Odluka o izvoru grijanja
Postrojenje planira grijati 12 procesnih spremnika, od kojih svaki zahtijeva 40 kW snage grijanja. Razmatraju se dvije mogućnosti: ugradnja električnih uronjenih grijača u svaki spremnik ili ugradnja središnjeg parnog kotla-na prirodni plin koji opslužuje PTFE izmjenjivače topline u svakom spremniku.
Električna opcija nudi jednostavnost: bez bojlera, bez cijevi za paru, bez povrata kondenzata, bez obrade vode. Svaki spremnik ima vlastiti električni grijač, upravljan neovisno. Kapitalni trošak je 12 električnih grijača plus električna infrastruktura.
Parna opcija zahtijeva kotao, cijev za distribuciju pare, povratni sustav kondenzata, opremu za obradu vode i 12 PTFE izmjenjivača topline. Trošak kapitala je veći. Radni trošak-kojim dominira energija-niži je jer prirodni plin po jedinici energije košta otprilike jednu-trećinu do jedne-četvrtine električne energije na većini industrijskih tržišta.
10-godišnja usporedba ukupnih troškova određuje koja opcija donosi niže troškove životnog ciklusa, uzimajući u obzir energiju, zamjenu opreme i održavanje.
Razlika u cijeni energije
Električno otporno grijanje pretvara gotovo 100% električne energije u toplinu na mjestu uporabe. Nema gubitaka u dimnjaku, nema gubitaka u cijevima, nema gubitaka puhanjem. Isporučena učinkovitost je u biti 100%.
Proizvodnja pare prirodnim plinom uključuje višestruke gubitke učinkovitosti. Dobro-održavan industrijski kotao radi s 80-85% učinkovitosti goriva--pare. Cijev za distribuciju pare gubi 5-10% topline zbog gubitaka izolacije. Sustavi povrata kondenzata gube dodatnu toplinu. Ukupna učinkovitost goriva u procesu je 65-75%.
Unatoč ovim gubicima, prirodni plin je toliko jeftiniji po jedinici energije od električne energije da opcija s parom pobjeđuje na operativnim troškovima. Pri prosječnim cijenama industrijske energije u SAD-u-0,08 USD/kWh električne energije, 4,50 USD/MMBtu prirodnog plina-cijena po isporučenom kWh topline iznosi 0,08 USD za električnu energiju, 0,023 USD za paru prirodnog plina (što čini 70% ukupne učinkovitosti).
Tablica 1: 10-godišnja usporedba ukupnih troškova (12 spremnika × 40 kW, 6000 sati/godina rada)
| Troškovni element | Električni uronjeni grijači | Namjenski bojler + PTFE izmjenjivači topline |
|---|---|---|
| Kapitalni troškovi | ||
| Oprema za grijanje (12 jedinica) | $48,000 (12 × $4,000) | 96.000 USD (12 PTFE × 8.000 USD) |
| Kotao i parni sustav | $0 | 65 000 USD (instalirano) |
| Nadogradnja električne infrastrukture | $25,000 | $0 |
| Ukupni kapital | $73,000 | $161,000 |
| Godišnji operativni troškovi | ||
| Trošak energije | 230 400 USD (2 880 MWh × 0,08 USD) | 82.800 USD (ekvivalent 3.600 MWh × 0,023 USD) |
| Zamjena grijača (električni elementi svake 2 godine) | 48.000 USD (6 zamjena godišnje × 4.000 USD × 10 godina=240.000 USD / 10) | $0 (PTFE >10 godina života) |
| Održavanje kotlova i obrada vode | $0 | $8,000 |
| Ukupno godišnje poslovanje | $278,400 | $90,800 |
| 10-godišnji ukupni trošak | $2,857,000 | $1,069,000 |
Trošak zamjene opreme
Električni uronjeni grijači imaju ograničen vijek trajanja. U korozivnim kemijskim kupkama, čak i obloženi električni elementi otkazuju unutar 2-3 godine zbog korozije plašta ili kvara brtve. Tijekom 10 godina svaki od 12 spremnika zahtijeva 3-5 zamjena grijača. Kumulativni trošak zamjene približava se ili premašuje početni trošak kapitala.
PTFE izmjenjivači topline grijani parom nemaju električnih elemenata koji bi mogli pokvariti. Snop PTFE cijevi, pravilno dizajniran za tlak i temperaturu pare, traje 10+ godina bez zamjene. 10-godišnji trošak zamjene opreme za parnu opciju je blizu nule za opremu na strani spremnika.
Sam kotao zahtijeva održavanje-čišćenje cijevi, servis plamenika, obradu vode-ali ti su troškovi predvidljivi i skromni u usporedbi s troškovima opetovane zamjene električnih uronjenih grijača u agresivnim kemijskim okruženjima.
Razmatranje fleksibilnosti i redundantnosti
Opcija pare nudi radnu fleksibilnost. Kotao može zadovoljiti dodatne potrebe procesnog grijanja osim 12 spremnika-grijanja prostora, grijanja otopine za čišćenje ili budućih ekspanzijskih spremnika. Električna opcija služi samo za spremnike i ne nudi dodatne prednosti.
Ako je kotao potrebno održavanje, spremnici mogu nastaviti s radom na pohranjenoj toploj vodi ili smanjenom protoku. Ako električni grijač pokvari u jednom spremniku, taj se spremnik ne proizvodi dok se grijač ne zamijeni. PTFE izmjenjivač, budući da je inherentno pouzdaniji, smanjuje, ali ne eliminira ovaj rizik-međutim, sam kotao dodaje-jednu točku rizika od kvara kojim se mora upravljati kroz redundanciju ili planiranje za nepredviđene situacije.
Sažetak
Tijekom razdoblja od 10- godina, kombinacija namjenskog bojlera na prirodni plin i PTFE izmjenjivača topline ukupno košta približno 1.069.000 USD, u usporedbi s 2.857.000 USD za električne uronjene grijače - smanjenje od 63%. Kapitalni trošak parnog sustava je viši (161.000 USD naspram 73.000 USD), ali ušteda troškova energije od 147.600 USD godišnje i eliminacija ponavljajućih zamjena električnih grijača vraća kapitalnu razliku unutar prve godine rada.
Za objekte s tri ili više grijanih spremnika, kombinacija pare-plus-PTFE opcija je nižeg ukupnog troška. Točka prijelaza ovisi o lokalnim cijenama energije, korozivnosti procesnih kemikalija (što određuje učestalost zamjene električnih grijača) i dostupnosti postojeće parne infrastrukture.
Inženjerska analiza za usporedbu izvora grijanja u određenim uvjetima objekta dostupna je nakon dostave broja i veličine spremnika, lokalnih cijena električne energije i plina, kemije procesa i postojeće komunalne infrastrukture.
