Lämpökäsittelylaitosten energiatalouden parantaminen

Työn tavoitteena oli Imatra Steel Oy Ab:n jatkojalostusosaston lämpökäsittelylaitosten energiatalouden parantaminen. Työssä etsittiin lämpökäsittelylaitoksen energiatalouteen haitallisesti vaikuttavia tekijöitä ja pyrittiin löytämään ratkaisuja energiatalouden parantamiseksi.Työtä varten on kerätty tietoa kirjallisista lähteistä, Imatra Steel Oy Ab:n henkilökunnalta, insinööritoimistoilta, lämpökäsittelyuunien valmistajilta ja muilta asiantuntijoilta, jotka ovat olleet tekemisissä lämpökäsittelylaitosten, lämpökäsittelyuunien tai niihin läheisesti liittyvien energiataloudellisien tekijöiden parissa.Imatra Steel Oy Ab:n lämpökäsittelylaitosten suurimmat energiankuluttajat ovat lämpökäsittelyuunit, jotka ovat rakennettu pääosin vuosina 1965 ja 1971, jolloin energiankulutukseen ja sen aiheuttamiin kustannuksiin ei tarvinnut kiinnittää samalla tavoin huomiota kuin nykyisin. Työssä keskitytäänkin pääasiassa uunien energiatalouteen.Lämpökäsittelylaitosten energiatalouden parantamisessa on ensin keskityttävä primäärienergiana käytettävän maakaasun kulutuksen vähentämiseen, jonka jälkeen voidaan keskittyä uuneista syntyvän hukkalämmön hyödyntämiseen. Jotta lämpökäsittelyuunit saataisiin toimimaan energiataloudellisesti tehokkaasti ja nykyisessä markkinatilanteessa kilpailukykyisesti, pitäisi uuneille laatia oma kehitysohjelma. Uunien energiatalouden seuranta ja kehittäminen edellyttää nykyisten jatkuvatoimisesti mitattavien prosessitietojen ja erillisillä mittauksilla kerättävän tiedon nykyistä tehokkaampaa hyödyntämistä sekä uusien ennen mittaamattomien prosessiparametrien hyödyntämistä. Tulevaisuudessa toteutettava prosessitietojen keräysjärjestelmä antaakin aivan uusia mahdollisuuksia uunien kehittämiseen ja seurantaan.

Puupellettien soveltuvuus energiantuotantoon

Puupelletit ovat mekaanisen puunjalostusteollisuuden sivutuotteista valmistettua puupuristetta, jota käytetään pääasiallisesti lämmityspolttoaineena. Suomessa puupellettien käyttö on ollut toistaiseksi vähäistä. Pellettien käyttö on Euroopassa suurinta Ruotsissa, jossa pellettiliiketoiminta on viime vuosina kasvanut voimakkaasti. Puupellettituotantolaitoksia on maahamme perustettu viime aikoina useita ja lisäksi hankkeita on vireillä. Työ on muodoltaan soveltuvuustutkimus, Feasibility Study. Työssä selvitetään puupellettien tuotannon ja käytön tekniikkaa sekä taloutta. Työssä kartoitetaan myös puupellettiliiketoiminnan laajenemisen mahdollisia esteitä ja selvitetään mahdollisuuksia puupellettiliiketoiminnan kasvulle Suomessa.

Energiantuotanto kuivalla puupolttoaineella

Diplomityössä esitetään taustatietona puupolttoaineen ominaisuuksien vaikutusta energiantuotantolaitoksen mitoitukseen ja käyttöön. Työssä esitellään ensimmäisessä vaiheessa tehty laskentamalli, jolla on tehty 20 MW laitoksen mitoitus kolmelle eri polttoaineen kosteudelle. Mitoitustulosten perusteella määritellään jokaiselle laitokselle energiantuotantohinta, joita vertaillaan. Vertailun avulla saadaan tieto siitä, onko uusi laitos syytä mitoittaa kuivatulle puupolttoaineelle investointisäästöjen vuoksi. Työssä tarkastellaan myös risutukkien ominaisuuksia, hyödyntämismahdollisuuksia sekä niiden varastokuivatuksen taloudellisuutta.

Kaasutuslämpölaitoksen käyttö-, kunnossapito- ja turvallisuusohjeet

Tämä työ tehtiin Kiteen Lämpö Oy:lle. Kiteen Lämpö Oy on kaukolämpöä Kiteen taajama-alueella tuottava ja toimittava yritys. Työn lähtökohtana oli yhtenäisten käyttö-, kunnossapito- ja turvallisuusohjeiden puuttuminen Kiteen Lämpö Oy:n Arppentien kaasutuslämpölaitokselta. Tämän lisäksi kyseiselle yritykselle täytyi luoda ympäristöpolitiikka. Käyttöohjeissa on esitelty sekä laitoksen prosessi että toimintaohjeet tyypillisimmissä tilanteissa. Kunnossapito-ohjeissa on käyty läpi yleistä asiaa kunnossapidosta sekä esitelty lämpölaitoksen kunnossapitotoimenpiteet. Turvallisuusohjeisiin on koottu yhtenäiset ohjeet laitoksella työskentelevien henkilöiden turvallisuuden varmistamiseksi. Ympäristöpolitiikkaosiossa on esitelty lämpölaitoksen ympäristöstrategia, -tavoitteet, -vaikutukset ja -riskit. Tämä diplomityö on samalla Kiteen Lämpö Oy:n perehdyttämisopas uusille työntekijöille sekä kesätyöntekijöille.

Savukaasujen mittausjärjestelmän kehittäminen jätteen rinnakkaispolttolaitoksessa

Virtain kaupungissa sijaitseva vuodesta –79 toiminut lämpövoimala on pääasiassa kotimaisia polttoaineita käyttävä kaukolämpöä tuottava voimalaitos. Jätemurskeen (REF) osuus on tällä hetkellä noin 10 % laitoksen lämmöntuotosta. REF valmistetaan paikallisesti ja sen tuotantoa on tarkoitus lisätä lähivuosina voimakkaasti. EU:n uusi todennäköisesti loppuvuodesta-2000 hyväksyttävä jätteenpolttoa koskeva direktiivi asettaa jätteen rinnakkaispolttolaitoksille tiukat päästörajat ja mittausvelvoitteet. Tämä lisää tuntuvasti kustannuksia Virtain laitoksen kaltaisissa pienissä kierrätyspolttoainetta hyödyntävissä laitoksissa. Työssä selvitettiin jätteenpolttodirektiivistä aiheutuvat savukaasujen mittaamisen kokonaiskustannukset Virroilla. Taloudellisimman mittausjärjestelmän vuo-tuisiksi kokonaiskustannuksiksi saatiin 180 000 mk jakautuen seuraavasti: Jatkuvatoimiset mittauslaitteet käyttökuluineen 90 000 mk, jaksottaiset HF, HCl ja SO2 -mittaukset 20 000 mk, raskasmetallien, dioksiinien ja furaanien määräaikainen mittaaminen 40 000 mk ja vertailumittaukset 30 000 mk.

Supplier Energy Audits in Thermal Power Plants

This master’s thesis handles an operating model for an electric equipment supplier conducted sale oriented energy audit for pumping, fan and other motor applications at power plants. The study goes through the largest factors affecting internal electricity use at a power plant, finds an energy audit –like approach for the basis of information gathering and presents the information needed for conducting the analysis. The model is tested in practice at a kraft recovery boiler of a chemical pulping mill. Targets chosen represent some of the largest electric motor applications in the boiler itself and in its fuel handling. The energy saving potential of the chosen targets is calculated by simulating the energy consumption of the alternatives for controlling the targets, and thereafter combining the information with the volume flow duration curve. Results of the research are somewhat divaricated, as all the information needed is not available in the automation system. Some of the targets could be simulated and their energy saving potential calculated quite easily. At some of the targets chosen the monitoring was not sufficient enough for this and additional measurements would have been needed to base the calculations on. In traditional energy audits, energy efficiency of pump and fan applications is not necessarily examined. This means that there are good possibilities for developing the now presented targeted energy audit procedure basis further.

Life cycle costs in heating, ventilation and air-conditioning systems with drive

Energy consumption and energy efficiency have become an issue. Energy consumption is rising all over the world and because of that, and the climate change, energy is becoming more and more expensive. Buildings are major consumers of energy, and inside the buildings the major consumers are heating, ventilation and air-conditioning systems. They usually run at constant speed without efficient control. In most cases HVAC equipment is also oversized. Traditionally heating, ventilation and air-conditioning systems have been sized to meet conditions that rarely occur. The theory part in this thesis represents the basics of life cycle costs and calculations for the whole life cycle of a system. It also represents HVAC systems, equipment, systems controls and ways to save energy in these systems. The empirical part of this thesis represents life cycle cost calculations for HVAC systems. With these calculations it is possible to compute costs for the whole life cycle for the wanted variables. Life cycle costs make it possible to compare which variable causes most of the costs from the whole life point of view. Life cycle costs were studied through two real life cases which were focused on two different kinds of HVAC systems. In both of these cases the renovations were already made, so that the comparison between the old and the new, now existing system would be easier. The study indicates that energy can be saved in HVAC systems by using variable speed drive as a control method.

Pienen mittakaavan CHP-laitokset osana hiilineutraalia maaseutuyhteiskuntaa

Maapallon ilmasto lämpenee koko ajan kasvihuonekaasujen määrän lisääntyessä ilmakehässä. Merkittävin ihmisten aiheuttama päästöjen lähde on fossiilisten polttoaineiden käyttö energiantuotannossa ja liikenteessä, jonka vuoksi on tärkeää lisätä uusiutuvien energialähteiden käyttöä. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää esimerkkialueena olevan maaseutuyhteiskunnan mahdollisuutta olla energiaomavarainen ja materiaalikierroiltaan suljettu, jos alueen tarvitsema sähkö ja lämpö tuotettaisiin paikallisilla biomassavaroilla kahdella rinnakkaisella pienen mittakaavan CHP-laitoksella. Tarkastellut laitokset olivat anaerobisen mädätyksen ja polttokennojen yhdistelmä sekä termisen käsittelyn ja ORC-prosessin yhdistelmä. Työssä tehdyt laskelmat osoittivat, että esimerkkialue saisi tuotettua omilla biomassavaroillaan tarvitsemastaan sähköstä 75 % ja lämmöstä 90 % esimerkkilaitosten avulla. Laskelmissa ei kuitenkaan huomioitu kesä- ja talvikuukausien välistä eroa lämmön kulutuksessa, jonka vuoksi molemmat laitokset eivät voisi toimia koko ajan täydellä teholla. Lisäksi tuotetun lämmön hyötykäyttöä rajoittaa riittävän laajan kaukolämpöverkon puuttuminen esimerkkialueelta. Nykyisen kaukolämpöverkon avulla saataisiin hyödynnettyä vain kolmasosa ORC-prosessilla tuotetusta lämpöenergiasta. Laskelmat osoittivat myös, että alueen kasvihuonekaasupäästöt pienenisivät 21 % eli noin 6 000 hiilidioksidiekvivalenttitonnia vuodessa, jos suurin osa energiasta tuotettaisiin omista biomassavaroista CHP-laitosten avulla ja mädätyksen seurauksena syntyvä reaktorijäännös korvaisi kemiallisten lannoitteiden käytön.

House heating in Finland and Russia

Achievement of house heating efficiency is one of key questions in building construction field. Finland and nothern part of Russia have similar climate conditions that gives a reason for comparation of their house heating approaches. In this work main questions concerned to house heating energy efficiency are studied, building norms and standards of Russia and Finland are studied and compared from heat storage efficiency point of view, review of statistics is done, some different factors influencing house heating energy efficiency are derived.

Thermal-Hydraulic Studies on the Safety Of VVER-440 Type Nuclear Power Plants

This thesis includes several thermal hydraulic analyses related to the Loviisa WER 440 nuclear power plant units. The work consists of experimental studies, analysis of the experiments, analysis of some plant transits and development of a calculational model for calculation of boric acid concentrations in the reactor. In the first part of the thesis, in the case of won of boric acid solution behaviour during long term cooling period of LOCAs, experiments were performed in scaled down test facilities. The experimental data together with the results of RELAPS/MOD3 simulations were used to develop a model for calculations of boric acid concentrations in the reactor during LOCAs. The results of calculations showed that margins to critical concentrations that would lead to boric acid crystallization were large, both in the reactor core and in the lower plenum. This was mainly caused by the fact that water in the primary cooling circuit includes borax (Na)BsO,.IOHZO), which enters the reactor when ECC water is taken from the sump and greatly increases boric acid solubility in water. In the second part, in the case of simulation of horizontal steam generators, experiments were performed with PACTEL integral test loop to simulate loss of feedwater transients. The PACTEL experiments, as well as earlier REWET III natural circulation tests, were analyzed with RELAPS/MOD3 Version Sm5 code. The analysis showed that the code was capable of simulating the main events during the experiments. However, in the case of loss of secondary side feedwater the code was not completely capable to simulate steam superheating in the secondary side of the steam generators. The third part of the work consists of simulations of Loviisa VVER reactor pump trip transients with RELAPSlMODI Eur, RELAPS/MOD3 and CATHARE codes. All three codes were capable to simulate the two selected pump trip transients and no significant differences were found between the results of different codes. Comparison of the calculated results with the data measured in the Loviisa plant also showed good agreement.

Keskitetyn lämmöntuotannon kehittämismahdollisuudet Lahden seudulla ilmastonmuutoksen näkökulmasta

Tämä diplomityö on tehty Aalto yliopiston Teknillisen korkeakoulun Lahden keskuksen IMMU-hankkeeseen. Teoriaosassa tarkastellaan kaukolämmityksen nykytilannetta ja sen tulevai-suuteen vaikuttavia tekijöitä. Työssä on tarkasteltu Lahti Energia Oy:n Kymijärven voimalaitosalueen kehittämismahdollisuuksia vuosina 2012 ja 2016. Vertailukohtana käytetään nykytilannetta vuoden 2009 tiedoilla. Työssä on selvitetty voimalaitosalueen elinkaaren aikaisia kasvihuonekaasupäästöjä ja niiden muutoksia mahdollisten uusien voimalaitosinvestointien myötä. Vuonna 2012 alueelle rakennetaan kiinteää polttoainetta käyttävä kaasutusvoimalaitos jolloin nykyisen laitoksen käyttö ja samalla kivihiilen käyttö vähenee huomattavasti. Tässä työssä vuoden 2016 skenaariossa alueelle ajatellaan rakennettavan kolmas voimalaitos, maakaasukäyttöinen kaasukombiturbiini. Tarkasteluissa energiantuotantomäärien oletetaan pysyvän nykytilanteen suuruisina. Työssä tarkasteltujen skenaarioiden perusteella alueen yhdistetyn kaukolämmön- ja sähköntuotannon (CHP) päästöjä voitaisiin vähentää vuonna 2012 noin 20 % ja vuonna 2016 noin 30 % nykytilanteesta. Esitettyjen investointien riskinä on sopivan polttoaineen saatavuus ja riittävyys. Lisäksi työssä tarkasteltiin kaasutusvoimalaitoksen ja kaasukombiturbiinin takaisinmaksuaikoja. Kierrätyspolttoaineen hinnan kallistuminen hinnasta 5 €/MWh hintaan 15 €/MWh vaikutti kaasutusvoimalaitoksen takaisinmaksuaikaan yhdeksällä vuodella. Kaasukombiturbiinin takaisinmaksuaika piteni tämän hetkiseen maakaasun hintaan 27 €/MWh verrattuna päästöoikeuden lisäkustannus 6 €/MWh huomioiden kahdeksan vuotta. Takaisinmaksuaikaan vaikuttaa muun muassa polttoaineen hinta ja laitoksen huipunkäyttöaika.

Regional potential for collaborative implementation of small CHP plants in bioenergy technology

This thesis is a preliminary study targeting South-Eastern Finland. The objective was to find out the financial and functional readiness and willingness of the small and medium-sized enterprises of the region to manufacture and sell distributed bioenergy solutions collaboratively as a business network. In this case these solutions mean small-scale (0.5 - 3 MW) woodchips-operated combined heat and power (CHP) plants. South-Eastern Finland has suffered from a decline in the recent years, mostly due to the problems of the traditionally strong industrial know-how area of the region, the paper industry. Local small and medium-sized companies will have to find new ways to survive the toughening competition. A group of 40 companies from suitable industries were selected and financial and comparative analysis was performed on them. Additionally 19 managing directors of the companies were selected for an interview to find out their views on networking, its requirements, advantages and the general interest in it. The studied companies were found to be generally in fairly good financial condition and in that sense, fit for networking activities. The interviews revealed that the companies were capable of producing all the needed elements for the plants in question, and the managers appeared to be very interested in and have a positive attitude towards such business networks. Thus it can be said that the small and medium-sized companies of the region are capable of and interested in manufacturing small bio-CHP plants as a production network.

Heating control of an electrical motor

Electrical motors on a ship attackable to different factors which decrease these lifetimes. One of the main external factors on a ship which usually is a reason of the motor failure is a moisture condensation which decreases the motor winding insulation and increase a probability of the short circuit. Therefore, the protection against moisture is necessary for ship electrical motors. The motor should be protected against moisture all time when it does not operate. The necessity of such protection requires a lot of energy consumption. This master’s thesis is focused on the creation of the electrical motor thermal model and on the different methods of the motor protection against moisture analysis with energy consumption point of view.