一种基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法与流程

1.本发明涉及一种基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法，属于火电厂烟气测算技术领域。


背景技术：

2.燃煤火电厂湿法脱硫烟气排放中烟气湿度做为重要的烟气参数，在污染源监测过程中为必测因子，其准确性与否直接影响排放总量和污染物浓度的计算。其单位为体积百分数。
3.燃煤火电厂湿法脱硫烟气排放中烟气湿度在线测量方式有：阻容法、干湿氧法、光学测量法。阻容法和干湿氧法存在测量精度低，测量设备使用寿命短的问题。光学测量法使用成本极高。
4.阻容法湿度仪是利用吸湿物质的电学参数随湿度变化的原理进行的。目前使用的湿敏元件主要有氧化铝、碳和陶瓷、高聚物膜、各种无机化合物晶体等。这些湿敏传感器遇到水汽后引起电抗的改变，通过测量电抗的变化，可以得知被测气体中湿度的大小。但在测量腐蚀性强的气体时，湿敏传感器极易被腐蚀，使传感器性能下降和损坏。燃煤火电厂湿法脱硫烟气含有大量腐蚀性气体，阻容法湿度仪使用的寿命极短。
5.干湿氧法湿度仪：燃煤火电厂湿法脱硫烟气中含有大量水汽，直接在烟道上测量含有水汽的烟气含氧量其测量结果称为湿氧。烟气经过取样除水后在测量烟气含氧量其测量结果称为干氧，经过计算可得出烟气的湿度。湿度＝(干氧-湿氧)
÷
干氧。由于要接触腐蚀性强的烟气，测量用的传感器寿命短。由于分别测量、其测量的反应时间不一致，造成运算时出现较大的偏差。
6.光学测量法：是一种非常先进的测量方法，但设备成本极高。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法，包括烟气取样伴热管，所述烟气取样伴热管末端连接至冷凝器，所述冷凝器下端连接有排液管，所述排液管下端连接有滴定管，所述滴定管的下端设置有光电开关，液滴下落后通过并触发所述光电开关，所述光电开关与微型plc电性连接；所述冷凝器一侧壁连接有烟气取样管，所述烟气取样管连接至烟气分析仪。
10.其中，所述冷凝器包括外腔体和内螺旋管，外腔体底部缩口并连接所述排液管，所述烟气取样管与所述外腔体外壁连通，所述内螺旋管上端与所述烟气取样伴热管连通，下端置于所述外腔体的底部缩口内侧。
11.其中，所述排液管上设置有排液蠕动泵。
12.其中，所述滴定管包括进液斜管、滴定嘴以及气压平衡管，所述进液斜管呈倾斜状设置，其上端与所述排液管连通、下端连通至所述滴定嘴和气压平衡管衔接段，所述滴定嘴和气压平衡管呈竖直状上下连通，所述滴定嘴与所述光电开关的检测开口处对应。
13.其中，所述光电开关下方对应所述滴定管下端口设置有汇流管，所述汇流管的上端管口为扩径漏斗状结构。
14.其中，所述烟气取样管上沿流动方向依此设置有初级过滤器、取样泵以及精密过滤器。
15.其中，所述烟气取样管上设置有流量调节阀，所述流量调节阀通过烟气取样管上的旁路与所述取样泵并联设置。
16.其中，所述烟气分析仪上设置有取样流量计。
17.其中，所述烟气分析仪上连接有排气管。
18.一种基于滴定法的烟气湿度测算方法，
19.利用上述的基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法，进行以下操作：
20.测出每一个液滴的的质量x(g)并设置在微型plc内存上；
21.测出液滴滴定周期t(s)并设置在微型plc内存上；
22.计算出一个液滴的凝结水汽化后标况下的体积v1为：
[0023]v1
＝(x
÷
18.02)
×
22.4
[0024]
计算出该周期内的湿烟气取样的体积量v2为：
[0025]v2
＝0.016667
×
t+(x
÷
18.02)
×
22.4
[0026]
由凝结水液滴计算出烟气湿度的体积百分数h1为：
[0027]
h1＝(v1/v2)
×
100％
[0028]
用标准湿度计对干烟气湿度进行定量测量出湿度体积百分数并设置在微型plc内存上，湿度体积百分数为h2：
[0029]
所述湿烟气的湿度的体积百分数h
总
为：
[0030]h总
＝h1+h2[0031]
所述的计算是在微型plc上进行，微型plc完成以上所述计算后转换为标准电流信号通过模拟量输出。
[0032]
本发明具有如下有益效果：
[0033]
本发明一种基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法，主要包括烟气取样伴热管、冷凝器、排液管、滴定管、光电开关、微型plc、烟气取样管以及烟气分析仪等，通过上述装置可以准确测算液滴滴定周期、以及周期内烟气取样流量，再辅以周期内冷凝水质量等数据，即可进一步测算出烟气的湿度，加上干烟气的湿度即烟气总的湿度体积百分数。以上的液滴滴定周期是微型plc通过内部计时模块来完成，滴定液滴的质量用高精度微量天平测出后设置在微型plc内存上，干烟气的湿度体积百分数是用标准湿度计对干烟气湿度进行定量后设置在微型plc内存上。以上的计算是在微型plc上进行。
[0034]
相较于传统阻容法、干湿氧法、光学测量法等测算方案，本发明滴定法烟气湿度测算装置不仅可以避免检测元器件因为接触烟气而腐蚀损坏，同时能够保证测算精度和效率。
附图说明
[0035]
图1为本发明一种基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法的结构示意图。
[0036]
图中附图标记表示为：
[0037]
1-烟气取样伴热管、2-冷凝器、3-排液管、4-排液蠕动泵、5-进液斜管、6-光电开关、7-初级过滤器、8-流量调节阀、9-取样泵、10-精密过滤器、11-取样流量计、12-烟气分析仪、13-排气管、14-气压平衡管、15-滴定嘴、16-汇流管、17-微型plc、18-烟气取样管。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
[0039]
参见图1，一种基于滴定法的烟气湿度测算装置及其测算方法，包括烟气取样伴热管1，烟气取样伴热管1末端连接至冷凝器2，用于向冷凝器2中输出待测算的烟气；冷凝器2下端连接有排液管3，用于导出烟气中的冷凝水，排液管3上设置有排液蠕动泵4，用于排输冷凝水，排液管3下端连接有滴定管，滴定管的下端设置有光电开关6，液滴下落后通过并触发光电开关6，光电开关6与微型plc17电性连接，微型plc17内置计时模块，用于配合滴定管测算冷凝水滴定周期；
[0040]
冷凝器2包括外腔体和内螺旋管，还包括可作用于内螺旋管的冷却介质，冷却介质需要能够在外腔体和内螺旋管内滞留，例如固体冰块等，具体图中未示出；外腔体底部缩口并连接排液管3，烟气取样管18与外腔体外壁连通，内螺旋管上端与烟气取样伴热管1连通，下端置于外腔体的底部缩口内侧，烟气进入冷凝器2的内螺旋管后，其中水蒸气冷凝后从内螺旋管下端滴落，而干烟气则从内螺旋管下端排出并在外腔体内蓄积，进而从烟气取样管18取样排出；
[0041]
滴定管包括进液斜管5、滴定嘴15以及气压平衡管14，进液斜管5呈倾斜状设置，其上端与排液管3连通、下端连通至滴定嘴15和气压平衡管14衔接段，滴定嘴15和气压平衡管14呈竖直状上下连通，滴定嘴15与光电开关6的检测开口处对应，凝结水从进液斜管5缓慢流入滴定嘴15，凝结水这样缓慢流动不会影响滴定的液滴量，气压平衡管14使滴定嘴内部气压与外部气压平衡保证了滴定的稳定进行。
[0042]
光电开关6下方对应滴定管下端口设置有汇流管16，汇流管16的上端管口为扩径漏斗状结构，能够更好地承接下落的冷凝水滴；
[0043]
冷凝器2一侧壁连接有烟气取样管18，烟气取样管18连接至烟气分析仪12，烟气分析仪12上设置有取样流量计11，用于检测烟气取样量，烟气分析仪12上连接有排气管13，用于排放分析后的取样烟气；
[0044]
烟气取样管18上沿流动方向依此设置有初级过滤器7、取样泵9以及精密过滤器10，初级过滤器7和精密过滤器10用于过滤烟气中的杂质，取样泵9用于排送取样的烟气，烟气取样管18上设置有流量调节阀8，流量调节阀8通过烟气取样管18上的旁路与取样泵9并联设置，用于调节干烟气的取样流量。
[0045]
本发明的工作原理：
[0046]
具体实施方法
[0047]
所述湿烟气经过烟气取样伴热管1，进入温度恒定在2℃的冷凝器2，冷凝后凝结水经排液管3被蠕动泵4抽至进液斜管5，凝结水从进液斜管5缓慢流入滴定嘴15，凝结水这样
缓慢流动不会影响滴定的液滴量。滴定嘴气压平衡管14使滴定嘴内部气压与外部气压平衡保证了滴定的稳定进行。经过冷凝后输出的干烟气经过初级过滤器7被取样泵9抽取，取样泵9设置了旁路阀门流量调节阀8用来调节干烟气的取样流量使流量恒定在1(l/min)，每秒0.016667升，干烟气经过精密过滤器10进入烟气分析仪12，烟气分析仪12设有取样流量计11。分析后的烟气从烟气分析仪排气管13排出。
[0048]
实例：
[0049]
测出每一个液滴的的质量x(g)并设置在微型plc内存上；具体的：用小瓶收集10个液滴用高精度微量天平测出总重量扣除空瓶的总量后除以液滴数量后得一个液滴的的质量为0.05g。
[0050]
测出液滴滴定周期t(s)并设置在微型plc内存上；具体的：微型plc通过内部计时模块计算两个液滴间隔，液滴滴定周期t为30s。
[0051]
计算出一个液滴的凝结水汽化后标况下的体积v1为：
[0052]v1
＝(x
÷
18.02)
×
22.4＝(0.05
÷
18.02)
×
22.4＝0.06215升。
[0053]
计算出该周期内的湿烟气取样的体积量v2为：
[0054]v2
＝0.016667
×
t+(x
÷
18.02)
×
22.4＝0.5+(0.05
÷
18.02)
×
22.4＝0.56215升。
[0055]
由凝结水液滴计算出烟气湿度的体积百分数h1为：
[0056]
h1＝(v1/v2)
×
100％＝11.056％。
[0057]
取样泵所抽取的干烟气的湿度体积百分数是恒定且数值较小，用标准湿度计对排气管处排出的干烟气湿度进行定量测量出湿度体积百分数并设置在微型plc内存上，湿度体积百分数h2为：
[0058]
h2＝2％
[0059]
所述湿烟气的湿度的体积百分数h
总
为：
[0060]h总
＝h1+h2＝11.056％+2％＝13.056％
[0061]
所述的计算是在微型plc上进行，微型plc完成以上所述计算后转换为标准电流信号通过模拟量输出。
[0062]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。