锅炉燃烧调整

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低氮氧化物燃燒器是目前應用最廣泛的脫氮設備之一，其
去除率在 30~40%，且有安裝方便，不需額外空間及經濟 等優點。低 NOX 燃燒器在設計上，不外採用下列四種方 式（或其交互應用）：(a)控制混合式，利用漩渦器或分散 盤，控制燃料與空氣的混合強度，以降低 NOX 生成；(b) 分散火焰式，使燃燒火焰體積增大，可降低火焰溫度，因
適當調整燃燒器可以使得燃燒火焰處於最佳狀態，但是有
些空氣污染物（NOX 和 SOX）排放量仍然高過標準，需要 額外的污染控制技術和後處理設備來進一步的減量或移 除燃燒排放污染物。
1
吾人曾選定南部地區四家
220
工廠的燃油鍋爐，針對鍋爐氮
氧化物排放情況進行了解，並
200
以燃燒調整法來降低氮氧化物
NOx (ppm)
力超出液滴表面包覆力時，
液滴將被爆裂擠碎，形成一
些小液滴。此一微爆特性有
助於提升燃燒效率，促進劣
質燃油的利用，微爆產生的
水蒸汽有局部降溫的效果，
因而降低熱式 NOX 排放。
所謂燃燒過程改善技術，一般而言是經由改變火焰結構之
方式，以達到降低 NOX 的效果，其技術範圍從簡單的燃 料/空氣調整到複雜的燃燒器及設備的置換，均屬燃燒過程
改善之範疇。常見的燃燒過程改善技術，包括燃燒系統調
3
整法（如前所述）、分段燃燒法、煙道氣迴流法、再燃燒 法、及使用低氮氧化物燃燒器等。
吾人曾針對某一化纖廠之汽電共生廠，進行燃煤鍋爐燃燒調整實 務示範，調整結果可明顯降低燃煤鍋爐之氮氧化物排放量達 19.4%， 煙氣含氧量降低 38%，煙氣溫度降低 3%，以及飛灰所含未燃碳降低 21%，而調整後之鍋爐整體效率則提升了 3.9%。
廢氣後處理技術有選擇性觸媒還原法(Selective Catalytic
Reduction, SCR)、或選擇性非觸媒還原法(Selective Non-
Catalytic Reduction, SNCR)等，係利用還原劑注入煙道氣
中，並在設定的反應條件下，將 NOX 還原成 N2 的方法。
SCR 利用 NH3、H2、CO 或碳氫化合物等還原劑，配合適
一氧化碳控制技術
一氧化碳是碳氫燃料燃燒過程的中間產物，當氧氣量不足
時，一氧化碳會以最終產物的型態出現在排氣中。一氧化 碳並不適合於廢氣後處理去除技術，而需要由其生成途徑 來控制它的形成，亦即調整燃燒所需空氣量。如前所述， 改變空氣量對 CO 和 NOX 效應是互相衝突的，一般調整 控制目標係以 CO 為主，NOX 可利用其他技術再行移除。
燃料前處理技術是改用含氮成分較低的燃料（如天然
氣），或減少燃料中含氮成分（加氫脫氮處理），進而避免 燃料式 NOX 污染物的生成。但因此法成本高，且仍無法 避免因高溫所生成的熱式 NOX 與瞬式 NOX，加上目前所 面臨能源短缺的壓力，未來使用燃煤或重油的機會將會相 對的增加，故此法能達到的控制效果相當有限。目前發展 的燃料前處理技術，因而偏向使用燃料添加劑，或使用具 有微爆特性的乳化、漿狀燃料。
NOx, CO 排放濃度
黑煙產生點 臨界操作點
燃燒調整
適當調整燃燒器可以控制、並維持燃燒火焰處於最佳狀
態，是最基本且最經濟的節約能源和控制污染手段。
火焰燃燒所需的實際空氣量，通常超過化學計量比的理論
空氣量，因為適當的過剩空氣量有助於流體混合，使得燃 燒火焰達到完全燃燒狀態，同時也可降低一氧化碳及固體 微粒排放。燃料完全燃燒和適當空氣量，代表燃料和空氣 的充分利用，可以得到最佳燃燒效率，因此節約燃料而促 成二氧化碳減量。
低空氣 z 降低峰焰溫度。 預熱法
5~15
舊廠
無
低
z 會降低鍋爐效率。 z 適合排放在法規邊緣時採用。
水或蒸汽 z 降低峰焰溫度。 注入法
＜70
氣渦輪 機
HC，CO
中
z 會降低燃燒效率。 z 耗費能源。
低 NOX 燃燒器
z 二段式燃燒過程 z 第一階段減少所需空氣量。 z 第二階段減低峰焰溫度。
廢氣後處理技術尚有濕式同時脫硝、脫硫法，係將煙道氣
的 NOX 藉由化學溶液之吸收作用轉移至液相，再將乾淨 的氣體分離，而達清淨空氣之目的。主要的濕式處理技術 包括氧化/吸收法、吸收/還原法、及氧化/吸收/還原法等。
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各種氮氧化物控制技術比較
控制技術
原理
去除率(%) 應用 二次污染 費用
備註
z 減少氧之利用率。 分段燃燒法 z 降低峰焰溫度。
火焰上方空氣法示意圖(Combustion Technology Manual, IHEA, 1994)
使用 OFA 方式燃燒重油（左圖）及柴油（右圖） 所產生的 NOX 減量效果
4
分段空氣 （燃料）
燃料（空氣）
分段空氣 （燃料）
主要燃燒區
二次燃燒區
The John Zink Combustion Handbook Charles E. Baukal, Jr., Editor, 2001.
之排放，及改善鍋爐效率。
180
針對編號 A3 鍋爐之一系
列燃燒調整結果，我們選取較
相近的負載範圍，探討 NOX
160
排放濃度及鍋爐效率隨過剩氧
量之變化關係（如右圖所示）。 140
圖中（）內之數字代表該組實
2
驗數據之鍋爐負載變化範圍。 88
由右圖所顯示之燃燒調整結
果，我們可以發現在相同負載 86
之下，降低過剩氧濃度可以使
7
氧化物排放標準要求很高，或於有效之熱式脫硝溫度範圍
內不易注入 NH3 時，可考慮利用 SCR 技術以去除氮氧化 物。值得注意的是，由於大部份 SCR 技術皆需使用稍為 過量的 NH3，以達到氮氧化物去除效果，惟未反應 NH3 的洩逸，會造成另一惡臭之環保問題，通常處理效率於 80~90%時，將會排放 10~20ppm 的 NH3。
完全燃燒區
Pacific Rim Technologies/ Reaction Engineering International
再燃燒區
個案分析中之燃煤鍋
主燃燒區
爐，於再燃燒區採用天然氣
作為二次燃料，採用 10%天
然氣時，NOX 降低率為 46 %，而採用 20%天然氣時，
NOX 降低率則為 58%。
分段燃燒是控制 NOX 排放的有效方法，利用所謂「延遲
燃燒」程序，使完全燃燒區域能偏離主要燃燒區。此種控 制方法可經由下列方式達成：(a)關閉部分燃燒器(Burner Out of Services，BOOS)，(b)火焰上方空氣法(Over Fire Air，OFA)，(c)燃燒偏流法(Biased Firing)，包括分段空 氣法及分段燃料法。
Eff (%)
得 NOX 排放濃度下降，而且鍋
84
爐效率隨過剩氧量的減少而提
高。
82
由此可見，燃燒調整可以
有效的降低氮氧化物，提升燃
80
燒效率，也促成溫室氣體二氧
化碳的減量。
78 2
4
6
O2(%)
8
10
(74~76) (71.2~72.8) (69.6~70) (66~67.6)
4
6
8
10
O2 (%)
分段空氣（左圖）及分段燃料（右圖）燃燒器示意圖
煙道氣迴流法係將部份排放煙道氣迴流至燃燒區，因迴流
氣體之稀釋作用，使得氧氣濃度降低（不足），可使尖端 火焰溫度降低，便可減少熱式 NOX 之生成。
當煙道氣迴流率增加時， 燃燒室外部煙道氣迴流 熱式 NOX 將減少，惟大量迴流 煙道氣勢必影響火焰之穩定 度、及熱輸出率。煙道氣循環 對燃料式 NOX 之生成毫無影 響，故本法大多使用於低氮燃 料（例如天然氣或燃油）之燃 燒狀況，其 NOX 減少率可達 50~70%，但對煤及重餾油分則 僅能降低 10~30%。由於煙道氣 燃燒室內部煙道氣迴流 迴流法具有可與大部份其他氮 氧化物控制方法配合之優點， 所以許多工業用低氮氧化物燃 燒器，皆與煙道氣迴流法合併 使用，以提升其整體效率。
一般工業界處理一氧化碳的方式係將其收集後，於高溫爐
或廢熱鍋爐中再燃燒，使一氧化碳成為工廠熱源需求中的 回收能源而具經濟價值。一氧化碳再燃燒方式與揮發性有物控制技術
氮氧化物控制技術可分為燃料前處理 (Fuel Specification)
技術、燃燒過程改善(Combustion Modification)技術、及 廢氣後處理(Post-Combustion Treatment)技術三大類。
而降低 NOX；(c)自身迴流式，利用漩渦器的設計，使一 部份燃燒氣體迴流至火焰前端，一方面穩定火焰，一方面
降低氧濃度，可降低 NOX 生成；(d)分段燃燒式，燃燒器 的設計，採用分段空氣或分段燃料的方式，以降低燃燒強
度、氧濃度或產生還原火焰，來降低 NOX 之生成。
內迴流
富燃料區 外迴流
貧燃料區
低 NOX 燃燒器（上圖）及其燃燒流場結構（下圖） Borman, G.L. and Ragland, K.W., Combustion Engineering, 1998. (Toquan, et al., 24th Symp. (Int.) on Combustion, pp.1391-1397, 1992)
10~30（火上或
分段空氣法） 20~40（分段燃
新廠
z 配合其他 NOX 控制技術，可達更佳去除
無
低
率。 z 需注意燃燒不完全時，產生煙塵和 CO。
料法）
z 燃燒管理上相當複雜。
煙道氣 迴流法
z 部份排氣迴流至火焰區。 z 降低峰焰溫度。 z 降低過剩氧量。
30~50
新廠 或舊廠
無
z 可能產生熱效率降低。 低 z 需裝設風車和煙道。