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臨海工業區之區域性能源資源整合規劃(I)

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Academic year: 2021

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行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

臨海工業區之區域性能源資源整合規劃(I)

計畫類別: 個別型計畫 計畫編號: NSC93-ET-7-006-003-ET 執行期間: 93 年 01 月 01 日至 93 年 12 月 31 日 執行單位: 國立成功大學機械工程學系(所) 計畫主持人: 林大惠 共同主持人: 侯順雄 報告類型: 完整報告 處理方式: 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 94 年 3 月 23 日

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行政院國家科學委員會

/經濟部能源委員會/石油基金管理委員會

能 源 科 技 學 術 合 作 研 究 計 畫 成 果 報 告

臨海工業區之區域性能源資源整合規劃(I)

Planning on Integrated Utilization of Energy and Useful

Resources in the Lin-Haai Industrial Site (I)

計 畫 編 號 :NSC 93-ET-7-006-003-ET

執 行 期 限 :93 年 1 月 1 日 至 93 年 12 月 31 日

計畫主持人 :林大惠教授 國立成功大學機械工程學系

共同主持人 :侯順雄教授 崑山科技大學機械工程系

執 行 單 位 : 國 立 成 功 大 學 機 械 工 程 系

中 華 民 國 九 十 四 年 三 月

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摘 要

生態工業園區及產業共生的概念在國際上被廣泛的提及,目前各工業國也積 極推動既設工業區的轉型或設立生態工業園區,以提升能源、資源的使用及再利 用效率,減少能源損耗,並提高廢棄物及副產品的經濟價值。國內臨海工業區的 型態屬於混合型工業區,也就是由不同型態的中小企業所組成的工業區型態,因 此如何整合混合型工業區的資源及能源,並作一有效率的循環使用,及提高廢棄 物的附加價值,將是本研究的努力目標。本研究的第一年工作,主要針對臨海工 業區的(1)公用與環保設施、(2)化工與煉油製程、(3)以及煉鋼與金屬冶鍊製程三 個主要部分,進行個別製程分析,調查能源與資源之投入與產出、製程副產品與 廢料、相關設備現況及其他相關物流供需鏈,並以問卷方式調查區內的選定廠商 對於能源資源整合概念的瞭解程度及參與意願。未來將以第一年所獲得之研究成 果為基礎,建立整合分析模式。 關鍵詞:生態工業園區、產業共生規劃、能源資源整合應用

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Abstract

The concepts of eco-industrial parks and industrial symbiosis have been mentioned extensively by many scholars and researchers in the world. Several industrialized countries actively promote the transition of the existing industrial sites or the establishment of eco-industrial parks in order to improve the use of energy and resource, to raise energy utilization efficiency, to reduce the energy consumption, and to improve the economic value of the wastes and by-products. In Taiwan, the Lin-Haai industrial site is a mixed industrial park, in other words it is made up of small- and medium-sized enterprises of different types. In this study, we aim to study the transition from a mixed industrial park into an eco-industrial park so as to improve energy and resources integration, by-product utilization, and waste handling. In the first year, we analyzed individual processes including (1) utility plants and pollution-control units, (2) chemical and refinery processes, (3) steelmaking and metal forming processes in the Lin-Haai industrial site. Furthermore, the level of recognition on the concept of integrated utilization of energy and useful resources, and also the attitudes of participation of companies were evaluated by questionnaires.

Keywords : Eco-Industrial Park, Industrial Symbiosis, Integrated Utilization of

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總 目 錄

中 文 摘 要……… I 英 文 摘 要……… II 總 目 錄……… III 表 目 錄……… IV 圖 目 錄……… V 一、前言……… 1 1-1 研究背景……… 1 1-2 國內能源概況……… 1 二、研究目的……… 4 三、文獻回顧……… 5 3-1 工業生態學概論……… 5 3-2 生態工業園區概論……… 5 3-3 區域性能源資源整合實例……… 6 四、研究方法……… 12 4-1 工作項目……… 12 4-2 研究方法……… 12 五、結果與討論……… 13 5-1 製程分析-公用與環保設施……… 13 5-2 製程分析-化工及煉油製程……… 18 5-3 製程分析-煉鋼與金屬冶鍊製程……… 24 5-4 廠商問卷調查……… 36 六、未來研究方向與規劃……… 38 6-1 運轉性質與運轉條件……… 38 6-2 運轉成本……… 40 6-3 收入……… 41 6-4 分析流程……… 42 七、結論……… 43 八、參考文獻……… 45 表與圖……… 48 研發成果資料表……… 79

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表目錄

表1 五大產業 2020 年累積能源節約率估計表……… 48 表2 煉焦爐熱平衡計算結果實例……… 49 表3 轉爐之分類表……… 50 表4 訪談問卷內容……… 51 表5 第一部分:生 產 製 程 相 關 調 查 問卷結果……… 56 表6 第二部分:能 源 資 源 整 合 概 念 問卷結果……… 57 表7 二級防制區燃燒固態燃料之空污費率計算表……… 59 表8 合格汽電共生系統購電費率表……… 60

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圖目錄

圖1 台灣地區能源政策及執行措施架構圖……… 61 圖2 二級生態食物鏈及工業生態鏈示意圖……… 61 圖3 荷蘭 RoCa3 電廠示意圖……… 62 圖4 丹麥 Avedore 電廠 Avedore2 發電機組示意圖……… 62 圖5 丹麥 Kalundborg 區之工業共生計畫示意圖……… 63 圖6 先發電循環(topping cycle)系統示意圖……… 63 圖7 後發電循環(bottoming cycle)系統示意圖……… 63 圖8 複發電循環(combined cycle)系統示意圖……… 64 圖9 中鋼公司動力場汽電共生系統流程圖……… 64 圖10 中石化產品製程示意圖……… 65 圖11 中油產品製程示意圖……… 65 圖12 李長榮化工產品-甲醇製程示意圖……… 65 圖13 李長榮化工產品-丙酮製程示意圖……… 66 圖14 李長榮化工產品-醋酸乙酯製程示意圖……… 66 圖15 李長榮化工產品-異丙醇製程示意圖……… 66 圖16 李長榮化工產品-甲基異丁基酮製程示意圖……… 67 圖17 李長榮化工產品-甲醛製程示意圖……… 67 圖18 李長榮化工產品-乙醇製程示意圖……… 67 圖19 李長榮化工產品-丁二烯/苯乙烯(SBR)製程示意圖……… 67 圖20 臺灣志氯產品製程示意圖……… 68 圖21 中碳產品製程示意圖……… 68 圖22 中鋁公司產品製程示意圖……… 69 圖23 盛餘公司-冷軋鋼板捲產品製程示意圖……… 69 圖24 盛餘公司-鍍(鋁)鋅產品製程示意圖……… 69

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圖25 盛餘公司-烤漆產品製程示意圖……… 69 圖26 盛餘公司-特殊產品示意圖……… 70 圖27 中鋼構公司產品製程示意圖……… 70 圖28 唐榮鐵工廠(股)公司-不銹鋼廠產品製程示意圖……… 70 圖29 中鋼公司產品製程示意圖……… 71 圖30 鋼品生產前段流程示意圖……… 71 圖31 煉焦生產流程示意圖……… 72 圖32 煤炭焦化及化學品回收之流程示意圖……… 72 圖33 煤之乾餾機構示意圖(粘結煤之乾餾反應模型)……… 73 圖34 燒結生產流程示意圖……… 73 圖35 高爐生產流程示意圖……… 74 圖36 高爐煉鐵流程示意圖……… 74 圖37 高爐生產設備示意圖……… 75 圖38 高爐物質平衡示意圖……… 75 圖39 高爐能量平衡示意圖……… 76 圖40 高爐下部高溫區能量平衡示意圖……… 76 圖41 轉爐生產流程示意圖……… 77 圖42 臨海工業區之能源資源整合模式示意圖……… 77 圖43 運算流程示意圖……… 78

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一、前 言

二十一世紀的台灣將同時面臨能源缺乏、資源浪費、廢棄物大量產生和環境 污染等多重挑戰,因此深入探討如何提升能源效率、資源回收利用、廢棄物再利 用和污染防制等各個課題,並尋求克服的方法,將是非常急迫且有待政府和民間 一起努力。在這樣的時代背景下,衍生了整合應用的概念,其意義是指經由最佳 技術、能源利用、能源與環境、廢棄物之能源與資源化應用等多方面之整合應用, 而其成果可反映於高效率、低污染和高經濟價值之實際表現。此一整合應用觀念 與作法將會是未來國內產業發展的希望。 1-1 研究背景 目前國內最典型之工業區能源資源整合方案為廠家聯合設置汽電共生廠,以 供應工業區各用戶所需之熱能(蒸汽)與電能,如大園汽電、新宇汽電等。而新 近工業區,如新竹科學工業園區與南部科學工業園區,已整合供應園區用戶所需 工業氣體之供應商。另外,高雄臨海工業區中,中國鋼鐵股份有限公司(以下簡 稱中鋼公司)亦因應鄰近廠商之需要,已發展臨海工業區之區域性能源供需整合 系統。 1-2 國內能源概況 能源可概略區分為傳統能源、再生能源與廢棄物能源。傳統能源包括化石能 源(煤炭、石油、天然氣)和核能。而再生能源顧名思義,是自然界中可以循環 產生的能源,取之不盡,用之不竭;再生能源主要包括了太陽能、風能、地熱能、 水力能、生物能及海洋能。在一切經濟活動中所產生之廢棄物質中常含有高量有 用資源,若加以轉化為能源即稱為廢棄物能源,包括都市、工業、農業廢棄物能 源回收與廢能回收,其中汽電共生屬於廢能回收。 從1988 年至 1998 年,十年間,世界初級能源(初級能源指蘊藏於大自然, 且未經任何人工轉化過程的能源,例如煤、原油、陽光和鈾)消費之平均成長率 為1.1%,而亞太地區之平均成長率為 3.9%。人類對於能源之需求不斷上升,且 能源為經濟發展之原動力,亦為現代化社會之民生必需品,更是關係國家安全之 戰略物質。 台灣能源消費量在過去二十多年間迅速增加。在各能源中,煤炭在光復初期 曾居能源消費首位,但隨著國內煤產量減少,煤炭所占比重逐漸下降,而石油使 用比重上升。至第二次石油危機後,政府積極推展燃料轉換,使煤炭使用比重逐 漸增加。至於電力消費則隨著生活水準提升、技術進步及各式電氣設備的改良與

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創新,使電力消費比重呈穩定增加,現在已占台灣能量消費比重的首位。台灣地 區約有九成電力是由台灣電力公司(以下簡稱台電)供應,另外約一成電力則由 各廠家自行設置汽電共生系統,產出電能與熱能供自用或外售。台電供電系統的 發電架構中,於民國92 年底,台電計有發電廠 77 座,其中水力 41 座,火力 32 座,核能3 座,風力 1 座;台電總發電量為 1425 億度,其中水力占 5%,燃煤占 43%,燃油占 10%,燃氣占 15%,核能占 27%【1】。 因能源與交通、環保、教育、民生、工業、國防等息息相關,故能源政策儼 然是項重要的公共政策,而我國能源政策演變可分為六期說明: 1.第一期:民國 57 年透過台灣區能源發展原則,以發展工業為目標,穩定與廉 價供應為手段,鼓勵能源之探勘開發及使用。 2.第二期:民國 62 年 4 月公佈台灣地區能源政策,以期能源穩定供應,並進口 安全、種類及來源多元化之能源(第二期正值石油危機)。 3.第三期:民國 68 年 11 月第一次修正台灣地區能源政策,以自產能源產量為目 標,準備液化天然氣(liquefied natural gas, LNG)進口,推展節約能源, 以煤替代石油。 4.第四期:民國 73 年 9 月第二次修正台灣地區能源政策,降低電力負載,訂定 管理產業對策(能源密集度低)、建築物及設備之效率標準,以期減 少環境衝擊。 5.第五期:民國 79 年 12 月第三次修正台灣地區能源政策,鼓勵 LNG 發電和汽 電共生,核廢料處理,節約能源及教育宣導。 6.第六期:民國 85 年 7 月第四次修正台灣地區能源政策,推展能源產業自由化 及民營化,環保標準之訂定轉趨嚴格。 圖1 為台灣地區能源政策及執行措施架構圖,從圖中可清楚看出國內能源政 策之時代背景、政策內容與總目標。近年來,國際間能源情勢變遷與國內經營環 境顯著改變,尤其能源利用對環境的影響,如溫室效應、酸雨、空氣污染等已成 為國際間共同關切的課題。為因應自由貿易之時代趨勢,並考量國內外能源環境 變遷與能源情勢發展,目前台灣地區現行能源政策有六大方針:穩定能源供應、 提升能源效率、開放能源事業、重視環保安全、加強研究發展和推展教育宣導 【2】。 另外,根據全國能源會議具體行動方案之規劃,我國於2010 年累積節約能 源率為16%,2020 年為 28%(1997~2010,每年 1.2%;2011~2020 年,每年 1.0%)。 但近年因國內外景氣低迷,產業架構產能不足、產值下降,造成能源生產力下降; 而且產業製程技術與能源設備多仰賴進口,礙因專利技術而無法做大幅度變動, 僅能從改變操作效率著手,因此能源節約有限。根據工業局針對各產業研究顯

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示,如表1 所示,為五大產業 2020 年累積能源節約率估計表;鋼鐵業至 2020 年 累積能源節約率僅約8.1%、水泥業約 11.9%、石化業約 11.0%、人纖業約 21%及 造紙業約 5.0%【3】。在能源需求不斷升高,能源節約行動又不如預期情況下, 能源資源整合的概念開始被強調,不論是政府單位或是企業界都已經著手評估推 動區域性能源資源整合,以期解決將面臨的能源問題。

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二、研究目的

二十一世紀的台灣將同時面對能源缺乏、資源浪費、廢棄物大量產生、和環 境污染的多重挑戰,因此深入探討能源效率提升、資源回收利用、廢棄物再利用、 和污染防治各個課題,尋求克服的方法,將是非常急迫而且有待政府和民間一齊 努力。顯然的,從實務層面來看,廢棄物可以視為資源,也可以是能源的一部份, 比如:木材加工廠產生的木屑,可以成為鍋爐燃燒所需的燃料;燃氣渦輪機排出 的高溫廢氣,可以經由熱回收鍋爐產生製程所需蒸氣,甚至發電。由此可見,上 述各個急待解決的課題並非各自獨立,而是有相當的關聯性,也就是說課題間需 要整合以尋求最佳化;整合應用的範圍可以包括:最佳技術之整合、能源利用之 整合、能源與環境之整合、廢棄物能源應用之整合、以及資源應用之整合等。這 些整合應用的成果可以反映在高效率、低污染和高經濟價值的實際表現。此一整 合應用(或整合經濟)的概念和做法應該是未來國內產業發展的希望,也是政府 政策和民間產業需要審慎評估規劃的方向。

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三、文獻回顧

本章將整理相關文獻,包括工業生態學、生態工業園區、區域性能資源整合 實例等現有研究文獻,在產業共生及環境保護的概念下,探討如何發展符合區域 性的能源與資源整合。 3-1 工業生態學概論【4】 用以評估和減少產業活動對環境影響的科學,稱為工業生態學。工業生態學 是人類在經濟、文化、和技術不斷發展前提下,有目的、合理的去探索和維護可 持續發展的方法。工業生態學要求不是孤立,而是協調的看待產業系統與周圍環 境的關係;是一種試圖對整個物質循環過程,從天然材料、人工材料、零組件、 產品、到產品最終處置,加以優化的系統方法。 工業生態學的觀念是將生態學的概念應用於產業活動的研究,並提倡物質循 環利用的概念,尋求物質與能源使用之最大效益。如同生態學中的生物食物鏈, 包含營養物質和能量的傳輸及物質循環流動,與工業的物質流循環是意義相同 的,在此以二級生態食物鏈及工業生態鏈作一說明,如圖2 所示。圖 2 之上半部 為海洋生物食物鏈,下半部則以電腦中銅的使用為例,比對兩者循環的開始皆為 初級生產者,其生態食物鏈中的浮游植物,如同工業生態鏈中的冶煉廠;生態學 中的分解者也與工業生態鏈中的再循環概念相對應。其間之不同處在於工業生態 鏈多了拆卸商,及工業生態鏈的物質損失較多於生態食物鏈。 工業生態學最重要的概念為廢棄物(wastes)及殘留物(residues)的觀念,在自 然系統中,所有物質都以不同形式得到高效率的再利用,所以不認為是廢棄物, 應視為殘留物,或稱為二次資源。尤其是現在消費模式,所有從原料至成品的過 程中皆經過精密的製造及加工,皆耗費大量經濟及綠色資本,因此在工業生態學 中主要精神不只在於末端的殘留物再利用,也關注產品原料、製造設施及製程等 影響。 3-2 生態工業園區概論 為了避免工業產生的污染情況持續惡化,必須確實執行環保工作及提升能源 與資源的利用效率,但同時必須兼顧經濟成長,所以最佳的方法是將其合而為 一,兩者兼顧,同時也符合永續發展的理念。於是工業生態化及建立生態工業園 區(Eco-Industrial Parks, EIP)等觀念及做法,已成為企業界及政府努力的方向。

傳統的工業活動模式是指個別生產製程引入原料並輸出產品以販售之,而同 時對於廢棄物加以處理。此一傳統模式應該轉化成一更具整合性的模式,也就是

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一個產業生態體系;在此體系中,假設物質流與能源流是最佳化的、產生的廢棄 物是最少的,而且其中一製程所排出的廢棄物卻可作為另一製程的原料。這是最 早期 Frosch 等人對於產業生態系的理想看法,或者也可說是 EIP 的物質基礎觀 點。但是推展到空間層次的EIP,它所需觸及的將是經濟/商業經營利益與環保、 政治、社會、文化…等多重層面交錯糾結的綜合體【5】。 EIP 最直接簡單的定義即「指某一生產者(公司或工廠)的廢棄物可當另一 生產者資源的地方」。EIP 的定義有許多說法,而目前世界公認的定義,多以美 國PCSD (President's Council on Sustainable Development)在 1996 年於維吉尼亞州 Cape Charles 所舉辦的研習會之結論為主,當時歸納出兩個最具代表性的定義【6, 7】: 1. 一個彼此相互合作且與地方社區有效率地分享資源(資訊、物質、水、能源、 基盤設施和自然棲地)的企業體所形成的社區。可獲致經濟上的利益、環境 品質並促進關於人類商業及地方社區資源的公平。 2. 經過規劃的物質及能源交換之產業系統;它在尋求能源及原料使用的最小 化、減廢並建立永續經濟、生態和社會關係。 美國環保署又將EIP 歸納為一綜合定義:「生產及服務業所形成的社區,藉 由經營環境和包括能源、水、物質等資源議題以尋求更佳的環境及經濟績效。且 藉由共同合作,企業社區所尋求的集體利益將大於每一公司個別利益總和。」所 以目前我們很清楚地可以發現 EIP 有幾項重要概念,包括封閉物能流、資訊分 享、公私合夥、總體而非個體、共生等跨經濟、環境、社會的觀點。 EIP 的構想,是希望將工業中所產生的廢棄物,能夠作為其他領域的原料加 以利用,以達到沒有廢棄物的目標,亦即零排放(zero emission)的理念,對於台 灣的工業政策而言,導入EIP 的概念,將帶給傳統產業及高科技產業一項新的契 機,不僅可提升經濟效益及企業形象,更可達成永續經營的目標。 EIP 的建構必須先分析各工業產業特性,再從其核心產業著手,針對其主要 產品的關聯產業進行整合。核心產業的主要副產品與廢污特性、耗用能源與水資 源狀況,為未來工業區調整的方向,及未來的相關設施、設備投入的參考。核心 產業意指各工業區最主要或領導的產業,例如分析臨海工業區,其具有的特性 為:1.工業規模較大(廠家數及面積),2.耗用動力能源多(如煤、油、天然氣等), 3.耗用電熱能多。故分析評估臨海工業區時,動力能源、電能與熱能調配是一大 重點。 3-3 區域性能源資源整合實例 目前一些先進國家,如美國、荷蘭、丹麥、瑞典、加拿大等,都從開展不同

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規模的區域性能源資源整合著手,以嘗試生態工業並建設生態工業園區;即使在 中國,亦有幾個城市和產業開始試行生態化和循環經濟運作。雖然美國並非發展 生態工業園區的第一個國家,然而,從1993 年起,在美國環保署及相關公私部 門合作下,傾全國力量以赴;這些努力成果表現在建構生態工業園區的概念、研 究單位的迅速增加、中央政府與地方政府的重視、新法令與制度的訂定等方面。 1996 年,PCSD 舉辦一項生態工業園區工作會議,美國有 15 個案例,加拿大有 一個案例參與。其中有些案例只是簡單副產品等資源交流計畫,有些則已發展成 為全面的生態工業園區。有些計畫因缺乏經費而暫緩執行,相對的,也有些園區 已經成功的營運並招進廠商【7】。 以下除列舉說明國外發展區域性能源資源整合較成熟之三個實例:荷蘭 RoCa3 電廠、丹麥 Avedore 發電廠與丹麥 Kalundborg 工業共生中心。並將介紹 有關國內高雄臨海工業區中,以中鋼公司為中心之區域性能源資源供需整合系 統。 (一) 荷蘭 RoCa3 電廠 荷蘭RoCa3 電廠號稱可改善溫室效應之綠色電廠,其規劃設計是建立於環 保、創新與技術三大基礎上,不僅可以產生電力,亦可供應熱源與CO2給玻璃屋 園藝工廠使用,促成完善之能源利用和CO2減量。 圖3 為荷蘭RoCa3 電廠示意圖【8, 9】。RoCa3 電廠之發電系統是由燃氣渦輪 機和蒸汽渦輪機所組成的複循環發電系統氣渦輪機利用燃燒天然瓦斯產生高溫 氣體來推動發電,而其發電後排出的高溫廢氣(約540℃)被導引至廢熱鍋爐, 廢熱鍋爐中的水被高溫廢氣加熱形成水蒸汽,此水蒸汽被用予推動蒸汽渦輪機再 行發電。蒸汽渦輪機發電後的水蒸氣被導引至熱交換器,用來加熱區域熱水至 120℃,此一區域熱水藉由管路連通至玻璃屋園藝工廠循環使用。經由廢熱鍋爐 減熱降溫後之高溫廢氣,部分被導引至CO2鍋爐,藉由先進燃燒技術燃燒額外的 天然瓦斯,使得廢氣中的CO2達到最高濃度;此一高濃度CO2廢氣經壓縮後送往 玻璃屋園藝工廠,藉以促進農作物的生長(農作物生長的最適CO2濃度為 800~1000ppm)。額外燃燒天然瓦斯加熱水所產生的水蒸氣,可以進一步提供額 外的電力。RoCa3 電廠利用三條十公里長的管路輸送熱水和CO2至約230 家玻璃 屋園藝工廠,其中兩條分別為RoCa3 電廠輸送的熱水線和玻璃屋園藝工廠循環回 送的冷水線,第三條則是輸送加壓的CO2廢氣;熱水和CO2的供應量可達工廠年 需求的90%。RoCa3 電廠結合了燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機、廢熱鍋爐和CO2鍋爐, 用來同時發電、供應熱源和CO2,整體而言,能源資源損失非常低,達到最佳能 源利用和環境回饋;此為全世界唯一的能源和環境管理模式,目前正在申請專利

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中。 RoCa3 電廠的發電容量為 220MW,熱源輸出為 200MW,CO2供應率為 7kg/s。針對RoCa3 電廠在燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機、廢熱鍋爐和CO2鍋爐的整合 應用,如果以發電為主,RoCa3 電廠的發電效率為 48.7%,再考慮廢熱回收,整 廠效率可提升為52.5%;如果發電和產熱兩者並重,RoCa3 電廠的發電效率略降 為 44.8%,但包含產熱的整廠效率則提升為 91.0%;如果發電、產熱和CO2三者 並重,RoCa3 電廠的發電效率再略降為 41.9%(提供部分電力給CO2壓縮機使 用),包含產熱的整廠效率也略降為 88.1%。RoCa3 電廠在能源節約方面可達 20%,相當於減少 4 萬家天然瓦斯用戶;在CO2減量方面,由每年710 千噸減至 570 千噸,每年減少的CO2排放量相當於 20,000 輛車子每年行駛 35,000 公里的 CO2總排放量。RoCa3 電廠的低氮氧化物(NOX)控制設備可控制氮氧化物排放值 達15ppm。在NOX減量方面,由每年530 噸減至 265 噸。 (二) 丹麥 Avedore 發電廠 Avedore 發電廠位於丹麥首都哥本哈根南方,包括一座 1MW 風力渦輪機組、 Avedore 1 發電機組和 Avedore 2 發電機組,主要供應東丹麥(Eastern Denmark)區 域電力和都會區所需熱源。Avedore CHP (combined heat and power)發電廠結合發 電和產熱,是世界上最具能源效率電廠之一;除此之外,電廠外觀建築設計也別 具巧思,與Koge 灣附近填海新生地的平面景觀相當協調一致。 50 公尺高的 1MW風力渦輪機組在 1993 年被選為擴展風力發電之示範計 畫,目前東丹麥電力公司將藉其經驗,在未來十年開發整體容量達450MW之海 上風車場。Avedore 1 發電機組為一基載機組,250MW發電容量用以供應東丹麥 12%(約 40 萬個用戶)的電力需求,330MW區域熱源則用來供應約 8 萬個家庭 用戶所需【10】。Avedore 1 發電機組係由燃煤/油(燃燒粉煤或燃油)鍋爐、蒸 汽渦輪機和發電機所組成,蒸汽渦輪機包括一個高壓段、兩個中壓段和一個低壓 段;根據區域熱源之需求量,部分水蒸氣由中壓段抽出,經過熱交換器加熱區域 熱水(達100~120℃)再利用幫浦加壓輸送區域熱水。廠區設置兩個大型區域熱 水儲存槽,整體儲水容量為 44,000 立方公尺,用以適當調節發電和產熱配比。 燃煤鍋爐產生的廢氣利用選擇性觸媒還原法(SCR)除去NOX(配合使用低NOX燃 燒器),使用靜電集塵器除去飛灰,最後用濕式除硫系統(FGD)除去硫氧化物 (SOX)。 圖4 為丹麥Avedore電廠Avedore 2 發電機組示意圖【11】,為配合都會區日 益增加之熱源需求,將有約 11 萬個家庭可從CHP廠和廢棄物焚化廠獲得環保熱 源,同時Avedore 2 發電機組可取代東丹麥的三個舊發電機組。Avedore 2 發電機

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組係由一座大型超超臨界(USC, ultra supercritical)鍋爐、一座生質能鍋爐、兩組 平行動力(parallel-powered)燃氣渦輪機組和蒸汽渦輪機組所組成。USC鍋爐使用 低NOX燃燒器燃燒天然氣(或燃油)以產生高溫、高壓(300bar)之水蒸氣,再結 合蒸汽渦輪機組,可同時產出電能和熱能。 兩組燃氣渦輪機組為峰載(peak-load)發電機組(發電容量為 140MW),使用 低NOX燃燒器燃燒天然氣發電,而燃燒後排放的高溫廢氣導入USC鍋爐用來預熱 鍋爐用水。生質能鍋爐主要燃燒麥桿(straw)和部分木屑(未來考慮燃燒 20%木屑) 以產生水蒸氣,再導入蒸汽渦輪機組發電和產熱。如果以發電為主,Avedore 2 發電機組滿載時,蒸汽渦輪機組的淨發電容量為430MW,加上燃氣渦輪機組則 可達570MW;如果發電和產熱兩者並重,Avedore 2 發電機組滿載時,蒸汽渦輪 機組的淨發電容量為 360MW而產熱率為 480MW,加上燃氣渦輪機組的淨發電 容量增為485MW而產熱率增為 570MW。對整個Avedore 2 發電機組而言,生質 能鍋爐貢獻35MW發電量和 60MW產熱率。 Avedore 2 發電機組的燃料消耗中 85%為天然氣,每年消耗量約 6 億立方公 尺,燃料油為輔助燃料,僅占整體燃料消耗的一小部份。生質能燃料占整體燃料 消耗的10%,相當於 15 萬噸的麥桿,或 12 萬噸的麥桿加上 5 萬噸的木屑。Avedore 2 發電機組同樣配置有完善的廢氣後處理設備,相較於舊有發電機組,Avedore 2 發電機組約可達到10% CO2排放減量、20% NOX排放減量和30% SOX排放減量。 (三) 丹麥 Kalundborg 工業共生中心 丹麥 Kalundborg 區的產業共生關係演變過程,是自發且緩慢演變而成的。 Kalundborg 區產業共生體系的成形,最早並非單純的環保考量,一方面是因為該 區地下水源不足,故企業必需充分利用地表水,雖然附近有天然湖水,但水資源 仍嫌不足,所以如何充分利用地方資源即成為重要課題。在此同時,大多數廠商 彼此交換廢棄物,僅是為了降低製程原料成本。而後,經營者與居民逐漸察覺透 過企業與社區之間交換或交易副產品,居然可以創造出乎意料的環保利潤,再由 一對一交換擴大為多元副產品交換網路,並持續演化【12】。 共棲或共生(symbiosis)一詞係指一些相異的有機體(或有機的組織體)藉著 各種互惠關係而共同生活,Kalundborg 工業共生中心(Kalundborg Center for Industrial Symbiosis)所執行的工業共生計畫就是將此一概念應用於工業合作上, 促成一些公司在副產品上的相互交易。圖 5 為丹麥 Kalundborg 區之工業共生計 畫示意圖,Kalundborg 區的工業共生計畫結合了 Kalundborg 市當局和五個工業 企業,包括:Asnaes 火力發電廠、Gyproc 石膏板工廠、Novo Nordisk 製藥廠、 A.S Bioteknisk Jordrens 土壤整治公司和 Statoil 煉油廠等;彼此交易副產品,使得

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原先視為無用的廢棄物成為可用的粗原料。由於共生合約具備健全的商業條款, 因此均可從共生合作中獲得經濟利益。 此一工業共生計畫所交易的副產品,包括:鍋爐水、冷卻水、製程廢水、鍋 爐飛灰、鍋爐蒸汽、煉油尾氣、石膏、液體肥料、家用熱源、酵母漿、生質能、 污泥等。參與工業共生的工廠,在水的整體消耗量上可以節省25%,經由共生系 統的再使用和循環使用,每年可以節省約190 萬立方公尺地下水和 100 萬立方公 尺地表水。經由Asnaes發電廠、Novo Nordisk製藥廠和Statoil煉油廠的共生合作, 每年可以節省2 萬噸的燃油消耗,約相當於 380 噸SOX排放減量。Gyproc石膏板 工廠每年從Asnaes發電廠接收 7 萬~9 萬噸石膏,以取代天然石膏,用來製造石 膏板。Novo Nordisk製藥廠的生質料可以減少或取代 2 萬公頃農田所需之肥料, 而且從液體廢棄物取得生質料時,也伴隨著1,300 噸氮氣和 550 噸磷。Asnaes發 電廠燃煤所產生的飛灰,每年約為 5 萬~7 萬噸,可作為建築和石灰工業所需原 料【12, 13】。 (四) 高雄臨海工業區 臨海工業區位於高雄市,是國內最大的綜合性工業區,總開發面積2,333 公 頃,其中建廠用地1,998 公頃、社區用地 19 公頃、公共設施 316 公頃。區內共 572 家廠商,機電業共 182 家,佔總廠家數的 18%,第二為鋼鐵業共 92 家,佔 16.1%,第三為化工業共 82 家,佔 14.4%【14】。 位處高雄臨海工業區內之中鋼公司,鄰近地區工廠林立,自1993 年起,為 因應「區域性能源整合」以提升整體能源使用效率及資源最有效利用之發展潮 流,於是開始積極推展以中鋼公司為核心之工業區能源供應網。中鋼公司目前外 售之公用流料除汽電共生系統之產出蒸汽外,尚有氧氣、氮氣、氬氣以及焦爐氣 等。於整合的過程中,亦同時達成提高能源使用效率、減少資源耗用和降低區域 內汙染排放量等目的,而有效降低環境衝擊和改善環境品質。以2002 年其外售 蒸汽量為例,相當於每年節省42,624 公秉的低硫燃料油【15】。 中鋼公司於生產過程中伴隨產出大量之可燃性氣體(如焦爐氣、高爐氣、轉 爐氣)及高溫廢熱;因此,中鋼公司於創建之初,即利用製程特性及能源需求條 件,規劃充份回收利用可燃氣及廢熱,而大力推展汽電共生。中鋼公司是一貫作 業鋼廠,其製程特性為能源密集度高,其中,電力及蒸汽之需求量高且變化幅度 大,而製程中又伴隨產出大量可燃氣及廢熱,因此中鋼公司規劃完善的汽電共生 系統。如此不僅可供應目前中鋼公司全部生產所需用電約 80%的電力,每年減 少約50 餘億元之電費支出,也滿足了生產所需之蒸汽和冷鼓風。若台電供電中 斷,則重要生產設備所需電力即由汽電共生系統供應,減少因斷電所造成生產中

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斷之損失。同時亦可防止高爐、轉爐、煉焦爐等重要設備損壞,並避免因停電而 可能發生污染性氣體外洩事件【16】。 再以中鋼公司氧氣工場為例,氣體分離單元一般可同時產出氧氣、氮氣、和 氬氣,惟鋼鐵生產製程對氧氣之需求遠大於氮氣和氬氣之需求,故以氧氣為主產 品,而氮氣、氬氣為副產品。一般而言,氬氣尚可於煉鋼製程有效利用,但氮氣 卻無法充份回收利用,故亦亟需尋求整合工業區鄰近工廠之需求,藉互補有無, 以減少資源的浪費。 中鋼公司積極將臨海工業區推展成台灣第一個示範工業共生園區或進一步 擴展成生態工業園區,整體能源營業額均呈現逐年成長趨勢。自1997 迄 2003 年, 其各項外售能源之營業額年成長率約20~30%【15, 17】。

(20)

四、研究方法

本計畫研究著重於臨海工業區的能源與資源整合規劃,因此初期須投入大量 時間於文獻、資料蒐集工作,以獲得研究調查所需的資料,作為研究進行的開端, 而資料蒐集方向主要朝向生態工業園區、臨海工業區、工業製程分析資料等。以 下說明工作項目及研究方法: 4-1 工作項目 1. 廣泛收集國內外與能源資源整合相關之資訊,建立技術背景。 2. 針對臨海工業區內各個工業製程進行個別製程分析,包括:公用與環保設施、 化工與煉油製程、以及煉鋼與金屬冶鍊製程三個主要部分。 3. 區域性能源資源整合調查評估。規劃進行之工作包括: (a) 調查臨海工業區在能源與資源之投入與產出、製程副產品與廢料、相關 設備現況及其他相關物流供需鏈。 (b) 建立臨海工業區能源與資源、副產品與廢料、物流供需鏈資料庫。 (c) 臨海工業區內廠商的參與意願調查。 4-2 研究方法 1. 基本資料收集與分析:藉由圖書、專業刊物、統計與研究報告、政府公報及 網路資料…等初級資料(primary data)與次級資料(secondary data)來源,廣泛收 集目前有關臨海工業區的廠商資料、生態工業園區、資源化等相關文獻、報 告或統計。 2. 問卷調查:問卷調查分為生產製程調查及能源資源整合概念調查二部分。生 產製程調查主要是對於廠商基本資料的正確性調查,項目分別為主產品、副 產品、生產原料、來源等;在能源資源整合概念部分,將從概念的認知及參 與意願為主要訪談題目。 3. 製程調查:調查並確認物質流如何在產業中進行。針對產業類別不同及產品 特性,在此階段將調查產業製造程序、特性,例如過程、產能、煉製方法等。

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五、結果與討論

本研究針對臨海工業區內各個工業製程進行個別製程分析,包括:公用與環 保設施、化工與煉油製程、以及煉鋼與金屬冶鍊製程三個主要部分,並對於選定 廠商進行問卷訪察,調查廠商參與研究的意願,及對能資整合概念的熟知度,以 作為日後進行能資源整合規劃之參考,研究結果細述如下。 5-1 製程分析-公用與環保設施 汽電共生系統是在一系統中同時產生蒸汽和電力的公用系統。根據「汽電共 生系統推廣辦法」【18】第二條:『本辦法所稱汽電共生系統,係指利用燃料或廢 棄物同時產生有效熱能與電能之系統』。一般傳統蒸汽火力發電廠、核能發電廠 或汽渦輪機火力發電廠的熱效率約在 30~40%之間,剩餘的熱量經由冷凝器 (condenser)之冷卻水或煙囪釋出,造成熱污染及能源損失【19】。汽電共生則可 回收排放的廢熱再度利用,其能源綜合效率高達70~85%;這種蒸汽與電力同時 生產並充分利用的方式就是汽電共生典型系統。目前汽電共生系統發電量約占全 國總發電量之12.8%,共約 3610MW。 汽電共生系統依熱能基本循環方式可分為【20】: 1. 先發電循環(topping cycle):如圖 6 所示,鍋爐燃燒燃料加熱水產生高溫高壓 之蒸汽,此蒸汽先用以推動蒸汽渦輪機(steam turbine)發電,而剩餘排出之蒸 汽則供製程使用。 2. 後發電循環(bottoming cycle):如圖 7 所示,與先發電循環相反,鍋爐燃燒燃 料加熱水產生高溫高壓之蒸汽,此蒸汽先供製程使用,而用後之剩餘蒸汽再 用以推動蒸汽渦輪機發電。 3. 複循環(combined cycle):如圖 8 所示,為先發電循環與後發電循環之組合, 通常以燃氣渦輪機為先發電機組,接著利用先發電機組排出之廢氣於廢熱回 收鍋爐中將熱能回收而產生蒸汽,再利用所產生之蒸汽來推動後發電機組(通 常為蒸汽渦輪機)。汽電共生系統同時產電造汽,其總熱效率往往可超過 80%,所以利用汽電共生發電可大大地增加單位能源使用率,不但節省天然 資源,同時降低了廢熱的排放,對環境品質改善具有正面的效應。汽電共生 系統之總熱效率雖高於傳統發電系統,然而常因相關運轉操作參數太過複雜 而無法有效掌控熱能(蒸汽)與電能(電力)兩者間的協同運作,因此無法 進一步達到系統最佳化。 以一般傳統發電系統之投資成本與回收報酬分析而言,皆是以單點輸入與輸 出的方式來進行;簡單的說,對系統輸入單一燃料成本,只能獲得單一種電力報

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酬輸出。在此傳統發電系統中,將產生大量熱損失及排出廢熱至大氣中,其所占 比例約為 70%,而真正轉換成電力效能的僅有 30%,不但無法符合經濟效益, 並且還因燃料使用率過低,導致排放過多影響環境及人體健康之污染物質。 汽電共生系統雖僅有燃料成本輸入,卻可同時獲得電力及有效熱能兩種效益 輸出,不僅可以減少廢熱排放,更可提升能源使用率而有效降低化石燃料的消耗 量。汽電共生系統中之汽、電機組設備,必須隨時保持供需平衡,此即為熱電協 同運作技術。一般而言,汽電共生系統由於操作參數複雜且彼此間相關性強,造 成控制不易,又加上燃料成分變動以致操作變異性大,但若能對其有效的調配控 制,將可獲得最高之能源使用率。因此尋找及建立最佳操作運轉模式,適當調配 電熱比,將對汽電共生系統之運轉經濟效益有所助益。 所謂電熱比(power-heat ratio, PHR)係指一年四季中,在不同季節、每日不同 時段下,汽電共生廠所產出之總電能與有效熱能之比例;換言之,即是總發電量 (gross power generation)與有效熱能(useful heat)兩者間比例之關係式,其中發電量 包含廠內用電者稱為總發電量,而有效熱能則是以製程蒸汽為主【21】。電熱比 隨著不同型式之汽電共生機組而有所變動,因此整個汽電廠機組型式須仔細選 擇,並且建立最佳操作運轉模式,達到電、熱兩者互相匹配以獲得最適電熱比, 如此一來汽電共生機組將比一般電能、熱能分別獨立產出之機組來得更有效率。 本研究針對中鋼公司動力場中之汽電共生系統進行分析。中鋼公司之動力工場並 不直接參予生產,而是屬於公用設施之一環。在經濟原則下,動力工場乃利用各 生產工廠所排出之可燃性氣體(焦爐氣、高爐氣)來提供生產作業過程中所須之 電力與動力。如此,不僅可將有用能源(可燃性氣體)回收,減低能源耗用量, 且可因燃氣有效利用而減少污染。動力工場之設立除前述經濟與環保之前提外, 最重要的是,當緊急情況下若供應電力不足時可由動力工場之發電機發電,以供 應公司內重要生產設備所需電力。因此動力工場之建立乃是公司內正常運作的一 個重要環節。 中鋼公司在第一階段建廠時動力工場便設置鍋爐三座,第二階段再增加二座 鍋爐,第三階段擴建再增加三座燃煤鍋爐,之後第四階段擴建又增置四座,共有 十二座爐(如圖 9 所示),第一至三階段鍋爐全部為美國 CE 公司(Combustion Engineering)承造之切線鍋爐,第四階段擴建鍋爐(鍋爐編號為 9 至 12 號)為日 本BHK (Bobcock Hitachi)對牆式(wall-fired)鍋爐。第一、二、四階段設置鍋爐所 用燃料為焦爐氣、高爐氣及6 號重油(6 號重油為輔助燃料,第一、二階段期間 曾用煤焦油取代過6 號重油運轉一段時間);第三階段所增建之鍋爐為燃煤鍋爐 (編號分別為6 號、7 號、8 號鍋爐,以自產焦爐氣與高爐氣為主要燃料,煤炭 為輔助燃料),目的乃為達到脫油之目標。第四階段擴建之鍋爐以燃燒自產可燃

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氣為主,6 號重油為輔助燃料。6-11 號鍋爐在動力二場,其餘在動力一場。 為配合公司之生產作業,中鋼公司動力工場並不只是純發電,而是具有多項 功能之設施,茲分述如下: 1. 發電:提供自備電力,由鍋爐產生之高壓過熱蒸汽經由蒸汽渦輪發電機組產 生中鋼公司所需將近80%之電力,不僅供應動力工場本身引風機(IDF)、送風 機(FDF)及泵使用,更重要的是提供中鋼公司重要生產設備之用電,使生產不 致停頓。 2. 提供冷鼓風機動力來源:利用鍋爐產製之高壓過熱蒸汽,推動蒸汽渦輪機來 帶動鼓風機,將空氣壓縮送至生產工廠使用。 3. 提供中壓蒸汽:動力工場鍋爐所產製之蒸汽(動力一場為 485 ,60kg/ cm

C

D 2G,動力二場為 510D

C

,94kg/cm2G之高壓蒸汽),經過蒸汽渦輪機(steam turbine)使用後之中壓蒸汽經由公用管線供給公司內需要蒸汽之單位。 4. 廢氣利用場:在生產過程中會產生焦爐氣與高爐氣等有毒之可燃性氣體(含 有大量氫氣、甲烷、一氧化碳等)。這些氣體因具有相當高熱值,若於動力工 場使用則可以有效地回收其熱量。中鋼公司能源調度中心負責分配這些氣體 至公司內需要提供氣體燃料的工廠,過剩部份再送往鍋爐燃燒利用。如此, 不但減少了自產可燃氣排放污染問題,更可有效利用可燃氣之熱值。 動力工場中所產製之高壓過熱蒸汽,經匯流後,分三個部份送出使用:其一 經由蒸汽渦輪機帶動鼓風機,將空氣加壓後送至生產設備使用。其二經由蒸汽渦 輪機帶動發電機,發電後與台電的系統會合供公司內使用。最後為經由減壓站降 為中壓蒸汽與蒸汽渦輪發電機組抽出的中壓蒸汽會合,供公司內生產線製程使 用。 動力工場之能源/污染防治主要之設備有鍋爐、汽輪鼓風機、汽輪發電機、 水處理及靜電集塵(EP)系統等。茲分述於後: 1. 鍋爐:鍋爐乃產生蒸汽的裝置,是根據特殊目的而設計的。在一定的給水溫 度時,鍋爐可在設計的溫度和壓力下產生一定量的蒸汽。鍋爐本體設計一般 採用切線燃燒式爐膛,其鍋爐燃燒器排列方式均相同;而6 號至 8 號鍋爐可 以粉煤為燃料,其燃燒器之排列情形自然與其他座鍋爐不同。 2. 汽輪鼓風機(TB,turbo blower):動力工場之汽輪鼓風機均向西德 GHH 公司 購置,用以產生冷鼓風供給生產工廠使用。蒸汽經由液壓快速關閉主汽閥到 控制閥,然後經噴嘴推動葉片而轉動汽輪機。其中汽輪機有超速跳脫、低油 壓跳脫、高油壓跳脫、震動超限跳脫、軸向位移超限跳脫、手動跳脫等安全 保護裝置。鼓風機外殼為鑄鐵,上下兩半分離。中鋼公司之鼓風機屬軸流式, 其效率較離心式為高,且適用於大風量,但其缺點是特性曲線較陡直,故安

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定使用範圍較窄。 因軸流式鼓風機有激變發生,而激變(surging)發生時將使鼓風機產生強 烈震動,可能損壞鼓風機。故其出口端有激變限制器及反激變裝置,當操作 靠近激變點時,此保護裝置會將壓縮空氣排於大氣以增加風量,使操作點遠 離激變點而保護機器。 3. 汽輪發電機(TG,turbo generator):汽輪發電機主體為汽輪機、高壓端及低壓 端所組成。激磁磁場之電源經碳刷予以引入,激磁磁場轉子則由汽機帶動, 在電極定子內旋轉,而電力則自電樞端子引出。發電機所發之電力,為二極 三相,60 Hz。 汽輪發電機之轉速相當高,每個軸承必須有滑油潤滑,以免磨損軸承, 為了確保任何情況下滑油不致中斷,必須有滑油泵系統。且發電機為一定速 機械,無論外界的負荷增大或減少,都需維持一定的轉速,故發電機中有一 微調速機構(speed governor)來維持固定轉速。另外,為保持中壓蒸汽之壓力 穩定,乃裝設有壓力調節器。發電機裝置容量如下表所示: 設 備 代 號 裝置容量(kW) 一號汽輪發電機 20000 二號汽輪發電機 31875 先發式 動力一場 三號汽輪發電機 31875 設 備 代 號 裝置容量(kW) 四號汽輪發電機 30000 五號汽輪發電機 60000 六號汽輪發電機 66000 先發式 動力二場 七號汽輪發電機 66000 4. 純水處理場:純水處理設備共有 8 列,6 號、7 號、8 號鍋爐所用純水設備產 品品質為:Silica 0.02ppm,導電率 0.2

µ

/

cm

,pH 值 7±0.5。 5. 冷卻水塔:動力二場之冷卻水塔共有 6 個單元,為所有主、輔機冷卻系統之 樞紐。從冷卻系統回流之熱水,經由分配總管之分水閥注入每個單元之熱水 池中,再通過流孔噴嘴霧化使熱水滴由塔頂灑下。在降落過程不斷經玻璃纖 維之潑濺碎化為小水滴,與冷空氣充分接觸而達到降低水溫目的。 動力二場由於冷卻用空氣是由冷卻水塔兩旁橫流(垂直於水滴流下之方 向,故稱為橫流式)至中央,再被風扇吹出。風扇吹出時,容易將小水滴攜 出造成損失,故於中央兩側設有魚骨式滴水消除器以收集橫流之滴水。冷卻 後之水滴聚集於冷水池,再由循環水泵抽取供全場冷卻之用。 6. 燃煤、集灰與出灰系統:動力二場 6 至 8 號鍋爐以粉煤為燃料,因此,動力

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二場燃煤鍋爐多了磨煤機、飼煤機、飛灰、底灰之收集器及儲灰等裝置。其 規格如下:

(a) 磨煤機(coal pulverizer)

製造廠 美國C.E.

(現改為 Alstom Power) 粉煤細度 thru 200Mesh>90% 型 式 563RS 轉 速 885 rpm 容 量 26000 lb/hr 進口吸力 0.5”~1.5” Aq Gauge (b) 飼煤機(coal feeder)

製 造 商 The Merrick Corp.

型 式 480 V(Volumetric) 容 量 30000 lb/hr 皮帶速度 11.05 ft/min 皮帶負載 45.25 lb/ft 皮帶長度 184.5 ft 皮帶寬度 30” (c) 飛灰系統 飛灰系統有真空鼓風機(vacuum blower,Dresser 公司製造),飛灰流動 化鼓風機(fluidizing blower,Gardn 公司製造)、旋轉式灰處理機(rotary ash conditioner,CE 公司製造)、靜電除塵器(Belco 公司製造)、吹灰器(soot blower,Copes-Vulcan 公司製造)。而底灰系統有沉浸式刮除皮帶機(submerged scraper conveyor, SSC,Sundstrano 公司製造)。

(d) 靜電集塵器

6 至 8 號鍋爐因使用粉煤當主要燃料,煙道廢氣在進入煙囪前仍須加裝 靜電集塵器(electrostatic precipitator)予以除塵以符合環保法規【22】。每座鍋 爐各有一部靜電集塵器,其均由美國Belco Pollution Control Corporation設計 承造,設計基準如下表所示。飛灰收集之難易度與燃用煤炭之特性及煤灰之 特性直接相關,燃煤鍋爐原先設計規劃使用之燃煤屬弱冶金煤,由於其硫含 量甚低,且飛灰中所含高絕緣物質(SiO2+Al2O3)高達 90%(即使溫度下降至

140 ,此種飛灰仍具有相當高之電阻抗),因此Belco公司所設計之靜電集 塵器其SCA (specific collection area)值高達 95 m

C

D 2/(m3/ )以達到較佳之除塵 效果。

sec

靜電集塵器之設計基準

design gas volume 90.2 m3/sec (at 40D

C

) gas temperature 482D

F

for structural design

(26)

廢氣入口條件

gas temperature 248~482D

F

(140~250D

C

) gas pressure ±26 in Aq

particulate loading 12.02 g/Nm3

particulate type fly ash (0.5% Na2O in ash)

5-2 製程分析-化工及煉油製程 以中鋼公司為主軸的「工業區能源供需整合」體系,本研究針對此體系中之 十家公司進行探討,其中包含五家石化、化學廠商。以下將分別說明五家石化、 化學廠商的產品及製程概要。 (一) 中國石油化學工業開發(股)公司-小港廠【23】 中國石油化學工業開發(股)公司-小港廠(簡稱中石化),主要產品為己內 醯胺(Caprolactam, CPL),為台灣地區唯一製造己內醯胺的廠家,約可供應全台灣 市場需求的30%, 產能為 120,000 公噸/年。 1. 主要產品 己內醯胺主要供應一般紡織纖維(雨傘布、衣料面布等)、工業纖維(輪胎 簾布、漁網等)、工程塑膠(汽車零件、齒輪、耐高壓管)等用途,其製程產生 的副產品為硫酸銨(Ammonium Sulphate),可製成結晶再出售,主要作為化學肥 料用途。 2. 製程概述 先將苯進行氫化反應成環己烷,接著利用觸媒將環己烷脫氫成為環己酮,將 環己酮用羥胺(或硫酸鹽)進一步處理,進行肟化反應,可得環己酮肟,最後由 此環己酮肟進行轉位,再經由萃取、蒸餾可得己內醯胺,其製程副產品為硫酸銨。 其主要製程如圖10 所示。 (二) 中國石油公司煉製事業部-大林煉油廠【24】 中油公司煉製事業部大林煉油廠(簡稱中油大林廠),位於高雄煉油廠與林 園石化廠之間,廠區佔地約300 公頃,是兩廠油料的重要供應站和轉運中心,也 是全國油料儲運及煉製重鎮。該廠有大小油槽約有200 座,儲油量可達 450 萬公 秉,並有60 餘條的長途油管,可將油料輸送至各地。 1. 主要產品 主要產品為燃料類:車用汽油、柴油、燃料油、丙烯、重組油;氣體類:燃 料氣、氫氣。

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2. 製程概述【25, 26, 27】 原油經由一系列煉油程序,主要經過蒸餾、重組、烷化、異構化、裂解、聚 合、脫硫等幾個主要步驟,才能產出各種石油產品。以下簡要介紹製造程序,其 主要製程如圖11【24, 27】所示。 (a) 蒸餾(Distillation):蒸餾的意義是將液體混合物加熱使之蒸發,因每一種成分 的沸點不同,沸點低者較易揮發,而高沸點成分則較多留在液體中,利用此 特性反覆操作使氣液分離,即稱為蒸餾。原油經由加熱至 650℃左右,送入 主蒸餾塔,原油在主蒸餾塔內蒸發,各種餾應用份依照輕重由上而下形成不 同的溫度梯度,利用不同溫度萃取煉油氣(<40 )℃ 、汽油(40~180 )℃ 、煤油(180~ 230 )℃ 、輕柴油(230~305 )℃ 、重柴油(305~405 )℃ 、燃料油(405~515 )℃ ,然後 分別自塔頂、塔側、塔底取出。蒸餾塔頂氣體經冷凝後,分離為燃料氣和輕 石油腦。蒸餾塔側取出重石油腦、煤油、輕柴油、重柴油,又分別送入氣提 塔內,用蒸汽將輕成分再送回蒸餾塔後,再從氣提塔取出。最重的常壓塔底 油經蒸汽汽提後,自塔底取出。 (b) 重組(Reforming):將油品中的碳氫化合物分子重新排列組合。 (c) 烷化(Alkylation):主要是指一個不飽和烴與一個飽和烴分子,結合成一個較 大的飽和烴的方法。 (d) 異構化(Isomerilization):是將直鏈的石蠟烴轉變成為異烷烴的方法,主要是 將C4-C6 的石蠟烴油料,經加熱、加壓和觸媒的作用下起異構化反應,變為 高辛烷值的異烷烴油料。 (e) 裂解(Cracking):將分子較大的碳氫化合物,在高溫、高壓及觸媒作用下,斷 裂成許多較小碳氫化合物的方法,在此使用輕油裂解法(Naphtha Cracking)。 輕油裂解法是一種高溫氣相裂解反應,將輕油經由各裂解爐加熱,並加入稀 釋蒸汽,抑制焦炭的產生,而輕油在爐溫1200℉以上的反應區起裂解反應。 裂解產生之高溫的裂解氣經冷卻進入分餾塔,分餾塔底分出重油,而分餾塔 頂的氣體再依序送入去乙烷塔、去乙烯塔、去丙烯塔等,分離可得乙烯、丙 烯等石化原料。 (f) 聚合(Polymerilization):是指將低分子量的烯烴,在高溫、高壓、觸媒的作用 下,結合成一個較大的分子量聚合物的方法。利用乙烯、丙烯等起寡聚合反 應,形成聚合式汽油。 (g) 加氫脫硫(Hydrosulfurization):在觸媒催化下,讓氫氣和油品中的硫化物起化 學反應形成硫化氫,再將硫化氫和油品分離除去的方法。由於環保署對於油 品的硫含量有嚴格的規定,所以加氫脫硫的步驟越來越受重視。

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(三) 李長榮化學工業(股)公司-小港廠【28】 李長榮化學工業(股)公司-小港廠(簡稱李長榮化工),自 1965 年創設起, 主要產品共區分成溶劑類化學品、精密化學品、電子級化學品、熱可塑性橡膠、 液化石油氣,共五大類,其主要產品、用途整理如下: 1. 主要產品 (a) 溶劑類化學品:甲醇、丙酮、醋酸乙酯、異丙醇、甲基異丁基酮。主要用途: 甲醇其用途為製造甲醛、溶劑、冷涷劑、照相軟片、洗淨劑、香料、燃料等 化學基本原料。丙酮主要應用於半導體行業,可作為溶劑、洗劑、吸收劑、 萃取劑、變性劑、有機合成原料。醋酸乙酯是一種重要的溶劑,應用於合成 樹脂及醋酸纖維素之溶劑,同時可作塗料及人造皮革之原料。異丙醇主要應 用於半導體及塗料業,主要用途為保護塗裝、油墨、化粧品、清潔劑、抗凍 劑、假漆稀釋劑、硝化棉。甲基異丁基酮主要應用於油漆、油墨業,用途為 造漆、接著劑、溶劑、有機合成。 (b) 精密化學品:異戊四醇、多聚甲醛、甲酸鈉、二甲醚、甲醛…等。主要用途: 異戊四醇其用途為醇酸樹酯、可塑劑、紡織助劑、潤滑油、炸藥、抗氧化劑 的製造,主要應用於塗料業。多聚甲醛屬樹脂類烤漆、主要用途可作為殼模 樹酯、聚縮醛樹酯、成型樹酯,主要應用於烤漆、接著劑、塗料業。甲酸鈉 主要應用於皮革業,可作為中和劑、還原劑、媒染劑、消毒劑、沉澱劑。二 甲醚可作為噴霧劑、冷媒、萃取劑、安定劑,主要應用於噴漆業。甲醛主要 可用於生產酚甲醛樹酯、六甲基四胺、異戊四醇、成型材料、接著劑、殼模 樹酯、射出成型。六甲基四胺屬樹脂類,主要用途可作為合成樹酯、成型粉、 發泡劑、橡膠加工、防腐劑、凝結劑,應用行業為家電業。雙異戊四醇主要 應用於高級塗料業,可作為抗氧化劑、炸藥、潤滑油、可塑劑。尿素膠可作 為接著劑,應用於合板業,作為合板黏著劑。 (c) 電子級化學品:甲醇、異丙醇、乙醇、丙酮。主要用途:甲醇應用於光電產 業,作為零件清洗清潔用。異丙醇的應用行業為半導體業、光電產業,作為 IC、TFT-LCD、LED、Wafer等製程之乾燥及清潔用。乙醇主要應用於光電產 業,作為面板、零件清洗清潔用。丙酮主要用應用於半導體業、光電產業, 作為IC製程之剝離液及零件清洗清潔用。 (d) 熱可塑性橡膠:丁二烯/苯乙烯的合成物及異戊二烯/苯乙烯的合成物。主 要用途:丁二烯/苯乙烯的合成物(Styrene Butadinene Rubber),又稱SBR,主 要應用於光電產業,可作為塑料改質或是應用於其他類別例如,透明鞋底加 工主料、機械零件、瀝青改質(道改)。異戊二烯/苯乙烯的合成物主要用 途為鞋底改質、塑料改質、熱溶膠、機械零件、壓敏膠(PSA)、標籤。

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(e) 液化石油氣。主要用途:可廣泛使用在日常生活中、工業上、商業用途以及 引擎用之燃料;在日常的生活中常可見到液化石 油氣之使用,例如打火機 油、家用瓦斯都是液化石油氣之應用。在工業上,液化石油氣可用作能源推 動機械、製造產品、修築道路等不同行業。 2. 製程概述【25, 26, 29】 (a) 溶劑類化學品: i. 甲醇(Methanol):將天然氣重組,添加CO2以調整CO︰H2比例為1:2,並壓 縮至500~1500psi,使CO2與甲烷和蒸氣在觸媒上反應,得到合成氣,在觸 媒轉化器中合成甲醇。其產品製程如圖12 所示。

ii. 丙酮(Acetone):將丙烯送入有PdCl2及CuCl2溶液觸媒的反應塔中,由觸媒

對丙烯氧化。反應生成物與觸媒一併送至閃沸塔,利用反應熱及蒸汽熱將 丙酮餾份閃沸分離。閃沸塔取出之餾份經粗蒸餾塔分出聚合產物後,再脫 除未反應之丙烯及其他副產氣體,最後再經由精蒸餾塔使副產品丙醛分 離,而得精製丙酮。其產品製程如圖13 所示。

iii. 醋酸乙酯(Ethyl Acetate):在此說明以乙醛製造,用乙基鋁為觸媒為主的製 造方法。在製程中除了使用乙基鋁為觸媒,還加入氯化鋅作為反應促進 劑,使反應更有效率。製程中的反應器屬垂直多管式,第一反應器外部設 有冷凝器,反應溫度保持在 0~5℃,滯留兩小時。在此將乙醛泵入第一 反應器,此時來自觸媒活化槽的溶液隨其進入第一反應器內。由第二反應 器所得的粗製液,經閃沸蒸發器分離觸媒後,經分別精餾及蒸餾,即得精 製醋酸乙酯。其產品製程如圖14 所示。

iv. 異丙醇(Isopropyl Alcohol):液狀丙烯摻入一些回收烴,使進料丙烯的純度

達 60%以上,饋入丙烯反應器使與硫酸反應,使生成硫酸氫異丙酯。而 後送至沈降槽靜置,使未反應烴浮於上層,酯沈於下層,抽出上層物為含 有副產品乙醚及丙烯的異丙醇溶液,再將此溶液送至中和塔以液鹼中和 之,得到粗製異丙醇,再送入儲槽。粗製異丙醇送至精製部門,在第一塔 去除異丙醚及低沸點不純物,在第二塔去除聚合物,冷卻、分離,可得精 製異丙醇。其產品製程如圖15 所示。

v. 甲基異丁基酮(Methyl Isobutyl Ketone, MIBK):MIBK(C6H12O)生產方法

是:(i)將丙酮在鹼性激活劑(氫氧化鈣或氫氧化鋇)下加壓,進行縮合反 應,轉化成二丙酮醇;(ii)二丙酮醇在酸性激活劑(硝酸或硼酸、苯磺酸) 存 在 下 , 脫 水 生 成 2- 甲基-2- 戊烯-4- 酮 ;(iii) 2- 甲基-2- 戊 烯-4- 酮在 300~400℉下加熱成蒸汽,蒸汽通過鎳或銅觸媒,氫化為MIBK。其產品製 程如圖16 所示。

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(b) 精密化學品: 甲醛(Formaldehyde):將甲醇與空氣反應,送至熱反應器(熱交換器)進 行放熱反應,反應溫度約 575~700℉。高熱的反應器流出氣體,氣體經冷卻 後通過一座水吸收塔,甲醛溶於水與其他氣體分離,可得甲醛溶液,其他氣 體則由塔頂而出。其製程如圖17 所示。 (c) 電子級化學品: 乙醇(Methanol):產生乙醇的化學反應,發生在單一反應器內,其餘是處 理及純化設備。乙烯與水混合之前,需先壓縮至1000psi,再加熱至 600℉, 產生兩種氣相反應物,送入裝有觸媒的反應器內,經過觸媒反應後的溶液, 需冷卻再鹼洗(加入氫氧化鈉以去除觸媒反應所產生的磷酸)。而溶液再經由 分離器及洗滌器,可得到粗製乙醇。而粗製乙醇再經由蒸餾可得到精製乙醇。 其製程如圖18 所示。 (d) 熱可塑性橡膠:

丁二烯/苯乙烯(Styrene Butadinene Rubber, SBR):其製造方式有兩大 類,乳化聚合SBR 及溶液聚合 SBR,在此以乳化聚合為例。乳化聚合係將丁 二烯及苯乙烯以乳化劑,依一定比例混合。聚合前需去除二者的防聚合劑, 然後以75%丁二烯與 25%苯乙烯掺配後行乳化聚合作用。直到轉化率及聚合 物的熔融、黏度達到預定的要求時,即將反應液送進反應槽。所得的膠乳, 分別進行未反應丁二烯的回收及除去殘餘苯乙烯,再轉送至乳膠摻和槽。在 乳膠摻和槽中加入安定劑、油及防老劑,接著進行再凝聚及中和步驟。此步 驟中加入鹽水及稀酸使聚合物凝固析出,此凝固膠片經洗滌、過濾、乾燥、 擠壓成形、包裝,即得SBR 製品。產品製程如圖 19 所示。 (四) 臺灣志氯化學(股)公司-鹼氯廠【30】 臺灣志氯化學(股)公司-鹼氯廠(簡稱臺灣志氯),於 1988 年四月完成建 廠,五月正式生產鹼、氯。 1. 主要產品 主要產品為液氯、液鹼、鹽酸、漂白水和氫氣。液氯用於製造 PVC 塑膠、 自來水消毒、紙漿漂白及化工製程等。液鹼用於造紙、水處理、化工製程及清潔 劑等。鹽酸主要用於鋼鐵酸洗、電子業蝕刻、水處理及食品工業。漂白水用於冷 卻水殺菌、自來水消毒及衣物殺菌漂白等。氫氣用於石化合成、加氫脫硫等用途。 2, 製程概述【31, 26】

(a) 液氯(Hydrochloric Acid):可由電解NaCl(l)或 NaCl(aq)得到 Cl2。製造液 氯 需

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中需將濕氯加以冷卻,經冷卻後之濕氯,經過濾鹽霧後,再經由乾燥(用硫 酸H2SO4循環吸收水分)。液化步驟:為提高液化效率,通常使用液氨或氟 氯烷冷凍劑使之降低溫度,並以壓縮機壓縮之。當氯在液化器中的蒸汽壓力 高於壓縮機所加之壓力時,即開始液化。產品製程如圖20 所示。 (b) 液鹼(Sodium Hydroxide):將電流通過一特製的電解槽中之食鹽水溶液。食鹽 為氯化鈉 (NaCl),入水中成溶液時,即起電解作用,其分子分離為Na+及Cl-兩 種離子。因陰電極有巨大的負電荷,故鈉離子(Na+)湧向陰極,獲得電子成為 金屬鈉,此金屬鈉立即與水反應生成氫氧化鈉(液鹼)與氫氣。 (c) 鹽酸(Hydrochloric Acid):將電解食鹽水所得之氫氣與氯氣直接化合成氯化 氫,再用水吸收,即成鹽酸。 (d) 漂白水:以 18%液鹼(18% NaOH),在內含填充材的吸收塔中,進行中和及吸 收反應,吸收氯氣,反應生成次氯酸鈉溶液,即俗稱漂白水(NaCl)。 (五) 中鋼碳素化學(股)公司【32】 中鋼碳素化學股份有限公司(簡稱中碳),為中鋼集團的成員之一,也是國 內唯一專業的煤化學製品製造廠商。 1. 主要產品 主要產品為焦碳、煤焦油、輕油。輕油和酚油則屬中間產品,加工後可生產 瀝青、瀝青粉末及木材防腐油。 2. 製程概述【26】 在煉焦過程煤料約有25%會被轉化成分子量較小的分子,此即煉焦副產品的 來源,其成分依產量的大小順序為:焦爐氣、煤焦油、輕油等。中碳使用煉焦副 產品作為其他下游產品製造的原料。其主要製程如圖21 所示。 (a) 焦爐氣與煤焦油:煉焦副產品以高溫氣體形式自煉焦爐流出後,首先經一道 水淋冷卻過程,在此煤焦油和水分凝結成液體,而與氣體分離,此氣體即為 焦爐氣。 (b) 瀝青(Pitch):蒸餾點範圍需大於 350℃,利用煤焦油經過常壓蒸餾、減壓蒸餾、 聚合過程,即產生瀝青油及重瀝青。而中碳所取得的軟瀝青(Soft Pitch),是 在聚合過程中,將粗分餾所得的塔底油,控制其軟化點在 50~57℃範圍時, 即可取得。瀝青經由不同的熱處理,可製成不同產品,例如瀝青焦、防熱、 防漏的瀝青、黏結用瀝青等。 (c) 萘(Naphthalene):蒸餾點範圍在 200~230℃,利用煤焦油經過常壓蒸餾、減壓 蒸餾,會得到粗餾所得之 90~95%的萘油,再經由結晶單元過程後,可取得 99.5%以上之高純度精萘產品。

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(d) 雜酚油(Creosote Oil):為萘油、重油,經結晶單元過程所殘餘的混合物,利 用煤焦油經過常壓蒸餾、減壓蒸餾、結晶等過程,於過程中可得到雜酚油。 5-3 製程分析-煉鋼與金屬冶鍊製程 由於臨海工業區的能源資源整合規劃將以中鋼公司為中心,因此以中鋼公司 提供能源資源供應的其他九家公司為主要研究對象,包括中鋼公司共十家廠商。 其中五家為鋼鐵鍛造及金屬加工製造工廠,分別是中鋼、中鋁、唐榮不銹鋼、盛 餘鋼鐵和中鋼構,其公司背景及產品製程簡述如下: (一) 中鋼鋁業(股)有限公司-臨海廠【33】 中鋼鋁業(股)有限公司-臨海廠(簡稱中鋁)的主要產品為合金鋁錠、鋁線、 鋁片與鋁捲,可作為壓鑄鑄件,製造罐蓋拉環、帷幕牆、電容氣外殼、瓶蓋、百 葉簾、塗漆鋁捲等原料。 目前煉鋁工業製程【34, 35】均先製出純氧化鋁,再以電解法煉鋁,最後再 將鋁液注入鑄模中做成鋁錠。茲分述如下: 1. 氧化鋁的製造:使用 44% NaOH,在 170℃高溫高壓下將水礬土加熱,萃取 氧化鋁(反應式a和b),再經充分水洗,除去氫氧化鈉。而後在旋窯中,以 1200℃左右燒成電解用的氧化鋁(反應式c),其製程產生的沈澱物,又稱紅 泥,其內容物分析為:Fe2O3 (62%),Al2O3 (15%),SiO2 (8%)、TiO2 (6%)、

Na2O (8%)。

Al2O3(水礬土)·H2O + 2NaOH ' 2NaAlO2 + 2H2O (a)

NaAlO2 + 2H2O⎯⎯→Al(OH)3 + NaOH (b)

Al(OH)3⎯⎯→∆ Al2O3 + H2O (c) 2. 電解:將氧化鋁與冰晶石(Cryolite,3NaF-AlF3)及其他添加混合物置於電解槽, 於陰極陽極之間的周圍,經電解操作後,於電解槽底可得到鋁液。 3. 再溶解及鑄造:鋁液中的雜質需加以分離,並將鋁液放置於保持爐中,調整 組成成分。接著利用連續鑄鋁機,將保持爐中之液鋁注入鑄模中,做成鋁錠。 其主要製程如圖22 所示。 (二) 盛餘股份有限公司【36】 盛餘股份有限公司(簡稱盛餘鋼鐵)為軋鋼業,主要產品為冷軋產品、鍍(鋁) 鋅產品、烤漆產品、特殊產品。在製程方面,主要是將原料,例如鋅捲,先以解 捲機解捲,再以高溫鍍鋅,冷卻後經烘乾再將質面整平,經裁剪及收捲,即成鋼 捲產品,其主要製程如圖23~26 所示。

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(三) 中國鋼鐵結構(股)公司【37】 中國鋼鐵結構(股)公司(簡稱中鋼構)為金屬建築結構及組件製造業,是國 內首創以鋼結構為專業的公司。所屬工廠充分配置高效率自動化的生產設備,平 均每月生產鋼架約8000 公噸,增產時最高可達月產 10000 公噸。經營各式型鋼、 鋼架構及機械體之設計加工、製造、組合與銷售,主要產品為BH 型鋼、大樓鋼 構、廠房鋼構、橋樑鋼構。其主要製程如圖27 所示。 (四) 唐榮鐵工廠(股)公司-不銹鋼廠【38】 唐榮鐵工廠(股)公司-不銹鋼廠(簡稱唐榮不銹鋼)屬鋼鐵冶鍊業,為專業 生產不銹鋼之廠家,使用電爐及氬氧爐煉製生產高級不銹鋼,包括鋼胚、熱軋及 冷軋鋼捲,年產能達26 萬公噸,主產品為不鏽鋼胚、不鏽鋼捲、片,及表面加 工,應用於不同用途。其主要製程如圖28 所示。 (五) 中國鋼鐵(股)公司【39】 中國鋼鐵(股)公司(簡稱中鋼)為鋼鐵冶鍊業,屬一貫作業煉鋼廠,其製程 特性為能源密集度高及能源種類繁多,製程中產出大量的廢熱及可燃氣體,主要 產品為鋼板、條鋼、熱軋產品、冷軋產品、塗鍍產品。其主要製程如圖29 所示。 在煉鋼產業早期,焦炭、銑鐵、鋼液製造及鋼材軋製,多由不同的公司在不 同的地方分別進行,浪費許多能源及運輸費用。若將煉焦、製鐵、煉鋼及軋鋼等 相關設備放在一個地方,作合理的配置,便能節省能源及運輸費用,且易控制產 品的品質、提高效率和降低生產成本,故新成立之鋼廠大多數是以一貫作業的方 式出現【40】。一貫作業鋼廠(an integrated steel mill)擁有港口,原料可以直接卸 在其原料碼頭,成品則可由成品碼頭直接輸出。一貫作業鋼廠通常應包括:煉焦 工場、鐵礦處理工場(燒結工場)、煉鋼工場(氧氣轉爐、電爐、平爐等)、連續 鑄造設備及軋鋼設備,另外還有氧氣工場、耐火磚工場、發電廠、變電所、蒸氣 鍋爐、水處理設備等。換句話說,所謂一貫作業鋼鐵廠就是從原料一直到製成成 品的工廠,其中,鋼品生產流程其前段流程如圖30 所示【39】。下列將詳述一貫 作業前段煉鋼流程,包括煉焦製程、燒結製程、高爐煉鐵製程與轉爐煉鋼製程, 其生產設備與質能平衡。 (A) 煉焦生產流程 煉焦製程為將煉焦用之原料煤(簡稱焦煤)經混合、破碎後加入煉焦爐內經 乾餾過程以產生熱焦碳及粗焦爐氣之製程。 圖31 為煉焦生產流程示意圖【39】,由國外購入之煤(目前國內不產煤)經

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由船運至碼頭後,卸入煤堆置場存放,一般安全庫存量約為2 至 3 個月用量。煉 焦用之焦煤,經過配合、粉碎、攪拌等過程後,自煤倉加入加料車之料倉中,再 經由加料車送入煉焦爐室內,經過16 至 28 小時之焦化過程(煤料在隔絕空氣的 高溫煉焦爐室內,進行蒸發、熱分解、聚合、分子重新排列和焦化反應),最終 生成固體焦炭。焦化過程後打開爐門,以推焦桿將爐室內之焦炭推出,經由導焦 車落入淬火車箱內。經淬火冷卻後,送往焦炭壓碎機過篩壓碎,其中粗焦炭(25~85 mm)送往高爐使用,細焦炭(25mm 以下)則送往燒結工場使用。焦炭(Coke) 在高爐中的作用有五:1.作為燃料供給熔化鐵所需的熱量;2.支持爐料的重量; 3.作為還原劑(CO)使氧化鐵還原為鐵;4.還原錳(Mn)、矽(Si)氧化物為錳、矽;5. 降低鐵水炭化之熔點及供給透氣。 圖32 為煤炭焦化及化學品回收之流程示意圖【41】。煉焦爐之產氣經過冷卻 後,其中焦爐氣主要作為燃料用,而煤焦油、輕油,氨均以副產品之方式回收。 回收後之剩餘產氣冷凝液則經生化廢水處理至無公害之虞後再行排放。副產品之 回收製程大致分為產氣冷卻排送製程、氨回收製程、輕油回收製程三項。 (a) 產氣冷卻排送製程:產氣冷卻排送製程為煉焦爐之產氣在彎管以氨水(冷凝 液)噴灑冷卻,使溫度約由800℃降為 85~95℃,再經初冷塔冷卻至 30~35℃, 以除去煤焦油與氨水。煤焦油與氨水利用沉澱槽與分離槽加以分離後,回收 煤焦油,而氨水則經處理後排放掉。 (b) 氨回收製程:每立方公尺產氣中,氨(NH3)含量約為 6~10 公克。氨會造成配 管之腐蝕及燃燒時產生NOX之公害問題,故必須加以除去。近來採用磷銨製 程(phosam)製造高純度液氨,或是於利用史蒂爾式爐法與古柏式爐法時,以 水將氨吸收回收後再蒸餾排出。 (c) 輕油回收製程:此製程是將萘(Naphthalene)除去而將輕油回收。煤焦油微粒 除去後,每立方公尺焦爐氣中尚含有1~2 公克之萘,為了避免配管系統堵塞, 必須將萘除去至使用溫度時之飽和濃度以下。另外,輕油中因含有不飽和碳 氫化合物,會引起配管與火嘴之堵塞,亦必須加以回收。一般均使用吸收法 回收輕油,吸收劑自吸收塔頂部噴下以吸收焦爐氣中之輕油,此時吸收油(稱 為含苯油)中之輕油含量約為4%,然後利用水蒸汽蒸餾將其中之輕油蒸出, 而吸收劑再回吸收塔循環使用。 1. 生產設備【41】 煉焦生產設備大略分為四部分:煤製備之設備、煉焦爐、焦爐附屬之裝置及 機械車輛、焦爐氣回收裝置。 (a) 煤製備之設備主要包括粉碎機、配合槽與混煤機。其中配合槽之目的在使各 種煤炭可以正確配合,各配合槽下方均設有皮帶秤重系統,可遙控操作及記

數據

表 1  五大產業 2020 年累積能源節約率估計表【3】              年    行業別  2000~2010 2011~2020  2000~2020  鋼鐵業(註 1) 0.53%  0.25%  8.1%  石化業(註 1) 0.50%  0.55%  11.0%  水泥業(註 2) 0.60%  0.67%  11.9%  人纖業(註 3) 0.80%  1.00%  21.0%  造紙業(註 1) 0.58%  0.46%  5.0%  資料來源:  註 1
表 3  轉爐之分類表【47】  分類條件  轉    爐    種    類  酸性轉爐 爐襯  (耐火材料)   鹽基性轉爐  底吹轉爐  橫吹轉爐(側吹轉爐)  頂吹轉爐 氣體 吹入方式  頂底吹轉爐  空氣吹煉法  純氧氣吹煉法  空氣、純氧氣複合法 吹煉 氣體種類  水蒸氣、二氧化碳等氧化性氣體複合法  同心型(對稱型)  爐體形狀  偏心型(非對稱型)  爐底可分離型  爐底構造  爐底不可分離型  CO 廢氣回收方式 廢氣  處理方式  CO 廢氣燃燒方式  鹽基性轉爐法(Thomas 法)
表 4  訪談問卷內容  「能源資源整合」廠商訪談問卷  主辦單位:行政院經濟部能源局/行政院國家科學委員會  執行單位:國立成功大學機械工程學系  您好,這是一份純學術研究問卷,僅作為深度訪談作業的基礎,目的在於 瞭解臨海工業區的廠商及單位對於「能源資源整合」理念的執行潛力、障礙與 可行性。  對於您個人(或公司)資料及訪談內容,我們將秉持學術研究倫理道德規範, 予以適當保密,請您放心作答。謝謝!    國立成功大學  機械工程學系  林大惠  教授  1
表 5  第一部分:生 產 製 程 相 關 調 查 問卷結果  生 產 製 程 相 關 調 查 中石化  小港廠  中油-  大林煉油廠  中鋁  臨海廠  中鋼結構  唐榮不銹鋼 主要產品  己內醯胺  硫酸錏  汽油、柴油 燃料油、  丙烯  鋁板 鋁片 鋁捲 鋁箔  鋁合金錠  BH 型鋼  大樓鋼構廠房 鋼構橋樑鋼構  不鏽鋼胚  不鏽鋼捲不鏽鋼片  製程中產生的 副產品  硫酸錏  燃料氣、 氫氣  - * - * 粗氧化鋅  生產原料  及來源  (國內、外)  環己烷:外購  氫 氣 : 中
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