Comparison of grate and fluidized bed boiler technologies in waste incineration

Abstract

2016 voimaan tulleen kaatopaikkadirektiivin myötä jätteenpoltto on noussut tärkeäksi jätteenkäsittelytavaksi kierrätyksen lisäksi. Tässä kandidaatin työssä vertaillaan kahta yleisintä jätteenpolttotekniikkaa, jotka ovat arina- ja leijupetipoltto. Työn tavoitteena on erityisesti vertailla näiden kattilatekniikoiden polttoainevaatimuksia, polttoprosessia sekä taloudellisia eroja. Tämä kandidaatintyö on tehty kirjallisuuskatsauksena käyttäen lähteinä jätteenpolttoon ja kattilatekniikoiden vertailuun liittyviä tieteellisiä julkaisuja sekä kirjallisuutta. Arinakattilat ovat leijupetikattiloita yleisempi jätteenpolttotekniikka. Ne soveltuvat hyvin heterogeeniselle ja laadultaan vaihtelevalle jätteelle, kun taas leijupetikattilat vaativat esikäsiteltyä ja tasalaatuisempaa jätettä. Tämän vuoksi leijupetikattiloissa palaminen on vakaampaa ja niillä on usein hieman korkeampi sähköntuotannon hyötysuhde verrattuna arinakattiloihin. Arina- ja leijupetikattiloiden väliset erot päästöjen suhteen ovat suhteellisen pieniä, sillä modernit savukaasujen puhdistusjärjestelmät poistavat suurimman osan haitallisista yhdisteistä. Arinakattilat ovat taloudellisesti järkevämpi vaihtoehto, kun poltettavana on käsittelemätöntä jätettä, eikä sitä ole tarvetta polttaa suuria määriä. Leijupetikattilat ovat taloudellisempi vaihtoehto, kun poltettavana on suuria määriä esikäsiteltyä jätettä. Kirjallisuuskatsauksen perusteella voidaan todeta, että kumpikaan kattilatekniikka ei ole yksiselitteisesti parempi ratkaisu jätteenpoltossa. Arinakattila soveltuu parhaiten heterogeenisen ja käsittelemättömän jätteen polttoon, kun taas leijupetikattila on parempi ratkaisu silloin kun poltettavana on suuria määriä jätettä ja se on mahdollista esikäsitellä ennen polttoa.With the landfill directive that entered in force in 2016, waste incineration has become an important waste treatment method alongside recycling. This bachelor’s thesis compares the two most common waste incineration technologies which are grate and fluidized bed combustion. The aim of the thesis is to compare the fuel requirements, combustion process and economic differences of these boiler technologies. This bachelor’s thesis was conducted as a literature review, using scientific publications and literature related to waste incineration and the comparison of boiler technologies. Grate boilers are a more common waste incineration technology than fluidized bed boilers. They are well suited for heterogeneous waste of varying quality, whereas fluidized bed boilers require pre-treated and more uniform waste. For this reason, combustion in fluidized bed boilers is more stable and they often have a slightly higher electricity generation efficiency compared with grate boilers. The differences in emissions between grate and fluidized bed boilers are relatively small, as modern flue gas cleaning systems remove most harmful compounds. Grate boilers are the more economically reasonable choice when the waste is untreated and there is no need to incinerate large quantities. Fluidized bed boilers are more economical when large quantities of pre-treated waste are to be incinerated. Based on the literature review, it can be concluded that neither boiler technology is unequivocally better for waste incineration. Grate boilers are best suited for incinerating heterogeneous and untreated waste, while fluidized bed boilers are the better solution when large quantities of waste are to be incinerated and pre-treatment before combustion is possible