燃煤電廠煙道氣採樣及不透光度相關研究

Wolf and Seaba(1994)研究燃煤發電廠煙道排氣造成能見度下降的成因[5]，指出減少 煙道氣體中的高濃度SO3，可改善酸霧所造成的不透光度增加問題。燃煤發電廠通常藉 由安裝洗滌塔來控制SO2的排放，但會增加煙流中水汽含量，影響具潮解性硫酸鹽微粒 的粒徑。

Lou et al.(1997)針對裝有靜電集塵器的兩座燃煤工廠(煉鋼廠與造紙廠)和一座燃重 油發電廠[6]，探討煙道氣中微粒與硫酸鹽濃度對不透光度之關係。採樣分析的項目包括 微粒濃度、總含水硫酸鹽、微粒粒徑分佈及煙道氣體組成成分。微粒的採樣方法為國內 環保署公佈之ROC EPA Method 1(修改自 U. S. EPA Method 5)量測固定源的微粒總質量 濃度，並使用分徑範圍為0.25–20 μm 的九階多階衝擊器(cascade impactor)量測微粒粒徑 分佈。亦利用 U. S. EPA’s MM6 量測總水溶性硫酸鹽(SO42-)濃度，使用離子層析儀 (Ion-Chromatograph , IC , Model DX-100 Dionex)分析採集到的樣本。表 2-1為不透光度 和現場採樣分析之結果，顯示不透光度會隨著微粒濃度或總水溶性硫酸鹽濃度增加而上 升；在不同的操作條件下，微粒平均粒徑(mean diameter)幾乎維持不變，表示不透光度 和微粒平均粒徑之間的關係並不顯著。圖 2-1為三種不同排放管道之煙道氣體，微粒經 由靜電集塵器處理後之粒徑分佈和累積分佈比率圖，顯示靜電集塵器已去除粒徑大於10 μm 以上的微粒，燃煤鍋爐和燃重油鍋爐煙道氣中微粒的平均粒徑分別為 6~8.8 μm 和 2.8~2.9 μm。

表 2-1 不透光度和現場採樣分析的結果。A, B：燃煤鍋爐煙道，C：燃重油鍋爐煙道，

OP：不透光度，Mp：微粒質量濃度，dp：微粒平均粒徑，Kp：散光係數[6]

圖 2-1 三種不同排放管道之煙道氣體，微粒經由靜電集塵器處理後之粒徑分佈和累積 分佈比率圖。A, B：燃煤鍋爐煙道，C：燃重油鍋爐煙道[6]

Meng et al.(2000)使用計算模式模擬燃煤發電廠之煙囪排放一次微粒及排出氣體凝 聚形成的二次微粒對不透光度的影響[7]，模式中考慮了浮力、動量、氣膠熱力學平衡及 微粒核化、凝結等作用，粒狀物的化學組成模擬假設氣體/微粒平衡過程包含硫酸鹽、硝

酸鹽、氯化銨及水汽等物種。模式中模擬發電廠裝設靜電集塵器(electrostatic precipitators, ESP)與煙道氣脫硫設備(flue gas desulfurization, FGD)兩種不同的空氣污染防治設備，探 討不同空氣污染防治設備組合對不透光度之影響，一種為發電廠有安裝 ESP 但無加裝 FGD，另一種為發電廠同時安裝 ESP 與 FGD 裝置。結果顯示，在僅安裝 ESP 的情形下，

不含硫微粒的粒徑範圍為0.1~1 μm，排放率為 1.2 g/s；含硫微粒的粒徑範圍為 0.02~2.5 μm，排放率為 0.2 g/s。在排放率低時，不透光度的模擬值幾乎和一次微粒的排放率呈線 性關係。在安裝ESP 與 FGD 的條件下，因 FGD 會增加燻煙中水汽的含量及降低溫度，

Meng et al.[7]考慮SO3氣體/微粒轉化的兩個極端例子，第一個例子假設所有的 SO3溶解 在煙流的凝結水滴中，SO3的排放和一次微粒與水汽蒸發有關，故可忽略核化形成硫酸 的作用；第二個例子假設SO3在氣相中轉化成H2SO4，並在凝結成一次微粒或液滴之前 核化生成新的微粒，故核化和凝結作用皆須考慮在內。圖 2-2 為考慮及不考慮 H2SO4

核化作用下，不透光度模擬值和SO3排放率之關係，當忽略硫酸核化作用時，因所有的 硫酸蒸汽會凝結於已存在的微粒上，增加微粒的大小與質量，可更有效地散射光線，故 不透光度會隨著SO3排放率的增加而明顯上升。若考慮核化作用，而忽略膠結時，不透 光率會保持定值；或者考慮膠結時不透光度會隨著H2SO4排放率的增加而輕微增加。當 考慮核化作用，煙流中大部份的H2SO4會形成新的細微粒，這些新形成的硫酸微粒沒有 足夠時間藉由膠結作用增長成大微粒來顯著地散射光線。研究更探討膠結作用對不透光 率之影響，當SO3排放率為2 g/s，排放出的 SO3只有5%會成長至粒徑大於 0.1 μm 的硫 酸鹽微粒，不透光度亦只增加10 %；當 SO3排放率為10 g/s，排放出的 SO3有25%會成 長至粒徑大於0.1 μm 的硫酸鹽微粒，不透光度以 2 的倍數增加。若忽略膠結作用對不 透光率之影響，H2SO4微粒的粒徑會維持在對不透光率不會造成影響的範圍。

圖 2-2 考慮及不考慮 H2SO4核化作用下，不透光度模擬值和SO3排放率之關係[7]

葉(2008)的研究提供某燃煤電廠加裝靜電集塵器之煙囪的煙道檢測資料如圖 2-3所 示[8]，可知煙道氣體的微粒重量大部分集中在次微米範圍約0.6~2 μm 之間，質量中間 粒徑( MMAD )為 2296 nm、數目中間粒徑(NMAD)為 180 nm、幾何標準偏差(g_{)為 2.51。}

1 10 100 1000 10000 100000

Aerodynamic diameter, nm 0

2000 4000 6000 8000 10000

dM/dLog(Dp), g/m3

MOUDI fitting curve MMAD = 2296 nm NMAD = 180 nm

_g = 2.51

圖 2-3 質量濃度分佈圖，83/04/15，電廠 3 號機煙囪