烟囱介绍

一、烟囱基本概论

用于排放工业与民用炉窑高温烟气的高耸构筑物统称为烟囱。烟囱的分类：砖烟囱、钢筋混凝土烟囱或钢烟囱。

烟囱的基本结构：烟囱由筒身和基础构成。

1）筒身是烟囱基础以上的部分，由外向内依次为筒壁、隔热层和内衬。

 筒壁：烟囱筒身的最外层结构，用于保证筒身稳定；筒壁材料可以是混凝土和砖。

 隔热层：置于筒壁与内衬之间，使筒壁受热温度不超过规定的最高温度；根据具体烟气温度隔热层可采用空气隔热层或其他材料（如膨胀珍珠岩等）。

 内衬：分段支承在筒壁牛腿之上的自承重砌

体结构，对隔热层起到保护作用；内衬一般为砌体结构（普通烧结砖、耐酸砖、耐火砖等）。 说明：由于烟气具有一定的腐蚀性，内衬内表面有防水抗渗层或其他防腐层。

2）烟囱基础一般由以下几种形式：

 板式基础：支承整个建筑或构筑物的大面积钢筋混凝土板基础，板式基础具体由圆形基础（平面外形为圆形的板式基础）和环形基础（基础平面外形为环形的板式基础）

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 壳体基础：以壳体结构形成的空间薄壁基础。 二、砖烟囱

砖烟囱一般高度不超过60米，下列情况不宜采用砖烟囱：

 重要的或高度大于60m的烟囱；  地震设防烈度为9度地区的烟囱；

 地震设防烈度为8度时，Ⅲ、Ⅱ类场地的烟囱。

2.1、材料要求 1）筒壁

砖烟囱筒壁的材料应按下列规定采用：烧结普通粘土砖强度等级不应低于MU10，水泥石灰混合砂浆强度等级不应低于M5。

2）内衬

 当烟气温度低于400℃时，可采用强度等级为MU10的烧结普通粘土砖和强度等级为M2.5的混合砂

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浆；

 当烟气温度为400～500℃时，可采用强度等级为MU10的烧结普通粘土砖和耐热砂浆；

 当烟气温度高于500℃时，可采甩粘土质耐火砖和粘土质火泥泥浆，也可采用耐热混凝土

2.2、构造要求 2.2.1、筒壁

砖烟囱筒壁宜设计成截顶圆锥形，筒壁坡度、分节高度和壁厚应符合下列规定： 1）筒壁坡度宜采用2%～3%。 2）分节高度不宜超过15m。 3）筒壁厚度应按下列原则确定：

 当筒壁内径小于或等于3.5m时，筒壁最小厚度应为240mm。当内径大于3.5m时，最小厚度应为370mm；

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 当设有平台时，平台处筒壁厚度宜大于或等于370mm；

 筒壁厚度可按分节高度自下而上减薄，但同一节厚度应相同；

 筒壁顶部应向外局部加厚，总加厚厚度以180mm为宜，并应以阶梯形向外挑出，每阶挑出不宜超过60mm。加厚部分的上部以1：3水泥砂浆抹成排水坡。 2.2.2、隔热层

隔热层的构造应符合下列规定：

1）如采用空气隔热层时，厚度宜为50mm； 2）填料隔热层的厚度宜采用80～200mm，同时应在内衬上设置间距为1.5～2.5m整圈防沉带，防沉带与筒壁之间留出10mm的温度缝。

2.2.3、内衬 内衬的设置原则：

l）当烟气温度大于400℃时，内衬应沿筒壁全高设置； 2）烟气温度小于或等于400℃时，内衬可在筒壁下部

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局部设置并应符合构造要求。

内衬的设置，应符合下列要求：

1）当砖烟囱下部局部设置内衬时，其最低设置高度应超过烟道孔顶，超过高度不宜小于1/2孔高。

2）内衬厚度应由温度计算确定，但烟道进口处1节的厚度（或基础）不应小于200mm或1砖。其他各节不应小于100mm或半砖。内衬各节的搭接长度不应小于300mm或6皮砖。

2.2.4、配筋

按计算配置的环向钢箍，间距宜为0.5～1.5m。按构造配置环箍，间距不宜大于1.5m。环箍的宽度不宜小于60mm，厚度不宜小于6mm。每圈环箍接头不应少于两个，每段长度不宜超过5m。环箍接头的螺栓宜采用Q235材料，其净截面面积不应小于环箍截面面积。环箍接头位置应沿筒壁高度互相错开。钢筋的保护层为30mm。地震区的砖烟囱，其最小配筋不应小于表2.2.4的规定。

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表2.2.4地震区的砖烟囱最小配筋

三、单筒式钢筋混凝土烟囱 3.1、材料要求

钢筋混凝土烟囱筒壁的混凝土宜按下列规定采用：  混凝土宜采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制，强度等级不应低于C25；

 混凝土的水灰比不宜大于0.5，每立方米混凝土水泥用量不应超过450kg；

 混凝土的骨料应坚硬致密，粗骨料宜采用玄武

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岩、闪长岩、花岗岩、石灰岩等破碎的碎石或河卵石。细骨料宜采用天然砂，也可采用上述岩石经破碎筛分后的产品，但不得含有金属矿物、云母、硫酸化合物和硫化物；

 粗骨料粒径不应超过筒壁厚度的1/5和钢筋净距的3/4，同时最大粒径不应超过60mm。 3.2、构造要求 3.2.1、筒壁

钢筋混凝土烟囱筒壁的坡度、分节高度和厚度应符合

下列规定：

 筒壁坡度宜采用2%，对高烟囱亦可采用几种不同的坡度；

 筒壁分节高度，应为移动模板的倍数，且不宜超过15m；

 筒壁最小厚度应符合表3.2.1的有关规定；  筒壁厚度可随分节高度自下而上阶梯形减薄，但同一节厚度宜相同。

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表3.2.1筒壁最小厚度要求

筒壁顶口内径D（m） D≤4 4＜D≤6 6＜D≤8 D＞8 最小厚度（mm） 140 160 180 180+（D-8）×10 注：采用滑动模板施工时，最小厚度不宜小于160mm。 3.2.2、隔热层

隔热层的构造应符合下列规定：

1）如采用空气隔热层时，厚度宜为50mm； 2）填料隔热层的厚度宜采用80～200mm，同时应在内衬上设置间距为1.5～2.5m整圈防沉带，防沉带与筒壁之间留出10mm的温度缝。

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3.2.3、内衬

钢筋混凝土烟囱内衬应该从积灰平台之出口满砌。 4.2.4、配筋

钢筋混凝土烟囱筒壁最小配筋率见表4.2.4 表4.2.4钢筋混凝土烟囱筒壁最小配筋率（%） 配筋方式 竖向钢筋 外双侧配筋 0.25 单侧配筋 0.40 侧 内侧 外侧 环向钢筋 内侧 0.10 - 0.20 - 0.25 0.25 注：安全等级为一级的钢筋混凝土烟囱应采用双侧配第 19 页 共 38 页

筋。一般烟囱高高度≥200m为一级，烟囱高高度＜200m为二级。 四、单筒式钢筋混凝土烟囱检测重点 4.1倾斜和不均匀沉降

烟囱属于高耸单悬臂结构，地基出现轻微不均匀沉降会造成上部较大倾斜，产生附加弯矩，出现安全隐患。由于大多数烟囱沉降观测点缺少初次观测数据，故在短时间内无法测量烟囱不均匀沉降。一般不测此项，可结合现场情况（如烟囱根部散水、烟囱与烟道口连接处是否出现开

裂等）和倾斜测量结果判定烟囱是否出现不均匀沉降。

一般采用激光天顶指向仪器或经纬仪测量烟囱倾斜，根据JGJ8-97《建筑变形测量规范》、GB50026-93《工程测量规范》的要求，选择两个相互垂直的半径OA，OB建立坐标系（见图4.1-2），分别测出A，B两点处烟囱顶部相对底部的倾斜值A、B，将两个方向的倾斜值几何迭加；即得烟囱的绝对倾斜值、倾斜方向和倾斜率。如图4.1-3所示。

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铅垂线（激光束）LrLRyAoBx图4.1-2 烟囱筒身倾斜观测示意图y△A△α△Bx图4.1-1 烟囱筒身倾斜观测示意图图4.1-3 烟囱筒身倾斜方向示意图 由JZY-20型激光天顶指向仪确定图4.1-1中的铅垂线，再测出烟囱顶部和底部距铅垂线的距离L上、L下，则A点处的倾斜值△A=LA下+R-（LA上+r），B点处的倾斜值△B=LB下+R-（LB上+r），烟囱的绝对倾斜值为=22AB，方向角=arctan△A/△B，倾斜率=△/H*100%，通过倾斜率判定烟囱倾斜能否满足《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002要求（表4.1）。

表4.1倾斜限值

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表2.2.4地震区的砖烟囱最小配筋

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4.2外观缺陷普查

外观普查主要是检查结构表面缺陷情况，如混凝土开裂、露筋、蜂窝麻面等。

4.2.1、筒壁裂缝

筒壁混凝土裂缝一般有两种：一是水平裂缝（环向开裂），此类裂缝可能是因筒壁竖向钢筋不足造成；二是竖向裂缝，此类裂缝可能是因筒壁内外温差较大或者环向钢筋不足造成；其中裂缝限值见表4.2.1。

表4.2.1筒壁最大裂缝宽度限值

部位 环境类别 一、二、三 一、二 最大裂缝宽度限值 筒壁顶部20m范围内 0.15 0.30 0.20 其余部位 三 注：环境类别按国家标准《混凝土结构设计规范》第 27 页 共 38 页

（GB50010）的规定确定 4.2.2、内衬及防腐层

内衬分段支承在筒壁牛腿之上的自承重砌体结构，对隔热层起到保护作用。如果防腐层和内衬出现开裂（包括防腐层龟裂）、破损等酸性腐蚀性烟气透过内衬进入隔热层，从而进一步腐蚀混凝土内壁。所以内衬和防腐层不允许有裂缝。现场一般只能检查防腐层表观缺陷，内衬缺陷无法直接检查，如果防腐层开裂较为明显，可以通过敲开防腐层或者在开裂处取芯方式检测内衬。

4.3混凝土强度检测

烟囱筒壁混凝土强度主要采用回弹法检测，并用钻芯法修正。混凝土强度评定依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001）和《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03:2007）。一般烟囱混凝土强度分两个等级（如30米以下混凝土强度等级C40，30米以上混凝土强度等级C40），混凝土取芯数量为12个（一个强度等级的混凝土取6个芯样）。

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4.4混凝碳化深度测量

混凝土回弹值测试完毕后，在测区表面钻孔，直径16㎜，深度30㎜，清除孔洞内的粉末和碎屑，配制浓度为1％酚酞乙醇试液，喷射在孔洞内，未碳化的混凝土呈粉红色，已碳化的混凝土不变色。当已碳化与未碳化界线清楚时，再用碳化深度测量仪测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离，即为混凝土的碳化深度值。

4.5钢筋探测

采用钢筋探测仪器在不同高度对烟囱外壁进行钢筋探测，并与竣工图纸复核烟囱实际配筋情况。测区尺寸为600mm*600mm。

4.6烟囱筒身溶出物及内附溶出物化学分析 在火力发电厂钢筋混凝土烟囱中，为了防止烟气温度和烟气成分对其的腐蚀，传统结构是内衬+隔热层。腐蚀从内衬开始逐渐移向筒壁，先腐蚀结构薄弱部位后逐渐扩大。内衬的灰缝，筒壁裂缝或混凝土不密实处，都是先行

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腐蚀的部位。烟气的腐蚀性对烟囱的腐蚀影响很大，烟中都含有一定量的SO2、SO3、HCl等酸性气体，当排烟温度低于烟气的酸露点时，烟气首先会在内衬上凝结成酸露腐蚀内衬。烟囱内正压区段的压力虽然并不大（一般<200Pa），但其对烟囱的腐蚀作用则很大，正压能使烟气中的有害气体穿过内衬的缝隙而与隔热层和筒壁接触，而隔热层和筒壁处的温度相对烟气温度更低，酸性气体更容易凝结成酸露从而使隔热层和筒壁遭受腐蚀。

从以前检测情况来看，混凝土筒壁溶出物主要成分为二水石膏。

（1）二水石膏的成因

除烟气脱硫产生石膏外，烟气中含有的SO2气体进一步氧化成的SO3或烟气中的SO3可使混凝土中性化和酸化： Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O (4.7-1) Ca(OH)2+［SO2+H2O］=CaSO3+2H2O (4.7-2) 第 33 页 共 38 页

Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O (4.7-3) Ca(OH)2+［SO3+H2O］=CaSO4·2H2O (4.7-4) 反应（4.7-4）伴随固体体积产生约120%的膨胀，会产生较大的内应力，引起混凝土膨胀开裂。石膏结晶破坏的特点是混凝土试件没有粗大裂纹，但是遍体溃散。当长期处于硫酸盐环境中或者当盐浓度很高而水泥中铝酸盐浓度较低时，石膏腐蚀将成为破坏的主要原因。另外，Ca(OH)2是水泥水化的产物之一，对于普通硅酸盐水泥，水

化产生的Ca(OH)2可达10%～20%。它一方面是混凝土高碱度的主要提供和保证者(对保护钢筋特别重要)，另一方面，它又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土中性化。SO2、SO3中和掉混凝土中的Ca(OH)2，一方面使其内钢筋丧失碱性保护而发生腐蚀另一方面，随着氢氧化钙的不断流失，破坏了其他水化产物稳定存在的平衡条件，从而会引起水化硅酸钙、钙矾石等水化产物的凝胶体和结晶体不断分解，而逐步失去胶凝性，造成混凝土结构疏松和性能下降。这样整个胶凝材料体系密实度就会相应降低，导致侵蚀性离子或

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分子更易、更快地到达混凝土-钢筋的表面，加之混凝土碱性的降低破坏了钢筋稳定存在的钝态条件，从而又会加速钢筋的电化学腐蚀：

1H2OO22e2OH2Fe2eFe2Fe22(OH)Fe(OH)2（4.7-5）

氧化亚铁自然氧化成含水氧化铁（铁锈）的反应能迅速发生。

2,H2O2Fe(OH)2O2Fe(OH)3Fe2O3nH2O（4.7-6）

（2）溶出物（二水石膏）的危害

混凝土中钢筋保持钝化状态的最低(临界)碱度是pH=11.5，而溶出物使混凝土酸性化的结果可使pH低于9。此时，钢筋锈蚀就是不可避免的了。同时，SO2、SO3溶于水(或形成酸雾)所包含的SO3、SO4，可直接促进钢筋的电化学腐蚀过程(类似Cl-的作用)。二水石膏反应过程伴随固体体积产生约120%的膨胀，引起混凝土膨胀开裂。

4.7结构验算

烟囱结构验算分为两部分，一是根据原始资料（烟囱

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2-2-截面尺寸和混凝土强度），对烟囱进行重新设计，计算筒壁分节配筋，并与原设计对比。二是通过输入现有烟囱配筋从而计算抗力（主要验算迎风侧钢筋拉应力、背风侧混凝土压应力、筒壁水平裂缝和竖向裂缝）。