干湿球法测量空气与烟气含湿量计算公式的推导和改正

　　1　前言

　　工业排放的烟气中,由于化石燃料中含有氢元素,与空气燃烧时会产生水汽;或由于燃料中含有水份,或由于在烟气治理时使用了水,使烟气中含有一定 的水份.烟气中污染物的浓度是标准状态下干烟气中的含量,所以在进行烟气监测时,必须测定烟气中的含湿量,以便计算污染物的排放浓度.预测流速法测定烟气 含尘量时也需测定含湿量,以便计算等速采样的流量.

　　含湿量的测量方法有:重量法、冷凝法和干湿球法.较简便快捷的是干湿球法,可现场计算含湿量,确定等速采样流量,进行等速采样.

　　《环境监测技术规范》[1]中干湿球法计算含湿量的公式有不妥之处,测定方法也较繁琐,以下根据物理学的原理和数据,推导出空气的含湿量计算公式,以便对测湿法的改进奠定理论基础.

　　2　空气含湿量计算公式的推导

　　为了便于推导含湿量的计算公式,这里设计这样一套测湿装置,如图1.

　　空气和水都在绝热环境中,只在空气和水之间有热量交换.一定温度,压力、水蒸气压的空气由入口①不断进入水雾室.在水雾室空气和水要进行热量交 换达到温度相同,水不断蒸发达到饱和.水蒸发要吸收热量,体系的温度要降低.随着空气的不断流经水雾室,水不断地循环,水温最终会稳定在一确定的温度上, 此时水蒸发需要的热量等于空气降温放出的热量.这时的水温称为热力学湿球温度,由温度计C续出.温度计B缠有湿纱布,温度计A, B测出的温度分别为原空气的干球温度和湿球温度.

　　设有一质量为m的空气温度为T1,压力为P,体积为V1,水蒸气压力为J1,含水质量为W1,在水温稳定后,从水雾室流出后温度变为T2,压力仍为P,体积为V2,水蒸气压力为J2,含水质量为W2.根据热平衡方程,在此条件下有:

　　式中,Cp为空气热容,△T=T1-T2,qT2为水在温度为T2时的汽化热.

　　根据理想气体状态方程pv=mRT,(1)式可变为:

　　除以V1qT2R水T1得:

　　设C =R水CPR空气qT2,α=V2T1T2V1　并整理得:

　　如果J2-J1与P相比很小,如原空气相对湿度较高,或J2,J1较小时,α≈1则(4)式变为:

　　一般情况下,

　　整理得:

　　关于C值、C=R水CPR空气qT2,CP=1.0J/K·kg　R空气=287J/K·kgR水=462J/K·kg可认为是常数,而水的汽化热q随温度变化,但在一定温度范围内变化是不大的,在30℃左右,qT2可以以q30=2430J/kg代替,此时

　　代入(6)得:

　　取1误差<2%,所以(7)可以简化为