分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

火力發電的廢氣如何處理?一套不夠裝兩套就好了嗎? ——煤的旅程(三)燃燒後處理篇

  • 文/陳柏宇

前面我們討論了火力發電的讓污染減少的燃燒前處理以及燃燒新技術,但是事情還沒完……

小時候,不論是大人或是老師,都會告訴我們做事情要做到最後一刻,有始有終。對於污染物的處理也是一樣,來到最後一關,在火力發電的最後就是燃燒後處理(Post Combustion Process)上場的時刻啦。

化石燃料在經過鍋爐燃燒後會產生煙道氣(廢氣)。而煙道氣裡面主要含有以下幾種物質:硫酸鹽(SOX)、硝酸鹽(NOX)、有機揮發物(VOC)以及我們最在意的 PM2.5 懸浮微粒、重金屬。

現在的火力發電廠要符合空污法規,基本上都必須加裝許多空污的處理設備。再厲害的燃燒技術,沒有這些設備的污染的排放量還是很嚇人的,加裝脫硫設備的前後比較如下圖。

數據來源:RenewEconomic 。泛科學重製。

以下針對燃煤與火力電廠標準配備污染物處理流程進行討論!

煙道氣從燃燒室出來後,會先經過選擇性催化還原反應(Selective Catalytic Reduction, SCR)脫去氮氧化物,再經過除塵設備去除大部分懸浮微粒,最後經過排煙脫硫設備(Flue Gas Desulfurization, FGD),脫硫後從煙囪排出。

燃煤電廠標準配備污染物處理流程,煙道氣會經過重重關卡才會排出。

第一關:SCR,現出原形吧氮氧化物

所謂煙氣脫硝技術或是選擇性催化還原反應(Selective Catalytic Reduction, SCR)是指在煙道氣中噴入氨氣等還原劑,在金屬或是金屬化合物催化下,將氮氧化物還原成氮氣與水。這是國際上相對普遍且成熟的做法,整體效率大約為 85%~90%以上。

此設備常放在第一站與鍋爐體結合,使煙道氣的溫度還維持在攝氏350~400度的時候,在金屬催化下進行氮氧化物的還原。

氨槽與觸媒單體 。圖片來源:台電網站

第二關:除塵設備,微粒都給我不要跑

除去微粒的設備主要有兩種,分別是靜電集塵器濾袋集塵器

靜電集塵器(electrostatic precipitator, ESP),是一般大型電廠用來去除微粒的方法,藉由放電電極線產生電暈放電 (corona discharge),使空氣分子游離而形成帶電的空氣離子,空氣離子與微粒摩擦使之帶電,緊接著帶電的微粒在因為異性電相吸,被兩側的帶電擊板收集。收集板或累積之粉塵微粒需定期由敲擊器震落,由底部之漏斗收集及儲存,蒐集的灰飛可以用作他途,例如溶入建材。

ESP。圖/FLSMIDTH

靜電集塵器通常的使用時機為:除塵效率要求高、具有經濟效益的粉塵回收、高溫廢氣除塵或廢氣及粉塵不具爆炸性。靜電集塵器與袋式集塵器相類似,對於 1 µm 左右之微粒去除率很高(更小的粒子不易帶電無法吸附),整體來說有 99% 以上的效率。台電中火目前預備要將 ESP 進行升級,預計進一步提升去除效率。

濾袋集塵器(Bag Filter or Particle Reduciton System, PRS),除污效率就更高了,其原理就跟一般家裡的吸塵器類似。早期受限於材料特性,對於大型燃煤電廠不太適用;近幾年因於材料(複合材料)的進步,大型燃煤電廠也開始可以選擇以濾袋集塵器做為去除粒狀污染物的設備,林口電廠就是此例。

第三關 FGD、和硫氧化物說分手

最後,我們來到除污設備的最後一道關卡,排煙脫硫設備(Flue Gas Desulfurization, FGD)。台電方面主要採用的是濕式脫硫塔(石灰石膏法),將煙道氣送入塔內,塔中噴灑化學藥劑,讓硫酸鹽與石灰石(碳酸鈣)等鹼性物質作用,形成石膏(硫酸鈣)。同時由前面步驟「漏網」的懸浮微粒,也可以將懸浮微粒洗入漿液中,這也是這個設備架設在最後端的原因。生成的石膏可以製成石膏板等其他用途,整體的去除效率大約 90~95 %。

林口電廠以及麥電則採用海水脫硫法,利用海水的鹼性中和硫氧化物,整體效率也可達 95%,相較於石灰石膏法,可避免使用大量淡水以及產生固體廢棄物,但廢水排入海中時必須要受到相當監控,避免污染海洋生態。因此林口電廠也試著在排放口設置一套海洋牧場養魚,希望借以印證其排放水對海洋生態影響不大。

FGD。圖片來源:台電網站

最後,經過層層關卡的煙道氣最終還是要排入我們的大氣。以林口電廠為例,煙道氣排出前會經過煙氣連續監測設施,所有的排放數據,電廠都有即時的監控、呈現在調度室的儀表板,並且直接與地方政府資訊連線,為民眾健康把關。

電廠的調度室,可以從右側螢幕看到煙氣連續監測設施的即時數字。攝影/陳柏宇

我們前面談到的這些整套設備都要價不斐,但這些設備都是有效率極限的,所以如何在最合理的情況下控制污染,以及從前頭的處理讓煙道氣本身的污染減少,都是需要考量的。

所以我說,那個二氧化碳呢?

講完如何讓煤燒起來乾淨一點後,其實,我們都還沒討論到大魔王,也就是國際間最關心的污染物,二氧化碳

大家都知道它會使氣候變遷惡化,這邊就要回到真正的「乾淨的炭」(Clean Coal)的意思,一般意指燃燒化石燃料的二氧化碳捕捉與封存( Carbon Capture and Storage, CCS)。

技術性上為了讓二氧化碳容易捕捉,我們勢必得再提高煙道氣裡的二氧化碳濃度(煙道氣裡多數是氮氣)。理論上會採用一些技術讓燃燒更有效率;再透過一些能與二氧化碳反應的化學成分或是吸附劑進行捕獲。不過這些也都是另一個故事了,這邊就讓我偷懶省略一萬字,在使用煤炭仍然主流的趨勢下,國際上也越來越多電廠搭配上相關的新技術。畢竟未來有減緩二氧化碳排放、碳稅即將開徵的壓力。

但想額外強調一點,化石燃料的使用,即便有再好的科技做搭配,排放二氧化碳仍是無法避免的。而所有更「乾淨」也都需要付出更多經濟上、或者其他面向的代價。

值得被看見的技術進步

隨著便利的電力帶來的繁榮,人們也逐漸要求更高的生活品質;某種程度上,這也是為何空污議題會越來越受到重視的原因。在電力生產的背後,有許多人在崗位上努力為空氣品質、健康把關。空污處理技術、電力穩定、能源轉型,這些都是臺灣現在面臨相對複雜的問題,必須要花更多心思理解。燃煤發電固然帶來了較高的空氣污染,但配合優良的防制技術,仍然可以有效地抑低空污排放,在實務上這些電力也很可能是我們維生所必需的資源,不宜輕易全盤否定。

近幾年台灣的火力電廠,不管是燃煤或是燃氣,在飽受批評的同時,也都開始引入許多改善的方法,每個環節的改善與技術的進步都是淚水與汗水的累積,這些努力也值得被看見;也期許更多的朋友可以透過系列文章,對於電廠除污技術有更多的了解。

參考資料

  1. Lean and clean: why modern coal-fired power plants are better by design
  2. 循環式流體化床鍋爐

本文由台灣電力公司委託/廣告,泛科學企劃執行


泛科學院精選線上課程:科學思辨力

無論是自然環境或是社會體制,地球正在發生的改變難以預測是好是壞,但是我們可以確定,每個人都需要 科學思辨力 以迎接來得又快又猛的新時代🧠


泛科學院精選實體課程:兒童冬令營

報名泛科冬令營,幫孩子預約一個充滿科學和歡樂的寒假,從此愛上知識與學習!📚

關於作者

PanSci

PanSci的管理者通用帳號,也會用來發表投稿文章跟活動訊息喔。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策