智慧型可重組蓄熱燃燒系統開發計畫
廢熱回收率90%，節能與減碳排放達35%以上
硬體模組化，軟體創新智慧化，高耗能產業翻轉升級
* 金屬中心產業升級服務處處長林恒育表示，如何讓高溫耗能產業做到節能減碳，是首要任務。
財團法人金屬工業研究發展中心執行能源局「智慧型可重組蓄熱燃燒系統開發計畫」，針對鋼鐵與金屬相關產業研發本土化的高溫製程工業爐蓄熱式燃燒技術，不但同時達到回收廢熱再利用的節能效益、減少碳排放量35%以上，搭配AIoT與5G，更一舉邁進工業4.0智慧科技新時代。
「智慧型可重組蓄熱燃燒系統開發計畫」主持人、金屬中心產業升級服務處處長林恒育指出，金屬相關工業由於材料高溫製程應用需求量大，也因此產生大量高溫廢熱。在全臺650℃以上高溫廢熱中，約98%來自於金屬與鋼鐵相關產業的工業爐。由於工業爐等高溫設備為各廠關鍵製程所需，並皆為投資巨大的主力設備，不同於一般燃燒溫度僅300℃以下的工業用鍋爐，主要用來做提供熱源的周邊製程，對於廠商的重要性不能相提並論。
運用蓄熱式技術協助鋼鐵業、鑄造業、熱處理業
由於高溫製程耗能高，又是金屬材料產品品質重要關鍵製程，如何滿足目前金屬、鋼鐵產業高溫耗能製程相關製程要求條件下，做到節能減碳，是首要任務。能源局因此委託金屬中心發展高溫製程工業爐蓄熱式燃燒技術，協助鋼鐵業、鑄造業、熱處理業等高溫製程產業建立800℃以上批次高溫工業爐的本土化蓄熱燃燒服務能量。
這項計畫從105年就開始以3年+3年期程的模式研發與推動，林恒育回顧，當年就幫助燃燒重油的鑄造廠恒峰工業等4家廠商，開發高溫製程工業爐蓄熱式燃燒技術，並使用天然氣取代排碳量大的重油，不僅將排氣溫度降到150℃，一年節省燃料費高達百萬元以上，相當可觀；除了節能達到35%外，減碳量也達到50%，加上透過蓄熱高溫熱風應用，可避免燃燒不完全問題，工廠也不再排放黑煙。
建新爐、改舊爐，客製化節能減碳效益最佳
林恒育說「高溫」是鋼鐵業、鑄造業必要的製程條件，愈是高溫的燃燒製程，愈會產生廢熱，也需要愈高階的廢熱回收技術。團隊早期依照使用業者製程需求新建一座工業爐，從設計、模擬、測試、組裝、建爐到使用，至少需時3個月以上。爐體建造過程中，在夏天汗流浹背的工作場所內，又有粉塵讓人呼吸困難，更要堅持工安第一，符合ISO規範，再苦再累也不能掉以輕心。由於現場其他工業爐廢熱排出時的溫度高達800至900℃，環境既熱又悶，廠商祭出高薪也不容易找到願意做的「黑手」，於是自己便帶著工程師在現場，雖然高溫難耐，卻儘量出手搬運耐熱磚，用「陪伴」的心情幫助計畫案順利進行。
正因為如此，更加彰顯了計畫的價值。他微笑著搬出模型解說，蓄熱式燃燒系統是透過成對的燃燒器來運作：在每個天然氣燃燒器內部，採用陶瓷材質的蓄熱磚，透過尺寸、孔徑、成分比例不全相同的蓄熱磚，將排出廢氣的高溫熱能蓄積起來，再透過成對燃燒器的進排氣切換，將這些蓄積的熱能拿來預熱助燃的新鮮空氣。 成對的燃燒器同時各自噴火、吸熱，每30至60秒互相切換，再依此重複燃燒程序，可有效節省天然氣達30%以上。
金屬中心團隊的核心技術能量涵蓋蓄熱式燃燒系統關鍵模組開發、系統整合能力以及建造爐體的能力，目前已全都做到本土化。團隊可設計建造標準爐型，也可依照客戶需求量身客製化訂做新爐，或像109年起為有益鋼鐵投入以燃燒系統為主的舊爐改建。經實測證實蓄熱節能效率高達46%且回收廢熱高達90%，改建爐品質甚至比當初新爐更讓使用業者滿意。比起委請外國廠商來臺建爐需要8至10年才能回收成本，依照「智慧型可重組蓄熱燃燒系統開發計畫」建爐的投資報酬率高出許多，在相同的節能效果下，總投資成本僅約為國外系統的二分之一甚至三分之一，使用業者僅需3年即可回收成本。
* 金屬中心團隊的核心技術能量涵蓋蓄熱式燃燒系統關鍵模組開發、系統整合能力以及建造爐體的能力，目前已全都做到本土化。
蓄熱磚、燃燒器、管線全都模組化、本土化、專利化
目前，全計畫開發技術已獲得包括蓄熱式燃燒器設計、蓄熱體改良結構等多項專利，燃燒器與爐壓控制方法等等設計法皆已獲得專利，可說是從硬體到軟體都為自有研發的創新成果，並已技轉將近10家在地中小企業，成功應用在盛鋼桶預熱器、殼模燒結爐、鑄件退火爐、批次與連續式不銹鋼固溶化爐、金屬溶解爐等高溫工業爐領域。各項的關鍵零組件如燃燒器、閥站等次系統都已模組化，可因應廠商製程需求進行重組。林恒育舉例，對於標準化的爐型，透過參數設定就可達成製程升溫控制的要求，有效節省工業爐現場操作調整時間，以標準爐作為參照版本，新開發工業爐的時間也能省下6成。
「尤其還有智慧化的能量。」林恒育強調，工業爐的節能力道會隨著爐體使用期漸長，效率有所遞減，這時可運用AIoT技術進行「節能優化及智慧健診」。每3個月或半年就重新演算，透過修正設定參數來優化燃燒爐的燃燒效能，提升節能效益；另一方面，透過零組件效能與壽期評估，可預做保養、提前更換零組件、自動預警報修，以免一出狀況時讓生產線停擺，造成廠商重大損失。現在隨著5G行動通訊帶來的高速度、低延遲、多連結特性，金屬中心足以輔導廠商邁向工業4.0智慧製造高峰，企業高層可遠端監控，有助隨時掌握狀況。
推動聯盟，技轉廠商，更創新打造最長隧道窯
金屬中心在104年10月結合屏東科技大學蔡建雄教授、中山大學許聖彥教授等學界力量，成立「蓄熱燃燒產業研發及應用聯盟」，目前已整合15家關鍵零組件業、爐體業、工程業等在地業者，發揮聯盟力量將相關蓄熱節能技術本土化，協助各種高耗能產業的節能及減碳需求，也扭轉高耗能產業「製造高溫廢氣及二氧化碳排放至大氣當中」的負面形象。
林恒育分享正在施工中的案例，團隊為三和耐火工業改造總長72公尺的隧道窯，主段的燃燒爐占12公尺，將為國內建立蓄熱燃燒技術應用於陶瓷材料的示範案例，「使用節能爐設備來燒製耐火產品，生產低碳產品，再用於高溫工業爐的爐體，創造雙倍減碳效益，意義非凡。」他無比欣慰。
計畫榮獲109年度銳能獎金獎，林恒育有感而發：「感謝能源局補助計畫，讓金屬中心長期耕耘高溫燃燒節能技術的研發，並將技術本土化，使台灣金屬相關產業提升產品競爭力之外，並得以兼顧環保及減碳的要求。」
* 「蓄熱燃燒產業研發及應用聯盟」已整合15家關鍵零組件業、爐體業、工程業等在地業者，協助各種高耗能產業的節能及減碳需求。
