固體廢棄物管理第 13 章熱轉換處理技術

固體廢棄物管理第13章熱轉換處理技術 Ref:李王永泉、施明倫譯，固體廢棄物管理，滄海書局，1998 簡報人: 陳炳宏

簡報內容 • 13.1 熱處理程序之基本機制 • 13.2 焚化系統 • 13.3 熱解系統 • 13.4 氣化系統 • 13.5 環境控制系統 • 13.6 能量回收系統

13.1 熱處理程序之基本機制 化學當量燃燒組成反應如下： C+02 C02 2H2+02 2H20 S+02 S02 假設乾空氣中含有23.15%重量百分率之氧 1磅之碳燃燒需11.52 lb空氣(1/12) *32/0.2315)) 氫與硫所需要之空氣量分別為34.56 lb與4.31 lb

13.1 熱處理程序之基本機制 過量空氣燃燒固體廢棄物之組成與性質相當不一致不可能以化學當量燃燒方式與空氣進行燃燒實用之燃燒系統必須以過量空氣來促進混合與攪拌過量空氣之應用會影響燃燒產物之溫度與組成（例煙道氣組成）

Ex 4-2

焓(Btu/mole)

13.2 焚化系統 焚化系統之種類(1987年美國) 混合固體廢棄物燃料68% 固體廢棄物衍生燃料(RDF) 23% 9%則為其他混燒模式焚化系統(例氣化爐)

13.2 焚化系統 流體化床焚化系統是一垂直的鋼鐵圓柱燃燒室底部充滿粒狀惰性固體，以做為傳熱介質維持穩定的介質固體存量（砂為最常用之介質）空氣由爐床底部之分散盤平均進入爐內空氣通過粒子床時會產生流體化且體積膨脹至兩倍粒狀固體受氣上升不停地翻滾有如沸騰之液體加入補助燃料（如天然氣式燃料油）爐內溫度可達1,450 -1,750。F

13.2 焚化系統 熱回收系統可降低系統操作費用與空氣污染防治設備之成本高溫水可做為工業利用高溫蒸汽除可加熱外更可利用渦輪機轉變生成電能。熱回收方式有兩種：水管牆：以連續式水管排列且非熱交換處須絕緣廢熱鍋爐：通常用於模具式焚爐系統

13.2 焚化系統 系統選擇的準則工程品質的準則完整的工程規範規定系統的功能不作太詳細的規範，如爐床型式、灰燼處置系統等。採用功能規範可擴大工業界的競爭力及技術的升級採用功能規範能選擇較具經濟效益的系統。一般典型的功能準則包含: 進料量、可靠度、體積及重量減少量、廢氣排放量、發電量、空間需求及水電基本需求等。

13.2 焚化系統 經濟效益的準則在多套競爭的系統中經濟效益的評估很重要。評估方式採用整個系統的使用年限已考慮系統的操作維護成本。目前已發展出一套標準的使用年限成本的計算方式可將投資成本、操作營運成本及年收入加以標準化為目前的淨值再以每噸多少元作為評估依據。

13.2 焚化系統 混合固體廢棄物燃料

13.2 焚化系統 混燒式燃燒器

13.2 焚化系統 RDF燃燒器

13.2 焚化系統 RDF流體化床燃燒系統

13.3 熱解系統 熱解程序所製造的三個主要組成： 1.氣體部分有氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳與其它氣體 2.液體組成有焦油或石油、醋酸、丙酮、甲醇與複雜的含氧碳氫化合物液體再經另外處理程序合成燃料油品，如六號燃料油 3.煤焦(char) 由純碳與原存於固體廢棄物中的惰性物質所組成

13.3 熱解系統 熱解系統操作之失敗原因：前處理所得鋁與玻璃純度會影響整個系統的經濟效益所產生可出售的熱分解油品的水分含量佔52% 此52%非模型試驗廠預測的14% 油品中的水分增加會使油品的能量減少到3,600 Btu/lb 此能量與模型廠試驗預測的9,100 Btu/lb相差太多。

13.4 氣化系統 氣化程序能減少固體廢棄物體積能回收能源氣化作用本質上是部份燃燒含碳燃料產生含CO，H2與一些飽和碳氫化合物主要是CH4等這種可燃的燃料氣體可用做內燃機、汽油渦輪或鍋爐中燃燒

13.4 氣化系統 氣化爐發展歷史自十九世紀起開始使用最早的煤炭氣化爐氣化爐於1839年在德國建造，1861年時又另地造使用在重工業熔爐 1881年英格蘭發展出具氣體淨化與冷卻設備的氣化爐 20世紀，所有的纖維殘留物如橄欖核、稻草、胡桃殼都能被氣化早期氣化爐所產生的燃料主要是提供磨粉與農業上使用的內燃機輕便型氣化爐在20世紀才出現，安裝在船、汽車、卡車與牽引機

13.4 氣化系統 二次世界大戰汽油短缺時氣化爐技術迅速發展戰爭期間法國有超過60,000輛車子是用燃煤來當動力瑞典有75,000輛車子用燒木材之氣化爐(公車、汽車、卡車、船) 戰後汽油與柴油很便宜，氣化爐技術又被遺忘

13.4 氣化系統 氣化的最終產物 50%的CO2 14%的CO 30%的H2 24%的CH4 1% N2 1% 冷凝的液體與熱解之石油相似物固體焦碳含碳與惰性物質

13.4 氣化系統 氣體熱量低熱量氣體大約具有150Btu/ft3 在Purox系統可產生中級熱量的氣體其熱能大約有300Btu/ft3 氣化爐之種類垂直固定式爐床水平固定式爐床流體化床多層爐床旋轉窯氣化爐

13.4 氣化系統 垂直固定式爐床氣化系統

13.4 氣化系統 Purox供氧氣化系統

13.4 氣化系統 模組式燃燒裝置

13.5 環境控制系統 空氣排放氮氧化物組成為一氧化氮與二氧化氮是燃燒所產生的是臭氧與硝酸過氧乙醯（光化學煙霧）形成的前驅物氮氧化物也會形成硝化氣膠會引起酸霧與酸雨二氧化硫燃燒含有硫的燃料所造成對眼睛、鼻子與喉嚨有刺激性的氣體。在高濃度下會造成死亡或引起如氣喘或支氣管炎等

13.5 環境控制系統 一氧化碳在不完全燃燒下所產生與血液中的血紅素結合形成羧基血紅素(HbCO) 一氧化碳會取代血液中的氧氣，使人體組織缺氧微粒狀物質(PM) 燃燒過程中所產生大約有20至40%粒徑小於10μm的微粒狀物質排放有7至10%的微粒物質其粒徑小於2 μm。

13.5 環境控制系統 金屬廢棄物中的金屬如鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)、鉛(Pb)等在燃燒後金屬可能會排放出微粒狀或是蒸氣戴奧辛氯酚是導致形成PCDDs與PCDFs反應的前驅化合物可在被氯酚與氯苯污染之廢棄物中發現，如農藥、紙和木材防腐劑

13.5 環境控制系統 酸性氣體燃燒含有氟與氯的廢棄物會導致酸性氣體的形成氟在許多產品中的含量極少，氯主要在塑膠製品燃燒含硫或含氮的廢棄物也會產生酸性氣體與大氣中的小水滴反應形成硫酸二氧化氮的排放會在大氣中形成硝酸。

13.5 環境控制系統 空氣污染控制系統靜電集塵器、織布過濾器（控制粒狀污染物）污染源分離、燃燒控制、煙道氣處理（控制NOx）污染源分離、濕式或乾式滌氣（控制S02和酸性氣體）燃燒控制（控制CO、NOx和HC）選擇污染防治設備以所需的去除率為依歸

13.5 環境控制系統 靜電式

13.5 環境控制系統 袋式

13.5 環境控制系統 酸氣吸附—泰勒洗塵槽

13.6 能量回收系統 能量回收蒸氣渦輪系統一般最常見的能量回收系統蒸氣推動渦輪機且冷凝後回流到鍋爐成為進流水蒸氣渦輪機可用來推動發電機產生電能氣體渦輪發電系統氣體渦輪機類似一台噴射引擎

13.6 能量回收系統 渦輪發電機機組成壓縮機以增加空氣燃料混合的密度燃燒器及渦輪機則可以使其產生機械能發電機可直接連接在氣體渦輪機上用於發電。內燃機系統內燃機使用活塞和軸承，取代原有的氣體渦輪使用的燃料來自於固體廢棄物經熱分解或生物作用所產生的氣態或液態燃料

13.6 能量回收系統 蒸氣與空氣渦輪發電示意圖

13.6 能量回收系統 加熱種類與加熱效率

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