ปล่องควันหรือที่รู้จักกันในชื่อปล่องไฟปล่องควันแบบท่อ หรือเรียกง่ายๆ ว่าปล่อง คือ ปล่องชนิดหนึ่งเป็นท่อแนวตั้ง ช่อง หรือโครงสร้างที่คล้ายกัน ซึ่งใช้สำหรับ ระบาย ก๊าซไอเสียออกสู่อากาศภายนอก ก๊าซไอเสียเกิดขึ้นเมื่อถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ ไม้ หรือเชื้อเพลิงอื่นๆ ถูกเผาไหม้ในเตาเผาอุตสาหกรรม หม้อไอน้ำ ของโรงไฟฟ้า หรืออุปกรณ์เผาไหม้ขนาดใหญ่อื่นๆ ก๊าซไอเสียยังสามารถเกิดขึ้น ^ได้จากกระบวนการทางเคมีหรือทางกายภาพที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้ เช่นการแปรรูปก๊าซธรรมชาติ [ ^{2 ]}

ก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้โดยทั่วไปประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ₎และไอน้ำ รวมถึงไนโตรเจนและออกซิเจน ส่วนเกิน ที่เหลือจากอากาศเผาไหม้ที่เข้าสู่ระบบ นอกจากนี้ยังประกอบด้วยสารมลพิษในปริมาณเล็กน้อย เช่นฝุ่นละอองคาร์บอนมอนอกไซด์ไนโตรเจนออกไซด์และซัลเฟอร์ออกไซด์ปล่องระบายก๊าซไอเสียมักมีความสูงถึง 420 เมตร (1,380 ฟุต) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายอากาศและการกระจายตัวของสารมลพิษ

เมื่อก๊าซไอเสียถูกระบายออกจากเตา เตาอบ เตาผิง เตาเผา และหม้อไอน้ำ หรือแหล่งกำเนิดขนาดเล็กอื่นๆ ภายในที่พักอาศัย ร้านอาหาร โรงแรม หรืออาคารสาธารณะอื่นๆ และสถานประกอบการเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก ปล่องระบายก๊าซเหล่านั้นจะถูกเรียกว่า ปล่องไฟ

ปล่องไฟอุตสาหกรรมแรกถูกสร้างขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 17 เมื่อเริ่มเข้าใจว่าปล่องไฟสามารถปรับปรุงการเผาไหม้ของเตาหลอมได้โดยการเพิ่มการไหลของอากาศเข้าไปในโซนการเผาไหม้^{[ 3 ]}ด้วยเหตุนี้ ปล่องไฟจึงมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเตาหลอมแบบสะท้อนความร้อนและอุตสาหกรรมโลหะวิทยาที่ใช้ถ่านหิน ซึ่งเป็นหนึ่งในภาคส่วนสำคัญของการปฏิวัติอุตสาหกรรม ในยุคแรก ปล่องไฟอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ในศตวรรษที่ 18 (ปัจจุบันมักเรียกว่าปล่องควัน ) ถูกสร้างขึ้นในผนังของเตาหลอม คล้ายกับปล่องไฟในบ้าน ปล่องไฟอุตสาหกรรมแบบตั้งอิสระแรกๆ น่าจะเป็นปล่องไฟที่สร้างขึ้นที่ปลายท่อ ควบแน่นยาวๆ ที่เกี่ยวข้องกับ การ ถลุง ตะกั่ว

ความสัมพันธ์อันแน่นแฟ้นระหว่างปล่องไฟอุตสาหกรรมและภูมิทัศน์ที่เต็มไปด้วยควันอันเป็นเอกลักษณ์ของการปฏิวัติอุตสาหกรรมนั้น เกิดจากการนำเครื่องจักรไอน้ำ มาใช้ ในกระบวนการผลิตส่วนใหญ่ ปล่องไฟเป็นส่วนหนึ่งของหม้อไอน้ำ และวิวัฒนาการของปล่องไฟนั้นเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการเพิ่มกำลังของเครื่องจักรไอน้ำ ปล่องไฟของ เครื่องจักรไอน้ำของ โทมัส นิวโคเมนถูกรวมเข้ากับผนังของโรงเครื่องจักร ปล่องไฟอุตสาหกรรมที่สูงขึ้นและตั้งอิสระซึ่งปรากฏขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 นั้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในการออกแบบหม้อไอน้ำที่เกี่ยวข้องกับ เครื่องจักร "พลังงานคู่" ของ เจมส์ วัตต์และปล่องไฟเหล่านี้ก็สูงขึ้นเรื่อย ๆ ตลอดช่วงยุควิกตอเรีย การตกแต่งประดับประดาเป็นลักษณะเด่นของปล่องไฟอุตสาหกรรมหลายแห่งตั้งแต่ทศวรรษ 1860 เป็นต้นมา โดยมีส่วนหัวที่ยื่นออกมาและลวดลายอิฐที่สวยงาม

การประดิษฐ์ระบบดูดอากาศแบบใช้พัดลมช่วยในต้นศตวรรษที่ 20 ทำให้หน้าที่ดั้งเดิมของปล่องไฟอุตสาหกรรม ซึ่งก็คือการดูดอากาศเข้าไปในหม้อไอน้ำหรือเตาเผาอื่นๆ หายไป เมื่อเครื่องยนต์ไอน้ำถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ดีเซลและต่อมาเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า ปล่องไฟอุตสาหกรรมในยุคแรกๆ ก็เริ่มหายไปจากภูมิทัศน์อุตสาหกรรม วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างเปลี่ยนจากหินและอิฐเป็นเหล็กและต่อมาเป็นคอนกรีตเสริมเหล็ก และความสูงของปล่องไฟอุตสาหกรรมถูกกำหนดโดยความจำเป็นในการกระจายก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้เพื่อให้เป็นไปตามกฎระเบียบควบคุม มลพิษทางอากาศ ของรัฐบาล

ก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้ภายในปล่องควันมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศภายนอกมาก และจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศภายนอก ทำให้ความดันที่ด้านล่างของปล่องควันร้อนต่ำกว่าความดันที่ด้านล่างของปล่องอากาศภายนอก ความดันที่สูงกว่าภายนอกปล่องควันเป็นแรงผลักดันที่ดันอากาศสำหรับการเผาไหม้เข้าไปในบริเวณการเผาไหม้ และยังดันก๊าซไอเสียขึ้นไปด้านบนและออกไปจากปล่องควัน การเคลื่อนที่หรือการไหลของอากาศสำหรับการเผาไหม้และก๊าซไอเสียนี้เรียกว่า "การไหลเวียนตามธรรมชาติ" " การระบายอากาศตามธรรมชาติ" "ปรากฏการณ์ปล่องไฟ" หรือ " ปรากฏการณ์ปล่องควัน " ยิ่งปล่องไฟสูงเท่าไร การไหลเวียนของอากาศก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

สมการด้านล่างนี้ให้ค่าประมาณของความแตกต่างของความดัน Δ P (ระหว่างด้านล่างและด้านบนของปล่องควัน) ที่เกิดจากกระแสลม: ^{[ 4 ] [ 5 ]}

${\displaystyle \Delta P=Cah{\bigg (}{\frac {1}{T_{o}}}-{\frac {1}{T_{i}}}{\bigg )}}$

ที่ไหน:

• Δ P : ผลต่างความดันที่มีอยู่ หน่วยเป็นPa
• ซี =0.0342 กม./ม.
• a : ความดันบรรยากาศ หน่วยเป็น Pa
• h : ความสูงของปล่องควัน (หน่วยเป็นเมตร)
• To _:อุณหภูมิอากาศภายนอกสัมบูรณ์ ในหน่วยเคลวิน
• Ti _:อุณหภูมิเฉลี่ยสัมบูรณ์ของก๊าซไอเสียภายในปล่องควัน หน่วยเป็นเคลวิน

สมการข้างต้นเป็นค่าประมาณ เนื่องจากสมมติว่ามวลโมลของก๊าซไอเสียและอากาศภายนอกเท่ากัน และความดันลดลงผ่านปล่องควันมีค่าน้อยมาก สมมติฐานทั้งสองข้อนี้ค่อนข้างดี แต่ไม่ถูกต้องแม่นยำเสียทีเดียว

ในฐานะการประมาณค่าเบื้องต้น สามารถใช้สมการต่อไปนี้เพื่อประมาณอัตราการไหลของก๊าซไอเสียที่เกิดจากกระแสลมของปล่องควัน สมการนี้ถือว่ามวลโมลของก๊าซไอเสียและอากาศภายนอกเท่ากัน และความต้านทานแรงเสียดทานและการสูญเสียความร้อนนั้นน้อยมาก: ^{[ 6 ]}

${\displaystyle Q=CA{\sqrt {2gH{\frac {T_{i}-T_{o}}{T_{i}}}}}}$

ที่ไหน:

• Q : อัตราการไหลของก๊าซไอเสีย, m³/s
• A : พื้นที่หน้าตัดของปล่องไฟ หน่วยเป็น m² ⁽โดยสมมติว่ามีพื้นที่หน้าตัดคงที่)
• C  : ค่าสัมประสิทธิ์การไหล (โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0.65–0.70)
• g : ความเร่งโน้มถ่วงที่ระดับน้ำทะเล = 9.807 m/s²
• H  : ความสูงของปล่องไฟ (เมตร)
• Ti _:  อุณหภูมิเฉลี่ยสัมบูรณ์ของก๊าซไอเสียในปล่องควัน (เคลวิน)
• T _o  : อุณหภูมิอากาศภายนอกสัมบูรณ์, K

นอกจากนี้ สมการนี้ใช้ได้เฉพาะเมื่อความต้านทานต่อการไหลของกระแสลมเกิดจากรูเปิดเพียงรูเดียวซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การไหล C เท่านั้น ในหลายๆ สถานการณ์ ความต้านทานส่วนใหญ่เกิดจากปล่องควันเอง ในกรณีเหล่านี้ ความต้านทานจะเป็นสัดส่วนกับความสูงของปล่องควัน H ซึ่งทำให้ H ในสมการข้างต้นหักล้างกันไป ทำให้ค่า Q ทำนายว่าไม่เปลี่ยนแปลงตามความสูงของปล่องควัน

การออกแบบปล่องไฟและท่อระบายอากาศเพื่อให้เกิดการไหลเวียนของอากาศตามธรรมชาติในปริมาณที่เหมาะสมนั้นเกี่ยวข้องกับปัจจัยหลายประการ เช่น:

• ความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางของกองวัสดุ
• ปริมาณอากาศเผาไหม้ส่วนเกินที่ต้องการเพื่อให้แน่ใจว่าการเผาไหม้สมบูรณ์
• อุณหภูมิของก๊าซไอเสียที่ออกจากบริเวณการเผาไหม้
• องค์ประกอบของก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้ ซึ่งเป็นตัวกำหนดความหนาแน่นของก๊าซไอเสีย
• แรงเสียดทานที่ขัดขวางการไหลของก๊าซไอเสียผ่านปล่องไฟหรือท่อระบายอากาศ ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างปล่องไฟหรือท่อระบายอากาศ
• การสูญเสียความร้อนจากก๊าซไอเสียขณะไหลผ่านปล่องไฟหรือท่อระบายอากาศ
• ความดันบรรยากาศเฉพาะที่ของอากาศโดยรอบ ซึ่งกำหนดโดยระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเลของพื้นที่นั้นๆ

การคำนวณปัจจัยการออกแบบข้างต้นหลายอย่างจำเป็นต้องใช้วิธีลองผิดลองถูกซ้ำๆ

หน่วยงานภาครัฐในประเทศส่วนใหญ่มีข้อกำหนดเฉพาะที่ควบคุมวิธีการคำนวณการออกแบบดังกล่าว นอกจากนี้ องค์กรไม่แสวงหาผลกำไรหลายแห่งก็มีข้อกำหนดที่ควบคุมการออกแบบปล่องไฟและท่อระบายอากาศ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ข้อกำหนดของASME )

การออกแบบปล่องควันขนาดใหญ่ก่อให้เกิดความท้าทายทางวิศวกรรมอย่างมาก การเกิดกระแสลมหมุนวนในสภาพลมแรงอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ที่เป็นอันตราย ในปล่องควัน และอาจนำไปสู่การพังทลายได้ การใช้แผ่นครีบเกลียวเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปเพื่อป้องกันไม่ให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่ความถี่ใกล้เคียงกับความถี่เรโซแนนซ์ของปล่องควัน

อุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ใช้เชื้อเพลิงเผาไหม้บางชนิดไม่ได้อาศัยการไหลเวียนของอากาศตามธรรมชาติ อุปกรณ์เหล่านั้นจำนวนมากใช้พัดลมหรือเครื่องเป่าลมขนาดใหญ่เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์เดียวกัน กล่าวคือ การไหลของอากาศสำหรับการเผาไหม้เข้าไปในห้องเผาไหม้ และการไหลของก๊าซไอเสียร้อนออกทางปล่องไฟหรือท่อระบายอากาศ

โรงไฟฟ้าจำนวนมากติดตั้งระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (เช่น การกำจัด ซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากก๊าซไอเสีย ) ไนโตรเจนออกไซด์ (เช่นการลดไนโตรเจนออกไซด์ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกการหมุนเวียนก๊าซไอเสีย การลดไนโตรเจนออกไซด์ด้วยความร้อน หรือหัวเผาไนโตรเจนออกไซด์ต่ำ) และอนุภาคฝุ่นละออง (เช่นเครื่องดักจับฝุ่นไฟฟ้าสถิต ) ในโรงไฟฟ้าเหล่านี้ สามารถใช้หอระบายความร้อนเป็นปล่องระบายก๊าซไอเสียได้ ตัวอย่างเช่นโรงไฟฟ้า Staudinger Grosskrotzenburgและโรงไฟฟ้า Rostock ในประเทศเยอรมนี โรงไฟฟ้าที่ไม่มีระบบกรองก๊าซไอเสียจะประสบปัญหาการกัดกร่อนอย่างรุนแรงในปล่องระบายก๊าซดังกล่าว

ในสหรัฐอเมริกาและอีกหลายประเทศจำเป็นต้องมีการศึกษาแบบจำลองการกระจายตัวของบรรยากาศ^{[ 7 ]} เพื่อกำหนดความสูงของปล่องควันไอเสียที่จำเป็นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้าน มลพิษทางอากาศ ในท้องถิ่น สหรัฐอเมริกายังจำกัดความสูงสูงสุดของปล่องควันไอเสียไว้ที่ความสูงที่เรียกว่า "แนวปฏิบัติทางวิศวกรรมที่ดี" (GEP) ^{[ 8 ] [ 9 ]} ในกรณีที่ปล่องควันไอเสียที่มีอยู่มีความสูงเกินกว่าความสูง GEP การศึกษาแบบจำลองการกระจายตัวของมลพิษทางอากาศสำหรับปล่องดังกล่าวจะต้องใช้ความสูง GEP แทนความสูงจริงของปล่อง

• ปล่องไฟ
• ก๊าซไอเสีย
• การกำจัดกำมะถันออกจากก๊าซไอเสีย
• การปล่อยก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล
• การเผาทำลาย
• เอฟเฟกต์ซ้อน
• รายชื่อปล่องไฟที่สูงที่สุด

• คู่มือพื้นฐานของ ASHRAEสามารถดาวน์โหลดได้ที่นี่จากASHRAE
• รหัสและมาตรฐาน ASMEสามารถดูได้จากASME