烟气的湿度监测技术及应用选择

烟气湿度是重要的烟气参数之一，对于烟气处理影响很大，但其监测手段受环境温度、压力、介质吸附及其他多干扰因素影响大且校准困难，如何准确地对其进行监测得到了相关部门越来越多的关注。

一、关于湿度的定义

水分，是指固体或液体物质中水的含量；湿度，则是指气体中水蒸气的含量；当气体中水蒸气的含量低于-20˚C露点时（在标准大气压为1020×10-6），工业中习惯称为微量水分。

对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点温度、湿气与干气的比值（重量或体积）、水蒸气分压等。

其中，绝对湿度（单位：g/m³或mg/m³）是指在一定温度和压力条件下，每单位体积混合气体中所含的水蒸气质量；

日常生活中所指的湿度为相对湿度（单位：RH%），即在一定的温度、压力下，湿空气中水蒸气的摩尔分数与同一温度和压力下饱和水蒸气的摩尔分数比；

露点温度（单位：˚C或˚F），是指在一个大气压下气体中的水蒸气含量达到饱和时的温度，简称露点。同时，相对湿度又是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。

二、主流湿度测量方法及对比分析

主流湿度测量方法可参见《GB/T11605-2005湿度测量方法》，常用湿度测量方法包括伸缩法、干湿球法、冷凝露点法、氯化铿露点法、电阻电容法、电解法和重量法等。

1.机械式湿度计
①测量原理：利用毛发等材料的长度随湿度而变化的特性直接指示相对湿度值。②适用范围：适用于实验室、机房、仓库、厂房等室内环境温湿度的测量。③

优点：便宜，对大多数污染物不敏感，不需要电源，可以做永久记录。

缺点：易漂移，如果在某一湿度下使用较长的时间会丧失其灵敏度；响应慢，运输或振动摇摆会破坏其性能；且不能用于0℃以下。

2.干湿球湿度计
①测量原理：利用两支型式和尺寸均相同的温度计，其中一支作为干球温度计，另一支的球部缠上一层洁净纱布，并用蒸馏水保持润湿，作为湿球温度计。干球温度与湿球温度之差取决于当时环境空气的相对湿度，从而可利用干球温度与湿球温度来求得空气的相对湿度。②适用范围：干湿球湿度计是基本测量法，能较准确测定100℃以下的烟气含湿量，但不适合测量100℃以上及正压烟气。该方法目前多作为参比方法，与仪器检测同步测量以实现现场校准。③

优点：稳定性好，当相对湿度接近100%RH时，可以得到较高的准确度；装置简单，成本及维修费用低。

缺点：当湿球温度低于0℃、高于100℃或被测烟气为正压时，很难得到可靠的结果。影响测量结果的因素多（风速、辐射等），对实验人员及环境要求高。

3.冷镜式露点仪

①测量原理：不同水份含量的气体在不同温度下的镜面上会结露，通过光电检测技术检测出露层并测量得结露温度。冷镜式露点仪采用的是直接测量方法，在保证检露准确、镜面制冷高效率和精密测量结露温度前提下，该类型露点仪可作为标准露点仪使用。②适用范围：冷镜式露点仪测量范围较广，其测量范围已达到-95℃~70℃，测量精度±0.1℃~±0.5℃，能满足大多数的测量要求。③

优点：测量准确且较为稳定，应用普遍。

缺点：价格较高；对操作人员的要求较高，仪表维护量较大；在-20℃~0℃区间内存在过冷水，需注意区分过冷水及霜。

4.电容式湿度测量仪

①测量原理：电容式湿度测量仪的基本原理是基于平板电容式温度传感器对于微量水分的测量，气体中的水分含量（体积分数）与传感器电容的对数呈线性关系。②适用范围：适用于在线监测。在-l0℃~80℃条件下，电容式湿度测量仪测量范围为0%RH~100%RH。③

优点：测量范围较广，温度系数低；体积小，便于制造，便于集成；日常维护量较小，相对稳定且响应较快。

缺点：该方法是间接测量，在较高的温度下操作会引起漂移；当被测介质为腐蚀性气体（如NH₃、SO₃、Cl₂）时，必须定期校准以克服老化、滞后及污染，不建议使用；一般而言，相比于电阻式在线湿度测量仪，精度略低一些。

5.阻容式湿度测量仪

①测量原理：阻容式湿度传感器的等效电路为并联的电容和电阻，水分含量越大电容值越大，而电阻值越小。当电容尺寸确定后，传感电容的大小取决于介质的相对介电常数，样品的相对介电常数取决于样品的含水量，样品气中的含水量（体积分数）与阻容法湿度传感器的电阻和电容值的变化呈函数关系。②适用范围：适用于在线监测。在-l0℃~80℃条件下，电容式湿度测量仪测量范围为0%RH~100%RH。③

优点：测量精度高，稳定性高，抗干扰能力强，响应速度快；可对高温段测量进行温度补偿，满足大范围的测量环境温度要求；便宜，能耗小。

缺点：该方法是间接测量，需定期校准；不适用于低湿环境，且相对湿度低于15%RH时丧失灵敏度；一般而言，相比于电容式在线湿度测量仪，响应略慢一些。

6.完全吸收电解法微量水份仪

①测量原理：气样流经一个特殊结构的电解池时，所含的水蒸气被P₂O₅膜层吸收并电解。当吸收和电解过程达到平衡时，电解电流正比于气样中的水蒸气含量，从而可通过测量电解电流得知气样的湿度。②适用范围：完全吸收电解法微量水份仪可用于多种惰性气体及某些不与P₂O₅反应的气体，测量范围一般为从1μL/L到2000μL/L，在低湿测量中被广泛应用。③

优点：属绝对测量法，稳定性好，不漂移。

缺点：电解池寿命有限，使用成本偏高；高湿或低湿均会缩短其寿命，低湿时响应慢；不能用于某些腐蚀性气体及能与P₂O₅发生反应的气体。

结语：

鉴于对以上几种湿度主流测量方法的对比分析，在选择湿度仪表的时候可以参考以下建议：

湿度基准或实验室分析（样气理想，要求测量准确度高），现场检测（要求测量准确度高）：建议选择冷镜式露点仪；

CEMS成套湿度测量（在线监测，测量工况复杂，干扰因素多）：可以选择阻容式湿度测量仪；

气体空分行业露点测量（水分含量低，露点在-70℃以下）：建议选择电容式湿度测量仪。
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