Wood is an interesting alternative to fossil fuels. It is CO2-neutral and widely available. However it is a difficult fuel to handle which features a low energy content. Thus technologies for wood thermal conversion need to be improved. This work concerns the development of a comprehensive two-dimensional mathematical model describing the pyrolysis of large wood particles and its implementation in a Fortran program. The model has been continuously tested and improved by experimental results obtained in a reactor for single particle pyrolysis (SPAR) at the Division of Physical Chemistry at Göteborg University. The first part of the thesis (Paper I) presents a kinetic study of the pyrolysis of large wood particles, based on experiments carried out in the SPAR. Three pyrolysis kinetic schemes were selected for later inclusion in a model featuring heat and mass transfer. Paper II concerns the addition of a sub-model for heat and mass transfer to the three kinetic schemes. The resulting model for large wood particles has been tested against experiments in the SPAR. A scheme based on two competing reactions developed from experiments at low temperature pyrolysis in the SPAR was found to perform well but its empirical nature limits its validity to the experimental conditions of the SPAR. A scheme from the literature based on TGA experiments appeared promising, especially when planning to enhance it with secondary reactions. Paper III deals with the development of shrinkage models for 2D cylindrical particles. The predicted mass loss, size variation and surface temperature were tested against experiments carried out in the SPAR. The shrinkage does not a?ect the pyrolysis rate or the surface temperature in the conditions prevailing in the SPAR. Paper IV investigates the influence of different shrinkage models and the geometry on the heating rate of a shrinking particle. Shrinkage influences the heating rate positively by increasing the conductive heat flow and negatively by decreasing the surface area of the particle. Therefore the net effect of shrinkage on the heating rate depends on the particle geometry and the location of shrinkage. Paper V studies three di?erent models for wood drying under pyrolysis conditions. The predicted surface temperature and global drying rate were compared with experimental results from pyrolysis experiments of wet particles in the SPAR. A model based on a first order kinetic evaporation rate was found to be the most interesting because of the quality of the prediction of the drying rate and the ease of implementation. / QC 20100624

While biomass utilization for energy conversion in the industrialized nations is being largely developed, highly efficient and environmentally friendly, many tropical countries still use biomass at low efficiencies and high emission levels. The main reasons for these gaps are both political and technological: the energy markets are different, the Gross National Product (GDP) differs widely, and the feedstock differs in form and conversion behaviour. By implementing newer technologies adapted for tropical biomass feedstock, there would be a large potential in these countries for increased energy services since access to modern energy still is an essential step for improving the GDP for a country. Two dominant and tropically placed industries available for energy improvements are the cane sugar and palm-oil industries, which both produce an abundant amount of biomass residues. One step towards enhanced utilization of the residues, which would not require large investment costs in the power plant section nor in the processes of these industries, would be to install a pelletizing unit in the industry area to make fuel out of the excess residues for sale to the nearby villages. The pellets could be used both for cooking/heating and for small-scale power generation in a gasification-IC engine plant. The overall objective of this study is to experimentally evaluate the biomass residues in pellet form from the cane sugar and palm oil industries during conversion to useful energy in small-scale systems. The thesis is built upon five publications which include experimental analysis on flaming pyrolysis and rapid heating of pellets (paper I), pyrolysis in oxygen-free atmosphere and slow heating with subsequent steam gasification (paper II), global pelletizing data such as relative energy consumption, temperature levels, particle size and moisture content for successful pelletizing process (paper III), downdraft gasification evaluation including reactor temperature distribution, gas composition, cold-gas efficiency and packed-bed mechanics (paper IV) and a numerical model including the overall system efficiency for residue-to-electric power based in a small-scale gasifier system (paper V).The single-pellet studies revealed that pyrolysis in reducing atmosphere is to prefer compared to flaming pyrolysis in oxidizing environment with regards to the char quality. The studies also showed favourable thermochemical and mechanical behaviour for smaller size pellets (Ø6- Ø8mm) compared to larger size ones (Ø12 mm). Therefore, a downdraft gasifier of closed constricted type was designed for real gasification tests of the residue pellets of sizes Ø6- Ø8mm. These tests showed that all the studied pellet sorts could be used in one and the same gasifier, resulting in different reactor temperature distributions and gas compositions with lower heating values in the range of 4.1-5.4 MJ/m3n dry gas. The reactor bed dynamics showed to be dependent both on the fuel reactivity and the size, with less pressure drop for larger size pellets with lower reactivity. The pelletizing process itself revealed that the selected residues all needed higher moisture content and smaller particle size than recommended for wood for successful pelletizing. The relative electric energy consumption was lower when producing larger size pellets Ø8 mm than smaller ones (Ø6 mm) of same material. For untreated wet empty-fruit bunch (EFB) a stand-alone power plant with integrated EFB pre-treatment and gasification could generate 380 kWh of net electricity per ton of EFB at a “well-to-wheel” efficiency of 15%. / QC 20100712

Abstract The future of ethanol is depending on good solutions for the production. ENA energy power plant produces electrical power and district heating by heating biofuel. By building an integrated bioenergy plant surplus steam could be used to produce ethanol as fuel to vehicle. This would mean that ethanol is produced renewable energy and the energy for the process derives from the surplus of power.  ENA energy, MDH (the University of Mälardalen) and the energy authority has initiated a research project were different bioenergy combinations integrate with existing power plant.  As a part of the project which size an integrated factory should be to gain the best efficiency for the plant was investigated. Consideration will be taken to the cost of the production in order to be competitive to the price of imported ethanol.     Etanolens framtid vilar på bra lösningar för framställning.  I ENA energi kraftverk i Enköping produceras el och fjärrvärme genom eldning av biobränsle.  Genom att bygga ett integrerat bioenergikraftverk där skulle man kunna använda överskottsånga till att framställa etanol som fordonsbränsle. Detta skulle innebära att etanolen framställs med ett förnybart bränsle och energin till framställningen kommer från ett överskott på värme.   ENA energi, MDH och energimyndigheten har initierat ett forskningsprojekt där en bioenergiintegrering skall undersökas.  Som del i detta skall här undersökas vilken storlek en integrerad etanolfabrik skall ha för att nå högsta totala verkningsgrad för verket samt om framställningspriset kan konkurrera med importerad etanol.

Hospital is of interest when consider its especial function. Because of the obviously different between the normal residential buildings, the requirement of hospitals’ indoor climate strictly differs from other buildings. The author starts this report by briefly stating the building construction currently. Surrounded the topic of thermal comfort and energy consumption, many suggestion and options came out in this report to develop a better condition. Firstly, the introduction of the hospital buildings requires the background of the hospital object and the purpose to this report will be stated. Secondly, the simulation tool and how to use this tool simulate our real case are introduced. Then, the summer case is investigated by this tool after the model is proved to be validated. Finally, the improvement of establishing a better indoor environment is raised and the results of improvement and conclusion can be found. The final result will show the optimal solution that discovered by this study after compared different alternatives carefully.

De senaste årtiondenas intensiva teknikutveckling har på många sätt inneburit att tillvaron förenklats för en stor del av västvärldens befolkning. Informationstekniken har effektiviserat industrin och gjort den till en mer dräglig arbetsplats för de som arbetar där. Den har även gjort vår vardag både enklare och roligare i och med smartphones, bärbara datorer och mp3-spelare. Något man tidigare inte reflekterar nog över är hur denna explosionsartade teknikutveckling och teknikkonsumtion påverkar vårt klimat och närmiljö. 2007 släppte Gartner Institutes en rapport som visade att IT står för nästan 2 % av världens totala koldioxidutsläpp (Mingay 2007). Flygindustrin som länge blivit kritiserad ur miljösynpunkt står för ungefär lika mycket. Detta tillsammans med att många företag framförallt i tjänstesektorn insett att drift av IT och annan teknisk utrustning kan kosta enorma summor pengar i elförbrukning har bidragit till att många har börjat att systematiskt arbeta med att minska dessa kostnader och samtidigt minska energiförbrukningen (Murugesan 2008). I och med detta har många insett att IT inte bara är en miljöbov utan även kan användas till att minska elförbrukningen i andra delar av till exempel en organisation. Styrning av belysning och ventilation är två exempel på detta. Utifrån detta har begreppet grön IT uppkommit. De två huvudaspekterna är kort beskrivna innan och brukar benämnas som greening of IT och greening by IT. Det finns egentligen inga vedertagna översättningar av dessa begrepp, men jag har valt att kalla dem miljöförbättring av IT respektive miljöförbättring med IT på grund av att detta är de begrepp som just nu används inom arbetsgruppen för SIS TK 550. Den förstnämnda avser framförallt tillverkning och disponering av IT-utrustning samt energieffektivisering av själva produkten medan den andra främst syftar till att ta upp möjligheterna med att använda IT som hjälpmedel när övriga delar av en organisation energieffektiviseras. De flesta anser att den senare har större potential i miljösynpunkt trots att detta är omtvistat, till exempel av Håkan Nordin. Håkan Nordin är en av de som var med och grundade Greenpeace Sverige och har även varit med och tagit fram de viktiga energi- och strålningscertifieringarna för bildskärmar åt TCO 1992 och nu senast 2003. Han har även givit ut boken “GREEN IT – From problem to possibility” och ger snart ut sin andra bok som kommer att fokusera på grön IT ur ett organisatoriskt och ekonomiskt perspektiv. Den första boken fokuserar mer kring problematiken kring begreppet ur en privatpersons perspektiv. Håkan Nordin har bland andra varit en stor inspirationskälla när jag själv undersökt problematiken kring grön IT. Med det sagt har jag ingen personlig åsikt var krutet först och främst bör läggas, utan jag är intresserad av både miljöförbättring med och av IT. Förespråkarna av miljöförbättring med IT anser att miljöeffektivisering av IT endast kan bidra med en minskning av de 2 % av världens totala koldioxidutsläpp medan miljöeffektivisering med IT kan bidra med att minska resterande 98 %. Problemet som skeptikerna, däribland Håkan Nordin, ofta tar upp är att energieffektiviseringen som man tjänar in på att använda IT som miljöteknik bidrar till att utsläppen från IT-sektorn ökar i och med det ökande behovet av IT i denna process. Oavsett vilken sida i den debatten man står på finns ett samförstånd i att miljöarbetet inom IT- och tjänstesektorn måste fortsätta och bli mer systematiskt än det är nu.

Detta examensarbete har genomförts på Volvo Aero i Trollhättan och består av tre delar: en kartläggning av processventilationens uppbyggnad på ett antal utvalda maskiner och beräkning av dess energiåtgång, en jämförelse ur energieffektivitetssynpunkt mellan ett nyutvecklat maskinkoncept som kallas MultiTask-Cell och traditionell tillverkning, sist har en tomgångsanalys gjorts i verkstaden för att identifiera vad som använder elenergi då ingen produktion sker. För att kunna genomföra uppgifterna har mätningar av elanvändningen gjorts på både maskinnivå och transformatorer, detta för att kunna beräkna energianvändning på utvalda maskiner och även få en helhetssyn över verkstadens energianvändning. Det har även gjorts datainsamling och intervjuer för att få grepp över processventilationens funktion och uppbyggnad. Det finns två varianter på processluften, ett där konstant relativt högt luftflöde används och ett när man genom varvtalsreglering av fläkten använder ett lägre grundflöde som forceras en viss tid vid spindelstopp. Ur energisynpunkt är metoden med grundflöde och forcering att föredra då det leder till både mindre energiförluster genom processluften och en stor minskning av fläktens elbehov. Det har även räknats ut en teoretisk energibesparing vid införande av värmeåtervinning för två maskingrupperingar. Jämförelsen mellan MultiTask-cellen och traditionella maskiner har gjorts genom att mäta den energi det krävs för att tillverka en detalj för respektive tillverkningssätt. MultiTask-cellen visade sig använda cirka 25 % mindre energi än de traditionella maskinerna för tillverkning av samma typ av detalj. Tomgångsanalysen visar på ett högt effektuttag även då det ej sker någon produktion på Volvo Aero. Detta beror till stor del på att maskinerna har en relativt hög tomgångsförbrukning. Denna krävs för att hålla maskinen varm vilket ger en så problemfri uppstart som möjligt. Att byta ut allmänbelysningens armatur till nyare och modernare skulle årligen ge en betydande energibesparing.

This diploma work covers an investigation over the heat - and hot water systems of the tenant-owner's association, Bogården. The heat - and hot water needs of Bogården are satisfied by both district heating as well as three heat pumps. Implemented investigation shows that the heat pumps are not used in a profitable way. Apart from that, the reserve possibilities are small. There is also a risk of the growth of Legionella bacterium in the hot water system. Since the heat pumps are already installed, HSB-Gävleborg (responsible for Bogården) has a wish to investigate possible proposed actions for optimization of existing plant. After completed investigation, a new proposed action is presented. The new proposed action goes on intercepting the hot water production and using the heat pumps to only heat production during the heating season. Why the hot water production should be intercepted, is just in order to eliminate the risk of Legionella. Besides, the new proposal is going to bring about a reserve of 1,534,000 SEK during a twenty-year period. This is approximately twice as much as what the existing plant may bring during the same period. During the work's review, it also has been established that heat - and hot water systems are error regulated. Since the diploma work does not cover that piece it is instead informed as proposals subject to further investigation.

Heat and power stations are often in need of optimizations. A simulation model is a tool for findingways to optimize the plant. The scope of this diploma work is to develop a simulation model ofBoiler 5 at Mälarenergi AB. Boiler 5 is a circulated fluidized bed boiler that was taken into service inyear 2001. Among the included parts in the boiler are cyclone, convection part andINTREX-chambers. The software that was used for the simulation was SimTech’s IPSEpro. IPSEprois a heat and mass balance software for steady state calculations. The program comes with a set ofmodules in a library called APP_lib which contains modules such as preaheaters, pump, boiler andturbine stages. The user can however design own modules in the Model Development Kit, since thelibrary code is open source. The development of the simulation model started with an updating of anold model from year 2003. Values provided from Foster Wheeler where then used to make the modelcalculate in a right way. Thereafter some calculations of the super heaters’ heat transfer coefficientswere made. The coefficients were then translated into IPSEpro’s own programming language ModelDescription Language, and were put into the model’s modules. The results were compared with realvalues from the plant’s system. It showed that the calculated values needed more investigations to bemore accurate. The conclusion was that the final model needs more equations to describe the plant in amore realistic way.

Med stigande elpriser har det blivit allt viktigare att effektivisera processer som använder sig av elektricitet. Ett område inom pappers- och massaindustrin med stora möjligheter till besparing av elenergi är pumpning. I ett tidigare projekt genomfört av värmeforsk har ett Excelbaserat program för att analysera hela system av pumpar och förbrukare tagits fram. Programmet heter PumpAnalys och med hjälp av detta skall onödigt höga tryck och onödiga strypningar i system gå att visualisera på ett enkelt sätt. Systemet som analyserat är det såkallade sekundärvärmesystemet vid Iggesunds Bruk, vilket har till uppgift att tillvarata värme från terpentin- och tunnlutsflöden.   Den största besparingspotentialen har inte bestått i resultat från PumpAnalys utan i de låga verkningsgraderna (28-65%) hos de pumpar som ingår i systemet. Diagrammet i figur 1 visar energiåtgången i systemet i nuläget samt efter de tre olika effektiviseringsförslagen som tagits fram. Mellan nuläget och förslag 1 har enbart nya pumpar med bättre verkningsgrader föreslagits medan det i förslag 2 och 3 finns med trycksänkning hos startpumpen samt montering av fler pumpar.   Skillnaden i besparing mellan förslag 1 och 2 är marginell trots att en extra tryckförstärkarpump monterats. I förslag 3 ger två extra tryckförstärkarpumpar upphov till ytterligare besparing. Om Effektiviseringsförslag 3 genomförs blir besparingen 612 MWh/år, vilket motsvarar ca 50 % av nuvarande energianvändning i systemet. Denna besparing motsvarar ca 305 000 kr/år. Dock står tryckförändringen endast för ca 131 MWh/år (ca 20 %) av besparingen medan förbättrade verkningsgrader hos pumparna står för resterande besparing. På grund av den extra kostnad som inköp av ytterligare två tryckförstärkarpumpar i förslag 3 åstadkommer är det främst på förslag 1 som fokus för genomförande bör vara. / With rising electricity prices, it has become more important to increase efficiency of processes that use electricity. A place in the pulp and paper industry with high potential for saving of electric energy is pumping. In a previous project conducted by värmeforsk has an excel-based program to analyze systems of pumps and consumers been developed. The program is called PumpAnalys and by using this program it’s possible to visualize excessive and unnecessary pressure throttling in the system in a simple manner. The analyzed system is the so-called secondary heat system at Iggesunds bruk, which is used for recycling heat from turpentine and black liquor flows. The biggest savings have not been a result from PumpAnalys but from the low efficiency (28-65%) of the pumps included in the system. The diagram in Figure 1 shows the energy consumed in the system at present and after the three different efficiency increasing recommendations. The only difference between the present situation and suggestion 1 is that new pumps with better efficiencies have been installed instead of the old ones. In suggestion 2 and 3 the pressure differences over the pumps has been altered and more pumps have been installed. The difference between suggestions 1 and 2 is marginal, despite the extra booster pump. Two additional booster pumps in suggestion 3 cause additional savings. If efficiency suggestion 3 will be implemented it will save 612 MWh / year, representing about 50% of current energy use in the system. This saving is equivalent to approximately 305 000 SEK / year. However, pressure alteration only stands for about 131 MWh / year (about 20%) of savings while the improved efficiencies of pumps account for the rest. As a result of the additional cost of purchasing two additional booster pumps in suggestion three, the focus should be mainly on suggestion one.

Det här examensarbetet har utförts hos och med stöd av SKF Mekan i Katrineholm. Grundfrågeställningen som innebar upphovet till examensarbetet är om värme påverkar lagerlägets cylindricitet hos ett lagerhus. Detta avgränsas senare till att gälla enbart värmepåverkan under produktion för en typ av lagerhus i en storlek men tre olika materialval. Därmed koncentreras arbetet på gjuterilinan för de mindre lagerhusen samt den bearbetningslina som kallas ”Robot line”. Inledningsvis ges en presentation vad lager och lagerhus är samt vilken funktion de fyller. Därefter ges en överblick av gjuteriet samt bearbetningen. Berörda linor betraktas mer ingående men även övriga linor ges en övergripande bild av. Övriga resurser såsom mätrum samt testlabb presenteras också. De tre olika materialen granskas för att se vilka avgörande skillnader som finns dem emellan. Detta med hjälp av litteratur samt intervjuer med medarbetare hos SKF Mekan, personal vid Linköpings universitet samt SWEREA. Två test som genomförts under arbetets gång beskrivs, varav det ena lyckat men det andra misslyckat. Dock fick det andra testet ett överraskande resultat. Befintliga kontroller längs med produktionskedjan omtalas. Slutligen sammanfattas vilka moment inom gjuteri- samt bearbetningsprocessen där toleransen för cylindriciteten hos lagerläget riskerar att under-/överskridas samt vad som då är orsaken.