Energiankäytön kartoitus Lappeenrannan sementtitehtaalla.

Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa Finnsementti Oy:n Lappeenrannan sementtitehtaan energiankäyttöä ja etsiä potentiaalisia energiansäästökohteita. Diplomityö liittyy Kauppa- ja teollisuusministeriön ja Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliiton väliseen teollisuuden energiankäytön tehostamiseen tähtäävään puitesopimukseen, johon Finnsementti Oy on liittynyt. Diplomityön teoriaosassa tutustutaan sementin kemiaan raaka-aineista valmiisiin tuotteisiin. Lisäksi kartoitetaan sementtiteollisuuden energiansäästömahdollisuuksia laite-hankintojen ja prosessin optimointinnin kannalta. Työssä tutustutaan sementin-valmistuksessa käytettäviin laitteistoihin ja selvitetään niiden teknistä kehitystä ja energiaasäästäviä ratkaisuja. Kokeellinen osuus alkaa yksityiskohtaisella kuvauksella Lappeenrannan sementtitehtaan valmistusprosessista. Kokeellisessa osassa tutustutaan tehtaan energiankulutukseen sähkön ja polttoaineen muodossa. Lisäksi käsitellään paineilmaa ja vettä. Sähkön osalta kokeellinen osa sisältää sähkönkulutuksen historian ja sähkönjakeluverkon selvityksen lisäksi tehtaalla käytössä olevien luokittimien tehokkuustarkasteluita sähkönkulutuksen kannalta. Polttoaineen osalta diplomityö sisältää sementtiuunien energiataseiden mittaukset ja tulosten laskemisen sekä Excel-pohjaisen menetelmän kehittämisen energiataseiden laskemiseksi tulevaisuudessa. Paineilman ja veden osalta selvitetään niiden kulutusta tehtaalla ja lasketaan paineilmalle teoreettinen ominaissähkönkulutus. Luokittimien tehokkuustarkastelujen osalta havaittiin raakamyllyn luokittimen erottelu-terävyyden olevan huono verrattuna nykyaikaisiin korkeatehokkuusluokittimiin. Sementtimyllyjen luokittimien toiminnasta ei havaittu merkittäviä ongelmia. Energia-taseiden tuloksina havaittiin Lappeenrannan sementtitehtaan sementtiuunien edustavan vanhentunutta sementinvalmistustekniikkaa. Molempien uunien savukaasukanavien vuotoilmojen määrien havaittiin olevan suuret. Energiataloutta pystyttäisiin parantamaan mm. uusilla polttimilla, jolloin lämmittämättömän ensiöilman osuutta saataisiin pienentymään ja polttoaineen polttoa tehostumaan. Paineilman suhteen havaittiin kuumailman paineenalennuksen aiheuttavan turhia energiahäviöitä.

Kosteusmittaus ylläpidon parantajana

Kosteusmittauksesta on tullut tärkeä osa teollisuuden kunnossapitoa ja huoltotoimenpiteitä. Yritykset valvovat entistä tarkemmin prosesseitaan erilaisten mittalaitteiden avulla. Diplomityön tavoitteena oli selvittää kosteuslähetin HMP228:n markkinoita. Diplomityössä kartoitettiin suuria ja kansainvälisillä markkinoilla toimivia suodatin- ja separaattorivalmistajia, joiden toimintaan kosteusmittaus oleellisesti liittyy. Työssä keskityttiin noin kymmeneen suurimpaan suodatin- sekä eparaattori valmistajaan, jotka eivät itse valmista kosteusmittalaitteita. Näistä yrityksistä valittiin analysoinnin jälkeen potentiaalisimmat vaihtoehdot. Työssä tarkasteltiin myös muita kosteusmittauksen sovellusalueille tuotteita valmistavia yrityksiä. Nämä olivat kuitenkin toiminnaltaan huomattavasti suuria suodatin- ja separaattorivalmistajia pienempiä. Diplomityön loppuosassa tarkasteltiin asiakastarpeita ja QFD- analyysiä. Sopivia yrityksiä löytyi suodatin- sekä separaattorivalmistajien joukosta yhteensä kuusi kappaletta. Valittujen yritysten avulla voidaan tehostaa HMP228:n myyntiä, sillä perusteellinen tieto sovelluskohteista sekä loppuasiakkaiden tarpeista helpottaa markkinointia. Myyntivolyymin kasvattaminen vaatii myös oman markkinoinnin ja myynnin tehostamista. Markkinointitoimenpiteinä erilaiset lehtiartikkelit voisivat lisätä tuotteen tunnettavuutta. Myynnin sekä markkinoinnin lisäksi tarvitaan myös työtä kentällä, yrityskäyntejä ja uusien asiakassuhteiden luomista

Série histórica da composição química de pilhas alcalinas e zinco-carbono fabricadas entre 1991 e 2009

Mn, Zn, Fe, Cd, Pb and Hg were determined in Zn-C and alkaline batteries manufactured along almost 20 years. After samples disassembly the electroactive components were treated with aqua regia in bath ice for 24 h. Metals were analyzed by ICP-OES. Zn and Mn amounts did not vary significantly. Fe amount decreased, specially after 2000. Hg, Cd and Pb amounts dramatically decreased along time, being virtually absent in alkaline batteries manufactured after 2005. Pb still remains in Zn-C samples. Scanning electron microscopy of batteries manufactured in 1997 and 1998 showed the presence of Bi, In and Cr in the plastic/paper anode-cathode separator.

Modeling of water/steam circulation in Circulating Fluidized Bed boiler

A distinctive design feature of steam boiler with natural circulation is the presence of the steam drum which plays a role of the separator of vapor from the flow of water-and-steam mixture coming into steam drum from the furnace tubes. Steam drum with unheated downcomer tubes, deducing from it, and riser (screen/furnace tubes) inside the furnace is a closed circulation loop in which movement of water (downcomer tubes) and water-and-steam mixture (riser tubes) is organized. The movement of the working fluid is appears due to occurrence of the natural pressure, determined by the difference in hydrostatic pressure and the mass of water and water-and-steam mixtures in downcomer and riser tubes and called the driving pressure of the natural circulation:

Modeling of water/steam circulation in Circulating Fluidized Bed boiler

A distinctive design feature of steam boiler with natural circulation is the presence of the steam drum which plays a role of the separator of vapor from the flow of water-and-steam mixture coming into steam drum from the furnace tubes. Steam drum with unheated downcomer tubes, deducing from it, and riser (screen/furnace tubes) inside the furnace is a closed circulation loop in which movement of water (downcomer tubes) and water-and-steam mixture (riser tubes) is organized. The movement of the working fluid is appears due to occurrence of the natural pressure, determined by the difference in hydrostatic pressure and the mass of water and water-and-steam mixtures in downcomer and riser tubes and called the driving pressure of the natural circulation: S drive = H steam (ρ down + ρ mix) g where: ρ down - density of water in downcomer tubes; ρ mix - density of water in riser tubes; H steam - height of steam content section; g - acceleration of gravity. In steam boilers with natural circulation the circulation rate is usually between 10 and 30. Thus, consumption of water in the circulation circuit “circulation rate times” more than steam output of the boiler. There are two aspects of the design of natural water circulation loops. One is to ensure a sufficient mass flux of circulating water to avoid burnout of evaporator tubes. The other is to avoid tube wall temperature fluctuation and tube vibration due to oscillation of circulation velocity. The design criteria are therefore reduced, in principle, to those of critical heat flux, critical flow rate for burnout, and flow instability. In practical design, however, the circulation velocity and the void fraction at the evaporator tube outlet are used as the design criteria (Seikan I., et. al., 1999). This study has been made with assumption that the heat flux in the furnace of the boiler even all the time. The target of the study was to define the circulation rate of the boiler, thus average heat flux do not change it. I would like to acknowledge professionals from “Foster Wheeler” company for good and comfortable cooperation.

Seulonnan erotustehokkuuden määrittäminen - tarkastelussa Reichertin kartioseula

Seulonta on vanha ja teollisuudessa yleisesti käytetty erotusmenetelmä. Huolimat-ta yksinkertaisesta prosessista seulontaa ilmiönä on tutkittu vähän. Prosessin yk-sinkertaisuus on voinut osaltaan vaikuttaa tutkijoiden mielenkiintoon aihetta koh-taan. Tutkimuksen vähyys näkyy etenkin painovoimaiseen seulontaan liittyvän kirjallisuuden vähyytenä. Kirjallisuusosassa käsitellään seulonnan taustaa ja märkä- sekä kuivaseulontaa. Lisäksi määritetään seulontaan vaikuttavat tekijät ja kar-toitetaan seulontaan liittyvää matematiikkaa. Työn kokeellisessa osassa tutkitaan Reichertin kartioseulan erotustehokkuutta 10, 12,5 ja 15 asteen kallistuskulmissa. Tutkimukset tehdään ideaalisille pallomaisille lasihelmille. Mittaustulosten avulla tutkitaan myös partikkelien liikettä seulapin-nalla ja syötetyn massan vaikutusta erotustehokkuuteen. Kokeellisia mittaustulok-sia käytetään MATLAB-mallinnuksessa, jonka avulla optimoidaan kartioseulan kallistuskulmaa ja massapanosta suhteessa erotustehokkuuteen. Tutkimuksen kannalta olennaisia kysymyksiä ovat: ”Onko painovoimaan perustuva erottelu seuloilla riittävä takaamaan hyvän erotustehokkuuden?” ja ”Mikä on seulan ero-tustehokkuuden kannalta optimaalinen kallistuskulma ja syötettävä massa?” Reichertin kartioseulan etuja ovat sen energiatehokkuus ja yksinkertainen helposti säädettävä prosessi. Koemittauksista havaitaan, että erotustehokkuus vastaa opti-moinnin tuloksia. Seulan liian pieni kallistuskulma ja suuri massapanos pienentävät seulan erotustehokkuutta. Lisätutkimuksia tarvitaan eri kallistuskulmilla ja materiaaleilla, jotta tuloksia voidaan verrata todellisiin seulontaprosesseihin.

Turbulenssimallien soveltuminen syklonien numeeriseen virtauslaskentaan

Tässä työssä tutkittiin miten totuudenmukaisia tuloksia syklonierottimen virtauskentästä saadaan numeerisella laskennalla, kun käytetään eri turbulenssimalleja. Tarkoitus oli myös selvittää yleisesti syklonin toimintaperiaatteita, haasteita sen käytössä sekä syklonin numeerisen virtauslaskennan perusteita. Numeerisen virtauslaskennan teoria selitetään pääpiirteittäin, samoin turbulenssin mallinnus. Työn laskentaosiossa simuloitiin Fluent-ohjelmalla syklonin virtauskenttää kuumalla ilmalla sekä kahdella eri turbulenssimallilla ja verrattiin tuloksia kirjallisuudesta löytyviin mittaustuloksiin. Simuloinnit suoritettiin sekä ajasta riippuvana että ajasta riippumattomana ja kahdella eri laskentahilalla. Simulointien tulokset osoittivat, että RNG k-ε turbulenssimalli ei kykene tuottamaan totuu-denmukaista virtauskenttää. Toisen käytetyn turbulenssimallin, Reynolds-jännitysmallin tulokset vastasivat enemmän mittaustuloksia. Reynolds-jännitysmallia voidaan pitää käyttökelpoisena syklonin simuloinnissa tämän työn ja kirjallisuuden perusteella. Mallissa oli yksinkertaistuksia, esimerkiksi kiinteää ainetta ei otettu huomioon lainkaan.

Höyryturbiinin kanavistojen numeerinen virtauslaskenta

Diplomityössä tutkittiin Fortumin Loviisan ydinvoimalaitoksen ulosvirtauskanaviston ja suurnopeuskosteudenerottimen toimintaa, sekä selvitettiin taustalla olevaa teoriaa ja aiemmin tehtyjä tutkimuksia. Tavoitteena oli ymmärtää ja esittää laitteiden toimintaa, sekä tutkia voiko ulosvirtauskanaviston suorituskykyä parantaa geometrian muutoksilla. Työssä luotiin tutkittaville kohteille geometriat ja laskentahilat, joiden avulla simuloitiin niiden toimintaa eri käyttötilanteissa numeerisen virtauslaskennan avulla. Laskennan reunaehdot saatiin olemassa olevasta prosessimallista ja aiemmista turbiiniselvityksistä. Ulosvirtauskanaviston suorituskyky laskettiin kolmella eri lauhdutinpaineella neljällä eri geometrialla. Geometrian muutokset vaikuttivat selkeästi ulosvirtauskanaviston suorituskykyyn ja sitä saatiin parannettua. Kaksi kolmesta muutoksesta, lisäkanavat ja oikaistu vesilippa, pa-ransivat suorituskykyä. Lokinsiipien poistaminen heikensi ulosvirtauskanaviston toi-mintaa. Suurnopeuskosteudenerottimen mallintaminen jäi lähtötietojen ja ajan puutteen takia hieman tavoitteesta. Sekä ulosvirtauskanaviston että suurnopeuskosteudenerotti-men jatkotutkimusta ja mahdollisia toimenpiteitä varten saatiin arvokasta uutta tietoa.

AQUAREL CONCEPT Aquatic resources for green energy realization

The AQUAREL project studied the availability and optional utilization methods for fish processing side streams and other aquatic biomaterial in the Republic of Karelia. Additionally processing aquatic biomaterial with manure and sewage sludge was studied. Based on the results, the most feasible option today is to process fish side streams to fish oil and dewatered oil-free residue and to use them for fish or animal feed production. However, it is necessary to highlight, that changes in e.g. economic environment, energy prices and demand may require re-evaluating the results and conclusions made in the project. Producing fish oil from fish processing side streams is an easy and relatively simple production process generating a valuable end product. The functionality of the process was confirmed in a pilot conducted in the project. The oil and solids are separated from the heated fish waste based on gravity. The fish oil separating on top of the separator unit is removed. Fish oil can as such be utilized for heating purposes, fish meal or animal feed production, but it can also be further processed to biodiesel. However, due to currently moderate energy prices in Russia, biodiesel production is not economically profitable. Even if the fish oil production process is not complicated, the operative management of small-scale fish oil production unit requires dedicated resources and separate facilities especially to meet hygiene requirements. Managing the side streams is not a core business for fish farmers. Efficient and economically profitable fish oil production requires a centralized production unit with bigger processing capacity. One fish processing unit needs to be designed to manage side streams collected from several fish farms. The optimum location for the processing unit is in the middle of the fish farms. Based on the transportation cost analysis in the Republic of Karelia, it is not economically efficient to transport bio-wastes for more than 100 km since the transportation costs start increasing substantially. Another issue to be considered is that collection of side streams, including the dead fish, from the fish farms should be organized on a daily basis in order to eliminate the need for storing the side streams at the farms. Based on AQUAREL project studies there are different public funding sources available for supporting and enabling profitable and environmentally sustainable utilization, research or development of fish processing side streams and other aquatic biomaterial. Different funding programmes can be utilized by companies, research organizations, authorities and non-governmental organizations.

Geographic distribution of hepatitis C virus genotypes in Brazil

Brazil is a country of continental dimension with a population of different ethnic backgrounds. Thus, a wide variation in the frequencies of hepatitis C virus (HCV) genotypes is expected to occur. To address this point, 1,688 sequential samples from chronic HCV patients were analyzed. HCV-RNA was amplified by the RT-PCR from blood samples collected from 1995 to 2000 at different laboratories located in different cities from all Brazilian States. Samples were collected in tubes containing a gel separator, centrifuged in the site of collection and sent by express mail in a refrigerated container to Laboratório Bioquímico Jardim Paulista, São Paulo, SP, Brazil. HCV- RNA was extracted from serum and submitted to RT and nested PCR using standard procedures. Nested PCR products were submitted to cycle sequencing reactions without prior purification. Sequences were analyzed for genotype determination and the following frequencies were found: 64.9% (1,095) for genotype 1, 4.6% (78) for genotype 2, 30.2% (510) for genotype 3, 0.2% (3) for genotype 4, and 0.1% (2) for genotype 5. The frequencies of HCV genotypes were statistically different among Brazilian regions (P = 0.00017). In all regions, genotype 1 was the most frequent (51.7 to 74.1%), reaching the highest value in the North; genotype 2 was more prevalent in the Center-West region (11.4%), especially in Mato Grosso State (25.8%), while genotype 3 was more common in the South (43.2%). Genotypes 4 and 5 were rarely found and only in the Southeast, in São Paulo State. The present data indicate the need for careful epidemiological surveys throughout Brazil since knowing the frequency and distribution of the genotypes would provide key information for understanding the spread of HCV.

Naudanlanta biokaasulaitosraaka-aineena, käsittely ja logistiikka

Maatalouden lietelannasta saatavien ravinteiden talteenotto ja kierrätys ovat viime aikoina nousseet yhä tärkeämmäksi tavoitteeksi. Ravinteiden tehokas kierrätystapa saadaan ai-kaiseksi käsittelemällä lietelantaa. Lannan käsittelyketjuja on monenlaisia; tässä työssä naudan lannan käsittelyketju muodostuu separoinnista ja mädätyksestä. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää naudan lannan mekaanisen separoinnin ja logistiikan kannattavuus märkämädätys- ja kuivamädätyskäsittelyketjussa. Käsittelyketju-jen kannattavuus tai kannattamattomuus on esitetty eri skenaarioissa muodostettujen kus-tannuslaskentojen perusteella. Skenaarioiden kustannuslaskelmat ovat toisiinsa verratta-vissa, jolloin ne voidaan asettaa niin ikään paremmuusjärjestykseen. Viides skenaario ei ole suoraan verrattavissa muihin skenaarioihin, koska siinä lannankäsittelyketjua on tar-kasteltu eri näkökulmasta, keskittämällä suurimmalle maatilalle. Mekaanisista separaattoreista tarkasteltiin työssä ruuvipuristinta, dekantterilinkoa ja ul-koistettua separointipalvelua. Lannan logistiikkakustannuksissa huomioitiin lannan kulje-tusta traktori- ja säiliöautolla tai traktorilla. Separoinnin kustannus liitettiin osaksi logis-tiikkakustannusta. Työn tuloksien perusteella voidaan todeta dekantterilingon separointi-kustannuksen olevan taloudellisesti kannattamattomin johtuen pienestä lantakapasiteetista ja separaattorin korkeasta investointihinnasta. Ravinteiden osalta linko osoittautui tehok-kaimmaksi menetelmäksi erottamaan ravinteet eri jakeisiin. Lannan käsittely separointipalvelulla oli edullisin skenaario, jonka vuosittaiseksi kustan-nukseksi saatiin säiliö- ja kuorma-autolla lantaa kuljetettaessa 58 700 € ja traktorilla kul-jetettaessa 60 400 €. Kallein lannan käsittely oli dekantterilingolla, jonka vuosittaiseksi kustannukseksi saatiin lantaa säiliö- ja kuorma-autolla kuljetettaessa 121 000 € ja trakto-rilla kuljetettaessa 123 300 €. Lannan separointi maatilalla osoittautui kannattavammaksi kuin käsittelemättömän lietteen kuljetus biokaasulaitokselle.

Selvitys erilaisten mäntyöljynkeittoprosessien toiminnasta

Työn tavoitteena oli tutustua eri mäntyöljyprosessien toimintaan. Sulfaattisellun valmistuksessa syntyy sivutuotteena mäntyöljyä. Se tuo lisätuottoa sellutehtaalle. Nykypäivänä mäntyöljyn valmistukseen on kiinnitetty yhä enemmän huomiota uusien jalostusmahdollisuuksien vuoksi. Mäntyöljyä syntyy, kun mustalipeän pinnalta kuorittu suopa palstoitetaan sopivalla hapolla. Suopa koostuu puun uuteaineista eli hartsi- ja rasvahapoista sekä saippuattomista aineista. Suopa pitää erottaa mustalipeästä mahdollisimman hyvin, jotta se ei aiheuttaisi ongelmia sellutehtaan eri prosessin vaiheissa. Suopaa voidaan erottaa mustalipeästä säiliöerotuksena, sentrifugeilla tai hydrosykloneilla. Suovan palstoitusprosessi voi olla erä- tai jatkuvatoiminen prosessi. Jatkuvatoimisia prosesseja ovat: sentrifugi-, säiliödekantointi- ja HDS-prosessi. Mäntyöljyä voidaan käyttää kemianteollisuuden raaka-aineena tai siitä voidaan jalostaa biodieseliä. Tämä biodiesel on niin sanottua toisen polven biopolttoainetta eli se ei sisällä ravinnoksi kelpaavaa raaka-ainetta. Nykypäivänä markkinoilla on sekä eräkeitto- sekä jatkuvatoimisia prosesseja. Suovan erotussäiliöiden rinnalle on tullut uusi sentrifugeilla tapahtuva suovan erotussysteemi.

Kiertoleijupetikattilateknologia ja sen matemaattinen mallinnus energiantuotantoprosessissa

Työn teoreettisessa osuudessa tehdään katsaus kiertoleijupetiteknologian eri osa-alueisiin: leijupedin virtausdynamiikkaan, hiukkaserottimeen ja kiintoaineen palautusmekanismiin. Myös teknologian historiaa ja muita käyttötarkoituksia energiantuotannon ohella käydään läpi. Termodynamiikkaa sekä lämmönsiirron ja voimalaitosprosessien teoriaa käsitellään mallinnuksessa tarvittavilta osin. Mallinnusosiossa käydään läpi kiertoleijupetihöyrykattilan matemaattisen mallin tekoprosessia. Malli perustuu yleisesti saatavilla oleviin yhtälöihin ja korrelaatioihin. Mallintaminen koostuu höyrykattilan jakamisesta lämpöpintoihin ja niiden mitoittamisesta. Mallissa esitetään myös näkemys siitä, miten lämpö siirtyy savukaasuun ja miten petimateriaalin kierto tapahtuu tulipesässä.

Flow injection analysis (FIA) determination of lead by hydride generation in banded coral skeletons /

A flow injection hydride generation direct current plasma atomic emission spectrometric (FI-HG-DCP-AES) method was developed for the determination of lead at ng.ml-l level. Potassium ferricyanide (K3Fe(CN)6) was used along with sodium tetrahydroborate(III) (NaBH4) to produce plumbane (PbH4) in an acid medium. The design of a gas-liquid separator (hydride generator) was tested and the parameters of the flow injection system were optimized to achieve a good detection limit and sample throughput. The technique developed gave a detection limit of 0.7 ng.ml-l(3ob). The precision at 20 ng.ml"* level was 1.6 % RSD with 1 1 measurements (n=l 1). Volume of sample loop was 500 |J.l. A sample throughput of 120 h"^ was achieved. The transition elements, Fe(II), FeOH), Cd(n), Co(II), Mn(n), Ni(II) and Zn(n) do not interfere in this method but 1 mg,l'l Cu(II) will suppress 50 % of the signal from a sample containing 20 ng.ml'l Pb. This method was successfully applied to determine lead in a calcium carbonate (CaC03) matrix of banded coral skeletons from Si-Chang Island in Thailand.

Sample preparation and heavy metal determination by atomic spectrometry /

Microwave digestions of mercury in Standards Reference Material (SRM) coal samples with nitric acid and hydrogen peroxide in quartz vessels were compared with Teflon® vessel digestion by using flow injection cold vapor atomic absorption spectrometry. Teflon® vessels gave poor reproducibiUty and tended to deliver high values, while the digestion results from quartz vessel show good agreement with certificate values and better standard deviations. Trace level elements (Ag, Ba, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Pb, Sn, Ti, V and Zn) in used oil and residual oil samples were determined by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. Different microwave digestion programs were developed for each sample and most of the results are in good agreement with certified values. The disagreement with values for Ag was due to the precipitation of Ag in sample; while Sn, V and Zn values had good recoveries from the spike test, which suggests that these certified values might need to be reconsidered. Gold, silver, copper, cadmium, cobalt, nickel and zinc were determined by continuous hydride generation inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. The performance of two sample introduction systems: MSIS™ and gas-liquid separator were compared. Under the respective optimum conditions, MSIS^"^ showed better sensitivity and lower detection limits for Ag, Cd, Cu, Co and similar values for Au, Ni and Zn to those for the gas-liquid separator.