Waste-to-Energy Scenarios in the China Context

Waste incineration plants are increasingly established in China. A low heating value and high moisture content, due to a large proportion of biowaste in the municipal solid waste (MSW), can be regarded as typical characteristics of Chinese MSW. Two incineration technologies have been mainly established in China: stoker grate and circular fluidized bed (CFB). Both of them are designed to incinerate mixed MSW. However, there have been difficulties to reach the sufficient temperature in the combustion process due to the low heating value of the MSW. That is contributed to the usage of an auxiliary fossil fuel, which is often used during the whole incineration process. The objective of this study was to design alternative Waste-to-energy (WTE) scenarios for existing WTE plants with the aim to improve the material and energy efficiency as well as the feasibility of the plants. Moreover, the aim of this thesis was to find the key factors that affect to the feasibility of the scenarios. Five different WTE plants were selected as study targets. The necessary data for calculation was gained from literature as well as received from the operators of the target WTE plants. The created scenarios were based on mechanical-biological treatment (MBT) technologies, in which the produced solid recovered fuel (SRF) was fed as an auxiliary fuel into a WTE plant replacing the fossil fuel. The mechanically separated biowaste was treated either in an anaerobic digestion (AD) plant, a biodrying plant, a thermal drying plant, or a combined AD plant + thermal drying plant. An interactive excel spreadsheet based computation tool was designed to estimate the viability of the scenarios in different WTE cases. The key figures of the improved material and energy efficiency, such as additional electricity generated and avoided waste for landfill, were got as results. Furthermore, economic indicators such as annual profits (or costs), payback period, and internal rate of return (IRR) were gained as results. The results show that the AD scenario was the most profitable in most of the cases. The current heating value of MSW and the tipping fee for the received MSW appeared as the most important factor in terms of feasibility.

Jätteenpolttolaitoksia rakennetaan Kiinaan alati kasvavaa vauhtia. Kiinan yhdyskuntajätteelle voidaan pitää tyypillisenä piirteenä alhaista lämpöarvoa ja korkeaa kosteuspitoisuutta, joka johtuu biojätteen suuresta osuudesta jätteen koostumuksessa. Kiinassa on käytössä kaksi päätekniikkaa jätteen polttoon: arinatekniikka ja kiertoleijupetitekniikka. Polttolaitokset on suunniteltu polttamaan Kiinan sekalaista yhdyskuntajätettä, mutta siitä huolimatta ongelmana on ollut saavuttaa riittävän korkea palamislämpötila. Tästä johtuen fossiilisia polttoaineita käytetään usein apupolttoaineena koko palamisprosessin ajan. Tämän työn tavoitteena oli suunnitella vaihtoehtoisia jätteen energiahyötykäyttöskenaarioita nykyisiin jätteenpolttolaitoksiin tarkoituksena parantaa materiaali- ja energiatehokkuutta sekä laitoksen taloudellista kannattavuutta. Lisäksi tavoitteena oli löytää tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat skenaarioiden kannattavuuteen. Viisi jätteenpolttolaitosta valittiin tutkimuskohteeksi. Tarvittava data laskentaa varten kerättiin kirjallisuudesta sekä kohdelaitosten operaattoreilta. Suunnitellut skenaariot perustuivat mekaanis-biologisiin jätteenkäsittelytekniikoihin, joissa valmistettu kierrätyspolttoaine syötettiin polttolaitokseen apupolttoaineena korvaten fossiilisia polttoaineita. Skenaarioissa mekaanisesti eroteltu biojäte käsiteltiin joko mädättämällä, biokuivauksella, termisellä kuivauksella tai mädätyksen ja termisen kuivauksen yhdistelmällä. Interaktiivinen excel pohjainen laskentamalli suunniteltiin työkaluksi arvioimaan tarkasteltavien skenaarioiden kannattavuutta. Tuloksena saatiin materiaali- ja energiatehokkuuden parantumisen tunnuslukuja, kuten vältetty kaatopaikalle menevä jätevirta sekä lisääntynyt sähkön tuotanto. Lisäksi tuloksena saatiin taloudelliset tunnusluvut, kuten vuotuiset tuotot (tai kustannukset), takaisinmaksuaika ja sisäinen korkokanta. Tulosten mukaan mädätys -skenaario oli kannattavin useimmissa tapauksissa. Jätteen lämpöarvo ja polttolaitoksen porttimaksun suuruus olivat merkittävimmät tekijät vaikuttaen skenaarioiden kannattavuuteen.