Linija za metaliziranje primijetila je da se njena potrošnja električne energije povećala za gotovo 12% tijekom šest mjeseci bez ikakve promjene u obujmu proizvodnje. Spremnik je dostizao zadanu vrijednost, a struja grijača je odgovarala natpisnoj pločici. Račun za režije pričao je drugu priču. Grijač je trošio više energije da isporuči istu toplinu kadi. Razlika je bila sloj kamenca od 1,8 mm na ovojnici.
Energetska učinkovitost u PTFE uronjenom grijaču nije fiksno svojstvo. Mijenja se ovisno o stanju površine omotača. Čisti grijač učinkovito prenosi toplinu na procesnu tekućinu. Grijač s kamencem prenosi manje topline i gubi više u okoliš-ili troši više energije za održavanje iste temperature kupke.
Energetska ravnoteža grijača
Unos električne energije u grijač jednak je toplini predanoj procesnoj tekućini plus gubici. U čistom grijaču gubici su minimalni, a gotovo sva energija odlazi na zagrijavanje kupke. U grijaču s kamencem, sloj kamenca dodaje toplinski otpor, što podiže temperaturu plašta. Viša temperatura plašta povećava gubitke kroz kućište terminala, prirubnicu i stijenke spremnika.
Energija koja ne dospije u procesni fluid gubi se uzalud. Komunalno mjerilo mjeri ukupni unos energije, a ne isporučenu korisnu toplinu. Grijač s ljestvicom troši istu struju, ali isporučuje manje topline, pa učinkovitost-omjer korisne topline i ukupnog unosa energije-opada.
| Debljina ljestvice | Plašt ΔT Povećanje | Dostavljena toplina | Unos energije | Učinkovitost | Rasipanje energije |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 mm (čisto) | Osnovna linija | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 mm | 6-9 stupanj | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 mm | 12-18 stupnjeva | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 mm | 25-35 stupnjeva | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 mm | 38-52 stupnja | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Energetska učinkovitost i otpad kao funkcija debljine kamenca na PTFE uronjenim grijačima
Zašto kamenac povećava potrošnju energije
Sloj kamenca djeluje kao izolacijski pokrivač između plašta i procesne tekućine. Da bi isti toplinski tok prešao taj dodatni otpor, temperatura plašta mora porasti. Viša temperatura plašta povećava temperaturnu razliku između grijača i okoline, što uzrokuje veće gubitke.
Gubici se javljaju kroz nekoliko putova. Kućište terminala, koje je hladnom zonom povezano s grijačem, odvodi toplinu od plašta. Prirubnica, koja je vijcima pričvršćena na stijenku spremnika, provodi toplinu u strukturu spremnika. Stijenke spremnika i površina gube više topline jer se temperatura kupke održava na zadanoj točki grijačem koji radi toplije i duže.
Konačni učinak je da grijač mora trošiti više energije kako bi isporučio istu korisnu toplinu kadi. Gubitak učinkovitosti je mali za tanke slojeve kamenca, ali brzo raste kako se kamenac deblja.
Složeni učinak duljeg vremena rada
Grijač s kamencem ne samo da gubi učinkovitost-on radi duže. Regulator prati pad temperature kupelji ili nedostizanje zadane vrijednosti i održava grijač pod naponom. Grijač radi s većim radnim ciklusom, trošeći više energije tijekom više sati.
U čistom sustavu, grijač bi mogao raditi 40% vremena kako bi održao zadanu vrijednost. Sa slojem kamenca od 2 mm može raditi 55–60% vremena. Kombinacija manje učinkovitosti i dužeg vremena rada povećava ukupnu potrošnju energije za 30–50%.
| Debljina ljestvice | Radni ciklus grijača | Dnevno radno vrijeme | Dnevna potrošnja energije | U odnosu na Clean |
|---|---|---|---|---|
| 0 mm | 40% | 9,6 sati | 48 kWh | 1.0× |
| 0,5 mm | 44% | 10,6 sati | 53 kWh | 1.1× |
| 1,0 mm | 50% | 12.0 sati | 60 kWh | 1.25× |
| 2,0 mm | 58% | 13.9 sati | 70 kWh | 1.45× |
| 3,0 mm | 68% | 16.3 sati | 82 kWh | 1.7× |
Potrošnja energije kao funkcija debljine kamenca za grijač od 5 kW u neprekidnom radu
Cijena rasipanja energije
Trošak rasipanja energije ovisi o cijeni električne energije, snazi grijača i radnim satima. Za grijač od 5 kW koji radi 6000 sati godišnje po cijeni od 0,10 USD po kWh, godišnji trošak energije iznosi 3000 USD za čisti grijač. Sloj kamenca od 2 mm povećava to na 4350 USD - dodatnih 1350 USD godišnje.
U postrojenju s 20 grijača gubitak energije od kamenca mogao bi iznositi 27 000 dolara godišnje. To je više od cijene programa preventivnog održavanja koji grijače održava čistima.
| Snaga grijača | Godišnje radno vrijeme | Cijena čiste energije | 1 mm mjerila Trošak | 2 mm mjerilo Trošak | Godišnji otpad |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 6,000 | $1,800 | $2,250 | $2,610 | $810 |
| 5 kW | 6,000 | $3,000 | $3,750 | $4,350 | $1,350 |
| 8 kW | 6,000 | $4,800 | $6,000 | $6,960 | $2,160 |
| 12 kW | 6,000 | $7,200 | $9,000 | $10,440 | $3,240 |
Godišnji trošak energije i rasipanje prema snazi grijača i debljini kamenca na 0,10 USD po kWh
Uklanjanje kamenca kao-mjera uštede energije
Uklanjanje kamenca vraća učinkovitost prijenosa topline grijača. Nakon uklanjanja kamenca, temperatura omotača pada, radni ciklus se vraća na normalu, a potrošnja energije se vraća na čistu osnovnu vrijednost. Ušteda energije od uklanjanja kamenca često opravdava troškove čišćenja unutar nekoliko mjeseci.
Grijač s kamencem od 2 mm s kojeg je uklonjen kamenac štedi 1350 dolara godišnje u energiji za jedinicu od 5 kW. Ako uklanjanje kamenca košta 500 USD u radu i materijalu, povrat je ispod pet mjeseci. Nakon toga, štednja se nastavlja dok se kamenac ponovno ne nakupi.
Praćenje energetske učinkovitosti
Najjednostavniji način za praćenje učinkovitosti je praćenje radnog ciklusa ili vremena rada grijača. Grijač koji radi dulje nego kad je bio nov gubi učinkovitost. Trenutačni zapisnik ili mjerač-vremena rada daje podatke.
Izravnija metoda je mjerenje temperature plašta pri radnom opterećenju. Temperatura omotača koja je porasla 10-15 stupnjeva iznad čiste osnovne linije ukazuje na to da se kamenac gomila, a učinkovitost opada.
Kada rasipanje-energetike povezano s razmjerom signalizira problem specifikacije
Ponovljeno nakupljanje kamenca i gubitak energije u istom spremniku pokazuju da grijač radi s gustoćom vata koja je previsoka za uvjete kemije i protoka. Grijač manje gustoće -watt- radi hladnije, sporije nakuplja kamenac i dulje održava svoju učinkovitost. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s niskom gustoćom u vatima, velikom površinom i poboljšanim pristupom protoku smanjuje stvaranje kamenca i povezano rasipanje energije. Proces specifikacije zahtijeva kemijski sastav kupke, radnu temperaturu, tvrdoću vode i potrebnu snagu u vatima.
