CN208224004U - 一种便携式废气含湿量重量法测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式废气含湿量重量法测定仪，包括带密封盖的仪器箱体、相互连接的吸收瓶和吸收管、用来固定吸收瓶和吸收管的吸收管固定支架，在仪器箱上开设有进气口和出气口，吸收瓶和吸收管通过两端的管道连通到进气口和出气口外，吸收瓶和吸收管用于容纳吸收液，在箱体底部放置有称重设备，吸收管固定支架的底部为开设有通孔的凸台，在凸台上放置有T型支架，T型支架的下部从通孔伸出，废气采集状态下，吸收管固定支架与仪器箱体固定连接且T型支架悬空；废气水分测定状态下，吸收管固定支架与仪器箱体未连接，并通过T型支架置于称重设备上。本实用新型能够提高废(烟)气含湿量测定的准确性和方便性。

Description

一种便携式废气含湿量重量法测定仪

技术领域

本实用新型涉及一种废气含湿量现场重量法的测定方法。

背景技术

废(烟)气含湿量是指废(烟)气湿空气中与一千克干空气同时并存的水蒸气的质量(克)。它是废气监测重要的参数，该参数测定的准确性直接关系到废气排放中污染物检测结果的准确性，GB 16157-1996标准给出废(烟)气含湿量测定的三种方法有重量法、冷凝法、干湿球测定法。今年来又出现了阻容法、电容法、激光法等多种含湿量测量方法，但这些方法还不够成熟，不是国家标准方法。

重量法，相对于其它方法准确，美国和欧盟均采用重量法作为烟气含湿量的标准方法，测量结果可参与污染物排放的计算，干湿球法的含湿量测量结果不参与污染物排放的计算。

冷凝法，由于测试期间产生的冷凝水量有限，所以冷凝管粘附的液态水量决定了含湿量测量的精度，尤其当废(烟)气中含湿量较低情况下，这种影响更为严重。

干湿球法，受排放烟气温度影响较大；在《空气和废(烟)气监测分析方法》(第四版2003年)373页①②说明当被测烟气处于饱和状态、排气温度接近100℃时不能采用此法测量烟气的含湿量。标准《固定源污染物低浓度颗粒物的测定重量法》HJ 836-2017中已经废除了干湿球法测量烟气中的含湿量，在相应的标准编制说明16页“由于干湿球法在实际中经常和实际含湿量值偏差较大，故本标准未列举干湿球法”。因此，在执行固定污染源废(烟)气监测时只有重量法和冷凝法的选择。

由于现实中适合的废(烟)气冷凝器环保产品凤毛麟角，所以重量法依旧是烟气含湿量的重要方法。目前重量法存在吸湿管需要返回试验室进行称重，给颗粒物采样带来不便(自动跟踪采样仪需要输入废(烟)气中含湿量参数仪器才能正确等速跟踪采样)，所以，开发出废(烟)气含湿量现场重量法的测定方法具有重要的现实意义。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是克服现有方法的不足，结合废(烟)气特点，提供一种现场含湿量重量法测定仪。本实用新型能够提高废(烟)气含湿量测定的准确性和方便性。技术方案如下：

一种便携式废气含湿量重量法测定仪，包括带密封盖的仪器箱体、相互连接的吸收瓶和吸收管、用来固定吸收瓶和吸收管的吸收管固定支架，在仪器箱上开设有进气口和出气口，吸收瓶和吸收管通过两端的管道连通到进气口和出气口外，吸收瓶和吸收管用于容纳吸收液，在箱体底部放置有称重设备，其特征在于，吸收管固定支架的底部为开设有通孔的凸台，在凸台上放置有T型支架，T型支架的下部从通孔伸出，废气采集状态下，吸收管固定支架与仪器箱体固定连接且T型支架悬空；废气水分测定状态下，吸收管固定支架与仪器箱体未连接，并通过T型支架置于称重设备上。

优选地，所述的称重设备为天平，并设置有对水平进行校准的设施。

附图说明

图1：本实用新型采用的测试原理图。

图2：本实用新型的便携式废气含湿量重量法测定仪日常采样状态结构图。

图3：本实用新型的便携式废气含湿量重量法测定仪称重状态结构图。

具体实施方式

下面首先对本实用新型的创新思路进行说明。

一、选择可以携带的符合测量要求的天平

①GB/T 16157中“5.2.4.2采样装置及仪器g天平、d吸湿管”要求采集水分量为10毫克，天平感量为1毫克。按此要求测量方法精度为10％。

②使用千分之一天平的环境要求条件，环境20℃，相对含湿量约50％左右，测试环境无振动，没有电磁场的干扰。一般固定污染源采样现场很难达到这个条件。

由于千分之一天平体积过大不便携，而市场上电子口袋天平一般感量为10毫克，虽然可解决便携问题，但由于称重感量是标准的十倍，所以，按标准方法限定条件，采集水分量必须提高到100毫克以上，才能达到相同的测量方法精度，10％的要求。依据电子口袋天平说明书：

电子口袋天平的精度(说明书)

由于称重时采用架体吸收瓶同时称重，总重量在200～300克间，按说明书规定采用量程300克时，天平的精度为0.1克。所以要保持测量方法精度10％，必须采集1克质量的水。

经实际测定燃气锅炉的烟气含湿量大约在10％—15％左右(烟气采用热量回收技术可脱除一定量的水分)。这种类型的烟气，按10％含湿量计算，要采集1克左右的水样量，需要采集废(烟)气标准状态体积12.4L，其中水蒸气的分体积为1.24L(根据标准状态下，1mol(18克)水蒸气所占有体积为22.4L，即1克水蒸汽所占有体积为1.24L)。那么当烟气含湿量大约在3％时，要得到1克重量的水要采集标准状态烟气状态体约41.3L。当确定了工作状态的采样流量为1L/min，需要的采样时间由下式^[1]算出：

式中：——工作状态采样流量，L/min；

Vnd——标准状态采样体积，L/min；

Ba——大气压力，Pa；(取101.3Pa)

Pr——流量计前压力，Pa；(近似取6.5KPa)

tr——流量计前温度，℃；(近似取20)

t——采样时间，min。

当为1L/min，烟气含湿量为10％时。需要的采样时间为14min。当烟气含湿量为3％时需要的采样时间45min。

因此规定对燃气(锅窑炉)含湿量测量为：采样流量1L/min，采样时间14min。燃煤(锅窑炉)含湿量测量为：采样流量1L/min，采样时间45min。在这种条件可以保证采集水量重量1克，按电子口袋天平在称重200可以上的精度为0.1克，测量方法精度＝0.1克/1×100％＝10％的要求。

二、选择吸湿效能好的吸湿剂

为了烟气中水分的采集量，使设计“一”中采集水量的实现，选择的吸收液最好能够将烟气中水分100％吸收。纯磷酸为中强酸，具有极高的吸湿效率，对其他酸性气体既不吸收又不产生化学反应。所以首选磷酸进行吸湿效率的测定。试验方法如图1：

如图1所示，将分析纯磷酸置于50毫升多孔玻板吸收瓶中，并与装有硅胶的吸湿瓶串联，测定用重量方法测量硅胶的吸湿瓶的增重，可以计算出第一级吸收管的对于水蒸气的吸收效率，

测定方法，①用玻璃吸收瓶内装20毫升蒸馏水置于90℃水浴箱内，作为湿空气发生源。产生水蒸气按上图流程进行两级吸湿，第一级为试验用的磷酸，第二级为硅胶，用以试验磷酸吸收管的吸湿效率。采样流量为1L/min，采样时间10分钟。

试验结果：磷酸吸收瓶采样前重为149.87克，采样后增重152.97克，差值3.1克(吸收水的重量)，采样器计量采样体积Vnd为9.9升(MH300烟气采样器自动报出)。按磷酸吸收管吸收的水分重量计算水蒸气发生器产生的湿空气含湿量(Xsw)，式(2):

注：1.24L标准状态下水气的质量为1克。

试验测得，串联其后的硅胶管，采样前重128.5克，采样后重128.5克，证明水发生器产生的水分全部被第一级吸收，吸收效率100％(吸收容量在3.1克条件下)。

②磷酸吸收管吸收容量的测试，用第一次采样后的原吸收瓶，重复①次试验，以检查磷酸的吸湿容量。

采样前吸湿管重152.97克，硅胶管采样前128.5克，其它试验条件同①。

试验结果：

第二次试验磷酸吸收瓶增重156.45-152.97＝3.48克，采样器记录采样体积Vnd为9.89升，采集水分总重量，3.1+3.48＝6.58克。②次试验硅胶吸湿管增重0.01克。

结论：采用分析纯磷酸作吸湿剂，具有很高的吸湿效率，完全可以用单吸湿管采样即可得到99.7％的采集效率。

根据资料查询。磷酸作吸湿剂还有其它优点，磷酸是中强度酸基本对燃烧后酸性气体；SO₂、CO₂、NO₂气体基本不会发生吸收，这个特性用于燃烧烟气中水蒸气的吸收。比经常使用的硅胶具有选择吸湿剂的特点。一些物理作用的吸湿剂，虽然也能够有效的吸收气样的水分，但对共存的其它组分也有吸收作用，特别在烟气未治理前污染物浓度大时干扰更加显著，因此，采用磷酸作吸湿剂优于传统的硅胶、氯化钙吸湿效果。

在实际应用中随着水分得吸收，吸收水得效率也会慢慢下降，如试验①吸收率是100％，试验②中吸湿率下降到99.7％，但磷酸是不挥发酸，只要在试验室进行加热除去其中水后还可继续使用。因此可以没有废酸的产生。

三、便携式废(烟)气含湿量重量法检测仪的抗干扰措施

称重操作必须保证天平处于水平状态，本仪器安装了红色铅垂线，在称重前调整底座上的三个水平调整螺丝，使红线位于观察圆孔中心，这时仪器处于水平状态，再按照天平的操作方法进行称重操作。

环境中风对称重的影响，当盖上天平上盖后，天平和被称吸收瓶连同支架部分全部处于检测仪的封闭体内，可有效的防止环境中风力对称重的影响。

电子口袋天平是压电感应型天平，环境的静电场对称重结果有严重影响，在仪器试制过程发现一般有机玻璃和塑料，对天平都有静电干扰。采用特殊抗静电抗干扰材料(涂有抗静电薄膜的有机玻璃)后，解决了仪器自身和外电场的影响，满足废气现场测量的条件。

四、本实用新型的主要目的和应用领域

废(烟)气含湿量，是废气监测重要的参数，该参数测定的准确性直接关系到废气排放中污染物检测结果的准确性，尤其在颗粒物(PM₁₀和PM_2.5)采样中应首先测量出含湿量并输入平行管采样仪，才能正确地实施跟踪采样，因此含湿量的测量即要准确又要及时。

《废(烟)气含湿量现场重量法的测定》解决了以往固定污染源废(烟)气监测中不能现场及时准确出具含湿量数据的问题。干湿球废(烟)气测定仪虽然能够现场测定废(烟)气含湿量。但因测量条件要求苛刻，已被HJ 836—2017标准废止，因此测量废(烟)气含湿量方法，只有冷凝法、重量法。而冷凝法因冷凝管内壁会吸附一定的液态水加上冷凝水量小，导致测量精度差结果不准确而被淘汰。

本方法选择了优异的吸湿剂，采用了先进的便携式天平，创新了冷凝水再吸收技术，应用了新型抗静电材料，并将多项先进技术集合，使本方法更加适用于现场手工监测，为固定污染源废(烟)气测量，提供切实可行的技术手段。

本实用新型采用便携式废(烟)气含湿量重量法测定仪，与现有技术相比具有以下优点：

(1)体积小，易操作，可携带到工作现场，直接测定废(烟)气含湿量，可在现场得到含湿量测量结果。改进了标准GB/T16157，5.2.4节——重量法需要把样品带回试验室测量的不足。提高了颗粒物、废(烟)气流量监测效率和监测质量的准确性。

(2)以磷酸为新型吸湿剂，具有对废(烟)气中水分吸收效率高、选择吸收强的特点。当磷酸吸收了一定水分后，可通过脱水处理重复使用，不产生废酸。

一些物理作用的吸湿剂，虽然也能够有效地吸收气样的水分，但对共存的其它组分也有吸收作用，特别在烟气未治理前污染物浓度大时干扰更加显著，因此，采用磷酸作吸湿剂吸湿效果优于传统的硅胶、氯化钙。且磷酸是不挥发酸，只要在试验室进行加热除去其中水后还可继续使用，没有废酸的产生。

(3)用简单可行的方式节约采样成本，无需额外动力辅助采样过程，解决了湿烟气采集时在采样管和采样导气软管的冷凝问题。传统的采样方法是采用加热管线，这需要现场有功率较大的负荷，不但增加了含湿量测定的成本，也给现场检测增加了负担。本测定方法能够将烟气中的水分以及冷凝在管路中的水分完全吸收，保证数据的准确可靠。

(4)该装置的全部部件均采用特殊抗静电干扰材料，解决了仪器自身和外电场的影响，且由于结构的简单性及所有部件的标准通用性，不需要任何的复杂加工，重量轻，便于运输，总体上的经济成本较低，且不会产生任何形式的浪费。

下面对本实用新型采用的便携式废气含湿量重量法测定仪进行详细说明。

参见图2和图3，本实用新型便携式废气含湿量重量法测定仪，包括14个零部件，具体为1.硅胶软管；2.出气口；3.铅垂线；4.吸收液；5.吸收瓶支架固定螺栓；6.铅垂；7.铅垂基准点；8.水平调节螺钉；9.带密封盖的仪器箱；10.进气口；11.吸收瓶；12.吸收管固定支架；13.T型支架；14.天平。

该装置在废烟气采集状态下如图2所示，吸收瓶11通过硅胶软管1与箱体进气口10和出气口2相连，支架固定螺栓5为旋紧状态，T型支架13悬空，废烟气从进气口10进入，气体中的水分被吸收液4吸收，干燥的空气从箱体出气口2出。

该装置在废烟气水分测定状态下如图3所示，吸收瓶11与箱体的进气口10和出气口2断开，箱体两侧的吸收瓶支架固定螺栓5旋松，T型支架13立在天平14上，吸收瓶11通过T型支架13与天平14接触。当铅垂线3与地面垂直时，即铅垂6与铅垂基准点7相对时，天平14处于水平状态，称得的重量减去未采样时的原始重量的差值，即为采集烟气中水的重量。代入烟气含湿量重量法计算式(3)：

式中：Gw——水分的重量，g；

Xsw——废(烟)气中含湿量，％；

Vnd——采集气体的标杆体积，L；

1.24——1克液态水转化为标准状态下的体积，L。

即可得到废(烟)气的含湿量Xsw。

参考文献：[1]《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》GB16157-1996。

Claims (2)

1.一种便携式废气含湿量重量法测定仪，包括带密封盖的仪器箱体、相互连接的吸收瓶和吸收管、用来固定吸收瓶和吸收管的吸收管固定支架，在仪器箱上开设有进气口和出气口，吸收瓶和吸收管通过两端的管道连通到进气口和出气口外，吸收瓶和吸收管用于容纳吸收液，在箱体底部放置有称重设备，其特征在于，吸收管固定支架的底部为开设有通孔的凸台，在凸台上放置有T型支架，T型支架的下部从通孔伸出，废气采集状态下，吸收管固定支架与仪器箱体固定连接且T型支架悬空；废气水分测定状态下，吸收管固定支架与仪器箱体未连接，并通过T型支架置于称重设备上。

2.根据权利要求1所述的测定仪，其特征在于，所述的称重设备为天平，并设置有对水平进行校准的设施。