粒状物连续排放监测系统管道之微粒沉积特性评估与改进研究

摘要

由于大气粒状物(particulate matter,PM)连续排放监测系统CEMS(Continuous EmissionMonitoring Systems)可以提供实时的污染物排放浓度信息,因此是落实污染排放者付费与污染减量的有力工具.其中抽取式PM CEMS是利用采样管道抽取部分的排放气体,再以大量的干燥、干净的空气加以稀释,在实务上虽然具有避免凝结水造成PM CEMS高估微粒浓度的优点,但是过长的管道再加上不良的设计如采样入口、管道弯曲、稀释管设计与管径变化等因素都会造成微粒的沉积损失而低估微粒的实际浓度.于是本研究以实际实验测试并搭配模式计算的方式探讨不同粒径微粒在某市售PM CEMS之采样管道中的传输效率(transport efficiency),藉此以了解该系统的使用限制,并且进一步提供该类型设备在微粒传输管道的设计与评估方法之建议.本研究先利用过去文献中所提出的经验公式,代入PM CEMS采样管道实际尺寸与采样流量等参数,计算不同粒径微粒在采样管道中的传输效率,再设计实验进行测试比对.实验中使用超声波雾化器(Ultrasonic Atomizing Nozzle,Model8700-120MS,Sono-Tek Inc.,Ponghkeepsie,NY,USA)产生1-10μm多粒径氯化钠微粒以评估其在不同管道中传输效率.由于液滴微粒在产生的过程中会带有电荷,因此液滴微粒在产生之后立即使其通过带电中和器(aerosol neutralizer),使微粒的带电状态呈波兹曼带电平衡分布(Boltzmann equilibrium charge distribution).中和带电后的液滴微粒与另一道经高效率滤材过滤后的压缩空气混合,一方面让液滴微粒完全干燥以固定测试微粒的粒径分布,另一方面也将微粒的浓度稀释至仪器最佳的量测范围.而有关微粒的传输效率的评估方面是利用气动微粒分径器(Aerodynamic Particle Sizer,APS,Model APS3321,TSI Inc.,St.Paul,MN,USA)分别针对采样入口、采样直管和90°弯管进行测试.量测方式是先取得测试腔内微粒的粒径分布与浓度做为上游值,再将APS移至各评估管道的出口处测得另一个微粒的粒径分布与浓度做为下游值,而将不同粒径微粒的下游浓度值除以上游浓度值即可获得采样管道的传输效率与微粒粒径的函数曲线.研究结果显示,虽然公式计算与实际测试数据之间有所差距,但是两者均显示90％以上的10μm微粒会损失在该PM CEMS的传输管道之中,而随着粒径减小则损失越少,当微粒粒径为2.5μm,传输效率则可达90％以上,因此在不改变采样管道设计下,于采样探头前端加装分径器可以提高量测结果的正确性.