精品锅炉烟囱设计.docx
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精品锅炉烟囱设计
锅炉烟囱设计
一、内筒设置烟囱
中国建设银行湖北省分行办公大楼（也称湖北国际金融大厦）是武汉地区首批高层建筑之一,该大厦主楼廿六层，高近百米，由于当时的能源政策限制，只能采用煤作燃料，然而，由于该大厦地处武汉市繁华的闹市中心－－中南路口，环境保护要求特别高，而燃煤锅炉又不适于布置在楼顶,只能考虑布置在裙房一层，根据《锅炉尘排放标准》本工程锅炉房烟囱可按30M设计（总容量5t/h），但由于本大厦高近100M,且周围也有中南商业大楼（高约50M）和规划中的物贸大厦，中商广场（后来均已建成），上述排放标准也同时规定“在烟囱周围半径200M的距离内有建筑物时,烟囱高度一般应高出最高建筑物三米以上”.有人希望我们按30M设计，这样建设单位可以节省不少投资，我们设计起来也方便得多，如果我们在“一般”和“应”上做文章，请求环保部门降低要求也不是没有可能的，但我们认为，以环境保护的高度出发,从城市发展的长远观点着想，从锅炉房烟气对本大厦的影响考虑－－因为锅炉房位于本大厦之西北，而锅炉运行时间又多在冬季，烟气对大厦的损害是不言而喻的－－将锅炉烟囱建得更高一点有百利而无一害的，因此，我们决定还是将锅炉房烟囱设计为高出本大厦3米.然而，真正设计起来就困难重重了，首先，本大厦是武汉市首批标志性建筑之一，是湖北省建设银行的办公大楼，城市规划要求外装修豪华壮观，因而在方案设计是,由于种种原因，没有考虑设置高出屋面3米烟囱的位置，
施工图若考虑附壁砖烟囱或钢烟囱不仅破坏建筑形象，而且结构上也无法处理.其次，若建独立砖烟囱，造价将高达百万元，且受地方限制，做起来与整幢建筑也不协调，有煞风景，若考虑附在裙房上，连起码的30M也达不到，怎么办？
经我们多次与土建工程师磋商，终于在主楼内筒靠电梯井的地方挤出一块面积约2。
5M2的三角形位置决定将烟囱设置在此。
内筒设置烟囱，在中国以至于亚州也还是个新问题，首先,烟气对内筒产生的热应力影响就很大,其次，锅炉房并非在主楼楼层内，而是在裙房里，距内筒尚有几十米水平距离，烟道必须通过标准层的几个房间，将对这些房间产生影响。
特别是锅炉一般冬天运行较多，烟囱内外温差更大,为避免其影响，将烟囱作如下处理：
1、参照普通烟囱的建造方法,将空气隔热层扩大为100MM，普通砖烟囱的空气隔热层为50MM，它是为保护烟囱外壁而设置的，而我们要保护的对象是大楼的整个内筒以至整个大厦，为此，我们特将空气隔热层增加一倍,防止烟气热量向内筒传导而产生热应力破坏。
2、砌筑与烟囱等高的耐火砖内壁，普通烟囱内壁，烟气湿度在500℃以下时采用红砖，显然不能保证烟囱外壁湿度与室温相当，耐火砖的密实程度和隔热性能比普通红砖好多了,能有效地阻止烟气湿度影响内筒。
3、烟囱与烟道连接处设置伸缩缝，烟道（钢制）采取了严格的保温措施。
4、烟囱外壁（即内筒墙壁用耐火砼浇筑，更进一步消除烟气的影响.
采取上述措施，完全避免了烟囱内外温差对主楼内筒的影响，如果不说明，谁也不知道，本大楼的烟囱就设置在主楼的内筒靠过道的地方。
几年的运行证明，此法不仅解决了高层建筑设置烟囱的难题，为建设单位节省了大量投资（与独立烟囱相比,节省3／4,约70万元，与附壁烟囱相比,节省的1／3，达30万左右。
）产生了巨大的经济效益，而且，更重要的是，由于烟囱很高，消除烟气对周围的污染，产生了更明显的环境效益。
二、外墙设置附壁烟囱
湖北省邮电管理局所建华美达大酒店，是一座二十八层，高一百多米的大型建筑，锅炉房设置在四层裙房，三台油锅炉总烟道正好位于大楼外墙一角,我们同样在墙角切了一个面积约2M2的三角形，因其在外墙,热应力影响比内筒小，故空气隔热层仅70MM，其余办法均与湖北国际金融大厦相同，但锅炉运行后,发现临烟囱的房间较高，后经分析勘察,发现施工单位在砌烟囱内壁耐火砖时，根本没按烟囱砌筑工艺施工，甚至连内壁上的脚手架孔都没堵上，还有250×200MM的大洞几个宽20MM的缝隙达几十米,后经堵洞补孔，并采限了一些别的措施，房间湿度才降下来,达到正常使用要求.
三、设备附墙不锈钢烟囱
河南郑州金博大城，锅炉房设在裙房一层，锅炉房与三十三层商住楼相连，原设计写字楼四十六层，烟囟附写字楼而上，但由于某些原因，写字楼只建了几层，商住楼又已建成，经研究,决定做不锈钢烟囱附在商住楼墙上，采取了下述措施。
1、为避免普通钢的锈蚀而造成烟囱更换费用高，经测算,决定采用不锈钢制。
2、为减少造价，少用不锈钢材采取短节法兰安装方法，即两法兰之间距离仅为2米,在法兰上支撑烟囱，从而减少下层烟囱的壁厚，按计算，若烟囱重量都落在地基上，下层烟囱壁厚要十几毫米,采用上述办法,上下烟囱的壁厚均为4－5MM.支撑和固定均用不接
触烟气的普通钢材.
3、烟囱上采取热补偿措施,防止因烟囱固定支撑之间的热膨胀而引起破坏。
该锅炉房运行几年,一切正常。
四附壁砖烟囱施工中应注意的几个问题。
1、一定要请具有筑炉或烟囱施工的专业队伍施工。
2、内壁一定要保证平滑，密实不允许渗烟，以减少热传导。
3、空气隔热层宽度一定要保证不允许两隔热层面凹凸不平.
4、绝对不允许在砌内壁耐火砖时在内壁上搭脚手架，只能搭在外壁上，因为脚手架孔是无法堵严的。
5、监理公司一定要时时监察，否则后患无穷，如武汉华美达大酒店运行后,因不能停炉，检查起来十分困难，堵洞补孔更加困难，而且效果也不好。
高层建筑是我国近年来发展的新鲜事物，随着四化建设的进一步深入，一座座高楼拨地而起，由于一般都建在人口稠密的大城市，而我国的城市由于历史原因暂时还很少有供热中心，因之锅炉是不可缺少的，怎样解决高层建筑中的烟气排放（即烟囱设计）问题，是一个很棘手的课题，弄不好，祸及当代，殃及子孙，但只要我们认真研究，大胆创新,精心设计，精心施工，解决这一问题还是不难的。
关于锅炉
工艺布置
第5.4.1条工艺布置应保证设备安装、运行、检修安全和方便，使风、烟流程短，锅炉房
面积和体积紧凑。
第5。
4.2条锅炉操作地点和通道的净空高度不应小于2m，并应满足起吊设备操作高度的要
求.在锅筒、省煤器及其他发热部位的上方,当不需要操作和通行时，其净空高度可为0.7m。
第5.4.3条锅炉与建筑物之间的净距，应满足操作、检修和布置辅助设施的需要，并应符
合下列规定:
一、炉前净距：
蒸汽锅炉1～4t/h、热水锅炉0。
7～2.8MW、不宜小于3.0m；
蒸汽锅炉6～20t/h、热水锅炉4.2～14MW、不宜小于4.0m；
蒸汽锅炉35~65t/h、热水锅炉29~58MW、不宜小于5.0m。
当需在炉前更换锅管时，炉前净距应能满足操作要求。
对6～65t/h的蒸汽锅炉,4。
2～58MW
的热水锅炉，当炉胶设置仪表控制室时，锅炉前端到仪表控制室的净距可为3m。
二、锅炉侧面和后面的通道净距：
蒸汽锅炉1~4t/h、热水锅炉0.7~2。
8MW、不宜小于0.8m;
蒸汽锅炉6～20t/h、热水锅炉4。
2～14MW、不宜小于1。
5m；
蒸汽锅炉35~65t/h、热水锅炉29～58MW、不宜小于1。
8m。
当需吹灰、拨火、除渣、安装或检修螺旋除渣机时,通道净距应能满足操作的要求。
第13。
2。
13条烟囱上装设的飞行标志障碍灯，应根据锅炉所在地航空部门的要求决定。
障
碍灯应为红色,装设在烟囱顶端不应少于2盏，并应考虑维修方便.
第13.2。
14条砖砌或钢筋混凝土烟囱应设置避雷针或避雷带，可利用烟囱爬梯作为其引下
线，但必须有可靠的连接。
第13。
2。
15条燃气放散管的顶或其附近应设置避雷针，其针尖高出管顶不应小于3m，并使
其保护范围高出管顶不应小于1m。
第13.2。
16条燃油锅炉房贮存重油和柴油的金属油罐，当其顶板厚高不小于4mm时，可不
装设避雷针,但必须接地,接地点不应少于2处。
回答者：
ronnie_-探花十级1—1920:
59
把烟气排入高空的高耸结构。
能改善燃烧条件，减轻烟气对环境的污染。
分类有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢烟囱三类。
砖烟囱高度一般不超过50米，多数呈圆截锥形，外表面坡度约为2.5％，筒壁厚度约为240～740毫米，用普通黏土砖和水泥石灰砂浆砌筑。
为防止外表面产生温度裂缝,筒身每隔1.5米左右设一道预应力扁钢环箍或在水平砖缝中配置环向钢筋.位於地震区的砖烟囱，筒壁内尚须加配纵向钢筋。
为减少现场砌筑工作量，可采用尺寸较大的组合砌块、石块、耐热混凝土砌块砌筑。
钢筋混凝土烟囱多用於高度超过50米的烟囱。
其优点是抗风、抗震性能好，施工简便，维修量小。
外形为圆截锥形,沿高度有几个不同的坡度，坡度变化范围为0～10％。
筒壁厚度约为140~800毫米,混凝土标号为200～300号。
钢筋混凝土烟囱按内衬布置方式的不同，可分为单筒式、双筒式和多筒式.单筒式烟囱。
内衬紧靠外筒，并将内衬和保温层直接支承於外筒壁向内挑出的环形挑头上。
其特点是结构简单、造价低,但应注意外筒的防护,免受烟气侵蚀.双筒式烟囱。
内衬筒与外筒完全分开，两筒间留有较宽的通风检修通道。
内衬筒可以分段支承於外筒壁上，也可以做成独立自承重形式。
其特点是外筒壁基本上不受烟气的温度作用和烟气的侵蚀。
多筒式烟囱。
用在多台锅炉合用一个烟囱并要求烟囱顶部烟气的出口流速基本保持不变的情况。
一般每台锅炉设置一个排烟管.排烟管分段支承於各层平台上，也可全部直接支承於基础上。
（见彩图秦岭电厂多管式烟囱）
目前,中国最高的单筒式钢筋混凝土烟囱为210米.最高的多筒式钢筋混凝土烟囱是秦岭电厂212米高的四筒式烟囱。
现在世界上已建成的高度超过300米的烟囱达数十座,例如米切尔电站的单筒式钢筋混凝土烟囱高达368米。
钢烟囱钢烟囱自重小,有韧性,抗震性能好，适用於地基差的场地；但耐腐蚀性差，需经常维护.钢烟囱按其结构可分为拉线式、自立式和塔架式。
拉线式钢烟囱。
耗钢量小，但拉线占地面积大，宜用於高度不超过50米的烟囱。
自立式钢烟囱。
一般上部呈圆柱、下部呈圆截锥形，筒壁钢板厚6～12毫米,建造高度不超过120米。
塔架式钢烟囱。
与塔架式排气塔相似，整体刚度大,常用於高度超过120米的高烟囱。
塔架式钢烟囱由塔架和排烟管组成，塔架是受力结构，平面呈三角形或方形。
塔架内可以设置一个或几个排烟管。
基础分刚性基础和钢筋混凝土基础。
刚性基础一般都用於高度较小，地基条件较好的烟囱，其材料为砖、片石、片石混凝土和混凝土。
钢筋混凝土基础在烟囱中使用最普遍，其形式有：
单独基础、平板式基础、肋板式基础和薄壳基础.单独基础一般使用於塔架式钢烟囱。
平板式基础又有圆板和环板之分,这种基础在烟囱中使用最广，其特点是受力简单，施工方便，耐久性好，板内受力钢筋可施加预应力。
肋板式基础和薄壳基础施工较复杂，但混凝土用量少，其中薄壳基础的受力较合理，但结构耐久性稍差.
基础埋深不应小於周围建筑物和构筑物基础的埋深，通常都在2~5米之间，在有地下烟道的情况以及对於高度超过150米的烟囱，尚须适当加深。
烟囱基础
应建於可靠的地基上。
烟囱荷载对地基土的影响深度约等於0。
8～1.5倍基础直径,土层情况应通过各种勘探手段充分掌握,要求土层均匀,无不良下卧层，持力层有足够的承载能力。
当在不良地基上建造烟囱时，须根据需要和土层具体情况采取必要的地基加固措施（见化学加固法、地基处理），有时还须采用桩基础或深基础.
设计特点除满足强度要求外,钢筋混凝土和砖烟囱尚须控制裂缝开展宽度。
烟囱结构与相邻建筑物间应留沉降缝，基础的倾斜和沉降量也有限制。
钢烟囱尚应核算结构的稳定性。
为确保施工安全，钢筋混凝土高烟囱有时需核算施工阶段的结构振动（或稳定）。
烟气对烟囱的影响必须考虑。
结构材料的受热温度要有限制。
结构不均匀受热引起的温度应力有时会成为设计的主要因素。
要考虑烟气的侵蚀作用,这种作用不仅与烟气的含硫量有关，而且还与烟气的湿度、露点温度和压强相关.烟气的含硫量越高，露点温度越低，相对湿度和烟气压力越大，则烟囱越容易被腐蚀。
施工方法砖烟囱以前都采用外脚手架施工，需要大量材料,并且搭设和拆除工作量大，已逐渐被淘汰。
目前对小型砖烟囱多采用内井架升降操作台或无脚手架内插杆操作平台施工，对直径较大的砖烟囱则采用内井架提升内操作台或外吊篮操作台施工.
钢筋混凝土烟囱采用滑升模板或竖井架翻模施工.钢烟囱多在地面组装后用卷扬机整体起吊就位，小型钢烟囱也可用起重机直接起吊安装就位。
锅炉房烟囱设计
新建锅炉房的烟囱设计应符合下列要求:
1．燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱高度的规定：
1）每个新建锅炉房只允许设一个烟囱，烟囱高度可按表8.4。
10-1规定执行。
表8.4。
10—1燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度（GB13271-2001）
锅炉房装机总容量
MW
<0。
7
0.7~<1.4
1。
4~〈2.8
2.8~〈7
7～<14
14～<28
t/h
〈1
1～〈2
2~〈4
4～<10
10～<20
20～≤40
烟囱最低允许高度
m
20
25
30
35
40
45
2）锅炉房装机总容量>28MW（40t/h）时，其烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于45m。
新建烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物3m以上。
燃气、燃油（轻柴油、煤油）锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于8m.
2．各种锅炉烟囱高度如果达不到上述规定时,其烟尘、SO2、NOx最高允许排放浓度，应按相应区域和时段排放标准值50％执行。
3．出力≥1t/h或0.7MW的各种锅炉烟囱应按《锅炉烟尘测试方法》（GB5468）和《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157—2001）的规定，设置便于永久采样孔及其相关设施。
4．锅炉房烟囱高度及烟气排放指标除应符合上述1～3款（摘自GB13271-2001）的规定外,尚应满足锅炉房所在地区的地方排放标准或规定的要求。
5．烟囱出口内径应保证在锅炉房最高负荷时，烟气流速不致过高，以免阻力过大;在锅炉房最低负荷时，烟囱出口流速不低于2.5~3m/s,以防止空气倒灌。
烟囱出口烟气流速参见表8。
4.10-2，烟囱出口内径参见表8.4。
10—3和表8。
4。
10-4.
表8。
4.10-2烟囱出口烟气速表（m/s）
运行情况
全负荷时
最小负荷时
机械通风
12~20
2。
5~3
微正压燃烧
10~15
2.5～3
表8.4。
10-3燃煤锅炉砖烟囱出口内径参考值
锅炉房总容量（t/h）
≤8
12
16
20
30
40
60
80
120
200
烟囱出口内径（m）
0.8
0.8
1.0
1.0
1。
2
1.4
1。
7
2.0
2。
5
3.0
表8。
4.10—4燃油、燃气锅炉钢制烟囱出口内径参考值
单台锅炉容量[t/h（MW）]
1（0。
7）
1。
5（1。
05）
2（1。
4）
3（2。
1）
4（2.8）
5（3。
5）
6（4.2）
烟囱出口直径（m）
0。
25
0.30
0.35
0。
45
0.5
0。
55
0。
60
单台锅炉容量[t/h（MW）］
8（5。
6）
10（7.0）
12（8。
4）
15（10。
5）
18（12.6）
20（14）
烟囱出口直径（m）
0。
70
0.80
0.85
0。
90
0.95
1。
00
6．当烟囱位于飞行航道或飞机场附近时，烟囱高度不得超过有关航空主管部门的规定。
烟囱上应装信号灯，并刷标志颜色.
7．自然通风的锅炉，烟囱高度除应符合上述规定外，还应保证烟囱产生的抽力，能克服锅炉和烟道系统的总阻力。
对于负压燃烧的炉膛，还应保证在炉膛出口处有20~40Pa的负压。
每米烟囱高度产生的烟气抽力参见表8。
4。
10—5.
表8.4。
10—5烟囱每米高度产生的抽力（Pa）
烟囱内的烟气平均温度
（℃）
在相对湿度φ=70%，大气压力为0.1MPa下的空气比重
1.420
1.375
1。
327
1。
300
1.276
1。
252
1。
228
1.206
1。
182
1.160
1。
137
空气温度（℃）
—30
-20
-10
-5
0
+5
+10
+15
+20
+25
+30
140
5.65
5。
15
4。
70
4.42
4.15
3。
91
3.68
3。
45
3。
20
3。
00
2.77
160
5.97
5。
50
5。
02
4.75
4.51
4.27
4。
03
3。
81
3。
57
3。
35
3.12
180
6.31
5。
85
5.37
5。
10
4。
86
4.62
4.38
4。
16
3。
92
3.70
3。
47
200
6.65
6。
20
5。
72
5。
45
5.21
4。
97
4。
73
4。
51
4。
27
4.05
3。
82
220
6。
98
6.50
6。
02
5.75
5。
51
5.27
5.03
4。
81
4。
57
4.35
4.12
240
7.28
6。
78
6。
30
6.03
5.79
5.55
5。
31
5.09
4.85
4。
63
4.40
260
7.55
7。
05
6。
57
6.30
6。
06
5。
82
5。
58
5。
36
5.12
4。
90
4。
67
280
7。
80
7.28
6.80
6.53
6。
29
6。
05
5。
81
5.59
5。
35
5.13
4.90
300
8。
00
7.51
7.03
6.76
6。
52
6.28
6.05
5.82
5。
58
5.36
5。
13
320
8.20
7.72
7.4
6.97
6。
73
6.49
6。
25
6.03
5.79
5.57
5.34
8．燃油、燃气锅炉烟囱底部应设置泄油装置或泄水装置。
对于在不同季节或不同时段热负荷变化大，烟囱设置可采取下列方案:
1．每台锅炉分别设置独立烟囱；
2．当锅炉房有多台锅炉，但只允许建一座烟囱时，可采取下列措施：
将每台锅炉独立的排烟管组成外形一体的组合烟囱;
在圆筒形或矩形烟囱内设置隔板,分成各自独立的流道，分别连通各台锅炉的排烟管，构成分流烟囱。
3．在烟囱出口设置能防护高空气流影响的烟囱帽罩,帽罩结构宜不影响排烟的抬升高度.
烟囱出口内径d（单位为m）可按下列两种方式计算:
1．计算方法一:
d=
BjnVy（tc+273）
（8。
4。
12—1）
3600×273×0。
785×ω0
式中
Bj
—
每台锅炉计算的燃料消耗量,对不同炉型的锅炉房应分台计算（kg/h）或（m3/h）；
n
—
合用同一烟囱的锅炉台数；
Vy
-
烟囱出口计入漏风系数的烟气量（状态）（m3/kg）或（m3/m3）；
tc
—
烟囱出口处烟气温度（℃）；
ω0
—
烟囱出口处流速（m/s）,可按表8。
4。
10—2选用。
2．计算方法二：
ndVyi
（8。
4.12-2）
d=
3600×0.785×ω0
式中
nd
-
由一个烟囱负担的锅炉在额定出力下的总蒸发量值（t/h）；
Vyi
-
每小时产生1t蒸汽的估算烟气量（m3/h），可由表8.4.2—2查得。
烟囱的阻力计算：
1．烟囱的摩擦阻力Pycm（单位为Pa）：
Pycm=λ
Hωpj2
ρpj
（8。
4。
13—1）
dpj2g
式中
λ
-
烟囱摩擦阻力系数，砖烟囱或金属烟囱均取λ=0。
04;
dpj
—
烟囱平均直径（m），dpj=（d1+d2）/2，式中d1，d2分别为烟气出口、入口的内径；
H
—
烟囱高度（m）；
ωpj
—
烟囱内烟气平均流速（m/s）；
ρpj
-
烟囱内烟气平均密度（kg/m3）。
2．烟囱出口阻力Pycc（单位为Pa）：
Pycc=A
ωc2
ρc
（8.4.13-2）
2
式中
A
—
烟囱出口阻力系数，A=1。
0；
ωc
—
烟囱出口烟气流速（m/s）;
ρc
烟囱出口处烟气密度（kg/m3）。
3．烟囱总阻力Pyc（单位为Pa）:
Pyc=Pycm+Pycc
（8.4。
13-3）
砖烟囱和钢筋混凝土烟囱的结构应符合下列要求：
1．砖烟囱的最大高度不宜超过50m。
2．烟囱下部应设清灰孔，清灰孔在锅炉运行期间应严密封好（可用黄泥砖密封）。
3．烟囱底部应设置比水平烟道入口低0.5~1。
0m的积灰坑。
4．当烟囱和水平烟道有两个接入口时，两个接口一般应相对设置,并用与水平烟道成45º角的隔板分开，隔板高出水平烟道的部分，不得小于水平烟道高度的1/2。
5．烟囱应设置维修爬梯和避雷针。
钢烟囱的设计应符合下列要求:
1．钢烟囱应有足够的强度和刚度，烟囱壁厚要考虑一定量的腐蚀裕度，当烟囱高度为20～40m，直径为0.2~1。
0m时，无内衬的筒体壁厚取4～10mm,有内衬的壁厚取8～18mm。
2．当烟囱高度和直径之比超过20时，必须设置可靠的牵引拉绳，拉绳沿圆周等弧度布置3～4根.
3．烟囱与基础连接部分一般制作锥形，支撑板厚度一般为20～40mm。
4．带内衬的钢烟囱,内衬可分段支承,每段长4～6m，内衬和筒体之间保持20～50mm的间隙，并应在顶部装防护环板将内衬盖住。
5．钢烟囱宜选用由专业厂加工制造的焊制不锈钢烟囱。
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