Η απόφαση για την πηγή θέρμανσης
Μια εγκατάσταση σχεδιάζει να θερμάνει 12 δεξαμενές επεξεργασίας, καθεμία από τις οποίες απαιτεί 40 kW καθήκοντος θέρμανσης. Εξετάζονται δύο επιλογές: να εγκαταστήσετε ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης σε κάθε δεξαμενή ή να εγκαταστήσετε έναν κεντρικό ατμολέβητα-φυσικού αερίου που εξυπηρετεί εναλλάκτες θερμότητας PTFE σε κάθε δεξαμενή.
Η ηλεκτρική επιλογή προσφέρει απλότητα: χωρίς λέβητα, χωρίς σωληνώσεις ατμού, χωρίς επιστροφή συμπυκνώματος, χωρίς επεξεργασία νερού. Κάθε δεξαμενή έχει τη δική της ηλεκτρική θερμάστρα, που ελέγχεται ανεξάρτητα. Το κεφαλαιουχικό κόστος είναι οι 12 ηλεκτρικές θερμάστρες συν ηλεκτρική υποδομή.
Η επιλογή ατμού απαιτεί λέβητα, σωληνώσεις διανομής ατμού, σύστημα επιστροφής συμπυκνωμάτων, εξοπλισμό επεξεργασίας νερού και 12 εναλλάκτες θερμότητας PTFE. Το κόστος κεφαλαίου είναι υψηλότερο. Το λειτουργικό κόστος-στο οποίο κυριαρχεί η ενέργεια-είναι χαμηλότερο επειδή το φυσικό αέριο ανά μονάδα ενέργειας κοστίζει περίπου το ένα-ένα τρίτο έως ένα-τέταρτο της ηλεκτρικής ενέργειας στις περισσότερες βιομηχανικές αγορές.
Η σύγκριση συνολικού κόστους 10 ετών καθορίζει ποια επιλογή προσφέρει χαμηλότερο κόστος κύκλου ζωής, λαμβάνοντας υπόψη την ενέργεια, την αντικατάσταση εξοπλισμού και τη συντήρηση.
Η διαφορά κόστους ενέργειας
Η θέρμανση με ηλεκτρική αντίσταση μετατρέπει σχεδόν το 100% της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα στο σημείο χρήσης. Δεν υπάρχουν απώλειες στοίβας, απώλειες σωληνώσεων, απώλειες εκτόνωσης. Η απόδοση που παρέχεται είναι ουσιαστικά 100%.
Η παραγωγή ατμού φυσικού αερίου συνεπάγεται πολλαπλές απώλειες απόδοσης. Ένας καλά συντηρημένος βιομηχανικός λέβητας-λειτουργεί με απόδοση 80-85% καυσίμου-προς-ατμού. Οι σωληνώσεις διανομής ατμού χάνουν 5-10% της θερμότητας λόγω απωλειών μόνωσης. Τα συστήματα επιστροφής συμπυκνωμάτων χάνουν επιπλέον θερμότητα. Η συνολική απόδοση καυσίμου προς διεργασία είναι 65-75%.
Παρά αυτές τις απώλειες, το φυσικό αέριο είναι τόσο φθηνότερο ανά μονάδα ενέργειας από την ηλεκτρική ενέργεια που η επιλογή ατμού κερδίζει με το κόστος λειτουργίας. Σε μέσες τιμές βιομηχανικής ενέργειας στις ΗΠΑ-0,08$/kWh ηλεκτρική ενέργεια, 4,50$/MMBtu φυσικό αέριο-το κόστος ανά παρεχόμενη kWh θερμότητας είναι 0,08$ για ηλεκτρική, 0,023$ για ατμό φυσικού αερίου (αντιστοιχώντας σε 70% συνολική απόδοση).
Πίνακας 1: Σύγκριση συνολικού κόστους 10 ετών (12 δεξαμενές × 40 kW, 6.000 ώρες/έτος Λειτουργία)
| Στοιχείο κόστους | Ηλεκτρικοί Θερμοσίφωνες Εμβάπτισης | Αφιερωμένος λέβητας + εναλλάκτες θερμότητας PTFE |
|---|---|---|
| Κεφαλαιουχικό κόστος | ||
| Εξοπλισμός θέρμανσης (12 μονάδες) | $48,000 (12 × $4,000) | 96.000 $ (12 PTFE × 8.000 $) |
| Σύστημα λέβητα και ατμού | $0 | 65.000 $ (εγκατεστημένο) |
| Αναβάθμιση ηλεκτρικής υποδομής | $25,000 | $0 |
| Συνολικό κεφάλαιο | $73,000 | $161,000 |
| Ετήσιο Λειτουργικό Κόστος | ||
| Κόστος ενέργειας | 230.400 $ (2.880 MWh × 0,08 $) | 82.800 $ (ισοδύναμο 3.600 MWh × 0,023 $) |
| Αντικαταστάσεις καλοριφέρ (ηλεκτρικά στοιχεία κάθε 2 χρόνια) | 48.000 $ (6 αντικαταστάσεις/έτος × 4.000 $ × 10 έτη=240.000 $ / 10) | $0 (PTFE >10 χρόνια ζωής) |
| Συντήρηση λέβητα και επεξεργασία νερού | $0 | $8,000 |
| Συνολική ετήσια λειτουργία | $278,400 | $90,800 |
| Συνολικό κόστος 10 ετών | $2,857,000 | $1,069,000 |
Το κόστος αντικατάστασης εξοπλισμού
Οι ηλεκτρικοί θερμαντήρες εμβάπτισης έχουν πεπερασμένη διάρκεια ζωής. Σε διαβρωτικά χημικά λουτρά, ακόμη και ηλεκτρικά στοιχεία με επένδυση αποτυγχάνουν μέσα σε 2-3 χρόνια λόγω διάβρωσης του περιβλήματος ή αστοχίας στεγανοποίησης. Πάνω από 10 χρόνια, καθεμία από τις 12 δεξαμενές απαιτεί 3-5 αντικαταστάσεις θερμαντήρα. Το σωρευτικό κόστος αντικατάστασης προσεγγίζει ή υπερβαίνει το αρχικό κόστος κεφαλαίου.
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE που θερμαίνονται με ατμό δεν έχουν ηλεκτρικά στοιχεία για αστοχία. Η δέσμη σωλήνων PTFE, κατάλληλα σχεδιασμένη για την πίεση και τη θερμοκρασία ατμού, διαρκεί 10+ χρόνια χωρίς αντικατάσταση. Το κόστος αντικατάστασης εξοπλισμού 10- ετών για την επιλογή ατμού είναι σχεδόν μηδενικό για τον εξοπλισμό της δεξαμενής.
Ο ίδιος ο λέβητας απαιτεί συντήρηση-καθαρισμό σωλήνων, σέρβις καυστήρα, επεξεργασία νερού-αλλά αυτό το κόστος είναι προβλέψιμο και μέτριο σε σύγκριση με το κόστος επανειλημμένης αντικατάστασης ηλεκτρικών θερμαντικών σωμάτων σε επιθετικά χημικά περιβάλλοντα.
Η θεώρηση της ευελιξίας και του πλεονασμού
Η επιλογή ατμού προσφέρει λειτουργική ευελιξία. Ο λέβητας μπορεί να εξυπηρετήσει πρόσθετες ανάγκες θέρμανσης διεργασιών πέρα από τις 12 δεξαμενές-θέρμανση χώρου, θέρμανση με διάλυμα καθαρισμού ή μελλοντικές δεξαμενές επέκτασης. Η ηλεκτρική επιλογή εξυπηρετεί μόνο τις δεξαμενές και δεν προσφέρει κανένα πλεονέκτημα μετάδοσης.
Εάν ο λέβητας χρειάζεται συντήρηση, οι δεξαμενές μπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν με αποθηκευμένο ζεστό νερό ή μειωμένη απόδοση. Εάν ένας ηλεκτρικός θερμαντήρας αποτύχει σε μία δεξαμενή, αυτή η δεξαμενή είναι εκτός παραγωγής έως ότου αντικατασταθεί ο θερμαντήρας. Ο εναλλάκτης PTFE, επειδή είναι εγγενώς πιο αξιόπιστος, μειώνει αλλά δεν εξαλείφει αυτόν τον κίνδυνο-ωστόσο, ο ίδιος ο λέβητας προσθέτει έναν μόνο-κίνδυνο αστοχίας σημείου που πρέπει να αντιμετωπιστεί μέσω σχεδιασμού πλεονασμάτων ή έκτακτης ανάγκης.
Περίληψη
Σε μια περίοδο 10- ετών, ο συνδυασμός ενός αποκλειστικού λέβητα φυσικού αερίου και εναλλάκτη θερμότητας PTFE κοστίζει περίπου 1.069.000 $ συνολικά, σε σύγκριση με $2.857.000 για τους ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης - μείωση 63%. Το κεφαλαιουχικό κόστος του συστήματος ατμού είναι υψηλότερο (161.000 $ έναντι 73.000 $), αλλά η εξοικονόμηση ενεργειακού κόστους 147.600 $ ετησίως και η εξάλειψη των επαναλαμβανόμενων αντικαταστάσεων ηλεκτρικού θερμαντήρα ανακτούν τη διαφορά κεφαλαίου εντός του πρώτου έτους λειτουργίας.
Για εγκαταστάσεις με τρεις ή περισσότερες θερμαινόμενες δεξαμενές, ο συνδυασμός ατμού-συν-PTFE είναι η επιλογή χαμηλότερου συνολικού κόστους. Το σημείο διασταύρωσης εξαρτάται από τις τοπικές τιμές ενέργειας, τη διαβρωτικότητα των χημικών ουσιών διεργασίας (που καθορίζει τη συχνότητα αντικατάστασης του ηλεκτρικού θερμαντήρα) και τη διαθεσιμότητα της υπάρχουσας υποδομής ατμού.
Η μηχανική ανάλυση για σύγκριση πηγών θέρμανσης σε συγκεκριμένες συνθήκες εγκατάστασης είναι διαθέσιμη με την υποβολή του αριθμού και του μεγέθους των δεξαμενών, των τοπικών τιμών ηλεκτρικής ενέργειας και αερίου, της χημείας διεργασιών και της υπάρχουσας υποδομής κοινής ωφέλειας.
