有害廢棄物焚化處理技術整合型研究(II)─旋轉窯焚化系統處理有害事業廢棄物功能分析

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

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※ 有害廢棄物焚化處理技術整合型研究--- ※

※ 旋轉窯焚化系統處理有害事業廢棄物功能分析(II) ※

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計畫類別：□個別型計畫　　▓整合型計畫

計畫編號：NSC89－2211－E002－073

執行期間：88 年 8 月 1 日至 89 年 7 月 31 日

計畫主持人：吳中興

共同主持人：

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

執行單位：台灣大學農業機械工程研究所

中　華　民　國　89　年　10　月　5　日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

有害廢棄物焚化處理技術整合型研究---旋轉窯焚化系統處理有害事業廢棄物功能分析(II)

Per for mance Analysis on the

Combustion-Related System of the Rotar y Kiln Inciner ator for the Tr eatment

of Hazar dous Wastes (II)

計畫編號：NSC89-2211-E002-073

執行期限：88 年 8 月 1 日至 89 年 7 月 31 日

主持人：吳中興 台灣大學農業機械工程研究所

一、中英文摘要 摘要 本子計劃 配合總 計劃與其 餘諸子 計 劃，選擇大發工業區某工業用旋轉窯焚化 廠為焚化試驗之研究對象。研究重點為旋 轉窯焚化爐處理工業污泥與廢印刷電路板 之焚化系統功能分析。研究計劃的執行， 兼重理論研究與試驗之進行。首先完成旋 轉窯焚化系統、有害事業廢棄物性質、焚 化技術及污染防制技術相關資料之蒐集、 研讀與彙整，並且訓練研究人員熟悉各種 採樣、量測分析等儀器設備之操作與維 護。本子計劃焚化試驗包括旋轉窯焚化爐 各項設備之溫度量測，煙氣排放之採樣及 分析。本研究子計劃根據焚化試驗量測的 結果，完成工業用旋轉窯焚化爐處理有害 事業廢棄物之功能分析。 關鍵詞：旋轉窯焚化系統、工業污泥、廢 印刷電路板、有害事業廢棄物 ABSTRACT

This research cooperated with all other sub-projects to execute the study on the incineration of hazardous wastes in an industrial rotary kiln incinerator. The industrial rotary kiln incinerator set up in DaFa Industrial District was selected as the experimental object. The goal of this study focused on the performance analysis of the rotary kiln incinerator for the treatment of industrial sludge and waste printed circuit board. In the proceeding of the research, experimental test had the counterweight as theoretic study did. The first step was to

collect and review the references about rotary kiln incinerator, properties of hazardous waste, incineration technology and pollution control, and also to train the crew to familiarize the operation and maintenance of instrument in sampling, measuring and analyzing. The major issues of this sub-project included measuring of temperature and analysis the samples of waste gases. According to the experimental results, this study accomplished the performance analysis on the combustion system of the rotary kiln incinerator for the treatment of hazardous wastes.

Keywor ds: Rotary kiln incinerator, industrial

sludge, waste printed circuit board, hazardous waste 二、緣由與目的 旋轉窯焚化爐為常見之有害事業廢棄 物焚化處理設備。為了能達到有效地摧毀 有害物質之目的，從旋轉窯焚化爐的設計 到旋轉窯焚化系統之操作，皆是非常重要 的關鍵。然而，要在運作中的旋轉窯焚化 爐量測資料，實非一件容易的工作。在國 外的文獻當中，有關旋轉窯焚化爐的試驗 方面之研究有[1]~[3]。近年來由於電腦計 算能力地迅速發展，可藉由數值模擬分析 旋轉窯焚化系統之燃燒流場，熱傳質傳現 象，以配合質能平衡理論之探討，關於此 方面的文獻計有[4]~[8]。本研究子計劃參 考文獻中之實驗方法，及焚化理論，以工 業用旋轉窯焚化爐為實體，研究旋轉窯焚 化爐處理國內有害事業廢棄物之功能分

析，如工業污泥[9]與廢印刷電路板等。本 研究計劃的執行，兼重試驗方法與理論分 析，希望藉由研究成果，提昇國內旋轉窯 焚化爐對於有害事業廢棄物的處理能力。 三、結果與討論 本研究子計劃焚化試驗，藉由工業用 污泥、廢印刷電路板等有害事業廢棄物之 旋轉窯焚化處理，進行旋轉窯焚化系統處 理有害事業廢棄物功能分析。研究計劃選 定高雄大發工業區某工業用旋轉窯焚化爐 為研究對象，該旋轉窯焚化爐係屬於灰渣 式 同 向 流 動 旋 轉 窯 焚 化 爐 (cocurrent RKI)，亦即爐窯操作溫度控制在 700~1200 ℃，物料與爐床上方空氣同向流動之旋轉 窯 焚 化 爐 。 此 旋 轉 窯 焚 化 爐 的 內 徑 為 1.71m，長度為 7.62m，傾斜度為 3.5°， 使用 6 號重油為輔助燃料，爐窯旋轉速度 為 0.1~0.8rmp，過剩空氣量為 100%。 焚化試驗可分為溫度的量測與煙道器 分析兩大部分。溫度的量測部分，所使用 的 設 備 為 K type 熱 耦 感 溫 棒 與 CAMPBELL 21x 資料擷取系統，溫度量測 的位置分別為旋轉窯爐、二次室、旋風分 離機、降溫塔、吸收塔及煙囪。煙道氣的 採 樣 分 析 部 分 ， 所 使 用 的 儀 器 設 備 為 ECOM 煙道氣分析儀，採樣分析的位置為 煙囪上半部。 圖 1.為工業污泥焚化處理旋轉窯爐與 二次室之溫度分布圖，圖 2.為廢印刷電路 板焚化處理旋轉窯爐與二次室之溫度分布 圖。由圖 1.與圖 2.溫度分布的趨勢可以看 出旋轉窯爐內的溫度分布不穩定，而二次 室溫度分布變化是相對地穩定，此原因為 旋轉窯爐內的溫度分布容易受到廢棄物進 料的影響。一般而言，廢棄物在旋轉窯爐 內的燃燒機制可分為乾燥、熱裂解、燃燒 與後燃等四個反應程序，且需要充分地氧 氣及均勻地混合攪拌，在足夠地滯留時間 下，才能將有害之有機成分完全地摧毀， 而後將未完全燃燒之有機可燃氣體導引至 二次室繼續燃燒，也因為如此，旋轉窯爐 內的溫度變化相對於二次室的溫度變化較 為不穩定。圖 3.為工業污泥焚化處理各項 設備之最高溫度、平均溫度與最低溫度比 較圖。就圖 3.中之平均溫度而言，旋轉窯 爐內之平均溫度為 838℃，二次室為 930 ℃，旋風分離機為 479℃，降溫塔為 171℃， 吸收塔為 123℃，煙囪為 105℃。其中需要 說明的為二次室溫度的量測，雖然二次室 的平均溫度低於 1000℃，這是因為溫度量 測的位置為二次室入口處之位置。圖 4.為 工業污泥與廢印刷電路板焚化處理之溫度 比較圖。旋轉窯爐內平均溫度，工業污泥 焚化為 838℃，而廢印刷電路板焚化為 686 ℃。二次室平均溫度，工業污泥焚化為 930 ℃，而廢印刷電路板焚化為 1025℃。雖然 廢印刷電路板之熱值高於工業污泥，然而 其需要較長的熱裂解反應時間，因此在旋 轉窯爐內之溫度污泥焚化高於廢印刷電路 板焚化，而二次室之溫度污泥焚化低於廢 印刷電路板焚化。因此可以推論，廢印刷 電路板焚化需要較長的固體滯留時間，故 可以調低旋轉窯爐之旋轉速度以延長其固 體滯留時間。表 1.為 ECOM 煙道氣分析儀 所分析的結果，由資料顯示，此旋轉窯焚 化系統對於工業污泥與廢印刷電路板焚化 處理的結果，沒有測到 SOx 與 NOx 之濃 度，同時此旋轉窯焚化系統功能亦具有良 好的燃燒效率。 四、計畫成果自評 本研究計劃雖然完成了旋轉窯焚化爐 處理有害事業廢棄物之功能分析。然而有 礙於焚化試驗的量測技術，對於旋轉窯焚 化爐燃燒流場的了解還是相當有限。尤其 是試驗採樣的位置無法隨意地變更，無法 得到旋轉窯焚化爐燃燒流場局部更詳盡之 資料。因此本計劃之後續工作，需要研究 更精確的試驗方法，此外尚可利用電腦的 計算分析，試驗數據結果與數值計算模擬

驗證，俾使能更進一步地進行旋轉窯焚化 系統之功能分析。

五、參考文獻

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圖1.工業污泥焚化處理旋轉窯爐與二次室之溫度分布圖 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 50 100 150 200 250 300 350 400 (時間10:10 17:00) 溫度(C) 旋轉窯爐 二次室 圖2.廢印刷電路板焚化處理旋轉窯爐與二次室之溫度分布圖 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 (時間10:10~16:00) 溫度(C) 旋轉窯爐 二次室

圖3.工業污泥焚化處理各項設備之溫度比較圖 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 旋轉窯爐 二次室 旋風分離機 降溫塔 吸收塔 煙囪 溫度(C) 最大值 平均值 最小值 圖4.工業污泥與廢印刷電路板焚化處理之溫度比較圖 0 200 400 600 800 1000 1200 旋轉窯爐 二次室 溫度(C) 污泥 廢印刷電路板

表 1.煙道氣採樣分析結果 次數 項目 X1 X2 X3 X4 Average Gas Temp(℉) 218 217 220 214 217 O2(%) 17.2 16.2 12.8 15.8 15.5 CO(ppm) 2 7 0 2 2.75 NO(ppm) 71 76 69 46 65.5 NO2(ppm) 0 0 1 0 0.25 SO2(ppm) 0 0 0 0 0 CO2(%) 2.8 3.5 6 3.8 4.025