CN113670767A - 一种烟气湿度检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气湿度检测装置和方法，属于工业气体检测技术领域。该装置包括通过管道沿烟气流向依次串联的取样枪、加热器、温度计、湿度仪、压力表、流量计和真空泵，其中，取样枪与高炉的烟囱相连，烟囱中的烟气经取样枪进入烟气湿度含量检测装置的管道后通过加热器加热，并进入到湿度仪中进行湿度含量的检测；最后通过压力表对湿度仪检测的烟气湿度含量进行修正。该装置及方法解决了传统装置无法测量过高温饱和烟气的含湿量的技术问题，实现高温高湿度过饱和的烟气湿度在线连续测量，并以秒级稳定输出湿度的精准数据。
Description
技术领域
本发明属于工业气体检测技术领域，涉及一种烟气湿度检测装置和方法。
背景技术
在高炉冲渣水烟气排放过程中，烟囱排出的湿烟气与环境冷空气混合后降温，在降温过程中，烟气内所含的水蒸气凝结，凝结水雾滴对光线产生折射、散射。使烟羽呈现出白色或者灰色，被称为“白色烟羽”，俗称“白羽”或“有色烟羽”。大量有色烟羽不仅会造成视觉污染、影响环境加重雾霾的形成，还会造成水资源的大量浪费。同时,在高炉冲渣排汽筒排烟过程中，会夹带大量的SO2、H2S和水溶性颗粒物等污染物，目前业内对这些污染物已达成共识。
目前市面上常用的烟气湿度计，都不能直接针对高炉水渣排气筒进行测试，主要原因是由于高炉冶炼过程中，烟气湿度变化大，水蒸气状态从不饱和到过饱和，烟气温度最高接近100℃。常规的湿度计主要采用电容法，电容法测量烟气湿度是基于水和水蒸气的介电常数差异原理来测量烟气的湿度，适用于测量测试烟气，无法实现高温过饱和烟气的测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种烟气湿度检测装置和方法，解决了传统装置无法测量高温过饱和烟气的含湿量的技术问题，实现高温高湿度过饱和的烟气湿度在线连续测量，并以秒级稳定输出湿度的精准数据。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种烟气湿度检测装置，包括通过管道沿烟气流向依次串联的取样枪、加热器、温度计、湿度仪、压力表、流量计和真空泵，其中，取样枪与高炉的烟囱相连。
进一步，所述流量计与真空泵之间的管道上连通有冷凝管，冷凝管与烟囱连接，所述冷凝管上设有电子冷凝器。
进一步，所述管道采用铜管，其中，取样枪与加热器之间的管道上缠绑有伴热带。
一种烟气湿度检测方法，如上所述的中任何一种烟气湿度检测装置，包括以下步骤：
S1.烟囱中的烟气经取样枪进入烟气湿度含量检测装置的管道后，通过加热器加热至110℃以上，并停留1分钟，保证烟气中不含液态水；
S2.烟气沿管道进入到湿度仪中进行含湿量的检测；位于湿度仪前的温度计将检验从加热器出来的烟气温度是否达到110℃以上；
S3.通过压力表对湿度仪检测的烟气含湿量进行修正，包括以下修正步骤：
S301.根据压力表测得的压力输出值对湿度仪测得的测点处烟气的水蒸气体积分数进行修正；
S302.根据修正的体积分数计算出测点处烟气的实际水蒸气体积分数；
S303.再将测点处烟气的实际水蒸气体积分数转化为质量分数，该质量分数与同时刻烟囱内烟气的水蒸气质量分数相同；
S304.根据烟囱内温度计算出该温度下烟囱内烟气的饱和状态水蒸气体积分数；
S305.将烟囱内烟气的饱和状态水蒸气体积分数与测点处烟气的实际水蒸气体积分数比较，取二者中较小值作为烟气的水蒸气体积；
S306.根据烟气的水蒸气体积与水蒸气质量分数，计算烟气湿度含量。
进一步，步骤S301的修正公式为
w1—经测点压力修正后的测点处烟气的水蒸气体积分数，％；
w0—湿度仪测得的测点处烟气的水蒸气体积分数，％；
p0—湿度仪设定的压力，101kPa；
p1—湿度仪测点处的压力，即压力表测得的压力输出值，kPa。
进一步，步骤S302计算公式为，
ε1为测点处烟气的实际水蒸气体积分数。
进一步，步骤S303计算公式为
g/kg；
mH—测点处烟气中的水蒸气的质量分数，g/kg；
0.804—水蒸气的密度，kg/m3；
此时，mH与烟囱内同时刻的水蒸气的质量分数相同。
进一步，步骤S304计算公式为：
式中，t—烟囱内的温度，℃；A、m、Tn—计算系数。
进一步，步骤S306计算公式为：
g/m3，ρH为烟气含湿量。
本发明的有益效果在于：
本发明的结构简单，安装方便，可操作性高，可以和各种烟囱进行结合。其通过将烟气抽出烟囱，通过加热器进行加热，使其达到非饱和状态，可以实现高温高湿度，过饱和的烟气湿度在线连续测量，并以秒级稳定输出湿度的精准数据，并通过加热器后的温度、压力值对烟气含湿量进行修正，得出准确的烟气含湿量。
本发明的其他优点在于避免了在城市道路表面围栏施工的情况，提升了市容市貌；节约了施工过程中人力、物力的成本损耗。加快施工进度，对工程的有效性、时效性有着明显的推动作用，流水线作业，降低了不熟练技术人员的培养成本，降低了在适用传统方式中出现的安全隐患，以及避免了不规范施工所造成的所有安全隐患。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为种烟气湿度检测装置示意图；
图2为一种烟气湿度检测装置实际使用过程得到的烟气参数变化趋势图；
附图标记：取样枪1、铜管2、伴热带3、加热器4、温度计5、湿度仪6、压力表7、流量计8、真空泵9、电子冷凝器10、冷凝管11、烟囱负压12、烟囱温度13、塔内湿度14、实际流量15。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，一种烟气湿度检测装置，包括通过管道沿烟气流向依次串联的取样枪1、加热器4、温度计5、湿度仪6、压力表7、流量计8和真空泵9，其中，取样枪1与高炉的烟囱相连。流量计8与真空泵9之间的管道上连通有冷凝管11，冷凝管11另一端与烟囱连接，冷凝管11上设有电子冷凝器10。用于烟气回流时将高温烟气冷凝降温，整个管道采用铜管2，其中，取样枪1与加热器4之间的铜管2上缠绑有伴热带3。
一种烟气湿度检测方法，如上文所述的一种烟气湿度检测装置，包括以下步骤：
S1.打开真空泵9，使烟囱中的烟气经取样枪1进入烟气湿度含量检测装置的管道后，通过加热器4将温度加热至110℃-130℃，并停留1分钟，位于湿度仪6前的温度计5将检验从加热器4出来的烟气温度是否在110℃-130℃之间，来保证烟气中不含液态水；
S2.烟气沿管道进入到湿度仪6中进行湿度含量的检测；湿度仪6测量烟气的温度范围为0-130℃。
S3.因为湿度仪6检测的烟气含湿量(单位体积混合气体中的水含量)是通过加热器4后烟气的含湿量，即湿度仪6检测得到的数据是加热器4加热后高温湿烟气的水蒸气体积对干空气体积的比值，与测点处的压力有关，需通过压力表7对湿度仪6检测的烟气湿度含量进行修正，包括以下修正步骤：
S301.根据压力表7测得的压力输出值对湿度仪6测得的测点处烟气的水蒸气体积分数(即水蒸气体积占空气体积的体积分数)进行修正，
计算公式为
w1—经测点压力修正后的测点处烟气的水蒸气体积分数，％；
w0—湿度仪测得的测点处烟气的水蒸气体积分数，％；
p0—湿度仪设定的压力，101kPa；
p1—湿度仪测点处的压力，即压力表测得的压力输出值，kPa。
S302.根据修正的体积分数计算出测点处烟气的实际水蒸气体积分数；计算公式为，
ε1为测点处烟气的实际水蒸气体积分数。
S303.由于湿度仪6测点处的温度大于100℃，混合气体中只有水蒸气和空气，无凝结的水雾。烟囱内可能有过饱和蒸气压的水雾，因此上式的计算值不能作为烟囱内湿烟气的水+蒸气的实际体积分数。需要将测点处烟气的实际水蒸气体积分数转化为质量分数，质量分数不受水蒸气是否处于过饱和的影响，该质量分数与同时刻烟囱内烟气的水蒸气质量分数相同；计算公式为
g/kg；
mH—测点处烟气中的水蒸气的质量分数，g/kg；
0.804—水蒸气的密度，kg/m3；
304.根据烟囱内温度计算出该温度下烟囱内烟气的饱和状态水蒸气体积分数；计算公式为：
式中，t—烟囱内的温度，℃；A、m、Tn—计算系数。
S305.将烟囱内烟气的饱和状态水蒸气体积分数与测点处烟气的实际水蒸气体积分数比较，取二者中较小值作为烟气的水蒸气体积ε；因为湿烟气体积由两部分组成，一部分是水蒸气，另一部分是其他气体。当湿烟气未饱和时ε1＜ε2，烟囱中湿烟气中水蒸气体积为ε1；当湿烟气处于过饱和状态时ε1＞ε2，烟囱中湿烟气中水蒸气体积为ε2。
S306.根据烟气的水蒸气体积与水蒸气质量分数，计算烟气湿度含量计算公式为：
g/m3，ρH为烟气含湿量。
图2为本装置在实际测验中，某厂一周期内烟囱负压12、烟囱温度13、塔内湿度14和实际流量15的变化趋势图，其表明了本发明在实际用途中对烟气湿度变化的敏感，体现了本发明的实用效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种烟气湿度检测装置，其特征在于：包括通过管道沿烟气流向依次串联的取样枪、加热器、温度计、湿度仪、压力表、流量计和真空泵，其中，取样枪与高炉的烟囱相连。
2.根据权利要求1中所述的一种烟气湿度检测装置，其特征在于：所述流量计与真空泵之间的管道上连通有冷凝管，冷凝管与烟囱连接，所述冷凝管上设有电子冷凝器。
3.根据权利要求1中所述的一种烟气湿度检测装置，其特征在于：所述管道采用铜管，其中，取样枪与加热器之间的管道上缠绑有伴热带。
4.一种烟气湿度检测方法，其特征在于：应用如权利要求1-3中任何一种烟气湿度检测装置，包括以下步骤：
S1.烟囱中的烟气经取样枪进入烟气湿度含量检测装置的管道后，通过加热器加热至110℃以上，并停留1分钟，保证烟气中不含液态水；
S2.烟气沿管道进入到湿度仪中进行含湿量的检测；位于湿度仪前的温度计将检验从加热器出来的烟气温度是否达到110℃以上；
S3.通过压力表对湿度仪检测的烟气含湿量进行修正，包括以下修正步骤：
S301.根据压力表测得的压力输出值对湿度仪测得的测点处烟气的水蒸气体积分数进行修正；
S302.根据修正的体积分数计算出测点处烟气的实际水蒸气体积分数；
S303.再将测点处烟气的实际水蒸气体积分数转化为质量分数，该质量分数与同时刻烟囱内烟气的水蒸气质量分数相同；
S304.根据烟囱内温度计算出该温度下烟囱内烟气的饱和状态水蒸气体积分数；
S305.将烟囱内烟气的饱和状态水蒸气体积分数与测点处烟气的实际水蒸气体积分数比较，取二者中较小值作为烟气的水蒸气体积；
S306.根据烟气的水蒸气体积与水蒸气质量分数，计算烟气湿度含量。
5.根据权利要求4所述的一种烟气湿度检测方法，其特征在于：步骤S301的修正公式为
w1—经测点压力修正后的测点处烟气的水蒸气体积分数，％；
w0—湿度仪测得的测点处烟气的水蒸气体积分数，％；
p0—湿度仪设定的压力，101kPa；
p1—湿度仪测点处的压力，即压力表测得的压力输出值，kPa。
6.根据权利要求4所述的一种烟气湿度检测方法，其特征在于：步骤S302计算公式为，
ε1为测点处烟气的实际水蒸气体积分数。
7.根据权利要求4所述的一种烟气湿度检测方法，其特征在于：步骤S303计算公式为
g/kg；
mH—测点处烟气中的水蒸气的质量分数，g/kg；
0.804—水蒸气的密度，kg/m3；
mH与烟囱内同时刻的水蒸气的质量分数相同。
8.根据权利要求4所述的一种烟气湿度检测方法，其特征在于：步骤S304计算公式为：
式中，t—烟囱内的温度，℃；A、m、Tn—计算系数。
9.根据权利要求4所述的一种烟气湿度检测方法，其特征在于：步骤S306计算公式为：
g/m3，ρH为烟气含湿量。
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