Estimation of the Energy Recovery and Emission Potential of Typically Incinerated Norwegian Waste Classes

Abstract

En stor utfordring for søppelforbrenningsanlegg er variasjon og usikkerhet angående brenselet. Dette kan føre til at forbrenningsanleggene ikke kjører optimalt, noe som kan redusere energi produksjonen og kontroll på utslippene. Brenselet kan beskrives ved å bruke surrogater. Dette er en metode hvor de hundre eller tusenvis av ulike stoffene i et brensel blir forklart ved hjelp av noen få surrogatstoffer, som gjør det enklere å modellere brenselet. Surrogatene gir et anslag av øvre brennverdi samt fraksjonene av biomasse, oljebasert avfall og uorganiske stoffer. Denne masteroppgaven fant surrogater for avfallsklasser sendt til forbrenning ved å bruke en minste kvadraters løsning mellom surrogatstoffene og eksperimentelle verdier. De fleste surrogatstoffene var fra to eksisterende modeller i literaturen, men tre nye stoffer ble lagd for å forbedre formuleringen av avfallsklasser som inneholdt avfall fra fossile kilder, gummi og PET. De nye stoffene ble lagd ved å lage reaksjoner basert på eksperimentelle data fra literaturen, for så å teste disse reaksjonene under pyrolyseforhold i en stokastisk reaktor modell. Surrogatene til avfallsklassene ble funnet ved å først dele avfallet i komponenter, for så å finne surrogatene til hver komponent. Det ble funnet surrogater til 41 komponenter, som deretter ble brukt til å lage surrogater for 30 avfallsklasser. Resultatene viste at surrogatene representerte komposisjonen til avfallsklassene nøyaktig sammenlignet med eksperimentelle verdier. En statistisk oversikt av de eksperimentelle og modellerte verdiene for avfallsklassene ble også lagd. Oversikten er relevant for interessenter i avfallsbransjen og for annen forskning, f.eks. livsløpsanalyse.

A great challenge for waste-to-energy power plants is their uncertain and variable feedstock, which can lead to the power plants not being run as efficiently as possible, leading to reduced energy output and control of emissions. A way to describe the feedstock is to use surrogates. This is a method where the hundreds or thousands of different species of a feedstock are modelled using a few surrogate species, enabling the feedstock’s modelling. The surrogates also provide an estimation of the HHV and the fraction of biomass, oil-based waste and inorganics. This thesis formulated surrogates for waste classes typically incinerated, using a linear least-square solution between available surrogate species and experimental values. Most of the species used were from two existing models in the literature, but three new species were created to improve the representation of some waste classes containing fossil-originated wastes, rubber and PET. These were made by creating reactions based on experimental data from the literature and then testing these reactions under pyrolysis conditions in a stochastic reactor model. The surrogates for the waste classes were formulated by first dividing the waste into components and then finding the surrogate formulation for each component. There were found surrogates for 41 components, which were used to create the surrogate formulation for 30 waste classes. It was found that most of the surrogates modelled the elemental composition accurately compared to experimental values. A statistical overview of the experimental and model data for the waste classes was also created. This overview is relevant for stakeholders in waste management and for other research, such as life-cycle analysis