1-dimensional modelling and simulation of the calcium looping process

Calcium looping is an emerging technology for post-combustion carbon dioxide capture and storage in development. In this study, a 1-dimensional dynamical model for the calcium looping process was developed. The model was tested against a laboratory scale 30 kW test rig at INCAR-CSIC, Spain. The study concentrated on steady-state simulations of the carbonator reactor. Capture efficiency and reactor temperature profile were compared against experimental data. First results showed good agreement between the experimental observations and simulations

Modeling of the oxy-combustion calciner in the post-combustion calcium looping process

The calcium looping process is a fast-developing post-combustion CO2 capture technology in which combustion flue gases are treated in two interconnected fluidized beds. CO2 is absorbed from the flue gases with calcium oxide in the carbonator operating at 650 ºC. The resulting CaCO3 product is regenerated into CaO and CO2 in the calciner producing a pure stream of CO2. In order to produce a suitable gas stream for CO2 compression, oxy-combustion of a fuel, such as coal, is required to keep the temperature of the calciner within the optimal operation range of 880-920°C. Studies have shown that the calcium looping process CO2 capture efficiencies are between 70 % and 97 %. The calciner reactor is a critical component in the calcium looping process. The operation of the calciner determines the purity of gases entering the CO2 compression. The optimal design of the calciner will lower the expenses of the calcium looping process significantly. Achieving full calcination at the lowest possible temperature reduces the cost of oxygen and fuel consumption. In this work, a 1.7 MW pilot plant calciner was studied with two modeling approaches: 3-D calciner model and 1-D process model. The 3-D model solves fundamental balance equations for a fluidized bed reactor operating under steady-state condition by applying the control volume method. In addition to the balance equations, semiempirical models are used to describe chemical reactions, solid entrainment and heat transfer to reduce computation effort. The input values of the 3-D-model were adjusted based on the 1-D-model results, in order to model the behavior of the carbonator reactor realistically. Both models indicated that the calcination is very fast in oxy-fuel conditions when the appropriate temperature conditions are met. The 3-D model was used to study the sulfur capture mechanisms in the oxy-fired calciner. As expected, very high sulfur capture efficiency was achieved. After confirming that the 1-D model with simplified descriptions for the sorbent reactions produces similar results to the more detailed 3-D model, the 1-D model was used to simulate calcium looping process with different recirculation ratios to find an optimal area where the fuel consumption is low and the capture efficiency is sufficiently high. It was confirmed that a large fraction of the solids can be recirculated to both reactors to achieve savings in fuel and oxygen consumption before the capture efficiency is affected in the pilot unit. With low recirculation ratios the temperature difference between the reactors becomes too low for the cyclic carbonation and calcination. As a general observation, the small particle size creates high solid fluxes in the calcium looping process that should be taken into account in the design of the system

Asemakaavan muutos Tuulelantiellä

Tässä työssä lähdettiin etsimään mahdollisimman hyvin toimivaa ratkaisua Varkauden Tuulelantien asemakaavan muutokseen. Suunnittelualue sijaitsee noin kolme kilometriä koilliseen Varkauden Taulumäen keskusta-alueesta. Suunnitteluprosessi sai alkunsa, kun yksityinen maanomistaja teki aloitteen asemakaavan muuttamisesta. Kaupunki ja yksityinen maanomistaja laativat kaavoituksen käynnistämissopimuksen ja maankäyttösopimuksen asemakaavan toteuttamiskustannuksista. Asemakaavanmuutos ei ollut vielä virallisesti alkanut, kun alustavaa suunnittelua käynnistettiin. Työn tavoitteena oli lisätä suunnittelualueen asutusta erillis- ja pientalojen muodossa. Tässä työssä käsitellään myös kaavoituksen eri suunnittelutasoja, kaavoitusprosessia, kaavoituksen lainsäädäntöä ja suunnittelualueen lähtötietoja kaavoitusta taustoittavana asiasisältönä, koska nämä tiedot ohjaavat alueen suunnittelua. Osa suunnittelualueen lähtötiedoista saatiin Varkauden kaupungilta. Asemakaavoitus aloitettiin laatimalla viisi alustavaa kaavaluonnosta erilaisista lähtökohdista ja lopuksi vertailemalla näitä keskenään parhaan luonnoksen löytämiseksi. Piirtäminen toteutettiin ideavaiheessa kuultopaperilla ja luonnosvaiheessa Stellamap-ohjelmalla. Kaavaluonnosten teko oli vuorovaikutteista ja muutoksia tehtiin aina sitä mukaa kun työn tilaajalta tuli muutostarpeita. Prosessin aikana järjestettiin yksi palaveri, jotta saatiin valittua kehityskelpoisimmat luonnokset jatkotyöskentelyyn. Koska suunnittelualue on ranta-aluetta, alueen suunnittelussa kiinnitettiin muiden asioiden lisäksi huomiota rannan maisema-arvoihin. Uudet asuinalueet sovitettiin vanhan rakennuksen lähiympäristöön kuitenkin huomioiden maankäytön toiminnallisuus ja tarkoituksenmukaisuus. Rakennuksien visuaalista ilmettä yhtenäistettiin kaavamääräyksillä, jotka kohdistuivat mm. kattoihin, väreihin ja rakennusmateriaaleihin. Lopuksi valittu vaihtoehto viimeisteltiin kaavaluonnokseksi. Varkauden kaupunki käyttää suunnittelutyössä syntyneitä ideoita viedessään kaavoitusprosessia eteenpäin.The goal of the final year project was to find functional solution on how to use an area covered by town plan in Varkaus, a town in Eastern Finland. The purpose was to suggest ways to change the plan to increase the number of detached houses in the area and ensure that the new area matches the image of the existing one without compromising the functionality. The process, initiated by a landowner who wanted to change the land use of his property, first ensured an overall picture of the area. With that, the project proceeded with tracing paper sketches and computer-based planning with Stellamap. In order to find the final town planning solution, five proposals were sketched. Of these the most balanced one was found by comparing the sketches. The most suitable sketch for the area was finalized as a town planning proposal. The process was successful and Varkaus received five sketches to be used as a basis for the amendment of the town plan. The chosen sketch would enable the construction of 10 detached houses without compromising any natural or cultural values