CN105571978A - 一种水汽过饱和氛围构建方法和过饱和度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水汽过饱和氛围构建方法和过饱和度测量方法及装置，将高湿气体通入到相变室中通过冷却使得气体达到过饱和状态，过饱和状态的气体随后进入到表面式加热管中等湿加热到平衡状态，使用温度探头测出过饱和气体的温度，并查出对应温度下的饱和蒸汽压，使用温湿度探头测出等湿加热后气体的温湿度，并折算成对应的蒸汽分压，进而计算出过饱和状态的气体的过饱和度。本发明能够获得较均匀的过饱和水汽氛围，并通过测量过饱和度的方法实现过饱和氛围构建效果的直观实验评估。

Description

一种水汽过饱和氛围构建方法和过饱和度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及增强细颗粒聚并长大脱除技术领域以及气体过饱和度测量技术领域，尤其是一种水汽过饱和氛围构建方法和过饱和度测量方法及装置。

背景技术

目前燃煤细颗粒排放控制技术发展的主要途径之一是设置预处理措施使细颗粒通过化学或物理作用长成较大颗粒，然后再加以脱除。其中，应用蒸汽相变原理促使细颗粒凝并长大是一项极具应用前景的预处理技术之一，其机理是：在过饱和蒸汽环境中，水汽以微粒为凝结核发生相变，使微粒粒度增大，质量增加。

应用蒸汽相变预调节技术，关键是过饱和环境的构建。研究表明，水汽过饱和度是影响细颗粒长大的重要因素之一，所以实现过饱和水汽环境的合理构建以及过饱和度的测量非常具有研究意义。

建立过饱和水汽环境，现有的方法主要是采用向高湿气体中添加蒸汽，这种方式存在能耗大、过饱和氛围不均匀等缺点；而对于过饱和度的测量尚没有相关研究，只停留在数值计算，缺乏实验的直观评估。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种水汽过饱和氛围构建方法和过饱和度测量方法及装置，能够建立较均匀的过饱和水汽氛围，并实现过饱和度大小的测量。

技术方案：为达到上述技术效果，本发明提出以下技术方案：

一种水汽过饱度测量装置，包括：相变室3和水汽存储装置，水汽存储装置中存储有不饱和的待处理水汽；水汽存储装置通过输气管将待处理水汽输入相变室3，输气管上设有阀门1；相变室3的内壁采用疏水材料制成，外壁套设冷却水套4，冷却水套4内具有循环流动的冷却水，冷却水的温度低于待处理水汽的温度15℃以上；相变室3的输出口与表面式加热管5相连，表面式加热管5为不锈钢管，管体表面均匀缠绕加热带；相变室3的输出口处设有温度测量探头7，表面式加热管5中设有温湿度测量探头6。

具体的，所述待处理水汽为电厂湿法脱硫后烟气，水汽相对湿度为80％～100％。

具体的，相变室3与输气管和表面式加热管5的连接处通过法兰2固定。

具体的，所述气体存储装置上设有旁路开关8。

一种水汽过饱和氛围构建方法，包括步骤：

a.调节冷却水套4内冷却水的温度，使冷却水的温度低于待处理水汽的温度15℃以上；

b.将待处理水汽输入相变室3，在相变室3中将待处理水汽冷却至相对湿度大于100％的过饱和状态并输出到表面式加热管5中。

一种水汽过饱和度测量方法，包括步骤：

a.采用上述水汽过饱度测量装置和水汽过饱和氛围构建方法，在相变室3中构建水汽过饱和氛围；

b.将过饱和水汽输入表面式加热管5,通过表面式加热管5对过饱和水汽等湿加热至相对湿度小于100％的平衡态；

c.在相变室3的输出口处通过温度测量探头7测量过饱和水汽的温度T，并通过查表法查出对应温度T下的饱和蒸汽压P_v(T)；使用温湿度测量探头6在表面式加热管5中测出等湿加热后的水汽温湿度，并折算出与水汽温湿度对应的蒸汽分压P_v；

d.根据P_v(T)和P_v计算过饱和水汽的过饱和度S，计算方程为：

$S=\frac{P_v}{P_v\left(T\right)}$

有益效果：与现有技术相比，本发明能够较均匀的构建过饱和水汽氛围，并实现过饱和氛围构建效果的直观实验评估。

附图说明

图1为本发明提出的水汽过饱和度测量装置结构图；

图2为本发明提出的水汽过饱和度测量方法原理图。

图中：1、阀门，2、法兰，3、相变室，4、冷却水套，5、表面式加热管，6、温湿度测量探头，7温度测量探头，8、旁路开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图2所示为本发明提出的水汽过饱和度测量方法原理图，图中的曲线表明饱和度100％的水汽的温度与湿度的关系，在现有技术中水汽的过饱和度无法利用湿度计直接测量，因此本发明采用一种间接测量的方法，方法原理为：假设水汽过饱和状态为O点，此时水汽的温度为t₀，现要测得O点的水汽过饱和度。由图2可知，B点的水汽为不饱和状态，B点的水汽含湿量与O点的水汽含湿量相等，蒸汽分压相等；B点的水汽温度湿度均可测得，并可根据温度湿度折算出对应的蒸汽分压P_v；O点的温度t₀也可测得，并可查出对应温度下的饱和蒸汽压P_v(t₀)；进一步可计算出O点的水汽过饱和度S，

$S=\frac{P_v}{P_v\left(t_0\right)}$

为实现上述原理，需要构建均匀的过饱和水汽氛围，为实现这一目的，本发明提出一种水汽过饱和度测量装置和一种水汽过饱和氛围构建方法，具体为：

一种水汽过饱和度测量装置，结构如图1所示，可包括：相变室3和水汽存储装置，水汽存储装置中存储有不饱和的水汽；水汽存储装置通过输气管将待处理气体输入相变室3，输气管上设有阀门1，阀门1可用于控制水汽输入的开关和输入的速度；相变室3的内壁采用疏水材料制成，如：聚四氟乙烯、有机玻璃材料等；相变室3的外壁套设冷却水套4，冷却水套4内具有循环流动的冷却水，以保证相变室3壁面恒温；相变室3的输出口与表面式加热管5相连，表面式加热管5为不锈钢管，管体表面均匀缠绕加热带；相变室3的输出口处设有温度测量探头7，表面式加热管5中设有温湿度测量探头6。

为增加上述装置的安全性，相变室3与输气管和表面式加热管5的连接处通过法兰2固定；所水汽存储装置上设有旁路开关8。

一种水汽过饱和氛围构建方法，包括步骤：

a.调节冷却水套4内冷却水的温度，使冷却水的温度低于待处理水汽的温度15℃以上；

b.将待处理水汽输入相变室3，在相变室3中将待处理水汽冷却至相对湿度大于100％的过饱和状态并输出到表面式加热管5中。

以下结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：设图1中的状态点A的水汽温度为50℃，相对湿度为91.5％，冷却水温度控制为25℃。该气体进入相变室，经过冷却达到过饱和状态，即图1中的状态点O，测得过饱和状态气体温度为T＝32.6℃，查得对应的饱和蒸汽压为P_v(T)＝49.36mbar；过饱和气体随后进入表面式加热器5等湿加热到平衡状态，即图1中的状态点B，测得B点温湿度分别为47.8℃和58.4％，查得对应的蒸汽分压为P_v＝64.76mbar；经计算得到所形成的过饱和环境过饱和度

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水汽过饱度测量装置，其特征在于包括：相变室(3)和水汽存储装置，水汽存储装置中存储有不饱和的待处理水汽；水汽存储装置通过输气管将待处理水汽输入相变室(3)，输气管上设有阀门(1)；相变室(3)的内壁采用疏水材料制成，外壁套设冷却水套(4)，冷却水套(4)内具有循环流动的冷却水，冷却水的温度低于待处理水汽的温度15℃以上；相变室(3)的输出口与表面式加热管(5)相连，表面式加热管(5)为不锈钢管，管体表面均匀缠绕加热带；相变室(3)的输出口处设有温度测量探头(7)，表面式加热管(5)中设有温湿度测量探头(6)。

2.根据权利要求1所述的一种水汽过饱度测量装置，其特征在于，所述待处理水汽为电厂湿法脱硫后烟气，水汽相对湿度为80％～100％。

3.根据权利要求1所述的一种水汽过饱度测量装置，其特征在于，相变室(3)与输气管和表面式加热管(5)的连接处通过法兰(2)固定。

4.根据权利要求1所述的一种水汽过饱度测量装置，其特征在于，所述气体存储装置上设有旁路开关(8)。

5.一种水汽过饱和氛围构建方法，其特征在于包括步骤：

a.调节冷却水套(4)内冷却水的温度，使冷却水的温度低于待处理水汽的温度15℃以上；

b.将待处理水汽输入相变室(3)，在相变室(3)中将待处理水汽冷却至相对湿度大于100％的过饱和状态并输出到表面式加热管(5)中。

6.一种水汽过饱和度测量方法，其特征在于包括步骤：

a.采用权利要求1所述的水汽过饱度测量装置和权利要求5所述的水汽过饱和氛围构建方法，在相变室(3)中构建水汽过饱和氛围；

b.将过饱和水汽输入表面式加热管(5),通过表面式加热管(5)对过饱和水汽等湿加热至相对湿度小于100％的平衡态；

c.在相变室(3)的输出口处通过温度测量探头(7)测量过饱和水汽的温度T，并通过查表法查出对应温度T下的饱和蒸汽压P_v(T)；使用温湿度测量探头(6)在表面式加热管(5)中测出等湿加热后的水汽温湿度，并折算出与水汽温湿度对应的蒸汽分压P_v；

d.根据P_v(T)和P_v计算过饱和水汽的过饱和度S，计算方程为：

$S=\frac{P_v}{P_v\left(T\right)}.$