Evaluating the potential of innovative waste-to-energy plants with reheat

Waste-to-energy couples the problem of municipal solid waste disposal with the green power production requirement. Using waste as fuel guarantees the diminishing of dumps, which create a certain amount of environmental problems as well as pollutants and space occupation. However, waste is a poor fuel because of its unforeseeable composition, which does not allow the highest optimisation of the boiler because a certain flexibility must be guaranteed. Moreover, its high content of ash and fixed carbon and its low heating value require big dimensions plants in order to produce the same quantity of power (electric and/or thermal) that a smaller traditional-fuelled power plant would produce. As a result, costs increase because of the higher dimensions as well as the costly cladding that this kind of plant requires. In fact, another problem of waste as fuel is the great amount of corrosive mixtures it produces during combustion. They require the presence of expensive cladding in the first part of the convective section of the boiler. As a result, the re-heat procedure, normally adopted in traditional power plants, do not find space in a plant where the warmer convective section is critical. The present thesis is located in the middle of the last issue, trying to decouple the hot corrosion problem with the re-heat introduction, in order to increase the plant whole efficiency. The introduction of gas-quench allows increasing the plant efficiency with the re-heat possibility but with a higher plant complexion as counterbalance. Therefore, the thesis aims to analyse performances and costs of the innovative configuration plant, comparing them with the traditional waste-to-energy plant without re-heat as a reference, in order to understand the convenience in applying the innovation introduced.

L’incenerimento dei rifiuti accoppia il problema dello smaltimento di rifiuti solidi urbani (RSU) con la richiesta di produrre energia elettrica con fonti rinnovabili. Utilizzare il rifiuto come combustibile garantisce una diminuzione del numero di discariche su territorio nazionale ed internazionale, le quali generano diversi problemi ambientali, così come inquinanti e occupazioni di ampi spazi territoriali. Tuttavia, il rifiuto è un combustibile di scarsa qualità a causa della sua composizione non prevedibile e sempre differente, che porta ad una non perfetta ottimizzazione della caldaia a causa di una richiesta di flessibilità che deve essere da essa garantita. Inoltre, il suo alto contenuto di ceneri, di carbonio fisso ed il suo basso potere calorifico richiedono impianti di dimensioni maggiori per produrre la stessa quantità di energia (elettrica ed eventualmente termica) che un impianto alimentato da un combustibile tradizionale potrebbe produrre. Di conseguenza, i costi per la costruzione ed il mantenimento in esercizio di un inceneritore aumentano, così come quelli necessari all’aggiunta di costose ricoperture degli scambiatori che questo impianto richiede. Infatti, un altro problema del rifiuto utilizzato come combustibile, è la creazione di una relativamente grossa quantità di agenti corrosivi prodotti durante la combustione. La loro presenza richiede una ricopertura delle prime parti della sezione convettiva della caldaia, al fine di evitarne danni sostanziali. Di conseguenza, la procedura del ri-surriscaldamento normalmente adottata negli impianti tradizionali per la produzione di potenza, non può trovare spazio in un impianto in cui le sezioni convettive più calde sono anche le più critiche. La presente tesi si colloca al centro di quest’ultima problematica, cercando di disaccoppiare il problema della corrosione a caldo con l’introduzione della pratica di ri-surriscaldamento, allo scopo di aumentare l’efficienza globale dell’impianto. L’introduzione del gas-quench permette di aumentare il rendimento dell’impianto grazie alla possibilità del ri-surriscaldamento, ma a prezzo di una maggiore complessità. Lo scopo della presenza tesi è quindi quello di analizzare le prestazioni ed i costi dell’impianto che presenta la configurazione più innovativa, confrontandoli con quelli di un inceneritore tradizionale che non preveda la possibilità del ri-surriscaldamento, allo scopo di valutare la convenienza o meno dell’applicazione dell’innovazione.