阻容式湿度计在火电厂中的应用与改进

李家海

(大唐长春第二热电有限责任公司，长春 130031)



阻容式湿度计在火电厂中的应用与改进

李家海

(大唐长春第二热电有限责任公司，长春 130031)

本文对阻容式湿度计在使用、测量过程中存在的湿度仪温度控制回路调节过程过于缓慢，腔室内壁结露现象的原因及腔室内结露导致湿度发生剧烈波动的问题进行了深层次的原因分析，并提出了管路保温、温度控制回路PID优化、腔室结构调整及温度补偿等针对性改进措施，提高了阻容式湿度计在烟气湿度测量中的稳定性和准确性。

阻容式湿度计； PID； 补偿

火电厂产生的高温烟气作为一种比较特殊的介质，一般的温度范围在40 ℃～150 ℃，烟气中通常会存在一定含量的粉尘颗粒物和多种高腐蚀性的酸性物质，如SO2、NOX等。如何克服高温、高粉尘和酸性物质对测量设备的影响，从而保证烟气中含水量的实时测量成为行业内一个十分困难的问题。目前国内测量湿度的常用方法主要有冷凝法、干湿球法、称重法、露点法、电子式传感器法，等等，这些方法优缺点不一。本文主要探讨了2061型阻容式湿度计在火电厂高温烟气湿度测量中的应用情况，以及如何克服一些影响湿度测量准确性的因素。

1 阻容式湿度计原理

阻容式湿度计，是利用阻容元件能够随着周围环境的相对湿度的大小变化，能够成比例的吸附和释放水分子，并且其容值的变化情况与相对湿度的大小呈线性关系的特点制作而成的，具有灵敏度高、响应速度快、迟滞小、便于制造等优点。

2061型阻容式湿度仪更是采用了一种能够克服高温烟气中的粉尘、高温和腐蚀性物质影响的测量设备，以便有效的保护阻容式湿度仪，并且在不影响其精度的条件下实现长期、稳定的工作。

2 故障原因分析

在湿度仪现场实际使用的过程中，发现仍存在一些因素影响着湿度仪测量的准确性和稳定性。比如湿度仪的测量腔室中容易出现结露现象，测量腔室温度控制不稳定波动范围较大、湿度仪初始投入使用时腔室内加热升温缓慢，温度经常性的低于工作温度，无法进行连续测量等问题。这些问题都制约着湿度仪的测量，导致湿度无法被准确的测量。图1是2061型湿度仪在火电厂中初始安装后连续4 h的测量曲线。

从图中能够看出，该湿度仪在测量过程中测量数值的波动幅度较为剧烈，而且测量值经常性的跳变到满量程。其测量数值已经远远的偏离了烟气中含水量的实际值，无法达到准确、连续测量的要求，严重影响了污染物排放浓度及总量的核算。通过对湿度仪安装情况的检查、对内部结构以及气体流路的分析，并在不同工况下进行试验，最终确定了影响湿度仪正常测量的主要原因，并采取了相应的改进措施。

图1 2061型湿度仪在火电厂中初始安装后连续4 h的测量曲线Fig.1 Measurement curve of 2061-type humidity meter in thermal power plant after initial installation for 4 h

第一，连接湿度仪的烟气管路在进入湿度仪前有约300 mm的管路没有进行保温处理，导致该段管路温度远低于高温烟气的温度，当高温烟气经过该段管路时温度突然大幅度降低，在管路的内壁上产生结露现象，凝结成的露滴不断聚集并且随着烟气的流动而进入湿度仪测量腔室，当液态的露滴附着在阻容元件表面后，阻容元件对水分子的吸收能力达到饱和，输出信号波动到最大值，使得测量数值达到测量上限。随着腔室内温度的升高，露滴逐渐蒸发小时，阻容元件恢复对水分子的正常吸收和释放能力，湿度的测量恢复正常状态。第二，湿度仪腔室温度控制回路调节过于缓慢，测量腔室温度波动较大，降温和升温的时间较长，高温的烟气在遇到低温的腔室内壁时会产生结露现象，且露滴长时间在腔室内部积存，增加了湿度仪的失效时间。第三，传感器测量腔室内的气体流路为“U”形，便于露滴在流路底部发生堆积，当腔室内的温度再次升高时，堆积的露滴被二次汽化，升腾的湿气使得腔室内的湿度发生剧烈波动，导致测量数值变化频繁。

3 改进措施

第一，对湿度仪前的裸露管路进行伴热保温处理，确保管路内烟气的温度平稳，避免烟气在管路内发生结露现象，保证没有露滴随烟气进入测量腔室，进而影响传感器的测量。第二，对测量腔室的温度控制回路进行优化，采用PID调节，保证腔室温度调节的及时性和稳定性，减小测量腔室内的温度波动，从而降低烟气在腔室内壁结露的可能性。第三，对测量腔室内的气体流路进行调整，将原来的“U”形结构调整为“八”字形结构，并且将传感器安装在腔室的上部，保证了传感器周围的烟气始终是高温状态的烟气，偶尔有结露现象产生时也会发生在传感器下方，并且“八”字形结构可以使凝结的露滴随烟气的流动而排出测量腔室，避免了露滴在腔室内部产生堆积并且汽化的现象。第四，增加温度补偿回路，进一步降低温度波动对测量结果产生的影响。由于阻容式电子器件在不同温度下，传感器的温度特性曲线会发生变化，尤其是对于湿敏电容的影响更为明显，因此在软件内增加计算函数，消除因温度特性曲线变化产生的误差，保证测量的准确性。

经过上述的改进后，对新的湿度仪进行了安装调试，观察进入湿度仪前的管路增加伴热保温后，其内壁已经没有露滴产生。测量腔室内的温度也较改进前平稳，原湿度仪测量40 min需要加热10 min才能继续测量，改进后已经能够实现连续测量。图2为采取改进措施后的湿度仪连续4 h的测量曲线。

从图2中能看出改进后的湿度仪测量数值平稳，试验期间没有再发生湿度值大范围波动甚至跳变至满量程的现象发生，且测量数值与实际情况相符。

4 结论

湿度仪内部结构和温度控制不稳定，导致烟气发生结露现象是影响湿度仪的量准确性和稳定性的关键因素，通过对测量管路保温、温度控制回路PID优化、腔室结构调整及温度补偿等针对性的改进措施，从根本上消除了湿度计内部发生结露的可能性，有效的减小了测量过程产生的误差，烟气湿度测量的准确性和稳定性得到了保证，基本上实现了湿度测量的准确性和连续性，保证了污染物浓度和排放量核算准确性。

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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，专工，工程师。

TM621

B

1674-8646(2017)02-0132-02