以選擇性觸媒氧化法處理國內垃圾焚化廠排氣NOX的成效和費用

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陳宏錩(Hung-Chang Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

環境工程研究所在職專班

論文名稱

以選擇性觸媒氧化法處理國內垃圾焚化廠排氣NOX的成效和費用
(The effectiveness and cost of selective catalytic oxidation for treating NOX emissions from domestic waste incineration plants)

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摘要(中)

國內垃圾焚化廠多使用選擇性非觸媒還原法(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR) 處理排氣的NOx，選擇性觸媒還原法(Selective Catalytic Reduction, SCR)能更有效率地處理NOx排放。本文以台北市北投垃圾焚化廠、台中市后里資源回收廠、嘉義市垃圾焚化廠SNCR入口的NOx濃度，在實驗室模擬使用SCR處理NOx排放，探討脫硝效率，以及所需費用的變動。
本文使用的觸媒為V2O5 / TiO2釩鈦系觸媒，製造方法為擠出式。實驗溫度控制在160 oC ~ 210 oC區間，在實驗開始後的前500秒，實驗系統出口端NOx濃度都呈現急遽下降的情況。在開始後的900秒出口端NOx濃度呈現穩定狀態，最低可達30 ppm左右。實驗溫度越高，出口端NOx濃度越低，兩者呈現反比的情況。當反應溫度為 210 oC時，三廠都具有最高的脫硝效率，分別為83%、79%、79%。
各廠如果依照現有條件選擇建置SCR提高脫硝效率時，估計未來20年處理每噸垃圾需再投入建置與操作費用：北投廠為29.4元/噸、嘉義廠為99.93元/噸、后里廠為34.75元/噸。每年各廠需投入總費用：北投廠為1,930萬元、后里廠為1,142萬元、嘉義廠為1,094萬元。
關鍵字：氮氧化物、選擇性觸媒還原法、垃圾焚化廠、釩鈦系觸媒

摘要(英)

Selective catalytic reduction (SCR) is a more efficient method for NOx emission control than the selective non-catalytic reduction (SNCR) method commonly used in Taiwanese waste incineration plants. This study simulated SCR treatment of NOx emissions in a laboratory setting, using NOx concentration data from the SNCR inlet of the Beitou Waste Incineration Plant in Taipei, the Houli Resource Recovery Plant in Taichung, and the Chiayi Waste Incineration Plant. The study investigated denitrification efficiency and associated cost fluctuations.

The catalyst used in this study was an extruded V2O5/TiO2 vanadium-titanium catalyst. The experimental temperature was controlled within the range of 160°C to 210°C. In the first 500 seconds after the experiment commenced, a rapid decrease in NOx concentration was observed at the outlet of the experimental system. After 900 seconds, the outlet NOx concentration stabilized, reaching a minimum of approximately 30 ppm. An inverse relationship was observed between experimental temperature and outlet NOx concentration, with higher temperatures leading to lower concentrations. At a reaction temperature of 210°C, all three plants achieved their highest denitrification efficiency, with values of 83%, 79%, and 79%, respectively.

If each plant were to implement SCR based on their current conditions to enhance denitrification efficiency, the estimated additional construction and operation costs per ton of waste over the next 20 years would be: NT$29.4/ton for the Beitou Plant, NT$99.93/ton for the Chiayi Plant, and NT$34.75/ton for the Houli Plant. The annual total costs for each plant would be: NT$19.3 million for the Beitou Plant, NT$11.42 million for the Houli Plant, and NT$10.94 million for the Chiayi Plant.

Keywords: nitrogen oxides, selective catalytic reduction, waste incineration plant, vanadium-titanium catalyst

關鍵字(中)

★ 氮氧化物
★ 選擇性觸媒還原法
★ 垃圾焚化廠
★ 釩鈦系觸媒

關鍵字(英)

★ nitrogen oxides
★ selective catalytic reduction
★ waste incineration plant
★ vanadium-titanium catalyst

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章前言 1
1.1 研究源起 1
1.2 研究目的 2
第二章文獻回顧 3
2.1 氮氧化物的形成 3
2.2 氮氧化物的來源及危害 4
2.2.1 氮氧化物的危害性 5
2.3 氮氧化物的排放控制技術 7
2.3.1 選擇性非觸媒還原(SNCR) 7
2.3.2 選擇性觸媒還原 (SCR) 8
2.4 觸媒種類介紹 12
2.4.1 金屬氧化物觸媒 13
2.4.2 貴金屬觸媒 13
2.4.3 沸石觸媒 14
2.5 SCR系統操作因子對於脫硝效率的影響 16
2.5.1 反應溫度 16
2.5.2 空間速度 19
2.5.3 氧氣濃度 19
2.5.4 硫氧化物 19
2.5.5 氯化氫 20
2.5.6 NH3/NO注入比 20
2.5.7 水分 21
第三章實驗方法 22
3.1 研究對象基本資料 22
3.2 主要實驗及儀器設備 29
3.3 實驗步驟與方法 43
3.4 實驗材料 44
3.5 檢測品質管制 45
第四章結果與討論 48
4.1 不同溫度下SCR出口端NOx濃度與脫硝效率 48
4.1.1不同溫度下的SCR 出口端 NOx濃度 48
4.1.2 反應溫度與脫硝效率的關聯 56
4.2國內垃圾焚化廠以SCR取代SNCR脫硝系統費用及節省的空氣污染防制費 60
4.2.1 台北市北投垃圾焚化廠氮氧化物防制費用計算 61
4.2.2 嘉義市焚化廠氮氧化物防制費用計算 62
4.2.3 台中市后里資源回收廠氮氧化物防制費用計算 63
4.2.4 三個廠SCR與SNCR建置與注氨費用 66
4.2.5 微型觸媒實驗器與實場SCR的使用差異 69
第五章結論與建議 71
5.1 結論 71
5.2 建議 73
參考文獻 74
附件一、論文口試意見及回覆說明 80
附錄二、現行垃圾焚化廠空氣污染排放標準 89
附錄三、氮氧化物收費費率及計費表 90
附錄四、直轄市、縣（市）各級空氣污染防制區劃定表 91
附錄五、成分分析光譜訊號圖譜 92

參考文獻

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指導教授

李崇德(Chung-Te Lee)

審核日期

2024-7-26

推文