CN112964837A - 一种高湿烟气绝对湿度的测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高湿烟气绝对湿度的测量装置，包括取样探头、烟气分析仪、气液分离器、管道和抽气泵；其中，所述取样探头第一端位于烟道内，第二端与烟气分析仪相连，第三端与气液分离器相连；所述管道的一端与所述气液分离器相连，另一端与抽气泵相连，所述管道内部伸入有传感器，外部环绕伴热管。本发明还公开了利用高湿烟气绝对湿度的测量装置的测量方法。本发明公开的测量装置测量精度高，并且能够避免产生挂露现象，减少测量误差。

Description

一种高湿烟气绝对湿度的测量装置及其方法

技术领域

本发明属于气体湿度监测技术领域，具体为一种高湿烟气绝对湿度的测量装置及其方法。

背景技术

对于传统尾部烟道换热器，为了防止低温腐蚀，排烟温度多在120℃以上。因此锅炉排烟热损失一般是热损失中最大的一项，随着对节能减排要求的提高，对该部分的热量就成为了热点。

在这部分热量的回收技术中，由于传统换热器低温腐蚀、传热效率低和换热端差小等问题，直接接触式(或称喷淋式)换热器就得到了应用。此种换热器通过将部分水雾化后直接喷射入烟气中，与烟气进行强烈的传热传质过程，将烟气中水蒸气冷凝下来，以达到利用这部分热量的目的。在装置实际运行的过程中，为了实时把握运行状况，需要对此装置的进出口烟气进行监测，其中湿度是非常重要的一项参数。

湿法脱硫或半湿法脱硫在锅炉烟气净化方面有着广泛的应用，但是由于这两种方法均采用吸收液与被处理烟气直接混合，出口处烟气湿度非常高，在运行过程中需要对此参数进行把握。

总而言之，需要测量高湿度气体的湿度时，目前对其测量均存在如下几个问题：

1.测量精度

目前湿敏电阻(或电容，为方便以下均称湿敏电阻)在相对湿度20％～70％之间可以保持较好的线性度，然而在进行上述余热利用工艺后，烟气相对湿度普遍处于80％以上乃至达到饱和，在这种情况下，湿敏电阻无法进行准确测量。同时由于技术原因，目前湿敏电阻即使在线性度较好的区域，也存在±3％左右的测量误差。

2.挂露

当湿敏电阻探头处于低温状态(如停机后启动)，高温烟气在其表面温度迅速下降，湿烟气达到露点(饱和)后凝露，冷凝下来的液滴覆盖在湿敏电阻表面，容易导致测量产生较大误差。

3.易损坏

与上述挂露过程类似，当湿敏电阻表面处于湿润状态时，如果表面树脂绝缘等在制作中存在疏漏，容易发生短路等问题，从而导致湿敏电阻损坏。

发明内容

本发明提供一种高湿度烟气绝对湿度的测量装置，所述测量装置测量精度高，并且能够避免产生挂露现象，减少测量误差。

一种高湿烟气绝对湿度的测量装置，其特征在于，包括取样探头、烟气分析仪、气液分离器、管道和抽气泵；

所述取样探头的第一端位于烟道内，第二端与烟气分析仪相连，第三端与气液分离器相连；

所述管道的一端与所述气液分离器相连，另一端与抽气泵相连，所述管道内伸入有传感器，外部环绕伴热管。

通过气液分离器将烟气中的液态水分离出去，避免液态水对测量绝对湿度的影响，通过调节伴热管和抽气泵的功率，调节管道温度和烟气进气量，保证相对湿度在拟合度较高的范围内，保证测算的准确性，并且通过对管道温度的调控，避免在传感器上形成挂露而造成较大的测量误差。

所述的气液分离器内置用于吸收液态水的棉球或除湿棉。

所述的管道的形状和尺寸与烟道具有的腔体的形状和尺寸适配。

所述的传感器与管道通过固定方式连接，所述固定方式为螺纹或焊接方式。

所述的伴热管外包覆保温层，所述的保温层材料为橡塑管套、聚氨酯、岩棉板。目的是保证伴热的加热效果，否则若外部环境发生变化，如环境温度过低等，将无法把烟气加热到需要的温度。

本发明还提供了一种高湿度烟气绝对湿度的测量方法，包括：

(1)获取烟气样本，其中，一部分烟气样本进入烟气分析仪，得到所述烟气的平均摩尔质量M_gy，另一部分烟气样本进入一管道内，同时调节所述管道温度和烟气流量，测量所述管道内烟气的相对湿度h、绝对压力p和温度T；

(2)根据测得的湿度h、绝对压力p、温度T和通过安托因(Antoine)方程式换算的水蒸气的饱和压力p_S(T)，拟合得到hp_S(T)与p的关系直线，所述直线斜率为k，构建绝对湿度d与M的关系式(3)如下所示:

d＝M/(k-1) (3)

其中，M为水蒸气和烟气的摩尔质量比，通过关系式(3)得到所述烟气样本的绝对湿度d。

通过调节烟道温度，使得所述的管道内的烟气的相对湿度在线性度较高的范围内，保证计算出的绝对湿度d的准确性，并且通过调节管道温度，较少管道内形成液态水，避免挂露现象的产生，而减少测量的误差。

所述的伴热管的功率为40-70W。

通过控制伴热管的功率使得管道内的温度与烟气的温度保持合适的温差，避免挂露现象发生。

所述的管道内烟气的体积流量为10-15L/min。

所述的温度T包括管道出口温度T₁、管道中间温度T₂和管道进口温度T₃，所述管道出口温度T₁为90-100℃。

通过调节合适的伴热管功率和体积流量，得到合适的温度T，保证烟道内的烟气相对湿度在20％-70％之间，在所述范围内能够保证较好的线性对，准确的拟合hp_s(T)与p的关系直线，准确获得绝对湿度d。

所述的构建绝对湿度d与M的关系式，具体步骤如下：

水蒸气的摩尔质量为M_v，水蒸气与所述的烟气摩尔质量之比为M＝M_v/M_gy，根据相对湿度、绝对湿度和分压定律，得到如式(1)所示

其中d为绝对湿度，h为相对湿度，p_s(T)为水蒸气的饱和压力，p为绝对压力，T为温度，p为绝对压力，对式(1)变形为式(2)：

以hp_S(T)为x轴、以p为y轴的坐标，排除异常点后，拟合得到一条通过原点，斜率为k的直线，由斜率k及公式(2)求得绝对湿度关系式如式(3)所示：

d＝M/(k-1) (3)

其中，M为水蒸气和烟气的摩尔质量比。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的测量方法，通过对管道加热，使得进入管道内的烟气与管道内传感器温差较小，避免了挂露现象的产生而损坏传感器。

(2)通过对管道加热，使得管道内的烟气的相对湿度降低到最佳测量区域，同时通过理论计算，对不同温度下的测点数据进行拟合，从而准确的测算烟气的绝对湿度。

(3)本发明提供的测量装置，结构简单，占地面积较小，加工和制作高效，易于批量制作。

附图说明

图1为本发明提供的测量装置的结构示意图；

图2为本发明提供的测量装置的传感器与管道的结构示意图；

图3为本施例制得的拟合直线图，其中，图a为局部放大图。

具体实施方式

以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1所示，本发明提供的一种高湿烟气绝对湿度的测量装置，包括取样探头2、烟气分析仪3、气液分离器4、保温层5、伴热管6、管道7、传感器8和抽气泵9；其中，所述取样探头2第一端位于烟道1内，第二端与烟气分析仪3相连，第三端与气液分离器4相连；所述气液分离器4与管道7相连，外部被伴热管6环绕，所述管道7与抽气泵9相连，所述伴热管6被保温层5包覆，如图2所示所述管道7内部伸入有传感器8，传感器8与管道7通过固定方式连接。

通过抽气泵，伴热管加热功率为60w，烟道1内的烟气进入取样探头2，通过烟气分析仪3测得烟道1内的烟气的成分，通过换算得到平均摩尔质量M_gy为30.25g/mol，水蒸气的的摩尔质量M_v为18g/mol，通过气液分离器4将烟气中的水蒸气分离后得到的干烟气进入管道7，从烟气进入管道7的一端到烟气出管道的另一端共布置了6个传感器8，依次标记为a、b、c、d、e、f，，其中f测得管道出口温度T₁，测定管道7内的烟气参数如表1所示：

表1不同伴热管加热功率下烟气参数检测

传感器	烟气压力p	烟气温度T	烟气相对湿度h
				a	101269	61.2	85.2
b	101276	67.9	62.9
				c	101284	74.8	46.7
d	101293	82.2	35.1
				e	101292	88.9	25.3
f	101301	95.8	19.2

将温度T代入到式(4)中得到水蒸气饱和压力p_s(T)如式(4)所示

水蒸气的摩尔质量为M_v，水蒸气与所述的烟气摩尔质量之比为M＝M_v/M_gy，根据相对湿度、绝对湿度和分压定律，得到如式(1)所示

其中d为绝对湿度，h为相对湿度，p_s(T)为水蒸气的饱和压力，p为绝对压力，T为烟气温度，p为绝对压力，对式(1)变形为式(2)：

以hp_S(T)为x轴、以p为y轴的坐标，排除异常点后，拟合得到一条通过原点，如图3所示，斜率为k＝5.765，但是由于横轴多处于16000以上、纵轴多处于101000以上，因此对数据点区域如图a所示，数据点分布于拟合线两侧，由斜率k及公式(2)求得绝对湿度关系式如式(3)所示：

d＝M/(k-1) (3)

其中，M为水蒸气和烟气的摩尔质量比为0.595，得到绝对湿度为0.1249g/g；

采用本方法，通过换热实验获得热量/失去热量为0.98～0.99，在允许的散热损失范围内。

Claims (8)

1.一种高湿烟气绝对湿度的测量装置，其特征在于，包括取样探头(2)、烟气分析仪(3)、气液分离器(4)、管道(7)和抽气泵(9)；

所述取样探头(2)的第一端位于烟道(1)内，第二端与烟气分析仪(3)相连，第三端与气液分离器(4)相连；

所述管道(7)的一端与所述气液分离器(4)相连，另一端与抽气泵(9)相连，所述管道(7)内伸入有传感器(8)，外部环绕伴热管(6)。

2.根据权利要求1所述的高湿烟气绝对湿度的测量装置，其特征在于，所述的气液分离器(4)内置用于吸收液态水的棉球或除湿棉。

3.根据权利要求1所述的高湿烟气绝对湿度的测量装置，其特征在于，所述的管道(7)的形状和尺寸与烟道(1)腔体的形状和尺寸适配。

4.根据权利要求1所述的高湿烟气绝对湿度的测量装置，其特征在于，所述的伴热管(6)外包覆保温层(5)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高湿烟气绝对湿度的测量装置的测量方法，包括：

(1)获取烟气样本，其中，一部分烟气样本进入烟气分析仪，得到所述烟气的平均摩尔质量M_gy，另一部分烟气样本进入管道(7)，同时调节伴热管(6)功率，测量所述管道内烟气的相对湿度h、绝对压力p和温度T；

(2)根据测得的湿度h、绝对压力p、温度T和通过安托因方程换算的水蒸气的饱和压力p_S(T)，拟合得到hp_S(T)与p的关系直线，所述直线斜率为k，构建绝对湿度d与M的关系式(3)如下所示:

d＝M/(k-1) (3)

其中，M为水蒸气和烟气的摩尔质量比，通过关系式(3)得到所述烟气样本的绝对湿度d。

6.根据权利要求5所述的高湿烟气绝对湿度的测量装置的测量方法，其特征在于，所述的伴热管(6)的功率为40-70W。

7.根据权利要求5所述的高湿烟气绝对湿度的测量装置的测量方法，其特征在于，所述的管道(7)内烟气的体积流量为10-15L/min。

8.根据权利要求5所述的高湿烟气绝对湿度的测量装置的测量方法，其特征在于，所述的温度T包括管道出口温度T₁、管道中间温度T₂和管道进口温度T₃，所述管道出口温度T₁为90-100℃。

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