工業節能技術─純氧燃燒

                 目前大氣中最主要的人為排放溫室氣體是二氧化碳;而排放的主要方式為燃燒化石燃料(石油、天然氣和煤炭),其他部分則還有工業製程、尾氣燃燒或生質燃料燃燒…等。目前雖然許多國家致力於減少化石燃料的使用,希望能夠減緩能源匱乏的壓力,但對於二氧化碳的排放問題尚未有明顯的幫助。因此目前為了解決二氧化碳排放的問題便有一系列的技術開發,如捕獲(Capture)、分離(Separation)、儲存(Storage)、運輸(Transport)和隔離存置(Sequestration)等方式;其中以捕獲二氧化碳技術的難度高,所需成本也最大。

                 國內現今應用於工業節能的技術大約可分為:質能平衡與汽電共生、製程氣混燒、區域能源資源整合分析、動力工場能源調度最佳化、純氧燃燒技術等。其中純氧燃燒技術是將傳統燃燒的助燃空氣改為氧氣和迴流煙道氣(Recycled Flue Gas, RFG)的混合氣;氧氣來源為空氣分離廠(Air Separation Unit, ASU),而迴流煙道氣主要將煙道氣經過除塵、除硫、冷凝之後所形成的高濃度二氧化碳煙道氣,再經迴流管路至燃燒系統與氧氣混合。由於單純以氧氣為助燃氣的燃燒火焰溫度會非常高,因此以迴流煙道氣與氧氣混合當助燃氣,則是能夠有效控制火焰溫度,以及降低熱式氮氧化物(Thermal NOX)的生成。

                 純氧燃燒技術與普通燃燒技術相比,具有如下優點:

(1)   理論空氣量減少:隨著含氧量的增加,燃燒所需的理論空氣量將會減少。例如:甲烷在含氧量28%與含氧量21%的條件下燃燒,其理論所需的空氣量可減少25%。

(2)   火焰溫度較高:火焰溫度會隨著含氧量的增加而增加;但是過高的火焰溫度會使得熱式氮氧化物(Thermal NOX)急遽增加。因此會藉由迴流煙道氣的方式與氧氣進行混合,藉此達到控制火焰溫度與減低Thermal NOX

(3)   節約能源:由於純氧燃燒的火焰溫度較高;其火焰與被加熱物之間的溫差增大,會使爐內的輻射熱傳增加,進而提高爐內熱量利用率。當含氧量為45%且煙道氣溫度為1200oC時,燃料大約節省34%,並同時減少排煙量;進而使得排煙熱損失也相對降低,因此提高了設備熱效率。

                 降低污染排放:純氧燃燒可減少排煙量,進而減少CO、CO2等污染物的排放;並且由於迴流煙道氣含有高濃度的二氧化碳,因此對於二氧化碳後續的捕捉、封存或再利用能以更有效率的方式進行處理。

作者介紹

國立成功大學 陳俊貴 助理研究員
燃燒工程應用技術、噴霧與液滴流體動力與燃燒特性研究、建築節能與防火安全研究、內燃機