阻容式濕度計(jì)在火電廠中的應(yīng)用與改進(jìn)

李家海

(大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春 130031)

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阻容式濕度計(jì)在火電廠中的應(yīng)用與改進(jìn)

李家海

(大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春 130031)

本文對(duì)阻容式濕度計(jì)在使用、測(cè)量過程中存在的濕度儀溫度控制回路調(diào)節(jié)過程過于緩慢，腔室內(nèi)壁結(jié)露現(xiàn)象的原因及腔室內(nèi)結(jié)露導(dǎo)致濕度發(fā)生劇烈波動(dòng)的問題進(jìn)行了深層次的原因分析，并提出了管路保溫、溫度控制回路PID優(yōu)化、腔室結(jié)構(gòu)調(diào)整及溫度補(bǔ)償?shù)柔槍?duì)性改進(jìn)措施，提高了阻容式濕度計(jì)在煙氣濕度測(cè)量中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

阻容式濕度計(jì)； PID； 補(bǔ)償

火電廠產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鳛橐环N比較特殊的介質(zhì)，一般的溫度范圍在40 ℃～150 ℃，煙氣中通常會(huì)存在一定含量的粉塵顆粒物和多種高腐蝕性的酸性物質(zhì)，如SO2、NOX等。如何克服高溫、高粉塵和酸性物質(zhì)對(duì)測(cè)量設(shè)備的影響，從而保證煙氣中含水量的實(shí)時(shí)測(cè)量成為行業(yè)內(nèi)一個(gè)十分困難的問題。目前國(guó)內(nèi)測(cè)量濕度的常用方法主要有冷凝法、干濕球法、稱重法、露點(diǎn)法、電子式傳感器法，等等，這些方法優(yōu)缺點(diǎn)不一。本文主要探討了2061型阻容式濕度計(jì)在火電廠高溫?zé)煔鉂穸葴y(cè)量中的應(yīng)用情況，以及如何克服一些影響濕度測(cè)量準(zhǔn)確性的因素。

1 阻容式濕度計(jì)原理

阻容式濕度計(jì)，是利用阻容元件能夠隨著周圍環(huán)境的相對(duì)濕度的大小變化，能夠成比例的吸附和釋放水分子，并且其容值的變化情況與相對(duì)濕度的大小呈線性關(guān)系的特點(diǎn)制作而成的，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、遲滯小、便于制造等優(yōu)點(diǎn)。

2061型阻容式濕度儀更是采用了一種能夠克服高溫?zé)煔庵械姆蹓m、高溫和腐蝕性物質(zhì)影響的測(cè)量設(shè)備，以便有效的保護(hù)阻容式濕度儀，并且在不影響其精度的條件下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定的工作。

2 故障原因分析

在濕度儀現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的過程中，發(fā)現(xiàn)仍存在一些因素影響著濕度儀測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。比如濕度儀的測(cè)量腔室中容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，測(cè)量腔室溫度控制不穩(wěn)定波動(dòng)范圍較大、濕度儀初始投入使用時(shí)腔室內(nèi)加熱升溫緩慢，溫度經(jīng)常性的低于工作溫度，無法進(jìn)行連續(xù)測(cè)量等問題。這些問題都制約著濕度儀的測(cè)量，導(dǎo)致濕度無法被準(zhǔn)確的測(cè)量。圖1是2061型濕度儀在火電廠中初始安裝后連續(xù)4 h的測(cè)量曲線。

從圖中能夠看出，該濕度儀在測(cè)量過程中測(cè)量數(shù)值的波動(dòng)幅度較為劇烈，而且測(cè)量值經(jīng)常性的跳變到滿量程。其測(cè)量數(shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的偏離了煙氣中含水量的實(shí)際值，無法達(dá)到準(zhǔn)確、連續(xù)測(cè)量的要求，嚴(yán)重影響了污染物排放濃度及總量的核算。通過對(duì)濕度儀安裝情況的檢查、對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及氣體流路的分析，并在不同工況下進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定了影響濕度儀正常測(cè)量的主要原因，并采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

圖1 2061型濕度儀在火電廠中初始安裝后連續(xù)4 h的測(cè)量曲線Fig.1 Measurement curve of 2061-type humidity meter in thermal power plant after initial installation for 4 h

第一，連接濕度儀的煙氣管路在進(jìn)入濕度儀前有約300 mm的管路沒有進(jìn)行保溫處理，導(dǎo)致該段管路溫度遠(yuǎn)低于高溫?zé)煔獾臏囟?，?dāng)高溫?zé)煔饨?jīng)過該段管路時(shí)溫度突然大幅度降低，在管路的內(nèi)壁上產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，凝結(jié)成的露滴不斷聚集并且隨著煙氣的流動(dòng)而進(jìn)入濕度儀測(cè)量腔室，當(dāng)液態(tài)的露滴附著在阻容元件表面后，阻容元件對(duì)水分子的吸收能力達(dá)到飽和，輸出信號(hào)波動(dòng)到最大值，使得測(cè)量數(shù)值達(dá)到測(cè)量上限。隨著腔室內(nèi)溫度的升高，露滴逐漸蒸發(fā)小時(shí)，阻容元件恢復(fù)對(duì)水分子的正常吸收和釋放能力，濕度的測(cè)量恢復(fù)正常狀態(tài)。第二，濕度儀腔室溫度控制回路調(diào)節(jié)過于緩慢，測(cè)量腔室溫度波動(dòng)較大，降溫和升溫的時(shí)間較長(zhǎng)，高溫的煙氣在遇到低溫的腔室內(nèi)壁時(shí)會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，且露滴長(zhǎng)時(shí)間在腔室內(nèi)部積存，增加了濕度儀的失效時(shí)間。第三，傳感器測(cè)量腔室內(nèi)的氣體流路為“U”形，便于露滴在流路底部發(fā)生堆積，當(dāng)腔室內(nèi)的溫度再次升高時(shí)，堆積的露滴被二次汽化，升騰的濕氣使得腔室內(nèi)的濕度發(fā)生劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)值變化頻繁。

3 改進(jìn)措施

第一，對(duì)濕度儀前的裸露管路進(jìn)行伴熱保溫處理，確保管路內(nèi)煙氣的溫度平穩(wěn)，避免煙氣在管路內(nèi)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，保證沒有露滴隨煙氣進(jìn)入測(cè)量腔室，進(jìn)而影響傳感器的測(cè)量。第二，對(duì)測(cè)量腔室的溫度控制回路進(jìn)行優(yōu)化，采用PID調(diào)節(jié)，保證腔室溫度調(diào)節(jié)的及時(shí)性和穩(wěn)定性，減小測(cè)量腔室內(nèi)的溫度波動(dòng)，從而降低煙氣在腔室內(nèi)壁結(jié)露的可能性。第三，對(duì)測(cè)量腔室內(nèi)的氣體流路進(jìn)行調(diào)整，將原來的“U”形結(jié)構(gòu)調(diào)整為“八”字形結(jié)構(gòu)，并且將傳感器安裝在腔室的上部，保證了傳感器周圍的煙氣始終是高溫狀態(tài)的煙氣，偶爾有結(jié)露現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)也會(huì)發(fā)生在傳感器下方，并且“八”字形結(jié)構(gòu)可以使凝結(jié)的露滴隨煙氣的流動(dòng)而排出測(cè)量腔室，避免了露滴在腔室內(nèi)部產(chǎn)生堆積并且汽化的現(xiàn)象。第四，增加溫度補(bǔ)償回路，進(jìn)一步降低溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。由于阻容式電子器件在不同溫度下，傳感器的溫度特性曲線會(huì)發(fā)生變化，尤其是對(duì)于濕敏電容的影響更為明顯，因此在軟件內(nèi)增加計(jì)算函數(shù)，消除因溫度特性曲線變化產(chǎn)生的誤差，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

經(jīng)過上述的改進(jìn)后，對(duì)新的濕度儀進(jìn)行了安裝調(diào)試，觀察進(jìn)入濕度儀前的管路增加伴熱保溫后，其內(nèi)壁已經(jīng)沒有露滴產(chǎn)生。測(cè)量腔室內(nèi)的溫度也較改進(jìn)前平穩(wěn)，原濕度儀測(cè)量40 min需要加熱10 min才能繼續(xù)測(cè)量，改進(jìn)后已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)測(cè)量。圖2為采取改進(jìn)措施后的濕度儀連續(xù)4 h的測(cè)量曲線。

從圖2中能看出改進(jìn)后的濕度儀測(cè)量數(shù)值平穩(wěn)，試驗(yàn)期間沒有再發(fā)生濕度值大范圍波動(dòng)甚至跳變至滿量程的現(xiàn)象發(fā)生，且測(cè)量數(shù)值與實(shí)際情況相符。

4 結(jié)論

濕度儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)和溫度控制不穩(wěn)定，導(dǎo)致煙氣發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象是影響濕度儀的量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，通過對(duì)測(cè)量管路保溫、溫度控制回路PID優(yōu)化、腔室結(jié)構(gòu)調(diào)整及溫度補(bǔ)償?shù)柔槍?duì)性的改進(jìn)措施，從根本上消除了濕度計(jì)內(nèi)部發(fā)生結(jié)露的可能性，有效的減小了測(cè)量過程產(chǎn)生的誤差，煙氣濕度測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性得到了保證，基本上實(shí)現(xiàn)了濕度測(cè)量的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，保證了污染物濃度和排放量核算準(zhǔn)確性。

[1] 張笑平，孟繁亮，姬永婕.阻溶式露點(diǎn)儀校準(zhǔn)方法的探討[J].工業(yè)計(jì)量，2016，(S1)：10-11.

[2] 李占元，楊菊.阻容式露點(diǎn)溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范[J].江蘇現(xiàn)代計(jì)量，2012，(04)：182-184.

[3] 夏海燕，鄭勝清.露點(diǎn)儀測(cè)量結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定[J].計(jì)量技術(shù)，2012，(05)：73-74.

Application and improvement of resistance-capacitance hygrometer in thermal power plant

LI Jia-hai

(Datang Changchun No.2 Thermal Power Co., Ltd., Changchun 130031, China)

The problems of slow control circuit adjustment in the use of capacitive hygrometer, the cause of the condensation of the inner chamber and the fluctuation of humidity caused by condensation in the chamber were analyzed. It puts forward the targeted improvement measures such as pipeline insulation, temperature control loop PID optimization, chamber structure adjustment and temperature compensation, so as to improve the stability and accuracy of resistance-capacitance hygrometer in flue gas humidity measurement.

Resistance-capacitance hygrometer; PID; Compensation

2016-11-07

李家海(1969-)，男，專工，工程師。

TM621

B

1674-8646(2017)02-0132-02