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Tech
Notes
技術專文

2. 文獻探討
燃燒過程中的氮氧化物(NOx)的形成，基本上來自高溫
環境下，氮原子和氧原子的化學反應。從燃燒系統中排放出
的NOx主要為一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO 2 )，通常以NO佔
大部分，約在90%以上，而NO 2 量較少。根據中華民國燃燒
[01]
協會 介紹，NO的形成，一般可分成三方面 : 熱NO(thermal
NO)、燃料NO(fuel NO)、速成NO(prompt NO)，熱NO升成 圖2、VOC入口成分佔比(N5實測)
與溫度有強烈關係，可透過降低溫度達到減量效果；燃料NO
為燃料中含N基經燃燒氧化後形成NO，目前科學園區內皆限 3.2 爐頭設計與過溫問題
制使用CH 4 做為燃料，可排除燃料NO生成可能；速成NO為
J公司原使用設計之入口VOCs濃度計算使用N7量產廠成
燃料衍生基與N 2 的化學反應，產生NO；根據Zeldovich等人
[02] 所提出內容，溫度與氧氣濃度會影響到NO的形成速率，所 分，依據此量計算燃燒爐需提供之單位熱量，選用4M爐頭
應可符合TSMC RFP發包要求，但N5量產廠使用有機溶劑之
以NO的釋放一般都是隨空燃比與火焰溫度增加而升高；另
[03]
Lyngfelt等人 於文獻中提到，可利用調整燃燒空氣量控制汙 物料變更，以及直燃式燃燒爐之熱回收率的錯估，導致於20
倍濃縮倍率下，雙轉輪系統爐膛燃燒熱將大於設計之自持熱
染物排放，不過減少NO升成的同時，可能造成CO 2 或SO 2 排
[04] 量，導致過溫問題影響設備妥善率(表2)。
放增加，需尋找最適合運轉之參數；Yamagishi等人 以CH 4
做為燃料討論分段燃燒對NOx的排放影響，其中提到預混空
表2、VOC然燃燒爐熱量設計比較表
氣與燃燒空氣比例對NOx的影響，分為預混火焰與無預混空
氣是為擴散型火焰，發現無預混空氣與NO生成成正相關。 爐頭所需熱量 熱回收率 VOC生成熱 脫附風量 入口風量 自持濃度
設計值 1661212Kcal/hr 61% 6916kcal/kg 7214NCMH 144233NCMH 189.7ppm
實際值 1796765Kcal/hr 72% 6594kcal/kg 8013NCMH 144276NCMH 125.8ppm
3. 研究方法

3.3 濃縮倍數與衍伸問題
設計面檢核
為解決上節所提之燃燒爐過溫問題，將濃縮比由20倍
3.1 濃縮倍率檢核與入口成份分析
調整至12倍，可有效減緩燃燒爐過溫現象，不過在調整濃縮
邀請工研院協助分析N5量產廠區VOCs處理設備入口濃 比時會改變進入燃燒爐內的單位風量，因而提高NOx的生成
度與成分，與以N7量產廠推估之入口濃度與成分進行比較 量，第一次試車檢測發現單台VOC出口NOx濃度最高可達6
(圖1、圖2)，發現使用之有機溶劑占比明顯不同，以雙轉輪 PPM，年排放量達19.56噸(F18A許可量為35噸)，已佔用F18A
處理設備設計之處理效率99%進行計算與設計之濃縮倍率(20 56%之排放量。
倍)進行檢核，濃縮後之VOCs濃度與燃燒爐設計規範之1/4爆
3.4 操作單元流場與VOC處理效率
炸下限值(Lower Explosive Limit, LEL)相差約1300ppm(表1)；
若N3製程VOC入口濃度高於212ppm，需調整雙轉輪處理設 為提高VOC處理效率，檢測VOC各單元，尋找可能造成
備之濃縮比，以避免爆炸之風險。 排放量高的原因(圖3)，隨檢測後發現，排放濃度最高點為風
管Bypass處。

圖1、VOC入口成分佔比(N7推估N5)

表1、1/4 LEL比較表

N5入口濃度 LEL(爆炸下限) 1/4 LEL VOC 20倍濃縮
147(PPM@solvent) 17000 4250 2940

圖3、VOC單元排放檢測示意圖

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