На гальванической линии заметили, что потребление электроэнергии выросло почти на 12% за шесть месяцев без каких-либо изменений в объеме производства. Резервуар достиг заданного значения, а ток нагревателя соответствовал паспортной табличке. Счет за коммунальные услуги говорил о другом. Нагреватель потреблял больше энергии, чтобы доставить такое же количество тепла в ванну. Разница заключалась в слое окалины на ножнах толщиной 1,8 мм.
Энергоэффективность погружного нагревателя из ПТФЭ не является фиксированным свойством. Оно меняется в зависимости от состояния поверхности оболочки. Чистый нагреватель эффективно передает тепло технологической жидкости. Масштабный нагреватель передает меньше тепла и больше теряет его в окружающую среду-или потребляет больше энергии для поддержания той же температуры ванны.
Энергетический баланс обогревателя
Подводимая к нагревателю электрическая энергия равна теплу, передаваемому технологической жидкости, плюс потери. В чистой каменке потери минимальны, и почти вся энергия уходит на нагрев ванны. В нагревателе с накипью слой накипи увеличивает термическое сопротивление, что повышает температуру оболочки. Более высокая температура оболочки увеличивает потери через клеммную коробку, фланец и стенки резервуара.
Энергия, которая не достигает технологической жидкости, тратится впустую. Счетчик коммунальных услуг измеряет общую потребляемую энергию, а не отдаваемое полезное тепло. Масштабный нагреватель потребляет тот же ток, но выделяет меньше тепла, поэтому эффективность-отношение полезного тепла к общей потребляемой энергии- снижается.
| Толщина шкалы | Увеличение ΔT оболочки | Доставленное тепло | Входная энергия | Эффективность | Энергетические отходы |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 мм (чистый) | Базовый уровень | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 мм | 6–9 градусов | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 мм | 12–18 градусов | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 мм | 25–35 градусов | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 мм | 38–52 градуса | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Энергоэффективность и количество отходов в зависимости от толщины окалины на погружных нагревателях из ПТФЭ
Почему накипь увеличивает потребление энергии
Слой окалины действует как изолирующий слой между оболочкой и технологической жидкостью. Чтобы тот же тепловой поток смог преодолеть это дополнительное сопротивление, температура оболочки должна повыситься. Более высокая температура оболочки увеличивает разницу температур между нагревателем и окружающей средой, что приводит к увеличению потерь.
Потери происходят по нескольким направлениям. Клеммная коробка, соединенная с нагревателем холодной зоной, отводит тепло от оболочки. Фланец, прикрепленный болтами к стенке резервуара, проводит тепло в конструкцию резервуара. Стенки и поверхность резервуара теряют больше тепла, поскольку температура ванны поддерживается на заданном уровне с помощью нагревателя, который работает сильнее и дольше.
Конечным результатом является то, что обогреватель должен потреблять больше энергии, чтобы доставить в ванну такое же полезное тепло. Потеря эффективности невелика для тонких слоев окалины, но быстро растет по мере ее утолщения.
Усугубляющийся эффект более длительного времени работы
Масштабный нагреватель не просто теряет эффективность,-он работает дольше. Контроллер видит, что температура ванны падает или не достигает заданного значения, и поддерживает питание нагревателя. Нагреватель работает с более высоким рабочим циклом, потребляя больше энергии в течение большего количества часов.
В чистой системе нагреватель может работать 40% времени для поддержания заданного значения. При слое накипи толщиной 2 мм он может работать в 55–60% случаев. Сочетание более низкой эффективности и более длительного времени работы увеличивает общее потребление энергии на 30–50%.
| Толщина шкалы | Рабочий цикл нагревателя | Ежедневные часы работы | Ежедневное потребление энергии | Относительно чистого |
|---|---|---|---|---|
| 0 мм | 40% | 9,6 часов | 48 кВтч | 1.0× |
| 0,5 мм | 44% | 10,6 часов | 53 кВтч | 1.1× |
| 1,0 мм | 50% | 12,0 часов | 60 кВтч | 1.25× |
| 2,0 мм | 58% | 13,9 часов | 70 кВтч | 1.45× |
| 3,0 мм | 68% | 16,3 часа | 82 кВтч | 1.7× |
Зависимость энергопотребления от толщины окалины для нагревателя мощностью 5 кВт при непрерывной работе
Стоимость энергетических отходов
Стоимость энергетических отходов зависит от тарифа на электроэнергию, мощности обогревателя и часов работы. Для обогревателя мощностью 5 кВт, работающего 6000 часов в год по цене 0,10 доллара США за кВтч, ежегодные затраты на электроэнергию для чистого обогревателя составляют 3000 долларов США. Слой накипи толщиной 2 мм увеличивает эту сумму до 4350 долларов — дополнительные 1350 долларов в год.
На заводе с 20 нагревателями потери энергии из-за накипи могут составить 27 000 долларов в год. Это больше, чем стоимость программы профилактического обслуживания, которая поддерживает чистоту обогревателей.
| Мощность нагревателя | Годовые часы | Стоимость чистой энергии | Стоимость шкалы 1 мм | Стоимость шкалы 2 мм | Ежегодные отходы |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Годовые затраты на электроэнергию и потери в зависимости от мощности нагревателя и толщины окалины из расчета 0,10 доллара США за кВтч.
Удаление накипи как мера-экономии энергии
Удаление накипи восстанавливает эффективность теплопередачи нагревателя. После удаления накипи температура оболочки падает, рабочий цикл возвращается к нормальному состоянию, а потребление энергии возвращается к исходному состоянию. Экономия энергии за счет удаления накипи часто оправдывает затраты на очистку в течение нескольких месяцев.
Нагреватель с удаленной накипью толщиной 2 мм экономит 1350 долларов США в год за электроэнергию для агрегата мощностью 5 кВт. Если удаление накипи стоит 500 долларов США за работу и материалы, окупаемость составит менее пяти месяцев. После этого экономия продолжается до тех пор, пока масштаб снова не увеличится.
Мониторинг энергоэффективности
Самый простой способ контролировать эффективность — отслеживать рабочий цикл или время работы нагревателя. Нагреватель, который работает дольше, чем новый, теряет эффективность. Текущий журнал или счетчик времени-работы предоставляют данные.
Более прямой метод – измерение температуры оболочки при рабочей нагрузке. Температура оболочки, поднявшаяся на 10–15 градусов выше базовой линии, указывает на то, что накипь накапливается, а эффективность снижается.
Когда растрата энергии,-связанная с масштабированием, сигнализирует о проблеме со спецификациями
Повторяющееся образование накипи и потеря энергии в одном и том же резервуаре указывают на то, что нагреватель работает с плотностью ватт, которая слишком высока для данного химического состава и условий потока. Нагреватель с более низкой-ваттной-плотностью работает холоднее, медленнее накапливает накипь и дольше сохраняет свою эффективность. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с низкой удельной мощностью, большой площадью поверхности и улучшенным доступом к потоку снижает образование накипи и связанные с этим потери энергии. Для процесса спецификации требуется химический состав ванны, рабочая температура, жесткость воды и требуемая мощность.
