Einfluß der relativen Feuchte auf die Größe von Flugaschepartikeln

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurde das Partikelwachstum von Flugasche aus der TAMARA-Versuchsanlage in Abhängigkeit von der relativen Feuchte und von der Massenkonzentration untersucht. Dazu wurde die Flugasche mit Hilfe eines Feststoffdispergierers in ein Strömungssystem dispergiert. Aus dem Strömungssystem wurde die Probe isokinetisch entnommen. Zur Messung der Größenverteilung der Flugasche stand ein Streulichtanalysator für den Meßbereich von 0,3 bis 20 µm zur Verfügung. Als Vergleich bei der Bestimmung des Modalwertes der Größenverteilung im Trockenzustand diente die Rasterelektronenmikroskopie (REM).

Im Trockenzustand ergibt sich, daß ein Teil der Flugaschepartikeln kleiner als 0,3 µm ist, so daß keine vollständige Partikelgrößenverteilung der Flugasche vom Streulichtanalysator erfaßt wird. Trotzdem liefert die Auswertung der PCS-Messungen nach Korrekturmaßnahmen gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen der REM-Auswertung. Es wurde auch bewiesen, daß die vom Streulichtmeßgerät erfaßte Verteilung ungefähr die Hälfte von der vollständigen Verteilung ist.

Bei Erhöhung der relativen Feuchte im Strömungssystem wurde bis zu einem Wert von ca. 65 % r.F. keine Änderung der Größenverteilung beobachtet. Erhöht man die relative Feuchte weiter, wird eine Verringerung der Verteilungsbreite beobachtet. Die Abnahme der Verteilungsbreite kennzeichnet das Wachstum von Partikeln durch Kondensation. Dabei wurde ein Anwachsen der Flugaschepartikeln festgestellt.

Das beobachtete Partikelwachstum war kleiner als erwartet. Bei einer relativen Feuchte von 99 % beträgt das maximale Partikelwachstum etwa einen Faktor 1,7. Das ist gering im Vergleich zu dem Wachstum von Salzpartikeln. Das läßt sich zum einen möglicherweise damit erklären, daß die elementare Zusammensetzung der Flugasche wasserunlösliche Anteile enthält, die die hygroskopische Eigenschaft der Flugasche im Vergleich zu reinen Salzpartikeln vermindern. Darüber hinaus könnte durch die unregelmäßige Form der Flugaschepartikel zunächst eine Verkleinerung statt Vergrößerung der Partikelgröße am Anfang der Wachstumsstrecke stattfinden. Danach steigt die Partikelgröße wieder, so daß das gemessene Wachstum klein erscheint.

The influence of relative humidity on the size of fly ash particles

Summary

The present paper describes investigations on the growth of fly ash particles in dependence of relative humidity and mass concentration. The fly ash particles were sampled at the TAMARA test plant and added to the humidified air stream of a flow system by use of a commercial particle generator. Samples were taken isokinetically. The particle size distribution was measured by a light scattering particle counter which operates in the size range 0.3 - 20 m m. For comparison, the dry particle size distribution was determined by scanning electron microscopy (SEM).

A significant portion of the dry fly ash particles was found to have diameters below 0.3 m m. Hence, this fraction escapes the detection by the light scattering particle counter and the resulting size distribution appears incomplete. By comparison with SEM results, it was shown that only about one half of the size distribution of the dry fly ash particles is detected by the light scattering particle counter. A numerical correction was investigated and evaluated which permits to derive valuable results from the measured incomplete particle size distribution.

If the relative humidity in the flow system is increased up to about 65 %, no change of the size distribution can be detected. Further increase of the relative humidity leads to an increase of the particle size. Simultaneously, the width of the size distribution is found to decrease. These observations are characteristic for condensational particle growth and they are in agreement with theoretical expectations.

The observed increase of the particle size was below expectations. At a relative humidity of 99 %, the particle diameter was about 1.7 times larger than the diameter of the dry particles. This increase is small in comparison to the growth of pure salt particles measured earlier with the same flow apparatus. A possible explanation is that insoluble constituents of the fly ash reduce its hygroscopicity in comparison to pure salt. This would slow down the condensational growth of the particles. Moreover, since the solid fly ash particles have irregular shapes and a corresponding low density, uptake of water vapour may be expected to transform the particles into compact spherical droplets of higher density and lower size initially. Thereafter, the droplets would undergo usual condensational growth. The overall effect on particle size, however, would appear low.