Advanced control methods for reducing nitrogen oxides in a fluidized bed boiler

Tämän työn tarkoituksena oli löytää keinoja erään leijukerroskattilan typenoksidipäästöjen vähentämiseksi. Koska päästöt olivat jo alunperin alhaiset leijukerrostekniikan ja hybridin SNCR/SCR –typenpoistolaitteiston ansiosta, päätettiin päästöjä lähteä vähentämään parantamalla ammoniakkiruiskutuksen säätöä. Alkuperäinen ammoniakkiruiskutuksen säätö oli liian hidas, jotta satunnaisten häiriöiden aiheuttamat typenoksidipiikit olisi pystytty poistamaan. Ammoniakkiruiskutusta parannettiin lisäämällä jokaiseen ammoniakkilinjaan mäntäpumput, joiden avulla ammoniakkia voidaan syöttää sinne, missä sitä eniten tarvitaan. Ammoniakkiruiskutuksen säätöön kehitettiin uusi sumeaan logiikkaan perustuva säätäjä. Myös muita kehittyneitä säätömenetelmiä kuten neuroverkkoa hyödynnettiin säätäjän kehityksessä. Ammoniakkiruiskutuksen säätäjää testattiin menestyksekkäästi Ruotsissa Brista Kraftin Märstassa sijaitsevalla voimalaitoksella

Hakevirrasta otettavan näytteen luotettavuus ja näytteenottimen kehittäminen

Työn tavoitteena oli saada tietoa yleisesti partikkelivirtauksessa tapahtuvasta näytteenotosta ja näytteenottomenetelmistä. Työssä tutkittiin UPM-Kymmenen Kaukaan tehtaan nykyisen ostohakkeen automaattisen näytteenottimen toimintaa sekä sen ottamien näytteiden luotettavuutta kokeellisesti ja tilastollisesti. Lopuksi tutkimuksessa ideoitiin uusi näytteenottimen konstruktio. Uuden konstruktion suunnittelun lähtökohtana oli, että näytteenottimen konstruktiolla tulisi voida ottaa toistuvasti ja turvallisesti luotettavia hakenäytteitä aiheuttamatta muulle vastaanottoaseman toiminnalle häiriöitä Tutkimusta varten tehtiin eri haketoimittajien kanssa koenäytteenottoja. Hakenäytteet otettiin kolmessa eri haketoimituksen vaiheessa niiden keskinäistä vertailua varten. Hakenäytteistä määritettiin kuiva-ainepitoisuus ja laatuanalyysin tekoa varten palakokojakauma koeseulonnoilla. Palakokojakauma-analyysistä saatuja jakaumapainoprosenttiosuuksien ja niistä laskettujen laatuarvojen pohjalta tutkittiin automaattisen näytteenottimen ottaman näytteen luotettavuutta ja näytteenottimen toimintaa. Konstruointityössä noudatettiin pääpiirteittäin ohjeistoa VDI 2221. Uuden näytteenottimen suunnittelutyön tavoitteet määriteltiin tutkimuksessa tehtyjen päätelmien ja kokeiden pohjalta. Uudelle näytteenottimen konstruktiolle etsittiin toteutuskelpoisia ratkaisuja jo olemassa olevista laitteistoista ja uusista ideoista. Uudet konstruktiovaihtoehdot suunniteltiin noudattamaan näytteenottoteoriaa ja sijoituspaikan asettamia vaatimuksia.

Visual Measurement and Modelling of Tool Wear in Rough Turning

Huolimatta korkeasta automaatioasteesta sorvausteollisuudessa, muutama keskeinen ongelma estää sorvauksen täydellisen automatisoinnin. Yksi näistä ongelmista on työkalun kuluminen. Tämä työ keskittyy toteuttamaan automaattisen järjestelmän kulumisen, erityisesti viistekulumisen, mittaukseen konenäön avulla. Kulumisen mittausjärjestelmä poistaa manuaalisen mittauksen tarpeen ja minimoi ajan, joka käytetään työkalun kulumisen mittaukseen. Mittauksen lisäksi tutkitaan kulumisen mallinnusta sekä ennustamista. Automaattinen mittausjärjestelmä sijoitettiin sorvin sisälle ja järjestelmä integroitiin onnistuneesti ulkopuolisten järjestelmien kanssa. Tehdyt kokeet osoittivat, että mittausjärjestelmä kykenee mittaamaan työkalun kulumisen järjestelmän oikeassa ympäristössä. Mittausjärjestelmä pystyy myös kestämään häiriöitä, jotka ovat konenäköjärjestelmille yleisiä. Työkalun kulumista mallinnusta tutkittiin useilla eri menetelmillä. Näihin kuuluivat muiden muassa neuroverkot ja tukivektoriregressio. Kokeet osoittivat, että tutkitut mallit pystyivät ennustamaan työkalun kulumisasteen käytetyn ajan perusteella. Parhaan tuloksen antoivat neuroverkot Bayesiläisellä regularisoinnilla.

Novel Roles of HCG/LH Signalling in the Mouse Mammary Gland and its Tumorigenesis.

Breast cancer is the most common cancer in women, and its development is intimately related to hormonal factors, but how hormones affect breast physiology and tumorigenesis is not sufficiently known. Pregnancy elicits long-term protection from breast cancer, but during the first ten years after pregnancy, breast cancer risk is increased. In previous studies, there has been conflicting data on the role of human chorionic gonadotropin (HCG) and the functionality of its receptor in extragonadal tissues. The aim of this study was to elucidate the role of chronically elevated HCG in mouse physiology. We have created a transgenic (TG) mouse model that overexpresses HCG. HCG is similar to lutenizing hormone (LH), but is secreted almost solely by the placenta during pregnancy. HCG and LH both bind to the LH receptor (LHR). In the current study, mammary gland tumors were observed in HCG TG mice. We elucidated the role of HCG in mammary gland signalling and the effects of LHR mediated signalling in mouse mammary gland gene expression. We also studied the effects of HCG in human breast epithelial cell cultures. Several endocrine disturbances were observed in HCGβ TG female mice, resulting in precocious puberty, infertility, obesity and pituitary and mammary gland tumors. The histology of the mammary gland tumors of HCGβ TG females resembled those observed in mouse models with activated Wnt/β-catenin signalling pathway. Wnts are involved in stem cell regulation and tumorigenesis, and are hormonally regulated in the mammary gland. We observed activated β-catenin signalling and elevated expression of Wnt5b and Wnt7b in TG tumors and mammary glands. Furthermore, we discovered that HCG directly regulates the expression of Wnt5b and Wnt7b in the mouse mammary gland. Pharmacological treatment with HCG also caused upregulation of several Wnt-pathway target genes in ovariectomized wild type (WT) mice in the presence of physiological concentrations of estradiol and progesterone. In addition, differential expression of several metabolic genes was observed, suggesting that HCG affects adipocyte function or glucose metabolism. When WT mice were transplanted with LHR deficient or wild type WT mammary epithelium, differential expression of several genes affecting the Wnt-signalling pathway was observed in microarray analysis. Diminished expression of several genes associated with LHR function in other tissues, such as the ovary, was observed in mammary glands deficient of epithelial LHR. In cultured human mammary epithelial cells HCG upregulated the expression of WNT5B, WNT7B similar to mouse, suggesting that the observations found are relevant in human physiology. These studies suggest that HCG/LHR signalling affects gene expression in non-gonadal tissues, and that Wnt-signalling is regulated by HCG/LH in human and mouse mammary glands.

The central histaminergic neurons in vitro, and their neuroprotective role in excitotoxic cell death in the postnatal rat hippocampus.

Histamine acts as a neurotransmitter in the central nervous system. Brain histamine in synthesized in neurons located to the posterior hypothalamus, from where these neurons send their projections to different parts of the brain. Released histamine participates in the regulation of several physiological functions such as arousal, attention and body homeostasis. Disturbances in the histaminergic system have been detected in diseases such as epilepsy, sleep disorders, anxiety, depression, Alzheimer’s disease, and schizophrenia. The purpose of this thesis was to develop optimal culture conditions for the histaminergic neurons, to study their detailed morphology, and to find out their significance in the kainic acid (KA)-induced neuronal death in the immature rat hippocampus. The morphology of the histaminergic neurons in vitro was comparable with the earlier findings. Histamine-containing vesicles were found in the axon but also in the cell body and dendrites suggesting a possibility for the somatodendritic release. Moreover, histamine was shown to be colocalized with the vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2) suggesting that VMAT2 transports histamine to the subcellular storage vesicles. Furthermore, histamine was localized with γ-aminobutyric acid (GABA) in distinct storage vesicles and with neuropeptide galanin partly in the same storage vesicles suggesting different corelease mechanisms for GABA and galanin with histamine. In the organotypic hippocampal slice cultures, KA-induced neuronal death was first detected 12 h after the treatment being restricted mainly to the CA3 subregion. Moreover, cell death was irreversible, since the 48 h recovery period did not save the cells, but instead increased the damage. Finally, neuronal death was suggested to be necrotic, since intracellular apoptotic pathways were not activated, and the morphological changes detected with the electron microscopy were characteristic for necrosis. In the coculture system of the hippocampal and posterior hypothalamic slices, histaminergic neurons significantly decreased epileptiform burst activity and neuronal death in the hippocampal slices, this effect being mediated by histamine 1 (H1) and 3 (H3) receptors. In conclusion, the histaminergic neurons were maintained succesfully in the in vitro conditions exhibiting comparable morphological characteristics as detected earlier in vivo. Moreover, they developed functional innervations within the hippocampal slices in the coculture system. Finally, the KA-induced regionspecific, irreversible and necrotic hippocampal pyramidal cell damage was significantly decreased by the histaminergic neurons through H1 and H3 receptors.

Nutrient enrichment and water depth modify consumer control in rocky shore macroalgal communities

The objective of my thesis is to assess mechanisms of ecological community control in macroalgal communities in the Baltic Sea. In the top-down model, predatory fish feed on invertebrate mesograzers, releasing algae partly from grazing pressure. Such a reciprocal relationship is called trophic cascade. In the bottom-up model, nutrients increase biomass in the food chain. The nutrients are first assimilated by algae and, via food chain, increase also abundance of grazers and predators. Previous studies on oceanic shores have described these two regulative mechanisms in the grazer - alga link, but how they interact in the trophic cascades from fish to algae is still inadequately known. Because the top-down and bottom-up mechanisms are predicted to depend on environmental disturbances, such as wave stress and light, I have studied these models at two distinct water depths. There are five factorial field experiments behind the thesis, which were all conducted in the Finnish Archipelago Sea. In all the experiments, I studied macroalgal colonization - either density, filament length or biomass - on submerged colonization substrates. By excluding predatory fish and mesograzers from the algal communities, the studies compared the strength of the top-down control to natural algal communities. A part of the experimental units were, in addition, exposed to enriched nitrogen and phosphorus concentrations, which enabled testing of bottom-up control. These two models of community control were further investigated in shallow (<1 m) and deep (ca. 3 m) water. Moreover, the control mechanisms were also expected to depend on grazer species. Therefore different grazer species were enclosed into experimental units and their impacts on macroalgal communities were followed specifically. The community control in the Baltic rocky shores was found to follow theoretical predictions, which have not been confirmed by field studies before. Predatory fish limited grazing impact, which was seen as denser algal communities and longer algal filaments. Nutrient enrichment increased density and filament length of annual algae and, thus, changed the species composition of the algal community. The perennial alga Fucus vesiculosusA and the red alga Ceramium tenuicorne suffered from the increased nutrient availabilities. The enriched nutrient conditions led to denser grazer fauna, thereby causing strong top-down control over both the annual and perennial macroalgae. The strength of the top-down control seemed to depend on the density and diversity of grazers and predators as well as on the species composition of macroalgal assemblages. The nutrient enrichment led to, however, weaker limiting impact of predatory fish on grazer fauna, because fish stocks did not respond as quickly to enhanced resources in the environment as the invertebrate fauna. According to environmental stress model, environmental disturbances weaken the top-down control. For example, on a wave-exposed shore, wave stress causes more stress to animals close to the surface than deeper on the shore. Mesograzers were efficient consumers at both the depths, while predation by fish was weaker in shallow water. Thus, the results supported the environmental stress model, which predicts that environmental disturbance affects stronger the higher a species is in the food chain. This thesis assessed the mechanisms of community control in three-level food chains and did not take into account higher predators. Such predators in the Baltic Sea are, for example, cormorant, seals, white-tailed sea eagle, cod and salmon. All these predatory species were recently or are currently under intensive fishing, hunting and persecution, and their stocks have only recently increased in the region. Therefore, it is possible that future densities of top predators may yet alter the strengths of the controlling mechanisms in the Baltic littoral zone.

Effects of Weight Loss on Adipose Tissue, Liver and Heart Metabolism in Humans

Obesity has become the leading cause of many chronic diseases, such as type 2 diabetes and cardiovascular diseases. The prevalence of obesity is high in developed countries and it is also a major cause of the use of health services. Ectopic fat accumulation in organs may lead to metabolic disturbances, such as insulin resistance.Weight loss with very-low-energy diet is known to be safe and efficient. Weight loss improves whole body insulin sensitivity, but its effects on tissue and organ level in vivo are not well known. The aims of the studies were to investigate possible changes of weight loss in glucose and fatty acid uptake and perfusion and fat distribution at tissue and organ level using positron emission tomography and magnetic resonance imaging and spectroscopy in 34 healthy obese subjects. The results showed that whole-body insulin sensitivity increased after weight loss with very-low-energy diet and this is associated with improved skeletal muscle insulin-stimulated glucose uptake, but not with adipose tissue, liver or heart glucose uptake. Liver insulin resistance decreased after weight loss. Liver and heart free fatty acid uptakes decreased concomitantly with liver and heart triglyceride content. Adipose tissue and myocardial perfusion decreased. In conclusion, enhanced skeletal muscle glucose uptake leads to increase in whole-body insulin sensitivity when glucose uptake is preserved in other organs studied. These findings suggest that lipid accumulation found in the liver and the heart in obese subjects without co-morbidies is in part reversible by reduced free fatty acid uptake after weight loss. Reduced lipid accumulation in organs may improve metabolic disturbances, e.g. decrease liver insulin resistance. Keywords: Obesity, weight loss, very-low-energy diet, adipose tissue metabolism, liver metabolism, heart metabolism, positron emission tomography

Arinakattilan lämmönsiirron laskentamallin kehittäminen

Kattilalaitosten polttoaineen syötössä ilmenevät häiriöt ja biopolttoaineiden laatuvaihtelut aiheuttavat epävakaata palamista ja tekevät prosessin hallinnasta vaikeampaa. Polttoaineen laatuvaihtelut vaikuttavat koko prosessiin ja näkyvät lopulta myös höyryntuotannossa. Kompensoinnilla pyritään estämään häiriöiden suuret vaikutukset höyryn tuotantoon. Tarkoituksena on saada kattilan toiminta ja tehon tuotanto tasaisemmaksi ja helpommin hallittavaksi. Tässä diplomityössä tarkastellaan polttoaineen ominaisuuksien, säteilylämmönsiirron sekä säätöjen vaikutusta toisiinsa ja merkitystä kattilan toiminnan kannalta. Työssä muodostetaan säteilylämmönsiirron laskentamalli arinakattilan tulipesälle käyttäen hyväksi hyvin sekoittuneen tulipesän menetelmää. Menetelmällä voidaan määrittääsavukaasujen keskimääräinen lämpötila tulipesässä, lämpövirta tulipesän seiniin tai poltossa vapautuva lämpöteho. Mallin avulla voidaan paremmin ymmärtää prosessin käyttäytymistä polttoaineen laadun muuttuessa sekä helpottaa ja nopeuttaa kattilan käyttäytymisen ennustamista. Laskentamalli tehtiin Excel –laskentaohjelmaan, jossa se testataan. Verifioinnin jälkeen malli on tarkoitus siirtää toimimaan apros –simulointiympäristöön.

Improving Cross Direction Basis Weight Profile in a Fourdrinier Paper Machine

The purpose of this study was to improve PM7’s basis weight CD profile in Stora Enso’s Berghuizer mill and to search mechanical defects which affect to the formation of the basis weight CD profile. In the theoretical part PM7’s structure was presented and the formation of the basis weight and caliper CD profiles was examined as well as disturbances which are affecting to the formation. The function of the control system was scrutinised for the side of CD profiles as well as the formation of the measured CD profiles. Tuning of the control system was examined through the response model and filtering. Specification of the response model and filtering was explained and how to determine 2sigma statistical number. In the end of the theoretical part ATPA hardware and a new profile browser were introduced. In the experimental part focus was in the beginning to search and remove mechanical defects which are affecting to CD profiles. The next step was to verify the reliability of the online measurements, to study the stability of the basis weight CD profile and to find out so called fingerprint, a basis weight CD profile which is unique for each paper machine. New response model and filtering value for basis weight CD profile was determined by bump tests. After a follow up period the affect of the new response model and filtering was analysed.

Tuhojen vaikutus Euroopan metsävarojen kehitykseen : mallitarkasteluja puu- ja metsikkötasolta alueellisiin skenaarioihin

Seloste väitöskirjasta: Impacts of natural disturbances on the development of European forest recources : application of model approaches from tree and stand levels to large-scale scenarios. Dissertationes Forestales 56.

Impedanssisovituksen tarkkailu jännitevälipiirillisessä taajuusmuuttajakäytössä

Invertterikäyttöjen pitkissä kuormakaapeleissa jännitteen aaltomuodossa on havaittavissa ylijännitteitä. Ylijännitteet johtuvat invertterikäytön käyttämien kytkinten ohjaamisesta pulssinleveysmodulaatiolla, niiden nopeista kytkeytymisistä ja itse järjestelmästä. Ylijännitteet ovat haitallisia järjestelmässä, joten niitä pyritään estämään esim. suodattamalla. Yksi käytännön sovellus sähkökoneen suotimena on RC-suodin. RC-suotimen toimintakyvyn aleneminen on kuitenkin oletettavaa, joten sähkökone altistuu tällöin ylijännitteille. Mittaamalla RC-suotimen kuntoa voidaan valvoa generaattorin kokemia ylijännitteitä. Työssä tarkastellaan järjestelmän häiriöitä ja ylijännitteitä, RC-suodinta sekä suotimen vajaatoimintatiloja, ja kehitetään mittaus tarkkailemaan vajaatoimintaa.

Frequency converter protection against supply network phenomena

This master’s thesis is focused on power supply network disturbances and their effects on the frequency converter – one of the components of modern process crane electrical system. The most critical disturbance types, their causes and the effect they bring to crane electrical system was determined in this work. Variety of protective devices used for mitigation of disturbances is investigated. Device protection solutions for the frequency converter used in crane applications are presented. Analyses of the power supply requirements for frequency converter and various components of crane electrical system were carried out and as a result the crane power supply requirements list that guarantees normal crane operation was built. This list is to be included in crane projects for troubleshooting purposes in order to determine potentially dangerous network.

LVDC-tiedonsiirtokanavan mallinnus

Yleisesti sähkönjakelussa käytettyä vaihtosähköä ollaan korvaamassa tasasähköllä pienjänniteverkoissa. Vaihtojännitteeseen verrattuna tasajännitteen käyttö mahdollistaa korkeampien jännitetasojen käytön ja paremman sähkönlaadun ja sitä kautta paremman käyttövarmuuden. Sähköverkossa käytettävien muuntajien ja suuntaajien osalta tarvitaan uudenlaisia rakenteita ja kehitystä, että tasajännitejakelun käyttöönotto olisi mahdollista. Oikeiden ratkaisujen löytämiseksi on tehty jo paljon tutkimusta, mutta valmiita järjestelmiä ei vielä ole laajemmin otettu käyttöön. Tasajänniteverkot tarvitsevat myös ohjauksen, säädön ja valvonnan takia tiedonsiirto-ominaisuuksia. Tietoa on mahdollista siirtää samassa kaapelissa, jota käytetään myös sähkön siirtoon. Haasteita asettavat mm. kaapeliin kytketyminen ja tiedonsiirtokanavassa esiintyvät häiriöt. Työssä muodostetaan malli tiedonsiirtokanavasta, jonka avulla voidaan mallintaa verkon käyttäytymistä eri taajuuksilla sekä simuloida sähköverkkoon muodostettavia tiedonsiirtokanavia.

Pienloistelamppujen johtuvat RF-häiriöt verrattuna CISPR 15 - standardin raja-arvoihin

Hehkulamput tullaan kieltämään Euroopan Unionin alueella vuoden 2016 syyskuuhun mennessä. Hehkulamput korvataan suurimmaksi osaksi pienloistelampuilla, jotka omaavat hehkulamppuihin verrattuna paremman hyötysuhteen. Pienloistelamput aiheuttavat kuitenkin häiriöitä niitä syöttävään sähköverkkoon. Tässä kandidaatin työssä mitattiin 15 erilaisen pienloistelampun aiheuttamat johtuvat RF-taajuiset häiriöt. Tuloksia verrattiin CISPR 15 – standardissa esitettyihin raja-arvoihin, joita pienloistelamppujen tulisi noudattaa. Mittaukset suoritettiin käyttämällä CISPR 16 –standardin kanssa yhteensopivaa mittavastaanotinta (Rohde & Schwarz ESHS30) sekä myöskin CISPR 16 yhteensopivaa keinoverkkoa (Rohde & Schwarz ESH2Z5). Lamput mitattiin CISPR 15 –standardin mukaisesti, muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta. Lamppuja ei mitattu käyttämällä CISPR 15 –standardissa vaadittua lampun pidintä. Eikä lamppuja myöskään esikäytetty ollenkaan. Lukuun ottamatta yhtä pienloistelamppua, kaikki jäivät raja-arvon alapuolelle. Rajan ylittäneen lampun tulos tosin mahtuu mittavastaanottimen mittavirheeseen. Joten kyseessä ei ollut suuren suuri ylitys. Muiden tutkittujen pienloistelamppujen johtuvat RF-häiriöt ovat hyväksyttävällä tasolla ja ne tuskin tulevat aiheuttamaan ongelmia.

Kainic acid-induced seizures: inflammation and excitotoxic neuronal damage in the developing rat hippocampus

Epileptic seizures are harmful to the developing brain. During epileptic seizures, overactivation of glutamate receptors (GluR) leads to neuronal degeneration, defined as excitotoxicity. The hippocampus is especially vulnerable to excitotoxic neuronal death, but its mechanism has remained incompletely known in the developing brain. Recently, signs of activation of inflammatory processes after epileptic seizures have been detected in the hippocampus. The purpose of this thesis was to study the inflammatory reaction and death mechanisms in excitoxic neurodegeneration induced by the glutamate analogue kainic acid (KA) in the developing hippocampus. Organotypic hippocampal slice cultures (OHCs), prepared from 6-7-day-old rats (P6-7) and treated with KA, served as an in vitro model. KA-induced status epilepticus in P9 and P21 rats was used as an in vivo model. The results showed that the pyramidal cell layers of the hippocampus were the most susceptible to irreversible and age-specific neurodegeneration, which occurred in the juvenile (P21), but not in the immature (P9), rat hippocampus. The primary death mechanism was necrosis as there were no significant changes in the expression of selected apoptosis markers and morphological cellular features of necrosis were found. Inflammatory response was similarly age-dependent after KA treatment as a rapid, fulminant and wide response was detected in the juvenile, but not in the immature, rat brain. An anti-inflammatory drug treatment, given before KA, was not neuroprotective in OHCs, possibly because of the timing of the treatment. In summary, the results suggest that KA induces an age-dependent inflammatory response and necrotic neurodegeneration, which may cause disturbances in hippocampal connectivity and promote epileptogenesis.