Lämmöntalteenottokattilan kehittäminen kaasumoottoreille ja teollisuuskaasuturbiineille

Tässä diplomityössä on kehitetty kustannustehokas lämmöntalteenottokattila savukaasun virtaukselle alle 150 kg/s. Kehitettävä kattila on luonnonkiertoinen ja pystyrakenteinen. Valitun kattilatyypin etuja muihin kattilatyyppeihin nähden on tarkasteltu. Erityistä huomiota kattilassa on kiinnitetty vedenkäsittelyn yksinkertaistamiseen. Tämä on saavutettu tulistinratkaisulla, jonka säätötarve on vähäinen. Tuorehöyryn lämpötilan säätöön käytettyjä säätömenetelmiä on tarkasteltu ja eri tulistinratkaisuja käyttämällä saavutettavia tuorehöyrymääriä ja säätötarvetta on tutkittu simulointiohjelmaa hyväksi käyttäen. Tulistinratkaisun lisäksi työssä on tarkasteltu syöttöveden käyttöä ulkoiseen lämmitykseen sekä lämmönsiirrinpakettien tuentaa. Lisäpolton toteutusta sekä syöttövesiventtiilin sijoittamista ja syöttövesipumpun valintaa on myös tarkasteltu. Osana työtä on lisäksi tehty kehitettyä kattilaa varten mitoitusohjelma ja mitoitettu sitä käyttäen esimerkkilaitos.

The reproductive cycle of the sea urchin Arbacia lixula in northwest mediterranean: potential influence of temperature and photoperiod

We studied the reproductive cycle of the sea urchin Arbacia lixula in a subtidal population from northeast Spain over four years using a gonadosomatic index (GSI) and gonad histology. Our results show that the GSI of A. lixula follows a seasonal cycle which peaks in May-July and attains its lowest values in October-November every year. The time course of the GSI matched closely the photoperiod cycle. We also found a remarkable inter-annual variability in the maximum value of GSI, which correlated with mean water temperature during the gonad growth period (winter and spring). Gonad histology was also in agreement with a single gametogenic cycle per year in this species. We explored the application of circular statistics to present and analyse gonadal development data, which allowed us to adequately handle the high intra-individual variability detected, with several developmental stages commonly found within the same gonad. The picture that emerged is one of a gametogenic timing driven by photoperiod, while the amount of reproductive output is determined by temperature. This is coherent with the tropical origin of the species and lends support to recent warnings about an increase in the abundance of this species in the Mediterranean as a result of global warming, with associated increased impact potential in sublittoral communities.

Lisäpoltolla varustetun maakaasukombivoimalaitoksen optimointi.

Voimalaitoksen sisäisellä optimoinnilla pyritään parantamaan prosessia ja lisäämään voimalaitoskonseptin kilpailukykyä energiamarkkinoilla. Tässä työssä optimoitiin lisäpoltolla varustettua, sähköteholtaan noin 125 MW:n maakaasukompivoimalaitosta. Työ on osa Fortum Engineering Oy:n konseptikehitysohjelmaa. Kaasuturbiinin savukaasun sisältämää happea voidaan hyödyntää lämmöntal-teenottokattilan savukaasukanavaan sijoitetussa lisäpoltossa. Lisäpoltolla saadaan nostettua savukaasun lämpötilaa ja lisättyä tuotetun tuorehöyryn määrää. Työssä tutkittiin lisäpolton kannattavuutta ja sen vaikutusta voimalaitoksen mitoitukseen. Lisäpolton lämpötila valitaan teknisten rajoitusten perusteella, jolloin siitä aiheutuvat investointikustannukset eivät nouse merkittäviksi. Optimointimenetelmä pohjautuu Fortum Oyj:ssä kehitetyllä voimalaitossimulaattori Solvolla laskettujen lämpötaseiden ja asiantuntija-arvioihin perustuvien investointikustannuskaavojen käyttöön. Taloudelliset lähtöarvot on valittu Itä-Euroopan markkinatilanteen mukaisiksi. Kannattavuuslaskelmat perustuvat nykyarvomenetelmään, jossa investointikustannuksille ja sähkön ja kaukolämmön myynnistä saaduille tuotoille lasketaan nykyarvo. Teknisten rajoitusten puitteissa suurimman nykyarvon antava tapaus on aina kunkin tutkittavan prosessisuureen optimitapaus. Tutkittavia prosessisuureita voivat olla esimerkiksi tuorehöyryn tila-arvot. Eräs työn tavoitteista oli selvittää lämmöntalteenottokattilan painetasojen optimaalinen lukumäärä. Lisäpoltto todettiin lämmitysvoimalaitoksella kannattavaksi ratkaisuksi kun nyt optimoitua laitosta verrattiin ilman lisäpolttoa mitoitettuun vastaavanlaiseen laitokseen. Kannattavuuslaskelmille tehtiin herkkyystarkastelut, joiden avulla tutkittiin mitoitetun konseptin herkkyyttä taloudellisten lähtöarvojen muutoksille. Herkkyysanalyysin avulla optimoitua voimalaitoskonseptia voidaan hyödyntää suuremmalla taloudellisten lähtöarvojen vaihteluvälillä.

Rinnakkaispolttolaitoksen ympäristöntarkkailusuunnitelma

Diplomityössä päivitetään voimalaitoksen ympäristöntarkkailusuunnitelma vastaamaan uudistuneen ympäristöluvan ja lainsäädännön edellytyksiä. Työssä tutkitaan leijupetikatti-loiden tulipesän lämpötiloja, savukaasun viipymäaikoja tulipesässä, leijukerroskattiloiden päästöjä, päästöjen jatkuvatoimista mittaamista sekä päästöjen seurantaa ja raportointia. Tulipesän lämpötiloja mitattiin kupla- ja kiertoleijukattiloilla. Tuloksien perusteella havait-tiin kiertoleijukattilan tulipesän alaosan lämpötilojen olevan lähes riippumaton pedin lämpötilasta ja höyrykuormasta. Tulipesän yläosassa lämpötilat nousevat höyrykuorman kasvaessa, mutta pedin lämpötilalla ei havaittu vaikutusta tulipesän yläosassakaan. Molemmilla kattiloilla havaittiin voimakas vaakatasoinen lämpötilaprofiili. Kuplaleijukattilalla sekä höyrykuorma että pedin lämpötila vaikuttivat tulipesän lämpötilaan. Savukaasun teoreettiset viipymäajat laskettiin kiertoleijukattilalle. Laskelmien ja mittauksien perusteella havaittiin kattilalla mahdollisuus saavuttaa savukaasun kahden sekunnin viipymäaika 850 ºC lämpötilassa. Kattilan käyttäytymisen aukottomaksi selvittämiseksi kaikilla polttoaineseoksilla ja höyrykuormilla tarvitaan lisää toimenpiteitä kattilalla ja lisää tulipesän lämpötilamittauksia. Leijukerroskattiloiden päästöjen syntymistä ja hallintaa tutkittiin teoreettisesti kirjallisuustutkimuksena. Tutkittuihin päästöihin kuuluivat typen oksidit, rikkidioksidi, hiukkaset, hiilimonoksidi, orgaaninen kokonaishiili, suolahappo, fluorivety, raskasmetallit sekä dioksiinit ja furaanit. Jatkuvatoimisten päästömittausmittauslaitteiden toimintaperiaatteita selvitettiin kirjalli-suustutkimuksena. Samoin selvitettiin jatkuvatoimisten päästömittauslaitteiden virhelähtei-tä. Päästömittauslaitteille laadittiin pitkän ja lyhyen ajan laadunvarmistussuunnitelma. Ha-vaittiin, että nykyiset jatkuvatoimiset päästömittauslaitteet eivät täytä kaikkia uusia laatu-kriteereitä. Päästöjen jatkuvatoimiseen seuraamiseen työssä suunniteltiin uusi valvomonäyttö. Uuden näytön avulla tehostetaan päästöjen valvontaa. Päästöjen raportointiin työssä suunniteltiin vuorokausiraportti. Raporttiin kerätään jatkuva-toimisten päästömittauslaitteiden puolen tunnin keskiarvot. Raportin tarkastaa, allekirjoittaa ja arkistoi vuorossa oleva operaattori.

Puunpolton mahdollisuudet Suomenojan voimalaitoksella

Puuenergian käyttö on viime vuosina lisääntynyt kaukolämmön tuotannossa sekä yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa. Puun kilpailukykyä polttoaineena ovat lisänneet polttotekniikan ja korjuutekniikoiden kehittyminen. Puun energiakäyttöä on edistänyt myös valtiovalta tukien ja veroratkaisuiden avulla, koska fossiilisten polttoaineiden korvaaminen puupolttoaineilla tukee Suomen ilmastopoliittisia tavoitteita. Tämän työn tavoitteena oli selvittää puupolttoaineiden käytön mahdollisuudet Espoon Sähkön Suomenojan voimalaitoksella. Nykyiset Suomenojan pääpolttoaineet ovat kivihiili ja maakaasu. Suomenojalle toimitetut puupolttoaineet koostuisivat sahoilta saatavista sivutuotteista, metsätähdehakkeesta ja kierrätyspuusta. Puupolttoaineiden taloudellinen saatavuus vaihtelee alueittain huomattavasti. Espoo ei tässä suhteessa ole sijainniltaan edullinen. Saatujen polttoainetarjousten perusteella puunpolton kustannukset nousevat kivihiilen kustannuksia korkeammiksi kuljetusetäisyyksistä johtuen, kun puunpoltto on yli 300 GWh/a. Tämä vastaisi 10 prosenttia Espoon Sähkön vuoden 2000 kokonaispolttoainekäytöstä ja 8 prosenttia arvioidusta polttoaineiden käytöstä vuodelle 2010. Puuta voidaan polttaa leijukerrostekniikkaan perustuvissa kattiloissa, arinakattiloissa, pölypolttona tai kaasuttamalla ja johtamalla tuotekaasu poltettavaksi. Puun ravinneaineista kloori voi aiheuttaa kuumakorroosiota höyrykattiloiden tulistimissa. Tätä pyritään estämään seospoltolla rikkipitoisten polttoaineiden, kuten turpeen tai kivihiilen kanssa. Seospoltto muiden polttoaineiden kanssa parantaa myös puun palamistulosta. Puupolttoaineiden kosteus voi olla jopa 60 prosenttia. Tässä työssä tutkittiin puun energiakäytölle pääasiassa kuutta eri ratkaisua. Ne olivat: kaasuttimen rakentaminen ja tuotekaasun poltto nykyisessä hiilipölykattilassa, hiilipölykattilan muuttaminen leijukerrospolttoon, uuden vastapainevoimalaitoksen rakentaminen, Suomenojalla olevan hiilivesikattilan muuttaminen puupolttoaineille, kivihiilen ja puun yhteispoltto hiilipölykattilassa puu/hiilipölypolttimilla sekä leijukerroskattilan rakentaminen ja sen yhdistäminen olemassa olevaan höyryturbiiniin. Taloudellisesti kannattaviksi ratkaisuiksi osoittautui kaksi viimeksi mainittua. Jos voimalaitostonttia halutaan säästää myöhempää maakaasuvoimalaitoshanketta varten, nousee puun ja kivihiilen yhteispoltto puu/hiilipölypolttimilla oleellisesti paremmaksi vaih-toehdoksi. Tämän vaihtoehdon korollinen takaisinmaksuaika on 7-11 vuotta, riippuen puunpolton laajuudesta. Kannattavuudelle on hyvin tärkeää puulla tuotetun sähkön tuki. Yhteispolton ansiosta hiilipölykattilan rikkidioksidi- ja hiilidioksidipäästöt sekä mahdollisesti myös typenoksidipäästöt vähenisivät. Puunpoltto lisää savukaasuvirtaa, nostaa savukaasun loppulämpötilaa ja mahdollisesti laskee hyötysuhdetta. Laitoksen rekkaliikenne lisääntyy. Kaikki esitetyt ratkaisuvaihtoehdot vähentäisivät hiilidioksidipäästöjä. Puunpolttoratkaisuilla ei kuitenkaan pystytä vähentämään Espoon Sähkön energiantuotannon hiilidioksidipäästöjä alle vuoden 1990 tason, mutta hiilidioksidin ominaispäästöissä edellä mainitun tason alle päästäisiin.

In vivo effect of flucloxacillin in experimental endocarditis caused by mecC-positive staphylococcus aureus showing temperature-dependent susceptibility in vitro.

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) carrying the mecC gene (mecC-MRSA) exhibited at 37°C MICs of oxacillin close to those of methicillin-susceptible S. aureus (MSSA). We investigated whether at this temperature, mecC-MRSA strains respond to flucloxacillin treatment like MSSA strains, using a rat model of endocarditis. Flucloxacillin (human-like kinetics of 2 g intravenously every 6 h) cured 80 to 100% of aortic vegetations infected with five different mecC-MRSA strains. These results suggest that mecC-MRSA infections may successfully respond to treatment with β-lactams.

Potential of local bio-geoengineering to mitigate dangerous temperature increases in a global warming scenario

Crops and forests are already responding to rising atmospheric carbon dioxide and air temperatures. Increasing atmospheric CO2 concentrations are expected to enhance plant photosynthesis. Nevertheless, after long-term exposure, plants acclimate and show a reduction in photosynthetic activity (i.e. down-regulation). If in the future the Earth"s temperature is allowed to rise further, plant ecosystems and food security will both face significant threats. The scientific community has recognized that an increase in global temperatures should remain below 2°C in order to combat climate change. All this evidence suggests that, in parallel with reductions in CO2 emissions, a more direct approach to mitigate global warming should be considered. We propose here that global warming could be partially mitigated directly through local bio-geoengineering approaches. For example, this could be done through the management of solar radiation at surface level, i.e. by increasing global albedo. Such an effect has been documented in the south-eastern part of Spain, where a significant surface air temperature trend of -0.3°C per decade has been observed due to a dramatic expansion of greenhouse horticulture.

Estimating 750 years of temperature variations and uncertainties in the Pyrenees by tree-ring reconstructions and climate simulations.

Past temperature variations are usually inferred from proxy data or estimated using general circulation models. Comparisons between climate estimations derived from proxy records and from model simulations help to better understand mechanisms driving climate variations, and also offer the possibility to identify deficiencies in both approaches. This paper presents regional temperature reconstructions based on tree-ring maximum density series in the Pyrenees, and compares them with the output of global simulations for this region and with regional climate model simulations conducted for the target region. An ensemble of 24 reconstructions of May-to-September regional mean temperature was derived from 22 maximum density tree-ring site chronologies distributed over the larger Pyrenees area. Four different tree-ring series standardization procedures were applied, combining two detrending methods: 300-yr spline and the regional curve standardization (RCS). Additionally, different methodological variants for the regional chronology were generated by using three different aggregation methods. Calibration verification trials were performed in split periods and using two methods: regression and a simple variance matching. The resulting set of temperature reconstructions was compared with climate simulations performed with global (ECHO-G) and regional (MM5) climate models. The 24 variants of May-to-September temperature reconstructions reveal a generally coherent pattern of inter-annual to multi-centennial temperature variations in the Pyrenees region for the last 750 yr. However, some reconstructions display a marked positive trend for the entire length of the reconstruction, pointing out that the application of the RCS method to a suboptimal set of samples may lead to unreliable results. Climate model simulations agree with the tree-ring based reconstructions at multi-decadal time scales, suggesting solar variability and volcanism as the main factors controlling preindustrial mean temperature variations in the Pyrenees. Nevertheless, the comparison also highlights differences with the reconstructions, mainly in the amplitude of past temperature variations and in the 20th century trends. Neither proxy-based reconstructions nor model simulations are able to perfectly track the temperature variations of the instrumental record, suggesting that both approximations still need further improvements.

Patterns of primary growth increments in otoliths of Sparus aurata larvae in relation to water temperature and food consumption

Sparus aurata larvae reared under controlled water-temperature conditions during the first 24 days after hatching displayed a linear relationship between age (t) and standard length (SL): SL = 2.68 + 0.19 t (r2 = 0.91l). Increments were laid down in the sagittae with daily periodicity starting on day of hatching. Standard length (SL) and sagittae radius (OR) were correlated: SL(mm) = 2.65 + 0.012 OR(mm). The series of measurements of daily growth increment widths (DWI), food density and water temperature were analyzed by means of time series analysis. The DWI series were strongly autocorrelated, the growth on any one day was dependent upon growth on the previous day. Time series of water temperatures showed, as expected, a random pattern of variation, while food consumed daily was a function of food consumed the two previous days. The DWI series and the food density were correlated positively at lags 1 and 2. The results provided evidence of the importance of food intake upon the sagittae growth when temperature is optimal (20ºC). Sagittae growth was correlated with growth on the previous day, so this should be taken into account when fish growth is derived from sagittae growth rates.

European Stroke Organisation (ESO) guidelines for the management of temperature in patients with acute ischemic stroke.

BACKGROUND: Hyperthermia is a frequent complication in patients with acute ischemic stroke. On the other hand, therapeutically induced hypothermia has shown promising potential in animal models of focal cerebral ischemia. This Guideline Document presents the European Stroke Organisation guidelines for the management of temperature in patients with acute ischemic stroke. METHODS: A multidisciplinary group identified related questions and developed its recommendations based on evidence from randomized controlled trials elaborating the Grading of Recommendations Assessment, Development, and Evaluation approach. This Guideline Document was reviewed within the European Stroke Organisation and externally and was approved by the European Stroke Organisation Guidelines Committee and the European Stroke Organisation Executive Committee. RESULTS: We found low-quality evidence, and therefore, we cannot make any recommendation for treating hyperthermia as a means to improve functional outcome and/or survival in patients with acute ischemic stroke and hyperthermia; moderate evidence to suggest against routine prevention of hyperthermia with antipyretics as a means to improve functional outcome and/or survival in patients with acute ischemic stroke and normothermia; very low-quality evidence to suggest against routine induction of hypothermia as a means to improve functional outcome and/or survival in patients with acute ischemic stroke. CONCLUSIONS: The currently available data about the management of temperature in patients with acute ischemic stroke are limited, and the strengths of the recommendations are therefore weak. We call for new randomized controlled trials as well as recruitment of eligible patients to ongoing randomized controlled trials to allow for better-informed recommendations in the future.

Amorphous silicon thin film solar cells deposited entirely by Hot-Wire Chemical Vapour Deposition at low temperature (<150 ºC)

Amorphous silicon n-i-p solar cells have been fabricated entirely by Hot-Wire Chemical Vapour Deposition (HW-CVD) at low process temperature < 150 °C. A textured-Ag/ZnO back reflector deposited on Corning 1737F by rf magnetron sputtering was used as the substrate. Doped layers with very good conductivity and a very less defective intrinsic a-Si:H layer were used for the cell fabrication. A double n-layer (μc-Si:H/a-Si:H) and μc-Si:H p-layer were used for the cell. In this paper, we report the characterization of these layers and the integration of these layers in a solar cell fabricated at low temperature. An initial efficiency of 4.62% has been achieved for the n-i-p cell deposited at temperatures below 150 °C over glass/Ag/ZnO textured back reflector.

Electronic transport in low temperature nanocrystalline silicon thin-film transistors obtained by Hot-Wire CVD

Hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) obtained by hot-wire chemical vapour deposition (HWCVD) at low substrate temperature (150 °C) has been incorporated as the active layer in bottom-gate thin-film transistors (TFTs). These devices were electrically characterised by measuring in vacuum the output and transfer characteristics for different temperatures. The field-effect mobility showed a thermally activated behaviour which could be attributed to carrier trapping at the band tails, as in hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H), and potential barriers for the electronic transport. Trapped charge at the interfaces of the columns, which are typical in nc-Si:H, would account for these barriers. By using the Levinson technique, the quality of the material at the column boundaries could be studied. Finally, these results were interpreted according to the particular microstructure of nc-Si:H.

Top-gate microcrystalline silicon TFTs processed at low temperature (<200ºC)

N-type as well P-type top-gate microcrystalline silicon thin film transistors (TFTs) are fabricated on glass substrates at a maximum temperature of 200 °C. The active layer is an undoped μc-Si film, 200 nm thick, deposited by Hot-Wire Chemical Vapor. The drain and source regions are highly phosphorus (N-type TFTs) or boron (P-type TFTs)-doped μc-films deposited by HW-CVD. The gate insulator is a silicon dioxide film deposited by RF sputtering. Al-SiO 2-N type c-Si structures using this insulator present low flat-band voltage,-0.2 V, and low density of states at the interface D it=6.4×10 10 eV -1 cm -2. High field effect mobility, 25 cm 2/V s for electrons and 1.1 cm 2/V s for holes, is obtained. These values are very high, particularly the hole mobility that was never reached previously.

A spatial modelling framework for assessing climate change impacts on freshwater ecosystems: Response of brown trout (Salmo trutta L.) biomass to warming water temperature

Mountain regions worldwide are particularly sensitive to on-going climate change. Specifically in the Alps in Switzerland, the temperature has increased twice as fast than in the rest of the Northern hemisphere. Water temperature closely follows the annual air temperature cycle, severely impacting streams and freshwater ecosystems. In the last 20 years, brown trout (Salmo trutta L) catch has declined by approximately 40-50% in many rivers in Switzerland. Increasing water temperature has been suggested as one of the most likely cause of this decline. Temperature has a direct effect on trout population dynamics through developmental and disease control but can also indirectly impact dynamics via food-web interactions such as resource availability. We developed a spatially explicit modelling framework that allows spatial and temporal projections of trout biomass using the Aare river catchment as a model system, in order to assess the spatial and seasonal patterns of trout biomass variation. Given that biomass has a seasonal variation depending on trout life history stage, we developed seasonal biomass variation models for three periods of the year (Autumn-Winter, Spring and Summer). Because stream water temperature is a critical parameter for brown trout development, we first calibrated a model to predict water temperature as a function of air temperature to be able to further apply climate change scenarios. We then built a model of trout biomass variation by linking water temperature to trout biomass measurements collected by electro-fishing in 21 stations from 2009 to 2011. The different modelling components of our framework had overall a good predictive ability and we could show a seasonal effect of water temperature affecting trout biomass variation. Our statistical framework uses a minimum set of input variables that make it easily transferable to other study areas or fish species but could be improved by including effects of the biotic environment and the evolution of demographical parameters over time. However, our framework still remains informative to spatially highlight where potential changes of water temperature could affect trout biomass. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.-