噪聲治理的過程中，可根據(jù)實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有的鼓風(fēng)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的風(fēng)量，來對(duì)風(fēng)機(jī)房進(jìn)行散熱處理。在本項(xiàng)目在對(duì)一個(gè)鼓風(fēng)、引風(fēng)連體的高線風(fēng)機(jī)房噪聲設(shè)計(jì)過程中，即體現(xiàn)了這個(gè)設(shè)計(jì)理念。由于引風(fēng)機(jī)排放的是加熱爐的高溫廢氣（200℃左右），機(jī)殼熱輻射非常厲害，為保證室內(nèi)設(shè)備正常運(yùn)行，滿足室內(nèi)溫降，設(shè)計(jì)將原有鼓風(fēng)機(jī)直接由室外進(jìn)風(fēng)改為在室內(nèi)進(jìn)風(fēng)。這樣優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以取消全部原先配置的降溫風(fēng)機(jī)，節(jié)約運(yùn)行電耗。因此，該優(yōu)化工藝可以同時(shí)滿足降噪和節(jié)能的目的。

高線風(fēng)機(jī)房散熱風(fēng)量計(jì)算。

（1）介質(zhì)散熱：按高溫物體散熱計(jì)算，按管道計(jì)算散熱量:直徑0.8 米，管道表面溫度200℃計(jì)算，平均9.6KW/ m2，表面積約22 m2，計(jì)算功率211KW。

（2）電機(jī)動(dòng)能無效功率：電機(jī)功率:300KW，效率85%。

計(jì)算電機(jī)無效功率：Q1=1000*n1*n2*n3*N*(1-η) /η[2]。

無效功率計(jì)算結(jié)果為 33.9KW。

按無效功率中50% 轉(zhuǎn)換熱量計(jì)算Q=16.95KW。

（3）風(fēng)量換算：余熱功率=散熱+電機(jī)無效=211+16.95=228 KW?？諝赓|(zhì)量流量16.36kg/s?？諝饷芏?.2kg/m3。

通風(fēng)量＝16.36*3600/1.2=49080m3/h ≈5 萬m3/h。

所需風(fēng)量與風(fēng)機(jī)能夠提供的風(fēng)量基本一致，方案可行。

該風(fēng)機(jī)房噪聲治理內(nèi)容還應(yīng)包含對(duì)引風(fēng)機(jī)的排氣噪聲治理，正常情況下應(yīng)加裝阻性消聲器即可。

3.2.3 放散噪聲

汽輪風(fēng)機(jī)房風(fēng)機(jī)放散噪聲屬亞聲速噴注，響度大（120dB 左右），頻譜范圍寬，排氣放空消聲器要求消聲器阻力小，能迅速泄壓，消聲量應(yīng)在40dB（A）以上，本次采用阻抗復(fù)合型消聲器進(jìn)行治理。排氣放空消聲器整體結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 排氣放空消聲器圖

※ 節(jié)流降壓原理及計(jì)算。

所謂節(jié)流，就是在很大的局部阻力作用下，由于放出摩擦熱，使流體的熵增加，而壓力得到降低。

各層節(jié)流孔板所承擔(dān)的壓降，按臨界比設(shè)計(jì)，即

式中：Ps——節(jié)流孔板的壓力，Kg/cm2。Pn——第幾級(jí)節(jié)流孔板后的壓力，Kg/cm2。n——節(jié)流孔板級(jí)數(shù)。q——壓強(qiáng)比。

消聲器需降壓層數(shù)，由排氣壓力而定，各級(jí)節(jié)流孔板上節(jié)流面積應(yīng)選定孔徑后，再求出應(yīng)開孔數(shù)。

降壓消聲段的消聲值估算。按臨界值設(shè)計(jì)的節(jié)流降壓消聲段，其消聲量，可根據(jù)下式計(jì)算。

式中：P1——消聲器入口壓力。P0——環(huán)境壓力。a——修正系數(shù)。

根據(jù)上式，將相關(guān)參數(shù)代入計(jì)算，采用節(jié)流降壓原理設(shè)計(jì)的消聲器的消聲量約為29.5dB。

片式阻性消聲段設(shè)計(jì)。

所以上述節(jié)流降壓消聲段與阻性片式消聲段組合型的排氣放空消聲器消聲量在50dB 以上。實(shí)際工程中，放散管噪聲控制還需對(duì)排氣管道需進(jìn)行隔聲包扎。工程完工后，通過實(shí)測噪聲計(jì)算，消聲器消聲量綜合45 dB 以上。

3.2.4 TRT 噪聲治理

TRT 發(fā)電裝置噪聲治理要考慮設(shè)施處于煤氣區(qū)域，不能做成封閉的隔聲結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計(jì)成通風(fēng)良好的半包圍結(jié)構(gòu)，同時(shí)在外圍增設(shè)隔聲屏障。

4 結(jié)語

本次噪聲治理工程涉及的噪聲源種類多，受現(xiàn)場環(huán)境的制約因素也多。由于噪聲源不是獨(dú)立存在的，噪聲治理工藝需要充分考慮對(duì)生產(chǎn)工藝的影響，比如放散噪聲消聲器的結(jié)構(gòu)阻力對(duì)排氣速度的影響；除塵風(fēng)機(jī)消聲器對(duì)系統(tǒng)風(fēng)量的影響等。另外，部分噪聲的治理應(yīng)直接通過生產(chǎn)工藝的改進(jìn)來控制，如熱電的助燃風(fēng)機(jī)噪聲，可以直接加裝變頻，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的輸出量，可以從源頭上極大減小噪聲的產(chǎn)生。因此，任何一個(gè)噪聲治理都是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要考慮多方面的因素，控制手段不應(yīng)有唯一性，這樣才能真正做到節(jié)能減排的效果。