煤矿风井噪声控制的声学设计和阻力损失计算研究.pdf

煤矿风井噪声控制的声学设计和阻力损失计算研究 张 弛 徐州建筑学院环境工程系, 江苏 221008 摘要 煤矿风井空气流量大, 噪声辐射强, 正确合理的消声器声学设计和阻力损失计算是噪声控制成功的关键。 关键词 煤矿风井 离心风机 噪声控制 声学设计 阻力损失 1 前言 随着国民对噪声危害认识程度的提升和国家对 噪声污染管理力度的加大 ,近年来 ,辐射强、 危害大的 煤矿风井噪声治理成为当务之急。但一些环保公司 缺乏技术实力, 理论计算含糊不清, 凭经验或模仿其 它风井噪声治理工程, 引发一系列问题 。如产生共 振; 噪声控制达不到设计标准; 通风阻力过大导致风 量偏低 ; 再生噪声超标 ; 电机散热不畅导致寿命缩短 或毁坏; 材料用量大造成不必要的经济损失等 。通过 对多年来设计的该类工程实践进行系统性研究,总结 出了一套煤矿风井噪声控制的理论计算模式 ,供工程 技术人员参考。 2 工程实例概要 淮北矿业集团袁庄煤矿中央风井安装 2 台风量 为 4 166 m 3 min 实测风量4 157 m3 min 的离心风机, 全压3 102 Pa ,扩散口截面面积2 320 mm 1 812 mm, 噪声辐射强度 88 dB A ,厂界敏感点噪声 65 dB A , 该区域 属于二类 混合区 , 噪声 控制标准为 白天 ≤ 60 dB A ,夜间 ≤ 50 dB A [ 1] , 超标量为 15 dB A 。 工程设计依据中华人民共和国城市区域环境噪 声标准 GB3096 -93 、 中华人民共和国企业厂界噪 声标准 GB12343-90 和工业企业噪声控制设计规 范 GBJ877-85 [ 1] 。以达标验收, 不影响通风 , 便于 检修, 节 省 投资 为原 则 , 设计 目 标为 厂 界噪 声 ≤ 50 dB A , 扩 散 口 风 速 ≤ 7 m s, 风 量 减 少 ≤ 250 m 3 min。 3 主要噪源降噪目标值确定 扩散口噪声是主要噪源, 实测值 88 dB A ,厂界 噪声敏感点距扩散口 50 m ,噪声实测值 65 dB A ,控 制目标 50 dB A 。扩散口噪声控制目标值由 1 式 确定 LA 扩散口LA 厂界20lg 3r D k 1 式中 r 排风口至测定点距离 m; D 扩散口当量直径 m ; k 修正值 。 将实测值代入 1 式得 88 65 20lg 3r D k 2 将控制目标值代入 1 式得 L′A 扩散口50 20lg 3r D k 3 式中 L′ A 扩散口 扩散口降噪目标值 。 2- 3 得 88 -L′A 扩散口65 -50 15, 即 L′A 扩散口 73 dB A 。 考虑其它因素对消声器消声性能的影响 ,将降噪 设计适 当放大 , 扩散 口实际降噪 目标值确 定为 70 dB A ,各倍频带声压级由 NR LA-5 70 -5 65 曲线确定 [ 1] ,通过计算得降噪目标值列于表1 。 表 1 频带声压级测量数据及降噪目标值表 项目 中心频率 Hz 1252505001 k2 k4 k LP, 实测 dB A92. 592. 087. 076 . 668 . 561. 6 NR65787268656260 降噪最低限值 dB A14. 5201911 . 66 . 51 . 6 4 消声器声学设计计算 工程设计采用抗 、 阻 、 阻 3段消声结构 。 4. 1 第一段消声器 扩张室 声学设计计算 原扩散口通流截面尺寸2 320 mm1 812 mm,扩张 后截面尺寸4 194 mm 2 976 mm ,扩张比按 4 式计算 [ 2] m S2 S1 4 式中 S1 原气流通道截面面积m 2 ; S2 扩张室截面面积m 2 。 将数据代入 4 式得 52 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 m S2 S1 4 194 2 976 2 320 1 812 ≈3 扩张室消声量按 5 式计算 [ 2] ΔL 10lg 1 1 4 m -1 m 2 sin 2Kl 5 式中 m 扩张比; K 波数,K 2π λ m -1 ; l 消声器有效长度 m 。 将扩张比代入 5 式得最大消声量为 ΔLmax10lg 1 1 4 m -1 m 2 sin 2Kl 10lg 1 1 4 3 -1 3 2 4. 4 dB A 消声器长度按 6 式计算 [ 2] fmax 2n 1c 4l n 0,1,2,3 6 对应最大消声量时 ,sin 2Kl 1, 可导出 6 式, 将 声速 c 344 m s,主降频率 125、 250 Hz 分别代入 6 式计算的消声器有效长度数据列于表 2。 表 2 扩张室消声器长度数据表 项目 n 01234 消声器 长度 m 125 Hz0. 682. 13 . 44 . 86 . 2 250 Hz0. 341. 01 . 72 . 43 . 1 对表 2 数据进行综合分析, 取消声器长度为 2. 1 m较为合适 。 4. 2 第二段消声器 片式 声学设计计算 采用 片式 消 声 结构 , 片 厚 100 mm, 片 间 距 242 mm ,7 列横排 ,中间隔开,构成16 个截面2 022 mm 242 mm 的消声通道。 4. 2. 1 消声量计算 片式消声器消声量按 7 式计算 [ 3] LAψ α0P S l ψ α02l a 7 式中 ψ α 0 消声系数; l 消声器有效长度m ; a 片间距 m。 选用密度 25 kg m 3 超细玻璃棉 , 穿孔钢板护面 5, P 25 [ 4] , 有效消声长度取 1. 5 m , 将数据代 入 7 式计算所得消声量列于表 3。 正常设计一般由已知降噪量计算消声器长度 ,此 处考虑到便于消声器加工、节省材料及外观效果, 根 据工程实践经验选定消声器长度, 验算消声量 。 表 3 第二段消声器 片式 消声量数据表 项目 中心频率 Hz 1252505001 0002 0004 000 吸声系数0. 600. 650. 600 . 550 . 400. 30 消声系数1. 01. 11 . 00 . 860 . 550. 39 消声器长度 m1. 51. 51 . 51 . 51. 51. 5 消声量 dB A12 . 413 . 612 . 410. 76. 84. 8 4. 2. 2 高频失效频率验算 高频失效频率按 8 式计算 [ 5] f上1. 85 C D 8 式中 C 声速 ,344 m s; D 消声通道当量直径, D ∶2ab a b 。 D2 2ab a b 2 2. 022 0. 242 2. 022 0. 242 0. 43 m 将数据代入 8 得 f上1. 85 C D2 1. 85 344 0. 43 1 480 Hz 主降中心频率是 125、250 Hz, 经验算知失效频 率 1 000 Hz,设计合理 。 4. 3 第三段消声器 片式 声学设计计算 采用片式消声结构, 片厚 60 mm ,片间距248 mm, 9 例横排 , 中间隔开, 构成 20 个截面 2 022 mm 248 mm的消声通道。 4. 3. 1 消声量计算 选用密度 30 kg m 3 超细玻璃棉 , 穿孔钢板护面 9, P 10 [ 4] , 有效消声长度取 1. 5 m , 将数据代 入 7 式计算所得消声量列于表 4。 表 4 第三段消声器 片式 消声量数据表 项目 中心频率 Hz 1252505001 0002 0004 000 吸声系数0. 380. 630. 600 . 560 . 540. 44 消声系数0. 521. 11 . 00 . 850 . 800. 63 消声器长度 m1. 51. 51 . 51 . 51. 51. 5 消声量 dB A6. 313 . 312 . 110. 39. 77. 6 4. 3. 2 高频失效频率验算 将D3 2ab a b 22. 022 0. 248 2. 022 0. 248 0. 44 m, C 344 代入 8 式得 f上1. 85 C D3 1. 85 344 0. 44 1 446. 4 Hz 主降中心频率 125、250 Hz, 经验算失效频率 53 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 1 000 Hz,设计合理。 4. 3. 3 再生噪声计算 再生噪声按 9 式计算 [ 3] LOA 18 260lgU 9 式中 U 第3 段消声器通道气流速度 m s。 第三段片式消声器通流面积 S4202 022 mm 248 mm ,现场风量测定 Q 4 157 m 3 min ,则第三段 消声器气流速度为 U Q S4 4 157 2. 022 0. 248 20 60 6. 9 m s 将 U 6. 9 代入 9 式得 LOA 182 60lgU 68 2dB A 由计算数据可知 , 再生噪声 68 2dB A 在末 端噪声控制目标范围内, 符合设计要求 。 4. 4 总消声量验算 阻抗复合消声器总消声量近似等于各段消声量 代数和。消声器消声量与降噪目标值列于表 5。 表 5 消声器总消声量与目标降量数据表 项目 中心频率 Hz 1252505001 k2 k4 k 二段12. 413 . 612 . 410. 76 . 84. 8 消声量 dB A 三段6. 313 . 312 . 110. 39 . 77. 6 合计18. 726 . 924 . 52116. 512. 4 降噪最低限值 dB A 14. 5201911. 66 . 51. 6 从表 5 可以明显看出, 各中心频率的总消声量大 于相应中心频率降噪最低限值 ,消声器设计能满足降 噪要求。 5 消声器阻力损失计算 消声器阻力损失由摩擦阻损和局部阻损两部分 构成 ,按 10 、 11 式进行计算 [ 5] 。摩擦阻力损失 ΔHλλl D ρ u 2 2 Pa 10 式中 l 消声器长度m ; u 消声通道气流速度 m s; D 消声通道当量直径 m; λ 摩擦阻力系数 穿孔板护面结构 λ 0. 05,刚性管道 λ 0. 03 [ 1] ; ρ 消声通道空气密度 kg m 3 , 25℃时 ρ 1. 29 kg m 3 。 局部阻力损失 ΔHξξ ρ u 2 2 Pa 11 式中 ξ 局部损失系数 ; 其余参数同 10 式。 5. 1 第一段消声器 扩张室 阻损计算 第一段消声通道截面面积 S24. 194 2. 976 12. 5 m 2 D12ab a b 2 4. 194 2. 976 4. 194 2. 976 3. 5 m 平均风速 U2Q S2 4 157 12. 5 60 5. 5 m s 将数据代入 10 式得 ΔHλ 1λl D1 ρ u 2 2 2 0. 03 2. 1 3. 5 1. 29 5. 5 2 2 0. 35 Pa 原风道截面 S12. 3201. 8124. 2 m 2 , U1Q S1 4157 4. 2 60 16. 5 m s, 气流自原风道进入扩张室后以 30 角扩张, 扩张比S 2 S1 12. 5 4. 2 ≈ 3, 查局部阻力系数表 ξ 0. 55 [ 5] ,将数据代入 11 式得 ΔHξ 1ξ ρ u 2 1 2 0. 55 1. 29 16. 5 2 2 96. 6 Pa ΔH1Δ Hλ 1ΔHξ 10. 036 96. 6 96. 6 Pa 5. 2 第二段消声器 片式 阻损计算 第二段消声通道截面面积 S30. 2422. 022 167. 8 m 2 ,D20. 43,平均风速 U3Q S3 4 157 7. 8 60 8. 9 m s,将数据代入 10 式得 ΔHλ 2λl D2 ρ u 2 3 2 0. 05 1. 5 0. 43 1. 29 8. 9 2 2 8. 9 Pa 气流进入第二段消声器 ,以 S3 S2 7. 8 12. 5 0. 6 比例 缩小 ,查局部阻力系数表得 ξ10. 25 [ 5] ,气流以 30 角 扩张流出第二段消声器,扩张比 S2 S3 12. 5 7. 8 ≈ 1. 5,查局 部阻力系数表 ξ 2 0. 22 [ 5] ,将数据代入 11 式得 ΔHξ 2 ξ1ξ2ρ u 2 3 2 0. 25 0. 221. 29 8. 9 2 2 24 Pa ΔH2ΔHλ 2ΔHξ 28. 9 24 32. 9 Pa 54 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 5. 3 第三段消声器 片式 阻损计算 第三段消声通道截面面积 S40. 2482. 022 2010 m 2 , D30. 44, 平均风速 U4Q S4 4 157 10 60 6. 9 m s, 将数据代入 10 式得 ΔHλ 3λl D3 ρ u 2 4 2 0. 05 1. 5 0. 44 1. 29 6. 9 2 2 5. 2 Pa 气流进入第三段消声器 ,以 S4 S2 10 12. 5 0. 8 比例 缩小 ,查局部阻力系数表得 ξ1 0. 15 [ 5] ,气流以 30 角 扩张流出第三段消声器, 扩张比 S2 S4 12. 5 10 ≈ 1. 2,查局 部阻力系数表得 ξ20. 06 [ 5] ,将数据代入 11 式得 ΔHξ 3 ξ 1ξ2ρ u 2 4 2 0. 15 0. 061. 29 6. 9 2 2 6. 4 Pa ΔH3ΔHλ 3ΔHξ 35. 2 6. 4 11. 6 Pa ΔH ΔH1ΔH2ΔH3 96. 6 32. 9 11. 6 141. 1 Pa 因阻损减小的风量为 ΔQ ΔH H Q 141. 1 3 102 4 157 189. 1 m 3 s 6 结论 通过对通风阻力进行计算可以看出 ,风量的减少 量小于设计目标提出的风量减少不得超过250 m 3 min 的要求,不影响正常通风需要 ,设计合理 。 矿井主扇风机噪声是煤矿普遍存在的主要噪源 之一, 它在运行过程中产生强烈噪声, 影响工人工作 和身心健康 ,污染周围环境。多年来, 许多单位和工 程技术人员一直在努力寻求主扇风机噪声治理的可 靠性理论计算方法, 该文将多年来对风井噪声的研究 及治理经验进行总结 ,以期为煤炭工业离心式通风机 风井噪声治理工作提供可以借鉴的模式 。 参考文献 1 顾强, 王昌田, 张弛等. 噪声控制工程. 北京 煤炭工业出版社, 2002. 2 洪宗辉. 环境噪声控制工程. 北京 高等教育出版社, 2000. 3 周新祥. 噪声控制及应用实例. 北京 海洋出版社, 1999. 4 方丹群, 王文奇, 孙家麒. 噪声控制. 北京 北京出版社, 1986. 5 马大猷, 孙家麒,程明昆, 章奎生等. 噪声与振动控制工程手册. 北 京 机械工业出版社, 2002. 作者通讯处 张弛 221008 徐州建筑学院 148 信箱 电话 0516 3889545 传真 0516 3889082 E -mail czhang xzcat. edu. cn 2004- 08-24 收稿 上接第 71页 4 结论 BICT 反应器进水曝气阶段SBR反应器的硝化能 力被削弱, 但硝化区的硝化功能得到加强。SBR 反应 器中以传统的异养反硝化为主,存在短程反硝化,系统 的同化脱氮约占总氮去除率的 1 4,试验装置在实验条 件下总氮平均去除率在 80 以上,出水 TN 15 mg L 。 试验表明, BICT 工艺脱氮主要依靠异养菌脱氮, 其主 要反应机理为序列硝化反硝化 ; 独立生物膜法硝化区 的设置,使自养的硝化细菌与反硝化细菌、 聚磷菌等异 养菌实现分相培养,降低了生物脱氮除磷工艺中不同 功能间的关联性,提高了系统脱氮的稳定性 ;SBR反应 器泥龄的缩短,提高了生物除磷的效率 。 参考文献 1 黄勇, 李勇, 潘杨. 双循环两相 BICT 生物处理工艺脱氮除磷研究. 中国给水排水,2003. 19 10 44～ 46. 2 Huang Yong, Li Yong, Pan Yang . BICT biological and Technology , 2004. 50 6 179～ 188. 3 赵旭淘, 顾国维. 硝化作用特性分析及讨论. 环境科学研究, 1995. 1 45～ 47. 4 Hano T ,Matsumoto M, Kuribayashi K et al. Biological Nitrogen Removal in A Bubble Column with A Draught Tube. Chemical Eng Sci, 1992. 47 3737～ 3744. 5 顾夏声. 废水生物处理模式. 北京 清华大学出版社, 1993. 87～ 88. 6 HONG W. ZHAO, DONALD S. MAVICIC et al.Controlling Factor for Simultaneous Nitrification and Denitrification in a Two-stage Intermittent Aertion Process Treating Domestic Sewage . Wat . Res. , 1999. 33 4 961～ 970. 7 李勇. 间歇活性污泥法脱氮除磷工艺的改进及试验研究. 哈尔滨工 业大学硕士论文,2001. 5 70～ 73. 作者通讯处 潘杨 215011 江苏省苏州市新区滨河路 298 号 苏州 科技学院环境科学与工程系 电话 0512 66116261 68247000 E -mail panyang mail. usts. edu. cn 2004- 06-08 收稿 55 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 Keywords air oxidation, NOX, ratio of oxidation and absorptivity DENITRIFICATION OFNO IN WASTE GASSTREAMS USING AGED -REFUSE -BASED BIOREACTORZhang Hua et al 39 Abstract Stabilized or aged refuse is a good media for bioreactor and can be used to treat NOXinwaste gas streams. Laboratory study shows that an aged -refuse -based bioreactor can effectively remove NO fromwaste gas streams. The empty bed retentiontime EBRTis the key parameter effecting the removal efficiency of NO which decreases with the shortening of EBRT. The removal efficiency of NO is 90with the EBRT of 3. 8 min and 96at 7. 5min. The removal efficiency of NO under anaerobic condition is better than that of aerobic condition. Denitrification of NO is preferable to the biological nitrification of NO. Keywords aged refuse, nitrogen oxides, nitric oxide, biofiltration and denitrification TREATINGVOLATILE ORGANIC COMPOUNDS-BEARINGEXHAUSTGAS IN PACKING PRINTING HOUSEQiaoHuixian et al 42 Abstract The paper introduced that VOCs exhaust gas in packing printing house was treated by FCJ organic gas purification equipment, which is based on adsorption and catalytic combustion principle. The technical process and detecting result on treating VOCs exhaust gas were described in detail. The results showed that it is efficient to treating VOCs exhaust gas in packing printing house by FCJ technique and equipment. The treating result meets the second-order of the national emission standard. Keywords printing, VOCs, adsorption, catalytic combustion and treatment of exhaust gas NEW EXPLORATION OF CLEANING TECHNIQUE FOR CATERING OIL FUME Zhang Jinping et al 45 Abstract On the basis of comparing conclusionof various cooking oil fume decontaminationtechnology, a new cleaning technique combined an atomization wet witha filtration adsorptionisdeveloped and a cooking fume decontamination is searchedaccording to cooking oil fume constituents and contamination characteristics of catering. The results in the laboratory showed that the removing efficiency of oil fume by the new cleaning technique is above 92. The released cooking fume consistency by the technique can meet the national standard. The new technique is suited to medium and small restaurants. Keywords oil fume cleaning, atomization wet , filtration adsorption and removal efficiency INVESTIGATION OF TRAFFIC NOISE ATTENUATION PROVIDED BY GREEN BELTS Zhou Jingxuan et al 48 Abstract This study investigates the noise attenuation of 8 green belts, and a quantitative relationship between the total noise attenuation, excess attenuation, width and visibility is obtained. The spectrum analysis of the noise attenuation is also done, which provides a basis for the design of forest belts of highway for noise reduction. Keywords traffic noise, green belts, effect of noise attenuation and design of forest belts RESEARCH ON ACOUSTIC DESIGN AND CALCULATION OF RESISTANCE LOSS OF NOISE CONTROL FOR COLLIERY AIR SHAFTZhang Chi 52 Abstract Due to a high air flow rate and a strong moise radiation in a colliery air shaft, it is the key to controlling noise successfully that the right and reasonable acoustic design for muffler and the calculation of resistance loss. Keywords colliery air shaft, centrifugal fan, noise control, acoustic design and resistance loss CHARACTERIZATION OFRIVER DREDGING SILTAND ITS FEASIBILITY STUDYAS COVERING MATERIALS FOR REFUSE LANDFILLZhao Aihua et al 56 Abstract It is studied systematically that various parameters, such as penetration coefficient, leaching toxicity and the content of heavy metals etc of river dredging silt, aswell as its feasibility of a covering material for refuse landfill. The results show that it possesses of better slope stability when used as a covering material for refuse landfill, which can basically meet the technical requirements of the covering material. There is no extra burden to the treatment of the leachate. So this sort of use can not only solve the problem of lackings of soil for a plain type landfill, but also make a way out for the dredging silt. Keywords dredging silt, covering material and research EXPERIMENTALSTUDYONPRODUCINGMASONRYCEMENTBYFLY-ASHOF CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILERZhao Ming et al 59 Abstract Because circulating fluidized bed combustion CFBis the advanced technology of combustion, it is developing widely at home 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 2,Apr. ,2005