低溫脫硝技術評估報告

第一章　低溫處理技術介紹

工業鍋爐為產業營運中相當重要的設備，用於提供生產所需之蒸氣或熱能。鍋爐產生之空氣污染物與使用之燃料有直接相關，另外依據不同的鍋爐型式，污染物生成量也有明顯差距。產業基於營運成本考量，大多

優先採用價格相對較低之燃料油(重油)或煤為鍋爐燃料，然而低價的燃料所造成之空氣污染也相對較高。

行政院109年5月22日核定之「空氣污染防制方案(109年至112年)」，針對各項空氣污染源提出具體管制與防制措施，工業鍋爐改善為其中一項重點工作，由環保署與經濟部共同輔導鍋爐業者從源頭減量、燃燒技術、污染控制三面向協助改善。

行政院環保署於109年7月修正公告之「鍋爐空氣污染物排放標準」，大幅加嚴鍋爐粒狀污染物、硫氧化物及氮氧化物之排放限值，不分規模及燃料別，加嚴粒狀污染物至30 mg/Nm3、硫氧化物(SOx)至50 ppm及氮氧化物至100 ppm的排放標準，並給予業者緩衝時間進行改善，所有鍋爐須於109年7月1日符合本標準，展延改善時間不得超過111年6月30日，故本計畫透過實場試驗，協助業者檢視低溫脫硝技術的可行性。

一、工業鍋爐改善標的

盤點改善標的對象，以使用固體燃料與液體燃料之鍋爐為主，而液體燃料鍋爐多以汰換燃燒器及使用氣體燃料為主要改善措施。固體燃料鍋爐因需改變燃料，故汰換鍋爐為主要之改善措施，且其又有兼具廢棄物去化之需要，故其汰換鍋爐有成本高、廢棄物去化困難之因素需進行考量。

分析未改善完成鍋爐面臨之困境，主要為預算考量，難以負擔更換鍋爐或新增防制設備費用。針對更換鍋爐部份本計畫團隊於歷年現場輔導時依據廠商實際營運狀況，建議更換較小容量之鍋爐或改用較低硫分之油品。

防制設備部分，粒狀污染物以旋風集塵器+袋式集塵設備造價低廉，正常操作可達到95%以上之去除效果；硫氧化物(SOx)以洗滌塔亦可達到80%以上的去除效率，惟目前已被驗證有效且廣泛應用之氮氧化物(NOx)處理設備例如選擇性觸媒還原(SCR)、選擇性非觸媒還原(SNCR)不僅設備相對昂貴，且廢氣溫度至少須達到350℃以上，方能有較佳的處理效果，多數中小型蒸氣或熱媒鍋爐廢氣無法達到要求，導致業者面臨無適當防制設備可用之窘境。

二、低溫氮氧化物(NOx)防制技術

廢氣中NOx主要來源包括燃料中的氮成份(Fuel NOx)，以及空氣中的氮在高溫時產生之Thermal NOx。氮氧化物與揮發性有機物(VOCs)在空氣中反應，為臭氧、多環芳香烴(PAH)等光化學污染物之前驅物，管制NOx排放為改善我國空氣品質之重要策略。

如前所述，中、大型鍋爐已有良好的防制設備可供選用，中小型鍋爐則受限於經費及廢氣條件，且操作人員素質有限，亟需要經濟、有效、維護簡單的防制設備。目前的低溫去除NOx(以下簡稱低溫脫硝)技術，已有實績或完成模廠試驗者包括：

臭氧脫硝除硫、低溫SCR觸媒、無氨法觸媒脫硝、氧化鋁/氧化銅吸附法、電子束法、電暈放電法、介電質放電法等，本計畫團隊於110年度輔導時發現，臭氧脫硝除硫國內已有多個實際應用案例，並取得縣市環保機關核發之操作許可證。低溫SCR觸媒於105年由交通大學白曛綾教授團隊研發成功並於國內某鋼鐵廠試驗，在廢氣溫度180℃時脫硝效率可達到80%以上。其他脫硝技術目前國內較少見試驗或應用實例。以下就臭氧脫硝與低溫觸媒技術作摘要介紹。

(一)臭氧脫硝除硫

臭氧脫硝系統以臭氧作為脫硝的反應物，其原理為將臭氧均勻的注入煙氣中，使不溶性的氮氧化物（主要為NO）氧化為水溶性較高的氮氧化合物（NO2或N2O5）。臭氧發生器以純氧為原料，透過電極放電將氧氣分解為氧原子後，再與氧分子結合形成臭氧，配合連續自動監測設備所測得之氮氧化物濃度，定量生產直接注入煙氣中。

臭氧（O3）是氧的高能態存在形式，特性為無色、有特殊臭味、極不穩定、具有強氧化性，常用於滅菌、去污、漂白、除臭等領域。臭氧分解化學物質的過程中會還原成(O2)或生成水(H2O)，不產生二次污染。由於臭氧的特性使其在水處理行業有廣泛的應用。臭氧在水中對細菌、病毒等微生物殺滅率高、速度快，對有機化合物等污染物質去除徹底又不產生二次污染，因此飲用水殺菌消毒是臭氧應用的最主要部門。除了在水處理方面的應用，臭氧脫除氮氧化物已經在石油化工的觸媒裂化製程得到廣泛的應用。

臭氧脫除氮氧化物是一個低溫系統，不需要SCR和SNCR系統需要較高的反應溫度區間。對酸性氣體或微粒沒有不良的敏感性，部份微粒甚至可能提高反應效率，這些微粒會促進氧化反應。將不溶性的NO轉化為溶解度較高的NO2，並進一步形成可溶於水的N2O5，Myung Soo Kang等人【1】之研究顯示，NO初始濃度300 ppm之廢氣條件下，當O3濃度達到300 ppm時，99.3%的NO將轉化為NO2，廢氣中的NO2與N2O5在反應器之後的洗滌塔中溶解於洗滌液，並與洗滌液中的鹼性物質反應生成硝酸鹽。除了氮氧化物之外，廢氣中的硫氧化物亦會形成硫酸鹽類同時溶於洗滌液中，具有同時脫硫脫硝的功能。

臭氧的氧化能力極強，從表1-1可知，臭氧的氧化還原電位僅次於氟，比過氧化氫、過錳酸鉀等都高，在廢氣處理中反應與停留時間是決定設備尺寸與造價的重要因素，因此快速去除空氣污染物的技術較能符合市場需求。

表1-1 常見物種的氧化還原電位比較

氧化劑	臭氧	氟	過氧化氫	過錳酸鉀	二氧化氯	氯酸	氧
分子式	O3	F2	H2O2	KMnO4	ClO2	HClO3	O2
標準電極電位 (mv)	2.07	2.87	1.78	1.67	1.5	1.47	1.23

臭氧氧化吸收脫硝應用於工業領域，最著名為「LOTOX NOx control system」。此技術最早在20世紀90年代由Linde BOC公司開發，之後與杜邦BELCO公司的EDV洗滌脫硫技術結合，形成LOTOX-EDV技術。根據LOTOX-EDV系統說明，其NOx去除效率達95%以上，無二次空氣污染物，可滿足大多數國家非常嚴格的排放標準，而且在相同脫硝效果的條件下，其投資僅為SCR系統的75%。

臭氧脫硝系統以高階氮氧化物優良的溶解性和酸鹼中和反應為基礎。主要的化學反應如下：

NO+O₃→NO2+O₂
NO₂+O₃→NO₃
NO₂+NO₃→N2O₅
2NO+O₂→2NO₂
2NO₂+O₃→N2O₅+O₂
4NO₂+O₂+2H2_O→4HNO₃
N₂O₅+H₂O→2HNO3

典型燃燒過程中產生的NOx主要組成為約95％ NO和5％ NO2。NO不易溶於水，同時也不和鹼性物質反應，而NO2溶解度相對較高，同時可以和脫硫反應中的鹼性物產生中和反應生成亞硝酸鹽，N2O5則是具有高度溶解性的物質，可以很容易的溶解在水中形成硝酸。目前以氧化法去除氮氧化物的相關技術多基於上述反應式差異僅在於氧化劑的選用。

中國學者對採用臭氧氧化技術同時脫硫脫硝進行試驗，結果顯示在典型煙氣溫度下，臭氧對NO的氧化效率可達84%以上，結合濕式洗滌法，脫硝效率也在O3/NO莫耳比為0.9時達到86.27%。Young Sun Mok 和Heon-Ju Lee將臭氧通入煙氣中對NO進行氧化，然後採用Na2S和NaOH溶液進行吸收，最終將NOx轉化為N2，NOx的去除率可達95%，另外有學者將O3注入模擬廢氣進行去除SO2、NOx以及Hg的研究，然後採用鹼吸收塔對煙氣進行洗滌，結果顯示NO和Hg的脫除率與O3的注入量有關，當O3投入量達到200 ppm時，NO的脫除效率可達到85%。

利用臭氧脫硝的影響因素主要有摩爾比、濃度分布、反應溫度、反應時間、吸收液性質等，這些因素對脫硝和脫硫效率都有不同程度的影響。

1.莫耳比: 莫耳比（O3/NO）是指O3與NO之間莫耳數的比值。Sun等人【2】通過FTIR檢測反應溫度為80℃時，發現當O3/NO 莫耳比<1時，NO的氧化產物為NO2，NO的氧化率隨O3/NO的提高而上升，當莫耳比=1時，NO基本全部氧化為NO2；當莫耳比>1時，NO2部份氧化為NO3，此時NO與NO反應為水溶性更高的N2O5。在0.9 ≤ O3/NO＜1的情況下，脫硝率可達到85%以上，有的甚至幾乎達到100%。Maciej P jakubiak【3】等人之研究中，在廢氣中NO濃度219 ppm時，O3/NO莫耳比1.5時去除效率為75%、莫耳比達到2時，效率可達到90%，該文獻同時建議，考量實廠運作時廢氣同時含有NO、NO2、SO2及其他微量成份，欲達到90%以上的去除效率，莫耳比應達到2以上。

2.濃度分布: O3與NO莫耳比達到適當的範圍之後，還需要均勻的濃度分布，使臭氧與煙道氣充分混合。

3.反應溫度: 根據臭氧的熱分解特性，在150℃的低溫條件下，臭氧的分解率不高，但隨著溫度增加到250℃甚至更高時，臭氧分解速度明顯加快。而通過動力學模擬發現150℃時O3 與NOx之間的反應時間僅需0.01秒，因此在典型鍋爐排氣溫度下，臭氧的分解對與O3與NOx之間的反應影響不大。Sun等人【2】的研究指出，溫度在50~150℃時，不同溫度對脫硝性能影響不大，當溫度達到250℃時，NO的氧化效率明顯下降，推測應與O3在高溫下快速分解有關；Wang等人【4】在O3/NO 莫耳比1.75、停留時間5秒的條件下分析溫度對N2O5生成的影響，發現溫度過110℃時N2O5有明顯分解，至180 ℃時N2O5完全分解。

4.停留時間: 臭氧在煙氣中的停留時間只要能夠保證氧化反應的完成即可，理論上在100℃時只要1秒即可達到反應平衡。Wang等人【4】以模擬計算停留時間對於NO2生成的影響，當反應溫度為100℃時，停留時間0.417秒時NO氧化為NO2效率為73.56%，停留時間1.25秒時效率達到95.61 %，超過1秒後長停留時間對氧化效率影響不大。Lin等人【5】的研究在NO初始濃度200 ppm、O3/NO=2的狀況下研究不同溫度與停留時間下，N2O5生成濃度變化如圖5.4-1所示，由圖中可發現無論何種反應溫度，停留時間2秒時，N2O5生成濃度為最大值，超過2秒之後，反應溫度在100℃以下無明顯變化，溫度110℃以上則N2O5濃度開始下降。研究結果與Wang等人【4】之研究相符。

5.吸收劑: 利用臭氧將NO氧化為高價態的氮氧化物後，需要進一步地吸收。常見的吸收液有NH3‧H2O、NaOH、Ca(OH)2等鹼液。不同的吸收劑產生的脫除效果會有一定的差異。Jakubiak 等人【3】采用 NaOH 溶液單獨吸收NOx，發現 NaOH溶液對 NO2 的吸收效率只有25%，N2O5吸收率則可達到90%以上，實驗證明高價態NOx更易被鹼性吸收劑吸收。各種氮的氧化物中，N2O5極易溶於水，因此針對NOx的吸收主要集中於NO2【6】，Sun等人【2】比較MgO、CaO、NaOH對NO2的吸收率，研究結果發現三種水溶液在pH>8時均可達到70%以上的吸收率。; 值得一提的是，許多研究【1】【3】【6】【7】也發現，廢氣中存在SO2時，會與高價的氮氧化物反應形成NO，從而阻礙了NO的氧化率，但是SO2溶於水生成的鹽類卻能促進NO2的吸收，進而使臭氧脫硝的效率達到90%以上【8】。

臭氧氧化法作為一種新型的脫硝技術，解決了很多傳統鍋爐廢氣處理的難題，該技術不需要對鍋爐及其附屬設施進行改造，只需在原有排氣管道上選擇合適的位置，並將洗滌塔加以改造即可，相比於其他的煙氣脫硝技術，臭氧氧化法還有下列的技術優勢【9】：

顯著的脫硝效率，脫硝的效率可以實現淨零排放
相比於 SCR 法，臭氧氧化法的運行成本較低
同時實現對汞、(VOCs)以及戴奧辛的脫除
調整靈活，可根據煙氣的NOX 排放濃度變化，根據摩爾比關係調節臭氧添加量
無需昂貴的金屬觸媒，無需考慮觸媒中毒等現象

根據以上的技術優勢，利用臭氧進行脫硫脫銷在歐美各國已有許多工程實例。在中國的化工產業也有廣泛的應用。

(二)低溫SCR觸媒

選擇觸媒還原(SCR)技術已被廣泛應用於鍋爐、燃燒爐等燃燒設備排放尾氣之氮氧化物處理。傳統SCR觸媒以V2O5-WO3(MoO3)/TiO2為主，其中是V2O5反應活性物種，TiO2是觸媒載體，WO3(MoO3)則為反應促進劑。其反應溫度曲線如圖1-2所示，其最佳反應溫度在300~350℃，常用於發電廠、汽電共生、玻璃製造等行業，然而一般工業或發電鍋爐為預防觸媒中毒，多將SCR設置於粒狀物與硫氧化物防制設備之後，此處的廢氣溫度往往已降至150~200℃以下，可發現此時氮氧化物去除效率已下降至40%以下，如使用傳統SCR則須將廢氣再加溫，造成能量浪費，因此國內外學者與觸媒生產廠商均致力於研發在80~280℃可使用的低溫觸媒。

低溫觸媒之主要發展方向包括：硒(Ce)基、錳(Mn)基與鐵(Fe)基。研究表明CeO2可以提高材料結構穩定性與觸媒活性，CeO2具有酸鹼度適應性高、毒性較低與成本低廉等優勢，因此被廣泛應用於三元觸媒；錳系觸媒以其低溫還原氮氧化物的效果良好，且可以多種方式製備，添加Ce之後可提高其還原活性。鐵基觸媒則以其良好的熱穩定性，主要作為低溫SCR觸媒的反應促進劑【10】。

交通大學白曛綾教授等人以噴霧乾燥法製備SCR脫硝觸媒MnFe-TiO2，該團隊開發之觸媒在100~300℃的整個溫度範圍中，都可維持著高達98%以上的脫硝效率。與國外學者研發之觸媒效果比較如圖1-3所示，結果顯示該團隊研發之低溫觸媒在100~300℃溫度範圍內可維持98%以上的脫硝效率，相較於國外研發之觸媒有更佳的脫硝表現。

資料來源：白曛綾等，低溫脫硝觸媒與燃燒節能技術研發，科技部補助專題計畫，2016。

目前低溫SCR觸媒的工業應用還存在一些問題如：Mn基觸媒的抗水抗硫性較差；其他類型的觸媒則因製作技術複雜，因此較少投入商用，目前國內有一家公司(凱特利斯公司)曾進行低溫SCR觸媒的小規模生產試驗，惟較少成功實廠，故本計畫就臭氧脫硝設備進行實廠測試，協助提供還在考慮改換設備之業者參考資料，或是已設置臭氧脫硝設備業者操作參數之參考。

第二章　臭氧脫硝操作技術

經考量國內設備普遍性後，本報告針對臭氧脫硝設備進行實試驗，評估技術可行性及臭氧使用情形，以下就實驗目的、對象及執行人力、試驗步驟等內容，說明如下：

一、本計畫實驗目的

(一)探討使用臭氧添加與氮氧化物去除效率之關係

於10公噸燃煤鍋爐進行實廠試驗
最適操作條件評估

(二)評析使用臭氧脫硝技術之完整效益

空氣污染物減排效益
減碳效益
經濟效益

二、試驗對象及執行人力

實廠試驗對象位於桃園市楊梅區，以生產塑化包材及緩衝材為主，於110年設置一座蒸氣蒸發量10噸/小時之燃煤鍋爐，該廠目前產量穩定，鍋爐操作條件變化小，實廠試驗數據亦可作為中型鍋爐代表。

防制設備方面，試驗對象已裝設旋風集塵器與袋式集塵器，用於去除廢氣中之粒狀污染物；硫氧化物則以兩段式水洗方式去除，為符合NOx排放濃度低於100 ppm之法規標準，該廠於110年增設臭氧脫硝系統，於袋式集塵器出口、既有洗滌塔入口之風管段注入臭氧，並增設第3套洗滌塔，以提升脫硫脫硝效率。考量臭氧與硫氧化物、氮氧化物反應之生成物溶於水呈強酸性，原有洗滌塔內襯增加防腐塗層，新設之第3座洗滌塔材質為不鏽鋼，洗滌液中添加NaOH，以pH計與自動加藥機，控制洗滌液酸鹼度維持在7以上。

本次試驗合作廠商及執行人力規劃如下：

(一)合作廠商

測試對象：新○保麗龍股份有限公司(後簡稱新○公司)
防制設備供應商：鼎○科技股份企業有限公司(後簡稱鼎○公司)

(二)執行人力

1指導教授：元培醫事科技大學環境工衛生系張宗良副教授
執行單位：台灣產業服務基金會

三、試驗步驟

試驗實廠試驗架構如圖2-1所示，針對注入臭氧前及排放口前之煙氣性質進行檢測分析，同時記錄臭氧設備裝置及洗滌塔之操作狀態，評估使用臭氧脫硝技術對空氣污染物排放之減量效益，及探討所需要之消耗成本。

(一)臭氧脫硝設備

本試驗計畫受測對象為鼎○科技股份有限公司之臭氧脫硝系統，其電控設備之操作儀表如圖2-2所示，臭氧投加率可藉手動調整增加，以達到預設之脫硝效率，並進而影響設備之操作功率。

圖2-2、臭氧脫硝設備

(二)試驗步驟

於燃煤蒸氣鍋爐正常操作之條件下，檢測防制設備前NOx濃度(NO+NO2)，為使試驗結果可供鍋爐操作人員及相關同業應用，以臭氧發生量為變因，分為2.0、2.5、3.0、4 kg/hr共計4種投入量，每個投入量記錄5組數據，記錄項目包括：臭氧發生量、工作電流、廢氣含氧量、入口NOx濃度、排放管道NOx濃度、排放管道臭氧濃度等數據。試驗步驟如圖2-3所示。

第三章試驗結果與討論

一、數據探討

試驗結果如表3-1所示，不同臭氧產生量與防制設備前、後之氮氧化物濃度變化如圖3-1所示，試驗時鍋爐操作狀況正常，廢氣中氮氧化物成份主要為NO，試驗期間NOx平均實測濃度58 ppm，平均含氧量14.31%，經含氧校正後NOx濃度132 ppm，超過法規標準(100 ppm)。

實驗開始階段(臭氧產生量2 kg/hr)，雖然在煙囪可測得臭氧濃度，但排氣中NOx濃度仍高，處理效率僅14%，但可發現廢氣中NO佔比由96%下降至31%，顯示臭氧對NO有良好的氧化效果，去除效率不佳之主要原因應是NO2之溶解度仍然不高，難以在洗滌塔去除。

臭氧產生量提高至3 kg/hr以上，NO2進一步氧化為NO3 及N2O5，此時廢氣中NO2濃度降至低點，產生量達到3.5 kg/hr時廢氣中NO2降到0 ppm，系統去除效率亦達到82%以上，臭氧添加量與去除效率如圖3-2所示。

表3-1 實廠試驗結果

	臭氧產生器讀值			防制設備前端(實測值)				排放管道(實測值)
臭氧發生量 (kg/hr)	電流(A)	臭氧流量 (Nm3/h)	臭氧濃度 (g/m3)	溫度 (℃)	O2 (%)	NO (ppm)	NOx (ppm)	O3 (ppb)	O2 (%)	NO (ppm)	NO2 (ppm)	NOx (ppm)
2	13.8	46.8	44.6	109.1	14.56	54	56	850.9	15.13	15	33	48
2.5	15.6	46.7	53.9	113.0	14.38	58	60	1139.5	15.78	22	16	38
3	18.7	47.3	65.8	114.2	14.32	60	61	5753.4	15.90	15	1	16
3.5	14.8	47.1	78.1	117.3	13.92	55	56	7984.1	14.80	10	0	10
4	19	45.8	92.0	114.4	14.38	57	59	22269.8	14.87	7	0	7
平均值	16.4	46.74	66.88	113.6	14.31	57	58	7599.54	15.30	14	10	24

本次試驗之O3/NO莫耳比與去除效率關係如圖3-3所示，可發現在莫耳比1.2以下時系統對氮氧化物之去除效率不佳；莫耳比達到1.7以上時去除效率可達到80%以上，Jakubiak等人【3】研究欲達到90%以上之效率，實廠建議值為2以上，本次試驗結果符合學理依據。考量本次試驗之目的係在建立符合實廠操作之參數，當O3/NO莫耳比1.26時排放管道NOX濃度16 ppm，經含氧校正後為45 ppm已低於鍋爐排放標準，故不再測試莫耳比2以上之狀況。

二、實廠操作狀況討論

1.操作成本評估

臭氧脫硝技術之操作成本，主要包括：抽氣風車用電、液氧用量、臭氧發生器用電、循環冷卻用電等，依據不同之NOx去除效果，其操作成本均不同，本次試驗對象設備在最大負荷下，分別處理至NOx濃度80及40 ppm(校正後)，其操作成本分析如圖3-4所示。

設計條件：處理廢氣量：15906 Nm3/hr、初始NOx濃度：218 ppm。

2.最適操作條件評估

根據原始設計與本次實廠試驗結果，發現臭氧產生量在3 kg/hr時可達到最適處理效率，與設計最大操作條件下的臭氧用量相較，約可減少0.5 kg/hr，考量臭氧會同時氧化廢氣中的SOx、Hg，建議O3/NO莫耳比應大於1.7以上，但不建議超過1.8，以避免過多未反應之臭氧造成洗滌塔、風管與排放管道之腐蝕。

本試驗對象未裝設污染物連續自動監測系統，無法根據廢氣濃度自動調整臭氧添加量，建議於排放管道進行至少一週之氮氧化物監測，比對鍋爐操作狀況，建立符合該廠之臭氧量—鍋爐操作條件曲線，以利現場人員操作鍋爐時進行調整。

3.脫硝設備之比較及適用性

目前應用較廣之脫硝技術包括臭氧脫硝技術、傳統SCR、低溫SCR以及SNCR。各類技術之比較如表3-2所示，不同燃燒設備之廢氣溫度有其適用之氮氧化物處理設備，以中小型燃煤鍋爐而言，由於燃燒溫度較低，不適合使用SNCR且操作不當容易產生氨逸散問題，造成異味污染；傳統SCR則必須安裝於鍋爐出口、防制設備前端以取得適當之反應溫度，燃煤鍋爐廢氣中含有之大量粒狀污染物及重金屬容易造成觸媒阻塞及毒害；低溫SCR可安裝於袋式集塵器之後，可避免觸媒阻塞或毒害，然目前並無國產觸媒可用，進口觸媒則有費用高昂之顧慮。綜上所述，臭氧脫硝為較適用於中小型燃煤之處理設備。但必須注意臭氧發生器、液氧儲存之安全措施，以及周邊設備防腐蝕問題。

表3-2 氮氧化物處理設備比較

比較項目	臭氧脫硝	低溫SCR	傳統SCR	SNCR
操作溫度	150~300℃	150~200℃	300~500℃	850~950℃
處理效率	90%以上	70~80%	90%以上	60%~65%
還原劑	無	氨水	液氨、氨水或尿素	氨水或尿素
氧化劑	O3	無	無	無
莫耳比	0.8~2.0	1.0~1.1	1.0~1.05	1.0~1.5
反應器	直接注入	觸媒	觸媒	直接注入
初設成本	中	高	高	低
操作成本	中	高(觸媒更換)	高(觸媒更換)	低
二次污染物	O3	NH3(5~10 ppm)	NH3(5~10 ppm)	NH3(10~20 ppm)

第四章　結論與建議

一、結論

為解決中小型鍋爐受限於經費及廢氣條件，難以選擇合適脫硝設備問題，本試驗計畫透過實廠檢測廢氣排放濃度及進行操作參數調校，探討臭氧脫硝之設備效能及NOx削減率，評估符合鍋爐排放標準之可行性，提供臭氧脫硝設備操作建議，以降低產業面臨之環保風險。另透過計算臭氧脫硝設備之用電量、液氧用量、液鹼用量等費用，以評估最適操作條件下之操作成本，並進一步與其他常見之脫硝技術(如SCR)比較，針對整體操作條件及能源成本探討，評估不同脫硝技術之適用對象，以因應未來淨零碳排及節能減碳議題，提供產業選擇脫硝設備之參考。

經由文獻研析及實廠試驗可知，臭氧脫硝技術可有效去除鍋爐廢氣中的氮氧化物，對於硫氧化物也有同時去除之效益。實廠試驗結果，O3/NO莫耳比在1.26時可達到70%以上之去除效率，排氣可符合鍋爐空氣污染物排放標準，以蒸氣量10 ton/hr之燃煤鍋爐為例，臭氧注入量約在3 kg/hr，以工廠操作時間8 hr/day、300 days/year的情況下，每年操作費用約512,256元。

二、建議

臭氧脫硝技術已有多處實廠實績，本計畫經由實廠試驗、現場輔導等方式收集各廠操作經驗，提出以下建議：

投資設備前必須針對現場鍋爐排放狀況進行完整了解，建議以5年內之排氣檢測報告，分析廢氣量、污染物濃度之最大值與最小值，以決定設備規格尺寸。
建議要求設備供應商依據現場廢氣條件，提供完整的操作成本計算書，以及設備能耗、去除效率之保證。
臭氧為強氧化劑，目前各廠均以液氧經高壓放電產生臭氧，建議設備規畫時應將液氧儲槽、臭氧發生器等設備遠離火源，並設置液氧洩漏偵測、環境臭氧濃度監測等安全預警設施。
臭氧注入點至廢氣排放口應保留4秒以上的反應時間，注入點以後之風管、洗滌塔、排放管道等設備應採用不鏽鋼材質以避免腐蝕。
建議在臭氧注入點前端適當位置，裝設氮氧化物連續自動監測設備，以廢氣中氮氧化物濃度自動調整臭氧用量，可減少現場操作人員調整臭氧量之工作負荷，同時有效控制液氧用量，節省操作成本。
臭氧產生器為設備重要核心，且為高壓放電，建議於完工驗收後與製造商簽訂保養維護合約，由專業人員定期維護，以確保設備正常運作。
臭氧脫硝後洗滌塔之洗滌液含有硝酸鹽，建議應檢視廠內廢水處理設施，必要時增設硝酸鹽氮處理單元。

參考文獻

Myung Soo Kang, Jaeuk Shin, Tae U Yu, Jungho Hwang. Simultaneous removal of gaseous NOx and SO2 by gas-phase oxidation with ozone and wet scrubbing with sodium hydroxide, Chemical Engineering journal, 2020
Sun C L, Zhao N, Zhuang Z K et al. Mechanisms and reaction pathways for simultaneous oxidation of NOx and SO2 by ozone determined by in situ IR measurements, Journal of Hazardous Materials, 2014
Maciej P. Jakubiak, Wlodzimierz K. Kordylewski. Pilot-scale studies on NOx removal from flue gas via NO ozonation and absorption into NaOH solution, Chemical and Process Engineering, 2012
Wang H Q, Zhou K, Sun C L et al. Numerical evaluation of the effectiveness of NO2 and N2O5 generation during the NO ozonation process, Journal of Environmental science, 2016
Lin F W, Wang Z H, Ma Q et al. N2O5 formation mechanism during the ozone-based low-temperature oxidation deNOx process, Energy and Fuels, 2016
紀瑞軍, 徐文青, 王健, 嚴超宇. 朱廷鈺. 臭氧氧化脫硝技術研究進展, 化工學報, 2018
周揚, 李彩亭, 喻明娥, 付孟帆, 趙令葵, 曾光明. 臭氧應用於煙氣淨化的研究進展, 環境化學期刊, 2015
Wang M, Sun Y, Zhu T. Removal of NOx, SO2, and Hg from simulated flue gas by plasma-absorption hybrid system, IEEE Transections on Plasma Science, 2013
何楠, 蔡永祥, 盧威廷, 趙佳佳. 工業鍋爐煙氣臭氧氧化結合化學吸收同時脫硫脫硝技術探討, 「工業鍋爐」, 2017
王修文, 李露露, 孫敬方, 萬海勤. 我國氮氧化物排放控制及脫硝催化劑研究進展, 工業催化, 2019
Zhitao Han, Tianyu Zou, Junming Wang, Jingming Dong et al. A Novel Method for Simultaneous Removal of NO and SO2 from Marine Exhaust Gas via In-Site Combination of Ozone Oxidation and Wet Scrubbing Absorption, Journal of Marine Science and Engineering, 2020
Bao chang Sun, Miaopeng Sheng, Wenlei Gao, Liangliang Zhang, et al. Absorption of Nitrogen Oxides into Sodium Hydroxide Solution in a Rotating Packed Bed with Preoxidation by Ozone, energy and fuels, 2017
Jia Zhang Rui Zhang, Xin Chen, Ming Tong, et al. Simultaneous Removal of NO and SO2 from Flue Gas by Ozone Oxidation and NaOH Absorption, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2014
Robert Groebe, Stephanie Domanski, Jens Gebhardt, NOx reduction via ozone injection and caustic wet scrubbing in a hazardous waste treatment plant, Linde company, 2021

tuitiitu