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燃料混氨 對NOx排放的影響

台電與日本三荾集團合作,希望引入煤混燒氨的技術,將從林口電廠的1部機組,開始「混氨示範計畫」。由三菱重工與三菱商事機械進行鍋爐設備改造可行性評估及混氨技術研發,並針對燃煤機組進行更新改與混燒試驗;三菱商事則負責建構氨氣供應鏈規劃。

用氨(NH3)取代部分的煤(C),可以減少二氧化碳(CO2)的產生;但對於氮氧化物(NOx)排放的影響,實際情況會比較複雜。

台電電源開發處處長周如卿表示,依據三菱在日本的電廠的實際驗證結果,混燒5%情況下,NOx會降低;混燒5~20%在實驗室的結果,NOx也是降低的,但尚未在實際電廠中驗證;混燒超過20%,NOx則會急遽的增加。

氨作為燃料

一般的火力發電機組、或鍋爐的燃料(煤、天然氣、石油)中,有大量的碳(如C、CH4…等),在燃燒(氧化)後會變成有溫室能力的二氧化碳(CO2)。

氨(NH3)的分子中沒碳,所以燃燒後不會產生二氧化碳。同時還有易於液化(攝氏零下33度)運輸保存、熱值與煤炭相近等特性,因此被看上拿來與煤混燒,取代部份的煤,來減少二氧化碳的排放。

不過氨分子中的氮(N),在燃燒後,卻會被氧化為氮氧化物(NO、NO2…等,通稱NOx)。NOx是當代受到矚目的空氣污染物,對人體有刺激性、或毒性,也可能衍生為酸雨或懸浮徵粒(PM2.5等)。

混氨對NOx的影響

在實際的情況中,拿含氮的燃料去燒,並不一定會增加NOx的排放。

火力發電機組等NOx來源,一般又分為兩種機制。一種被稱為 fuel NOx (燃料型氮氧化物),指的是燃料中含氮的成份,直接燃燒(氧化)成氮化物;另一種則被稱為 thermal NOx (熱力型氮氧化物),是指因為高溫,讓空氣中的氮氣(N2)氧化成NOx。

周如卿表示,三菱現在在日本有兩個燃料混氨的電廠,在實際操作的情況中,當混氨比例在5%時,NOx的排放是降低的。一個主要的機制是,雖然fuel NOx增加了,但混氨後也讓燃料更穩定,因此降低了thermal NOx,讓整體NOx排放降低。不過周如卿也坦言,這是日本提出的數據,別人不一定會把所有的技術公開,所以台電引進技術後,也會需要自己實際驗證結果。

如果混氨5%可行,未來有可能進一步提升到20%。周如卿表示,三菱在實驗室中,在5~20%的混氨比例中,NOx的排放也是降低的。不過現實的環境與變數更複雜,實驗室的結果,應用在實際電廠或鍋爐上時,不一定會有相同的結果。周如卿表示,現在的策略是「亦步亦趨」的先跟著三菱的成果走,未來也希望台灣能有自己的研究和技術。

周如卿表示,三菱現在的技術,混氨比例門檻大概就在20%,再往上,NOx的排放就會急劇的增加。

氨的來源

周如卿表示,目前只以林口電廠1部機組、混氨5%來示範,氨的需求量小,國內既有氨源已足夠。不過如果技術可行、未來進一步導入、推廣混氨燃料時,氨的需求就會增加。未來看是台灣相關廠商擴大生產、或也有可能會像現在的天然氣一樣,從國外國進口。