?根據(jù)所建煙囪目的的不同，煙囪新建的設(shè)計(jì)方案上面也會(huì)有一些比較明顯的變化，這里就提供一個(gè)垃圾焚燒煙囪的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)這個(gè)方案進(jìn)行了解，可以在一定程度上明白垃圾焚燒煙囪的特點(diǎn)和其他一些不是很容解釋的東西，由于垃圾焚燒在我國(guó)屬于嚴(yán)格的法律控制范圍的工程項(xiàng)目，因此相關(guān)的新建方案也比較少見(jiàn)，這里特別分享一列。

　　近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)建設(shè)的垃圾焚燒廠不斷增多。除了極少數(shù)焚燒特殊垃圾(例如醫(yī)療垃圾)的焚燒廠外,對(duì)于絕大多數(shù)城市生活垃圾焚燒廠,煙囪都是必不可少的設(shè)施。目前,國(guó)內(nèi)外建設(shè)的很多火力發(fā)電廠以及一些自用鍋爐的大中型廠礦企業(yè),也都需建設(shè)煙囪。過(guò)往的煙囪設(shè)計(jì),大多比較成功,但也存在一些問(wèn)題。這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),為近幾年來(lái)開(kāi)始興建的城市生活垃圾焚燒廠的煙囪設(shè)計(jì),提供了寶貴的借鑒。與火力發(fā)電廠的煙氣相比,垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣成份不同、排放標(biāo)準(zhǔn)不同、煙囪的運(yùn)行方式也不一樣,垃圾焚燒廠的煙囪設(shè)計(jì)有自身的特點(diǎn)。本文結(jié)合多個(gè)工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),談?wù)劤鞘猩罾贌こ讨袩焽柙O(shè)計(jì)的體會(huì)。

　　1工藝設(shè)計(jì)

　　煙囪的作用是將燃燒尾氣排向大氣,利用大氣的擴(kuò)散作用將尾氣擴(kuò)散稀釋。工藝專業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容含:煙囪的高度、排氣筒管徑、煙氣流速、煙氣溫度、排氣筒的布置形式。

　　1?1煙囪高度

　　煙囪高度越高,尾氣擴(kuò)散稀釋的效果越好,同時(shí),建設(shè)費(fèi)用亦越高,因此,煙囪高度應(yīng)根據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)要求,在滿足國(guó)家環(huán)境保護(hù)要求的前提下,適當(dāng)考慮

　　1?2排氣筒管徑、煙氣流速

　　尾氣從煙囪口排出的速度越大,擴(kuò)散稀釋的效果越好。但是,速度越過(guò)30m/s,會(huì)發(fā)生笛音現(xiàn)

　　象,所以尾氣排放速度不能大于這個(gè)值。如果煙氣流速過(guò)低,又會(huì)增加煙氣對(duì)排氣筒腐蝕的可能,也降低煙氣的擴(kuò)散稀釋效果,通常的煙氣流速控制在10~20m/s。確定了煙氣流速,根據(jù)產(chǎn)生的煙氣總量,便能確定出排氣筒管徑。煙囪(排氣筒)出口內(nèi)徑d(單位:m)由下式確定:

　　d=ndVy3600×0.785w0

　　式中nd—由一個(gè)煙囪(排氣筒)負(fù)擔(dān)的蒸汽數(shù)值(單位:t/h);

　　Vy—每小時(shí)產(chǎn)生1t蒸氣的煙氣量(單位:m3/h);

　　w0—煙囪出口處的煙氣流速(單位:m/s)。圓形煙囪(排氣筒)的出口內(nèi)徑,一般不小于

　　0?8m,內(nèi)表面無(wú)須防護(hù)處理且無(wú)須人員入內(nèi)維護(hù)的鋼制煙囪(排氣筒)不受此限。

　　1?3煙氣溫度取決于煙氣凈化設(shè)備出口的煙氣溫度,但不能低于煙氣露點(diǎn),以避免煙氣在排氣筒內(nèi)

　　結(jié)露,對(duì)排氣筒造成腐蝕。

　　1?4排氣筒的布置形式

　　垃圾焚燒設(shè)施的尾氣排放量與垃圾熱值和焚燒負(fù)荷有關(guān),同時(shí)運(yùn)行的垃圾焚燒爐臺(tái)數(shù)對(duì)尾氣

　　排放量有很大影響。如果多臺(tái)焚燒爐的尾氣從一只煙囪(排氣筒)排出,焚燒的運(yùn)行狀況不同(例如,其中一臺(tái)或幾臺(tái)焚燒爐停爐維修),尾氣排放量及排放速度均不同,使煙氣在煙囪排氣筒內(nèi)的流度、流量、溫度難以控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。一臺(tái)焚燒爐一個(gè)排氣筒,能夠有效地利用尾氣自身?yè)碛械哪芰?較為方便地控制煙氣的流速、溫度。但是,如果一個(gè)排氣筒設(shè)一只煙囪,建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用都很高。目前,國(guó)內(nèi)外通常的做法,是采用組合式煙囪,即一臺(tái)焚燒爐設(shè)一個(gè)排氣筒,多個(gè)排氣筒組合在一起,形成一只煙囪,換而言之,即在一只煙囪內(nèi),設(shè)多個(gè)排氣筒,各排氣筒相互獨(dú)立。上海垃圾焚燒廠采用一只組合式鋼筋混凝土煙囪,內(nèi)設(shè)3個(gè)鋼排氣筒,每臺(tái)焚燒爐一個(gè)排氣筒;其煙囪的高度:80m,排氣筒管徑:1800mm,煙氣流速:15m/s,煙氣溫度120~140℃(排氣筒出口溫度)。

　　2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　盡管實(shí)際工程中,組合式煙囪、集中式煙囪(多爐共用1個(gè)排氣筒)和獨(dú)立式煙囪(1爐1個(gè)

　　排氣筒1只煙囪)都存在,但本文僅討論在城市生活垃圾焚燒廠工程中常用的組合式煙囪。從結(jié)構(gòu)受力的角度,組合式煙囪可粗分為三種形式:混合式煙囪:外筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),作

　　為受力結(jié)構(gòu),排氣筒為鋼制大直徑圓形管道,僅作為煙氣排放的通道,不作為受力構(gòu)件;塔架式鋼煙囪:塔架獨(dú)立承擔(dān)外荷載作用,鋼制排氣筒為非受力構(gòu)件,依附于塔架,鋼制排氣筒的荷載(包括自重及外荷載),由塔架承擔(dān);排氣筒受力塔架式鋼煙囪:鋼制排氣筒作為塔架中的受力構(gòu)件(肢柱),參與塔架整體受力分析。確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)受力體系后,選用恰當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行計(jì)算分析。有關(guān)規(guī)定,按照《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50051執(zhí)行。本文不作贅述。五洲工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的一些實(shí)例為:上海江橋城市生活垃圾焚燒廠煙囪:三管集束式組合煙囪,外筒為鋼筋混凝土墻體作為受力結(jié)構(gòu),內(nèi)設(shè)3根普通碳素鋼制排氣筒,懸掛式受力形式;河北靈達(dá)垃圾轉(zhuǎn)化熱電站煙囪,四管集束式組合煙囪,結(jié)構(gòu)同上,僅排氣筒為4根;廣東東莞橫瀝垃圾轉(zhuǎn)化熱電站煙囪,為單筒集中式煙囪,鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu),內(nèi)砌防護(hù)砌體墻。

　　3煙囪的防護(hù)設(shè)計(jì)

　　煙囪的防腐蝕設(shè)計(jì),應(yīng)考慮下列因素:煙囪內(nèi)煙氣的腐蝕等級(jí);結(jié)構(gòu)重要性;煙囪的運(yùn)行方式

　　(經(jīng)常性或間隙性運(yùn)行方式);煙囪內(nèi)是否有結(jié)露現(xiàn)象;技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;檢修條件。

　　煙囪的腐蝕,主要包括自然環(huán)境腐蝕和排氣筒內(nèi)的煙氣腐蝕,煙囪的防護(hù)設(shè)計(jì),也主要是針對(duì)這兩種腐蝕的防護(hù)。自然環(huán)境的腐蝕,主要是雨雪、空氣中有害成分(大多來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)的排放物)的腐蝕等,對(duì)這種腐蝕,有許多有效的防護(hù)措施,較為常見(jiàn),本文不作贅述,本文主要討論煙囪排氣筒內(nèi)壁針對(duì)煙氣腐蝕的防護(hù)設(shè)計(jì)。談到排氣筒內(nèi)壁的防護(hù),有必要討論煙氣成分、煙氣腐蝕的機(jī)理、煙氣凈化的工藝與防護(hù)的關(guān)系。

　　3?1煙氣的成分

　　煙氣的成分比較復(fù)雜,不過(guò),無(wú)論采用何種煙氣凈化工藝,正常生產(chǎn)狀態(tài)下,從煙囪出口排出的煙氣的成分,必須達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))。

　　上海垃圾焚燒廠執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)(含氧量為11%的干氣體)。

　　除了上表中列出的成份以外,煙氣中還有排放標(biāo)準(zhǔn)中不控制但對(duì)排氣筒腐蝕有影響的成分,例如水汽、CO2。

　　3?2煙氣對(duì)鋼材腐蝕的機(jī)理

　　從煙氣成分分析,煙氣中對(duì)鋼有腐蝕作用的成分主要是HCl、HF及SOx、CO2、水汽等。干燥的HCl、HF、SOx氣體對(duì)鋼材的腐蝕作用非常輕微。據(jù)有關(guān)資料,200℃的干燥的HCl氣體,300℃的干燥的SO2氣體,對(duì)碳鋼的腐蝕深度在0?1~1mm/a,按照均勻腐蝕10級(jí)蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)判斷,為6~7級(jí)(尚耐腐蝕),按照均勻腐蝕3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判斷,為2級(jí)(可用);CO2氣體對(duì)鋼材幾乎沒(méi)有

　　如果煙氣中含有足夠的水份,并且出現(xiàn)了結(jié)露,那么,排氣筒筒壁上將會(huì)出現(xiàn)酸性液體,對(duì)排

　　氣筒產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用,HCl、HF酸性液體能直接與鋼材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。煙氣中的SO2,通常先與水H2O反應(yīng)生成H2SO3,也可能同時(shí)與水汽H2O和氧氣O2反應(yīng),生成H2SO4,而H2SO3、H2SO4再與鋼材反應(yīng),從而對(duì)鋼材產(chǎn)生腐蝕作用。煙氣中的CO2,會(huì)與水H2O反應(yīng)生成H2CO3,也會(huì)對(duì)鋼材產(chǎn)生一定的腐蝕。此外,還有其它腐蝕。碳鋼在無(wú)氧酸(如鹽酸、氫氟酸等)中能被強(qiáng)烈腐蝕,被腐蝕的速度隨酸的濃度增加而加快;碳鋼在含氧酸(如硫酸等),被腐蝕的速度取決于酸的氧化能力。因此,工藝專業(yè)應(yīng)選擇合適的煙氣流速及溫度,采用適當(dāng)?shù)臒煔鈨艋に?以降低煙氣濕度;建筑專業(yè)在排氣筒外壁采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?以確保煙氣在排氣筒流動(dòng)過(guò)程中不結(jié)露或盡可能少結(jié)露。在工程設(shè)計(jì)中,采取這些措施后,可以認(rèn)為正常生產(chǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生的煙氣,對(duì)鋼材的腐蝕作用,可以得到有效控制。

　　3?3煙氣凈化工藝與排氣筒防護(hù)

　　煙氣凈化工藝形式較多,按吸收劑的狀態(tài)及其系統(tǒng)中是否有廢水排出,可分為濕法、半干法和

　　干法三種。對(duì)于采用濕法煙氣凈化工藝,其處理后的煙氣中,含水量相對(duì)較大,對(duì)排氣筒的腐蝕作用也較大,一般都需要對(duì)排氣筒采取防護(hù)措施。在日本、歐洲,有一些針對(duì)性防護(hù)作法,可供

　　參照。在國(guó)內(nèi)普通火力發(fā)電廠工程中,常常采用磚砌煙囪或者鋼筋混凝土煙囪,內(nèi)設(shè)耐火磚襯里的做法,這樣成功的工程實(shí)例很多,可供參照;近些年,采用鋼管煙囪的工程實(shí)例也逐漸增多。對(duì)于采用半干法或干法煙氣凈化工藝,其處理后的煙氣中,含水量相對(duì)較少,對(duì)排氣筒的腐蝕作用也較小。若采用磚砌煙囪或鋼筋混凝土煙囪,其防護(hù)做法可以參照用于濕法煙氣凈化工藝的煙囪防護(hù)做法。本文主要討論鋼制煙囪(排氣筒)及鋼筋混凝土組合式煙囪中的鋼制排氣筒,對(duì)經(jīng)過(guò)半干法或干法工藝處理過(guò)的煙氣的防護(hù)問(wèn)題進(jìn)行探討。通常,對(duì)于采用半干法或干法煙氣凈化工藝,在正常生產(chǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生的煙氣,排氣筒鋼管采用普通碳素鋼,排氣筒內(nèi)壁不采取任何防護(hù)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(jù)熱工計(jì)算確定,應(yīng)能使排氣筒內(nèi)煙氣溫度在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi),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(chǎn)狀態(tài)下(如試運(yùn)行、啟動(dòng)、停爐等時(shí)期)煙氣的成分、溫度、流速等諸參數(shù)可能達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo),盡管這種狀態(tài)不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間,但由此導(dǎo)致的煙氣對(duì)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(hù)措施。輔助防護(hù)措施的第一種方法:依據(jù)煙氣對(duì)排氣筒的腐蝕作用的大小,在結(jié)構(gòu)計(jì)算所需排氣筒鋼管壁厚的基礎(chǔ)上,增加一定厚度,即“腐蝕厚度裕度”,使煙囪在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi),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(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性,能滿足結(jié)構(gòu)安全使用的需要。目前,國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有充分的煙氣對(duì)排氣筒鋼管壁的腐蝕數(shù)據(jù),通常對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年的排氣筒,考慮煙氣腐蝕而增加的最小腐蝕厚度裕度取為2-3mm,有隔熱層時(shí)取為2mm,無(wú)隔熱層時(shí)取為3mm。對(duì)于“非正常生產(chǎn)狀態(tài)”經(jīng)常發(fā)生,例如某些垃圾焚燒爐每隔2~3年停爐檢修一次的情況,應(yīng)適當(dāng)增加“腐蝕厚度裕度”到3~4mm,有隔熱層時(shí)取為3mm,無(wú)隔熱層時(shí)取為4mm;鋼材為普通碳素鋼的“腐蝕厚度裕度”偏上限取值,鋼材采用可焊接低合金耐候鋼的,“腐蝕厚度裕度”可偏下限取值。

　　輔助防護(hù)措施的第二種方法:在排氣筒鋼管內(nèi)壁,涂能耐160℃高溫的耐酸性防護(hù)涂料,做法可參照用于濕法凈化工藝的排氣筒防護(hù)做法。綜合考慮兩種方法的費(fèi)用,以及第二種方法

　　中涂料老化、日常維護(hù)困難的原因,作者建議采用第一種方法為宜。除以上兩種方法外,煙氣管道還可以用不銹鋼制作,但費(fèi)用較高,考慮到我國(guó)國(guó)情,筆者不建議采用這種方法。另外,排氣筒筒首部分,是最易腐蝕的部位,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取專門的防護(hù)措施,一般宜采用不銹鋼制造,高度為1?5倍左右的排氣筒出口直徑。

　　4關(guān)于《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50051-2002的一點(diǎn)建議《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50051-2002)第10?1?1條規(guī)定,“煙囪內(nèi)的煙氣溫度低于150℃,且燃煤的含硫量大于0?75%時(shí),煙囪的防腐蝕設(shè)計(jì)應(yīng)符合本章的有關(guān)規(guī)定。”;第10?1?2條規(guī)定,根據(jù)燃煤含硫量的不同,將煙氣劃分為不同的腐蝕等級(jí)。筆者認(rèn)為這樣欠妥,理由如下:

　　1?無(wú)論燃煤含硫量多少,其排放出的煙氣都應(yīng)該符合國(guó)家的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)

　　的,應(yīng)該采取諸如增加脫硫設(shè)施等凈化措施,以使其達(dá)標(biāo)排放。不能說(shuō):因?yàn)橘?gòu)進(jìn)的燃煤含硫量高,就有充分的理由超標(biāo)排放。

　　2?煙氣腐蝕作用的大小,與煙氣中腐蝕性成

　　份的含量、煙氣含水量、煙氣的流速、外界環(huán)境、結(jié)露情況等因素有關(guān);再者,含硫量相同的燃煤,燃燒后的煙氣,經(jīng)過(guò)不同的煙氣凈化工藝處理后,煙氣的成份也存在差異,因此,不能簡(jiǎn)單地以燃煤的含硫量作為判定腐蝕等級(jí)的唯一依據(jù)。

　　3?實(shí)際工程中,除了以燃煤作燃料的鍋爐外,還有以燃油(重油、渣油、柴油、煤油等)、燃?xì)狻?br/>
　　垃圾等作為燃料的。對(duì)于不是以燃煤作燃料的鍋爐,其產(chǎn)生的煙氣的腐蝕等級(jí),缺少判斷的依據(jù)。作為國(guó)家規(guī)范,應(yīng)照顧全面。筆者建議:不要以燃料的成分作為判斷煙氣腐蝕等級(jí)的依據(jù),而應(yīng)以煙氣自身的成份作為判斷的依據(jù),并且要綜合考慮煙氣的流速、含水量、外界環(huán)境、結(jié)露情況等相關(guān)因素。目前,先進(jìn)的煙氣在線檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,可以較為方便地得到諸如煙氣成分、流速等檢測(cè)數(shù)據(jù),使綜合判定腐蝕等級(jí)的方法的制定和實(shí)施,具備了數(shù)據(jù)條件。