棕櫚空果串/煤炭混燒之純氧燃燒特性研究

Abstract

純氧燃燒(Oxy-fuel combustion)作為一種可實現減少碳排放的燃燒技術，目前被應用於化石燃料為主的能源系統，比起其餘碳捕捉技術，純氧燃燒除了具有CO2捕獲率高(可達95%以上)的優點，同時也提升燃燒效率，降低污染物排放，因此也作為潔淨能源的高效燃燒方式。 為了逐漸取代化石燃料並兼顧穩定發電量與減少對環境的汙染，達到永續發展的目的，將生質物料(Biomass)取代部分化石燃料(Fossil fuel)進行混燒是一個有效的方式。每年有數上百萬噸的棕櫚空果串(PEFB)廢料沒有得到有效處置，大量的掩埋反而造成大量溫室氣體排放並阻礙作物生長，然而棕櫚空果串非常適合用作為生質燃料再利用，因此本研究通過結合混燒與純氧燃燒技術，探討棕櫚空果串的基礎燃燒特性，提供未來實際操作於業界鍋爐混燒的參考資訊，以預測可能的燃燒行為。 本研究將棕櫚空果串、澳洲煤和其混合物，藉由熱重分析儀(TGA)分析在空氣(O2/N2)與純氧環境下(O2/CO2)的熱解與氧化行為，並串接傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)分析產氣中的特定氣體產物，接著以單顆燃料錠自由燃燒爐系統探討在不同環境溫度、氣體環境和混摻比例的燃燒反應特性與現象。熱重分析的熱解行為結果顯示，在不同氣體環境的反應初期整體重量損失行為相似，直到高達約700℃的環境溫度之後，在CO2氣體環境有額外的焦碳氣化反應(Boudouard reaction)發生，導致有更多的CO生成，但是在N2氣體環境則僅有些微的重量損失行為；熱重分析的氧化行為結果顯示混合物在30%O2/70%CO2氣體環境下，當混摻比例提高有助於降低引燃溫度與燃燼溫度，而BBR=50%混合物的整體反應擬合的綜合燃燒特性指數Sm有最大的值，代表具有最佳的燃燒特性，BBR=10%混合物次之，BBR=30%混合物最小，可見其反應不是單純的加成特性結果，彼此間存在協同效應。單顆燃料錠自由燃燒結果顯示，隨著混摻比例提高，有易於氣相火焰提早引燃，促進焦炭燃燒進行，縮短總燃燒時間，並減少灰燼含量，而且環境溫度改變對氣相燃燒有顯著影響，焦炭燃燒則受O2濃度改變有明顯差異。此外，光譜分析結果則顯示棕櫚空果串於30%O2/70%CO2氣體環境與澳洲煤於21%O2/79%CO2氣體環境的NOx與SO2有最低的吸收峰值，可見在適當的純氧燃燒條件是有助於抑制汙染物的形成。

Date of Award	2018 Aug 29
Original language	Chinese
Supervisor	Yei-Chin Chao (Supervisor)