Cost efficient extractive removal of birch pulp

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kustannustehokkaita keinoja uuteaineiden vähentämiseksi koivusulfaattimassasta. Uuteaineet voivat aiheuttaa ongelmia muodostaessaan saostumia prosessilaitteisiin. Saostumat aiheuttavat tukkeumia ja mittaushäiriöitä, mutta irrotessaan ne myös huonontavat sellun laatua. Lopputuotteeseen joutuessaan ne voivat lisäksi aiheuttaa haju- ja makuhaittoja, joilla on erityistä merkitystä esimerkiksi valmistettaessa elintarvikekartonkeja. Tämä työ tehtiin Stora Enson sellutehtaalla, Enocell Oy:llä, Uimaharjussa. Teoriaosassa käsiteltiin uuteaineiden koostumusta ja niiden aiheuttamia ongelmia sellu– ja paperitehtaissa. Lisäksi koottiin aikaisempien tehdaskokeiden fysikaalisia ja kemiallisia keinoja vähentää koivu-uutetta. Tarkastelualueina olivat puunkäsittely, keitto, pesemö ja valkaisu. Kokeellisessa osassa suoritettiin esikokeita laboratorio- ja tehdasmittakaavassa, jotta saavutettaisiin käytännöllistä tietoa itse lopuksi tehtävää tehdasmittakaavan koetta varten. Laboratoriokokeissa tutkittiin mm. keiton kappaluvun, lisäaineiden ja hartsisaippuan vaikutusta koivu-uutteeseen. Lisäksi suoritettiin myös happo- (A) ja peretikkahappovaiheen (Paa) laboratoriokokeet. Tehdasmittakaavassa tarkasteltiin mm. keiton kappaluvun, pesemön lämpötilan, A-vaiheen, valkaisun peroksidi- ja Paa-vaiheen vaikutusta koivu-uutteeseen. Uutteenpoistotehokkuutta eri menetelmien välillä vertailtiin niin määrällisesti kuin rahallisesti. Uutteenpoistotehokkuudella mitattuna vertailuvaihe oli tehokkain pesemön loppuvaiheessa ja valkaisun alkuvaiheessa. Pesemön loppuvaiheessa uutteenpoistoreduktiot olivat noin 30 % ja valkaisun alkuvaiheessa 40 %. Peroksidivaihe oli tehokkain käytettynä valkaisun loppuvaiheessa noin 40 % reduktiolla. Kustannustehokkuudella mitattuna tehokkaimmaksi osoittautui A-vaihe yhdessä peroksidivaiheen kanssa. Säästöt vertailujaksoon verrattuna olivat noin 0.3 €/ADt. Lisäksi kyseinen yhdistelmä osoittautui hyväksi keinoksi säilyttää uutetaso alle maksimirajan kuitulinja 2:lla, kun kuitulinjalla 1 tuotettiin samanaikaisesti armeeraussellua.

LAIPPATEHTAAN TOIMITUSVARMUUDEN JA LÄPIMENOAIKOJEN KEHITTÄMINEN AIKAPERUSTEISEN PROSESSIJOHTAMISEN KEINOIN

Yritysten sisäiset prosessit ovat usein pysyneet samanlaisina jo vuosia, ellei vuosikymmeniä. Tulevaisuuden haasteet löytyvät mitä suurimmassa määrin yritysten omista, monessa tapauksessa vielä tunnistamattomista prosesseista. Näiden haasteiden pohjalta, tämän diplomityön perusajatuksena on prosessijohtaminen. Diplomityön tutkimusongelma on laippatehtaan vaihteleva ja usein liian alhainen viikoittainen toimitusvarmuus, pitkät tilaus-toimitusketjun läpimenoajat ja alihankintalaippojen maahantuonnin vaikutus tehtaan toimitusvarmuuteen. Työn tarkoituksena on tutkia, kuvata ja analysoida tehtaan tuotannonohjauksen ja prosessien nykytilanne. Kirjallisuustutkimuksen ja analyysien pohjalta tavoitteena on tehdä ja toteuttaa erilaisia kehitysvaihtoehtoja toimitusvarmuuden, läpimenoaikojen ja tuotannon seurannan kehittämiseksi. Työssä analysoitiin Ferral Components Oy:n tuotannon nykytilaa, joka on perinteisesti ollut standardituotteiden varasto-ohjattua toimintaa. Analyysin perustietoina käytettiin yrityksen tuotannonohjausjärjestelmästä saatavia tilaus-toimitustietoja pääosin vuosilta 2003 ja 2004, joiltakin osin myös vuoden 2005 tietoja. ABC-analyysin tuloksena saatiin selville yrityksen tuotteiston rakenne ja sen pohjalta päätuoteryhmien tilaus-toimitusketjut. Päätuoteryhmien tilaus-toimitusketjujen selvittämisen jälkeen voitiin analysoida niiden nykytilanne. Nykytila-analyysin tulokset osoittivat, että tilaustoimitusketjut eivät ole suorituskykyisiä käytettyjen menetelmien ja mittareiden valossa ja kehitystarvetta on olemassa. Nykytila-analyysin, kirjallisuustutkimuksen ja projektikokousten avulla löydettiin kehityskohteita prosessien luomiseksi, sekä niiden kehittämiseksi. Pääasiallinen kehityskohde löydettiin analyysin pohjalta määritettyjen tilaus-toimitusketjujen eriyttämisestä omiksi ydinprosesseikseen. Ydinprosessit kuvattiin etulehtien, prosessikaavioiden ja tekstisivujen avulla. Lisäksi ydinprosesseille hahmoteltiin uusi prosessien mukainen tuotannon layout ja määriteltiin prosessien seurantaan soveltuvat mittarit. Lopuksi listattiin ydinprosesseille nykytila-analyysin pohjalta havaittuja kehitysideoita ja niiden mahdollisia positiivisia vaikutuksia sekä tehtiin taulukkolaskentaohjelmalla taulukko varasto-ohjattavien tuotteiden hälytysrajojen määrittämiseksi.

Asuntokohteiden asukasmuutosten hallinta

Asuntokohteissa tehtävien asukasmuutosten lukumäärä ja muutoksiin liittyvän tiedon määrä kasvaa rakennusalalla jatkuvasti asiakkaiden halutessa yhä yksilöllisempiä asuntoja. Asukasmuutosprosessin hallintaan ei kuitenkaan ole monessakaan rakennusyrityksessä panostettu vaan asukasmuutosten hoitaminen on ollut yksiköstä ja henkilöstä riippuvaa. Tietomäärien kasvaessa vaaditaan kuitenkin asukasmuutoksiin liittyvien tietovirtojen määrittämistä sekä tiedonhallintaan liittyvien tehtävien ja vastuiden selventämistä. Asukasmuutosprosessin tehokas hallinta edellyttää, että pystytään käsittelemään ja hallitsemaan suuria tietomääriä sekä käsittelemään tietoja nopeasti ja tehokkaasti. Työn tavoitteena on kuvata asukasmuutosprosessi, etsiä siihen liittyvät suurimmat ongelmakohdat sekä esittää toimenpide-ehdotuksia asukasmuutosprosessin hallinnan tehostamiseksi. Lisäksi työssä käsitellään lyhyesti asukasmuutosten tulevaisuutta sekä asukasmuutoksiin liittyviä yleisiä kehitysideoita. Työssä käsitellään tarkemmin myös projektitietopankkia rakennusprojektin tietovarastona sekä esitetään ideoita projektitietopankkitoiminnan kehittämiseksi. Asukasmuutosten hoidon nykytilaa ja ongelmia selvitettiin haastattelemalla NCC Finland Oy:n henkilökuntaa sekä keräämällä tietoa tehdyistä muutoksista aiemmin valmistuneissa kohteissa. Asukasmuutosten nykytilaan liittyen selvitettiin mm. millaisia lisä- ja muutostöitä asiakkaat teettävät asuntoihinsa, kuinka paljon muutoksia tehdään ja minkä hintaisia muutokset keskimäärin ovat. Lisäksi esitettiin prosessikuvaukset asukasmuutosten hoidosta. Nykytilan kuvaamisen jälkeen koottiin merkittävimmät ongelmakohdat sekä esitettiin parannusehdotuksia siitä, miten prosessia tulisi kehittää. Työhön liittyi osana myös projektitietopankin perustaminen sekä testaus NCC Finlandin Hämeenlinnan yksikössä, projektitietopankin hakemistorakenteen suunnittelu, toimintaohjeen laadinta käyttäjille sekä osapuolten opastus projektitietopankin käytössä.

Ympäristöjärjestelmä ja ympäristökirjanpito

Työssä tarkastellaan ympäristöjärjestelmiä ja ympäristölaskentatoimea yleisesti sekä ympäristölaskentatoimen hyödyntämistä ympäristöjärjestelmän tukena. Tarkastelun perustana ovat mm. eri organisaatioiden antamat ohjeet, jotka koskevat ympäristökustannuksia ja -tuottoja sekä ympäristökirjanpitoa. Työssä käsitellään myös taloudellisen ympäristötiedon raportointia sidosryhmille vuosikertomuksissa ja muissa raporteissa. Työssä määriteltiin Vantaan Energia Oy:n ympäristötoiminnot. Tämänhetkisen toiminnan aiheuttamat ympäristökustannukset ja kustannussäästöt on määritelty mahdollisimman tarkasti eri organisaatioiden antamien ohjeiden perusteella. Ympäristökustannusten ja -tuottojen seuraamiseksi työssä esitetään malli, jonka avulla yhtiön ympäristökirjanpitoa voidaan laajentaa osana taloushallinnon laskentajärjestelmää. Jonkin verran ympäristöeriä seurataan jo tällä hetkellä yhtiön taloushallinnon laskentajärjestelmässä ja muissa järjestelmissä, esimerkiksi ympäristöjärjestelmässä. Lisäksi työssä on tehty malli ympäristötilinpäätöksen sisällöstä ja sovellettu sitä Vantaan Energia Oy:n tapaukseen.

Eräällä pelkkahakkurilla tuotetun selluhakkeen laatujakauman hallinta

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää eräällä pelkkahakkurilla tuotetun selluhakkeen laadun vaihtelua ja laadun hallinnan mahdollisuuksia. Tutkittu laite on Veisto Oy:n suunnittelema ja valmistama HewSaw R200 - pelkkahakkuri. Tutkimuksessa selvitetään sahauksen yhteydessä pelkkahakkurilla tuotettavaan selluhakkeeseen vaikuttavien parametrien: hakkurin pyörimisnopeuden, tukin syöttönopeuden, hakkurin terien vaihtovälin, selluhakkeen palakoon, tukkiluokan, puun lämpötilan ja puulajin välisiä korrelaatioita ja edellä mainittujen tekijöiden vaikutusta tuotettavan hakkeen palakokojakaumaan. Tämä palakokojakauma määrää selluhakkeen laadunmäärityksessä käytettävän, niin sanotun hintakertoimen. Kyseinen hintakerroin määritellään SCAN – CM 40 – standardin mukaisella seulonnalla. Tämä standardi on käytössä laadunmäärityksen perusteena kaikilla pohjoismaisilla sellutehtailla.Tutkimuksen kirjallisessa osuudessa esitellään sahateollisuuden merkittävimmät sahausmenetelmät ja sivuotteiden tuotanto . Seuraavassa osassa käsitellään erikseen selluhaketta sahateollisuuden sivutuotteena ja sen taloudellista merkitystä sahateollisuudessa. Jatkossa keskitytään selluhakkeen tuottamiseen pelkkahakkurilla ja puun työstämiseen liittyviin periaatteisiin.Tutkimuksen kokeellisessa osuudessa tutkittaan, eri sahalaitoksilta otettujen hakenäytteiden perusteella, tärkeimmiksi havaittujen tuotantoparametrien vaikutusta selluhakkeen laatuun ja saantoon. Näytteitä otettiin tutkimuksen kokeellisessa osuudessa yhteensä noin 250 kappaletta. Tutkimuksen tuloksia käsittelevässä osuudessa on annettu malli tutkitulla HewSaw R200 - pelkkahakkurilla tuotetun selluhakkeen laadun ja määrän arvioimiseen.

Sähköisen lineaariservomoottorijärjestelmän dynamiikan simulointi

Työssä johdettiin sähköisen lineaariservomoottorijärjestelmän dynaaminen malli. Lineaarimoottori on keksintönä vanha, mutta vasta viimeaikoina kestomagneettimateriaalien kehittyessä ja halvetessa lineaarimoottorista on tullut varteenotettava vaihtoehto pyörivän moottorin ja lineaarisen liikkeen toteuttavan mekanismin yhdistelmälle. Kestomagnetoituja lineaarimoottoreita käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan tarkkaa paikoitusta ja nopeudella ja kiihtyvyydellä on suuret vaatimukset. Moottorimalli toteutettiin vuorovaikutteisena simulointimallina. Moottorimalli, josta saatiin moottorin voima, rakennettiin MatLabâ 6.0/Simulinkâ –ohjelmalle ja moottoriin kiinnitetyn mekaniikan malli ADAMS 10.0 –ohjelmalle. Mallit on liitetty tämän jälkeen vuorovaikutteiseksi simulointimalliksi. Simuloinnista saatuja tuloksia on verrattu koneautomaation laboratorioon hankitun lineaarimoottorijärjestelmän mitattuihin vasteisiin.

Ammoniakin talteenottoprosessin kehitys

Diplomityössä kehitettiin ioninvaihtoon perustuva ammoniakin talteenottoprosessi NSSC (Neutral Sulphite Semi Chemical) -prosessin haihduttamon lauhteille. Tarkoituksena oli saada aallotuskartonkitehtaan kemi-kaalikiertoa suljettua ja sitä kautta ammoniakkipäästöjä vähennettyä. Ammoniakki tuli ottaa hyötymuodossa (ammoniakkihöyry tai ammoniumsulfiitti) talteen. Ammoniumsulfiittiliuosta käytetään NSSC-prosessissa keittonesteenä. Kirjallisuusosassa selvitetään strippaukseen perustuvia ammoniakin talteenottomahdollisuuksia. Tutkitaan ioninvaihdon teoriaa ja ammoniumin talteenottoon sopivien ioninvaihtomateriaalien ominaisuuksia ioninvaihtajina. Lisäksi esitetään ioninvaihtoprosesseihin liittyviä laitteistoratkaisuja ja prosessiolosuhteita. Työn kokeellisessa osassa on yleiskuvaus Powerflute Oy Savon Sellun prosesseista ja selvitetään ammoniakin merkitystä tehtaalle. Laboratoriokokein tutkittiin orgaanisten kationihartsien sekä epäorgaanisen luonnon zeoliitin soveltuvuutta ammoniumionien vaihtoon esihaihduttamon lauhteesta. Ammoniakin talteenottoprosessin toimivuutta teollisessa mittakaavassa selvitettiin rakennetulla pilotlaitteistolla suoritettujen kokeiden avulla. Lopuksi tehtiin ammoniakin talteenottoprosessin scale-up: laskettiin prosessin talteenottokapasiteetti, arvioitiin kustannuksia sekä annettiin lausunto prosessin toteutettavuudesta. Laboratoriokokeiden perusteella luonnon zeoliitti ja heikosti hapan ioninvaihtohartsi eivät sovellu ammoniumionien vaihtoon NSSC haihduttamon lauhteista. Vahvasti hapan kationihartsi toimi ammoniumin talteenotossa parhaiten, joten se valittiin pilotkokeiden ioninvaihtomateriaaliksi. Pilotkokeissa ioninvaihtomateriaaliin saatiin sidottua ammoniumia noin 30 g NH4+ / dm3 hartsia, kun materiaalin teoreettinen ioninvaihtokapasiteetti oli 32 g NH4+ / dm3 hartsia. Ammoniumin läpäisykäyrien muotoon vaikutti suuresti syöttölauhteen virtausnopeus ja ammoniumpitoisuus. Ioninvaihtomateriaalipedin syvyydellä ei ollut niinkään merkitystä. Pilotkokeiden regenerointitavoista tehokkaimmaksi osoittautui höyrystrippaus, jossa saavutettiin noin 90 %:n talteenottotehokkuus. Rikkihapokekäsittelyllä talteenottotehokkuus jäi 50 %:iin. Teollisen mittakaavan laitoksella voidaan vuosittain regenerointitavasta riippuen ottaa talteen esihaihdut-tamon lauhteesta noin 100-150 tonnia ammoniakkia. Prosessin käyttökustannukset ovat talteenotetusta ammoniakista saataviin säästöihin verrattuna suuret ja niihin vaikuttaa merkittävästi ioninvaihtohartsin käyttöikä sekä regenerointikemikaalien kulutus. Osittaisella kemikaalikierron sulkemisella saavutetaan NSSC-prosessissa sekundäärietuja, joiden vaikutuksen merkittävyys pitäisi tarkentaa lisätutkimuksilla.

Muovituotteen markkinakartoitus ja markkinoinninsuunnittelu

Oy Finnpak Ab haluaa parantaa valumuovituoteryhmänsä markkina-tuntemusta ja kartoittaa potentiaaliset asiakkaansa Suomen ja Ruotsin markkinoilla. Diplomityön tavoitteena on selvittää edellä olevat asiat, sekä tarkastella yrityksen nykytilaa ja miettiä, mitä kehittämistä yrityksen nykyisessä markkinoinnissa on. Saatujen tietojen perusteella muodos-tetaan toimintorunko, markkinointisuunnitelma, jota käytetään hyväksi lähivuosien liiketoimintastrategioiden suunnittelussa.Potentiaalisista asiakkaista saadut tiedot perustuvat kyselytutkimukseen. Tutkimus suoritettiin soittamalla ensin valitun teollisuussektorin yrityksiin ja kohdeyrityksille lähetettiin tutkimuslomake.Työssä saatujen tulosten mukaan sekä sisäisessä että ulkoisessa markkinoinnissa on huomattavasti parantamisen varaa. Tärkein työssä esiin tullut uudistus valumuovipuolella oli tuotekehityksen maksullistaminen. Ylivoimaisesti suurin työssä esiin tullut projekti on kuitenkin yritysnimen yhtäläistäminen nykyisen tuotenimen kanssa. Yrityksen nimi on tarkoitus uudistaa vuoteen 2003 mennessä, joka on yrityksen neljäskymmenes toimintavuosi.

Kaasutuskaasun puhdistus

Tässä diplomityössä on selvitetty hiilestä, jätteestä tai biopolttoaineesta kaasutetun kaasun märkä- ja kuivapuhdistusta. Kaasutuskaasun puhdistuksella voidaan likainen ja jopa ongelmallinen aines muuttaa tai puhdistaa sellaiseksi ympäristökelpoiseksi polttoaineeksi, että sitä voidaan käyttää nykyisissä kulutuskohteissa ongelmitta. Lisäkannustusta kaasutuskaasun puhdistus saa uusista EU-direktiiveistä, jotka tulevat rajoittamaan jätteiden läjittämistä kaatopaikoille. Loppusijoitukseen meneviä jätevirtoja voidaan energiakäytöllä pienentää huomattavasti.Työ on tehty PVO-Engineering Oy:n voimalaitostekniikan osastolle kevään 2001 aikana. Työn tavoitteena oli kasvattaa yrityksen tietomäärää kaasutuskaasun puhdistuksen osalta. Lisäksi pyrittiin selvittämään uuden keraamisen pussisuodatinmateriaalin käyttöä kaasutuskaasun kuumakuivasuodatuksessa. Työn ensimmäisessä osassa esitetään kaasutuskaasun koostumuksen ja syntymisen lisäksi tämän työn lähtökohdat ja tavoitteet. Toisessa osassa selvitetään kaasulle asetettavia vaatimuksia eri käyttötapojen mukaan. Kolmannessa ja neljännessä osassa selvitetään puhdistettavien komponenttien käyttäytymistä ja sopivia puhdistusmenetelmiä.Kaasutuskaasun puhdistustekniikka vaihtelee paljonkin riippuen kaasun käyttökohteesta. Eroja syntyy käyttökohteen asetettamista vaatimuksista polttoaineelle, kaasutettavan polttoaineen koostumuksesta ja laadun vaihtelusta. Puhdistuksessa keskitytään kloori -, rikki -, typpi - ja metalliyhdisteiden poistamiseen kaasuvirrasta. Erotuskyvyllä arvioituna eri puhdistusmenetelmistä tehokkaimpia ovat pesurisähkösuodatinyhdistelmät. Niiden suuret jätemäärät ovat kuitenkin iso ongelma. Kuumakuivapuhdistuksessa pyritään kehittämään menetelmä, jossa syntyvät jätemäärät ovat pieniä ja puhdistustulos on riittävä. Puhdistuksen apukeinona käytetään usein erilaisia katalyyttejä. Tunnetuimpia ovat erilaiset kalsiumpohjaiset materiaalit ja mineraalit. Katalyyteillä voidaan tehostaa tarpeellisia kemiallisia reaktioita puhdistusprosessissa. Kaikki puhdistukseen liittyvät ongelmat ovat kooltaan niin suuria, että niiden ratkaisemiseksi on tulevaisuudessa tehtävä lujasti töitä. Markkinanäkymät toimivalle puhdistustekniikalle ovat nykymaailmassa hyvät. Niinpä tuotekehitykseen laitetut panokset voivat tulevaisuudessa olla yritykselle kullan arvoisia.

Moottoripolttoaineiden ominaisuuksien mallintaminen

Työn tavoitteena on selvittää voidaanko neuroverkkoa käyttää mallintamaan ja ennustamaan polttoaineen vaikutusta nykyaikaisen auton päästöihin. Näin pystyttäisiin vähentämään aikaa vievien ja kalliiden koeajojen tarvetta. Työ tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Fortum Oy:n yhteistyöprojektissa. Työssä tehtiin kolme erilaista mallia. Ensimmäisenä tehtiin autokohtainen malli, jolla pyrittiin ennustamaan autokohtaista käyttäytymistä. Toiseksi kokeiltiin mallia, jossa automalli oli yhtenä syötteenä. Kolmantena yritettiin kiertää eräitä aineiston ongelmia käyttämällä "sumeutettuja" polttoaineiden koostumuksia. Työssä käytettiin MLP-neuroverkkoa, joka opetettiin backpropagation algoritmilla. Työssä havaittiin ettei käytettävissä olleella aineistolla ja käytetyillä malleilla pystytä riittävällä tarkkuudella mallintamaan polttoaineen vaikutusta päästöihin. Aineiston ongelmia olivat mm. suuret mittausvarianssit, aineiston pieni määrä sekä aineiston soveltumattomuus neuroverkolla mallintamiseen.

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.

Maalämpöpumpun mitoitusjärjestelmän kehittäminen

Työn tavoitteena oli kehittää maalämpöpumppujärjestelmään kuuluvien komponenttien mitoitusta. Työ tehtiin Alufer Oy nimiselle yritykselle, joka on työskennellyt jo kolme vuotta maalämpöpumppujärjestelmän tuotekehityksen parissa. Maalämpöpumppujärjestelmä tullaan suunnittelemaan mahdollisimman suorituskykyiseksi ja joustavaksi. Suunnittelun lähtökohtana on, että lämmitysjärjestelmä on ns. matalalämpö-järjestelmä, joka käytännössä usein toteutetaan lattialämmityksenä. Ensimmäiseksi työssä on selvitetty mitä maalämpö on ja mitkä ovat yleisimmät maalämpöpumppujärjestelmän lämmönkeruuputkistojen asennustavat. Tällä hetkellä käytössä on joko vaakaan (maa, vesi) tai pystyyn asennettava lämmönkeruuputkisto (porakaivo). Seuraavaksi työssä on lähdetty selvittämään maalämpöpumppumarkkinoita Suomessa sekä selvitetty kolmen suurimman valmistajan Geopro Systemsin, Suomen Lämpöpumpputekniikan ja Ekowellin tuotteita sekä tekniikkaa. Työssä selvitetään myös muutamien Eurooppalaisten maiden markkinat. Mitoitusjärjestelmässä tarkastelu on aloitettu uudisrakennuksen lämmitystehon tarpeesta ja käyttöveden lämmityksen tarvitsemasta tehosta. Tarvittavan lämmitysenergian perusteella määriteltiin lämpöpumppujärjestelmään kuuluvat komponentit. Maalämpöpumppujärjestelmä koostuu seuraavista pääkomponenteista: höyrystin, kompressori, lauhdutin ja paisuntaventtiili. Höyrystimen tehon mitoituksessa on huomioitu lämmönkeruuputkistossa kulkevan nesteen aineominaisuudet, massavirta ja lämpötilaero höyrystimen nesteen ulostulon sekä sisään menon välillä. Kompressorin teho on määritetty valitun kylmäaineen (R407C) lg p-h piirroksesta tai määritetty teoreettisesti kompressorivalmistajien omista valintaohjelmista. Lauhduttimen teho on määritelty höyrystimen sekä kompressorin tehon summasta. Samalla määräytyy myös uudisrakennuksen lämmitystehontarve. Lopuksi työssä on käsitelty maalämpöpumppujärjestelmän kehitysmahdollisuuksia. Vaihtoehtoina on huomioitu tulistin, alijäähdytin ja varaaja, joilla voidaan huomattavasti parantaa maalämpöpumpun lämpökerrointa.

Biologisessa jätteenkäsittelyssä syntyvän lopputuotteen terminen kuivaus

Biologisessa jätteenkäsittelyssä syntyvää humusmassaa voidaan käyttää maanparannusaineena ja yleisenä lannoitusaineena. Termisellä kuivauksella saadaan humuksen kuiva-ainepitoisuutta nostettua mekaanisen kuivauksen jälkeen, jolloin sen tuotteistettavuus ja kuljetettavuus paranevat pienentyneen painon ja tilavuuden myötä. Kirjallisuusosassa on esitetty yleisiä termisen kuivauksen periaatteita sekä käsitelty lähemmin humuksen kuivausta. Lisäksi termisen kuivauksen hygienisoivaa vaikutusta on esitelty kirjallisuusosan lopussa. Tutkimusosassa luotiin tietokonepohjainen malli MK Protech Oy:n kehittämälle Traypack-kuivaimelle. Mallin luomisessa käytettiin apuna suoritettujen pilot-ajojen tuloksia sekä kirjallisuudesta saatuja tietoja. Malli sisältää kuivauksen aine- ja energiataseet sekä kuivaimen ja sen apulaitteiden mitoituksen. Sen lisäksi malli tulostaa erillisinä kokonaisuuksina prosessin laiteluettelon, investointikustannuslaskelman ja elinkaarianalyysin. Lisäksi tutkimusosassa laskettiin mallin avulla Rayongin kaupunkiin Thaimaahan rakenteilla olevan jätteenkäsittelylaitoksen tarpeeseen soveltuvan kuivaimen mitoitus- ja käyttötiedot sekä tarkasteltiin kuivaimen taloudellista kannattavuutta. Laitoksessa kuivataan 2080 kg/h kuiva-ainepitoisuudeltaan 30 % humusta loppukuiva-ainepitoisuuteen 50 %. Tarvittavaksi lämpötehoksi kuivaimeen saatiin 3,9 MW. Tästä 2,0 MW tarvitaan uutta systeemiin tuotavaa kuivauskaasua. Tällöin laitoksen investointikustannuksiksi saatiin 359 000 EUR. Laitoksen käyttökustannuksiksi saatiin 40 440 EUR vuodessa.

Sulfaattimassan D/Q(EOP)D-valkaisimon optimointi

Työssä tutkittiin sulfaattisellutehtaan ECF-valkaisimon toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Tavoitteena oli selvittää tekijöiden vaikutus massan laatuominaisuuksiin, valkaisimon kemikaalikustannuksiin ja klooridioksidin kulutukseen. Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu nykyaikaisen sulfaattisellutehtaan eri prosesseja. Erityistä huomiota on kiinnitetty sellun ECF-valkaisuun ja kyseisessä valkaisussa käytettäviin kemikaaleihin. Lisäksi on tarkasteltu TCF-valkaisua ja mahdollisuuksia sulkea sellutehtaan vesikiertoja. Kokeellisessa osassa selvitettiin Oy Metsä-Botnia Ab Joutsenon tehtaan kolmivaiheisen ECF-valkaisimon massan laatuominaisuuksiin, kustannuksiin ja klooridioksidin kulutukseen vaikuttavia tekijöitä. Tavoitteena oli vaikuttaa positiivisesti massan laatuominaisuuksiin valkaisun keinoin. Samalla pyrittiin minimoimaan valkaisusta aiheutuvia kemikaalikustannuksia ja vähentämään klooridioksidin kulutusta. Työssä käytettiin Taguchi-menetelmää. Tehdyn tutkimuksen myötä saatiin runsaasti tietoa mihin eri ominaisuuksiin tutkitut tekijät vaikuttivat. Metallien poistolla eli kelatoinnilla havaittiin olevan suuri merkitys hapettavan alkaliuuttovaiheen ja samalla koko valkaisimon toimintaan. Suurella kelatointiaineannoksella valkaisimon selektiivisyys ja tehokkuus paranivat. Muista tekijöistä happiannoksella havaittiin olevan vaikutusta vain massan paperiteknisiin ominaisuuksiin ja hiilihydraattien koostumukseen. Happiannoksen kasvattaminen paransi repäisyindeksiä ja vähensi massan jauhatustarvetta yli valkaisimon. Kyseisiin ominaisuuksiin vaikuttivat myös klooridioksidi ja sen toimintaolosuhteet. Kemikaalikustannuksiin vaikuttavista tekijöistä valkaisimon tulokapalla ja ensimmäisen klooridioksidivaiheen kemikaaliannoksella havaittiin olevan suuri merkitys. Samat tekijät vaikuttivat myös valkaisimon klooridioksidin kokonaiskulukseen.

Kuivajätteen hyödyntämisprosessi

Jätemäärät Suomessa ja useimmissa muissakin maissa ovat kasvavia tehostuneesta kierrätyksestä huolimatta. Kaatopaikka on edelleen yleisin jätteen loppusijoituspaikka. Sinne päätyy paljon kierrätettäväksi kelpaavaa materiaalia muun muassa kuitumateriaalia, joka olisi käyttökelpoista uusiomassan raaka-ainetta. Metso Paper Oy on kehittänyt prosessin, jolla voidaan erottaa kuitumateriaali kuiva- tai energiajätteestä. Prosessista on rakennettu siirrettavä koelaitteisto, jonka tarkoituksena on osoittaa, että kuidun talteenotto kuivajätteestä on mahdollista sekä taloudellisesti mielekästä. Työn alkuosassa tarkastellaan uusiokuidun ominaisuuksia ja sen käyttökohteita. Lisäksi tarkastellaan kuivajätteen hyödyntämistä hylsykartongin ja kierrätettävän muovin raaka-aineena. Työn tavoitteena on arvioida erilaisten raaka-aineiden soveltuvuutta prosessiin koeajotulosten pohjalta sekä tarkastella saavutettuja massan laatuarvoja ja niiden soveltuvuutta erilaisiin paperi- ja kartonkituotteisiin. Ominaisuuksiltaan uusiokuitu on aina ensikuitua heikompi. Kuivajätteestä voidaan prosessilla erottaa kuitua, joka laadultaan kelpaa ainakin ruskeisiin pakkausmateriaaleihin.