?根據所建煙囪目的的不同，煙囪新建的設計方案上面也會有一些比較明顯的變化，這里就提供一個垃圾焚燒煙囪的設計方案，通過對這個方案進行了解，可以在一定程度上明白垃圾焚燒煙囪的特點和其他一些不是很容解釋的東西，由于垃圾焚燒在我國屬于嚴格的法律控制范圍的工程項目，因此相關的新建方案也比較少見，這里特別分享一列。

　　近幾年來,國內建設的垃圾焚燒廠不斷增多。除了極少數焚燒特殊垃圾(例如醫療垃圾)的焚燒廠外,對于絕大多數城市生活垃圾焚燒廠,煙囪都是必不可少的設施。目前,國內外建設的很多火力發電廠以及一些自用鍋爐的大中型廠礦企業,也都需建設煙囪。過往的煙囪設計,大多比較成功,但也存在一些問題。這些經驗和教訓,為近幾年來開始興建的城市生活垃圾焚燒廠的煙囪設計,提供了寶貴的借鑒。與火力發電廠的煙氣相比,垃圾焚燒產生的煙氣成份不同、排放標準不同、煙囪的運行方式也不一樣,垃圾焚燒廠的煙囪設計有自身的特點。本文結合多個工程的設計實踐經驗,談談城市生活垃圾焚燒工程中煙囪設計的體會。

　　1工藝設計

　　煙囪的作用是將燃燒尾氣排向大氣,利用大氣的擴散作用將尾氣擴散稀釋。工藝專業設計的內容含: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,尾氣擴散稀釋的效果越好,同時,建設費用亦越高,因此,煙囪高度應根據環境影響評價要求,在滿足國家環境保護要求的前提下,適當考慮

　　1?2排氣筒管徑、煙氣流速

　　尾氣從煙囪口排出的速度越大,擴散稀釋的效果越好。但是,速度越過30m/s,會發生笛音現

　　象,所以尾氣排放速度不能大于這個值。如果煙氣流速過低,又會增加煙氣對排氣筒腐蝕的可能,也降低煙氣的擴散稀釋效果,通常的煙氣流速控制在10~20m/s。確定了煙氣流速,根據產生的煙氣總量,便能確定出排氣筒管徑。煙囪(排氣筒)出口內徑d(單位:m)由下式確定:

　　d=ndVy3600×0.785w0

　　式中nd—由一個煙囪(排氣筒)負擔的蒸汽數值(單位:t/h);

　　Vy—每小時產生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)的出口內徑,一般不小于

　　0?8m,內表面無須防護處理且無須人員入內維護的鋼制煙囪(排氣筒)不受此限。

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

　　結露,對排氣筒造成腐蝕。

　　1?4排氣筒的布置形式

　　垃圾焚燒設施的尾氣排放量與垃圾熱值和焚燒負荷有關,同時運行的垃圾焚燒爐臺數對尾氣

　　排放量有很大影響。如果多臺焚燒爐的尾氣從一只煙囪(排氣筒)排出,焚燒的運行狀況不同(例如,其中一臺或幾臺焚燒爐停爐維修),尾氣排放量及排放速度均不同,使煙氣在煙囪排氣筒內的流度、流量、溫度難以控制在設計允許的范圍內。一臺焚燒爐一個排氣筒,能夠有效地利用尾氣自身擁有的能量,較為方便地控制煙氣的流速、溫度。但是,如果一個排氣筒設一只煙囪,建設及維護費用都很高。目前,國內外通常的做法,是采用組合式煙囪,即一臺焚燒爐設一個排氣筒,多個排氣筒組合在一起,形成一只煙囪,換而言之,即在一只煙囪內,設多個排氣筒,各排氣筒相互獨立。上海垃圾焚燒廠采用一只組合式鋼筋混凝土煙囪,內設3個鋼排氣筒,每臺焚燒爐一個排氣筒;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結構設計

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

　　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。從結構受力的角度,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構,作

　　為受力結構,排氣筒為鋼制大直徑圓形管道,僅作為煙氣排放的通道,不作為受力構件;塔架式鋼煙囪:塔架獨立承擔外荷載作用,鋼制排氣筒為非受力構件,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;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件(肢柱),參與塔架整體受力分析。確定適當的結構受力體系后,選用恰當的程序進行計算分析。有關規定,按照《煙囪設計規范》GB50051執行。本文不作贅述。五洲工程設計研究院設計的一些實例為: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構,內設3根普通碳素鋼制排氣筒,懸掛式受力形式;河北靈達垃圾轉化熱電站煙囪,四管集束式組合煙囪,結構同上,僅排氣筒為4根;廣東東莞橫瀝垃圾轉化熱電站煙囪,為單筒集中式煙囪,鋼筋混凝土筒體結構,內砌防護砌體墻。

　　3煙囪的防護設計

　　煙囪的防腐蝕設計,應考慮下列因素:煙囪內煙氣的腐蝕等級;結構重要性;煙囪的運行方式

　　(經常性或間隙性運行方式);煙囪內是否有結露現象;技術經濟比較;檢修條件。

　　煙囪的腐蝕,主要包括自然環境腐蝕和排氣筒內的煙氣腐蝕,煙囪的防護設計,也主要是針對這兩種腐蝕的防護。自然環境的腐蝕,主要是雨雪、空氣中有害成分(大多來源于工業生產的排放物)的腐蝕等,對這種腐蝕,有許多有效的防護措施,較為常見,本文不作贅述,本文主要討論煙囪排氣筒內壁針對煙氣腐蝕的防護設計。談到排氣筒內壁的防護,有必要討論煙氣成分、煙氣腐蝕的機理、煙氣凈化的工藝與防護的關系。

　　3?1煙氣的成分

　　煙氣的成分比較復雜,不過,無論采用何種煙氣凈化工藝,正常生產狀態下,從煙囪出口排出的煙氣的成分,必須達到國家標準(或國際標準)。

　　上海垃圾焚燒廠執行的標準(含氧量為11%的干氣體)。

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

　　3?2煙氣對鋼材腐蝕的機理

　　從煙氣成分分析,煙氣中對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氣體對鋼材的腐蝕作用非常輕微。據有關資料,200℃的干燥的HCl氣體,300℃的干燥的SO2氣體,對碳鋼的腐蝕深度在0?1~1mm/a,按照均勻腐蝕10級蘇聯標準判斷,為6~7級(尚耐腐蝕),按照均勻腐蝕3級標準判斷,為2級(可用);CO2氣體對鋼材幾乎沒有

　　如果煙氣中含有足夠的水份,并且出現了結露,那么,排氣筒筒壁上將會出現酸性液體,對排

　　氣筒產生嚴重的腐蝕作用,HCl、HF酸性液體能直接與鋼材發生化學反應。煙氣中的SO2,通常先與水H2O反應生成H2SO3,也可能同時與水汽H2O和氧氣O2反應,生成H2SO4,而H2SO3、H2SO4再與鋼材反應,從而對鋼材產生腐蝕作用。煙氣中的CO2,會與水H2O反應生成H2CO3,也會對鋼材產生一定的腐蝕。此外,還有其它腐蝕。碳鋼在無氧酸(如鹽酸、氫氟酸等)中能被強烈腐蝕,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,工藝專業應選擇合適的煙氣流速及溫度,采用適當的煙氣凈化工藝,以降低煙氣濕度;建筑專業在排氣筒外壁采取適當的保溫措施,以確保煙氣在排氣筒流動過程中不結露或盡可能少結露。在工程設計中,采取這些措施后,可以認為正常生產狀態下產生的煙氣,對鋼材的腐蝕作用,可以得到有效控制。

　　3?3煙氣凈化工藝與排氣筒防護

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

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

　　參照。在國內普通火力發電廠工程中,常常采用磚砌煙囪或者鋼筋混凝土煙囪,內設耐火磚襯里的做法,這樣成功的工程實例很多,可供參照;近些年,采用鋼管煙囪的工程實例也逐漸增多。對于采用半干法或干法煙氣凈化工藝,其處理后的煙氣中,含水量相對較少,對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,其防護做法可以參照用于濕法煙氣凈化工藝的煙囪防護做法。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,對經過半干法或干法工藝處理過的煙氣的防護問題進行探討。通常,對于采用半干法或干法煙氣凈化工藝,在正常生產狀態下產生的煙氣,排氣筒鋼管采用普通碳素鋼,排氣筒內壁不采取任何防護措施,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,厚度根據熱工計算確定,應能使排氣筒內煙氣溫度在設計允許的范圍內,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,在非正常生產狀態下(如試運行、啟動、停爐等時期)煙氣的成分、溫度、流速等諸參數可能達不到設計指標,盡管這種狀態不會持續很長時間,但由此導致的煙氣對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措施。輔助防護措施的第一種方法:依據煙氣對排氣筒的腐蝕作用的大小,在結構計算所需排氣筒鋼管壁厚的基礎上,增加一定厚度,即“腐蝕厚度裕度”,使煙囪在結構設計使用年限內,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度、剛度、穩定性,能滿足結構安全使用的需要。目前,國內外尚沒有充分的煙氣對排氣筒鋼管壁的腐蝕數據,通常對于結構設計使用年限為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,有隔熱層時取為2mm,無隔熱層時取為3mm。對于“非正常生產狀態”經常發生,例如某些垃圾焚燒爐每隔2~3年停爐檢修一次的情況,應適當增加“腐蝕厚度裕度”到3~4mm,有隔熱層時取為3mm,無隔熱層時取為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。

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

　　中涂料老化、日常維護困難的原因,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,但費用較高,考慮到我國國情,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,設計時應采取專門的防護措施,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關于《煙囪設計規范》GB50051-2002的一點建議《煙囪設計規范》(GB50051-2002)第10?1?1條規定,“煙囪內的煙氣溫度低于150℃,且燃煤的含硫量大于0?75%時,煙囪的防腐蝕設計應符合本章的有關規定。”;第10?1?2條規定,根據燃煤含硫量的不同,將煙氣劃分為不同的腐蝕等級。筆者認為這樣欠妥,理由如下:

　　1?無論燃煤含硫量多少,其排放出的煙氣都應該符合國家的煙氣排放標準,對于不符合標準

　　的,應該采取諸如增加脫硫設施等凈化措施,以使其達標排放。不能說:因為購進的燃煤含硫量高,就有充分的理由超標排放。

　　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、外界環境、結露情況等因素有關;再者,含硫量相同的燃煤,燃燒后的煙氣,經過不同的煙氣凈化工藝處理后,煙氣的成份也存在差異,因此,不能簡單地以燃煤的含硫量作為判定腐蝕等級的唯一依據。

　　3?實際工程中,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)、燃氣、

　　垃圾等作為燃料的。對于不是以燃煤作燃料的鍋爐,其產生的煙氣的腐蝕等級,缺少判斷的依據。作為國家規范,應照顧全面。筆者建議:不要以燃料的成分作為判斷煙氣腐蝕等級的依據,而應以煙氣自身的成份作為判斷的依據,并且要綜合考慮煙氣的流速、含水量、外界環境、結露情況等相關因素。目前,先進的煙氣在線檢測技術已經得到廣泛應用,可以較為方便地得到諸如煙氣成分、流速等檢測數據,使綜合判定腐蝕等級的方法的制定和實施,具備了數據條件。