In this study, the two most frequently used incineration systems, fluidized bed and grate-firing have been compared and analyzed. The performance of Mälarenergi’s combined heat and power (CHP) plant in Västerås, which consists of a fluidized bed incinerator, has been used as benchmark to elaborate the different calculations made in this study. It extracts electricity and heat amounting to 50 and 100 MW respectively. On average, 75-85% of the weight of Municipal Solid Waste (MSW) is converted into Refuse Derived Fuel (RDF). One ton of RDF which is used as fuel in fluidized bed boilers has a calorific value of 16.6 MJ/kg while the calorific value of one ton MSW used as fuel in grate-fired boilers was calculated to 9.15 MJ/kg. The total amount of extracted energy in regards of heat and electricity for the grate-fired incineration was computed to 2.54 MWh/ton, while it was calculated to 4.63 MWh/ton using the fluidized bed incineration. A simple Rankine cycle was used to understand the significance of better steam qualities in the incinerators, and to learn the difference between the total power output and the turbine efficiency. The total power output was provided with enthalpy values of different steam conditions using a constant mass flow in the cycle. For grate-firing, the amount was calculated to 10 829 kJ/s and for fluidized bed it was calculated to 11 245 kJ/s. Using the different enthalpy values, the isentropic turbine efficiency of grate-firing and fluidized bed were calculated to 71 and 80%, respectively. The yearly amount of waste each incinerator requires to reach the performance of Mälarenergi’s CHP-plant was calculated and used to perform a profitability analysis. The efficiency of this plant using a fluidized bed is 90%, whilst two different efficiencies of 75 and 85% were used for the grate-firing. The higher net present value was concluded belonging to the fluidized bed plant with an amount of 9978 Mkr, whilst the net present value of the grate-firing measured to 8146 and 6407 Mkr. Emissions of carbon dioxide (CO2) were calculated to be higher when incinerating one ton of MSW in a grate-fire, than of incinerating one ton RDF in a fluidized bed. In comparison, emissions of nitrogen oxides (NOx) became higher in a fluidized bed than in a grate-fire, with the same amount of fuel. CO2 emissions from a grate-fire respectively fluidized bed were measured to 47.24 and 23.75 kg, whilst the NOx emissions were measured to 0.73 respectively 1.16 kg. The fluidized bed incinerator was considered the preferable alternative when incinerating waste, from all three different regarded perspectives - energy based, financial and environmental. / I den här rapporten har de två mest användbara förbränningssystemen, rosterpanna och fluidbäddpanna jämförts och analyserats. Prestandan av Mälarenergis kraftvärmeverk i Västerås, som använder en fluidbäddpanna har använts som utgångspunkt i undersökningens olika beräkningar med en prestanda uppmätt till 50 MW elektricitet respektive 100 MW värme. I genomsnitt konverteras cirka 75-85% av mängden Municipal Solid Waste (MSW) till Refuse Derived Fuel (RDF). Vid förbränning av ett ton RDF i en fluidbäddpanna ges ett värmevärde på 16.6 MJ/kg medan motsvarande värmevärde vid förbränning av ett ton MSW i rosterpanna beräknades till 9.15 MJ/kg. Den totala mängden energi i avseende på elektricitet och värme vid förbränning i rosterpanna uppmättes till 2.54 MWh/ton medan den vid förbränning i fluidbäddpanna gav ett värde på 4.63 MWh/ton. En enkel Rankine cykel användes för att förstå betydelsen av förbättrad ångdata i förbrännarna, samt för att undersöka skillnaden i den totala kraften ut från systemet och turbin effektiviteten. Den totala mängden utvunnen energi ges av entalpivärden för olika nivåer av ångdata med ett konstant massflöde i cykeln. Gällande rosterpanna beräknades den totala mängden till 10 829 kJ/s medan den för fluidbäddpanna uppmättes till 11 245 kJ/s. Med hjälp av olika entalpivärden kunde sålunda den isentropiska turbineffektiviteten för rosterpanna och fluidiserad panna beräknas till 71 respektive 80%. Den årliga mängden avfall som respektive system behöver för att uppnå prestandan hos Mälarenergis kraftvärmeverk räknades ut och användes i en lönsamhetsanalys. Effektiviteten vid förbränning hos detta kraftvärmeverk med en fluidbäddpanna ligger på 90% medans två olika effektiviteter, 75 och 85% ansattes som rosterpannans effektivitet. Det högsta nuvärdet beräknades och gavs av fluidbäddpannan och uppmättes till 9978 miljoner kronor medan nuvärdet för rosterpannan beräknades till 8146 och 6407 miljoner kronor. Utsläppen av koldioxid (CO2) bevisades vara högre vid förbränning av ett ton MSW i en rosterpanna, än vid förbränning av ett ton RDF i en fluidbäddpanna. Med samma mängd förbränt bränsle gavs en högre mängd utsläppt kväveoxid (NOx) från en fluidbäddpanna än från en rosterpanna. CO2 utsläppen uppmäts till 47.24 och 23.75 kg medan NOx utsläppen uppmäts till 0.73 och 1.16 kg för en rosterpanna respektive fluidbäddpanna. En fluidbäddpanna bedömdes vara det fördelaktiga valet vid förbränning av avfall i avseende på alla de tre olika betraktade perspektiven – energibaserade, finansiella och miljömässiga.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-170888 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Hasan, Belkiz, Ahsant, Aidin |
| Publisher | KTH, Energiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0023 seconds