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煙囪（讀音yān cōng）,是最古老、最重要的防污染裝置之一。這一慨念是1200 多年前由敘利亞人、埃及人以及猶太商人從東方引入西歐的。主要作用是拔火拔煙,排走煙氣,改善燃燒條件。按材料一般分為磚頭砌筑、鐵質、石棉、陶質,這幾種一般用在小的場所,如家庭、辦公室等。

煙囪的發(fā)明極早。當原始人發(fā)現(xiàn)火時,同時發(fā)現(xiàn)了這樣一個道理:哪里有火,哪里必有煙。最早的煙囪即是室內的通氣孔。當把"火"帶進室內做飯和取暖時煙也隨之而入。這就迫使人們不得不設法在屋頂和墻壁上開些通氣孔,以此來驅除屋內的煙霧。這種方法作為一種規(guī)范的人類實踐活動已保留了幾十萬年。人類曾花了很長的時間來改進大煙囪。過去學術界普遍認為:人類文明的發(fā)源地埃及和美索不達米亞氣候溫暖,因而家庭取暖也就沒有成為一個緊迫的問題。最后,一個法國考察隊宣布他們在幼發(fā)拉底河上游挖掘龐大的廢墟城市馬里時,發(fā)現(xiàn)了一座配備著許多煙囪的約有4000 年歷史的宮殿。從而使上述觀點得到改變。誠然,羅馬人在發(fā)展設計新穎的熱氣取暖系統(tǒng)時,也大大地改進了煙囪。但目前流行的觀點仍認為,"煙囪"這一慨念是1200 多年前由敘利亞人、埃及人以及猶太商人從東方引入西歐的。

目前,中國最高的單筒式鋼筋混凝土煙囪為210米。最高的多筒式鋼筋混凝土煙囪是秦嶺電廠 212米高的四筒式煙囪�，F(xiàn)在世界上已建成的高度超過 300米的煙囪達數(shù)十座,例如米切爾電站的單筒式鋼筋混凝土煙囪高達368米。

分類

一般有磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪和鋼煙囪三類。

其材質一般分為幾種:磚頭砌筑、鐵質、石棉、陶質,這幾種一般用在小的場所,如家庭、辦公室等。

工業(yè)用煙囪多為圓柱體,上細下粗,一般用在工業(yè)的大廠房,如大鍋爐、冶煉廠、電廠等;我國農(nóng)村地區(qū)的土灶和北方土炕的煙囪多為磚砌方形。

鋼煙囪 steel chimney

砼煙囪

水泥煙囪

方煙囪

筒壁材質為鋼材的煙囪。

鋼筋混凝土煙囪 reinforced concrete chimney

筒壁材質為鋼筋混凝土的煙囪。

磚煙囪 brick chimney

筒壁材質為磚砌體的煙囪。

自立式鋼煙囪 selfsupporting steel chimney

筒身在不加任何附加受力支撐條件下,與基礎一起構成一個穩(wěn)定結構的鋼煙囪。

拉索式鋼煙囪 guyed steel chimney

筒身與拉索共同組成穩(wěn)定體系的鋼煙囪。

塔架式鋼煙囪 framed steel chimney

筒身與塔架共同組成穩(wěn)定體系的鋼煙囪。

單筒式煙囪 single tube chimney

內襯分段支承在筒壁上的普通煙囪。

套筒式煙囪 tube-in-tube chinlney

筒壁內設置一個排煙筒的煙囪。

多管式煙囪 multi-flue chimney

兩個或多個排煙筒共用一個筒壁或塔架組成的煙囪。

煙囪效應是室內外溫差形成的熱壓及室外 風壓共同作用的結果,通常以前者為主,而熱壓值與室內外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明,室內溫度越是高于室外溫度,建筑物越高,煙囪效應也越明顯,同時也說明,民用建筑的煙囪效應一般只是發(fā)生在冬季。就一棟建筑物而言,理論上視建筑物的一半高度位置為中和面,認為中和面以下房問從室外滲入空氣,中和面以上房間從室內滲出空氣。

負面影響

在煙囪效應的作用下,室內有組織的自然通風、排煙排氣得以實現(xiàn),但其負面影響也是多方面的:首先,風沙通過低層部分各種孔洞、縫隙吹入室內,消耗熱量并污染室內;其次,風通過電梯井由底層廳門人口被抽到頂層的過程中,導致梯門不能正常關閉;第三,當發(fā)生火災時,隨著室內空氣溫度的急劇升高,體積迅速增大,煙囪效應更加明顯,此時,各種豎井成為拔火拔煙的垂直通道,是火災垂直蔓延的主要途徑,從而助長火勢擴大災情。有資料顯示,煙氣在豎向管井內的垂直擴散速度為3-4m/s,意味著高度為100m的高層建筑,煙火由底層直接竄至頂層只需30s左右。如果燃燒條件具備,整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。為有效減弱煙囪效應產(chǎn)生的負面影響,可采取以下一些措施。

采取措施

1、在冬季,空氣主要是通過各種外門從底層流入室內,最直接的方法是將建筑通向外界的所有門,盡可能地設置成兩道門、旋轉門、加裝門斗或在外門內側設置空氣幕等,這對于大廳門尤為必要,對于那些次要通道連同地下停車場的外門口等,在冬季也要裝門,至少應增掛厚門簾。在冬季,電梯井頂部的通風孔應適當向小調整或關閉。

2、對于已采暖的建筑物,盡量不使低層部分的室內溫度高于高層部分。

3、當火災發(fā)生時,不僅在任何季節(jié)通過各類豎井產(chǎn)生煙囪效應,而且還可能在小范圍內通過穿越樓板的空調管道,甚至是一些不引人注意的孔隙產(chǎn)生煙囪效應。對此,《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(GB50045-1995)有以下明確規(guī)定。

(2)"建筑高度不超過100m的高層建筑,其電纜井、管道井應每隔2~3層在樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔;建筑高度超過100m的高層建筑,應在每層樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔"。因施工缺陷、橋架和管道根部形成的各種孔隙,必須用不燃燒材料填塞密實。

煙囪是一種排除工具,用來排除由火引起的氣體或煙塵。是一種把煙氣排入高空的高聳結構。能改善燃燒條件,減輕煙氣對環(huán)境的污染。

高層建筑煙囪設計

綜述

胡瑜想

中南建筑設計院

改革開放以來,各地的高層建筑象雨后春筍般地矗立起來,根據(jù)中國國情,現(xiàn)在絕大部分高層建筑的熱源還是考慮使用燃油或燃煤鍋爐或溴化鋰機組,其機房的煙囪尤其是燃煤鍋爐房的煙囪的設置,往往是設計者十分頭痛的問題,若建獨立煙囪,因其均在鬧市區(qū),寸土寸金,不可能單獨設立,且造價昂貴,若做附壁煙囪,在設計或施工中出現(xiàn)錯誤,將會造成不可挽救的經(jīng)濟損失,如武漢某單位28層住宅樓的附壁磚煙囪,就是因為設計與施工均存在一定問題而使煙囪和住宅墻面開裂,煙氣向各個房間滲透,煙囪無法修理和使用,而重新再做了一個鋼制煙囪附墻。造成經(jīng)濟損失幾十萬元。

在設計實踐中,我們吸取他人的經(jīng)驗教訓,根據(jù)現(xiàn)場情況,千方百計,大膽創(chuàng)新,采用新技術,并且嚴格要求施工單位按圖施工,解決了高層建筑煙囪設計的一些問題,幾個工程經(jīng)各有關部門竣工驗收合格,運行幾年,沒有問題,有的還獲得了省優(yōu)秀設計二等獎(湖北省建設銀行辦公樓、國際金融貿(mào)易大廈),取得了很好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

內筒設置煙囪

中國建設銀行湖北省分行辦公大樓(也稱湖北國際金融大廈)是武漢地區(qū)首批高層建筑之一,該大廈主樓廿六層,高近百米,由于當時的能源政策限制,只能采用煤作燃料,然而,由于該大廈地處武漢市繁華的鬧市中心——中南路口,環(huán)境保護要求特別高,而燃煤鍋爐又不適于布置在樓頂,只能考慮布置在裙房一層,根據(jù)《鍋爐塵排放標準》本工程鍋爐房煙囪可按30M設計(總容量5t/h),但由于本大廈高近100M,且周圍也有中南商業(yè)大樓(高約50M)和規(guī)劃中的物貿(mào)大廈,中商廣場(后來均已建成),上述排放標準也同時規(guī)定"在煙囪周圍半徑200M的距離內有建筑物時,煙囪高度一般應高出最高建筑物三米以上"。有人希望我們按30M設計,這樣建設單位可以節(jié)省不少投資,我們設計起來也方便得多,如果我們在"一般"和"應"上做文章,請求環(huán)保部門降低要求也不是沒有可能的,但我們認為,以環(huán)境保護的高度出發(fā),從城市發(fā)展的長遠觀點著想,從鍋爐房煙氣對本大廈的影響考慮——因為鍋爐房位于本大廈之西北,而鍋爐運行時間又多在冬季,煙氣對大廈的損害是不言而喻的——將鍋爐煙囪建得更高一點有百利而無一害的,因此,我們決定還是將鍋爐房煙囪設計為高出本大廈3米。然而,真正設計起來就困難重重了,首先,本大廈是武漢市首批標志性建筑之一,是湖北省建設銀行的辦公大樓,城市規(guī)劃要求外裝修豪華壯觀,因而在方案設計是,由于種種原因,沒有考慮設置高出屋面3米煙囪的位置,

施工圖若考慮附壁磚煙囪或鋼煙囪不僅破壞建筑形象,而且結構上也無法處理。其次,若建獨立磚煙囪,造價將高達百萬元,且受地方限制,做起來與整幢建筑也不協(xié)調,有煞風景,若考慮附在裙房上,連起碼的30M也達不到,怎么辦?經(jīng)我們多次與土建工程師磋商,終于在主樓內筒靠電梯井的地方擠出一塊面積約2.5M2的三角形位置決定將煙囪設置在此。

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(chǎn)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(chǎn)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,而我們要保護的對象是大樓的整個內筒以至整個大廈,為此,我們特將空氣隔熱層增加一倍,防止煙氣熱量向內筒傳導而產(chǎn)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,如果不說明,誰也不知道,本大樓的煙囪就設置在主樓的內筒靠過道的地方。幾年的運行證明,此法不僅解決了高層建筑設置煙囪的難題,為建設單位節(jié)省了大量投資(與獨立煙囪相比,節(jié)省3/4,約70萬元,與附壁煙囪相比,節(jié)省的1/3,達30萬左右。)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益,而且,更重要的是,由于煙囪很高,消除煙氣對周圍的污染,產(chǎn)生了更明顯的環(huán)境效益。

外墻設置附壁煙囪

湖北省郵電管理局所建華美達大酒店,是一座二十八層,高一百多米的大型建筑,鍋爐房設置在四層裙房,三臺油鍋爐總煙道正好位于大樓外墻一角,我們同樣在墻角切了一個面積約2M2的三角形,因其在外墻,熱應力影響比內筒小,故空氣隔熱層僅70MM,其余辦法均與湖北國際金融大廈相同,但鍋爐運行后,發(fā)現(xiàn)臨煙囪的房間較高,后經(jīng)分析勘察,發(fā)現(xiàn)施工單位在砌煙囪內壁耐火磚時,根本沒按煙囪砌筑工藝施工,甚至連內壁上的腳手架孔都沒堵上,還有250×200MM的大洞幾個寬20MM的縫隙達幾十米,后經(jīng)堵洞補孔,并采限了一些別的措施,房間濕度才降下來,達到正常使用要求。

設備附墻不銹鋼煙囪

河南鄭州金博大城,鍋爐房設在裙房一層,鍋爐房與三十三層商住樓相連,原設計寫字樓四十六層,煙囪附寫字樓而上,但由于某些原因,寫字樓只建了幾層,商住樓又已建成,經(jīng)研究,決定做不銹鋼煙囪附在商住樓墻上,采取了下述措施。

1、為避免普通鋼的銹蝕而造成煙囪更換費用高,經(jīng)測算,決定采用不銹鋼制。

2、為減少造價,少用不銹鋼材采取短節(jié)法蘭安裝方法,即兩法蘭之間距離僅為2米,在法蘭上支撐煙囪,從而減少下層煙囪的壁厚,按計算,若煙囪重量都落在地基上,下層煙囪壁厚要十幾毫米,采用上述辦法,上下煙囪的壁厚均為4-5MM。支撐和固定均用不接觸煙氣的普通鋼材。

3、煙囪上采取熱補償措施,防止因煙囪固定支撐之間的熱膨脹而引起破壞。

該鍋爐房運行幾年,一切正常。

四附壁磚煙囪施工中應注意的幾個問題。

1、一定要請具有筑爐或煙囪施工的專業(yè)隊伍施工。

2、內壁一定要保證平滑,密實不允許滲煙,以減少熱傳導。

3、空氣隔熱層寬度一定要保證不允許兩隔熱層面凹凸不平。

4、絕對不允許在砌內壁耐火磚時在內壁上搭腳手架,只能搭在外壁上,因為腳手架孔是無法堵嚴的。

5、監(jiān)理公司一定要時時監(jiān)察,否則后患無窮,如武漢華美達大酒店運行后,因不能停爐,檢查起來十分困難,堵洞補孔更加困難,而且效果也不好。

高層建筑是中國近年來發(fā)展的新鮮事物,隨著四化建設的進一步深入,一座座高樓撥地而起,由于一般都建在人口稠密的大城市,而中國的城市由于歷史原因暫時還很少有供熱中心,因之鍋爐是不可缺少的,怎樣解決高層建筑中的煙氣排放(即煙囪設計)問題,是一個很棘手的課題,弄不好,禍及當代,殃及子孫,但只要我們認真研究,大膽創(chuàng)新,精心設計,精心施工,解決這一問題還是不難的。

井字架和外架區(qū)域場地平整夯實-→井字架基礎澆150mm厚C30砼-→墊架板搭架-→砌筑煙囪筒身-→砌筑耐火磚-→填充膨脹珍珠巖隔熱層-→向上翻架-→在標高2.1 m處搭設安全網(wǎng)-→內架搭設-→筒體砌筑。

施工準備

① 先定煙囪中心、軸線位置、標高尺寸。中心澆灌砼固定一根鋼筋,劃出十字線,確定中心位置,并用鋼板制成的鐵斗蓋在上邊保護。② 制作5個靠尺板。把1·0m長、150mm寬、25mm厚木板刨光,先用墨斗彈出中心線,然后按2·5 %做出坡度。③ 制作線錘。用鋼板焊成錐形,內澆砼做成線錘,重3 kg~5 kg,線錘用16#鉛絲懸吊在輪度板中心,與中心樁對中確定中心。④ 制作輪度板。把4·0 m長,100 mm寬,50mm厚木板刨光,上邊以中心為軸設置一長2.2 m,寬150 mm,厚30 mm木板,其上按煙囪斜度2.5 %刻分格,旋轉輪度板用以測量煙囪外圈圓周。⑤ 制作井字架頂橫梁,用2根金屬架桿焊成,中間固定2個滑輪,1個設在井字架中心,1個設在井字架邊沿。⑥ 制作磚吊籠,用d8 mm鋼筋焊成,每次限吊30塊磚。⑦ 制作砂漿桶,每次限吊0.05 m3以下。⑧ 制作異徑橫桿,用管徑50 mm和60 mm的鋼管的分別裁成1·0m~1.5 m長,并在上邊鉆孔,插套起來,用鋼筋插銷固定就成為一組橫桿。它的特點是可以伸縮,使用方便。

砌筑工程

先擺3層磚排縫,環(huán)狀垂直縫應交錯1/2磚,輻射縫應交錯1/4磚;1/2磚用量不得超過30 %,1/4磚以下的磚禁止使用,檢查無誤后再砌筑。一邊砌磚,一邊用水平尺、靠尺板檢查,砌完300 mm后,即砌5層磚后,砌耐火磚300 mm,中間填充膨脹珍珠巖,每天砌筑1.2 m高為宜。豎向鋼筋和環(huán)形溫度鋼筋以及爬梯的安裝設置要符合設計要求。每砌完一步架用輪度板垂吊線錘檢查中心及圓周,并用經(jīng)緯儀檢查。10·0 m以下,每5·0 m高沿筒周間隔1·0 m留設120mm×10mm溫度縫,上下錯開砌筑,變截面處也留設溫度縫。

搭架工程

① 先將煙囪四周平整夯實,井字架基礎澆灌150 mm厚C30砼,然后墊木板,搭井字架和六角形金屬外架20·0 m高,井字架要挨緊煙囪爬梯處,先搭23·0 m高。② Ⅰ號煙囪的井字架設在煙囪北部,卷揚機設在井字架東邊;Ⅱ號煙囪的井字架設在煙囪西北部,卷揚機設在井字架西邊,詳見圖1(第33頁)。③ 架子離開煙囪外圍最少200 mm,架板用50 mm厚木板搭設,不得有探頭板,以對接板為宜,掛上立式安全網(wǎng)。井字架每隔10·0 m拉一道纜風繩,在3·0 m和10·0 m處外挑掛6·0 m寬安全網(wǎng)2道。④ 在標高21·0 m處挑掛6·0 m寬安全網(wǎng)1道,這道安全網(wǎng)內圈用d6 mm鋼筋固定在磚煙囪上,方法是利用磚煙囪上細下粗的特點,在高處拴好向低處下降自然捆緊。外圈用架桿支撐,拆除時從爬梯口剪斷就自動離散。這樣一來,20·0 m以下金屬架就可以提前拆除,便于周轉。⑤ 標高20·0 m以上砌筑用里腳手架,搭設時用2根異徑橫桿,并用木楔塞緊架眼與橫桿。在標高30·0 m以下可在橫桿上綁架桿,鋪設木制架板,使之成弧度形。在標高30·0 m以上由于筒徑變小,可把架板直接鋪在2根異徑橫桿上,用12號鉛絲把架板綁牢。砌筑翻架時,留下此2根異徑橫桿,退架時從上到下,邊退邊拆,邊補架眼。井字架搭設高度,每次至少比煙囪高2步架。

模板工程

在標高26.7 m和39.5 m處各有圈梁1道,先綁扎鋼筋,支模時可選用450mm×100mm或者600mm×100mm的鋼模。先固定內模,用木龍骨和架桿支撐,12#鉛絲拉結。外模放在事先在筒身上預埋的d10mm間隔500mm外露60mm的鋼筋頭上,用12#鉛絲與內模拉結,并用鋼絲繩、手搬葫蘆在外圍固定。澆灌完畢后,拆掉內外模再砌磚。

鋼筋工程

筒身豎向鋼筋為d10mm間隔500mm,鋼筋搭接長度為40d(不含鉤),為便于高空作業(yè),鋼筋長度以3·0 m~4·0 m為宜。環(huán)形溫度鋼筋為d8 mm間隔250 mm,變截面處500 mm范圍內鋼筋為d8 mm間隔125 mm,鋼筋搭接長度為40d(不含鉤),爬梯安裝要上下一致,最上部要對準固定后再焊接。

工程質量

目標及質量保證措施

1、材料的質量一定要符合設計及規(guī)范要求,要有合格證和試驗報告。

2、砂漿和砼事先有試配比通知單,施工中要計量準確,按規(guī)定留設試塊,檢測砂漿和砼強度。

3、砌筑先排底,按規(guī)范排好縫,砂漿飽滿度要求達到95 %以上,要經(jīng)常用靠板靠,線錘吊,水平尺測平,圓度規(guī)(輪度板)測圓。

4、認真開展自檢、互檢、專職檢的三檢制,邊干邊檢,做好原始記錄,嚴格按照規(guī)范和操作規(guī)程要求進行施工。

5、認真計算好各個高度的煙囪直徑,便于隨時抽檢,嚴格控制標高、軸線,做好書面和口頭質量交底工作。

施工安全

1、煙囪工程屬高處作業(yè),平臺上下操作區(qū)域的周圍均應搭設安全網(wǎng),防止人員及物品高處墜落而導致事故的發(fā)生。鋼管豎井架人行出入凵四周采用金屬保護網(wǎng)主要是利用金屬的剛性大、變形性小的特性,防止落物傷人。

2、采用電動(液壓)提�；蚧瑒幽０骞に囀┕�時,整個系統(tǒng)是在現(xiàn)場組裝而成,且在運行中會出現(xiàn)操作平臺上的堆載不均勻和提升或滑升過程中設備不同步等現(xiàn)象,使系統(tǒng)的上升阻力和設備的負荷增大,為保證整個系統(tǒng)安全使用,應在提模或滑升前做1.25倍的滿負荷靜載試驗和1.1倍的滿負荷滑升試驗。