یک کارخانه شیمیایی مصرف انرژی یک بخاری غوطه وری PTFE 5 کیلوواتی را در طول دوازده ماه ردیابی کرد. بخاری هر ربع رسوب زدایی می شد. داده های انرژی یک الگوی واضح را نشان می دهد: مصرف بین تمیز کردن به طور پیوسته افزایش می یابد، سپس پس از هر رسوب زدایی به شدت کاهش می یابد. میانگین مصرف انرژی در طول سال 12٪ بیشتر از خط پایه غلاف تمیز-بود. لایه رسوب، نه خود بخاری، مسئول افزایش بود.
رسوب غلاف تجمع رسوبات روی سطح گرمایش است. رسوبات می توانند مقیاس معدنی، هیدروکسیدهای فلزی، بقایای آلی یا ترکیبی باشند. همه لایه های رسوب رسانایی حرارتی کمتری نسبت به PTFE دارند، بنابراین مقاومت حرارتی بین غلاف و سیال فرآیند را افزایش می دهند. بخاری باید گرمتر کار کند تا همان گرما را ارائه دهد و دمای بالاتر باعث افزایش تلفات انرژی می شود.
مقاومت حرارتی یک لایه رسوب
یک لایه رسوب به صورت سری با غلاف PTFE و لایه مرزی همرفتی مقاومت می‌افزاید. مقاومت حرارتی کل غلاف-به-شکاف دمای توده را تعیین می‌کند. برای یک شار حرارتی معین، مقاومت کل بالاتر به معنای دمای غلاف بالاتر است.
هدایت حرارتی یک لایه رسوب به ترکیب و تخلخل آن بستگی دارد. مقیاس کربنات کلسیم دارای هدایت حرارتی 0.5-2.0 W/m·K است. رسوبات هیدروکسید فلز کمتر است، در محدوده 0.2-0.5 W/m·K. باقیمانده های آلی کمترین مقدار هستند، اغلب زیر 0.2 W/m·K. یک لایه 1 میلی متری از هر یک از این رسوبات مقاومت قابل توجهی را اضافه می کند.
| نوع رسوب | هدایت حرارتی | مقاومت 1 میلی متر | غلاف ΔT با 1.0 وات بر سانتی متر مربع افزایش می یابد | از دست دادن انرژی |
|---|---|---|---|---|
| کربنات کلسیم | 1.0–2.0 W/m·K | کم – متوسط | 5-10 درجه | 5–10% |
| سولفات کلسیم | 0.8–1.5 W/m·K | متوسط | 7-12 درجه | 7–12% |
| هیدروکسید فلز | 0.2–0.5 W/m·K | بالا | 20-50 درجه | 15–25% |
| باقی مانده آلی | <0.2 W/m·K | خیلی بالا | 50-100 درجه | 20–35% |
| سپرده مختلط | 0.3–1.0 W/m·K | متوسط – زیاد | 10-30 درجه | 10–20% |
مقاومت حرارتی و اتلاف انرژی با نوع رسوب
چرا رسوب گیری مصرف انرژی را افزایش می دهد؟
انرژی مصرف شده توسط بخاری مجموع گرمای مفید وارد شده به حمام و تلفات آن است. گرمای مفید توسط بار فرآیند تعیین می شود و مستقل از رسوب است. با افزایش دمای غلاف تلفات افزایش می یابد.
تلفات از طریق محفظه ترمینال، فلنج و دیواره مخزن رخ می دهد. هر چه دمای غلاف بیشتر باشد، اختلاف دمایی بین بخاری و محیط بیشتر می شود و تلفات آن بیشتر می شود. بخاری که 20 درجه گرمتر از تمیز کار می کند ممکن است 10 تا 15 درصد انرژی بیشتری را از طریق این مسیرها از دست بدهد.
بخاری همچنین برای حفظ نقطه تنظیم بیشتر کار می کند. کنترل کننده کاهش دمای حمام یا عدم رسیدن به نقطه تنظیم را می بیند و بخاری را روشن نگه می دارد. ترکیبی از تلفات بیشتر و زمان کار طولانی تر، مصرف کل انرژی را افزایش می دهد.
اثر مرکب شدن رسوب در طول زمان
رسوب به تدریج جمع می شود. لایه نازک تاثیر کمی بر انتقال حرارت دارد. اما با ضخیم شدن لایه، دمای غلاف افزایش می‌یابد که رسوب بیشتر را تسریع می‌کند. این فرآیند خود{3}}تقویت کننده است.
مصرف انرژی نیز از همین الگو پیروی می کند. ابتدا به آرامی بالا می رود، سپس با ضخیم شدن لایه رسوب شتاب می گیرد. بخاری که هر سه ماهه رسوب زدایی می کند ممکن است در ماه اول 5 درصد، در ماه دوم 10 درصد و در ماه سوم 15 تا 20 درصد افزایش انرژی نشان دهد. میانگین در سه ماهه 10 تا 12 درصد بالاتر از سطح پایه است.
| زمان از زمان رسوب زدایی | ضخامت رسوب | افزایش غلاف ΔT | مصرف نسبی انرژی |
|---|---|---|---|
| 0 هفته (تمیز) | 0 میلی متر | پایه | 1.00× |
| 2 هفته | 0.2-0.4 میلی متر | 3-6 درجه | 1.03–1.06× |
| 4 هفته | 0.4-0.8 میلی متر | 6-12 درجه | 1.06–1.12× |
| 8 هفته | 0.8-1.5 میلی متر | 12-20 درجه | 1.12–1.20× |
| 12 هفته | 1.5-2.5 میلی متر | 20-35 درجه | 1.20–1.35× |
| 16+ هفته | >2.5 میلی متر | >35 درجه | >1.35× |
با تجمع رسوب بین تمیز کردن، مصرف انرژی افزایش می یابد
هزینه رسوب-اتلاف انرژی مرتبط
هزینه انرژی تلف شده به وات بخاری، ساعات کارکرد و نرخ برق بستگی دارد. برای یک بخاری 5 کیلوواتی که 6000 ساعت در سال با 0.10 دلار به ازای هر کیلووات ساعت کار می کند، هزینه انرژی پاک-هیتر 3000 دلار است. به طور متوسط 12 درصد افزایش از رسوب 360 دلار در سال اضافه می کند.
در یک کارخانه با 20 بخاری، ضایعات انرژی مربوط به رسوب{1}}در مجموع 7200 دلار در سال است. این بیشتر از هزینه یک برنامه نگهداری پیشگیرانه است که بخاری ها را تمیز نگه می دارد.
| وات بخاری | ساعت کاری سالانه | هزینه انرژی پاک | 10٪ هزینه رسوب | 15٪ هزینه رسوب | ضایعات سالانه |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 کیلو وات | 6,000 | $1,800 | $1,980 | $2,070 | $180–270 |
| 5 کیلو وات | 6,000 | $3,000 | $3,300 | $3,450 | $300–450 |
| 8 کیلو وات | 6,000 | $4,800 | $5,280 | $5,520 | $480–720 |
| 12 کیلو وات | 6,000 | $7,200 | $7,920 | $8,280 | $720–1,080 |
هزینه سالانه انرژی و اتلاف بر اساس وات بخاری و سطح رسوب
کاهش رسوب-اتلاف انرژی مرتبط
مؤثرترین راه برای کاهش اتلاف انرژی مربوط به رسوب{0}} رسوب زدایی قبل از ضخیم شدن لایه رسوب است. یک برنامه سه ماهه رسوب زدایی میانگین سطح رسوب را زیر 1 میلی متر و افزایش انرژی را زیر 10 درصد نگه می دارد. یک برنامه رسوب زدایی ماهانه افزایش انرژی را کمتر از 5% نگه می دارد اما هزینه های کار و خرابی را افزایش می دهد.
کاهش چگالی وات باعث کاهش دمای غلاف و کاهش سرعت رسوب می شود. بخاری با سرعت 0.9 وات بر سانتی‌متر مربع، رسوب را آهسته‌تر از بخاری در 1.4 وات بر سانتی‌متر مربع جمع‌آوری می‌کند، که فاصله بین تمیز کردن را افزایش داده و میانگین اتلاف انرژی را کاهش می‌دهد.
بهبود جریان در سطح غلاف، ضخامت لایه مرزی و دمای غلاف را کاهش می دهد. یک ادکتور یا لوله اسپرج که به سمت بخاری هدایت می شود می تواند دمای غلاف را 10 تا 15 درجه کاهش دهد که باعث کند شدن رسوب و کاهش اتلاف انرژی می شود.
هنگامی که رسوب-ضایعات انرژی مرتبط علامت یک مشکل مشخصات را نشان می‌دهد
رسوب مکرر و اتلاف انرژی در یک مخزن نشان می دهد که بخاری با چگالی وات کار می کند که برای شرایط شیمیایی و جریان بسیار زیاد است. پیکربندی سفارشی بخاری غوطه وری PTFE با چگالی وات کم، سطح بزرگ و دسترسی جریان بهبود یافته رسوب و اتلاف انرژی مرتبط را کاهش می دهد. فرآیند مشخصات به شیمی حمام، دمای عملیاتی، سختی آب و وات مورد نیاز نیاز دارد.
