蔣本基臺灣大學：環境工程學研究所陳文屹Chen, Wen-YiWen-YiChen2007-11-292018-06-282007-11-292018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/62691垃圾處理是民生重大問題之一。近年來由於政府的推行，垃圾焚化比例逐年提高，而資源回收等措施對於垃圾質與量的改變，勢必對焚化廠運作造成影響。本研究從焚化爐的監控與操作資料，來瞭解焚化爐的操作條件和性能表現是否正常，並以現有的空氣污染防治設備，經由實驗室模場所發展的效能參數，比較其整合於大型垃圾焚化廠的可行性，最後藉由多變量統計分析方法，透過從垃圾進料、焚化處理、空氣污染防治設備(APCD)的完整流程，深入瞭解大型焚化廠的處理過程與情況，並期望能找出適合都市垃圾焚化廠的操作模式，作為焚化廠改善效能的參考。 研究發現，在垃圾進料成分改變確實影響焚化產物，且當過量空氣比為1.5-1.7，爐溫900℃且停留時間在四秒以上，燃燒室熱負荷、爐床燃燒率、破壞去除率可達到預定水準。APCD中半乾式洗滌塔的操作，將液氣比控制在9 l/Nm3 ，而鈣/酸氣當量比控制在2.2，入口壓力為-40mm- H2O，停留時間減少至原本的56%，可達到合理處理效率並節省資源浪費;戴奧辛控制可藉本文相關模式結果，由活性碳添加量做有效的控制;袋式集塵器方面，可將氣布比及壓力降控制在0.5m/min及150mmH2O以維持合理效能，而利用單一濾布阻力模式來分析，可有效簡化分析時間並提供合理的預測效果，且本研究中也證實，以實驗室尺度的操作參數經修正後可有效預測實廠的操作效能；最後嘗試利用多變量統計分析方法建立APCD效能方程式，以提供焚化廠操作改善並減少煙道污染排放的參考。 關鍵字：都市垃圾焚化廠、空氣污染防治設備、煙道排放、效能評估、多變量統計分析Waste management is one of the most important problems today. Recently years because of the government support, the proportion of waste incineration is increasing. Some strategies including resource recycling, and it would make great impact on the operation of the municipal solid waste (MSW) plant. This research will discuss the operation and performance of the MSW incinerator and its air pollution control devices (APCDs) from the continuous emission monitoring system (CEMS) data. The purpose we try to integrate the laboratory-scale parameters with the efficiency assessment for MSW plant. Otherwise, this research will find out the well operation conditions to improve the efficiency assessment adapting to MSW plant via Multivariate analysis. The results shows that the change in the waste components effect incineration products. It have good performance as the combustion chamber heat loading, stoker burning rate, destruction and removal efficiency and combustion efficiency(CE), will reach the excellent situation. The CE is about 99.98% on condition that the 150%-170% amount of excess air, 900℃ of incinerator temperature, and 4 seconds for residency time. In good operation of semi-dry spray tower, if we control the liquid- gas ratio (L/G) to 9 l/Nm3, the stoichiometric ratio (SR) to 2.2, the inlet pressure of semi-dry sprayer to -40mmH2O, and the residual time to 56% of current setting, the removal efficiency of acid gas could be promoted as well as economizing the use of resources. The relation between dioxin emission and active carbon quantity also be investigated, and the model is established in this part. In the result of baghouse filter , we suggest setting the air to cloth ratio (A/C) to 0.5m/min and the pressure drop to 150mmH2O.It is also confirmed that we can predict the operation condition by simplifying the analyzing process with using single filter model and the lab scale parameters. Finally, this research is established some operation models by the multivariate analysis, and it could be a reference in order to reduce the flue gas emission as well as promote the operation for MSW plant.目錄 致謝 I 摘要 II Abstract IV 目錄 VI 圖目錄 IX 表目錄 XIV 一、緒論 1 1-1 研究動機 1 1-2 研究目的 3 1-3 研究內容 4 二、文獻回顧 5 2-1 焚化爐操作最佳化處理 5 2-1-1 效能參數介紹 7 2-1-2焚化爐效能參數相關研究 12 2-2 半乾式洗滌塔 14 2-2-1空氣量與廢氣量估算 15 2-2-2 影響除酸效率因子 18 2-2-3模式假設與原理 24 2-2-4 戴奧辛控制 29 2-3 袋式集塵器 32 2-3-1 阻力模式評估 36 2-3-2 過濾效率評估 40 2-3-3 洗袋效率評估 45 2-4 績效指標評估 48 三、研究方法 50 3-1焚化廠整體流程 52 3-2焚化爐體操作功能評估 54 3-3半乾式洗滌塔功能評估 57 3-4袋式集塵器功能評估 60 3-5統計模式建立 63 3-5-1 統計參數設定 64 3-5-2 多變量迴歸分析 66 四、結果與討論 69 4-1 焚化爐操作性能分析 69 4-1-1 垃圾量與質分析 70 4-1-2 焚化爐效能評估 75 4-1-3 小結 86 4-2 半乾式洗滌塔性能分析 87 4-2-1 半乾式洗滌塔酸氣去除效率 89 4-2-2半乾式洗滌塔操作因子評估 95 4-2-3 戴奧辛控制 113 4-2-4小結 117 4-3 袋式集塵器性能分析 118 4-3-1過濾效率評估 118 4-3-2阻力模式評估 127 4-3-3 脈衝洗袋效果評估 138 4-3-4 小結 143 4-4 APCD效能綜合評估 145 4-4-1半乾式洗滌塔綜合評估 145 4-4-2袋式集塵器綜合評估 155 4-4-3 小結 159 五、結論與建議 160 5-1 結論 160 5-2 建議 163 參考文獻 164 附錄 173 圖目錄 圖2.1.1 典型焚化爐熱負荷 10 圖2.2.1 半乾式洗滌塔吸收劑乾燥及中和反應程序 24 圖2.2.2 噴霧粒徑與乾燥時間相關圖 26 圖2.2.3 SO2停留時間與去除率相關圖 27 圖2.2.4 考慮熱傳與質傳條件下SO2與HCl 去除率模式 28 圖2.2.5 活性碳濃度與戴奧辛濃度相關圖 31 圖2.3.1 過濾理論機制示意圖 33 圖2.3.2 電子顯微鏡分析北投焚化廠袋式集塵灰 35 圖2.3.3 有效過濾速度設計流程圖 37 圖2.3.4 各種粉塵Rosin-Rammler粒徑分佈圖 41 圖2.3.5 煙道氣體擴散係數值 44 圖2.3.6 袋式集塵器壓力降、流量與時間循環圖 46 圖2.4.1 績效指標指數值計算及指標分數轉換 49 圖2.4.2 北投廠94年績效指標雷達圖 49 圖3.1 焚化廠整體效能評估研究流程圖 51 圖3.2 北投垃圾焚化廠處理流程圖 52 圖3.3 北投焚化廠APCD處理設施示意圖 52 圖3.4 焚化爐操作條件評估流程 54 圖3.5 半乾式洗滌塔評估流程 57 圖3.6 袋濾式集塵器評估流程 60 圖3.7 統計方法分析模式流程圖 63 圖4.1.1 北投廠89-93年焚化量與灰渣量時間變化 71 圖4.1.2 垃圾量與灰渣量相關圖 72 圖4.1.3 垃圾元素分析時間變化 73 圖4.1.4 北投廠木竹稻草類年度變化 73 圖4.1.5 焚化廠各類垃圾量物理組成時間序列分析 74 圖4.1.6 垃圾低位發熱量時間變化 75 圖4.1.7 北投焚化爐燃燒效率計算 77 圖4.1.8 北投焚化爐燃燒室熱負荷時間變化 78 圖4.1.9 北投焚化爐燃燒室熱負荷操作圖 79 圖4.1.10 北投垃圾焚化爐爐床燃燒率時間變化 80 圖4.1.11 北投焚化爐爐溫監控 81 圖4.1.12 二次燃燒室停留時間變化 83 圖4.1.13 過量空氣比與燃燒效率關係圖 84 圖4.1.14 北投廠94年上半年度焚化灼熱減量 85 圖4.2.1 半乾式洗滌塔操作因子與效能變化趨勢 88 圖4.2.2 民國89-93年SO2道排放時間變化與法規值 89 圖4.2.3 民國89-93年HCl煙道排放時間變化與法規值 90 圖4.2.4 石灰乳流量與煙道SO2、HCl分析圖 91 圖4.2.5 SO2和HCl煙道氣體濃度相關圖 91 圖4.2.6 民國89-93年SO2與HCl濃度時間變化 92 圖4.2.7 煙道氣體SO2與HCl監測與推估值相關圖 93 圖4.2.8 民國89-93年二氧化硫與氯化氫去除效率時間變化 94 圖4.2.9 民國89-93年廢氣流量時間變化 97 圖4.2.10 民國89-93年操作溫度時間變化 97 圖4.2.11 民國89-93年石灰乳與再利用水流量時間變化 98 圖4.2.12 半乾式洗滌塔與煙道排氣相對濕度時間變化 99 圖4.2.13 半乾式洗滌塔廢氣平均停留時間估算 100 圖4.2.14 鈣硫比與鈣酸氣比比較圖 101 圖4.2.15 氫氧化鈣轉化率時間變化 103 圖4.2.16 SO2濃度與SO2去除效率相關性分析 104 圖4.2.17 HCl濃度與SO2去除效率相關性分析 104 圖4.2.18 反應中HCl濃度與HCl去除效率相關性分析 106 圖4.2.19 反應中SO2濃度與HCl去除效率相關性分析 106 圖4.2.20 反應中SO2濃度與Ca(OH)2轉化率相關圖 108 圖4.2.21 SO2濃度與轉化率關係圖 109 圖4.2.22 反應中HCl濃度與Ca(OH)2轉化率相關圖 109 圖4.2.23 添加液體與進氣體積(液氣比)時間變化 111 圖4.2.24 酸氣去除效率影響因子-L/G、SR 112 圖4.2.25 酸氣與洗滌塔入口壓力相關圖 112 圖4.2.26 煙道檢測戴奧辛濃度時間變化 113 圖4.2.27 活性碳添加量與戴奧辛當量濃度模式 116 圖4.2.28 活性碳濃度與戴奧辛當量濃度模式 116 圖4.3.1 煙道氣體排放(粒狀物)濃度時間變化 119 圖4.3.2 民國89-93年粒狀物去除效率時間變化 120 圖4.3.3 台北市與北投焚化廠近年垃圾量時間序列分析 121 圖4.3.4 粉塵慣性衝擊與擴散攔截模式中粒徑與效率分析 123 圖4.3.5 粉塵慣性衝擊與擴散攔截模式中粉塵密度、粒徑 與效率分析 124 圖4.3.6 北投焚化廠底渣和飛灰粒徑分佈 126 圖4.3.7 民國89-93年氣布比時間變化趨勢 127 圖4.3.8 民國89-93年壓力損失時間變化趨勢 129 圖4.3.9 北投廠氣布比與壓力損失相關圖 131 圖4.3.10 89年取樣計算粉塵密度與濾布阻力關係圖 132 圖4.3.11 90年取樣計算粉塵密度與濾布阻力關係圖 132 圖4.3.12 91年取樣計算粉塵密度與濾布阻力關係圖 132 圖4.3.13 92年取樣計算粉塵密度與濾布阻力關係圖 133 圖4.3.14 93年取樣計算粉塵密度與濾布阻力關係圖 133 圖4.3.15 濾布阻力與粉塵阻力係數時間變化 134 圖4.3.16 89年5月3日監測資料與統計曲線對照圖 134 圖4.3.17 90年3月2日監測資料與統計曲線對照圖 134 圖4.3.18 91年6月10日監測資料與統計曲線對照圖 135 圖4.3.19 92年8月6日監測資料與統計曲線對照圖 135 圖4.3.20 93年3月22日監測資料與統計曲線對照圖 135 圖4.3.21 K-C模式與阻力模式比較圖(北投廠) 136 圖4.3.22 理論K2與實驗K2值比較圖 137 圖4.3.23 壓力損失日監測資料 138 圖4.3.24 北投廠脈衝特徵曲線模式圖 139 圖4.3.25 集塵器壓差與除塵效率相關圖 141 圖4.3.26 集塵器氣布比與除塵效率相關圖 141 圖4.3.27 北投廠袋式集塵器模式推估 142 圖4.4.1 94年度酸性氣體污染物指數與指標分數 146 圖4.4.2 歷年重金屬排放指標趨勢分析 147 圖4.4.3 歷年戴奧辛排放指標趨勢分析 147 圖4.4.4 歷年活性碳用藥量指數值與指標分數 149 圖4.4.5 歷年消石灰用藥量指數值與指標分數 149 圖4.4.6 半乾式洗滌塔三效能參數相關分析(北投廠) 151 圖4.4.7 以簡化模式找出最佳化酸氣控制條件 153 圖4.4.8 北投廠粒狀物濃度與不透光度相關圖 155 圖4.4.9 94年粉塵指數與指標分數 156 圖4.4.10 袋式集塵器最佳化操作條件模擬推估 157 圖4.4.11集塵器粉塵去除率統計模式值與實測值 158 表目錄 表2-1-1 美國污染物排放因子 7 表2-2-1 各式鍋爐與焚化爐過剩空氣比（α值） 16 表2-2-2 推估方程式中各項廢氣組成及前置係數之來源 與計算方法 17 表2-2-3 FGD Syetem建議參數 18 表2-2-4 NO與NO2速率常數 20 表2-2-5 操作參數對洗滌塔除酸效果影響 23 表2-2-6 國外戴奧辛產生量估計 29 表2-2-7 歷年北投焚化廠垃圾組成比較 29 表2-2-8 戴奧辛控制最佳操作條件 30 表2-2-9 北投焚化廠歷年活性碳用量 31 表2-3-1 濾袋及其表面處理特性 34 表2-3-2 振落時間與振落週期長短之影響 45 表3-1 北投焚化廠基本設計規格 53 表3-2 垃圾元素分析 55 表3-3 燃燒室熱負荷使用參數 56 表3-4 北投垃圾焚化廠半乾式洗滌塔基本設計參數表 58 表3-5 北投垃圾焚化廠袋式集塵器基本設計參數 61 表3-6 理論計算使用參數 62 表3-7 相關性判定 66 表3-8 代號說明 68 表4-1-1 焚化效能參數整理 76 表4-1-2 爐溫與空氣量、空氣溫度相關性分析 82 表4-2-1 半乾式洗滌塔平均操作環境 96 表4-2-2 推估戴奧辛去除效率時間變化 114 表4-2-3 活性碳濃度與單位垃圾使用量時間變化 114 表4-3-1 氣布比年平均值 128 表4-3-2 壓力損失年平均值 12914451808 bytesapplication/pdfen-US都市垃圾焚化廠空氣污染防制設備效能評估煙道排放多變量統計分析MSWAPCDsmultivariate analysisfule gas emissionefficiency assessment[SDGs]SDG11[SDGs]SDG12thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/62691/1/ntu-95-R91541121-1.pdf