Stúpajúci účet za paru
Náklady na výrobu pary v pokovovacom zariadení vzrástli o 18 % za tri roky, pričom objem výroby zostáva rovnaký. Účinnosť kotla je overená. Odvádzače pary fungujú. Parné rozvodné potrubie je izolované. Zvýšená spotreba je spôsobená výmenníkmi tepla v procesných nádržiach-konkrétne progresívnou stratou účinnosti prenosu tepla, keď sa kovové špirály znečisťujú a korodujú.
Čistá špirála z nehrdzavejúcej ocele pri inštalácii prenáša teplo s celkovou hodnotou U- približne 800 W/m²·K. Po 12 mesiacoch prevádzky klesla hodnota U-na 450 W/m²·K. Po 24 mesiacoch 320 W/m²·K. Po 36 mesiacoch špirála sotva udržiava teplotu kúpeľa pri plnom prietoku pary a je naplánovaná jej výmena.
PTFE cievka inštalovaná v rovnakom čase začína s nižšou hodnotou U-približne 280 W/m²·K-, ale zachováva si ju. Po 36 mesiacoch je U-hodnota stále 260 – 270 W/m²·K. Trajektórie nákladov na energiu týchto dvoch výkonnostných kriviek sa výrazne líšia.
Mechanizmus straty účinnosti
Kovové cievky strácajú účinnosť prenosu tepla dvoma mechanizmami. Vonkajšie nečistoty usadzujú vodný kameň-síran vápenatý, hydroxidy kovov, organické zvyšky-, ktoré zvyšujú tepelný odpor v sérii so stenou rúry. Vrstva vodného kameňa s hrúbkou 0,5 mm môže znížiť hodnotu U-o 30 – 50 % v závislosti od jej tepelnej vodivosti.
Vnútorná povrchová korózia zdrsňuje-stenu parnej rúrky. Zvýšená drsnosť zvyšuje turbulenciu, čo mierne zlepšuje vnútorný koeficient prestupu tepla, ale produkty korózie vytvárajú izolačnú vrstvu, ktorá tento zisk viac než kompenzuje. Čistým efektom je progresívna degradácia.
Zariadenie to kompenzuje zvýšením tlaku pary. Vyšší tlak pary zvyšuje teplotu nasýtenia, čím sa zvyšuje logaritmický stredný teplotný rozdiel, ktorý riadi prenos tepla. Vyššia hodnota LMTD čiastočne kompenzuje pokles hodnoty U-. Ale vyššia teplota pary zvyšuje tepelné straty zo zásobníka a potrubia a kotol pracuje s nižšou účinnosťou pri vyšších výstupných teplotách. Energetické penalizačné zlúčeniny.
Tabuľka 1: 36-mesačné porovnanie nákladov na energiu (50 kW konštrukčná prevádzka, 6 000 prevádzkových hodín/rok)
| Časové obdobie | Hodnota U- nehrdzavejúcej ocele (W/m²·K) | PTFE U-Hodnota (W/m²·K) | Spotreba pary SS (kg/h) | Spotreba pary PTFE (kg/h) | Pokuta za kumulatívne náklady na energiu (SS vs. PTFE) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. mesiac (čistý) | 800 | 280 | 78 | 82 | -180 USD (výhoda SS) |
| 6. mesiac | 500 | 275 | 83 | 82 | +$60 |
| 12. mesiac | 400 | 270 | 86 | 83 | +$480 |
| 18. mesiac | 350 | 268 | 88 | 83 | +$960 |
| 24. mesiac | 310 | 265 | 90 | 84 | +$1,620 |
| 30. mesiac | 290 | 262 | 91 | 84 | +$2,340 |
| 36. mesiac (pred-výmena) | 260 | 260 | 93 | 85 | +$3,180 |
| 3-ročné celkové náklady na energiu | – | – | – | – | +$9,440 |
Cena pary vypočítaná na 30 USD/tona (1 000 kg). Kumulatívna penalizácia sú dodatočné náklady na paru spôsobené špirálou z nehrdzavejúcej ocele v dôsledku poklesu účinnosti v porovnaní so stabilným výkonom PTFE.
Výhoda PTFE: Stabilita nad špičkou
PTFE cievka pracuje s miernou nevýhodou energetických nákladov v prvých mesiacoch, keď je cievka z nehrdzavejúcej ocele čistá. Táto počiatočná medzera je približne 180 USD - zanedbateľná suma. Keď sa nehrdzavejúca cievka znečistí, medzera sa obráti. Do 9. mesiaca sa kumulatívne náklady na energiu rovnajú. Od tohto bodu poskytuje PTFE cievka s každým ďalším mesiacom nižšie náklady na energiu.
Počas celého 36-mesačného obdobia sa stabilná PTFE špirála vyhne približne 9 440 USD dodatočným nákladom na paru, ktoré vznikajú v dôsledku degradujúcej špirály z nehrdzavejúcej ocele. Táto úspora nákladov na energiu sama o sebe obnoví vyššiu počiatočnú nákupnú cenu PTFE cievky – bez zohľadnenia ušetrených nákladov na odstraňovanie vodného kameňa, eliminácie prestojov na čistenie alebo eliminácie výmeny po 36 mesiacoch.
Penalizácia za odstraňovanie vodného kameňa
Ak sa cievka z nehrdzavejúcej ocele odvápňuje v 12-mesačných intervaloch, jej hodnota U- sa čiastočne obnoví. Odvápnenie však nikdy neobnoví pôvodný výkon – každé čistenie odstráni spolu s vodným kameňom aj časť základného kovu a zdrsnený povrch sa po každom čistení rýchlejšie znečistí. Energetická výhoda PTFE je znížená, ale nie eliminovaná, keď sa praktizuje odstraňovanie vodného kameňa.
Okrem toho samotné odstraňovanie vodného kameňa spotrebúva energiu. Čistiace prostriedky musia byť zahriate. Po procese odstraňovania vodného kameňa sa musí nádrž znovu zahriať. Tieto náklady na energiu sú súčasťou celkových nákladov na vlastníctvo kovovej cievky, ale zriedka sa sledujú ako výdavky na energiu.
Zhrnutie
Stabilný výkon PTFE výmenníka tepla zabraňuje progresívnemu znehodnoteniu nákladov na energiu v dôsledku znečistenia kovových špirál. Za 36-mesačné obdobie kumulatívne úspory nákladov na paru vďaka stabilnej prevádzke PTFE presahujú 9 400 USD za jediný 50 kW výmenník tepla – čo je dosť na to, aby sa nákupná cena PTFE vrátila len z úspor energie.
Energetická výhoda je zachovaná počas celej 10+-ročnej životnosti PTFE výmenníka, pričom kovová špirála opakuje 36-mesačný cyklus degradácie pri každej výmene. Stabilná účinnosť PTFE poskytuje trvalú výhodu nákladov na energiu po počiatočnom období vyrovnania.
Technická analýza na porovnanie nákladov na energiu v špecifických prevádzkových podmienkach je k dispozícii po predložení aktuálneho typu a veku výmenníka tepla, nákladov na paru, údajov o miere zanášania a frekvencie a účinnosti odstraňovania vodného kameňa.
