鍋爐及燃燒設備管制現況

(一)國內燃油鍋爐使用與管制現況

截至109年7月1日,藉由工業局推動工業鍋爐改善補助作業,持續盤點全國工業鍋爐用戶計3,084家(5,517座),全國工業鍋爐可完成改善率(併計已改善、拆除廢止及改善中者)為81%,其中工業局所轄工業區內可改善率已達94%。

進一步探究工業鍋爐改善樣態,依據108年產業綠色技術提升計畫期末報告所述,截至108年底,全國尚未改善之工業鍋爐座數依行業別,分別為紡織業(30%)、食品製造業(21%)、化材及人纖業(9%)為前三大尚未改善行業。統計此三大行業尚未改善工業鍋爐中,燃油鍋爐有949座、燃煤鍋爐有169座,顯見燃油鍋爐仍為大宗,約佔未改善鍋爐之85%。為符合產業改善實務需求,故以燃油鍋爐為目標對象進行燃燒效益與空污排放之評估。

環保署公告之鍋爐空氣污染物排放標準參考先進國家鍋爐管制規範,採不分規模及燃料類別方式訂定國內鍋爐排放之硫氧化物、氮氧化物、 粒狀污染物管道排放標準,依據國內鍋爐排放現況及可行之污染防制技術並參考美國聯邦、加州南岸及日韓等國標準,訂定粒狀污染物排放標準為30 mg/Nm3、硫氧化物排放標準為50ppm、氮氧化物排放標準為100 ppm,其他未規定空氣污染物排放管道標準,則回歸固定污染源排放標準之規定。

截至目前改善更新之燃油鍋爐使用行業別以食品製造業及紡織業為主,其他化學製品製造業及化學原材料/肥料/氮化合物/塑橡膠原料及人造纖維製造業、藥品及醫用化學製品製造業次之(詳圖1),燃油工業鍋爐廠家使用燃料類別目前仍以柴油佔大宗,少數廠家使用特種低硫燃料油及生質燃油等作為替代燃料(詳圖2)。本計畫針對使用低硫燃料油、特種低硫燃料油、柴油、重油及生質燃油之鍋爐進行檢測,目前初步擬篩選燃油鍋爐行業至少40家進行燃油效能評估問卷調查,並篩選至少5家使用不同燃油之廠商進行鍋爐檢測,比較分析其鍋爐類型與操作效能差異。

圖1 燃油工業鍋爐行業別統計

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圖2 燃油工業鍋爐廠家使用燃料類別統計

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(二)國內不同規格或類型之燃油鍋爐及燃燒設備

行政院環保署列管鍋爐設備之規模區間分為大、中、小型,詳細分類見表1。常見鍋爐燃料除了低硫燃料油、柴油及煤;另有生質燃油、輕裂解油或固體生質燃料等新興低污染替代燃料,惟普遍產業對於前述新興之鍋爐燃料效率及空污排放資訊較為缺乏,前述鍋爐燃料種類及特性彙整見表2。

探究我國工業鍋爐用戶選用之鍋爐可分為兩大類:水管式鍋爐和煙管式鍋爐。水管式鍋爐以管外流動的燃燒氣體加熱管內流動之水;而煙管式鍋爐則以加熱燃燒氣體在壓力容器之管內流動,使容器內經加熱的沸水產生蒸氣。不同類型之鍋爐尺寸和功率的關鍵設計參數是輸出蒸汽質量流量、壓力和溫度。輸入燃料的量取決於燃料的能量含量以及總能源效率,而能源效率是最主要的成本因素。

經濟部能源局於92年7月1日已修正國內鍋爐能源效率標準(詳表3),針對鍋爐之系統簡介、燃料及排放污染物、鍋爐效率、鍋爐系統能源查核事項及節能方法提供案例分析,期能提供業界鍋爐之相關規劃、操作及保養參考,俾使鍋爐之操作能以最適化操作為原則,同時兼顧能源使用效率之提升。

表1 行政院環保署列管鍋爐規模彙整

批次 製程別 公告條件說明 分類
同一公私場所所屬公用設施,具有下列程序之一者:
  • 鍋爐發電程序
  • 氣渦輪發電程序
  • 引擎發電程序
  • 鍋爐蒸氣產生程序
  • 熱媒加熱程序
同一公私場所,設有下列燃燒設施之一者:
  1. 燃用生煤或石油焦之鍋爐。
  2. 屬同一排放口之鍋爐、非交通用氣渦輪機或非交通用引擎,其總設計或總實際輸入熱值一千萬仟卡/小時以上。
  3. 屬同一排放口,總設計或總實際蒸氣蒸發量十三公噸/小時以上之鍋爐。
大型
    鍋爐發電程序
  • 氣渦輪發電程序
  • 引擎發電程序
  • 鍋爐蒸氣產生程序
  • 熱媒加熱程序
同一公私場所,設有下列燃燒設施之一者:
  1. 屬同一排放口之鍋爐、非交通用氣渦輪機或非交通用引擎,其總設計或總實際
  2. 輸入熱值三百八十五萬仟卡/小時以上,未滿一千萬仟卡/小時者。
  3. 屬同一排放口之鍋爐、非交通用氣渦輪機或非交通用引擎,其總設計或總實際蒸氣蒸發量五公噸/小時以上,未滿十三公噸/小時者。
中型
  • 鍋爐發電程序
  • 氣渦輪發電程序
  • 引擎發電程序
  • 鍋爐蒸氣產生程序
  • 熱媒加熱程序
同一公私場所,設有下列燃燒設施之一者:
  1. 屬同一排放口之鍋爐、非交通用氣渦輪機或非交通用引擎,其總設計或總實際輸入熱值一百五十三萬仟卡/小時(含)以上,未滿三百八十五萬仟卡/小時者。
  2. 屬同一排放口之鍋爐、非交通用氣渦輪機或非交通用引擎,其總設計或總實際蒸氣蒸發量二公噸/小時(含)以上,未滿五公噸/小時之鍋爐。
小型

表2 鍋爐燃料種類及空污排放及減量說明彙整表

燃料種類 說明 鍋爐空污排放及減量說明
依本團隊執行工業鍋爐污染改善經驗,燃煤鍋爐之燃料成本相較其他燃料更具競爭力,國內以紡織、染整及人造纖維等行業使用較多,熱值約為5,800 kcal/kg,能源蒸汽成本約420元/公噸-蒸汽。
  1. 新北市、臺中市為推動無煤政策,已規劃燃煤設備落日政策,落實減污減碳之目標,且其他縣市亦有跟進之可能,可見燃煤減量已為現今環保趨勢。
  2. 燃煤燃燒設備之污染潛勢較高,故多已有設置旋風集塵器及濾袋式集塵器等粒狀物捕集設備;針對氣狀污染物部分,硫氧化物多以洗滌塔或排煙脫硫設備進行脫硫處理,另以非選擇式觸媒控制氮氧化物之排放濃度。
  3. 鍊條式燃煤鍋爐因機械構造與燃油、燃氣鍋爐有所差異;為符合法規標準,業者難以部分改造,僅可整體設備汰換,並需負擔較多設備投資成本,且燃料成本將有所提升。
初級固體
生質燃料
俗稱白料,通常係指農林資材的木片、棕櫚殼及其他果殼等未經化學處理轉換的固態生質燃料,木質顆粒熱值約為4,400 kcal/kg,單位能蒸汽能源成本為875元/公噸-蒸汽;我國已有部分業者採用做為鍋爐燃料,並有臺灣生質能技術發展協會負責研究推廣。
  1. 白料應為固體鍋爐經濟可行替代方案,燃料成本相較燃煤提升1.4倍,搭配燃煤鍋爐既有之空氣污染防制設備,即可符合「鍋爐空氣污染物排放標準」。
  2. 燃煤鍋爐使用白料可無須額外投資設備改造/汰換,僅需針對燃料及空燃比進行調整即可。
  3. 綜整前述說明,白料應為固體鍋爐之較佳改善方案,惟產業仍對該燃料之供應能力及燃料品質仍有疑慮。
  4. 經濟部標檢局刻正進行此項燃料訂定CNS標準。
低硫燃料油 俗稱重油,為我國最常見之工業鍋爐使用燃料,熱值為9,400 kcal/L,單位能源成本1,466元/公噸-蒸汽,國內以紡織、染整、人造纖維及食品業使用較為廣泛。
  1. 重油屬於較高污染潛勢之燃料別,其總懸浮微粒、硫氧化物及氮氧化物難以符合「鍋爐空氣污染物排放標準」。
  2. 經查該燃料別之鍋爐規模,多為中小型鍋爐,若裝設污染防制設備恐較無經濟效益,建議重油鍋爐應可優先考量天然氣、液化石油氣等氣體燃料,倘氣體燃料投資成本過高,亦可評估使用柴油或生質燃料油等次要選擇,以符合環保法規標準。
特種低硫燃料油 中油公司於109.4.1新推出產品,含硫量僅0.1% 此油品由中油公司推出,並號稱空污排放之氮氧化物可符合鍋爐空氣污染物排放標準,目前大多數使用此油廠商氮氧化物可降低至100ppm以下。目前多數燃油業者選擇改用此產品,列為本年度重點檢測對象,詳參見附表。
柴油 柴油為燃燒液體燃料鍋爐之次多燃料別,惟其相較重油牌價高1.5倍以上,熱值約8,400 kcal/L,單位能源成本為2,267元/公噸-蒸汽。 柴油鍋爐設備經妥善保養維護後,以適當之空燃比進行調教,柴油鍋爐應可符合「鍋爐空氣污染物排放標準」,目前中油不提供。
生質燃油 生質燃料油係指棕梠油或廢食用油經去酸價及改質轉化後,可做為鍋爐燃料,其熱值約8,300kcal/L,單位能源成本約為1,610元/公噸-蒸汽。
  1. 生質燃油初期產能約3萬噸/年,可替換燃料油2.9萬公秉/年,且環保生質油僅需更換噴油嘴及調整鍋爐操作參數,初設成本低。
  2. 108年已有國內廠商試燒,並符合環保法規標準之案例。
輕裂解油 俗稱去漬油,是一種原油精煉的烴類液體的中間物,國內供應源主要為中油公司及台塑公司,坊間已有少量業者採用該燃料做為鍋爐使用,熱值約7,800 kcal/L,單位能源成本約為1,420元/公噸-蒸汽。 由於使用輕裂解油之鍋爐用戶資訊較為不足,且使用用戶數偏低,故非列為本年度重點檢測分析對象。
天然氣 主要成份為甲烷,近年來已成為鍋爐污染改善之最佳選擇,供應來源可分為國內(NG1)及進口(NG2),且參配熱值亦有所差異8,000~9,000 kcal/m3
,單位能源成本約為1,117元/公噸-蒸汽。惟天然氣之使用受限於管線距離及其建置成本,略以1萬元/公尺計價,另依照用戶鍋爐需求,需建置整壓計量站。
  1. 天然氣屬潔淨能源之首選,其不含硫份,於粒狀物、硫氧化物之減量效益相當卓越;而氮氧化物之控制需適當調整空燃比,不提供過量空氣,減少熱式氮氧化物之生成。
  2. 燃油鍋爐若改燒燃氣,可透過燃燒機改造或汰換整座鍋爐設備即可,目前燃氣鍋爐已多有自動化操作設備,可自動調校最佳參數,減少人為操作失誤。
  3. 燃氣鍋爐之燃燒率較高,且不易產生積碳問題,提升鍋爐設備使用年限。
液化石油氣 主要成份為丙、丁烷,熱值約12,000 kcal/kg
,依照其貯存方式可分為鋼瓶運送或貯槽運輸,無管線投資成本,但燃料成本較高,單位能源成本約為1,917元/公噸-蒸汽。
  1. 液化石油氣屬潔淨能源之一,與天然氣具有相近之成份特性,不含硫份,於粒狀物、硫氧化物之減量效益相當卓越;而氮氧化物之控制需適當調整空燃比,不提供過量空氣,減少熱式氮氧化物之生成。
  2. 液化石油氣之工安要求較高,需依相關法規設置貯存場所,並設置消防安全設備等安全措施。

表3 能源局公告之鍋爐效率標準與廠商提供效率比較

種類 容量
(公噸/小時)
能源效率標準(%) 廠商提供高效率鍋爐(%) 備 註
水管式
燃油鍋爐
30以上 92.5 92.5 標準適用範圍及計算方式
  1. 本效率標準適用於以燃油或燃氣為燃料之蒸汽鍋爐,不適用於貫流式鍋爐。
  2. 效率標準依國家標準(CNS2141)之熱損失法計算,並依燃料低熱值計算涵蓋廢熱回收裝置之鍋爐全載時之能源效率。
  3. 本鍋爐效率標準公告日期為90年9月12日;實施日期為92年7月1日。
10以上未達30 91 92
5以上未達10 89.5 90
未達5 88.5 89
水管式
燃氣鍋爐
30以上 93.5 93.5
10以上未達30 92.5 92.5
5以上未達10 91.5 92
未達5 90.5 91
煙管式
燃油鍋爐
30以上 90  
10以上未達30 89  
5以上未達10 88  
未達5 87  
煙管式
燃氣鍋爐
30以上 92  
10以上未達30 91  
5以上未達10 90  
未達5 89

此外,國際間依據鍋爐熱輸入能力即每小時百萬英制熱單元(MMBtu/hr)區分為大型鍋爐(≧10 MMBtu/hr)及小型鍋爐(<10 MMBtu/hr);國內依據鍋爐及壓力容器安全規則第三條內容,定義小型鍋爐如表4所示,其中第6項為使用最多的小型鍋爐定義類別。

表4 勞動部公告之小型鍋爐定義

項目 說明
1 最高使用壓力(表壓力,以下同)在每平方公分1公斤以下或0.1百萬帕斯卡(MPa) 以下,且傳熱面積在1平方公尺以下之蒸汽鍋爐。
2 最高使用壓力在每平方公分1公斤以下或0.1百萬帕斯卡(MPa)以下,且胴體內徑在300毫米以下,長度在600毫米以下之蒸汽鍋爐。
3 傳熱面積在3.5平方公尺以下,且裝有內徑25毫米以上開放於大氣中之蒸汽管之蒸汽鍋爐
4 傳熱面積在3.5平方公尺以下,且在蒸汽部裝有內徑25毫米以上之 U 字形豎立管,其水頭壓力在5公尺以下之蒸汽鍋爐。
5 水頭壓力在10公尺以下,且傳熱面積在8平方公尺以下之熱水鍋爐。
6 最高使用壓力在每平方公分10公斤以下或1百萬帕斯卡(MPa) 以下,(不包括具有內徑超過150毫米之圓筒形集管器,或剖面積超過177平方公分之方形集管器之多管式貫流鍋爐),且傳熱面積在10平方公尺以下之貫流鍋爐(具有汽水分離器者,限其汽水分離器之內徑在300毫米以下,且其內容積在0.07立方公尺以下)。
資料來源: 勞動部,鍋爐及壓力容器安全規則。
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