Tutkimuksia aerosolihiukkasten emissiosta, näytteenotosta ja autenttiuudesta

Emissions of coal combustion fly ash through real scale ElectroStatic Precipitators (ESP) were studied in different coal combustion and operation conditions. Sub-micron fly-ash aerosol emission from a power plant boiler and the ESP were determined and consequently the aerosol penetration, as based on electrical mobility measurements, thus giving thereby an indication for an estimate on the size and the maximum extent that the small particles can escape. The experimentals indicate a maximum penetration of 4% to 20 % of the small particles, as counted on number basis instead of the normally used mass basis, while simultaneously the ESP is operating at a nearly 100% collection efficiency on mass basis. Although the size range as such seems to appear independent of the coal, of the boiler or even of the device used for the emission control, the maximum penetration level on the number basis depends on the ESP operating parameters. The measured emissions were stable during stable boiler operation for a fired coal, and the emissions seemed each to be different indicating that the sub-micron size distribution of the fly-ash could be used as a specific characteristics for recognition, for instance for authenticity, provided with an indication of known stable operation. Consequently, the results on the emissions suggest an optimum particle size range for environmental monitoring in respect to the probability of finding traces from the samples. The current work embodies also an authentication system for aerosol samples for post-inspection from any macroscopic sample piece. The system can comprise newly introduced new devices, for mutually independent use, or, for use in a combination with each other, as arranged in order to promote the sampling operation length and/or the tag selection diversity. The tag for the samples can be based on naturally occurring measures and/or added measures of authenticity in a suitable combination. The method involves not only military related applications but those in civil industries as well. Alternatively to the samples, the system can be applied to ink for note printing or other monetary valued papers, but also in a filter manufacturing for marking fibrous filters.Työssä tutkittiin erilaisissa poltto- ja suodatusolosuhteissa aiheutuvia hiilenpolton lentotuhkapäästöjä teollisen mittakaavan sähkösuodattimen läpi. Voimalan kattilan ja sähkösuodattimen päästöjen perusteella määritettiin sähkösuodattimelle lentotuhka-aerosolin läpäisy hiukkaskoon funktiona alle mikrometrin kokoisille pienhiukkasille sähköisen liikkuvuuden perusteella. Tällöin saatiin arvio hiukkaskoista ja vastaavista läpäisyn maksimitasoista, jolla pienhiukkaset voivat päästä sähkösuodattimen läpi. Kokeelliset mittaukset osoittavat pienhiukkasten maksimiläpäisyn voivan olla kapealla kokoalueella jopa 4-20% hiukkasten lukumäärän perusteella määritettynä, vaikka samalla tavanomaisesti määrityksissä käytetyn kokonaismassapitoisuuden perusteella sama sähkösuodatin voikin kerätä liki 100 %:n tehokkuudella hiukkaset lentotuhkan massasta. Vaikka läpäisevien hiukkasten kokoalue sinänsä näyttää olevan riippumaton hiilestä, kattilasta, ja jopa päästöjen rajoittamiseksi käytetystä laitteesta, riippuu pienhiukkasten läpäisytaso, lukumääräpitoisuuden mukaan määritettynä, sähkösuodattimen käyttöparametreistä. Stabiilin hiilenpolton aikana kattilasta aiheutuvat mitatut päästöt olivat stabiileja. Kunkin voimalaitoksen pienhiukkaspäästöt vaikuttivat olevan erilaisia voimalaitoskohtaisesti ja siten osoittaen mahdollisuutta käyttää alle mikrometrin kokoisten lentotuhkahiukkasten kokojakaumaa eräänä tunnistuksen erityispiirteenä aerosoliin perustuvassa autentikoinnissa, edellyttäen stabiilia toimintaa polttolaitteistoilta. Päästöjen mittaustulosten perusteella voidaan todeta tietyn hiukkaskokoalueen olemassaolo, jota aluetta voidaan soveltaa ympäristönäytteiden avulla suoritettavassa tarkkailussa todennäköisyyden löytää tiettyjä jälkiä näytteissä optimoimiseksi. Tässä työssä esitetään myös aerosolinäytteiden autentikointisysteemi jälkitarkastusta varten suoritettavaksi mistä tahansa makroskooppisesta näytepalasta. Systeemi voi tällöin käsittää työssä esitettyjä uusia laitteita, toisistaan riippumattomasti tai myös yhdistelmänä käytettäväksi järjestettynä näytteenottopituuden pitkittämiseksi ja/tai autentikoinnissa käytettävän merkin, tagin, valintamahdollisuuksien kasvattamiseksi. Näytteen tagi voi perustua sopivassa suhteessa näytteessä luonnollisesti esiintyviin näyteominaisuuksiin ja/tai lisättyihin näyteominaisuuksiin. Systeemiä voidaan soveltaa käytettäväksi niin siviili- kuin sotilastekniikassa. Ympäristönäytteiden autentikoinnin lisäksi systeemiä voidaan käyttää esimerkiksi setelien tai arvopapereiden painatuksessa käytettävissä musteissa, mutta myös kuitusuodattimien valmistuksessa