Fuel economy in boiler rooms; a development of Fuel economy and CO₂ recorders, published in the engineers' study course from Power.

First edition, 1914, has title: Fuel economy and CO₂ recorders.

Analysis of a molten carbonate fuel cell: cogeneration to produce electricity and cold water

The fuel cell is an emerging cogeneration technology that has been applied successfully in Japan, the USA and some countries in the European Union. This system performs direct conversion of the chemical energy of the oxidation of hydrogen from fuel with atmospheric oxygen into direct current electricity and waste heat via an electrochemical process relying on the use of different electrolytes (phosphoric acid, molten carbonate and solid oxide, depending on operating temperature). This technology permits the recovery of waste heat, available from 200 degreesC up to 1000 degreesC depending on the electrolyte technology, which can be used in the production of steam, hot or cold water, or hot or cold air, depending on the associated recuperation equipment. In this paper, an energy, exergy and economic analysis of a fuel cell cogeneration system (FCCS) is presented. The FCCS is applied in a segment of the tertiary sector to show that it is a feasible alternative for rational decentralized energy production under Brazilian conditions. The technoeconomic analysis shows a global efficiency or fuel utilization efficiency of 86%. Analysis shows that the exergy losses in the fuel cell unit and the absorption refrigeration system are significant. Furthermore, the payback period estimated is about 3 and 5 years for investments in fuel cells of 1000 and 1500 US$/kW, respectively. (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Recuperação da palha da cana-de-açúcar para a produção de energia elétrica e etanol celulósico

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Atmospheric impacts of the life cycle emissions of fuel ethanol in Brazil: based on chemical exergy

An assessment is made of the atmospheric emissions from the life cycle of fuel ethanol coupled with the cogeneration of electricity from sugarcane in Brazil. The total exergy loss from the most quantitative relevant atmospheric emission substances produced by the life cycle of fuel ethanol is 3.26E+05 kJ/t of C(2)H(5)OH, Compared with the chemical exergy of 1 t of ethanol (calculated as 34.56E + 06 kJ). the exergy loss from the life cycle`s atmospheric emission represents 1.11% of the product`s exergy. The activity that most contributes to atmospheric emission chemical exergy losses is the harvesting of sugarcane through the methane emitted in burning. Suggestions for improved environmental quality and greater efficiency of the life cycle of fuel ethanol with cogenerated energy are: harvesting the sugarcane without burning, renewable fuels should be used in tractors, trucks and buses instead of fossil fuel and the transportation of products and input should be logistically optimized. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cogeração a partir da biomassa residual de cana-de-açúcar: estudo de caso

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Strukturierte Modellierung und nichtlineare Analyse von PEM-Brennstoffzellen

Fuel cell, PEM fuel cell, Network theory, Computer aided modelling, Nonlinear analysis

Kuplaleijupetikattilan dynaaminen malli

Työn tavoitteena oli rakentaa dynaaminen malli kuplaleijupetikattilasta APROS- ohjelmistoa käyttäen. Tarkoituksena oli selvittää kyseisen ohjelmiston soveltuvuutta nykyaikaisen voimalaitoskattilan mallintamiseen. Mallin rakentamisen perustana oli toiminnassa oleva kuplaleijupetillä varustettu voimalaitoskattila. Näin oli käytettävissä riittävä määrä aineistoa mallin rakenteen luomiseen ja valmiin mallin sovittamiseen. Työ on luonteeltaan kaksiosainen. Ensimmäinen osa on kirjallisuusosa, jossa esitellään mallinnuksen kohteena olevaa tekniikkaa. Tekniikasta annetaan kuva esittelemällä perusteoria ja käytännön sovellukset. Lisäksi esitellään kattilassa käytettävät polttoaineet. Kirjallisuusosassa esitellään myös käytettävä APROS-mallinnusohjelmisto. Ohjelmiston laskennan perusteita ei erikseen esitellä. Ne pohjautuvat yleiseen termodynamiikan ja lämmönsiirron teoriaan. Ohjelmiston käytöstä ja sen toiminnasta yleensä annetaan yleisluontoinen selostus. Toisessa osassa mallin rakentaminen esitellään vaiheittain ja siinä järjestyksessä kuin se mallia rakennettaessa tehtiin. Kattilamallin toimintaa testattiin vertaamalla kattilan mitoitustilaan viritettyä mallia takuukokeiden mittaustuloksiin. Lisäksi testattiin mallin toimintaa osakuormalla koeajojakson soveltuvasta osakuormatilasta saatuihin mittausarvoihin. Mallin jatkokehitys pitää sisällään laajamittaisen automaation luomisen ja erilaisten muutostilojen testaamista mallilla.

Kuplivan leijukerroksen poltto- ja lämpötekninen tarkastelu

Työn tavoitteena oli luoda menetelmä leijukerroskattilan petin lämpötilojen ja toiminta-alueen arvioimiseksi annetuilla lähtötiedoilla. Toimintatapana oli tutkia polttoaineen ominaisuuksien ja kattilan geometrian vaikutuksia petin energiataseeseen ja tätä kautta petin lämpötilaan kattilan ajotapa huomioiden. Työn teoriaosassa esitellään aluksi biopolttoaineiden ominaisuuksia ja leijukerroskattilan toimintaa petin toimintaympäristön selvittämiseksi. Teoriaosan lopussa käsitellään perusteellisesti petin hydrodynamiikkaa ja reaktiokinettikkaa sekä petin alueen mekaanista mitoitusta. Lisäksi polttoaineen syöttötapa ja palaminen petissä tuodaan esille. Tutkimusosassa selvitetään petin energiatasemallin määrittämistä teoriaan ja diplomityön aikana eri kattiloilla suoritettuihin mittauksiin perustuen. Mittauksista on erillinen selvitys seitsemännessä kappaleessa. Lopuksi kuvaillaan petin energiatasetta mallintavan menetelmän toimintaa sekä siihen syötettäviä lähtötietoja. Tuloksena on saatu suppealla alueella toimiva laajennettavissa oleva petin energiataseen malli. Menetelmän testaamiseen käytetään mittaustietoa kahdelta kattilalta, joita ei olla käytetty petin energiatasemallin virityksessä.

Jätteiden energiakäytön näkymät Euroopassa leijukerrospolton kannalta

Polttaminen on tehokas jätteenkäsittelymenetelmä, jossa jätteen tilavuus pienenee huomattavasti ja energiasisältö voidaan hyödyntää. Euroopan yhtenäistyneen ja tiukentuneen jätelainsäädännön takia jätteen sijoittaminen kaatopaikoille tulee vähenemään merkittävästi, jolloin jätteenkäsittelyn kapasiteettivaje voidaan korvata ensisijaisesti jätettä hyödyntävillä käsittelymenetelmillä. Tässä työssä tarkastellaan kiinteiden polttokelpoisten jätteiden hyödyntämistä polttoaineena erityisesti Suomessa yleisesti käytettävän leijukerrospolton kannalta. Työn tavoitteena on vertailla yleisimpiä jätteen energiakäytössä käytettäviä tekniikoita ja tutkia jätteen energiakäytön nykytilaa sekä tulevaisuuden mahdollisuuksia Euroopan maissa. Työ voidaan jakaa kahteen osaan: alkuosassa on esitetty kiinteän polttoaineen palamisen teoriaa sekä erilaisten kiinteiden polttoaineiden ominaisuuksia. Lisäksi alkuosassa on perehdytty yleisimpiin jätteen energiakäytön tekniikoihin. Työn jälkimmäisessä osassa on käsitelty jätteen energiakäyttöä ohjaavia tekijöitä sekä esitetty jätehuollon nykytila Suomessa ja muutamassa muussa Euroopan maassa. Tarkoituksena on ollut antaa yleiskuva siitä, miten jätettä hyödynnetään energiantuotannossa eri puolilla Eurooppaa ja miten yhtenäistyvä lainsäädäntö vaikuttaa eri maiden jätehuoltopolitiikkaan sekä jätteen energiakäytön määriin.

Pyrolyysiöljyn tuottaminen kiertoleijukattilaan liitetyllä prosessilla

Pyrolyysiöljy on biomassasta nopealla hapettomalla lämpökäsittelyprosessilla saatavaa nestemäistä polttoainetta. Kasvavien uusiutuvan energian käyttötavoitteiden myötä pyrolyysiöljystä on tullut kiinnostava vaihtoehto fossiilisille polttoöljyille. Suurimmat käytön haasteet ovat alhainen lämpöarvo, korkeat kiintoainepitoisuudet ja happamuus fossiilisiin polttoöljyihin verrattuna sekä eri raaka-aineista syntyvät ominaisuuksiltaan erilaiset pyrolyysiöljyt. Pyrolyysiöljyn kaupallinen tuotanto on vasta käynnistymässä eikä sen laadulle ole olemassa standardeja, joten eri valmistajien tuotteet voivat poiketa toisistaan huomattavastikin. Suomessa on Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen (VTT) toimesta kehitetty Integrated Thermal Process (ITP)-konsepti, jossa pyrolyysiöljyn tuotantoprosessi on liitetty kiertoleijukattilaprosessiin. Prosessien yhdistämisellä voidaan parantaa kokonaishyötysuhdetta sekä hyödyntää laitosten yhteistä käyttöä ja polttoaineen hankintaa. Pyrolyysiprosessin tarvitsema lämpöenergia otetaan petihiekan välityksellä kattilasta, jossa poltetaan myös prosessissa syntyvät oheistuotteet. Tässä diplomityössä tutkittiin pyrolyysiprosessin vaikutusta voimalaitoksen toimintaan ja luotiin malli voimalaitoksen energiataseessa tapahtuvien muutosten arviointiin. Malli laskee sekä pyrolysaattorin että raaka-aineen käsittelyn vaikutukset voimalaitoksen sähkön- ja lämmöntuotantoon. Lisäksi mallin avulla voidaan arvioida pyrolysaattorin aiheuttama raaka-aineen tarve sekä voimalaitoksen lisäpolttoaineen tarve. Työssä tarkasteltiin myös pyrolyysiöljyn ominaisuuksia ja käyttökohteita, sekä tarvittavia muutoksia olemassa olevaan voimalaitokseen. Lisäksi arvioitiin tuotannon kannattavuutta. Mallia sovellettiin esimerkkivoimalaitokseen, jossa on harkittu pyrolyysiöljyn tuotannon aloittamista. Laskelmien perusteella pyrolyysiöljyn tuotannolla on sähkön- ja lämmöntuotantoa alentava sekä polttoaineen tarvetta korottava vaikutus. Pyrolyysiprosessin lisääminen nostaa voimalaitoksen kokonaishyötysuhdetta. Suotuisissa olosuhteissa öljytuotanto ITP-konseptilla näyttäisi olevan taloudellisesti kannattavaa.

Development of an HTR-10 model in the Serpent reactor physics code

The use of exact coordinates of pebbles and fuel particles of pebble bed reactor modelling becoming possible in Monte Carlo reactor physics calculations is an important development step. This allows exact modelling of pebble bed reactors with realistic pebble beds without the placing of pebbles in regular lattices. In this study the multiplication coefficient of the HTR-10 pebble bed reactor is calculated with the Serpent reactor physics code and, using this multiplication coefficient, the amount of pebbles required for the critical load of the reactor. The multiplication coefficient is calculated using pebble beds produced with the discrete element method and three different material libraries in order to compare the results. The received results are lower than those from measured at the experimental reactor and somewhat lower than those gained with other codes in earlier studies.

Projeto mecânico e análise térmica de tanques cilíndricos verticais com agitação e superfície de troca de calor

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Metodologia para análise energética e exergética de uma caldeira aquatubular com queima de bagaço de cana

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

A micro industry with closed energy and water cycles for sustainable rural development

Sustainable development requires combining economic viability with energy and environment conservation and ensuring social benefits. It is conceptualized that for designing a micro industry for sustainable rural industrialization, all these aspects should be integrated right up front. The concept includes; (a) utilization of local produce for value addition in a cluster of villages and enhancing income of the target population; (b) use of renewable energy and total utilization of energy generated by co and trigeneration (combining electric power production with heat utilization for heating and cooling); (c) conservation of water and complete recycling of effluents; (d) total utilization of all wastes for achieving closure towards a zero waste system. Enhanced economic viability and sustainability is achieved by integration of appropriate technologies into the industrial complex. To prove the concept, a model Micro Industrial Complex (MIC) has been set up in a semi arid desert region in Rajasthan, India at village Malunga in Jodhpur district. A biomass powered boiler and steam turbine system is used to generate 100-200 KVA of electric power and high energy steam for heating and cooling processes downstream. The unique feature of the equipment is a 100-150 kW back-pressure steam turbine, utilizing 3-4 tph (tonnes per hour) steam, developed by M/s IB Turbo. The biomass boiler raises steam at about 20 barg 3 tph, which is passed through a turbine to yield about 150 kW of electrical power. The steam let out at a back pressure of 1-3 barg has high exergy and this is passed on as thermal energy (about 2 MW), for use in various applications depending on the local produce and resources. The biomass fuel requirement for the boiler is 0.5-0.75 tph depending on its calorific value. In the current model, the electricity produced is used for running an oil expeller to extract castor oil and the castor cake is used as fuel in the boiler. The steam is used in a Multi Effect Distillation (MED) unit for drinking water production and in a Vapour Absorption Machine (VAM) for cooling, for banana ripening application. Additional steam is available for extraction of herbs such as mint and processing local vegetables. In this paper, we discuss the financial and economic viability of the system and show how the energy, water and materials are completely recycled and how the benefits are directed to the weaker sections of the community.