浅析影响烟囱工程的几个因素

李井伟

摘要：通过三个具体工程项目，分别阐述了烟囱工程在设计和施工上碰到的问题，通过分析和研究，提供了解决方案，得出了在设计和施工中应该注意的几个因素。

关键字：烟囱效应； 项目案例； 解决办法； 影响因素；

0 前言

在这几年中，本公司开发建设了大量的工程项目，其中包括住宅、商铺、写字楼和酒店等项目。本人有幸管理了其中几个大型的单体项目，包括二个甲级写字楼和一个四星级酒店。在以上项目中都设计了空调采暖系统和热水集中供应系统，其热源都采用了燃气热水锅炉，烟囱工程是其不可缺少的一部分。

烟囱工程虽然是非常小的子单项工程，造价小，功能单一，但是其作用非常大。只有排烟通畅了，锅炉才能正常工作，整个供热系统才能稳定和使用。

在实际管理过程中，本人发现其烟囱的理论设计和现场施工往往没有被重视，经常被忽视，最后会出现很多问题，本人亲身经历的三个项目都有重新设计、重新安装和重新调试的过程，给相关项目的工程质量、工程造价和工程工期都造成了影响，有些不尽人意。

1 烟囱效应

烟囱工程其本身最根本的作用就是排烟，使锅炉能够正常工作；而其最根本的原理就是烟囱效应原理。

锅炉所排出的烟气是温度很高的热空气，一般情况都在160℃以上。温度越高，烟气就越膨胀，单位体积所受的重力就越小。因为空气的浮力基本不变，所以导致烟气上浮，热空气上浮后，锅炉里的压强就会减小，锅炉外的冷空气就会进入炉里，在被加热后，又上升，如此循环。过了段时间后，当烟囱内温度高于烟囱外温度时，烟囱内热空气因密度变小，便沿着烟囱内壁自然上升，烟囱外冷空气因密度大，就由低层渗入补充，如此这样就形成烟囱效应。【1】

作为烟囱的排烟，其室外风压也是不可忽视的一点，所以一般要求烟囱的垂直管需大于等于水平管的2.5倍。

这说明，烟囱内温度越是高于室外温度，烟囱越高，烟囱效应也越明显，排烟效果也就越明显。

2 项目案例

项目一：甲级写字楼。

建筑面积为16万平方米，地下二层，地上二十五层，总建筑高度99米。其空调采暖采用二台负压式真空燃气锅炉，每台制热量为2750KW，进水温度45℃，出水温度55℃，排烟温度170℃，烟囱接口口径为直径550mm，烟囱内外壁采用不锈钢管材，内外壁之间采用难燃级石英棉填充。

根据设计院图纸要求，锅炉房设在地下一层，其烟囱则沿着锅炉水平向南，从地下一层的管井垂直向上最后从裙房的管井出来，做防雨帽加避雷针。

项目二：甲级综合写字楼。

建筑面积为10万平方米，地下二层，地上二十一层，总建筑高度96米。项目空调采暖采用四台负压式真空燃气锅炉，每台制热量为180万大卡，进水温度45℃，出水温度55℃，排烟温度170℃，烟囱接口口径为直径500mm，烟囱内外壁采用不锈钢管材，内外壁之间采用难燃级石英棉填充。

项目三：四星级酒店。

建筑面积四万平方米，地下一层，地上五层，有客房299套。作为四星级酒店，本项目有集中热水供应系统、集中供暖系统、洗衣房设备集中蒸汽供应系统和泳池热水供应系统。

采暖设计为二台燃气真空热水锅炉，真空锅炉（1）（2），每台120万大卡，供热量1400KW，进出水温度45/55℃，排烟温度170℃，排烟烟囱管径400～450mm；生活热水设计为二台燃气真空热水锅炉，真空锅炉（3）（4），每台40万大卡，供热量470KW，進出水温度60/80℃，排烟温度170℃，排烟烟囱直径280～300mm；一台燃气蒸汽锅炉，蒸汽锅炉（5），专门为洗衣房设备供应蒸汽，其额定蒸发量1.6T/H，温度为187℃，压力为10公斤，排烟烟囱管径为400mm；二台燃气锅炉，燃气锅炉（6）（7），专门给泳池加热使用，供热量为7.5万大卡，排烟温度170℃，排烟烟囱直径为180～200mm。

3 项目问题和解决办法

项目一：最后调试阶段，发现末端风机盘管负荷达到40%，锅炉负荷达到45%以上时，锅炉机组就会颤抖，最后会直接熄火，停止工作。

经锅炉厂家现场鉴定发现：其烟囱排烟不畅，锅炉自动保护，停止工作。

烟囱排烟不畅原因如下：

①现场有一处反梁，现场施工时，烟囱遇到反梁，施工单位先向下后上，成U形，直接形成了局部阻力。

②烟囱按图施工，最终的水平管为20米，垂直管也为20米，垂直管和水平管的比例不对，形成不了烟囱效应。

针对以上问题，项目部召开会议，进行现场整改。

第一条简单，施工单位自行将前端管线拉平，形成反z形，消除局部阻力。

第二条比较复杂，设计院进行核实，最终得出结论是：垂直管必须达到60米以上，越高越好。否则形成不了烟囱效应，排不了烟。但烟囱是从裙房部位出来，管井只有20米高，要达到60米，就会露出40米，在美观上是不能得到批准的。最后采用其他方案，在烟囱末端增加了一台排烟风机，其排烟风量为200CMH，余压为150PA。

经过以上修改，最后排烟正常，锅炉顺利运行，空调调试正常。

项目二：因为项目一的原因，在设计初就对烟囱的垂直长度和水平长度进行了核实，核实发现其中二台的烟囱的垂直长度满足不了设计要求。根据现场条件，需要直接排放，直接排放其烟气的温度过高，有相关隐患。经过讨论，最终确定采用冷凝式锅炉，对烟气进行二次回收利用，使其排烟温度小于80℃。对锅炉进行了优化。

项目三：比较复杂，共有锅炉七台，按照使用功能可以分为四个区域，每个区域的锅炉形式不一，其排烟烟囱的管径也各有差别，为保证其排烟通畅，满足锅炉的使用功能，本次烟囱的最高点在酒店屋顶，垂直高度达到60米，满足水平长度的比例要求。

施工图出图前，与设计进行核实，最终采用两根烟囱主管，其中一根负责锅炉（1）（2）（3）（4），另一根负责锅炉（5）（6）（7）。

详见下图。

本项目在具体施工过程中，也极其注意烟囱的走向和坡度，满足底平，斜度向上的要求，避开梁柱等土建问题。

在最后调试中，锅炉（1）（2）（3）（4）都能正常运行，但锅炉（6）（7）却不能正常使用，经常在运行一段时间后熄火，停止运行。

经厂家检查后，发现还是烟囱的问题，锅炉（5）在运行后，其排烟压力明显大于锅炉（6）（7），影响了其锅炉（6）（7）的正常排烟，导致其不能正常使用。因为锅炉（6）（7）的供热量相当小，其排烟压力几乎为零。

最后设计重新变更，锅炉（6）（7）单独排放烟囱，从防爆井自然排放，因考虑到其排烟量小，最初其为二台并一根烟囱，但排烟不理想，最终决定每台单独一根，才保证了各台锅炉的正常使用，保证了项目的顺利使用。

4 结论

综合以上三个项目，我们发现烟囱的设计和施工不是小事情，其考虑因素出正常的设计和施工规范外应该考虑以下几个因素：

（一）、设计时，要考虑排烟的温度对外围有无影响，如有影响需增加降低温度的措施；

（二）、设计时，在几台锅炉合用一根烟囱时，必须考虑各台锅炉自身的排烟压力，不能相差太大，否则会窜风，影响小风压锅炉的正常排放；

（三）、施工时，要考虑现场土建情况，要保持烟囱水平的最低点在锅炉房，保持烟囱水平施工的坡度向上；

（四）、烟囱单独调试应在项目使用前一个月就要进行，否则发生重新设计和重新施工，将会大大影响工期，影响整个工程的正常使用。

参考文献：

【1】清华大学建筑节能研究中心《中国建筑节能年度发展研究报告2014》，中国建筑工业出版社