CN114594805B

CN114594805B - 一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法

Info

Publication number: CN114594805B
Application number: CN202210095406.7A
Authority: CN
Inventors: 刘朋刚; 刘景超; 杨海毅; 姜坤鹏; 滕书云; 安瑞君; 冯庆浩; 梅小强; 杨晓明; 孟繁杰; 窦灏; 丁万生; 李德安; 田红兵; 刘文亮; 徐军
Original assignee: Qingdao Minghua Electronic Instrument Co ltd
Current assignee: Qingdao Minghua Electronic Instrument Co ltd
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2042-01-26
Also published as: CN114594805A

Abstract

本公开提供了一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法，包括：获取待处理烟气的初始含湿量并将待处理烟气通入Nafion管；基于待处理烟气的初始含湿量获取Nafion管动力泵的第一转速，并将Nafion管动力泵的运行转速调整至第一转速；在Nafion管动力泵以第一转速运行第一时间间隔后，获取Nafion管输出烟气的第一湿度；采用PID算法调整Nafion管动力泵的转速，使Nafion管输出烟气的湿度与第一湿度的偏差小于等于一阈值。本公开提供的基于Nafion管的烟气湿度控制方法，有效解决了现有技术中Nafion管干燥法动力泵全功率运行导致输出气体的湿度不稳定的问题。

Description

一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法

技术领域

本公开涉及烟气测量技术领域，具体涉及一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法。

背景技术

污染源排放的烟气多为高温高湿的工况，而测量烟气浓度的传感器多无法满足这种复杂恶劣的工况，因此需要对烟气进行降温降湿处理。目前对烟气进行降湿处理主要有三种方法：冷凝法、冷凝加酸法、Nafion管干燥法，其中前两种方法采用半导体制冷的方式来降低烟气的湿度，在降湿过程中不可避免的会产生冷凝水，烟气流过冷凝水表面会不同程度的被吸附，从而影响烟气浓度的测量精度。

Nafion管为内外两层管道套设，且内层管道采用的是PTFE基材，其上镶嵌有化学亲水性的磺酸基侧链。工作时将待降湿的烟气从内层管道通过，烟气中含有的气态水会从湿度高的内层管道内壁向外壁渗透；同时，在内层管道和外层管道之间以与烟气流动方向相反的方向通入干燥气，这样内层管道外壁的水分子可以被干燥气带走，从而实现气态下高效降湿的目的。Nafion管干燥法整个过程都不会产生冷凝水，采用该方法降湿对烟气浓度的影响较小。

现有的Nafion管干燥法技术中，为Nafion管提供干燥气的动力泵都是采用开关式，即打开电源就以全功率运行，使通入干燥气的流速恒定、干燥能力不变，从而使得含湿量变化的烟气通过Nafion管降湿后得到气体的湿度也随之变化，导致后端对水气敏感的传感器的测量数值波动，影响测量数据的准确性。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法，能够有效解决现有技术中采用Nafion管干燥法的动力泵全功率运行导致输出气体的湿度不稳定的问题。

下文中将给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本公开的第一方面，提供了一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法，包括：

获取待处理烟气的初始含湿量并将所述待处理烟气通入Nafion管；

基于所述待处理烟气的初始含湿量获取Nafion管动力泵的第一转速，并将Nafion管动力泵的运行转速调整至所述第一转速；

在Nafion管动力泵以所述第一转速运行第一时间间隔后，获取Nafion管输出烟气的第一湿度；

采用PID算法调整Nafion管动力泵的转速，使Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于一阈值。

在一些实施例中，所述待处理烟气的初始含湿量为将待处理烟气通入Nafion管之前某一时刻获取到的含湿量。

在一些实施例中，基于所述待处理烟气的初始含湿量通过以下公式获取Nafion管动力泵的第一转速：

y＝ax+b

其中，y为Nafion管动力泵的第一转速，x为待处理烟气的初始含湿量，a为Nafion管动力泵额定转速的稳定运行范围/待处理烟气含湿量的量程值，b为Nafion管动力泵的启动转速。

在一些实施例中，所述第一时间间隔为Nafion管达到稳定工作状态所需要的时间。

进一步的，所述第一时间间隔为30分钟。

在一些实施例中，通过阻容法湿度测定模块获取Nafion管输出

烟气的第一湿度。

在一些实施例中，采用PID增量算法每隔第二时间间隔对Nafion管动力泵的转速进行一次调整，使Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于一阈值。

进一步的，所述PID增量算法为：

U(k)＝U(k-1)+ΔU(k)；

ΔU(k)＝K_p(err(k)-err(k-1))+K_ierr(k)

+K_d(err(k)-2err(k-1)+err(k-2))

其中，U(k)为第k次Nafion管动力泵转速的调整量，U(k-1)为第k-1次Nafion管动力泵转速的调整量，ΔU(k)为第k次相对于第k-1次Nafion管动力泵转速的调整量增量，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，err(k)为第k次Nafion管输出烟气湿度与第一湿度的偏差，err(k-1)为第k-1次Nafion管输出烟气湿度与第一湿度的偏差，err(k-2)为第k-2次Nafion管输出烟气湿度与第一湿度的偏差。

进一步的，所述第二时间间隔为30秒。

在一些实施例中，所述Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于1％RH。

本公开在现有的Nafion管干燥法动力泵全功率运行的基础上，提出了一种先基于待处理烟气的初始含湿量固定Nafion管动力泵的转速，再采用PID算法对Nafion管动力泵转速进行动态调整以使处理后的烟气湿度较为稳定的方法，有效解决了现有技术中Nafion管干燥法动力泵全功率运行导致输出气体的湿度不稳定的间题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1是根据本公开实施例提供的一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法的流程图。

图2是根据本公开实施例提供的一种基于Nafion管的烟气湿度控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下文中将结合附图对本公开的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开关系不大的其他细节。

应理解的是，本公开并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。

图1示出了根据本公开实施例提供的一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法100的流程图，该方法具体包括：

步骤110：获取待处理烟气的初始含湿量并将所述待处理烟气通入Nafion管。

本公开实施例中，所述待处理烟气的初始含湿量可以为将待处理烟气通入Nafion管之前某一时刻获取到的含湿量，优选的，可以为将待处理烟气通入Nafion管之前的某一临近时刻获取到的含湿量，例如，在将待处理烟气通入Nafion管之前的0.001秒获取到的含湿量。

本公开实施例中，可以在Nafion管入气口处设置阻容法湿度测定模块，采用阻容法湿度测定模块获取待处理烟气的初始含湿量，包括：在通过阻容法湿度测定模块获取到待处理烟气的初始相对湿度后，再通过以下公式计算得到待处理烟气的初始含湿量：

其中，Xsw为待处理烟气的初始含湿量，Pbv为当前温度下的饱和蒸汽压，RH为待处理烟气的初始相对湿度，Ba为大气压，Ps为烟道内的静压，从烟道内采集待处理烟气。

值得注意的是，本公开实施例中，待处理烟气的初始含湿量也可以为技术人员提前获知或通过经验评估得到，而不需要通过阻容法湿度测定模块进行测定。

本公开实施例中，在获取到待处理烟气的初始含湿量后，将所述待处理烟气通入Nafion管。

步骤120：基于所述待处理烟气的初始含湿量获取Nafion管动力泵的第一转速，并将Nafion管动力泵的运行转速调整至所述第一转速。

本公开实施例中，输入Nafion管的待处理烟气的含湿量是在一个范围内变化的，因此需要先基于待处理烟气的初始含湿量将Nafion管动力泵的转速调整至一个转速值，使Nafion管对当前输入的待处理烟气具备较好的除湿效果，之后，当待处理烟气的含湿量在初始含湿量附近波动时，再采用PID控制算法对Nafion管动力泵的转速进行动态调整，从而使Nafion管输出烟气的湿度较为稳定。

本公开实施例中，可以基于所述待处理烟气的初始含湿量通过以下公式获取Nafion管动力泵的第一转速：

y＝ax+b

本公开实施例中，所述Nafion管动力泵的启动转速可以为Nafion管动力泵额定转速的10％，例如，在Nafion管动力泵额定转速为1000r/min时，所述Nafion管动力泵的启动转速为100r/min。由于Nafion管动力泵运行时需要预留一定的转速范围作为余量，例如选取Nafion管动力泵额定转速的90％及以上作为余量，因此通过去除Nafion管动力泵的启动转速以及转速余量，可以得到Nafion管动力泵额定转速的稳定运行范围，例如在Nafion管动力泵的启动转速为Nafion管动力泵额定转速的10％，以及选取Nafion管动力泵额定转速的90％及以上作为余量的情况下，可以得到Nafion管动力泵额定转速的稳定运行范围为其额定转速的10％-90％之间的区间。

本公开实施例中，所述待处理烟气含湿量的量程值可以为40％，但不局限为该量程值，对应于不同的工况，待处理烟气的含湿量可以有不同的量程值。

本公开实施例中，在基于所述待处理烟气的初始含湿量获取Nafion管动力泵的第一转速后，可以快速将Nafion管动力泵的运行转速调整至所述第一转速，并使Nafion管动力泵稳定在第一转速运行，从而快速提升Nafion管对待处理烟气的干燥能力。

步骤130：在Nafion管动力泵以所述第一转速运行第一时间间隔后，获取Nafion管输出烟气的第一湿度。

本公开实施例中，由于Nafion管中水分子的传递需要一定的时间，因此Nafion管需要一定时间才能达到稳定工作状态。本公开实施例中，所述Nafion管达到稳定工作状态所需要的时间可以为第一时间间隔，在Nafion管动力泵以所述第一转速运行第一时间间隔后，Nafion管达到稳定工作状态后，再对Nafion管输出烟气的湿度进行测量，获取到Nafion管输出烟气的第一湿度。

本公开实施例中，所述第一时间间隔可以为30分钟，但不限于该数值，本领域技术人员可以根据实际工况中Nafion管达到稳定工作状态所需要的时间确定第一时间间隔的数值。

本公开实施例中，可以通过阻容法湿度测定模块获取Nafion管输出烟气的第一湿度。

步骤140：采用PID算法调整Nafion管动力泵的转速，使Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于一阈值。

本公开实施例中，可以采用PID增量算法每隔第二时间间隔对Nafion管动力泵的转速进行一次调整，使Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于一阈值，所述PID增量算法可以为：

U(k)＝U(k-1)+ΔU(k)；

ΔU(k)＝K_p(err(k)-err(k-1))+K_ierr(k)

+K_d(err(k)-2err(k-1)+err(k-2))

本公开实施例中，所述第二时间间隔可以为30秒，但不限于该数值，本领域技术人员可以根据实际情况选择第二时间间隔的数值。

本公开实施例中，可以通过采用PID增量算法对Nafion管输出烟气的湿度进行跟踪，使其与所述第一湿度的偏差小于等于1％RH，理想状态下，可以使Nafion管输出烟气的湿度保持在所述第一湿度。

本公开实施例中，在通过Nafion管干燥法对待处理烟气进行降温处理之前，可以先搭建出基于Nafion管的烟气湿度控制系统200，如图2所示，该系统可以包括前端阻容法湿度测定模块201、Nafion管202(包括Nafion动力泵203)、处理器204以及后端阻容法湿度测定模块205。

其中，前端阻容法湿度测定模块201用于在待处理烟气通入Nafion管前，对待处理烟气的初始相对湿度进行测量，进而基于得到的初始相对湿度计算得到待处理烟气的初始含湿量，并将待处理烟气的初始含湿量发送至处理器204；处理器204基于所述待处理烟气的初始含湿量获取Nafion管动力泵203的第一转速，并将Nafion管动力泵203的运行转速调整至所述第一转速；处理器204内置有计时器用于对Nafion管动力泵203以所述第一转速运行的时间进行计时，当计时器计时达到第一时间间隔时，处理器204获取此时后端阻容法湿度测定模块205测量得到的Nafion管202输出烟气的湿度，并将其作为第一湿度；进一步的，处理器204采用PID算法调整Nafion管动力泵203的转速，使Nafion管202输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于一阈值。

本公开实施例中，当计时器计时达到第一时间间隔时，处理器204获取此时后端阻容法湿度测定模块205测量得到的Nafion管202输出烟气的湿度，可以是处理器204实时获取后端阻容法湿度测定模块205测量得到的Nafion管202输出烟气的湿度，并选取当计时器计时达到第一时间间隔时，后端阻容法湿度测定模块205测量得到的Nafion管202输出烟气的湿度。

本公开实施例中，所述前端阻容法湿度测定模块201以及后端阻容法湿度测定模块205可以为分别在Nafion管的输入、输出端单独设置的阻容法湿度传感器。

本公开实施例中，先基于待处理烟气的初始含湿量计算Nafion管动力泵的转速，获取到Nafion管动力泵在该转速运行并达到稳定工作状态后的输出烟气的湿度，再采用PID算法对Nafion管动力泵转速进行动态调整以使处理后的烟气湿度稳定在同一湿度值附近，有效解决了现有技术中Nafion管干燥法动力泵全功率运行导致输出气体的湿度随输入气体的含湿量变化产生的波动较大的问题。

以上所述实施例，仅为本公开的具体实施方式，用以说明本公开的技术方案，而非对其限制，本公开的保护范围并非局限于此，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种基于Nafion管的烟气湿度控制方法，其特征在于，包括：

基于所述待处理烟气的初始含湿量获取Nafion管干燥气动力泵的第一转速，并将Nafion管干燥气动力泵的运行转速调整至所述第一转速；

在Nafion管干燥气动力泵以所述第一转速运行第一时间间隔后，获取Nafion管输出烟气的第一湿度；

采用PID算法调整Nafion管干燥气动力泵的转速，使Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于一阈值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待处理烟气的初始含湿量为将待处理烟气通入Nafion管之前某一时刻获取到的含湿量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述待处理烟气的初始含湿量通过以下公式获取Nafion管干燥气动力泵的第一转速：

y＝ax+b

其中，y为Nafion管干燥气动力泵的第一转速，x为待处理烟气的初始含湿量，a为Nafion管干燥气动力泵额定转速的稳定运行范围/待处理烟气含湿量的量程值，b为Nafion管干燥气动力泵的启动转速。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔为Nafion管达到稳定工作状态所需要的时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔为30分钟。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过阻容法湿度测定模块获取Nafion管输出烟气的第一湿度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用PID增量算法每隔第二时间间隔对Nafion管干燥气动力泵的转速进行一次调整，使Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于一阈值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述PID增量算法为：

U(k)＝U(k-1)+ΔU(k)；

ΔU(k)＝K_p(err(k)-err(k-1))+K_ierr(k)+K_d(err(k)-2err(k-1)+err(k-2))

其中，U(k)为第k次Nafion管干燥气动力泵转速的调整量，U(k-1)为第k-1次Nafion管干燥气动力泵转速的调整量，ΔU(k)为第k次相对于第k-1次Nafion管干燥气动力泵转速的调整量增量，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，err(k)为第k次Nafion管输出烟气湿度与第一湿度的偏差，err(k-1)为第k-1次Nafion管输出烟气湿度与第一湿度的偏差，err(k-2)为第k-2次Nafion管输出烟气湿度与第一湿度的偏差。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二时间间隔为30秒。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Nafion管输出烟气的湿度与所述第一湿度的偏差小于等于1％RH。