CN204807413U - 一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，包括主控制器、电子秤以及依次连接的伴热杆、采样杆、采样器、加热保温管线、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、质量流量计。本实用新型在测量前气密性检测，测量中对冷凝器和干燥管实时称重，监测露点，判断干燥剂的效果，操作简单化，自动化程度高。

Description

一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量管道烟气水分含量的装置，特别涉及一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置。

背景技术

随着经济不断地发展，工业带来的大气环境问题日益严重。工业大气环境污染问题集中在对工业锅炉烟气的治理。烟气污染处理系统主要包括脱硫、除尘系统。这些系统的设备运行状况与烟气工况密切相关，烟气水分含量是烟气工况的重要烟气参数之一，对于烟气处理系统有很大的影响。烟气中水分的来源主要有三个方面：1、燃烧时鼓入锅炉内的空气所携带的水分；2、燃料以结合水或者外在水的形式在燃烧过程中蒸发形成的水蒸气；3、燃料中所含有的碳氢化合物在燃烧时被氧化生成水分。烟气水分含量是烟气参数中最难测量的一个参数，但是烟气水分含量对于烟气的脱硫、除尘等工艺具有比较大的影响，所以在烟气工况的必测因子之一。因此，对烟气含湿量测量技术的研究具有相当积极的意义。

申请专利号为201120010828.7提出了一种冷凝称重法测量烟气水分含量的装置，该装置较前有的重量法测量烟气中水分含量的装置相比在采样管和吸湿管之间增加了冷凝管，把冷凝和吸湿两个环节分开，克服因吸湿剂吸湿后结块而导致气路不通的问题，在吸湿管之后增加一露点仪，用于测量经过吸湿管后排出烟气中残余水分含量或者在吸湿管之后增加一级或者两级变色硅胶，这样能够加大设定的烟气体积，增大吸湿量，降低测量误差在烟气水分中的的比重，从而减少系统误差。但是这个装置首先忽略系统的气密性检测，当气密性差的情况下，采样泵工作机会吸入空气，空气中含有一定的水分，这就对整个系统的测量造成一定的误差，其次当测量结束后，需要人工操作测量冷凝管和吸湿管的重量，假如这其中有操作不当读数误差或者严重者损坏样本，不仅损失了仪器还对测量烟气水分含量加大了误差，而且这样的操作很大程度上自动化程度不高。

申请专利号为200720170092.3提出了一种烟气水分含量自动测试仪，能够自动测定、实时显示烟气中水分含量。但是该装置也不能保证系统的气密性处于良好状态，一旦系统的气密性出了问题，那么就会造成一定的误差，导致测量结果不准确。其次在冷凝槽之后没有干燥管，不能保证烟气通过冷凝槽能充分冷凝。

实用新型内容

为克服上述缺项，本实用新型提供一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，测量前进行气密性检测，测量中对冷凝槽和干燥管实时称重，监测湿度，判断干燥剂的效果，操作简单化，自动化程度高，控制效果好，测量精度高。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本实用新型提供一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，包括主控制器、电子秤以及依次连接的伴热杆、采样杆、采样器、加热保温管线、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、质量流量计，冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、质量流量计之间通过管线连接，且管线内设置有压力传感器；电子秤放置在冷凝器与干燥管的下方，采样泵的两端连接有逆止阀、冷凝器中设置有第一温度传感器、湿度测量腔中设置有湿度传感器，主控制器分别与电子秤、第一温度传感器、冷凝器、湿度传感器、质量流量计、压力传感器、采样泵连接。

作为本实用新型的进一步优化方案，还包括与主控制器相连的显示单元。

作为本实用新型的进一步优化方案，冷凝器包括冷凝槽以及设置在其中的羊角管。

作为本实用新型的进一步优化方案，干燥管为填充有干燥剂的U型管。

作为本实用新型的进一步优化方案，伴热杆的进气端设置有过滤器。

作为本实用新型的进一步优化方案，采样器内设置有第二温度传感器。

作为本实用新型的进一步优化方案，主控制器通过继电器与冷凝器相连。

作为本实用新型的进一步优化方案，还包括与主控制器相连的打印单元。

作为本实用新型的进一步优化方案，还包括与主控制器相连的存储单元。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型在管线中设置了一个压力传感器用以监测系统的气密性，在保证系统的气密性良好的情况下进行烟气水分的测量，减小系统误差，提高测量精度；

2、本实用新型在干燥管之后添加一个湿度传感器，根据采集烟气的湿度，以此来判断干燥剂是否还有干燥功能，若干燥剂不再有干燥功能，则必须更换干燥剂，否则误差太大，测量无效；

3、本实用新型在采样泵的两端接了一个逆止阀，逆止阀正向不导通，逆向导通，当采样泵的工作速率大于质量流量计的速率时，逆止阀可以起到缓解采样泵的工作压力，起到保护采样泵的作用；

4、本实用新型采用电子秤，能够实时在线称重，自动化程度高、操作方便，控制效果好，精度高。

附图说明

图1是本实用新型的装置示意图。

其中：1-伴热杆；2-采样杆；3-采样器；4-加热保温管线；5-冷凝器；6-第一温度传感器；7-电子秤；8-干燥管；9-压力传感器；10-湿度传感器；11-湿度测量腔；12-采样泵；13-逆止阀；14-质量流量计。

图2是本实用新型的硬件电路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型提供一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，如图1所示，包括主控制器、电子秤以及依次连接的伴热杆、采样杆、采样器、加热保温管线、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、质量流量计，冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、质量流量计之间通过管线连接，且管线内设置有压力传感器。

伴热杆的进气端放置在烟道中，且进气端还设置有过滤器，将烟气中的固体物质过滤下来，使其不影响测量。采样器内还设置有第二温度传感器，用于采集烟气的温度，并根据采集到的温度加热采样杆使其与烟气温度保持一致，避免烟气在采样杆里冷凝。电子秤放置在冷凝器与干燥管的下方，用以实时对冷凝器和干燥管进行称重，监测冷凝水和干燥剂的增重。冷凝器中设置有第一温度传感器，利用Pt100热电阻三线制测温法实时测量冷凝槽的温度。湿度测量腔中设置有湿度传感器，可以准确的测量出经过干燥管后的气体湿度，用以检测干燥管的干燥效果，若干燥效果不好则需更换干燥管或干燥剂。采样泵的两端连接有逆止阀，逆止阀正向不导通，逆向导通，当采样泵的工作速率大于质量流量计的速率时，逆止阀可以起到缓解采样泵的工作压力，起到保护采样泵的作用。如图2所示，主控制器分别与电子秤、第一温度传感器、冷凝器、湿度传感器、质量流量计、压力传感器、采样泵连接，主控制器用于接收第一温度传感器、湿度传感器、压力传感器采集到的环境数据，设定采样时间、质量流量计的流量、冷凝器的温度，根据电子秤的称重、冷凝干燥后的烟气湿度、抽取烟气的体积计算出烟气湿度。

进一步，本实用新型的装置还包括与主控制器相连的显示单元、打印单元、存储单元，显示单元用于显示第一温度传感器、湿度传感器、压力传感器采集到的环境数据、质量流量计的流量以及主控制器计算出的烟气的绝对湿度，存储单元用于存储装置中采集到的数据以及主控制器的计算结果等，打印单元用于打印相关结果。

本实用新型中，冷凝器包括冷凝槽以及设置在其中的羊角管，干燥管为填充有干燥剂的U型管，主控制器通过继电器与冷凝器相连。

本实用新型一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置的工作流程如下：

首先，进行装置的气密性检测。堵住装置的进气口，启动采样泵，当检测到目前的系统内气压小于-50PKa时，认为系统的气密性差，不适合用于测量，需要更换另一套系统。否则认为可以进行采样。在检测出装置气密性良好的情况下，通过主控制器对质量流量计进行校零，以免因为质量流量计的不精确导致测量结果出现误差。

前置烟气采样控制单元中将伴热杆和采样杆连接，采样杆与采样器接口连接，并用扳手旋紧，保证接口处气密性。将加热保温管线不锈钢头端引出电缆线与采样器航空插头对插，接口处利用固定夹进行固定，避免加热保温管线弯折。采样器中带有温度传感器，测量烟道的温度，使用采样器采集烟气的温度。设定采样器的温度T₀，加热采样杆，使之达到烟气温度，否则烟气会在采样杆里冷凝。

设定冷凝槽冷凝温度T₁，质量流量计的流量v₀以及采样时间t，采样泵开启，采样开始。采样器和羊角管之间用具有加热保温功能的管线连接，羊角管置于冷凝槽中，气体进入羊角管充分冷凝，烟气中的水分大部分都在羊角管中被冷凝成水，并存储在羊角管中，冷凝槽中设有一个温度传感器，利用Pt100热电阻三线制测温法实时测量冷凝槽的温度，应用PID算法，主控制器输出PWM波来控制24V驱动继电器输出电压的断合，从而控制冷凝槽的加热和制冷达到满足冷凝的要求，准确快速控制冷凝槽的温度与设定的温度保持平衡。经过冷凝槽大部分脱水后的烟气再一次经过干燥管，烟气中残余水分被进一步分离，提高测量精度。在冷凝槽和干燥管下面放置一个电子秤，电子秤将称重结果传输至主控制器，使用者能够从显示屏上实时读出称重结果。经过干燥管的后排出的烟气经过湿度测量腔，湿度探头内置在湿度测量腔中，可以准确的测量出排除气体的湿度，当湿度小于6000ppm时，认为干燥剂已经失效，测量无效，采样泵停止，测量停止，否则继续测量。当采样泵抽气时，其速率为5.5L/min，流量计设定流量为1.5L/min～3.5L/min之间，那么多余气体就会通过逆止阀回流到采样泵的进气口，这样逆止阀就缓解采样泵的压力，起到保护采样泵的作用。烟气流经质量流量计排出，在这里需要采集流量计的流量信号，主控制器控制质量流量计使其流量与设定的流量保持平衡。

到设定的采样时间t结束后，采样泵关闭，质量流量计算出流过的采集烟气的总体积，主控制器读取电子秤的称重，然后根据以下公式计算出烟气的绝对湿度。热敏打印机打印采集的数据和最后的计算结果。

其中，m表示电子秤增重；Q表示气体的流量；T₀表示烟气的温度；T₁表示冷凝器设定的温度；T表示绝对温度；Vol表示水分体积分数；M表示水的摩尔质量；t表示采样时间。

以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，包括主控制器、电子秤以及依次连接的伴热杆、采样杆、采样器、加热保温管线、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、质量流量计，冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、质量流量计之间通过管线连接，且管线内设置有压力传感器；电子秤放置在冷凝器与干燥管的下方，采样泵的两端连接有逆止阀、冷凝器中设置有第一温度传感器、湿度测量腔中设置有湿度传感器，主控制器分别与电子秤、第一温度传感器、冷凝器、湿度传感器、质量流量计、压力传感器、采样泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，还包括与主控制器相连的显示单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，冷凝器包括冷凝槽以及设置在其中的羊角管。

4.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，干燥管为填充有干燥剂的U型管。

5.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，伴热杆的进气端设置有过滤器。

6.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，采样器内设置有第二温度传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，主控制器通过继电器与冷凝器相连。

8.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，还包括与主控制器相连的打印单元。

9.根据权利要求1所述的一种基于冷凝称重法的烟气水分测量装置，其特征在于，还包括与主控制器相连的存储单元。