Voimalaitoksen toiminnallinen suunnittelu

Diplomityön tavoitteena oli antaa kuva vastapainevoimalaitoksen automaation toiminnallisesta suunnittelusta ja soveltaa teoriaa suunnittelemalla toiminnallisuus vesihöyrypiirin tärkeimmille osuuksille. Työssä on esitelty tyypillinen EPCM-voimalaitosprojekti, joka toteutetaan ulkopuolisen avustajan kanssa tehdyllä yhteistyöllä. Projektin koostuu laitoksen suunnittelu-, rakennus-, asennus- sekä käyttöönottovaiheista. Huomioitavia asioita ovat mm. projektin budjetti sekä aikataulu. Valvonnalla on suuri merkitys projektin onnistumiseen. Lisäksi työssä esitellään vastapainevoimalaitoksen vesihöyrypiirin prosessi, pääsäädöt sekä automaatiojärjestelmä. Vesihöyrypiirillä tarkoitetaan syöttövesi-, höyry- ja kaukolämpöjärjestelmää. Pääsäädöillä pyritään saamaan tuotanto vastaamaan kulutusta. Voimalaitoksen painopiste on kaukolämmön tuottaminen. Automaatiojärjestelmän toiminnoilla tarkoitetaan järjestelmän suorittamia ohjauksia, säätöjä sekä hälytyksiä. Toiminnallisessa suunnittelussa tehdään toimilaitteille niin yksittäisohjaukset, säädöt kuin hälytysluettelot. Työssä tehty toiminnallinen suunnittelu keskittyy erityisesti toimilaitteiden säätöpiireihin. Säätöpiirit koostuvat tärkeimmistä prosessiin liittyvistä komponenteista ja säätömerkeistä. Toiminnallisen suunnittelun dokumentaatioita käytetään automaatiojärjestelmän sovellusohjelmoinnin pohjana.

Characterization of hepatic fatty acids in mice with reduced liver fat by ultra-short echo time (1)H-MRS at 14.1 T in vivo.

Alterations in the hepatic lipid content (HLC) and fatty acid composition are associated with disruptions in whole body metabolism, both in humans and in rodent models, and can be non-invasively assessed by (1)H-MRS in vivo. We used (1)H-MRS to characterize the hepatic fatty-acyl chains of healthy mice and to follow changes caused by streptozotocin (STZ) injection. Using STEAM at 14.1 T with an ultra-short TE of 2.8 ms, confounding effects from T2 relaxation and J-coupling were avoided, allowing for accurate estimations of the contribution of unsaturated (UFA), saturated (SFA), mono-unsaturated (MUFA) and poly-unsaturated (PUFA) fatty-acyl chains, number of double bonds, PU bonds and mean chain length. Compared with in vivo (1) H-MRS, high resolution NMR performed in vitro in hepatic lipid extracts reported longer fatty-acyl chains (18 versus 15 carbons) with a lower contribution from UFA (61 ± 1% versus 80 ± 5%) but a higher number of PU bonds per UFA (1.39 ± 0.03 versus 0.58 ± 0.08), driven by the presence of membrane species in the extracts. STZ injection caused a decrease of HLC (from 1.7 ± 0.3% to 0.7 ± 0.1%), an increase in the contribution of SFA (from 21 ± 2% to 45 ± 6%) and a reduction of the mean length (from 15 to 13 carbons) of cytosolic fatty-acyl chains. In addition, SFAs were also likely to have increased in membrane lipids of STZ-induced diabetic mice, along with a decrease of the mean chain length. These studies show the applicability of (1)H-MRS in vivo to monitor changes in the composition of the hepatic fatty-acyl chains in mice even when they exhibit reduced HLC, pointing to the value of this methodology to evaluate lipid-lowering interventions in the scope of metabolic disorders.

Biopolttoaineiden käyttö mikroturbiineissa

Työssä tutkittiin suoran ja epäsuoran mikroturbiiniprosessin toimintaa. Lisäksi työssä on kerrottu tarvittavista biopolttoaineista, apulaitteista sekä suurnopeustekniikasta.

Sähkön tuotantokustannusvertailu

Työssä vertaillaan eri sähköntuotantovaihtoehtojen taloudellista kannattavuutta. Kannattavuusvertailu suoritetaan pelkkää sähköä tuottaville voimalaitoksille. Sähkön ja lämmön yhteistuotannon lisärakentaminen tulee kattamaan tietyn osuuden lähitulevaisuuden sähkön hankinnan vajeesta, mutta sen lisäksi tarvitaan myös uutta lauhdetuotantokapasiteettia. Tutkittavat voimalaitostyypit ovat: ydinvoimalaitos, maakaasukombilauhdevoimalaitos, kivihiililauhdevoimalaitos, turvelauhdevoimalaitos, puulauhdevoimalaitos ja tuulivoimala. Kannattavuustarkastelu suoritetaan annuiteettimenetelmällä käyttäen 5 % reaalikorkoa ja tammikuun 2008 hintatasoa. Laskelmien perusteella 8000 tunnin huipunkäyttöajalla ydinsähkön tuotantokustannus olisi 35,0 € /MWh, kaasusähkön 59,2 €/MWh ja hiilisähkön 64,4 €/MWh, kun hiilidioksidipäästöoikeuden hintana käytetään 23 €/t. Ilman päästökauppaa kaasusähkön hinta on 51,2 €/MWh ja hiilisähkön 45,7 €/MWh ydinsähkön hinnan pysyessä ennallaan. Herkkyystarkastelun tulosten perusteella ydinvoiman kilpailukyky korostuu muihin tarkasteltuihin tuotantomuotoihin verrattuna. Ydinpolttoaineen suurellakaan hinnan muutoksella ei ole merkittävää vaikutusta ydinsähkön tuotantokustannukseen, kun taas maakaasusähkö on erittäin riippuvainen polttoaineen hinnasta. Myös päästöoikeuden hinnan kasvu lisää merkittävästi ydinvoiman kilpailukykyä kaasu- ja hiilisähköön verrattuna. Ydinvoimainvestoinnin kannattavuutta ja takaisinmaksua tarkastellaan myös yksinään siten, että investoinnilla saavutettavien tuottojen laskennassa käytetään useita eri sähkön markkinahintoja. Investoinnin kannattavuus on erittäin hyvä, kun sähkön markkinahinta on 50 €/MWh tai suurempi.

Sahan lämmöntuotannon ohjaus

Sahalaitoksilla käytetään lämpöenergiaa sahatavaran kuivauksessa. Lämpö tuotetaan pääasiassa polttamalla sivutuotteita, kuten kuorta ja purua. Hyvän kuivauslaadun saavuttamiseksi kuivausilman lämpötilan ja kosteuden on oltava oikean suuruiset. Epäsuotuisat kuivausolosuhteet hidastavat kuivumista tai aiheuttavat kuivausvikoja. Työssä käsiteltävänä sahalla lämpö tuotetaan kahdella sivutuotteita polttavalla kuorikattilalla sekä tarvittaessa raskasöljykattilalla. Raskasöljykattilalla tuotetaan myös kuivaamojen kostutushöyry. Automatiikkaa kehittämällä lämmöntuotanto saatiin reagoimaan paremmin vaihtelevaan lämmöntarpeeseen. Hyvin toimivan lämmöntuo¬tantojärjestelmän ansiosta kuivausolosuhteet ovat säilyneet entistä vakaampina. Matalapaineista höyryä johdetaan osaan sahan kuivaamoista. Höyrytys parantaa kuivauslaatua ja mahdollistaa nopeamman kuivauksen. Kuivaamot höyrytetään kuormanvaihdon jälkeen, jotta ilmankosteus nousee nopeasti tavoitetasolle. Lämmitys-vaiheen jälkeen höyrykostutusta ei tulisi käyttää ennen seuraavaa kuormanvaihtoa. Kehittämällä kuivaamoautomatiikkaa höyryn käyttö saatiin aikaisempaa kustannustehokkaammaksi. Muutoksien avulla polttoainekustannukset ovat pienentyneet.

Comparison of electricity generation costs

The economical competitiveness of various power plant alternatives is compared. The comparison comprises merely electricity producing power plants. Combined heat and power (CHP) producing power will cover part of the future power deficit in Finland, but also condensing power plants for base load production will be needed. The following types of power plants are studied: nuclear power plant, combined cycle gas turbine plant, coal-fired condensing power plant, peat-fired condensing power plant, wood-fired condensing power plant and wind power plant. The calculations are carried out by using the annuity method with a real interest rate of 5 % per annum and with a fixed price level as of January 2008. With the annual peak load utilization time of 8000 hours (corresponding to a load factor of 91,3 %) the production costs would be for nuclear electricity 35,0 €/MWh, for gas based electricity 59,2 €/MWh and for coal based electricity 64,4 €/MWh, when using a price of 23 €/tonCO2 for the carbon dioxide emission trading. Without emission trading the production cost of gas electricity is 51,2 €/MWh and that of coal electricity 45,7 €/MWh and nuclear remains the same (35,0 €/MWh) In order to study the impact of changes in the input data, a sensitivity analysis has been carried out. It reveals that the advantage of the nuclear power is quite clear. E.g. the nuclear electricity is rather insensitive to the changes of nuclear fuel price, whereas for natural gas alternative the rising trend of gas price causes the greatest risk. Furthermore, increase of emission trading price improves the competitiveness of the nuclear alternative. The competitiveness and payback of the nuclear power investment is studied also as such by using various electricity market prices for determining the revenues generated by the investment. The profitability of the investment is excellent, if the market price of electricity is 50 €/MWh or more.

Materials selection for superheater tubes in municipal solid waste incineration plants

Corrosion reduces the lifetime of municipal solid waste incineration (MSWI) superheater tubes more than any other cause. It can be minimized by the careful selection of those materials that are most resistant to corrosion under operating conditions. Since thousands of different materials are already known and many more are developed every year, here the selection methodology developed by Prof. Ashby of the University of Cambridge was used to evaluate the performance of different materials to be used as MSWI superheater tubes. The proposed materials can operate at steam pressures and temperatures over 40 bars and 400ºC, respectively. Two case studies are presented: one makes a balanced selection between mechanical properties and cost per thermal unit; and the other focuses on increasing tube lifetime. The balanced selection showed that AISI 410 martensitic stainless steel (wrought, hard tempered) is the best candidate with a good combination of corrosion resistance, a relatively low price (0.83-0.92 e/kg) and a good thermal conductivity (23-27 W/m K). Meanwhile, Nitronic 50/XM-19 stainless steel is the most promising candidate for longterm selection, as it presents high corrosion resistance with a relatively low price (4.86-5.14 e/kg) compared to Ni-alloys.

Meduloblastoma: correlação entre ressonância magnética convencional, difusão e espectroscopia de prótons

OBJETIVO: Correlacionar os achados de ressonância magnética convencional, difusão e espectroscopia de prótons nos meduloblastomas, e compará-los aos dados da literatura. MATERIAIS E MÉTODOS: Análise retrospectiva de exames de ressonância magnética pré-operatórios de nove pacientes na faixa pediátrica com diagnóstico histológico de meduloblastoma (oito desmoplásicos e um de células gigantes). Foram considerados dados demográficos e características do tumor como localização, característica morfológica, intensidade de sinal, realce, disseminação e achados na difusão e espectroscopia. RESULTADOS: Na maioria dos casos os tumores apresentaram epicentro no vermis cerebelar (77,8%), sendo predominantemente sólido (88,9%), com hipossinal nas seqüências ponderadas em T1 e iso/hipersinal nas seqüências ponderadas em T2 e FLAIR, realce heterogêneo (100%), sinais de disseminação/extensão tumoral (77,8%) e restrição à movimentação das moléculas de água (100%). A espectroscopia de prótons pela técnica STEAM (n = 6) demonstrou redução da relação Naa/Cr (83,3%) e aumento de Co/Cr (100%) e mI/Cr (66,7%), e pela técnica PRESS (n = 7) evidenciou pico de lactato (57,1%). CONCLUSÃO: O conjunto dos achados macroscópicos obtidos pela ressonância magnética, somado às características bioquímicas dos meduloblastomas, têm sido úteis na tentativa de diferenciação entre os principais tumores da fossa posterior.

Anàlisi mitjançant mecànica de fluids computacional d’un aerogenerador minieòlic

A la UdGhi ha 2 aerogeneradors minieòlics: el del terrat del P2 i un de més petit allaboratori d’energies. Aquest segon aerogenerador minieòlic és el que s’ha utilitzat en aquestprojecte. Es tracta d’un Air-X de la casa Technosun amb les següents característiques:- Té un pes de 6Kg, un radi de 0,582 metres, un TSR de 8,8 i unapotència de 545W.- Perfil de la pala tipus SD2030.- Velocitat d’engegada de 3m/s.-Amb vents forts (més de 15m/s) un dispositiu electrònic redueix lavelocitat fins a 600rpm, reduint les càrregues sobre la turbina i l’estructuramentre encara segueix produint energia.- Baix manteniment. Només consta de dues parts mòbils.L’objecte que s’ha plantejat per aquest projecte ha estat trobar la corbade potència del minigenerador Air-X mitjançant simulació amb CFD, iutilitzant només les dades geomètriques de l’aparell

Ação promotora do berílio em catalisadores da síntese do estireno

The catalytic dehydrogenation of ethylbenzene in presence of steam is the main commercial route to produce styrene. The industrial catalysts are potassium- and chromia-doped hematite which show low surface areas leading to bad performance and short life. In order to develop catalysts with high areas, the effect of beryllium on the textural properties and on the catalytic performance of this iron oxide was studied. The influence of the amount of the dopant, the starting material and the calcination temperature were also studied. In sample preparations, iron and beryllium salts (nitrate or sulfate) were hydrolyzed with ammonia and then calcinated. The experiments followed a factorial design with two variables in two levels (Fe/Be= 3 and 7; calcination temperature= 500 and 700ºC). Solids without any dopant were also prepared. Samples were characterized by elemental analysis, infrared spectroscopy, surface area and porosity measurements, X-ray diffraction, DSC and TG. The catalysts were tested in a microreactor at 524ºC and 1 atm, by using a mole ratio of steam/ ethylbenzene=10. The selectivity was measured by monitoring styrene, benzene and toluene formation. It was found that the effect of beryllium on the characteristics of hematite and on its catalytic performance depends on the starting material and on the amount of dopant. Surface areas increased due to the dopant as well as the nature of the precursor; samples produced by beryllium sulfate showed higher areas. Beryllium-doped solids showed a higher catalytic activity when compared to pure hematite, but no significant influence of the anion of starting material was noted. It can be concluded that beryllium acts as both textural and structural promoter. Samples with Fe/Be= 3, heated at 500ºC, lead to the highest conversion and were the most selective. However, catalysts prepared from beryllium sulfate are the most promising to ethylbenzene dehydrogenation due to their high surface area which could lead to a longer life.

Kierrätyspolttoaineen käyttö leijupetikattilan konseptiin

Diplomityö tehtiin Rautjärven kunnassa sijaitsevalle M-real Simpeleen tehtaan voimalaitokselle. Voimalaitoksella on leijupetikattila ja se tuottaa prosessilämmön ja höyryn kartonki- ja paperikoneelle. Vuotuinen energiantuotanto on noin 115 GWh. Diplomityön tavoitteena oli tutkia kierrätyspolttoaineen käyttöä osana voimalaitoksen polttoainekonseptista. Voimalaitoksen biokattila on leijupetikattila, jossa poltetaan tehtaalta tulevaa kuorta ja lietettä sekä tehtaan ulkopuolisia puuperäisiä biopolttoaineita ja turvetta. Yksi työn päätavoitteista oli laatia voimassa olevan ympäristöluvan muutoshakemus, jotta kierrätyspolttoaineen käytölle saataisiin lupa. Suurten polttolaitosten päästöjen tarkkailu- ja raportointivaatimukset ovat uudistuneet viime vuosina paljon. Suurimpia muutosten aiheuttajia ovat Valtioneuvoston asetukset 1017/2002 ja 362/2003. Tässä työssä kuvataan uusien asetusten tuomia vaatimuksia itse kattilalle ja polttoaineen syötölle, jatkuvatoimisille mittalaitteille ja muille suoritettaville mittauksille. Uutena asiana on myös ilmapäästöjen seurantamittaukset ja -tapa, jolla tulokset ilmoitetaan. Mahdollisimman pieniin leijupetikattilamuutoksiin uskotaan pääsevän korvaamalla kierrätyspolttoaine REF1:llä 5 – 10 % turpeesta tai puupolttoaineista.

Kaksiakselisen välijäähdytyksellä, välipoltolla ja rekuperaattorilla varustetun mikrokaasuturbiinin osakuormahyötysuhteen säilyvyyden optimointi

Työssä pyrittiin etsimään differentiaalievoluutioalgoritmilla kaksiakseliselle, välijäähdytyksellä, välipoltolla ja rekuperaattorilla varustetulle mikrokaasuturbiinille sellaiset kompressorien painesuhteet ja rekuperaattorin rekuperaatioaste, että saavutettaisiin mandollisimman hyvä osakuormahyötysuhteen säilyvyys. Osakuormatehon säätömenetelmäksi oli valittu pyörimisnopeussäädön ja turbiinien sisääntulolämpötilan alentamisen yhdistelmä, jossa generaattorilla varustetun akselin pyörimisnopeus sekä molempien turbiinien sisääntulolämpötilat olivat toisistaan riippumatta vapaasti säädettävissä. Työssä löydettiin optimaalinen säätömenetelmien yhdistelmä, jolla saavutetaan parempi osakuormahyötysuhteen säilyvyys, kuin millään käytetyistä menetelmistä yksinään. Lisäksi havaittiin, ettei optimaalinen säätömenetelmä merkittävästi riipu koneikolle valituista suunnittelupisteen parametreista. Osakuormahyötysuhteen säilyvyyden kannalta optimaalinen koneikko ei merkittävästi poikennut suunnittelupisteen hyötysuhteen kannalta optimaalisesta.

Tuulivoimakäytön simulointityökalun käyttöliittymän kehittäminen

Tämä diplomityö käsittelee tuulivoimakäytön simulointia. Tuuligeneraattoreiden yleisimpiä konsepteja tarkastellaan sekä konseptien markkinaosuudet esitetään. Työssä käsitellään tuulivoimakäytön simulointiohjelmistoja, ja esitellään Matlab/Simulink-ohjelmistolla kehitetyn simulointityökalun käyttöliittymä. Käyttöliittymää analysoidaan syvällisemmin kuvaamalla sen kehitykseen liittyneitä vaiheita ja toiminnallisuuden kannalta tehtyjä ratkaisuja. Kehitetystä simulointityökalusta esitetään käyttötapausanalyysi.

Literature review on permanent magnet generators design and dynamic behavior

This paper is a literature review which describes the construction of state of the art of permanent magnet generators and motors constructing and discusses the current and possible application of these machines in industry. Permanent magnet machines are a well-know class of rotating and linear electric machines used for many years in industrial applications. A particular interest for permanent magnet generators is connected with wind mills, which seem to be becoming increasingly popular nowadays. Geared and direct-driven permanent magnet generators are described. A classification of direct-driven permanent magnet generators is given. Design aspects of permanent magnet generators are presented. Permanent magnet generators for wind turbines designs are highlighted. Dynamics and vibration problems of permanent magnet generators covered in literature are presented. The application of the Finite Element Method for mechanical problems solution in the field of permanent magnet generators is discussed.

Höyryn käyttö suodinkakun pesussa ja kuivauksessa

Työssä käsitellään suodinkakkujen kuivapitoisuuksien muuttumista, kun kuivauksessa käytetään paineilman sijasta kylläistä höyryä.