Design of a Condition Monitoring System for a Glass Wool Production Line

Työn tarkoituksena oli suunnitella kunnonvalvontajärjestelmä kahdelle lasivillan tuotantolinjalle. Suunnitteluprosessin lisäksi työssä on esitelty erilaisia kunnonvalvontamenetelmiä. Työn alussa on kerrottu erilaisista kunnonvalvontamenetelmistä, joilla voidaan seurata erilaisten laitteiden ja koneiden toimintakuntoa.Erityisesti työssä on tarkasteltu teollisuudessa yleistyviä kunnonvalvonnan värähtelymittauksia. Työssä suunniteltu kunnonvalvontajärjestelmä perustuu viiteen eri menetelmään, jotka ovat värähtelymittaus, lämpötilanmittaus lämpökameralla, lämpötilanmittaus kannettavalla mittarilla, kuuntelu elektronisella stetoskoopilla ja pyörivien osien kunnontarkkailu stroboskoopilla. Kunnonvalvontajärjestelmän suunnittelu on tehty useassa eri vaiheessa. Ensin työssä on kartoitettu tuotannon kannalta tärkeimmät laitteet ja niiden mahdolliset vikaantumistavat. Seuraavaksi on valittu sopivat kunnonvalvontamenetelmät ja tehty mittaussuunnitelma, jossa on esitetty eri laitteille suoritettavat mittaukset ja mittausten aikavälit.Lopuksi työssä on esitelty muutama esimerkkitapaus kunnonvalvontamenetelmien käytöstä sekä kerrottu mahdollisista tulevaisuuden kehitysmahdollisuuksista.

Potential for synthetic gas in Finnish industry

Finland, other Nordic countries and European Union aim to decarbonize their energy production by 2050. Decarbonization requires large scale implementation of non-emission energy sources, i.e. renewable energy and nuclear power. Stochastic renewable energy sources present a challenge to balance the supply and demand for energy. Energy storages, non-emissions fuels in mobility and industrial processes are required whenever electrification is not possible. Neo-Carbon project studies the decarbonizing the energy production and the role of synthetic gas in it. This thesis studies the industrial processes in steel production, oil refining, cement manufacturing and glass manufacturing, where natural gas is already used or fuel switch to SNG is possible. The technical potential for fuel switching is assessed, and economic potential is necessary after this. All studied processes have potential for fuel switching, but total decarbonization of steel production, oil refining requires implementation of other zero-emission technologies.

Suurnopeuskompressorin tekninen markkinoilletuonti

Diplomityössä tarkastellaan suurnopeuskompressorin kehityspolkua suurnopeusteknologian lähtökohdista prototyypiksi ja edelleen teolliseksi tuotteeksi. Työssä tarkastelun kohteena on sähköteholtaan 20….250 kW oleva, suurnopeussähkökoneella ja öljyttömillä magneettilaakereilla varustettu keskipainekompressori. Tyypillisesti kompressorin painesuhde on 1,2 … 2,4. Ko. kompressorin käyttökohteina on tarkasteltu mm. pienen kunnallisen jätevedenpuhdistamon käsittelyaltaiden ilmastusta, suuren kaupungin vastaavan puhdistuslaitoksen ilmastuskäyttöä ja teollista käyttöä lasivillatehtaan ns. linkokompressorina. Suurnopeuskompressori soveltuu hyvin rinnankytkentään ns. ryhmäohjaimen avulla, jolloin rinnan voi olla kytkettynä jopa 16 kompressoria, joiden päällä oloa optimoidaan säätöteknisesti niin, että koko laitos on kuin yksi kompressori. Työssä tarkastellaan myös kompressorin em. sovellutuksista yli kahdeksan vuoden ajalta kaupallista kohteista saatuja käyttökokemuksia. Pääsäätöisesti voi sanoa, että jokaisessa uudessa sovellutuksessa ilmenee uusia reunaehtoja ja järjestelmäkohtaisia vaatimuksia, jotka täytyy huomioida kompressorin säädössä ja ominaisparametreissa.

Hajupäästöjen tutkiminen Saint-Gobain Rakennustuotteet Oy:n Hyvinkään lasivillatehtaalla

Hajupäästöillä tarkoitetaan tavallisesti teollisen toiminnan aiheuttamia hajuaineiden päästöjä ympäristöön. Suomessa ympäristölainsäädäntö ei varsinaisesti kiellä hajuaineiden päästöjä mutta edellyttää kuitenkin, ettei niistä aiheudu merkittävää viihtyvyyshaittaa. Tässä työssä tutkittiin hajupäästöjä Saint-Gobain Rakennustuotteet Oy:n Hyvinkään lasivillatehtaalla. Tavoitteena työssä oli selvittää, mikä on tehtaan aiheuttamien päästöjen hajuvaikutus, ja mitä hajuyhdisteitä valmistusprosessissa muodostuu. Lisäksi työssä selvitettiin miten hajupäästöjä pystyttäisiin vähentämään. Työn kokeellisten tutkimusten aikana kerättiin tietoa hajun esiintymisestä valitulta tarkasteluajanjaksolta sekä mitattiin mm. tehtaan savukaasujen hajupitoisuutta ja koostumusta. Mittauksissa kaasunäytteiden hajupitoisuudeksi saatiin 170 HY/m3, joka kuvaa suhteellisen mietoa hajua. Näytteistä analysoidut haihtuvat orgaaniset yhdisteet olivat suurelta osin peräisin lasivillan valmistuksessa käytetystä sideaineesta, jota lisätään tuotteen joukkoon kuidutusvaiheessa. Ympäristöstä otetuista näytteistä ei kuitenkaan havaittu piipun yhdisteitä, mikä viittaisi siihen, että mittausjaksonaikana tehtaan päästöjen leviäminen ympäristöön on tapahtunut melko pieninä pitoisuuksina. Lisäksi on mahdollista, että ulkoilmassa yhdisteissä tapahtuu kemiallista muutuntaa ja hajontaa, jonka seurauksena yhdisteet muuttuvat. Tehtaan hajuhaitat vaikuttaisivat tutkimustulosten mukaan johtuvan savupainumaksi kutsutusta ilmiöstä. Savupainumaan vaikuttavat kaasun lämpömäärä sekä ympäristön olosuhteet ja topografia. Hajuhaittojen poistamiseksi olisi muodostuvia hajuyhdisteitä pystyttävä vähentämään 95-100 %.

Lasivillatehtaan energiatehokkuus

Diplomityön tavoitteena oli tuottaa toimenpidesuunnitelma energiatehokkuuden parantamiseksi sekä tilannekatsaus tehtaan energiankäytöstä Saint-Gobain Raken-nustuotteet Oy:n Hyvinkään lasivillatehtaalla. Diplomityön ensisijaiseksi tutki-mustavoitteeksi asetettiin energiankäytön tehostamisen tutkiminen sekä energian-käytön analysointi ja jatkotoimenpidesuunnitelman laatiminen. Diplomityössä osoitettiin että lämmöntalteenotolla poistoilmasta voidaan saavut-taa 2000 MWh lämpöenergiansäästö. Yhteensä hyödynnettävää lämpöenergiaa selvitettiin syntyvän vuodessa 10 600 MWh. WCM- konseptilla, eli tuotannonte-hostamisohjelmalla pyritään energiankäytön systemaattiseen pienentämiseen. Täs-sä diplomityössä on esitetty energiankäytön tehostamisratkaisuja sekä energiate-hokkuuden liittämistä WCM- konseptiin. Diplomityön tuloksia voidaan hyödyntää järjestelmällisen energiatehokkuuden parantamisohjelman kehittämisessä sekä konkreettisten energiansäästötoimenpiteiden toteuttamisessa.

Deinking sludge utilization possibilities: technical, economic, and environmental assessments

This report introduces the ENPI project called “EMIR - Exploitation of Municipal and Industrial Residues” which was executed in a co-operation between Lappeenranta University of Technology (LUT), Saint Petersburg State University of Economics (SPbSUE), Saint Petersburg State Technical University of Plant Polymers (SPbSTUPP) and industrial partners from both Leningrad Region (LR), Russia and Finland. The main targets of the research were to identify the possibilities for deinking sludge management scenarios in co-operation with partner companies, to compare the sustainability of the alternatives, and to provide recommendations for the companies in the Leningrad Region on how to best manage deinking sludge. During the literature review, 24 deinking sludge utilization possibilities were identified, the majority falling under material recovery. Furthermore, 11 potential utilizers of deinking sludge were found within the search area determined by the transportation cost. Each potential utilizer was directly contacted in order to establish cooperation for deinking sludge utilization. Finally, four companies, namely, “Finnsementti” – a cement plant in Finland (S1), “St.Gobian Weber” – a light-weight aggregate plant in Finland (S2), “LSR-Cement” – a cement plant in LR (S3), and “Rockwool��� – a stone wool plant in LR (S4) were seen as the most promising partners and were included in the economic and environmental assessments. Economic assessment using cost-benefit analysis (CBA) indicated that substitution of heavy fuel oil with dry deinking sludge in S2 was the most feasible option with a benefit/cost ratio (BCR) of 3.6 when all the sludge was utilized. At the same time, the use of 15% of the total sludge amount (the amount that could potentially be treated in the scenario) resulted in a BCR of only 0.16. The use of dry deinking sludge in the production of cement (S3) is a slightly more feasible option with a BCR of 1.1. The use of sludge in stone wool production is feasible only when all the deinking sludge is used and burned in an existing incineration plant. The least economically feasible utilization possibility is the use of sludge in cement production in Finland (S1) due to the high gate fee charged. Environmental assessment was performed applying internationally recognized life cycle assessment (LCA) methodologies: ISO 14040 and ISO 14044. The results of a consequential LCA stated that only S1 and S2 lead to a reduction of all environmental impacts within the impact categories chosen compared to the baseline scenario where deinking sludge is landfilled. Considering S1, the largest reduction of 13% was achieved for the global warming potential (GWP), whereas for S2, the largest decrease of abiotic depletion potential (ADP) was by 1.7%, the eutrophication potential (EP) by 1.8%, and a GWP of 2.1% was documented. In S3, the most notable increase of ADP and acidification potential (AP) by 2.6 and 1.5% was indicated, while the GWP was reduced by 12%, the largest out of all the impact categories. In S4, ADP and AP increased by 2.3 and 2.1% respectively, whereas ODP was reduced by 25%. During LCA, it was noticed that substitution of fuels causes a greater reduction of environmental impact (S1 and S2) than substitution of raw materials (S3 and S4). Despite a number of economically and environmentally acceptable deinking sludge utilization methods being assessed in the research, evaluation of bottlenecks and communications with companies’ representatives uncovered the fact that the availability of the raw materials consumed, and the risks associated with technological problems resulting from the sludge utilization, limited the willingness of industrial partners to start deinking sludge utilization. The research results are of high value for decision-makers at already existing paper mills since the result provide insights regarding alternatives to the deinking sludge utilization possibilities already applied. Thus, the research results support the maximum economic and environmental value recovery from waste paper utilization.

Utilization of recycled mineral wool as filler in wood plastic composites

The impact of a recycled mineral wool filler on the various properties of wood plastic composites was studied and the critical factors affecting the formation of the properties were determined. An estimation of the volume of mineral wool fiber waste generated in the European Union between the years 2010-2020 was presented. Furthermore, the effect of fiber pre-treatment on the properties of the wood plastic composites were studied, and the environmental performance of a wood plastic composite containing recycled mineral fibers was assessed. The results showed that the volumes of construction and demolition waste and new mineral wool produced in the European Union are growing annually, and therefore also the volumes of recycled mineral wool waste generated are increasing. The study showed that the addition of recycled mineral wool into composites can enhance some of the mechanical properties and increase the moisture resistance properties of the composites notably. Recycled mineral wool as a filler in wood plastic composites can also improve the fire resistance properties of composites, but it does not protect the polymer matrix from pyrolysis. Fiber pre-treatment with silane solution improved some of the mechanical properties, but generally the use of maleated polypropylene as the coupling agent led to better mechanical and moisture resistance properties. The environmental performance of recycled mineral wool as the filler in wood plastic composites was superior compared to glass fibers. According to the findings, recycled mineral wool fibers can provide a technically and environmentally viable alternative to the traditional inorganic filler materials used in wood plastic composites.

DFMA- Analysis and Aspects of Applying Internet Based Collaborative Design for Axial Eccentric Oil-Pump Design

The integrated system of design for manufacturing and assembly (DFMA) and internet based collaborative design are presented to support product design, manufacturing process, and assembly planning for axial eccentric oil-pump design. The presented system manages and schedules group oriented collaborative activities. The design guidelines of internet based collaborative design & DFMA are expressed. The components and the manufacturing stages of axial eccentric oil-pump are expressed in detail. The file formats of the presented system include the data types of collaborative design of the product, assembly design, assembly planning and assembly system design. Product design and assembly planning can be operated synchronously and intelligently and they are integrated under the condition of internet based collaborative design and DFMA. The technologies of collaborative modelling, collaborative manufacturing, and internet based collaborative assembly for the specific pump construction are developed. A seven-security level is presented to ensure the security of the internet based collaborative design system.

Market Opportunity Analysis of the Finnish Mineral Wool Market

Tutkimuksen tarkoituksena on tutkia markkinamahdollisuuksia Suomeneristevillamarkkinoilla. Tutkimuksessa on sekä teoreettinen, että käytännön osuus. Teoreettisessa osiossa luodaan pohja empiiriselle tutkimukselle tutkimalla markkinamahdollisuusanalyysin eri komponenttien sisältöä. Empiirisessä osiossa haastatellaan markkinoiden suurimpia asiakkaita, jotka vastaavat valtaosasta markkinoiden ostovolyymista. Näiden haastattelujen pohjalta pyritään löytämään ne mahdollisuudet mitä eristevillamarkkinoilla on. Tutkimus osoittaa, että markkinamahdollisuusanalyysin eri komponentit ovat tiiviissä keskinäisessä suhteessa. Kattavalla tutkimuksella kyetään osoittamaan eri mahdollisuuksia markkinoilla. Empiirisessä osiossa kyetään osoittamaan, että Suomen eristevillamarkkinoilla on mahdollisuuksia uudelle toimittajalle. Tutkimuksessa esitetään myös joitakin toimenpide-ehdotuksia näiden havaittujen mahdollisuuksien hyödyntämiseksi.

Prosessien toimintolaskentalähtöinen tarkastelu Case: Neste Oil Oyj:n Suomen vähittäismyynnin toiminnot

Tutkimuksen tavoitteena on analysoida Neste Oilin Suomen vähittäismyynnin prosessit työajankäytön perusteella. Tähän perustuen pyritään löytämääntehostamista vaativia toimintoja ja prosesseja. Tutkimuksen taustalla on toimialalla toteutettu projekti, jossa toimintolaskentaa hyödyntämällä kerättiin lomakkeella työajankäytön tietokanta pullonkaulojen ja resurssien tuhlauksen paikallistamiseksi. Toimintojohtaminen ja pullonkaulateoria toimivat taustalla vaihtoehtoisina työkaluina prosessien ja toimintojen tehostamiseksi. Tämän tutkimuksen mukaan toimialalta löytyi yhdeksän erilaista pääprosessia, jotka jakaantuivat 23 erilaiseksi toimintokokonaisuudeksi, joille henkilötyövuodet kohdistettiin. Näistä asiakkuuksien hallinta sekä yhtenäinen asiakkuuskäsitys yrityksessä ovat niitä keinoja, joita tehostamalla pystytään vastaamaan kilpailuuntoimialalla, joka on yksi maailman kilpailluimmista. Lisäksi kaikkien prosessien riippuvuus tietohallinnosta pakottaa panostamaan sen tehokkuuteen sekä toimivuuteen yhä enemmän resurssien tuhlaamisen välttämiseksi kaikkialla yrityksessä.

Improvement of pyrolysis oil quality by scrubbing

Diplomityössä tutkittiin kuuman pyrolyysihöyryn puhdistamista haisevista ja kevyistä haihtuvista yhdisteistä. Työn kirjallisuusosassa selvitettiin pyrolyysiöljyn kannattavuutta uusiutuvana energialähteenä. Lisäksi eri pesurityyppejä tarkasteltiin ja ja vertailtiin. Työn kokeellisessa osassa käytettiin kahta erilaista koelaitteistoa. Tuotteen talteenotossa vertailtiin reaktorilämpötilan ja raaka-aineen kosteuden vaikutusta pyrolyysisaantoihin. Komponenttien talteenotossa tutkittiin epästabiilien ja pistävän hajuisten yhdisteiden poistamista kuumasta pyrolyysihöyrystä. Raaka-aineena käytettiin kuusen metsätäh-dehaketta, joka sisältää runsaasti neulasia ja kaarnaa. Kokeet toteutettiin lämpötila-alueella 460 - 520 °C. Koelaitteistot koostuivat kaasun (N2) syöttöjärjestelmään kytketystä kuumasta ja kyl-mästä puolesta. Tuotteen talteenotossa kuuma pyrolyysihöyry jäähdytettiin ja otettiin talteen. Komponenttien talteenotossa tuote kerättiin suodattimelle ja metyleeniklo-ridiloukkuun. Tuotteiden koostumukset analysoitiin kaasukromatokrafilla. Korkeimmat orgaaniset saannot saatiin 480 °C reaktorilämpötilalla ja 8-9 p-% raaka-ainekosteudella. Pyrolyysiveden määrä putosi raaka-aineen kosteutta nostettaessa. Eri reaktorilämpötiloilla ja raaka-ainekosteuksilla ei ollut vaikutusta hiiltosaantoihin. Kaasusaannot (pääosin CO2, CO ja hiilivedyt) olivat noin 10 p-%. Komponenttien talteenotossa suodatin tukkeutui matalissa (< 250 °C) lämpötiloissa. Suodattimelle jäänyt materiaali oli pääosin neulasista ja kaarnasta peräisin olevia uuteaineita (pääosin hartsi- rasvahappoja) ja sokereita. Korkeimmissa lämpötiloissa (> 250 °C) uuteaineet läpäisivät suodattimen paremmin. 250 ja 300 °C:n lämpötiloissa suuri määrä lyhytketjuisia helposti haihtuvia epästabiileja ja haisevia yhdisteitä (ketoneja, furaani- ja furfuraalijohdannaisia jne.) jäi metyleenikloridi- ja metanoliloukkuihin.

Eristystekniikan kehittämisen vaikutukset

Diplomityön tavoitteena oli selvittää eristysmenetelmien ja –materiaalien vaikutukset eristyksestä aiheutuviin käyttökustannuksiin. Tavoitteena oli selvittää nykyisistä eristeistä aiheutuvat lämpöhäviöt ja muut kustannukset, vertailla eri eristysmateriaaleja keskenään, löytää paras mahdollinen eristysmateriaali ja –menetelmä öljynjalostamolle ja verrata uudesta eristyksestä syntyneitä kustannuksia vanhan eristyksen aiheuttamiin kustannuksiin. Työssä selvitettiin, kuinka eristykset on tehty öljynjalostamolla, paneuduttiin huonon eristämisen aiheuttamiin ongelmiin ja pyrittiin ratkaisemaan ne. SFS –standardiin perustuvilla menetelmillä laskettiin eristysten lämpöhäviöt ja lisäksi laskettiin niistä aiheutuvat kustannukset. Materiaaleja verrattiin toisiinsa erilaisilla investointilaskentamenetelmillä. Työssä havaittiin, että nykyisten eristysten aiheuttamat lämpöhäviöt ovat niin suuret, että vanhojen eristysten uusiminen on kannattavaa. Saatavilla olevien tietojen perusteella vuorivillakouru on paras eristysmateriaali vanhaa eristystä korjattaessa. Uutta linjaa tehdessä polyuretaanilla esieristetty putki on taloudellisesti kannattavin ratkaisu.

Photoluminescence of GaAs/AlGaAs quantum wells

In this thesis is studied the influence of uniaxial deformation of GaAs/AlGaAs quantum well structures to photoluminescence. Uniaxial deformation was applied along [110] and polarization ratio of photoluminescence at T = 77 K and 300 K was measured. Also the physical origin of photoluminescence lines in spectrum was determined and the energy band splitting value between states of heavy and light holes was estimated. It was found that the dependencies of polarization ratio on uniaxial deformation for bulk GaAs and GaAs/AlGaAs are different. Two observed lines in photoluminescence spectrum are induced by free electron recombination to energy sublevels of valence band corresponding to heavy and light holes. Those sublevels are splited due to the combination of size quantization and external pressure. The quantum splitting energy value was estimated. Also was shown a method, which allows to determine the energy splitting value of sublevels at room temperature and at comparatively low uniaxial deformation, when the other method for determining of the splitting becomes impossible.

Fiber-reinforced Composite as Oral Implant Material. Experimental studies of glass fiber and bioactive glass in vitro and in vivo

Fiber-reinforced composite as oral implant material: Experimental studies of glass fiber and bioactive glass in vitro and in vivo Department of Prosthetic Dentistry and Biomaterials Science, Institute of Dentistry, University of Turku, Turku, Finland 2008. Biocompatibility and mechanical properties are important variables that need to be determined when new materials are considered for medical implants. Special emphasis was placed on these characteristics in the present work, which aimed to investigate the potential of fiber-reinforced composite (FRC) material as an oral implant. Furthermore, the purpose of this study was to explore the effect of bioactive glass (BAG) on osseointegration of FRC implants. The biocompatibility and mechanical properties of FRC implants were studied both in vitro and in vivo. The mechanical properties of the bulk FRC implant were tested with a cantilever bending test, torsional test and push-out test. The biocompatibility was first evaluated with osteoblast cells cultured on FRC substrates. Bone bonding was determined with the mechanical push-out test and histological as well as histomorplanimetric evaluation. Implant surface was characterized with SEM and EDS analysis. The results of these studies showed that FRC implants can withstand the static load values comparably to titanium. Threaded FRC implants had significantly higher push-out strength than the threaded titanium implants. Cell culture study revealed no cytotoxic effect of FRC materials on the osteoblast-like-cells. Addition of BAG particles enhanced cell proliferation and mineralization of the FRC substrates The in vivo study showed that FRC implants can withstand static loading until failure without fracture. The results also suggest that the FRC implant is biocompatible in bone. The biological behavior of FRC was comparable to that of titanium after 4 and 12 weeks of implantation. Furthermore, addition of BAG to FRC implant increases peri-implant osteogenesis and bone maturation.

Management of Nitrogen Oxides Reduction Project in a Cement Plant

The main aim of this study was to develop the project management framework model which would serve as the new model to follow for upcoming projects at the Lappeenranta cement plant. The other goal was to execute the SNCR (selective non catalytic reduction) project successfully so that the nitrogen oxides emissions are below the stated emission limit when the new emission limit comes into effect beginning in July, 2008. Nitrogen oxides, project management aspects, SNCR and the invested system are explained in the theory part. In the practical part of the study, the SNCR project in the Lappeenranta cement plant was executed and the findings were documented. In order to reach the aim of this study, a framework of project management was made. The framework is based on the executed SNCR project, previous projects in the cement plant and on the available literature relating to the subject matter. The developed project turned out to be successful.