CN111220775B - 一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置 - Google Patents

Abstract

一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，属于烟气湿度测量校准技术领域。本发明解决了现有技术中用于校准饱和或过饱和烟气含湿量测量装置的装置或方法均无法实现对饱和或过饱和烟气含湿量的准确校准的问题。单一气体电加热装置通过至少两个单一气体管路将加热后的单一气体输送到绝热烟道的入口端，电热水蒸气发生器通过至少两个水蒸气管路将加热后的水蒸气输送到绝热烟道的入口端，且至少两个单一气体管路与至少两个水蒸气管路上下交错布置，单一气体电加热装置出口管路上装设有气体温度计和气体压力计，每个单一气体管路上均装设有气体质量流量计；电加热水蒸气发生器的入口管路上装设有第一水流量计。

Description

一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置

技术领域

本发明涉及一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，属于烟气湿度测量校准技术领域。

背景技术

饱和或过饱和烟气含湿量测量技术近年来取得了巨大的技术进步，一些研究成果陆续发布或发表，比如发表的文章[Measurement method and influencing factorsoftemperature and humidity ofcondensed flue gas based on in situ flue gasheat tracing]，专利[一种冷凝式燃气锅炉低温高湿排烟温度测量及取样装置]等。这些技术或装置都需要检定或校准，目前包括国家计量科学研究院等计量单位不能提供相应的校准平台，导致这一技术在检验检测应用方面遇到了艰难的问题。

为了解决以上问题，很多锅炉能效测试机构和计量院所进行了大量的探索，包括一些研究机构的探索，比如前段收集冷凝水，通过称量冷凝水计算出烟气中水蒸汽释放汽化潜热的部分，后部通过加热含液滴的水蒸汽使其变为不饱和蒸汽，通过加热电功率，分别计算烟气吸热量、水蒸汽显热和部分液滴变为水蒸汽的潜热，列出热量平衡关系式；通过甲烷或天然气燃烧生成水分、天然气自带水分列出热量平衡关系式；通过以上两个热量平衡关系式计算出烟气中携带的液滴量，从而得出烟气中水蒸汽量，也就是烟气的绝对含湿量。这种校准方法的主要缺点是，冷凝量很难收集完全，比如冷凝器管壁上有一些液滴挂壁；冷凝量的收集与烟气再加热部分不在同一时间范围内，也就是再加热烟气的时间比冷凝这部分的时间明显滞后；过程中并非完全绝热，即使测量散热也对结果有影响；如果液滴量较少，吸收潜热水平明显低于烟气吸热量，电加热产生的不确定度可能覆盖这部分液滴量的吸热，导致烟气中跟随液滴不能准确测量；最关键的是，整个过程都是计算过程，累积不确定度会相当高。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中用于校准饱和或过饱和烟气含湿量测量装置的装置或方法均无法实现对饱和或过饱和烟气含湿量的准确校准的问题，进而提供了一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，它包括单一气体电加热装置、电热水蒸汽发生器、电热水器及绝热烟道，

所述绝热烟道呈水平布置的圆筒形结构，其两端开口分别为入口端和出口端，绝热烟道内部由入口端至出口端方向依次同轴安装有第一气体扰流板、第二气体扰流板及液滴发生器，绝热烟道上靠近出口端的位置开设有至少一个检测孔，

单一气体电加热装置通过至少两个单一气体管路将加热后的单一气体输送到绝热烟道的入口端，电热水蒸汽发生器通过至少两个水蒸汽管路将加热后的水蒸汽输送到绝热烟道的入口端，且至少两个单一气体管路与至少两个水蒸汽管路上下交错布置，单一气体电加热装置出口管路上装设有气体温度计和气体压力计，每个单一气体管路上均装设有气体质量流量计；电加热水蒸汽发生器的入口管路上装设有第一水流量计，每个水蒸汽管路上均装设有水蒸汽温度计和水蒸汽压力计；

电热水器通过液滴输送管路将加热后的水依次输送到绝热烟道内部的液滴发生器中，通过液滴发生器向绝热烟道内喷出液滴，液滴输送管路上装设有第二水流量计、液滴压力计及液滴温度计。

进一步地，每个气体扰流板均为圆形板，其周向外壁均与绝热烟道内壁固接，每个气体扰流板上均开设有若干通气孔。

进一步地，每个气体扰流板上的若干通气孔均呈同轴的多环形分布，且两个气体扰流板上的若干通气孔在径向交错布置。

进一步地，每个气体扰流板上的若干通气孔均呈同轴的四个环形状态分布，其中第一气体扰流板上的若干通气孔分别在半径为20mm、40mm、60mm、80mm的圆周上开设，第二气体扰流板上的若干通气孔分别在半径为10mm、30mm、50mm、70mm、90mm的圆周上开设，每个通气孔的直径均为3mm。

进一步地，半径为20mm的圆周上均布十八个通气孔，半径为40mm、60mm、80mm的圆周上各均布三十六个通气孔；半径为10mm的圆周上均布八个通气孔，半径为30mm、50mm、70mm、90mm的圆周上各均布三十六个通气孔。

进一步地，所述液滴发生器包括由绝热烟道入口端至出口端依次布置的内层液滴发生器、中层液滴发生器及外层液滴发生器，每个液滴发生器均为环形结构且均由直径为6mm的不锈钢管围设而成，其中内层液滴发生器的外径为50mm，中层液滴发生器的外径为100mm，外层液滴发生器的外径为150mm，每个液滴发生器上均布开设有若干喷水孔。

进一步地，每个喷水孔的直径均为0.5mm，同一圆周上相临两个喷水孔之间相差10°。

进一步地，绝热烟道为内径200mm的不锈钢管。

进一步地，至少两个单一气体管路与至少两个水蒸汽管路均水平布置。

进一步地，所述单一气体为纯净的氮气或空气。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

通过本申请有效解决了饱和或未饱和烟气含湿量测量装置无法准确校准的问题，实现了含液滴湿烟气的精确校准，与现有技术中的校准装置仅能校准在水蒸汽未饱和状态下的相对湿度相比，本申请开创性地提出了水蒸汽饱和或过饱和状态下烟气含湿量测量装置的校准方法，为实现冷凝锅炉能效测试精度提高提供了条件，同时也为环保验收中带水率测量装置校准提供了条件。

附图说明

图1为本申请的结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视示意图；

图3为图1中B-B向剖视示意图；

图4为图1中C-C向剖视示意图(2倍放大示意)；

图5为图1中D-D向剖视示意图(2倍放大示意)；

图6为图1中E-E向剖视示意图(2倍放大示意)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～6说明本实施方式，一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，它包括单一气体电加热装置1、电热水蒸汽发生器2、电热水器3及绝热烟道4，

所述绝热烟道4呈水平布置的圆筒形结构，其两端开口分别为入口端和出口端，绝热烟道4内部由入口端至出口端方向依次同轴安装有第一气体扰流板5、第二气体扰流板6及液滴发生器，绝热烟道4上靠近出口端的位置开设有至少一个检测孔4-1，

单一气体电加热装置1通过至少两个单一气体管路7将加热后的单一气体输送到绝热烟道4的入口端，电热水蒸汽发生器2通过至少两个水蒸汽管路8将加热后的水蒸汽输送到绝热烟道4的入口端，且至少两个单一气体管路7与至少两个水蒸汽管路8上下交错布置，单一气体电加热装置1出口管路上装设有气体温度计9和气体压力计10，每个单一气体管路7上均装设有气体质量流量计11；电加热水蒸汽发生器的入口管路上装设有第一水流量计12，每个水蒸汽管路8上均装设有水蒸汽温度计13和水蒸汽压力计14；

电热水器3通过液滴输送管路21将加热后的水依次输送到绝热烟道4内部的液滴发生器中，通过液滴发生器向绝热烟道4内喷出液滴，液滴输送管路21上装设有第二水流量计15、液滴压力计16及液滴温度计17。

被校准装置测量的含湿量应包括湿烟气中的水蒸汽量，不应包含液滴量。

采用单一气体作为模拟干烟气条件。所述单一气体为纯净的氮气或空气，与电热水蒸汽发生器2中喷出的5％～25％的水蒸汽(质量含量)混合成湿烟气，即湿烟气为氮气+水蒸汽或空气+水蒸汽；湿烟气的湿度为30～100℃，湿烟气相对压力为±30Pa之间，保持湿烟气为未饱和湿烟气，防止水蒸汽发生冷凝，即相对湿度可以直接测量。

氮气或空气温度控制：利用单一气体电加热装置1，采用电加热的方式，使氮气或空气加热到30～100℃之间的某一温度，通过设置的压力阀精确控制氮气或空气的压力。

水蒸汽的温度、压力、流量通过电热水蒸汽发生器2来控制。

电热水器3向液滴发生器内提供热水，保证液滴的温度与绝热烟道4内的湿烟气温度基本一致。

外加水通过电热水器3以电加热的方式把水加热到湿烟气的温度，热水进入液滴发生器，产生液滴(液滴直径为5～100μm)，压力略高于湿烟气压力。

检测孔4-1作为被校准装置的插入口，即饱和或过饱和烟气湿度测量装置的烟气湿度测量位置，被校准装置通过检测孔4-1在绝热烟道4内进行含湿量测量。

检测孔4-1上可垂直固接长度小于或等于40mm、内径80mm的不锈钢管，以便于非测量状态时检测孔4-1的密封。

绝热烟道4的入口端采用单一气体与水蒸汽分层给入，即由上到下依次为单一气体、水蒸汽、单一气体、水蒸汽重复布置，且因单一气体的密度大于水蒸汽的密度，因此将单一气体管路7布置在水蒸汽管路8的上方，便于混合均匀。

液滴发生器通过液滴输送管路21固定在绝热烟道4内。

通过液滴发生器使得未饱和湿烟气达到饱和或过饱和状态，被校准装置测量达到饱和或过饱和状态的湿烟气含湿量，如果被校准装置测量的含湿量与校准装置的未饱和湿烟气的含湿量一致，说明该装置是准确的；如果被校准装置测量的含湿量与校准装置的饱和或过饱和湿烟气的含湿量一致，则说明被校准装置是无效的装置；如果被校准装置测量的含湿量介于以上两种状况之间，则需要评价其不确定度，若被校准装置测量的含湿量的不确定度超过2％，则为未通过校准。

湿烟气中的水的质量为m1，湿烟气携带的液滴质量为m2，被校准装置测量的全部水的质量为m。

如果，m＝m1，则被校准装置的不确定度为湿敏电容或其他湿度测量传感器本身的不确定度；如果m＞m1，则被校准装置的不确定度为两部分组成，一部分是湿敏电容或其他湿度测量传感器本身的不确定度，一部分是液滴进入被校准装置产生的不确定度，被校准装置的不确定度应为两部分不确定度合成；如果m＝m1+m2，则证明被校准装置起不到分离水蒸汽和液滴的作用，属于无效产品。

每个气体扰流板均为圆形板，其周向外壁均与绝热烟道4内壁固接，每个气体扰流板上均开设有若干通气孔。如此设计，使得单一气体与水蒸汽能够实现进一步的均匀混合。

每个气体扰流板上的若干通气孔均呈同轴的多环形分布，且两个气体扰流板上的若干通气孔在径向交错布置。使单一气体与水蒸汽混合更均匀。

每个气体扰流板上的若干通气孔均呈同轴的四个环形状态分布，其中第一气体扰流板5上的若干通气孔分别在半径为20mm、40mm、60mm、80mm的圆周上开设，第二气体扰流板6上的若干通气孔分别在半径为10mm、30mm、50mm、70mm、90mm的圆周上开设，每个通气孔的直径均为3mm。每个气体扰流板的厚度均为5mm。

半径为20mm的圆周上均布十八个通气孔，半径为40mm、60mm、80mm的圆周上各均布三十六个通气孔；半径为10mm的圆周上均布八个通气孔，半径为30mm、50mm、70mm、90mm的圆周上各均布三十六个通气孔。

所述液滴发生器包括由绝热烟道4入口端至出口端依次布置的内层液滴发生器18、中层液滴发生器19及外层液滴发生器20，每个液滴发生器均为环形结构且均由直径为6mm的不锈钢管围设而成，其中内层液滴发生器18的外径为50mm，中层液滴发生器19的外径为100mm，外层液滴发生器20的外径为150mm，每个液滴发生器上均布开设有若干喷水孔。如此设计，热水由若干喷水孔喷出形成液滴，液滴被烟气携带，跟随烟气方向流动。

每个喷水孔的直径均为0.5mm，同一圆周上相临两个喷水孔之间相差10°。

绝热烟道4为内径200mm的不锈钢管。具体可为304不锈钢或316不锈钢。

至少两个单一气体管路7与至少两个水蒸汽管路8均水平布置。

所述单一气体为纯净的氮气或空气。

Claims (10)

1.一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：它包括单一气体电加热装置(1)、电热水蒸汽发生器(2)、电热水器(3)及绝热烟道(4)，

所述绝热烟道(4)呈水平布置的圆筒形结构，其两端开口分别为入口端和出口端，绝热烟道(4)内部由入口端至出口端方向依次同轴安装有第一气体扰流板(5)、第二气体扰流板(6)及液滴发生器，绝热烟道(4)上靠近出口端的位置开设有至少一个检测孔(4-1)，

单一气体电加热装置(1)通过至少两个单一气体管路(7)将加热后的单一气体输送到绝热烟道(4)的入口端，电热水蒸汽发生器(2)通过至少两个水蒸汽管路(8)将加热后的水蒸汽输送到绝热烟道(4)的入口端，且至少两个单一气体管路(7)与至少两个水蒸汽管路(8)上下交错布置，单一气体电加热装置(1)出口管路上装设有气体温度计(9)和气体压力计(10)，每个单一气体管路(7)上均装设有气体质量流量计(11)；电加热水蒸汽发生器的入口管路上装设有第一水流量计(12)，每个水蒸汽管路(8)上均装设有水蒸汽温度计(13)和水蒸汽压力计(14)；

电热水器(3)通过液滴输送管路(21)将加热后的水依次输送到绝热烟道(4)内部的液滴发生器中，通过液滴发生器向绝热烟道(4)内喷出液滴，液滴输送管路(21)上装设有第二水流量计(15)、液滴压力计(16)及液滴温度计(17)；

所述液滴发生器包括由绝热烟道(4)入口端至出口端依次布置的内层液滴发生器(18)、中层液滴发生器(19)及外层液滴发生器(20)。

2.根据权利要求1所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：每个气体扰流板均为圆形板，其周向外壁均与绝热烟道(4)内壁固接，每个气体扰流板上均开设有若干通气孔。

3.根据权利要求2所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：每个气体扰流板上的若干通气孔均呈同轴的多环形分布，且两个气体扰流板上的若干通气孔在径向交错布置。

4.根据权利要求3所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：每个气体扰流板上的若干通气孔均呈同轴的四个环形状态分布，其中第一气体扰流板(5)上的若干通气孔分别在半径为20mm、40mm、60mm、80mm的圆周上开设，第二气体扰流板(6)上的若干通气孔分别在半径为10mm、30mm、50mm、70mm、90mm的圆周上开设，每个通气孔的直径均为3mm。

5.根据权利要求4所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：半径为20mm的圆周上均布十八个通气孔，半径为40mm、60mm、80mm的圆周上各均布三十六个通气孔；半径为10mm的圆周上均布八个通气孔，半径为30mm、50mm、70mm、90mm的圆周上各均布三十六个通气孔。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：每个液滴发生器均为环形结构且均由直径为6mm的不锈钢管围设而成，其中内层液滴发生器(18)的外径为50mm，中层液滴发生器(19)的外径为100mm，外层液滴发生器(20)的外径为150mm，每个液滴发生器上均布开设有若干喷水孔。

7.根据权利要求6所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：每个喷水孔的直径均为0.5mm，同一圆周上相临两个喷水孔之间相差10°。

8.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：绝热烟道(4)为内径200mm的不锈钢管。

9.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：至少两个单一气体管路(7)与至少两个水蒸汽管路(8)均水平布置。

10.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述的一种饱和或过饱和烟气含湿量测量校准装置，其特征在于：所述单一气体为纯净的氮气或空气。

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