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燃燒塔之 HVOC 排放量估算

燃燒塔之 HVOC 排放量估算. 輔仁大學 公共衛生學系 劉希平. 廢氣燃燒塔之背景說明. 廢氣燃燒塔普遍應用於石化 / 煉油製程工場，主要的功用在於焚化處理含揮發性有機物廢氣緊急排放、製程設備所累積之過剩廢氣釋壓排放，以維持系統壓力不致超過設備容許壓力而發生危險。 廢氣燃燒塔一般可分為 高架廢氣燃燒塔 (Elevated Flare) 地面廢氣燃燒塔 (Ground Flare) 通常地面廢氣燃燒塔的廢氣處理量較低，適合處理連續性之少量製程廢氣排放 ，而 高架廢氣燃燒塔則多半用以處理緊急狀況的大量氣體排放 。. 廢氣燃燒塔之背景說明.

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燃燒塔之 HVOC 排放量估算

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Presentation Transcript

  1. 燃燒塔之HVOC排放量估算 輔仁大學 公共衛生學系 劉希平

  2. 廢氣燃燒塔之背景說明 • 廢氣燃燒塔普遍應用於石化/煉油製程工場，主要的功用在於焚化處理含揮發性有機物廢氣緊急排放、製程設備所累積之過剩廢氣釋壓排放，以維持系統壓力不致超過設備容許壓力而發生危險。 • 廢氣燃燒塔一般可分為 • 高架廢氣燃燒塔(Elevated Flare) • 地面廢氣燃燒塔(Ground Flare) • 通常地面廢氣燃燒塔的廢氣處理量較低，適合處理連續性之少量製程廢氣排放，而高架廢氣燃燒塔則多半用以處理緊急狀況的大量氣體排放。

  3. 廢氣燃燒塔之背景說明 • 高架廢氣燃燒塔高度通常約在120公尺以上，是石化工廠生產過程中發生異常狀況時，供緊急排放的設備。 • 高架燃燒塔頂部有燃燒口，平常僅有四周配置的母火在燃燒，當有廢氣被排放經過燃燒口時，高濃度有機廢氣可被母火點燃，在塔頂燃燒後排放。 • 燃燒口內部及四周亦配置有蒸汽噴嘴，當大量緊急排放時，會因燃燒不完全而冒黑煙，此時可立即將蒸汽注入噴嘴，蒸汽會將油氣分散成霧狀，使其易於燃燒，同時提供足量的空氣使之燃燒完全，黑煙就會很快的消失。 • 所以，當廢氣燃燒塔的火燄小時(母火)，就是工廠操作順利的表徵。 廢氣燃燒塔

  4. 燃燒塔真實運作情形，2010/7/6

  5. 高架燃燒塔基本設計圖

  6. 高架燃燒塔硬體結構 高架

  7. 地面燃燒塔 資料來源：中興工程顧問公司

  8. 燃燒塔設計 • 雙燃燒塔系統（Dual Flare System），可依廢氣量自動切換，當廢氣流量低時，廢氣自動導入地面燃燒塔處理，但當廢氣流量超出設定值時，廢氣將經過水封裝置（Liquid seal）自動切換至高架燃燒塔進行處理。 • 但正常狀況時，為使廢氣燃燒熱值足夠達到較佳的燃燒效率，以地面燃燒塔進行運轉較佳 • 廢氣燃燒塔的主要硬體結構包含： • 壓力釋放閥 • 安全閥 • 氣液分離槽（Knockout drum） • 水封罐（Liquid seal） • 吹驅氣體鼓風機 • 蒸汽輔助裝置 • 點火裝置 • 燃料供應裝置等。

  9. 高架與地面燃燒塔之比較

  10. 廢氣燃燒塔廢氣流量監測規定 - 揮發性有機空氣污染物管制及排放標準(991011.V56修訂版) • 第六條　廢氣燃燒塔應設置下列監測設施： • 母火感知器及監視器。 • 於進廢氣管線設置流量計及進廢氣成分、濃度及總淨熱值監測設施，石油煉製業應加設總硫濃度監測設施。 • 母火燃料氣之流量計。 • 水封槽之水位計或壓力計。 • 蒸氣輔助燃燒型式廢氣燃燒塔設置蒸氣流量計。

  11. VOC之檢測與計算要點 • 氣體樣本無論在各種溫度、濕度、含氧量、靜壓情況下，檢測出之VOC濃度均相同。因為各種條件變化下，氣狀VOC與其他氣體同時變化，因此體積比率均相同（ppm即是氣體體積比率）。 • 但計算VOC濃度與排放量時，需注意下列事項： • 在修正燃燒效率至含氧量6％時，則 VOC6%＝（21-6）/（21-O2）* VOCO2 (ppm) • 乾基與濕基計算時，VOC濃度相關性如下： VOC乾＝VOC濕/（1-水分比例）

  12. 檢測資料推估VＯＣ排放量範例 • 某煙道檢測之資料如下： • 排氣量：1000 Nm3/min(乾基) • 含氧量：10％ • 靜壓：＋1.5 mmHg • 水分：8％ • 溫度：120℃ • THC濃度（A433）：270 ppm as CH4 • 請計算其VOC排放量：

  13. 檢測資料推估VＯＣ排放量（方式一） • VOC排放量之計算： • 濕基下， VOC濕＝270 ppm-CH4 • 乾基下（去除水分，與傳統空氣污染物相同表示方法），VOC濃度為 VOC乾＝VOC濕/（1-水分比例） VOC乾＝270/（1-0.1）＝300 ppm-CH4

  14. 檢測資料推估VＯＣ排放量（方式二）計算錯誤版檢測資料推估VＯＣ排放量（方式二）計算錯誤版 • 300 ppm-CH4 m=300*16/[0.082*（273+120）°K]*10-6(kg/Nm3) ＝0.000149（kg/Nm3） • VOC排放量＝1000 Nm3/min* 0.000149 (kg/Nm3) ＝0.149 kg/min = 8.94 kg CH4/hr × 低估

  15. 檢測資料推估VＯＣ排放量（方式二）正確版 • 300 ppm-CH4 m=300*16/(0.082*273°K）*10-6（kg/Nm3） ＝0.000214 （kg/Nm3） • VOC排放量＝1000 Nm3/min* 0.000214 (kg/Nm3) ＝0.214 kg/min = 12.84 kg CH4/hr • 在氣體樣本中，VOC與其他氣體同時膨脹、縮小，在沒有相變化過程中，各種狀態下VOC氣體濃度均相等。

  16. 98年廢氣燃燒塔操作時間 (以台化廠為例)

  17. 某石化廠之廢氣燃燒塔採樣與分析結果 • 採樣過程：由水封槽壓力前端進行採樣 • 採樣方式：負壓吸引之無電力抽引設施 • 採樣影片： • 分析過程：10分鐘內，以GC/MS分析，採高分流比分析

  18. 燃燒塔進入氣體之HVOC分析結果

  19. 燃燒塔HVOC排放量推估 排氣量：88.44 N M3/hr(2010/7/6 21:00-22:30)

  20. 高濃度HVOC之分析潛在問題（一）HVOC顯著衰退，造成質量與排放量低估高濃度HVOC之分析潛在問題（一）HVOC顯著衰退，造成質量與排放量低估 • 低碳數 – 烷類化合物 • 黑色為10分鐘內分析之GC/MS圖譜 • 藍色為保留樣本21小時後之圖譜

  21. 高濃度HVOC之分析潛在問題（二） • 苯維持原有濃度 • 甲苯大幅成長，但並非真正甲苯， • 相同停留時間，但質譜不同之異構物

  22. 高濃度HVOC之分析潛在問題（三）Butane顯著衰退，造成質量與排放量低估高濃度HVOC之分析潛在問題（三）Butane顯著衰退，造成質量與排放量低估

  23. 高濃度HVOC之分析潛在問題（四）iso-Butane顯著衰退，造成質量與排放量低估高濃度HVOC之分析潛在問題（四）iso-Butane顯著衰退，造成質量與排放量低估

  24. 高濃度HVOC之分析潛在問題（五）高沸點EB更顯著衰退，造成質量與排放量低估高濃度HVOC之分析潛在問題（五）高沸點EB更顯著衰退，造成質量與排放量低估

  25. 結論 • 依據美國EPA公告之TANKS 4.09D計算軟體，配合台灣地區之氣象資料，可估算出不同型式儲槽之HVOC排放量，但仍須各儲槽之基本資料。 • 儲槽在年度開槽清槽作業時，其排放量可能極為可觀，但無法在本調查中計算其排放量。 • 燃燒塔之排放量是由其入口有機氣體濃度加以檢測與估算，建議需立即進行高濃度有機氣體分析，否則HVOC樣本衰退與合成，均可能影響後續之檢測與計算。 • 燃燒塔之破壞效率仍須進一步確立，以計算其排放量。

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