The thesis describes a completely new biofuel system to generate particle-free heat from combustion of ash-containing biofuel particles at high temperatures. The suggested system gives opportunities to introduce biofuels in new areas. Main components in the suggested system is a heat radiating combustion chamber intended for pulverized wood, combined with regenerators to extract heat from flue gases and simultaneously preheating the combustion air. The thesis contains a description of the suggested system, theoretical considerations, calculations regarding the combustion, and includes results from tests performed. The results from calculations and tests performed concludes that the system is workable and possible to apply. / Uppsatsen beskriver ett helt nytt system för att åstadkomma partikelfri värme och höga temperaturer från biobränslen. Det föreslagna systemet ger goda möjligheter att använda biobränslen inom helt nya områden. Systemet består huvudsakligen av en brännkammare för träpulver, utförd som en hålrumsstrålare, samt regenerativa värmeväxlare mellan avgående rökgas och inkommande förbränningsluft. Uppsatsen innehåller en beskrivning av det föreslagna systemet, teoretiska överväganden, beräkningar rörande förbränningen, samt redovisar resultat från gjorda försök. Resultat från beräkningar och genomförda försök visar att det föreslagna systemet fungerar och är praktiskt möjligt att tillämpa.

<p>The thesis describes a completely new biofuel system to generate particle-free heat from combustion of ash-containing biofuel particles at high temperatures.</p><p>The suggested system gives opportunities to introduce biofuels in new areas.</p><p>Main components in the suggested system is a heat radiating combustion chamber intended for pulverized wood, combined with regenerators to extract heat from flue gases and simultaneously preheating the combustion air.</p><p>The thesis contains a description of the suggested system, theoretical considerations, calculations regarding the combustion, and includes results from tests performed.</p><p>The results from calculations and tests performed concludes that the system is workable and possible to apply.</p> / <p>Uppsatsen beskriver ett helt nytt system för att åstadkomma partikelfri värme och höga temperaturer från biobränslen.</p><p>Det föreslagna systemet ger goda möjligheter att använda biobränslen inom helt nya områden.</p><p>Systemet består huvudsakligen av en brännkammare för träpulver, utförd som en hålrumsstrålare, samt regenerativa värmeväxlare mellan avgående rökgas och inkommande förbränningsluft.</p><p>Uppsatsen innehåller en beskrivning av det föreslagna systemet, teoretiska överväganden, beräkningar rörande förbränningen, samt redovisar resultat från gjorda försök.</p><p>Resultat från beräkningar och genomförda försök visar att det föreslagna systemet fungerar och är praktiskt möjligt att tillämpa.</p>

Ti-6Al-4V manufactured by electron beam melting Keywords: Additive manufacturing, high-temperature tensile properties, low cycle fatigue, neutron diffraction, fatigue crack growth ISBN: 978-91-89325-27-2 (Printed) 978-91-89325-26-5 (Electronic) Ti-6Al-4V is the most widely used α+β titanium alloy in aerospace engine applications due to its high specific strength. Typically, the alloy is manufactured as castings or forgings and then machined to final geometry. These conventional manufacturing processes do however generate a lot of waste material, whereas additive manufacturing (AM) can potentially produce a near-net-shape geometry directly from the feedstock. In the past decade, electron beam melting (EBM), one of the powder bed fusion techniques, has been widely researched to build Ti[1]6Al-4V components. Still, the as-built material can contain defects such as gas pores that require post-processing, such as hot isostatic pressing (HIP) to produce nearly fully dense components. HIP treatment of conventionally cast Ti-6Al-4V is normally performed at 920 ˚C, 100 MPa for 2 hours. This same HIP treatment has then been adapted also for EBM-manufactured Ti-6Al-4V, which however results in coarsening of α laths and reduction of yield strength. Therefore, finding a more appropriate HIP treatment for this new type of Ti-6Al-4V material, i.e. EBM manufactured, would be of great benefit for the industry. Lowering the HIP treatment temperature to 800 ˚C and increasing the pressure to 200 MPa has recently been proven to close the porosity to a high degree while sustaining the high yield strength. In this thesis, the high-temperature tensile properties of EBM-manufactured Ti[1]6Al-4V subjected to a low-temperature (800 ˚C) HIP treatment were evaluated and compared with standard HIP-treated (920 ˚C) materials. Metallurgical characterization of the as-built, HIP-treated materials have been carried out to understand the effect of temperature on the microstructures. The standard HIP[1]treated material measured about 1.4x - 1.7x wider α laths than those in the low[1]temperature HIP treated and as-built samples, respectively. The standard HIP[1]treated material showed about 10 - 14% lower yield strength than other HIP treated materials. At 350 ˚C the yield strength decreases to about 65% compared to the room temperature strength for all tested materials. An increase in ductility vi programvaran NASGRO där livsförutsägelserna visade god överensstämmelse med experimentella livscykler i de flesta fall. vii Abstract Title: Microstructure and mechanical properties of low-temperature hot isostatic pressed Ti-6Al-4V manufactured by electron beam melting Keywords: Additive manufacturing, high-temperature tensile properties, low cycle fatigue, neutron diffraction, fatigue crack growth ISBN: 978-91-89325-27-2 (Printed) 978-91-89325-26-5 (Electronic) Ti-6Al-4V is the most widely used α+β titanium alloy in aerospace engine applications due to its high specific strength. Typically, the alloy is manufactured as castings or forgings and then machined to final geometry. These conventional manufacturing processes do however generate a lot of waste material, whereas additive manufacturing (AM) can potentially produce a near-net-shape geometry directly from the feedstock. In the past decade, electron beam melting (EBM), one of the powder bed fusion techniques, has been widely researched to build Ti[1]6Al-4V components. Still, the as-built material can contain defects such as gas pores that require post-processing, such as hot isostatic pressing (HIP) to produce nearly fully dense components. HIP treatment of conventionally cast Ti-6Al-4V is normally performed at 920 ˚C, 100 MPa for 2 hours. This same HIP treatment has then been adapted also for EBM-manufactured Ti-6Al-4V, which however results in coarsening of α laths and reduction of yield strength. Therefore, finding a more appropriate HIP treatment for this new type of Ti-6Al-4V material, i.e. EBM manufactured, would be of great benefit for the industry. Lowering the HIP treatment temperature to 800 ˚C and increasing the pressure to 200 MPa has recently been proven to close the porosity to a high degree while sustaining the high yield strength. In this thesis, the high-temperature tensile properties of EBM-manufactured Ti[1]6Al-4V subjected to a low-temperature (800 ˚C) HIP treatment were evaluated and compared with standard HIP-treated (920 ˚C) materials. Metallurgical characterization of the as-built, HIP-treated materials have been carried out to understand the effect of temperature on the microstructures. The standard HIP[1]treated material measured about 1.4x - 1.7x wider α laths than those in the low[1]temperature HIP treated and as-built samples, respectively. The standard HIP[1]treated material showed about 10 - 14% lower yield strength than other HIP treated materials. At 350 ˚C the yield strength decreases to about 65% compared to the room temperature strength for all tested materials. An increase in ductility viii was observed at 150 ˚C compared to that at room temperature, but the ductility decreased between 150 - 350 ˚C because of activation of different slip systems. The low cycle fatigue (LCF) behavior of such a modified HIP (low-temperature HIP) material is assessed at two different strain levels and compared with the corresponding LCF properties for the standard HIP material. Even though the modified HIP material had lowest minimum life cycles to failure, the overall fatigue performance is comparable with that of the standard HIP material. Also, fatigue life predictions were made from the measured defect size at the crack initiation site using NASGRO. The calculated life predictions showed good agreement with the experimental values in most cases. In-situ neutron diffraction measurements on tensile test specimens were conducted, at both room temperature and at 350˚ C, for the standard and modified HIP-treated materials. The objective was to gain essential insights on how the crystal lattice strains relate to the macroscopic strengths in these specific microstructures. This investigation helped to understand the load partitioning between different slip planes and constituent phases in the microstructure at different temperatures. / Ti-6Al-4V är den mest använda α+β titanlegeringen i flygmotortillämpningar på grund av sin höga specifika hållfasthet. Vanligtvis tillverkas legeringen som gjutgods eller smide och bearbetas sedan till slutlig geometri. Dessa konventionella tillverkningsprocesser genererar dock en hel del avfallsmaterial, medan additiv tillverkning (AM) potentiellt kan producera en nästan slutgiltlig geometri direkt från råvaran. Under det senaste decenniet har elektronstrålesmältning (EBM), en av pulverbäddsfusionsteknikerna, undersökts mycket för att bygga Ti-6Al-4V-komponenter. Ändå kan det byggda materialet innehålla defekter såsom gasporer som kräver efterbearbetning, såsom varm isostatisk pressning (HIP) för att producera nästan helt täta komponenter. HIP[1]behandling av konventionellt gjutet Ti-6Al-4V utförs normalt vid 920 ˚C, 100 MPa under 2 timmar. Samma HIP-behandling har sedan anpassats även för EBM[1]tillverkat Ti-6Al-4V, vilket dock resulterar i förgrovning av α-lameller och minskning av sträckgränsen. Att hitta en mer lämplig HIP-behandling för denna nya typ av Ti-6Al-4V-material, dvs EBM-tillverkat, skulle därför vara till stor fördel för industrin. Att sänka HIP-behandlingstemperaturen till 800 ˚C och öka trycket till 200 MPa har nyligen visat sig stänga porositeten i hög grad samtidigt som den höga sträckgränsen bibehålls. Ti-6Al-4V används huvudsakligen i applikationer för flygmotorer upp till en maximal driftstemperatur på 300 ˚C. Därför studerades högtemperaturdragegenskaperna hos de olika HIP-behandlade EBM[1]byggmaterialen i detta forskningsarbete. Denna studie visade att duktiliteten påverkas av aktiveringen av olika glidsystem baserat på temperatur. Ytterligare neutrondiffraktionsexperiment utfördes tillsammans med in-situ dragprovning för att bestämma det aktiva glidsystemet vid en specifik temperatur. Utmattningsbeteendet hos det lågtemperaturbehandlade HIP-materialet utvärderas också genom lågcykelutmattningstestning och utmattningsspricktillväxttest. Utmattningsprestandan för det modifierade HIP[1]materialet utvärderades mot standard HIP- material och visade sig ha jämförbara utmattningsegenskaper. Förutsägelser om utmattningsliv utfördes med hjälp av vi programvaran NASGRO där livsförutsägelserna visade god överensstämmelse med experimentella livscykler i de flesta fall. / <p>Submitted papers or manuscripts have been excluded from the fulltext file.</p>

Denna rapport är gjord på ett examensarbete som var utfört på uppdrag av det svenska företaget Ranotor AB. Syftet var att utveckla en konceptuell lösning för en rotationsventil som skall fungera i en miljö med hög temperatur och högt tryck. Ventilen skall arbeta under höga rotationshastigheter, vilket kräver korta öppettider.Tekniska hjälpmedel såsom SolidWorks, ANSYS och MATLAB användes för att modellera och analysera de konceptuella lösningarna. Slutlösningen valdes från ett flertal olika koncept, varpå detta vidareutvecklades och optimerades. Betydande material och gastätningslösningar identifierades och utvärderades för att hitta den bästa lösningen. Optimering av individuella komponenter och hela anordningen gjordes med avseende på spänning, termisk- och dynamisk analys. De givna specifikationerna uppfylldes och resultaten var tillfredsställande. Resultaten ger en teoretisk bas för vidareutveckling och applicering av en rotationsventil in en miljö med hög temperatur och högt tryck. / This Master thesis is a project commissioned by the Swedish company Ranotor AB. The objective of this thesis is to develop a conceptual solution for a rotary valve mechanism that has to work efficiently in a high-temperature and high-pressure environment. The valve is to operate at high rotational speeds which calls for very short opening time.Modern engineering tools namely Solidworks, Ansys and Matlab, were employed for modelling and analysis of the conceptual solution.The best design solution was selected from three developed concepts, and the selected concept was further developed and optimized. Major material candidates and gas-tight sealing solution were identified and evaluated and the optimal material and seal design was chosen. Optimization of the individual components as well as the whole assembly was performed based on stress, thermal and dynamic analysis. The given design specifications and functions were fulfilled and the results were satisfactory. The obtained results provide a theoretical foundation for the development and application of a rotary valve in high-temperature and high-pressure environment.

Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag (LKAB) är en gruvdriftskoncern med järnmalmsbrytning som huvudsaklig verksamhet. En av produkterna tas fram genom att raffinera järnmalm till pellets vilket är en efterfrågad produkt vid ståltillverkning.   Vid sintring av råkulor till pellets är temperaturen väsentlig för att få så hög oxidation som möjligt av magnetit till hematit och för att få rätt fasthet. För att reglera värmen bör temperaturen mätas bland råkulorna eftersom det är kulornas temperatur som är det viktiga.                                   Projektet går ut på att undersöka möjligheterna att mäta temperatur bland råkulor på gratevagnar som åker genom en pelletsugn med ett permanent mätsystem. Här ställs höga krav på mätsystemet på grund av miljö, portabilitet och drifttid. Miljöanalyser gjordes för att ta reda på vilken påfrestning ett mätsystem bör klara av. Förslag om placering av mätutrustning framtogs genom kartläggning av miljön. En värmeundersökning utfördes av vad hög värme har för påverkan på elektroniska komponenter som kan behövas till ett mätsystem. Det gjordes även en undersökning över vilka komponenter som kan klara av den värme ett mätsystem kan bli utsatt för. Utifrån detta kunde ett prototypmätsystem konstrueras för att mäta temperaturen där ett mätsystem kan placeras på en gratevagn samt för att skapa möjlighet för mätningar med termoelement i bädd. Mätsystemet skapades med trådlös kommunikation, möjlighet till loggning av data och med möjlighet att ansluta tre termoelement av typ S. Olika typer av trådlös kommunikation utvärderades för att se vad som kan vara mest lämpat med tanke på miljö, räckvidd, strålning och strömförbrukning. Strömförsörjning undersöktes för att hitta den mest lämpade strömförsörjningen med längst drifttid och högst funktionalitet. En utredning gjordes för att hitta monteringsmöjligheter av ett mätsystem på en gratevagn. Värmeavskärmning och isolering undersöktes för att få ner temperaturen i kapslingen och för elektroniken i ett mätsystem. Några olika temperaturgivare granskades för att hitta en som klarar av att mäta temperaturer upp till 1500°C och som fysiskt kan monteras på en gratevagn. / Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag (LKAB) is a mining group with iron ore mining as the main business. One of the products is produced by refining iron ore to iron pellets, which is a quality and environmentally clever product  in steel production.                                     When iron pellets are produced by roasting green pellets the temperature is very important. The goal is to get as much oxidation as possible from hematite to magnetite and to get correct mechanical properties. To control the process it’s important to know the temperature of the green pellets specifically and not the surrounding mechanical structure, ceramics lining in the furnace and the influence from radiation.   The goal of the project is to examine possibilities to measure temperature with a permanent measurement system of green pellets which are transported on grate cars trough pellet plant. The measurement system has to meet some requirements of environment, portability and operating time. Analysis of the environment has been made to get specification of what a measurement system has to withstand. Proposition about assembly location has been investigated by analysis of the environment. A thermal analysis has been made of electronic components, especially electronic components that can be used in a measurement system. A analysis has also been made of which electronic components that are suited for a measurement system and can withstand the heat. A development measurement system has been developed from the results of the analysis. The system has been constructed to measure the temperature of what a system can be exposed of on a grate car. This with wireless and data-logging support and future measurements possibilities with three thermocouples of type S.   Wireless data transfer was examined to see what type is most suited for the task with knowledge of environment, transmission range, radiation and power consumption. Power sources was examined to find a power source with longest working time and highest functionality. Heat insulation and reflective materials has been investigated with the goal to get the temperature in the system enclosure as low as possible. Some different types of temperature sensors that can measure temperatures up to 1500°C and which can be mounted on a grate car has been evaluated.

The district heating load is seasonally dependent, with a low load during periods of high ambient temperature. Thermal energy storage (TES) has the potential to shift heating loads from winter to summer, thus reducing cost and environmental impact of District Heat production. In this study, a concept of high temperature borehole thermal energy storage (HT-BTES) together with a pellet heating plant for temperature boost, is presented and evaluated by its technical limitations, its ability to supply heat, its function within the district heating system, as well as its environmental impact and economic viability in Gothenburg, Sweden, a city with access to high quantities of waste heat. The concept has proven potentially environmentally friendly and potentially profitable if its design is balanced to achieve a good enough supply temperature from the HT-BTES. The size of the heat storage, the distance between boreholes and low borehole thermal resistance are key parameters to achieve high temperature. Profitability increases if a location with lower temperature demand, as well as risk of future shortage of supply, can be met. Feasibility also increases if existing pellet heating plant and district heating connection can be used and if lower rate of return on investment can be accepted. Access to HT-BTES in the district heating network enables greater flexibility and availability of production of District Heating, thereby facilitating readjustments to different strategies and policies. However, concerns for the durability of feasible borehole heat exchangers (BHE) exist in high temperature application. / Värmebehovet är starkt säsongsberoende, med låg last under perioder av högre omgivningstemperatur och hög last under perioder av lägre omgivningstemperaturer. I Göteborg finns en stor mängd spillvärme tillgängligt för fjärrvärmeproduktion sommartid när behovet av värme är lågt. Tillgång till säsongsvärmelager möjliggör att fjärrvärmeproduktion flyttas från vinterhalvår till sommarhalvår, vilket kan ge såväl lönsamhet som miljönytta. Borrhålsvärmelager är ett förhållandevis billigt sätt att lagra värme, och innebär att berggrunden värms upp under sommaren genom att varmt vatten flödar i borrhål, för att under vinterhalvåret användas genom att låta kallt vatten flöda i borrhålen och värmas upp. I traditionella borrhålsvärmelager används ofta värmepump för att höja värmelagrets urladdade temperatur, men på grund av höga temperaturkrav för fjärrvärme kan kostnaden för värmepump bli hög. I denna rapport föreslås ett system för att klara av att nå höga temperaturer till en lägre kostnad. Systemet består av ett borrhålsvärmelager anpassat för högre temperaturer (HT-BTES) samt pelletspannor för att spetsa lagrets utgående fluid för att nå hög temperatur. Syftet med rapporten är att undersöka potentialen för detta HT-BTES-system med avseende på dess tekniska begränsningar, förmåga till fjärrvärmeleverans, konsekvenser för fjärrvärmesystemet, samt lönsamhet och miljöpåverkan. För att garantera att inlagringen av värme inte är så stor att priset för inlagrad värme ökar väsentligt, utgår inlagringen från hur mycket värme som kyls bort i fjärrvärmenätet sommartid. I verkligheten finns betydligt mer värme tillgänglig till låg kostnad. När HT-BTES-systemet producerar fjärrvärme, ersätts fjärrvärmeproduktion från andra produktionsenheter, förutsatt att HT-BTES-systemets rörliga kostnader är lägre. I Göteborg ersätts främst naturgas från kraftvärme, men också en del flis. Kostnadsbesparingen beror på differensen för total fjärrvärmeproduktionskostnad med och utan HT-BTES-systemet. Undersökningen visar att besparingen är större om HT-BTES-systemet placeras i ett område där det är möjligt att mata ut fjärrvärme med lägre temperatur. Om urladdning från HT-BTES kan ske med hög temperatur ökar också besparingen. Detta sker om lagrets volym ökar, om avståndet mellan borrhål minskar eller om värmeöverföringen mellan det flödande vattnet i borrhålen och berggrunden ökar. Dessa egenskaper för lagret leder också till minskade koldioxidutsläpp. Storleken på besparingen beror dock i hög grad på hur bränslepriser utvecklas i framtiden. Strategiska fördelar med HT-BTES-systemet inkluderar; minskad miljöpåverkan, robust system med lång teknisk livslängd (för delar av HT-BTES-systemet), samt att inlagring av värme kan ske från många olika produktionsenheter. Dessutom kan positiva bieffekter identifieras. Undersökningen visar att HT-BTES-systemet har god potential att ge lönsamhet och minskad miljöpåverkan, och att anläggning och drift av lagret kan ske utan omfattande lokal miljöpåverkan. Det har också visats att de geologiska förutsättningarna för HT-BTES är goda på många platser i Göteborg, även om lokala förhållanden kan skilja sig åt. För att nå lönsamhet för HT-BTES-systemet krävs en avvägning på utformning av lagret för att nå hög urladdad temperatur utan att investeringskostnaden blir för stor. Undersökningen visar att om anslutning av HT-BTES-systemet kan ske mot befintlig anslutningspunkt eller till befintlig värmepanna kan investeringskostnaden minska och därmed lönsamheten öka. Placering av HT-BTES-systemet i områden med risk för överföringsbegränsningar kan också minska behovet av att förstärka fjärrvärmenätet, och således bidra till att minska de kostnader som förstärkning av nätet innebär. Betydelsefulla parametrar för att nå lönsamhet för HT-BTES-system inkluderar dessutom kostnaden för inlagrad värme liksom vilket vinstkrav som kan accepteras. Tillgång till HT-BTES möjliggör ökad nyttjandegrad och flexibilitet för fjärrvärmeproduktionsenheter, och därmed ökad anpassningsmöjlighet till förändrade förutsättningar på värmemarknaden. Dock återstår att visa att komponenter som klarar de höga temperaturkraven kan tillverkas till acceptabel kostnad.