Optimisation of environmental gas cleaning routes for solid wastes cogeneration systems. Part II - Analysis of waste incineration combined gas/steam cycle

In the first paper of this paper (Part I), conditions were presented for the gas cleaning technological route for environomic optimisation of a cogeneration system based in a thermal cycle with municipal solid waste incineration. In this second part, an environomic analysis is presented of a cogeneration system comprising a combined cycle composed of a gas cycle burning natural gas with a heat recovery steam generator with no supplementary burning and a steam cycle burning municipal solid wastes (MSW) to which will be added a pure back pressure steam turbine (another one) of pure condensation. This analysis aims to select, concerning some scenarios, the best atmospheric pollutant emission control routes (rc) according to the investment cost minimisation, operation and social damage criteria. In this study, a comparison is also performed with the results obtained in the Case Study presented in Part I. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Availability analysis of heat recovery steam generators used in thermal power plants

The combined-cycle gas and steam turbine power plant presents three main pieces of equipment: gas turbines, steam turbines and heat recovery steam generator (HRSG). In case of HRSG failure the steam cycle is shut down, reducing the power plant output. Considering that the technology for design, construction and operation of high capacity HRSGs is quite recent its availability should be carefully evaluated in order to foresee the performance of the power plant. This study presents a method for reliability and availability evaluation of HRSGs installed in combined-cycle power plant. The method`s first step consists in the elaboration of the steam generator functional tree and development of failure mode and effects analysis. The next step involves a reliability and availability analysis based on the time to failure and time to repair data recorded during the steam generator operation. The third step, aiming at availability improvement, recommends the fault-tree analysis development to identify components the failure (or combination of failures) of which can cause the HRSG shutdown. Those components maintenance policy can be improved through the use of reliability centered maintenance (RCM) concepts. The method is applied on the analysis of two HRSGs installed in a 500 MW combined-cycle power plant. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Erosion-fatigue of steam turbine blades

The premature failure of steam turbine rotor blades, manufactured in forged 12% Cr-NiMoV martensitic stainless steel, was investigated using visual inspection non-destructive testing, macro and microfractography, microstructural characterization, EDS microanalysis, chemical analysis, micro hardness and tensile testing. The blades belonged to the last stage of a thermoelectric plant steam turbine generator (140 MV A). The results indicated that the failure of the blades was promoted by foreign-particle erosion, which attacked preferentially the low-pressure side of the lower trailing edge of the blades. The resulting wear grooves acted as stress raisers and promoted the nucleation of fatigue cracks, which probably grew during the transition events of the steam turbine operation. Finally, water drop erosion was observed on the blade upper leading edge (low-pressure side). (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Oxidation mechanism of Si3N4-bonded SiC ceramics by CO, CO2 and steam

This paper presents a theoretical and experimental investigation into the oxidation reactions of Si3N4-bonded SiC ceramics. Such ceramics which contain a small amount of silicon offer increased oxidation and wear resistance and are widely used as lining refractories in blast furnaces. The thermodynamics of oxidation reactions were studied using the JANAF tables. The weight gain was measured using a thermogravimetric analysis technique to study the kinetics. The temperature range of oxidation measurements is from 1073 to 1573 K and the oxidation atmosphere is water vapour, pure CO and CO-CO2 gas mixtures with various CO-to-CO2 ratios. Thermodynamic simulations showed that the oxidation mechanism of Si3N4-bonded SiC ceramics is passive oxidation and all components contribute to the formation of a silica film. The activated energies of the reactions follow the sequence Si3N4>SiC>Si. The kinetic study revealed that the oxidation of Si3N4-bonded SiC ceramics occurred in a mixed regime controlled by both interface reaction and diffusion through the silica film. Under the atmosphere conditions prevailing in the blast furnace, this ceramic is predicted to be passively oxidized with the chemical reaction rate becoming more dominant as the CO concentration increases. (C) 1998 Chapman & Hall.

Reply to comments on "Oxidation mechanism of Si3N4-bonded SiC ceramics by CO, CO2 and steam," by Balat et al.

First of all, we would like to clarify that the passive to active transition was determined not by using Solgasmix [1], but by combining thermodynamic equilibrium and mass balance for the oxidation of SiC under pure CO2 and pure CO. The model used in our paper [2]was an extension ofWagner’s model [3], in a similar way as Balat et al. [4] did for the oxidation of SiC in oxygen.

A comparison of thermal condition between pilot- and full-scale furnaces for studying slagging and fouling propensity in PF boilers

The Australian Coal Industry Research Laboratory (ACIRL) furnace is scaled to simulate slagging and fouling in operating boilers. This requires that the gas and target temperatures, the heat flux, and the flow pattern be the same as those in real boilers. The gas and target temperatures are maintained by insulating the wall and cooling the target respectively. The flow pattern of a small burner cannot be the same as a large furnace. However, this flow pattern is partially compensated for by placing the slagging panels in three vertical locations. The paper develops the models of radiant heat transfer from the flame to the deposits both in pilot-scale and full-scale furnaces. They are used to compare the effective radiant heat transfer of the pilot- and full-scale furnaces. The experimental data both from the pilot- and full-scale furnaces are used to verify the incident heat flux and temperature profiles in the pilot- and full-scale furnaces. The results showed that the thermal condition in the pilot-scale furnace meets the requirements for studying the slagging regarding the gas temperature and the incident heat flux, particularly for the panel #1. The gas temperature in the convective section also meets the requirement for studying the fouling.

Techniques to determine ignition, flame stability and burnout of blended coals in p.f. power station boilers

The blending of coals has become popular to improve the performance of coals, to meet specifications of power plants and, to reduce the cost of coals, This article reviews the results and provides new information on ignition, flame stability, and carbon burnout studies of blended coals. The reviewed studies were conducted in laboratory-, pilot-, and full-scale facilities. The new information was taken in pilot-scale studies. The results generally show that blending a high-volatile coal with a low-volatile coal or anthracite can improve the ignition, flame stability and burnout of the blends. This paper discusses two general methods to predict the performance of blended coals: (1) experiment; and (2) indices. Laboratory- and pilot-scale tests, at least, provide a relative ranking of the combustion performance of coal/blends in power station boilers. Several indices, volatile matter content, heating value and a maceral index, can be used to predict the relative ranking of ignitability and flame stability of coals and blends. The maceral index, fuel ratio, and vitrinite reflectance can also be used to predict the absolute carbon burnout of coal and blends within limits. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

A cellulose liquid crystal motor: a steam engine of the second kind

The salient feature of liquid crystal elastomers and networks is strong coupling between orientational order and mechanical strain. Orientational order can be changed by a wide variety of stimuli, including the presence of moisture. Changes in the orientation of constituents give rise to stresses and strains, which result in changes in sample shape. We have utilized this effect to build soft cellulose-based motor driven by humidity. The motor consists of a circular loop of cellulose film, which passes over two wheels. When humid air is present near one of the wheels on one side of the film, with drier air elsewhere, rotation of the wheels results. As the wheels rotate, the humid film dries. The motor runs so long as the difference in humidity is maintained. Our cellulose liquid crystal motor thus extracts mechanical work from a difference in humidity.

Emissões de carbono: caracterização do perfil de emissões de gases de efeito de estufa associadas à Monteiro, Ribas - Embalagens Flexíveis, S.A.

A presente dissertação tem como principal objectivo estimar as emissões de carbono resultantes das actividades da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A. A realização do inventário de gases de efeito estufa permite que a Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A, identifique quais as suas fontes emissoras e quantifique as emissões de gases de efeito estufa, permitindo criar estratégias de redução das mesmas. A elaboração do inventário foi fundamentada nas directrizes do Greenhouse Gas Protocol, obedecendo aos princípios de relevância, integrabilidade, consistência, transparência e exactidão. A metodologia adoptada utiliza factores de emissão documentados para efectuar o cálculo das emissões de gases de efeito de estufa (GEE). Estes factores são rácios que relacionam as emissões de GEE com dados de actividade específicos para cada fonte de emissão. Como emissões directas (âmbito 1), foram quantificadas as emissões provenientes do uso de gás natural nas caldeiras, consumo de vapor e de água quente, e as emissões do veículo comercial da empresa. Como emissões indirectas de âmbito 2, incluem-se as resultantes da electricidade consumida. As emissões indirectas estimadas de âmbito 3 referem-se, no caso em estudo, ao transporte de resíduos, ao deslocamento de funcionários para a empresa e às viagens de negócio. Face ao tipo de emissões identificadas, criou-se uma ferramenta de cálculo que contém todos os valores de factores de emissão que podem ser utilizados em função das características específicas dos dados de actividade relativos às várias fontes emissoras da Empresa. Esta ferramenta permitirá, no futuro, aperfeiçoar o cálculo das emissões, a partir de uma melhor sistematização da informação disponível. Com este trabalho também foi possível identificar a necessidade de recolher e organizar alguma informação complementar à já existente. O ano base considerado foi 2011. Os resultados obtidos mostram que, neste ano, as actividades da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A serão responsáveis pela emissão de 2968,6 toneladas de CO2e (dióxido de carbono equivalente). De acordo com a Decisão 2007/589/CE da Comissão de 18 de Julho de 2007 conclui-se que a Monteiro, Ribas Embalagens e Flexíveis S.A. se enquadra na categoria de instalações com baixo níveis de emissões pois as suas emissões médias anuais são inferiores a 25000 toneladas de CO2e. Conclui-se que a percentagem maior das emissões estimadas (50,7 %) é proveniente do consumo de electricidade (emissões indirectas, âmbito 2), seguida pelo consumo de gás natural (emissões directas) que representa 39,4% das emissões. Relacionando os resultados obtidos com a produção total da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexíveis, S.A, em 2011, obtém-se o valor de 0,65 kg de CO2e por cada quilograma de produto final. Algumas das fontes emissoras identificadas não foram incorporadas no inventário da empresa, nomeadamente o transporte das matérias-primas e dos produtos. Isto deve-se ao facto de não ter sido possível compilar a informação necessária, em tempo útil. Apesar de se tratar de emissões indirectas de âmbito 3, consideradas opcionais, recomenda-se que num próximo trabalho deste tipo, essas emissões possam vir a ser quantificadas. As principais incertezas associadas às estimativas de emissão dizem respeito aos dados de actividade uma vez que foi a primeira vez que a empresa realizou um inventário de gases de efeito de estufa. Há informações mais específicas sobre os dados de actividade que a empresa dispõe e que poderá, de futuro, sistematizar de uma forma mais adequada para a sua utilização com este fim.

Uso Sustentável de Vapor

Em 2006, a IEA (Agência Internacional de Energia), publicou alguns estudos de consumos mundiais de energia. Naquela altura, apontava na fabricação de produtos, um consumo mundial de energia elétrica, de origem fóssil de cerca 86,16 EJ/ano (86,16×018 J) e um consumo de energia nos sistemas de vapor de 32,75 EJ/ano. Evidenciou também nesses estudos que o potencial de poupança de energia nos sistemas de vapor era de 3,27 EJ/ano. Ou seja, quase tanto como a energia consumida nos sistemas de vapor da U.E. Não se encontraram números relativamente a Portugal, mas comparativamente com outros Países publicitados com alguma similaridade, o consumo de energia em vapor rondará 0,2 EJ/ano e por conseguinte um potencial de poupança de cerca 0,02 EJ/ano, ou 5,6 × 106 MWh/ano ou uma potência de 646 MW, mais do que a potência de cinco barragens Crestuma/Lever! Trata-se efetivamente de muita energia; interessa por isso perceber o onde e o porquê deste desperdício. De um modo muito modesto, pretende-se com este trabalho dar algum contributo neste sentido. Procurou-se evidenciar as possibilidades reais de os utilizadores de vapor de água na indústria reduzirem os consumos de energia associados à sua produção. Não estão em causa as diferentes formas de energia para a geração de vapor, sejam de origem fóssil ou renovável; interessou neste trabalho estudar o modo de como é manuseado o vapor na sua função de transporte de energia térmica, e de como este poderá ser melhorado na sua eficiência de cedência de calor, idealmente com menor consumo de energia. Com efeito, de que servirá se se optou por substituir o tipo de queima para uma mais sustentável se a jusante se continuarem a verificarem desperdícios, descarga exagerada nas purgas das caldeiras com perda de calor associada, emissões permanentes de vapor para a atmosfera em tanques de condensado, perdas por válvulas nos vedantes, purgadores avariados abertos, pressão de vapor exageradamente alta atendendo às temperaturas necessárias, “layouts” do sistema de distribuição mal desenhados, inexistência de registos de produção e consumos de vapor, etc. A base de organização deste estudo foi o ciclo de vapor: produção, distribuição, consumo e recuperação de condensado. Pareceu importante incluir também o tratamento de água, atendendo às implicações na transferência de calor das superfícies com incrustações. Na produção de vapor, verifica-se que os maiores problemas de perda de energia têm a ver com a falta de controlo, no excesso de ar e purgas das caldeiras em exagero. Na distribuição de vapor aborda-se o dimensionamento das tubagens, necessidade de purgas a v montante das válvulas de controlo, a redução de pressão com válvulas redutoras tradicionais; será de destacar a experiência americana no uso de micro turbinas para a redução de pressão com produção simultânea de eletricidade. Em Portugal não se conhecem instalações com esta opção. Fabricantes da República Checa e Áustria, têm tido sucesso em algumas dezenas de instalações de redução de pressão em diversos países europeus (UK, Alemanha, R. Checa, França, etc.). Para determinação de consumos de vapor, para projeto ou mesmo para estimativa em máquinas existentes, disponibiliza-se uma série de equações para os casos mais comuns. Dá-se especial relevo ao problema que se verifica numa grande percentagem de permutadores de calor, que é a estagnação de condensado - “stalled conditions”. Tenta-se também evidenciar as vantagens da recuperação de vapor de flash (infelizmente de pouca tradição em Portugal), e a aplicação de termocompressores. Finalmente aborda-se o benchmarking e monitorização, quer dos custos de vapor quer dos consumos específicos dos produtos. Esta abordagem é algo ligeira, por manifesta falta de estudos publicados. Como trabalhos práticos, foram efetuados levantamentos a instalações de vapor em diversos sectores de atividades; 1. ISEP - Laboratório de Química. Porto, 2. Prio Energy - Fábrica de Biocombustíveis. Porto de Aveiro. 3. Inapal Plásticos. Componentes de Automóvel. Leça do Balio, 4. Malhas Sonix. Tinturaria Têxtil. Barcelos, 5. Uma instalação de cartão canelado e uma instalação de alimentos derivados de soja. Também se inclui um estudo comparativo de custos de vapor usado nos hospitais: quando produzido por geradores de vapor com queima de combustível e quando é produzido por pequenos geradores elétricos. Os resultados estão resumidos em tabelas e conclui-se que se o potencial de poupança se aproxima do referido no início deste trabalho.

Optimização energética de sistemas multi-componente da zona fria do Steam Cracker

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

The suitability of steam exploded vitis vinifera and alkaline lignin for the manufacture of fiberboard

The main objective of this study was to explore the suitability of Vitis vinifera as a raw material and alkaline lignin as a natural binder for fiberboard manufacturing. In the first step, Vitis vinifera was steam- exploded through a thermo-mechanical vapor process in a batch reactor, and the obtained pulp was dried, ground, and pressed to produce the boards. The effects of pretreatment factors and pressing conditions on the chemical composition of the fibers and the physico-mechanical properties of binderless fiberboards were evaluated, and the conditions that optimize these properties were found. A response surface method based on a central composite design and multiple-response optimization was used. The variables studied and their respective variation ranges were: pretreatment temperature (Tr: 190-210ºC), pretreatment time (tr: 5-10 min), pressing temperature (Tp: 190-210ºC), pressing pressure (Pp: 8-16MPa), and pressing time (tp: 3-7min). The results of the optimization step show that binderless fiberboards have good water resistance and weaker mechanical properties. In the second step, fiberboards based on alkaline lignin and Vitis vinifera pulp produced at the optimal conditions determined for binderless fiberboards were prepared and their physico-mechanical properties were tested. Our results show that the addition of about 15% alkaline lignin leads to the production of fiberboards that fully meet the requirements of the relevant standard specifications

Limitations of stimulated echo acquisition mode (STEAM) techniques in cardiac applications.

Stimulated echoes are widely used for imaging functional tissue parameters such as diffusion coefficient, perfusion, and flow rates. They are potentially interesting for the assessment of various cardiac functions. However, severe limitations of the stimulated echo acquisition mode occur, which are related to the special dynamic properties of the beating heart and flowing blood. To the well-known signal decay due to longitudinal relaxation and through-plane motion between the preparation and the read-out period of the stimulated echoes, additional signal loss is often observed. As the prepared magnetization is fixed with respect to the tissue, this signal loss is caused by the tissue deformation during the cardiac cycle, which leads to a modification of the modulation frequency of the magnetization. These effects are theoretically derived and corroborated by phantom and in vivo experiments.

Proyecto de ejecución para las obras de concesión de dominio público para la reforma y adecuación de la central térmica y de la red de saneamiento en un hospital de 350 camas

El Hospital Punta de Europa en Algeciras (Cádiz), centro sanitario del Servicio Andaluz de Salud, desea optimizar la gestión de sus instalaciones de generación de energía térmica (vapor, agua caliente sanitaria y agua caliente de calefacción) y adecuarlas a la normativa vigente así como la sustitución de bajantes del edificio, para lo cual sacará a concurso público la licitación para la concesión de dominio público de dichas instalaciones. Para definir el alcance y condiciones de la citada concesión, el Hospital Punta de Europa (Algeciras) del Servicio Andaluz de Salud ha solicitado a Pedro Alonso Martín el estudio para la reforma y adecuación de las instalaciones productoras de energía térmica del citado Hospital. El objetivo principal de este trabajo es hacer un estudio, propuesta y valoración de las actuaciones necesarias para la reforma y mejora de la explotación de las instalaciones generadoras de energía térmica y de la red saneamiento interior del Hospital Punta de Europa de Algeciras (Cádiz). Las actuales instalaciones de generación térmica consumidoras de energía del hospital dentro del alcance de este Proyecto son: Generación de vapor (lavandería y esterilización). Producción de agua caliente sanitaria (ACS). Producción de agua caliente de calefacción. La mayoría de los equipos productores de energía datan del año 1975, por lo que en la mayoría de los casos se ha cumplido su plazo de amortización y periodo de vida útil. Se hace necesaria la instalación de gas natural, debido a que se tendrá que abastecer a todas las calderas de la central térmica. El diseño del sistema de producción de agua caliente sanitaria garantiza el máximo confort y economía del usuario, compatible con el máximo ahorro energético y la protección del medio ambiente, cubriendo las necesidades de agua caliente sanitaria mediante la combinación de un sistema de calderas a gas con los colectores solares.

Stimulated-echo acquisition mode (STEAM) MRI for black-blood delayed hyperenhanced myocardial imaging.

PURPOSE: To develop a breathhold method for black-blood viability imaging of the heart that may facilitate identifying the endocardial border. MATERIALS AND METHODS: Three stimulated-echo acquisition mode (STEAM) images were obtained almost simultaneously during the same acquisition using three different demodulation values. Two of the three images were used to construct a black-blood image of the heart. The third image was a T(1)-weighted viability image that enabled detection of hyperintense infarcted myocardium after contrast agent administration. The three STEAM images were combined into one composite black-blood viability image of the heart. The composite STEAM images were compared to conventional inversion-recovery (IR) delayed hyperenhanced (DHE) images in nine human subjects studied on a 3T MRI scanner. RESULTS: STEAM images showed black-blood characteristics and a significant improvement in the blood-infarct signal-difference to noise ratio (SDNR) when compared to the IR-DHE images (34 +/- 4.1 vs. 10 +/- 2.9, mean +/- standard deviation (SD), P < 0.002). There was sufficient myocardium-infarct SDNR in the STEAM images to accurately delineate infarcted regions. The extracted infarcts demonstrated good agreement with the IR-DHE images. CONCLUSION: The STEAM black-blood property allows for better delineation of the blood-infarct border, which would enhance the fast and accurate measurement of infarct size.