烟囱的设计计算共15页
烟囱计算书
1 设计依据:2 烟囱资料:钢烟囱高度H 60.000(m)12.0上部外径d 1 5.000(m) 5.000(m)下部外径d 2 5.000(m)2个上部壁厚t 18(mm)35.000(m)下部壁厚t 210(mm)25.000(m)钢材牌号Q235215.000（N/mm 2）截面面积A 1125463(mm 2)1.56E+08(mm 3)截面面积A 2156765(mm 2) 1.95E+08(mm 3)旋转半径i 11765(mm)68旋转半径i 21764(mm)68重力荷载代表值G E 652(kN)自振周期(按烟囱规范):T 1=0.26+0.0024H 2/d=1.188(S)3 竖向荷载计算:重力标准值G k652(kN)(kN)备注：z—计算高度ν—脉动影响系数z/H—相对高度μz —风压高度系数φz —振型系数βz —风振系数μs —风荷载体型系数ξ—脉动增大系数ωk —风荷载标准值 ωk =βz μs μz ω09.28（kN/m）11133(kN.m)4 横风向风振计算:自振周期T 1 1.188截面直径D5.0001.293Kg/m 3斯托罗哈数S t0.21.68钢烟囱计算书(自立式)《建筑结构荷载设计规范》 GB50009-2001（2006）《高耸结构设计规范》 GBJ 135-90《烟囱设计规范》 GB50051-2002《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001下部高度烟囱顶部风荷载标准值ωk1=ωk d 1f t长细比λ1平台活荷标准值Q k截面抵抗矩W t1截面抵抗矩W t2底部风荷载弯矩标准值 M 1k =ωk1H 2/3长细比λ2空气密度ρβz =1+ξνφz /μzH/d 平台直径平台个数上部高度顶部风压高度变化系数μH临界风速v cr =D/T i S t 21.034.2(m/s)雷诺数R e =69000vD 7.3E+065 地震荷载计算:抗震设防烈度：7加速度：0.10g结构阻尼比δ：0.01地震分组：第一组场地类别：IV 查表 剪力修正系数εC 0.75αmax 0.04特征周期T g (s)0.35下降斜率调整系数ε10.03阻尼调整系数ε2 1.520.970.05030.000(m)979.2(kN.m)24.5(kN)6 荷载组合:880.7（kN）15586.0(kN.m)4390.2(kN.m)0.8验算荷载N＝880.7（kN）M=15586.0(kN.m)7 截面荷载计算:1. 强度验算γx =1.151.575.1<ft=215满足！109.9>σ＝75.1满足！2. 稳定验算19935410查表φ=0.65591.4<ft=215满足！8 地脚螺栓选择:螺栓布置所在圆直径d 06500（mm）12(个)螺栓材质Q23536（mm）725.9(kN)选用M36P＝114.3(kN)（螺栓布置见附图）9 基础局部受压应力:基础混凝土强度等级 C 35βl ＝3混凝土f t1.570.6<3.2满足！10 烟囱顶部位移:fmax=11ql 4/120EI=136.89845mm H/fmax=438.28108>100满足！衰减指数γ烟囱顶至重心距离h 0Re>=3.E+06, 可发生跨临界的强风共振，应考虑共振效应！可不考虑竖向地震作用！0.675σ=N/A 2 +M/(γx W t2) （N/mm 2）轴力设计值 N=1.35G k ＋1.4×0.7×Q k非地震组合控制底部地震剪力标准值 V 2k =εC α1G E 底部地震弯矩标准值 M 2k =α1G E H 0混凝土局部压应力σcbt =N/A+M/W=荷载分布影响系数ω螺栓所受最大拉力为：P max ＝4M/nd 0-N/n=ωβlft=地震影响系数α1=(Tg/T)γε2αmax 螺栓数量n 筒壁局部稳定 0.4E t t 2/k/d 2 （N/mm 2）局部抗压调整系数k N ex =π2EA/(1.1λ2)(N)截面抗震调整系数γRE ＝顶部风速V h ＝(2000μH ω0/ρ)1/2螺栓直径d e非地震组合 M=1.4×M 1k 地震组合 M=1.3×M 2k +0.2×1.4×M 1k弯矩设计值σ=N/φA 2 +M/W t2(1-0.8N/N EX ) （N/mm 2）。
烟囱的设计
烟囱的设计1. 设计参数 ：车间平均温度：25℃环境温度：-9℃当地气压：100KPa按中国（GB16297-1996）大气污染物综合排放标准最高允许浓度排放：60mg/m^3假设处理风量：6000m3∕h ；出口流速：2．计算：(1)烟气热释放率：式中：H Q —烟气热释放率，kw ；a p —大气压力，取邻近气象站年平均值；v Q —实际排烟量，s m 3s T —烟囱出口处的烟气温度，433K ；a T —环境大气温度，K ；取环境大气温度a T =293K ，大气压力a p =978.4kP=0.35*1000000*6000/3600*(25+9)÷(25+273)=665KW(2)烟囱出口内径：m A d 376.014.311.044=⨯==π(3)由H Q ≤1700KW 或△T ＜35K△ H=2*(1.5Vd+0.01Qh)÷v=2*(1.5*0.376*15+0.01*665)÷3=10m(4)则以大气污染物地面绝对最大浓度来确定烟囱几何高度（这里U S 采用危险风速计算）。
其公式为：式中：H S1 - 烟囱口距地面的几何高度，m ；Q - 污染源源强，mg/s ；ΔH - 烟气抬升高度，m ；U S =B/H s 危险风速（此时ΔH =H s ），m/s ；C 0 -污染物规定浓度限值，mg/m 3；C B - 地区污染物背景浓度，mg/m 3；бz/бy-垂直与横向扩散参数之比。
H s烟囱最后确定的选取高度H S 应满足以下条件：①H S 应高于或等于H S1和H S2中的较大值；②H S 应符合烟囱设计模数系列，即30、45、60、80、100、120、150、180、210、240m 高度。
即所取高度为45m 。
()HC C eu Q H B o s Y Z s ∆--⨯≥πσσ/21;0.15.0-(5)烟囱下部内径：D2=D+2*ｉ*H=0.376+2*0.02*45=2.176m2.选择风机：（1）风量计算在确定管网风量的基础上，考虑到风管、设备的漏风，选用风机的风量应大于管网计算测定的风量，计算公式如下：Q K Q Q =0式中：0Q —选择风机的计算风量，m ³/hQ K —风量附加安全系数，一般管道系数取1.0~1.1，吸收系统去1.1~1.5，且吸收器漏风另加5%~10%，本设计取 1.1=Q K则 h Q K Q Q /m366006000.110=⨯==。
钢烟囱结构计算
钢烟囱结构计算一、筒身自重计算及拉索自重（1）筒身自重筒壁1220.2960.00878.5 1.17/G rt kN m πρπ==⨯⨯⨯=烟囱全高自重13541G G kN =⨯=筒（2）拉索自重钢丝绳采用镀锌钢丝绳16NAT6（6+1）+NF1470ZZ124 89.9 GB/T 8918-1996 拉索自重：8.99N/m 每根索长：2538.9cos50S m ==︒每根拉索自重：28.9938.9350G m N =⨯=近似计算三根索，自重全部由筒身承担：3350=1.05k G N =⨯索二、风荷载产生的弯矩设计值及拉索拉力设计值（1）风荷载另行计算，结果如下：烟囱25m 位置设定拉索，25m 位置以上，风荷载设计值 1.4 1.74=2.44k /N m =⨯ 25m 位置以下，风荷载设计值 1.4 1.52=2.13k /N m =⨯（2）风荷载产生的弯矩设计值近似计算如下：22111= 2.4410=122kN m 22M q l =⨯⨯⨯⨯⋅ ()()2212221277.653535225122.3kN m 8825QH H h M h -⨯⨯-⨯===⋅⨯(公式参烟囱工程手册7.3-2) 作用在烟囱上总水平力： 2.4410 2.1325=77.65k Q N =⨯+⨯（3）拉索拉力设计值177.653570.95kN<124kN 2sin 225sin 50QH S h α⨯===⨯⨯︒(公式参烟囱工程手册7.3-3) 16φ钢丝绳最小破断拉力为124kN ，故16φ镀锌钢丝绳满足要求。
（4）拉索拉力焊缝计算假设拉索翼缘板厚8t mm =，焊缝长度200w l mm =32270.9501044.34/210/2008t w S N mm N mm l t σ⨯===<⨯ 满足要求。
（5）拉索拉力对烟囱产生的竖向压力P 设计值cos cos5070.9591.2k 180180cos cos 3P S N n α︒==⨯= 三、承重能力极限状态设计（1）筒壁局部稳定性的临界应力值按《烟囱工程手册》公式（7.2-7）计算如下：520.40.4 1.88108668.4/1.5600t crt E t N mm K d σ⨯⨯=⨯=⨯= 式中：300°温度作用下钢材的弹性模量550.92 2.0510 1.8810t E =⨯⨯=⨯局部抗压强度调整系数 1.5K =（2）在荷载（自重和风）作用下钢烟囱强度计算按《烟囱工程手册》公式（7.2-6）计算如下：i i t ni niN M f A W ⨯≤ 及 crt σ 式中：计算截面处净截面面积()222600584148714ni A mm π=⨯-=计算截面处净截面抵抗矩2230.770.7760082217600ni W d t mm ==⨯⨯=2210/t f N mm = 2668.4/crt N mm σ=钢烟囱水平计算截面i 的轴向压力设计值： 1.2i ik N N =()1 1.2 1.171091.2105.2N kN =⨯⨯+=2251.2 1.1710 1.0591.2124kN 2N ⎡⎤⎛⎫=⨯⨯+++= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()3 1.2 1.171025 1.0591.2141.6kN N =⨯⨯+++=⎡⎤⎣⎦钢烟囱水平计算截面i 的最大弯矩设计值： 1.4i ik M M =111.4122kN m k M M ==⋅221.4122.3kN m k M M ==⋅30kN m M ≈⋅（3）钢烟囱整体稳定验算拉索式钢烟囱整体稳定验算的计算简图可近似假定为两端简支的压杆。
Mathcad - 钢烟囱设计计算书
钢烟囱设计计算书（自立式）1 设计依据1.1 《建筑结构荷载规范》GB 50009-20121.2 《建筑抗震设计规范》GB 50011-20101.3 《烟囱设计规范》GB 50051-2013 2 设计参数 钢烟囱计算高度H e 16m :=材料强度Q235f t 215MPa:=烟囱底、顶标高z 120m :=下部高度H 18m:=上部高度H 2H e H 1−8m =:=下部内径d 11700mm :=上部内径d 21700mm:=上部壁厚t 26mm:=下部截面面积上部截面面积下部截面抵抗矩上部截面抵抗矩下部截面回转半径I 1A 1i 120.012m4=:=上部截面回转半径I 2A 2i 220.012m4=:=截面长细比3 风荷载计算 基本风压ω00.35kPa:=根据规范《石油化工管式炉钢结构设计规范》SHT3070-2005附录B规定，则圆形烟囱体型系数μs 0.70:=烟囱筒体质量m e0γs A 1H 1⋅A 2H 2⋅+()⋅ 4.039ton ⋅=:=烟囱附加设备质量m e12323kg:=烟囱总质量m e m e0m e1+ 6.6ton⋅=:=N e m e g ⋅58.713kN⋅=:=参照规范《石油化工管式炉钢结构设计规范》SHT3070-2005附录B，则直筒式烟囱基本自振周期参照规范《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012附录F，则钢烟囱基本自振周期钢烟囱基本自振周期T 1max T 1a T 1b , ()0.208s=:=根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012第8·4条，可不考虑顺风向风振的影响。
z高度处的风振系数βz计算峰值因子g 1 2.5:=10m高度名义湍流强度I 100.14:=备注：对应A、B、C和D类地面粗糙度，可分别取012、014、023和039结构阻尼比结构第1阶自振频率地面粗糙度修正系数备注：对应A、B、C和D类地面粗糙度，分别取128、100、054和026x 15>脉动风荷载的共振分量因子H1a 1.6m:=结构第1阶振型系数z为高度下部z为全高度处脉动风荷载垂直方向的相关系数脉动风荷载水平方向的相关系数ρx 1.00:=系数查表取值k0.910:=α10.218:=地面粗糙度类别B风压高度变化系数脉动风荷载的背景分量因子z高度处的风振系数风荷载标准值ωk1βz1μs ⋅μz1⋅ω0⋅0.319kPa ⋅=:=ωk2βz2μs ⋅μz2⋅ω0⋅ 1.298kPa⋅=:=烟囱底部截面受力计算：风荷载水平力标准值风荷载弯矩标准值风荷载水平力设计值V w 1.4V kw ⋅31.01kN ⋅=:=风荷载弯矩设计值M w 1.4M kw 248.06kN·m⋅=:=螺栓数量及直径计算根据《钢结构设计规范》表8·3·4，螺栓间距s取3倍至16倍螺栓孔径螺栓孔外挑宽度Δ1150mm:=螺栓圆周长L 1πd 12Δ1⋅+()⋅ 6.283m =:=螺栓数量估算螺栓数量取偶数个为地脚螺栓最大拉力查《钢结构设计手册》表10-6，螺栓直径d取20mm，对应最大拉力为34.3kN又由《石油化工管式炉钢结构设计规范》SHT3070-2005第9·3·13条，考虑锚栓的腐蚀裕度3mm 最终选择锚栓直径为M24。
锅炉烟囱设计计算
锅炉房烟囱设计新建锅炉房的烟囱设计应符合下列要求：1．燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱高度的规定：1)每个新建锅炉房只允许设一个烟囱，烟囱高度可按表8.4.10-1规定执行。
表8.4.10-1燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度(GB13271-2001)2）锅炉房装机总容量>28MW(40t/h)时，其烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于45m。
新建烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物3m以上。
燃气、燃油（轻柴油、煤油）锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于8m。
2．各种锅炉烟囱高度如果达不到上述规定时，其烟尘、SO2、NOx最高允许排放浓度，应按相应区域和时段排放标准值50%执行。
3．出力≥1t/h或0.7MW的各种锅炉烟囱应按《锅炉烟尘测试方法》(GB5468)和《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-2001)的规定，设置便于永久采样孔及其相关设施。
4．锅炉房烟囱高度及烟气排放指标除应符合上述1~3款（摘自GB13271-2001）的规定外，尚应满足锅炉房所在地区的地方排放标准或规定的要求。
5．烟囱出口内径应保证在锅炉房最高负荷时，烟气流速不致过高，以免阻力过大；在锅炉房最低负荷时，烟囱出口流速不低于2.5~3m/s，以防止空气倒灌。
烟囱出口烟气流速参见表8.4.10-2，烟囱出口内径参见表8.4.10-3和表8.4.10-4。
表8.4.10-2烟囱出口烟气速表(m/s)表8.4.10-3燃煤锅炉砖烟囱出口内径参考值表8.4.10-4燃油、燃气锅炉钢制烟囱出口内径参考值6．当烟囱位于飞行航道或飞机场附近时，烟囱高度不得超过有关航空主管部门的规定。
烟囱上应装信号灯，并刷标志颜色。
7．自然通风的锅炉，烟囱高度除应符合上述规定外，还应保证烟囱产生的抽力，能克服锅炉和烟道系统的总阻力。
烟囱高度的设计
采用牛顿切线法迭代：Hs1＝100， Hs2＝61.5， Hs3＝63.43， Hs4＝63.44，取Hs＝64m
结果分析与讨论
《大气污染物综合排放标准》（GB16297－1996） 中规定的烟囱高度Hs≥130m （按外推法计算） 方法一与方法二计算结果可行；方法三计算结果不可 行。 问题一：为何方法一与方法二计算结果相近？ 问题二：方法三计算结果为何与方法一、方法二计算 结果相差很大？ 问题三：采用方法一和方法二计算时c0能采用环境质 量标准中的日平均限值和小时平均限值吗？
即 Hs≥183.3m，取Hs＝184m
危险风速＝6.97m/s；此时地面风速＝3.36m/s。
v取20m/s，大于危险风速的1.5倍，则D可取4.0m
方法三：P值法
最大允许排放率Q
Q＝80g/s＝288kg/h＝0.288t/h
污染物点源排放控制系数P
P＝βPic0 其中β为点源调整系数，可取β＝1； Pi为地理区域性点源排放控制系数，可查表，对于南京总量控制
新污染源大气污染物排放限值（摘自GB16297-1996)
污 最高允许 最高允许排放速率（kg/h）
染 排放浓度
物 (mg/m3) 排气筒(m) 二级
三级
无组织排放监控浓度限 值
监控点
浓度 (mg/m3)
960（硫、 15
二氧化硫 和其它含
20
硫化合物
30
生产） 二
40
氧
50
化 550（硫、 硫 二氧化硫
烟囱设计示例
南京市某开发区某污染源SO2排放量为80g/s，烟气 流量为265m3/s，烟气温度为418K，大气温度为 293K。这一地区的SO2本底浓度为0.05mg/m3，设 σz/σy＝0.5，地面平均风速u10＝3m/s，稳定度参数 m=0.25，试按《环境空气质量标准》（GB3095－ 1996）的二级标准来设计烟囱的高度和出口直径。
锅炉烟囱设计计算
天然气热值 3 额定工况下所需燃料量 3 单位燃料所需空气量（标况下） 4 排烟过量空气系数 5 单位燃料所排的烟气量（标况下） 6 总的烟气量（标况下） 7 烟囱进口温度 8 烟气温降 9 烟囱出口处烟温 10 烟囱内烟气平均温度 11 烟气密度（标况下） 12 实际烟气密度 13 实际烟气量 二 烟管规格 1 烟囱出口烟气流速 2 干管烟道计算面积 3 干管烟道计算内径 4 干管烟道实际内径 5 干管烟道实际面积 6 烟囱出口实际流速 7 支管烟气流速 8 支管烟道计算面积 9 支管烟道计算内径 10 支管烟道实际内径 11 支管烟道实际面积 12 支管烟道实际流速 三 烟气阻力（最不利情况）
2100.0 0.92 35160.0 233.71 10.06 1.08 11.1 2598.8 170.0 48.9 121.1 145.6 0.87 0.56 4027.1
m/s
பைடு நூலகம்
8.0
m2
0.1398
m
0.4145
m
0.6
m2
0.2826
m/s
3.96
m/s
8.00
m2
0.0699
m
0.293
m
0.30
m2
0.0707
m/s
7.92
单位 Pa Pa
数值 1.43 3.29
备注 取值 取Qnet·ar=Qnet·d 取值 烟管做保温处理 ρ0=1.34kg/m³ 取值
取值
对金属管道λ=0.02
Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa
单位 Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa
0.16 1.65 1.19 2.61 0.85 0.82 3.81 15.80
锅炉烟囱高度计算手册
烟囱高度计算1简介烟囱的作用有二：一是产生自生通风力（抽力），克服烟、风道的流动阻力；二是把烟尘和有害气体引向高空，增大扩散半径，避免局部污染过重。
高烟囱排放可使污染物在垂直方向及水平方向在更大范围内散布，因此对降低地面浓度的作用是很明显的。
但不可忽视的是，建设过高的烟囱对企业投资是一种负担，因为烟囱的造价大体上与烟囱高度的平方成正比，况且过高的烟囱对周边的景观环境也会造成不协调影响。
因此烟囱高度应设置在一个合理的范围内才能达到环境效益和经济效益的相统一。
2 烟囱高度计算2.1 烟囱出口直径计算烟囱出口直径计算公式：式中：——烟气实际流量，m3/s——燃料消耗总量，kg/s；——标准状态下的烟气流量，Nm3/kg；——烟囱出口处的烟气流速，m/s；——烟囱出口处的烟气温度，K。
2.2按环保要求计算的烟囱高度下面介绍按污染物地面最大浓度来确定烟囱高度的计算方法。
该法是按保证污染物的地面最大浓度不超过《环境空气质量标准》规定的浓度限值来确定烟囱高度。
地面最大浓度的公式：式中：——地面最大污染物浓度，mg/m3；Q——烟囱单位时间内排放的污染物，mg/s；u——烟囱出口处的平均风速，m/s；H e——烟囱的有效高度，m；、——扩散系数在垂直及横向的标准差，m。
烟囱有效高度H e计算式：式中：——烟囱的几何高度，m；——烟囱的抬升高度，m。
若设为《环境空气质量标准》规定的某污染物的浓度限值，为其环境原有浓度，按保证，则由地面最大浓度的公式得到烟囱高度计算公式：烟气抬升高度按下列公式计算：当21000kW，且35K时：城市和丘陵的烟气抬升高度：平原和农村的烟气抬升高度：当210021000kW，且35K时：城市和丘陵的烟气抬升高度：平原和农村的烟气抬升高度：当2100kW，或35K时：式中：——烟囱出口的烟气温度与环境温度之差，K；——烟气的热释放率，kW；u——烟囱出口处的平均风速，m/s；——烟囱出口处的实际烟速，m/s；d——烟囱的出口内径，ｍ。