烟囱

烟囱的主要作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。烟囱效应：高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道，当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，便沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。

中文名：烟囱

外文名：chimney

读音：yāncōng

性质：最古老、最重要

作用：防污染装置

引入西欧：犹太商人从东方引入

中国最高：210米、240米

1、基本介绍

由来

烟囱（yāncōng）是最古老、最重要的防污染装置之一。烟囱的发明极早。当原始人发现火时，同时发现了这样一个道理：哪里有火，哪里必有烟。最早的烟囱即是室内的通气孔。当把“火”带进室内做饭和取暖时烟也随之而入。这就迫使人们不得不设法在屋顶和墙壁上开些通气孔，以此来驱除屋内的烟雾。这种方法作为一种规范的人类实践活动已保留了几十万年。人类曾花了很长的时间来改进大烟囱。过去学术界普遍认为：人类文明的发源地埃及和美索不达米亚气候温暖，因而家庭取暖也就没有成为一个紧迫的问题。最后，一个法国考察队宣布他们在幼发拉底河上游挖掘庞大的废墟城市马里时，发现了一座配备着许多烟囱的约有4000年历史的宫殿。从而使上述观点得到改变。诚然，罗马人在发展设计新颖的热气取暖系统时，也大大地改进了烟囱。但目前流行的观点仍认为，“烟囱”这一慨念是1200多年前由叙利亚人、埃及人以及犹太商人从东方引入西欧的。

烟囱

目前，中国最高的单筒式钢筋混凝土烟囱为210米。最高的多筒式钢筋混凝土烟囱是秦岭电厂212米高的四筒式烟囱。现在世界上已建成的高度超过300米的烟囱达数十座，例如米切尔电站的单筒式钢筋混凝土烟囱高达368米。

分类

一般有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢烟囱三类。

其材质一般分为几种：砖头砌筑、铁质、石棉、陶质，这几种一般用在小的场所，如家庭、办公室等。

工业用烟囱多为圆柱体，上细下粗，一般用在工业的大厂房，如大锅炉、冶炼厂、电厂等；我国农村地区的土灶和北方土炕的烟囱多为砖砌方形。

钢烟囱steelchimney

砼烟囱

水泥烟囱

方烟囱

筒壁材质为钢材的烟囱。

钢筋混凝土烟囱reinforcedconcretechimney

筒壁材质为钢筋混凝土的烟囱。

砖烟囱brickchimney

筒壁材质为砖砌体的烟囱。

自立式钢烟囱selfsupportingsteelchimney

筒身在不加任何附加受力支撑条件下，与基础一起构成一个稳定结构的钢烟囱。

拉索式钢烟囱guyedsteelchimney

筒身与拉索共同组成稳定体系的钢烟囱。

塔架式钢烟囱framedsteelchimney

筒身与塔架共同组成稳定体系的钢烟囱。

单筒式烟囱singletubechimney

内衬分段支承在筒壁上的普通烟囱。

套筒式烟囱tube-in-tubechinlney

筒壁内设置一个排烟筒的烟囱。

多管式烟囱multi-fluechimney

两个或多个排烟筒共用一个筒壁或塔架组成的烟囱。

2、基本作用

效应原理

烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房问从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气。

负面影响

在烟囱效应的作用下，室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现，但其负面影响也是多方面的：首先，风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内，消耗热量并污染室内；其次，风通过电梯井由底层厅门人口被抽到顶层的过程中，导致梯门不能正常关闭；第三，当发生火灾时，随着室内空气温度的急剧升高，体积迅速增大，烟囱效应更加明显，此时，各种竖井成为拔火拔烟的垂直通道，是火灾垂直蔓延的主要途径，从而助长火势扩大灾情。有资料显示，烟气在竖向管井内的垂直扩散速度为3-4m/s，意味着高度为100m的高层建筑，烟火由底层直接窜至顶层只需30s左右。如果燃烧条件具备，整个大楼顷刻问便可能形成一片火海。为有效减弱烟囱效应产生的负面影响，可采取以下一些措施。

采取措施

1．在冬季，空气主要是通过各种外门从底层流入室内，最直接的方法是将建筑通向外界的所有门，尽可能地设置成两道门、旋转门、加装门斗或在外门内侧设置空气幕等，这对于大厅门尤为必要，对于那些次要通道连同地下停车场的外门口等，在冬季也要装门，至少应增挂厚门帘。在冬季，电梯井顶部的通风孔应适当向小调整或关闭。

2．对于已采暖的建筑物，尽量不使低层部分的室内温度高于高层部分。

3．当火灾发生时，不仅在任何季节通过各类竖井产生烟囱效应，而且还可能在小范围内通过穿越楼板的空调管道，甚至是一些不引人注意的孔隙产生烟囱效应。对此，《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-1995)有以下明确规定。

（2)“建筑高度不超过100m的高层建筑，其电缆井、管道井应每隔2~3层在楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔；建筑高度超过100m的高层建筑，应在每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔”。因施工缺陷、桥架和管道根部形成的各种孔隙，必须用不燃烧材料填塞密实。

烟囱是一种排除工具，用来排除由火引起的气体或烟尘。是一种把烟气排入高空的高耸结构。能改善燃烧条件，减轻烟气对环境的污染。

改革开放以来，各地的高层建筑象雨后春笋般地矗立起来，根据中国国情，现在绝大部分高层建筑的热源还是考虑使用燃油或燃煤锅炉或溴化锂机组，其机房的烟囱尤其是燃煤锅炉房的烟囱的设置，往往是设计者十分头痛的问题，若建独立烟囱，因其均在闹市区，寸土寸金，不可能单独设立，且造价昂贵，若做附壁烟囱，在设计或施工中出现错误，将会造成不可挽救的经济损失，如武汉某单位28层住宅楼的附壁砖烟囱，就是因为设计与施工均存在一定问题而使烟囱和住宅墙面开裂，烟气向各个房间渗透，烟囱无法修理和使用，而重新再做了一个钢制烟囱附墙。造成经济损失几十万元。

在设计实践中，我们吸取他人的经验教训，根据现场情况，千方百计，大胆创新，采用新技术，并且严格要求施工单位按图施工，解决了高层建筑烟囱设计的一些问题，几个工程经各有关部门竣工验收合格，运行几年，没有问题，有的还获得了省优秀设计二等奖（湖北省建设银行办公楼、国际金融贸易大厦），取得了很好的经济效益和环境效益。

内筒设置烟囱

中国建设银行湖北省分行办公大楼（也称湖北国际金融大厦）是武汉地区首批高层建筑之一，该大厦主楼廿六层，高近百米，由于当时的能源政策限制，只能采用煤作燃料，然而，由于该大厦地处武汉市繁华的闹市中心－－中南路口，环境保护要求特别高，而燃煤锅炉又不适于布置在楼顶，只能考虑布置在裙房一层，根据《锅炉尘排放标准》本工程锅炉房烟囱可按30M设计（总容量5t/h），但由于本大厦高近100M，且周围也有中南商业大楼（高约50M）和规划中的物贸大厦，中商广场（后来均已建成），上述排放标准也同时规定“在烟囱周围半径200M的距离内有建筑物时，烟囱高度一般应高出最高建筑物三米以上”。有人希望我们按30M设计，这样建设单位可以节省不少投资，我们设计起来也方便得多，如果我们在“一般”和“应”上做文章，请求环保部门降低要求也不是没有可能的，但我们认为，以环境保护的高度出发，从城市发展的长远观点着想，从锅炉房烟气对本大厦的影响考虑－－因为锅炉房位于本大厦之西北，而锅炉运行时间又多在冬季，烟气对大厦的损害是不言而喻的－－将锅炉烟囱建得更高一点有百利而无一害的，因此，我们决定还是将锅炉房烟囱设计为高出本大厦3米。然而，真正设计起来就困难重重了，首先，本大厦是武汉市首批标志性建筑之一，是湖北省建设银行的办公大楼，城市规划要求外装修豪华壮观，因而在方案设计是，由于种种原因，没有考虑设置高出屋面3米烟囱的位置，

施工图若考虑附壁砖烟囱或钢烟囱不仅破坏建筑形象，而且结构上也无法处理。其次，若建独立砖烟囱，造价将高达百万元，且受地方限制，做起来与整幢建筑也不协调，有煞风景，若考虑附在裙房上，连起码的30M也达不到，怎么办？经我们多次与土建工程师磋商，终于在主楼内筒靠电梯井的地方挤出一块面积约2.5M2的三角形位置决定将烟囱设置在此。

内筒设置烟囱，在中国以至于亚州也还是个新问题，首先，烟气对内筒产生的热应力影响就很大，其次，锅炉房并非在主楼楼层内，而是在裙房里，距内筒尚有几十米水平距离，烟道必须通过标准层的几个房间，将对这些房间产生影响。特别是锅炉一般冬天运行较多，烟囱内外温差更大，为避免其影响，将烟囱作如下处理：

1．参照普通烟囱的建造方法，将空气隔热层扩大为100MM，普通砖烟囱的空气隔热层为50MM，它是为保护烟囱外壁而设置的，而我们要保护的对象是大楼的整个内筒以至整个大厦，为此，我们特将空气隔热层增加一倍，防止烟气热量向内筒传导而产生热应力破坏。

2．砌筑与烟囱等高的耐火砖内壁，普通烟囱内壁，烟气湿度在500℃以下时采用红砖，显然不能保证烟囱外壁湿度与室温相当，耐火砖的密实程度和隔热性能比普通红砖好多了，能有效地阻止烟气湿度影响内筒。

3．烟囱与烟道连接处设置伸缩缝，烟道（钢制）采取了严格的保温措施。

4．烟囱外壁（即内筒墙壁用耐火砼浇筑，更进一步消除烟气的影响。

采取上述措施，完全避免了烟囱内外温差对主楼内筒的影响，如果不说明，谁也不知道，本大楼的烟囱就设置在主楼的内筒靠过道的地方。几年的运行证明，此法不仅解决了高层建筑设置烟囱的难题，为建设单位节省了大量投资（与独立烟囱相比，节省3/4，约70万元，与附壁烟囱相比，节省的1/3，达30万左右。）产生了巨大的经济效益，而且，更重要的是，由于烟囱很高，消除烟气对周围的污染，产生了更明显的环境效益。

外墙设置附壁烟囱

湖北省邮电管理局所建华美达大酒店，是一座二十八层，高一百多米的大型建筑，锅炉房设置在四层裙房，三台油锅炉总烟道正好位于大楼外墙一角，我们同样在墙角切了一个面积约2M2的三角形，因其在外墙，热应力影响比内筒小，故空气隔热层仅70MM，其余办法均与湖北国际金融大厦相同，但锅炉运行后，发现临烟囱的房间较高，后经分析勘察，发现施工单位在砌烟囱内壁耐火砖时，根本没按烟囱砌筑工艺施工，甚至连内壁上的脚手架孔都没堵上，还有250×200MM的大洞几个宽20MM的缝隙达几十米，后经堵洞补孔，并采限了一些别的措施，房间湿度才降下来，达到正常使用要求。

设备附墙不锈钢烟囱

河南郑州金博大城，锅炉房设在裙房一层，锅炉房与三十三层商住楼相连，原设计写字楼四十六层，烟囱附写字楼而上，但由于某些原因，写字楼只建了几层，商住楼又已建成，经研究，决定做不锈钢烟囱附在商住楼墙上，采取了下述措施。

1．为避免普通钢的锈蚀而造成烟囱更换费用高，经测算，决定采用不锈钢制。

2．为减少造价，少用不锈钢材采取短节法兰安装方法，即两法兰之间距离仅为2米，在法兰上支撑烟囱，从而减少下层烟囱的壁厚，按计算，若烟囱重量都落在地基上，下层烟囱壁厚要十几毫米，采用上述办法，上下烟囱的壁厚均为4－5MM。支撑和固定均用不接触烟气的普通钢材。

3．烟囱上采取热补偿措施，防止因烟囱固定支撑之间的热膨胀而引起破坏。

该锅炉房运行几年，一切正常。

四附壁砖烟囱施工中应注意的几个问题。

1、一定要请具有筑炉或烟囱施工的专业队伍施工。

2．内壁一定要保证平滑，密实不允许渗烟，以减少热传导。

3．空气隔热层宽度一定要保证不允许两隔热层面凹凸不平。

4．绝对不允许在砌内壁耐火砖时在内壁上搭脚手架，只能搭在外壁上，因为脚手架孔是无法堵严的。

5．监理公司一定要时时监察，否则后患无穷，如武汉华美达大酒店运行后，因不能停炉，检查起来十分困难，堵洞补孔更加困难，而且效果也不好。

高层建筑是中国近年来发展的新鲜事物，随着四化建设的进一步深入，一座座高楼拨地而起，由于一般都建在人口稠密的大城市，而中国的城市由于历史原因暂时还很少有供热中心，因之锅炉是不可缺少的，怎样解决高层建筑中的烟气排放（即烟囱设计）问题，是一个很棘手的课题，弄不好，祸及当代，殃及子孙，但只要我们认真研究，大胆创新，精心设计，精心施工，解决这一问题还是不难的。

3、建筑施工

施工顺序

井字架和外架区域场地平整夯实—→井字架基础浇150mm厚C30砼—→垫架板搭架—→砌筑烟囱筒身—→砌筑耐火砖—→填充膨胀珍珠岩隔热层—→向上翻架—→在标高2.1m处搭设安全网—→内架搭设—→筒体砌筑。

烟囱

施工准备

①　先定烟囱中心、轴线位置、标高尺寸。中心浇灌砼固定一根钢筋，划出十字线，确定中心位置，并用钢板制成的铁斗盖在上边保护。②　制作5个靠尺板。把1·0m长、150mm宽、25mm厚木板刨光，先用墨斗弹出中心线，然后按2·5%做出坡度。③　制作线锤。用钢板焊成锥形，内浇砼做成线锤，重3kg~5kg,线锤用16#铅丝悬吊在轮度板中心，与中心桩对中确定中心。④　制作轮度板。把4·0m长，100mm宽，50mm厚木板刨光，上边以中心为轴设置一长2.2m,宽150mm,厚30mm木板，其上按烟囱斜度2.5%刻分格，旋转轮度板用以测量烟囱外圈圆周。⑤　制作井字架顶横梁，用2根金属架杆焊成，中间固定2个滑轮,1个设在井字架中心，1个设在井字架边沿。⑥　制作砖吊笼，用d8mm钢筋焊成，每次限吊30块砖。⑦　制作砂浆桶，每次限吊0.05m3以下。⑧　制作异径横杆，用管径50mm和60mm的钢管的分别裁成1·0m~1.5m长，并在上边钻孔，插套起来，用钢筋插销固定就成为一组横杆。它的特点是可以伸缩，使用方便。

砌筑工程

先摆3层砖排缝，环状垂直缝应交错1/2砖，辐射缝应交错1/4砖；1/2砖用量不得超过30%,1/4砖以下的砖禁止使用，检查无误后再砌筑。一边砌砖，一边用水平尺、靠尺板检查，砌完300mm后，即砌5层砖后，砌耐火砖300mm,中间填充膨胀珍珠岩，每天砌筑1.2m高为宜。竖向钢筋和环形温度钢筋以及爬梯的安装设置要符合设计要求。每砌完一步架用轮度板垂吊线锤检查中心及圆周，并用经纬仪检查。10·0m以下，每5·0m高沿筒周间隔1·0m留设120mm×10mm温度缝，上下错开砌筑，变截面处也留设温度缝。

搭架工程

①　先将烟囱四周平整夯实，井字架基础浇灌150mm厚C30砼，然后垫木板，搭井字架和六角形金属外架20·0m高，井字架要挨紧烟囱爬梯处，先搭23·0m高。②　Ⅰ号烟囱的井字架设在烟囱北部，卷扬机设在井字架东边；Ⅱ号烟囱的井字架设在烟囱西北部，卷扬机设在井字架西边，详见图1(第33页)。③　架子离开烟囱外围最少200mm,架板用50mm厚木板搭设，不得有探头板，以对接板为宜，挂上立式安全网。井字架每隔10·0m拉一道缆风绳，在3·0m和10·0m处外挑挂6·0m宽安全网2道。④　在标高21·0m处挑挂6·0m宽安全网1道，这道安全网内圈用d6mm钢筋固定在砖烟囱上，方法是利用砖烟囱上细下粗的特点，在高处拴好向低处下降自然捆紧。外圈用架杆支撑，拆除时从爬梯口剪断就自动离散。这样一来，20·0m以下金属架就可以提前拆除，便于周转。⑤　标高20·0m以上砌筑用里脚手架，搭设时用2根异径横杆，并用木楔塞紧架眼与横杆。在标高30·0m以下可在横杆上绑架杆，铺设木制架板，使之成弧度形。在标高30·0m以上由于筒径变小，可把架板直接铺在2根异径横杆上，用12号铅丝把架板绑牢。砌筑翻架时，留下此2根异径横杆，退架时从上到下，边退边拆，边补架眼。井字架搭设高度，每次至少比烟囱高2步架。

模板工程

在标高26.7m和39.5m处各有圈梁1道，先绑扎钢筋，支模时可选用450mm×100mm或者600mm×100mm的钢模。先固定内模，用木龙骨和架杆支撑，12#铅丝拉结。外模放在事先在筒身上预埋的d10mm间隔500mm外露60mm的钢筋头上，用12#铅丝与内模拉结，并用钢丝绳、手搬葫芦在外围固定。浇灌完毕后，拆掉内外模再砌砖。

钢筋工程

筒身竖向钢筋为d10mm间隔500mm,钢筋搭接长度为40d(不含钩),为便于高空作业，钢筋长度以3·0m~4·0m为宜。环形温度钢筋为d8mm间隔250mm,变截面处500mm范围内钢筋为d8mm间隔125mm,钢筋搭接长度为40d(不含钩),爬梯安装要上下一致，最上部要对准固定后再焊接。

工程质量

目标及质量保证措施

1　材料的质量一定要符合设计及规范要求，要有合格证和试验报告。

2　砂浆和砼事先有试配比通知单，施工中要计量准确，按规定留设试块，检测砂浆和砼强度。

3　砌筑先排底，按规范排好缝，砂浆饱满度要求达到95%以上，要经常用靠板靠，线锤吊，水平尺测平，圆度规(轮度板)测圆。

4　认真开展自检、互检、专职检的三检制，边干边检，做好原始记录，严格按照规范和操作规程要求进行施工。

5　认真计算好各个高度的烟囱直径，便于随时抽检，严格控制标高、轴线，做好书面和口头质量交底工作。