Browsing by Author "Ruohonen, Pekka"

Now showing 1 - 10 of 10

Hiilidioksidin varastointimenetelmät
(2008) Suominen, Mika
Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta | Bachelor's thesis
Jäähdytystornit
(2009) Nurmi, Aleksi
Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta | Bachelor's thesis
Käyttöhyödykejärjestelmät teollisen symbioosin tehdaspuistossa
(2010) Hämäläinen, Pentti
Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta | Bachelor's thesis
Organic Rankine Cycle (ORC) ja sen käyttömahdollisuudet teollisuudessa
(2009) Niskanen, Tuomas
Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta | Bachelor's thesis
Pinch analysis focused on secondary heat - How to include multi phase flows by using the advanced composite curves
(2015) Ruohonen, Pekka
School of Engineering | Doctoral dissertation (article-based)
The problem of how to design heat exchanger networks in an optimal way, or heat exchanger networks synthesis, was first studied in the 1960s. The development was fast and the spreading of the methods has caused significant changes in operation of many industrial fields. Traditionally, the work has been divided in pinch based methods and optimisation. This dissertation has focus on the pinch based methods that can be used for heat exchanger network retrofit. Special attention is given for industrial processes with significant possibilities to utilize secondary heat. The literature review shows that the latest developments in the field are the advanced composite curves. Therefore this method is chosen for closer consideration. A logical choice for comparison is the traditional pinch analysis. The objective of this dissertation is to find what advantages do the advanced composite curves have over traditional pinch analysis and identify improvement possibilities in the both methodologies. The study has been carried out by conducting industrial case studies and developing simplified examples when it comes to use of new methods developed in this study. It is shown in the studies that the advanced composite curves give a lot more information on the studied system than traditional pinch-based methods. The whole mill can be shown in two diagrams, one above and the other below the pinch, that show at a glance how the existing heat exchanger network is designed compared to theoretical possibilities. The real temperature levels of the utilities used at the mill and the theoretical upper and lower level for those temperatures, shown together in the curves, give guidance to the engineer as to where to look for improvement potential. Based on the experience from the case studies, the method should be widely implemented in the industry. A novel approach is presented that shows how to use the advanced composite curves to show the upper and lower limits for heat recovery in cases where some of the soft streams have phase changes at the temperature interval in question. The study shows that this can be done with a satisfactory precision. Technical limitations can be taken into the analysis and described graphically. This gives new ideas for saving possibilities not seen by the traditional analysis.
Jäähdytysjärjestelmien tehostamismahdollisuudet energiaintensiivisessä teollisuudessa, esimerkkikohteena laaja metallurgian integraatti
(2007) Ruohonen, Pekka
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Tämä työ on tehty Teknillisen korkeakoulun Energiatalouden ja voimalaitostekniikan laboratoriossa osana tutkimushanketta "Teollisuuden jäähdytyksen optimointi energian yhteistuotannossa". Hanke kuuluu Tekesin "Ilmastonmuutoksen hillinnän liiketoimintamahdollisuudet, ClimBus -teknologiaohjelmaan. Työssä esitellään teollisuudessa käytettävät jäähdytysjärjestelmät ja mahdollisuudet parantaa niiden toimintaa niin, että primäärienergiankulutus tai muiden resurssien, kuten pohjaveden, käyttö pienenee. Työn alussa esitellään lyhyesti jäähdytysjärjestelmissä tarvittavat laitteet ja kylmäaineet. Tämän jälkeen tarkastelu laajentuu erityyppisiin kylmäkoneisiin. Kompressorikylmäkoneet ovat paljon käytettyä ja ominaisuuksiltaan tunnettua tekniikkaa, joten ne esitellään lyhyesti. Absorptiokylmäkoneiden osalta kerrotaan laajemmin erilaisista kytkentävaihtoehdoista ja tutkimusvaiheessa olevista ratkaisuista. Myös perinteisille kylmäkoneille vaihtoehtoiset ratkaisut kuten lämpöputket ja termoelektrinen jäähdytys käsitellään. Jäähdytysjärjestelmien jälkeen käsitellään kolmituotanto (trigeneration) eli sähkön, lämmön ja kylmän yhteistuotanto. Kolmituotannon osalta esitellään erilaiset käytössä olevat tekniset ratkaisut, taloudelliseen kannattavuuteen liittyvät tekijät ja kolmituotannon vaikutus hiilidioksidipäästöihin. Esimerkkitarkastelun kohteena on Harjavallan suurteollisuuspuisto, jonka osalta esitellään käytetyt jäähdytysjärjestelmät, niiden lämpötilatasot sekä tehojen pysyvyydet ja pyritään löytämään parannuskohteita nykytilanteeseen verrattuna. Tarkastelu on osa myöhemmin tehtävää laajempaa tutkimusta. Pohjaveden jäähdytyskäytön korvaamisesta on tehty tarkempi laskelma. Tarkasteluvaihtoehtoina ovat kompressorikylmäkone ja kaksi erilaista absorptiokylmäkonetta. Laskelma osoittaa, että sekundäärilämpöjä hyödyntävä 1-vaiheinen absorptiokylmäkone on näistä kannattavin vaihtoehto.
Energian kolmituotannon käyttömahdollisuudet teollisuudessa
(2009) Nousiainen, Timo
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Tämä työ on osa laajempaa tutkimushanketta "Teollisuuden jäähdytysjärjestelmien optimointi energian yhteistuotannossa". Työ on tehty Teknillisen korkeakoulun Energiatekniikanlaitoksen Energiatalouden ja voimalaitostekniikan opetus- ja tutkimusryhmässä. Hanke on osa Tekesin teknologiaohjelmaa "Ilmastonmuutoksen hillinnän liiketoimintamahdollisuudet, Climbus". Tämä työ käsittelee kolmituotannon käyttömahdollisuuksia teollisuussovelluksissa. Kolmituotanto on määritelmänsä mukaan saman laitoksen tai kiinteistön sisällä tapahtuvaa yhdistettyä sähkön, lämmön ja jäähdytyksen tuotantoa. Yleisesti tämä toteutetaan lisäämällä absorptiokylmäkone yhteistuotantolaitokseen. Tämän tutkimuksen tavoitteena on tarkastella kolmituotannon vaikutusta primäärienergian kulutukseen ja prosessiteollisuuden hiilidioksidipäästöihin. Joihinkin taloudellisiin näkökulmiin otetaan myös kantaa. Aluksi kolmituotantoteknologia esitellään yleisesti. Esitellään absorptiokylmäkoneen kytkentävaihtoehdot erilaisiin yhteistuotantolaitokseen kolmituotantolaitoksen toteuttamiseksi. Myös erityyppiset kaupalliset absorptiokylmäkoneet tärkeimpine työainepareineen esitellään. Ensimmäisenä esimerkkitapauksena tutkitaan kolmituotantolaitteiston soveltuvuutta elintarvikejalostamoon. Esimerkkitapauksessa tutkitaan vanhan maakaasutoimisen lämpökattilan korvaamista maakaasumoottoriin perustuvalla kolmituotantolaitteistolla. Tutkimus toteutettiin Balas-simulointiohjelmistoa käyttäen ja saatuja tuloksia käsiteltiin erityisellä Excel-mallilla. Malli rakennettiin apuvälineeksi olemassa olevan laitteiston ja kuvitteellisen kolmituotantolaitteiston vertailemista varten. Esimerkkitapauksen tuloksien avulla analysoitiin ja vertailtiin kahta kolmituotantolaitteiston suorituskyvyn mittaamiseen kehitettyä kirjallisuudesta löytyvää mallia. Toisena esimerkkitapauksena tutkittiin kolmituotannon soveltuvuutta mekaanista massaa tuottavalla ja käyttävällä paperitehtaalla. Tehdas käyttää hiokemassaa ja sen vuotuiset lämmön ja jäähdytyksen tarpeet vuonna 2007 laskettiin Balas-simulointiohjelmistolla. Simuloinnissa käytetty tehdasta kuvaava malli oli tehty projektissa jo aikaisemmin. Todelliset päivittäiset ilman keskilämpötilat ja pintaveden lämpötilat toimivat lähtötietoina. Simuloinnilla saatuja lämmön ja jäähdytyksen käyttöjä tarkasteltiin erityisellä Excel-mallilla. Tässä työssä kehitettyä Excel-mallia voidaan käyttää myöhemmässä tutkimuksessa kolmituotannolla saavutettavien hyötyjen tarkastelemiseen erilaisissa teollisuustapauksissa.
Process integration in mechanical pulp and paper mills - Comparison of selected methods in industrial examples
(2010) Ruohonen, Pekka
School of Engineering | Licentiate thesis
In a world of rising energy prices and tightening limits on CO₂ emissions, it is becoming more and more important to consider energy efficiency in industry. When considering the current trends in globalisation and structural changes in all industrial fields, it is clear that in industrialised countries the focus will shift more and more from green field to retrofit projects. Many retrofit projects have been carried out m recent years, but there is still great potential to reduce primary energy consumption. One important aspect is the design of heat exchanger networks. This thesis presents a literature review of the different methodologies used in heat exchanger network design, and a comparison of two of them m industrial examples. The studies show that the advanced composite curves give a lot more information on the studied system than traditional pinch-based methods. The whole mill can be shown in two diagrams, one above and the other below pinch that show at a glance how the existing heat exchanger network is designed compared to theoretical possibilities. The real temperature levels of the utilities used at the mill, and the theoretical upper and lower level for those temperatures, shown together in the curves give guidance to the engineer as to where to look for improvement potential. The method should be widely implemented in the industry.
Teollisuuden käyttöhyödykejärjestelmien energiatehokkaan suunnittelun ja käytön työkalut
(2009) Palo, Maria
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Teollisuuden käyttöhyödykejärjestelmät ovat varsinaisen tuotantoprosessin ulkopuolisia tuotannon apuvälineitä. Käyttöhyödykkeitä ovat esimerkiksi höyry, sähkö, vesi ja paineilma. Kiinnittämällä huomiota käyttöhyödykejärjestelmien energiankäyttöön voidaan vaikuttaa tuotannon energiatehokkuuteen. Työssä tarkastellaan käyttöhyödykejärjestelmille julkaistuja käytännönläheisiä energiatehokkuuteen liittyviä oppaita ja ohjeita. Oppaiden sisältöä tarkastellaan ja vertaillaan järjestelmäkohtaisesti. Lisäksi pohditaan hyvän energiansäästöoppaan sisältöä. Työssä käsitellyt oppaat koskevat höyry- ja lauhdejärjestelmiä, paineilmajärjestelmiä, sähkönkäyttöä, kylmäjärjestelmiä, jäähdytystä sekä lämmityksiä ja lämmöntalteenottoa. Käyttöhyödykejärjestelmien energiatehokkaaseen suunnitteluun tähtääviä menetelmiä esitellään. Työssä käsitellään pinch-analyysiä, joitakin vedenkäyttöön liittyviä menetelmiä, exergia- ja entropia-analyysejä, yhdistettyä pinch- ja exergiaanalyysiä sekä termoekonomiaa. Matemaattisista menetelmistä tarkastellaan matemaattista ohjelmointia, stokastisia menetelmiä ja monitavoiteoptimointia. Työssä tarkastellaan menetelmien sovelluskohteita, vahvuuksia ja heikkouksia. Pinch-analyysiä sovelletaan projektissa käytettävään simulointimalliin. Pinch-analyysi on lämmönsiirtoverkoston tarkastelumenetelmä, jonka avulla voidaan määrittää vähimmäistarpeet lämmitykselle ja jäähdytykselle, sekä tarkastella prosessin sisäistä lämmöntalteenottopotentiaalia. Simulointimalli kuvaa mekaanista massaa ja paperia valmistavaa integraattia. Pinch-analyysin avulla prosessin lämmönsiirtoverkostosta pyrittiin löytämään lämpöteknisiä heikkouksia, jotka huonontavat sen energiatehokkuutta. Analyysi osoitti mallissa käytettävän huomattavasti teoreettista tarvetta enemmän lämmitystä ja jäähdytystä, ja sen avulla pystyttiin havaitsemaan lämmönsiirtoverkosta heikkouksia. Pinch-analyysin yhteydessä kokeiltiin lämmönsiirtoverkoston exergiahäviöiden arviointia Carnot-pinch -analyysin avulla. Tämän todettiin kuitenkin olevan massa- ja paperiteollisuuden lämmönsiirtoverkoston analysoinnissa kannattamatonta.
Öljykattilan konvertoiminen biopolttoaineelle ESCO-mallia hyödyntäen
(2010) Roschier, Angelica
School of Engineering | Master's thesis
The aim of this Masters thesis was to evaluate present all the relevant and needed information on the ESCO concept and the conversion of small scale oil power plants to bio energy usage for an evaluation of the hypothetical bio energy ESCO-project. The aim of this thesis was also to develop a functioning and reasonable bio energy ESCO-model and a tool for profitability calculations especially for ESCO projects. The tools were created to be used by an operating Finnish ESCO company. In the literature study of the thesis, attention is paid to reveal all needed basic information about small scale power generation and commonly used fuels. The information is of such nature that it should present all basic information for any ESCO company, which considers developing its own bio energy ESCO concept. Because the business model of heat entrepreneurship is an already operating concept in the boiler conversion business, it is also briefly presented. For the profitability analysis Microsoft Excel-based calculations tool was made to meet the needs of a Finnish full scale ESCO company. For the bio energy ESCO-project a specific tool was evaluated and calculations on a real life project proposal were made. The same calculations were then carried out for the broker ESCO model and the model of heat entrepreneurship, to make conclusions about the competitive position off the proposed model. As a result, it was found that the full scale ESCO model can be quite competitive. From the sensitivity analysis was found that the fuel prices are the most sensible parameters of the project, but that the investment costs and rate level also make a big difference.