时间：2023-11-15 15:17:32
关键词：扩建工程；2×1000MW机组；烟囱倾斜；测量方法
1 工程概述
广东大唐潮州三百门电厂位于潮州市饶平县柘林镇，规划装机容量为2×600MW+2×1000MW+4×1000MW燃煤发电机组，#3、#4机组（2×1000MW）一期扩建工程占地面积约13.5公顷。本发电厂#3、#4机组烟囱为双钢内筒钢筋混凝土结构。该烟囱混凝土结构部分设计标高为233m，钢内筒结构部分设计标高240m，烟囱±0.00标高相当于1985年国家高程5.3m。烟囱底部设计直径为26.8m，顶部设计直径为19.0m，该烟囱设计等级为一级。为了保证电厂施工质量和安全稳定运行，必须对其烟囱进行倾斜观测。
2 工程地质条件
本工程厂址范围内场地的地层岩石主要为第四系覆盖层和燕山早期黑云母花岗岩（γ52（3）），第四系覆盖层有人工成因、海相沉积和残积成因等类型土层。人工成因的土层为素填土，海相沉积成因的土层主要为砂土和粘性土，残积成因的土层主要为花岗岩风化形成的砂质粘性土。下伏基岩主要为燕山早期黑云母花岗岩（γ52（3）），地质情况复杂。
3 测量仪器设备
对广东大唐潮州三百门发电厂#3、#4机组烟囱倾斜测量过程使用的是徕卡TCR1201+型全站仪配合专用棱镜组，该仪器标称测角精度为1″，测距精度为±（1+1.5PPm×D）mm。所有仪器设备均经过计量认证部门检定合格后使用。
4 烟囱倾斜测量方法
根据《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）的相关规定，当从建筑或构件的外部观测主体倾斜时，宜选用以下经纬仪观测法：
4.1投点法
观测时，应在底部观测点位置安置水平读数尺等量测设施。在每测站安置经纬仪投影时，应按正倒镜法测出每对上下观测点标志间的水平位移分量，再按矢量相加法求得水平位移值（倾斜量）和位移方向（倾斜方向）。
4.2 测水平角法
对塔形、圆形建筑或构件，每测站的观测应以定向点作为零方向，测出各观测点的方向值和至底部中心的距离，计算顶部中心相对底部中心的水平位移分量。对矩形建筑，可在每测站直接观测顶部观测点与底部观测点之间的夹角或上层观测点与下层观测点之间的夹角，以所测角值与距离值计算整体的或分层的水平位移分量和位移方向。
4.3 前方交会法
根据《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）对倾斜观测方法的说明，结合现场实际情况，对广东大唐潮州三百门发电厂#3、#4机组烟囱的倾斜测量采用前方交会法进行测量。广东大唐潮州三百门发电厂#3、#4机组烟囱在施工过程中，分别在烟囱外部0m截面、30m截面、160m截面及231.5m截面均埋设有倾斜测量标志作为烟囱倾斜测量之用。
前方交会法测量烟囱倾斜的基本原理是：如图1及图2所示，在A、B两个已知倾斜观测基准点上分别安置全站仪，测量烟囱不同截面上所埋设的观测标志与AB基线的夹角，通过夹角计算出各水平截面的中心点 的坐标。由于中心点无法直接测量，故运用前方交会法，先后在A、B两点的视线分别与某一高度水平截面烟囱的两个外缘相切。
通过测量A测站两切线 、 与AB基线及B测站两切线 、 与BA基线边计算得到所夹的水平角平均值 和 ，该水平角平均值 和 即为烟囱某一高度水平截面中心点 与AB基线的交会内角。然后根据以下所列的前方交会法公式（1）及（2）计算出烟囱某一高度水平截面中心 的平面坐标（ ， ）以及烟囱底部中心点 的平面坐标（ ， ），以烟囱底部中心点 的坐标作为倾斜偏移值计算的基准，根据公式（3）计算出 与 之间的距离，以此得到烟囱某一高度水平截面中心相较于烟囱底部中心的偏心距离 。
……………（1）
……………（2）
……………（3）
图1 前方交会法测量烟囱任一截面中心坐标示意图 图2 烟囱倾斜观测点布置示意图
根据现场情况，对烟囱的倾斜监测过程以厂区控制网中的编号为SD001、SD005、SD006及SD007 的4个观测墩，以及所布设的编号为Z1及Z2的2个一级导线点作为烟囱倾斜观测的基准点来开展倾斜观测工作，其平面坐标系统为大唐潮州三百门电厂独立坐标系统，各观测基准点的数据见表1。
5 测量结果分析
通过倾斜观测基准点，以所列倾斜观测原理为指导，对广东大唐潮州三百门发电厂#3、#4机组烟囱底部、30m截面、160m截面及231.5m截面4个截面进行测量并计算得到各截面处中心的坐标，然后计算出各截面中心相对于烟囱底部中心的倾斜偏心距离、烟囱中心倾斜率及倾斜角度等烟囱偏心元素汇总入表2。
6结论
《烟囱工程施工及验收规范》（GB 50078-2008）对钢筋混凝土烟囱筒身规定的中心线垂直度偏差允许值见表3。
高度300m 125
根据表4的规定，计算得到钢筋混凝土烟囱30m高处截面中心的倾斜偏心允许值为30mm，160m高度处截面中心的倾斜偏心允许值为78mm，231.5m高度处截面中心的倾斜偏心允许值为102mm。
根据测量结果，大唐潮州三百门电厂#3、#4机组烟囱30m截面、160m截面及231.5m截面中心处的倾斜偏心值分别为5.6mm、21.1mm及56.8mm。
由此可见，在观测期内，大唐潮州三百门电厂#3、#4机组烟囱3个截面的倾斜偏心距离均未超过《烟囱工程施工及验收规范》（GB 50078-2008）规定的允许值范围。
参考文献：
[1]《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）；
[2]《工程测量规范》（GB 50026-2007）；
（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）
（ShandongElectricPowerEngineeringConsultingInstituteCorp.，Ltd.，Ji´nan250013，China）
摘要：现今大型燃煤火力发电厂采取一系列严格的大气污染防治措施后，主要大气污染物排放达到超低排放要求。在此前提下，利用SCREEN3估算模式预测不同烟囱高度下主要大气污染物最大落地浓度及出现距离，对烟囱高度进行了优化论证，为工程环评提供参考。
Abstract:Aftertoday´slarge-scalecoal-firedpowerplantstakingaseriesofstrictairpollutioncontrolmeasures,theemissionsofmajorairpollutantsachieveultra-lowemissionrequirements.SCREEN3estimationmodelisusedtopredictthemaximumconcentrationoflandingandtheemergencedistanceofairpollutantsunderdifferentstackheights,thechimneyheightisoptimizedandproved,whichprovidesreferencefortheEIA.
关键词 ：超低排放；烟囱；优化
Keywords:ultralowemission；chimney；optimization
中图分类号：TM62文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）21-0092-02
0引言
现今大型燃煤火力发电厂在设计中均采取一系列严格的大气污染防治措施：高效静电除尘器、SCR法脱硝、石灰石-石膏湿法脱硫、湿式静电除尘器等。经处理后的各项大气污染物排放量大幅降低，削减至原来的十分之一左右，SO2、NOX和烟尘的排放浓度可满足超低排放的要求，对环境的影响也大大降低。在此前提下，是否仍要采取较高的烟囱排放，成为一个现实的问题。如果烟囱高度可以适当降低，可以大大节省工程投资、建设工期等，具有良好的经济效益。因此，有必要对烟囱高度进行优化论证。
本文选取1000MW燃煤火力发电机组，利用《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ/T2.2-2008）推荐的SCREEN3估算模式分别预测了210m、240m烟囱高度的情况下，主要污染物最大落地浓度及出现距离。通过比较不同高度情况下主要污染物最大落地浓度及出现距离的差异，分析其对环境的影响程度，综合考虑环境效益、经济效益等方面，分析烟囱高度优化的可行性。
1主要大气污染物治理措施
除尘系统采用低低温五电场静电除尘器，脱硫后设置湿式静电除尘器，确保烟囱出口烟气粉尘浓度?燮5mg/Nm3。
脱硫系统采用石灰石-石膏湿式烟气脱硫装置，全烟气量脱硫，采用一炉一塔方案，不设GGH，无旁路，控制SO2排放浓度≤35mg/Nm3。
氮氧化物控制采用低氮燃烧技术，同步安装选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝装置，控制NOX排放浓度≤50mg/Nm3。
2烟囱高度优化论证
2.1估算方案及参数选择
本工程产生的大气污染物主要为SO2、NO2、PM10，根据《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ/T2.2-2008），利用Screen3估算模式估算不同烟囱高度，在简单平坦地形、模式嵌入的多种气象组合条件下的每种污染物的最大地面质量浓度占标率Pi（第i个污染物），及第i个污染物最大地面质量浓度出现距离。扩散参数按农村考虑。
污染物的最大地面质量浓度占标率Pi计算公式如下：
式中：Pi——第i个污染物的最大地面质量浓度占标率，%；Ci——采用估算模式计算出的第i个污染物的最大地面质量浓度，mg/m3；C0i——第i个污染物的环境空气质量浓度标准，mg/m3。
本工程环境空气质量执行《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，具体限值见表1。
本工程采用双套筒烟囱（烟囱内径为2×8.3m），考虑本工程为2×1000MW机组的情况，烟囱高度按210m、240m分别估算。本文选取燃烧设计煤种时SO2、NOx两项大气污染物进行比较分析。本工程污染物源参数见表2、3。
2.2估算结果
2.2.1SO2落地浓度估算结果
经估算，在不同烟囱高度情况下，燃烧设计煤种时，SO2落地浓度估算结果如表4。
2.2.2NO2落地浓度估算结果
经估算，在不同烟囱高度情况下，燃烧设计煤种时，NO2落地浓度估算结果如表5。
2.3估算结果对比
由表4、5可见，不同烟囱高度情况下，估算结果对比见表6。
3结语
在采取各项严格的大气污染物治理措施后，各项大气污染物排放浓度大大降低，远低于国家标准限值。污染物最大落地浓度及占标率均很低。在此前提下，210m烟囱与240m烟囱相比，主要污染物最大落地浓度占标率相差不超过3%，差别很小，最大落地浓度出现距离相差也不大。在工程投资方面，210m烟囱与240m烟囱相比，建设费用大约能节省700余万元，具有较好的经济效益。由此分析，在采取各项严格的大气污染物治理措施后，烟囱高度具备优化至210m的条件，可以作为工程环评的参考。
烟囱高度的最终确定，应收集近三年来连续一年的逐日逐时气象参数，利用详细预测模式预测污染物落地浓度，并与环境现状监测值、在建或关停项目的增减值叠加后，综合判断污染物落地浓度是否达标及占标率情况，并结合当地环境管理的具体要求确定。烟囱高度应经过环评充分论证，由环保主管部门最终确定。
参考文献：
[1]国家发改委.发改能源【2014】2093号《关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》的通知》.
[2]环境保护部.HJ2.2-2008，环境影响评价技术导则大气环境[S].
关键词 砖烟囱 定向爆破 拆除 施工方案
中图分类号：TU746.5 文献标识码：A
1 工程概况
因山西晋阳碳素有限公司生产经营需要，厂区原使用的一座砖烟囱停止使用，该公司决定将其拆除。烟囱为砖混结构，用标准红砖水泥砂浆砌成，烟囱筒身为圆筒形结构，筒身没有裂隙，风化程度轻。总高度为45m，底部直径为3.5m。东面烟囱往东15m是厂区公路再往东为一片70m的开阔场地；南面10m是废弃厂房；西面烟囱往西15m是生产车间；北面25m是生产车间。烟囱烟道和出灰口紧贴地面呈东西走向，烟道和出灰口宽度为0.6米高为0.6米。烟囱5米处壁厚为0.73m（红砖0.37m +内衬0.24m +间隙0.12m），周长11m。
2 总体设计方案
根据厂区场地情况，采用正梯形爆破切口使烟囱定向向东倾倒。因现场场地为水泥硬化地面，为防止烟囱倒地时对地面的破坏和减小塌落震动，在爆破前把烟囱倒地的地面用黄土铺垫，厚度为1.5m。对爆破面所对应的（0.24m）内衬进行预拆除。
3 爆破缺口形状、尺寸和爆破参数
3.1缺口圆心角和缺口高度的确定
3.2爆破切口形状
烟囱周围有生产车间，为严格控制烟囱的倒塌方向，本次爆破切口设计采用正梯形缺口。上边4.5m，下边6.5m。
3.3爆破切口离地面的高度
烟囱的烟道和出灰口为东西走向，不会对爆破产生影响。爆破切口确定在+0～1.5m处，爆破缺口高度h：根据实际经验h≥（1.5～3.0） ，式中 为壁厚 =0.73m，h≥（1.1～2.2）m取h=1.5m.
3.4定向窗
在保证烟囱爆破前稳定的前提下，为获得良好的爆破效果，实现烟囱准确顺利倒塌，爆前在切口两侧开凿定向窗。为加快施工进度决定开凿定向窗时采用爆破松动，再人工或机械修整。定向窗尺寸为宽0.5m，高0.7m.
3.5 减荷窗
为减小爆破量控制爆破有害效应，在倒塌中心线为中心开凿宽度1.0m的减荷窗。（即烟囱烟道位置）
3.6 爆破参数设计
3.6.1炮孔布置
爆破切口砖墙均采用三角形布孔，底排炮孔距地面0.15m
3.6.2炮孔深度
根据实际经验结合烟囱结构，炮孔深度L=（0.65～0.7） ， 为壁厚， =0.37m炮孔深度取L=0.26m.
3.6.3炮孔间距和排距
砖砌结构采用三角形布孔时炮孔间距a=（0.8～0.9）L；排距 b=（0.9～1.2）L故取a=0.25m； b=0.30m
3.6.4孔径和孔数
水平钻孔，炮孔直径为40mm，炮孔数目如下：炮孔排数n1=（1.5-0.15）/0.30+1=5排；每排炮孔个数为10个；则炮孔总数目为50个。
3.6.5装药量
采用浅孔爆破砖砌烟囱时，单位炸药消耗量k=800g/m3。总爆破体积为1.5m5m37m=3.3m3，炸药总用量Q=2.0kg，单孔装药量2.0kg/50个取Q单=40g。
3.7装药方式与起爆网络
3.7.1采用每孔内装2发8#电雷管
孔内雷管采用并联孔与孔采用串联；装药采取连续装药方式。装药完成后使用黄土堵塞。
3.7.2起爆时使用1000容高能起爆器
4 爆破前出灰口堵塞和预拆除
（1）为防止爆破时烟囱后座，对爆破切口对面的出灰口使用红砖和标号C40的水泥砂浆砌堵，宽度为1.0m，凝固期不少于48小时。
（2）对烟囱的避雷地线进行切割；对烟囱爆破位置的内隔热层进行预拆除，隔热层预拆除面积不少于爆破面积。
5安全校核与安全防护
5.1爆破震动校核
根据爆区周围情况可见，爆破震动对周边的影响比较复杂。周边厂房距爆区最近为15米，参照《爆破规程》的观定允许震速为≤3.0cm/s.根据爆破震动计算公式：
式中V为质点震动速度cm/s；K为与传播介质系数K=200；K1为修正系数取0.5；Q为单次起爆装药量kg；R为爆破中心到测点的距离m； 为衰减系数取1.5；得V=1.1cm/s。所以本次爆破不会对周围建筑物造成危害。
5.2塌落震动防护
为防止塌落震动的危害，在烟囱倾倒方向地面铺设黄土，厚度为1.5m；长度为30m；宽度为7-10米。
5.3爆破飞石防护
爆破飞石的飞散距离是划定爆破安全警戒范围的主要依据，所以对爆破飞石必须进行加强防护。具体措施为：在布置炮孔的位置使用3～4层湿草帘进行一次包裹；再用废旧的胶皮带进行二次包裹；最后加2层草帘外用塑料篷布包裹。（做飞石防护要注意保护起爆网络，并固定牢固）
6爆破效果分析
【关键词】电厂脱硫烟囱防腐；技术探讨
目前，脱硫技术已达200多种。根据脱硫过程所处的不同阶段，可分为燃烧前脱硫（如煤炭固硫技术等），燃烧中脱硫（如炉内喷钙技术）和燃烧后脱硫即烟气脱硫，其中烟气脱硫技术是目前控制大气中SO2排放最有效和应用最广的一项脱硫技术。烟气脱硫按照脱硫方式和产物的处理形式划分，可分为干法、半干法和湿法3类。
一、石灰石/石膏湿法脱硫工艺过程简介
石灰石/石膏湿法脱硫。在发电厂燃烧的煤质中含硫燃料燃烧所产生的烟气中的二氧化硫是对环境及人类有害的物质，因此在烟气排放之前必须采取措施使其中二氧化硫含量降低至允许排放浓度以下。在现有的脱硫方法中，石灰石/石膏湿法脱硫工艺则通过烟气大面积地与含石灰石的吸收液接触，使烟气中的二氧化硫溶解于水并与吸收剂及氧气反应生成石膏，从而降低二氧化硫的浓度。除SO2外，HCl以很高的效率从烟气中去除。除氯化物外，一系列的不溶性组分，例如氧化铁，氧化铝和硅酸盐等随废水排放，以防止那些不需要的杂质在吸收塔中的浓度过高含硫燃料燃烧所产生的烟气中的二氧化硫是对环境及人类有害的物质，因此在烟气排放之前必须采取措施使其中二氧化硫含量降低至允许排放浓度以下。用达到很好的效果。
二、湿法石灰石洗涤法对烟道的腐蚀
湿法石灰石洗涤法是国外应用最多和最成熟的工艺，也是国内火电厂脱硫的主导工艺。湿法脱硫工艺主要流程是，锅炉的烟气从引风机出口侧的烟道接口进入烟气脱硫（FGD）系统。在烟气进入脱硫吸收塔之前经增压风机升压，然后通过烟气—烟气加热器（GGH），将烟气的热量传输给吸收塔出口的烟气，使吸收塔入口烟气温度降低，有利于吸收塔安全运行，同时吸收塔出口的清洁烟气则由GGH加热升温，烟气温度升高，有利于烟气扩散排放。经过GGH加热器加热后烟气温度一般在80℃左右，可使烟囱出口处达到更好的扩散条件和避免烟气形成白雾。GGH之前设的增压风机，用以克服脱硫系统的阻力，加热后的清洁烟气靠增压风机的压送排入烟囱。当不设GGH加热器加热系统时脱硫烟囱内的烟气有以下特点：（一）烟气中水份含量高，烟气湿度很大；（二）烟气温度低，脱硫后的烟气温度一般在40～50℃之间，经GGH加温器升温后一般
在80℃左右；（三）烟气中含有酸性氧化物，使烟气的酸露点温度降低；（四）烟气中的酸液的浓度低，渗透性较强。（五）烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸，它的化合温度约为60℃，低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是化合中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀。
三、较为经济可行的三种烟囱防腐方案
（一）硼酸砖内衬。影响烟囱防腐内衬的两个最大因素就是温度和化学介质的腐蚀，众所周知，玻璃鳞片涂层抗渗透性好，重叠排列的扁平玻璃鳞片形成致密的防渗层结构，形成迷宫效应，腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透须经过较长时间和复杂的路径，从而能都有效地抑制腐蚀介质地渗透速度。除了具有腐蚀性地化学介质渗透之外，还存在着水蒸气的渗透。通常高聚物材料的分子间距为 10A（1A=1*10-10 m），而对于水蒸汽来说，只要高聚物材料的分子间距达到 3A ，水蒸汽就能容易地透过高聚物的单分子层。若基础材料是碳钢，水蒸汽由于渗透而达到碳钢表面后，在氧气存在情况下，会由于电化学反应而生锈。而乙烯基的鳞片胶泥在固化后，乙烯基酯树脂的高交联密度可以有效地减弱水蒸气和腐蚀性化学介质的渗透，并由于其独特结构更能达到防渗和减渗的效果。所以以玻璃鳞片树脂为底涂，是对烟囱内筒强有力保护层，而对于高分子树脂，耐温性差的特点选用泡沫硼酸砖作为玻璃鳞片树脂的保护层，充分利用泡沫硼酸砖的导热性低的优点。因此结合鳞片耐腐蚀强和硼酸砖的超保温特性，在烟囱防腐中将具有极好防腐性能的玻璃鳞片作为底涂，将硼酸砖砌筑在外层保温，作为烟囱的防腐蚀衬里，同时解决了化学腐蚀和保温的问题，有效地延长了烟囱的使用寿命。
（二）烟囱内壁喷涂聚脲。聚脲材料介绍 烟囱内壁防腐可采用聚脲弹性体材料。该材料是由一种双组合、无溶剂聚脲喷涂涂料，经专用喷涂设备喷涂成型的弹性体材料。该材料是继高固体份涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低（无）污染涂装技术之后，为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。聚脲产品的特点 聚脲弹性体涂层具有优异的防水、耐腐蚀特性，同时具有优良的机械性能。该材料采用专用喷涂设备进行喷涂或浇注聚脲弹性体。该工艺不含溶剂、固化速度快、工艺简单，可很方便的在立面、曲面上喷涂十几毫米厚的涂层而不流挂。在国际上已被广泛应用于防水、防腐、建筑等领域。
四、烟囱设计应采取的措施
（一）脱硫出口烟道应采取的措施。接触湿烟气的烟道壁、导流板、支撑加固件上会留有液体，因此，烟道的设计要减少水淤积，要有利于冷凝液排王吸收塔或收集池；烟囱入口烟道要尽量不要用内部加固件，一般烟囱的入口宽度和烟囱的半径相等，这样可以加速烟气的旋流，有利于液滴沉积到烟囱壁上。
（二）吸收塔顶应设计临时烟囱。一般火力发电厂都是两炉公用一根烟囱，两个炉子同时停下来的机会是没有的，考虑到每台锅炉的检修时间，在每一台锅炉大修时，另一台锅炉在脱硫吸收塔顶的临时烟囱排放，利用一台锅炉检修的时间对烟囱进行重点的防腐，具有其可能性和使用性。有以上腐蚀原因和防腐材料可知，烟囱防腐在烟囱的中下部，做双层的重点防腐，烟囱的中上部可以做单层防腐处理，就可以很好的保护好烟囱。这样烟囱的施工相对简单，防腐时间大大缩短。
五、结论
烟囱即使构筑物又是设备，与锅炉同呼吸，但锅炉容易检修，而烟囱不容易检修，因此采用何种烟囱材料而保持烟囱长久运行任重道远，不能用很贵的也不能用很便宜的，要根据烟囱的类型合理的用材料。
参考文献：
[1]陈素珍《国电四川白马电厂23#机组烟囱防腐方案研究》全国电力脱硫论文集（2007）
[2]中国大唐集团科技工程有限公司 《中国大唐集团公司湿法烟气脱硫装置系统培训教材》 （2010修订版）
关键词:烟囱；静压；全压降
中图分类号：C32 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
【Abstract】Based on Aerodynamical Analysis for Boiler Equipments and AssociatedCalculation Methods in Technical Code for Design of Thermal Power Plant Air & Flue Gas Ducts / Raw Coal & Pulverized Coal Piping(DL/T5121-2000), this article analyzed calculation methods of static pressure and total pressure drop for chimney and described the differences of calculation methods and physical signification.
【Keywords】Chimney；Static Pressure；Total Pressure Drop
1、引言
当前火力发电厂300MW及以上机组，烟囱主要采用“锥形+直筒形”套筒烟囱、“直筒形”套筒烟囱两种形式，对于采用湿法脱硫装置且不设置GGH的项目，为防止酸液及石灰石浆液带出烟囱污染环境，开始采用 “大直径直筒+出口收缩段”套筒烟囱，本文主要结合《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程DL/T5121-2000》配套设计计算方法、《锅炉设备空气动力计算》，以“锥形+直筒形”烟囱为例，分析了烟囱的静压和全压降计算方法，并指出了两者的计算方法的差异及物理意义上的区别。对于其它型式的烟囱（指内筒型线），其实是直筒、锥形筒、内筒出口扩算段的不同组合方式，其计算方法与本文所述基本一致。
对于“锥形+直筒形”套筒烟囱、“直筒形”套筒烟囱，一般可通过在烟囱内筒出口设置扩散段，以达到消除或降低烟囱内筒静压的目的。对于采用湿法脱硫装置且不设置GGH的项目，采用 “大直径直筒+出口收缩段”套筒烟囱时，出口一般不再设置扩散段。为简化计算，本文列举的计算方法暂不考虑内筒出口扩算段回收烟气静压的作用。
《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程DL/T5121-2000》配套设计计算方法以下简称“烟规配套计算方法”、《锅炉设备空气动力计算》以下简称“空动计算”。
2、《烟规配套计算方法》中关于“锥形+直筒形”烟囱的计算
《烟规配套计算方法》中公式（T1.1-1）列出了烟囱内任一计算截面和烟囱出口截面热烟气的伯努利方程，表达如下：
P+hd= Pa0+ hd0+ΔhM+ gρyΔl……(T1.1-1)
Pa=Pa0+ gρaΔl……(T1.1-2)
上式中：
P、hd—计算截面上烟气的绝对静压和动压，Pa
Pa0、hd0—烟囱出口水平面上的大气压力（等于烟囱出口截面上的烟气绝对静压）和烟囱出口截面上的烟气动压，Pa
Δl—计算截面与烟囱出口截面间高度差（区段），m
ΔhM—在高度为Δl的烟囱区段内烟气流动时摩擦阻力损失，Pa
ρy—相应温度下的实际状态的湿烟气密度，kg/m3
ρa—为当地最热月平均温度对应的湿空气密度，在高度变化不大时，一般取值为常数，kg/m3
Δρ—当地最热月平均温度对应的湿空气密度与实际的湿烟气密度的差值，Δρ=ρa-ρy ，kg/m3
Pa—计算截面标高处的大气压力（即大气绝对静压），Pa
根据公式(T1.1-1)和公式(T1.1-2)，可列出烟囱内任一截面的相对静压（表压），表达如下：
ΔP= P-Pa=hd0-hd+ΔhM-gΔρΔl……(T1.1-3)
公式中：ΔP为烟囱内任一截面烟气相对对应截面标高处大气压力的相对静压（表压），Pa。
根据公式(T1.1-3)可以列出不同型式的烟囱或其组合烟囱内任一截面的相对静压值ΔP（表压，相对对应截面标高处的大气压力）。
1)“锥形+直筒形”烟囱的上部直型筒静压
ΔPT=gΔρΔlT(RT-1)……①
上式中：
ΔPT—“锥形+直筒形”烟囱的上部直型筒静压（表压），Pa
ΔlT—计算截面处距离烟囱出口处的高度，m，数据范围0～HT，HT为上部直型筒的高度；当ΔlT=HT时，公式①即为上部直型筒入口截面静压（表压）；
RT—上部直型筒体静压准则数，RT=λhd0/(gΔρD0)； D0为烟囱出口内径m，hd0为烟囱出口处动压hd0=ρyω02/2，Pa；ω0为烟囱出口烟气流速m/s；λ为摩擦阻力系数。
2) “锥形+直筒形”烟囱的下部锥形筒体静压
ΔPZU=gΔρHT(RT-1)+(1+λ/8i)(1-D04/D4)w02ρy/2-gΔρΔlZ……②
上式中：
ΔPZU—“锥形+直筒形”烟囱的下部锥形筒体静压（表压），Pa；
gΔρHT(RT-1) —上部直型筒入口静压（表压），即ΔlT=HT时的ΔPT，Pa；
i—下部锥形筒体的坡度；
D—下部锥形筒体计算截面处的直径，m；D=2iΔlZ+D0
ΔlZ—计算截面处距离锥形段烟囱出口处的高度，m，数据范围0～HZ，HZ为下部锥形筒体出口截面到主烟道中心线的的高度，当ΔlZ=Hz时，公式②即为主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的静压（表压）；
3) “锥形+直筒形”烟囱的入口异形件的进口截面处的静压
ΔPZua=ΔPZuD+hdD-(1-ξa)wa2ρy/2……③
上式中：
ΔPZua—“锥形+直筒形”组合烟囱的入口异形件进口截面的静压（表压）， Pa；
ΔPZuD—主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的静压（表压），Pa；
hdD—主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的动压 Pa，hdD=ρyωD2/2；式中ωD为主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的烟气流动速度，m/s；
ξa—烟囱入口异形件的局部阻力系数；
wa—烟囱入口异形件的进口截面（即为主烟道截面）的流速；
4) 计算方法说明
《烟规配套计算方法》中关于“锥形+直筒形”烟囱的计算的公式，实际上是利用伯诺利方程，分别写出了“锥形+直筒形”烟囱的上部直型筒、下部锥形筒体、烟囱的入口异形件进口截面的静压（表压，相对对应截面标高处的大气压力）。
(1) 对公式①进行合并化简后，可表达为如下公式：
ΔPT=λΔlT/D0×ρy×ω02/2-gΔρΔlT……④
上式中的第1项为直型筒计算段的摩擦阻力损失，第2项为计算段的烟囱自生通风力，直筒段的进出口截面相同因此其动压损失为0。
(2) 对公式②进行合并化简后，可表达为如下公式：
ΔPZU=ΔPT+ρy（w02-ωD2）/2+λ/8i×ρy（w02-ωD2）/2-gΔρΔlZ……⑤
上式中的第1项为直型筒入口截面的静压（表压），第2项为下部锥形筒计算段的动压损失，第3项为下部锥形筒计算段的摩擦阻力损失，第4项为下部锥形筒计算段的烟囱自生通风力。
(3) 对公式③进行合并化简后，可表达为如下公式：
ΔPZua=ΔPZuD+ρy（wD2-ωa2）/2+ξawa2ρy/2……⑥
上式中的第1项为烟囱底部（对应主烟道标高处的烟囱内筒截面）的静压（表压），第2项为烟囱入口异形件的动压损失，第3项为烟囱入口异形件的局部阻力损失。
将公式⑥展开各项后的公式表示如下：
ΔPZua=λHT/D0×ρy×ω02/2+ρy（w02-ωD2）/2+λ/8i×ρy（w02-ωD2）/2+ρy（wD2-ωa2）/2+ξawa2ρy/2-gΔρ（HT+HZ）……⑦
从上式可以看出，烟囱入口异形件进口截面的静压（表压）为上部直筒段的动压损失和摩擦阻力损失、下部锥形筒的动压损失和摩擦阻力损失、烟囱入口异形件的动压损失和局部阻力损失、烟囱有效的自生通风力的代数和。
如果将公式⑦进一步简化，公式表示如下：
ΔPZua=λHT/D0×ρy×ω02/2+λ/8i×ρy（w02-ωD2）/2+ξawa2ρy/2+ρy（w02-ωa2）/2-gΔρ（HT+HZ）……⑧
从上式可以看出，烟囱入口异形件进口截面的静压（表压）为上部直筒段的摩擦阻力损失、下部锥形筒的摩擦阻力损失、烟囱入口异形件的局部阻力损失、烟囱的动压损失（从烟囱出口截面至烟囱入口异形件进口截面）、烟囱有效的自生通风力的代数和。
对于其它型式的烟囱内筒型式，其实是直筒段、锥形段、烟囱内筒出口扩散段之间的不同的组合而已，可以参照上述计算方法进行。
3、《空动计算》中关于“锥形+直筒形”烟囱的计算
《空动计算》中公式1-1列出了任一烟风道各区段内的全压降，可列出如下伯努利方程：
P1g+(P0-ρa×g×Z1)+ρy×w12/2+ρy×g×Z1=P2g+(P0-ρa×g×Z2)+ρy×w22/2+ρy×g×Z2+ΔhM ……⑨
上式中：
P1g、P2g—计算的进出口截面的烟气的静压（表压，相对于计算截面标高处的大气压力），Pa
P0—海拔高度为0m时的环境大气压力，Pa
Z1、Z2—进出口截面的海拔标高，m
由公式⑨可推导出：
P1g-P2g=ΔhM+ρy×（w22-w12）/2-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）……
ΔHΠ=（P1g+ρy ×w12/2）-（P2g+ρy ×w22/2）=ΔhM-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）……
上式中：ΔHΠ—进出口计算截面的全压降，Pa
说明：公式所计算的P1g- P2g与《烟规配套计算方法》中公式（T1.1-3）所计算的ΔP，物理意义不同，当计算出口截面为烟囱出口截面时（P2g=0），两者计算的数据结果相同；公式即为《空动计算》中公式1-1，注意公式所计算的“（P1g+ρy ×w12/2）-（P2g+ρy ×w22/2）”采用的是表压（而不是绝压），由于不同截面处环境大气的绝度压力是变化的，两者的表压差和绝压差数据是不相等的。
《空动计算》2-44条讨论了烟囱的阻力计算问题，这里不再赘述，将其各项公式及条文的说明归纳汇总后，“锥形+直筒形”烟囱全压降可汇总如下：
ΔHΠ=λHT/D0×ρy×ω02/2+λ/8i×ρy（w02-ωD2）/2+ξawa2ρy/2+ξ0×ρy×w02/2-gΔρ（HT+HZ）……
公式中：ξ0为烟囱出口的局部阻力系数，根据《空动计算》2-44条，ξ0=1.0。
同时，《空动计算》中指出固定斜度的烟囱内的摩擦阻力，可按下面的近似公式确定：ΔP=λ/8i×ρy×w02/2，当没有关于烟囱结构资料时，初步计算阻力用的斜度值可取为0.02,同时也指出圆柱形烟囱内的摩擦阻力按λHT/D0×ρy×ω02/2计算。本文认为，在初步设计阶段或吸风机招标之前，锅炉专业应依据土建专业设计的烟囱结构形式（主要包括烟囱内衬材料、内筒支撑方式、内筒锥形筒体斜度。）来进行烟囱的全压降计算。随着机组容量及烟囱高度的增加，采用近似计算方法时“锥形+直筒形”烟囱全压降计算结果与实际数据的偏差比较大，将对吸风机的电动机功率产生较大的影响。
将公式减去公式，ΔHΠ-ΔPZua=ρy×ωa2/2，两者差值为烟囱入口异形件进口截面的动压。
4、两种计算方法的分析总结
在此可以列出烟囱各个截面的伯努利方程，来说明烟囱静压和烟囱全压降的关系，各个截面的定义参见附图，截面1为烟囱入口异形件的进口截面，截面2为烟囱内筒出口截面（此截面相对静压为0），截面3为假想烟气末端截面（此截面相对静压为0，流速为0，ρa=ρy），下角标1、2、3分别表示对应截面的物理参数，下角表g表示压力为表压。
由于环境大气压力沿海拔高度是变化的，为简化计算，大气的密度ρa在高度变化不大的范围内取值为常数。
1) 截面1和截面2之间的伯努利方程
P1g+(P0-ρa×g×Z1)+ρy×w12/2+ρy×g×Z1=P2g+(P0-ρa×g×Z2)+ρy×w22/2+ρy×g×Z2+Δh1-2 ……
公式中，Z表示对应截面的海拔高度，单位为m；Δh1-2为截面1和截面2之间的局部阻力损失与沿程摩擦阻力损失之和，单位为Pa；ΔH1-2表示截面1和截面2之间的全压降，单位为Pa。
根据公式可推导出截面1和截面2之间的静压差（表压差）和全压降公式：
P1g-P2g=Δh1-2+ρy×（w22-w12）/2-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）……
ΔH1-2=（P1g+ρy×w12/2）-（P2g+ρy×w22/2）=Δh1-2-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）……
2) 截面2和截面3之间的伯努利方程
P2g+(P0-ρa×g×Z2)+ρy×w22/2+ρy×g×Z2=P3g+(P0-ρa×g×Z3)+ρy×w32/2+ρy×g×Z3+Δh2-3 ……
根据公式可推导出截面2和截面3之间的静压差（表压差）和全压降公式：
P2g-P3g=Δh2-3+ρy×（w32-w22）/2-（Z3-Z2）g（ρa-ρy）……
ΔH2-3=（P2g+ρy×w22/2）-（P3g+ρy×w32/2）=Δh2-3-（Z3-Z2）g（ρa-ρy）……
对于截面2和截面3，P2g=P3g=0，w3=0；对于截面2和截面3之间，由于烟气和周围环境大气发生能量和质量的交换，ρy最终逐渐趋近于ρa，工程计算中忽略截面2和截面3之间由于密度差引起的自生通风力，即（Z3-Z2）g（ρa-ρy）=0。
根据公式和公式，截面2和截面3之间的伯努利方程可改写为：
ΔH2-3=Δh2-3=ρy×w22/2……
根据《空动计算》列出的公式中，将Δh2-3视为烟囱出口的局部阻力（ξ0×ρy×w02/2， 其中ξ0=1.0），因此两者的数值是相等的。
3) 截面1和截面3之间的伯努利方程
P1g+(P0-ρa×g×Z1)+ρy×w12/2+ρy×g×Z1=P3g+(P0-ρa×g×Z3)+ρy×w32/2+ρy×g×Z3+Δh1-3 ……
上式中：Δh1-3—为截面1和截面3之间的摩擦阻力损失和局部阻力损失，Δh1-3=Δh1-2+Δh2-3，Pa。
将公式移项变换或将公式+、+，即可得出截面1和截面3之间的静压差（表压差）和全压降公式：
P1g-P3g=[Δh1-2+ρy×（w22-w12）/2-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）]+[Δh2-3+ρy×（w32-w22）/2-（Z3-Z2）g（ρa-ρy）]……
ΔH1-3=[Δh1-2-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）]+[ Δh2-3-（Z3-Z2）g（ρa-ρy）] ……
根据P2g=P3g=0，w3=0，公式，并忽略截面2和截面3之间的自生通风力后，上述公式和公式即可化简为：
P1g-P3g= P1g-P2g =Δh1-2+ρy×（w22-w12）/2-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）……
ΔH1-3=Δh1-2+ρy×w22/2-（Z2-Z1）g（ρa-ρy）……
4) 计算方法总结
对照公式⑧与公式、公式与公式，分析其物理意义，《烟规配套计算方法》所计算的静压值实际是图中所示截面1到截面2之间各个截面的静压（表压，对应于计算截面标高处的环境大气压力），而《空动计算》中的计算实际是截面1和截面3之间的全压降，两者是不同的概念。
《烟规配套计算方法》所计算的静压数据用于判别烟囱计算截面的静压值，而《空动计算》所计算的烟囱的全压降用于吸风机的选型计算。
【参考文献】
钱成绪，火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL/T5121-2000）配套设计计算方法[S]，北京：中国电力出版社，2004.01-83
关键词：单筒烟囱，湿法脱硫，防腐改造
中图分类号：TM621文献标识码： A
1．概况
随着我国大中型火力发电厂数量的不断增多，由于火电厂锅炉燃煤在燃烧过程中排放出粉尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物。燃煤烟气中的二氧化硫是形成酸雨的主要成分，对环境污染日益加重。因此，对二氧化硫排放进行总量控制是国家节能减排的主要控制指标，所有新建火电厂都必须进行脱硫设计。并要求火电厂上脱硫设备减少粉尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物，限期进行整改。
目前我国各火电厂普遍采用的脱硫方式是石灰石-石膏湿法脱硫工艺，其工艺原理是将高温状态下的烟气与含有化学介质的水混合，使烟气中的SO2、SO3及HF等有害成份与介质发生反应，形成稀硫酸、稀盐酸及其它化合物。其脱硫效率可达95%以上，生成的副产品以石膏为主。
湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率仅为20%左右。经湿法脱硫处理后的烟气处于低温高湿状态，湿烟气中的水份接近饱和状态，烟囱入口温度约为50度左右。含有SO3、氟化氢和氯化物等物质的饱和水蒸气遇到温度低的筒壁时将快速冷凝，形成一种腐蚀性很高、渗透性很强的低温高湿稀酸型腐蚀环境，对烟囱内壁的腐蚀性及强。因此，烟气脱硫后，虽然能使大气环境得到改善，但对烟囱的腐蚀隐患并未消除，而且对烟囱抗腐蚀性能提出了更高要求。
针对这种情况，烟囱脱硫需要特殊设计。一般新建火电厂的脱硫烟囱大都采用钢套筒烟囱，既在混凝土外筒内又设计钢内筒烟囱，两筒分离，形成筒中筒结构，使结构承重与防腐内筒完全分离。而火电厂烟囱，由于设计使用年代久远，基本都是单筒烟囱，内衬大部分是粘土砖或耐酸砖。砌筑质量较差，很多内衬的灰缝都已脱落。尽管存在很多问题，但不可能由于要上脱硫工艺，而将烟囱拆掉重建。所以，在上湿法脱硫前应对火电厂烟囱进行改造处理，使之满足脱硫排烟工艺的要求。
2．脱硫改造存在的问题
火电厂脱硫改造的单筒烟囱问题较多，可以说这几年经改造处理的烟囱中，成功的少，问题烟囱多。可归纳以下几种问题：
2.1排酸液问题，由于原来的单筒烟囱都设有集灰平台，改成湿法脱硫后，大量酸液排不出去，造成烟囱零米处湿涝涝的，酸液到处流。烟道与烟囱交接处也是流淌的酸液，使其下的囱壁腐蚀变色。
2.2烟囱内壁防腐处理的问题，防腐做法种类很多，但经的住考验的不多，有些刚处理完，不到两个月就开始渗漏。由于单筒烟囱直接腐蚀筒壁，所以问题非常严重。
2.3 烟囱筒首结冰问题，饱和烟气含水分很大，在寒冷地区，烟气刚出烟囱口遇到冷空气后，筒首结冰严重。
2.4 如何界定改造后烟囱的使用年限问题。
3. 筒壁防腐设计
老式单筒烟囱的内衬防腐做法大都是：在混凝土内壁刷一层防腐涂料（九十年代前的烟囱不刷防腐层），做80厚憎水珍珠岩保温层，耐酸胶泥砌筑240（50米以下）毫米和120（50米以上）毫米厚轻质耐酸砖。沿高度每10米设一道牛腿（个别烟囱也有做到15米）支撑耐酸砖。对于非脱硫烟囱，上述这种做法是没有问题的，非脱硫烟气温度一般为1400C~1800C度。烟气干燥，温度较高，腐蚀性不是很强。从这几年改造的老厂烟囱来看，大都是七十年代到2006年间设计的烟囱。内衬砌筑质量不好，砂浆不饱满，有些地方根本就没有胶泥，越向上走，质量越差。个别烟囱内衬是红砖，砌筑为水泥砂浆。好在非脱硫烟囱的烟温较高，烟气流速快，尽管存在这样那样的缺欠，烟囱运行还算基本正常。
但烟囱一旦经过脱硫烟气，整个环境就发生根本性变化。烟温降低，湿度加大，筒壁结露严重。在冬季，气压比较低，很多烟囱都处于正压运行状况，更加剧了烟囱的腐蚀进度。目前老厂脱硫烟囱改造大体有以下三种做法：
3.1 保留原内衬方案，在原耐酸砖上粘贴泡沫玻璃砖（或其它材料）或喷涂APC杂化聚合材料。这种做法曾一度被看好，非常受到建设单位欢迎。原因是动作小，施工进度快，造价相对较低。将原防腐内衬喷砂处理后，直接粘贴或喷涂。但时间不长问题就出来了，很多烟囱处理后不到几个月，开始渗漏，有的烟囱渗漏的非常严重。由于是单筒烟囱，酸液很快通过筒壁渗到外面，整个烟囱就像长了“癣”，成了“花”烟囱，直接腐蚀烟囱的结构部分。分析原因，应存在以下问题：问题1，原内衬砌筑质量差，再好的防腐材料贴上去，也会脱落，像人们常说的“皮之不存毛将焉附”。问题2，粘贴质量无人监管，监理、质检员等形同虚设，越往高处越无人监督，全靠工人自身觉悟，现在有些公司，安装摄像头、录像。但质量还是很难控制。上万块砖有一块出现问题，就是一个漏点，很快就腐蚀一片。人员素质是一个方面，疲劳施工也会造成质量下降。这种工艺就很难避免不出现质量问题。问题3，节点处的问题，单筒烟囱牛腿处，往往是漏酸的薄弱点。大多数烟囱都是从这开始渗漏，原有烟囱牛腿处是一道变形缝，由于外筒是混凝土结构，内衬是砖结构，变形不一致。在混凝土壁内侧每隔10米设一道牛腿支撑砖内衬，使砖内衬完全依附在混凝土壁上，随混凝土壁变形。改造时，将滴水板凿去，变形缝封死，在其表面做一个软壳后再粘贴或喷涂。由于筒壁在风载作用下变形，牛腿处封闭的防腐材料势必要开裂，造成渗漏。由于上述问题的存在，造成这种工艺屡屡失败。
3.2 拆除原内衬方案，将原有内衬、保温层全部拆除，从新粘贴，将防腐砖直接粘贴在混凝土内壁上。该方案造价高，工期长，一般建设单位不大愿意接受。但从目前改造的几个烟囱来看，效果都很好。关键要掌握以下要点：在混凝土内壁上满涂硅胶，厚度在20毫米左右，然后再粘贴防腐砖。胶起到了防腐隔绝作用，涂胶工艺比粘贴砖质量要好控制的多，粘贴砖主要是起到保温和耐冲刷作用。由于是直接粘贴在混凝土内壁上，不需要留变形缝，也解决了原设计牛腿处变形缝的问题。实际拆除内衬并不很难，210米烟囱，拆除工期在20天左右。从目前已经完工的工程看，效果还可以。
3.3 拆除原内衬，在烟囱内做一个钛钢复合板内衬，钛钢复合板内衬采用自立式，拆除积灰平台，在烟囱零米做钢烟囱基础。采用液压顶升技术，将钢烟囱分节焊接，顶置筒首，在筒身高度范围设置几道止晃层，钢材采用钛钢复合板。该方案使用效果比较好，关键要注意焊缝的施工，从目前已经完工的工程看，目前还没有出现问题。
4．排酸液问题
脱硫烟囱的排酸液问题，一直以来都被火电厂运行高度重视，由于烟气中含水量很大，在吸收塔出口处水蒸汽含量在75mg/m3左右。处理不好，烟囱周边到处是水，而且腐蚀性很强。针对这一问题，目前的解决方法有以下两种：
4.1 保留原积灰平台方案，在单筒烟囱中，一般都设计有挡烟墙，在每侧挡烟墙内，至少设计两个排酸液管（直径>300mm），地面做混凝土找坡，坡向地漏，在找坡层上涂防腐硅胶（至少20毫米厚）粘贴泡沫玻璃砖或喷涂防腐涂料（APC杂化聚合材料）。烟道接口处，做400高挡水沿。排酸管要做保温或伴热，直接将酸液排至脱硫废水池内，经处理后，可以用于灰场和煤场洒水。另一种方式是将排酸液直接送回脱硫吸收塔内。
4.2 拆除积灰平台方案，防腐内衬设计成钛钢复合板内衬，将烟道口与钢烟囱内衬直接连接，将烟囱内的酸液排入烟道内，在烟道上留排酸管。该做法与钢套筒烟囱做法基本相同。酸液的处理同上。
上述两种方案，实际是针对采用不同的防腐内衬所对应的做法。换成钛钢复合板内衬，只能采用第二种方案。粘贴泡沫玻璃砖或喷APC杂化聚合材料就只能用方案一。
5．筒首结冰问题
单筒烟囱脱硫改造后，烟气湿度增大，在寒冷地区，冬季气温较低可达-300C以下，在未设GGH装置的脱硫系统中（目前国内的大部分电厂都不上该系统，主要原因是设备的成本高，每年的运行费用高，维护成本也很高，而且经常出现问题），烟气携带大量水蒸汽，通过烟囱向大气排放，当烟气从烟囱口排出后，由450C左右陡降至-300C左右，潮湿的烟气散落在筒口的周围，迅速形成水珠，伏着在混凝土筒壁上，由于气温较低，迅速结冰，随着烟气水珠不断增加，冰溜越来越厚，有的可达1米多厚，在筒首范围达3~5米，重量可达几十吨。由于烟囱较高，坠落下来的冰溜对来往的行人造成威胁，同时也对邻近的建筑物构成威胁。
目前处理筒首结冰的方法主要有以下三种方式：
5.1 在筒首安装电加热管，加热管外径12毫米，表面为耐酸镍基不锈钢材质。加工成S形，一端钩挂在筒壁上，另一端固定在信号平台上。沿加热管垂直方向布置两道固定卡子。加热管间距100毫米，沿烟囱圆周方向设3 个加热区，每个加热区120度，每个加热区独立供电，独立控制温度。该方案的问题是：温度误差大，易出现电热管超温损坏。电热管数量较多，造成线路接头，极易发生线路故障。
5.2 在筒首安装柔性硅胶电热膜，硅胶膜具有良好的防腐功能。在其内部设置镍合金电热丝，有加热快，加热均匀，热效率高的特点。在安装电热膜前，应对筒首进行防腐处理。在防腐层表面安装硅胶电热膜。一般安装4组，每组6片硅胶电热膜。从已经运行的电厂反馈回的信息看，也存在硅胶电热膜断电问题。由于筒首太高，一但出现问题，维修非常困难。
5.3 个别电厂为解决筒首结冰问题，烟道留旁路，一旦筒首结冰较多时，利用旁路排烟，用高烟温来化冰，显然这种方法是最不可取的。
6．改造烟囱的使用年限问题
改造烟囱的使用年限问题，对烟囱内衬采用哪种方案影响很大。有些发电公司在公司内部导则中明确规定烟囱残余寿命低于10年的，不能选用钛钢复合板内衬方案。烟囱的使用寿命究竟多长？一般设计图纸中明确标注结构设计基准期50年，工艺系统设计寿命30年。从工艺角度看是30年，从土建结构角度看，应该是50年。
根据近几年，处理火电厂烟囱积累的经验来看待这个问题，应该这样理解，即便到了设计基准年限，并不等于结构就不能使用了。这时需要对结构进行全面鉴定，用现行规范的标准来衡量建筑物的残余寿命。从目前处理的烟囱看，有些烟囱已经使用了三十多年，但钢筋基本没有腐蚀，混凝土的碳化不严重，仅有6~8毫米，而配筋有一定的余量。对于这类烟囱，判定残余寿命10年，显然不合理。
在脱硫改造前，应对烟囱进行全面鉴定，根据烟囱钢筋的腐蚀情况、混凝土的碳化深度、筒身的配筋情况，综合推算烟囱的残余使用寿命。不能片面的仅凭使用年限来确定残余寿命。
7．结束
【关键词】湿法脱硫 湿烟囱 强腐蚀 防腐材料
1 引言
为减少烟气排放对大气环境的污染，国家环保总局规定燃煤火力发电厂烟气排放需配套建设脱硫设施，烟气脱硫后的温度，成分，运行工况均与脱硫前有很大区别。这种减排前提下，烟囱的设计选型和防腐处理也将有很大的变化。
脱硫后烟气的腐蚀特点及机理
2.1烟气温度特点
目前国家烟气脱硫工艺有湿法脱硫、干法脱硫、半干湿法脱硫、循环硫化床脱硫等多种脱硫工艺。其中石膏-石灰石湿法脱硫工艺因为技术成熟，脱硫效率高而被广泛采用[1]。火电厂锅炉直接排放到烟囱的高温烟气温度一般为130oC~160oC，称为“干烟囱”，烟气经过湿法脱硫吸收塔洗涤后一般温度为40oC~50oC；而经过烟气加热装置（GGH）增温后，烟气可达70oC~80oC，称为“湿烟囱”[2]。
2.2烟气腐蚀特点及机理
对于“干烟囱”，由于内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料不产生直接腐蚀。
对于“湿烟囱”，脱硫后的烟气通常在50oC~80oC，烟气在烟囱口排放时，易凝结在内壁上，形成酸液，沿内壁下流过，部分又被蒸发，造成内壁凝结液中酸浓度逐渐增大，由于烟气流动，腐蚀环境呈现为动态，腐蚀介质随时更新，对钢，水泥等材料产生极为迅速的腐蚀破坏[1]。以钢材为例，湿烟气在40oC~80oC的温度环境下其腐蚀速度比其它温度下高出3~8倍[3]。
3 烟囱设计选型
3.1烟囱的结构选型
由于传统的单筒式烟囱不能确保内衬和保温层的致密，易产生裂缝和缝隙，脱硫后的烟气在内壁形成酸结露，沿着缝隙向钢筋混凝土筒壁进行渗透，这种腐蚀很难被发现和检测，对烟囱的安全运行是潜在的危险隐患。故脱硫后的烟气，应该按强腐蚀烟气来考虑，“湿烟囱”宜选用多管式或套筒式[3]，即承重外筒与排烟筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触，排烟内筒采用耐酸防腐措施，如图1所示。
3.2内筒防腐材料的选择
烟囱通常设置脱硫旁路系统，存在脱硫系统运行，脱硫系统停运，短时锅炉事故等几种状况，筒内环境在干燥-潮湿-干燥状况下交替变化，这与不设脱硫旁路系统，烟囱单工况运行有很大区别[3]。故烟囱防腐材料的选择除考虑烟囱的主要运行工况外，还须考虑适应其它运行工况，以及工况变化时温度交替变化对防腐材料性能的影响。国内电力行业常采用以下几种防腐材料：
1.内衬金属合金薄板（钛板）
合金薄板的厚度一般为1~1.2mm。采用爆炸复合、爆炸-轧制复合、直接轧制等工艺加工，将耐腐蚀效果极好的钛、镍金属与钢板结合成钛、镍-钢复合板，该材料防腐效果及耐久性好，但焊接技术要求高，工程造价高。目前，国内排放低温脱硫烟气（40oC~50oC）的钢排烟筒采用金属复合钛板的工程实例有，华能玉环电厂4x1000MW烟囱、山西王曲2x600MW烟囱等。
2.VEGE鳞片复合材料（玻璃鳞片）
该复合材料在耐腐蚀性，抗渗透性，耐温（热冲击）性均有良好表现，且耐磨[4]。使用寿命一般在15年左右[5]，适用在烟气温度不大于200 oC的工作环境。多用于脱硫吸收塔，水平烟道，对于垂直排烟筒的工程实例仅限于钢结构排烟筒。
3.发泡玻璃砖
由无机材料硼硅玻璃经发泡后形成，采用专用粘接剂粘贴在钢质排烟筒内侧。该材料具有轻质，耐高温，耐腐蚀，低导热性等特点，形成隔离层密闭性能好，结构安全性高，运行期间维护费用低。Henkel防腐玻璃砖，品质好，造价高[3]，国内也有多个发泡玻璃砖和粘接剂的品种。山西霍州电厂，江苏利港电厂的烟囱均采用了此类防腐措施。
4.玻化陶瓷砖
长期抗酸，耐各种浓缩酸，包括氯化物在内的各种废气冷凝液，对烟气温度变化适应能力强，可适用于200oC~450oC温度，以及干湿交替变化环境[3]。
该防腐材料可作为内衬，粘贴于钢排烟筒内壁，也可直接作为烟囱内套筒-排烟筒的砌筑主材，无需设置钢筒，以降低烟囱造价。北仑电厂三期选用了此项防腐材料的措施。
5.BSJ-Y型整体耐酸浇注料
该浇注料耐酸、耐热、重量轻、强度高，整体浇注可消除形成烟气腐蚀的薄弱环节、有效地提高防腐隔热性能、抑制裂缝及其扩展。但该材料固化过程中存在很大的收缩，应采用合理的施工方案，并设置防开裂的施工切缝及相应的密封措施[2]。
4注意事项
烟囱的防腐材料多种多样，但各有适用范围，应根据烟囱可能存在的运行工况，来选择适用的防腐材料，并采用合理的施工方案。
例如，当介质温度高于100 oC时，不应选用密实型水玻璃类防腐材料，其中耐酸胶泥就属于这一类材料。电厂实际运行中，由于脱硫系统运行的稳定性等原因，会在脱硫和旁路系统两种工况下切换，使得烟囱的使用环境在50oC 饱和稀硫酸环境和超过130 oC 旁路干燥烟气环境之间变换，这就决定了：在目前国内的脱硫装置运行现状下，烟囱并非单工况运行，烟囱内防腐材料不能选用耐酸胶泥类材料[2]。
不仅如此，防腐材料市场鱼龙混杂，以次充好的实例屡见不鲜，除选择适用的产品同时，还需对产品质量严格把关。
例如，美国Henkel防腐玻璃砖，造价高，考虑经济因素，电厂业主通常选用国产玻璃砖产品，但很多国产发泡玻璃砖的材质和粘接剂不过关，贴牌生产情况很多，产品质量难有保证，防腐的隐患不言而喻[2]。
因此，选择防腐材料时，应对产品做综合全面的考察，不应一味追求经济因素而忽视了产品质量问题。
5工程实例
以某电厂2x600MW燃煤机组一座钢内筒直径6m，高240m的套筒式烟囱为例，就筒内衬采用复合钛板，Henkel玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等4种防腐方案分别进行了技术性能和经济性的比较，如表1及图2所示。
通过图2可以看出，在其它构件造价一定的情况下（如混凝土外筒，钢内筒，钢梯平台等），防腐方案的费用直接影响到烟囱的造价。钢筒内衬复合钛板投资较高，其烟囱造价也明显偏高，而筒内衬玻化陶瓷砖费用最低，故烟囱造价也最低。结合表1和图2，从安全可靠，经济适用的角度进行比较分析，可知：内衬防腐采用玻化陶瓷砖的方案值得推荐，采用Henkel玻璃砖或玻璃鳞片，也是不错的选择；至于复合钛板，尽管耐腐蚀效果好，但价格昂贵，投入成本较高。
值得一提的是，玻化陶瓷砖除可做钢排烟筒内衬之外，单独砌筑形成内筒，省去钢排烟筒费用，降低烟囱造价。
6结语
燃煤电厂通过湿法脱硫的方式来减少烟气对大气的污染。由于烟气温度较低，形成“湿烟囱”，烟气腐蚀严重，故烟囱内壁防腐方案设计十分重要。鉴于烟囱的多种运行工况，复合钛板，Henkel玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等防腐材料常应用于电力系统烟囱和烟道中。其中，玻化陶瓷砖因经济适用，性价比高，应用广泛。随着新材料，新工艺，新技术的采用，烟气防腐的研究将会不断发展，烟囱防腐方案也将推陈出新。
关键词 钢筋混凝土烟囱；爆破切口；定向倾倒
中图分类号TU746.5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）97-0143-02
1 工程概况
某焦化厂因技术改造，需将原焦化厂20万t炼焦车间整体拆除，其中有2座80m高钢筋混凝土烟囱决定采用爆破方式拆除。
待拆除的2座烟囱东面距离煤气管道70m；南面是焦化新厂区，距离最近的设施20m；西面距离煤气管道35m；北面紧邻厂区道路，距离厂区围墙74m，围墙外侧为城区主干道。爆区环境如图1所示。
图1 爆区环境示意图
待爆破的2座钢筋混凝土烟囱筒身顶部直径Φ3750mm，壁厚320mm，竖向主筋Φ14@140，环行分布筋Φ14@165；筒身底部直径Φ7300mm，壁厚750mm，竖向主筋Φ20@140，环行分布筋Φ14@125；隔热层采用干容重r=500kg/m3的高炉水渣，厚120mm；内衬采用75#红砖、25#混合砂浆砌筑的砌体，底部厚240mm，上部厚120mm。单座烟囱钢筋混凝土体积418.6m3，隔热层体积143.7m3，红砖内衬体积136.5m3，单座烟囱重量约1364t。
2爆破方案设计
2.1爆破方案的选择
用爆破方法拆除钢筋混凝土烟囱，通常有原地倒塌、定向倒塌和折叠倒塌三种方案。根据本工程环境实际状况，确定采取定向倾倒方案，倒塌方向为东偏北30°，如图1。
2.2爆破切口设计
2.2.1设计原则
根据力学分析，实现烟囱顺利倒塌的切口尺寸应同时满足以下几个条件：1）在爆破形成切口瞬间，烟囱自重P作用在余留截面上的压应力必须小于筒壁抗压强度[σ压]；2）在烟囱倾倒切口闭合过程中，烟囱自重产生的倾覆力矩在余留截面上所产生的拉应力σ拉必须大于筒壁的抗拉强度[σ拉]；3）在烟囱倾倒，切口上下闭合时烟囱的重心偏移距离应大于切口处烟囱外半径。
2.2.2 切口形式
参考国内工程实例，结合本工程烟囱结构形式，爆破切口形式选择倒梯形切口。如图2所示。
图2爆破切口设计图
2.2.3 爆破切口弧长
爆破切口弧长决定着切口圆心角的大小，切口圆心角是烟囱爆破的重要参数，其大小直接烟囱的倾覆态势、平稳程度、扭折、后坐等。根据烟囱结构和实际受力情况，结合之前的爆破拆除成功经验，选择切口对应的圆心角α为223°，对应的切口最大弧长为L1p = =14.2m。
一般情况下，爆破切口弧长应满足公式[1]，即 S ≤ L ≤S，式中S为爆破切口处的外周长，S = π×7.3 = 22.9m，经验算，所取数值满足公式，故爆破切口设计是合理的。
2.2.4 爆破切口高度
钢筋混凝土烟囱在爆破后是否按设计倒塌方位稳定倒塌，与爆破切口的高度及其是否充分破坏密切相关，爆破切口高度一般应满足公式[3]，即H=3δ，式中δ为烟囱壁厚，计算得H=2.25m，取H=2.4m。
2.2.5 定向窗
为保证烟囱顺利倒塌，装药前在爆破切口两端各开设1个高1.2m、宽1.5m的三角形定向窗（定向窗顶角39°），将立筋切断；并在倒塌中心部位开一个高2.4m、宽3m的矩形定向窗，将立筋切断。
2.3 爆破参数
水平钻孔，炮孔呈三角形布置，孔径为40mm。炮孔深度：切口外部，L=（0.6～0.7）δ =45cm～52.5cm，实取50cm；内衬，L=（0.6～0.7）δ =14.4cm～16.8cm，实取15cm：炮眼间距：烟囱筒身a=40cm，内衬a=20cm；排距：烟囱筒身b=30cm，内衬b=20cm。单孔装药量按体积公式[3]，即Q=qabδq计算，烟囱筒身Q1=135g，内衬Q2=14.4g，取20g。总药量为23.04kg。
2.4 起爆网路
非电起爆网路操作简单且极安全，在每个炮孔中装入2发雷管，一般情况下不会发生盲炮情况。沿倒塌中心线往两侧分别装入3、5、7段非电毫秒雷管，形成孔内微差，将孔外的导爆管按20根左右一组族联起来。最大单响药量6kg。
3 安全校核与防护
3.1 爆破振动和塌落振动校核
3.1.1 爆破振动
爆破振动速度按公式[4]计算，即：
式中，v为距爆源R处建筑物的爆破振动速度，cm/s；R为爆源到建筑物边距离，m；Q为对应R的最大单响药量，kg；K’、K、α分别为与爆破点地形、地质条件有关的系数和衰减指数，分别取0.25、150、1.5；将R=20m，Q=6kg代入公式得v=1.0cm/s，远小于5cm/s。
3.1.2 塌落振动
触地振动的大小与烟囱质量、重心高度和土体刚度有关，按中国科学院工程力学所提供的塌落振动速度公式[5]计算，即
式中，v为塌落引起的地表振动速度，I为触地冲量，R’为触地中心到被保护物的距离，M为塌落构件的质量，t；σ为地面介质的破坏强度，一般取10MPa；H为构件质心高度，m；g为重力加速度，9.8m/s2。将R=45m，K=3.37，β=1.66，M=1364t，H=28m，代入公式[5]计算得v=2.06cm/s，在允许范围内。
3.2 安全防护措施
3.2.1 飞石防护
对爆破飞石的防护采取直接覆盖防护，具体做法是：爆破切口部位的炮孔首先用棉絮全部包裹并固定，紧贴棉絮外面铺一层铁丝网，铁丝网外面挂上密目安全网，最后用铁丝固定好。这样的防护方式，既可防护飞散物，又可阻挡一定的爆尘及冲击波。
3.2.2 塌落振动防护
用砂土在烟囱预定塌落部位每隔20m铺设一道长10m、宽10m、高1.8m的减震带，以降低烟囱倾倒塌落对地面的冲击。在煤气管道外侧搭设一座单边长20m、高6m的双排钢管脚手架，并满挂一面脚手板，以阻挡烟囱塌落冲击地面产生的飞溅物对煤气管道造成伤害。
4 爆破效果及体会
起爆后，烟囱按设计倒塌方向顺利倾倒，历时约10s；无后座，爆堆横向宽10m，烟囱筒身0m～13.5m未破裂，13.5m～20m破裂，20m～80m充分破碎；个别飞散物最远距离15m，未对周围管道及设施造成损坏，得到了厂区及居民的一致好评。
通过本次爆破，主要有以下几点体会：
第一点，是对钢筋混凝土烟囱，在设计爆破方案前应调阅烟囱原始施工图，对确无施工图的，应现场实地勘查、测绘烟囱结构图，以保证设计的准确性、可靠性。
第二点，烟囱倒塌方向应架设仪器精心测量，确保减震带沿倒塌中心线铺设。
第三点，定向窗开凿时，事先要精确放样，严格按放样开凿，并保证平整度。
第四点，烟囱类薄壁体爆破拆除时，对爆破切口必须进行直接覆盖防护。
参考文献
[1]史家堉，程贵海，郑长青.建筑物爆破拆除理论与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2011.
[3]赵利坤，曹跃，褚夫蛟，李小虎.52m高裂缝砖烟囱小切口定向爆破拆除[J].工程爆破，2012，18（1）：59-61.