Keemiatehas jälgis 5 kW PTFE sukelküttekeha energiatarbimist kaheteistkümne kuu jooksul. Küttekehast eemaldati katlakivi iga kvartali tagant. Energiaandmed näitasid selget mustrit: tarbimine kasvas pidevalt puhastuste vahel, seejärel langes järsult pärast iga katlakivi eemaldamist. Aasta keskmine energiatarbimine oli 12% kõrgem kui puhta katte baasväärtus. Suurenemise eest vastutas saastekiht, mitte küttekeha ise.
Katte saastumine on sademete kogunemine küttepinnale. Sadestused võivad olla mineraalsed katlakivid, metallihüdroksiidid, orgaanilised jäägid või nende kombinatsioon. Kõigil saastekihtidel on madalam soojusjuhtivus kui PTFE-l, seega lisavad need ümbrise ja protsessivedeliku vahele soojustakistust. Sama soojuse edastamiseks peab kütteseade töötama kuumemalt ja kõrgem temperatuur suurendab energiakadusid.
Saastuva kihi soojustakistus
Saastekiht lisab PTFE ümbrise ja konvektiivse piirdekihiga järjestikku vastupidavust. Kogu soojustakistus määrab ümbrise -ja -kogutemperatuuri vahe. Antud soojusvoo korral tähendab suurem kogutakistus kõrgemat ümbrise temperatuuri.
Saastekihi soojusjuhtivus sõltub selle koostisest ja poorsusest. Kaltsiumkarbonaadi katlakivi soojusjuhtivus on 0,5–2,0 W/m·K. Metallhüdroksiidi ladestused on väiksemad, vahemikus 0,2–0,5 W/m·K. Orgaanilisi jääke on kõige vähem, sageli alla 0,2 W/m·K. Nende ladestiste 1 mm kiht lisab märkimisväärset vastupidavust.
| Saastumise tüüp | Soojusjuhtivus | 1 mm takistus | Mantli ΔT suurenemine 1,0 W/cm² juures | Energiakadu |
|---|---|---|---|---|
| Kaltsiumkarbonaat | 1.0–2.0 W/m·K | Madal – mõõdukas | 5-10 kraadi | 5–10% |
| Kaltsiumsulfaat | 0.8–1.5 W/m·K | Mõõdukas | 7-12 kraadi | 7–12% |
| Metallhüdroksiid | 0.2–0.5 W/m·K | Kõrge | 20-50 kraadi | 15–25% |
| Orgaaniline jääk | <0.2 W/m·K | Väga kõrge | 50-100 kraadi | 20–35% |
| Segatagatisraha | 0.3–1.0 W/m·K | Mõõdukas – kõrge | 10-30 kraadi | 10–20% |
Soojustakistus ja energiakadu saastumise tüübi järgi
Miks saastumine suurendab energiatarbimist?
Kerise tarbitav energia on vanni tarnitud kasuliku soojuse ja kadude summa. Kasuliku soojuse määrab protsessi koormus ja see ei sõltu saastumisest. Kaod suurenevad ümbrise temperatuuri tõustes.
Kaod tekivad terminali korpuse, ääriku ja paagi seinte kaudu. Mida kõrgem on ümbrise temperatuur, seda suurem on temperatuuride erinevus küttekeha ja keskkonna vahel ning seda suuremad on kaod. Kütteseade, mis töötab 20 kraadi kuumemalt kui puhas, võib nende radade kaudu kaotada 10–15% rohkem energiat.
Samuti töötab kütteseade seadeväärtuse säilitamiseks kauem. Kontroller näeb, et vanni temperatuur langeb või ei saavuta seadeväärtust ja hoiab küttekeha pinge all. Suuremate kadude ja pikema tööaja kombinatsioon suurendab kogu energiatarbimist.
Aja jooksul saastumise komplitseeriv mõju
Saaste koguneb järk-järgult. Õhuke kiht mõjutab soojusülekannet vähe. Kuid kui kiht pakseneb, tõuseb ümbrise temperatuur, mis kiirendab edasist ladestumist. Protsess on isetugev-.
Energiatarbimine järgib sama skeemi. See tõuseb alguses aeglaselt, seejärel kiireneb saastekihi paksenemisel. Kord kvartalis katlakivi eemaldatav küttekeha võib esimesel kuul näidata 5% energiatõusu, teisel 10% ja kolmandal 15–20%. Kvartali keskmine on 10–12% üle algtaseme.
| Aeg katlakivi eemaldamisest | Saastumise paksus | Mantli ΔT suurenemine | Suhteline energiatarbimine |
|---|---|---|---|
| 0 nädalat (puhas) | 0 mm | Lähtejoon | 1.00× |
| 2 nädalat | 0,2–0,4 mm | 3-6 kraadi | 1.03–1.06× |
| 4 nädalat | 0,4–0,8 mm | 6-12 kraadi | 1.06–1.12× |
| 8 nädalat | 0,8–1,5 mm | 12-20 kraadi | 1.12–1.20× |
| 12 nädalat | 1,5–2,5 mm | 20-35 kraadi | 1.20–1.35× |
| 16+ nädalat | >2,5 mm | >35 kraadi | >1.35× |
Energiakulu suureneb, kuna puhastuste vahel koguneb mustus
Saastumisega seotud{0}}energiajäätmete maksumus
Raisatud energia maksumus sõltub küttekeha võimsusest, töötundidest ja elektrienergia määrast. 5 kW küttekeha puhul, mis töötab 6000 tundi aastas hinnaga 0,10 dollarit kWh kohta, on puhta -kütteseadme energiakulu 3000 dollarit. Keskmiselt 12% kasv saastumisest lisab 360 dollarit aastas.
20 kütteseadmega tehases võib saastamisega seotud energiajäätmed kokku olla 7200 dollarit aastas. See on rohkem kui kulu ennetava hoolduse programmile, mis hoiab küttekehad puhtana.
| Küttekeha võimsus | Aastane tööaeg | Puhta energia hind | 10% saastumise kulu | 15% saastumise kulu | Iga-aastased jäätmed |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Aastane energiakulu ja raiskamine küttekeha võimsuse ja saastumise taseme järgi
Saastumisega{0}}seotud energiaraiskamise vähendamine
Kõige tõhusam viis saastumisega seotud{0}}energia raiskamise vähendamiseks on katlakivi eemaldamine enne, kui saastekiht muutub paksuks. Kvartaalne katlakivieemaldusgraafik hoiab keskmise saastumise taseme alla 1 mm ja energia kasvu alla 10%. Igakuine katlakivieemaldusgraafik hoiab energiakasvu alla 5%, kuid suurendab tööjõu- ja seisakukulusid.
Vattide tiheduse vähendamine vähendab ümbrise temperatuuri ja aeglustab saastumise kiirust. Kütteseade, mis töötab võimsusel 0,9 W/cm², kogub katlakivi aeglasemalt kui 1,4 W/cm² juures, pikendades puhastuste vahelist intervalli ja vähendades keskmist energiaraiskamist.
Voolu parandamine ümbrise pinnal vähendab piirkihi paksust ja ümbrise temperatuuri. Küttekehale suunatud voolik või tõmbetoru võib vähendada ümbrise temperatuuri 10–15 kraadi võrra, mis aeglustab saastumist ja vähendab energiaraiskamist.
Kui määrdumine-seotud energiajäätmete signaalid on spetsifikatsiooniprobleem
Korduv saastumine ja energiaraiskamine samas paagis näitavad, et kütteseade töötab vattihedusega, mis on keemia- ja voolutingimuste jaoks liiga kõrge. Kohandatud PTFE sukelsoojendi konfiguratsioon väikese vattiheduse, suure pindala ja parema juurdepääsuga voolule vähendab saastumist ja sellega seotud energiaraiskamist. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab vanni keemiat, töötemperatuuri, vee karedust ja nõutavat võimsust.
