The role of potassium in the corrosion of superheater materials in boilers firing biomass

Inhibition of global warming has become one of the major goals for the coming decades. A key strategy is to replace fossil fuels with more sustainable fuels, which has generated growing interest in the use of waste-derived fuels and of biomass fuels. However, from the chemical point of view, biomass is an inhomogeneous fuel, usually with a high concentration of water and considerable amounts of potassium and chlorine, all of which are known to affect the durability of superheater tubes. To slow down or reduce corrosion, power plants using biomass as fuel have been forced to operate at lower steam temperatures as compared to fossil fuel power plants. This reduces power production efficiency: every 10°C rise in the steam temperature results in an approximate increase of 2% in power production efficiency. More efficient ways to prevent corrosion are needed so that power plants using biomass and waste-derived fuels can operate at higher steam temperatures. The aim of this work was to shed more light on the alkali-induced corrosion of superheater steels at elevated temperatures, focusing on potassium chloride, the alkali salt most frequently encountered in biomass combustion, and on potassium carbonate, another potassium salt occasionally found in fly ash. The mechanisms of the reactions between various corrosive compounds and steels were investigated. Based on the results, the potassium-induced accelerated oxidation of chromia protected steels appears to occur in two consecutive stages. In the first, the protective chromium oxide layer is destroyed through a reaction with potassium leading to the formation of intermediates such as potassium chromate (K2CrO4) and depleting the chromium in the protective oxide layer. As the chromium is depleted, chromium from the bulk steel diffuses into the oxide layer to replenish it. In this stage, the ability of the material to withstand corrosion depends on the chromium content (which affects how long it takes the chromium in the oxide layer to be depleted) and on external factors such as temperature (which affects how fast the chromium diffuses into the protective oxide from the bulk steel). For accelerated oxidation to continue, the presence of chloride appears to be essential.

Combining Good Practices : Method to study Introductory Physics in Engineering Education

Julkaisumaa: 056 BE BEL Belgia

Jännitettä nostavan hakkurin käyttö akkukäyttöisessä audiolaitteessa

Audiovahvistimet pohjautuvat yhä useammin D-luokan vahvistimiin niiden korkean hyötysuhteen takia. Tämä mahdollistaa pidemmän käyttöajan tai vastaavasti tehon lisäämisen kannettavissa audiolaitteissa. Kuitenkin, jotta akkukäyttöisestä audiolaitteesta saataisiin suurempaa tehoa, se vaatii yleensä korkeamman jännitteen kuin yksittäisen akun lähtöjännite on. Korkeampi jännite voidaan saavuttaa lisäämällä akkuja tai käyttämällä jännitettä nostavaa hakkuria. Hakkureissa syntyy kuitenkin kytkennästä johtuvaa värettä, mille D-luokan vahvistimet ovat alttiita. Tässä työssä tutkitaan boost- ja Čuk-hakkurin soveltuvuutta jännitteen nostoon akkukäyttöisessä audiolaitteessa. Käytännön sovelluksena toimii Porsas, josta halutaan saada 500 W teho. Työssä tutkitaan audiolaitteen asettamia ehtoja jännitelähteelle sekä hakkurien mitoittamista ehtojen mukaisesti. Työn tutkimustapana on kirjallisuustutkimus ja simulointi. Audiolaitteen jännitelähteeltä vaatima teho vaihtelee suuresti. Tämä tulee ottaa huomioon hakkurin komponenttien mitoituksessa. Lisäksi hakkurin lähtöjännitteen väre pyritään minimoimaan, koska sillä on suuri vaikutus vahvistimen toimintaan. Tulovirran väreen minimoinnilla on pidentävä vaikutus akun purkusykliin. Hakkurien laskennalliset komponenttien arvot sekä simuloinnit osoittavat, että hakkurit olisivat myös mahdollista tehdä käytännössä. Simulointien perusteella boost-hakkurin komponenttien arvot ovat pienempiä kuin Čuk-hakkurin. Boost-hakkurille löytyy myös valmiita ohjainpiirejä enemmän. Toisaalta Čuk-hakkurilla on mahdollista tehdä myös energiansäästötila. Hakkurien ohjaus ja jäähdytys vaatisivat jatkotutkimusta.

Liiketoiminnan strateginen suunnittelu: Konesali-liiketoiminta

Tässä diplomityössä selvitettiin tukkuliikkeen liiketoimintamahdollisuuksia konesali-liiketoiminnassa. Päätutkimuskysymys oli: Millainen liiketoimintamalli soveltuu kestävään arvontuotantoon tukkuliikkeelle konesali-liiketoiminnassa? Työn teoriaosassa paneudutaan strategiseen suunnitteluun, liiketoimintamalleihin ja liiketoimintamallien suunnitteluun. Teoriaosan pohjalta johdettiin vaatimukset ja luotiin viitekehys liiketoimintamallien suunnittelulle. Ongelmanratkaisu aloitettiin toimintaympäristön analyysillä, jonka pohjalta tunnistettiin liiketoimintamahdollisuuksia. Kerättyä dataa analysoitiin erilaisilla analysointimenetelmillä liikemahdollisuuksien tunnistamiseksi. Tämän jälkeen tunnistettuja liiketoimintamahdollisuuksia arvioitiin ja kaikkein potentiaalisimmat ideat kehitettiin liiketoimintamalleiksi. Työn varsinaiset tulokset jakautuvat kolmeen osaan: Toimintaympäristön analyysiin, kehitettyihin konsepteihin ja suunnitelmaan konseptien käyttöönotosta. Toimintaympäristön analyysi sisältää makro- ja mikroympäristön analysoinnin, joita voidaan hyödyntää, jos jokin liiketoimintamalleista päätetään ottaa käyttöön. Toimintaympäristön analyysin perusteella voidaan tehdä johtopäätös, etteivät tukkuliikkeen resurssit sovellu perinteiseen konesaliliiketoiminnan arvontuotantoon. Tutkimuksen tärkein tulos on kuitenkin kehitetyt liiketoimintamallit, jotka pystyvät hyödyntämään olemassa olevia resursseja ja silti olemaan kilpailukykyisiä konesali-liiketoiminnassa.

Litium-polymeeri- ja litium-rautafosfaattiakkujen käyttö kannettavassa audiolaitteessa

Akkuteknologia on kehittynyt viime vuosina erityyppisten litium-ioniakkujen hallitessa markkinoita. Uutta teknologiaa kaupallisissa litium-pohjaisissa akuissa edustavat litium-polymeeri- ja litium-rautafosfaattiakut. Työn tarkoituksena oli selvittää soveltuvatko litium-polymeeri- ja litium-rautafosfaattiakut kannettavaan audiolaitteeseen ja verrata näitä Ni-Cd- ja Ni-Mh-akkuihin sekä LiCoO2- ja LiMnO4-kemian litium-ioniakkuihin. Kyseisten akkutyyppien soveltuvuutta kannettavaan audiolaitteeseen ei kirjallisuudessa ole juuri tutkittu. Työ toteutettiin kirjallisuustutkimuksena.

Kannattavuuteen vaikuttavat tekijät suomalaisissa pk-yrityksissä

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan, kuinka eri tekijät vaikuttavat yrityksen kannattavuuteen.

Työolosuhteiden vaikutus yrityksen menestykseen katsastusalalla

Tuottavuuden parantamistoimenpiteillä ja työtyytyväisyydellä on useita suotuisia vaikutuksia eri aloilla toimivien yritysten toimintaan. Katsastusalalla tuottavuutta ja työtyytyväisyyttä on mahdollista parantaa samanaikaisesti asemien suunnittelun ja laitevalintojen avulla. Nopeammat ja varmatoimisemmat laitteet yhdessä sujuvan toiminnan mahdollistavien tilaratkaisujen kanssa antavat mahdollisuuden tehokkaampaan katsastamiseen. Tuottavuuden parantuminen yhdessä kasvaneesta suoritemäärästä palkitsevan palkkausjärjestelmän avulla voi luoda edellytykset paremmalle henkilöstön työtyytyväisyydelle. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää tekijöitä, jotka vaikuttavat katsastusaseman tuottavuuteen ja henkilöstön työtyytyväisyyteen sekä vaihtuvuuteen. Näiden perusteella laadittiin toimintamalli, jonka avulla asemien laitehankintoja ja tilasuunnittelua voidaan johtaa siten, että henkilöstön vaihtuvuutta kasvattavat tekijät voidaan minimoida ja aseman toiminta on mahdollisimman tehokasta. Tutkimuksen teoria-aineiston perusteella pyrittiin hahmottamaan tekijöitä, jotka yleisesti vaikuttavat työtyytyväisyyteen ja suorituskyvyn johtamiseen. Näitä tekijöitä sovellettiin toimintamallissa. On huomionarvoista, että autoalalta ja erityisesti katsastusalalta on erittäin vähän toimialakohtaista materiaalia, joiden pohjalta voisi tehdä etukäteisolettamuksia. Teoria-aineisto perustuu siten lähes yksinomaan muilta toimialoilta saatuihin tutkimustuloksiin. Tutkimuksen empiirinen aineisto kerättiin analysoimalla erään suomalaisen katsastusyrityksen 16 eri katsastusasemaa ja 48 työntekijää. Asemat on rakennettu eri tarkoitusta varten suunniteltuihin tiloihin ja useat niistä ovat päätyneet yritykselle yritysostojen kautta. Täten mukana oli runsaasti toisistaan erottuvia tiloja, ratkaisuja ja henkilökohtaisia mielipiteitä, joiden pohjalta selvitettiin toimivimmat ratkaisut.

Aurinkovoimalan kannattavuusanalyysi

Tässä työssä tarkastellaan 300 kW:n voimalan energiantuottopotentiaalia. Työssä lasketaan tuotetun energian perusteella saadut vuosittaiset säästöt. Säästöjen avulla voidaan arvioida voimalan kannattavuutta. Lasketaan myös aurinkovoimalan tuottamalle energialle hinta, jota verrataan ostetun energian hintaan. Kannattavuuden arvioinnissa käytetään yleisiä menetelmiä: takaisinmaksuaikaa, sekä annuiteetti- ja nykyarvomenetelmää.

Power semiconductor nonlinearities in active du/dt output filtering

This doctoral thesis introduces an improved control principle for active du/dt output filtering in variable-speed AC drives, together with performance comparisons with previous filtering methods. The effects of power semiconductor nonlinearities on the output filtering performance are investigated. The nonlinearities include the timing deviation and the voltage pulse waveform distortion in the variable-speed AC drive output bridge. Active du/dt output filtering (ADUDT) is a method to mitigate motor overvoltages in variable-speed AC drives with long motor cables. It is a quite recent addition to the du/dt reduction methods available. This thesis improves on the existing control method for the filter, and concentrates on the lowvoltage (below 1 kV AC) two-level voltage-source inverter implementation of the method. The ADUDT uses narrow voltage pulses having a duration in the order of a microsecond from an IGBT (insulated gate bipolar transistor) inverter to control the output voltage of a tuned LC filter circuit. The filter output voltage has thus increased slope transition times at the rising and falling edges, with an opportunity of no overshoot. The effect of the longer slope transition times is a reduction in the du/dt of the voltage fed to the motor cable. Lower du/dt values result in a reduction in the overvoltage effects on the motor terminals. Compared with traditional output filtering methods to accomplish this task, the active du/dt filtering provides lower inductance values and a smaller physical size of the filter itself. The filter circuit weight can also be reduced. However, the power semiconductor nonlinearities skew the filter control pulse pattern, resulting in control deviation. This deviation introduces unwanted overshoot and resonance in the filter. The controlmethod proposed in this thesis is able to directly compensate for the dead time-induced zero-current clamping (ZCC) effect in the pulse pattern. It gives more flexibility to the pattern structure, which could help in the timing deviation compensation design. Previous studies have shown that when a motor load current flows in the filter circuit and the inverter, the phase leg blanking times distort the voltage pulse sequence fed to the filter input. These blanking times are caused by excessively large dead time values between the IGBT control pulses. Moreover, the various switching timing distortions, present in realworld electronics when operating with a microsecond timescale, bring additional skew to the control. Left uncompensated, this results in distortion of the filter input voltage and a filter self-induced overvoltage in the form of an overshoot. This overshoot adds to the voltage appearing at the motor terminals, thus increasing the transient voltage amplitude at the motor. This doctoral thesis investigates the magnitude of such timing deviation effects. If the motor load current is left uncompensated in the control, the filter output voltage can overshoot up to double the input voltage amplitude. IGBT nonlinearities were observed to cause a smaller overshoot, in the order of 30%. This thesis introduces an improved ADUDT control method that is able to compensate for phase leg blanking times, giving flexibility to the pulse pattern structure and dead times. The control method is still sensitive to timing deviations, and their effect is investigated. A simple approach of using a fixed delay compensation value was tried in the test setup measurements. The ADUDT method with the new control algorithm was found to work in an actual motor drive application. Judging by the simulation results, with the delay compensation, the method should ultimately enable an output voltage performance and a du/dt reduction that are free from residual overshoot effects. The proposed control algorithm is not strictly required for successful ADUDT operation: It is possible to precalculate the pulse patterns by iteration and then for instance store them into a look-up table inside the control electronics. Rather, the newly developed control method is a mathematical tool for solving the ADUDT control pulses. It does not contain the timing deviation compensation (from the logic-level command to the phase leg output voltage), and as such is not able to remove the timing deviation effects that cause error and overshoot in the filter. When the timing deviation compensation has to be tuned-in in the control pattern, the precalculated iteration method could prove simpler and equally good (or even better) compared with the mathematical solution with a separate timing compensation module. One of the key findings in this thesis is the conclusion that the correctness of the pulse pattern structure, in the sense of ZCC and predicted pulse timings, cannot be separated from the timing deviations. The usefulness of the correctly calculated pattern is reduced by the voltage edge timing errors. The doctoral thesis provides an introductory background chapter on variable-speed AC drives and the problem of motor overvoltages and takes a look at traditional solutions for overvoltage mitigation. Previous results related to the active du/dt filtering are discussed. The basic operation principle and design of the filter have been studied previously. The effect of load current in the filter and the basic idea of compensation have been presented in the past. However, there was no direct way of including the dead time in the control (except for solving the pulse pattern manually by iteration), and the magnitude of nonlinearity effects had not been investigated. The enhanced control principle with the dead time handling capability and a case study of the test setup timing deviations are the main contributions of this doctoral thesis. The simulation and experimental setup results show that the proposed control method can be used in an actual drive. Loss measurements and a comparison of active du/dt output filtering with traditional output filtering methods are also presented in the work. Two different ADUDT filter designs are included, with ferrite core and air core inductors. Other filters included in the tests were a passive du/dtfilter and a passive sine filter. The loss measurements incorporated a silicon carbide diode-equipped IGBT module, and the results show lower losses with these new device technologies. The new control principle was measured in a 43 A load current motor drive system and was able to bring the filter output peak voltage from 980 V (the previous control principle) down to 680 V in a 540 V average DC link voltage variable-speed drive. A 200 m motor cable was used, and the filter losses for the active du/dt methods were 111W–126 W versus 184 W for the passive du/dt. In terms of inverter and filter losses, the active du/dt filtering method had a 1.82-fold increase in losses compared with an all-passive traditional du/dt output filter. The filter mass with the active du/dt method was 17% (2.4 kg, air-core inductors) compared with 14 kg of the passive du/dt method filter. Silicon carbide freewheeling diodes were found to reduce the inverter losses in the active du/dt filtering by 18% compared with the same IGBT module with silicon diodes. For a 200 m cable length, the average peak voltage at the motor terminals was 1050 V with no filter, 960 V for the all-passive du/dt filter, and 700 V for the active du/dt filtering applying the new control principle.

Optiohinnoittelumallien empiirinen vertailu OMX 25 Helsinki -warranttimarkkinoilla

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää pystytäänkö OMX 25 Helsinki kohde-etuusindeksin warranttien hintoja ennustamaan käyttämällä erilaisia optiohinnoittelumalleja. Tutkielman aineisto koostuu OMXH25-indeksiä seuraavien warranttien hinta-aikasarjatiedoista vuosilta 2009-2011. Tutkimuksessa käytettiin kolmea eri hinnoittelumallia warranttien hinnoitteluvirheiden tutkimiseen. Perinteistä Black-Scholes-hinnoittelumallia käytettiin siten, että warranttiaineistosta joh-dettu implisiittinen volatiliteetti regressoitiin maturiteetin ja toteutushinnan mu-kaan, jonka jälkeen regression perusteella valittiin kulloiseenkin tilanteeseen sopiva volatiliteettiestimaatti. Black-Scholes-mallin lisäksi tutkimuksessa käy-tettiin kahta GARCH-pohjaista optiohinnoittelumallia. Mallien estimoimia hin-toja verrattiin markkinoiden warranttihintoihin. Tulosten perusteella voitiin todeta, että mallit onnistuvat hinnoittelemaan war-rantteja paremmin lyhyen ajan päähän mallien kalibroinnista. Tulokset vaihte-livat suuresti eri vuosien välillä eikä minkään käytetyn mallin nähty suoriutu-van systemaattisesti muita malleja paremmin.

Kohtaamisia terveydenhuollossa : tietämisen moninaiset haasteet

Kirjallisuusarvostelu