CN101561426B

CN101561426B - 一种用于cems***的湿度测量方法及测量装置

Info

Publication number: CN101561426B
Application number: CN 200910027151
Authority: CN
Inventors: 俞斌; 康运奇; 杜煜; 刘浏; 周黎辉
Original assignee: DATANG NANJING AUTOMATION CO LTD
Current assignee: DATANG NANJING AUTOMATION CO LTD
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-05-22
Also published as: CN101561426A

Abstract

一种用于CEMS***的湿度测量方法和测量装置，将烟道内待测烟气中的水分通过Nafion干燥管分离到通有干燥空气的独立管道中，检测得分离出的水气湿度，得到待测烟气湿度。本发明提供了一种可以长期使用，不怕粉尘、不怕腐蚀的湿度测量方法和装置，在CEMS***上的应用效果优异，测量精度不受影响，湿度传感器的使用寿命长，解决了目前国内电厂脱硫工程中CEMS***上湿度测量的湿度传感器容易被烟道内灰尘堵塞和被烟道内腐蚀性气体腐蚀，导致使用寿命非常低的现状，具有应用前景广、应用面宽、适用于在灰尘量高腐蚀性大的环境中测量湿度的场合，尤其是在电厂中CEMS***上湿度测量的应用。

Description

一种用于CEMS***的湿度测量方法及测量装置

技术领域

本发明用于灰尘量高、腐蚀性大的环境中测量湿度，尤其在电厂中CEMS***上湿度测量的应用，为一种用于CEMS***的湿度测量方法及测量装置。

背景技术

国内早期通过干湿氧测量的原理进行转换成烟气湿度，但这种测量方式的测量误差很大，原因在于，干氧的干燥程度不统一，其次是干湿氧仪表的测量的精度和稳定度都不一样，在实际应用中，经常会计算得出的湿度为负数。

目前，在国内应用的在电厂脱硫烟气排放连续在线湿度监测，都是直接通过安装在烟道内的湿度传感器进行测量，湿度的测量使用方法是电阻电容法，其测量原理是利用湿敏元件的电阻值、电容值随环境湿度的变化而按一定规律变化的特性进行湿度测量。

但湿敏元件的使用有如下注意事项：

1)、湿敏元件的感湿部分不能以手触摸；

2)、湿敏元件的感湿部分避免受污染；

3)、湿敏元件的感湿部分避免受腐蚀；

4)、湿敏元件的感湿部分避免在凝露环境下使用；

5)、在尘土较多的场所使用时，一定要安装外罩或过滤器等装置；

6)、不应在湿度接近100％RH的气体中长期使用。

然而烟道内的工况一般为：

烟气SO₂：178mg/Nm³，脱硫效果不好时，最高值3900mg/Nm³；

烟气NO_X：886mg/Nm³；

烟气烟尘：66mg/Nm³，最高值286mg/Nm³；

烟气湿度(体积比)：9.31％

烟气温度：50℃

通过以往的现场使用情况汇总，在这种高粉尘、高凝结水、高腐蚀性气体存在的场合，国外最好的湿度监测仪使用寿命短，最多5个月就需要更换；仪器漂移大，一般在5％RH；维护校对频率高，一般1次/月。

发明内容

本发明要解决的问题是：针对现有电厂脱硫CEMS***的湿度测量中，湿度传感器寿命短或测量误差大的问题，提供一种可以长期使用，不怕粉尘、不怕腐蚀的湿度测量装置。

本发明的技术方案为：一种用于CEMS***的湿度测量方法，将烟道内待测烟气中的水分通过Nafion干燥管分离到另一独立的通有干燥空气的管道中，检测所述管道中的水气湿度，由关系式：

待测烟气湿度＝水气湿度×Tx×水气流量/(Tn×待测烟气流量)得到待测烟气的烟气湿度，其中Tx为分离的水气所在管道内温度下的饱和蒸汽压，Tn为烟道内温度下的饱和蒸汽压。

待测烟气分离水分之前，先过滤掉待测烟气中的灰尘。

一种用于CEMS***的湿度测量装置，连接在***的工艺管道上，包括湿度转移器、待测烟气流量计和水气流量计，湿度转移器包括外层管、内层管和湿度传感器，内层管为Nafion干燥管，内层管内为待测烟气腔，与工艺管道连接，外层管与内层管构成水气腔，水气腔与待测烟气腔相互独立，分别设有出入口，湿度传感器设置于水气腔，水气腔连接干燥气源，待测烟气流量计设置在待测烟气腔与工艺管道之间，水气流量计设置在水气腔与干燥气源之间。

作为除去待测烟气中粉尘的预处理，本发明在工艺管道与湿度转移器间还设有烟气灰尘过滤部分，包括压缩气源、电磁阀、两加热温控装置和过滤器，工艺管道连接过滤器的输入，压缩气源连接过滤器，电磁阀设置在压缩气源与过滤器之间，一加热温控装置设置在过滤器旁，另一加热温控装置与待测烟气流量计设置在过滤器与湿度转移器的待测烟气腔的连接通路上。

本发明测量装置的待测烟气腔连接抽气泵，湿度转移器的外层管为不锈钢管。

本发明测量装置的湿度转移器，是将通过Nafion干燥管内的烟气湿度通过Nafion干燥管转移到Nafion干燥管外干燥的空气内，即由待测烟气腔转移到水气腔，由水气腔的湿度传感器检测湿度。通过连续抽取工艺管道内烟气，先过滤粉尘，再将含有腐蚀性的烟气通过湿度转移器的待测烟气腔，其中的水分通过Nafion干燥管全部置换到另一独立的流路管道，即水气腔，在Nafion干燥管的作用下，只有水分过去，在水气腔内装有湿度传感器，通过对比两个腔内的气体流量得出原烟道内烟气湿度。

通过使用Nafion管，使得腐蚀性气体全部被过滤掉，而水份在高温无凝结状态下完全渗透出来，最终露点可以达到-45℃，水气渗透充分。从而形成无粉尘、无腐蚀气体、无凝结水的湿度监测环境，湿度传感器的使用寿命可以达到2年以上，仪器漂移不大于1％RH，维护校对频率1次/半年。

本发明提供了一种可以长期使用，不怕粉尘、不怕腐蚀的湿度测量方法和装置，在CEMS***上的应用效果优异，测量精度不受影响，湿度传感器的使用寿命长，解决了目前国内电厂脱硫工程中CEMS***上湿度测量的湿度传感器容易被烟道内灰尘堵塞和被烟道内腐蚀性气体腐蚀，导致使用寿命非常低的现状，具有应用前景广、应用面宽、适用于在灰尘量高腐蚀性大的环境中测量湿度的场合，尤其是在电厂中CEMS***上湿度测量的应用；使得电厂脱硫烟气在线湿度监测仪的测量精度提高，维护周期延长，使用寿命加大，为环保监测数据的连续性、准确性提供必要保证。

附图说明

图1为本发明测量装置的湿度转移器结构示意图。

图2为本发明测量装置实施例的示意图。

具体实施方式

本发明通过不同管路的流量比得到它们的湿度比，进而得到其中一管路的湿度数值，将烟道内待测烟气中的水分通过Nafion干燥管分离到通有干燥空气的管道中，检测得所述管道的水气湿度。空气的湿度可通俗地理解为空气的潮湿程度.它有绝对湿度和相对湿度之分，由于直接测量空气中水蒸气的密度比较困难，而水蒸气的压强随水蒸气密度的增大而增大，因此绝对湿度指空气中水蒸气的压强；相对湿度是为了表示空气中水蒸气离饱和状态的远近而引入的概念，

根据湿度转换公式：相对湿度＝(绝对湿度/饱和蒸气压)×100％

水气相对湿度＝(水气绝对湿度/Tx)×100％ (1)

烟气相对湿度＝(烟气绝对湿度/Tn)×100％ (2)

根据水分质量守衡，将待测烟气中的水分分离后满足：

烟气绝对湿度×烟气流量＝水气绝对湿度×水气流量 (3)

根据关系式(1)、(2)、(3)得到本发明方法的湿度测量关系式：

待测烟气湿度＝水气湿度×Tx×水气流量/(Tn×待测烟气流量)

其中Tx为分离的水气所在管道内温度下的饱和蒸汽压，Tn为烟道内温度下的饱和蒸汽压，饱和蒸气压与气压和温度有关，不同温度的饱和蒸汽压都可以查表得到，不再详述。

如图1，本发明测量装置的湿度转移器16包括外层管1、内层管2和湿度传感器3，内层管2为Nafion干燥管，内层管2内为待测烟气腔A，与工艺管道12连接，外层管1与内层管2构成水气腔B，水气腔B与待测烟气腔A相互独立，待测烟气腔A设有入口a，出口b，水气腔B设有入口c，出口d，湿度传感器3设置于水气腔B的出口d附近，水气腔B的入口c连接干燥气源20。

待测烟气流量计18测量待测烟气腔A内的烟气流量，水气流量计19测量水气腔B内的气体流量。

如图2，为本发明测量装置的一个具体实施例，工艺管道12与湿度转移器16间设有烟气灰尘过滤部分，包括压缩气源10、电磁阀11、两加热温控装置13和过滤器15，工艺管道12连接过滤器15的输入，压缩气源10连接过滤器15，电磁阀11设置在压缩气源10与过滤器15之间，压缩气源10和电磁阀11用于过滤器15的反吹自清灰；一加热温控装置13设置在过滤器15旁，另一加热温控装置13与待测烟气流量计18设置在过滤器15与湿度转移器16的待测烟气腔A的连接通路上，加热温控装置用于气体传输过程中的保温保湿，属于现有技术不再详述；水气流量计19设置在水气腔B与干燥气源20之间，待测烟气腔A连接抽气泵17，湿度转移器16的外层管1为不锈钢管。

本发明测量装置的原理在于，先将含有粉尘和腐蚀性气体的烟气从工艺管道内抽出，过滤掉粉尘，然后把不含粉尘的烟气中的水分从烟气中分离出来，分离到另一独立的干燥空气流路内，在此流路内安装湿度传感器，此时的独立干燥空气流路内的气体是不含粉尘和腐蚀性气体的，只含有原待测烟气中的水分，从而解决了粉尘和腐蚀性气体对湿度传感器的损伤。

因为Nafion管的渗透特性，CO、CO₂、SO_X、NO_X、O₂、N₂、HNO₃、H₂SO₄、H₂S、HCL、HF等烟气成份不能通过Nafion管进入水气腔B，能够完全渗透Nafion管的气体只有H₂O。

经Nafion管处理后，水气腔中：

烟气SO₂：0mg/Nm³

烟气NO_X：0mg/Nm³

烟气烟尘：0mg/Nm³

本发明的具体实现为：原烟气经过过滤器15，将烟气中粉尘过滤掉，无尘烟气经过待测烟气流量计18，到达湿度转移器16，在湿度转移器16中，无尘烟气由入口a进入待测烟气腔A内，由出口b离开待测烟气腔A，即Nafion干燥管，通过抽气泵17排走。无尘烟气在流经Nafion干燥管过程中，烟气中的水分通过Nafion干燥管被置换到水气腔B内，干燥气源20将干燥无油的压缩气体经过水气流量计19后，由水气腔B的入口c进入水气腔B，将水气腔B内从待测烟气腔A置换出的水分全部带往出口d，并经过设置的湿度传感器3，测量出湿度后，经出口d排出。

通过严格控制湿度烟气流量计18和水气流量计19的流量得到烟气流量和水气流量，测量水气腔B的湿度数据，烟道内的温度可以油CEMS***本身获得，水气腔B内设置的湿度传感器3同时也可以测量水气腔B内的温度，查表得相应的饱和蒸气压值，由本发明测量方法的关系式，经后台计算，即可得待测烟气的湿度数值。

例：待测烟气流量计18测得流量为1L/Min，水气流量计19测得流量为2L/Min，此时湿度传感器3测得湿度值为30％，测得烟道和水气腔B内的温度相同，得到实际烟道内烟气湿度为60％，实现在线监测烟气湿度。

本发明中湿度、温度与气体流量之间的比例关系通过反复实验，在恒温状态下模拟一定值湿度的环境，将已知湿度的气体通过本发明测量装置，通过控制两个流量计的流量和测量烟道内和水气腔B的温度，以及测量水气腔B的水气湿度，由本发明关系式得出的数据和实验已知湿度的值吻合。

本发明的原理在于，通过过滤粉尘，置换原烟气水分后再测量湿度的办法，来解决粉尘堵塞和气体腐蚀的问题，在不脱离本发明设计思想的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于CEMS***的湿度测量方法，其特征是将烟道内待测烟气中的水分通过Nafion干燥管分离到另一独立的通有干燥空气的管道中，检测所述管道中的水气湿度，由关系式：

待测烟气湿度=水气湿度×Tx×水气流量/（Tn×待测烟气流量）

得到待测烟气湿度，其中Tx为分离的水气所在管道内温度下的饱和蒸汽压，Tn为烟道内温度下的饱和蒸汽压，水气流量为水分通过干燥管分离到另一独立的通有干燥空气的管道中时，所述管道中的气体流量。

2.根据权利要求1所述的一种用于CEMS***的湿度测量方法，其特征是待测烟气分离水分之前，先过滤掉待测烟气中的灰尘。

3.一种用于CEMS***的湿度测量装置，连接在***的工艺管道（12）上，其特征是包括湿度转移器（16）、待测烟气流量计（18）和水气流量计（19），湿度转移器（16）包括外层管（1）、内层管（2）和湿度传感器（3），内层管（2）为Nafion干燥管，内层管（2）内为待测烟气腔（A），与工艺管道（12）连接，外层管（1）与内层管（2）构成水气腔（B），水气腔（B）与待测烟气腔（A）相互独立，分别设有出入口，湿度传感器（3）设置于水气腔（B），水气腔（B）连接干燥气源（20），待测烟气流量计（18）设置在待测烟气腔（A）与工艺管道（12）之间，水气流量计（19）设置在水气腔（B）与干燥气源（20）之间。

4.根据权利要求3所述的一种用于CEMS***的湿度测量装置，其特征是工艺管道（12）与湿度转移器（16）间还设有烟气灰尘过滤部分，包括压缩气源（10）、电磁阀（11）、两加热温控装置（13）和过滤器（15），工艺管道（12）连接过滤器（15）的输入，压缩气源（10）连接过滤器（15），电磁阀（11）设置在压缩气源（10）与过滤器（15）之间，一加热温控装置（13）设置在过滤器（15）旁，另一加热温控装置（13）与待测烟气流量计（18）设置在过滤器（15）与湿度转移器（16）的待测烟气腔（A）的连接通路上。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于CEMS***的湿度测量装置，其特征是待测烟气腔（A）连接抽气泵（17）。

6.根据权利要求3或4所述的一种用于CEMS***的湿度测量装置，其特征是湿度转移器（16）的外层管（1）为不锈钢管。

7.根据权利要求5所述的一种用于CEMS***的湿度测量装置，其特征是湿度转移器（16）的外层管（1）为不锈钢管。