氣化技術當紅 傳統焚化退場?
廢棄物處理設施利弊分析

焚化發電被視為再生能源之一，扮演循環經濟最末端的能源循環角色，將廢棄物中殘餘的熱能轉換為電能，回歸社會及民眾使用。近年各國在廢棄物熱處理發電技術上有了明顯的突破，身為台灣資源循環產業的領導者，崑鼎將以豐富的焚化發電操作經驗及專業知識，分析傳統焚化與新發展的氣化處理利弊。

焚化處理污染控制持續進步

焚化處理技術目前在市場上有超過一千三百項實績(機械)，已是十分成熟的技術。以往，焚化處理設施較為人擔心的是諸如戴奧辛的空污排放問題，不過近年來各家焚化爐製造商已持續改善燃燒控制技術，戴奧辛及氮氧化物已大幅降低，鍋爐出口戴奧辛的排放濃度已可控制在2ng/Nm3以下，較以往技術降低50%以上；氮氧化物部分，新式的燃燒控制技術搭配SNCR加藥控制技術的改良，可將氮氧化物排放濃度操作在70-80ppm以下，較目前台灣主流技術減少約20%的排放量(可參閱圖1)。

焚化處理的能源回收率已顯著提升

以往焚化處理設施能源效率偏低的原因在於為確保廢棄物的完全燃燒，焚化廠的過剩空氣供給量需為理論空氣用量的1.8~2.0倍，遠高於一般燃煤電廠的1.2倍。由於燃燒控制技術的改善，以及爐床冷卻方式改為水冷式爐管，降低一次空氣的需求量，目前焚化所需過剩空氣供給量已可大幅降低到約1.4倍。低燃燒空氣量需求可降低廢氣排放量，減少後端空氣污染防治設備負荷及能源消耗，同時提升鍋爐效率，增加蒸汽產量。

惟我國受限於戴奧辛排放法規中限制鍋爐出口濕基廢氣含氧量須高於6%，其過剩空氣供給量僅能降至理論量的1.6倍左右，抑制鍋爐效率提升的空間。若要進一步降低廢氣含氧量(<6%)，需另檢具證明文件，向主管機管申請。 

此外，以往焚化廠為了避免節熱器水管的腐蝕，鍋爐出口廢氣溫度得控制在220~260℃之間；新型焚化廠因節熱器管材質改善，其操作溫度已可逐步降低到180~200℃。透過前述的降低燃燒空氣量及鍋爐出口廢氣溫度，新式焚化廠鍋爐效率已可由78%提升至85%以上。

焚化發電效能穩定成長

為提升焚化發電的效能，目前業界普遍採行以下措施：

(1)提升蒸汽溫度及壓力
蒸汽溫度及壓力越高，於汽輪機回收的電能也越高。受限於蒸汽溫度提升會大幅增加爐管的熱腐蝕速度，目前新的焚化處理技術多控制在420~440℃之間。部分廠商結合其他發電設施尾氣餘熱，提升過熱蒸汽溫度達500℃以上，以提升發電效率，成功避免高溫腐蝕的問題。

(2)降低汽輪發電機出口蒸汽溫度及乾度
目前常見的技術可將真空度降至-0.85kg/cm2G以下。

(3)使用蒸汽再加熱技術
此技術一般用於大型的電廠，將作功後蒸汽再加熱，進入第二段汽輪發電機發電。荷蘭第四代焚化廠也採用了本項技術，使得其整廠發電效能高達30%以上。

氣化處理技術：將有機質轉換為合成氣

氣化技術的原理係在限量供應氧氣及高溫的條件下，將有機質與水蒸汽進行反應，把有機質轉換成合成氣(一氧化碳、氫氣及甲烷氣)，主要優點在於製造比原來燃料的使用效率高的合成氣，除了可用於發電，也可再加工處理，成為合成燃料。由於合成氣經過純化處理後，可將造成設備腐蝕的酸性氣體及導致設備阻塞的焦油等雜質去除，因而可使用在效率較高之燃氣鍋爐、內燃機或燃氣渦輪機以回收電力。

氣化處理的戴奧辛排放更低

氣化處理廢棄物的成功實例尚不足

氣化技術在透過高溫的氣化處理破壞戴奧辛以及合成氣的驟冷及除酸處理後，合成氣於後續利用較無戴奧辛的再合成問題。文獻顯示，在相同的戴奧辛處理技術下，氣化處理設施戴奧辛排放濃度(約介於0.002~0.01ng-TEQ/Nm3)較焚化處理設施為低。

值得一提的是，氣化反應含括上百種複雜的氧化、還原反應，為確保合成氣的產量與品質，對於操作溫度、空氣供給、廢棄物性質(組成及含水率)都有著嚴格的限制 (詳見圖2及圖3)，意謂著氣化技術對於入爐廢棄物穩定性要求很高，廢棄物須經破碎、分選、乾燥處理後，才能進入氣化爐處理。此外，氣化將產生「焦油」副產物，這對於後端的空氣污染防治設備以及燃氣鍋輪發電機操作有很大的影響，將增加業者後端合成氣純化設備的處理成本。

目前市面上氣化技術之反應溫度區分為「氣化熔融」及「氣化燃燒」兩類。

氣化熔融實績廠大多位於日本，有近百座設置實績，其單爐每日最大的處理能力為二百六十五公噸，但受限於操作成本高及高溫操作的影響，設備故障率較焚化設施高出許多，年運轉率通常低於80%，近年來新設施成長趨於保守。

至於氣化燃燒的技術近期在歐美則有許多案例在推動，不過實際在商轉的大型設施(每日處理量大於三百公噸的單爐)僅有一座，整體發電效率逾30%，而依據2015年的操作資料顯示，該座廠年運轉時數仍低於七千小時，顯示在合成氣的純化處理設施上仍有不小改善空間。

結語：氣化技術可於離島試點實施

焚化處理技術經過長期的發展與改善，其能源回收效率已大幅提升，同時在污染物抑制方面亦有顯著的進步。由於其對於廢棄物性質的波動性忍受度較高，可同時處理多種廢棄物(固體廢棄物、污泥、廢液等)且操作技術成熟，為許多國家對於廢棄物處理優先評估的主流處理設施。

另一方面，氣化燃燒技術發電效率雖略高於焚化處理設施，但其對於廢棄物波動性忍受度低，廢棄物需經嚴格的前處理後才能投料，對於前處理設施的能源損耗需再評估。除此之外，氣化技術也較不適用於處理含水率過高之廢棄物(水分過高合成氣熱值將過低，不利於使用)，其對於進料廢棄物高均質性的要求，無法像焚化處理設施可同時混和處理多種廢棄物，國外廢棄物氣化處理實績多集中在小型的廢棄物或生質能混燒設施。

由於近年來許多先進國家的積極推動，我國政府於多元化垃圾處理政策中也計畫於離島試行氣化技術。若實施成效良好，未來可擴大應用於其他離島及無焚化處理設施之縣市，解決台灣垃圾及廢棄物處理的議題。