阻容式濕度計在火電廠中的應用與改進

李家海

(大唐長春第二熱電有限責任公司，長春 130031)

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阻容式濕度計在火電廠中的應用與改進

李家海

(大唐長春第二熱電有限責任公司，長春 130031)

本文對阻容式濕度計在使用、測量過程中存在的濕度儀溫度控制回路調節過程過于緩慢，腔室內壁結露現象的原因及腔室內結露導致濕度發生劇烈波動的問題進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優化、腔室結構調整及溫度補償等針對性改進措施，提高了阻容式濕度計在煙氣濕度測量中的穩定性和準確性。

阻容式濕度計； PID； 補償

火電廠產生的高溫煙氣作為一種比較特殊的介質，一般的溫度范圍在40 ℃～150 ℃，煙氣中通常會存在一定含量的粉塵顆粒物和多種高腐蝕性的酸性物質，如SO2、NOX等。如何克服高溫、高粉塵和酸性物質對測量設備的影響，從而保證煙氣中含水量的實時測量成為行業內一個十分困難的問題。目前國內測量濕度的常用方法主要有冷凝法、干濕球法、稱重法、露點法、電子式傳感器法，等等，這些方法優缺點不一。本文主要探討了2061型阻容式濕度計在火電廠高溫煙氣濕度測量中的應用情況，以及如何克服一些影響濕度測量準確性的因素。

1 阻容式濕度計原理

阻容式濕度計，是利用阻容元件能夠隨著周圍環境的相對濕度的大小變化，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濕度的大小呈線性關系的特點制作而成的，具有靈敏度高、響應速度快、遲滯小、便于制造等優點。

2061型阻容式濕度儀更是采用了一種能夠克服高溫煙氣中的粉塵、高溫和腐蝕性物質影響的測量設備，以便有效的保護阻容式濕度儀，并且在不影響其精度的條件下實現長期、穩定的工作。

2 故障原因分析

在濕度儀現場實際使用的過程中，發現仍存在一些因素影響著濕度儀測量的準確性和穩定性。比如濕度儀的測量腔室中容易出現結露現象，測量腔室溫度控制不穩定波動范圍較大、濕度儀初始投入使用時腔室內加熱升溫緩慢，溫度經常性的低于工作溫度，無法進行連續測量等問題。這些問題都制約著濕度儀的測量，導致濕度無法被準確的測量。圖1是2061型濕度儀在火電廠中初始安裝后連續4 h的測量曲線。

從圖中能夠看出，該濕度儀在測量過程中測量數值的波動幅度較為劇烈，而且測量值經常性的跳變到滿量程。其測量數值已經遠遠的偏離了煙氣中含水量的實際值，無法達到準確、連續測量的要求，嚴重影響了污染物排放濃度及總量的核算。通過對濕度儀安裝情況的檢查、對內部結構以及氣體流路的分析，并在不同工況下進行試驗，最終確定了影響濕度儀正常測量的主要原因，并采取了相應的改進措施。

圖1 2061型濕度儀在火電廠中初始安裝后連續4 h的測量曲線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入濕度儀前有約300 mm的管路沒有進行保溫處理，導致該段管路溫度遠低于高溫煙氣的溫度，當高溫煙氣經過該段管路時溫度突然大幅度降低，在管路的內壁上產生結露現象，凝結成的露滴不斷聚集并且隨著煙氣的流動而進入濕度儀測量腔室，當液態的露滴附著在阻容元件表面后，阻容元件對水分子的吸收能力達到飽和，輸出信號波動到最大值，使得測量數值達到測量上限。隨著腔室內溫度的升高，露滴逐漸蒸發小時，阻容元件恢復對水分子的正常吸收和釋放能力，濕度的測量恢復正常狀態。第二，濕度儀腔室溫度控制回路調節過于緩慢，測量腔室溫度波動較大，降溫和升溫的時間較長，高溫的煙氣在遇到低溫的腔室內壁時會產生結露現象，且露滴長時間在腔室內部積存，增加了濕度儀的失效時間。第三，傳感器測量腔室內的氣體流路為“U”形，便于露滴在流路底部發生堆積，當腔室內的溫度再次升高時，堆積的露滴被二次汽化，升騰的濕氣使得腔室內的濕度發生劇烈波動，導致測量數值變化頻繁。

3 改進措施

第一，對濕度儀前的裸露管路進行伴熱保溫處理，確保管路內煙氣的溫度平穩，避免煙氣在管路內發生結露現象，保證沒有露滴隨煙氣進入測量腔室，進而影響傳感器的測量。第二，對測量腔室的溫度控制回路進行優化，采用PID調節，保證腔室溫度調節的及時性和穩定性，減小測量腔室內的溫度波動，從而降低煙氣在腔室內壁結露的可能性。第三，對測量腔室內的氣體流路進行調整，將原來的“U”形結構調整為“八”字形結構，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的煙氣，偶爾有結露現象產生時也會發生在傳感器下方，并且“八”字形結構可以使凝結的露滴隨煙氣的流動而排出測量腔室，避免了露滴在腔室內部產生堆積并且汽化的現象。第四，增加溫度補償回路，進一步降低溫度波動對測量結果產生的影響。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發生變化，尤其是對于濕敏電容的影響更為明顯，因此在軟件內增加計算函數，消除因溫度特性曲線變化產生的誤差，保證測量的準確性。

經過上述的改進后，對新的濕度儀進行了安裝調試，觀察進入濕度儀前的管路增加伴熱保溫后，其內壁已經沒有露滴產生。測量腔室內的溫度也較改進前平穩，原濕度儀測量40 min需要加熱10 min才能繼續測量，改進后已經能夠實現連續測量。圖2為采取改進措施后的濕度儀連續4 h的測量曲線。

從圖2中能看出改進后的濕度儀測量數值平穩，試驗期間沒有再發生濕度值大范圍波動甚至跳變至滿量程的現象發生，且測量數值與實際情況相符。

4 結論

濕度儀內部結構和溫度控制不穩定，導致煙氣發生結露現象是影響濕度儀的量準確性和穩定性的關鍵因素，通過對測量管路保溫、溫度控制回路PID優化、腔室結構調整及溫度補償等針對性的改進措施，從根本上消除了濕度計內部發生結露的可能性，有效的減小了測量過程產生的誤差，煙氣濕度測量的準確性和穩定性得到了保證，基本上實現了濕度測量的準確性和連續性，保證了污染物濃度和排放量核算準確性。

[1] 張笑平，孟繁亮，姬永婕.阻溶式露點儀校準方法的探討[J].工業計量，2016，(S1)：10-11.

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[3] 夏海燕，鄭勝清.露點儀測量結果的不確定度分析與評定[J].計量技術，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