Decizia sursei de încălzire
O instalație intenționează să încălzească 12 rezervoare de proces, fiecare necesitând o sarcină de încălzire de 40 kW. Sunt luate în considerare două opțiuni: instalați încălzitoare electrice cu imersie în fiecare rezervor sau instalați un cazan central cu abur pe gaz natural-care servește schimbătoare de căldură PTFE în fiecare rezervor.
Opțiunea electrică oferă simplitate: fără boiler, fără conducte de abur, fără retur condens, fără tratare a apei. Fiecare rezervor are propriul său încălzitor electric, controlat independent. Costul de capital este de 12 încălzitoare electrice plus infrastructura electrică.
Opțiunea de abur necesită un cazan, conducte de distribuție a aburului, sistem de retur a condensului, echipament de tratare a apei și 12 schimbătoare de căldură PTFE. Costul capitalului este mai mare. Costul de exploatare-dominat de energie-este mai mic, deoarece gazul natural pe unitate de energie costă aproximativ o-treime până la un-sfert din energie electrică pe majoritatea piețelor industriale.
Comparația costului total pe 10 ani determină care opțiune oferă costuri mai mici pe ciclul de viață, luând în considerare energia, înlocuirea echipamentelor și întreținerea.
Diferenţialul de cost al energiei
Încălzirea cu rezistență electrică transformă aproape 100% din energia electrică în căldură la punctul de utilizare. Nu există pierderi de stivă, pierderi de conducte, pierderi de purjare. Eficiența furnizată este în esență de 100%.
Generarea de abur din gaze naturale implică pierderi multiple de eficiență. Un cazan industrial bine întreținut-funcționează cu o eficiență de combustibil de 80-85%-la-abur. Conductele de distribuție a aburului pierd 5-10% din căldură prin pierderile de izolație. Sistemele de retur a condensului pierd căldură suplimentară. Eficiența generală a procesului de combustibil este de 65-75%.
În ciuda acestor pierderi, gazele naturale sunt mult mai ieftine pe unitate de energie decât electricitatea, încât opțiunea cu abur câștigă din costul de operare. La prețurile medii ale energiei industriale din SUA-0,08 USD/kWh energie electrică, 4,50 USD/MMBtu gaz natural-costul per kWh de căldură livrat este de 0,08 USD pentru electricitate, 0,023 USD pentru abur din gaz natural (reprezentând o eficiență totală de 70%).
Tabelul 1: Comparația costurilor totale pe 10 ani (12 rezervoare × 40 kW, 6.000 de ore/an de funcționare)
| Element de cost | Încălzitoare electrice cu imersie | Cazan dedicat + Schimbătoare de căldură PTFE |
|---|---|---|
| Costuri de capital | ||
| Echipament de incalzire (12 unitati) | $48,000 (12 × $4,000) | 96.000 USD (12 PTFE × 8.000 USD) |
| Cazan și sistem de abur | $0 | 65.000 USD (instalat) |
| Modernizarea infrastructurii electrice | $25,000 | $0 |
| Capital total | $73,000 | $161,000 |
| Costuri anuale de exploatare | ||
| Costul energiei | 230.400 USD (2.880 MWh × 0,08 USD) | 82.800 USD (echivalent 3.600 MWh × 0,023 USD) |
| Înlocuirea încălzitoarelor (elementele electrice la fiecare 2 ani) | 48.000 USD (6 înlocuiri/an × 4.000 USD × 10 ani=240.000 USD/10) | $0 (PTFE >10 ani de viață) |
| Intretinerea cazanului si tratarea apei | $0 | $8,000 |
| Funcționare anuală totală | $278,400 | $90,800 |
| Costul total pe 10 ani | $2,857,000 | $1,069,000 |
Costul de înlocuire a echipamentelor
Încălzitoarele electrice cu imersie au durate de viață limitate. În băile chimice corozive, chiar și elementele electrice învelite se defectează în 2-3 ani din cauza coroziunii învelișului sau a defecțiunii etanșării. Peste 10 ani, fiecare dintre cele 12 rezervoare necesită 3-5 înlocuiri de încălzitoare. Costul de înlocuire cumulat se apropie sau depășește costul de capital inițial.
Schimbătoarele de căldură din PTFE încălzite cu abur nu au elemente electrice care să se defecteze. Pachetul de tuburi din PTFE, proiectat corespunzător pentru presiunea și temperatura aburului, durează 10+ ani fără înlocuire. Costul de înlocuire a echipamentului pe 10-ani pentru opțiunea cu abur este aproape de zero pentru echipamentul de lângă rezervor.
Cazanul în sine necesită întreținere-curățarea tuburilor, service arzător, tratarea apei-dar aceste costuri sunt previzibile și modeste în comparație cu costul înlocuirii repetate a încălzitoarelor electrice cu imersie în medii chimice agresive.
Considerentul de flexibilitate și redundanță
Opțiunea cu abur oferă flexibilitate operațională. Cazanul poate satisface nevoi suplimentare de încălzire a procesului în afara celor 12 rezervoare-încălzirea spațiului, încălzirea cu soluție de curățare sau viitoarele rezervoare de expansiune. Opțiunea electrică servește doar rezervoarele și nu oferă niciun beneficiu de deversare.
Dacă cazanul necesită întreținere, rezervoarele pot continua să funcționeze cu apă caldă stocată sau cu un debit redus. Dacă un încălzitor electric se defectează într-un rezervor, acel rezervor este scos din producție până când încălzitorul este înlocuit. Schimbătorul PTFE, fiind în mod inerent mai fiabil, reduce, dar nu elimină acest risc-totuși, cazanul în sine adaugă un singur risc de defecțiune-punct care trebuie gestionat prin redundanță sau planificare de urgență.
Rezumat
Pe o perioadă de 10-ani, combinația dintre un cazan dedicat pe gaz natural și schimbătoare de căldură PTFE costă în total aproximativ 1.069.000 USD, comparativ cu 2.857.000 USD pentru încălzitoarele electrice cu imersiune - o reducere de 63%. Costul de capital al sistemului de abur este mai mare (161.000 USD față de 73.000 USD), dar economiile de energie de 147.600 USD pe an și eliminarea înlocuirilor recurente ale încălzitoarelor electrice recuperează diferența de capital în primul an de funcționare.
Pentru instalațiile cu trei sau mai multe rezervoare încălzite, combinația de abur-plus-PTFE este opțiunea cu costul total mai mic. Punctul de trecere depinde de prețurile locale la energie, de corozivitatea substanțelor chimice de proces (care determină frecvența de înlocuire a încălzitorului electric) și de disponibilitatea infrastructurii de abur existente.
Analiza de inginerie pentru compararea surselor de încălzire în condiții specifice instalației este disponibilă la prezentarea numărului și dimensiunii rezervoarelor, a tarifelor locale de energie electrică și gaz, a procesului chimic și a infrastructurii de utilități existente.
