3060智能酸露点仪的研制及测试

3060智能酸露点仪的研制及测试

董海仟*1，解妙雅*1，李辅霞*1，邹冰冰*1，余江超*1，张建奇*1，杨军*1，洪王浩*1，刘亚婷*1，张雪菲*1通讯作者：赵艳敏*1

（1.宁波职业技术学院化学工程学院，浙江 宁波  315800）

摘要：针对目前企业含硫烟气排放时三氧化硫未充分回收易造成酸露点低温腐蚀的问题，本文提出一款3060智能酸露点仪，运用气相模数转化技术、数字滤波PID控制算法、带自控功能电路等酸露点仪控制技术，解决实时捕捉含硫烟气酸露点值、实现余热最大回收基础上的不发生酸露点腐蚀问题。

关键词：气相模数转化技术；数字滤波PID控制算法；自控功能，酸露点仪；酸露点

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一、概述

通过多家企业的实地考察调研，发现近一半可回收的余热烟气为含硫烟气，其中含硫烟气未充分回收的原因是如果排放烟气温度过低，易造成露点腐蚀，所以一般采用远高于酸露点的温度排放，但是排放温度过高，虽然不会造成酸露点腐蚀，却易出现余热浪费严重的问题。在整个生产过程中，烟气中三氧化硫等介质浓度一直处于波动状态，为含硫烟气露点的检测带来了极大的困难。

二、3060智能酸露点仪

3060智能酸露点仪，致力于解决实时捕捉含硫烟气酸露点值、实现余热最大回收基础上的不发生酸露点腐蚀问题。

2.1检测原理

这种利用测量氧化硫、水汽等介质的分压，实时转化为酸露点的方法，具有在线收集数据、实时监测的特点，能够有效减少误差、减轻重量、降低成本、提高效率。研发配套的相变换热器与普通相变换热器相比，用溴化锂水溶液替代水作为传热介质，其优点是可以根据溴化锂浓度调整沸点，实现余热最大回收，同时可以避免用水作为传热介质时，常压下沸点恒定为100℃的缺点。

2.2气相模数转化技术

通过参考经典的Müller曲线，不断对A.G.Okkes公式进行修正，直至稳定。最终发现除了SO3浓度，水蒸气浓度也会对酸露点造成影响，在此基础上，对A.G.Okkes公式进行修正，形成了具有自主知识产权的气相模数转化技术。[1]根据给定的燃料组成成分和过量空气系数，计算出烟气组成；按SO2 2 %转化率计算出 SO3 含量；计算求得烟气中的SO3和水蒸气体积的百分含量。得出酸露点的函数关系：

tsld=10.8809+27.61lg（pH2O）+10.83lg（pSO3）+1.06（lg(pSO3)+2.9943）2.19

式中：

PH20——烟气中水蒸气分压，Pa;

PSO3——烟气中SO3气体分压，Pa;

tsld——含硫烟气酸露点值

     图1.气相模数转化技术原理图                    图2.Müller酸露点图

2.3数字滤波PID控制算法

数字滤波PID控制算法通过程序实现，无需增加硬设备，因此具有高可靠性和稳定性；[2]它能对频率很低（如0.01Hz)的信号进行滤波；根据信号的特点，可以选择不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强大的特点。并且是一个闭环控制算法，根据比例、积分和微分关系式对被控对象进行控制。将滤波后的数据和系统设置的数据进行比较，实施PID控制运算。在硬件上，本产品具备闭环控制能力，因此可以实现实时反馈，提高控制精度和系统性能。

根据信号的特性，可选择不同的滤波方法或调整滤波参数，使算法能够针对不同情况作出判断。通过这种灵活的滤波方式，可以有效消除大功率设备启停引起的电流尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定导致的严重失真等问题。

图3数字滤波PID控制算法.

2.4一种带自控功能的酸露点仪控制电路

针对含硫烟气实际生产工况，设计酸露点仪控制电路图，有效解决了实际生产中含硫烟气环境参数随机变化导致的酸露点值波动问题。通过主控芯片和光耦实时控制烟气系统中不同流体的泵、电动阀的动作，实现了在保证正常生产的同时，避免酸露点腐蚀而带来的生产隐患。一种带自控功能的酸露点仪控制电路，包括三氧化硫传感器，用于监测烟道出气口烟气的实时三氧化硫浓度数据；

烟气温度传感器，用于监测烟道出气口烟气的实时温度数据；

烟气压力传感器，用于监测烟道进气口烟气的实时压力数据；

烟气湿度传感器，用于监测烟道进气口烟气的实时湿度数据；

接口转换模块，用于通过USB接插件接收各传感器采集到的数据，并将其由USB传输协议转换为UART传输协议后传输至主控芯片；

主控芯片，用于根据采集到的各项数据进行酸露点温度预测，并在实时温度与酸露点温度的差值小于预设阈值时输出调节信号；

泵控制单元，用于在接收到控制信号时控制泵由低速运行状态切换为高速运行状态；

阀门控制单元，用于在接收到控制信号时控制阀门由关闭状态切换至开启状态。

其特征在于：所述调节信号的输出判断表示为：

式中，为实时温度数据，为预设阈值，当I=0时不输出调节信号，当I=1时输出调节信号。

三、测试数据

表1  不同原料含硫烟气组分数据

烟气的组分随着燃料的不同而已，天然气与燃料油烟气的组分详见表1，不同烟气组分方程式须根据O2、SO2和SO3间的平衡关系进行调整。它们的分压关联于平衡常数Kp，如下式：

根据Müller推荐，Kp可用下式计算：

式中=(温度K )/1000

四、结论

综上所述，3060智能酸露点仪具有以下优势：

（1）先进原理、较小误差：该仪器采用含硫烟气露点温度控制装置，根据氧化硫、水汽等介质分压实时转化为酸露点的检测原理。相较于市场上具有延迟性的露点仪，3060智能酸露点仪实现在线数据收集、实时检测，其误差率更低。

（2）前沿算法，高效运行：该仪器采用建立的气相模数转换技术与数字滤波PID控制算法，通过精准控制和实时检测，实现实时反馈，提高运行效率。

（3）模数转化，轻便便携：核心组件采用模数转化器，降低成本1～3万元，且仪器重量更轻，只由控制线路板组成，具备较高的性价比和便捷性。

3060智能酸露点仪在原理、算法和设备重量等方面具有显著优势，为用户高效、精准、可靠的酸露点检测提供了解决方案。

参考文献：

[1]贾明生,凌长明.烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法[J].工业锅炉,2003(06):31-35.

[2]陈涛.汽车制动性能检测的抗干扰措施[J].机电工程技术,2010,39(08):89-91+201.