Một nhà máy hóa chất đã theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của lò sưởi ngâm PTFE 5 kW trong 12 tháng. Máy sưởi được tẩy cặn mỗi quý. Dữ liệu năng lượng cho thấy một mô hình rõ ràng: mức tiêu thụ tăng đều đặn giữa các lần làm sạch, sau đó giảm mạnh sau mỗi lần tẩy cặn. Mức tiêu thụ năng lượng trung bình trong năm cao hơn 12% so với-đường cơ sở của vỏ sạch. Lớp cặn bẩn, chứ không phải bản thân lò sưởi, là nguyên nhân gây ra sự gia tăng này.
Sự tắc nghẽn vỏ bọc là sự tích tụ cặn trên bề mặt gia nhiệt. Các chất lắng đọng có thể là cặn khoáng, hydroxit kim loại, cặn hữu cơ hoặc kết hợp. Tất cả các lớp cặn bẩn có độ dẫn nhiệt thấp hơn PTFE, vì vậy chúng tăng thêm khả năng chịu nhiệt giữa vỏ bọc và chất lỏng xử lý. Máy sưởi phải chạy nóng hơn để cung cấp cùng một lượng nhiệt và nhiệt độ cao hơn sẽ làm tăng tổn thất năng lượng.
Khả năng chịu nhiệt của lớp bẩn
Lớp bám bẩn tăng thêm lực cản nối tiếp với lớp vỏ PTFE và lớp ranh giới đối lưu. Tổng nhiệt trở xác định khoảng cách nhiệt độ từ-đến{2}}vỏ bọc. Đối với một thông lượng nhiệt nhất định, tổng điện trở cao hơn có nghĩa là nhiệt độ vỏ bọc cao hơn.
Độ dẫn nhiệt của lớp bẩn phụ thuộc vào thành phần và độ xốp của nó. Cân canxi cacbonat có độ dẫn nhiệt 0,5–2,0 W/m·K. Lượng cặn hydroxit kim loại thấp hơn, trong khoảng 0,2–0,5 W/m·K. Dư lượng hữu cơ thấp nhất, thường dưới 0,2 W/m·K. Một lớp 1 mm của bất kỳ chất cặn nào trong số này sẽ tăng thêm lực cản đáng kể.
| Loại bẩn | Độ dẫn nhiệt | Điện trở 1 mm | Vỏ bọc ΔT Tăng ở mức 1,0 W/cm2 | Mất năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Canxi cacbonat | 1.0–2.0 W/m·K | Thấp–Trung bình | 5–10 độ | 5–10% |
| Canxi sunfat | 0.8–1.5 W/m·K | Vừa phải | 7–12 độ | 7–12% |
| Hydroxit kim loại | 0.2–0.5 W/m·K | Cao | 20–50 độ | 15–25% |
| Dư lượng hữu cơ | <0.2 W/m·K | Rất cao | 50–100 độ | 20–35% |
| Tiền gửi hỗn hợp | 0.3–1.0 W/m·K | Trung bình-Cao | 10–30 độ | 10–20% |
Khả năng chịu nhiệt và tổn thất năng lượng theo loại cặn bẩn
Tại sao tắc nghẽn làm tăng tiêu thụ năng lượng
Năng lượng mà bộ gia nhiệt tiêu thụ là tổng nhiệt lượng hữu ích cung cấp cho bể và lượng nhiệt thất thoát. Nhiệt hữu ích được xác định bởi tải của quá trình và không phụ thuộc vào sự tắc nghẽn. Tổn hao tăng khi nhiệt độ vỏ bọc tăng.
Tổn thất xảy ra thông qua vỏ thiết bị đầu cuối, mặt bích và thành bể. Nhiệt độ vỏ bọc càng cao thì chênh lệch nhiệt độ giữa lò sưởi và môi trường càng lớn và tổn thất càng lớn. Máy sưởi hoạt động nóng hơn 20 độ so với nhiệt độ sạch có thể mất thêm 10–15% năng lượng thông qua các con đường này.
Máy sưởi cũng chạy lâu hơn để duy trì điểm đặt. Bộ điều khiển nhận thấy nhiệt độ bể giảm xuống hoặc không đạt đến điểm đặt và giữ cho máy sưởi luôn hoạt động. Sự kết hợp giữa tổn thất cao hơn và thời gian chạy dài hơn làm tăng tổng mức tiêu thụ năng lượng.
Hiệu ứng tổng hợp của việc bám bẩn theo thời gian
Chất bẩn tích tụ dần dần. Một lớp mỏng ít ảnh hưởng đến việc truyền nhiệt. Nhưng khi lớp dày lên, nhiệt độ vỏ bọc tăng lên, làm tăng tốc độ lắng đọng. Quá trình này có tính chất tự-tăng cường.
Việc tiêu thụ năng lượng theo cùng một mô hình. Lúc đầu nó tăng chậm, sau đó tăng tốc khi lớp cặn dày lên. Máy sưởi được tẩy cặn hàng quý có thể cho thấy năng lượng tăng 5% trong tháng đầu tiên, 10% vào tháng thứ hai và 15–20% vào tháng thứ ba. Mức trung bình trong quý là 10–12% so với mức cơ bản.
| Thời gian kể từ khi tẩy cặn | Độ dày bẩn | Vỏ bọc ΔT Tăng | Tiêu thụ năng lượng tương đối |
|---|---|---|---|
| 0 tuần (sạch) | 0mm | Đường cơ sở | 1.00× |
| 2 tuần | 0,2–0,4 mm | 3–6 độ | 1.03–1.06× |
| 4 tuần | 0,4–0,8 mm | 6–12 độ | 1.06–1.12× |
| 8 tuần | 0,8–1,5 mm | 12–20 độ | 1.12–1.20× |
| 12 tuần | 1,5–2,5 mm | 20–35 độ | 1.20–1.35× |
| 16+ tuần | >2,5 mm | >35 độ | >1.35× |
Tiêu thụ năng lượng tăng lên khi cặn bẩn tích tụ giữa các lần làm sạch
Chi phí gây ô nhiễm-Lãng phí năng lượng liên quan
Chi phí năng lượng lãng phí phụ thuộc vào công suất lò sưởi, số giờ hoạt động và giá điện. Đối với máy sưởi 5 kW hoạt động 6.000 giờ mỗi năm ở mức 0,1 USD/kWh, chi phí năng lượng sạch cho máy sưởi là 3.000 USD. Mức tăng trung bình 12% do tắc nghẽn sẽ tăng thêm $360 mỗi năm.
Trong một nhà máy có 20 lò sưởi,-lãng phí năng lượng liên quan đến tắc nghẽn có thể lên tới 7.200 USD mỗi năm. Đó là nhiều hơn chi phí của một chương trình bảo trì phòng ngừa để giữ cho máy sưởi sạch sẽ.
| Công suất sưởi | Số giờ hàng năm | Chi phí năng lượng sạch | 10% chi phí bám bẩn | 15% chi phí bám bẩn | Chất thải hàng năm |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 6,000 | $1,800 | $1,980 | $2,070 | $180–270 |
| 5 kW | 6,000 | $3,000 | $3,300 | $3,450 | $300–450 |
| 8 kW | 6,000 | $4,800 | $5,280 | $5,520 | $480–720 |
| 12 kW | 6,000 | $7,200 | $7,920 | $8,280 | $720–1,080 |
Chi phí năng lượng hàng năm và chất thải theo công suất lò sưởi và mức độ bám bẩn
Giảm tắc nghẽn-Lãng phí năng lượng liên quan
Cách hiệu quả nhất để giảm lãng phí năng lượng liên quan đến cặn bám-là tẩy sạch cặn bám trước khi lớp cặn bẩn trở nên dày. Lịch trình tẩy cặn hàng quý sẽ giữ mức bám bẩn trung bình dưới 1 mm và mức tăng năng lượng dưới 10%. Lịch trình tẩy cặn hàng tháng giúp giữ mức tăng năng lượng dưới 5% nhưng làm tăng chi phí nhân công và thời gian ngừng hoạt động.
Giảm mật độ watt sẽ làm giảm nhiệt độ vỏ bọc và làm chậm tốc độ tắc nghẽn. Máy sưởi hoạt động ở mức 0,9 W/cm2 tích tụ cặn bẩn chậm hơn so với máy sưởi ở mức 1,4 W/cm2, kéo dài khoảng thời gian giữa các lần vệ sinh và giảm lãng phí năng lượng trung bình.
Cải thiện dòng chảy ở bề mặt vỏ bọc làm giảm độ dày lớp biên và nhiệt độ vỏ bọc. Một ống dẫn điện hoặc ống rưới hướng vào lò sưởi có thể giảm nhiệt độ vỏ bọc từ 10–15 độ, giúp làm chậm quá trình bám bẩn và giảm lãng phí năng lượng.
Khi tắc nghẽn-Sự lãng phí năng lượng liên quan báo hiệu sự cố về thông số kỹ thuật
Sự tắc nghẽn lặp đi lặp lại và lãng phí năng lượng trong cùng một bể cho thấy lò sưởi đang hoạt động ở mật độ watt quá cao so với điều kiện hóa học và dòng chảy. Cấu hình lò sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh với mật độ watt thấp, diện tích bề mặt lớn và khả năng tiếp cận dòng chảy được cải thiện giúp giảm tắc nghẽn và lãng phí năng lượng liên quan. Quá trình xác định yêu cầu về thành phần hóa học của bể, nhiệt độ vận hành, độ cứng của nước và công suất yêu cầu.
