本发明涉及一种烟囱，更具体地涉及一种耐腐蚀、抗震的自立式钢烟囱。
背景技术：
目前，大容量锅炉大多采用钢筋混凝土双套管式烟囱。每台锅炉对应一个钢内筒的烟气排放，钢内筒由外圈钢筋混凝土外筒支承，外筒抵抗风和地震等水平荷载产生的作用。这类烟囱自重大、施工手段传统，施工周期长、占地面积大、烟囱下部空间无法综合利用；由于这类烟囱外筒直径很大，烟囱外形的略显敦实和粗壮。
例如：一座240m钢筋混凝土双套管式烟囱，外筒高230m，底部直径约29m，外筒混凝土体积约7687.4m3，外筒重量约19218.5t，双管自立式钢排烟筒高240m，直径8.5m，排烟筒包括钢平台重1810.7t，结构总重21029.2t，占地面积约660m2，上部结构的施工周期约12个月。
为此，斜撑钢结构支撑双钢排烟筒烟囱、钢构件联接三(四)管直立钢烟囱等各种多管集束的自立式钢烟囱应运而生。
例如：一座240m钢烟囱，采用双钢排烟筒和双斜撑构成的自立式钢烟囱。钢排烟筒高240m，双排烟筒中心距离16m～13.2m；双斜撑中心距离16m～0m；斜撑与排烟筒的中心距离35m～0m。钢烟囱结构重量3532.8t，重量仅为上述钢筋混凝土套筒式烟囱的1/5.95；钢烟囱占地面积560m2，为上述钢筋混凝土套筒式烟囱占地面积的1/1.178；烟囱上部结构施工周期为8个月，与上述钢筋混凝土套筒式烟囱相比，节约工期4个月。
然而，对于大机组来说，往往是两台锅炉各一根排烟筒合用一座烟囱，但两根钢烟囱难以完全自立，如上例所示，不得不借助双斜撑塔架承受侧向水平力。
当下煤电机组设备利用小时快速下降，2016年全国火电设备年利用小时数只有4165小时，大机组参与调峰可能成为新常态。当锅炉在低负荷运行时，如果排烟筒出口烟气流速过低可能出现烟囱顶部烟气自笼罩的问题；
因此，本领域迫切需要一种进一步减少占地面积，有效节约材料、节约能源、节约土地，节约投资、环保的、适应调峰的耐腐蚀、抗震、多管集束的完全自立式钢烟囱。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能减少占地面积，有效节约材料、节约能源、节约土地、节约投资、环保的、适应调峰的耐腐蚀、抗震、多管集束的完全自立式钢烟囱。
在本发明中，本发明提供了一种耐腐蚀、抗震的自立式钢烟囱，所述烟囱包括钢烟筒和连接构件，其中，所述钢烟筒为流线型结构，所述流线型结构为一条或多条凹曲线相切连接的结构，且所述凹曲线上端的切线方向为铅垂向上，所述凹曲线末端的切线方向与水平方向的夹角为α，α满足：70°≤α≤85°；
所述钢烟筒的数量至少为三个，且各个钢烟筒之间各自独立，所述钢烟筒共同形成自立式结构；
所述连接构件包括环梁和水平钢支撑，所述环梁设在钢烟筒上，所述水平钢支撑设在钢烟筒之间，所述水平钢支撑的两端与两个钢烟筒的环梁连接。
优选地，所述水平钢支撑外设有防屈曲支撑，和/或
所述水平钢支撑之间设有十字斜撑。
所述钢烟筒由钛钢复合板或低合金耐候钢板制成。
所述钢烟筒内部衬有泡沫砖或者涂有玻璃钢。
优选地，所述凹曲线选自下组：圆弧线段、椭圆线段或双曲线。
优选地，所述钢烟筒上端为垂线结构。
优选地，所述钢烟筒下端为斜直线结构，所述斜直线结构与水平线的夹角为β，β满足：70°≤β≤85°。
在一实施例中，所述钢烟筒下端形成上小底大的锥筒形结构。
所述钢烟筒的下部外壁上设有烟道接口。
所述烟道接口的中心线与所述钢烟筒的中心线夹角为30°～60°。
所述烟道接口外侧设有多肋板加强结构，和/或所述烟道接口内侧设有支撑隔板，和/或所述钢烟囱内侧设有隔断撑板。
在一实施例中，所述环梁包括筒壁加厚结构、环形板、腹板以及加强肋板。
在一实施例中，所述环形板包括成对设置的上环形板和下环形板，所述上环形板和下环形板的内缘与所述钢烟筒的外缘吻合，并且所述上环形板和下环形板与所述腹板的上下两端连接。
优选地，所述水平钢支撑选自下组：工字形梁、槽形梁或管状结构。
优选地，所述水平钢支撑为刚性连接和/或铰链支座结构。
优选地，所述连接构件的数量为2～10组。
优选地，所述连接构件每组之间的距离为所述钢烟筒的直径的3～8倍。
在一实施例中，所述连接构件的位置与烟囱维修、信号灯、观光平台；和/或烟气在线检测、监测平台；和/或脱硫吸收塔顶部挡板操作、维修平台有机整合。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为本发明一种实施例的透视图；
图2为图1所示的实施例的正视图；
图3为图1所示的实施例的俯视图；
图4为图2所示的烟囱结构的a-a剖视图；
图5为图2所示的烟囱结构的b-b剖视图；
图6为图2所示的烟囱结构的c-c剖视图；
图7为本发明的连接构件另一实施例的结构示意图。
附图标记：
1-钢烟筒；
2-水平钢支撑；
3-环梁。
术语
如本文所用，术语“屈曲约束支撑”，又称“防屈曲支撑或brb(bucklingrestrainedbrace)”，为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，在支撑外部设置套管，约束支撑的受压屈曲，构成屈曲约束支撑。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种耐腐蚀、抗震、多管集束的完全自立式钢烟囱。它包括设置在地面上的多管钢烟筒；所述多管钢烟筒至少包括各自独立的三根或更多的管状钢烟筒和各钢烟筒之间的多层连接构件(钢烟筒环梁及水平钢支撑)，使自立式多管集束钢烟囱的各个钢烟筒共同组合成一个受力体系，增加烟囱主体结构的抗风及抗震可靠性。在此基础上完成了本发明。
对于两台锅炉合用一座烟囱，本发明采用每台锅炉烟气分别排入两根钢烟筒，两台锅炉用四根钢烟筒，使之形成自立式结构，自身具有良好的抵抗水平载荷能力，同时具有足够的竖向承载能力，不需设置专门抵抗水平荷载的钢塔架或斜撑。当锅炉出力低于70％时，烟气可以全部排入一个排烟筒，避免锅炉低负荷运行时，因排烟筒出口烟气流速过低出现烟囱顶部烟气自笼罩的问题；也可实现不停炉维护烟囱。
对于三台及以上锅炉合用一座烟囱，本发明专利采用每锅台炉分别接入一根钢烟囱，形成三管及以上的自立式多管集束钢烟囱。每台锅炉对应一个排烟筒，避免了合用时一个排烟筒检修导致多台锅炉停运的状况。
所述管状钢烟筒各自均采用相同的流线型结构，使得各个钢烟筒且所述流线型结构末端的切线方向与水平线的夹角为70°～85°；
所述管状钢烟筒采用耐腐蚀的钛钢复合板或低合金耐候钢板内衬轻质、耐酸、耐磨、绝热发泡(泡沫)砖或内涂衬玻璃钢。
所述流线型结构包括一条或多条凹曲线相切连接，且所述凹曲线上端的切线方向为铅锤向上，末端的切线方向与水平线的夹角为70°～85°。
所述凹曲线选自圆弧线段、或椭圆线段、或双曲线段。
所述凹曲线的上端可选地设有垂线结构；和/或
所述凹曲线的下端可选地设置斜直线结构，其中所述斜线结构与水平线的夹角为70°～85°。
所述凹曲线下端的斜直线筒体可选地采用上小下大的筒锥形结构，可提高钢烟筒的稳定性和承载力。
本发明所述的自立式钢烟囱设计方案尤其适用于高度在70米以上的烟囱，所述钢烟囱可以承受至少8度烈度。
所述多管钢烟筒下部的外壁上设置烟道接口，所述烟道接口的中心线与多管钢烟筒的各条中心线呈30°～60°锐角，烟气净化系统设施排出的烟气自下而上，进入钢烟筒，沿钢烟筒上升到钢烟筒顶部排向大气，大大减少烟气排放的沿程阻力和局部阻力，节省吸风机的电耗。
所述的各烟道接口设有补强结构：除了增加钢烟筒在烟道接口段四周的钢板壁厚外，烟道接口段外侧采用多肋板加强结构和/或在钢烟筒和烟道接口内侧增加支撑(兼导流)隔板加强和钢烟筒内侧设置隔断撑板加强。
所述的各烟道接口的钢烟筒内侧设置隔断撑板，使得各钢烟筒与烟道接口无缝连接，使烟道接口以下的钢烟筒内壁完全和腐蚀性烟气隔绝。
所述连接构件包括：设置在钢烟筒上的环梁和设置在钢烟筒之间的水平钢支撑。
所述钢烟筒上的环梁，包括钢烟筒自身筒壁加厚结构、上下环形板、外侧筒形腹板，并在水平钢支撑连接处设置竖向加强肋板。
所述上下环形板的内缘与钢烟筒的外缘吻合，且通常是成对设置。
所述外侧筒形腹板的上下两端与上下环形板相连接，与钢烟筒壁加厚和上下环形板组成盒状环梁。
所述钢烟筒之间的水平钢支撑是工字形梁(由翼缘和中心腹板组成)，或槽形梁(由翼缘和侧腹板组成)，或管状结构(由管子和接头组成)。并通过抗震计算，适当采用防屈曲支撑(简称brb)代替传统支撑，构成新型的耗能减震体系。
所述钢烟筒之间的水平钢支撑的轴线通过相连两个钢烟筒中心线。
所述钢烟筒之间的水平钢支撑的两端与对应的两个钢烟筒环梁的连接，除最低层采用刚性连接外，各层水平钢支撑可采用铰接支座结构，以适应各排烟筒排烟温度不同产生的热位移差异。所述钢烟筒环梁与水平钢支撑的连接处设置加强腹板。
在所述水平钢支撑中，部分地采用防屈曲支撑代替传统支撑，构成新型耗能减震体系。
所述连接构件的位置与烟囱维修、信号灯、观光平台；或/和烟气在线检测、监测平台；或/和脱硫吸收塔顶部挡板操作、维修平台有机整合。如在所述钢烟囱数根钢烟筒的平面中心布置圆筒形钢立柱，所述钢立柱兼作维修电梯竖井，同时，所述竖井和各根钢烟筒之间设置多层环梁和钢支撑。
所述连接构件的数量为2～10组，和/或
所述连接构件之间的距离为钢烟筒直径的3～8倍。
本发明的主要优点包括：
(1)本发明的自立式钢烟囱，流线型多管集束，自身具有良好的抵抗水平荷载(风、地震)能力，同时具有足够的竖向承载能力，不需设置专门抵抗水平荷载的钢塔架；并且本发明的自立式钢烟囱结构简洁、造型美观，且有利于节约材料；
(2)本发明的自立式钢烟囱，其顶部多根排烟筒尽量靠拢，能建立起较强大的烟云，有利提高烟气抬升高度；而其中、下部间距比较宽敞，便于架空构筑物穿越，地面上烟气净化系统设施的布置，有利于充分利用空间、节约用地；
(3)本发明的自立式钢烟囱，对于两台锅炉合用一座烟囱，采用每台锅炉烟气分别排入两根钢烟筒，两台锅炉用四根钢烟筒，使之形成自立式结构，不需另设塔架或钢结构斜撑，节省钢材；而且当锅炉低负荷运行时，烟气可以全部排入一个排烟筒，避免低负荷运行时，因排烟筒出口烟气流速过低出现烟囱顶部烟气自笼罩的问题；也可实现不停炉维护烟囱；
(4)本发明的自立式钢烟囱，其流线型钢烟筒底部斜线段做成上小底大的锥筒形，提高钢烟筒的稳定性和承载力；
(5)本发明的自立式钢烟囱，除最底层外，各层水平支撑采用铰接式连接，有利于减小各排烟筒因各锅炉服役、停运或排烟温度差异，产生的轴向温度应力；
(6)本发明的自立式钢烟囱，在水平支撑中，适当采用防屈曲支撑(简称brb)代替传统支撑，构成新型的耗能减震体系，既提高抗震、抗风载能力，又节省材料，进一步降低造价；
(7)本发明的自立式钢烟囱，在钢烟筒环梁与水平支撑连接处设置加强腹板，减少整体加强用材；
(8)本发明的自立式钢烟囱，高度较高且多管集束，在平面中心布置圆筒形钢立柱(兼作维修电梯竖井)，各根钢烟筒和中心竖井立柱之间的多层环梁和钢支撑，它们共同组合成一个受力体系；
(9)本发明的自立式钢烟囱，各排烟筒与烟道接口无缝连接，使各排烟筒在烟道接口以下部分与烟气完全隔绝，不需衬砌防腐、隔热材料缩短施工周期，减少烟囱造价；
(10)本发明的自立式钢烟囱，其烟道接口的中心线与多管钢烟筒的各条中心线呈30°～60°锐角，从而避免烟气流入烟道接口下方的钢烟筒；
(11)本发明的自立式钢烟囱，可实现工厂化加工，缩短施工周期；
(12)本发明的自立式钢烟囱，其钢材为可再循环材料，符合绿色建筑材料的理念。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例
如图1至图6所示，本发明一种典型的自立式钢烟囱。该自立式钢烟囱包括钢烟筒1和连接构件，钢烟筒1为一条双曲线的流线型结构，其中该钢烟囱的上端为垂线结构，下端为斜直线结构，并且斜直线结构与水平线的夹角为80°。在本实施例中，钢烟筒1的数量为四个，且各个钢烟筒之间各自独立。连接构件包括环梁3和水平钢支撑2，环梁3设在钢烟筒1上，而水平钢支撑2设在钢烟筒1之间，水平钢支撑的两端与两个钢烟筒的环梁连接。如图4至图6所示，本实施例的钢烟囱不同位置处的连接构件的架构示意，在同一水平面上，相邻两个钢烟筒之间各设有互相平行的两组水平钢支撑，所述钢支撑之间分别设有数组钢支撑进行加固，所设钢支撑之间为刚性连接或铰链连接。除底层环梁之间采用刚性连接外，其他各层的水平钢支撑为铰链支座结构。水平刚支撑外设有防屈曲支撑。在本实施例中，共有九组连接构件，且每组连接构件之间的距离为20m。
所述四个钢烟囱中间可布置圆筒形钢立柱，该钢立柱兼作维修电梯竖井，各根钢烟筒和中心竖井立柱之间设置多层环梁和钢支撑，它们共同组合成一个受力体系，如图7所示。
在强度和稳定性满足要求的情况下，在本发明的应用中可部分地选用如图7所示的或类似的结构简单的连接构件，该连接构件包括设在钢烟筒外筒壁上的环梁以及与环梁连接的设于钢烟筒之间的水平钢支撑。在一优选例中，钢烟筒中间位置布置有圆筒形钢立柱，该钢立柱与各个钢烟筒之间通过水平钢支撑连接。在另一优选例中，该钢立柱兼作维修电梯竖井，而各组连接构件的位置设置与维修平台、观光平台和/或监测平台等有机整合。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。