摘要：在工業建筑工程設計中,我們常遇到鋼筋混凝土煙囪的設計。煙囪屬于高聳構筑物,它不同于一般建筑結構,由于橫截面與高度比相對較小,風和地震作用是其主要荷載,且具有高柔、外露、無圍護等特點,因此,設計中必須處理許多特殊問題。本文介紹了鋼筋混凝土煙囪設計中的高度、結構裂縫、煙囪縮徑的控制、內筒設置煙囪、煙囪的防腐等若干問題。

　　關鍵詞：鋼筋混凝土煙囪,結構,高度,防腐

　　一、鋼筋混凝土煙囪一般結構

　　鋼筋土煙囪具有對地震的造應性強、使用年限長等優點，但需耗用較多的鋼材、造價較高。鋼筋混凝土煙囪筒身高度一般為60~250m，底部直徑7~16m，筒壁坡度常采用2%，筒壁厚度可隨分段高度自下而上呈階梯形減薄，但同一分段內的厚度應相同，分段高度一般不大于15m，當采用滑模施工時筒壁厚度不宜小于160mm。筒壁混凝土內的縱向鋼筋最小直徑為10mm，間距為300~500mm，環向鋼筋最小直徑為8mm，最大間距為250mm，且不得大于筒壁厚。筒身頂部4~5m為筒首，為防止排出氣體對鋼筋混凝土的侵蝕，該段斷面一般均要加厚，外表增做裝飾花格。

　　二、煙囪高度設計問題

　　煙囪高度所形成的抽力用于：克服煙氣流動過程中的總壓力降、服空氣通過燃燒器的壓力降、保證爐膛內具有一定的負壓爐子本身高度所形成的抽力用于：輻射室高度所形成的抽力，克服空氣通過燃燒器的阻力。對流室高度所形成的抽力，用來保證輻射室頂的負壓和克服煙氣通過對流室的壓力降的一部分。

　　高度的確定方法：

　　1、列總抽力與煙氣流動的總壓力降恒等式求得。

       2、需考慮到安裝、環保及檢修等方面的問題。子本身的抽力抽力由爐內煙氣密度與大氣密度的差而引起表達式為：煙囪抽力對流室的抽力煙氣流動的壓力降：

　　1、沿煙道流動的壓力降;

　　2、流過擋板、轉彎或截面變化等局部的壓力降;

　　3、流過對流室管排的壓力降;

　　4、過空氣預熱器的壓力降(有預熱器時)。

　　決定煙囪高度的其它因素：

　　a.不低于附近的蒸餾塔等設備的頂標高，以避免火災;

　　b.圓筒爐煙囪的最低高度應能利用煙囪上的爐管吊環吊出輻射爐管;

　　c.受航空方面的限制;

　　d.受環境保護方面的限制，必須根據環境保護法規定的要求計算煙囪高度。

　　三、煙囪結構裂縫問題

　　鋼筋混凝土煙囪內襯、隔熱材料的導熱系數按規范取值不太合適。因為規范規定的內襯、料導熱系數是按干容重狀態下的取值,而實際狀態恰好相反,煙囪內煙氣是呈飽和狀態的,對水膜式除塵器除塵的煙氣則更是如此,當內襯層受煙氣蒸泡后,導熱系數就遠大于規范中所提供的數值。此外,煙囪在施工過程中,濕態外筒壁混凝土使封閉的隔熱層受潮,加上常用的隔熱材料(如礦棉、巖棉等)吸濕性較強,導熱系數必然遠大于規范中給出的干態值。設計中均要根據內襯、隔熱材料的性能和煙氣運行條件適量放大干態下的導熱系數,放大倍數根據經驗取1.5~3倍不等。如煙囪高150 m,內襯采用粘土質耐火磚,隔熱層采用水泥珍珠巖制品,規范提供的導熱系數λ分別為粘土質耐火磚0.93,水泥珍珠巖制品0.16,而在設計中則分別取3.86、0.32。

　　日照溫度和煙氣溫度取值不當也是煙囪出現縱向裂縫的因素之一。工藝提供的煙氣溫度設計值均以正常運行工況為準,實際生產過程中溫度因各種原因會產生變化,尤其是當發電系統發生事故后,煙氣溫度可能有較大的提升。在引進外資的項目中,由外方提供的煙氣設計溫度均考慮了事故煙溫,大大高出國內同類型項目中所采用的標準。因此,工程設計中,應適當提高煙氣設計溫度。至于提高多少為宜,需同工藝共同研究。目前,許多電力設計院將煙氣設計溫度在工藝提供的煙氣溫度上提高10%。此外,無煙氣影響的冷筒階段,混凝土筒壁溫度變化受日照、風速、風向及周圍環境等因素的影響(其中日照影響隨季節變化)。由于壁溫的變化,筒壁內外應力狀態也相應變化,時而出現拉應力而出現壓應力,兩者隨著季節的推移而交替變化著,對筒壁內表面,溫度應力取決于日照溫差,按照規范規定,外筒壁最高溫度采用夏季極端最高氣溫一般在40℃左右,而夏季太陽照射煙囪混凝土外筒壁的最高溫度可達50~70℃或更高這時,筒壁內外溫差將大于按大氣溫度計算的溫差如果設計中考慮不當,必將造成煙囪還沒有投入運行,內筒壁便開裂的不良后果。

　　四、煙囪縮徑的控制措施

　　1、收分計算要正確。模板收分的尺寸可根據每次提升的高度和煙囪設計的坡度,求出半徑收分的尺寸,即煙囪半徑收分尺寸是滑模每次提升高度乘以煙囪設計坡度;采用移置模板施工時,模板收分尺寸可根據每節筒身模板的高度和煙囪設計坡度,求出半徑收分尺寸,即煙囪半徑收分尺寸是每節筒身模板的高度乘以煙囪設計坡度。

　　2、收分控制要嚴格。模板的收分控制通過安裝在操作平臺輻射梁上的調徑裝置來實現,調徑裝置由專人負責。每提升一次模板,即準確按計算收分尺寸擰動一次調徑裝置的絲杠,完成一次收分。采用移置模板施工時,每節筒身模板以下節模板邊緣為標準,根據計算收分尺寸,準確算出混凝土新澆筑面標高的筒身實際半徑,以此固定內外模板,完成一次收分。

　　3、收分測定要準確。每提升兩次或移置模板施工每節筒身的移置模板都要嚴格檢查一次模板的半徑,檢查方法是按新澆筑面標高的筒身計算半徑,在尺桿上做出標記,采用激光鉛直儀或吊線法找中,然后實測模板的半徑和幾何中心并做記錄,作為繼續提升或下節筒身移置模板調整半徑的依據,實測半徑要符合設計要求,模板幾何中心對煙囪中心的偏差不超過5mm。

　　五、內筒設置煙囪問題

　　某建筑內筒設置煙囪，在中國以至于亞州也還是個新問題，首先，煙氣對內筒產生的熱應力影響就很大，其次，鍋爐房并非在主樓樓層內，而是在裙房里，距內筒尚有幾十米水平距離，煙道必須通過標準層的幾個房間，將對這些房間產生影響。特別是鍋爐一般冬天運行較多，煙囪內外溫差更大，為避免其影響，將煙囪作如下處理：

　　1、參照普通煙囪的建造方法，將空氣隔熱層擴大為100MM，普通磚煙囪的空氣隔熱層為50MM，它是為保護煙囪外壁而設置的，而此工程要保護的對象是大樓的整個內筒以至整個建筑，為此，特將空氣隔熱層增加一倍，防止煙氣熱量向內筒傳導而產生熱應力破壞。

　　2、砌筑與煙囪等高的耐火磚內壁，普通煙囪內壁，煙氣濕度在500℃以下時采用紅磚，顯然不能保證煙囪外壁濕度與室溫相當，耐火磚的密實程度和隔熱性能比普通紅磚好多了，能有效地阻止煙氣濕度影響內筒。

　　3、煙囪與煙道連接處設置伸縮縫，煙道(鋼制)采取了嚴格的保溫措施。

　　4、煙囪外壁(即內筒墻壁用耐火砼澆筑，更進一步消除煙氣的影響。 采取上述措施，完全避免了煙囪內外溫差對主樓內筒的影響。

　　六、煙囪的防腐蝕問題

　　煙囪的防腐蝕設計，應考慮下列因素：煙囪內煙氣的腐蝕等級;結構重要性;煙囪的運行方式(經常性或間隙性運行方式);煙囪內是否有結露現象;技術經濟比較;檢修條件。煙囪的腐蝕，主要包括自然環境腐蝕和排氣筒內的煙氣腐蝕，煙囪的防護設計，也主要是針對這兩種腐蝕的防護，本文主要討論煙囪排氣筒內壁針對煙氣腐蝕的防護設計。

　　工藝專業應選擇合適的煙氣流速及溫度，采用適當的煙氣凈化工藝，以降低煙氣濕度;建筑專業在排氣筒外壁采取適當的保溫措施，以確保煙氣在排氣筒流動過程中不結露或盡可能少結露。在工程設計中，采取這些措施后，可以認為正常生產狀態下產生的煙氣，對鋼材的腐蝕作用，可以得到有效控制。

　　通常，對于采用半干法或干法煙氣凈化工藝，在正常生產狀態下產生的煙氣，排氣筒鋼管采用普通碳素鋼，排氣筒內壁不采取任何防護措施，排氣筒壁外裹隔熱保溫層。隔熱保溫材料多為礦棉或玻璃纖維，厚度根據熱工計算確定，應能使排氣筒內煙氣溫度在設計允許的范圍內，排氣筒隔熱保溫層外的溫度不高于45℃。采用半干法或干法煙氣凈化工藝，在非正常生產狀態下(如試運行、啟動、停爐等時期)煙氣的成分、溫度、流速等諸參數可能達不到設計指標，盡管這種狀態不會持續很長時間，但由此導致的煙氣對排氣筒的腐蝕的可能性是存在的。因此，還需要采取一些輔助防護措施。依據煙氣對排氣筒的腐蝕作用的大小，在結構計算所需排氣筒鋼管壁厚的基礎上，增加一定厚度，即“腐蝕厚度裕度”，使煙囪在結構設計使用年限內，扣除因煙氣腐蝕而損失的鋼管壁厚度后，所剩下的鋼管壁厚度，依然能使鋼管具有足夠的強度、剛度、穩定性，能滿足結構安全使用的需要。

　　結束語

　　煙囪是工業與民用建設中不可缺少的構筑物,近十年,由于工藝要求和單機組容量的增大,以及世界各國對環保要求的提高,使煙囪不斷向高的方向,向多筒、多管方向發展。綜上所述,煙囪的高度、筒壁、內襯和隔熱層的材料及厚度、煙囪的防腐都是是搞好鋼筋混凝土煙囪設計的重要環節。

　　參考文獻

　　[1]王肇民.高層結構設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.

　　[2]張相庭.工程結構風荷載理論和抗風計算手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2010.

　　[3]覃麗坤，宋玉普，姚家偉.鋼筋混凝土煙囪設計理論初探[J].遼寧工學院學報，2009(10).

　　[4]陸卯生.火力發電廠高煙囪設計的回顧和展望[J].西安建筑科技大學學報，2010(10).

　　[5]魏利金.管鋼煙囪設計[J].特種鋼結構，2011(09).

　　[6]覃麗坤，宋玉普，姚家偉.鋼筋混凝土煙囪設計理論初探[J].遼寧工學院學報，2011(19).

　　[7]蔡洪良，陳飛，宋聲.多管式鋼內筒煙囪結構設計計算2011(09).特種結構，2008(09).