Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen Loviisan voimalaitoksella

Tämän diplomityön lähtökohtana oli Loviisan voimalaitoksella 2006 käynnistyneen valvonta-alueen laajennusprojektin (VAJAKO) uudistettavien dekontaminointitilojen tehostaminen. Diplomityössä arvioitiin Loviisan voimalaitoksen dekontaminointikeskuksissa käytössä olevien puhdistusmenetelmien tehokkuutta ja toimivuutta. Tämän lisäksi työssä tutkittiin tarkemmin kahta "uutta" dekontaminointimenetelmää, joista toisen menetelmän toimivuutta kokeiltiin pienimuotoisen kokeen avulla. Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen tehtiin kirjalliseen materiaaliin, käyttäjiltä saatuihin kommentteihin sekä kokeista saatuihin tuloksiin perustuen. Dekontaminointimenetelmien arviointi aloitettiin kirjallisen materiaalin tutustumisella, jonka perusteella valittiin kaksi tarkemmin tutkittavaa menetelmää. Kirjalliseen materiaaliin pohjautuvaa tietoa verrattiin käytännön kokemuksiin vierailemalla mm. Forsmarkin, Oskarshamnin, Olkiluodon ja Ringhalsin ydinvoimalaitoksissa. Työntekijöiltä saatujen tietojen sekä kirjalliseen materiaaliin pohjautuen valittiin toinen tutkituista menetelmistä käytännön kokeeseen. Kokeessa tutkittiin menetelmän toimivuutta mm. dekontaminointituloksen, puhdistusajan ja syntyvän nestemäisen jätteen määrän perusteella. Kokeista saadut tulokset yhdistettiin kirjallisen materiaalin ja käyttäjiltä saatujen kokemusten kanssa yhdeksi kokonaisuudeksi. Työssä tarkasteltiin myös Loviisan voimalaitoksen metalliromujen käsittelyprosessin toimivuutta. Toimivuuden arvioinnissa kiinnitettiin erityistä huomiota syntyperäisen lajittelun parantamiseen, jonka seurauksena puhtaiden metalliromujen dekontaminointitarve vähenee käytännössä.

Statistical Optimum Design of Heat Exchangers

The optimal design of a heat exchanger system is based on given model parameters together with given standard ranges for machine design variables. The goals set for minimizing the Life Cycle Cost (LCC) function which represents the price of the saved energy, for maximizing the momentary heat recovery output with given constraints satisfied and taking into account the uncertainty in the models were successfully done. Nondominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) for the design optimization of a system is presented and implemented inMatlab environment. Markov ChainMonte Carlo (MCMC) methods are also used to take into account the uncertainty in themodels. Results show that the price of saved energy can be optimized. A wet heat exchanger is found to be more efficient and beneficial than a dry heat exchanger even though its construction is expensive (160 EUR/m2) compared to the construction of a dry heat exchanger (50 EUR/m2). It has been found that the longer lifetime weights higher CAPEX and lower OPEX and vice versa, and the effect of the uncertainty in the models has been identified in a simplified case of minimizing the area of a dry heat exchanger.

Creating dynamic continuous improvement system for Larox Corporation

Today´s organizations must have the ability to react to rapid changes in the market. These rapid changes cause pressure to continuously find new efficient ways to organize work practices. Increased competition requires businesses to become more effective and to pay attention to quality of management and to make people to understand their work's impact on the final result. The fundamentals in continmuois improvement are systematic and agile tackling of indentified individual process constraints and the fact tha nothin finally improves without changes. Successful continuous improvement requires management commitment, education, implementation, measurement, recognition and regeneration. These ingredients form the foundation, both for breakthrough projects and small step ongoing improvement activities. One part of the organization's management system are the quality tools, which provide systematic methodologies for identifying problems, defining their root causes, finding solutions, gathering and sorting of data, supporting decision making and implementing the changes, and many other management tasks. Organizational change management includes processes and tools for managing the people in an organizational level change. These tools include a structured approach, which can be used for effective transition of organizations through change. When combined with the understanding of change management of individuals, these tools provide a framework for managing people in change,

Factors affecting the usability of aspen (Populus tremula) wood dried at different temperature levels

In this dissertation the main aim was to study the usability of aspen wood in the mechanical wood processes, especially the factors that affect the usability of aspen wood, which is dried at different temperature levels. The problematic of varying temperatures from level to another seem to have significant effects on distortions. According to the studies conducted, many practical solutions for drying of aspen timber can be made. European aspen sawn timber should be dried in relatively narrow widths, short lengths, edged and sawn pith free. The results achieved give an interesting view for the distortions of aspen wood between HT drying and heat treatment. The most significant result is that cupping seems to decrease when increasing temperature level from HT drying to heat treatment phase. The difference is significant. Other very obvious result is that bow and crook are increasing between these two temperature levels, bow significantly. Also the modelling gives a good background for this result since cupping is reduced by higher temperatures. It can also be assumed that these distortions can be affected for example by sorting out the timber used to different moisture levels before drying. This could be a very simple solution for practical purposes. From practical point of view, it was also noted during the drying tests performed that the discoloration seem to be no problem for aspen boards dried in temperatures under 150 °C. Altogether, this dissertation covers many interesting points of view of factors affecting distortions of wood in different temperature stages. Aspen as species in use of mechanical wood industries seems to be a species suitable for component production. According to the results, the best yield from aspen timber can be achieved in industry that can utilize relatively short components of sawn wood. Results achieved give a significant indication about the factors affecting distortions of wood at different temperature stages of drying, especially considering European aspen.

Jätehuoltosuunnitelman laatiminen elektroniikka-alan yritykselle

Sähkö- ja elektroniikka-alan yritykset eivät yleensä kuormita merkittävästi ympäristöä, sillä teollisuudenalan suurimmat ympäristövaikutukset aiheutuvat alihankkijoiden ja komponenttivalmistajien toiminnasta. Yritysten oma toiminta perustuu pitkälti tuotekehitykseen ja tuotteiden loppukokoonpanoon valmiista komponenteista. Syntynyt jäte on tyypillisesti pääosin pakkausjätettä, metalleja, kaatopaikkajätettä ja vähäisessä määrin myös ongelmajätettä. Vähäisen ympäristökuormituksen johdosta yrityksiltä ei yleensä vaadita ympäristölupaa. Diplomityössä laadittiin jätehuoltosuunnitelma elektroniikka-alan yritykselle. Työ suoritettiin Kemppi Oy:n toimeksiannosta Lahdessa. Jätehuoltosuunnitelman noudattaminen parantaa yrityksen julkisuuskuvaa ja tuo kustannussäästöjä. Toimivan suunnitelman laatiminen vaatii kuitenkin aikaa ja muita resursseja. Jätehuollon toimivuus on tarkistettava säännöllisesti, etenkin silloin kun yrityksen toiminnan painopiste muuttuu. Käytännön osuudessa kartoitettiin edellisvuosien jätemäärät ja yrityksen jätehuollon tila. Jätehuoltosuunnitelman laatimiselle oli selkeä tarve, koska jätehuolto perustui osin kirjoittamattomiin sääntöihin ja vanhoihin tottumuksiin. Syntypaikkalajittelua tehostettiin lisäämällä jäteastioita ja -pisteitä jätteiden syntypaikoille. Lajittelua parannettiin myös laatimalla selkeät ohjeet ja kouluttamalla työntekijöitä.

Speaker diarization: Segmentation and clustering of speeches

Speaker diarization is the process of sorting speeches according to the speaker. Diarization helps to search and retrieve what a certain speaker uttered in a meeting. Applications of diarization systemsextend to other domains than meetings, for example, lectures, telephone, television, and radio. Besides, diarization enhances the performance of several speech technologies such as speaker recognition, automatic transcription, and speaker tracking. Methodologies previously used in developing diarization systems are discussed. Prior results and techniques are studied and compared. Methods such as Hidden Markov Models and Gaussian Mixture Models that are used in speaker recognition and other speech technologies are also used in speaker diarization. The objective of this thesis is to develop a speaker diarization system in meeting domain. Experimental part of this work indicates that zero-crossing rate can be used effectively in breaking down the audio stream into segments, and adaptive Gaussian Models fit adequately short audio segments. Results show that 35 Gaussian Models and one second as average length of each segment are optimum values to build a diarization system for the tested data. Uniting the segments which are uttered by same speaker is done in a bottom-up clustering by a newapproach of categorizing the mixture weights.

Tool-supported invariant-based programming

The development of correct programs is a core problem in computer science. Although formal verification methods for establishing correctness with mathematical rigor are available, programmers often find these difficult to put into practice. One hurdle is deriving the loop invariants and proving that the code maintains them. So called correct-by-construction methods aim to alleviate this issue by integrating verification into the programming workflow. Invariant-based programming is a practical correct-by-construction method in which the programmer first establishes the invariant structure, and then incrementally extends the program in steps of adding code and proving after each addition that the code is consistent with the invariants. In this way, the program is kept internally consistent throughout its development, and the construction of the correctness arguments (proofs) becomes an integral part of the programming workflow. A characteristic of the approach is that programs are described as invariant diagrams, a graphical notation similar to the state charts familiar to programmers. Invariant-based programming is a new method that has not been evaluated in large scale studies yet. The most important prerequisite for feasibility on a larger scale is a high degree of automation. The goal of the Socos project has been to build tools to assist the construction and verification of programs using the method. This thesis describes the implementation and evaluation of a prototype tool in the context of the Socos project. The tool supports the drawing of the diagrams, automatic derivation and discharging of verification conditions, and interactive proofs. It is used to develop programs that are correct by construction. The tool consists of a diagrammatic environment connected to a verification condition generator and an existing state-of-the-art theorem prover. Its core is a semantics for translating diagrams into verification conditions, which are sent to the underlying theorem prover. We describe a concrete method for 1) deriving sufficient conditions for total correctness of an invariant diagram; 2) sending the conditions to the theorem prover for simplification; and 3) reporting the results of the simplification to the programmer in a way that is consistent with the invariantbased programming workflow and that allows errors in the program specification to be efficiently detected. The tool uses an efficient automatic proof strategy to prove as many conditions as possible automatically and lets the remaining conditions be proved interactively. The tool is based on the verification system PVS and i uses the SMT (Satisfiability Modulo Theories) solver Yices as a catch-all decision procedure. Conditions that were not discharged automatically may be proved interactively using the PVS proof assistant. The programming workflow is very similar to the process by which a mathematical theory is developed inside a computer supported theorem prover environment such as PVS. The programmer reduces a large verification problem with the aid of the tool into a set of smaller problems (lemmas), and he can substantially improve the degree of proof automation by developing specialized background theories and proof strategies to support the specification and verification of a specific class of programs. We demonstrate this workflow by describing in detail the construction of a verified sorting algorithm. Tool-supported verification often has little to no presence in computer science (CS) curricula. Furthermore, program verification is frequently introduced as an advanced and purely theoretical topic that is not connected to the workflow taught in the early and practically oriented programming courses. Our hypothesis is that verification could be introduced early in the CS education, and that verification tools could be used in the classroom to support the teaching of formal methods. A prototype of Socos has been used in a course at Åbo Akademi University targeted at first and second year undergraduate students. We evaluate the use of Socos in the course as part of a case study carried out in 2007.

Hiilijalanjäljen laskeminen purku- ja korjausrakentamiskohteille

Tämä opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Enviroc Oy:n kanssa. Työn tarkoituksena on ollut kehittää suomalaisiin olosuhteisiin soveltuva laskentamalli purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjäljelle. Kehitettyä mallia voi käyttää yrityksessä lainsäädännön vaatimusten noudattamisen todentamiseen sekä purku- ja korjausrakentamiskohteiden toimintatapojen vertailuun. Työssä käsitellään purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjälkeen vaikuttavia asioita, joita ovat työmaan energiankulutus sekä syntyvien jätteiden lajittelu, kuljetukset, käsittely ja hyödyntäminen tai loppusijoitus. Laskentamalli on kehitetty laskemalla esimerkkikohteille hiilijalanjäljet elinkaarimallintamisen avulla. Työssä on tarkasteltu myös vaihtoehtoisia jäteskenaarioita sekä laskentamallin luotettavuutta. Työn lopputuloksena on saatu kolmen eri kokoluokan esimerkkikohteen hiilijalanjäljet ja laskentamallin periaatekaaviot. Jätteiden toimituspisteiden ja jätejakeiden kulkureittien vaihtelevuuden sekä eri kohteista muodostuvien erityyppisten jätejakeiden johdosta yhden kokonaisvaltaisen laskentamallin kehittäminen on haasteellista. Myös tietojen hankinta kohteista ja jatkokäsittelyistä ja etenkin primääritietojen saaminen on ongelmallista. Tämänhetkinen laskentamalli perustuu enimmäkseen sekundääritietoihin ja arvioihin, joten mallin luotettavuuden lisäämiseksi olisi panostettava primääritiedon määrän lisäämiseen. Laskennan perusteella jäteskenaariovaihtoehdoista lajitteleva toimintamalli osoittautui hiilijalanjäljen kannalta suotuisimmaksi pienemmissä kohteissa ja käsittelylaitospainotteinen malli suuressa kohteessa. Merkittäviä tekijöitä kohteiden hiilijalanjälkien muodostumiselle olivat metallien käsittely, jätteiden poltto sekä neitsytraaka-aineista valmistetun teräksen ja fossiilisten polttoaineiden vältetyt päästöt. Merkittävimmiksi kasvihuonekaasuiksi purku- ja korjausrakentamiskohteiden laskennassa osoittautuivat hiilidioksidin lisäksi halogenoidut hiilivedyt ja metaani.

Virtuaalisen lajittelujärjestelmän hyödyntäminen postipalveluyrityksen tuotannollisessa prosessissa

Työn tavoitteena oli kehittää toimintoperusteista kustannuslaskentaa soveltamalla laskentamalli, jonka avulla on mahdollista tutkia postipalveluyrityksen tuotannollisen prosessin kokonaistuottavuuden kannalta optimaalista tapaa hyödyntää virtuaalista lajittelujärjestelmää. Kimputuksen osalta syntyi teoreettinen laskentamalli, mutta kuljetusyksiköinnin osalta pyrittiin muodostamaan todellista prosessia mahdollisimman hyvin noudattava malli, jonka tuloksia on helppo tutkia erilaisilla kustannus- ja lähetysparametreillä. Virtuaalisen lajittelujärjestelmän tuotannollisen hyödyntämisen ohella työssä oli tarkoitus toteuttaa alustavaa analyysia siitä, millä tapaa järjestelmän avulla voidaan tuottaa myös muuta lisäarvoa postipalvelutuotannolle. Analyysissa havaittiin alustavia hyödyntämismahdollisuuksia palvelutuotannon kuormitussuunnittelun, osoitelaatusidonnaisten toimintojen sekä postiin jätön ja prosessiin ohjauksen osalta. Ottamatta kantaa hyödyntämismahdollisuuksien toteutettavuuteen analyysin keskeinen tulos oli kuitenkin se, että järjestelmän hyödyntämisen osalta tutkimattomia teitä on vielä lukuisia.

Konventionaalisen jätehuollon kehittäminen Loviisan voimalaitoksella

Tämän diplomityön tarkoituksena oli löytää kehityskohteita Fortumin Loviisan ydinvoimalaitoksen konventionaalisesta, eli tavanomaisesta, jätehuollosta. Tavoitteena oli löytää erityisesti keinoja kaatopaikkajätteen määrän vähentämiseksi sekä lajittelun tehostamiseksi. Myös jätelainsäädännön kokonaisuudistuksen vaikutukset jätehuollon toimintaan olivat työn kannalta keskeisessä roolissa. Työ tehtiin jätehuoltosuunnitelman rakennetta noudattaen. Jätehuoltosuunnitelma koostuu alkukartoituksesta sekä jätehuoltosuunnitelman laatimisesta ja toteutuksesta. Varsinaisina kehitystarpeiden kartoittamismenetelminä käytettiin viranomaisvaatimusten selvittämistä, toiminnan tarkastelua, jätehuoltokyselyä voimalaitoksen työntekijöille, benchmarkingia sekä valittujen hyötykäyttö- ja loppusijoitusmenetelmien kustannusvertailua. Tulokseksi saatiin, että jätteiden lajittelua voitaisiin tehostaa ennen kaikkea lisäämällä työntekijöiden koulutusta. Lajittelun helpottamiseksi ohjeistuksen tulee olla paremmin saatavilla sekä voimalaitoksen omalle henkilöstölle kuin urakoitsijoillekin. Ongelmajätehuollossa eniten ongelmia ilmeni ongelmajätepakkausten merkitsemisessä jätteiden syntypaikoilla. Tähän ratkaisuna ehdotettiin kokeiltavaksi jätteiden syntykohteisiin sijoitettavia jätekortteja, joista pakkaajat voisivat helposti tarkistaa tarvittavat merkinnät. Myös mustan jäteöljyn keräämistä olisi mahdollista parantaa, jotta suurempi osa siitä saataisiin hyödynnettyä materiaalina. Kaatopaikkajätteen määrän vähentämiseksi työssä ehdotettiin sekajätteen viemistä kaatopaikan sijaan poltettavaksi. Muutoksen seurauksena voimalaitoksen jätehuollon kustannukset saattavat lisääntyä, mutta ympäristön kannalta muutos tulisi olemaan positiivinen.

Kaarihitsauksen suojakaasun tunnistus ja virtauksen mittaus ultraäänellä

Kaasukaarihitsauksessa suojakaasuna käytetään yleensä argonin ja hiilidioksidin tai argonin ja heliumin seoksia. Suojakaasu vaikuttaa useisiin hitsausominaisuuksiin, jotka puolestaan vaikuttavat hitsauksen laatuun ja tuottavuuteen. Automaattisella suojakaasun tunnistuksella ja virtausmäärän mittauksella voitaisiin tehdä hitsauksesta paitsi käyttäjän kannalta yksinkertaisempaa, myös laadukkaampaa. Työn tavoite on löytää mahdollisimman edullinen ja kuitenkin mahdollisimman tarkasti kaasuseoksia tunnistava menetelmä, jota voitaisiin hyödyntää MIG/MAG-hitsauskoneeseen sisäänrakennettuna. Selvä etu on, jos menetelmällä voidaan mitata myös kaasun virtausmäärä. Äänennopeus kaasumaisessa väliaineessa on aineen atomi- ja molekyylirakenteesta ja lämpötilasta riippuva ominaisuus, joka voidaan mitata melko edullisesti. Äänennopeuden määritys perustuu ääniaallon kulkuajan mittaamiseen tunnetun pituisella matkalla. Kaasun virtausnopeus on laskettavissa myötä- ja vastavirtaan mitattujen kulkuaikojen erotuksen avulla. Rakennettu mittauslaitteisto koostuu kahdesta ultraäänimuuntimesta, joiden halkaisija on 10 mm ja jotka toimivat sekä lähettimenä että vastaanottimena. Muuntimet ovat 140 mm:n etäisyydellä toisistaan virtauskanavassa, jossa suojakaasu virtaa yhdensuuntaisesti äänen kanssa. Virtauskanava on putki, jossa on käytetty elastisia materiaaleja, jotta ääniaaltojen eteneminen kanavan runkoa pitkin minimoituisi. Kehitetty algoritmi etsii kahden lähetetyn 40 kHz:n taajuisen kanttiaaltopulssin aiheuttaman vasteen perusteella ääniaallon saapumisajanhetken. Useiden mittausten, tulosten lajittelun ja suodatuksen jälkeen tuntemattomalle kaasulle lasketaan lämpötilakompensoitu vertailuluku. Tuntematon kaasu tunnistetaan vertailemalla lukua tunnettujen kaasuseosten mitattuihin vertailulukuihin. Laitteisto tunnistaa seokset, joissa heliumin osuus argonissa on enintään 50 %. Hiilidioksidia sisältävät argonin seokset puolestaan tunnistetaan puhtaaseen hiilidioksidiin asti jopa kahden prosenttiyksikön tarkkuudella. Kaasun tilavuusvirtausmittauksen tarkkuus on noin 1,0 l/min.

Dispersal and metacommunity dynamics in a soft-sediment benthic system : how well is the seafloor connected?

Connectivity depends on rates of dispersal between communities. For marine soft-sediment communities continued small-scale dispersal as post-larvae and as adults can be equally important in maintaining community composition, as initial recruitment of substrate by pelagic larvae. In this thesis post-larval dispersal strategies of benthic invertebrates, as well as mechanisms by which communities are connected were investigated. Such knowledge on dispersal is scarce, due to the difficulties in actually measuring dispersal directly in nature, and dispersal has not previously been quantified in the Baltic Sea. Different trap-types were used underwater to capture dispersing invertebrates at different sites, while in parallel measuring waves and currents. Local community composition was found to change predictably under varying rates of dispersal and physical connectivity (waves and currents). This response was, however, dependent on dispersal-related traits of taxa. Actively dispersing taxa will be relatively better at maintaining their position, as they are not as dependent on hydrodynamic conditions for dispersal and will be less prone to be passively transported by currents. Taxa also dispersed in relative proportions that were distinctly different from resident community composition and a significant proportion (40 %) of taxa were found to lack a planktonic larval life-stage. Community assembly was re-started in a large-scale manipulative field experiment over one year across several sites, which revealed how patterns of community composition (α-, β- and λ-diversity) change depending on rates of dispersal. Results also demonstrated that in response to small-scale disturbance, initial recruitment was by nearby-dominant species after which other species arrived from successively further away. At later assembly time, the number of coexisting species increased beyond what was expected purely by local niche requirements (species sorting), transferring regional differences in community composition (β-diversity) to the local scale (α-diversity, mass effect). Findings of this thesis complement more theoretical studies in metacommunity ecology by demonstrating that understanding how and when individuals disperse relative to underlying environmental heterogeneity is key to interpreting how patterns of diversity change across different spatial scales. Such information from nature is critical when predicting responses to, for example, different types of disturbances or management actions in conservation.

Etelä-Karjalan alueen yritysten jätevirrat ja jätteenkäsittelyn kannattavuus alueella

Diplomityön tavoitteena oli selvittää Etelä-Karjalan alueen yritysten jätevirtoja ja sekalaisen rakennusjätteen koostumusta. Jätevirtojen selvityksessä keskityttiin metsäteollisuuden, rakennusteollisuuden ja kaupan alan jätevirtoihin. Tarkoituksena oli selvittää mahdollisessa jätteenkäsittelylaitoksessa hyödynnettävien jätejakeiden määrät. Selvitettyjen tietojen perusteella arvioitiin erilaisten jätteenkäsittelyvaihtoehtojen kannattavuutta yritysnäkökul-masta Etelä-Karjalan alueella. Rakennusjätteen koostumusta tutkittiin lajittelemalla ja pun-nitsemalla sekalaisia rakennusjätekuormia jätejakeittain. Etelä-Karjalan alueen jätevirtoja selvitettiin muun muassa yrityshaastatteluin ja hyödyntämällä Lassila & Tikanoja Oyj:n tietokantaa. Sekalaisen rakennusjätteen lajittelututkimuksessa selvisi, että sekalaisissa rakennusjäte-kuormissa on lähes 50 m-% hyödynnettävissä olevia jätejakeita. Energiajaetta kuormissa oli yhteensä noin 34 m-% ja kaatopaikkajätettä noin 52 m-%. Kaupan alalta syntyy pää-sääntöisesti paljon pakkausmateriaaleista koostuvaa energiajaetta, kun taas metsäteollisuu-desta syntyy paljon erilaisia prosessijätteitä, joita ei voida hyödyntää työssä tutkituilla me-netelmillä. Lappeenrannan ja Imatran alueilla arvioidaan syntyvän energiajaetta metsäteol-lisuudesta, kaupan alalta ja rakennusteollisuudesta yhteensä noin 4 300 t, puujätettä noin 5 000 t ja sekalaista rakennusjätettä noin 11 700 t. Metsäteollisuuden, rakennusteollisuuden ja kaupan alan jätevirrat Etelä-Karjalassa eivät ole riittävät taloudellisesti kannattavan jätteenkäsittelylaitoksen perustamiseksi. Arvioinnissa huomioitiin laitoksen investointikustannukset sekä muut aiheutuvat kustannukset. Energiajakeen siirtokuormausasema todettiin kannattavaksi tilanteessa, jossa energiajae toimitettaisiin Etelä-Karjalan sijasta Lahteen tai Kouvolaan.

Characterisation of waste for combustion : with special reference to the role of zinc

Waste combustion has gone from being a volume reducing discarding-method to an energy recovery process for unwanted material that cannot be reused or recycled. Different fractions of waste are used as fuel today, such as; municipal solid waste, refuse derived fuel, and solid recovered fuel. Furthermore, industrial waste, normally a mixture between commercial waste and building and demolition waste, is common, either as separate fuels or mixed with, for example, municipal solid waste. Compared to fossil or biomass fuels, waste mixtures are extremely heterogeneous, making it a complicated fuel. Differences in calorific values, ash content, moisture content, and changing levels of elements, such as Cl and alkali metals, are common in waste fuel. Moreover, waste contains much higher levels of troublesome trace elements, such as Zn, which is thought to accelerate a corrosion process. Varying fuel quality can be strenuous on the boiler system and may cause fouling and corrosion of heat exchanger surfaces. This thesis examines waste fuels and waste combustion from different angles, with the objective of giving a better understanding of waste as an important fuel in today’s fuel economy. Several chemical characterisation campaigns of waste fuels over longer time periods (10-12 months) was used to determine the fossil content of Swedish waste fuels, to investigate possible seasonal variations, and to study the presence of Zn in waste. Data from the characterisation campaigns were used for thermodynamic equilibrium calculations to follow trends and determine the effect of changing concentrations of various elements. The thesis also includes a study of the thermal behaviour of Zn and a full—scale study of how the bed temperature affects the volatilisation of alkali metals and Zn from the fuel. As mixed waste fuel contains considerable amounts of fresh biomass, such as wood, food waste, paper etc. it would be wrong to classify it as a fossil fuel. When Sweden introduced waste combustion as a part of the European Union emission trading system in the beginning of 2013 there was a need for combustion plants to find a usable and reliable method to determine the fossil content. Four different methods were studied in full-scale of seven combustion plants; 14Canalysis of solid waste, 14C-analysis of flue gas, sorting analysis followed by calculations, and a patented balance method that is using a software program to calculate the fossil content based on parameters from the plant. The study showed that approximately one third of the coal in Swedish waste mixtures has fossil origins and presented the plants with information about the four different methods and their advantages and disadvantages. Characterisation campaigns also showed that industrial waste contain higher levels of trace elements, such as Zn. The content of Zn in Swedish waste fuels was determined to be approximately 800 mg kg-1 on average, based on 42 samples of solid waste from seven different plants with varying mixtures between municipal solid waste and industrial waste. A review study of the occurrence of Zn in fuels confirmed that the highest amounts of Zn are present in waste fuels rather than in fossil or biomass fuels. In tires, Zn is used as a vulcanizing agent and can reach concentration values of 9600-16800 mg kg-1. Waste Electrical and Electronic Equipment is the second Zn-richest fuel and even though on average Zn content is around 4000 mg kg-1, the values of over 19000 mg kg-1 were also reported. The increased amounts of Zn, 3000-4000 mg kg-1, are also found in municipal solid waste, sludge with over 2000 mg kg-1 on average (some exceptions up to 49000 mg kg-1), and other waste derived fuels (over 1000 mg kg-1). Zn is also found in fossil fuels. In coal, the average level of Zn is 100 mg kg-1, the higher amount of Zn was only reported for oil shale with values between 20-2680 mg kg-1. The content of Zn in biomass is basically determined by its natural occurrence and it is typically 10-100 mg kg-1. The thermal behaviour of Zn is of importance to understand the possible reactions taking place in the boiler. By using thermal analysis three common Zn-compounds were studied (ZnCl2, ZnSO4, and ZnO) and compared to phase diagrams produced with thermodynamic equilibrium calculations. The results of the study suggest that ZnCl2(s/l) cannot exist readily in the boiler due to its volatility at high temperatures and its conversion to ZnO in oxidising conditions. Also, ZnSO4 decomposes around 680°C, while ZnO is relatively stable in the temperature range prevailing in the boiler. Furthermore, by exposing ZnO to HCl in a hot environment (240-330°C) it was shown that chlorination of ZnO with HCl gas is possible. Waste fuel containing high levels of elements known to be corrosive, for example, Na and K in combination with Cl, and also significant amounts of trace elements, such as Zn, are demanding on the whole boiler system. A full-scale study of how the volatilisation of Na, K, and Zn is affected by the bed temperature in a fluidised bed boiler was performed parallel with a lab-scale study with the same conditions. The study showed that the fouling rate on deposit probes were decreased by 20 % when the bed temperature was decreased from 870°C to below 720°C. In addition, the lab-scale experiments clearly indicated that the amount of alkali metals and Zn volatilised depends on the reactor temperature.

Toimintaohjeistus HSY:n jätteenpolton materiaalivirtojen hallintaan

Vantaan Energia rakentaa ympäristövaatimukset täyttävän jätevoimalan Itä-Vantaan Långmossebergeniin. Jätevoimalassa tullaan käyttämään polttoaineena kierrätykseen kelpaamatonta syntypaikkalajiteltua yhdyskuntajätettä sekä maakaasua. Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä HSY tulee toimittamaan noin 80 % vuosittaisesta jätepolttoaineesta. Tässä työssä on esitetty toimintamalli HSY:n jätteenpolton materiaalivirtojen hallitsemiseksi. Toimintamallin tarkoituksena on antaa ohjeistus jätteiden materiaalivirtojen käsittelymenetelmistä ennen jätteenpolttolaitosta. Lisäksi toimintamallin tarkoituksena on saada vähennettyä pohjakuonan määrää. Toimintamalli sisältää ohjeistuksen kotitalouksien sekajätteen, pienjäteasemien sekajätteen, sekalaisen rakennus- ja purkujätteen sekä kaupan- ja teollisuuden jätteiden käsittelytavoista. Jätevirtojen koostumusta on selvitetty kirjallisuudesta löytyvien tietojen perusteella ja tietoja on täydennetty kesällä 2013 suoritetun lajittelututkimuksen tiedoilla. Tutkimuksen tuloksista selvisi, että pienjäteasemien sekajätteiden lajittelua tehostamalla HSY:llä pystytään tekemään merkittäviä taloudellisia säästöjä. Tutkimuksessa selvisi, että kipsilevy olisi kannattavinta kerätä omalle lavalleen pienjäteasemilla. Sekalaisen rakennus- ja purkujätteen osalta todettiin, että sitä ei kannata ohjata suoraan jätevoimalalle poltettavaksi, eikä sitä voida sijoittaa käsittelemättömänä kaatopaikalle vuoden 2020 jälkeen. Tästä syystä työssä on ehdotettu, että sekalainen rakennus- ja purkujäte ohjattaisiin lajittelulaitokselle käsiteltäväksi ennen sen loppusijoittamista. Tutkimuksen tulosten perusteella voidaan myös todeta, että toimintamallia noudattamalla, pohjakuonan määrää on mahdollista vähentää lähes puolella alkuperäisestä arviosta.