低碳永續 超越超臨界 能源新視野

發布時間:108年12月12日

核能火力發電工程處北部施工處 打造國際一流環保發電廠
南部施工處


火力發電ㄧ向是我國重要的能源供應來源之ㄧ,具有持續供電可靠性,較不受天候環境影響等優勢,然而過往民眾對於火力發電廠的第一印象不外乎排放空氣污染物,影響環境品質。隨著時代進步,許多科技都會不斷提升,就像過去汽車引擎笨重效率低還常常冒黑煙,演變至今變成性能好,排放符合環保標準,運轉效率更佳;電廠設備亦是如此,目前最新的燃煤發電技術可以利用更少的煤炭獲得更多電能,在提升發電效率的同時,每一度電的空污排放自然大幅降低,再加上採用新ㄧ代空污防制設備,最後從煙囪排放的煙氣清澈透明,而極低濃度的空氣污染物隨著高煙囪的擴散,對環境的影響就微乎其微了。

電源開發新紀元 建造超高標準發電廠

建造國家級電廠是茲事體大的任務,在台電公司的作業流程中,通過可行性研究及環境影響評估後的案件由核能火力發電工程處接手負責統籌預算、規劃設計及採購發包,而實際興建階段的督導監工、整體品質控管及工程突發狀況處理等重擔就落在轄下各施工處身上,例如南部施工處過去執行興達發電廠燃氣複循環機組的建造工程、北部施工處則承接過大潭燃氣火力發電計畫等,這些電力工程陸續完成確保了電力供應穩定,對我國的經濟發展有著不可磨滅的貢獻。

位於新北市的舊林口發電廠和高雄市的舊大林發電廠是民國60年代我國最重要的電力供應來源,設立時分別建置2部次臨界燃煤發電機組,經過歲月的洗禮,於民國100年後陸續除役。為配合臺灣經濟發展所需的用電量增加,台電公司啟動了更新改建計畫,引進最新的發電技術,並在北部及南部施工處的努力下,打造出我國首批高效率、低污染超超臨界燃煤發電機組,同時兼顧環境保護、能源供應及經濟發展等3E面向,我國因此在電力發展史中邁入新的里程碑。

所謂的超超臨界,指的是發電鍋爐內的蒸汽參數,當主蒸汽溫度、再熱蒸氣溫度在攝氏550度以上或主蒸汽壓力在24.1 MPa以上,就稱為超超臨界。在這種情況下液態的水會直接變成氣相,避免液、氣相混合的過程,更有助推動汽輪機,使其運轉效率提升。透過核火系統的採購評比,施工處監造品質的要求下,林口和大林這兩座發電廠更新改建工程採用國際最新「超超臨界」燃燒技術更超過一般水平,如採用迴轉式粉煤分離器,相較於舊式靜態分離器,可提高粉煤細度小於75μm,目的是降低未燃碳,提升燃燒效率,另採用低氮氧化物燃燒器及爐膛內的分段燃燒,以降低鍋爐省煤器出口氮氧化物濃度低於150ppm,更重要的是,因冶金技術的進步,鍋爐內管路採用以9%Cr合金鋼為基礎而言發之高級材料,可承受更高溫高壓,其溫度及蒸汽壓力可達600℃及24.5MPa以上,鍋爐燃燒效率超過90%。大林電廠建置2座超超臨界發電機組,林口電廠則為3座,分別可以提供160及240萬瓩電力,最佳發電效率可至45%以上,大幅提高我國整體發電運轉效率。

空污防制挑戰極限 高效除塵脫硫脫硝

燃煤發電主要產生的空氣污染物包括氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)及粒狀污染物(PM)。在大林和林口電廠中特別針對這3種污染物質設計、引進高效率空氣污染防制技術,分別是處理氮氧化物的「選擇性觸媒還原(SCR)系統」、處理硫氧化物的「海水法排煙脫硫(SWFGD)設備」、以及處理粒狀物的「濾袋式集塵器(PRS)」等環保設備,有效大幅降低排放至空氣中的污染物濃度。

超超臨界發電搭配使用拌煤後之煤種,經過燃燒將水加熱成高溫、高壓蒸汽,產生發電的動力。燃燒後的煙氣首先通過選擇性觸媒還原SCR系統,該系統運作的原理是將氨(NH3)注入燃燒後煙氣中,利用SCR中的觸媒進行催化作用,觸媒係以二氧化鈦(TiO2)為單體,活性物為釩、鉬、鎢之金屬氧化物,催化後可將氮氧化物分解為對環境無害之氮氣及水。

煙氣通過SCR系統後,就進入濾袋式集塵器PRS,如同家中的吸塵器一般,PRS以不織布或毛氈為過濾材,有效去除煙氣中大量的粉塵,粒狀物之去除率可達99.9%以上;相較其他集塵設備,如靜電集塵器或濕式洗滌塔,PRS操作上要隨時注意避免被捕捉的粉塵阻塞細微的孔徑,但既毋須使用高壓電,亦不會有廢水產生,具有高效率卻又節能及減廢之優勢。

最後煙氣進入海水法排煙脫硫SWFGD設備,在吸收塔中煙氣上移過程噴淋海水,利用海水與硫氧化物進行吸收反應後再與大量循環水渠道內之海水進行中和,且提高pH值,並經由一連串海水曝氣、氧化,成為無害的硫酸鹽類(SO42-),由於該鹽類為海水成分之一,排至大海中增加之濃度幾可忽略,因此對海洋環境的影響微乎其微。

在林口或大林電廠興建工程預算上千億的總經費中,針對空污防制費用比率高達30%,為避免龐大的設備及眾多的控制系統影響整體發電運轉的穩定性及可靠性,因此必須在規劃階段即設計出最佳模式,以兼顧環保及供電。走在中央控制室外的通道,透過玻璃窗可以看見24小時分3班的值班人員隨時監測各項電力運轉及污染物排放數據,並即時將相關數值傳至環保機關,以確保運作符合法令規範;從監視銀幕上的數據可發現,兩廠排放的氮氧化物低於30 ppm、硫氧化物低於20 ppm、粒狀物低於10 mg/Nm3,均優於國內環保法規或環評承諾,更媲美日本最先進的磯子燃煤發電廠,顯示最新發電燃燒新技術搭配高效率的污染防制設備,已是穩定供電的選擇下不可或缺的條件。

 

致力追求環境友善 創能團隊使命必達

燃煤電廠更新改建後的另一特色係運煤、儲煤都在密閉空間中。傳統燃煤電廠卸煤、輸送及儲存都是採用開放式的作業,雖然設置了防風柵網,但風大時難免產生揚塵;然而,隨著台電陸續投資興建興達及台中電廠的室內煤倉,在林口和大林這兩廠則一開始就以全面密閉式的理念進行設計,包括連續式卸煤機、密閉式煤炭輸送機及密閉式筒列煤倉等,以避免發生煤塵飄散的現象。

新式的筒式煤倉工程可不簡單,採用的是滑模工法,需要24小時分3班連續施作,混擬土須持續澆灌一氣呵成,營造廠商及施工處人員聚精會神不間斷工作之緊迫性及背負的壓力可想而知。尤其林口電廠因地理位置關係,廠區被林口溪及西濱快速道路劃分成2區塊,需要從地底來建造「輸煤廊道」方能自港邊輸煤至廠中,在開挖過程因海邊、河岸地質不穩定,部分區段開挖機具無法運作,只能以人力在狹窄的地下空間徒手開挖,每日前進距離僅約1公尺左右,最後靠同仁們不斷輪替、齊心協力順利完成廊道施作,達成煤炭完全密閉輸送的目標。

工程規劃對於環境衝擊減少不僅是空污層面,其他如水資源、綠化、美化工程或廢棄物再利用等,都可在林口及大林電廠內看見兩個施工處導入循環經濟的概念並逐項實踐。在水資源方面透過循環系統,努力達到生活廢水零排放目標。綠化工程方面,大林電廠不僅認養高雄市的中央公園,廠內綠地覆蓋面積更達17.2公頃,為整體廠區24.4%;林口電廠亦有5.7公頃,占廠區面積21.1%。美化工程部分,兩廠建物本身設計不同彩繪融合周邊環境,大林電廠採用海天一色概念,將廠區建物著上漸層藍色,從海上遠眺,電廠、大海、蒼穹三者相連,彷彿一幅藍色的潑墨畫;林口電廠則是大膽地以白色為基調,展現出低污染環保電廠的本色,煙囪彩繪代表該廠的百合花,視覺上與地景環境相互和諧搭配。此外,經過超超臨界機組高溫、高壓燃燒後的飛灰、底灰等,更加細緻及堅韌,成為搶手的建材料源。

 

勇於接受新挑戰  與鄉土共生共榮

以工程技術面觀之,林口和大林電廠改建工程是非常困難的,因該兩廠為南、北地區重要供電來源,無法全部拆除後再建,在不影響既有電力營運下於原址進行改建,也因如此施工困難度提高許多,加上國家能源政策期程規劃,所以南、北施工處背負的不只是施工難度壓力,還必須與完工運轉期程賽跑。再者,建廠技術較台電過往所熟悉的次臨界發電機組複雜許多,必須仔細檢驗各個環節,例如大林電廠的新機組在試車階段即找出部份爐管焊接品質有瑕疵,立即請廠商處理,並積極繼續推動後續改善與試車工作。在全世界要求節能減碳的浪潮下,預期火力發電技術將不斷地精進,人類可以使用更少的燃料產生更多的電能,同時排放更少的污染;但對於南、北部施工處而言,意味著也必須不斷地改變思維,跟隨時代向前邁進,在所有施工處同仁秉持專業態度及工作使命感下,不斷挑戰新技術,引進新工法確保未來機組更先進更環保。

每一個火力電廠興建過程中,都會受到當地民眾的關心與關切,因此南、北部施工處在施工階段嚴守環保法令規定及環評承諾,將噪音、營建空污衝擊降至最低,發電機組開始運作後更主動安排周邊里民、機關學校或社會團體進廠參觀,讓參訪者認識最新高效率、低污染的燃燒技術、空氣污染防制設備和其他環境友善措施,同時宣導電力生產及節約能源的重要性。當參訪來賓親自體驗最新技術帶來的效益,在煙囪下卻看不到廢氣排放,輸儲煤系統旁也看不到煤,更看不到煤塵,能深刻體會電廠一直在努力維護環境,保護環境與當地共生共榮的作為。現在佇立林口或大林電廠旁可以感受海風徐徐、天海相連無邊無際,當煤輪從另一側緩緩駛入碼頭時,煤炭在密閉的空間中被輸送至煤倉存放,海的美景依然碧藍如黛。這就是施工處所期盼的境界-「燃煤電廠,運煤看不到煤;發電滿載,煙囪看不到煙」,除了提供良好供電品質外,環境更能真善美。當整個工程結束後,施工團隊將前往下一站,不斷挑戰更高效率、更環保的電力建設工程,增加的是經驗及歷練,不變的是專業及敬業態度。