Лінія нанесення покриттів помітила, що її споживання електроенергії зросло майже на 12% протягом шести місяців без будь-яких змін в обсязі виробництва. Резервуар досягав заданого значення, а струм нагрівача відповідав паспортній табличці. Рахунок за комунальні послуги розповідав іншу історію. Обігрівач споживав більше енергії, щоб доставити стільки ж тепла у ванну. Різниця полягала в шарі окалини на оболонці товщиною 1,8 мм.
Енергоефективність занурювального нагрівача з PTFE не є постійною властивістю. Він змінюється залежно від стану поверхні оболонки. Чистий нагрівач ефективно передає тепло технологічній рідині. Обігрівач із накипом передає менше тепла та втрачає більше в навколишнє середовище-або споживає більше енергії для підтримки тієї самої температури ванни.
Енергетичний баланс нагрівача
Електрична енергія, що надходить до нагрівача, дорівнює теплу, що надходить до технологічної рідини, плюс втрати. У чистому нагрівачі втрати мінімальні, і майже вся енергія йде на нагрівання ванни. У нагрівачі з накипом шар накипу додає тепловий опір, що підвищує температуру оболонки. Вища температура оболонки збільшує втрати через корпус клеми, фланець і стінки бака.
Енергія, яка не досягає технологічної рідини, витрачається даремно. Лічильник комунальних послуг вимірює загальне споживання енергії, а не віддане корисне тепло. Масштабований нагрівач споживає той самий струм, але виділяє менше тепла, тому ефективність-відношення корисного тепла до загального споживання енергії-знижується.
| Товщина шкали | Оболонка ΔT Збільшення | Подається тепло | Енергоспоживання | Ефективність | Відходи енергії |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 мм (чистий) | Базовий рівень | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 мм | 6-9 ступінь | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 мм | 12-18 градусів | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 мм | 25-35 градусів | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 мм | 38-52 градуси | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Енергоефективність і відходи як функція товщини накипу на занурювальних нагрівачах з PTFE
Чому накип збільшує споживання енергії
Шар накипу діє як ізоляційний шар між оболонкою та технологічною рідиною. Щоб той самий тепловий потік перетнув цей додатковий опір, температура оболонки має підвищитися. Вища температура оболонки збільшує різницю температур між нагрівачем і навколишнім середовищем, що призводить до більших втрат.
Втрати відбуваються кількома шляхами. Корпус терміналу, який з’єднаний з нагрівачем холодною зоною, відводить тепло від оболонки. Фланець, який прикручений до стінки бака, проводить тепло в конструкцію бака. Стінки резервуара та поверхня втрачають більше тепла, оскільки температура ванни підтримується на заданому рівні за допомогою нагрівача, який працює більш гаряче та довше.
Чистий ефект полягає в тому, що обігрівач повинен споживати більше енергії, щоб доставити таке ж корисне тепло у ванну. Втрата ефективності невелика для тонких шарів накипу, але швидко зростає в міру потовщення накипу.
Поглиблюючий ефект більшої тривалості роботи
Обігрівач із накипом не просто втрачає ефективність-він працює довше. Контролер бачить, що температура ванни падає або не досягає встановленого значення, і підтримує нагрівач під напругою. Нагрівач працює з вищим робочим циклом, споживаючи більше енергії протягом більшої кількості годин.
У чистій системі нагрівач може працювати 40% часу, щоб підтримувати задане значення. З шаром накипу 2 мм він може працювати 55–60% часу. Поєднання нижчої ефективності та тривалості роботи збільшує загальне споживання енергії на 30–50%.
| Товщина шкали | Робочий цикл нагрівача | Щоденні години роботи | Добове споживання енергії | Відносно Чистого |
|---|---|---|---|---|
| 0 мм | 40% | 9,6 години | 48 кВт/год | 1.0× |
| 0,5 мм | 44% | 10,6 годин | 53 кВт/год | 1.1× |
| 1,0 мм | 50% | 12.0 годин | 60 кВт/год | 1.25× |
| 2,0 мм | 58% | 13,9 годин | 70 кВт/год | 1.45× |
| 3,0 мм | 68% | 16,3 години | 82 кВт/год | 1.7× |
Споживання енергії як функція товщини накипу для нагрівача потужністю 5 кВт у безперервній роботі
Вартість відходів енергії
Вартість втрати енергії залежить від тарифу на електроенергію, потужності нагрівача та годин роботи. Для обігрівача потужністю 5 кВт, який працює 6000 годин на рік за 0,10 доларів США за кВт-год, річна вартість енергії становить 3000 доларів США для чистого обігрівача. 2-міліметровий шар накипу збільшує це до 4350 доларів США – додатково 1350 доларів США на рік.
На заводі з 20 обігрівачами витрати енергії від накипу можуть становити 27 000 доларів США на рік. Це більше, ніж вартість програми профілактичного обслуговування, яка підтримує чистоту обігрівачів.
| Потужність обігрівача | Річні години | Вартість чистої енергії | 1 мм Масштаб Вартість | 2 мм Масштаб Вартість | Річні відходи |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 кВт | 6,000 | $1,800 | $2,250 | $2,610 | $810 |
| 5 кВт | 6,000 | $3,000 | $3,750 | $4,350 | $1,350 |
| 8 кВт | 6,000 | $4,800 | $6,000 | $6,960 | $2,160 |
| 12 кВт | 6,000 | $7,200 | $9,000 | $10,440 | $3,240 |
Річна вартість енергії та відходи за потужністю нагрівача та товщиною накипу 0,10 дол. США за кВт/год
Видалення накипу як-захід енергозбереження
Очищення від накипу відновлює ефективність тепловіддачі обігрівача. Після видалення накипу температура оболонки падає, робочий цикл повертається до нормального, а споживання енергії повертається до чистого базового рівня. Економія електроенергії від видалення накипу часто виправдовує витрати на очищення протягом кількох місяців.
Обігрівач із накипом товщиною 2 мм, очищений від накипу, заощаджує 1350 доларів США на рік для установки потужністю 5 кВт. Якщо видалення накипу коштує 500 доларів праці та матеріалів, окупність становить менше п’яти місяців. Після цього економія продовжується до тих пір, поки накип не накопичиться знову.
Моніторинг енергоефективності
Найпростіший спосіб контролювати ефективність - відстежувати робочий цикл або час роботи нагрівача. Обігрівач, який працює довше, ніж був новим, втрачає ефективність. Поточний журнал або лічильник-часу роботи надає дані.
Більш прямим методом є вимірювання температури оболонки при робочому навантаженні. Температура оболонки, яка піднялася на 10–15 градусів вище чистої базової лінії, вказує на те, що накопичується масштаб, а ефективність падає.
Коли масштаб{0}}втрати енергії сигналізують про проблему специфікації
Повторне накопичення накипу та витрати енергії в тому самому резервуарі вказують на те, що нагрівач працює з щільністю ват, яка є занадто високою для хімічного складу та умов потоку. Нагрівач із нижчою-ват-щільністю охолоджується, повільніше накопичує накип і довше зберігає ефективність. Індивідуальна конфігурація занурювального нагрівача з PTFE з низькою щільністю ват, великою площею поверхні та покращеним доступом до потоку зменшує утворення накипу та пов’язану з цим витрату енергії. Процес специфікації вимагає хімічного складу ванни, робочої температури, жорсткості води та необхідної потужності.
