燃燒與能源
主講人：侯 順 雄 教授
崑山科技大學機械工程系(所
)Presented in FEU, May 19, 2010
Combustion
in
a Furnace in a Full-Scale Refinery Plant a
( 高熱能加熱爐複燃料節能技術之研究 )
Improving Cost-Effectiveness and CO2 Emission for the Furnace in a Full-Scale Refinery Plant with Hydrogen-Rich Fuel Gas
increasing FG addition in the fuel
原油蒸餾製程設備之加熱爐實場測試
-來自於煉油各單元製程中所產生之剩餘氣體。
-因其成分組成複雜(包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C4、C5、C6、
H2S)若欲將其成分分離回收再利用，所需投資設備與成本不符經濟效益。
-通常規劃將此氣體送至廢氣燃燒塔燃燒。
以漸進式調整FG用量，取代天然氣(NG)使用量，建立製程節能且降低溫室氣體排放 之操作模式，並比較富氫複燃料應用於加熱爐對經濟及環境效益之影響。
研究焦點
●
因製程剩餘氣體來源壓力不穩定，為使公用燃氣系統能順利運用，以加入粗氫氣 (純度90 mole%~92 mole%)使燃氣系統壓力穩定，因此燃氣系統中之氫氣含量相 當高，含量由40 mole%~80 mole %不等，實際運用上造成很大困擾。
● 困難點
●富氫製程剩餘氣體燃料(Hydrogen-Rich Refinery Fuel Gas, 簡稱FG)特性：
測試方法與步驟
1. (1)加熱爐負載(製程煉量) (2)擋板開度
(3)爐膛輻射區真空度
(4)進入加熱爐空氣流量，
維持固定不變 2. 脫硝設備停止使用。
3. 以漸進式添加FG方式取代NG 探討加熱爐整體效率與節能效 益之影響。
Fig 2. Photographs of the flame appearance of a multi-port burner for various FG/NG mixtures: (a) 100% NG; (b) 25-75% FG-NG; (c) 50-50% FG-NG;
(d) 75-25% FG-NG; (e) 100% FG.
Influence of adding FG on flame appearance
increasing FG addition in the fuel
1820 1860 1900 1940 1980
30 40 50 60 70 80
hydrogen content (%) adiabatic flame temp. (0 C)
Influence of FG addition on NOx formation
2.6 3.2 3.8 4.4
0 20 40 60 80 100
FG adding amount (m3/h)*E+3 excess air O2 (Vol. %)
90.6 90.8 91 91.2 91.4
0 20 40 60 80 100
FG adding rate (m3/h)*E+3
efficiency (%)
Influence of FG addition on excess O2 concentration
20 30 40 50 60
0 20 40 60 80 100
FG adding amount (m3/h)*E+3
NOx (ppmv)
Influence of FG addition on CO2 production
Fuel Oil Fuel Gas Natural Gas
1. 燃料效益
經濟效益分析
2. CO2減量效益
●
由於FG中氫氣含量30~80 mole % ，其火焰長度及橙黃色明亮度 隨著FG進入燃料中添加量的增加而明顯降低。
●FG燃燒之絕熱火焰溫度約1890
℃，在高溫區域NOx形成優勢機 制為Thermal-Zeldovich’s路徑。
●
NOx平均形成量增加8.1 ppmv，過剩空氣O
2平均增加1.5 Vol. %。
●每年約可節省燃料成本 4仟7佰萬元 與減少 1萬 ton CO
2之排放量。
因而以富氫複燃料作為一種低成本燃料選擇，就整體經濟效益評 估，將可節省相當可觀燃料成本及有效降低二氧化碳排放量。
結論
Combustion Combustion
in in
a Boiler Firing emulsified Fuel Oil a Boiler Firing emulsified Fuel Oil
崑山科技大學 機械工程系暨潔淨能源中心燃料與燃燒研究室.
Combustion
in
Domestic Gas Burners
(燃燒於加用瓦斯爐之應用)
2008萬潤創意競賽第一名
教育部96年度全國技專校 院實務專題製作競賽」機 械與動力機械群第三名(全 國共89隊參賽)，2007。
