EVROPSKÁ KOMISE GENERÁLNÍ ŘEDITELSTVÍ JRC SPOJENÉ VÝZKUMNÉ STŘEDISKO (JRC) Institut pro perspektivní technologické studie (Seville) Technologie pro udržitelný rozvoj Evropský úřad IPPC
Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC) Referenční dokument k aplikování nejlepších dostupných technik (BAT) na průmyslové chladicí soustavy Listopad 2000
Světové obchodní středisko, Isla de la Cartuja s/n, E-41092 Seville – Španělsko Telefon: přímá linka (+34-95) 4488-284, ústředna 4488-318. Fax: 4488-426. Internet: http://eippcb.jrc.es
Prováděcí souhrn
PROVÁDĚCÍ SOUHRN Tento referenční dokument k aplikování nejlepších dostupných technik na průmyslové chladicí soustavy (BREF) vyjadřuje výměnu informací prováděnou podle článku 16 (2) Směrnice Rady 96/61/EC, která pojednává o IPPC. Tento dokument musí být chápán ve smyslu předmluvy, ve které jsou popsány cíle dokumentu a jeho používání. V rámci IPPC je průmyslové chlazení identifikováno jako horizontální záležitost. Znamená to, že „nejlepší dostupné techniky“ (BAT) jsou v tomto dokumentu posuzovány bez podrobného resp. hloubkového posouzení průmyslového procesu, který má být ochlazován. Navzdory tomu jsou BAT pro chladicí soustavy posouzeny v rozsahu chladicích požadavků průmyslového procesu. Nicméně se ale uznává, že BAT pro chladicí proces je komplexní záležitostí, která vyvažuje chladicí požadavky daného procesu, faktory specifické pro předmětné místo a environmentální požadavky, což umožňuje implementaci (resp. realizování BAT) při ekonomicky a technicky proveditelných podmínkách. Termín „průmyslové chladicí soustavy“ se vztahuje na soustavy, které odnímají nadměrné teplo z jakéhokoliv média (resp. látky) použitím výměníků tepla s vodou a/nebo vzduchem pro snížení teploty této látky směrem k (teplotním) hladinám okolního prostředí. V tomto dokumentu jsou popsány BAT pro chladicí soustavy, které jsou považovány za takové, které pracují jako pomocné soustavy pro normální provoz průmyslového procesu. Potvrzuje se, že spolehlivý provoz chladicí soustavy pozitivně ovlivní spolehlivost průmyslového procesu. Nicméně provoz chladicí soustavy ve vztahu k bezpečnosti procesu není zahrnut do tohoto BREF. V tomto dokumentu je uveden integrovaný přístup k dosažení BAT pro průmyslové chladicí soustavy při respektování skutečnosti, že konečné řešení BAT je převážně záležitostí, která je specifická pro předmětné místo. S ohledem na volbu chladicí soustavy se může tímto přístupem spíše jen prodiskutovat, které části jsou přidruženy k environmentálnímu provedení chladicí soustavy, než zvolit a kvalifikovat (diskvalifikovat) jakoukoliv z použitých chladicích soustav. Tam, kde jsou použita redukční opatření, přístup BAT se pokouší upozornit na přidružené průřezové účinky médií a tudíž klást důraz na to, že redukování různých emisí chladicích soustav vyžaduje uvedení do rovnováhy. V pěti kapitolách hlavního dokumentu je popsán přístup BAT, jeho klíčové problematiky a principy, jsou popsány chladicí soustavy a jejich environmentální aspekty, klíčová zjištění, a závěry a doporučení pro další práci. V jedenácti přílohách jsou uvedeny souvisící resp. doprovázející informace, které jsou zaměřeny na specifické aspekty navrhování a provozování chladicích soustav, a příklady pro znázornění přístupu BAT.
1. Integrovaný přístup Integrovaný přístup BAT posuzuje environmentální provedení chladicí soustavy v souvislosti s celkovým environmentálním provedením průmyslového procesu. Je zaměřen na minimalizaci jak přímých, tak i nepřímých dopadů provozování chladicí soustavy. Je založen na zkušenosti, že environmentální provedení chlazení procesu do značné míry závisí na volbě a konstrukčním řešení chladicí soustavy. Proto je přístup pro nové instalace zaměřen na prevenci emisí volbou vhodného chladicího uspořádání a patřičnou konstrukcí a výrobou chladicí soustavy. Kromě toho se redukování emisí dosáhne optimalizací denního provozu. Pro existující chladicí soustavy je krátkodobě k dispozici menší možnost pro prevenci prostřednictvím technologických opatření a důraz je kladen na redukování emise optimalizovaným provozem a řízením soustav. Pro existující soustavy může být pevně stanoven velký počet parametrů, jako je prostor, dostupnost provozních __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 i
Prováděcí souhrn zdrojů, a existující legislativní omezení, což má za následek málo stupňů volnosti pro změny. Nicméně všeobecný přístup BAT v tomto dokumentu může být považován za dlouhodobý cíl, který je pro existující zařízení přizpůsoben cyklům výměny resp. náhrady zařízení. Přístup BAT uznává, že chlazení je podstatnou částí mnoha průmyslových procesů a že by mělo být chápáno jako důležitý prvek v celkovém systému managementu tepla. Ekonomické využití energie v průmyslových procesech je velmi důležité z hlediska environmentálního a z hlediska ekonomičnosti vynaložených nákladů. BAT především znamená, že musí být věnována pozornost energetické účinnosti průmyslového nebo výrobního procesu ještě předtím, než jsou učiněna opatření k optimalizaci chladicí soustavy. Pro zvýšení celkové energetické účinnosti směřují průmyslová odvětví k redukování množství tepla, které není možné rekuperovat, použitím vhodného managementu energie a přijetím řady integrovaných programů pro úsporu energie. Do tohoto se zahrnuje výměna energie mezi různými jednotkami v rozsahu ochlazovaného průmyslového nebo výrobního procesu, stejně tak, jako přidružení tohoto procesu k vedlejším procesům. V případě průmyslových regionů se vyskytuje tendence ke koncepci rekuperace tepla, kdy průmyslová místa jsou vzájemně propojena, nebo jsou připojena k přímému vytápění, nebo k zemědělské skleníkové výrobě. V případech, kde následná rekuperace nebo opětovné využití tohoto tepla nejsou možné, může být nutné toto teplo vypouštět do environmentu, resp. do životního prostředí. Rozlišuje se mezi nízkou hladinou (resp. úrovní) (10 ˚C až 25 ˚C), střední hladinou (25 ˚C až 60 ˚C) a vysokou hladinou (60 ˚C) tepla, které není možné rekuperovat. Všeobecně vyjádřeno, mokré chladicí soustavy se používají pro nízkou hladinu tepla a suché chladicí soustavy pro vysokou hladinu tepla. Pro střední hladinu tepla, které nelze rekuperovat, není dávána přednost žádnému jednoduchému principu chlazení a (v praxi) lze nalézt rozdílná uspořádání. Po optimalizaci celkové energetické účinnosti průmyslového nebo výrobního procesu dané množství a hladina tepla, které nelze rekuperovat, zůstává, a první volba pro chladicí uspořádání k rozptýlení tohoto tepla může být uskutečněna vytvořením rovnováhy mezi: – požadavky na chlazení procesu; – omezeními pro předmětné místo (včetně lokální legislativy); a – environmentálními požadavky. Požadavky na chlazení průmyslového nebo výrobního procesu musí být vždy splněny k zajištění podmínek spolehlivého procesu, včetně spuštění a zastavení. Musí být vždy zaručena požadovaná minimální teplota procesu a požadovaná kapacita chlazení tak, aby se zvýšila účinnost průmyslového nebo výrobního procesu, aby se snížila ztráta produktu (resp. snížila ztráta výrobku), a aby byly redukovány emise do životního prostředí. Se zvyšující se citlivostí těchto procesů na teplotu se bude zvětšovat důležitost výše uvedených požadavků. Podmínky v předmětném místě omezují volitelné možnosti konstrukčního provedení a možné způsoby, kterými může být chladicí soustava provozována. Tyto podmínky jsou definovány lokálním klimatem, dostupností vody pro chlazení a vypouštění tepla, dostupností prostoru pro stavby (potřebných zařízení) a citlivostí okolního prostoru na emise. V závislosti na potřebách procesu z hlediska chlazení a podle požadované kapacity chlazení může být volba místa pro nová zařízení velmi důležitá (např. velký zdroj studené vody). V případech, kde se volba místa řídí podle jiných kritérií, nebo v případě již existujících chladicích soustav, jsou požadavky na chlazení procesu a charakteristiky místa pevně stanoveny. Pro chlazení je důležité lokální klima, poněvadž má vliv na teplotu konečné chladicí vody a vzduchu. Lokální klima je charakterizováno průběhem teplot vlhkého a suchého teploměru. Všeobecně jsou chladicí soustavy navrženy pro splnění požadavků na chlazení při nejméně příznivých podmínkách, které se lokálně mohou vyskytnout, tj. při nejvyšších teplotách vlhkého a suchého teploměru. Další krok při volbě a navrhování chladicí soustavy směřuje k splnění požadavků BAT, v rozsahu požadavků procesu, který má být ochlazován, a v rozsahu omezení, která se vyskytují v daném místě. Znamená to, že je zde kladen důraz na volbu vhodného materiálu a zařízení k zmenšení požadavků na údržbu, k usnadnění provozu __________________________________________________________________________________________ ii Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Prováděcí souhrn chladicí soustavy a k realizaci environmentálních požadavků. Kromě toho při vypouštění tepla do životních resp. okolních prostředí může dojít k dalším environmentálním účinkům, jako je emise přídavných látek, které jsou používány pro kondicionování chladicích soustav. Zdůrazňuje se že tam, kde může být redukováno množství a hladina tepla, které má být rozptýleno, bude výsledný environmentální dopad průmyslových chladicích soustav nižší. Zásady přístupu BAT mohou být také aplikovány na již existující chladicí soustavy. Mohou být k dispozici technologické volitelné možnosti, jako je změna technologie chlazení, nebo změna nebo modifikace existujícího zařízení nebo použitých chemických látek; nicméně tyto volitelné možnosti mohou být aplikovány jenom v omezeném rozsahu.
2. Použité chladicí soustavy Chladicí soustavy jsou založeny na termodynamických principech a jsou určeny k podporování výměny tepla mezi procesem a chladivem a k usnadnění uvolňování tepla, které nelze rekuperovat, do životního prostředí. Průmyslové chladicí soustavy mohou být kategorizovány podle jejich konstrukčního provedení a podle hlavních principů chlazení: použití vody nebo vzduchu, nebo kombinace vody a vzduchu jako chladiv. Výměna tepla mezi médiem použitým (látkou použitou) v procesu a chladivem se zvětší pomocí výměníků tepla. Chladivo odvádí teplo z výměníků tepla do životního prostředí. V otevřených (chladicích) soustavách je chladivo v kontaktu s životním prostředím. V uzavřených (chladicích) systémech cirkuluje chladivo nebo médium použité (látka použitá) v procesu uvnitř potrubí nebo trubkových hadů a není v otevřeném resp. přímém kontaktu s životním prostředím. Průtočné (chladicí) soustavy jsou obecně používány pro zařízení s velkým (chladicím) výkonem v lokalitách, kde jsou k dispozici dostatečná množství chladicí vody a recipientu, resp. přijímací povrchové vody. Jestliže není k dispozici spolehlivý vodní zdroj, používají se recirkulační soustavy (chladicí věže). Chladicí voda je v otevřených recirkulačních věžích ochlazována kontaktem s proudícím vzduchem. Věže jsou vybaveny zařízeními, která zvětšují kontakt vzduch/voda. Proud vzduchu může být vytvořen umělým tahem použitím ventilátorů, nebo přirozeným tahem. Věže s umělým tahem se ve značném rozsahu používají pro malé a velké (chladicí) výkony/kapacity. Věže s přirozeným tahem se převážně používají pro velké (chladicí) výkony/kapacity (např. v energetickém průmyslu). V soustavách s uzavřeným okruhem jsou potrubí nebo trubkové hady, ve kterých cirkuluje chladivo nebo médium použité (látka použitá) v procesu, ochlazovány, čímž se zase ochlazuje látka, která je v nich obsažena. V mokrých soustavách ochlazuje proud vzduchu v důsledku odpařování potrubí nebo trubkové hady, které jsou postřikovány vodou. V suchých soustavách proudí kolem potrubí/trubkových hadů pouze vzduch. V obou dvou konstrukčních provedeních mohou být trubkové hady vybaveny (chladicími) žebry, která zvětšují chladicí povrch a v důsledku toho chladicí účinek. Mokré (chladicí) soustavy s uzavřeným okruhem jsou v průmyslu používány ve velkém rozsahu pro menší kapacity. Princip suchého vzduchového chlazení je možné nalézt v menších průmyslových použitích stejně tak jako ve velkých elektrárnách v takových situacích, kde není k dispozici dostatečné množství vody, nebo tam, kde je voda velmi drahá. Otevřené chladicí soustavy a uzavřené hybridní chladicí soustavy jsou speciální konstrukční provedení chladicích věží s umělým tahem, které umožňují mokrý a suchý provoz k redukci vytváření viditelné parní vlečky. Použitím volitelné možnosti provozování soustav (zejména malé jednotky článkového typu) jako suchých soustav v průběhu období nízkých teplot okolního vzduchu může být dosaženo snížení roční spotřeby vody a zmenšení tvorby viditelné parní vlečky. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 iii
Prováděcí souhrn
Tabulka 1: Příklad technických a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro průmyslová (ne-elektrárenská) použití Chladicí soustava
Chladicí médium (látka)
Hlavní princip chlazení
Minimální přiblížení (K)4)
Otevřená průtočná soustava – přímá Otevřená průtočná soustava – nepřímá Otevřená recirkulační chladicí soustava – přímá Otevřená recirkulační chladicí soustava – nepřímá Mokrá chladicí soustava s uzavřeným okruhem Suchá vzduchová chladicí soustava s uzavřeným okruhem Otevřené hybridní chlazení
Voda
Vedení/ Proudění Vedení/ Proudění Odpařování3)
Uzavřené hybridní chlazení
Voda Voda1) Vzduch2) Voda1) Vzduch2) Voda1) Vzduch2) Vzduch Voda1) Vzduch2) Voda1) Vzduch2)
3–5
Minimální dosažitelná koncová teplota média použitého v procesu5) (˚C) 18 – 20
Výkon průmyslového procesu (MWth) < 0,01 – > 2 000
6 – 10
21 – 25
< 0,01 - > 1 000
6 – 10
27 – 31
< 0,1 – > 2 000
Odpařování3)
9 – 15
30 – 36
< 0,1 – > 200
Odpařování + proudění Proudění
7 – 147)
28 – 35
0,2 – 10
10 – 15
40 – 45
< 0,1 – 100
Odpařování + proudění Odpařování + proudění
7 – 14
28 – 35
0,15 – 2,56)
7 – 14
28 – 35
0,15 – 2,56)
Poznámky: 1) Voda je sekundární chladicí médium a převážně recirkuluje. Odpařovaná voda odvádí teplo do vzduchu.
2) 3) 4)
Vzduch je chladicí médium, ve kterém je teplo odváděno do životního resp. okolního prostředí. Odpařování je hlavní princip chlazení. Teplo je také odváděno vedením/prouděním, ale v menším rozsahu. Přiblížení relativně ve vztahu k teplotám vlhkého a suchého teploměru. Musí být doplněna přiblížení výměníku tepla a chladicí věže. 5) Koncové teploty závisí na klimatu daného místa (údaje jsou platné pro průměrné středoevropské klimatické podmínky. 6) 30 °C/21 °C teplota suchého/vlhkého teploměru a maximální teplotu vody 15 °C). Kapacita resp. výkon malých jednotek – při kombinaci několika jednotek nebo v případě speciálně 7) sestaveného chlazení je možné dosáhnout vyšší kapacity (většího výkonu) soustav. V případech, kde je použita nepřímá soustava, nebo je také použito proudění, se přiblížení v tomto příkladě zvyšuje o 3 K až 5 K, což vede k zvýšené teplotě procesu. V tabulce jsou uvedeny charakteristiky použitých chladicích soustav pro dané klimatické situace. Koncová teplota média použitého v procesu, které odchází z výměníku tepla po ochlazení, závisí na teplotě chladiva a na konstrukčním provedení soustavy chlazení. Voda má vyšší měrnou tepelnou kapacitu než vzduch a proto je lepší chladivo. Teplota chladicího vzduchu a chladicí vody závisí na lokálních teplotách suchého a vlhkého teploměru. Čím vyšší jsou teploty teploměru, tím obtížnější je uskutečnit ochlazení na dolní koncové teploty procesu. Koncová teplota procesu je součet nejnižší teploty okolí (chladiva) a minimálního požadovaného teplotního rozdílu mezi chladivem (přiváděným do soustavy chlazení) a látkou použitou v procesu (odváděné ze soustavy chlazení) v rozsahu výměníku tepla, což je také nazýváno (tepelné) přiblížení. Z technického hlediska může být přiblížení velmi nízké prostřednictvím konstrukčního provedení, nicméně náklady jsou nepřímo úměrné velikosti. Čím je přiblížení menší, tím nižší může být koncová teplota procesu. Každý výměník tepla bude mít svoji velikost přiblížení a v případě dalších výměníků tepla, sériově zapojených, se všechna přiblížení přičítají k teplotě chladiva (přiváděného do soustavy chlazení) k výpočtu dosažitelné koncové teploty procesu. Přídavné výměníky tepla se používají v chladicích soustavách s nepřímým chlazením, kde je použit další chladicí okruh. Tento sekundární okruh a primární chladicí okruh jsou spojeny výměníkem tepla. Chladicí soustavy s nepřímým chlazením se používají tam, kde úniku látek použitých v procesu do životního prostředí v důsledku netěsností musí být důsledně zabráněno. __________________________________________________________________________________________ iv Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Prováděcí souhrn Pro soustavy chlazení, které jsou obecně používány v energetickém průmyslu, jsou minimální přiblížení a výkonnosti chlazení poněkud rozdílné od ne-elektrárenských použití z důvodu speciálních požadavků procesu kondenzace vodní páry. Rozdílná přiblížení a relevantní kapacity výroby energie jsou znázorněny v níže uvedeném přehledu.
Tabulka 2: Příklady výkonu a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav v energetickém průmyslu Chladicí soustava
Použitá přiblížení (K)
Otevřené průtočné soustavy Otevřená mokrá chladicí věž Otevřená hybridní chladicí věž Suchý vzduchem chlazený kondenzátor
13 – 20 (konečný rozdíl 3 – 5) 7 – 15 15 – 20 15 – 25
Výkon procesu, při kterém je vyráběna energie (MWth) < 2 700 < 2 700 < 2 500 < 900
3. Environmentální aspekty použitých soustav chlazení Environmentální aspekty chladicích soustav se mění v závislosti na použitém uspořádání chlazení, ale středem pozornosti je převážně zvýšení celkové energetické účinnosti a snížení emisí do vodního prostředí. Spotřeba a emisní hladiny jsou do značné míry specifické pro předmětné místo a v případech, kde je možné provést jejich kvantifikaci, vykazují značné odchylky. Ve filozofii integrovaného přístupu BAT musí být při posouzení každého environmentálního aspektu a při posouzení přidružených redukčních opatření vzaty v úvahu průřezové účinky médií (resp. látek).
Spotřeba energie Specifická (resp. měrná) přímá a nepřímá spotřeba energie je významný environmentální aspekt, který je relevantní pro všechny chladicí soustavy. Specifická (resp. měrná) nepřímá spotřeba energie je spotřeba energie procesu, který má být ochlazován. Tato nepřímá spotřeba energie se může zvýšit v důsledku chladicí výkonnosti použitého chladicího uspořádání, která je menší než optimální chladicí výkonnost, což může mít za následek zvýšení teploty procesu (ΔK) a vyjadřuje se v kWe/MWth/K. Specifická (resp. měrná) přímá spotřeba energie chladicí soustavy se vyjadřuje v kWe/MWth a vztahuje se na množství energie spotřebované všemi zařízeními chladicí soustavy, která spotřebovávají energii (čerpadla, ventilátory), na každou MWth, kterou chladicí soustava rozptyluje. Opatření pro snížení specifické nepřímé spotřeby energie jsou tato: volba chladicího uspořádání s nejnižší specifickou nepřímou spotřebou energie (všeobecně vzato to jsou průtočné chladicí soustavy); použití konstrukčního řešení s malými hodnotami přiblížení; a snížení odporu (průtoku) výměníku tepla správnou údržbou soustavy chlazení. Například v případě energetického průmyslu znamená změna z průtočného chlazení na recirkulační chlazení zvýšení spotřeby energie pro přídavná zařízení, stejně tak, jako snížení účinnosti tepelného cyklu. Pro snížení specifické přímé spotřeby energie jsou k dispozici čerpadla a ventilátory, které mají vyšší účinnosti. Odpor a poklesy tlaku v procesu mohou být sníženy konstrukčním provedením soustavy chlazení, použitím eliminátorů unášení, a použitím výplně (chladicí) věže s nízkým odporem. Řádné mechanické nebo chemické čištění povrchů udržuje nízký odpor v procesu v průběhu provozu (chladicí soustavy). __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 v
Prováděcí souhrn
Voda Voda je pro mokré chladicí soustavy důležitá jako převládající chladivo, ale také jako přijímací prostředí (resp. recipient) pro vypouštění chladicí vody. V případě velkých přívodů vody se vyskytuje narážení resp. potlučení a strhávání ryb a jiných vodních organismů. Vypouštění velkých množství teplé vody může také ovlivnit vodní prostředí, ale dopad může být řízen pomocí vhodného umístění přívodu a vyústění, a posouzením průtoků při přílivu, nebo průtoků v ústí řeky, k zajištění přiměřeného smíchání teplé vody s recipientem a rozptýlení tepla pomocí vodorovného proudění teplé vody. Spotřeba vody kolísá mezi 0,5 m3/h/MWth pro otevřenou hybridní věž a až 86 m3/h/MWth pro otevřené průtočné (chladicí) soustavy. Zmenšení velkých přívodů vody použitím průtočných (chladicích) soustav vyžaduje změnu směrem k recirkulačnímu chlazení, což současně sníží vypouštění velkých množství teplé chladicí vody a může také snížit emise chemických látek a odpadu. Spotřeba vody recirkulačních (chladicích) soustav může být snížena zvětšením počtu cyklů, zdokonalením jakosti doplňované vody, nebo optimalizováním použití zdrojů odpadní vody dostupných v předmětném místě nebo mimo předmětné místo. Obě dvě volitelné možnosti vyžadují sestavení komplexního programu úpravy chladicí vody. Hybridní chlazení, které v průběhu některých ročních obdobích umožňuje použít suché chlazení, je spojeno s nižšími požadavky na chlazení, nebo s nižšími teplotami vzduchu, a tak může snížit spotřebu vody zejména v případě malých jednotek článkového typu. Konstrukční provedení a umístění přívodu (chladicí vody) a různých zařízení (síta, přepážky, světlo, zvuk) se používají ke snížení strhávání a potlučení vodních organismů. Účinek těchto zařízení závisí na biologických druzích (vodních organismů). Náklady jsou vysoké a tato opatření jsou přednostně používána v situaci na (tzv.) zelené louce. Snížení požadovaného výkonu chlazení, pokud je možné pomocí zvýšení opětného využití tepla, může redukovat emise teplé chladicí vody do přijímací povrchové vody (recipientu). Emise tepla do povrchové vody Jak už bylo dříve zmíněno, emise tepla do povrchové vody může mít environmentální dopad na přijímací povrchovou vodu (recipient). Ovlivňující faktory jsou např. dostatečný chladicí výkon přijímací povrchové vody, skutečná teplota a ekologický stav povrchové vody. Emise tepla mohou mít za následek překročení EQS pro teplotu v průběhu horkých letních období jako následek vypouštění tepla do povrchové vody, které vyplývá z chladicí vody. Tepelné požadavky pro dva ekologické systémy (lososové vody a cyprinidové vody, resp. vody pro máloostní ryby) byly převzaty ze Směrnice 78/569/EEC. Relevantní pro ekologický dopad tepelných emisí není pouze skutečná teplota vody, ale také nárůst teploty na okraji oblasti směšování v důsledku vypouštění tepla do vody. Pro rozsah environmentálního dopadu jsou relevantní množství a hladina vypouštěného tepla do povrchové vody vztažené k rozměrům přijímací povrchové vody. V situacích, ve kterých je teplo vypouštěno do relativně malých povrchových vod, a kde horkovodní parní vlečka dosahuje na opačnou stranu řeky nebo kanálu, může tento stav vést k vytváření bariér pro migraci lososů. Kromě těchto účinků může vysoká teplota jako následek tepelných emisí vést k zvýšenému dýchání a biologické produkci (eutrofizaci, tzn. procesu, který vede k nadměrné produkci biomasy), což má následek nižší koncentraci kyslíku ve vodě. Při navrhování chladicí soustavy musí být vzaty v úvahu výše uvedené aspekty a možnosti k snížení množství tepla rozptylovaného do povrchové vody. Emise látek do povrchové vody Emise z chladicích soustav do povrchové vody jsou způsobeny: použitými přídavnými látkami do chladicí vody a jejich reagujícími složkami; látkami přenášenými vzduchem, který prochází chladicí věží; zplodinami koroze, které vzniknou v důsledku koroze zařízení chladicích soustav; a unikáním chemických látek použitých v procesu (produktů/výrobků) v důsledku netěsností a jejich reakčními produkty. __________________________________________________________________________________________ vi Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Prováděcí souhrn Správné fungování chladicích soustav může vyžadovat úpravu chladicí vody proti korozi zařízení, tvorbě kotelního kamene a mikroznečištění a makroznečištění. Úpravy chladicí vody jsou odlišné pro otevřené průtočné chladicí soustavy a recirkulační chladicí soustavy. Pro recirkulační chladicí soustavy mohou být programy úpravy chladicí vody velmi složité a rozsah používaných chemických látek může být velmi široký. V důsledku toho emisní hladiny v odkalované chladicí vodě těchto soustav chlazení také vykazují značné odchylky a je obtížné uvést reprezentativní emisní hladiny. Někdy je odkalovaná chladicí voda před vypouštěním upravována. Emise oxidačních biocidů v otevřených průtočných (chladicích) soustavách, měřené jako volné oxidační látky v místě odvádění, kolísají mezi hodnotou 0,1 [mg FO/l] a hodnotou 0,5 [mg FO/l] v závislosti na systému resp. modelu a frekvenci dávkování.
Tabulka 3: Chemické komponenty pro úpravy chladicí vody používané v otevřených a recirkulačních mokrých chladicích soustavách Problémy jakosti vody Příklady chemické úpravy*
Tvorba kotelního kamene
Koroze
(Bio-)znečištění
Průtočné Recirkulační Průtočné Recirkulační Průtočné soustavy soustavy soustavy soustavy soustavy Zinek Molybdenany Křemičitany Fosfonáty Polyfosfanáty Polyolestery Přírodní organické látky Polymery Neoxidační biocidy Oxidační biocidy
X X X X X
(X)
(X)
Recirkulační soustavy
X X X X X X
X X
*
Chroman se již ve velkém rozsahu nepoužívá vzhledem k jeho značnému účinku na životní prostředí Volba a používání chladicího zařízení, které je navrženo z materiálů vhodných pro prostředí, ve kterém bude provozováno, může zmenšit úniky netěsnostmi a korozi. Toto prostředí je popsáno těmito údaji: podmínky procesu, jako je teplota, tlak, rychlost proudění; ochlazovaná média (ochlazované látky); a chemické charakteristiky chladicí vody. Materiály běžně používané pro výměníky tepla, potrubí, čerpadla a skříně/pouzdra jsou uhlíková ocel, slitiny měď/nikl a nerezavějící oceli různých jakostí; nicméně ve zvětšeném rozsahu se používá titan (Ti). K ochraně povrchu se také používají povlaky a nátěry.
Použití biocidů Otevřené průtočné (chladicí) soustavy jsou upravovány proti makroznečištění převážně oxidačními biocidy. Aplikované množství může být vyjádřeno jako ročně použité oxidační přídavné látky, vyjádřené jako ekvivalent chloru na MWth ve spojení s hladinou znečištění ve výměníku tepla nebo v jeho těsné blízkosti. Použití halogenů jako oxidačních přídavných látek v průtočných (chladicích) soustavách povede k zatížením životního prostředí především vytvářením halogenovaných vedlejších produktů. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 vii
Prováděcí souhrn V otevřených recirkulačních (chladicích) soustavách se používá předběžná úprava vody proti tvorbě kotelního kamene, korozi a mikroznečištění. Vzhledem k relativně menším objemům recirkulačních mokrých (chladicích) soustav jsou úspěšně aplikovány alternativní úpravy, jako je ozon a UV světlo, ale tyto alternativy vyžadují specifické podmínky procesu a mohou být docela nákladné. Provozní opatření, která snižují škodlivé účinky vypouštění chladicí vody, jsou uzavírání čištění v průběhu nárazové úpravy a úprava vody odkalované z chladicí soustavy před jejím vypouštěním do přijímací povrchové vody, resp. recipientu. Pro úpravu vody odkalované z chladicí soustavy v zařízení pro úpravu odpadní vody musí být zbytková biocidní aktivita monitorována, poněvadž může mít vliv na mikrobiální populaci. K redukování emisí ve vypouštěné chladicí vodě a k redukování dopadu na vodní prostředí jsou vybrány biocidy s cílem přizpůsobit požadavky chladicích soustav k citlivosti přijímacího vodního prostředí (recipientu).
Emise do vzduchu Vzduch vypouštěný ze suchého okruhu chladicích věží se obvykle nepovažuje za nejdůležitější aspekt chlazení. Může se vyskytnout kontaminace, pokud se vyskytne únik produktu, který je způsoben netěsnostmi, ale správně prováděná údržba může tomuto jevu preventivně zabránit. Kapky nacházející se ve výstupu mokrých chladicích věží mohou být kontaminovány mikroby nebo produkty koroze, které jsou vytvořeny chemikáliemi použitými pro úpravu (chladicí) vody. Potenciální rizika sníží použití eliminátorů unášení a optimalizovaný program úpravy vody. Vytváření formací parních vleček se zvažuje tam, kde se vyskytne jejich účinek na horizont („horizon-marring effect“) nebo tam, kde se vyskytuje riziko parní vlečky dosahující až na úroveň země.
Hluk Emise hluku je lokálním problémem pro velké chladicí věže s přirozeným tahem a všechny mechanické chladicí soustavy (s umělým tahem). Hladiny netlumeného akustického výkonu kolísají mezi 70 [dB(A)] pro chladicí věže s přirozeným tahem a 120 [dB(A)] pro chladicí věže s umělým tahem. Kolísání je způsobeno rozdíly ve vybavení a místem, ve kterém je prováděno měření, protože hodnoty hluku jsou odlišné pro místo přívodu vzduchu a odvodu vzduchu. Hlavními zdroji hluku jsou ventilátory, čerpadla a padající voda.
Rizikové aspekty Rizikové aspekty soustav chlazení pro mokré chladicí soustavy se vztahují na úniky z výměníků tepla v důsledku netěsností, na skladování chemikálií, a na mikrobiologickou kontaminaci (jako je choroba legionářů). Použitá opatření k prevenci úniků v důsledku netěsností, stejně tak, jako prevence mikrobiologické kontaminace, jsou preventivní údržba a monitorování. V těch případech, kde úniky netěsnostmi by mohly vést k vypouštění velkých množství látek, které jsou škodlivé pro vodní prostředí, se uvažuje o aplikování chladicích soustav s nepřímým chlazením, nebo o zvláštních preventivních opatřeních. Pro prevenci vývinu bakterií Legionellae pneumophila (LP) se doporučuje aplikovat patřičný program úpravy (chladicí) vody. Nemohly být stanoveny žádné horní mezní hodnoty koncentrace pro LP, naměřené v hodnotách jednotek tvořících kolonii [CFU na litr], při jejichž překročení nemá být očekáváno žádné riziko. Toto riziko musí být vzato v úvahu především v průběhu uskutečňování údržbářských operací.
Residua z provozování soustav chlazení V záležitosti residuí nebo odpadů bylo oznámeno jen velmi málo informací. Kaly, které pocházejí z předběžné úpravy chladicí vody, nebo z nádrží chladicích věží musí být považovány za odpad. Tyto kaly se zpracovávají __________________________________________________________________________________________ viii Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Prováděcí souhrn a likvidují různými způsoby, které závisí na mechanických vlastnostech a chemickém složení. Hladiny koncentrace se mění v závislosti na programu úpravy chladicí vody. Environmentální emise se dále redukují aplikováním méně škodlivých konzervačních metod pro zařízení a volbou materiálu, který může být po vyřazení z provozu nebo výměně zařízení chladicí soustavy recyklován.
4. Klíčové závěry BAT BAT nebo primární přístup BAT pro nové a již existující soustavy jsou uvedeny v Kapitole 4. Zjištění mohou být zrekapitulována tak, jak je dále uvedeno. Uznává se, že konečné řešení BAT bude řešením, které je specifické pro předmětné místo, ale pro některé technické záležitosti by mohlo být identifikováno jako všeobecný přístup BAT. Ve všech situacích musí být prozkoumány a použity dostupné a aplikovatelné volitelné možnosti pro opětné využití tepla k redukování množství a hladiny tepla, které není možné rekuperovat, ještě předtím, než se zvažuje rozptýlení tepla z průmyslového procesu do životního prostředí. Pro všechna zařízení je BAT technologie, metoda nebo postup a výsledek integrovaného přístupu k redukování environmentálních dopadů průmyslových chladicích soustav, udržující rovnováhu mezi přímými a nepřímými dopady na životní prostředí. Redukční opatření by měla být zvažována takovým způsobem, aby zasahovala minimálně do účinnosti chladicí soustavy, nebo by měla být zvažována z hlediska takové ztráty účinnosti, která je zanedbatelná ve srovnání s pozitivními účinky na environmentální dopady. Pro celou řadu environmentálních aspektů byly identifikovány techniky, které mohou být považovány za BAT v rozsahu přístupu BAT. Nebylo možné identifikovat žádné jednoznačné přístupy BAT v záležitosti redukování odpadu, nebo v záležitosti jak s odpadem manipulovat při současném vyvarování se kontaminaci půdy a vody, nebo vzduchu v případě spalování.
Požadavky na proces a místo Volba mezi suchým, mokrým a suchým/mokrých chlazením pro splnění požadavků procesu a předmětného místa by měla být zaměřena na dosažení nejvyšší celkové energetické účinnosti. K dosažení vysoké celkové účinnosti při manipulování s velkými množstvími tepla s nízkou hladinou (10 ˚C až 25 ˚C) to je BAT k ochlazování použitím otevřených průtočných (chladicích) soustav. V situaci na zelené louce může tento aspekt ospravedlnit volbu (pobřežního) místa s dostupnými spolehlivými velkými množstvími chladicí vody a místa s povrchovou vodou , jejíž kapacita je dostatečná k přijímání velkých množství vypouštěné chladicí vody. V případech, kde jsou chlazeny nebezpečné látky (emitované přes soustavu chlazení), které sebou přinášejí vysoké riziko pro životní prostředí, to je BAT k aplikování chladicích soustav s nepřímým chlazením, které používají sekundární chladicí okruh. Použití podzemní vody pro účely chlazení musí být v zásadě minimalizováno, například tam, kde vyčerpání zdrojů podzemní vody nemůže být pod kontrolou.
Snižování přímé spotřeby energie Nízké spotřeby energie soustavou chlazení se dosáhne redukováním odporu (proudění) vody a/nebo vzduchu v chladicí soustavě, a také použitím zařízení, jehož spotřeba energie je nízká. V případech, kde proces, který má být ochlazován, vyžaduje proměnlivé provozování, byla úspěšně aplikována modulace průtoku vody a vzduchu, a takové opatření může být považováno za přístup BAT. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 ix
Prováděcí souhrn
Snižování spotřeby vody a snižování emisí tepla do vody Snižování spotřeby vody a snižování tepelných emisí do vody jsou k sobě těsně přidruženy a platí zde tytéž technologické volitelné možnosti. Množství vody potřebné pro chlazení je přidruženo k množství tepla, která má být rozptýleno. Čím je vyšší úroveň opětného využití chladicí vody, tím jsou nižší potřebná množství chladicí vody. Recirkulace chladicí vody, používání otevřené nebo uzavřené recirkulační mokré (chladicí) soustavy, je přístup BAT, v případech, kde dostupnost vody je nízká nebo nespolehlivá. V recirkulačních chladicích soustavách může být zvýšení počtů cyklů přístupem BAT, ale požadavky na úpravu chladicí vody mohou být omezujícím faktorem. Přístupem BAT je používání eliminátorů unášení k snížení únosu na méně než 0,01 % celkového množství recirkulující vody. Snižování strhávání (organismů vodou) Bylo vyvinuto mnoho rozdílných technik k zabránění strhávání (organismů vodou) nebo k snížení poškození těchto organismů v případě, kdy dojde k jejich stržení. Úspěšnost byla proměnlivá a specifická podle daného místa. Nebyl identifikován žádný zřetelný přístup BAT, ale důraz je kladen na analýzu biotopu, protože úspěšnost a poruchy závisí do značné míry na behaviorálních aspektech rodů/druhů, a na správném návrhu a umístění přívodu vody. Snižování emisí chemických látek do vody V souladu s přístupem BAT by aplikování potenciálních technik k snižování emisí do vodního prostředí mohlo být zvažováno v tomto pořadí: volba chladicího uspořádání s nižší hladinou emise do povrchové vody; použití materiálu odolnějšího proti korozi pro chladicí zařízení; prevence a snižování úniků látek použitých v procesu do chladicího okruhu v důsledku netěsností; aplikování alternativní (nechemické) úpravy chladicí vody; volba přídavných látek do chladicí vody za účelem snížení dopadu na životní prostředí; a optimalizované aplikování (monitorování a dávkování) přídavných látek do chladicí vody. BAT je snižování potřeby kondicionování chladicí vody snižováním výskytu znečištění a koroze v důsledku správného konstrukčního provedení. V průtočných (chladicích) soustavách má správné konstrukční provedení zabránit vzniku mrtvých prostorů a turbulence a udržovat minimální rychlost proudění vody (0,8 [m/s] pro výměníky tepla, 1,5 [m/s] pro kondenzátory). BAT je volba materiálu pro průtočné (chladicí) soustavy ve vysoce korozívním prostředí, zahrnující použití Ti nebo vysokojakostní nerezové oceli nebo jiných materiálů s podobnými parametry tam, kde by redukční prostředí omezovalo použití Ti. Navíc ke konstrukčním opatřením v recirkulačních (chladicích) soustavách je BAT identifikovat aplikované cykly koncentrace a korozívnost látek použitých v procesu k umožnění volby materiálu s patřičnou odolností proti korozi. Pro chladicí věže je BAT aplikování vhodných typů výplní při uvážení jakosti vody (obsah tuhých částic), předpokládané znečišťování, odolnost na teploty a erozi, a volba konstrukčního materiálu, který nevyžaduje chemickou konzervaci. Cílem koncepce VCI používané v chemickém průmyslu je minimalizovat rizika pro vodní prostředí v případě úniku látek používaných v procesu v důsledku netěsností. Tato koncepce spojuje hladinu environmentálního __________________________________________________________________________________________ x Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Prováděcí souhrn dopadu látky použité v procesu s požadovaným chladicím uspořádáním a s požadavky na monitorování. Při vyšších potenciálních rizicích pro životní prostředí v případě úniků v důsledku netěsností vede tato koncepce ke zdokonalené odolnosti proti korozi, konstrukčním řešením s nepřímým chlazením a k zvyšující se úrovni monitorování chladicí vody.
Snižování emisí optimalizovanou úpravou chladicí vody Optimalizace aplikování oxidačních biocidů v průtočných (chladicích) soustavách je založena na časování a na frekvenci provádění dávkování biocidu. Za BAT se považuje snižování přiváděného množství biocidů použitím cíleného dávkování v kombinaci s monitorováním chování makroznečišťujících biologických druhů (např. zavírací pohyb slávek jedlých, resp. mušlí) a využití doby zdržení chladicí vody v soustavě. Pro takové (chladicí) soustavy, kde jsou ve výstupu smíchávány různé chladicí proudy, je pulsující střídavé chlorování BAT a může ještě více snížit koncentrace volných oxidačních látek ve vypouštěné vodě. Všeobecně vyjádřeno, přerušovaná úprava chladicí vody průtočných chladicích soustav je dostatečná k prevenci znečišťování (snad taky „zabránění znečišťování“) (v orig. „to prevent antifouling, pozn. překl.). V závislosti na biologických druzích a teplotě vody (nad 10 ˚C až 12 ˚C) může být nutné použít nepřetržitou úpravu (chladicí vody) při nízkých hladinách. V případě mořské vody se hladiny BAT volné oxidační látky (FRO) ve vypouštěné vodě, přidružené k těmto postupům, liší podle použitého režimu dávkování (nepřetržitý nebo přerušovaný), podle hladiny koncentrace dávkování a uspořádání chladicí soustavy. Jejich rozsah je od ≤ 0,1 [mg/l] do 0,5 [mg/l], s hodnotou 0,2 [mg/l] jako průměrná hodnota v průběhu 24 hodin. Důležitým prvkem při zavádění přístupu pro úpravu (chladicí vody), který je založen na BAT, zejména v případě recirkulačních chladicích soustav, ve kterých se používají neoxidační biocidy, je provádění informovaných rozhodnutí ohledně toho, jaký režim úpravy vody je použit, a jak by měl být řízen a monitorován. Volba vhodného režimu úpravy (chladicí vody) představuje komplexní cvičení, které musí vzít v úvahu celou řadu faktorů lokálních a specifických pro předmětné místo, a uvést tyto faktory do vztahu k charakteristikám samotných přídavných látek, které jsou používány pro úpravu, a k množstvím a kombinacím, ve kterých jsou tyto látky používány. Za účelem pomoci při procesu tvorby rozhodnutí BAT ohledně přídavných látek chladicí vody na lokální úrovni se BREF snaží poskytnout místním úřadům, které jsou odpovědné za vydávání povolení IPPC, hlavní zásady pro posuzování. Směrnice o biocidních produktech 98/8/ES reguluje umístění biocidních produktů na Evropském trhu a považuje biocidy, které jsou používány v chladicích soustavách, za specifickou kategorii biocidů. Výměna informací ukazuje, že v některých členských státech se jeví jako vhodné uskutečnit specifické režimy posuzování pro aplikování přídavných látek chladicí vody. Z diskuse, která byla součástí výměny informací o průmyslových chladicích soustavách, vyplynul návrh dvou koncepcí pro přídavné látky chladicí vody, které mohou být používány jako doplňkový prostředek úřadů, které vydávají povolení: Prověřovací posuzování (screening), založené na existujících koncepcích, které umožňují jednoduché vzájemné porovnávání přídavných látek chladicí vody z hlediska jejich možného dopadu na vodní prostředí („Benchmarking“ posuzování, Příloha VIII.1). Místně specifické posouzení očekávaných dopadů biocidů, které jsou vypouštěny do přijímací vody (recipientu), které navazují na výsledky Směrnice o biocidních produktech a které používají metodologii pro ustanovení environmentálních norem jakosti (EQSs = Environmental Quality Standards) budoucí Rámcové směrnice o vodě jako klíčových prvků (Lokální posuzování biocidů, Příloha VIII.2). „Benchmarking“ posuzování může být chápáno jako metoda porovnávání environmentálních dopadů několika alternativních přídavných látek chladicí vody, zatímco lokální posuzování pro biocidy poskytuje měřítko resp. standard pro určení kompatibilního přístupu BAT zejména pro biocidy (PEC/PNEC < 1). Používání lokálních posuzovacích metodologií jako nástroje řízení průmyslových emisí je stále běžnou praxí. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 xi
Prováděcí souhrn
Snižování emisí do vzduchu Snižování dopadu emisí z provozování chladicí věže do vzduchu je přidruženo k optimalizaci kondicionování chladicí vody za účelem snížení koncentrací v kapkách vody. V případech, kde je unášení hlavním přepravním mechanismem, považuje se za BAT použití eliminátorů unášení, jehož výsledkem je menší ztráta recirkulačního průtoku unášením než 0,01 %. Snižování hluku Primárními opatřeními pro snižování hluku jsou použití zařízení s nízkým hlukem. Přidružené hladiny snížení hluku jsou až 5 [dB(A)]. Sekundárním opatřením na vstupu a výstupu chladicích věží s umělým tahem jsou přidruženy hladiny snížení hluku minimálně 15 [dB(A)] nebo více. Nicméně je nutné poznamenat, že snížení hluku, zejména sekundárními opatřeními, mohou vést k poklesu tlaku, který vyžaduje přívod další energie k jeho kompenzaci. Snižování úniků netěsnostmi a mikrobiologického rizika Přístupy BAT jsou: zabránění úniků v důsledku netěsností prostřednictvím konstrukčního provedení; provozováním zařízení v rozsahu mezních hodnot daných konstrukčním provedením a pravidelnými kontrolními prohlídkami chladicí soustavy. Zejména v případě chemického průmyslu se považuje za BAT aplikování bezpečnostní koncepce VCI, která byla zmíněna již dříve pro snižování emisí do vody. Výskyt (bakterií) Legionellae pneumophila (LP) v chladicí soustavě nelze zcela zabránit. Za BAT se považuje aplikování těchto opatření: předcházení mrtvých prostorů a udržování dostatečné rychlosti proudění vody; optimalizace úpravy chladicí vody za účelem snížení výskytu znečištění, růstu a bujného množení řas (chaluh) a améb; periodické čištění bazénu/jímky chladicí věže; snižování respirační zranitelnosti obsluhujícího personálu poskytnutím prostředků pro ochranu úst a ochranu proti hluku v případě, když vstupuje do provozní jednotky, nebo při vysokotlakém čištění (chladicí) věže.
5. Rozdíl mezi novými a existujícími soustavami chlazení Na nové (chladicí) soustavy mohou být aplikovány všechny klíčové závěry BAT. Pokud tyto klíčové závěry BAT zahrnují technologické změny, může být jejich aplikování pro existující chladicí soustavy omezeno. Změna technologie v případě malých sériově vyráběných chladicích věžích se považuje za technicky a ekonomicky snadnější. Technologické změny v případě velkých (chladicích) soustav jsou všeobecně finančně nákladnější a vyžadují komplexní technické a ekonomické posouzení, které zahrnuje velké množství faktorů. V některých případech mohou být snadněji proveditelné relativně malé úpravy těchto rozsáhlých (chladicích) soustav změnou části zařízení. Pro rozsáhlejší změny technologie může být nutné provést podrobné úvahy a posouzení účinků na životní prostředí a nákladů. Všeobecně vzato BAT pro nové a existující (chladicí) soustavy jsou podobné v případech zaměření se na snížení environmentálních dopadů zdokonalením provozu (chladicích) soustav. Toto se vztahuje na: optimalizaci úpravy chladicí vody řízeným dávkováním a volbou přídavných látek chladicí vody s cílem snížení dopadu na životní prostředí; pravidelnou údržbu zařízení; a monitorování provozních parametrů, jako je rychlost koroze povrchu výměníku tepla, chemie chladicí vody a stupeň znečištění a úniky v důsledku netěsností. __________________________________________________________________________________________ xii Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Prováděcí souhrn Příklady technik, které jsou považovány za BAT pro existující chladicí soustavy, jsou: použití vhodné výplně, která působí proti znečišťování; náhrada otáčejících se (rotačních) zařízení zařízeními s nízkým hlukem; prevence úniků v důsledku netěsností monitorováním trubek výměníku tepla; biologická filtrace vedlejšího/bočního toku; zlepšení jakosti doplňované přídavné vody; a řízené dávkování v průtočných (chladicích) soustavách.
6. Závěry a doporučení pro další práci Tento BREF dosáhl vysoké úrovně podpory od technické pracovní skupiny (TWG). Je všeobecně považován za komplexní a velmi specifický referenční dokument pro předmětné místo a daný proces k posouzení a identifikaci BAT pro proces průmyslového chlazení, zahrnující mnoho technických a ekonomických aspektů. Doposud existuje zřetelná podpora pro koncepci všeobecného BAT pro chladicí soustavy, vycházejícího z všeobecné předmluvy BREF a úvodu k BAT uvedeného v Kapitole 4. Proces výměny informací poukázal na celou řadu problematik, ve kterých je potřeba další práce v případě, pokud tento BREF bude revidován. Lokální posouzení úpravy chladicí vody bude vyžadovat další zkoumání ve věci jak vzít v úvahu veškeré relevantní faktory a chemické charakteristiky vztahující se k předmětnému místu, ale zároveň je nutné poskytnout jasný návod a uskutečnitelný postup. Mezi jiné oblasti zájmu, ve kterých bude potřeba vyvinout další úsilí, jsou zahrnuty alternativní techniky úpravy chladicí vody, snížení biologického rizika na minimum a důležitost emisí do vzduchu.
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 xiii
Návrh referenčního dokumentu pro aplikování nejlepších dostupných technik na průmyslové chladicí soustavy Prováděcí souhrn ……………………………………………………………………………………………………………… i Předmluva …………………………………………………………………………………………………………………..… 1 Předmět referenčního dokumentu …………………….………………………………….…………………………………. 5 Názvoslovný výkladový slovník ………………………………………………………………………………………...……. 7 Termodynamické definice………………………………………………………………………………………...…. 7 Jiné definice………………………………………………………………………………………………………….. 8 Zkratky a akronymy ………………………………………………………………………………………………... 13 1 Všeobecná koncepce BAT pro průmyslové chladicí soustavy ………………………………………………... 15 1.1 Zdroje tepla, tepelné hladiny a rozsahy použití …………………………………………………….… 19 1.2 Úroveň chladicí soustavy a vliv na účinnost procesu …………………………………………………... 20 1.2.1 Použití citlivá na teplotu ………………………………………………………………………………. 20 1.2.2 Použití necitlivá na teplotu ………………………………………………………………………. 22 1.3 Optimalizace primárního procesu a opětné využití tepla …………………………………………….. 22 1.3.1 Optimalizace primárního procesu ……………………………………………………………...… 22 1.3.2 Použití odpadního tepla mimo místo jeho vzniku …………………………………………….…. 23 1.4 Volba chladicí soustavy pro splnění požadavků procesu a podmínek daného místa ………………. 23 1.4.1 Požadavky procesu ……………………………………………………………………………….… 23 1.4.2 Volba místa ………………………………………………………………………………………. 25 1.4.3 Klimatické podmínky …………………………………………………………………………. 28 1.4.4 Matematické modelování, simulace na modelech a zkoušky na pilotních cyklech …………………...… 30 1.5 Volba chladicí techniky pro splnění environmentálních požadavků …………………………………. 30 1.5.1 Všeobecné porovnání mezi chladicími soustavami chlazenými vzduchem a vodou ……………………. 30 1.5.2 Konstrukční faktory a volba materiálů ……………………………………………………………...…… 31 1.5.3 Volitelné možnosti pro technologickou změnu existujících chladicích soustav ……………………...…. 32 1.5.3.1 Retrofit – důvody a okolnosti ………………………………………………………………………... 33 1.5.3.2 Změna technologie předávání tepla ……………………………………..…………………………... 34 1.5.3.3 Náhrada zastaralé technologie předávání tepla moderní technologií ……..……………………...…. 35 1.5.3.4 Zdokonalení existující technologie předávání tepla …………………………..…………………..… 36 1.6 Ekonomické okolnosti ………………………………………………………………………………... 37 2 Technologické aspekty použitých chladicích soustav …………………………………………………….... 39 2.1 Úvod ……………………………………………………………………………………………..… 39 2.2 Výměníky tepla ………………………………………………………………………………………….. 41 2.2.1 Kotlové výměníky tepla …………………………………………………………………………….. 41 2.2.2 Deskové výměníky tepla ………………………………………………………………………….... 41 2.2.3 Environmentální záležitosti výměníků tepla …………………………………………………..… 42 2.3 Průtočné chladicí soustavy ………………………………………………………………………… 42 2.3.1 Přímé průtočné chladicí soustavy …………………………………………………………………... 42 2.3.2 Průtočné chladicí soustavy s chladicí věží …………………………………………………………. 43 2.3.3 Nepřímé průtočné chladicí soustavy ……………………………………………………...… 44 2.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy ………………………………………………………………… 45 2.4.1 Mokré chladicí věže s přirozeným tahem ………………………………………………………... 46 2.4.2 Mokré chladicí věže s umělým tahem …………………………………………………………...…. 48 2.4.2.1 Mokré chladicí věže s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věží ……….………….. 49 2.4.2.2 Mokré protiproudé chladicí věže s umělým tahem a sacím ventilátorem ……….….…………….. 50 2.5 Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem ……………………………………………………………..… 51 2.5.1 Chladicí soustavy chlazené vzduchem ………………………………………….…………………..…. 51 2.5.1.1 Suché chladicí věže s přirozeným tahem …………………………………………………….… 52 2.5.1.2 Kapalinové chladicí soustavy chlazené vzduchem ……………………………………….. 54 2.5.1.3 Parní kondenzátory chlazené vzduchem ……………………………………………………..… 55 2.5.2 Mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem ……………………………………………….... 56 2.5.2.1 Mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem s umělým tahem ………………………………... 57 2.5.2.2 Odpařovací parní kondenzátory ……………………………………………………………... 57 2.6 Kombinované mokré/suché chladicí soustavy ……………………………………………………...… 58 2.6.1 Otevřené mokré/suché (hybridní) chladicí věže ……………………………………………………..... 58 2.6.2 Hybridní chladicí soustavy s uzavřeným okruhem ……………………………………………………. 59 2.6.2.1 Sprchované (žebrované) trubkové hady ………………………………………………...… 60 2.6.2.2 Adiabatické chladiče, vlhčení a předchlazování vzduch, který ochlazuje trubkové hady ……..…… 60 2.6.2.3 Kombinovaná technologie …………………………………………………………………………… 61
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 i
2.6.2.4 2.7 2.7.1 2.7.2 2.8
Náklady na hybridní soustavy …………………………..……………………………………….. 61 Recirkulační chladicí soustavy …………………………………………………………….. 62 Přímé recirkulační chladicí soustavy ………………………………….……..… 62 Nepřímé recirkulační chladicí soustavy ……………………………….……………….…..... 62 Náklady na chladicí soustavy ……………………………………………………….... 62
3 Environmentální aspekty průmyslových chladicích soustav a použité techniky prevence a redukování ………..65 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 3.3.3 3.3.3.1 3.3.3.2 3.3.3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.2.1 3.4.2.2 3.4.2.3 3.4.2.4 3.4.2.5 3.4.3 3.4.3.1 3.4.3.2 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.6.1 3.4.6.1.1 3.4.6.1.2 3.4.6.2 3.4.6.2.1 3.4.6.2.2 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.3.1 3.5.3.2 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.2.1 3.6.2.1.1 3.6.2.1.2 3.6.2.1.3 3.6.2.2 3.6.2.2.1 3.6.2.2.2 3.6.2.3 3.7
Úvod ………………………………………………………………………..… 65 Spotřeba energie …………………………………………………………………………….... 67 Přímá spotřeba energie ……………………………………………………………………... 67 Nepřímá spotřeba energie ……………………………………………………….………... 67 Redukování energie požadované pro chlazení …………………………………………... 70 Spotřeba a emise chladicí vody ……………………………………………………………. 71 Spotřeba vody …………………………………………………………………………. 71 Přívod vody a požadavky na vodu ……………………….…………………………... 71 Použité techniky pro snižování spotřeby vody ……………………………………..... 73 Strhávání ryb ……………………………..….……………………………..………... 74 Míra strhávání ……………………………………………………………..………..… 74 Použité techniky pro redukování …..……………………………………………….... 75 Náklady na akustická zařízení a světelné systémy ….……………………………….. 77 Emise tepla do povrchové vody ………………………………………………..……….. 77 Hladiny emise tepla ………………………………………………………….………….. 77 Legislativní požadavky vztahující se na emise tepla ……………………………….…….. 78 Použité techniky redukování ……....……………………………………………..…….... 79 Emise z úpravy chladicí vody …………………………………………………………… 80 Používání úpravy chladicí vody ………..…………………………………………...… 80 Emise chemikálií do povrchové vody ……………………………………………….... 83 Oxidační biocidy ………………………………………………………………….. 83 Neoxidační biocidy ……………………………………………………………………….. 84 Faktory ovlivňující emise biocidů ………………………………………………………. 84 Hladiny emisí …………………………………………………………….……………... 85 Legislativa ……………………………………………………………………………….... 85 Redukování emisí do povrchové vody …………………………………………………... 86 Všeobecný přístup ………………………………………………………………….... 86 Redukování volbou materiálu a konstrukčním provedením soustav ……………………... 91 Redukování použitím dodatečné a alternativní úpravy chladicí vody …….…………….. 91 Redukování emisí posouzením a volbou přídavných látek chladicí vody ……………….. 92 Optimalizace používání přídavných látek chladicí vody ……………………….... 95 Dávkování přídavných látek do chladicí vody ……………...……………….. 96 Režimy dávkování ……………………………………………………. 96 Systémy dávkování …………………………………………………... 97 Monitorování chladicí vody …………………………………………………………. 98 Monitorování inhibitorů tvorby kotelního kamene, inhibitorů koroze a dispergovadel ……... 98 Monitorování biologického znečištění …………………………………………... 99 Použití chladicího vzduchu a emise vzduchu ………………………………………….. 101 Požadavky na vzduch ………………………………………………………………... 101 Přímé a nepřímé emise ……………………………………………………………. 101 Parní vlečky chladicí věže …………………………………………………….... 103 Vytváření parní vlečky ………………………………………………………... 103 Redukování tvorby parní vlečky ……………...……………………………..... 103 Emise hluku …………………………………………………………………………..... 104 Zdroje hluku a hladiny hluku …………………………………………………… 104 Redukování hluku ………….……………………………………...………. 107 Omezování hluku sprchající vody (mokré chladicí věže) ……………………………107 Primární opatření ……………………………………………………………. 107 Sekundární opatření ……………………………………………………………. 107 Chladicí věže se suchým chlazením …………………………………………… 108 Omezování hluku mechanického zařízení chladicích věží (chladicí věže s umělým tahem) 108 Primární opatření ………………………………………….………………………. 108 Sekundární opatření ………………………….……………………………….… 109 Náklady na redukování hluku …………………………………………….…………...… 109 Rizikové aspekty přidružené k průmyslovým chladicím soustavám ………………………………...… 110
__________________________________________________________________________________________ ii Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
3.7.1 3.7.1.1 3.7.1.2 3.7.1.3 3.7.2 3.7.3 3.7.3.1 3.7.3.2 3.7.3.3 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.3.1 3.8.3.2 3.8.3.3
4
Nejlepší dostupné techniky pro průmyslové chladicí soustavy ………………………………... 119 4.1 4.2 4.2.1 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.4 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.3.1 4.6.3.2 4.7 4.7.1 4.7.2 4.8 4.8.1 4.8.2 4.9 4.9.1 4.9.2 4.10 4.10.1 4.10.2
5
Riziko úniků v důsledku netěsností ……………………………………………………….. 110 Výskyt a důsledky ……………………………………………………………………..… 110 Redukování úniků v důsledku netěsností ……………………………………………... 111 Redukování úniků v důsledku netěsností preventivní údržbou …………………………… 112 Skladování chemikálií a manipulace s nimi …………………………………………….… 113 Mikrobiologické riziko ……………………………………………………………. 113 Výskyt mikrobů …………………………………………………………………….. 113 Měření bakterií …………………………………………………………...… 114 Techniky snižování mikrobiologických rizik …………..……………………………... 114 Odpad z provozu chladicí soustavy …….……………………………………………… 117 Tvorba kalů ……………….……………………………………………….. 117 Residua z úpravy chladicí vody a čisticích operací ……..……………………………...…. 117 Residua jako důsledek retrofitu, výměny a vyřazení zařízení z provozu ………………..... 117 Použití plastů ………………………………………………………………….. 118 Úprava (stavebního) dřeva použitého pro konstrukci mokré chladicí věže ………………… 118 Výplň mokré chladicí věže ……………………………………………………. 118 Úvod ………………………………………………………………………….... 119 Horizontální přístup k definování BAT pro chladicí soustavy …………………… 120 Integrovaný management tepla ……………………………………………………. 121 Průmyslové chlazení = Management tepla ………………………………….… 121 Snížení hladiny vypouštění tepla optimalizací vnitřního/vnějšího opětného využití tepla … 121 Požadavky chladicí soustavy a procesu ………………………………………. 121 Požadavky chladicí soustavy a místa ………………………………………………. 123 Aplikování BAT v průmyslových chladicích soustavách ………………………….... 124 Snižování spotřeby energie ……………………………………………………………….. 125 Všeobecně ………………………………………………………………………………. 125 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ……………………………….. 126 Redukování požadavků na vodu ….………………………………………………….… 127 Všeobecně ……………………………………………………………………….… 127 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ……………………………… 127 Redukování strhávání organismů (vodou) ……………………………………...… 128 Všeobecně ………………………………………………………….…… 128 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ……………………………… 128 Redukování emisí do vody …………………………………………………..… 128 Všeobecný přístup BAT k redukování emisí tepla ……………………………...… 128 Všeobecný přístup BAT k redukování chemických emisí do vody …………....… 129 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ……………………….. 131 Prevence konstrukčním provedením a údržbou …………………………. 131 Omezování optimalizovanou úpravou vody ………………………………..… 133 Redukování emisí do vzduchu ………………………………………………………. 134 Všeobecný přístup ………………………………………………………….... 134 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ………………………….. 135 Redukování emisí hluku …………………………………………………….. 135 Všeobecně ……………………………………………………………………….… 135 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ……………………….. 136 Redukování rizika úniků v důsledku netěsností …………………………..… 136 Všeobecný přístup …………………………………………………...…. 136 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ……………… 137 Redukování biologického rizika ………………………………………….. 138 Všeobecný přístup ………………………………………………………...…. 138 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT ………………………….. 138
Závěry a doporučení …………………………………………………... 139 5.1 5.2 5.3
Časové rozvržení práce ……………………………………………………………….… 139 Zdroje informací ………………………………………………………………... 139 Doporučení pro další práci …………………………………………………………...…… 139
Odkazy na literaturu ….…………………………………………………………………………….…141 Přílohy ………………………………………………………………………………………….....149 __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 iii
Seznam tabulek Tabulka 1.1: Teplotní hladiny tepla a rozsah použití ………………………………………………… 20 Tabulka 1.2: Emise průměrné západoevropské elektrárny v důsledku poklesu účinnosti 3 % …………. 21 Tabulka 1.3: Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku použití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věží pro jednotky 1 300 MWe …………….. 21 Tabulka 1.4: Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku použití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věží pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem .………………………….. 22 Tabulka 1.5: Kritéria pro volbu místa vztahující se k velkým požadavkům na chlazení ……………….. 27 Tabulka 1.6: Klimatické podmínky v Evropě ………………………………………………...… 29 Tabulka 1.7: Porovnání různých chladicích soustav při požadované maximální hladině akustického výkonu ….... 32 Tabulka 1.8: Volitelné možnosti technologického zdokonalení pro existující soustavy …………….. 34 Tabulka 1.9: Příklad přestavby průtočné soustavy na recirkulační soustavu ………………… 35 Tabulka 1.10: Příklad přestavby zastaralé mokré chladicí věže s umělým tahem na moderní konstrukční provedení ………………………………………………………………………...… 36 Tabulka 1.11: Příklad náhrady zastaralé výplně mokré chladicí věže s umělým tahem moderní výplní s vysokou účinností ……………………………………………………………………….… 36 Tabulka 1.12: Příklad zdokonalení akustického provedení doplněním hlukové izolace ……………….… 37 Tabulka 2.1: Příklad technických a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro průmyslová (ne-elektrárenská) použití ………………………………………………………………...… 40 Tabulka 2.2: Příklady výkonu/kapacity a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro použití v energetickém průmyslu ………………………………………………………………………... 41 Tabulka 2.3: Cena částí vodních a vzduchových chladicích soustav ………………………………… 63 Tabulka 3.1: Environmentální problematiky různých průmyslových chladicích soustav ……………….… 66 Tabulka 3.2: Příklad porovnání ročního měrného požadavku na přímou a nepřímou energii různých chladicích soustav a důsledky na emise CO2 na MWth ……………………………………………………… 69 Tabulka 3.3: Požadavky různých chladicích soustav na vodu ………………………………………..… 72 Tabulka 3.4: Poměrná množství naražených ryb (FIR) v elektrárnách. Roční zachycení normalizovaná (vztažená) na průtok chladicí vody ……………………………………………………….…. 75 Tabulka 3.5: Dostupné technologie ochrany ryb pro vstupní zařízení chladicí vody …………………...… 76 Tabulka 3.6: Tepelné požadavky na teploty vody pro dva ekologické systémy (evropská Směrnice 78/659/EEC) ………………………………………………………………………….... 78 Tabulka 3.7: Chemické komponenty pro úpravy chladicí vody používané v otevřených a recirkulačních mokrých chladicích soustavách …………………………………………………………………………...…. 82 Tabulka 3.8: Spotřeba chlornanu v mokrých chladicích soustavách v Nizozemsku ……..………………... 83 Tabulka 3.9: Průměrný požadovaný průtok vzduchu pro různé chladicí soustavy ……………………………. 101 Tabulka 3.10 Příklady výkonů a přidružených netlumených hladin akustického výkonu zařízení chladicích soustav velké rafinerie ………………………………………………………………………….. 106 Tabulka 3.11: Porovnání netlumených hladin akustického výkonu v místě přívodu vzduchu a v místě vypouštění vzduchu naměřených na různých typech mokrých chladicích věží obvyklého/konvenčního konstrukčního provedení ………….. 106 Tabulka 3.12: Hlukové emise různých chladicích soustav bez tlumení hluku …………………………………………….. 106 Tabulka 3.13: Příklad zvýšení nákladů pro redukovanou hladinu akustického výkonu při různých konstrukčních provedeních ventilátorů …………………………………………………………………….. 109 Tabulka 3.14: Účinky teploty a biocidní úpravy (vody) na hladiny CFU v chladicích věžích …………..... 116 Tabulka 4.1: Příklady požadavků procesu a BAT …………………………………………………………... 122 Tabulka 4.2: Příklady charakteristik místa a BAT ………………………………………………………..… 123 Tabulka 4.3: BAT pro zvýšení celkové energetické účinnosti ……………………………………………...…. 126 Tabulka 4.4: BAT pro snížení požadavků na vodu …………………………………………………….… 127 Tabulka 4.5: BAT pro redukování strhávání (ryb a jiných organismů vodou) ……..……………………. 128 Tabulka 4.6: BAT pro redukování emisí do vody konstrukčním provedením a technikami údržby ……..… 131 Tabulka 4.7: BAT pro redukování emisí do vody optimalizovanou úpravou chladicí vody ………………….. 133 Tabulka 4.8: BAT pro redukování emisí do vzduchu …………………………………………………….… 135 Tabulka 4.9: BAT pro redukování emisí hluku ………………………………………………………...… 136 Tabulka 4.10: BAT pro redukování rizika úniků v důsledku netěsností ……………………………………. 137 Tabulka 4.11: BAT pro redukování biologického růstu ………………………………………………...…. 138
__________________________________________________________________________________________ iv Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Seznam obrázků Obrázek 1.1: Struktura provozních poruch znázorňující faktory zahrnuté do stanovení BAT pro soustavy vypouštění odpadního tepla ………………………………………………………………………………….. 17 Obrázek 1.2: Plocha půdorysu (chladicí) věže jako funkce času vyjádřeného v procentech, v jehož průběhu je překročena konstrukční teplota vlhkého teploměru ……………………………………………………..... 24 Obrázek 2.1: Schematické znázornění přímé průtočné chladicí soustavy ……………………………………... 42 Obrázek 2.2: Schematické znázornění přímé průtočné chladicí soustavy s chladicí věží, která se používá v energetickém průmyslu ………………………………………………………………….. 43 Obrázek 2.3: Schematické znázornění nepřímé průtočné chladicí soustavy ………………………………….… 44 Obrázek 2.4: Schematické znázornění otevřené recirkulační (chladicí) soustavy …………………………….… 45 Obrázek 2.5: Mokrá protiproudová chladicí věž s přirozeným tahem ………………………………………...… 47 Obrázek 2.6: Mokrá chladicí věž s přirozeným tahem s křížoproudým prouděním …………………………...48 Obrázek 2.7: Chladicí věž s přirozeným tahem podporovaným ventilátory ………………………………… 49 Obrázek 2.8: Schematické znázornění protiproudé chladicí věže s tlačným ventilátorem ..……………………… 50 Obrázek 2.9: Schematické znázornění křížoproudé článkové chladicí věže se sacími ventilátory …………………51 Obrázek 2.10: Schematické znázornění principu suché chladicí věže s přirozeným tahem …………………….... 53 Obrázek 2.11: Příklad suché chladicí věže s přirozeným tahem pro použití v elektrárně …………………... 53 Obrázek 2.12: Schematické znázornění principu suché chladicí soustavy chlazené vzduchem …….……….... 54 Obrázek 2.13: Příklad suchého vzduchem chlazeného kapalinového chladiče v chemickém procesu ……………54 Obrázek 2.14: Schematické znázornění principu vzduchem chlazeného kondenzátoru s přímým chlazením ……55 Obrázek 2.15: Příklad vzduchem chlazeného kondenzátoru pro kondenzaci výfukové páry turbiny ……………. 56 Obrázek 2.16: Schematické znázornění principu uzavřené recirkulační mokré chladicí věže s umělým tahem vytvářeným sáním ……………………………………………………………………….… 57 Obrázek 2.17: Schematické znázornění principu hybridní chladicí věže (příklad použitý v energetickém průmyslu) …………………………………………………………………. 58 Obrázek 2.18: Schematické znázornění principu hybridní chladicí věže s uzavřeným okruhem ……………… 60 Obrázek 2.19: Kombinovaný suchý/mokrý provoz hybridní chladicí soustavy ……………………………….. 61 Obrázek 3.1: Grafické znázornění vzájemných vztahů mezi různými problémy jakosti vody …………………. 81 Obrázek 3.2: Konstrukční schéma vodních chladicích soustav, jejichž cílem je redukce použití biocidů ………... 87 Obrázek 3.3: „přístup“ pro redukování použití biocidů v průmyslových vodních chladicích soustavách ………… 88 Obrázek 3.4: Ukázka průběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá z nesprávně stanoveného režimu monitorování a dávkování ………………………………………………………………………….... 95 Obrázek 3.5: Ukázka průběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá ze správně stanoveného režimu monitorování a dávkování …………………………………………………………………………… 96
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 v
Předmluva
PŘEDMLUVA 1.
Status tohoto dokumentu
Pokud není uvedeno jinak, odkazy na „Směrnici“, které jsou uvedeny v tomto dokumentu, znamenají odkazy na Směrnici Rady 96/61/ES, vztahující se na integrovanou prevenci a omezování znečištění. Tento dokument tvoří část souboru, který prezentuje výsledky výměny informací mezi členskými státy EU a zainteresovaným průmyslem, týkající se nejlepších dostupných technik (BAT), přidruženého monitorování, a jejich dalšího vývoje. *[Tento dokument je publikován Evropskou Komisí ve shodě s Článkem 16(2) Směrnice, a musí proto být vzat v úvahu v souladu s Přílohou IV Směrnice při určování „nejlepších dostupných technik“.] * Poznámka: Závorky budou odstraněny, jakmile postup publikování Komisí bude dokončen.
2. Relevantní legální závaznosti Směrnice IPPC a definice BAT Za účelem pomoci čtenáři pochopit legální souvislosti, ve kterých byl tento dokument navržen, jsou v této předmluvě popsány některé z nejdůležitějších relevantních ustanovení Směrnice IPPC, včetně definice termínu „nejlepší dostupné techniky“. Tento popis je nevyhnutelně nekompletní a je poskytnut pouze pro informaci. Tento popis nemá žádnou legální hodnotu a žádným způsobem nemění nebo neovlivňuje (neprejudikuje) vlastní ustanovení Směrnice. Účelem Směrnice je dosáhnout integrované prevence a omezování znečištění životního prostředí, vznikajícího z činností, uvedených v její Příloze I, vedoucí k vysoké úrovni ochrany životního prostředí jako celku. Legální základ Směrnice se vztahuje k ochraně životního prostředí. Její realizace (implementace) by také měla vzít v úvahu další cíle resp. úkoly Společenství, jako je konkurenceschopnost průmyslu Společenství, a tím přispět k trvalému a udržitelnému vývoji. Konkrétněji vyjádřeno, Směrnicí se zabezpečuje povolení provozu soustavy pro určité kategorie průmyslových zařízení, která vyžadují jak od operátorů (provozovatelů), tak i od regulátorů (tzn. pravděpodobně vydavatelů předpisů, pozn. překl.), aby se řídili integrovaným, celkovým pohledem na znečišťující a spotřební potenciál daného zařízení. Globálním cílem takového integrovaného přístupu musí být zdokonalení řízení (managementu) a kontroly průmyslových procesů tak, aby byla zabezpečena vysoká úroveň ochrany pro životní prostředí jako celku. Ústřední problematikou tohoto přístupu je všeobecný princip, který je uveden v Článku 3, kde je stanoveno, že operátoři (provozovatelé) by měli provést veškerá příslušná preventivní opatření proti znečišťování životního prostředí, zejména prostřednictvím aplikování nejlepších dostupných technik, které jim umožňují zdokonalit provedení průmyslových zařízení z hlediska životního prostředí. Termín „nejlepší dostupné techniky“ je definován v Článku 2(11) Směrnice jako „nejefektivnější a pokrokový stupeň ve vývoji aktivit a jejich metod provozování, který svědčí o praktické vhodnosti konkrétních technik pro poskytování v podstatě základní úrovně pro navrhované emisní mezní hodnoty k zabránění emisím, a tam, kde to není prakticky proveditelné, obecně k redukování emisí a dopadu na životní prostředí jako celek“. Článek 2(11) pokračuje dále v objasnění této definice takto: „techniky“ zahrnují jak použitou technologii, tak i způsob, kterým je zařízení navrženo, sestaveno, udržováno, provozováno a vyřazováno z provozu; „dostupné“ techniky jsou takové techniky, které jsou vyvinuty v rozsahu, který umožňuje jejich implementaci v příslušném průmyslovém sektoru, při ekonomicky a technicky proveditelných podmínkách, přičemž se berou v úvahu náklady a výhody, a dále to, zda tyto techniky jsou nebo nejsou používány nebo vyráběny v členském státu, o který se jedná, pokud jsou tyto techniky rozumně dostupné pro operátora (provozovatele); „nejlepší“ znamená nejefektivnější z hlediska dosažení vysoké všeobecné hladiny ochrany životního prostředí jako celku. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 1
Předmluva Kromě toho Příloha IV Směrnice obsahuje seznam „okolností, které mají být vzaty v úvahu všeobecně nebo ve specifických případech při určování nejlepších dostupných technik … přičemž se mají na paměti pravděpodobné náklady a přínosy daného opatření a principy předběžných opatření a prevence“. Do těchto okolností jsou zahrnuty informace, které byly publikovány Komisí ve shodě s Článkem 16(2). Od kompetentních úřadů, které jsou zodpovědné za vydávání povolení se požaduje, aby při určování podmínek pro povolení vzaly v úvahu všeobecné principy uvedené v Článku 3. Do těchto podmínek musí být zahrnuty mezní hodnoty emisí, doplněné nebo nahrazené v případech, kde to je vhodné, ekvivalentními parametry nebo technickými opatřeními. Podle Článku 9(4) Směrnice musí být tyto mezní hodnoty emisí, ekvivalentní parametry a technická opatření, bez nepříznivého ovlivnění (prejudice) shody s environmentálními standardy (normami) jakosti, založeny na nejlepších dostupných technikách, bez předepisování použití jakékoliv techniky nebo specifické technologie, přičemž se ale berou v úvahu technické charakteristiky zařízení, o které se jedná, jeho geografické umístění a lokální environmentální podmínky. Ve všech případech musí tyto podmínky pro povolení zahrnovat opatření vztahující se na minimalizaci znečištění životního prostředí do velkých vzdáleností nebo přesahující hranice (přeshraniční) a musí zabezpečovat vysokou úroveň ochrany pro životní prostředí jako celek. Podle Článku 11 Směrnice mají členské státy povinnost zajistit, aby kompetentní úřady sledovaly nebo aby byly informovány o vývoji v oblasti nejlepších dostupných technik.
3.
Cíl tohoto dokumentu
Článek 16(2) Směrnice požaduje, aby Komise organizovala „výměnu informací ve věci nejlepších dostupných technik, přidruženého monitorování, a jejich dalšího vývoje mezi členskými státy (EU) a zainteresovanými průmyslovými odvětvími“, a aby publikovala výsledky této výměny informací. Účel této výměny informací je uveden v podrobném výčtu („in recital”) 25 Směrnice, kde je uvedeno, že „vývoj a výměna informací na úrovni Společenství v záležitosti nejlepších dostupných technik napomůže k nápravě technologických nerovnovážností ve Společenství, bude podporovat celosvětovou popularizaci mezních hodnot a technik používaných ve Společenství a napomůže členským státům v účinné realizaci (implementaci) této Směrnice“. Komise (environmentální DG) ustanovila fórum pro výměnu informací (IEF) pro napomáhání v práci podle Článku 16(2) a pod touto zastřešující organizací IEF byla ustanovena celá řada technických pracovních skupin. Jak do IEF, tak i do technických pracovních skupin jsou začleněni zástupci z členských států a z průmyslu, jak to je požadováno v Článku 16(2). Cílem tohoto souboru dokumentů je přesně reflektovat výměnu informací, která byla uskutečněna tak, jak to je požadováno v Článku 16(2), a poskytovat referenční informace pro úřady vydávající povolení tak, aby byly vzaty v úvahu při určování podmínek pro vydání povolení. Tím, že poskytují relevantní informace vztahující se na nejlepší dostupné techniky, mohly by tyto dokumenty působit jako cenné nástroje sloužící k řízení stavu věcí v oblasti environmentálních parametrů.
4.
Informační zdroje
Tento dokument reprezentuje souhrn informací nashromážděných z celé řady zdrojů, zahrnující především odborné znalosti skupin, ustanovených pro napomáhání Komisi v její práci, které byly ověřeny pracemi Komise. Veškeré příspěvky k vytvoření tohoto dokumentu jsou Komisí velmi oceňovány.
5.
Jak chápat a používat tento dokument
Informace, které jsou poskytnuty v tomto dokumentu, jsou zamýšleny k použití jako vstupní informace pro určení BAT ve specifických případech. Při určování BAT a stanovení podmínek pro vydání povolení na základě BAT by vždy měl být vzat v úvahu globální cíl, kterým je dosažení vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku. __________________________________________________________________________________________ 2 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Předmluva Další údaje uvedené v této části popisují typ informací, které jsou poskytnuty ve zbývajících částech tohoto dokumentu. V Kapitole 1 jsou uvedeny informace k problematice průmyslových chladicích procesů a k horizontálnímu přístupu, který je použit k prezentování BAT (nejlepších dostupných technik) aplikovaných na průmyslové chladicí soustavy. V Kapitole 2 jsou popsány chladicí soustavy a uspořádání chladicích soustav, které jsou obvykle používány v průmyslu. V této kapitole jsou uvedeny některé údaje přidružené k výkonnosti a zároveň přehled problematik, které jsou relevantní k problematice životního prostředí. V Kapitole 3 jsou podrobněji popsány environmentální problematiky s odkazem na redukování emisí, a jiné techniky, které jsou považovány za nejvíce relevantní pro určování BAT jak z všeobecného hlediska, tak i jako základ pro stanovení podmínek pro vydání povolení. Pokud to je aplikovatelné, zahrnují se do těchto informací hladiny spotřeby a emisí, považované za dosažitelné, které se vztahují na použité soustavy chlazení. Nejsou zde zahrnuty techniky, které jsou všeobecně považovány za zastaralé. Kapitola 4 uzavírá všeobecný pohled na BAT v rozsahu primárního přístupu podle BAT a potvrzuje se zde, že BAT pro chladicí soustavy je s konečnou platností řešení, které je specifické pro předmětné místo. V Kapitole 5 je uveden všeobecný závěr k výsledku procesu výměny informací ve vztahu k průmyslovým chladicím soustavám a jsou zde popsány základy pro další práci. Ve dvanácti přílohách jsou uvedeny další informace, které se vztahují k termodynamice, energii, provozním faktorům, a také informace o technikách a pracovních postupech, které mají být vzaty v úvahu při aplikování BAT na provozování průmyslové chladicí soustavy. Účelem je tudíž poskytnout všeobecné náznaky vztahující se k hladinám emisí a spotřeby, které mohou být považovány za vhodný výchozí bod pro pomoc při určování podmínek k vydání povolení založeného na BAT pro zřízení všeobecně závazných pravidel podle Článku 9(8). Nicméně by mělo být zdůrazněno, že tento dokument nenavrhuje hodnoty emisních limitů. Určení přiměřených podmínek k vydání povolení zahrnuje vzetí do úvahy lokálních faktorů, specifických pro předmětné místo, jako jsou technické charakteristiky zařízení, o které se jedná, jeho geografické umístění, a lokální environmentální podmínky. V případě existujících zařízení je taky potřeba vzít v úvahu ekonomickou a technickou proveditelnost jejich zdokonalení („upgrading“). Dokonce i do tak jednoduchého cíle, jakým je zabezpečení vysoké úrovně ochrany pro životní prostředí jako celku, bude často nutné zahrnout posouzení rovnováhy mezi různými typy dopadů na životní prostředí, a tato posouzení budou často ovlivňována lokálními okolnostmi. Přestože je proveden pokus oslovit některé z těchto problematik, není možné, aby tyto problematiky byly v tomto dokumentu posouzeny v celém rozsahu. Proto techniky a hladiny, které jsou uvedeny v Kapitolách 3 a 4, nemusí být bezpodmínečně vhodné pro všechna zařízení. Na druhé straně závazek zabezpečit vysokou úroveň ochrany životního prostředí, která zahrnuje minimalizaci znečištění životního prostředí do velkých vzdáleností nebo environmentální znečištění přesahující hranice (přeshraniční), znamená, že podmínky pro vydání povolení nemohou být stanoveny na základě čistě lokálních posouzení. Proto je nesmírně důležité, aby informace, které jsou obsaženy v tomto dokumentu, byly komplexně vzaty v úvahu úřady oprávněnými vydávat povolení. Poněvadž se nejlepší dostupné techniky v průběhu času mění, bude tento dokument podle potřeby revidován a aktualizován. Veškeré připomínky a podněty by měly být předány Evropskému úřadu IPPC a Institutu pro perspektivní technologické studie na tuto adresu: Světové obchodní středisko, Isla de la Cartuja s/a, E-41092 Seville – Španělsko Telefon: +34 95 4488 284 Fax: +34 95 4488 426 e-mail
[email protected] Internet: http://eippcb.jrc.es __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 3
Předmět referenčního dokumentu
PŘEDMĚT REFERENČNÍHO DOKUMENTU Tento referenční dokument vztahující se na BAT (nejlepší dostupné techniky) pro průmyslové chladicí soustavy je horizontální dokument, který je zaměřen na obvykle používané chladicí soustavy v rozsahu průmyslových aktivit uvedených v Příloze I Směrnice IPPC. Průmyslové sektory s vysokou relevancí jsou průmysl chemický, potravinářský, sklářský, průmysl železa a oceli, rafinerie, průmysl pro výrobu buničiny a papíru, a spalovny. Nesrovnatelně velké množství informací a zkušeností vztahující se k chlazení bylo získáno v energetickém průmyslu. Energetický průmysl také má při suboptimálním chlazení nejrozsáhlejší přímé a nepřímé dopady na životní prostředí. V samostatné příloze je věnována tomuto sektoru zvláštní pozornost a byly posouzeny všechny rozdílnosti mezi elektrárnami a jinými průmyslovými aktivitami. Přestože zařízení pro výrobu jaderné energie nejsou součástí předmětu Přílohy I Směrnice IPPC, jsou v tomto dokumentu posouzeny použité environmentální techniky tam, kde se vztahují k chladicím soustavám konvenčních částí těchto zařízení. Chladicí soustavy malých spalovacích provozoven a soustav pro klimatizaci vzduchu jak pro průmyslová, tak i pro domácí použití jsou (z předmětu tohoto referenčního dokumentu) vyloučeny. Rozsah termínu „chladicí soustavy“ je v tomto referenčním dokumentu omezen na soustavy pro odnímání odpadního tepla z jakéhokoliv média (jakékoliv látky) použitím výměny tepla s vodou a/nebo vzduchem pro snížení teploty tohoto média směrem k hladinám (teploty) okolí. Toto zahrnuje pouze část chladicích soustav, vylučuje ale problematiku chladiv jako je čpavek a CFC(s) (tzn. zcela halogenované uhlovodíky). Také přímé kontaktní chlazení a barometrické kondenzátory nejsou (v tomto referenčním dokumentu) posuzovány, poněvadž se považují za příliš specifické ve vztahu k procesu. Do rozsahu tohoto dokumentu jsou zahrnuty tyto průmyslové chladicí soustavy nebo uspořádání: Průtočné chladicí soustavy (s chladicí věží, nebo bez chladicí věže) Otevřené recirkulační chladicí soustavy (mokré chladicí věže) Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem vzduchem chlazené chladicí soustavy mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem Kombinované mokré/suché (hybridní) chladicí soustavy otevřené hybridní chladicí věže hybridní věž s uzavřeným okruhem V tomto dokumentu jsou popisovány BAT (nejlepší dostupné techniky) pro chladicí soustavy, které jsou považovány za takové, které pracují jako pomocné soustavy pro normální provoz průmyslového procesu. Uznává se, že spolehlivý provoz chladicí soustavy pozitivně ovlivní spolehlivost průmyslového procesu. Nicméně funkce chladicí soustavy ve vztahu k bezpečnosti procesu není v rozsahu předmětu tohoto BREF. V rozsahu horizontálního „přístupu“ znamená integrace zaměření se na všechny relevantní environmentální aspekty a na způsob, jakým jsou ve vzájemném vztahu, přičemž se uznává, že vyvážení různých aspektů vyžaduje odborné posouzení. V případech, kde to je vhodné, se uvede důležitost environmentálních parametrů chladicí soustavy v rozsahu parametrů celého průmyslového procesu. Tento dokument je zaměřen na následující environmentální aspekty a metody a techniky redukování emisí: vlivy návrhu procesu a zařízení, materiálu a údržby; spotřeba zdrojů (voda, vzduch, energie, chemické látky); emise chemikálií a tepla jak do vody, tak i do vzduchu; emise hluku a parních vleček; vytváření odpadu a emise do půdy a pozemních míst (habitatů) s výskytem organismů; rizikové aspekty; znečištění vznikající ve specifických případech (při spouštění/zastavování) nebo incidentech; a vyřazení zařízení z provozu. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 5
Předmět referenčního dokumentu Tento dokument poskytne přehled dostupných technik pro průmyslové chladicí soustavy, ale neposkytne řešení ve věci, která chladicí soustava je nejlepší, a není určen k tomu, aby vyloučil (resp. diskvalifikoval) kteroukoli z existujících chladicích soustav, které jsou používány. Tento dokument také neposkytne návod k tomu, zda daný proces vůbec potřebuje chladicí soustavu. Znamená to, že tento dokument nezachází do podrobností samotných výrobních procesů vyžadujících chlazení, které by byly zaměřeny na opatření, souvisící s celkovou energetickou účinností. Je dodržován všeobecný „přístup“, který vede k vyvážené volbě nové (chladicí) soustavy, nebo k volbě opatření pro optimalizaci existující chladicí soustavy s cílem zabránit emisím do životního prostředí, které souvisí s provozem chladicích soustav.
__________________________________________________________________________________________ 6 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Názvoslovný výkladový slovník
Názvoslovný výkladový slovník Terminologie používaná pro různé aspekty průmyslových chladicích soustav se velmi liší a pro tutéž část jsou často použity různé termíny. Aby nedocházelo k nejasnostem v používání termínů a k zabránění opakovaným vysvětlováním v tomto dokumentu jsou v této části uvedeny definice některých termínů a jejich zkratky.
Termodynamické definice Přiblížení (Approach)
(1) v zařízení výměníku tepla vedením to je teplotní rozdíl mezi teplotou látky použité v procesu, která je odváděna z výměníku tepla, a teplotou chladicí látky, která je přiváděna do výměníku tepla. (2) v odpařovací soustavě (např. v mokré chladicí věži) to je rozdíl mezi teplotou látky použité v procesu, která je odváděna z chladicí soustavy, a teplotou vlhkého teploměru vzduchu, který je přiváděn do chladicí věže nebo odpařovací chladicí soustavy. (3) v kondenzátoru viz koncový rozdíl.
Konstrukční teplota suchého teploměru (Design Dry Bulb Temperature)
teplota okolního vzduchu, pro kterou je zkonstruován výměník tepla. Obvykle se používají hodnoty 95 % – konstrukční teplota během 95 % času není překročena. Teplota suchého teploměru je relevantní teplotou pro citelné předávání tepla (předávání tepla sdílením).
Konstrukční teplota vlhkého teploměru (Design Wet Bulb Temperature)
nejnižší teplota, na kterou může být ochlazen vzduch adiabatickým odpařováním. Tato teplota je relevantní teplotou pro latentní předávání tepla (využití výparného tepla vody při předávání tepla). Konstrukční teplota vlhkého teploměru je teplota (sytého) vzduchu, odpovídající relativní vlhkosti, která se využije při konstrukci odpařovacího výměníku tepla odpadního tepla. Obvykle se používají hodnoty 95 % – konstrukční teplota v průběhu 95 % času není překročena. Teplota vlhkého teploměru je vždy nižší než teplota suchého teploměru.
Výkon (kapacita) odnímání tepla (Heat Rejection Capacity)
množství tepla, které muže být odejmuto chladicí soustavou, měřené v kWth (nebo MWth).
Předávání latentního tepla (Využití výparného tepla vody) (Latent Heat Transfer)
Předávání tepla do vzduchu prostřednictvím odpařování vody. Kapacita odvádění tepla odpařující se vody je mnohem vyšší než kapacita odvádění tepla do vzduchu.
Hladina odpadního tepla (Level of Waste Heat)
teplotní hladina, při které musí být předáváno teplo. V závislosti na procesu se odpadní teplo vytváří při specifické teplotní hladině.
LMTD (LMTD)
Logaritmický střední teplotní rozdíl je míra hnací síly výměny tepla v závislosti na teplotě studeného proudu (chladivo) a proudu na straně procesu, který má být ochlazován.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 7
2000
Názvoslovný výkladový slovník Rozsah (chladicí rozsah) (Range)
Rozsah (chladicí rozsah) je rozdíl mezi teplotou na vstupu a teplotou na výstupu výměníku tepla.
Předávání citelného tepla (sdílením) (Sensible Heat Transfer)
Předávání tepla vedením a prouděním se nazývá citelné předávání tepla (předávání tepla sdílením).
Koncový rozdíl (Terminal Difference)
je teplotní rozdíl v kondenzátoru. Koncový rozdíl odpovídá teplotnímu rozdílu mezi teplotou páry, která je přiváděna do kondenzátoru (nebo kondenzátu, který je odváděn z kondenzátoru) a teplotou chladicí látky (vody) odváděné z kondenzátoru. Hodnoty tohoto „koncového rozdílu“ kolísají v rozsahu mezi 3K až 5K.
Odpadní teplo (Waste Heat)
Odpadní teplo je inherentní, i když nevyužitelné teplo, které nelze rekuperovat, a které musí být odejmuto z průmyslového nebo výrobního procesu a musí být předáno do okolního prostředí.
Jiné definice Přístup BAT (BAT Approach)
metodologie uvedená v tomto dokumentu, pomocí které se dospěje k definici BAT pro průmyslové chladicí soustavy a identifikují se techniky použité v rozsahu této definice.
Koeficient biokoncentrace (Bioconcentration factor)
kapacita organismu bioakumulovat látku definovaná jako poměr mezi koncentrací látky v organismu a její koncentrací v okolní vodě (v rovnovážném stavu). Biokoncentrace se vždy stanoví experimentálně.
Odkalování (BD, kg/s) (Blow down (BD, kg/s))
úmyslné vypouštění (vody) z chladicí soustavy k vyrovnání zvyšující se koncentrace pevných částic (látek) v chladicí soustavě; prakticky to je voda, která musí být odebrána z odpařovací chladicí soustavy za účelem řízení cyklu koncentrace (v soustavě). Odkalování se vypočítá jako BD = E*1/(x-1), kde E je ztráta odpařováním a x je koeficient koncentrace. Do výpočtu odkalování se obvykle zahrnují (jiné) ztráty nevzniklé odpařováním, jako jsou např. ventilační ztráty, unášení a úniky v důsledku netěsností.
Biocid (Biocide)
chemikálie, která ničí nebo zpomaluje růst nežádoucích organismů. Ve vodních chladicích soustavách biocid ničí nebo zpomaluje růst makro- a mikro-znečišťujících organismů, čímž minimalizuje znečištění chladicích soustav. Mezi nejdůležitější biocidy patří: chlor, chlornan sodný, ozon, sloučeniny s kvarterním dusíkem a bromované organické sloučeniny.
Biocidní požadavek (Biocide demand)
množství biocidu, které je redukováno nebo změněno na inertní nebo méně aktivní formy biocidu látkami obsaženými ve vodě, nebo množství biocidu, které způsobí kompletní reakci se všemi látkami reagujícími s biocidy.
__________________________________________________________________________________________ 8 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Názvoslovný výkladový slovník Biochemická spotřeba kyslíku (BSK) (Biochemický kyslíkový požadavek (BOD)) (nazývaný taky Biologický kyslíkový požadavek) (Biochemical oxygen demand (BOD)) (also named Biological oxygen demand)
množství kyslíku požadovaného (pro mikroorganismy) k odbourání organických látek ve vodě. Vyšší organická zatížení vyžadují větší množství kyslíku a mohou snižovat množství kyslíku dostupného pro ryby a vodní život pod únosné úrovně. Tento kyslíkový požadavek je možné posoudit použitím standardní pětidenní (BOD5) nebo sedmidenní (BOD7) (inkubační) zkoušky.
Bio-sliz nebo bio-sliz je definován jako biologický film, který se (Bio-slime) vytváří na jakémkoliv substrátu (předmětu) ponořeném do vody. Je složen z řas a sesilní mikrobiální populace, obsahující bakterie vytvářející sliz a (např.) anaerobní bakterie redukující sírany. Mikroznečišťování podporuje usazování (sedimentaci) makroznečišťování. Mezní stav požadavek na dávku oxidačních biocidů spotřebovanou (Breakpoint) nečistotami obsaženými ve vodě, který musí být realizován před dosažením životaschopné koncentrace biocidů. Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) množství anorganické a organické látky vyskytující (Chemický kyslíkový požadavek (COD)) se ve vodě nebo v odpadové (vypouštěné chladicí) vodě, (Chemical oxygen demand (COD)) která spotřebovává kyslík; množství kyslíku, které se spotřebuje chemickou oxidační látkou ve specifické zkoušce (která se obvykle vztahuje k analýze s diochromanovou oxidací). Povlaky (Coatings)
materiály aplikované na povrchové plochy k vytvoření buďto povrchu s nízkým třením ke snížení ztrát při čerpání, nebo k vytvoření ochranné vrstvy pro snížení eroze, koroze a znečišťování.
Koeficient koncentrace (CR) koeficient koncentrace nebo cykly koncentrace je poměr (Concentration factor CR) koncentrace jakékoliv konkrétní látky rozpuštěné v roztoku cirkulující chladicí vody ke koncentraci této látky v přídavné vodě. Vypočítá se jako CR = MU/BD, kde MU je přídavná voda a BD je odkalená voda. Kondenzátor (Condenser)
chladič používaný pro kondenzaci proudícího plynu (nebo páry). Kondenzace klade zvláštní/další požadavky na výměník tepla; musí být k dispozici prostor pro objem látky v plynném stavu. Kondenzátory elektráren jsou proto extrémně veliké a vyznačují se specifickým konstrukčním provedením.
Chladivo synonymum pro chladicí látku. V mnoha případech je (Coolant) chladivem voda nebo vzduch, ale může to být také voda smíchaná s nemrznoucí látkou, nebo látka jako je olej nebo plyn. Koroze (Corrosion) kterém se kov nachází.
může být definována jako destrukce kovu (elektro-) chemickou reakcí s prostředím (obsahujícím kyslík), ve
Inhibitory koroze (Corrosion inhibitors)
jsou chemické látky, které jsou schopny zpomalit proces koroze ve vodě. Jsou to deoxygenační látky, pasivační
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 9
Názvoslovný výkladový slovník inhibitory (např. chroman, dusitan, molybdenan a ortofosforečnan), srážecí inhibitory (fosforečnan zinečnatý, uhličitan vápenatý a ortofosforečnan vápenatý), a adsorpční inhibitory (deriváty glycinu, alifatické sulfonáty a křemičitan sodný). Protiproud (Counter flow)
princip, kde vzduch ve výměníku tepla proudí opačným směrem (než chladicí látka). V protiproudých (chladicích) věžích se vzduch pohybuje směrem nahoru, opačně než dolů směřující proud (skrápěné) chladicí vody. Taková konstrukce poskytuje dobrou výměnu tepla, neboť nejchladnější (přiváděný) vzduch je v kontaktu s nejvíce ochlazenou vodou. K distribuci vody se používají sběrače a rozstřikovací trysky.
Příčné proudění; křížoproudé proudění (Cross flow)
princip, kde vzduch ve výměníku tepla proudí kolmo na proud tekutiny používané v procesu. V (chladicích) věžích s příčným prouděním (křížoproudým prouděním) vzduch proudí vodorovně napříč přes dolů skrápějící proud chladicí vody.
Cykly koncentrace (Cycles of concentration)
(nebo „cykly“) jsou poměry koncentrací rozpuštěných pevných látek v odkalené vodě s jejich koncentrací v přídavné vodě. Takže tyto cykly jsou definovány jako podíl koncentrace soli v odkalené vodě a koncentrace soli v přídavné vodě.
Dispergující látky (Dispersion substances)
neboli dispergovadla jsou chemikálie, které brání shlukování a ukládání částic vyskytujících se ve vodě zvýšením elektrického náboje (jejich povrchu) způsobeného absorpcí. Výsledkem je to, že se vzájemně odpuzují částice, které zůstávají v rozptýleném stavu.
Eliminátory unášení (únosu) (Drift eliminators)
zařízení, která mění směr proudění vzduchu a umožňují odstředivou silou oddělit kapky vody od vzduchu.
Ztráta unášením (únosem) (Drift loss)
ztráta vody způsobená unášením/únosem malých kapek proudem vzduchu nad a mimo horní část chladicí věže.
Ztráta odpařováním (E, kg/) (Evaporative loss (E, kg/s))
hmotnost chladicí vody, která se odpaří za jednotku času v průběhu provozu odpařovací chladicí soustavy.
Volná oxidační látka (FO)/ Celkové zbytkové oxidační látky (TRO) (Free oxidant (FO)/ Total residual oxidants TRO))
aplikovaná koncentrace volných oxidačních látek ve výtoku vodních chladicích soustav. Bývají na ni také odkazy jako na TRO, nebo celkový chlór (TC), nebo volný chlór (FC).
Volný využitelný chlór (FAC)/ nebo volný zbytkový chlór (Free available chlorine (FAC) or free residual chlorine)
volný chlór reprezentuje rovnovážnou směs kyseliny chlorné a chlornanového iontu ClOˉ ve vodní chladicí soustavě. Obě formy jsou oxidačními látkami, ale ClOˉ je mnohem méně účinný než HClO.
Stabilizátory tvrdosti (Látky snižující účinky tvrdosti vody) (Hardness stabilisers)
jsou chemické látky, které jsou schopny při přidání do vody zabraňovat ukládání tvrdých solí tím, že ovlivňují proces krystalizace prostřednictvím absorpce zárodků vytvářených krystalů. Tímto způsobem se podporuje růst amorfních forem, které je relativně snadné udržet v suspenzi a poskytnout méně příčin k tvorbě usazenin. __________________________________________________________________________________________ 10 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Názvoslovný výkladový slovník Nebezpečné látky (Hazardous substances)
látky nebo skupiny látek, které mají jednu nebo několik nebezpečných vlastností, jaké mají např. látky toxické, persistentní, bioakumulativní; nebo jsou klasifikovány jako nebezpečné pro člověka nebo pro životní prostředí podle Směrnice 67/548 (o nebezpečných látkách).
Makroznečištění (Macrofouling)
nežádoucí organismy v okruzích chladicí vody, které jsou viditelné pouhým okem. Makroznečištění je reprezentováno převážně slávkami/mušlemi, svijonožci a serpulid polychaetes, které tvoří inkrustace na stěnách okruhů jejich vápenatými schránkami, (dále také) vláknitými organismy jako jsou hydroidy, a jinými organismy jako jsou houby, mechovky a pláštěnci.
Doplnění (M, kg/s) (Make up (M, kg/s))
je definováno jako veškerá hmotnost vody za jednotku času, která je doplněna do soustavy jako kompenzace ztráty vody v důsledku odpařování a odkalování.
Maximálně přípustná úroveň rizika (Maximum allowable risk-level)
koncentrace látky v povrchové vodě v případě, když je chráněno 95 % druhů. Důležité aspekty jsou toxicita a odbouratelnost (rozložitelnost).
Věž s umělým tahem (Mechanical draught tower)
chladicí věže vybavené ventilátory, které tlačí (ženou vzhůru) chladicí vzduch přes věž (tah vytvářený protlačováním), nebo táhnou chladicí vzduch nahoru přes věž (tah vytvářený sáním).
Mikroznečištění (Micro-fouling)
nebo bio-sliz je definováno jako biologický film, který se vytváří na jakémkoliv substrátu (předmětu) ponořeném do vody. Je složen z řas a sesilní mikrobiální populace, obsahující bakterie vytvářející sliz a (např.) anaerobní bakterie redukující sírany. Mikroznečištění podporuje usazování (sedimentaci) makroznečištění.
Věž s přirozeným tahem (Natural draught tower)
chladicí věže velkých rozměrů bez ventilátorů, ale zkonstruované tak, aby využívaly rozdílu hustoty mezi vzduchem přiváděným do věže a teplejším vzduchem uvnitř věže k vytvoření průtoku chladicího vzduchu.
Neoxidační biocidy (Non-oxidising biocides)
převážně organické látky používané pro úpravu chladicí vody především v recirkulačních chladicích soustavách. Jejich působení (na mikroorganismy) je specifičtější než působení oxidačních biocidů, které oxidují některé druhy účinněji než jiné. Působí na mikroorganismy prostřednictvím reakce se specifickými částmi buňky, nebo dráhami reakcí v buňce.
Oxidační biocidy (Oxidising biocides)
převážně anorganické látky (bránící životu organismů), které jsou používány zejména v otevřených průtočných (chladicích) soustavách proti znečištění. Oxidační biocidy napadají organismy prostřednictvím nespecifických mechanismů. Biocidy oxidují stěnu buňky nebo vnikají do buňky a oxidují části buňky. Tyto biocidy působí rychle a vzhledem k jejich nespecifičnosti mají širší spektrum (působnosti) než neoxidační biocidy.
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 11
Názvoslovný výkladový slovník Parní vlečka (Plume)
je viditelná pára vzniklá zpětnou kondenzací odpařené vody ve vzduchu, který vychází z chladicí věže.
Změkčování srážením (Precipitation softening)
tento proces se používá k snižování tvrdosti vody, její zásaditosti, obsahu kysličníku křemičitého, a jiných složek. Voda se upravuje (například) vápnem nebo kombinací vápna a bezvodé sody (uhličitanovým iontem). Tímto způsobem se často upravuje voda se střední až vysokou tvrdostí (150-500 ppm jako CaCO3).
Látka použitá v procesu (Proces medium)
výraz látka použitá v procesu se bude vždy vztahovat na látku, která má být ochlazována.
Tvorba kotelního kamene (Scaling)
proces srážení (tvorba krystalických úsad) v CWS, který se vyskytuje tehdy, když koncentrace solí ve vodním filmu poblíž výměníku tepla je vyšší než jejich rozpustnost. (CWS = Cooling Water System, viz stranu 13 dokumentu; vodní chladicí soustava, pozn.)
Hladina akustického tlaku (LP) (Sound Pressure Level (LP))
míra pro imisi zvuku – množství zvuku v definovaném směru a vzdálenosti od zdroje zvuku. Hladina akustického tlaku se měří v dB na kmitočtové pásmo nebo jako A vážený zvuk v dB(A). Míra pro imisi zvuku je logaritmická, což znamená, že zdvojnásobení hladiny akustického tlaku je rovno zvýšení o 6 dB(A).
Hladina akustického výkonu (LW) (Sound Power Level (LW))
míra pro množství zvukové energie, která je vyzařována (emitována) ze zdroje zvuku. Hladina akustického výkonu se měří v dB na kmitočtové pásmo nebo jako A vážený zvuk v dB(A). Míra je logaritmická, což znamená, že zdvojnásobení hladiny akustického výkonu je rovno zvýšení o 3 dB(A).
Hydraulický poločas (Hydraulic half time)
je definován jako čas potřebný pro snížení původní koncentrace neodbouratelné (nerozložitelné) sloučeniny na 50 % její původní koncentrace.
Celkový (využitelný) chlór (TAC)/ celkový zbytkový chlór (TRC) (Total available chlorine (TAC)/ total residual chlorine (TRC))
součet volného chlóru a chemicky vázaného chlóru, s chemicky vázaným chlórem jako zbytkovým chlórem v chloraminech nebo jiných sloučeninách, které mají N-C vazbu, ve vodní chladicí soustavě.
Celkové zbytkové oxidační látky (TRO) (Total residual oxidants (TRO))
kapacita oxidační látky naměřená ve vodní chladicí soustavě použitím stoichiometrické metody (jod.jod). TRO je numerický a provozní ekvivalent k TRC a TAC.
Převod s měnitelnými otáčkami (Variable speed drive)
způsob ovládání rychlosti (otáček) motoru, obvykle elektronicky použitím invertoru. Rychlost, resp. otáčky motoru se mohou měnit manuálně, ale mnohem častěji jsou otáčky ovládány na základě signálu z procesu, což jsou např. signály tlaku, průtoku, hladin/úrovní, atd.
__________________________________________________________________________________________ 12 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Názvoslovný výkladový slovník
Zkratky a akronymy Zkratky/akronymy
Vysvětlení
ACC AOX ATP BAT BCDMH BCF BNPD BNS
Vzduchem chlazený kondenzátor Adsorbovatelné organické halogeny (X = Cl, Br) Adenosintrifosfát Nejlepší dostupná technika Brom-chlor-dimetyl hydantoin Koeficient biokoncentrace Bromnitropropandiol β-brom-β-nitrostyren Biochemická spotřeba kyslíku (Biochemický kyslíkový požadavek (nazývaný taky Biologický kyslíkový požadavek)) Nejlepší praktické prostředky Referenční dokument BAT Nejlepší technické prostředky Síran měďnatý, dvojchroman draselný, oxid arzeničný Jednotky tvořící kolonii Chemická spotřeba kyslíku (Chemický kyslíkový požadavek) Vodní chladicí soustava Dvojbrom-nitrilopropionamid N-N-dietyl-p-fenylendiamin Electricité de France (francouzské elektrárenství) Evropský úřad integrované prevence a omezování znečištění Extrahovatelné/vyluhovatelné organické halogeny (X = Cl, Br) Environmentální norma jakosti Jednotka evropské měny Volný využitelný chlor Volná oxidační látka Volná zbytková oxidační látka Fórum výměny informací Jednotka evropské měny 1 000 wattů (tepelných nebo elektrických) Choroba legionářů Legionella pneumpophila (bakterie) Miligram na litr Metylén(bis)thiokyanát Mikrobiologicky ovlivněná koroze Metrická tuna 1 000 000 wattů (tepelných nebo elektrických) Metry vodního sloupce (m v. sl.); (metre water gorge) Naegleria Fowleri (améba/měňavka) Hladina bez pozorovatelného účinku Předpovídaná environmentální koncentrace Polyhexametylénbiguanidchlorid (QAC) Předpovídaná koncentrace bez účinku Rozdělovací koeficient fází n-oktanolu a vody Počet částic na jeden milion
BOD (BSK) BPM BREF BTM CCA CFU COD (CHSK) CWS DBNPA DPD EDF EIPPCB EOX EQS EUR neboli Э FAC FO FRO IEF Э neboli EUR kWth nebo kWe LD Lp mg/l MBT MIC Mt nebo Mt MWth nebo MWe mwg Nf NOEC PEC PHMB PNEC Pow ppm
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Číslo strany
Listopad 13
304 98 103 1 212 245 130 98 23 108 5 108 132 154 23 26 95 103 36 3 278 10 48 24 11 15 2 10 9 128 128 15 98 205 188 8 82 128 82 15 130 15 108 26
2000
Názvoslovný výkladový slovník
Zkratky/akronymy RIZA QAC QSARs TBTO TDS TEMA THM TOC TRO TWG UV VCI VDI VFD WFD
Vysvětlení Nizozemský institut managementu vody pro management vnitrozemské vody a úpravu odpadní vody Sloučeniny s kvarterním dusíkem Kvantitativní vztah strukturní aktivity Oxid tributyl cíničitý Celkové rozpuštěné tuhé látky Sdružení výrobců trubkových výměníků Metyltrihalogenidy Celkový organický uhlík Celková zbytková oxidační látka Technická pracovní skupina Ultrafialové (světlo) Sdružení chemického průmyslu v Německu Sdružení německých inženýrů (Verein Deutscher Ingenieure) Pohon s měnitelnou frekvencí Rámcová směrnice o vodě (má být přijata)
Číslo strany 155 130 245 105 263 194 211 221 24 17 95 14 118 290 144
_________________________________________________________________________________________ 14 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1
1 VŠEOBECNÁ KONCEPCE BAT PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY V mnoha průmyslových procesech musí být odnímáno teplo pomocí toho, co se nazývá soustava pro odnímání odpadního tepla nebo chladicí soustava. Provozování těchto chladicích soustav má určité důsledky na životní prostředí. Míra a charakter environmentálních dopadů jsou proměnlivé v závislosti na principu chlazení a na způsobu, kterým jsou tyto soustavy provozovány. Pro omezení těchto dopadů na nejmenší možnou míru může být dodržován „přístup“, jehož cílem je prevence emisí vhodným konstrukčním provedením a volbou technik. V rámci IPPC by chlazení mělo být považováno za integrální část celkového managementu energie průmyslového procesu. Záměrem by mělo být opětné využití nadbytečného tepla jednoho procesu v jiných částech téhož procesu, nebo v jiných procesech v daném místě za účelem minimalizace potřeby vypouštění odpadního tepla do životního prostředí. Toto ovlivní celkovou energetickou účinnost procesu a sníží požadavky na chlazení pro požadovanou kapacitu soustavy a pro její provozní požadavky. Optimalizace energetické účinnosti je nicméně složité cvičení a je považováno za velmi specifické pro daný proces a jako takové přesahuje předmět tohoto horizontálního dokumentu. Pokud neexistují žádné volitelné možnosti pro opětné využití (odpadního tepla) přímo v daném místě, nemusí to automaticky vést k vypouštění tepla do životního prostředí, ale měly by být zváženy volitelné možnosti pro opětné využití tohoto tepla mimo místo jeho vzniku, a to v průmyslových nebo občanských/civilních použitích. A až nakonec, pokud volitelné možnosti pro opětné využití (odpadního) tepla nemohou být jakkoliv exploatovány, má být posouzeno vypouštění nadbytečného tepla do životního prostředí. Jakmile byla posouzena hladina tepla, které má být odejmuto, je možné rozhodnout o první volbě vhodné soustavy pro chlazení. Mnoho environmentálních parametrů v důsledku provozování chladicí soustavy může být ovlivněno vhodným konstrukčním provedením a volbou správného materiálu, přičemž se berou v úvahu požadavky procesu a lokální aspekty. Uvádí se, že 80 % parametrů chladicí soustavy bylo určeno již na konstrukčním stole a (jen) 20 % je určeno způsobem, jakým je chladicí soustava provozována (tzv. pravidlo 80/20). Při posuzování toho, co jsou BAT (nejlepší dostupné techniky) pro redukování dopadů chlazení na životní prostředí je nutné vyvážit mnoho rozdílných faktorů. Je důležité uvědomit si hned na začátku, že pro jakýkoliv průmyslový proces je chladicí soustava sice pomocná soustava, že je ale stěžejní a integrovaná soustava pro jakýkoliv průmyslový proces, a že každá změna aplikovaná na proces chlazení může potenciálně ovlivnit parametry průmyslových a výrobních procesů, které mají být ochlazovány. Proto by integrované posouzení spotřeby a emisí chladicích soustav a rozhodnutí o aplikování chladicí techniky mělo být provedeno ve světle celkových environmentálních parametrů daného provozu a v rozsahu požadavků procesu, který má být ochlazován, tak, aby bylo co nejvíce v rovnováze s náklady. Musí být zaručena požadovaná hladina chlazení s minimálními důsledky na životní prostředí. Požadovaná hladina chlazení je specifická pro daný proces. Pokud některé procesy mohou tolerovat určité dočasné zvýšení teploty procesu, jiné procesy, citlivější na teplotu, toto tolerovat nemohou, poněvadž by to mohlo mít rozsáhlý dopad na environmentální parametry celého provozu. V souladu s IPPC musí být environmentální parametry chladicích soustav, diskutované v tomto BERF, zdokonaleny prostřednictvím aplikování BAT. Otázkou je zda a jak může být BAT pro chladicí soustavy určen ve všeobecném významu, když konečné stanovení toho, co je nejlepší, je zcela určitě lokální záležitostí, která reaguje na specifické požadavky procesu, životního prostředí a ekonomiky. Za účelem strukturování a v určitém ohledu zjednodušení složitého procesu stanovení BAT, sleduje tento dokument „přístup“ popsaný výše a znázorněný na obrázku 1.1. Tento přístup by měl vést k vyváženému rozhodnutí o aplikování soustavy pro chlazení a o její optimalizaci založené na BAT jak pro nové, tak i pro existující situace. Koncepce BAT sestává z následujících kroků, které jsou zaměřeny na snížení emisí a omezení environmentálních dopadů na nejmenší možný rozsah: ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 15
2000
Kapitola 1 •
snížení finální hladiny vyprodukovaného odpadního tepla, při posouzení volitelných možností pro opětné využití odpadního tepla;
•
definování požadavků procesu;
•
zvážení všeobecných podmínek předmětného místa;
•
posouzení environmentálních požadavků: – volitelné možnosti pro minimalizaci spotřeby zdrojů; – volitelné možnosti pro redukování emisí;
•
vývoj provozního systému (údržba, monitorování a prevence rizika);
•
aplikování ekonomických požadavků.
Na obrázku 1.1 je „přístup“ BAT prezentován schematickým způsobem, který znázorňuje nejrelevantnější faktory zahrnuté do určování BAT pro průmyslové chladicí soustavy. Za účelem dosažení přehlednosti nejsou do tohoto schématu zakresleny všechny spojovací čáry, které by možná mohly být vytvořeny mezi různými aspekty chlazení. Například je zde spojovací čára mezi opatřeními pro tlumení zvuku a snížením měrné přímé spotřeby energie; a očekávatelná minimální koncová teplota chladicí soustavy je omezena lokálními klimatickými podmínkami. V následujících částech tohoto dokumentu bude „přístup“ BAT dále diskutován z hlediska společných principů provozování průmyslových chladicích soustav, a tam, kde to je možné, s naznačením toho, které aplikace prostředků BAT jsou v duchu Směrnice IPPC. Tato optimalizace, podle své povahy, nemůže být exaktním matematickým porovnáním různých řešení. Proces optimalizace zahrnuje podobný úkol pro veškeré environmentální rovnovážné stavy, jaké vyžadují různé environmentální dopady a rozhodnutí, mezi nimiž jsou některé, které jsou nejobtížnější, nebo některé, které jsou nejakceptovatelnější. Nicméně cíl navrhovaného „přístupu“ BAT je poskytnout významné informace o dopadech různých řešení na životní prostředí, o nákladech a rizicích, stejně tak, jako o ovlivňujících faktorech. Na základě těchto informací může být učiněno takové rozhodnutí, které je mnohem více oprávněno, než pouhé soustředění se na optimalizaci jednoho z faktorů (např. přívod vody, spotřeba energie, vytváření parní vlečky, nebo emise hluku, atd.). Budou uvedeny příklady pro naznačení směru změn, spíše než pro specifikování konkrétních emisí nebo redukování. V případech, kde to je vhodné, jsou uvedeny údaje, nebo jsou uvedeny odkazy na přílohy, ale pro většinu souvisících faktorů jsou údaje o používání zdrojů a o emisích chladicích soustav buďto omezeny, nebo jsou příliš specifické pro to, aby mohly být všeobecně použitelné. Souhrnně vyjádřeno, posouzení chladicí soustavy, dosažení rovnováhy mezi různými faktory, je založeno na těchto bodech: • požadavky procesu, který má být ochlazován, mají přednost před opatřeními k redukování environmentálního dopadu chladicí soustavy; • aplikování „přístupu“ BAT není zaměřeno na diskvalifikaci (vyloučení) jakéhokoliv z uspořádání, která jsou popsána v Kapitole 2; • „přístup“ BAT má více volnosti k optimalizaci a prevenci emisí v etapě konstrukčního řešení v případě nových zařízení, ale pro existující zařízení by konstrukční volitelné možnosti také měly být posouzeny; • následně na to se pro existující provozy očekává, že „přístupem“ BAT se zahájí další podrobnější činnosti postupných kroků posuzování; • další rozlišení může být provedeno mezi velkými, na zakázku vyrobenými chladicími soustavami, a menšími (chladicími) soustavami (sériovými výrobky) s ohledem na míru dopadu na životní prostředí; • optimalizace by měla být chápána jako aplikování konstrukčních volitelných možností, technik pro redukování a dobrých pracovních postupů provozovatele; • míra redukování emisí vyplývající z „přístupu“ BAT není předvídatelná, ale závisí na požadavcích, které jsou kladeny na soustavu chlazení; • „přístup“ BAT je zaměřen na provozování chladicí soustavy k dosažení rovnováhy mezi požadavky procesu, který má být ochlazován, a lokálními environmentálními cíli; • volba schémat je užitečná pro vytvoření vyvážené volby; a • konečně každý vyvážený výsledek bude mít určitý environmentální dopad. __________________________________________________________________________________________ 16 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1
Obrázek 1.1: Struktura provozních poruch znázorňující faktory zahrnuté do stanovení BAT pro soustavy vypouštění odpadního tepla [tm134, Eurovent, 1998] ____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 17
Kapitola 1
Obrázek 1.1: (pokračování/dokončení) Struktura provozních poruch znázorňující faktory zahrnuté do stanovení BAT pro soustavy vypouštění odpadního tepla [tm134, Eurovent, 1998] __________________________________________________________________________________________________________________________________________ 18 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1
1.1 Zdroje tepla, tepelné hladiny a rozsahy použití Všechny průmyslové a výrobní procesy, které využívají energii, transformují různé formy energie (mechanická, chemická, elektrická, atd.) do tepla a hluku. V závislosti na procesu nemůže být toto teplo vždy zcela rekuperováno a/nebo opětně využito, ale musí být z procesu odejmuto prostřednictvím chlazení. Množství nerekuperatovetelného tepla může být nazýváno odpadní teplo, a toto teplo musí být odvedeno do životního prostředí, poněvadž životní prostředí slouží jako tepelná jímka. Celá řada procesů se specificky vysokou produkcí odpadního tepla a s vysokým požadavkem na chlazení je uvedena níže v tomto dokumentu. Ve velkém počtu procesů existují různé zdroje odpadního tepla na různých (teplotních) hladinách: vysoká hladina (nad 60 ºC), střední hladina (25 ºC až 60 ºC), a nízká hladina (10 ºC až 25 ºC). Je taky možné nalézt v rozsahu téhož výrobního místa rozdílné procesy s jejich specifickými požadavky. Velké chladicí soustavy jsou používány pro velké spalovací provozy (energetický průmysl), v chemickém průmyslu, rafineriích, v průmyslu železa a oceli, v potravinářském průmyslu, průmyslu pro výrobu buničiny a v integrovaném papírenském průmyslu, ve spalovnách a sklářském průmyslu. V rozsahu podobných procesů je chlazení používáno pro různé účely, jako je chlazení látek používaných v procesu ve výměníku tepla, chlazení čerpadel a kompresorů, vakuových zařízení a chlazení kondenzátorů parní turbiny. Lze rozlišovat následující hlavní zdroje odpadního tepla s jejich přidruženými hladinami odpadního tepla. •
Tření – podle definice to je přeměna mechanické energie v teplo. Chladicí soustavy pro tyto procesy jsou obvykle nepřímé soustavy s olejem jako primárním chladivem. Protože olej je použit jako chladicí látka, je chladicí soustava citlivá na vysoké teploty. Proto je průměrná teplota odpadního tepla na střední hladině.
•
Spalování – přeměna chemické energie na teplo prostřednictvím oxidace. Hladina odpadního tepla procesů spalování je různá.
•
Exotermické procesy (chemické) – Mnoho chemických procesů je exotermických: Chemická energie je transformována na teplo bez jakéhokoliv spalování. Exotermické procesy jsou často velmi citlivé na účinnost odnímání odpadního tepla. Teplotní hladina odpadního tepla je střední až vysoká, v závislosti na procesu.
•
Komprese/stlačování – Stlačování plynu vede k vytváření tepla. Toto teplo musí být obvykle odstraněno jako odpadní teplo při střední až vysoké teplotní hladině.
•
Kondenzace (termodynamické cykly) – Mnoho procesů pracuje na základě principů termodynamických cyklů. Kapalná látka se vypařuje, čímž přejímá energii, následně je tato látka zkondenzována, přičemž se odejmutá energie přeměňuje na teplo. Termodynamické soustavy jsou velmi citlivé na teplotu a teplotní hladina je střední až nízká.
Hladina odpadního tepla je důležitým činitelem, který má být vzat v úvahu při volbě průmyslové chladicí soustavy. Tabulka 1.1 znázorňuje teplotní rozsahy látky (média), která má být ochlazena, a nejvhodnější chladicí soustavy. Čím je hladina odpadního tepla nižší, tím je obtížnější provést ochlazování pomocí suchých vzduchem chlazených soustav. V praxi je vzduchové chlazení často používáno pro teploty procesu nad přibližně 60 ºC. Teplotní hladiny nad 100 ºC jsou obvykle předchlazovány vzduchovými chladiči, pokud nejsou k dispozici žádné volitelné možnosti pro opětné využití tepla. Odpařovací chlazení je v podstatě často používáno k ochlazování proudění v procesu při středních a nízkých teplotách. Pro nízké teploty jsou taky používány průtočné soustavy, zejména v těch případech, kdy jsou potřeba vysoké kapacity. Při volbě chladicí soustavy by rozsahy neměly být brány jako pevně určené. Pro vysokoteplotní rozsah se používá 50 ºC stejně tak jako výše uvedených 60 ºC. Teploty taky do značné míry závisí na lokální situaci (podnebí a teplota chladiva) a potenciální aplikování (chladicí) soustavy se podle toho mění. Takže průtočné chladicí soustavy jsou taky používány při vyšších teplotních hladinách, za předpokladu, že nebudou překročeny přípustné teploty vypouštění na výstupu do recipientu (přijímací vody). V případě procesů, které mají být provozovány po celý rok při měnících se klimatických podmínkách může být taky nutné použít kombinaci různých chladicích soustav. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 19
2000
Kapitola 1
Tabulka 1.1: Teplotní hladiny tepla a rozsah použití [tm139, Eurovent, 1998] Rozsah teploty
Nízká teplota (10 ºC – 25 ºC)
Střední teplota (25 ºC – 60 ºC)
Vysoká teplota (nad 60 ºC)
Vhodná chladicí soustava •
průtočné chladicí soustavy (přímé/nepřímé)
•
mokré chladicí věže (umělý/přirozený tah)
•
hybridní chladicí věže
•
kombinované chladicí soustavy
•
Typické použití •
výroba energie
•
(petro-) chemické procesy
průtočné soustavy (přímé/nepřímé)
•
chladicí cykly
•
•
kompresor
mokré chladicí věže (umělý/přirozený tah)
•
chlazení strojů
•
chladicí věže s uzavřeným okruhem
•
autoklávové chlazení
•
odpařovací kondenzátory
•
chlazení rotačních pecí
•
vzduchem chlazené fluidní chladiče
•
ocelárny
•
vzduchem chlazené kondenzátory
•
cementárny
•
hybridní chladicí věže/kondenzátory
•
•
výroba energie v teplejších regionech (Středozemí)
hybridní chladicí věž s uzavřeným okruhem
•
průtočné soustavy (přímé/nepřímé) ve zvláštních případech
•
spalovny odpadu chlazení spalovacího motoru
mokré chladicí věže (umělý/přirozený tah)
• •
chlazení výfukových plynů
•
chemické procesy
• •
vzduchem chlazené chladiče/kondenzátory
1.2 Úroveň chladicí soustavy a vliv na účinnost procesu 1.2.1 Použití citlivá na teplotu Mnoho chemických a průmyslových procesů jsou teplotně kritická použití. Účinnost procesu je citlivá na teplotu a/nebo tlak a z toho důvodu je v korelaci s účinností odnímání odpadního tepla. Pro tyto procesy je horizontální „přístup“ nejlepší dostupné technologie chlazení spojen s vertikálním „přístupem“ nejlepší dostupné technologie procesu. Příklady teplotně kritických použití jsou tyto: • výroba energie; • termodynamické cykly; • exotermické procesy. Integrovaná prevence znečištění znamená, že volba nejlepší dostupné technologie chlazení a aplikování technik, úprav (asi vody) nebo způsobů provozování by měla vzít v úvahu ne jenom přímé dopady různých chladicích soustav na životní prostředí, ale také nepřímé environmentální dopady způsobené měnícími se účinnostmi různých procesů. Musí být rozhodnuto na lokální úrovni, zda by (volba nejlepší dostupné technologie) měla být prováděna zaměřením se raději na soustavu chlazení, než na výrobní proces. Zvýšení nepřímých dopadů (na životní prostředí) může být podstatně vyšší, než snížení přímých dopadů zvolené chladicí soustavy. Elektrárny (viz Přílohu XII) jsou nejvýznamnějším zdrojem odpadního tepla. Přeměna fosilní energie na elektrickou energii je spojena s mnoha procesy, které vytvářejí odpadní teplo, jak je zmíněno v Části 1.1. Odpadní teplo je vytvářeno v průběhu spalování, tření v turbině, kondenzace páry a během transformace elektrické energie. Samostatná chladicí vodní soustava pro pomocná zařízení používající olej nebo plyn pro hladký provoz zařízení taky vytváří malé množství odpadního tepla. Pokud požadavky na chlazení soustavy na výrobu energie nemohou být splněny, okamžitě se to projeví ve snížení celkové účinnosti, a ve zvýšení emisí do vzduchu. __________________________________________________________________________________________ 20 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1 Tato korelace je znázorněna pomocí následujícího příkladu pro elektrárnu, ve které použití alternativní, pravděpodobně méně účinné chladicí soustavy, vede k poklesu účinnosti elektrárny kolem 3 % (Tabulka 1.2). Jako důsledek přívod zdrojů do elektrárny a její emise do vzduchu se taky zvýší kolem 3 %. Protože emise závisí taky na použitém palivu, mohly by snadno být rozdílné v jiných situacích, ale nebyly k dispozici žádné údaje pro další vyhodnocení této záležitosti.
Tabulka 1.2: Emise průměrné západoevropské elektrárny v důsledku poklesu účinnosti 3 % [tm139, Eurovent, 1998] Emise do vzduchu
Emise /přívod energie [g/kWh] 485
CO2
Další emise způsobené poklesem účinnosti ve výši 3 % [g/kWh] 14,6
SO2 2,4 NOx 1,0 Prach 0,2 Přívod primární energie: 2,65 kWh a přívod dodatečné energie 0,08 kWh.
0,072 0,031 0,006
Jak může volba chladicí soustavy ovlivnit parametry je dobře znázorněno pomocí následujících příkladů, které jsou převzaty z literatury Caudron [tm056, Caudron, 1991]. Tato čísla upozorňují na účinky volby chladicí soustavy v daných klimatických podmínkách. Takže této problematice musí být věnována pozornost, protože se může vyskytnout ztráta v závislosti na volbě chladicí soustavy, na klimatických podmínkách, a na konstrukčním provedení turbiny. Podtlaky v kondenzátorech ((pře)tlaky v kondenzátorech) se budou měnit podle toho, co je uvedeno v následujících tabulkách. V oblastech, kde se vyskytují vyšší teploty okolí, jsou hladiny vakua vyšší při suchých soustavách a mohou dosáhnout až 425 mbar. Nicméně mnoho jiných faktorů, jako je znečištění, tvorba kotelního kamene, koroze a neoptimální (resp. „suboptimální/podoptimální“) konstrukční provedení může vést k podobným ztrátám účinnosti.
Tabulka 1.3: Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku použití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věží pro jednotky 1 300 MWe [tm056, Caudron, 1991] Typ chladicí soustavy Přiblížení K (suchý vzduch 11 [ºC] / mokrý vzduch 9 [ºC]) Jmenovitý tlak kondenzace (mbar) Tepelný výkon (MWth) Dodávaný elektrický výkon (MWe) Diference dodávaného elektrického výkonu (%)
Mokrá chladicí věž
Suchá chladicí věž
Průtočná Mokrá s přirozeným tahem — 12
Přirozený tah
Mokrá/suchá chladicí věž Umělý sací Umělý sací tah tah
Přirozený tah
Umělý sací tah
12,5
12,5
13,5
16
17
44
68
63
63
66
82
80
1 810
1 823
2 458
—
—
—
—
955
937
1 285
1 275
1 275
1 260
1 240
+ 1,9
0
0
- 0,8
- 0,8
-2
- 3,5
Ve výše uvedené tabulce je průtočná (chladicí) soustava brána jako výchozí bod pro zkoušení úrovně jiných (chladicích) soustav. Přiblížení recirkulačních chladicích soustav jsou přídavná k přiblížení výměníku tepla (kondenzátoru), o kterém se předpokládá, že je stejný pro všechny (chladicí) soustavy. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 21
2000
Kapitola 1 Z této tabulky je zřejmé, že volba chladicí soustavy, jako je například suchá chladicí soustava místo mokré chladicí soustavy, vyžaduje pečlivé posouzení. Tato tabulka také ukazuje, proč je mnoho elektráren přednostně umístěno na pobřeží, nebo u velkých řek. Z výrobního hlediska jsou průtočné (chladicí) soustavy účinnější než referenční (chladicí) soustavy (mokré s přirozeným tahem). V případě použití kombinovaných cyklů se tlak kondenzátoru a dodávaný elektrický výkon mění podobně podle typu chladicí soustavy a relativní ztráta výkonu se stává ještě více zřetelnější.
Tabulka 1.4: Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku použití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věží pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem [EDF, osobní připomínky, 1999] Typ chladicí soustavy Přiblížení K (suchý vzduch 11 [ºC] / mokrý vzduch 9 [ºC]) Jmenovitý tlak kondenzace (mbar) Tepelný výkon (MWth) Diference dodávaného elektrického výkonu (MWe)
Mokrá chladicí věž
Vzduchem chlazený kondenzátor
Průtočná /
Přirozený tah ≈8
Umělý sací tah ≈8
34
44
44
74
290 + 0,65
290 0
290 - 1,05
290 - 5,65
≈ 29
1.2.2 Použití necitlivá na teplotu Jiné aplikace jsou méně citlivé na teplotu. Účinnost těchto procesů je méně v korelaci (souvztažná) s teplotou nebo tlakem. V případě těchto procesů by těžiště pozornosti mělo být zaměřeno na ekonomicky a ekologicky nejefektivnější chladicí soustavu pro rozptýlení odpadního tepla, které zůstává k dispozici poté, co byly využity všechny volitelné možnosti pro jeho opětné využití.
1.3 Optimalizace primárního procesu a opětné využití tepla Optimalizace celkové energetické účinnosti primárního procesu nebude v tomto referenčním dokumentu řešena do hloubky. Nicméně v preventivním „přístupu“ IPPC by tato optimalizace měla být provedena ještě předtím, než se začne uvažovat o odnímání/odstraňování odpadního tepla. Jinak vyjádřeno, potřeba vypouštění tepla musí být omezena na nejmenší možnou míru, což současně ovlivní uspořádání a velikost požadované chladicí soustavy. Kromě toho chladicí soustava nutně neznamená vypouštění (odpadního tepla) do životního prostředí, protože byly uskutečněny úspěšné pokusy pro využití taky této energie.
1.3.1 Optimalizace primárního procesu Optimalizace primárního procesu může významně redukovat celkové účinky na životní prostředí. V mnoha členských státech vzniká většina tepla, které nelze rekuperovat, a které má být odstraněno resp. zlikvidováno, v důsledku výroby energie. V závislosti na celkové (energetické) účinnosti je až 60 % energie obsažené v palivu přeměněno na odpadní teplo. Pokud se účinnost procesu výroby energie zvýší, mohou být environmentální účinky sníženy, a chladicí proces zde hraje rozhodující roli. Tento princip může být rovněž aplikován pro jiné průmyslové sektory, což zároveň snižuje náklady na energii, množství tepla vypouštěného do životního prostředí, a také emise do vzduchu (CO2). Obecně vyjádřeno čím je hladina tepla vyšší, tím snadněji může být toto teplo rekuperováno. __________________________________________________________________________________________ 22 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1 Několik příkladů běžně používaných technik: • předehřívání paliva nebo surovin (kovů); • technologie štípání („pinch-technology“); • externí použití (například vytápění zahradních skleníků/obytných čtvrtí); • společná výroba v energetickém průmyslu. Místo používání pouze chladicí vody nebo chladicího vzduchu je v rafineriích obvyklé předehřívat paliva použitím přiváděného studeného proudu uhlovodíku k ochlazení horkého rafinovaného proudu, který je odváděn z jednotky. Následně na to se zmenší potřeba předehřívat (studené) surové palivo a je nižší požadavek na vodu pro chlazení. V závislosti na daném procesu může být počet studených proudů omezen a určitá potřeba na chladicí vodu nebo vzduch zůstane zachována. Společná výroba, neboli kombinovaná výroba tepla a energie, se používá v energetickém průmyslu a v jiných průmyslových sektorech (například papírenský průmysl, (petro-) chemický průmysl). V případech, kde jsou potřebné obě dvě formy energie, může být jejich výroba sloučena. Takové uspořádání šetří energii, redukuje emise CO2 a SO2, a prakticky nevyžaduje téměř žádné chlazení, čímž se předchází tomu, aby byla potřeba (velkých) chladicích soustav.
1.3.2 Použití odpadního tepla mimo místo jeho vzniku Pokud optimalizace procesu vytváření odpadního tepla nevede k jakémukoliv dalšímu redukování odpadního tepla, měl by být posouzen „přístup“ BAT zaměřený na to, zda je možné nalézt nějaké volitelné možnosti opětného využití odpadního tepla. Tato problematika se nachází mimo rozsah IPPC, protože se vztahuje také na genericky dobrý environmentální management tepla. Může být uskutečněn jak na místě již existujícím, tak i jako integrální část volby místa (viz další kapitolu). Nicméně vyhledání vhodných spotřebitelů není jednoduchou záležitostí. Požadavky spotřebitelů jsou často neslučitelné/nesmiřitelné s požadavky na chlazení. V některých případech vyžadují spotřebitelé tepla vyšší teplotní hladinu, než je plánována. Pokud to je technicky možné provozovat primární proces na vyšší teplotní hladině, musí být pečlivě sledována celková energetická rovnováha. Často ztráta energetické účinnosti primárního procesu převažuje nad úsporami dosaženými prostřednictvím spotřeby „odpadní“ energie. Také by měla být věnována pozornost vzniku situací, ve kterých se vytváří závislost na dostupnosti „odpadního“ tepla. Je možné objevit celou řadu příkladů externího použití „odpadního“ tepla elektráren pro přímé vytápění domovů a kanceláří v průběhu zimních období, nebo vytápění zahradních skleníků použitím systému společné výroby, nebo provozováním kombinovaného cyklu. Tyto aplikace mohou zvýšit účinnost využití paliva z hodnoty kolem 40 % na více než 70% a tak snížit požadavky chlazení na takové zařízení. V uvedených příkladech byly používány hybridní chladicí věže, jejichž ventilátory měly regulovatelné otáčky, aby byly schopny přizpůsobit se měnícím se potřebám dálkového vytápění. V jiném případě bylo potřeba provozovat (chladicí) věž v suchém režimu při asi 10 % její celkové kapacity, jakmile teplota venkovního vzduchu poklesla na 5 ºC jednoduše proto, že v tomto bodě bylo dosaženo maximálního vnějšího použití tepla. Tímto vzniká otázka, do jakého rozsahu mohou potenciální volitelné možnosti pro opětné využití (tepla) ovlivnit volbu chladicí soustavy, ve které je požadována flexibilita provozování. Běžně nejsou známy žádné příklady, na kterých by bylo předvedeno, jak se volitelné možnosti pro opětovné využití (tepla) zohledňují ve volbě chladicí soustavy.
1.4 Volba chladicí soustavy pro splnění požadavků procesu a podmínek daného místa 1.4.1 Požadavky procesu Jakmile byla posouzena hladina tepla (vysoká, střední, a nízká), mohla by být uskutečněna první hrubá volba použitím Tabulky 1.1. Kromě hladiny tepla se do volby chladicí soustavy taky zahrnuje mnoho dalších faktorů ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 23
2000
Kapitola 1 za účelem splnění požadavků procesu a všeobecných podmínek daného místa, jako jsou: • požadovaná minimální koncová teplota látky, která má být ochlazována; • požadovaný výkon chlazení; • požadavek na nepřímý (chladicí) okruh, který zvyšuje přiblížení; • klimatické podmínky, dostupnost vody a prostorové požadavky. Z hlediska nepřímých účinků procesu chlazení, které je menší, než je optimální chlazení, je požadovaná minimální koncová teplota procesu, který má být ochlazován, stěžejní záležitostí. Znamená to, že chladicí soustava použitá (soustavy použité), nebo která má být zvolena (které mají být zvoleny), bude (budou) muset dosáhnout této koncové teploty a zároveň splnit jiné (k procesu se vztahující) podmínky. Výkonnost soustavy chlazení by přednostně měla být optimalizována, přičemž se bere v úvahu roční teplotní rozsah chladiva. V případě mokrého chlazení je důležitá teplota vlhkého teploměru a existuje určitá flexibilita pro volbu konstrukční teploty, která zase ovlivní velikost chladicí soustavy a její výkonnostní požadavky. Zmenšení velikosti chladicí soustavy musí být pečlivě vyhodnocena a akceptována pouze případ od případu. Některé provozy musí být provozovány v průběhu celého roku s přijatelnými hodnotami účinnosti a maximálním jmenovitým výkonem. Například v případech, kdy jsou použity chladicí věže s umělým tahem, nebo suché vzduchové chladiče, je možné provozovat soustavu nejekonomičtějším způsobem tehdy, jestliže chladiče mají několik článků. Některé z nich mohou být vyřazeny z činnosti za účelem úspory vody a elektrické energie, aniž by došlo k znatelné ztrátě účinnosti. Obrázek 1.2: Plocha půdorysu (chladicí) věže jako funkce času vyjádřeného v procentech, v jehož Konstrukční teplota vlhkého teploměru (ºC)
Plocha půdorysu věže (m2)
průběhu je překročena konstrukční teplota vlhkého teploměru % ročního překročení konstrukční teploty vlhkého teploměru (konstrukční teploty 40/24/18 ºC), [tm083, Adams a Stevens] Ve vztahu k energetickému průmyslu je Obrázek 1.2 nepoužitelný, protože optimalizace studeného konce se provádí použitím teplot, jejichž hodnoty jsou potvrzeny: • pro mokré nebo suché chladicí věže se teplota mokrého (nebo suchého) vzduchu měří v průběhu celého roku, při použití jedné hodnoty pro každé 3 hodiny; • pro průtočné se měří teplota vody a doporučuje se jedna hodnota na měsíc. __________________________________________________________________________________________ 24 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1 Optimalizace se tedy provádí tak, že se bere v úvahu valorizace energie v průběhu celého roku. Tato metoda, která se nazývá globální aktualizovaná rovnováha, je vysvětlena v Příloze XII. Všeobecně se ve většině průmyslových odvětví používá bezpečnostní rezerva k zabezpečení toho, aby chladicí soustava splnila požadavky na chlazení kdykoliv a zejména v letních měsících. Při okolnostech, kde teplota vlhkého teploměru vždy zůstává dostatečně nízko pod konstrukční teplotou vlhkého teploměru, nebo kde se ukazuje, že tepelné zatížení je nižší, může mít výměník tepla nadměrně vysokou kapacitu. Pokud se očekává takový stav, měly by být věnovány úvahy provozním opatřením, jako je provoz ventilátoru s proměnnými otáčkami, což umožní, aby soustava pracovala pod svou kapacitu a tím snížila požadavek na přímou energii. V mnoha průmyslových odvětvích je používána praxe předimenzovat chladicí soustavu v etapě instalace zařízení aby byl ponechán prostor pro nárůst kapacity: náhradní kapacita je potom postupně využívána až do doby, kdy je potřeba doplnit další (chladicí) věž. V době, kdy se zvažuje žádost o udělení povolení (licence) pro rozšíření výroby a chladicí kapacity, musí být vždy provedeno posouzení rozsahu, do kterého se vyskytuje náhradní kapacita v existující chladicí soustavě, ať už je využívána neúčinně (protože je nedostatečně využívaná), nebo proto, že není dobře udržována. Tato strategie umožňuje stanovit požadovanou chladicí kapacitu (kWth nebo MWth), rozměry resp. velikost chladicí soustavy (výměníku tepla) a snad dokonce i volbu chladiva (voda nebo vzduch). Průmyslová odvětví v Evropě, která vyžadují rozsáhlé chladicí kapacity pro nízké teploty procesu (elektrárny a (petro-)chemický průmysl), dávají přednost místům, kde je k dispozici rozsáhlý a spolehlivý zdroj vody a kde je možné použití průtočné (chladicí) soustavy. V případech, kde dodávka vody je omezena, používají se velkokapacitní otevřené mokré nebo mokré/suché chladicí věže. Potřeba chladit (potenciálně) škodlivé látky může také ovlivnit velikost chladicí soustavy, stejně tak jako možnou koncovou teplotu (viz např. bezpečnostní koncepci VCI v Kapitole 3 a v Příloze VI). V této situaci může vést „přístup“ BAT k závěru, že účinkům úniků v důsledku netěsností může být patřičně zabráněno pouze tehdy, pokud se použije sekundární (nepřímá) soustava chlazení. Znamená to, že musí být navržen druhý okruh, a že konstrukční teplota se zvýší, neboť to vyplývá ze zvýšení přiblížení. Toto povede k vyšším koncovým teplotám látky, která má být ochlazována/chlazena a k dalšímu snížení celkové účinnosti.
1.4.2 Volba místa Je zřejmé, že existuje mezní hodnota rozsahu, ve kterém charakteristiky specifické pro předmětné místo mohou být optimalizovány volbou optimálního místa. Jednoduše vyjádřeno, pro již existující (chladicí) soustavy je místo danou hodnotou a environmentální optimalizace musí být zvažována v rozsahu omezení předmětného místa. Například restrikce použití vody provedením změny na suché vzduchové chlazení se může jevit jako samozřejmá volba. Nicméně klimatické podmínky toho řešení nemusí umožnit v těch případech, kde teplota suchého teploměru se očekává taková, že překročí požadovanou konstrukční teplotu po dobu velké části roku, ledažeby byl akceptován snížený výkon výrobního procesu, stejně tak jako současné snížení celkové účinnosti daného provozu. Pokud je volba místa jen jednou z volitelných možností, mohou být významně ovlivněny požadavky chladicího procesu. Proto je důležité, aby v průběhu konstrukční fáze byly zváženy všechny níže uvedené aspekty v procesu volby místa: • množství, jakost a náklady na dostupnou chladicí látku (chladicí médium) (voda, stejně tak, jako vzduch); • dostupné rozměry (plocha, výška, tíha chladicího zařízení); • vliv na jakost vody a na vodní organismy; • vliv na jakost vzduchu; • meteorologické vlivy; • vypouštění chemických látek do vody; • emise hluku; ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 25
2000
Kapitola 1 • • • • • • • •
estetické aspekty stavby/budov; kapitálové náklady na chladicí soustavy, čerpadla, potrubí a úpravu vody; provozní výdaje na čerpadla, ventilátory a úpravu vody; roční náklady na údržbu a opravy; provozní parametry, jako jsou minimální životnost (provozní život), roční doba provozování, průměrné zatížení tepelným výkonem a průtokem vody; provozní požadavky jako je požadované přiblížení a dostupnost (chladicí) soustavy; environmentální legislativní požadavky vztahující se na tepelné emise, emise parních vleček, akustické emise, celkovou výšku, atd.; pro elektrárny: ztráty účinnosti provozu, kapitálové náklady na kompenzování ztrát výkonu, životnost provozu a ztráty příjmů za energii v důsledku nižší účinnosti provozu.
Prostor Různé chladicí soustavy potřebují různé velikosti prostoru pro tutéž chladicí výkonnost a odlišují se od sebe pokud se jedná o požadavky na prostor, výšku a tíhu/hmotnost. Toto všechno závisí na principu předávání tepla, podle kterého vykonávají svoji činnost (viz Přílohu I). V případě rozsáhlých (chladicích) soustav mohou být prostorová omezení problémem a je to součást posouzení předmětného místa. Vztahuje se to takové procesy, které mají být chlazeny pouze vzduchem, kde pro zabezpečení požadované kapacity chlazení jsou požadovány rozsáhlé článkové konstrukce, sestávající z několika článků. V případě menších kapacit by prostorová omezení neměla být omezujícím faktorem, protože na trhu jsou střešní konstrukce, které jsou speciálně navrženy pro tyto situace. Významným činitelem při volbě chladicích soustav jsou prostorová omezení na existujících místech, například v hustě zastavěných městských oblastech, nebo v hustě zastavěných průmyslových oblastech. Například chladicí věž umístěná na střeše budovy nevyžaduje žádný další prostor na zemi, ale umístění na střeše může způsobit omezení ohledně její tíhy. Prostorové a výškové požadavky jsou důležitá kritéria pro vzduchem chlazené a hybridní chladicí soustavy. Ventilace (asi vhodnější „proudění“, pozn. překl.) vzduchu může být dosaženo přirozeným tahem nebo ventilací umělým tahem za použití ventilátorů. Pro tentýž výkon chlazení musí být chladicí soustavy s přirozeným tahem mnohem větší a vyšší, než chladicí soustavy s umělým tahem použitím ventilátorů.
Posouzení místa Pokud se jedná o volbu místa je v celé řadě členských států obvyklá praxe, že pro rozsáhlá místa je posouzení environmentálního dopadu vyžadováno jako součást postupu povolování (schvalovacího řízení?). Kromě toho v důsledku potenciálního vysokého dopadu volby místa na chladicí výkon (výkonnost) existují iniciativy pro předběžnou volbu optimálních míst pro chladicí zařízení v regionálních programech (územního) plánování. Příkladem posouzení místa pro chladicí soustavy s velkými požadavky na vodu, jako jsou takové, které jsou používány elektrárnami, je uveden v Tabulce 1.5 [tm012, UBA, 1982]. Kombinace lokálních kritérií vede směrem ke klasifikaci předmětného místa, resp. vhodnosti takového místa, jako nejvhodnější, středně vhodné, nebo nejméně vhodné. Mělo by být poznamenáno, že používání takového hodnocení je opět jenom částí celkového posouzení, a že místo, které je klasifikováno jako stupeň/třída 3 (pochybná vhodnost), by dobře mohlo být vhodné na základě dosažení celkové rovnováhy faktorů. Příklad důsledků volby místa je možné pozorovat v případě, kdy je použit „přístup“ BAT pro místo, které je kvalifikováno jako stupeň/třída 3. __________________________________________________________________________________________ 26 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1
Tabulka 1.5 Kritéria pro volbu místa vztahující se k velkým požadavkům na chlazení (Odvozeno z [tm012, UBA, 1982]) Kritéria
Stupeň 1 (dobrá vhodnost)
Dostatečná dodávka chladicí vody
Stupeň 2 (uspokojivá vhodnost)
W
Stupeň 3 (pochybná vhodnost)
W
W
Vysvětlení NNQ: nejnižší známý objem průtoku povrchové vody
NNQ > -----------ζ c ΔT Bohatá dodávka chladicí vody
NNQ ≈ -----------ζ c ΔT Dostatečná dodávka chladicí vody
NNQ < -----------ζ c ΔT Nedostatečná dodávka chladicí vody bez technických opatření
Třída jakosti vody
Třída jakosti vody
Bez ohledu na třídu jakosti
II mírně znečištěná II/III kriticky znečištěná
III
V
V ≈Aa
V>Aa
V: ztráty odpařováním ve zvoleném místě
Menší ztráty odpařováním
Únosné ztráty odpařováním
Ztráty odpařováním nejsou přijatelné bez technických opatření
(objemový průtok) A: přípustné odpařování pro místo a: část A, která může být použita, omezená jinými zdroji odpadního tepla v daném místě
Dopad na dodávku pitné vody
Vypouštění chladicí vody nemá žádný dopad na dodávku pitné vody
Vypouštění chladicí vody může mít za určitých okolností dopad na dodávku pitné vody, negativním účinkům může být zabráněno
Toto kritérium musí být zváženo pokud směrem po proudu od daného místa je z povrchové vody získávána pitná voda (současně, nebo se plánuje do budoucna)
Frekvence dlouhých parních vleček v malé nadmořské výšce a odvádění odpadního tepla do bezprostředního okolí daného místa (poloměr 2 km) Topografická situace v okolí daného místa
Velmi nízká frekvence (< 2 % v průměru ročně), dlouhé (< 100 m) parní vlečky v malé nadmořské výšce (≤ 300 m) a odvádění odpadního tepla < 10 000 MW) Žádné nebo jenom několik málo vyvýšenin s nadmořskou výškou větší než má chladicí věž v rozsahu poloměru asi 20 km od daného místa Velký potenciál pro ekonomicky realizovatelné
Častější výskyt dlouhých parních vleček v malé nadmořské výšce a odvádění odpadního tepla < 10 000 MW
Vypouštění chladicí vody má dopad na dodávku pitné vody, negativní účinky nemohou být vyloučeny bez dodatečných technických opatření Odvádění odpadního tepla > 10 000 MW
Vhodná jakost vody
Dodržování povolených ztrát odpařováním
Možnost ekonomického využití odpadního
vážně kontaminovaná
Několik vyvýšenin vyšších než je chladicí věž v rozsahu poloměru asi 2km až 20 km od daného místa Malý potenciál pro ekonomicky realizovatelné
W: tepelný tok, který má být odveden do vody ζ: hustota vody c: měrná tepelná kapacita vody ΔT: přípustné zvýšení teploty povrchové vody (Německé třídění jakosti vody)
I neznečištěná II mírně znečištěná II/III kriticky znečištěná III/IV velmi vážně kontaminovaná IV nadměrně kontaminovaná
Několik vyvýšenin vyšších než je chladicí věž v rozsahu poloměru menšího než 2 km od daného místa Žádná možnost ekonomického využití
Možnost ekonomického využití odpadního tepla
tepla
použití dálkového vytápění
použití dálkového vytápění
odpadního tepla, nebo pochybná možnost, protože nebyla pečlivě prozkoumána
zvyšuje atraktivnost daného místa a může překonat jiné nevýhody a zmenšit vypouštění tepla
____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 27
Kapitola 1 Posouzení by mělo být zahájeno volbou některé z volitelných možností pro opětné využití tepla, poněvadž toto by mělo mít vliv na požadavky na chladicí vodu. Toto kritérium nemůže být splněno, když žádné externí využití tepla není možné a veškeré teplo, které nelze rekuperovat, musí být vypuštěno. Dodávka vody a přípustné odpařování jsou omezeny a ve vztahu k parním vlečkám se mohou vyskytovat poruchy v blízkém okolí předmětného místa. Jestliže z důvodů daného procesu je nutné použít vodou chlazenou chladicí soustavu, musí být aplikovány metody, kterými se šetří voda a, například, by měla být doporučena recirkulační chladicí soustava (například otevřená mokrá chladicí věž) místo průtočné chladicí soustavy. Toto bude znamenat aplikování některých druhů úpravy vody, v závislosti na jakosti vody a na cyklech koncentrace. Dalším požadavkem by mohlo být potlačení vzniku parní vlečky, který vybízí k úvahám o hybridním uspořádání. Pokud je k dispozici dostatečně veliký prostor a klimatické podmínky jsou příznivé, může být taky zváženo použití vzduchového chlazení. Integrovaný „přístup“ se bude řídit podle porovnání využití energie a nákladů. Proces volby místa vyžaduje, aby pro „konečného kandidáta“ pro dané místo byla provedena detailní posouzení ohledně volby možných chladicích soustav za účelem zjištění optimálního řešení z celkového pohledu.
1.4.3 Klimatické podmínky Klima neboli podnebí, vyjádřeno ve smyslu teplot vlhkého a suchého teploměru, je nesmírně důležitá podmínka specifická pro dané místo. Ovlivňuje jak volbu typu chlazení a možnou koncovou teplotu procesu, který má být ochlazován. Rozpor mezi chlazením vzduchem a/nebo vodou nastává tehdy, když požadavek na chlazení je vysoký a splnění požadavků se stává obtížnější. Zejména v oblastech, kde vysoké teploty vzduchu a vysoké teploty vody kolidují s nízkou dostupností vody během části kalendářního roku a určitá provozní flexibilita chladicí soustavy může být velmi důležitá a může být dosažena kombinováním vodního a vzduchového chlazení. Nicméně někdy může nastat případ, že určité ztráty účinnosti musí být akceptovatelné. Pro dosažení požadované teploty procesu je samozřejmým požadavkem pro všechny chladicí soustavy, že chladicí látka (chladicí médium) musí mít nižší teplotu, než je teplota látky, která (média, které) má být ochlazována(o); nicméně toto ale závisí na teplotách vlhkého a suchého teploměru. Jak pro chladicí soustavu chlazenou vodou, tak pro chladicí soustavu chlazenou vzduchem mohou být sezónní výkyvy teploty chladicího média mezním faktorem pro volbu chladicí soustavy a mohou vyžadovat použití určitého způsobu provozu. Teplota vlhkého teploměru je vždy nižší než teplota suchého teploměru (Tabulka 1.6). Teplota vlhkého teploměru závisí na naměřené teplotě ovzduší, na vlhkosti a tlaku vzduchu. Pro předávání latentního tepla (předávání tepla odpařováním) je teplota vlhkého teploměru relevantní teplotou. Je to teoreticky nejnižší teplota, na kterou může být voda ochlazena odpařováním. Pro citelné předávání tepla (předávání tepla sdílením, resp. vedením a prouděním) je relevantní teplota suchého teploměru v případech, kde chladivem je vzduch. Pro volbu typu a konstrukčního provedení chladicí soustavy je konstrukční teplota důležitá a obvykle se vztahuje k letním hladinám teplot vlhkého a suchého teploměru. Čím vyšší je rozdíl mezi těmito teplotami a čím vyšší jsou teploty suchého teploměru, tím obtížnější bude dosáhnout dolních teplot chladicími soustavami chlazenými vzduchem. Jak už je zmíněno výše, toto může vést k poklesům/ztrátám účinnosti. K překonání poklesů účinnosti mohou být učiněna opatření, tyto však vyžadují určité investice. Z ekonomických důvodů je užitečné stanovit kolísání těchto teplot v průběhu (kalendářního) roku a během jaké části roku v procentním vyjádření byly maximální teploty ve skutečnosti dosaženy. Jako příklad je v Tabulce 1.6 uvedeno, jak může pro rozdílné klimatické podmínky v Evropě volba suché nebo mokré chladicí soustavy ovlivnit poklesy účinnosti procesu v důsledku Carnotova cyklu. V tomto příkladu je uvažováno s přiblížením pro mokré chlazení ve výši 4 K a tato hodnota musí být připočtena k teplotě vlhkého teploměru pro získání minimální koncové teploty chladiva. Přiblížení pro suché chlazení je nastaveno na 12 K, které mají být připočteny k teplotě suchého teploměru. Čím vyšší je rozdíl mezi vlhkými a suchými koncovými teplotami, tím vyšší je pokles/ztráta účinnosti (v tomto příkladu), kde se vyskytují ztráty/poklesy účinnosti průměrně 0,35 % na K. Zároveň pro příklad 5% ztráty účinnosti by účinnost elektrárny konvenčního provedení byla 38,6 % místo 40 % (viz Přílohu XII.6). __________________________________________________________________________________________ 28 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1
Tabulka 1.6 Klimatické podmínky v Evropě (odvozeno z [tm139, Eurovent, 1998]) Země a místo
Teplota suchého Teplota vlhkého Rozdíl K teploměru (1%)2 teploměru (1%)2 (ºC) (ºC)
Koncová teplota Suchá soustava3 (ºC)
Koncová teplota Mokrá soustava4 (ºC)
ΔT mokrýsuchý (K)
Pokles účinnosti5 (%)
Řecko
Atény
36
22
14
48
26
22
7,7
Španělsko
Madrid
34
22
12
46
26
20
7,0
Francie
Paříž
32
21
11
44
25
19
6,7
Itálie
Řím
34
23
11
46
27
19
6,7
Rakousko
Vídeň
31
22
9
43
26
17
6,0
Německo
Berlín
29
20
9
41
24
17
6,0
Nizozemsko
Amsterodam
26
18
8
38
22
16
5,6
Francie
Nice
31
23
8
43
27
16
5,6
UK
Londýn
28
20
8
40
24
16
5,6
Německo
Hamburk
27
20
7
39
24
15
5,3
Norsko
Oslo
26
19
7
38
23
15
5,3
Belgie
Brusel
28
21
7
40
25
15
5,3
Španělsko
Barcelona
31
24
7
43
28
15
5,3
Finsko
Helsinky
25
19
6
37
23
14
4,9
Dánsko
Kodaň
26
20
6
38
24
14
4,9
Portugalsko
Lisabon
32
27
5
44
31
13
4,6
UK
Glasgow
23
18
5
35
22
13
4,6
Irsko
Dublin
23
18
5
35
22
13
4,6
Poznámky: 1) 2) 3) 4) 5)
údaje uvedené v tabulce 1.4 jsou ilustrativní pro varianty podnebí v Evropě. V jiných referenčních dokumentech mohou být uvedeny poněkud odlišné údaje. Přesné údaje nebo místo mohou být analyzovány meteorologickým institutem. statisticky jen 1 % maximálních teplot se nachází nad tímto údajem přiblížení 12 K přiblížení pro mokrou soustavu: 4 K průměrný pokles účinnosti 0,35 % na ΔT K
____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 29
Kapitola 1
1.4.4 Matematické modelování, simulace na modelech a zkoušky na pilotních cyklech Pro posouzení dopadu nových a již existujících velkých chladicích soustav a pro optimalizaci jejich provedení resp. výkonnosti mohou být použity matematické modely, zejména v případě citlivých ekosystémů. Mohou být provedeny simulace a zkoušky na pilotních cyklech, pomocí kterých se předpovídají tepelné změny povrchové vody v blízkosti a ve vzdálených místech, které jsou způsobeny emisemi tepla; stejně tak se provádí optimalizace úpravy proti znečištění. Účelem modelování je studovat fyzikálně-chemické dopady a adaptovat výsledky tohoto modelování na daná zařízení za účelem redukování těchto dopadů v co možná největším rozsahu. Zejména je důležité prostudovat: • odběry a vypouštění vody; •
vizuální aspekty předmětného místa;
•
vytváření parních vleček;
• tepelné a chemické dopady na přijímací prostředí (recipienty). Cílem zkoušek na pilotních modelech je definovat optimální úpravu chladicí vody jak s ohledem na tvorbu kotelního kamene, tak i s ohledem na jakékoliv biologické výviny (růsty). Aby toto bylo realizováno, jsou na předmětném místě instalována pilotní zařízení reprezentující skutečné komerční provozní podmínky na dobu kolem jednoho roku. Toto umožňuje vzít v úvahu odchylky jakosti vodní cesty v průběhu jednotlivých období kalendářního roku a zkusit realizovat některé volitelné možnosti v reprezentativním měřítku (například volba výplní chladicí věže, volba směsí/slitin).
1.5 Volba chladicí techniky pro splnění environmentálních požadavků Environmentální požadavky mohou ovlivnit použití chladicích soustav a jsou dalším krokem při vyvážené volbě nové chladicí soustavy, nebo při optimalizaci již existující chladicí soustavy. Obecně vyjádřeno, lze rozlišit pět hlavních aspektů, které mají důsledky na volbu chladicích soustav: • minimalizace použití energie; • minimalizace emisí tepla; • minimalizace emisí rozsáhlých parních vleček; • minimalizace emisí do vody; • minimalizace hlukových emisí; • minimalizace imisí do půdy a pozemních míst (habitatů) s výskytem organismů. (je ovšem uvedeno šest aspektů, pozn. překl.) Tyto aspekty jsou průřezově spojeny a každá volba má potenciálně své důsledky na jeden z dalších aspektů. Cílem je preventivní zabránění emisím do životního prostředí z běžných provozních postupů. V průběhu tohoto postupného kroku posuzování (chladicích soustav) by se měly vyjasnit rozdíly mezi vodním chlazením, vzduchovým chlazením a chlazením vzduch/voda, jakož i provozní důsledky volby konkrétního konstrukčního provedení, nebo konkrétního materiálu.
1.5.1 Všeobecné porovnání mezi chladicími soustavami chlazenými vzduchem a vodou Minimalizace environmentálních aspektů je často překládána jako porovnání mezi chladicími soustavami chlazenými vodou a chlazenými vzduchem. Již dříve v tomto dokumentu byl prosazován názor, že posouzení vodního chlazení versus vzduchové chlazení by nemělo být prováděno v obecném smyslu, protože se tím opomíjí lokální omezení, která mohou limitovat kteroukoliv z těchto dvou chladicích soustav. Nicméně by mohlo být vhodné posoudit nebo znovu posoudit požadavky na vodu používanou v chladicí soustavě z hlediska programů na uchování vody a z hlediska zvyšujícího se požadavku na vodu dobré jakosti pro jiné účely (občanské/civilní a průmyslové), než je chlazení. __________________________________________________________________________________________ 30 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1 Rozhodující ekonomický mezní bod při volbě mezi soustavou suchého vzduchového chlazení a soustavou vodního chlazení není pevným bodem a podle literatury se bude nacházet někde mezi 50 ºC a 65 ºC (jako koncová teplota) v závislosti na lokálních klimatických podmínkách. Bylo sestaveno několik obecně platných poznámek při srovnávání charakteristik suchého vzduchového chlazení a mokrých chladicích soustav, jejichž požadovaný chladicí výkon je stejný: [tm001, Bloemkolk,1997]. Pokud se jedná o prostorové požadavky: •
Vzduchové chlazení vyžaduje prostor kvůli nízké měrné tepelné kapacitě vzduchu. Prostor může být udržován jako minimální prostřednictvím instalování vzduchových chladičů nad zařízením, které je použito v procesu, nebo nad potrubním mostem;
•
Vzduchem chlazené soustavy mají svá omezení vztahující se k jejich umístění, poněvadž nemohou být umístěny příliš blízko u budov kvůli výsledné cirkulaci vzduchu, blokování dodávky vzduchu a nebezpečí recirkulace; Náklady na údržbu Náklady na údržbu pro vzduchové chlazení jsou všeobecně považovány za nízké, protože se nevyžaduje odstraňování kotelního kamene a mechanické čištění povrchových ploch, které jsou v kontaktu s vodou a nevyžadují přídavnou povrchovou plochu ke kompenzaci ztráty povrchové plochy způsobené znečištěním na vodní straně; Řízení procesu
•
•
Omezování teploty procesu je v případě vzduchového chlazení, nebo v případě recirkulačního proudění snadnější, než v případě průtočného chlazení, kde uvedení přívodu a odvodu vody do rovnováhy omezuje ovladatelnost vodního proudu a zvyšování teploty. V případě chlazení s umělým tahem nebo v případě odpařovacích soustav neexistuje žádný limit na dostupné množství vzduchu a proud vzduchu může být nastaven podle požadavku procesu za použití cyklování ventilátoru, použitím instalace několika ventilátorů, nebo modulačním řízením kapacity;
•
Omezování úniků chladicí vody netěsnostmi je snadněji zjistitelné, přestože detekce úniku vlivem netěsností v kondenzátorech se uvádí jako obtížnější. Úniky vlivem netěsností obvykle ovlivňují účinnost procesu.
1.5.2 Konstrukční faktory a volba materiálů Při postupu podle „přístupu“ BAT je (konstrukční) návrh chladicí soustavy a volba materiálů, které mají být použity, důležitým preventivním krokem. Jednak mohou ovlivnit provoz jako požadované množství přímé spotřeby energie, dále výskytem řízených emisí (úprava vody) a neřízených emisí (úniky v důsledku netěsností) do životního prostředí, dále emisemi hluku, a směrem tepelných emisí (voda nebo vzduch). Rovněž zvolené konstrukční provedení a zvolené materiály budou vyžadovat určitou úroveň investování Opět zde je dosažení rovnováhy hledáno mezi mírou prevence emisí konstrukčním provedením, použitými materiály a zahrnutými investičními náklady. Je to opět záležitost komplexní a specifická pro předmětné místo, ve které se berou v úvahu následující faktory: • typ provozu (např. průtočný nebo recirkulační); •
konstrukční provedení chladiče a uspořádání chladicí soustavy (přímá/nepřímá);
•
hladina tlaku (kondenzátor);
•
složení a korozívnost chladicí vody;
•
složení a korozívnost látky (média), která (které) má být ochlazována (ochlazováno);
• požadovaná dlouhá životnost a náklady; Je k dispozici celá řada materiálů a za účelem zvyšování odolnosti (chladicích zařízení) jsou nejobvykleji používány uhlíková ocel, ocel s povrchovou úpravou (pozinkovaná), hliník/mosaz, měď/nikl, vhodné typy ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 31
2000
Kapitola 1 nerezové oceli a titan. V rozsahu těchto skupin se používá další podrobnější členění podle jakosti. Rozsáhlým způsobem se zjišťuje zejména odolnost proti korozi, mechanické erozi a biologickému znečištění podle jakosti vody kombinované s možnými prostředky pro kondicionování vody. V Příloze VI jsou uvedeny některé úvahy ohledně volby materiálu pro průtočné a otevřené recirkulační (chladicí) soustavy. Pro každou průmyslovou chladicí soustavu může být provedeno podobné posouzení. V případě vodních (chladicích) soustav a chladicích soustav /voda/vzduch může být zvolen materiál v závislosti jak na chladivu a na látce, která je použita (médiu, které je použito) v procesu, zatímco v případě primárního uzavřeného okruhu suchého chlazení je látka použitá (médium použité) v procesu důležitější. Je samozřejmé, že pro různé části zařízení mohou být použity různé materiály. Dává se přednost jakosti materiálu, která je méně citlivá na korozívnost vody, nebo na podmínky procesu. Pokud jsou zvoleny citlivější materiály (slitiny), důsledkem může být to, že bude třeba provést komplexní úpravu chladicí vody a zabezpečit kontrolní program, což povede k emisím a nákladům. V Tabulce 7 je znázorněn příklad vlivu, který je způsoben odchylkami v konstrukčním provedení. Jsou navrženy tři (chladicí) věže pro stejnou chladicí výkonnost a pro tytéž požadované environmentální parametry. Volba chladicí soustavy znamená rozdílné velikosti, ale především rozdíl v energetických nákladech, který je kolem 7 kW vyšší pro chladicí věž s uzavřeným okruhem, aby byl schopen tutéž výkonnost se stejnou hladinou akustického výkonu. V tomto případě mohou provozní náklady vést k volbě jedné z jiných volitelných možností. Pro jiné konstrukční/návrhové faktory může být provedena podobná porovnání, která mohou vést k odlišným účinkům, které favorizují jiná volitelná řešení.
Tabulka 1.7: Porovnání různých chladicích soustav při požadované maximální hladině akustického výkonu [tm139, Eurovent, 1998] Mokrá chladicí věž
Chladicí věž
Hybridní chladicí věž
s umělým tahem
s uzavřeným okruhem
s uzavřeným okruhem
Podnebí/klima teplota suchého teploměru
26 ºC
teplota vlhkého teploměru
18 ºC
Dané výkonnosti Výkon/kapacita
1 200 kW
vstupní teplota
38 ºC
výstupní teplota
32 ºC
Průtok hladina akustického výkonu
47,8 l/s 90 dB(A)
90 dB(A)
90 dB(A)
Délka
3,7 m
3,7 m
5,2 m
Šířka
2,8 m
2,4 m2,0 m
Výška
3,2 m
4,2 m
3,0 m
Výkon ventilátoru
5 kW
11 kW
5,0 kW
Výkon skrápěcího čerpadla
1 kW
2,2 kW
1,0 kW
Specifické údaje
1.5.3 Volitelné možnosti pro technologickou změnu existujících chladicích soustav V případě nových chladicích soustav bude existovat větší flexibilita pro volbu mezi úplnými soustavami a posouzením alternativních volitelných možností, zatímco pro již existující zařízení je změna technologie často drastickým řešením. Někdy je ve specifických případech možné změnit technologii, ale počet volitelných možností pro redukování emisí prostřednictvím technických řešení je pro existující zařízení omezen. Protože „přístup“ BAT zvažuje že prevence emisí je převládající záležitostí, přičemž se berou v úvahu taky ekonomické __________________________________________________________________________________________ 32 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1 aspekty, změna technologie ve volitelnou možností, která by měla být uvážena před optimalizací provozování chladicí soustavy, která má být dále posuzována. V dále uvedených odstavcích jsou uvedena pozorování a zkušenosti dodavatelů k poskytnutí příkladů možných optimalizačních kroků, uskutečněných v rámci „přístupu“ BAT (viz taky Přílohu XI).
1.5.3.1 Retrofit – důvody a okolnosti Provedení retrofitu již existujícího zařízení může být zvažováno z následujících důvodů: 1. náhrada existující technologie odlišnou technologií s nižšími požadavky na provoz; 2. náhrada zastaralého technologického zařízení moderním zařízením s vyšší účinností, a 3. modifikace existujícího zařízení za účelem zlepšení parametrů, nebo splnění dalších požadavků. Na rozdíl od volby nového zařízení (instalace), kde mohou být parametry předmětného místa více či méně definovány, ve scénáři retrofitu je obvykle následující počet parametrů pevně stanoven: • prostor – zařízení, na kterém je realizován retrofit, musí zapadnout do existujícího prostoru; •
dostupnost provozních zdrojů – nové zařízení (nová instalace) by neměla přesáhnout provozní zdroje, které byly potřeba pro staré zařízení, nová infrastruktura by mohla mít za následek zvýšení nákladů; a
•
legislativní omezení – environmentální dopady, jako jsou zvuková (hluková) kritéria obvykle musí být na stejné úrovni, nebo nižší, než platilo pro stará zařízení (staré instalace).
Prostor je často důležitým důvodem pro samotné provedení retrofitu. Pokud bude vystavěn nový provoz, nebo budou postaveny nové budovy na existujícím prostorově omezeném místě, mohlo by být řešením zvolit chladicího zařízení nového typu, které může být umístěno na střeše budovy, nebo které vyžaduje menší prostor, než vyžadoval starý typ. Přednostním řešením by mohlo být nové zařízení s nižšími provozními potřebami, takže retrofit je také přidružen k nižším provozním nákladům. Nižší provozní náklady budou jedním z hlavních důvodů pro uskutečnění retrofitu. Nicméně se dává přednost tomu, aby byl posouzen scénář retrofitu, který redukuje emise stejně tak jako spotřebu provozních zdrojů. Toto bude všeobecně vyžadovat vyšší investiční náklady. Při posuzování úspor provozních nákladů a jakéhokoliv redukování emisí, vyšší investiční náklady se mohou během krátkého časového období zaplatit. Všechny scénáře retrofitu musí posoudit jak technologii chlazení, tak i proces, který má být ochlazován. Na obě dvě tyto položky musí být pohlíženo jako na jednu soustavu (jeden systém). Změny v soustavě chlazení mohou mít vlivy na předmětný proces a obráceně. Prvním cílem jakéhokoliv retrofitu musí být zachovat, nebo pokud to je možno zlepšit účinnost procesu, který má být ochlazován. Na druhé straně změny v procesu, který má být ochlazován, budou mít taky za následek odlišné požadavky na chladicí soustavu. Toto by mohl být další významný důvod pro uskutečnění retrofitu. Změny v procesu, který má být ochlazován, mohou mít za následek změnu požadavků na chladicí soustavu. •
V důsledku nové technologie se procesem vytváří méně odpadního tepla a je požadována menší chladicí kapacita (požadován nižší chladicí výkon) (příklad: počítačové terminály, proces se třením).
•
Teplotní hladina odpadního tepla byla změněna, a to jak směrem k vyšším teplotám tak i k nižším teplotám (příklad: procesy spalování).
•
Teplo vytvářené procesem je z velké části tepla rekuperováno, takže do životního prostředí musí být odstraněna menší množství odpadního tepla.
• Citlivost procesu na teplotu je zvýšena, a je potřeba použít účinnější chladicí soustavu. V Tabulce 1.8 je uveden souhrn volitelných možností pro technologické zdokonalení, která, podle informací dodavatelů, mohou být považována za technicky snadná (E), možná (P), obtížná (D), nemožná (NP), nebo se na daný případ nevztahují (NA). Všeobecně vyjádřeno každá (chladicí) soustava má variabilní počet volitelných možnosti pro retrofit. Možnosti NP-E udávají, že aplikování volitelné možnosti do značné míry závisí na specifické situaci, ve které je chladicí soustava provozována. (Viz taky Kapitolu 3 a přílohy). ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 33
2000
Kapitola 1
Tabulka 1.8: Volitelné možnosti technologického zdokonalení pro existující soustavy (osobní připomínky) Volitelné možnosti
Průmyslové chladicí soustavy1 OTCS
OWCT
OWDCT
CCWCT
CCDCT
CCWDCT
Všeobecně
E
E
E
E
E
E
Zlepšení výkonu/kapacity
E
E
D
D
D
D
Redukování kWe
D
E
D
E
D
D
Redukování použití vody
NA
NP-E
D
NP-E
NA
D
Redukování parní vlečky
NA
NP-E
NA
E
NA
NA
Redukování hluku
NA
E
D
E
D
E
Redukování unášení
NA
E
E
E
NA
E
Poznámky: 1 Kód chladicí soustavy (viz taky Kapitolu 2) OTCS OWCT OWDCT CCWCT CCDCT CCWDCT
— průtočná chladicí soustava — otevřená mokrá chladicí věž — otevřená mokrá/suchá chladicí věž — mokrá chladicí věž s uzavřeným okruhem — suchá chladicí věž s uzavřeným okruhem — mokrá suchá chladicí věž s uzavřeným okruhem
Existuje mnoho možných způsobů retrofitu chladicího procesu a některé typické scénáře společně s jejich relevantními úvahami jsou uvedeny v následujících odstavcích.
1.5.3.2 Změna technologie předávání tepla Nižší provozní náklady přidružené k nové technologii nebo k legislativním omezením jsou obvykle hlavními důvody pro náhradu jedné technologie předávání tepla jinou technologií. Typickým příkladem je náhrada průtočné chladicí soustavy recirkulační chladicí soustavou, vykazující úspory provozních nákladů (voda a odpadní voda(„sewage“)) a následující omezení emisí tepla do povrchové vody. Ekonomické parametry recirkulační chladicí soustavy závisí na měrných nákladech na vodu, odpadní vodu („sewage“) a elektrickou energii. Za předpokladu, že průměrná cena vody a odpadní vody („sewage“) je 1 [EUR/m3] a cena za elektrickou energie je 0,1 [EUR/kWh], jsou v tomto příkladě provozní náklady 38 800 EUR pro průtočnou soustavu a 48 000 EUR (2 100 EUR za vodu a 27 000 EUR za energii) pro recirkulační chladicí soustavu. (zřejmě je zde nějaká chyba v uvedených číslech, pozn. překl.). Roční úspora je 34 000 EUR, která je vyšší, než investiční náklady ve výši 21 000 EUR. Pokud dosažení rovnováhy dává na prvním místě přednost životnímu prostředí a investiční náklady budou mnohem vyšší, než roční náklady, stane se doba pro znovuzískání investic důležitým faktorem. Do tohoto příkladu je zároveň zahrnuto jak životní prostředí ve vztahu k požadavkům na vodu, tak i profit firmy, který vyplývá ze změny technologie. Nicméně environmentální náklady jsou způsobeny dodatečnými energetickými požadavky, a to na energii pro další ventilátory a čerpadla. Použití vody je v tomto příkladu značně ovlivněno ztrátami odpařováním, které byly vypočítány za předpokladu, že jejich množství je 1,8 % cirkulujícího množství (vody) na 10 K (viz Přílohu V.3). Tento příklad pouze ukazuje, jak přistupovat k změnám technologie. Vzhledem k rozdílným cenovým hladinám budou výsledky zcela odlišné a mohou upřednostňovat průtočnou chladicí soustavu. Například v Itálii, kde je cena elektřiny kolem 0,05 [EUR/kWh] a cena vody pro otevřený okruh činí 0,01 [EUR/m3] ve srovnání s cenou 0,1 [EUR/m3] až 0,2 [EUR/m3] pro uzavřený okruh, mohla by být průtočná chladicí soustava z ekonomického pohledu příznivější. __________________________________________________________________________________________ 34 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1 Tabulka 1.9: Příklad přestavby průtočné soustavy na recirkulační soustavu [tm139, Eurovent, 1998]
Příklad: vzduchový kompresor 500 kW
Průtočná chladicí soustava
Recirkulační chladicí soustava
vstupní teplota 15 ºC 27 ºC výstupní teplota 35 ºC 35 ºC průtok 6 l/s 15 l/s počet hodin provozu za rok 1 800 h 1 800 h ztráta odpařováním — 1 400 m3/rok odkalování — 700 m3/rok 3 potřeba vody za rok 38 800 m /rok 2 100 m3/rok další energie pro ventilátor a čerpadlo — 15 kW investiční náklady — 21 000 EUR Jestliže se zvažuje změna chladicího uspořádání, musí být vzaty do úvahy vlivy na celkovou účinnost. Pokud to je možné, účinnost by měla být zvýšena. V případě procesů citlivých na teplotu je potřeba zkontrolovat, zda technologie chlazení může poskytnout nižší koncové teploty při stejné úrovni bezpečnosti. Příklad náhrady vodou chlazeného kondenzátoru s otevřenou chladicí věží odpařovacím kondenzátorem ukazuje vliv na koncovou teplotu a na účinnost (chladicí) soustavy. taková technologická náhrada může potenciálně snížit kondenzační teplotu o 4 K až 6 K v závislosti na skutečných podmínkách. Velikost přínosu účinnosti takového retrofitu může být odhadován v řádu 12 % až 15 % požadavku na výkon chladivového kompresoru [tm139, Eurovent, 1998]. V případech, ve kterých použití ((s)potřeba) vody a/nebo náklady na vodu/odpadní vodu („sewage“) musí být redukovány, by pro teplotně citlivá použití ve středním teplotním rozsahu mohlo být zavedení hybridních (chladicích) soustav příznivé. Taková změna obecně nezvyšuje požadavky na elektřinu, ale může značně snížit roční spotřebu vody. V závislosti na skutečných podmínkách a požadované velikosti může koncepce hybridního chlazení vyžadovat další prostor.
1.5.3.3 Náhrada zastaralé technologie předávání tepla moderní technologií Změna technologie často není z různých důvodů vhodná. Nicméně také modifikace/úprava existující technologie by mohla vést k lepší účinnosti, lepší výkonnosti, menším emisím a nižším provozním nákladům. Vývoj soustav proudění vzduchu a ploch pro předávání tepla, stejně tak, jako používání trvanlivějších konstrukčních materiálů, jsou hlavními důvody pro scénáře náhrady/výměny. Protože obvykle nedojde k žádné změně teplot procesu (tatáž technologie), je hlavní střed pozornosti v tomto scénáři zaměřen na redukování potřeby provozních zdrojů a snížení environmentálních dopadů, stejně tak, jako dosáhnout prodloužení životnosti předmětných zařízení. Prodloužení životnosti zařízení o více než 10 let může být dosaženo použitím nových trvanlivých materiálů. Je velmi pravděpodobné, že jakékoliv zařízení instalované před 15 lety nebo 20 lety, může nyní být nahrazeno moderním zařízením s vyšší provozní účinností a lepšími environmentálními a ekonomickými parametry. Typickým příkladem pro zdokonalení průtočných chladicích soustav je použití účinnějších deskových/rámových výměníků tepla. V případě odpařovacích chladicích soustav například se hlavní vývojové aktivity uskutečnily v oblasti zlepšení parametrů výplňových svazků a soustav proudění vzduchu, což má za následek kompaktnější konstrukční provedení s vyššími energetickými účinnostmi. V případě vzduchem chlazených soustav novou technologií tvarování žeber různými způsoby bylo dosaženo podobných výsledků. Příkladem toho, jaký by mohl ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 35
2000
Kapitola 1 vliv na použití energie v případě aplikování lepší účinnosti, je uveden v Tabulce 1.10. V tomto případě musí být investiční náklady uvedeny do rovnováhy s ročními provozními náklady pro použití/využívání energie a na údržbu výplně. Tabulka 1.10: Příklad přestavby zastaralé mokré chladicí věže s umělým tahem na moderní konstrukční provedení [tm139, Eurovent, 1998] Příklad: Zastaralá konstrukce: Moderní konstrukce: Mokrá chladicí věž koncepce s umělým sacím tahem koncepce s umělým sacím tahem s umělým tahem s málo účinnou výplní s vysoce účinnou výplní a soustavou ventilátorů a soustavou ventilátorů Výkon (kapacita) Vstupní teplota Výstupní teplota Teplota vlhkého teploměru Průtok vody Požadovaný výkon ventilátoru Spotřeba energie pro ventilátory Investiční náklady
1 200 kW 38 ºC 28 ºC 21 ºC 28,7 l/s 7,5 kW 9 MW/rok —
4 kW 4,8 MW/rok 14 000 EUR
1.5.3.4 Zdokonalení existující technologie předávání tepla Často není nutné nahrazovat celou soustavu chlazení. Parametry (resp. výkonnost) existujících chladicích soustav mohou být zlepšeny také zdokonalením („by upgrading“) (chladicí soustavy). Hlavní komponenty nebo příslušenství (chladicí soustavy) jsou vyměněny nebo opraveny, přičemž existující (chladicí) zařízení zůstává na daném místě. Zdokonalení může zvýšit účinnost (chladicí) soustavy a redukovat environmentální dopady. Příklady zdokonalení (chladicí soustavy) jsou nové a účinnější výplňové svazky chladicích věží a aplikování zvukových izolací. Příklady, které jsou uvedeny v Tabulkách 1.11 a 1.12 by mohly být považovány za zjednodušená znázornění takových zdokonalení (upgrading). Pro integrované posouzení environmentálních přínosů by rovněž měly být posouzeny ostatní faktory. Například při náhradě výplně chladicí věže za zdokonalenou výplň musí být taky zahrnuty environmentální náklady, které musí být vynaloženy na likvidaci staré výplně. Tabulka 1.11: Příklad náhrady zastaralé výplně mokré chladicí věže s umělým tahem moderní výplní s vysokou účinností [tm139, Eurovent, 1998] Příklad: mokrá chladicí věž Zastaralá výplň Vysoce účinná výplň s umělým tahem Výkon (kapacita) 3 600 kW Vstupní teplota 38 ºC Výstupní teplota 28 ºC Teplota vlhkého teploměru 21 ºC Průtok vody 86,1 l/s Dosavadní podlahová plocha článků 26 m2 Požadavek na výkon ventilátoru 22,5 kW 13,5 kW Spotřeba energie ventilátory 81 MWh/rok 48,6 MWh/rok Investiční náklady — 29 000 EUR To, že ne všechny změny mají pouze pozitivní účinky, je možné pozorovat z údajů uvedených v Tabulce 1.12, kde je uveden příklad dosažení značného snížení hladiny hluku. Nicméně snížení hluku obvykle vede k poklesu __________________________________________________________________________________________ 36 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 1 tlaku, který musí být kompenzován vyšším výkonem ventilátorů. Toto zase naopak zvyšuje přímou spotřebu energie chladicí soustavy. Bude to záležitostí lokální preference, zda převáží nižší spotřeba energie nebo nižší hladina hluku. Zdokonalení neboli modernizace provozní strategie je jiným příkladem zlepšení účinnosti. Cyklické zapínání a vypínání ventilátorů může být změněno na modulované řízení s použitím měničů kmitočtu. Důsledkem tohoto zdokonalení („upgrading“) mohou být významné úspory elektrické energie, které, v závislosti na podmínkách, mohou být 70 % a více. Investiční náklady na zdokonalení („upgrading“) se mohou značně lišit a závisí na typu zdokonalení a na stáří již existujícího zařízení. Investice jsou doprovázeny nižšími provozními náklady, které jsou důsledkem vyšší účinnosti. Investiční náklady na zdokonalení („upgrading“) budou obvykle nižší, než jsou investiční náklady na technologické změny, nebo na náhrady předmětného zařízení. Tabulka 1.12: Příklad zdokonalení akustického provedení doplněním hlukové izolace [tm139, Eurovent, 1998] Příklad: mokrá chladicí věž Existující mokrá chladicí věž Zdokonalení použitím hlukové s umělým tahem izolace Výkon (kapacita) 1 200 kW Vstupní teplota 38 ºC Výstupní teplota 28 ºC Teplota vlhkého teploměru 21 ºC Průtok vody 28,7 l/s Požadavek na výkon ventilátoru 15 kW 18 kW Hladina akustického výkonu 90 dB(A) 81 dB(A) Investiční náklady — 12 000 EUR
1.6 Ekonomické okolnosti Náklady jsou vždy mezi nejdůležitějšími/nejvýznamnější faktory pro volbu chladicí soustavy a mohou být posouzeny pouze na úrovni individuálního projektu. Je možné rozlišovat tři důležité/významné typy nákladů: • investiční náklady; • náklady na údržbu; • provozní náklady vztahující se k požadavkům na energii (a vodu); • environmentální náklady, jako jsou daně a náklady na likvidaci odpadu. (jsou ovšem uvedeny čtyři typy nákladů, pozn. překl.) Absolutní náklady a vztah mezi různými náklady se mění a závisí na předmětné chladicí soustavě. Chladicí soustava, která má nejnižší investiční náklady, nemusí nutně také být (chladicí) soustavou, která vyžaduje minimální provozní zdroje. Technická řešení, která jsou použita za účelem minimalizace spotřeby zdrojů, často vedou k vyšším investičním nákladům. Proto je důležité, aby ekonomické úvahy nebyly soustředěny pouze na jednoduché porovnávání investičních nákladů, ale aby byly zaměřeny taky na provozní náklady chladicí soustavy. V případě elektráren jsou provozní náklady přidruženy k celkové energetické účinnosti. Musí být posouzeny finanční efekty změn účinnosti, které jsou způsobeny volbou různých chladicích soustav. Všeobecně v případě elektráren je porovnávání různých řešení prováděno pomocí již dříve/výše zmíněné technicko-ekonomické metody, při které se používá „aktualizovaný“ nebo „valorizovaný“ poměr, který se liší mezi jednotlivým zeměmi [tm056, Caudron, 1991]. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 37
2000
Kapitola 2
2
TECHNOLOGOCKÉ ASPEKTY POUŽITÝCH CHLADICÍCH SOUSTAV
2.1 Úvod V této kapitole je uveden stručný popis principů uspořádání některých chladicích soustav, které jsou používány v evropském průmyslu. V rozsahu těchto konfigurací je možné nalézt rozmanité aplikace, které jsou všechny zaměřeny na splnění požadavků daného procesu, požadavků předmětného místa a na splnění environmentálních a ekonomických požadavků. Velikost a typ výměníku tepla, typ ventilátorů a provozní praktiky se taky mění. Rozdílné typy chladicích soustav mohou být klasifikovány použitím různých kritérií. Standardní literatura používá následující kritéria: (chladicí soustavy) suché chlazené vzduchem a odpařovací s mokrým chlazením – podle převládajícího termodynamického principu – popřípadě předávání citelného tepla (předávání tepla sdílením) a kombinace předávání latentního tepla (využitím výparného tepla vody) a předávání citelného tepla (předávání tepla sdílením) V případě odpařovacího chlazení jsou spojeny dva principy, ale hlavní část tepla je předávána latentně, a při suchém chlazení se uskutečňuje pouze předávání citelného tepla (sdílením). otevřené nebo uzavřené (chladicí) soustavy – v otevřené (chladicí) soustavě je látka použitá v procesu, nebo chladivo, v kontaktu s životním prostředím; v uzavřené (chladicí) soustavě látka použitá v procesu, nebo chladivo, cirkuluje uvnitř trubek, trubkových hadů, nebo v potrubích a nemá kontakt s životním prostředím. přímé nebo nepřímé (chladicí) soustavy – v přímé (chladicí) soustavě je jeden výměník tepla, ve kterém mezi chladivem a médiem, které má být ochlazováno (látkou, která má být ochlazována) dochází k výměně tepla; v nepřímé (chladicí) soustavě jsou nejméně dva výměníky tepla a uzavřený sekundární chladicí okruh, mezi procesem nebo výrobkem, který má být ochlazován a primárním chladivem. V důsledku dalšího výměníku tepla mají nepřímé (chladicí) soustavy vyšší přiblížení (kolem 5 K). Přímé a nepřímé (chladicí) soustavy jsou známy taky jako primární a sekundární (chladicí) soustavy. V zásadě každá přímá chladicí soustava může být přeměněna na nepřímou (chladicí) soustavu a tato volitelná možnost je zvažována v situacích, kdy únik média použitého v procesu v důsledku netěsností by mohl ohrozit životní prostředí. Chladicí soustavy s přímým kontaktem (nezaměňovat za přímé/nepřímé (chladicí soustavy)) nejsou v tomto BREF popisovány, protože jejich charakteristiky silně závisí na průmyslovém procesu, v němž jsou aplikovány (například horká ocel). Jiným typem chlazení je průtočná (chladicí) soustava s barometrickými kondenzátory, ve kterých je proud plynu přímo ochlazován dávkováním vody nad tímto proudem plynu. Soustavy chlazení tohoto typu lze nalézt v potravinářském průmyslu. Takové (chladicí) soustavy nejsou zahrnuty do tohoto dokumentu, protože to jsou soustavy, které buďto používají podtlakové techniky, nebo specifická chladiva, jako je například HCFC (halogenované uhlovodíky obsahující vodík, chlor, fluor a uhlík). V praxi je možné v Evropě i mimo Evropu objevit rozmanité názvy, které se používají jak pro chladicí zařízení, tak i pro chladicí uspořádání. Názvosloví je mnohdy spojeno s účelem aplikování a typologie provozoven pro výrobu energie se řídí podle procesu kondenzace (viz Přílohu XII). Všeobecně vyjádřeno, následující seznam (chladicích) soustav běžně používaných evropským průmyslem může být odvozen z výše uvedených zásad. • průtočné chladicí soustavy (s chladicí věží nebo bez chladicí věže) • otevřené recirkulační chladicí soustavy (mokré chladicí věže) • chladicí soustavy s otevřeným okruhem – chladicí soustavy chlazené vzduchem – mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem • kombinované mokré/suché (hybridní) chladicí soustavy – otevřené hybridní chladicí věže – hybridní věže s zavřeným okruhem V případě uzavřených recirkulačních chladicích soustav může být provedeno další rozlišení mezi malými předem smontovanými hotovými („off-the-peg“) zařízeními a velkými, na zakázku zhotovenými (”tailormade”) uzavřenými chladicími soustavami, které jsou vyrobeny nebo smontovány na místě jejich provozování. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 39
2000
Kapitola 2 Všeobecně vyjádřeno, průtočné (chladicí) soustavy a otevřené recirkulační (chladicí) soustavy se používají pro velké provozy v energetickém průmyslu a (petro-) chemickém průmyslu. Termín (název) věž se používá jak pro konstrukce plášťového typu (například velké chladicí věže s přirozeným tahem), tak i pro konstrukce článkového typu, které mohou být malé a lze je nalézt v použitích na střechách. Pro srovnání jsou některé technické a termodynamické charakteristiky nejobvyklejších průmyslových chladicích soustav shrnuty do Tabulky 2.1. Tyto údaje jsou příkladem odvozeným z daného počtu předpokladů (viz legendu uvedenou v dolní části tabulky). Je důležité uvědomit si, že přiblížení se mohou měnit (kolísat) a do značné míry závisí na konstrukčním provedení výměníku tepla a na teplotě okolního vzduchu. Minimální koncové teploty média použitého (látky použité) v procesu se budou podle toho měnit. Přiblížení pro elektrárny se vypočítá odlišným způsobem (viz Přílohu I). Tabulka 2.1: Příklad technických a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro průmyslová (ne-elektrárenská) použití [tm139, Eurovent, 1998] Chladicí soustava Chladicí Hlavní Minimální Minimální Kapacita/výkon médium princip přiblížení dosažitelná průmyslového (látka) chlazení (K)4 koncová teplota procesu média použitého (MWth) v procesu (ºC) Otevřená průtočná (chladicí) Voda Vedení/ 3–5 18 – 20 < 0,01 – > 2 000 soustava – přímá Proudění Otevřená průtočná (chladicí) Voda Vedení/ 6 – 10 21 – 25 < 0,01 – > 1 000 soustava – nepřímá Proudění Otevřená recirkulační Voda1) Odpařování3) 6 – 10 27 – 31 < 0,1 – > 2 000 2) chladicí soustava – přímá Vzduch Otevřená recirkulační Voda1) Odpařování3) 9 – 15 30 – 36 < 0,1 – > 200 2) chladicí soustava – nepřímá Vzduch Mokrá chladicí soustava Voda1) Odpařování 7 – 147) 28 – 35 0,2 – 10 2) s uzavřeným okruhem Vzduch + proudění Chladicí soustava chlazená Voda Proudění 10 – 15 40 – 45 < 0,1 – 100 suchým vzduchem s uzavřeným okruhem Otevřené hybridní chlazení Voda1) Odpařování 7 – 14 28 – 35 0,15 – 2,56) 2) Vzduch + proudění Uzavřené hybridní chlazení Voda1) Odpařování 7 – 14 28 – 35 0,15 – 2,56) 2) Vzduch + proudění Poznámky: 1) Voda je sekundární chladicí médium (látka) a většinou recirkuluje. Odpařováním vody se teplo 2) předává do vzduchu. 3) Vzduch je chladicí médium (látka), ve kterém (které) se teplo předává do životního prostředí. 4) Odpařování je hlavním chladicím principem. Teplo je taky předáváno vedením/prouděním, ale v 5) menším rozsahu. Musí být doplněna přiblížení výměníku tepla a chladicí věže. 6) Koncové teploty závisí na podnebí (klimatu) předmětného místa (údaje platí pro průměrné středoevropské klimatické podmínky (30/21) ºC teplota vlhkého teploměru a teplotu vody 7) maximálně 10 ºC. Kapacita/výkon malých jednotek – při kombinaci několika jednotek nebo speciálně postaveném chlazení je možné očekávat vyšší kapacity/výkony soustavy. V případech, kdy je aplikována (chladicí) soustava s nepřímým chlazením, nebo je taky použito proudění, přiblížení se v tomto případě zvýší o (3 až 5) K, což vede ke zvýšené teplotě procesu. V Tabulce 2.1 je uvedeno, že jednotlivá uspořádání mají různé teplotní rozsahy a že teplotní rozsah, vyžadovaný pro proces, by mohl vyžadovat určité uspořádání. Z důvodů prostoru a nákladů se vzduchem chlazené soustavy __________________________________________________________________________________________ 40 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2 obvykle nepoužívají pro velmi velké kapacity resp. výkony, zatímco vodní chlazení může být aplikováno pro vypouštění tepla až do hodnoty 2 000 MWth, nebo i pro větší hodnoty. V případě kondenzátorů jsou přiblížení vyšší. Přiblížení pro průtočné (chladicí) soustavy odpovídá součtu „koncového rozdílu“ a zvýšení teploty chladicí vody. Termín (resp. název) „koncový rozdíl“ (se vztahuje) k teplotnímu rozdílu mezi teplotou páry přiváděné do kondenzátoru (nebo kondenzované páry odváděné z kondenzátoru) a teplotou chladicího média, resp. chladicí látky (vody) odváděného z kondenzátoru. Hodnoty kolísají v rozsahu mezi 3 K a 5 K. Použitelné údaje jsou uvedeny v Tabulce 2.2. Tabulka 2.2: Příklady kapacity/výkonu a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro použití v energetickém průmyslu [Připomínka EDF/[tm056, Caudron, 1991] [tm056, Caudron, 1991] [tm056, Caudron, 1991]] Chladicí soustava Použitá přiblížení (K) Výkon/kapacita procesu vyrábějícího energii (MWth) Otevřená průtočná (chladicí) soustava 13 – 20 (koncový rozdíl 3 – 5) < 2 700 Otevřená mokrá chladicí věž 7 – 15 < 2 700 Otevřená hybridní chladicí věž 15 – 20 < 2 500 Suchý kondenzátor chlazený vzduchem 15 – 25 < 900 V této kapitole je poskytnut přehled nejobvyklejších průmyslových chladicích soustav a jsou poskytnuty náznaky environmentálních aspektů, které jsou k těmto chladicím soustavám přidruženy. Podrobnější informace o výměnících tepla a o materiálu je možné nalézt v Přílohách III a IV, stejně tak jako v dokumentech, které jsou uvedeny v seznamu odkazované referenční literatury. V následujících odstavcích budou používány ty technické termíny, se kterými se lze běžně setkat ve zmíněné literatuře. Jako pomůcka pro odkazy při případných konzultacích bude uvedeno upozornění v případech, kdy byly použity taky jiné termíny (názvy).
2.2 Výměníky tepla Výměníky tepla jsou stěžejní prvky předávání tepla, přičemž jsou jak součástí procesu, který má být ochlazován, tak i součástí chladicí soustavy. Následně po výměníku tepla jsou používány různé systémy pro vypouštění tepla do životního prostředí. Běžně jsou používány dva typy výměníků tepla: výměníky tepla kotlového typu (jsou nejobvykleji používány) a výměníky tepla deskového typu.
2.2.1 Kotlové výměníky tepla Je k dispozici mnoho zkušeností s tímto druhem výměníku tepla v procesech, které jsou používány v průmyslu a tento výměník prokázal, že je přiměřeně spolehlivý. Existuje celá řada různých konstrukčních provedení, ve kterých jsou trubky přímé, nebo jsou zformovány do tvaru písmene U, nebo kde je výměník tepla konkrétně navržen pro vysokotlaké podmínky, pro podmínky vysokého tlaku, k provozování s párou, nebo s tepelnými tekutinami. V obvyklých případech je v trubkách obsažena chladicí voda a látka, která je používána v procesu, se pohybuje kolem trubek uvnitř pláště. Pro rozsáhlejší diskusi ohledně kotlových výměníků tepla viz Přílohu II.
2.2.2 Deskové výměníky tepla Deskové výměníky tepla jsou ve zvyšujícím se rozsahu používány v celé řadě aplikací v rafineriích cukru, (petro-) chemickém průmyslu a v elektrárnách. Deskové výměníky tepla jsou zejména vhodné k používání při nižších hodnotách přiblížení, stejně tak jako v aplikacích za nižších teplot (< 0 ºC). Nicméně tyto výměníky tepla jsou méně vhodné pro chlazení páry a velkých objemů plynu, a v situacích, kde je nebezpečí sedimentace a/nebo znečištění a pro vysoké tlakové rozdíly mezi tekutinou používanou v procesu a chladivem. Některá konstrukční provedení mají dvojitou konstrukci k zaručení provozování bez úniků v důsledku netěsností, nicméně toto řešení je uváděno jako velmi obtížné z hlediska provádění údržby. Deskové výměníky tepla jsou ekonomické, protože mohou být při ekvivalentní ploše povrchu pro výměnu tepla (resp. teplosměnné ploše) provedeny mnohem kompaktnější (například kruhové), než kotlové výměníky tepla. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 41
2000
Kapitola 2
2.2.3 Environmentální záležitosti výměníků tepla Z hlediska životního prostředí jsou níže uvedené záležitosti důležité pro oba dva typy výměníků tepla: – – – –
vhodné konstrukční provedení z hlediska účinné výměny tepla; vhodná výroba k zabránění úniku tekutiny používané v procesu do chladicího média (chladicí látky) v důsledku netěsností; volba materiálu z hlediska účinného předávání tepla, odolnosti proti korozi ve vodě a korozi v důsledku působení média (látky) používaného (používané) v procesu; možnost používání mechanických čisticích zařízení.
2.3 Průtočné chladicí soustavy 2.3.1 Přímé průtočné chladicí soustavy Technický popis V přímých průtočných chladicích soustavách je voda čerpána ze zdroje (například z řeky, jezera, moře, nebo z ústí řeky) přes velké kanály pro přívod vody přímo do procesu. Po průtoku výměníky tepla nebo kondenzátory je ohřátá voda vypouštěna přímo nazpět do povrchové vody. Teplo z procesu je předáváno do chladiva přes přepážkovou stěnu ve formě trubek v kotlovém nebo deskovém výměníku tepla. Průtočná (chladicí) soustava je identifikována různými názvy. Například v papírenském průmyslu se mnoho mlecích zařízení odkazuje na svou průtočnou vodu jako na „mlecí přivaděč; přivaděč do mlýna“. [tm010, Betz, 1991].
Uživatelé
Obrázek 2.1: Schematické znázornění přímé průtočné chladicí soustavy [tm 001, Bloemkolk, 1997]
Chladicí výkon/kapacita Průtočné (chladicí) soustavy jsou určeny převážně pro velké chladicí výkony/kapacity (> 1 000 MWth), ale mohou být navrženy také pro malé chladicí soustavy(< 10 kWth). Typické vodní průtoky pro velké elektrárny k ochlazení 1 MWth jsou v rozsahu od 0,02 m3/s (ΔT = 12 K) do 0,034 m3/s (ΔT = 7 K). V případě průtočného chlazení mohou být koncové teplota dosaženy s odpovídajícím přiblížením 3 K až 5 K.
Environmentální aspekty Pro průtočné (chladicí) soustavy jsou uváděny tyto hlavní environmentální aspekty: •
použití velkých množství vody;
• emise tepla; __________________________________________________________________________________________ 42 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2 •
riziko nasátí ryb;
•
citlivost na biologické znečištění, utváření kotelního kamene a vznik koroze;
•
použití přídavných látek a z toho vyplývající emise do vody;
•
spotřeba energie, zejména pro čerpadla;
•
riziko úniků v důsledku netěsností z proudu látky použité v procesu; a
•
zanesení sít na přívodu vody.
Použití Průtočné (chladicí) soustavy se používají ve velkých průmyslových procesech, jako jsou výroba energie, chemický průmysl a rafinerie. Voda používaná pro průtočné chlazení je převážně povrchová voda. Pro použití v malém rozsahu, jako je chlazení čerpadel se používá taky voda z vodovodního potrubí, nebo podzemní voda. Podstatnou podmínkou pro průtočné (chladicí) soustavy je spolehlivý zdroj vody s přiměřeně nízkou teplotou a v blízkosti předmětného místa. Jakost povrchové vody a mezní hodnoty pro její vypouštění mohou taky ovlivnit použitelnost, ale všeobecně jsou jakost vody a chemie vody méně omezující, než je tomu v případě recirkulačních (chladicích) soustav. [tm005, Van Donk a Jenner, 1996].
2.3.2 Průtočné chladicí soustavy s chladicí věží Protože proces výroby energie se provozuje v podmínkách podtlaku, úniky následkem netěsností v kondenzátoru elektrárny obvykle znamenají znečištění vody používané v procesu chladicí vodou. Na značném počtu míst lze nalézt průtočné (chladicí) soustavy kombinované s chladicí věží k předchlazení výtoku předtím, než je vypuštěn do přijímací povrchové vody (recipientu). Toto uspořádání se používá v situacích, kde chladicí voda může recirkulovat a zvyšovat tak teplotu chladicí vody, která je přiváděna do téže provozovny, nebo do jiných průmyslových provozoven. Dalšími faktory jsou kapacita řeky, příliv a odliv, velikost průmyslového provozu a teplota povrchové vody. Tento druh předchlazování je možné nalézt v elektrárnách umístěných na mořském pobřeží, při ústích řek a ve vnitrozemí na březích řek. Na tyto chladicí soustavy se budou vztahovat environmentální aspekty otevřených mokrých chladicích věží. Při volbě výplně chladicí věže bude muset být posouzen biologický růst a usazeniny. Všeobecně se používají chladicí věže se širokou rozdělovací výplní nebo s rozstřikovací výplní.
Obrázek 2.2: Schematické znázornění přímé průtočné chladicí soustavy s chladicí věží, která se používá v energetickém průmyslu [tm132, Eurelectric, 1998] ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 43
2000
Kapitola 2
2.3.3 Nepřímé průtočné chladicí soustavy
Uživatelé
Obrázek 2.3: Schematické znázornění nepřímé průtočné chladicí soustavy
[tm001, Bloemkolk, 1997]
Technický popis Toto chladicí uspořádání je podobné jako přímá průtočná (chladicí) soustava, ale je nepřímé, protože zde není žádné přímé předávání od páry/tekutiny používané v procesu do chladiva, které má být vypouštěno. Pro tento případ se taky používá termín/název sekundární chladicí soustava. Teplo je předáváno od média/látky, které jsou používány v procesu, nebo od výrobku, do chladiva, které cirkuluje v uzavřeném okruhu (t3 a t4). Chladivo v tomto sekundárním chladicím okruhu předává své teplo prostřednictvím výměníků do chladiva (např. do povrchové vody), která protéká přes výměníky tepla pouze jednou, do tzv. primární chladicí vody (t 1 a t2). Tato voda je vypouštěna přímo do povrchové vody, zatímco sekundární chladivo zůstává v uzavřeném okruhu.
Chladicí výkon/kapacita V případě nepřímého průtočného chlazení mohou být dosaženy stejné koncové teploty, ale v důsledku použití zvláštního výměníku tepla se přiblížení může zvýšit o dalších 3 K až 5 K, podle účinnosti výměníku tepla.
Environmentální aspekty Viz taky přímé OTS (tato zkratka není uvedena v přehledu na stranách 13/14, jedná se o „once-through system“ tedy „průtočná (chladicí) soustava, pozn. překl.). Konstrukční provedení znamená, že riziko vypouštění tekutin používaných v procesu v důsledku netěsností do povrchové vody je minimální nebo nulové.
Použití Nepřímá průtočná chladicí vodní soustava se používá tam, kde existuje vysoké environmentální riziko v případě, jestliže tekutiny, které se používají v procesu, unikají v důsledku netěsností do chladicí vody. Dostupnost a jakost povrchové vody jsou pro tuto chladicí soustavu taky důležité. Tato (chladicí) soustava taky vytváří tepelné zatížení v přijímací povrchové vodě (recipientu). Variantou nepřímé průtočné (chladicí) soustavy je recyklovat část vody primárního cyklu. Tato část se chladí vzduchem předtím, než se smíchá s nově přiváděnou chladicí vodou. Tento další chladicí výkon (kapacita) se může používat v těch obdobích roku, kdy není k dispozici dostatečné množství chladicí vody. Všeobecně vyjádřeno, důsledkem použití dalšího výměníku tepla (tj. vyšší přiblížení) koncové teploty procesu, kterých je možné dosáhnout, nejsou tak nízké, jako v případě přímého průtočného chlazení. __________________________________________________________________________________________
44
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2
2.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy Obrázek 2.4: Schematické znázornění otevřené recirkulační (chladicí) soustavy
[tm001, Bloemkolk, 1997]
Uživatelé
Technický popis Otevřené recirkulační chladicí soustavy jsou taky odkazovány jako otevřené odpařovací chladicí soustavy. V těchto (chladicích) soustavách je chladicí voda, která protéká přes soustavy výměníku/výměníků tepla, ochlazována v chladicí věži, kde se většina tepla vypouští do životního prostředí. V chladicí věži je ohřátá voda rozváděna přes výplň chladicí věže, je ochlazována kontaktem se vzduchem a shromažďována v jímce (nádrži), ze které se čerpá nazpět do teplé části, aby byla opětně použita jako chladivo. Pohyb vzduchu (v chladicí věži) je vytvářen buď přirozeným tahem, nebo umělým tahem použitím ventilátorů, které protlačují nebo protahují (nasávají) vzduch chladicí věží. Ochlazení vody je výsledkem odpařením malé části chladicí vody a citelnou ztrátou tepla přímým ochlazováním vody vzduchem, které se taky nazývá proudění (konvekce). Hladiny, na kterých jsou tyto soustavy provozovány, významně ovlivňují teploty suchého a vlhkého teploměru. Většina, ne však veškerá voda, která je ochlazována v (chladicí) věži, recirkuluje a může být znovu použita jako chladicí voda. Hlavními příčinami ztráty vody jsou odpařování, odkalování (ventilace, unášení, pročišťování (úmyslné odkalování) a úniky v důsledku netěsností. Úmyslné odkalování je vypouštění vody z okruhu, které je nutné k zabránění zahušťování chladicí vody (Příloha VI). Za účelem kompenzace odkalování a odpařování se musí voda přidávat a toto je tzv. doplnění. Všeobecně vzato průtok doplňované vody používaný otevřenou recirkulační (chladicí) soustavou je kolem 1 % až 3 % průtoku vody průtočné (chladicí) soustavy se stejnou chladicí kapacitou neboli chladicím výkonem. V případě energetického průmyslu toto může být 1 % až 5 %. Rovná se to požadavku přibližně „0,25 % krát chladicí rozsah“, což je množství doplňované vody v procentním vyjádření cirkulujícího vodního toku. Odkalování se obvykle pohybuje v rozsahu 0,15 m3/s až 0,80 m3/s na ochlazovaných 1 000 MWth. (Poločas vody kolísá mezi jednou hodinou a čtyřmi dny.) Tato soustava vyžaduje, aby byla k dispozici dostatečná množství vody po celý rok a obvykle je nutné provádět úpravu chladicí vody.
Chladicí výkon/kapacita Otevřené recirkulační (chladicí) soustavy jsou hlavně používány pro průmyslová použití s tepelným výkonem resp. tepelnou kapacitou v rozsahu od 1 MWth do 100 MWth, ale taky pro elektrárny s mnohem většími výkony. Tyto (chladicí) soustavy jsou většinou používány ve vnitrozemí, kde není k dispozici dostatečné množství vody, nebo kde další nárůst teploty vody recipientu je nepřijatelný, a taky v situacích, které lze nalézt podél břehů řek s nízkými průtoky vody v teplých letních měsících [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. Mokré chladicí věže předávají do ovzduší kolem 80 % zbytkového tepla ve formě latentního tepla (vodní pára) a kolem 20 % jako citelné teplo [tm132, Eurelectric, 1998]. Přiblížení v hodnotě 4 K jsou technicky a ekonomicky dosažitelná mezi 15 ºC a 30 ºC. Přiblížení a minimální koncové teploty závisí na klimatických podmínkách na předmětném místě. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 45
2000
Kapitola 2
Environmentální aspekty Environmentální aspekty recirkulačních (chladicích) soustav jsou závislé zejména na typu chladicí věže a na způsobu provozování. Jsou to: • • • • • • •
přídavné látky chladicí vody a jejich emise přes odkalování do povrchové vody; použití energie pro čerpadla a ventilátory; emise do vzduchu; utváření parní vlečky, kondenzace a namrzání; hluk; odpady v důsledku výměny/náhrady výplně chladicí věže; a aspekty působící na lidské zdraví.
Použití Recirkulační (chladicí) soustavy jsou používány v širokém rozsahu procesů. Jedním z charakteristických prvků je snížení tepelného zatížení recipientu změnou směru vypouštěného odpadního tepla z povrchové vody do vzduchu. Dalším charakteristickým rysem je redukování množství vody použité pro chlazení. Proto je běžnou praxí modifikace průtočných chladicích soustav na otevřené odpařovací chladicí soustavy použitím jedné nebo většího počtu chladicích věží. Otevřená recirkulační uspořádání jsou: – –
otevřené mokré chladicí věže; otevřené hybridní nebo mokré/suché chladicí věže.
2.4.1 Mokré chladicí věže s přirozeným tahem Konstrukce V dnešní době jsou velké (chladicí) věže plášťového typu a jsou zhotoveny ze železobetonu. Konstrukce jsou většinou hyperbolické rotační pláště, které mají výhody z hledisek termodynamických a statických. Investiční náklady jsou vysoké, zatímco provozní náklady jsou poměrně nízké. Mokré chladicí věže s přirozeným tahem jsou obvykle používány pro velké elektrárny a pro velké průmyslové provozovny.
Soustava distribuce vody Voda odváděná z výměníku tepla je přiváděna do (chladicí) věže použitím soustavy pro distribuci vody (tzn. pro rozvod a rozstřik (ochlazované) vody). Tato soustava vytváří drobné kapičky vody nebo vodní film. Rovnoměrná distribuce vody zvyšuje výměnu tepla. Jsou nabízeny volitelné možnosti pro částečný provoz soustavy distribuce vody pro snížení chladicího výkonu, pokud to je potřeba. Taky jsou nabízeny režimy pro zimní provoz vycházející z předehřívání chladicího vzduchu.
Výplň chladicí věže Výplňová sekce je důležitou částí každé otevřené mokré (chladicí) věže tím, že vytváří kontaktní povrch pro výměnu tepla z vody do vzduchu. Může to být buďto fóliová výplň nebo výplň rozstřikovacího typu. Fóliová výplň je obvykle sestavena z vertikálních vlnitých (ocelových) plechů, nebo plechů z organických materiálů, umístěných těsně vedle sebe, které způsobí, že voda stéká v (chladicí) věži dolů ve formě velmi tenkého filmu. Tato výplň je velmi účinná a může být použita pro většinu aplikací. Některé typy mohou vyžadovat určitou jakost vody, protože jsou náchylné k znečištění. Výplň rozstřikovacího typu je možno nalézt v různých uspořádáních a může být zhotovena z rozmanitých materiálů (například ze dřeva). Rozstřikovací výplň má mnohem nižší účinnost, než fóliová výplň, ale používá se zejména v situacích, kde je voda těžce kontaminována, nebo její jakost je špatná, kde by fóliová výplň mohla mít problémy v důsledku kontaminovaného povrchu. V případech, kde obsah zavěšené hmoty je vysoký, používají se taky cementovláknité (vláknitocementové) desky. __________________________________________________________________________________________ 46 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2
Eliminátory unášení K úspoře vody jsou nad zařízením pro distribuci vody instalovány eliminátory unášení, aby bránily strhávání kapek vody proudem vzduchu. V dnešní době jsou eliminátory unášení zhotovovány z celé řady materiálů, jako jsou plasty nebo cementová vláknina, a jsou navrženy tak, aby způsobovaly co nejmenší tlakový pokles.
Charakteristiky mokrých chladicích věží s přirozeným tahem – – – – – – –
proudění vzduchu je důsledek rozdílů hustoty vzduchu a tvaru věže jako komínové konstrukce; výška je značná (80 m až 200 m); [konstrukční výška je překážkou pro lidi, letectví, elektronické přenosy dat a parní vlečky]; nejsou žádné požadavky na energii pro ventilátory, ledaže by byly použity přídavné ventilátory, které umožní, aby chladicí věže měly menší výšky; chladicí věž je zkonstruována jako protiproudá používající vnitřní výplň, nebo jako křížoproudá používající vnější výplň (viz Obrázek 2.5 a Obrázek 2.6); vyžaduje základní zatížení pro provoz, tj. aby chladicí věž byla v provozu po dobu delší než 60 % ročního provozu; všeobecně se používá pro kapacitu odnímání tepla větší než 200 MWth, tj. velké provozovny, jako jsou elektrárny, nebo velké chemické provozy; nabízí jako volitelnou možnost vypouštění odsířených kouřových plynů použitím chladicí věže jako komínu, čímž se předchází opětnému ohřevu kouřových plynů, který je vyžadován z environmentálních důvodů.
Obrázek 2.5: Mokrá protiproudová chladicí věž s přirozeným tahem [tm103, BDAG, 1996] ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 47
2000
Kapitola 2
Obrázek 2.6: Mokrá chladicí věž s přirozeným tahem s křížoproudým prouděním [tm010, Betz, 1991] 2.4.2 Mokré chladicí věže s umělým tahem Konstrukce Chladicí věže s umělým tahem se používají v různých typech konstrukcí. Pro konstrukci těchto chladicích věží se používají velmi rozmanité materiály, v závislosti na velikosti a typu chladicí věže a na požadavky s ohledem na místo, ve kterém se nachází, podle životnosti a s ohledem na investiční náklady. Větší jednotky mohou být postaveny ze železobetonu; menší jednotky se mohou značně lišit, ale převážně jsou sestaveny ze syntetických materiálů, z ocelových desek/plechů, jako plášťové ocelové konstrukce a z monolitického betonu (betonovaného přímo na místě), nebo jako konstrukce z prefabrikovaného betonu. Pro relativně menší chladicí věže (5 MW th) se stále ještě používá (stavební) dřevo; je levnější, stavba může být uskutečněna ve kterémkoliv ročním období a může být postavena rychleji než betonové chladicí věže. Je taky možné použít modulovou soustavu, tj. několik paralelních chladicích věží v téže betonové konstrukci. Tímto způsobem může být soustava provozována nejekonomičtějším způsobem, protože lze zvolit počet částí, které budou v provozu v závislosti na podmínkách okolí a na množství tepla. Materiály a typ konstrukce a konstrukční provedení ovlivní environmentální parametry chladicí věže. Ve vztahu k tvaru a velikosti nebo (obchodní) značce se v literatuře používají nejrozličnější názvy za účelem popisu použití a aplikování těchto chladicích věží. Jako příklady názvů jsou kruhová chladicí věž a chladicí věže článkového typu, a to jak v provedení s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věží, tak i s umělým tahem, který je vytvářen nasáváním vzduchu do (chladicí) věže. Konstrukce zařízení pro distribuci vody, výplně a eliminátorů unášení může být odlišná od konstrukce, která se používá v mokré chladicí věži s přirozeným tahem, nicméně pracovní principy jsou tytéž. __________________________________________________________________________________________ 48 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2
Obrázek 2.7: Chladicí věž s přirozeným tahem podporovaným ventilátory [tm103, BDAG, 1996] Ventilátory Chladicí věže s umělým tahem používají ventilátory k vytvoření proudu vzduchu a v důsledku toho mohou být mnohem menší než velké typy chladicích věží s přirozeným tahem. V chladicích věžích s umělým tahem (suché, mokré nebo hybridní) se používá velký počet různých typů ventilátorů. V závislosti na požadavcích se ventilátory liší průměrem ventilátoru, velikostí a umístěním lopatek (radiální/odstředivé nebo axiální/osové). Kromě toho pohon ventilátorů s jednou rychlostí nebo s několika rychlostmi umožňují flexibilitu jejich provozu. Volba typu ventilátoru a jeho pohonů ovlivní požadavky na energii a hladiny emise zvuku (lépe „hluku“, pozn. překl.) chladicí věže. Podle způsobu, jakým je vytvářeno proudění vzduchu chladicí věží, se chladicí věže rozlišují na věže s umělým tahem vytvářeným tlakem (protlačováním vzduchu věží) a na věže s umělým tahem, který je vytvářen nasáváním vzduchu tak, aby proudil (chladicí) věží. Chladicí věž s (přirozeným) tahem podporovaným ventilátory je speciální konstrukční řešení, které je používáno v celé řadě případů, kde lokální situace vyžaduje, aby chladicí věž byla nižší.
2.4.2.1 Mokré chladicí věže s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věží
Charakteristiky chladicí věže s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věží – – – – – – – – – – –
ventilátory umístěné ve spodní části chladicí věže protlačují vzduch chladicí věží; tepelný výkon je nastavitelný stupňovitě nebo modulačně; používají se konstrukční provedení s jedním ventilátorem nebo s několika ventilátory; velikost chladicí věže je limitována, vyžaduje méně prostoru než chladicí věž s přirozeným tahem; chladicí věž může být přizpůsobena okolnímu terénu (instalace na střeše); předpokládá se, že přímá spotřeba energie bude nižší; jsou obvykle navrženy jako protiproudové konstrukční provedení; může být navržena pro široký rozsah použití: pro špičkové zatížení a pro vysoké množství odnímaného tepla, a pro provozní standard od základního zatížení ke střednímu zatížení; používá se pro tepelný výkon odpadního tepla od méně než 100 kWth do tepelného výkonu, který je větší než přibližně 100 MWth; investiční náklady jsou nízké ve srovnání s chladicími věžemi s přirozeným tahem; při používání chladicích věží s umělým tahem mají být dodržovány předpisy s ohledem na emise hluku, vlhkosti (parní vlečka) a bakterie.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 49
2000
Kapitola 2
OD VÝMĚNÍKŮ TEPLA
VÝPLŇ
K VÝMĚNÍKŮM TEPLA
ODVÁDĚNÝ VZDUCH ELIMINÁTORY UNÁŠENÍ
VENTILÁTOR
PŘIVÁDĚNÝ VZDUCH
Obrázek 2.8: Schematické znázornění protiproudé ventilátorové chladicí věže s tlačným ventilátorem [tm010, Betz, 1991] 2.4.2.2 Mokré protiproudé chladicí věže s umělým tahem a sacím ventilátorem
Charakteristiky chladicí věže s umělým tahem vytvářeným sáním vzduchu – – – – – – – – –
– –
ventilátory na horní části konstrukce chladicí věže táhnou vzduch věží; tepelný výkon je řiditelný v rozsahu mezních hodnot; přednostní je relativně jednoduchá konstrukce (prefabrikované díly, smontovaný/hotový výrobek); velikost chladicí věže je limitována, vyžaduje méně prostoru než chladicí věž s přirozeným tahem; chladicí výkon může být zvětšen tím, že pracuje větší počet částí; chladicí věž může být přizpůsobena okolnímu terénu (instalace na střeše); předpokládá se, že cena přímé spotřeby energie bude nízká; konstrukční provedení s protiproudem, nebo křížoproudým prouděním; používá se pro široký rozsah použití: pro špičkové zatížení a pro vysoké množství odnímaného tepla, a pro provozní standard od základního zatížení ke střednímu zatížení; používá se pro tepelný výkon odpadního tepla od přibližně 100 MWth; investiční náklady jsou nízké ve srovnání s chladicími věžemi s přirozeným tahem; při používání chladicích věží s umělým tahem mají být dodržovány předpisy s ohledem na emise hluku, vlhkosti (parní vlečka) a bakterie.
__________________________________________________________________________________________ 50 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2
VÍCELOPATKOVÝ VENTILÁTOR
PROUD VZDUCHU
OBLAST (PROSTOR) PRO DISTRIBUCI VODY
PLÁŠŤ ČELNÍ STĚNY
ROZSTŘIKOVACÍ NEBO FÓLIOVÁ VÝPLŇ S PODPĚRAMI
PROUD VZDUCHU
PROUD VZDUCHU
ŽALUZIE
ELIMINÁTORY UNÁŠENÍ
PODÉLNÁ PŘEPÁŽKA Obrázek 2.9: Schematické znázornění křížoproudé článkové chladicí věže se sacími ventilátory [tm010, Betz, 1991]
2.5 Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem 2.5.1 Chladicí soustavy chlazené vzduchem Ve vzduchem chlazených chladicích soustavách (nebo suchých chladicích soustavách) cirkuluje látka (tekutina, pára) uvnitř trubkových hadů, potrubí, trubek nebo kanálků, které jsou ochlazovány protékajícím proudem vzduchu. Suché vzduchové chlazení má všeobecně následující použití: – – –
chlazení média/látky téměř jakéhokoliv chemického složení, které může být použito; vyžaduje to pouze vhodný materiál pro výměník tepla; v situacích, kde přídavná voda do chladicí věže není k dispozici, nebo je k dispozici jen v krátkém časovém období; a tam, kde utváření parních vleček je nepřípustné.
Technický popis V závislosti na použití jsou uzavřené okruhy suchých vzduchem chlazených soustav sestaveny z trubkových elementů opatřených žebry, trubkových hadů nebo kanálků kondenzátoru, z ventilátorů a jejich pohonů, a nosné ocelové konstrukce nebo (chladicí) věže. Samotné médium (látka) použité v procesu nebo chladivo (nepřímá soustava) cirkuluje resp. obíhá uvnitř trubek. Vytvoří se proud vzduchu, přirozeným tahem nebo použitím ventilátorů, který protéká podél trubek a tak ochlazuje médium vedením a prouděním. Téměř ve všech případech proudí vzduch napříč výměníkem tepla. Podle použitého uspořádání prochází médium použité v procesu výměníkem tepla jednou nebo vícekrát. Pokud je médium použité (látka použitá) v procesu tekutina, chladicí soustava se nazývá vzduchem chlazený tekutinový chladič. Pokud pára (plynu nebo chladiva) je přímo ochlazována tak, aby zkondenzovala na kapalinu, taková chladicí soustava se nazývá vzduchem chlazený kondenzátor. Použití může být v chladicích konstrukcích s umělým nebo přirozeným tahem. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 51
2000
Kapitola 2 Pro konstrukci (resp. pro výrobu) se používá celá řada rozmanitých materiálů odolných proti korozi. Volitelné možnosti pro konstrukci jsou bezpočetné. Chladicí soustavy chlazené vzduchem je možné nalézt jako velké samostatné jednotky, stejně tak, jako malé jednotky, které jsou instalovány na střechách. Mohou být umístěny horizontálně, střešní typy pravoúhle, svisle, nebo jako V-konstrukce tak, aby vyhovovaly požadavkům uspořádání provozovny. Chladicí výkon/kapacita V praxi bývá vzduchové chlazení často používáno pro chlazení takových průtoků v procesu, které mají vysokou hladinu teploty (> 80 ºC), až na (teplotní) hladinu, při které se stává vhodnější vodní chlazení. Hnací silou pro výměnu tepla je teplotní rozdíl mezi chladicím vzduchem a průtokem (média/látky) v procesu. Maximální konstrukční teplota chladicího vzduchu může být prakticky překročena pouze po dobu několika hodin za rok. Konstrukční teplota závisí na teplotě suchého teploměru a klimatické podmínky jsou velmi důležité. Protože tepelná kapacita vzduchu je nízká (1,0 kJ/kg.K) a součinitel vedení a proudění (prostupu tepla) je nízký, je potřeba značné množství vzduchu a požaduje se větší plocha pro výměnu tepla, než je tomu v případě vodního chlazení. Z tohoto důvodu jsou často umísťovány na povrch trubek žebra pro zvýšení účinné plochy pro předávání tepla. Na základě ekonomických úvah se při konstrukci vzduchových chladičů používá přiblížení minimálně 10 ºC až 15 ºC. Toto obvykle má za následek vyšší koncové teploty (minimálně 40 ºC až 45 ºC), přestože v oblastech kde se vyskytují vyšší teploty okolního vzduchu, přesahují přiblížení a koncové teploty průměrné hodnoty uvedené v Tabulce 2.1 a v Tabulce 2.2. Pro nepřímá (chladicí) uspořádání se přiblížení (13 ºC až 20 ºC) a dosažitelné koncové teploty (50 ºC až 60 ºC) odpovídajícím způsobem zvýší. Environmentální aspekty Hlavními environmentálními aspekty jsou hluk a energie použitá pro pohon ventilátorů. Nepoužívá se žádná voda, pokud není použita jako sekundární chladivo v konstrukčním provedení nepřímého chlazení. Nicméně tato voda vyžaduje minimální nebo nevyžaduje žádnou údržbu, protože je uzavřena. Čištění vnějšku (žebrovaných) trubek je nutné a někdy mohou vzniknout problémy v důsledku nahromadění nečistot a jiných pozůstatků přenášených vzduchem a drobného hmyzu. Použití Suché vzduchem chlazené výměníky tepla jak malých tak i velkých rozměrů se rozsáhle používají v různých průmyslových odvětvích. Používají se pro ochlazování výrobků v chemickém i petrochemickém průmyslu, pro vakuovou kondenzaci v elektrárnách a pro chlazení výfukových zařízení. Pro tentýž výkon vyžaduje suché vzduchové chlazení větší plochu, než soustava mokrého chlazení a suché (chladicí) soustavy jsou všeobecně považovány za dražší. V energetickém průmyslu je proto použití suchého vzduchového chlazení zvažováno ve specifických situacích, kdy se výroba energie plánuje v lokalitách, v nichž je nedostatečná dodávka vody pro mokré chlazení.
2.5.1.1 Suché chladicí věže s přirozeným tahem Charakteristiky suché chladicí věže s přirozeným tahem jsou: –
základní provozní zatížení, tj. více než 60 % roku v provozu;
–
odnímání tepla větší než 200 MWth, tj. velké provozovny jako jsou elektrárny, velké chemické provozy, atd.;
–
použití v situacích, kde se vyžaduje absolutně nehlučný provoz;
–
použití v situacích, kdy přídavná voda pro chladicí věž není dostupná (vůbec), nebo je dostupná jenom v krátkém časovém období.
__________________________________________________________________________________________ 52 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2 ODVOD VZDUCHU
HRDLO PLÁŠŤ
Z3
dth
ELIMINÁTOR UNÁŠENÍ
Z1
PŘÍVOD VZDUCHU
Z2
PODPĚRNÉ SLOUPY
d1
Obrázek 2.10: Schematické znázornění principu suché chladicí věže s přirozeným tahem [Eurovent, 2000]
Obrázek 2.11: Příklad suché chladicí věže s přirozeným tahem pro použití v elektrárně [VGB, 2000] ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 53
2000
Kapitola 2
2.5.1.2 Kapalinové chladicí soustavy chlazené vzduchem Charakteristiky vzduchem chlazené kapalinové chladicí věže jsou: – tepelný výkon je nastavitelný pomocí ovládání ventilátoru; – je nutný uzavřený okruh; – používá se jak umělý tah vytvářený protlačováním vzduchu, tak i vytvářený nasáváním vzduchu; – náklady na vnitřní spotřebu energie se předpokládají vyšší, než pro mokré chladicí věže; – malé odnímání tepla, tj. menší než 100 MWth; – změna teploty chladicího média (chladicí látky) téměř lineární s teplotou vzduchu (suchý teploměr) musí být přijatelná pro proces, který má být ochlazován; – provozní náklady téměř úplně sestávají z nákladů na energii; – environmentální aspekty jsou zejména hluk a energie. VYPOUŠTĚNÍ VZDUCHU
PŘÍVOD TEKUTINY
ODVOD TEKUTINY PŘÍVOD VZDUCHU
PŘÍVOD VZDUCHU
Obrázek 2.12: Schematické znázornění principu suché chladicí soustavy chlazené vzduchem [Pozornost od Euroventu, 2000]
Obrázek 2.13: Příklad suchého vzduchem chlazeného kapalinového chladiče v chemickém procesu [Soukromý archiv] __________________________________________________________________________________________ 54 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2
2.5.1.3 Parní kondenzátory chlazené vzduchem Vzduchem chlazené kondenzátory (viz Přílohu XII) jsou ve velkém rozsahu používány v energetickém průmyslu a v chemických provozech pro kondenzaci páry. Vzduch je nasáván ventilátory, které jsou umístěny pod částmi kondenzátoru, a je protlačován přes kondenzátor. Vzduch procházející kondenzátorem ochlazuje páru, která je přiváděna do svazku trubek kondenzátoru (viz Obrázek 2.14). Pokud je použita nepřímá chladicí soustava, kondenzátor je ochlazován proudem chladicí vody, který je zase ochlazován v chladicí věži s přirozeným tahem. Charakteristiky parních kondenzátorů chlazených vzduchem jsou: –
odnímání tepla pro malá i velká zařízení;
–
není potřeba žádná chladicí voda;
–
náklady na přímou spotřebu energie se předpokládají že budou vyšší, než pro mokré kondenzátory nebo mokré chladicí věže;
–
vyžaduje relativně malou celkovou výšku;
–
je možné použít krátké trubky pro výfuk páry;
–
značné požadavky na prostor v bezprostřední blízkosti parního generátoru;
–
je nutné provést adaptaci na kolísání zatížení a teploty ve velkých rozsazích, které vyžaduje provozování ventilátoru s měnitelnými otáčkami;
–
environmentální aspekty jsou zejména hluk a energie. Generátor Turbina Parní kotel
Chladicí vzduch
Svazky trubek
Ventilátor Čerpadlo
Sběrná nádrž kondenzátu
Obrázek 2.14: Schematické znázornění principu vzduchem chlazeného kondenzátoru s přímým chlazením [Balcke Dürr, 2000] ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 55
2000
Kapitola 2
Obrázek 2.15: Příklad vzduchem chlazeného kondenzátoru pro kondenzaci výfukové páry turbiny [tm111, BDAG, 1996]
2.5.2 Mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem V chladicích soustavách s uzavřeným okruhem látka/médium, která má být ochlazována, cirkuluje v uzavřeném okruhu bez kontaktu s životním prostředím. Látka je vedena trubkovým hadem (primární okruh). Trubkové hady jsou z vnější strany smáčeny (sekundární nebo postřikovací okruh). Teplo je vedeno z látky do smáčející rozstřikované vody (předávání citelného tepla (sdílením)). Odpařování malé části vody vede k odpařovacímu ochlazování a teplo je předáváno z vody do vzduchu. Vyskytuje se další předávání citelného tepla (sdílením) z trubkového hadu do vzduchu. V praxi při odpařovacím ochlazování dochází vždy k sloučení předávání citelného tepla (sdílením) s předáváním latentního tepla (využívajícího výparného tepla vody). Smáčející (resp. rozstřikovaná) voda se upravuje tak, aby se zabránilo poškození (chladicího) zařízení. Ztráty odpařováním, unášením a ventilací způsobují zvyšování koncentrace, a tak je potřeba v určitém rozsahu provést odkalování a musí být doplněno potřebné množství přídavné vody.
Chladicí výkon/kapacita Schopnost předávání tepla je nižší, než v případě otevřených (chladicích) soustav v důsledku nižší schopnosti trubkového hadu předávat teplo. Kombinací jednotek může být dosaženo větších (chladicích) výkonů a to od (150-400) kWth do 2,5 MWth. Obvykle resp. typicky jsou dosažitelná přiblížení 4 K. Výhodou je uzavřený primární chladicí okruh bez kontaminace resp. znečišťování (což platí pro veškerá uzavřená chlazení), který v některých případech eliminuje potřebu použití vnitřních výměníků tepla. Pokud se jedná o využívání zdrojů, musí být posouzeny energetické požadavky pro okruh rozstřikované vody. Při ochlazování v chladicí soustavě s uzavřeným okruhem je možné očekávat koncové teploty mezi 25 ºC a 30 ºC v závislosti na klimatických podmínkách předmětného místa [tm139, Eurovent, 1998]. Teploty ve vodní vrstvě (vodním filmu) na povrchových plochách výměníku tepla jsou až o 5 ºC vyšší, než jsou teploty vody ve sběrné nádrži, jejíž teploty jsou obvykle (typicky) v rozsahu 40 ºC až 50 ºC, přestože v praxi je možné se setkat s teplotami v rozsahu 70 ºC až 80 ºC.
Environmentální aspekty Pokud chladicí soustavy s uzavřeným okruhem používají vodu jako sekundární chladicí látku (médium), jedná se obvykle o alkalizovanou vodu, ze které byly odstraněny nerostné látky (demineralizovanou vodu), nebo o pitnou vodu. Rezidenční doby (doby zdržení) v těchto soustavách mohou být až 6 měsíců. Přídavná voda je zapotřebí jenom v případech výskytů úniků v důsledku netěsností v ucpávkách/těsněních čerpadel, nebo odpařování, nebo když voda byla vypuštěna za účelem opravy (chladicí) soustavy. Protože potřeba přídavné doby je malá, může tato voda obvykle mít vysokou jakost, a důsledkem této skutečnosti nejsou problémy s usazeninami kotelního kamene. Vytváření kotelního kamene může být způsobeno vodou použitou na vnějších částech trubek nebo trubkových hadů a může být potřebné provést ošetření (očištění). [tm010, Betz, 1991]. V závislosti na technické __________________________________________________________________________________________ 56 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2 koncepci, režimu provozování, a na klimatických podmínkách se může vyskytnout vytváření formací parní vlečky. Je možné snížit spotřebu vody, protože (chladicí) věž může být provozována jako suchá (chladicí) věž v případě, kdy teploty okolí jsou nízké. Problémem může být hluk ventilátoru.
Použití Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem jsou používány v mnoha aplikacích. Jsou velmi dobře vhodné pro chlazení plynových (spalovacích) motorů a kompresorů a mohou poskytnout spolehlivou metodu řízení teploty průmyslového procesu [tm010, Betz, 1991]. Mohou být použity jak pro velká, tak i pro malá použití. Mohou být použity jako kapalinové chladiče (například pro chlazení mazacích olejů, chladicí vody pro kompresory), jako plynové chladiče (například chlazení vznětových (spalovacích) motorů, chlazení plynu používaného v procesu) a jako vzduchem chlazené kondenzátory (pro provozovny s kombinovaným cyklem, pro plynové turbiny). Pokud látka (resp. médium), která se používá v procesu, (chlazená) v trubkových hadech nebo trubkách, je pára (plyn nebo chladivo), tak, aby byla ochlazena pro kondenzaci na kapalinu, taková chladicí soustava se taky nazývá odpařovací kondenzátor.
2.5.2.1 Mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem s umělým tahem
Charakteristiky mokrých chladicích soustav s uzavřeným okruhem s umělým tahem: – – – – – – –
odnímání tepla pro zařízení malá až velká; je možné dosáhnout nízkých chladicích teplot; kompaktní konstrukční provedení ve srovnání se zařízením chlazeným vzduchem; nízké požadavky na energii; požadavek na dodávku vody a požaduje se okruh na rozstřikování vody; omezení tvorby parní vlečky je možné dosáhnout použitím trubkových hadů ve vypouštěném vzduchu, určených pro jejich redukování, a/nebo suchým provozem v zimním období; environmentální aspekty jsou zejména úprava vody a likvidace vypouštěné kapaliny (vody).
ODVOD VZDUCHU PŘÍVOD TEKUTINY PŘÍVOD VZDUCHU
PŘÍVOD VZDUCHU ČERPADLO PRO ROZSTŘIKOVÁNÍ VODY
Obrázek 2.16: Schematické znázornění principu uzavřené recirkulační mokré chladicí věže s umělým tahem vytvářeným sáním [Eurovent, 2001]
2.5.2.2 Odpařovací parní kondenzátory Charakteristiky odpařovacích parních kondenzátorů: – – – – –
odnímání tepla pro zařízení střední až velká; nižší kondenzační teploty, než jsou v případě vzduchem chlazených parních kondenzátorů; nízké požadavky na energii; jsou obvykle vyšší než vzduchem chlazené parní kondenzátory, ale s menším půdorysem; environmentální aspekty jsou zejména úprava vody a likvidace vypouštěné kapaliny (vody).
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 57
2000
Kapitola 2
2.6 Kombinované mokré/suché chladicí soustavy 2.6.1 Otevřené mokré/suché (hybridní) chladicí věže
Technický popis Otevřená mokrá/suchá chladicí věž nebo(li) hybridní chladicí věž představuje speciální konstrukční řešení, které bylo vyvinuto jako významné/důležité řešení problému spotřeby chladicí vody a vytváření parní vlečky. Je to kombinace „mokré“ a „suché“ chladicí věže, nebo, jinak vyjádřeno, kombinace odpařovacího a neodpařovacího procesu. Hybridní chladicí věž může být provozována buďto jako čistě mokrá chladicí věž, nebo jako kombinace mokré/suché chladicí věže v závislosti na teplotě okolí resp. podle teploty okolí. Ohřátá chladicí voda nejprve protéká přes suchou sekci/část chladicí věže, kde část tepelného zatížení je odejmuta proudem vzduchu, který je často vytvořen tím, že je nasáván ventilátorem. Po průchodu suchou sekcí/částí věže je voda dále ochlazována v mokré sekci chladicí věže, jejíž funkce je podobná funkci otevřené recirkulační (chladicí) věže. Ohřátý vzduch ze suché sekce se v horní části chladicí věže směšuje s párou z mokré sekce, čímž se snižuje relativní vlhkost vzduchu ještě předtím, než proud vzduchu odchází z chladicí věže, což (téměř) úplně redukuje vytváření formací parní vlečky nad chladicí věží. Optimalizace účinku hybridní chladicí věže znamená ve skutečnosti optimalizaci množství suchého tepla předávaného do vzduchu za účelem splnění požadavků na řízení vzniku parní vlečky. Současně je mokrá sekce (chladicí věže) používána jako hlavní část z hlediska chlazení. 1 Izotopická směs 2 Tlumič hluku 3 Ventilátory, suchá sekce 4 Žebrované trubky, části suchého chlazení 5 Chladicí zařízení mokré sekce 6 Ventilátory mokré sekce 7 Potrubí studené vody suché sekce
Hybridní chladicí věž
mokrý provoz
8 Hlavní čerpadla chladicí vody 9 Kondenzátory turbiny 10 Potrubí teplé vody mokré sekce 11 Potrubí teplé vody suché sekce 12 Přídavná čerpadla chladicí věže
mokrý-suchý provoz
Obrázek 2.17: Schematické znázornění principu hybridní chladicí věže (příklad použitý v energetickém průmyslu) [Eurelectric, 1999] Charakteristiky otevřených hybridních chladicích věží jsou: – provoz při základním zatížení a částečném zatížení pro všechny výkony/kapacity; – chladicí látka (médium) je pouze voda; – přídavná voda chladicí věže se vyžaduje v průběhu větší části provozní doby; – tepelný výkon je stejný jako v případě mokrých chladicích věží; – snížené množství přídavné vody; – předpisy pro ochranu životního prostředí, například snížení celkové výšky (v důsledku použití pomocných ventilátorů) a omezené vytváření parní vlečky; – vyžaduje se zařízení pro zvukovou (lépe „hlukovou“, pozn. překl.) izolaci v důsledku hlukových předpisů. __________________________________________________________________________________________ 58 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2 K účinnému provozování hybridní chladicí věže se používá celá řada zařízení: – ventilátory s měnitelnými otáčkami; – uzavírací zařízení pro otvory přívodního vzduchu (jako jsou žaluzie a posuvné uzávěry); – ventily pro průtok vody v mokré sekci a v suché sekci; – obtokové soustavy; – přídavná čerpadla (pro speciální konstrukce); – soustava pro směšování mokré parní vlečky se suchou parní vlečkou.
Konstrukční provedení hybridních (chladicích) věží V současné době jsou k dispozici pouze hybridní chladicí věže s umělým tahem. Hybridní chladicí věž se liší od charakteristického konstrukčního provedení otevřené mokré (chladicí) věže v tom, že má suchou a mokrou sekci, každá sekce má svůj přívod vzduchu a odpovídající ventilátory. Hybridní chladicí věže lze nalézt, resp. vyskytují se jako komplexní chladicí věže, velké kruhové chladicí věže s ventilátory, které vytváří umělý tah způsobený tlakem, nebo jako chladicí věže článkového typu s ventilátory, které vytváří umělý tah způsobený sáním. Výplň (chladicí věže), soustava pro distribuci vody, odstranění unášení (vody) a tlumení zvuku/hluku jsou aspekty, které jsou společné pro obě dvě konstrukční provedení (chladicích) věží. Mokré/suché chladicí věže s umělým tahem jsou vybaveny vnitřními směšovacími soustavami pro směšování proudu mokrého a suchého vzduchu. Mohou být řízeny automaticky v závislosti na tepelném zatížení, průtoku vody a na stavu okolního vzduchu a parní vlečky.
Chladicí výkon Hybridní chladicí věže mohou být postaveny jako komplexní chladicí věže, chladicí věže s umělým tahem vytvářeným sáním vzduchu, nebo protlačováním vzduchu, a – ve velkém rozsahu – jako chladicí věže článkového nebo kruhového typu s kapacitou/výkonem odnímání tepla v rozsahu od < 1 MWth do 2 500 MWth.
Environmentální aspekty Hlavní rozdíl mezi hybridní chladicí věží a konvenční chladicí věží je poměrně nízká spotřeba vody hybridní chladicí věže (což je přídavná voda), která dosahuje hodnot až o 20 % nižších, než je spotřeba vody v případě mokré chladicí věže [tm132, Eurelectric, 1998]. Výsledná roční spotřeba energie hybridní chladicí věže s umělým tahem může být snížena až na úroveň 1,1 až 1,5 násobku roční spotřeby energie srovnatelné mokré chladicí věže s umělým tahem, protože při nominálních, resp. jmenovitých podmínkách je průtok vzduchu téměř dvojnásobný (mokrá sekce a suchá sekce). Chladicí věže s přirozeným tahem v konstrukčním provedení mokrá/suchá jsou pod úrovní této úvahy.
Použití Rozhodnutí instalovat hybridní chladicí věž se provádí z hlediska požadavků, které jsou specifické pro dané místo (omezení vztahující se na výšku chladicí věže a redukování parní vlečky) a několik hybridních chladicích věží lze nalézt v energetickém průmyslu zejména v Německu a v UK (ve Spojeném království Velké Británie a Severního Irska) (v konegeračních soustavách). Použití hybridních chladicích věží je omezeno na teplotní rozsahy od 25 ºC až 55 ºC, protože nad teplotou 55 ºC bylo zpozorováno, že na trubkách se mnohem snadněji vyskytuje srážení uhličitanu vápenatého. Toto neznamená, že pod teplotou 55 ºC se žádné srážení uhličitanu vápenatého nevyskytuje, a určitá péče v tomto ohledu musí být zpravidla vynaložena již při tomto použití.
2.6.2 Hybridní chladicí soustavy s uzavřeným okruhem Technický popis Charakteristiky hybridních chladicích soustav s uzavřeným okruhem mohou být popsány podobným způsobem, jako charakteristiky pro uzavřené recirkulační mokré chladicí soustavy, pokud se jedná o ventilátory (axiální resp. osové a radiální resp.odstředivé), směr proudění vzduchu (křížoproudý nebo protiproudý), a soustavy pro redukování hluku. Pro hybridní chladicí věže s uzavřeným okruhem mohou být použity tři technické režimy: postřikované trubkové hady s žebrovanými trubkami, adiabatické chlazení, nebo kombinované soustavy. Environmentální aspekty Hybridní chladicí věže s uzavřeným okruhem slučují výhody chlazení s uzavřeným okruhem s významnými úsporami spotřeby vody při srovnání s konvenčními mokrými chladicími věžemi s uzavřeným okruhem.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 59
2000
Kapitola 2 Při srovnání se suchými chladicími věžemi s uzavřeným okruhem nabízí hybridní chladicí věže výhodu nižších teplot chlazení. Z hlediska velikosti/rozměrů, spotřeby energie a hlukových emisí jsou hybridní chladicí věže porovnatelné s konvenčními mokrými chladicími věžemi s uzavřeným okruhem. Podle konstrukčního provedení hybridních chladicích věží (postřikované trubkové hady s žebrovanými trubkami) musí být zvláštní pozornost věnována jakosti úpravy vody. Dodatečné náklady mohou být větší než kompenzace významnými úsporami spotřeby vody, protože takové výrobky (zřejmě hybridní chladicí věže, pozn.překl.) vyžadují použití vody jenom v průběhu velmi krátkého časového období za rok. Hybridní chladiče s uzavřeným okruhem taky významně potlačují a v případě některých konstrukčních provedení dokonce vylučují vytváření parní vlečky.
2.6.2.1 Sprchované (žebrované) trubkové hady
1 Primární chladicí okruh 2 Přívod/vstup 3 Chladicí elementy 4 Odvod/výstup 5 Zdroj tepla 6 Čerpadlo chladicího okruhu 7 Okruh vody pro zvlhčování 8 Přídavná voda 9 Sběrná nádrž pro vodu 10 Zařízení pro odkalování 11 Chladicí vzduch 12 Ventilátor 13 Pohon ventilátoru
Obrázek 2.18: Schematické znázornění principu hybridní chladicí věže s uzavřeným okruhem V chladicí věži s uzavřeným okruhem protéká látka (médium) používaná v procesu chladicími elementy (což je trubkovnice nebo trubkový had opatřený žebry) v uzavřeném obvodu, tzn. v primárním okruhu. Tyto chladicí elementy jsou zvlhčovány/postřikovány sekundárním vodním okruhem a vzduch současně proudí přes tyto elementy k vytvoření odpařovaného tepla. Chladicí voda, která odtéká z těchto chladicích elementů, je shromažďována v nádrži a může několikrát recirkulovat, přičemž je někdy použita v jiné chladicí věži, a někdy taky po odkalení (viz Obrázek 2.19). V nepřímém uspořádání není látka (resp. médium), která protéká primárním chladicím okruhem, látkou (médiem) použitou v procesu, ale je to jiné chladivo, které zase v druhém výměníku tepla ochlazuje látku (resp. médium) použitou v procesu.
2.6.2.2 Adiabatické chladiče, vlhčení a předchlazování vzduchu, který ochlazuje trubkové hady V adiabatickém režimu obtéká tekutina, která má být ochlazována, primární povrchovou plochu trubkového hadu. Chladicí voda stéká dolů na mokré patro a vzduch, který prochází tímto patrem, je zvlhčován na takovou vlhkost, kterou může převzít. Zvlhčený vzduch proudí kolem trubkových hadů, jejichž trubky jsou opatřeny žebry, a převezme více tepla, než by mohl převzít vzduch, který je suchý. Ve srovnání s konvenčním odpařovacím chladicím zařízením je spotřeba vody mnohem snížena. (Viz Obrázek 2.19). __________________________________________________________________________________________ 60 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2 Obrázek 2.19: Kombinovaný suchý/mokrý provoz hybridní chladicí soustavy ODVOD VZDUCHU [tm151, BAC, 1999] SOUSTAVA PRO DISTRIBUCI VODY
TRUBKOVÝ HAD OPATŘENÝ ŽEBRY
PŘÍVOD VZDUCHU
AXIÁLNÍ/OSOVÝ VENTILÁTOR VZDUCH
POVRCHOVÁ PLOCHA PRIMÁRNÍHO TRUBKOVÉHO HADU
PŘÍVOD VZDUCHU
VZDUCH
ČERPADLO PRO ROZSTŘIKOVÁNÍ VODY
NÁDRŽ
POVRCHOVÁ PLOCHA MOKRÉHO PATRA V případě kombinované technologie se používají všechny části, tzn. trubkové hady opatřené žebry, postřikované povrchové plochy primárního trubkového hadu a mokrá patra. V suchém režimu provozování je potom možné uzavřít veškeré rozstřikování vody a nechat proudit látku (resp. médium), která má být ochlazována, jak přes trubkové hady opatřené žebry, tak i přes primární trubkové hady, přičemž oba trubkové hady jsou ochlazovány pouze suchým vzduchem. Při mokrém/suchém režimu provozování látka (médium), poté, co projde suchými trubkovými hady, prochází přes primární trubkové hady, jejichž povrchová plocha je postřikována (vodou), předtím, než se vrátí zpět do procesu jako ochlazená látka (médium). Ohřátá voda skapávající dolů z primárních trubkových hadů stéká přes povrchovou vodu mokrého patra. Nasávaný vzduch proudí jak přes povrchovou plochu primárního trubkového hadu, tak i povrchovou plochu mokrého patra, kde se stává nasyceným, a odebírá teplo. Protože proudí přes trubkový had opatřený žebry, může být odebráno více tepla (viz taky Obrázek 2.19).
2.6.2.3 Kombinovaná technologie
2.6.2.4 Náklady na hybridní soustavy V případě použití hybridních (chladicích) soustav se vždy uvádí odkaz na investiční a provozní náklady, které jsou s nimi spojeny. Obecně vyjádřeno, hybridní (chladicí) soustavy vyžadují vyšší investiční náklady. Náklady na potlačení vzniku parní vlečky kolísají v závislosti na chladicí soustavě. Při porovnání s chladicí věží stejného chladicího výkonu, Fluor [1995] vypočítal, že v případě instalace 300 MW otevřené mokré chladicí věže jsou náklady na instalaci chlazení přibližně 2,5 krát vyšší, než pro chladicí věže bez potlačení vzniku parní vlečky. Pro mokré chladicí věže s uzavřeným okruhem jsou uváděny náklady pro potlačení vzniku parní vlečky 1,5 krát až 2 krát vyšší, než jsou náklady pro (chladicí) věže bez potlačení vzniku parní vlečky (Eurovent). Náklady musí být přizpůsobeny vzhledem k úsporám nákladů pro přívod vody a vzhledem k provozní flexibilitě. Roční náklady na vodu, včetně úpravy vody a včetně elektřiny, mohou v některých případech představovat hodnotu kolem 10 % ročních nákladů chladicí věže. Tyto ekonomické úvahy jsou samozřejmě závislé na individuálních použitích a na cenách vody a energie [tm139, Eurovent, 1998]. Náznaky nákladů pro hybridní chladicí věže s umělým tahem poskytnuté energetickým průmyslem představují hladiny 40 000 EUR až 70 000 EUR na MWth. V tomto sektoru (průmyslu) toto znamená hladinu instalačních nákladů rovnou (1,3 až 1,6) násobku, než jsou náklady pro chladicí věže podobného (chladicího) výkonu bez potlačení vzniku parní vlečky. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 61
2000
Kapitola 2
2.7 Recirkulační chladicí soustavy Popisy hlavních chladicích uspořádání, které jsou uvedeny výše v tomto dokumentu, vysvětlují principy chlazení (resp. ochlazování) a přidružená rozdílná technická konstrukční provedení, která jsou použita v průmyslu, a to v závislosti na požadavcích procesu, požadavcích předmětného místa a na požadavcích z hlediska životního prostředí. Některé klíčové definice byly vysvětleny v úvodu (k tomuto dokumentu), stejně tak jako rozdíl mezi suchým a odpařovacím chlazení, a rozdíl mezi termíny otevřená a uzavřená (chladicí) soustava, které jsou používány při popisech (chladicích) soustav. Nicméně používání kritéria přímá a nepřímá (chladicí soustava), resp. přímé a nepřímé chlazení, může vést k mnoha zmatkům/rozpakům, pokud nejsou tyto termíny definovány v souvislosti s recirkulačními chladicími soustavami.
2.7.1 Přímé recirkulační chladicí soustavy Jak bylo konstatováno výše v tomto dokumentu, v přímých chladicích soustavách existuje pouze jednoúrovňový výměník tepla, kde si chladivo a látka (médium) použitá v procesu vyměňují teplo a kde je chladivo (voda nebo vzduch) v kontaktu s životním prostředím. Únik v důsledku netěsností přes stěnu mezi látkou (médiem), která je použita v procesu, a chladivem (tzn. vodou nebo vzduchem) by proto znamenal, že látka (médium) použitá v procesu je vypouštěna do životního prostředí, nebo že, při podmínkách podtlaku resp.vakua (kondenzátory), je ovlivněn proces. A tak, přestože ochlazování chladiva, jak je uskutečňováno v chladicí věži, je taky procesem výměny tepla, je to stále ještě považováno za přímou soustavu. Příklad otevřené chladicí věže ochlazující vodní okruh kondenzátoru chlazeného vodou je proto přímá soustava (přestože, jak již bylo zmíněno, unik v důsledku netěsností ovlivní spíše proces než chladivo).
2.7.2 Nepřímé recirkulační chladicí soustavy Klíčovým prvkem pro definování nepřímé (chladicí) soustavy by bylo to, že únik v důsledku netěsností v procesu by nekontaminoval chladivo, které je v přímém kontaktu s životním prostředím. Toto znamená použití chlazení ve dvou hladinách/úrovních. V případě otevřené recirkulační chladicí věže by si voda, která odchází z věže, vyměňovala teplo ve výměníku tepla s vodou, která je v uzavřeném obvodu. Voda v tomto uzavřeném obvodu by odcházela z tohoto výměníku a byla by přiváděna do jiného výměníku tepla, ve kterém si vymění teplo s látkou (médiem) použitým v procesu. V uzavřených recirkulačních chladicích věžích se sleduje tentýž princip a trubkové hady nebo trubky jsou naplněny vodou, která je ochlazována vodou a/nebo vzduchem. Ochlazená voda je přiváděna do výměníku tepla nebo do kondenzátoru, které jsou umístěny v rozsahu procesu, za účelem výměny tepla s látkou (médiem), která je používána v procesu. V případech, kdy uzavřené recirkulační chladicí soustavy jsou provozovány v zimě a je potřeba provést ochranu proti zamrznutí, uzavřený (chladicí) okruh obvykle neobsahuje pouze vodu, ale taky chladivo nebo nemrznoucí směs, která je smíchána s vodou. Ve skutečnosti tyto (chladicí) soustavy mohou opět být klasifikovány jako přímé (chladicí) soustavy, protože chladivo by mohlo znečistit chladicí látku (médium), která je v otevřeném kontaktu s životním prostředím.
2.8 Náklady na chladicí soustavy Byly uvedeny náznaky cenových údajů pro každé uspořádání (chladicí soustavy), ale provedené výpočty nákladů na chladicí soustavy ukazují značné odchylky a tato problematika může být uzavřena konstatováním, že rozdíly v nákladech mezi různými (chladicími) soustavami nemusí nutně indikovat nejméně nákladnou variantu. Pokud se jedná o různé faktory, které ve výsledném efektu ovlivňují náklady resp. cenu, jsou velmi důležité požadavky uživatelů a legální požadavky. Z tohoto důvodu by odhad realizovatelnosti (chladicí) soustavy, nebo použití předmětné techniky (chlazení) měl být proveden (zvlášť) pro každý jednotlivý případ. Ceny energie musí být vždy vzaty v úvahu. Bude to důležité například v těch případech, kdy se zvažuje rekuperace tepla. __________________________________________________________________________________________ 62 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 2 Důležitým aspektem při výpočtu nákladů chladicí soustavy a nákladů na možná zdokonalení je porovnání mezi původními investičními náklady (chladicí) soustavy, nebo náklady na použitá opatření, a mezi výslednými ročními náklady. V praxi mohou vysoké investiční náklady vést k nižším nákladům na údržbu, ale taky k vyšším ročním fixním nákladům, které mohou být překážkou pro samotné investování. Za účelem porovnávání musí být náklady taky vyjádřeny z hlediska tepelného výkonu (chladicí) soustavy, pro kterou jsou předmětná opatření navrhována (kWth nebo MWth). Pro průmyslová (ne-elektrárenská) použití [tm001, Bloemkolk, 1997] je sestaven seznam celé řady částí, resp. elementů, podle kterých jsou stanoveny náklady, jak pro vodou chlazené soustavy, tak i pro vzduchem chlazené soustavy, kde jsou vypočteny celkové náklady a kde je provedeno porovnání různých (chladicích) soustav. Seznam těchto částí/elementů a přístup, podle kterého bylo postupováno, jsou vysvětleny níže a výsledky jsou přehledně uvedeny v Příloze X. Pro elektrárny platí odlišný model, který je vysvětlen v Příloze XII.
Části/elementy Obvykle musí být vzaty v úvahu následující části/elementy, podle kterých jsou stanoveny náklady:
Tabulka 2.3: Cena částí vodních a vzduchových chladicích soustav [tm001, Bloemkolk, 1997] Typ nákladů Fixní
Proměnné
Vodní chladicí soustavy
Vzduchové chladicí soustavy
Výměník(výměníky) tepla (typ, velikost a model)
X
X
Výměník tepla (materiál)
X
X
Potrubí v procesu, trubky pro přemostění
X
X
Čerpadla/záložní čerpadla
X
X
Přívodní/vstupní zařízení
X
Potrubí přívodní/vypouštěcí
X
Výtoková zařízení
X
Chladicí věž (chladicí věže) (případně)
X
X
Ventilátory
X
X
Tlumení zvuku (resp. hluku)
X
X
Nepřímá soustava (další výměník tepla, potrubí, čerpadla)
X
X
Voda (podzemní voda, voda z vodovodu)
X
Poplatek za vypouštění vody (stočné?)
X
Monitorování úniků v důsledku netěsností
X
Kondicionování vody
X
Spotřeba energie (čerpadla a ventilátory)
X
X
Údržba
X
X
Cena částí/elementů
X
Metodologie Pro porovnávání nákladů různých chladicích soustav byly vyvinuty rozdílné metodologie. Použitá metoda je stručně popsána v Příloze X. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 63
2000
Kapitola 2
Porovnávání Porovnávání by vždy mělo být provedeno na základě stejných provozních podmínek a pro stejný výkon a mělo by být vztaženo na MWth rozptýleného resp. ztrátového tepla.Výpočty ukázaly, že citlivost nákladů je do značné míry určena úrovní investic a spotřebou energie. Odchylky v cenách výměníků tepla (kotlových výměníků tepla) v důsledku zvoleného uspořádání a volby materiálu jsou velmi významné. Levné materiály a modely (typy) určují vypočtené dolní mezní hodnoty. Speciální materiály určují horní mezní hodnoty. Nemělo by zde být zapomínáno na to, že dobré materiály by mohly značně snížit náklady na údržbu, provozní náklady a použití chemických látek. Při výpočtu jako roční náklady se investiční náklady a provozní náklady významně liší. Faktory jako jsou požadavky na (přídavnou) vodu a náklady na vodu, a spotřeba energie, mají velký vliv. Volba materiálu má taky důsledky na výši ročních nákladů. V případech, kde je použito suché vzduchové chlazení, je dosažitelná koncová teplota velmi důležitá a čím je požadovaná koncová teplota nižší, tím se vzduchové chlazení stane dražším. V případě vodního chlazení je nízká koncová teplota méně důležitější pro odhad nákladů, pokud nejsou při výpočtu použity nízké hodnoty přiblížení. V Tabulce X.2 v Příloze X jsou uvedeny rozsahy nákladů pro různé velké průmyslové chladicí soustavy. Podle údajů, které byly použity při této metodě, se ukázalo, že provozní náklady otevřené mokré chladicí věže budou vyšší, než pro suché vzduchové chlazení. Na druhé straně byly investiční náklady pro vzduchové chlazení všeobecně vyšší, než pro ostatní (chladicí) soustavy. Toto dále naznačuje, zejména v případě vodních chladicích soustav, že vyšší investiční náklady mohou znamenat nižší provozní náklady (údržba, kondicionování). Na základě výše uvedených údajů může být učiněn závěr, že rozdíly nákladů mezi různými (chladicími) soustavami nemusí bezpodmínečně označit nejdražší variantu. Toto zcela jasně závisí na požadavcích uživatelů a požadavcích na hladiny emisí, které jsou stanoveny úřady. Z tohoto důvodu odhad toho, co je realizovatelné, by měl být proveden pro každý jednotlivý případ. Výše uvedené údaje mohou být použity jako počáteční (všeobecné) indikace a jsou pro ilustraci uvedeny v Příloze X.
__________________________________________________________________________________________
64
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Kapitola 3
3 ENVIRONMENTÁLNÍ ASPEKTY PRŮMYSLOVÝCH CHLADICÍCH SOUSTAV A POUŽITÉ TECHNIKY PREVENCE A REDUKOVÁNÍ 3.1 Úvod Environmentální aspekty průmyslových chladicích soustav jsou různé pro každé uspořádání, které je popsáno v Kapitole 2. Environmentální aspekty chladicích soustav jsou přímá a nepřímá spotřeba energie, emise tepla a přídavných látek chladicí vody do povrchové vody, hluk a vytváření parní vlečky. V každém případě by environmentální význam těchto problematik (jako je např. hluk) měl vždy být posuzován z hlediska celkového environmentálního zatížení včetně toho, které vytváří průmyslový proces, který má být ochlazován. Ne všechny položky jsou stejně důležité pro každou soustavu, jako jsou např. požadavky z hlediska vody a vytváření parní vlečky, které v suchých chladicích soustavách nehrají žádnou roli. Problematiky, které jsou potenciálně relevantní a měly by být vzaty v úvahu orgánem poskytujícím písemný úřední souhlas při posuzování průmyslových chladicích soustav, jsou kvalitativně charakterizovány a sumarizovány v Tabulce 3.1. Samozřejmě tam, kde jsou provedena příslušná opatření, stane se problematika méně relevantní, nicméně toto nebylo vzato v této tabulce v úvahu, poněvadž to bude součástí diskuse v následujících kapitolách. Charakter a úroveň emisí do životního prostředí nejsou pouze výsledkem použitého uspořádání, ale ve značném rozsahu závisí na způsobu, kterým je soustava provozována, a na způsobu, kterým je řízeno používání zdrojů potřebných k provozování chladicí soustavy. V této kapitole jsou prodiskutovány environmentální aspekty a mikrobiologická rizika (nebo zdravotní rizika), která je nutné brát v úvahu tehdy, když musí být posouzena žádost o vydání úředního souhlasu z hlediska životního prostředí. Zároveň jsou zde popsány zásady technik, které mohou být vzaty v úvahu při určení BAT. V mnoha případech bude chladicí soustava představovat již existující zařízení a je zřejmé, že volitelné možnosti pro zdokonalení jsou omezeny ve srovnání se situacemi na zelené louce. Všeobecně vzato návrh procesu a volba patřičné technologie a konstrukčního provedení chlazení mohou snížit spotřebu a zabránit mnoha emisím do životního prostředí. V individuálních případech, kde specifičnosti daného místa hrají hlavní roli, to bude způsob stanovení priorit z hlediska co by mělo být uděláno, nebo co může být uděláno. Pro konkrétní určení BAT je „přístup“ BAT popsán odděleně pro každou environmentální položku a každou techniku, přičemž se berou v úvahu potenciální vzájemná působení látek. Vyhodnocení navazuje na všeobecný „přístup“, který je uveden v Kapitole 1. Začíná se snižováním požadavků na chlazení a uvolňování tepla do životního prostředí. Následuje posouzení volitelných možností k minimalizaci zdrojů věnovaných na prevenci nebo snižování emisí, přičemž je nutno brát v úvahu to, že toto také povede k snadnějšímu provozování chladicího procesu: 1. prevence pomocí technologických možností: – integrovaná technická opatření – změna uspořádání 2. prevence pomocí optimalizace provozu (chladicích) soustav 3. použití technologie „end-of-pipe“ („konec potrubí“) nebo dalších technik. Jsou prodiskutovány environmentální důsledky každé volitelné možnosti a každá technika je vyhodnocena z hlediska vlivu na celkovou spotřebu energie. Nejprve je znázorněno jak mohou změny v provozech chlazení ovlivnit spotřebu energie. Informace o jednotlivých technikách a jejich parametrech a provedeních jsou uvedeny v přílohách. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 65
Kapitola 3
Tabulka 3.1:
Environmentální problematiky různých průmyslových chladicích soustav
[tm001, Bloemkolk, 1997]
Chladicí soustava
Průtočné chlazení (přímý okruh) Průtočné chlazení (nepřímý okruh) Otevřená mokrá chladicí věž (přímý okruh) Otevřená mokrá chladicí věž (nepřímý okruh) Otevřená mokrá/suchá chladicí věž Mokrá chladicí věž s uzavřeným okruhem Suché chlazení s uzavřeným okruhem Mokré/suché chlazení s uzavřeným okruhem Poznámky: -Malý/Malá/Malé + ++
Spotřeba energie (přímá) (§ 3.2)
Požadavek na vodu
Malá
++
+
++
Malá
++
+
++
+
+
--
Malé
+(3)
+
+
--
Malé
+(3)
+
Malý
--
Malé
Malé(3)
(§ 3.3)(1)
Strhávání Emise do ryb(2) povrchové vody proudem vody (§ 3.3) Teplo Přídavné (§ 3.3) látky (§ 3.4)
Vzduchové emise (přímé) (§ 3.5)
Tvorba parní vlečky (§ 3.5)
--
--
--
++
--/Malé
+(6)
--
--
--
Malé
--/Malé
+(6)
+
+
+
+
--/Malá
+
+
Malé
+
+
--(5)
+
Malé
?
+
+ (biocidy) + (biocidy)
Malé (ve vlečce) Malé (ve vlečce) -(4)
Hluk
Riziko
(§ 3.6)
Úniky v důsledku netěsností (§ 3.7)
Residua Mikro (§ 3.8) biologické riziko (zdraví) (§ 3.7)
+
+
--
--
Malé
Malé (ve vlečce)
--
+
Malé
Malé
--/Malá
++
--
--
--
--
--/Malé
--
++
Malé
--
--
+
Malý
--
--
Malé(3)
Malé
--
Malý
Malé
Malé
--/Malá
žádné/není relevantní relevance pod průměrem relevantní vysoce relevantní
1: odstavec v textu 2: jiné druhy mohou být taky strhávány 3: biocidy, proti tvorbě kotelního kamene, proti korozi 4: potenciálně, v případě úniků v důsledku netěsností 5: při správném provozování se nevyskytuje 6: odpad se vztahuje na kal z přiváděné vody a z dekarbonizace
____________________________________________________________________________________________________________________________________________ 66 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.2 Spotřeba energie Požadavek na energii průmyslových chladicích soustav může být považován jako přímá nebo nepřímá spotřeba. Přímá spotřeba je použití energie k provozování chladicí soustavy. Hlavní spotřebiče energie jsou čerpadla a ventilátory. Čím vyšší je odpor, který musí být kompenzován k udržování požadovaného průtoku vzduchu nebo vody, tím více energie vyžaduje chladicí soustava. Pokud není správně provozována, může být chladicí soustava nepřímo odpovědná za zvýšený příkon energie nebo surovin do výrobního procesu. K vyhodnocení jakékoliv změny v chladicí soustavě musí být vzata v úvahu celková energetická rovnováha jak chladicí soustavy, tak i výrobních procesů.
3.2.1 Přímá spotřeba energie Energie v chladicích soustavách je požadována k čerpání chladicí vody a/nebo vytváření proudění vzduchu. Vyjadřuje se jako měrná spotřeba energie v kWe na MWth ztrátového/rozptýleného tepla. Měrná spotřeba energie může značně kolísat a závisí na uspořádání použité chladicí soustavy (konstrukční provedení (přístupové teploty), tlak čerpání) a modelu provozu (celoroční provoz, pouze v létě nebo v zimě). Odchylky způsobí také lokální podmínky, poněvadž tatáž chladicí soustava v teplejších klimatických podmínkách typicky vyžaduje větší příkon energie než v chladnějších klimatických oblastech. V některých případech je požadována energie k přípravě přídavných látek v místě provozu chladicí soustavy. Hlavní spotřebiče energie v chladicích soustavách jsou: •
čerpadla (používají se ve všech soustavách, které používají chladicí vodu) pro přívod vody a také pro cirkulaci chladicí vody: –
– –
•
jejich spotřeba energie je určena průtokem (vody), množstvím vody, která musí být přečerpána, poklesem tlaku v procesu (počet výměníků tepla, konstrukční provedení), místem, ve kterém je dodávána a odváděna chladicí voda a látka, která má být čerpána (plyn, tekutina, tuhá látka). nepřímé soustavy mají dva okruhy a budou proto potřebovat více čerpadel. v případě chladicí věže je zdvih (sací/výtlačná výška) větší, což vyžaduje větší spotřebu energie ve srovnání se spotřebou energie v průtočné (chladicí) soustavě.
ventilátory pro větrání se používají ve všech chladicích věžích s umělým tahem a ve strojně chlazených kondenzátorech: – –
jejich spotřeba energie je určena počtem, velikostí/rozměry a typem ventilátorů, množstvím a zdvihem (sací/výtlačnou výškou) vzduchu, suché soustavy chlazení všeobecně vyžadují více vzduchu pro tentýž chladicí výkon než odpařovací (mokré) chladicí soustavy, přestože toto nemusí nutně vést k větší spotřebě energie. Energie použitá pro přidružené aktivity
Do celkového posouzení energetických požadavků chladicích soustav by měla být zahrnuta pomocná zařízení, která jsou podstatná pro provoz chladicí soustavy. Pro tuto oblast není uváděno mnoho údajů. Jako typický příklad se uvádí výroba chemikálií pro chladicí vodu, jako je např. ozon, přímo v místě chladicího zařízení, kde spotřeba energie pro výrobu 1 kg ozonu, používaného jako látka působící proti znečišťování, kolísá mezi 7 kWh až 20 kWh v závislosti na generátoru. Na základě minimální koncentrace požadované v místě vstřikování, která je mezi 0,5 g až 1 g O3/m3 a objemu chladicí vody je možné odhadnout požadovanou energii.
3.2.2 Nepřímá spotřeba energie Spotřeba energie výrobního procesu se považuje za nepřímou spotřebu energie, která je způsobena procesem chlazení. Spotřeba energie se bude zvyšovat s neefektivností chlazení. Menší přenos tepla (např. v důsledku znečištění) zvýší teplotu na straně procesu, což bude vyžadovat více energie, která bude muset být vyrobena přímo na místě, nebo jinde. Neúčinnost chlazení vede ke ztrátám výroby a bude snižovat účinnost procesu. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 67
Kapitola 3 V článku 1.2.1 a 1.4.3 jsou diskutovány účinky na aplikace, které jsou citlivé na teplotu. V důsledku sníženého ochlazování kondenzátoru může být celková přeměna energie snížena o 0,25 %, což je rovno snížení účinnosti kolem 0,4 % na stupeň Celsia. Pokud se dá přednost použití otevřené mokré chladicí věže před průtočnou soustavou, což má např. za následek o 5 ˚C vyšší koncovou teplotu, bude vyprodukováno maximálně o 2 % méně energie. Pokud by se vzal v úvahu rozdíl v energii pro čerpání, která se požaduje pro chladicí věž (který je (6 – 8) kWe na ochlazovanou MWth), způsobilo by to další jednoprocentní ztrátu účinnosti. V případě konvenční elektrárny, ve které je spalováno uhlí, znamená 1% snížení to, že účinnost by poklesla z 40 % na 39,6 %. Vyhodnocení environmentálních dopadů chlazení by mělo zahrnovat vyhodnocení nepřímé spotřeby energie. Důsledky změny nepřímé spotřeby energie na celkovou spotřebu energie mohou být vyjádřeny jako účinek zvýšení teploty na straně procesu na chlazení menší než je optimální. Tento údaj byl spočítán a bylo provedeno porovnání mezi hlavními chladicími uspořádáními [tm059, Paping, 1995]. Údaje v Tabulce 3.2 reprezentují přímou a nepřímou spotřebu energie a emise CO2 pro každé z chladicích uspořádání. Tři proměnné se považují za lineární funkci následujících konstrukčních parametrů: –
průtok chladicí vody
–
čerpací tlak
–
účinnost čerpání (nepřímo úměrná)
V tomto příkladu jsou údaje vypočítány pro průtočnou soustavu jakožto referenční soustavu pro každý z (uvedených) chladicích principů. Průtočná chladicí soustava má kapacitu 100 m3/hodinu na MWth (nebo 8,6 ˚C na MWth) a potřebuje tlak 3 bar k čerpání vody do požadované výšky. Toto vyžaduje kolem 10 kWe/MWth/rok s účinností čerpání 75 %. V případě nepřímé průtočné chladicí soustavy se vyskytuje pokles tlaku a musí být navíc vytvořeno 4,5 bar, což vyžaduje 15 kWe/MWth. Soustava chladicí věže potřebuje navíc energii k zvednutí vody do výšky nad například 8 m a kromě toho kolem 7 mwg přes rozstřikovací trysky. Při porovnání s průtočnou chladicí soustavou toto vyžaduje navíc 4,5 bar a 15 kWe/MWth. Pokud se jedná o ventilátory předpokládá se, že potřebují 15 kWe/MWth. Pokud jsou v provozu jenom v létě (4 měsíce), pak průměrná požadovaná energie je rovna 5 kWe/MWth. V téže tabulce je nepřímá energie vyjádřena jako funkce zvýšené vstupní teploty chladicí vody. Toto povede k zvýšené teplotě na straně procesu. Koeficient reprezentující toto zvýšení se vypočítá jako 1,4 kWe/MWth ˚C (viz Přílohu II). Znamená to, že na jeden stupeň zvýšení teploty na straně procesu se požadovaná energie zvýší koeficientem 1,4. Při znalosti celkové spotřeby energie pro každé chladicí uspořádání je možné vyjádřit tuto spotřebu v hladinách emitovaného CO2 na vypouštěnou MWth. Je možné vypočítat energii požadovanou ve výrobě energie k vytvoření energie spotřebované chladicí soustavou. Za předpokladu účinnosti 40 % ve výrobě energie musí být každá kWe přiváděná do provozu chladicí soustavy vynásobena 2,5, což vyjadřuje energii požadovanou pro vypouštění energie (=chlazení), nebo kWe na kWe (v ‰). Pro každou ‰ je emitováno určité množství CO2. Předpokládá se, že v průměru je emitováno 2 000 (1 500-2 500) tun CO2 ročně na MWe (nepřetržitý provoz), nebo 2 tuny CO2/‰. (Tato hodnota je odvozena z emisních údajů Dánska a závisí na palivové směsi). Údaje uvedené v Tabulce 3.2 se nacházejí uvnitř rozsahů relativních spotřeb energie, které lze obvykle zjistit při porovnávání různých chladicích soustav s podobnými chladicími kapacitami/výkony. Údaje nejsou přesné a neměly by být používány jako přesné hodnoty. Stejně tak tyto údaje neznamenají to, že jedna soustava je méně preferovaná než druhá chladicí soustava. Co tabulka uvádí zřetelně, je to, že vliv způsobený ztrátou účinnosti chlazení může být značný a že důsledky na celkovou energetickou rovnováhu mohou být prezentovány v porovnatelné podobě. Tato tabulka ukazuje důležitost zvažování jak přímé spotřeby energie, tak i nepřímé spotřeby energie při provozu chladicí soustavy.
__________________________________________________________________________________________ 68 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
Tabulka 3.2: Příklad porovnání ročního měrného požadavku na přímou a nepřímou energii různých chladicích soustav a důsledky na emise CO2 na MWth [tm059, Paping, 1995]
Zvýšená T čerpadla (˚C)
Měrná přímá spotřeba energie (kWe/MWth)
Měrná nepřímá spotřeba energie (kWe/MWth)
Celková spotřeba energie (kWe/MWth)
Použitý korekční koeficient1) = 1,4 kWe/MWth ˚C
Celková přímá+nepřímá
E vstupní na E vypouštěnou (v ‰)
CO2 (tuny/rok/MWth)
Chladicí soustava
Čerpadla
Ventiláto Celke ry m
Průtočná – přímá
10 (9-12)
-
10
0
0
10
25
50
Průtočná – nepřímá
15 (12-18)
-
15
5
7
22
55
110
Otevřená mokrá chladicí věž
15 (13-17)
5
20
5
7
27
68
136
Hybridní chlazení
15 (13-17)
8
23
5
7
30
75
150
> 15 (13-17)
8
> 23
8
11
> 34
> 85
> 170
-
20
20
20
28
48
120
240
Chladicí věž s uzavřeným okruhem Chlazení suchým vzduchem 1)
Pokud se jedná o výpočet korekčního koeficientu, viz Přílohu II.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 69
Kapitola 3
3.2.3 Redukování energie požadované pro chlazení Redukování požadované energie použité v chladicích soustavách je záležitostí environmentální rovnováhy. Integrovaná opatření v rozsahu průmyslového procesu k opětnému využití tepla sníží potřebu vypouštění nadměrného tepla do životního prostředí. Pokud je požadován menší chladicí výkon, všeobecně a v absolutních poměrech je potřeba méně energie k provozu chladicí soustavy. Účinnějším zařízením a správným provozováním chladicí soustavy, které zabraňují zvýšení teploty na straně procesu, se může dosáhnout dalších snížení požadované energie. Správnou volbou materiálu a konstrukčního provedení se sníží požadovaná spotřeba energie chladicích soustav. Toto je velmi složitá záležitost zahrnující mnoho faktorů, kde je obtížné poskytnout všeobecně platnou radu. Používají se a mohou být zmíněny následující postupy a jako volitelné možnosti by měly být vzaty na vědomí: 1.
správné uspořádání chladicí soustavy jako jsou hladké povrchy a podle možností co nejméně změn směru proudění zabrání turbulenci a sníží odpor proudění chladiva;
2.
v chladicích věžích s umělým tahem jsou volitelné možnosti k snížené spotřebě energie volba typu a umístění ventilátorů a možnost nastavování proudění vzduchu;
3.
volba správné výplně nebo náplně (z hlediska provozních podmínek), aby byla kdykoliv zabezpečena maximální výměna tepla;
4.
volba eliminátorů unášení s minimální odporem proudění.
Změny materiálu a konstrukčního provedení se nejeví jako ekonomicky účinné volitelné možnosti k snížení požadavků na energii pro již existující chladicí soustavy, zejména v případě velkých soustav. Náhrada vnitřního vybavení chladicích věží (ventilátory, výplň a eliminátory unášení) jsou v některých případech volitelné možnosti. V případě menších soustav, jako jsou otevřené a uzavřené recirkulační mokré chladicí soustavy, které jsou na trhu jako hotové („off-the-peg“) výrobky, je změna chladicí soustavy technicky mnohem snadnější. Dobrým příkladem vlivu konstrukčního provedení je použití hladkých (s žebry) podpěrných pilířů na vstupu velké (178 m) chladicí věže s přirozeným tahem pro jadernou elektrárnu. Toto konstrukční provedení zvětšovalo průtok vzduchu a snižovalo pokles tlaku umožňující o 0,3 °C studenější chlazení, přičemž snížení teploty o 1 °C pro toto zařízení je přibližně rovno úspoře 250 000 EUR za rok. Velmi málo bylo publikováno o možnostech volby pro snížení požadovaného množství energie pro chladicí věž prostřednictvím energeticky účinnějších ventilátorů, nebo pomocí flexibility provozní soustavy. V informacích dodavatelů lze nalézt údaje o dostupných typech ventilátorů a jejich energetické náročnosti. Jsou k dispozici ventilátory, které mohou být provozovány při proměnlivých otáčkách [tm97, Immell, 1996], nebo je uživatelům doporučováno použít soustavu s více ventilátory, která má větší flexibilitu při nastavování požadovaného průtoku vzduchu. Pokud se jedná o vliv eliminátorů unášení na výkonnost ventilátorů v důsledku indukovaného poklesu tlaku [tm092, Becker a Burdick, 1994] byl učiněn závěr, že existují rozdíly mezi různými konstrukčními provedeními a že rozdíl ve vlivu na výkonnost ventilátoru vyžaduje pečlivé posouzení, přičemž je nutné vzít v úvahu souvislost s úplnými soustavami. Znamená to, že musí být provedeno komplexní vyhodnocení, které zahrnuje uspořádání věže a distribuci proudění ventilátorem a eliminátorem unášení. Na základě tohoto bude možné provést užitečné porovnání různých konstrukčního provedení ventilátorů. Příklady změny výplně chladicí věže uváděly značná zvýšení účinnosti výměny tepla, snížení teploty chladicí vody odváděné z věže a dosažení lepšího chlazení [tm034, Hobson a jiní, 1995] [tm041, Burger, 1994], [tm117, Remberg a Fehndrich, 1993]. Zlepšení kapacity výměny tepla výplně zdokonalí chlazení procesu ve výměníku tepla. V důsledku tohoto může být redukována činnost ventilátorů při dosažení stejné úrovně chlazení jako předtím. Při nezměněné úrovni provozu bude kapacita chlazení vyšší. Použití nesprávného uspořádání výplně může vytvořit nežádoucí odpor __________________________________________________________________________________________ 70 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 pro proudění vzduchu kolem nebo napříč, ale geometrie věže je také důležitá. Hustá vrstva výplňových svazků vytvoří větší poklesy tlaku a obvykle vyžaduje větší spotřebu energie pro ventilátory. Rozstřikovací výplně mají nižší pokles tlaku na straně vzduchu, ale v důsledku své nižší účinnosti vyžaduje tato výplň větší věže, nebo více článků a kompenzace nemůže být provedena vyšším energetickým příkonem pro činnost ventilátorů. Praktické zkušenosti uvádějí zřetelný vliv údržby na snížení požadovaného množství energie pro provoz chladicích soustav. Všeobecně řečeno, pro vodou chlazené soustavy toto znamená řádné ošetřování soustavy za účelem snížení odporu v soustavě způsobeného tvorbou kotelního kamene, korozí, znečištěním, atd. Ošetřování (chladicích) soustav bude udržovat povrch výměníků (tepla), potrubí/kanálů a (výplňových) svazků v chladicích věžích v hladkém stavu. Zabrání vzniku odporu pro proudění vody, sníží požadovaný výkon pro čerpání a zlepší výměnu tepla. Patřičná úprava chladicí vody (viz Část 3.4), vyvážené použití přídavných látek ve vztahu k zvýšení teploty procesu, sníží přímou spotřebu energie stejně tak jako nepřímou spotřebu energie. Není uváděna žádná kvantifikace snížení kWe na odváděnou MWth v důsledku zdokonalené údržby.
3.3 Spotřeba a emise chladicí vody 3.3.1 Spotřeba vody 3.3.1.1 Přívod vody a požadavky na vodu Voda je pro chladicí soustavy významná látka, a to zejména pro velké průtočné chladicí soustavy, zatímco pro suché vzduchem chlazené soustavy nemá žádný význam. Používá se povrchová voda, podzemní voda a pitná voda. Pro účely chlazení může být v zásadě použita slaná voda, brakická/poloslaná voda a sladká voda. Slaná voda je hojně k dispozici v pobřežních lokalitách, ale nevýhodou slané vody je její účinek na korozi. Očekává se, že použití podzemní vody pro účely chlazení se bude v nastávajících letech snižovat, protože pro účely druhořadého použití (jako je chlazení) bude podzemní voda stále méně povolována, pokud toto použití nebude kombinováno s nezbytným získáváním podzemní vody, které je přidruženo k jiným potřebám. Příklady jsou snižování hladiny podzemní vody v případech, kdy překáží při těžení v dolech, nebo voda z čerpacích zařízení pro vodní energii. Menší dostupnost podzemní vody by mohla mít za následek zvýšení spotřeby povrchové vody pro účely chlazení. Použití vody a spotřeba vody jsou termíny, které se oba používají pro požadavky vodních chladicích soustav. Použití vody znamená, že stejný objem ohřáté chladicí vody se vrátí zpět do zdroje, ze kterého byla odebrána (průtočná chladicí soustava). Spotřeba vody znamená, že jen část vody použité pro chlazení (odkalování recirkulačních soustav) se vrátí zpět do přijímací vody (recipientu), přičemž zbývající část vody zmizí odpařením a unášením v průběhu procesu chlazení. Spotřeba vody je zejména významná tam, kde se pro účely chlazení používá podzemní voda v oblastech citlivých na sucho. Objem použité vody je široce spojen s typem průmyslu. Podle různých zdrojů se ukazuje, že potřeba chladicí vody v Evropě je značná. [Correia, 1995]. Všeobecně vzato největší podíl (povrchové) vody se vyžaduje pro elektrárny. Se zbývající částí vody se počítá pro malý počet větších průmyslových odvětví, z nichž největším uživatelem je chemický průmysl. Objem požadované vody je rozdílný pro různé vodní chladicí soustavy (Tabulka 3.3). V případě průtočných chladicích soustav (přímých a nepřímých) závisí použití vody na: •
požadavku procesu (kondenzátor)
•
teplotě přívodní vody
•
maximálním přípustném zvýšení teploty přijímací vody (recipientu)
•
maximální přípustné teplotě chladicí vody, když je vypouštěna.
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 71
Kapitola 3
Tabulka 3.3 Požadavky různých chladicích soustav na vodu [tm001, Bloemkolk, 1997] Chladicí soustava
Průtočná soustava – přímá Průtočná soustava – nepřímá Otevřená mokrá chladicí věž – přímá Otevřená mokrá chladicí věž – nepřímá Otevřená mokrá/suchá (hybridní) chladicí věž Uzavřený okruh mokré chladicí věže Uzavřený okruh suché vzduchové chladicí věže Uzavřený okruh mokré/suché chladicí věže
Průměrná potřeba vody
Relativní potřeba vody
[m3/h/MWth] 86 86 2 2 0,5 proměnlivá 0 1,5
[%] 1) 100 100 2,3 2,3 0,6 proměnlivá 0 1,7
1)
předpoklad: kapacita chlazení ΔT 10 K otevřená mokrá chladicí věž: cykly koncentrace mezi 2 a 4 otevřené mokré/suché chlazení: suchý provoz 75 % uzavřený okruh mokré/suché věže suchý provoz v rozsahu od 0 do 25 %
V otevřených recirkulačních soustavách, uzavřených okruzích mokrých a uzavřených okruzích mokrých/suchých chladicích věží je většina vody recyklována a teplo je rozptýleno do ovzduší převážně odpařováním. V těchto soustavách se spotřeba vody značně odchyluje a nejsou k dispozici žádné specifické údaje, protože činnost závisí na použitém koeficientu koncentrace (je regulován úmyslným odkalováním), odpařování a v menším rozsahu na teplotě okolí. Nepřímý uzavřený okruh suchých chladicích věží může používat vodu jako sekundární chladivo, ale potřeba je velmi nízká ve srovnání s potřebou ve vodních chladicích soustavách. V normálních případech je voda pro doplnění potřeba pouze tehdy, když se vyskytne netěsnost, např. v těsnění čerpadel, přírubách a ve ventilech, nebo když byla voda vypuštěna k umožnění opravy soustavy. Za těchto okolností jsou množství malá a může být ekonomicky použita pitná voda, nebo dokonce voda zbavená nerostných látek (demineralizovaná).
Legislativa V členských státech se o vodu jako o zdroj nebo jako látku přijímanou životním prostředím starají různé úřady. Ve všech případech by potřeba (použití?) vody měla být součástí integrovaného environmentálního povolení, zejména tam, kde jsou omezené zdroje. Očekává se, že v celém rozsahu Evropy tlak na zdroje vody dobré jakosti zvýší tlak na opatření pro zachování vody v chladicích soustavách a že budou stanoveny mezní hodnoty objemů vody, kterou bude možné odebrat ze zdroje. Co se týká použití vody, je základním legislativním dokumentem na evropské úrovni „rámcová směrnice o vodě“ („Water Framework Directive“). Tato směrnice je zaměřena jak na jakost vody, tak i na kvantitativní status podzemní vody definovaný ve smyslu vlivu hladiny podzemní vody na přidružené povrchové ekosystémy a ve smyslu udržitelnosti vodního zdroje. Na národní úrovni mají některé členské státy samostatnou legislativu pro aspekty zabývající se přívodem a používáním povrchové vody.
Průřezové záležitosti Záležitost omezování potřeby vody se vztahuje k následujícím environmentálním aspektům: – – – –
emise tepla do povrchové vody, používání přídavných látek do chladicí vody, spotřeba energie jak v chladicí soustavě, tak i ve výrobním procesu, nepřímé emise.
Každý z výše uvedených faktorů vyžaduje posouzení, aby mohlo být vyhodnoceno, zda zmenšený přívod vody pro chlazení je tím nejlepším řešením. V následujících odstavcích je učiněn pokus popsat použitelné volitelné možnosti technik snižování (s)potřeby vody a jejich průřezové účinky. __________________________________________________________________________________________ 72 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.3.1.2 Použité techniky pro snižování spotřeby vody Snížení spotřeby vody pro chlazení představuje konkrétní zájem tam, kde dostupnost vody je nízká na základě přírodních nebo ekologických důvodů. Mohou to být buď oblasti postižené suchem, nebo oblasti se sezónními nízkými dešťovými srážkami. Nebezpečí vyčerpání zdrojů podzemní vody a situace s relativně vysokými požadavky na chladicí vodu, kde se požadavky blíží nebo by mohly být větší než průtok vody v řece, nebo kde emise tepla do povrchové vody jsou omezeny, jsou další typické příklady.
1. Technologie chlazení Při snižování množství vody požadované pro chlazení je důležitá volba chladicí soustavy. V situacích na zelené louce se navrhuje, aby byla posouzena možnost použití chlazení vzduchem např. použitím otevřených chladicích věží. V případě velkých soustav by požadovaná kapacita chlazení mohla omezovat volitelnou možnost suchého vzduchového chlazení, poněvadž to vyžaduje velké teplosměnné plochy. Pokud to je uskutečnitelné, měla by být věnována pozornost změně celkové účinnosti, zvýšeným provozním nákladům na provoz ventilátorů a nákladům na snížení hluku. Použití soustav suchého chlazení obvykle vede k snížení účinnosti procesu. Z toho vyplývá, že mají být upřednostňovány mokré soustavy (chlazení). Pouze v případě, kdy neexistuje žádný zdroj vody (resp. přídavné vody) je možné, že suché chlazení je nevyhnutelné. Pro již existující průtočné soustavy je použití recirkulačních soustav (otevřené mokré chladicí věže) použitelnou volitelnou možností k snížení požadavků na vodu. Věže jsou vybaveny eliminátory unášení jakožto standardní technikou k dalšímu snižování ztrát vody odpařováním. Obecně vzato recirkulace znamená, že musí být učiněna opatření k ochraně teplosměnné plochy před tvorbou kotelního kamene nebo před korozí. Na druhé straně použití recirkulace chladicí vody současně znamená snížení tepelné emise do povrchové vody.
2. Provoz chladicích soustav Běžně používaný provoz v recirkulačních mokrých chladicích soustavách je zvyšování koeficientu koncentrace prostřednictvím snížení frekvence odkalování. Čím je čistější voda, tím snadnější to je a správná údržba otevřené mokré chladicí věže sníží znečištění/kontaminaci chladicí vody a může způsobit vyšší počet cyklů a následně na to nižší frekvenci odkalování. Zvýšení cyklů koncentrace obvykle vede ke zvýšenému požadavku na chemikálie proti znečištění k umožnění vyšších koncentrací soli bez rizika usazování (sedimentace). Je k dispozici, resp. lze nalézt množství zpráv, ve kterých jsou prezentovány programy úpravy vody určené zejména pro provoz s vyššími cykly koncentrace za účelem redukování objemu odkalování [tm094, Alfano a Sherren, 1995]. V rámci přípustných podmínek by měla být věnována pozornost potenciálnímu zvýšení koncentrací prvků v odkalované vodě. Kritické posouzení výsledků maximalizace cyklů chladicí věže a problémů, které s tímto souvisí, je možné nalézt v dokumentu [tm095, Cunningham, 1995]. Závěr je takový, že schopnost, resp. možnost zvýšit počet cyklů závisí na mnoha chemických a fyzikálních faktorech (např. teplota vody, pH, rychlost vody) a vyžaduje vysokou úroveň expertízy. S uvážením dané rozmanitosti provozních podmínek a chemie vody může být nesnadné předpovídat maximální cykly koncentrace a musí být věnována pozornost zvážení souvisících nákladů předtím, než chladicí soustava může být provozována ekonomickým způsobem.
3. Další techniky V případě recirkulačních soustav, které používají relativně omezená množství vody, je aplikováno množství dalších technik. Cílem těchto technik je zlepšení jakosti chladicí vody. Předběžná úprava chladicí vody (jako je vločkování/flokulace, srážení, filtrace nebo membránová technologie) může snížit požadavky na vodu tam, kde se požaduje menší odkalování k udržení téhož koeficientu koncentrace. Úpravy vody nicméně povedou k vzniku kalu, který bude muset být zlikvidován (viz Přílohu IV pojednávající o odkalování). Použití odpařovací nádrže (odpařovacího rybníku) je technika, která je stále používána v některých starších provozních místech a podrobuje se dalšímu vývoji. Může být použita k prevenci emisí tepla do povrchové vody předchlazováním chladicí vody před jejím vypouštěním, ale může sloužit podobným způsobem jako chladicí věž tak, že je částí celkové cirkulace. V odpařovací nádrži se voda ochlazuje rozstřikováním přes velkou plochu __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 73
Kapitola 3 povodí, čímž se vytváří velký chladicí povrch, a posléze může voda být znovu použita (Příloha XI). Měla by být věnována pozornost mikrobiologickým rizikům v důsledku vytváření aerosolů (viz 3.7.3). Pokus snížit požadavek na zdroje vody se uskutečňuje také spojováním průtoků vody různých průmyslových jednotek do jednoho nebo více míst. Tato metoda uchovávání vody může být docela úspěšná, nicméně vyžaduje pečlivé posouzení. Pokud se jedná o vyhodnocování alternativních řešení při uchovávání vody pro průmyslové oblasti je k dispozici celá řada důležitých úvah [tm065, Meier a Fulks, 1990], které by měly být vzaty v úvahu: 1.
přehled dostupných vodních zdrojů a jejich chemie;
2.
posouzení množství těchto zdrojů a jejich kolísání/fluktuace;
3.
posouzení znečišťujících látek a úprav vodních zdrojů;
4.
vliv běžných programů úprav vodního zdroje na existující metody úprav chladicí vody;
5.
vliv potenciálních zvýšení vodivosti recyklované vody na proces, ve kterém je voda použita;
6.
volitelné možnosti programu chemické úpravy pro chladicí soustavy;
7.
ekonomika alternativních metod opětovného použití.
Faktory, jejichž seznam je uveden výše, ovlivňují volbu vodních zdrojů a množství vody, která může být opětně použita. Typické vodní zdroje v místě (průmyslového procesu) jsou odkalené vody z chladicích věží a boilerů. Také se používají terciárně upravené výtoky z obecních/městských podniků na zpracování odpadů. Ve všech případech je důležité zabránit zvýšené potřebě ještě složitějších programů úpravy vody k umožnění opětného použití vody (Příloha XI). Je také možné opětné použití odkalené vody z odpařovacích nádrží/rybníků, pokud se jedná o použití, která nejsou citlivá na zvýšený obsah soli ve vodě. Technologie založená na soustavě s nulovým vypouštěním může být aplikována tím, že se upraví a opětně použije odkalená voda. Je nutno posoudit náklady na likvidaci kalu vznikajícího z této technologie v závislosti na environmentálních nákladech na úpravu a vypouštění odkalené vody (Příloha XI).
3.3.2 Strhávání ryb 3.3.2.1 Míra strhávání V případě velkých přívodů vody, jako je přívod vody pro průtočné soustavy vodního chlazení, existuje problém nárazů na ryby a jejich strhávání. Pokud se jedná o strhávané ryby – hlavně rybí larvy, procházející přes síta umístěná na přívodu chladicí vody, na čerpadlech a kondenzátorech – obvykle nejsou odebírány vzorky. Strhávání ryb je záležitostí lokálního významu a množství strhávaných ryb je založeno na komplexu technických a biologických faktorů, které vedou k řešení, které je specifické pro dané místo. Voda je vtahována/nasávána do vstupních kanálů ve velkých množstvích a při značně vysokých rychlostech. Vstupní kanály jsou obvykle vybaveny filtry k zachycování úlomků pro ochranu výměníků tepla před ucpáním/zanesením a mechanickým poškozením. K nárazům dochází tehdy, když jsou ryby tlačeny na síta umístěná před kondenzátory a výměníky tepla. Značné množství menších tvorů je unášeno chladicí vodou a usmrceno jejich mechanickým poškozením, což se nazývá strhávání. Údaje o množství ryb unášených chladicí vodou, nebo zachycených na vstupu chladicí soustavy, nejsou podrobně uváděny. Byly analyzovány výsledky 24-hodinových vzorků z hlediska počtu ryb unášených chladicí vodou na holandské 600 MWe elektrárně [KEMA, 1992] na řece Rýn s průtokem chladicí vody (22 – 25) m3/s. Výsledky ukazují, že počet unášených ryb v jednotlivých letech, stejně tak, jako počty ryb unášených v jednotlivých obdobích téhož roku, se velmi liší. Většina ryb byla zachycena v létě. Studie, které byly provedeny na 2 000 MW vnitrozemské elektrárně na řece Trent v Anglii ukázaly, že velká většina strhávání ryb se vyskytla při soumraku nebo vzápětí po soumraku, nebo v létě. Tato elektrárna nemá __________________________________________________________________________________________ 74 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 průtočnou chladicí soustavu a nebyl objeven žádný důkaz významného vlivu na ryby. Toto byl také případ na jiné elektrárně podobné velikosti umístěné na řece Temži [Carter a Reader, v tisku]. Síta v případě obou elektráren mají oka přibližně 9 mm široká. Výzkum ve věci strhávaných a potlučených ryb v případě devíti holandských elektráren ukázal, že více než 95 % potlučených ryb byly ryby 0+, narozené na jaře téhož roku, a jejich délka byla menší než 10 cm. Toto je potvrzeno výsledky, které jsou ve výše zmíněné elektrárně na řece Trent, přestože úmrtnost byla 100%, přičemž se tam vyskytovala zanedbatelná úmrtnost ryb ve srovnání se zmíněnou přirozenou smrtí [Carter a Reader, v tisku]. Vyskytuje se také odchylka v počtu strhávaných ryb a druhů strhávaných ryb mezi různými elektrárnami. Výsledky programu odběru vzorků, provedených v šesti holandských elektrárnách na řece Rýn, na řece Meuse a ramenech těchto řek ukázaly odchylky v druzích strhávaných ryb mezi 12 a 25 druhy a odchylky v množství potlučených ryb na sítech chladicí vody mezi 0,02 a 2,45 ryb na 1 000 m3 chladicí vody v průměru za celý rok [Hadderingh a jiní, 1983]. V případě elektráren umístěných na jezerech, na ústích řek a na mořském pobřeží může být pozorované množství potlučených ryb mnohem vyšší než na elektrárnách, které jsou umístěny na řekách, a to až 25 ryb na 1 000 m3 [KEMA, 1982]. Tabulka 3.4 Poměrná množství naražených ryb (FIR) v elektrárnách. Roční zachycení normalizovaná (vztažená) na průtok chladicí vody [tm164, Travade, 1987] a [tm165, Turnpenny a jiní, 1985] Voda Elektrárna Výkon FIR (MWe) (kg/106 m3) Severní moře Sizewell A 480 73 Kingsnorth 2 000 4,4 Dunkerque 600 19 Gravelines 5 400 48 Anglický kanál Dungeness A 410 190 Dungeness B 1 200 40 Paluel 5 200 43 Fawley 2 000 19 Bristolský kanál Hinkley B 1 300 24 Ústí řek Le blayais 3 600 79 Řeky Loire (St Laurent A) 1 000 1,8
3.3.2.2 Použité techniky pro redukování V závislosti na odlišných výsledcích bylo vyvinuto množství technik, které byly použity v průmyslu k zabránění nasátí ryb v důsledku velkého množství přiváděné chladicí vody. Optimální řešení a výsledky a schopnost splnit požadavky BAT jsou ovlivňovány širokým spektrem biologických, environmentálních a technických faktorů, které musí být vyhodnoceny na základě specifických podmínek v místě procesu (elektrárny). Porovnání různých technik proto není možné.
1. Technologie chlazení Technologické změny uskutečněné k zabránění strhávání ryb nebyly publikovány. Je zřejmé, že strhávání ryb nebude problémem při změně na otevřené nebo uzavřené recirkulační chladicí soustavy, které jsou finančně nákladnou operací. Může to být zváženo v situacích na zelené louce. Zařízení k zabránění nasátí ryb lze nalézt např. v energetickém průmyslu a v rafineriích. Řešení pro prevenci jsou tato: –
zvuková zařízení, pozitivní pro odvrácení velkých množství (hejna) ryb, ne však pro úhoře;
–
světelné systémy se svítilnami umístěnými pod vodou, pozitivní pro odvrácení úhořů;
–
poloha, hloubka a konstrukční provedení vstupního otvoru;
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 75
Kapitola 3 –
mezní hodnoty rychlosti proudění nasávané vody (přestože údaje ze studií uskutečněných v Anglii ukazují, že strhávané ryby samy umožňují, aby byly unášeny proudem (tj. úmyslné unášení nebo rozprchnutí se), i když jsou fyzicky schopny uniknout z proudu vody plaváním);
–
velikost ok sít umístěných v chladicí vodě (které chrání chladicí soustavu před poškozením). Pozorováními bylo zjištěno, že ve stejné elektrárně velikost ok sít 5 x 5 mm v průměru zdvojnásobí počet strhávaných ryb ve výstupu chladicí vody, které přežijí, ve srovnání s velikostí ok sít 2 x 2 mm, protože úmrtnost potlučených rybích larev je vyšší než úmrtnost při strhávání [KEMA, 1972] a [Hadderigh, 1978].
Úmrtnost potlučených ryb může být snížena pomocí dobrého systému vytvoření zpětného proudění ryb směrem od sít chladicí vody a jejich spláchnutí zpět do povrchové vody.
2. Provozní praxe a techniky „end-of-pipe“ Snížení rychlosti proudu vody, nasávané do chladicí soustavy, na hodnotu pod (0,1 až 0,3) m/s, jasně ukázalo pozitivní účinek a snížené množství ryb vtažených dovnitř soustavy. Nicméně snížení rychlosti může znamenat to, že jsou požadovány vstupní kanály s většími rozměry, což může mít technické a finanční důsledky. Všeobecně vzato změny provozní praxe nebo použití technik „end-of-pipe“ („konec potrubí“) se nevztahuje na strhávání ryb, ale existuje také pohled – který není sdílen všemi – že strhávání ryb by mohlo být sníženo tak, že se vezme v úvahu denní a sezónní model strhávání.
Tabulka 3.5: Dostupné technologie ochrany ryb pro vstupní zařízení chladicí vody Odvozeno podle [tm152, Taft, 1999] Kategorie
Techniky ochrany
Účinky
Poznámky
Systémy sběru ryb
Optimalizace (zvětšení) velikosti ok pohyblivých vodních sít
Zvyšuje úroveň přežití strhávaných rybích larev a ryb ve velmi mladé etapě jejich života Přeprava ryb zpět do povrchové vody
Úmrtnost při strhávání ryb v této etapě života je nižší než úmrtnost při potlučení v těchto etapách života Vyžaduje druhý systém vysokotlakých trysek k očištění pohyblivých sít
Zvyšuje úroveň přežití potlučených ryb
Ryby v průběhu přepravy zpět do povrchové vody zůstávají trvale ve vodě Zkrácení doby narážení
Nízkotlaké vodní trysky používané pro odpláchnutí ryb od pohyblivých sít a pro jejich navracení do povrchové vody Nádoby pro ryby umístěné na sítech Průběžné otáčení pohyblivých sít Čerpadla na ryby Systémy k odklonění ryb (vytváření obtoku pro ryby)
Šikmá síta nebo žaluzie s obtokem („by-pass“) pro ryby
Překážky ovlivňující chování
Světla – stroboskopická světla – trvale svítící světla – rtuťová světla – jiná světla Zvuk
Zvyšuje úroveň přežití potlučených ryb Přeprava ryb zpět do povrchové vody – Přežití tvrdších druhů (50-100) % je větší než měkčích druhů – Ne pro rybí vajíčka, larvy a malé bezobratlovce Účinky různých světelných systémů závisí na místní situaci, na druzích ryb, a na etapě vývoje ryb Účinky závisí na místní situaci, na druzích ryb, a na etapě vývoje ryb
Komplikované pro udržování správného stavu v potrubích – Vyžaduje stejnoměrný, konstantní průtok s nízkou rychlostí – Je nutné odstraňovat úlomky V mnoha situacích je nutné zhotovit obtok („by-pass“) pro odkloněné ryby V mnoha situacích je nutné zhotovit obtok („by-pass“) pro odkloněné ryby
__________________________________________________________________________________________ 76 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.3.2.3 Náklady na akustická zařízení a světelné systémy Je samozřejmé, že jakákoliv změna provedená na existující (chladicí) soustavě bude nákladná. Energetický průmysl oznámil, že dodatečné náklady na technologie ochrany ryb, aplikované na existující zařízení jsou ve výši mezi (40 000 až 200 000) EUR, včetně nákladů v době nečinnosti. V situacích na zelené louce by dodatečné investice na alternativní vtoková zařízení byly pravděpodobně méně podstatné. Z hlediska dobré účinnosti nesmí být rychlost proudění vody přes zvuková zařízení a světelné systémy vyšší než (0,3 – 0,5) m/s. Tímto požadavkem je určena délka systémů. Náklady na materiál a stavbu světelného systému jsou (90 000 až 140 000) EUR na délku 100 m, a na zvukový systém (BAFF) kolem 180 000 EUR na 100 m.
3.3.3 Emise tepla do povrchové vody 3.3.3.1 Hladiny emise tepla Veškeré teplo, které je odváděno, nakonec skončí ve vzduchu. Pokud je použita voda jako vložená chladicí látka, veškeré teplo bude převedeno do vzduchu buďto z vodních kapek v chladicí věži nebo z povrchu přijímací vody (recipientu). Ještě předtím, než teplo opustí povrchovou vodu, může ovlivnit vodní ekosystém a tomuto by se mělo zabránit. Emise tepla je také záležitostí bezprostředně se vztahující na množství chladicí vody použité a vypouštěné. Průtočné chladicí soustavy, jak přímé, tak i nepřímé, vytvářejí podle definice největší zdroj tepla předávaného do povrchové vody, poněvadž celé množství tepla je odváděno přes chladicí vodu. Chladicí voda v recirkulačních soustavách uvolňuje většinu svého tepla prostřednictvím chladicí věže do vzduchu. Množství tepla odvedeného s odtokem z chladicí věže představuje přibližně 1,5 % tepla, které má být celkem odvedeno, zatímco kolem 98,5 % tepla je odvedeno do vzduchu. Existuje málo informací o účincích emisí tepla na vodní ekosystém, ale jsou k dispozici zkušenosti s vysokými letními teplotami a s malými přijímacími odvodňovacími odpady. Zvýšení teploty může vést ke zvýšeným poměrným hodnotám respirace a biologické produkce (eutrofizace). Vypouštění chladicí vody do povrchové vody ovlivňuje celkové vodní prostředí, především ryby. Teplota má přímý vliv na všechny formy života a jejich fyziologii, a nepřímý vliv působením na kyslíkovou rovnováhu. Zvyšováním teploty se snižuje hodnota nasycení kyslíkem; s vysokou koncentrací kyslíku, která vede ke snížené hladině kyslíku. Zvyšování teploty také zrychluje mikrobiální odbourávání organických látek, což způsobuje zvýšenou spotřebu kyslíku. Stejně tak tam, kde se vyskytuje cirkulace chladicí vody, nebo kde větší počet průmyslových odvětví používá tentýž omezený zdroj povrchové vody, musí být emise tepla pečlivě posouzeny za účelem zabránění interference (vzájemného pronikání) vypouštěných vod z provozů průmyslových procesů. Z měrného tepla vody, jehož velikost je přibližně 4,2 kJ/kg/K, lze vypočítat zvýšení teploty vody. Například když se chladicí voda ohřeje průměrně o 10 K, 1 MWth tepla vyžaduje průtok chladicí vody kolem 86 m3/hodinu. Všeobecně přibližně vzato každá kWth vyžaduje 0,1 m3/hodinu chladicí vody. V případech, kdy chladicí voda recirkuluje, je teplo předáváno do vzduchu prostřednictvím odpařování chladicí vody v chladicí věži, přičemž výparné teplo vody je 2 500 kJ/kg (při 20 ˚C). Byl proveden výzkum faktorů, které hrají roli v odvádění velkých množství tepla do povrchové vody zejména v energetickém průmyslu. Při posuzování emisí tepla musí být vzato do úvahy množství fyzikálních jevů, jako jsou například tyto: •
sezónní odchylky teploty přijímající vody (recipientu);
•
sezónní odchylky hladiny vody v řekách a odchylky rychlosti proudění;
•
rozsah směšování vypouštěné chladicí vody s přijímací vodou, tzn. s recipientem (v blízkosti a ve větší vzdálenosti);
•
přílivové pohyby nebo silné proudy v místech na pobřeží; a
•
proudění/konvekce ve vodě a do vzduchu.
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 77
Kapitola 3 Sledování parní vlečky obsahující horkou vodu v povrchové vodě nebude jen přínosné pro ochranu přijímacího prostředí (recipientu), ale také pro volbu správného místa pro přivádění a odvádění. Bude vždy důležité zabránit cirkulaci parní vlečky, což ovlivňuje teplotu odebírané vody a následně na to účinnost chladicí soustavy. Jako příklad může být uveden rozsah termální parní vlečky, definované jako plocha nacházející se v rozsahu tepelné izotermy 1 K, bez směšování se silnými proudy (např. v jezeru), která je kolem 1 ha na MWe pro konvenční elektrárnu, nebo kolem 45 km2 pro elektrárnu 5 000 MWe. Pokud se jedná o rozsáhlejší popis sledování horké parní vlečky viz Přílohu XII.
3.3.3.2 Legislativní požadavky vztahující se na emise tepla Požadavky vztahující se na specifické útvary sladké vody Evropská Směrnice 78/659/EEC (ze dne 18. července 1978) stanovuje standardy environmentální jakosti pro určité látky a pro uvolňování tepla v určených sladkovodních rybářských lovištích. Směrnice uznává lokální podmínky, a to v ustanovení, které je uvedeno v Článku 11, při respektování derogace pro členské státy. V případech, kde tepelné požadavky závisí na druzích ryb, jsou uznávány dva typy vodních těles v závislosti na populaci ryb, které se tam vyskytují: – lososové vody – vody pro máloostní ryby (cyprinidové vody). Pro každý ekologický systém jsou aplikovány tři tepelné parametry: – maximální teplota vody na hranici oblasti směšování – maximální teplota vody v průběhu období rozmnožování druhů žijících ve studené vodě („chladnovodních“) – maximální nárůst teploty. Tabulka 3.6: Tepelné požadavky na teploty vody pro dva ekologické systémy (evropská Směrnice 78/659/EEC) Parametr Lososové vody Cyprinidové vody Tmax na hranici oblasti směšování (˚C)
21,5
28,0
Tmax v průběhu období rozmnožování biologických druhů žijících ve studené vodě (˚C)
10,0
10,0
ΔTmax (˚C) na hranici oblasti směšování
1,5
3,0
Poznámka: Mezní hodnoty teploty mohou být překročeny maximálně po dobu 2 % časového období.
Jiné útvary přijímací vody (recipientu) Emise tepla do povrchové vody je v členských státech regulována nejrůznějšími způsoby, podle ekologických podmínek a jiných faktorů, jako jsou: sensitivita/citlivost přijímací povrchové vody (recipientu); lokální klimatické podmínky; kapacita recipientu absorbovat tepelná zatížení a převládající proudy a vlny (vodní hydrodynamika). Regulační opatření často zvažují emise tepla ve vztahu k ploše povrchu přijímací vody (recipientu). Příklady jsou tyto: – standardizace maximální teploty vypouštěné vody (např. 30 ˚C v létě v mírných klimatických podmínkách a 35 ˚C v horkých zemích), – stanovení mezních hodnot maximálního ohřevu ve vztahu k obdržené vodě a k sezónním teplotním rozdílům (např. ΔTmax (7 – 10) K, měřeno v celém rozsahu vzdálenosti chladicí vody ve výrobním procesu) – stanovení maximálního přijatelného teplotního profilu povrchové vody a celkové dostupné chladicí kapacity (výkony) povrchové vody. Tyto požadavky jsou formulovány v (písemných) povoleních. __________________________________________________________________________________________ 78 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 Jiná regulační opatření nepředepisují všeobecně fixní teploty vypouštěné vody. Mezní hodnota výstupní teploty nejprve odpovídá typu chladicí soustavy. Kromě toho hraje důležitou roli při stanovení výpustné teploty, která má být povolena, také sezónní odchylka teploty povrchové vody. Některé regionální úřady také dále klasifikují přijímací vody (recipienty) za použití charakteristik jejich fauny.
3.3.3.3 Použité techniky redukování 1. Technologie chlazení Nejlepší způsob jak minimalizovat emise tepla je snížit potřebu vypouštění (chladicí vody) tím, že se uskuteční optimalizace primárního procesu, nebo nalézt spotřebiče pro nadměrné/nadbytečné teplo. V případě emise tepla do okolního prostředí je středem pozornosti problém emisí tepla do povrchových vod. Při zvažování technik redukování je důležité uvědomit si, že nakonec veškeré teplo zmizí ve vzduchu, a že povrchová voda je pouze zprostředkovávající látkou. Uskutečňováním volby mezi různými chladicími soustavami se může rozhodnout, co je přednostní. Tudíž dopad odstraňovaného tepla na okolní prostředí může být minimalizován vypouštěním více tepla do ovzduší a méně tepla do povrchových vod na úkor ztrát vody v důsledku odpařování. Minimalizace množství tepla předávaného do povrchové vody je spojeno s minimalizací spotřebované vody a s celkovou energetickou účinností. Čím více tepla je odstraněno prouděním/konvencí a odpařováním, tím více E na odváděnou MWth se požaduje v důsledku použití ventilátorů, pokud není použit přirozený tah. Takové řešení všeobecně potřebuje větší investiční náklady a mnoho prostoru. V případě velkých kapacit je široce praktikovaným řešením pro snížení tepelného zatížení povrchové vody (hlavně) řek a jezer zvolit vhodnou technologii předávání tepla, např. místo průtočné chladicí soustavy recirkulační chladicí soustava s otevřenou mokrou nebo mokrou/suchou chladicí věží.
2. Provozní praxe Žádné konkrétní volitelné provozní možnosti pro zmenšení množství vypouštěného tepla, nebo prevence vypouštění tepla do povrchové vody nebyly publikovány.
3. Další techniky Stará praxe stále v Evropě používaná, ale jen ve velmi malém rozsahu, a v poslední době přitahující novou pozornost, je používání odpařovacích (rozstřikovacích) nádrží/rybníků. Pro zvětšení ochlazování vody je důležitá velikost úhlu nastavení trysky a doba, po kterou je voda ponechána v nádrži před opětovným přivedením do chladicího okruhu, stejně tak, jak je důležitá velikost povrchové plochy. Pro posouzení této techniky by mělo být provedeno porovnání s chladicí věží, která má podobnou kapacitu. Při tomto posuzování by měla být věnována pozornost těmto záležitostem: – požadovaná plocha povrchu, – ztráta vody v důsledku odpařování – spotřebovaná energie – potřeba úpravy vody, stejně tak jako – mikrobiologická rizika v důsledku vytváření aerosolů (viz také 3.7.3). Jiný druh techniky „end-of-pipe“ (konec potrubí) je předchlazování vody vypouštěné z velkých elektráren použitím chladicí věže. Je to finančně nákladná technika používaná tam, kde cirkulace vypouštěné vody v povrchové vodě může ovlivnit teplotu chladicí vody v místě přívodu. Další finanční náklady způsobené použitím zvláštní chladicí věže plus ztráta vody v důsledku odpařování bude muset být porovnána s náklady, které se vztahují k snížené účinnosti v důsledku vyšší teploty přiváděné vody. Opatření, které je také navrhováno pro snížení vlivu odváděného tepla, je konstrukční provedení výstupu vody z chladicí soustavy takovým způsobem, že se turbulencí vody ztratí určité množství tepla v průběhu vypouštění. Vedlejším účinkem tohoto opatření je zvýšení obsahu kyslíku v chladicí vodě, což kompenzuje ztrátu kyslíku v důsledku vyšších teplot chladicí vody. K tomuto nejsou dostupné žádné údaje a rozsah tohoto účinku je také předmětem pochybností. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 79
Kapitola 3
3.4 Emise z úpravy chladicí vody Emise do povrchové vody, které vyplývají z úpravy chladicí vody, jsou považovány za jeden z nejdůležitějších problémů chladicích soustav. Je možné rozlišovat čtyři zdroje emisí do povrchové vody, které způsobují mokré chladicí soustavy: – chemikálie z procesu (zplodiny) a jejich reagující složky, v důsledku netěsností; – produkty koroze v důsledku koroze zařízení chladicí soustavy; – použité přídavné látky chladicí vody a jejich reagující složky; – látky přenášené vzduchem. Pro řízení, resp. omezování těchto emisí se používají různé techniky. Riziko netěsností může být sníženo stejně tak jako možnost neřízených emisí po úniku v důsledku netěsností a pro zařízení může být zvolen nejvhodnější materiál z hlediska zmenšení koroze. Tato část (tohoto dokumentu) bude zaměřena na opatření pro snížení množství a dopadu emisí způsobených použitím přídavných látek do chladicí vody: – snížením potřeby úpravy vody; – volbou chemických úprav, které mají menší dopad na životní prostředí; – použitím chemikálií nejefektivnějším způsobem (provozování soustav).
3.4.1 Používání úpravy chladicí vody Chladicí voda se upravuje za účelem podporování účinného přenosu tepla a k ochraně chladicí soustavy tak, aby bylo překonáno množství nepříznivých účinků působících na činnost (resp. výkonnost) chladicího zařízení. Jinak vyjádřeno cílem úpravy chladicí vody je snížit celkovou spotřebu energie. Nepříznivé účinky se silně vztahují k chemii vody, která je použita pro chlazení, a ke způsobu, kterým je chladicí soustava provozována (např. cykly koncentrace). Slaná voda bude mít odlišné požadavky ve srovnání se sladkou vodou a průmyslové emise z proudících znečištěných látek mohou být náročným problémem k řešení. Kromě toho chladicí voda může být kontaminována ve výměníku tepla tekutinami použitými v procesu unikajícími v důsledku netěsností, nebo, v případě mokrých otevřených chladicích věží vzduchem, který proudí věží a unáší sebou prach, mikroorganismy a výpary. Přídavné látky se používají v případě průtočných (chladicích) soustav, otevřených mokrých chladicích soustav, v uzavřených okruzích mokrého chlazení a v mokrých/suchých soustavách. Tam, kde je voda použita jako zprostředkovávající chladivo v trubkových hadech suchých (chladicích) soustav, může být použito velmi malé množství přídavných látek k úpravě/kondicionování vody v uzavřených okruzích. Z hlediska environmentálního jsou přídavné látky důležité: v určité etapě opouští chladicí soustavu, jsou vypouštěny do povrchové vody nebo jsou, v mnohem menším rozsahu, vypouštěny do vzduchu. Všeobecně řečeno, chemie a aplikování použitých chemikálií jsou známé, ale volba neoxidačních bioxidů je převážně založena na metodě „pokus a omyl“. Účinky použitých chemikálií na životní prostředí mohou být posouzeny pomocí modelování (riziko/nebezpečí), nebo měřením. Poněvadž jsou použity pro zlepšení účinné výměny tepla, jejich použití se vztahuje také k nepříznivým účinkům, které vznikají při menší účinnosti výměny tepla. Průmyslový proces, který má být ochlazován, může být ovlivněn tehdy, když je přenos tepla neúčinný, a způsobí zvýšenou spotřebu energie (tj. podobně jako při zvýšení emisí vzduchu), nebo vyšší požadavek na suroviny pro kompenzaci ztrát výroby. Spotřeba energie v chladicí soustavě se může zvýšit v důsledku vyššího požadavku na čerpadla a ventilátory ke kompenzaci ztráty účinnosti výměny tepla. Problémy vznikající z jakosti vody, se kterými je možné se běžně setkat, jsou tyto: •
Koroze zařízení chladicí vody, která může vést k netěsnosti výměníků tepla a rozlití tekutin používaných v procesu do okolního prostředí, nebo ke ztrátě podtlaku v kondenzátorech;
•
Tvorba kotelního kamene, převážně srážením uhličitanů vápenatých, síranů a fosforečnanů, Zn a Mg;
__________________________________________________________________________________________ 80 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 •
(Bio-) Znečištění potrubí a výměníků tepla (také výplní mokrých chladicích věží) mikroorganismy, makroorganismy a unášenými pevnými materiály, které může vést k zablokování trubek výměníku tepla velkými částicemi (slupkami), nebo k emisím z chladicích věží do vzduchu.
Koroze Kotelní kámen
Sedimentace (znečištění)
Bio-film
Obrázek 3.1: Grafické znázornění vzájemných vztahů mezi různými problémy jakosti vody Problémy jakosti chladicí vody mají často mezi sebou vzájemné vztahy. Tvorba kotelního kamene může vést jak ke korozi, tak i k biologickému znečištění. Místa, ve kterých vznikla koroze, vedou ke změně způsobu proudění vody a vytváří turbulentní oblasti, kde se vyskytuje zvýšené biologické znečištění. Bio-znečištění může dále zvětšovat korozi ploch, které se nacházejí pod tímto znečištěním (Obrázek 3.1). Pro úpravu/kondicionování vody se používají následující skupiny chemikálií (viz taky Přílohu V): • Inhibitory koroze: původně byly převážně používány kovy, ale vyskytuje se tendence směrem k azosloučeninám, fosfonátům, polyfosforečnanům a polymerům. Tato tendence znamená, že toxicita je snižována, zatímco trvanlivost se zvyšuje. Nedávno bylo vyvinuto několik lepších biologicky odbouratelných (rozložitelných) polymerů. •
stabilizátory tvrdosti nebo inhibitory zabraňující tvorbě kotelního kamene: existují chemické vzorce hlavně polyfosforečnanů, fosfonátů a některých polymerů. Nedávné vývojové aktivity v oblasti tohoto použití jsou také ve směru k sloučeninám, které jsou lépe biologicky rozložitelné
•
Disperzní chemikálie: převážně kopolymery, často v kombinaci s povrchově aktivními činidly. Hlavní environmentální účinek je špatná biologická odbouratelnost/rozložitelnost (schopnost biologické degradace).
•
Oxidační biocidy: převážně se používá chlor (nebo kombinace chloru a bromu) a jednoduchý (mono)chloramin. Chlor (brom) je silné oxidační činidlo (akutně jedovaté), což znamená, že poločas je krátký, ale vedlejší účinky chlorování jsou vytváření halogenovaných vedlejších produktů. Další oxidační biocidy jsou ozon, UV, peroxid vodíku nebo kyselina peroctová. Použití ozonu a UV vyžaduje předběžnou úpravu doplňované vody a vyžaduje speciální materiály. Očekává se, že environmentální účinky budou méně škodlivé než je tomu v případě halogenovaných biocidů, nicméně aplikování vyžaduje zvláštní péči, je finančně nákladné a není použitelné ve všech situacích.
•
Neoxidační biocidy: izothiazoloiny, DBNPA, glutaraldehyd a kvartérní amoniové sloučeniny, atd. Tyto sloučeniny jsou všeobecně akutně jedovaté a často nesnadně biologicky odbouratelné, přestože se vyskytují některé, které hydrolyzují, nebo jsou rozkládány pomocí jiných mechanismů. Environmentální účinky jsou významné.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
81
Kapitola 3
Tabulka 3.7: Chemické komponenty pro úpravy chladicí vody používané v otevřených a recirkulačních mokrých chladicích soustavách Odvozeno z [tm135, Nalco, 1988] Problémy jakosti vody Příklady chemické úpravy*
Zinek Molybdenany Křemičitany Fosfonáty Polyfosforečnany Polyolestery Přírodní organické látky Polymery Neoxidační biocidy Oxidační biocidy Poznámky:
Koroze
Tvorba kotelního kamene
(Bio-)znečištění
Průtočné Recirkulační Průtočné Recirkulační Průtočné soustavy soustavy soustavy soustavy soustavy X X X X X X X X X X X X X X X
Recirkulační soustavy
X X X
Chroman se již ve velkém rozsahu nepoužívá vzhledem k jeho značnému dopadu na životní prostředí
Potřeba úpravy chladicí vody a typ a množství použitých chemikálií jsou rozsáhleji popsány v Příloze V. Aplikace úpravy/kondicionování chladicí vody je velmi složitá a lokální záležitost, kde je volba založena na kombinaci následujících položek: –
konstrukční provedení a materiál zařízení výměníku tepla;
–
teplota a chemie chladicí vody;
–
organismy v povrchové vodě, které mohou být strhávány;
–
citlivost přijímacího vodního ekosystému (recipientu) na emitované přídavné látky a jim přidružené vedlejší produkty.
Pro správnou funkci jakýchkoliv úprav (vody) se obvykle požaduje kontrola pH chladicí vody a její zásaditosti ve specifikovaném rozsahu. Dobrá kontrola pH a zásaditosti/alkality se stala důležitější tam, kde jsou používány programy úpravy vody, které jsou citlivější na pH, nebo tam, kde jsou aplikovány vyšší cykly koncentrace v otevřených recirkulačních chladicích věžích za účelem minimalizace odkalování a snížení požadavku na vodu. Ve stále se zvětšujícím rozsahu je v průmyslu obvyklá taková praxe, že se používají programy údržby vyvinuté a uskutečňované dodavatelem přídavných látek, přičemž ale zodpovědnost za provoz soustav zůstává na tom, kdo danou chladicí soustavu vlastní. Při uvážení specifičnosti místa (instalování chladicí soustavy) a vlastní (chladicí) soustavy bude obtížné nalézt typické hladiny množství přídavných látek použitých v rozdílných (chladicích) soustavách. Pokud jsou tyto hladiny uváděny, jsou vyjádřeny v kg nebo v tunách na m3 chladicí vody, nebo v kg nebo v tunách na rozptýlenou (ztrátovou) MWth. V Tabulce 3.8 je uveden výsledek nedávno provedené inventarizace v Nizozemsku, zaměřené na chlor, který je rozsáhle používán v nizozemském průmyslu. Údaj ukazuje, že se vyskytuje odchylka mezi (chladicími) soustavami, stejně tak jako mezi různými typy vody. Jiné zdroje vody, které používají recirkulační soustavy, jsou například pitná voda, podzemní voda a kondenzát. __________________________________________________________________________________________ 82 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
Tabulka 3.8: Spotřeba chlornanu v mokrých chladicích soustavách v Nizozemsku [tm160, Bijstra, 1999] Zdroj chladicí vody Sladká voda Slaná nebo brakická (poloslaná) voda Jiné vodní zdroje
Spotřeba aktivního chloru v kg/MWth/rok Průtočné soustavy Recirkulační soustavy 85 (10 – 155) 200 (20 – 850) 400 (25 – 2 500) 400 (20 – 1 825)
3.4.2 Emise chemikálií do povrchové vody V Evropě a v U.S. bylo uskutečněno velké množství práce v záležitosti optimalizace úpravy/kondicionování chladicí vody, aplikování alternativních úprav a jiných technik k zabránění jakýchkoliv škodlivých účinků na vodní prostředí (vodní environment), způsobených přídavnými látkami do chladicí vody. Ve velkém rozsahu je tato práce zaměřena na aplikování biocidů. Může být obtížné posoudit specifické emise, které vyplývají z úpravy chladicí vody v takových situacích, kde nejsou k dispozici analytické metody pro chemické látky používané pro tuto úpravu. Kromě toho specifické chemické látky používané pro úpravu chladicí vody a vedlejší produkty vznikající z použitých chemických látek mohou taky významně přispět k environmentálnímu dopadu na povrchovou vodu. V případech, kdy jsou použity jako přídavné látky chlor nebo brom, (3 – 5) % produktu reaguje na haloformové sloučeniny (chloroform nebo bromoform) [tm072, Berbee, 1977]. Kvantifikace krátkodobých účinků může být dosažena tak, že se provedou zkoušky (akutní) toxicity na proudech vypouštěné chladicí vody. Výsledky těchto zkoušek mohou být považovány za minimální odhad environmentálních účinků v chladicí vodě [protože dlouhodobé (chronické) účinky, bio-degradace (biologická rozložitelnost), bio-akumulace (Pow) a karcinogenní účinky nejsou do těchto zkoušek zahrnuty]. Nedávno bylo v Nizozemsku provedeno několik studií, které byly zaměřeny na použití oxidačních biocidů (zejména chlornanu) ([tm001, Bloemkolk, 1997], [tm072, Berbee, 1997] a [tm160, Bijstra, 1999]), a na použití neoxidačních biocidů ([tm001, Bloemkolk, 1997] a [tm149, Baltus a jiní, 1999]).
3.4.2.1 Oxidační biocidy V několika zemích byly ustanoveny programy k dosažení optimálního použití chlornanu v chladicí vodě. Volný oxidant [mg FO/l] je často používán jako řídicí parametr v chladicí vodě. V Nizozemsku je používána koncentrace (0,1 – 0,2) [mg FO/l] ve vypouštěné vodě jako cílová koncentrace pro chladicí soustavy s průběžným dávkováním (průtočné soustavy). V případě režimů s přerušovaným nebo nárazovým (šokovým) chlorováním je koncentrace FO nebo FRO vždy pod hodnotou 0,2 mg/l jako denní (24 h) průměrná hodnota. Nicméně v průběhu nárazového (šokového) vstřikování mohou být koncentrace FO nebo FRO v blízkosti hodnoty nebo rovny hodnotě 0,5 mg/l (denní průměr). Optimalizace prostřednictvím implementace monitorování a řízeného (automatického) dávkování biocidů může významně snížit roční spotřebu chemikálií použitých pro chladicí vodu. Důsledkem tohoto opatření může být snížení zatížení životního prostředí biocidy a jejich vedlejšími produkty, jako jsou organohalogenované sloučeniny s bromoformem jako hlavním produktem [tm157, Jenner a jiní, 1998]. Několik společností v chemickém průmyslu a v sektoru vyrábějícím energii dosáhlo snížení v použití chlornanu v chladicí vodě až na 50 % zavedením výše zmíněných optimalizačních opatření [tm160, Bijstra, 1999]. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 83
Kapitola 3
3.4.2.2 Neoxidační biocidy V roce 1999 byla provedena studie zaměřená na problematiku environmentálních dopadů použití oxidačních a neoxidačních chemikálií v recirkulačních chladicích soustavách. V případě použití chemických látek, pro které byly k dispozici analytické metody, byly měřeny koncentrace chemikálií v chladicí vodě. Pro všechny použité chemikálie byly použity zkoušky toxicity k vyhodnocení environmentálního dopadu na povrchovou vodu. Pokud byla chladicí voda vypouštěna přímo do povrchové vody, mělo použití neoxidačních chemikálií v recirkulačních chladicích soustavách v mnoha případech za následek silné environmentální účinky na povrchovou vodu. V případě oxidačních chemikálií (chlornan) byly zjištěny poměry PEC/PNEC, vycházející ze zkoušek toxicity, v rozsahu 3 (průběžné dávkování) a 33 (nárazové dávkování); a pro neoxidační chemikálie byly zjištěny poměry PEC/PNEC v hodnotě 20 (izothiazoloiny), 2 500 (BNS), 660 – 13 000 (BNS/MBT) a 3 700 (DBNPA) ([tm149, Baltus a jiní, 1999], viz přehled na stranách 9 – 10, tabulku 16 na straně 64 a kapitolu 9 na stranách 75 – 82)). Jiná provedená studie ukázala, že potenciální rizika pro přijímající povrchovou vodu nemohou být vyloučena, pokud jsou v chladicí vodě použity jako přídavné látky izothiazoloiny (1,2-benzizothiazoloin-3-on, 2-metyl-4 izothiazoloin-3-on) (viz [tm149, Baltus a jiní, 1999], str. 13 a 14). Programy úpravy (vody) jsou značně odchylující se a závisí na faktorech zmíněných výše a jako takové jsou specifické podle místa (instalace chladicího zařízení). Emise přídavných látek se liší pokud jde o objem a chemii (toxicita, reaktivita). Rozklad, vzájemné působení a možná opatření pro čištění mohou ovlivnit skutečné množství, které je finálně vypouštěno a v důsledku toho výsledný dopad na vodní prostředí. Optimalizace a řízená úprava/kondicionování chladicí vody použitím (automatického) dávkování a monitorování může významně snížit použití chemikálií v chladicí vodě a důsledku toho environmentální dopad na přijímací vodu. V Nizozemsku je aplikování chlornanu a bromu v chladicí vodě jedním z nejdůležitějších zdrojů halogenovaných organických sloučenin, měřených jako AOX, v povrchové vodě [tm001, Bloemkolk, 1997] a [tm072, Berbee, 1997]. Někdy je chladicí voda před vypouštěním upravována v zařízeních pro úpravu odpadní vody. Příkladem tohoto řešení je úprava odkalované vody společně s jinými proudy odpadní vody v rafineriích. Tato úprava by možná mohla snížit účinek biocidů v povrchové vodě. Biologická úprava může být citlivá na nízké úrovně neoxidačních biocidů, které by mohly narušit práci provozu pro tuto úpravu (úpravny). Bylo oznámeno, že se používá inhibice aktivního kalu v množství 60 % a více (100 %). Fyzikální/chemická úprava biocidů je stále na experimentální úrovni. Polarita neoxidačních biocidů bude tvořit překážku pro jejich fyzikální úpravu, poněvadž budou zůstávat ve vodní fázi. Odkalovaná voda otevřených recirkulačních (chladicích) soustav představuje více kontrolovanou cestu, kterou se biocidy dostávají do vnějšího prostředí. V případě uzavřených soustav to v praxi není uskutečňováno. Provádí se odkalení, ta ale jsou v malých množstvích a jsou obvykle vypouštěna do kanalizační soustavy. Je samozřejmé, že koncentrace biocidů v chladicí vodě bezprostředně po dávkování bude nejvyšší a následně na to koncentrace ve vypouštěné vodě nebo odebrané při odkalení. V důsledku chemických reakcí v soustavách chladicí vody, jako je hydrolýza, se bude koncentrace biocidů postupně zmenšovat a znalost této skutečnosti může být využita k odhadu očekávané koncentrace ve vypouštěné vodě. Tato informace se využije také při ukončení odkalení po úpravě k zabránění vypouštění biocidů s vysokou úrovní chemické aktivity. Několik faktorů je důležitých k dosažení další optimalizace. Kromě koncentrace na výstupu je zde podstatnou záležitostí také řízení procesu.
3.4.2.3 Faktory ovlivňující emise biocidů Faktory, které ovlivňují vypouštění a setrvávání v přijímacím vodním prostředí (recipientu) byly rozsáhle popsány [tm004, Baltus a Berbee, 1996] pro množství běžně aplikovaných oxidačních a neoxidačních biocidů. Níže uvedené faktory, v kombinaci s podmínkami chladicího procesu, hrají roli při volbě programu úpravy chladicí vody: __________________________________________________________________________________________ 84 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 •
Hydraulický poločas (používaný je taky poločas soustavy);
•
Hydrolýza;
•
Biologické odbourávání/rozložení (biologická degradace);
•
Fotolýzy;
•
Těkavost/prchavost.
Objemem odebraných nečistot je určen hydraulický poločas. Čím rozsáhlejší jsou odebrané nečistoty, tím menší je hydraulický poločas a kratší retenční doba biocidů. Hydraulický poločas neovlivňuje působení oxidačních biocidů kvůli jejich rychlé disociaci a rychlému působení, ale v případě neoxidačních biocidů stanoví mezní hodnoty jejich činnosti. Hydrolýza neoxidačních biocidů se vyskytuje při určité hodnotě pH a určité teplotě vody. Všeobecně vzato platí, že se zvyšující se hodnotou pH a/nebo při zvyšující se teplotě se hydrolýza zvětšuje a biocidní účinky se budou snižovat. V důsledku toho nižší teplota přijímací vody (recipientu) bude dále zpomalovat hydrolýzu a bude zvyšovat (dobu) trvání neoxidačních biocidů ve vodním prostředí. Biologické odbourávání, fotolýza a těkavost/prchavost nehrají významnou roli při odbourávání/degradaci neoxidačních biocidů. Fotolýza se může uskutečnit, pokud je vodní prostředí vystaveno slunečnímu svitu. Odpařování může hrát roli v případě oxidačních biocidů (chlornan). Může být uveden výzkum, ve kterém byl shledán tzv. vypuzovací účinek (“stripping effect”) chladicích věží k vysvětlení ztráty, která se vyskytla ve výši (10-15) % chlornanu v každém kanálu chladicí věže. V případě chlornanu úroveň pH ovlivňuje jeho odpařování. Biologické odbourávání, resp. biologický rozklad biocidů závisí na množství organické a anorganické látky a také na biologické odbouratelnosti (rozložitelnosti, degradovatelnosti) samotného biocidu. Biologické odbourávání/rozkládání (biologická degradace) je zvyšováno (zvyšována) rozsáhlou mikrobiální populací, zvýšením teploty a vyšším obsahem kyslíku v chladicí vodě nebo v přijímací vodě (recipientu). Povrchová voda obsahuje množství unášených organických látek, na které mohou být biocidy absorbovány, což má za následek hromadění sedimentu. Biocidy mohou být redukovány také organickými látkami.
3.4.2.4 Hladiny emisí Je obtížné uvádět reprezentativní úrovně koncentrací v emisích chladicí vody do povrchové vody. Byl proveden pokus kvantifikovat emise látek ve vypouštěné chladicí vodě a byly vyvinuty příslušné modely. Nicméně kvůli specifičnosti každého předmětného místa nemůže být uveden žádný všeobecně aplikovatelný model, který by vzal do úvahy veškeré existující aspekty. Musí být provedeno mnoho předpokladů a přestože tyto odhady poskytují určitou indikaci, výtoky mohou snadno být odhadnuty jako příliš vysoké (přeceněny), nebo jako příliš nízké (podceněny). Příklad modelu pro biocidy v otevřené mokré chladicí věži je vysvětlen [tm004, Baltus a Berbee, 1996] v Příloze IX.
3.4.2.5 Legislativa V mnoha členských státech jsou emise chemikálií chladicí vody ošetřeny legislativou, která je zaměřena na znečištění povrchových vod. Zákony jsou obvykle zaměřeny na průtok vypouštěné (chladicí) vody s minimálním vypouštěným objemem (v m3/den). V některých legislativách (např. v Itálii) jsou přijímací vody (recipienty) klasifikovány a pro každou vodu je stanovena různá úroveň pro relevantní emisní parametry vypouštěné vody. Jakost vypouštěné vody vyžaduje stanovit mezní hodnoty na přítomnost určitých chemických látek (např. chrom, zinek nebo sloučeniny rtuti), čímž se zmenšuje možnost použití konkrétních/partikulárních přídavných látek chladicí vody. Pro velké a malé objemy vypouštěné (chladicí) vody jsou stanoveny požadavky na teplotu a na hodnoty pH. Obvykle není dovoleno, aby teplota v průběhu většiny roku přesáhla maximální teplotu. Určitá flexibilita je poskytnuta kolísajícími mezními teplotami vypouštěné (chladicí) vody při nepříznivých sezónních podmínkách, jako jsou teploty vlhkého teploměru dosahující ve středozemském klimatu až 40 ˚C. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 85
Kapitola 3 Specifičtější požadavky na chemické složení se mezi jednotlivými členskými státy liší, ale všeobecně jsou zahrnuty požadavky na koncentraci adsorbovatelných organických halogenů (AOX), na rozpuštěný kyslík, na biochemickou spotřebu kyslíku (biochemický kyslíkový požadavek) (BSK/BOD), chemickou spotřebu kyslíku (chemický kyslíkový požadavek) (CHSK/COD), látky obsahující chlor a sloučeniny obsahující fosfor, a na zbytkový účinek luminiscenčních bakterií. Některé zákony stanoví rozlišnosti mezi různými typy chladicích soustav (průtočná soustava, recirkulační soustava), nebo zvažují specifické operace, jako je např. nárazová (šoková) úprava s mikrobiálními látkami. V Nizozemsku jsou úsilí o omezován resp. redukování založena na vlastnostech, které jsou vlastní daným látkám a na posouzení rizika. Byla vyvinuta všeobecná vyhodnocovací metodologie pro umožnění firmě/společnosti a úřadům, v jejichž kompetenci je voda, jednoznačně identifikovat účinek látek a přípravků, které znečišťují vodu. Tato (nizozemská) metodologie hodnocení je založena na evropské legislativě vztahující se na klasifikaci resp. třídění, balení a na označování použitím štítků. V závislosti na vlastnostech látky se musí aplikovat metoda BTM nebo BPM. Po použití metody BTM/BPM je provedeno vyhodnocení zbytkového vypouštění v závislosti na aplikovatelných cílech pro jakost vody. Pokud tyto cíle nejsou dosaženy, mohou být uvedena resp. indikována další opatření. Evropská chemická legislativa postihující aplikování přídavných látek chladicí vody může být nalezena zejména v těchto dokumentech: •
Směrnice Rady o znečištění způsobeném určitými nebezpečnými látkami vypouštěnými do vodního prostředí Společenství (76/464/EEC),
•
Rámcová Směrnice o vodě („Water Framework Directive“),
•
Směrnice o přípravách (výroby) („Preparations Directive”), a
•
Směrnice o biocidních produktech 98/8 (“Biocidal Products Directive” 98/8).
3.4.3 Redukování emisí do povrchové vody 3.4.3.1 Všeobecný přístup Techniky pro snížení/redukci emisí do povrchové vody v důsledku aplikování chladicí vody jsou tyto: 1. 2. 3. 4. 5.
zmenšení koroze chladicího zařízení zmenšení úniků látek použitých v procesu netěsnostmi do chladicího okruhu aplikování alternativní úpravy chladicí vody volba méně nebezpečných přídavných látek (přísad) chladicí vody optimalizace aplikování přídavných látek (přísad) do chladicí vody
Při respektování (zásad uvedených) v IPPC by se snižování emisí v důsledku úpravy chladicí vody mělo zaměřit na snížení potřeby úpravy (tj. prevence) a na volbu a optimální aplikování přídavných látek (tj. řízení, resp. omezování znečištění) v rámci požadavku maximální výměny tepla. Pro snížení emisí chemických látek ve vypouštěné chladicí vodě je k dispozici mnoho volitelných možností. Kromě posouzení patřičné/vhodné chladicí konfigurace, která je vysvětlena v Kapitole 1 a v souladu s preventivním „přístupem“ aplikování BAT na průmyslové chladicí soustavy mohou být volitelné možnosti snížení/redukce posouzeny v určitém pořadí. Pro nové chladicí soustavy s velkou kapacitou (resp. velkým výkonem) chlazení byl vyvinut „přístup“ pro snížení emisí do povrchové vody [tm001, Bloemkolk, 1997]. Byl vyvinut “přístup” pro volbu biocidů k použití jak pro nové, tak i pro již existující (chladicí) soustavy. [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. Oba dva „přístupy“ zahrnují více nebo méně stejné kroky a dodržování těchto kroků zajistí to, že všechny důležité faktory zahrnuté do snižování použití přídavných látek jsou vzaty v úvahu. Tyto „přístupy“ jsou znázorněny na Obrázku 3.2 a na Obrázku 3.3. __________________________________________________________________________________________ 86 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 Pro optimalizaci použití biocidů existuje široký rozsah možností, které jsou často ve vzájemných souvislostech. Pro sestavení schematického znázornění optimalizace jsou nabízeny výhody strukturovaného „přístupu“. Doporučení jsou nyní prezentována prostřednictvím dvou postupových diagramů; jeden je pro vodní chladicí soustavy, nacházející se v etapě konstrukce, a druhý je pro již existující CWS (pro vodní chladicí soustavy, resp. ”Cooling Water Systems”). Tyto diagramy nabízejí pro optimalizaci biocidů „přístup“ zvaný krok za krokem. V dalším textu je vysvětlen Obrázek 3.2 [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. V etapě konstrukčního řešení vodní chladicí soustavy by mělo být provedeno rozhodnutí ohledně typu chlazení, který se má použít. Pokud se použije vodní chlazení, měla by být zvážena technická řešení, kterými bude řízena očekávaná bioznečišťující populace v CWS. Důležité záležitosti ke zvážení v etapě konstrukčního řešení jsou: údržba ve všech částech vodní chladící soustavy s dosti vysokými rychlostmi proudění a hladká konstrukce potrubí a výměníků tepla. Takové řešení sníží usazování/sedimentaci bioznečišťujících organismů. Použití netoxických povlaků uvolňujících znečištění pomůže k dalšímu snížení usazování organismů. Konstrukční řešení přívodu (vody) by mělo být takové, aby bylo na nejmenší možnou míru omezeno strhávání úlomků a organismů. Použití filtračních zařízení a česel/brlení může dále snížit množství strhávaných materiálů s velkými rozměry. Musí být také posouzeno použití materiálů s vysokým stupněm neporušenosti/integrity. Pro výměníky tepla může být takovým materiálem titan (je odolný proti korozi, má hladký povrch). Konstrukční provedení jak přívodních, tak i výstupních komor výměníků tepla respektující hydrodynamická hlediska znamená, že mohou být zhotoveny ze sklolaminátů. Tento materiál může být také použit pro zhotovení potrubí a spojů v chladicí soustavě. Stejně tak mohou být v etapě konstrukčního řešení použita relativně jednoduchá opatření, jako jsou přípojky pro chemická a biologická monitorovací zařízení, nebo pro dávkování (například speciální dávkovací česla a místa), nebo komplexnější zařízení pro účely mechanického čištění, jako jsou např. síta k zachycení mušlí, nebo soustavy s koulemi zhotovenými z mechové pryže. V některých případech může být k omezování makroznečištění použito tepelné ošetření, a potom nebude vůbec potřeba používat žádné biocidy. Pro aplikování tepelného ošetření bude potřeba provést při konstrukčním řešení CWS speciální okruh. Další možnosti pro optimalizaci jsou podobná těm opatřením, která jsou již realizována v existujících chladicích soustavách. Rozhodnutí o typu chlazení
Chlazení vzduchem
Chlazení vodou
Technická řešení
Dodatečná a alternativní řešení
Příklady: – materiály odolné proti korozi – hladké konstrukční provedení – vysoké rychlosti proudění
Příklady: – techniky předběžných úprav – soustava s koulí z mechové pryže – povlaky na silikonové bázi
Omezování bioznečištění Tepelné ošetření
Navazuje na povolení vypouštět
Omezování s biocidy Průtočná CWS
Recirkulační CWS
Viz blokové schéma 2
Viz blokové schéma 2
Obrázek 3.2: Konstrukční schéma vodních chladicích soustav, jejichž cílem je redukce použití biocidů [tm005, Van Donk a Jenner, 1996] ________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 87
Kapitola 3 Problémy bioznečištění: typ organismů – lokalizace v CWS – rozsah problému –
Zjištění příčiny bioznečištění ano Zlepšení jakosti přívodní vody?
ne
ano Netěsnosti v procesu?
ne Zdokonalení soustavy kondicionování ?
ano
ne Průtočná CWS
Omezování bioznečištění
Technická řešení: předběžná úprava chladicí vody – modifikace struktury přívodu – Vyloučení příčiny: materiály odolávající korozi – instalování náhradních výměníků tepla – Technická řešení: alternativní a doplňkové techniky – rychlost proudění chladicí vody – použití netoxických povlaků – uvolňujících znečištění předcházení vzniku oblastí bez pohybu – vyvarování se ostrým ohybům –
Otevřená recirkulační CWS
Použití filtrace bočního proudu
Volba typu oxidačního biocidu
Režim dávkování: nárazový (šokový) – průběžný – cílová hodnota dávkování – dávkovací česle –
Volba typu biocidu
Dávkování oxidačního biocidu: nárazově (šokově) – průběžně – cílová hodnota – hodnota pH –
Dávkování neoxidačního biocidu: – nárazově (šokově) – vývoj toleranční dávky
Adaptace režimu odkalování podle typu biocidu
Minimalizace dávky biocidů
Monitorování: bioznečištění – biocidy –
Navazuje na požadovanou činnost/výkonnost CWS: přenos tepla – bezpečnost –
Minimalizace dávky biocidů
Monitorování: – bioznečištění – biocidy Dodatečná úprava vytékající vody
Navazuje na povolení vypouštět
Navazuje na povolení vypouštět
Obrázek 3.3: „přístup“ pro redukování použití biocidů v průmyslových vodních chladicích soustavách [tm005, Van Donk a Jenner, 1996] __________________________________________________________________________________________ 88 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 Na Obrázku 3.3 jsou znázorněny všechny kroky, které mají být zváženy při volbě biocidů [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. V již existujících CWS (vodních chladicích soustavách; „Cooling Water Systems“) je důležité charakterizovat bioznečišťující populaci a rozsah bioznečišťujícího rizika. Předběžnou podmínkou pro tuto charakterizaci je patřičné/adekvátní biologické monitorování. Měla by být analyzována a pojmenována příčina bioznečišťujícího problému. Jakost chladicí vody může být zlepšena předběžnou úpravou vody (např. mikro-filtrací a makro-filtrací). Toto opatření může odstranit část bioznečišťujícího rizika snížením množství přiváděných organismů a živin. Jestliže jsou hlavní příčinou zvýšeného biologického růstu netěsnosti, které vznikají v procesu, měly by být eliminovány např. aplikováním materiálů, které odolávají korozi, nebo instalováním rezervních výměníků tepla, které umožňují častěji provádět mechanické čištění. Za účelem zdokonalení stavu (chladicí) soustavy by měly být zváženy všechny volitelné možnosti zmíněné ve schématu 1. V případě průtočných (chladicích) soustav je někdy makroznečišťování omezováno resp. kontrolováno prostřednictvím použití tepelného ošetření (chladicí vody), bez použití jakýchkoliv biocidů. Nejdůležitější biocid, který se používá, je chlornan sodný. Jeho dávkování je prováděno nárazovým způsobem, nebo se dávkuje průběžně. Strategie dávkování pro omezování makroznečištění by měla být preventivní, poněvadž nápravné/léčebné dávkování tehdy, když už došlo k vydatnému vývinu makroznečištění, vyžaduje použití velmi vysokých dávek během rozsáhlých časových period. Doporučuje se, aby byla věnována pozornost alternativě cílového dávkování v místech s vysokým rizikem, jako jsou vstupní a výstupní komory výměníku tepla. Podstatnou záležitostí pro stanovení minimální požadované dávky biocidů je chemické monitorování. Protože koncentrace oxidačních biocidů, které byly aplikovány do CWS se bude snižovat, je potřeba používat chemické monitory k registrování efektivní zbytkové úrovně biocidů na kritických místech v CWS. On-line měřiče by měly být ručně kalibrovány s kolorimetrickou zkouškou DPD na pravidelném základě. Pro optimalizační schémata je také užitečné měření koncentrací biocidů na základě toxicity v chladicí vodě. Zařízení monitorující makroznečištění poskytují informace o usazení a růstu makroznečišťujících organismů a o činnosti/výkonnosti programu omezování bioznečištění. V případě průtočných (chladicích) soustav, které mají problémy s makroznečišťováním, je toto základní, resp. podstatná informace pro biocidní optimalizační programy. V případě otevřených recirkulačních (chladicích) soustav je mikroznečištění mnohem důležitější než makroznečištění. Monitory mikroznečištění, jako je metoda ATP, a technika „plate count“ poskytují důležité informace o vývoji a stavu mikroznečišťující populace v CWS. K zabránění strhávání organismů a živin chladicí vodou může být přiváděná voda předběžně upravena (např. mikrofiltrací, srážením). Filtrace bočního proudu („side-stream“) což je průběžná filtrace části objemu recirkulační vody, dále napomáhá ke snížení množství organického materiálu v chladicí vodě. Množství biocidů, které je požadováno pro úspěšnou úpravu (vody), tak může být redukováno. Filtry bočního proudu by přednostně měly být dočasně uzavřeny v průběhu nárazového dávkování biocidů, čímž se předejde zbytečnému biocidnímu požadavku filtru a zabrání se zničení mikrobiální populace na filtru. V případě recirkulačních vodních chladicích soustav se používají oxidační a neoxidační biocidy. V Nizozemsku je (chladicí voda) pro přibližně 90 % recirkulačních soustav upravována chlornanem sodným. Neoxidační biocidy jsou používány pouze tehdy, když oxidační biocidy nemohou poskytnout dostatečnou ochranu. Pro oxidační a neoxidační biocidy se doporučuje průběžné nebo jednorázové dávkování za účelem omezení jejich používání na nejmenší možnou míru, přestože v některých případech průběžná halogenace při nízkých úrovních může spotřebovat méně chemikálií než při jednorázovém dávkování. Takové řešení také sníží riziko vývoje tolerance biologie. Pro optimalizaci použití neoxidačních biocidů jsou vyžadovány přesné chemické analytické provozní metody. Možnosti pro měření chlornanu byly zmíněny již dříve. V recirkulačních (chladicích) soustavách mohou být užitečné také biologické metody pro měření koncentrací biocidů v chladicí vodě. Pokud to je možné, doporučuje se uzavřít nebo redukovat odkalování v průběhu nárazového dávkování a to jak oxidačních, tak i neoxidačních biocidů za účelem redukování emisí aktivních biocidů. Takové opatření je efektivní zejména v případě rychle reagujících nebo rozpadajících se biocidů. Dále se doporučuje provozovat recirkulační CWS (vodní chladicí soustavy), jejichž chladicí voda je upravena chlornanem, při hodnotě pH (8-9), za účelem minimalizace ztrát HOCL odpařováním v chladicí věži. Zkušenost ukázala, že takové opatření nevede nutně k snížené účinnosti biocidů. Toto opatření je důležité, přestože vede k riziku vzniku kotelního kamene. ________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 89
Kapitola 3 Kombinované použití chlornanu a bromidu může být atraktivní volitelná možnost pro CWS (vodní chladicí soustavy; „Cooling Water Systems“), které používají sladkou vodu a také pro průtočné CWS (vodní chladicí soustavy), neboť některé vedlejší produkty – bromované aminy – mají silnější biocidní účinky než chlorované členy jejich homologické řady a velmi rychle se odbourávají. V recirkulačních soustavách s vyšší jakostí vody může být volitelnou možností ozon. V tomto případě je důležité věnovat pozornost riziku koroze. Pokud se jedná o aplikování ozonu, byly některé zkušenosti v Evropě úspěšné. Konečně UV-světlo může také nabídnout možnosti pro recirkulační soustavy jako doplňková technika. Nicméně UV-světlo samotné nemůže atakovat bioznečištění, které se usadilo na povrchových plochách CWS. K tomu aby UV-světlo bylo účinné se vyžaduje relativně čistá/průzračná chladicí voda, protože světlo musí být schopno proniknout vodním sloupcem. Zde je možné „přístup“ shrnout takto: 1. Dostupnost vody, mezi jinými faktory, rozhodne o zvoleném uspořádání chlazení (průtočná soustava, otevřená nebo uzavřená mokrá chladicí věž nebo hybridní chladicí věž). Zvolené uspořádání může naopak zase mít vliv na druh úpravy vody. Zde se vyskytují obecné rozdíly mezi průtočnými a otevřenými mokrými chladicími věžemi, pokud se jedná o použití oxidačních a neoxidačních biocidů. 2. Jakmile byla provedena volba (chladicí) soustavy (viz též Kapitolu 1), bude muset být aplikováno komplexní schéma posuzování k přizpůsobení početných kombinací mezi následujícími volitelnými možnostmi, které budou dále mít vliv na potřebu úpravy chladicí vody: – vvolba materiálu a povrchové úpravy výměníku tepla a potrubí; – uspořádání soustavy chlazení za účelem předcházení turbulence sedimentaci nebo růstu slávek (mušlí), nebo za účelem zvýšení požadované rychlosti proudění vody; – zdokonalení chemie chladicí vody prostřednictvím předběžné úpravy (chladicí) vody; – mechanické čištění chladicí soustavy; – alternativní ošetření/úprava, jako je tepelná úprava, UV a filtrace bočního proudu. V závislosti na výsledku tohoto posouzení by mohla mokrá chladicí soustava stále ještě potřebovat určitou ochranu proti tvorbě vodního kamene, korozi, nebo znečišťování. Toto závisí na chemii chladicí vody, dále na způsobu, kterým je chladicí soustava provozována, jako je například počet cyklů koncentrace, a na zvoleném uspořádání chlazení. Je zřejmé, že pro uzavřený okruh suchého vzduchového chlazení nebo kondenzátory chlazené suchým vzduchem nebude nutné realizovat žádné úpravy. Mohly by být používány chemikálie k očištění vnějšku (žebrovaných) trubek, ale obvykle ne pro provozování (chladicí) soustavy. Pokud již byla ustanovena potřeba pro úpravu chladicí vody, je vhodné provést přesnou volbu programu úpravy chladicí vody, který navazuje na legislativní požadavky. Tyto požadavky mohou být: – zákaz používání určitých látek pro úpravu chladicí vody, například používání chromu, sloučenin rtuti, organokovových sloučenin, dusitanů, merkaptobenzothiazolů; – omezení určitých látek nebo skupin látek (například zinek, fosfor, chlor, AOX) ve výtoku chladicí vody tím, že jsou definovány mezní hodnoty emisí; – požadavek minimální úrovně biologické odbouratelnosti/rozložitelnosti složených činidel; – omezení ekologicko toxikologických účinků výtoku chladicí vody. Volba přídavných látek pro úpravu chladicí vody jak pro nové, tak i pro existující (chladicí) soustavy použitím následujícího „přístupu“ povede k redukci emisí chemikálií chladicí vody: 1. ustanovení potřeby úpravy chladicí vody bylo aplikováno po jiných fyzikálních čisticích metodách; 2. volba typu požadovaných přídavných látek; 3. bylo aplikováno posouzení environmentálního rizika látek; 4. jsou aplikovány látky, které mají nižší potenciál dopadu na životní prostředí tam, kde to je možné. __________________________________________________________________________________________ 90 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.4.3.2 Redukování volbou materiálu a konstrukčním provedením soustav Za účelem redukce používání přídavných látek mohou být pro nové (chladicí) soustavy aplikovány možnosti volby materiálů a konstrukčního provedení. Pro zařízení chladicích soustav se používá mnoho různých materiálů. Dodavatelé zařízení obvykle nabízí svoje zařízení v širokém rozsahu různých kovových materiálů a slitin tak, aby umožnili provozovateli zvolit takový materiál, který je vhodný z hlediska chemie chladicí vody a podmínek procesu, pro který je dané (chladicí) zařízení určeno. V Příloze IV jsou prodiskutovány materiály pro průtočné (chladicí) soustavy a otevřené recirkulační (chladicí) soustavy, ve kterých se používá brakická (resp. poloslaná) voda nebo slaná voda. Je důležité uvědomit si, že některé vlastnosti materiálu mohou mít opačné charakteristiky, které mohou zkomplikovat volbu materiálu a ovlivní program úpravy chladicí vody. Například zmenšená korozívnost může současně znamenat vyšší citlivost na bioznečištění. Správné uspořádání a konstrukční provedení chladicí soustavy může ovlivňovat potřebu přídavných látek pro chladicí vodu. V průběhu montáže by se mělo předcházet nežádoucím vyvýšeninám („ridges“) stejně tak jako ostrým změnám směru proudění vody. Obojí vede k turbulentnímu proudění a pokud to je možné, mělo by se takovým případům zabránit, protože se tím zvětšuje koroze nebo usazování například mušlí. Provozování (chladicí) soustavy s vhodnou/přiměřenou minimální rychlostí (proudění chladicí) vody udržuje nejenom požadovanou kapacitu (výkon) chlazení, ale také redukuje (snižuje) makroznečištění a korozi materiálu. Povlaky a nátěry se aplikují za účelem redukování fixace organismů, zesilují účinky rychlosti a usnadňují čištění. Tyto nátěry působící proti znečištění mohou obsahovat toxické látky a proto byly vyvinuty netoxické povlaky a nátěry. Možnost použití v podmínkách pod vodou a cena je různá a závisí jednak na velikosti chladicí soustavy a také na podmínkách. Například organické povlaky jsou používány pro relativně malé chladicí jednotky prostřednictvím tepelného ošetření povrchu. Jedná se o práškové povlaky, které mohou být použity v mokrých prostředích, a které neobsahují toxické látky, nepoužívají rozpouštědla a jsou odolné proti korozi, což má za následek významné prodloužení životnosti daného zařízení. Ve větších mokrých chladicích soustavách jsou rovněž používány povlaky a zkušenost v oblasti energetického průmyslu ukazuje, že by měly být renovovány každé 4 až každých 5 let. Příklad je uveden v Příloze XI. Byly, resp. jsou aplikovány nátěry působící proti znečištění, které obsahují toxické látky, jako je například měď a TBTO („tributyltinoxide“), a které jsou pozvolně z nátěru uvolňovány. Ve velkých zařízeních, jako jsou elektrárny, se v současné době nepoužívají žádné nátěry obsahující TBTO. Nátěry obsahující měď mohou být stále ještě používány v omezeném měřítku.
3.4.4 Redukování použitím dodatečné a alternativní úpravy chladicí vody Používá se množství technik k redukování úpravy chladicí vody. Pro redukci používání biocidů jsou uváděny následující techniky [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]: – Filtrace a techniky předběžného čištění – Čištění on-line – Čištění off-line – Tepelná úprava – Povlaky a nátěry – Ultrafialové (UV) světlo – Akustická technologie – Osmotické šoky. Principem, který obsahují tyto techniky, je zdokonalovat biologickou jakost chladicí vody, a udržovat povrchy elementů chladicí soustavy (potrubí a výměníky tepla) tak čisté, jak to je možné, a vytváření takového prostředí v těchto soustavách, ve kterém bude redukován vývin znečištění. Aplikování těchto technik je přehledně shrnuto __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 91
Kapitola 3 v Příloze XI a je zřejmé, že některé z nich nemají všeobecné použití, nebo že se stále nacházejí v etapě výzkumu. Měly by být vyváženy jejich environmentální přínosy (přínosy pro životní prostředí) v závislosti na redukovaném aplikování chemikálií. Např. použití UV-světla vyžaduje relativně čistou vodu, zatímco použití ozonu a akustická technologie bude vyžadovat zvláštní přívod energie. Elektrická úprava vody aplikovaná na chladicí soustavy velmi malých velikostí (< 1 m3/min) provozované při teplotách (30 – 40) ˚C poskytuje slibné výsledky jako nechemická metoda mikrobiálního omezování, nicméně požaduje uskutečnit další výzkumné práce. Finanční náklady se mohou lišit podle velikosti (chladicí) soustavy a rozsahu, ve kterém musí být do chladicí soustavy integrovány příslušné techniky. Předběžná úprava (chladicí) vody pro recirkulační mokré chladicí soustavy za účelem redukování množství použitých přídavných látek chladicí vody může být posouzena ze stejného hlediska jako předběžná úprava (chladicí) vody za účelem redukování požadavků na vodu (viz Část 3.3.1.2). Předběžná úprava ovlivní chemii chladicí vody, jako je snížení obsahu soli, což bude mít vliv na požadovanou hladinu kotelního kamene a na zpomalování koroze, a ovlivní způsob, kterým je chladicí soustava provozována. Nicméně jenom velmi málo informací bylo uveřejněno v záležitosti vlivu předběžné úpravy chladicí vody na redukci použití přídavných látek chladicí vody, ale obrácená osmóza pro uzavřené chladicí okruhy a filtrace bočního proudu pro otevřené chladicí soustavy s většími kapacitami, resp. (chladicími) výkony údajně poskytují dobré výsledky (Příloha XI). Jsou publikovány nižší náklady na přiváděnou vodu, na úpravu odkalované vody, na dávkování inhibitorů koroze, inhibitorů kotelního kamene a dispergujících látek. Nebyla nutná žádná rekonstrukce chladicí soustavy. 3.4.5 Redukování emisí posouzením a volbou přídavných látek chladicí vody Po vyhodnocení všech technických a technologických opatření je posouzení a volba přídavných látek pro kondicionování/úpravu chladicí vody dalším krokem, který má být proveden ve směru k aplikaci látek, které, když jsou správně použity, mají nižší potenciál pro vytváření dopadu na životní prostředí. V Části 3.4.1, a rozsáhleji v Příloze V je popsána teorie, ze které vychází úprava chladicí vody, přičemž volba správného programu je jednoznačně specifickou záležitostí pro dané místo a je velmi složitým úkolem. Bere se přitom do úvahy mnoho faktorů, jako je např. materiál použitý pro instalaci, jakost vody a provozní praxe. V důsledku tohoto byl vyvinut značný počet sloučenin a jejich kombinací, které jsou používány pro úpravu chladicí vody. Působení přídavných látek v chladicím okruhu je vyhodnocováno a vyvažováno s jejich zbytkovou reaktivitou ve vodním prostředí (recipientu) po vypuštění chladicí vody. Zde je úkolem zvolit přídavné látky, které jsou účinné v chladicí soustavě, které se ale stanou neškodnými látkami, jakmile jsou vypuštěny z chladicí soustavy a vniknou do přijímacího vodního systému (recipientu). V literatuře bylo popsáno aplikování různých druhů chemikálií přidávaných do chladicí vody v různých druzích chladicích soustav. Ukazuje se, že jejich dopad na životní prostředí je složitý a že závisí na množství různých faktorů. Příklady jasně ukazují, že optimalizovaný provoz snižuje požadované množství přídavných látek a že taky může vést k používání různých druhů přídavných látek. (Viz 3.4.6). Všeobecně vyjádřeno, v rozsahu EU se posuzování chemických látek považuje za nutné a byly učiněny pokusy k vyvinutí jednotné metodologie pro redukování účinků jejich používání na životní prostředí, ale narazilo se na následující potíže jak v národním, tak i v evropském měřítku: – existuje množství vyhodnocovacích metod používaných pro různé aplikace; – dostupnost údajů o látkách a komponentech pro jejich přípravu je (stále ještě) problémem; – za vyhodnocování látek je zodpovědných mnoho stran/účastníků; – posouzení vycházející z rizika nebylo stále ještě v mnoha zemích vyvinuto. ______________________________________________________________________________________ 92 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 Řízení aplikování a zvýšení použití alternativ, znalost charakteristik chemických látek používaných k úpravě (chladicí) vody bylo v některých členských státech převedeno do legislativních požadavků vztahujících se na chemické látky používané pro úpravu chladicí vody. Příkladem je níže uvedená německá legislativa: Příloha 31 německého federálního vodního zákona vztahujícího se na emise chladicí vody je příkladem legislativy, která je zaměřena na optimalizaci používání přídavných látek do chladicí vody a zachování jakosti povrchových vod. Tento zákon zahrnuje všechny mokré chladicí soustavy a jeho důsledkem jsou omezení přívodu některých látek do povrchových vod, jako jsou biocidy a jiné látky (viz Přílohu VI). Předpisy podle tohoto zákona jsou založeny na čtyřech krocích: 1. seznam zakázaných látek: – sloučeniny chromu – sloučeniny rtuti – organokovové sloučeniny (například organociničité sloučeniny) – merkaptobenzothiazol – organická komplexní činidla, která nejsou snadno biologicky odbouratelná (rozložitelná) – žádná nárazová (šoková) úprava jinými biocidními látkami, než je chlor, brom, ozon a H2O2 2. omezení určitých látek a skupin látek ve výtoku, která zahrnují: – oxid chloričitý, chlor a brom – AOX – COD – sloučeniny obsahující fosfor (anorganické a celkové/fosfonáty) – Zn 3. požadavek na snadnou biologickou odbouratelnost (rozložitelnost) všech použitých organických látek v těch případech, kde je aplikovatelný požadavek „snadná bio-odbouratelnost“ podle chemického zákona a podle Části C4 Přílohy Směrnice 92/69/EC (ze dne 31. července 1992) 4. stanovení mezních hodnot ekologických toxických účinků celkového výtoku použitých biocidních látek v chladicí vodě nezakazuje jejich používání, poněvadž by mohlo mít za následek to, že aplikování mikrobiálních biocidních látek by nebylo možné. Nicméně tyto látky mohou být podstatné pro provoz a správnou činnost otevřených a polootevřených vodních chladicích soustav. Regulační opatření vyžadují informace o úrovni a charakteru toxicity a tento požadavek musí být specifikován reprodukovatelným způsobem. Používají se biologické zkoušky, jako je např. zkouška zřeďovacího koeficientu (TL) k vyjádření zbytkové toxicity ve výtoku ve srovnání s toxicitou v chladicí soustavě. Navzdory legislativním limitům, které se vztahují na používání některých chemických látek pro úpravu chladicí vody, je k dispozici značný počet přídavných látek a požaduje se posouzení a volba alternativ, při kterých se berou v úvahu faktory specifické pro lokalitu, v níž je umístěna chladicí soustava, jako je provozování chladicí soustavy a sensitivita přijímacího prostředí (recipientu). Stejně tak i překlad specifických národních předpisů by mohl způsobit nesplnění všeobecné použitelnosti v rozsahu horizontálního „přístupu“. Takže substituce látek jinými látkami, které mají nižší potenciál z hlediska jejich dopadu na životní prostředí, je jednou z volitelných možností pro redukování dopadu vypouštěné chladicí vody na životní prostředí. Úřady v Nizozemsku, které vydávají písemná povolení, používají během schvalovacích procedur instrument substituce po dobu delší než 20 let. Základem tohoto instrumentu je procedura schválení na ukázku (tedy asi něco jako předběžné povolení.). Prostřednictvím více méně administrativní procedury musí držitelé těchto písemných povolení předkládat žádost pro použití a změnu přídavných látek pro chladicí vodu. Úřady vydávající písemná povolení používají široce/všeobecně schválený postup pro toto posouzení. Očekává se, že v nejbližší budoucnosti dodavatelé chemických látek a chemický průmysl změní svůj přístup na systém samoregulace. Revize tohoto systému je součástí přijetí všeobecně platné metodologie vyhodnocování za účelem identifikace účinků látek a přípravků na znečišťování vody. Tato metodologie vyhodnocování je založena na evropské legislativě zaměřené na klasifikaci/třídění, balení a označování štítky (67/548/EEC, 99/45/EC). __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 93
Kapitola 3 Všeobecně vzato se posouzení přídavných látek chladicí vody uskutečňuje ve třech krocích [Benschop (1998)]. Prvním krokem je posouzení skutečných/vnitřních vlastností látek. Látky jsou vyhodnocovány na základě jejich ekologicko toxikologických charakteristik (karcinogenní vlastnosti, akutní vodní toxicita, biologické odbourání/rozkládání, Log Pow, a koeficient biologické koncentrace). Pro dosažení schopnosti vyhodnotit látky a přípravky je nutné dané látky znát, nebo je nutné znát přesné složení přípravku. (Odpovědná péče = „Responsible Care“, ICCA), evropská legislativa (Směrnice o biocidních produktech) a vývoj managementu zaměřeného na chemické látky na úrovni EU přispívají k tomu, že tyto údaje o vlastnostech látek se stávají stále více dostupnější. Výsledkem prvního kroku je indikace potenciálu nebezpečnosti přídavných látek. Při vyhodnocování a volbě přídavných látek prostřednictvím posouzení jejich nebezpečnosti se používá identifikační zkouška nebezpečnosti pro látky a přípravky vytvořené z látek. Je to zkouška, která byla vyvinuta v Nizozemsku ([tm070, Benschop, 1997] a [tm071, Niebeek, 1997] a je založena zejména na Směrnici pro nebezpečné látky = „Dangerous Substance Directive“ (67/548/EEC) a na Směrnici o nebezpečných přípravcích = „Directive Hazardous Preparations“ (88/379/EEC). Tato zkouška je zaměřena na ekologicko toxikologické charakteristiky předmětné látky. Toto zahrnuje mutagenicitu, karcinogenní vlastnosti, akutní toxicitu a biologickou odbouratelnost (rozložitelnost), log Pow, a koeficient biologické koncentrace. Nicméně to vyžaduje údaje, které vždycky nejsou snadno k dispozici, zejména z důvodu důvěrnosti resp. utajení a částečně proto, že takové údaje doposud nebyly souborně publikovány. K vyhodnocení nebo pro vyjmenování přídavných látek s jejich alternativami, které mají menší dopad na přijímací prostředí, může pomoci jejich posouzení a volba. V Příloze VIII.1 je uveden příklad pro to, jak by v místě instalace zařízení mohla být aplikována („benchamark“) pracovní metoda pro získání první indikace potenciálu pro dopad navrhovaných alternativních přídavných látek na životní prostředí. Tato vylučovací metoda je určena pro otevřené mokré recirkulační chladicí soustavy (otevřené chladicí věže). Je zaměřena na výpočet „standardní“ PEC (pozn. PEC je zkratka pro „Predicted Environmental Concentration”, resp. “předpovídaná environmentální koncentrace”), viz stranu 13 originálu dokumentu, kde jsou uvedeny „Abbreviations and Acronyms“) pro předběžné vyhodnocení PEC v dané řece. V tomto případě se jedná o zjednodušený model, při kterém se předpokládá, že se v dané řece nevyskytuje žádné zřeďování přídavných látek (přidávaných do chladicí vody), čím se odhaduje koncentrace látky v přijímacím vodním toku (recipientu) na příliš vysokou hodnotu. Také se předpokládá, že PEC nezávisí na velikosti daného provozu a na podmínkách provozu, protože model bere v úvahu rychlost dodávání chemických látek. Důležitá je dostupnost environmentálních standardů jakosti (EQS = ”Environmental Quality Standards”) chemických látek, jaké jsou poskytovány rámcovou Směrnicí o vodě („(Water Framework Directive“). Do druhého kroku jsou zahrnuty optimalizační činnosti pro redukované použití zvolených přídavných látek prostřednictvím všech druhů provozních stupňů (viz další Část 3.4.6). Posléze ve třetím kroku je vyhodnocen residuální výtok ve srovnání s aplikovatelnými cíli jakosti vody, nebo se standardy environmentální jakosti (EQS = „Environmental Quality Standards“). Pokud tyto cíle nejsou dosaženy, mohou být naznačena další opatření. Jestliže jsou k dispozici alternativní přídavné látky je možné vyhnout se potřebě uskutečnit (další) opatření náhradou nebezpečných přídavných látek méně nebezpečnými alternativami. Další hodnota této procedury posuzování přídavných látek, která se vztahuje k regulaci na základě chemických látek podle výše uvedených směrnic EU je: 1. schopnost identifikovat přídavné látky s nejnižším dopadem na životní prostředí; a 2. schopnost určit, zda cíle stanovené pro jakost lokální vody byly splněny. Pokud je tato metoda posuzování (která je všeobecně aplikovatelná pro látky a jejich sloučeniny) aplikována na biocidy, pak výsledkem prvního kroku je automaticky potřeba uskutečnit další opatření. V praxi to znamená provedení studie optimalizačního programu pro použití a dávkování biocidů. Druhý krok, který více nebo méně probíhá paralelně s touto studií optimalizačního programu, zahrnuje vyhodnocení předpovídaných účinků na lokální vodní ekosystém. Společně s tímto vyhodnocením jsou zkontrolována tři kritéria a pokud jsou všechna tři kritéria splněna, měla by být aplikována další redukční opatření zahrnující úpravu výtoku a/nebo náhradu/substituci přídavných látek. V Nizozemsku je předpovídaná koncentrace biocidů zkontrolována ve vztahu k maximální přípustné úrovni rizika (MARL = „Maximum Admissible Risk Level“). __________________________________________________________________________________________ 94 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 Další opatření by potom měla být aplikována pokud: 1. koncentrace biocidu ve výtoku je vyšší než MARL, a jestliže; 2. přídavná (další) koncentrace biocidu v povrchové vodě v určité vzdálenosti od míst vypouštění převyšuje MARL o více než X %, a jestliže; 3. celková koncentrace biocidu v povrchové vodě v určité vzdálenosti od míst vypouštění převyšuje MARL. Postup (výše popsaného posuzování) je podrobněji znázorněn v Příloze VIII.2.
3.4.6 Optimalizace používání přídavných látek chladicí vody Optimalizace používání přídavných látek chladicí vody znamená také volbu patřičného režimu dávkování a monitorování účinků programu úpravy vody jak z hlediska emisí do povrchové vody, tak i z hlediska činnosti resp. výkonnosti chladicí soustavy ve smyslu přenosu tepla a bezpečnosti. Je zřejmé, že obě techniky jsou navzájem k sobě přidruženy a že monitorováni je předpokladem pro vhodný režim dávkování. Cílem volby režimu dávkování by mělo být dosáhnout požadované koncentrace ve správné době bez snížení výkonnosti (resp. redukování činnosti) chladicí soustavy. Nedostatečné dávkování může způsobit korozi nebo tvorbu kotelního kamene a sníženou výkonnost chladicí soustavy, které také vedou k nepřímým účinkům na životní prostředí; a předávkování chemickými látkami může mít za následek znečištění teplosměnných ploch, vyšší úrovně emise a vyšší finanční náklady na úpravu (vody). Tyto souvislosti mohou být graficky znázorněny tak, jak to je provedeno na Obrázku 3.4. V (chladicí) soustavě, která je nesprávně konstrukčně vyřešena, není brán žádný ohled na požadovanou minimální koncentraci biocidu k udržování ochrany soustavy před znečišťováním, takže nějaké znečištění se může vyskytnout. Zároveň předávkování vede k takovým hladinám koncentrace, že je k dispozici větší množství chemických látek, než je maximální požadovaná koncentrace. V tomto případě budou nadměrné přídavné látky vypouštěny do životního prostředí.
Obrázek 3.4: Ukázka průběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá z nesprávně stanoveného režimu monitorování a dávkování Cílová hodnota dávkování (Obrázek 3.5) založená na analýze jakosti chladicí vody je zaměřena na udržování minimální úrovně koncentrace tak, aby byla poskytována konstantní ochrana. Předchází se nadměrně vysokým hodnotám hladiny koncentrace a tudíž vypouštění do životního prostředí je redukováno, což také bude snižovat finanční náklady na zakoupení vlastního upravování (chladicí) vody. Z tohoto hlediska vyřešení správného návrhu režimů dávkování bude snižovat požadované množství přídavných látek a může být považováno za finančně efektivní opatření. ________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 95
Kapitola 3
Obrázek 3.5: Ukázka průběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá ze správně stanoveného režimu monitorování a dávkování 3.4.6.1 Dávkování přídavných látek do chladicí vody
3.4.6.1.1 Režimy dávkování ([tm010, Betz, 1991], [tm005, Van Donk a Jenner, 1996], [tm157, Jenner a jiní, 1998]) Dávkování chemických látek do chladicí vody se uskutečňuje následujícími způsoby (viz také Přílohy V a XI): •
nepřetržitě/průběžně (kontinuálně) na konci sezóny periodicky v průběhu usazování/sedimentace nízká hladina v průběhu usazování/sedimentace
• • •
přerušovaně (toto je také nazýváno jednorázové dávkování, dávka) poloprůběžně/přerušovaně neboli střídavě pulsujícím způsobem masivní neboli nárazové/šokové dávkování, kdy je do chladicí vody najednou přidáno velké množství chemických látek
Průběžné dávkování je uskutečňováno v chladicích soustavách, ve kterých musí být trvale určitá hladina přídavných látek. Lepší chladicí soustavy doplňují přídavné látky podle objemu, který je upravován a podle požadavků na potřebu chemikálií. Průběžné dávkování se stále ještě používá v průtočných (chladicích) soustavách většinou proti makroznečištění a korozi. Nicméně zkušenosti ukazují, že redukované použití prostřednictvím změněné praxe dávkování může být stejně tak efektivní. V případě přerušovaného dávkování je chemická látka dodávána prostřednictvím ovládače zapnuto/vypnuto na chemickém napájecím čerpadle, nebo pomocí vypouštění z kalibrované nádoby nebo měřicí komory. Dávkování použitím jednorázové dávky se používá v chladicích soustavách, bio-oxidačních nádržích a jiných místech, kde poměr objemu soustavy k objemu odkalování je velký. Množství chemické látky v těchto soustavách doplní zbytek materiálu nebo spotřebovaný materiál vůbec. Používá se také v zařízeních, které vyžadují pouze periodické dávkování. Například antimikrobiální látky pro vodní chladicí soustavy jsou obvykle doplňovány neprůběžným resp. diskontinuálním způsobem. Jednorázové dávkování (resp. dávka) může být aplikováno (aplikována) v recirkulačních soustavách a v průtočných soustavách. Nemůže být použito v takových jednoduchých průtočných soustavách, kde se požaduje jednotná koncentrace chemických látek. Dávkování může také být nasměrováno do specifických oblastí v chladicí soustavě, jako jsou např. vstupní části do výměníků tepla. Důležitou praxí je také časově cílené dávkování přizpůsobené sezónním charakteristikám makrobiologického růstu. Dávkování také bude záviset na typu chladicí soustavy. V recirkulačních soustavách způsob, kterým jsou tyto soustavy provozovány, ovlivní časování a množství dávky. V průtočné soustavě jsou místo a čas dávkování důležité k získání nejvyššího účinku, poněvadž doba kontaktu mezi chemickou látkou a chladicí vodou je krátká. __________________________________________________________________________________________ 96 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 V malých (chladicích) soustavách se dávkování provádí manuálně, ale ve větších soustavách obvykle existuje automatické zařízení, které je přidruženo k monitorovacímu systému. Jak už bylo uvedeno, existuje tendence směřující k zabezpečování úpravy chladicí vody specializovanými společnostmi. V případě velkých a složitých zařízení, která mají několik chladicích soustav, existuje specializovaný tým od společnosti dodavatele úpravy chladicí vody, který je trvale přítomen na místě k zabezpečování provozu těchto soustav. V případě menších (chladicích) soustav je často prováděna denní kontrola personálem nacházejícím se v místě zařízení, která je podporována pravidelnou kontrolou, kterou provádí dodavatel úpravy chladicí vody. Optimalizací dávkování může být dosaženo redukce použitého biocidu. Způsob, kterým jsou biocidy dávkovány, závisí na jejich působení a na stálosti biocidu, na typu a sezónním druhu znečištění (makro/mikro), na stavu znečištění chladicí soustavy, teplotě vody v soustavě a na výživném stavu chladicí vody. Biocidy jsou dávkovány v plynné, kapalné, nebo pevné formě. Dávkování může být průběžné nebo nárazové (šokové ). V některé literatuře se obhajuje, že průběžné dávkování by se mělo uskutečňovat v průtočných chladicích soustavách k prodloužení doby kontaktu antimikrobiálních látek v případech, kdy hladiny dávkování jsou nízké. V případě recirkulačních soustav je průběžné dávkování také možné, ale obvyklejší je přerušované dávkování. Účelem přerušované úpravy (chladicí vody) v těchto soustavách je vytvořit vysokou koncentraci antimikrobiálních látek, které proniknou do biofilmu a budou jej narušovat případně rozptylovat. Přerušovaná úprava (chladicí vody) ve srovnání s průběžně prováděnou úpravou může vést k nižším průměrným ročním koncentracím ve výtoku a může být také finančně efektivnější tam, kde se vyžadují nižší celkové částky. Nicméně bylo také diskutováno o tom, že byla provedena pozorování, podle kterých průběžné dávkování může poskytnout snížení FO („Free Oxidant“) o 40 % ve srovnání s nárazovým dávkováním. Bude potřeba provést větší výzkum v této oblasti protože všeobecně vzato podle názoru obsluhy (operátora) je průběžné dávkování z provozního hlediska snadnější než dávkování nárazové nebo přerušované. Toto dávkování bude vyžadovat monitorovací systém k rozhodnutí o správném okamžiku pro aplikování úpravy (chladicí vody). Optimalizace režimu dávkování (přídavných látek do chladicí vody) se musí uskutečnit zároveň s dosahováním nízkého výskytu poruch. V recirkulačních (chladicích) soustavách může mít použití produktů složených ze synergických aktivních směsí za následek snížené koncentrace úpravy v odkalované vodě a také úspory nákladů. Mohou být dávkovány kombinace biocidů s různým spektrem za účelem rozšíření spektra kontroly (resp. omezování znečištění). Aniž by došlo k zvýšení množství použitých antimikrobiálních látek může síla směsi přesáhnout účinek očekávaný od účinku jednoduché přídavné látky. Tento významně zvýšený účinek spolupůsobení nebo synergie se získá jenom od určitých kombinací přídavných látek. Dodávání (jednotlivých složek) nemusí nutně být zároveň, ale může být prováděno střídavě s podobnými výsledky. Dalším účinkem je to, že výskyt odolnosti čili resistence je v případě použití více než jednoho mikrobiálního prostředku méně pravděpodobný, protože je nepravděpodobné, že mikroby vyvinou odolnost/resistenci k oběma (nebo vůči všem) zároveň. Budou muset být zvážena vzájemná působení mezi různými látkami k zabránění redukci činnosti jakéhokoliv z dávkovaných biocidů a k zabránění tvorby produktů nebezpečných reakcí vytvářených ve vypouštěné chladicí vodě. Cíl biocidní úpravy (chladicí vody) může být různý. V závislosti na cílových organismech a rozsahu, do kterého postoupilo bioznečištění, jsou úpravy buď preventivní nebo léčebné. Biocid, který byl podroben intenzivnímu výzkumu, je chlornan sodný. Dávkování chlornanu do průtočné chladicí soustavy ukazuje, že chladicí soustava bude fungovat jako trubkový reaktor, s mnoha složitými reakcemi uskutečňujícími se mezi chlornanem a organickým materiálem. Výsledkem takových reakcí, a pro typické umístění, používající chladicí vodu v ústí řeky nebo u mořského pobřeží, a při dávkování chlornanu na vstupu v rozsahu (1,5 – 3) mg CL 2/l, bude dávka na výstupu z výměníku tepla (0,25 – 0,35) mg/l TRO (TRO = „Total Residual Oxidant“, viz stranu 14 tohoto dokumentu v původním znění). Toto se vztahuje na reakční dobu přibližně (4 – 8) minut. Pro značnou redukci dávkování chlornanu bylo aplikováno pulsující chlorování © (Přílohy XI.3.3.2.1 a X.3.3.2.1).
3.4.6.1.2 Systémy dávkování [tm010, Betz, 1991] Na trhu existuje několik systémů dávkování. Pro volbu systému dávkování by se mělo provést rozlišení mezi kapalnými a suchými chemickými látkami. V případě kapalných chemických látek se používají čerpadla jako jsou měrná čerpadla, jednotková plunžrová čerpadla a membránová čerpadla. Pro suché chemikálie se používají systémy dávkování jako jsou např. objemové dávkovače (pro dávkování práškového materiálu), gravimetrické dávkovače (pro dávkování chemických látek podle jejich tíhy) a rozpouštěcí dávkovače (pro dávkování do ________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 97
Kapitola 3 míchacích nádrží). Nebylo publikováno zda a jak různé používané soustavy dávkování skutečně snižují spotřebu přídavných látek. Je nepochybné, že správně prováděná údržba systému a kalibrace zdokonalí přesnost dávkování. Množství, lokalizace a časování dávkování může být přesným způsobem kontrolováno jen na základě řádného monitorování soustavy chladicí vody.
3.4.6.2 Monitorování chladicí vody Monitorování potřeby chemických látek pro úpravu chladicí vody je základním prvkem k redukci používaných přídavných látek a emisí do životního prostředí (environmentu), obecně do povrchové vody. Může to být považováno za finančně efektivní metodu, zatímco úprava vypouštěné vody, pokud je vůbec možná, je všeobecně vzato mnohem nákladnější záležitost. Může být učiněn rozdíl mezi monitorováním používání biocidů a monitorováním používání jiných chemických látek k úpravě vody (inhibitory tvorby kotelního kamene, inhibitory koroze a dispergovadel), protože v případě makroznečištění je chování biologie objevující se v chladicí soustavě důležitým dalším faktorem monitorování.
3.4.6.2.1 Monitorování inhibitorů tvorby kotelního kamene, inhibitorů koroze a dispergovadel ([tm067, Hoots a jiní, 1993]) Používání chemických inhibitorů a optimalizace jejich použití je velmi složitou záležitostí a je specifické pro každou situaci. V každém případě to bude rovnovážný stav mezi celou řadou faktorů: • • • •
jakost chladicí vody a volitelné možnosti pro předběžnou úpravu (změkčování, filtrace), které zase závisí na požadovaném průtoku; potřeba snížení požadavků na vodu prostřednictvím zvýšení počtu cyklů v závislosti na zvětšení problémů s tvorbou kotelního kamene v důsledku zvýšené koncentrace; teplota chladicí vody v závislosti na rozpustnosti solí; vzájemné působení mezi jednotlivými přídavnými látkami.
Pro kontrolu dávkování produktů inhibitorů chladicí vody v recirkulačních soustavách chladicí vody se používá několik metod. V souhrnném přehledu [tm067, Hoots a jiní, 1993] jsou rozlišovány následující všeobecné techniky, které jsou aplikovány v chladicích soustavách: • • • • •
manuální zkoušení a nastavování vypouštění a napájení (odkalováním aktivované napájení) cykly kontrolované vodoměrem chemický analyzátor bočního proudu (na základě mikroprocesoru) fluorescence.
Každá z uvedených metod má samozřejmě svoje výhody a nevýhody. Princip optimalizovaného modelu, který je znázorněn na Obrázku 3.5, nemusí být dosažen. Různé monitorovací techniky se liší pokud jde o jejich potenciál dávkovat správné množství. Odchylce v dávkování, která nenavazuje na kolísání požadavků v chladicí soustavě, by nicméně mělo být pokud možno co nejvíce zabráněno. Taková odchylka může vést k menšímu dávkování nebo předávkování chemických látek. Kolísání/odchylky v dávkování se mohou vyskytnout z mnoha důvodů: • obsluha může být nedostatečně angažována • zařízení má nízkou spolehlivost • nepřímé měření hladiny chemických látek • měření nesprávných proměnných veličin • časová mezera mezi analýzou a nastavením je příliš dlouhá • opakovatelnost metody analýzy může být nízká • kolísání chladicího zatížení a jakosti vody používané pro doplnění jsou sledovány nepřesně. __________________________________________________________________________________________ 98 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 Na základě zkušeností je zřejmé, že nejpřesnější monitorovací a dávkovací systémy přímo měří koncentrace chemických látek v chladicí vodě a že se vyznačují redukovanými (krátkými) časovými obdobími mezi analýzou a nastavením dávkování. Monitorovací systémy by měly být schopny sledovat jak změny v chladicím zatížení, tak i odchylky jakosti doplňované vody (Příloha XI).
3.4.6.2.2 Monitorování biologického znečištění ([tm005, Van Donk a Jenner, 1996] a [tm087, Engstrom a Tully, 1994]) Monitorování bioznečištění (biologického znečištění) vychází z monitorování biologické aktivity v chladicích soustavách a také z aktuálních úrovní mikrobiocidní úpravy. Klíčem k měření účinnosti jakéhokoliv biocidního programu je schopnost rychle a přesně měřit mikrobiologickou aktivitu v chladicí soustavě. K dosažení dobrého režimu dávkování byla pro průtočné soustavy navržena následující strategie: •
provést analýzu problému v záležitosti cílového organismu (cílových organismů)
•
charakterizovat sezónní rozdíly v jejich výskytu (např. období rozmnožování slávek/mušlí)
•
vzít v úvahu teplotu vody a jakost vody (sladká voda/slaná voda)
•
zvolit program dávkování (např. lokálně po částech: průběžně nebo přerušovaně)
•
rozhodnout o jednotkách dávkování, které sníží spotřebu, zejména tehdy, když jsou přidruženy k soustavě monitorování
•
rozhodnout o programu monitorování (nádrž pro detekci slávek/mušlí (stanovení období rozmnožování slávek/mušlí) nebo monitorování slávek/mušlí/ústřic (detekce koncentrace))
Podobná strategie by se mohla vztahovat na otevřené recirkulační mokré soustavy. Nicméně program dávkování pro přídavné látky používané v chladicích věžích zahrnuje inhibitory chemických látek, které dále zvyšují komplexnost úpravy. Dalším faktorem je vliv provozu se zvýšeným počtem cyklů koncentrace, který na jedné straně zabezpečuje šetření s vodou, ale na druhé straně zvyšuje možnost tvorby kotelního kamene a koroze a potřebu specifických přídavných látek V takové situaci může být samozřejmá v etapě konstrukčního řešení nových zařízení volba materiálů méně citlivých na korozi. Materiály méně citlivé na korozi mohou snížit potřebu inhibitorů (3.4.3.2), čímž se umožní provozování bez dalších komplexních činidel, což zároveň vytváří úspory finančních nákladů. Jak pro nové, tak i pro již existující chladicí soustavy je důležité zjistit příčinu biologického znečišťování (může se jednat např. o úniky látek v důsledku netěsností) a charakterizovat organismy ještě před rozhodnutím o dalším požadovaném biocidu. V případě průtočných (chladicích) soustav má hlavní význam makroznečišťování. Pro biocidní úpravu je nezbytným předpokladem monitorování makroznečišťování. Toto je podstatné/základní pro stanovení minimální požadované dávky biocidu a pro biocidní optimalizaci, protože to poskytne informaci o vytváření a růstu makro znečišťujících organismů a o činnosti programů pro omezování biologického znečišťování. Ještě více cíleným režimem dávkování je střídavě pulsující chlórování ©, které bere do úvahy odchylky časů zdržení v různých částech procesu. Požadované hladiny chlóru jsou dávkovány v návaznosti na modely proudění průtoku chladicí vody v různých etapách procesu, v různých dobách a v různých místech. Na konci procesu a před vypouštěním chladicí vody se vyskytne zředění proudu (vypouštěné vody) směšováním různých proudů, které se v procesu vyskytují. V případech, kde je chlorován jen jeden z proudů, přičemž další proud chlorován není, může být TRO (TRO = „Total Residual Oxidant“, viz stranu 14 tohoto dokumentu) dále redukován a jsou dosažitelné emisní úrovně < 0,1 mg/l (viz Přílohu XI). V případě otevřených recirkulačních soustav je mikroznečištění mnohem důležitější než makroznečištění. Vzhledem k tomu, že množství vody používané jako přídavná voda je obvykle mnohem menší, může strhávání ________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000
99
Kapitola 3 mikroorganismů zabránit jak předběžná úprava vody, tak i filtrace bočního proudu vody části cirkulující vody. V případě nárazového dávkování biocidů mají recirkulační (chladicí) soustavy výhodu v tom, že (tato chladicí) soustava může být dočasně uzavřena, což umožňuje biocidu vykonat svoji činnost a tak snížit koncentraci ještě předtím, než dojde k odkalování. Stejně tak v případě recirkulačních (chladicích) soustav je pro optimalizaci použití biocidů nezbytné uskutečnit kontrolní program monitorování biologického znečištění.
__________________________________________________________________________________________ 100 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.5 Použití chladicího vzduchu a emise vzduchu 3.5.1 Požadavky na vzduch Použití vzduchu jako zdroje (pro chlazení) nemá žádný dopad na životní prostředí (environment) a nepovažuje se za skutečnou spotřebu. Kromě průtočných chladicích soustav se vzduch používá ve všech chladicích soustavách. V chladicích věžích s umělým tahem se požadavek na vzduch vztahuje k energii požadované pro provoz ventilátorů.
Tabulka 3.9: Průměrný požadovaný průtok vzduchu pro různé chladicí soustavy [tm134, Eurovent, 1998] Chladicí soustava
Průtok vzduchu (%)
průtočné proudění
0
otevřená mokrá chladicí věž
25
otevřené mokré/suché (hybridní) chlazení
38
chladicí věž s uzavřeným okruhem
38
mokré/suché chlazení s uzavřeným okruhem
60
suché vzduchové chlazení s uzavřeným okruhem
100
Čím větší je požadované množství vzduchu tím větší je kapacita/výkon ventilátorů a následně na to hladina spotřeby energie a emise hluku. V Tabulce 3.9 jsou porovnány požadavky na průtok vzduchu pro různé chladicí soustavy. Průtok vzduchu je v pevné korelaci s poměrem mezi citelným přenosem tepla a latentním přenosem tepla (viz Přílohu I). Suché chlazení vyžaduje více vzduchu než mokré chlazení. V některých specifických oblastech (jako např. hustě industrializovaná místa) by jakost vzduchu mohla být problémem a podle složení vzduchu by to mohlo vést ke korozi trubek (opatřených žebry), nebo trubkových (chladicích) hadů, nebo znečišťování povrchu, což ve všech případech nepříznivě ovlivňuje výměnu tepla. Předběžné čištění chladicího vzduchu se jeví jako nerealistické a žádné informace o tom nebyly publikovány. Takže by v těchto souvislostech čištění povrchových ploch výměníku tepla a/nebo úprava chladicí vody mohly být nutné v závislosti na chemii (chladicího) vzduchu. Na druhé straně otevřené mokré chladicí věže někdy fungují jako čističe vzduchu a vymývají ze vzduchu několik znečišťujících látek. Toto může mít vliv na úpravu chladicí vody a potenciálně také na provoz chladicí soustavy, ale žádné údaje o tomto nebyly publikovány.
3.5.2 Přímé a nepřímé emise Emise do vzduchu způsobené provozováním průmyslových chladicích soustav mohou být přímé nebo nepřímé. Nepřímé emise se vyskytují na úrovni výrobního procesu v důsledku neefektivního chlazení. Jsou způsobeny skutečností, že neefektivní chlazení vyžaduje vyšší příkon zdrojů (jako je energie) ke kompenzaci ztrát produktu nebo ztrát výkonnosti. Důležitost přímých vzduchových emisí z mokrých chladicích věží je relevantní zejména v přímé blízkosti městských osídlení. Ve srovnání se vzduchovými emisemi průmyslových procesů, které mají být ochlazovány, se považují za relativně malé. Problémy, které mohou vzniknout v průběhu provozu, jsou tyto: 1. kapky vody mohou obsahovat některé chemické látky použité pro úpravu vody; 2. v případě nesprávné biocidní úpravy chladicí vody a nesprávné údržby chladicí věže (viz 3.7.3) se mohou vytvořit bakterie (choroba/nemoc legionářů = „Legionnaire′s disease“). Otevřené a uzavřené recirkulační a mokré/suché chladicí věže mohou vykazovat některé emise v důsledku unášení a vypařování/vyprchávání, které vysvětlují některé ztráty chemických látek použitých pro úpravu vody __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 101
Kapitola 3 a to zejména biocidů. Je známo, že vypařování/vyprchávání chemických látek, které je nazýváno také jako „flash-off“ (pozn. snad něco jako „zablesknutí“), se zvětšuje se zvyšující se teplotou, ale mechanismus, který vede k emisím je složitý a je do něj zahrnuto mnoho faktorů. Z těchto důvodů je obtížné provést kvantifikaci a nebyly publikovány žádné údaje o těchto emisích. Eliminátory unášení se považují za důležitá opatření k redukci množství unášené chladicí vody. V dnešní době jsou všechny mokré chladicí věže vybaveny eliminátory unášení, ale přesto malé procento cirkulujícího proudu vody stále ještě může být odváděno ve formě vodních kapek. Tyto kapky obsahují rozpuštěné částice a chemické přídavné látky, které odpadnou z proudu vzduchu vyfukovaného chladicí věží a mohou způsobit vznik skvrn a usazenin kotelního kamene na povrchových plochách budov [tm046, Vanderheyden a Schuyler, 1994]. Jsou známé některé specifické případy, ve kterých byly oznámeny emise chromu, ale většina členských států zakázala používání chromu z důvodů environmentálních a zdravotních; bylo také publikováno, že chrom působí technické problémy. Jakost a množství přímých vzduchových emisí z chladicích věží budou v každé situaci specifické v závislosti na přídavných látkách používaných pro úpravu chladicí vody, na jejich koncentraci v cirkulující vodě a na účinnosti eliminátorů unášení. Standardní separátory resp. odlučovače kapek, které jsou v současné době běžně používány v mokrých chladicích věžích, umožňují omezit ztrátu vody unášením na 0,01 % celkového průtoku vody, nebo dokonce na ještě menší hodnotu. Byl proveden pokus posoudit emise chladicí věže použitím zjednodušeného modelu [tm046, Vanderheyden a Schuyler, 1994]. Na základě získaných údajů byl učiněn závěr, že koncentrace emisí jsou nízké (μg/m3), ale neměly by být zanedbávány, a že konstrukční provedení a umístění výstupu z chladicí věže jsou důležité z hlediska zabránění přívodu tohoto vzduchu k místům přívodu soustav klimatizace vzduchu, nebo jiných chladicích zařízení. V současné době neexistuje žádná standardizovaná metoda pro výpočet ztrát unášením (a znečištění prostředí, resp. kontaminace environmentu) pro daná uspořádání chladicí věže. Existují dvě zkušební metody k ověření ztrát unášením daného uspořádání (nebyly publikovány): – izokinetická metoda (IK-metoda) – metoda měření unášení použitím zcitlivělého/senzibilačního povrchu (SS-metoda) Obě metody mají své výhody a nevýhody. Výhody IK-metody jsou: 1. Vysoká účinnost zachycování kapek vody všech velikostí, 2. Je možné provést analýzu specifických elementů, 3. Poskytuje integrovaný vzorek pro celý rozsah výstupní plochy, Nevýhody IK-metody jsou: 1. Elementy unášené vzduchem mohou způsobit systematickou chybu výsledků, 2. Pro eliminátory unášení, jejichž účinnost je vysoká, nebo v případě nízké koncentrace minerálů jsou požadovány dlouhé časy vzorkování. Existuje zkušební předpis, ve kterém je popsáno, jak se má IK-zkouška uskutečnit (CTI-140). SS-metoda má následující výhody: 1. Poskytuje charakteristiky velikosti kapek nad 30 μm, 2. Není ovlivňována elementy unášenými vzduchem, 3. Poskytuje relativní údaj o účinnosti eliminátorů unášení, Nevýhody SS-metody jsou: 1. Špatná účinnost zachycování malých kapek menších než 30 μm, 2. Nedovede rozlišovat mezi kondenzací a unášením, 3. Neprovádí analýzu kapek z hlediska výskytu specifických složek. Byly oznámeny náhodné emise částic azbestu vzniklé v průběhu vyřazování starých chladicích věží z provozu, ________________________________________________________________ 102 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 ve kterých byly použity azbestocementové díly, což vyžadovalo speciální opatření pro jejich zvládnutí. Existuje zpráva o snižování emise azbestových částic v průběhu vyřazování z provozu, zaměřená na ochranu proti přímému vdechování [tm082, Mittendorf, 1990]. Protože použití azbestu a podobných materiálů bylo a je EU zakázáno, v nových nebo nedávno postavených chladicích věžích se nepoužívá žádný azbest. Azbest se stále ještě může vyskytovat v chladicích věžích starých kolem 20 let a starších. Omezování vzduchové emise na chladicích věžích nebylo oznámeno a nejeví se jako aplikovatelné. Ve světle původu potenciální kontaminace a z hlediska cesty, kterou se přenáší, byly sestaveny následující závěry: Redukování vzduchových emisí z chladicích věží je naprosto v korelaci s integrovanými opatřeními pro snížení přívodu vody, zejména s použitím eliminátorů unášení, Redukování vzduchových emisí je naprosto v korelaci se snižováním potřeby úpravy chladicí vody, a Redukování vzduchových emisí z chladicích věží je naprosto v korelaci s optimalizací úpravy chladicí vody (optimalizace provozu soustavy).
3.5.3 Parní vlečky chladicí věže 3.5.3.1 Vytváření parní vlečky Vytváření parní vlečky (oblaku vodní páry) může být důležité v otevřených a uzavřených mokrých chladicích věžích, když vzduch s vysokým obsahem vlhkosti vychází z chladicí věže, míchá se s ovzduším a začíná se ochlazovat. V průběhu tohoto procesu určitá nadměrná vodní pára , která byla absorbována, a opět zkondenzuje. Přestože se jedná téměř o 100% vodní páru, „marring“ účinek objevující se na horizontu může být v případě větších věží značný (energetický průmysl, chemický průmysl). Tvar a rozsah viditelného oblaku vodní páry jsou ovlivňovány teplotou a relativní vlhkostí ovzduší, a také větrem. Čím je ovzduší studenější a vlhčí, tím stabilnější a odolnější bude oblak vodní páry. Proto může být tento jev považován za potenciální problém mírnějších nebo studenějších regionů v Evropě a to zejména v zimním období. Extrémní formace oblaků vodní páry (parních vleček) pocházející z rozsáhlých zařízení (elektrárny) mohou také mít v případě nízkých věží ((40 – 50 m) za následek mlhu v úrovni země. Taky se uvádí, že v průběhu extrémních povětrnostních podmínek se může na pozemních komunikacích vytvořit led jako důsledek rozsáhlých formací oblaků páry (parních vleček), které jsou následovány srážkami.
3.5.3.2 Redukování tvorby parní vlečky
[tm101, BDAG, 1996], [tm123, Alt a Mäule, 1987] Omezování parních vleček (oblaků vodní páry) je technologické integrované opatření, kterým se mění uspořádání chladicí soustavy. Tvorbě parních vleček lze zabránit vysoušením odváděného mokrého vzduchu předtím, než je vypuštěn, a to tak, že se smíchá s nějakým horkým suchým vzduchem. Otevřené hybridní (nebo mokré/suché) chladicí věže a uzavřené mokré/suché chladicí věže (nebo dodatečné chladiče) jsou určeny zejména k prevenci vytváření parních vleček (oblaků vodní páry) (viz Část 2.6). V závislosti na klimatických podmínkách a na požadavcích procesu může být (chladicí) věž provozována jako suchá věž. Pro klimatické podmínky severní Evropy se dodržuje, že je potřeba pouze 20 % celkového tepelného zatížení přenést v suché sekci pro chladicí věž k provozování bez vzniku viditelné parní vlečky (viditelného oblaku vodní páry), a to za prakticky veškerých povětrnostních podmínek. V určitých podmínkách, jako např. při velmi nízkých teplotách okolí a při nízkém tepelném zatížení, může být (chladicí) věž také provozována ve zcela suchém režimu. Předpisy někdy rozlišují mezi denním a nočním provozem a umožňují mokré chlazení (s výskytem parních vleček) v průběhu noci, zatímco v denní době musí být (chladicí) věž provozována v hybridním režimu činnosti, který brání vytváření parních vleček (oblaků vodní páry). (Viz taky Kapitolu 2). __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 103
Kapitola 3
3.6 Emise hluku 3.6.1 Zdroje hluku a hladiny hluku Emise hluku jsou důležité na lokální úrovni. Emise hluku z průmyslových komplexů vyplývají z řady zdrojů, které vytvářejí hluk a v praxi se při vydávání písemného povolení hluk chladicí soustavy považuje za integrální část (hluku) v daném místě jako celku. V důsledku toho by hluk z chladicích soustav a investice do potenciálních opatření k potlačení hluku měly být vyhodnocovány v rozsahu celkových hlukových emisí v daném místě. Emise hluku jsou obvykle problémem jak v případě chladicích věží s umělým (tzn. mechanicky vytvářeným) tahem, tak i v případě velkých mokrých (chladicích) věží s přirozeným tahem. Pokud se týká informací o charakteristikách a o výpočty hlukových emisí zdrojů hluku v chladicích věžích, lze učinit odkaz na Směrnici VDI 3734 jakož i na technické normy sestavené jako návody v německém VGB („German VGB-guidelines“) pro chladicí soustavy elektráren [tm158, VGB, 1998]. Je možné identifikovat tři hlavní zdroje hluku, který je způsoben těmito chladicími soustavami: • montážní celky ventilátorů (ventilátor, převody, pohon) – všechny chladicí věže s umělým, tzn. mechanicky vytvářeným tahem; • čerpadla – všechny (chladicí) soustavy s chladicí vodou; • kapky (vody) padající na hladinu nádrže s chladicí vodou – jedná se o kaskádní uspořádání vodní masy – vyskytuje se pouze v případě mokrých chladicích věží. Vyzařování (hluku) může být přímé nebo nepřímé. Přímo je zvuk vyzařován přes: • místa přívodu vzduchu • místa odvádění vzduchu Nepřímo je zvuk vyzařován přes: • motory ventilátorů • kryty na výstupu ventilátorů a obvodový vnější plášť chladicí věže (v případě betonové konstrukce se nevyskytuje žádný významný přínos). Hluk ze suchých vzduchem chlazených věží je převážně ovlivněn použitým mechanickým zařízením a způsobem provozování. V případech, kdy zeslabení hluku má za následek dosažení velmi nízké hladiny akustického výkonu daného zařízení, může se stát převládajícím hluk z výměníků tepla nebo trubek kondenzátoru a potrubí. V případě mokrých chladicích věží je hluk pouze důsledkem padajících kapek vody (věž s přirozeným tahem), nebo důsledkem jak padajících kapek vody, tak i mechanického/strojního zařízení. Obvykle je neutlumený hluk ventilátorů převládající ve srovnání s hlukem, který vytváří kapky vody. Toto je uváděno bez ohledu na velikost mokré chladicí věže. V případech, kdy je hluk vztahující se ke vzduchu redukován použitím tlumicích opatření, může se stát převládajícím hluk vztahující se k vodě a může být zváženo utlumení hluku vody. Pro středně velké až velké chladicí věže provozované v elektrárnách a rozsáhlých průmyslových podnicích byly oznámeny dále uvedené údaje. V případě chladicích věží s přirozeným tahem jsou průtok vody a výška věže nejdůležitějšími činiteli, které ovlivňují hladiny emise neutlumeného hluku. Výška pádu kapek vody je důležitá až do 5 m, nicméně pro větší výšky pádu vodních kapek nebyl uveden žádný další vliv na celkový hluk. Hladina akustického výkonu v místě přívodu se může vypočítat podle rovnice: Lw (dB(A)) = 68 + 10 * (log M/M0) ± 2
M0 = 1 tuna/h
Hladina akustického výkonu v místě vývodu vzduchu chladicích věží s přirozeným tahem se může přibližně vypočítat použitím následující rovnice: Lw (dB(A)) = 71 + 10 * (log M/M0) – 0,15 * (H/H0) ± 5 M0 = 1 tuna/h (M = tíhový poměr průtoku vody) H0 = 1 m (H = výška chladicí věže) ________________________________________________________________ 104 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 V případě mokrých chladicích věží provozovaných s ventilátory je spektrum hluku vody v místě přívodu velmi různé. V případě chladicích věží s umělým tahem (s nasáváním, ventilátory jsou umístěny na horní části věže) může být přibližně vypočítán příspěvek hluku vody v místě vývodu vzduchu (v místě instalování difuzoru) k celkové hladině akustického výkonu použitím následující rovnice: Lw (dB(A)) = 72 + 10 * (log M/M0) ± 3
M0 = 1 tuna/h
Nejzávažnějším faktorem v (chladicích) věžích s umělým (resp. mechanicky vytvářeným) tahem je použité mechanické zařízení (ventilátory, převody, atd.). Obvodová rychlost ventilátoru (25 – 60) m/s představuje hlavní vliv na celkovou hladinu hluku. Důležitý je také typ použitých ventilátorů (odstředivý nebo axiální), stejně tak jako počet a typ lopatek. Bylo uvedeno, že použití převodovek může mít negativní vliv na hladinu hluku (při téže hodnotě průtoku vody a obvodové rychlosti ventilátoru), pokud je rychlost ventilátoru snížena (např. při provozu během noci), kdy hluk převodovky začne více převládat. Hladina akustického výkonu ventilátoru může být přibližně vypočítána použitím této rovnice: Lw (dB(A)) = 16 + 10 * (log V/V0) + 20 * (Δp/Δp0) ± 5 (V0 = 1 m3 vzduchu/h; Δp0 = 1 hPa) Tato všeobecně platná rovnice se může použít jak pro tlakové, tak i pro sací ventilátory. V případě (chladicích) věží s tlakovým nuceným prouděním vzduchu bude příspěvek ventilátorů k hladině akustického výkonu v místě vývodu vzduchu středně velkých až velkých chladicích věží všeobecně menší než je příspěvek ventilátoru (chladicí) věže s umělým tahem (tzn. nasáváním, kdy ventilátory jsou umístěny na horní části chladicí věže). Tento rozdíl může být až 5 dB(A). Následující rovnice byla použita pro znázornění, jaký je vztah hladiny akustického výkonu axiálních ventilátorů k obvodové rychlosti ventilátoru: Lw (dB(A)) = C + 30 log Utip + 10 log (Q * P) – 5 log Dfan (C = hodnota pro charakteristický tvar ventilátoru, Utip = obvodová rychlost ventilátoru, Q = průtok ventilátoru, P = tlakový rozdíl ventilátoru, Dfan = průměr ventilátoru) Emise hluku závisí také na konstrukčním provedení chladicí věže. Hluk z betonových (chladicích) věží je zcela vyzařován přes přívod vzduchu a výstup vzduchu. V případě chladicích věží, které jsou zhotoveny z různých lehčích materiálů, budou muset být vzaty v úvahu emise vyzařované z pláště (chladicí) věže. Kromě toho konstrukční provedení s protiproudem nebo s křížoproudým prouděním rovněž ovlivňuje emise zvuku mokrých chladicích věží, přičemž se uvádí, že konstrukční provedení s protiproudem má větší hluk, který vzniká z rozstřiku, než konstrukční provedení s křížoproudým prouděním. Emise hluku mohou být charakterizovány různými hodnotami kmitočtů, z nichž jsou složeny, a je možné učinit rozdíl mezi mokrými chladicími věžemi s přirozeným tahem a chladicími věžemi s umělým (mechanickým) tahem. Padající voda ve věžích s přirozeným tahem vytváří širokopásmový kmitočet, zatímco hluk ventilátorů (mechanických) chladicích věžích s umělým tahem sestává převážně z nízkých kmitočtů. Toto kromě jiných faktorů může vysvětlit, proč hluk vody typicky převládá v podmínkách poblíž zařízení, zatímco hluk ventilátorů se progresivně stává převládající se zvětšující se vzdáleností od chladicí věže, která je provozována s ventilátory. Hladiny akustického výkonu různých chladicích věží ukazují rozsáhlé odchylky a každý jednotlivý zdroj bude přispívat k celkové emisi hluku. Toto je znázorněno pomocí příkladů, které jsou uvedeny v Tabulce 3.11 pro elektrárny [tm158, VGB, 1998], a v Tabulce 3.10, ve které jsou znázorněny hodnoty pro různé chladicí soustavy používané v rafinerii [tm001, Bloemkolk, 1997]. Hladiny hluku padající vody v mokrých chladicích věžích závisí na výšce pádu vody. Menší výška pádu vody v chladicích věží s umělým tahem (nasáváním) má za následek kolem 1 dB(A) nižší hladinu akustického výkonu v místě přívodu vzduchu a pokud se jedná o tzv. článkovou chladicí věž se sacími ventilátory je nižší o 3 dB(A). __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 105
Kapitola 3 Tabulka 3.10: Příklady výkonů a přidružených netlumených hladin akustického výkonu zařízení chladicích soustav zařízení velké rafinerie [tm001, Bloemkolk, 1997] Výkon 1)
Zařízení Kompresory Čerpadla Parní turbiny Chladiče vzduchu Chladič vzduchu/kondenzátor Chladič vzduchu/kondenzátor Chladič vzduchu Chladič vzduchu Chladicí věže Chladicí věž
490 / 2 000 25 / 100 / 1 300 1 000 / 2 000 7 / 20 / 60 170 2,7 14,7 MWth / 18,8 1,5 MWth / 7,5 300 2 000
Lw v dB(A) kW kW kW kW kW MWth kWe kWe MWth m3/h
108 / 119 94 / 98 / 108 106 / 108 89 / 93 / 98 102 97 105 90 106 105
Poznámky: 1) Tento odkaz se vztahuje na výkon otáčející se části, výkon motoru, atd., tj. nevztahuje se na chladicí výkon.
Tabulka 3.11: Porovnání netlumených hladin akustického výkonu v místě přívodu vzduchu a v místě vypouštění vzduchu naměřených na různých typech mokrých chladicích věží obvyklého/konvenčního konstrukčního provedení [tm158, VGB, 1998] Konstrukční provedení mokré chladicí věže Přirozený tah Otevřená mokrá chladicí věž Otevřená mokrá chladicí věž (článková, s tlačným ventilátorem) Otevřená mokrá chladicí věž (článková, se sacím ventilátorem)
84 ± 3 86 ± 3
V místě vypouštění vzduchu (otvor difuzoru) v dB(A) 69 ± 3 80 ± 3
88 ± 3
85 ± 3
85 ± 3
88 ± 3
V místě přívodu vzduchu v dB(A)
Pro porovnání celkových hladin akustického výkonu různých typů chladicích soustav je v Tabulce 3.12 uvedena dokumentace hladin celkového hluku pro různé typy chladicích soustav bez tlumení hluku. Na základě výše uvedených odchylek, pokud se jedná o hladiny, je možné pochopit, že rozsahy jsou široké a závisí na použitém konstrukčním provedení a na daném zařízení. Tabulka 3.12: Hlukové emise různých chladicích soustav bez tlumení hluku [tm134, Eurovent, 1998] Chladicí soustava
Emise hluku dB(A)
průtočná chladicí věž – přirozený tah 90 – 100 chladicí věž – umělý tah 80 – 120 chladicí věž s uzavřeným okruhem 80 – 120 hybridní chlazení 80 – 120 suché vzduchové chlazení 90 – 130 ________________________________________________________________ 106 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.6.2 Redukování hluku ([tm158, VGB, 1998], [tm061, Eurovent/Cecomaf, 1997], [tm086, Van der Spek, 1993], [tm093, Mirsky, 1995]) Omezování hluku by primárně mělo být zaměřeno na tak zvaná primární opatření nebo(li) „vnitřní“ opatření, a to ještě předtím, než bude zvažováno jakékoliv sekundární nebo(li) „vnější“ opatření, jako jsou tlumiče nebo velké přepážky/bariéry. Různé návody na omezování hluku chladicích věží rozlišují mezi hlukem, který je vytvářen kaskádní (stékající) vodou a hlukem, který vytvářejí mechanická zařízení. Všeobecně řečeno chladicí věže s přirozeným tahem jsou méně hlučné (netlumené), nicméně v případě chladicích věží s umělým (mechanickým) tahem je tlumení hluku účinnější. Je samozřejmé, že správná údržba zařízení, která vytvářejí hluk, může v průběhu času také udržovat emise hluku na nižších hodnotách. Ve většině případů jen chladicí věže s umělým (tzn. mechanickým) tahem mohou splnit hlukové požadavky, protože jenom umělý (mechanický) tah může ekonomickým způsobem překonat dodatečný pokles tlaku na vzduchové straně. Volba radiálních ventilátorů s nižší hlučností znamená často vyšší spotřebu energie a má za následek vyšší provozní náklady než v případě axiálních ventilátorů. Všeobecný (hlavní) „přístup“ znamená, že pro optimalizaci emise hluku se mají nejprve použít primární opatření. Jestliže je potřeba zabezpečit další redukci hluku, může být posouzeno další tlumení hluku. Tlumení hluku by mělo být prováděno při uvědomování si účinků omezovacích opatření, jako je např. pokles tlaku (větší spotřeba energie), a při uvědomování si skutečnosti, že jiné zdroje (hluku) se tak stávají více dominantní. Příspěvek jednotlivého zařízení k hladině emise hluku se musí brát jako součást modelu celkového hluku. Znamená to, že musí být také vzata do úvahy, kromě množství jiných faktorů, rozptylování a odrazy hluku v blízkosti budov. Pro snížení emisí (hluku) z různých potenciálních hlukových zdrojů v chladicích soustavách výše uvedené rovnice jasně ukazují, na kterou problematiku by se měla zaměřit opatření pro redukování hlučnosti, jako je například výška pádu (kapek vody) a obvodová rychlost ventilátoru.
3.6.2.1 Omezování hluku sprchající vody (mokré chladicí věže) V případě chladicích věží s přirozeným tahem je tlumení zvuku zaměřeno na přívod vzduchu, protože výstup vzduchu přispívá (pouze) nevýznamně k celkové hladině hluku; je přinejmenším o 5 dB nižší. Zvuk vytvářený v nádrži vodou padající do nádrže je do určitého rozsahu již redukován vyzařováním v (chladicí) věži, výplní (chladicí) věže a parní vlečkou (oblakem páry) ((10 – 15) dB). Další tlumení může redukovat (hlukovou) emisi z místa přívodu vzduchu o dalších (5 – 8) dB. Následující opatření jsou navrhována a mohla by být také použita pro střední až velké chladicí věže s umělým tahem.
3.6.2.1.1 Primární opatření Jako primární opatření byly identifikovány následující techniky: •
Snížením výšky hladiny vody prostřednictvím rychlejšího vypouštění nádrže s vodou by se mohlo využít stěn této nádrže jako zvukových bariér.
•
Je možné dosáhnout snížení výšky pádu vody prostřednictvím minimalizace plochy průřezu přívodu vzduchu, což je ale limitováno.
•
Je možné zabránit nárazům kapek vody do nádrže s vodou použitím zařízení, která zachytávají kapky vody a vypouštějí je do nádrže (použití deflektoru dopadu, odstřikovací plech). Účinek: maximálně 7 dB.
•
Umístění koryt resp. žlabů pro sběr vody pod výplň (chladicí věže) má také účinek na odchýlení vody, maximálně 10 dB. Nevýhodou metod k odchýlení (kapek vody) je náchylnost k znečištění povrchových ploch zařízení k zachytávání vody, což může potenciálně kontaminovat vodu.
3.6.2.1.2 Sekundární opatření Sekundární opatření, která se používají, jsou tyto: •
Tlumiče zvuku s přepážkami v místě přívodu vzduchu: redukce maximálně 20 dB. Nevýhodou by mohl být pokles tlaku vzduchu, který by mohl být kolem, resp. až 10 Pa. Tato tlaková ztráta může vyžadovat 20 % instalovaného výkonu ventilátoru.
• Zemní bariéry kolem základny (chladicí) věže: účinek tlumení je 10 dB. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 107
Kapitola 3 •
Zvukové stěny (nebo clony) s vrstvami, které absorbují zvuk, mají přínos pro tlumení zvuku (hluku) 20 dB. Pokud se jedná o tyto konstrukce, jejich účinnost závisí na samotné konstrukci a na vzdálenosti, ve které jsou umístěny od základny (chladicí) věže.
3.6.2.1.3 Chladicí věže se suchým chlazením Hluk vyzařovaný ze suchých chladicích věží je v převládající míře způsobován ventilátory, ale pokud se jedná o střední až velké chladicí věže se suchým chlazením, může se stát dominantním hlukem hluk vody, když při vyšších rychlostech proudění protéká přes výměníky tepla. V případě kondenzátorů se zvuk (resp. hluk) může stát zřetelným tehdy, když se používá zařízení s nízkým hlukem, a hluk vznikající při průtoku kondenzátorových trubek může dosáhnout stejné velikosti, jako je hluk ventilátoru. V takových případech se může stát důležité provést další tlumení zvuku a musí být zváženo, zda se provede izolace připojovacího potrubí.
3.6.2.2 Omezování hluku mechanického zařízení chladicích věží (chladicí věže s umělým tahem) K omezování hluku sprchající (stékající) vody ve středních až velkých chladicích věžích s umělým tahem mohou být učiněny odkazy na ta stejná primární opatření, která byla zmíněna v případě (chladicích) věží s přirozeným tahem. Kromě toho jsou navíc používány: •
mřížky nebo pletená síta s jemnou strukturou unášená (tzn. plavou) na povrchu vody k redukování hluku, který vzniká při rozstřikování dopadajících vodních kapek. Nebyla uvedena žádná kvantifikace účinku tohoto opatření pro snížení hluku.
Tlumení hluku mechanického zařízení se vztahuje hlavně na redukci hluku, který je přidružen k ventilátoru, a to jak v mokrých, tak i suchých chladicích věžích. Použitá opatření jsou primární (vztahující se na zařízení) nebo sekundární (absorbování hluku). Různá opatření pro tlumení hluku dosahují hladin omezení hluku kolem hodnoty 20 dB(A) a až do 30 dB(A). K dosažení těchto vysokých hladin omezení hluku je nutné kombinovat tišší zařízení společně s dalším tlumením zvuku, jako jsou akustické přepážky nebo tlumiče hluku. Takové zařízení pro pasivní tlumení zvuku zvýší investiční náklady, ale provozní náklady zůstávají v rozumné výši.
3.6.2.2.1 Primární opatření Jsou uváděna následující primární opatření: •
Opatření vztahující se k ventilátoru: – – –
ventilátory s malým výkonem (snížení hluku o několik dB(A)); velké ventilátory vzduchových chladičů mohou způsobit rozdíl (2 – 6) dB(A); počet lopatek, 6 – 8 místo čtyř, vytvoří také rozdíl v hlučnosti (také se sníží požadavek na energii); použití nízkohlučných ventilátorů se širokými lopatkami a menšími obvodovými rychlostmi (< 40 m/s) pro tentýž průtok vzduchu a tlak vzduchu;
•
Nízkohlučné pohony (malé převodové poměry nebo vícepólové hnací motory), spirálové převodovky místo pravoúhlých kuželových převodovek, řemenové pohony a, pokud to je možné, přímé pohony;
•
Řemenový pohon klínovým řemenem, plochým řemenem, nebo použít nízkohlučné profilové/drážkované řemeny. Pokud to je možné, měly by řemeny být zapouzdřeny;
•
Nízkohlučné motory ventilátorů;
•
Odstředivé ventilátory místo axiálních ventilátorů;
•
Co největší vzdálenost mezi lopatkami ventilátoru a nosnou konstrukcí;
•
Použití pružného uložení převodů a motorů ventilátorů;
• Aerodynamické konstrukční provedení vzduchových kanálů. Další snížení hlučnosti může být dosaženo způsobem provozování zařízení. Počtem otáček je možné dosáhnout dalšího snížení hluku ventilátoru. V období menšího požadavku (v noci) by ventilátory mohly být provozovány při nižších otáčkách, přičemž 50% snížení rychlosti může mít za následek redukci hluku kolem (6 – 10) dB(A). __________________________________________________________________________________________ 108 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.6.2.2.2 Sekundární opatření Sekundární opatření v případě chladicích věží s umělým tahem v místech přívodu a vypouštění vzduchu jsou prospěšná. Ve srovnání s výhodou redukce zvuku (hluku) ve výši (10 až 25) dB(A) musí být akceptován vyšší pokles tlaku ve výši (20 až 70) MPa, který musí být překonán dalším přívodem energie, nebo většími (hlučnějšími) ventilátory. Příklady jsou tyto: •
Tlumení proudění vzduchu a instalování plášťů/krytů může přispět snížením ve výši 5 dB(A).
•
Zvuk absorbující konstrukční křížová propojení, která jsou zabudována do vývodu vzduchu (difuzéru) menších chladicích věží s ventilátory, redukují zvukové emise a také poskytují lepší trajektorie proudění vzduchu, čímž je způsobem lepší tah.
•
Odlučovače padajících kapek vody v mokrých chladicích věžích mohou být zakryty.
•
Kromě toho se jako úspěšné opatření projevily pahorky/valy/hromady nebo stěny (budovy nebo zvukové bariéry) kolem otvorů pro přívod vzduchu. Redukování zvuku tím, že se použijí štíty, může být v blízkosti chladicí věže až 20 dB(A).
3.6.2.3 Náklady na redukování hluku Náklady pro opatření na tlumení hluku se budou značně lišit v závislosti na tom, o jaký typ opatření se jedná, a zda to je součást konstrukčního provedení nové chladicí instalace, nebo zda se jedná o opatření, které bylo uskutečněno v průběhu retrofitu (což je, například, v oboru chlazení výměna chladiva v zařízení za jiný druh vyžadující výměnu maziva) zařízení. V případě nového zařízení hybridní (chladicí) věže se celkové náklady na opatření pro tlumení hluku (ventilátor, přepážky) počítají na kolem 20 % celkových investičních nákladů. Pokud jde o náklady byl uveden příklad, který znázorňuje, jak se mohou náklady zvyšovat zároveň se zvyšujícím se snižováním hluku. V případě axiálního ventilátoru by mohla být použita různá konstrukční provedení (tj. hodnota C a obvodová rychlost) bez snížení poklesu tlaku a účinnosti průtok/ventilátor. V případě ventilátorů s velmi nízkým hlukem a se super nízkým-hlukem jsou dodatečná opatření pro pohon požadována jako další náklady.
Tabulka 3.13: Příklad zvýšení nákladů pro redukovanou hladinu akustického výkonu při různých konstrukčních provedeních ventilátoru Odvozeno podle [tm086, Van der Spek, 1993] Konstrukční provedení ventilátoru
Hladina akustického výkonu (dB(A))
Cenový index
Klasické
100
1
S nízkým hlukem
95
1,5
S velmi nízkým hlukem
90
3
Se super nízkým hlukem 85 4 Údaje uvedené v Tabulce 3.13 ukazují pouze cenové rozdíly pro rozdílná konstrukční provedení ventilátoru, ale měly by také být vzaty v úvahu náklady na přenos pohonu, tlumení zvuku a na stavbu/konstrukci chladicí věže. Náklady na primární opatření, jako jsou ventilátory se super nízkým hlukem, mohou současně zabezpečit zřetelně nižší provozní náklady v důsledku nižších požadavků na příkon. Nemůže proto být učiněn jednoznačný závěr, že snižování hladiny zvuku by nemohla být finančně efektivní záležitost. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 109
Kapitola 3
3.7 Rizikové aspekty přidružené k průmyslovým chladicím soustavám 3.7.1 Riziko úniků v důsledku netěsností [tm001, Bloemkolk, 1997] 3.7.1.1 Výskyt a důsledky Úniky v důsledku netěsností se mohou vyskytnout jak ve vodních, tak i vzduchových chladicích soustavách, ale obecně se netěsnost týká vodních chladicích soustav. Zejména v průtočných chladicích soustavách se znečištění v důsledku úniků netěsnostmi okamžitě dostane do vodního prostředí cestou chladicí vody. V otevřených a uzavřených okruzích mokrých a mokrých/suchých (chladicích) soustav toto znečištění (prostředí) nenastane okamžitě, ale únik látek v důsledku netěsností znečistí chladivo a tím dojde k porušení chemie chladiva, což má důsledky na proces výměny tepla. Tento účinek netěsností na působení oxidačních a neoxidačních biocidů byl zřetelným způsobem znázorněn [tm090, Grab a jiní, 1994]. V konečné fázi budou látky uniklé z procesu vypuštěny zároveň s odkalováním chladicí soustavy. V přímých chladicích soustavách chlazených vzduchem mohou úniky v důsledku netěsností znečistit chladicí vzduch, ale zde se všeobecně nepovažuje netěsnost za environmentální problém suchého vzduchového chlazení. Toto ovšem ponechává odpovědnost obsluhy beze změn v tom ohledu, že se obsluha musí snažit udržovat těsnost chladicí soustavy a zabraňovat únikům z chladicích soustav v důsledku netěsností. Chladicí soustavy (přesněji chladicí zařízení), ve kterých se používají chladiva (pozn. zde je to myšleno jako klasická „chemická“ chladiva, kdy při procesu chlazení dochází ke změně skupenství), nejsou v rozsahu předmětu tohoto dokumentu. Výměníky tepla jsou vystaveny korozi, erozi a jiným formám opotřebení. Toto ovlivňují faktory jako je volba materiálu, rychlost proudění tekutin, teplota stěn zařízení a hladiny tlaku. V důsledku zmíněného opotřebení se může vyskytnout netěsnost a úniky tekutin používaných v procesu a znečištění chladiva, nebo znečištění/porucha procesu. Potenciální vliv na riziko netěsnosti může mít také typ chladiče. V praxi to znamená, že provoz, který se odchyluje od provozu zamýšleného podle konstrukčního provedení způsobuje vibrace, a také v konečném důsledku netěsnosti. Netěsnosti se stávají relevantním problémem v případě, když proudící látka, která má být ochlazena, obsahuje komponenty, které jsou škodlivé pro životní prostředí. Únik netěsností z kondenzátorů, které jsou použity v elektrárnách, nebo kondenzátorů odpařovacích provozů se nepovažují za problém z hlediska jakosti vody, ale spíše z hlediska technického pohledu na daný proces. V elektrárnách znamená netěsnost a úniky v důsledku netěsností vzniklé ztrátu podtlaku v kondenzátoru, který povede ke ztrátě účinnosti procesu výroby energie. Při ochlazování, ke kterému dochází v kotlích (parních generátorech) může únik vody vést k explozím. Ztráta produktu/výrobku způsobená prosakováním výměníků tepla může být významná tehdy, kdy v korozívním prostředí (jako je slaná voda) je použit relativně snadno korodující materiál (například měděné kondenzátory). Měď je často používána, protože snižuje možnost znečišťování, ale v praxi je často možné objevit znečištění měděných kondenzátorů. Emise mědi jsou nežádoucí a jako prevence se mohou použít lepší materiály, jako je titan a nerezová ocel, nebo se do mědi přidávají sloučeniny působící proti korozi. Pro netěsnost se také používá atribut „pocení“ chladičů. Vztahuje se to na výskyt malých vlasových trhlinek, nebo netěsnost vznikající v těsnicích materiálech. Nejobvyklejší závady ve výměnících tepla, které jsou uváděny ze skutečné praxe, jsou způsobeny těmito příčinami: • koroze/eroze jako výsledek chemického znečištění (důlková koroze), • koroze vyplývající z biologického znečištění, chemikálií, bakterií, • mechanická eroze (způsobená prasklinami nebo vibrujícími slávkami/mušlemi), • vibrace (způsobené průtokem nebo rezonancí vnějších čerpadel, atd.), • netěsnost, vadné těsnicí materiály, • pocení „válcovaných“ spojů trubek a desek, • uvolněná připojení trubek a desek, • namáhání v materiálech jako výsledek nesprávného provozního tlaku a/nebo teploty a • teplotní gradient/spád chladiče je příliš vysoký; hodnota nad 50 ˚C může působit problémy. V průtočných soustavách používajících velké objemy je obtížné zjistit malé úniky v důsledku netěsností. V případě chladicích soustav, které obsahují několik výměníků tepla, by se vždy mohl vyskytovat určitý počet ________________________________________________________________ 110 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 vadných výměníků tepla vytvářejících více či méně konstantní úroveň znečištění v chladicí vodě, která je nízká a stěží zjistitelná ve velkých průtocích vody. Větší úrovně/rozsahy netěsností mohou být zjištěny, ale všeobecně znamenají tyto větší rozsahy netěsností také značné a významné emise. V recirkulačních (chladicích) soustavách s chladicími věžemi jsou možné prchavé/těkavé sloučeniny odstraňovány a úniky způsobené netěsnostmi jsou vypuštěny do odkalované vody. V tomto případě vzhledem k malému objemu vypouštěného proudu je zjišťování (detekce) snadnější a odkalená voda může být snadno ošetřena, pokud to je nutné. Velikost netěsností se obvykle stane známá až jako důsledek incidentu, a v omezeném rozsahu pomocí měření v průtočných (chladicích) soustavách. Rozsáhlejší úniky v důsledku netěsností jsou zjištěny (detekovány) a obvykle jsou okamžitě velmi významné. Údaje ze skutečných případů ukázaly, že jsou snadno možné úrovně od 100 kg do 3 000 kg za 24 h při výstupních průtocích v mg/l v případě velkých výtoků (10 000 m3/h a více). Frekvence poruch ukazuje široké odchylky pro různé typy výměníků tepla.
3.7.1.2 Redukování úniků v důsledku netěsností Výměníky tepla by měly být konstrukčně provedeny tak, aby se předcházelo netěsnostem. Různé organizace poskytují doporučení ohledně charakteru údržby. Tato doporučení sestávají z kombinace preventivní a korektivní (snad též „opravné“) údržby, a ukázalo se, že pokud jde o samotnou prevenci, tak problémy nemohou být plně pod kontrolou. Preventivní údržba je často součástí zastavení výroby, jednou za každé dva roky. V případě korektivní údržby se chladič odpojí a opraví se netěsnosti, například zazátkováním/ucpáním netěsné trubky nebo výměnou svazku trubek. V případě výměníků tepla, které nemohou být odpojeny na základě výrobníchtechnických důvodů je důležité, aby byl k dispozici druhý náhradní chladič. Ve zvětšujícím se rozsahu se stává stále jasnější to, že „porucha“ a netěsnosti jsou v prvé řadě (primárně) způsobeny chybou v konstrukčním provedení. Ve výrobním průmyslu jsou jakékoliv zvláštní náklady na dražší konstrukční provedení nebo lepší materiály obvykle snadno vyváženy cenou, kterou je nutné vynaložit na odstranění poruchy. Investiční náklady jsou nízké ve srovnání s náklady které sebou přináší ztráta produkce. Konstrukční provedení výměníků tepla by se proto mělo uskutečnit na základě „předvídané dostupnosti“. Je možné použít následující hlavní opatření pro snížení výskytu úniku v důsledku netěsností: • volba materiálu pro zařízení mokrých chladicích soustav podle jakosti použité vody; • provozování (chladicí) soustavy v souladu s jejím konstrukčním provedením; • pokud je potřeba upravovat chladicí vodu, volba správného programu úpravy chladicí vody; • monitorování úniků v důsledku netěsností ve vypouštěné chladicí vodě v recirkulačních mokrých chladicích soustavách (odkalování). Pokud se v praxi vyskytnou problémy, existuje množství volitelných možností, částečně závislých na příčině: Na úrovni komponenty (výměník tepla): • kontrola příčin eroze, koroze • kontrola provozních podmínek v závislosti na podmínkách konstrukčního provedení • výměna chladiče chladičem dokonalejšího typu, kontrola konstrukčního provedení a materiálu • vypuštění proudu, který byl znečištěn únikem v důsledku netěsnosti, k vyčištění (tzn. čištění předmětného sub-proudu, resp. dílčího proudu) • recirkulace chlazení vodního proudu předmětného chladiče buď přes vzduchový chladič, a/nebo nepřímé vodní chlazení (tato volitelná možnost přirozeně neodstraní poruchu výroby vyplývající z poruchy chladiče). Na úrovni soustavy (úplná vodní chladicí soustava nebo její části): • udržování co nejmenšího možného tlakového rozdílu mezi chladicí vodou a vodou používanou v procesu, nebo vytvoření nebo udržování přetlaku v chladicí vodě • přeměna na nepřímou (chladicí) soustavu nebo v případě, pokud to je technicky možné, přeměna na recirkulační soustavu s chladicí věží (přičemž se bere v úvahu potenciální vyprchání/vypaření komponent). __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 111
Kapitola 3 Bezpečnostní koncepce VCI (VCI, viz stranu 14 dokumentu, „Sdružení chemického průmyslu v Německu), použitá v chemickém průmyslu, specifikuje netěsnost jako dočasné vypouštění látek způsobujících dlouhodobé škodlivé účinky na vodní tělesa. K prevenci a kontrole tohoto jevu se látky používané v chemickém průmyslu hodnotí (použitím R-formulací) a jejich konečné hodnocení je spojeno s požadavky, které se vztahují na volbu uspořádání (nepřímé) chladicí soustavy a cesta úniků netěsnostmi je monitorována (viz Přílohu VII). Je samozřejmé, že použití zcela nepřímé soustavy nebo recirkulační soustavy s chladicí věží může kontrolovat úniky v důsledku netěsností téměř 100%. Znečištěná voda může být vypouštěna pouze v případě, jestliže tlak soustavy poklesne, ale tento průtok je malý a kontrolovatelný. Nicméně použití obou dvou volitelných možností vyžaduje znalost požadavků procesu, který má být ochlazován. Konstrukční provedení s nepřímým chlazením nebo použití chladicí věže zvýší přiblížení (tj. „approach“, viz terminologii, pozn.) a zvýší minimální koncovou teplotu látky v procesu. Pokud to proces, který má být ochlazován, může tolerovat, potom charakteristiky látky (látek) v procesu mohou ospravedlnit konstrukční provedení s nepřímým chlazením k ochraně přijímající povrchové vody (recipientu) před jakoukoliv nechtěnou emisí v důsledku netěsností. Některé společnosti vědomě používají chladicí soustavu, ve které jsou části, které jsou předmětem netěsností, vybaveny nepřímým chlazením, a ty části chladicí soustavy, které nejsou předmětem netěsností, nejsou vybaveny nepřímým chlazením. Protože kontrola netěsností se jeví jako obtížná záležitost, neměly by být přednostně používány průtočné chladicí soustavy pro chlazení prioritních látek nebo jiných produktů, které jsou rizikové z hlediska životního prostředí, zejména vzhledem k dostupným alternativám. Pro existující chladicí soustavu obecně není konstrukce nepřímé chladicí soustavy nejvíce použitelným řešením ani z technického, ani z ekonomického hlediska. Praktická zkušenost s aplikováním solidního programu údržby a kontroly v případě velké průtočné chladicí soustavy, ve které se používá mořská voda, poskytla dobré výsledky. Bylo nutné provést výměny některých chladičů, ale 90 % poruch různých výměníku tepla by mohlo být redukováno použitím správné úpravy proti znečišťování a péčí o provoz (monitorování vibrací, manipulace s čerpadly a péče o zužování průtoku). Používá se detekce (zjišťování) netěsností a při uskutečňování detekcí na správných místech může být zkrácena doba mezi detekcí a netěsností výměníku tepla. Zjišťování netěsností v průtočných (chladicích) soustavách je obtížné, ale doporučovaným výchozím bodem je identifikace výměníků tepla, které jsou náchylné k netěsnostem a těch výměníků tepla, ve kterých se chladí škodlivé látky. Potom je možné uskutečnit více selektivnější a přesnější měření netěsností. K překonání problémů s netěsnostmi je důležitá jak preventivní tak i korektivní (opravná) údržba, ale správné konstrukční provedení má obvykle tendenci k tomu, že je finančně nejefektivnější.
3.7.1.3 Redukování úniků v důsledku netěsností preventivní údržbou Příklady dřívějších kontrolních/inspekčních metod jsou vizuální kontrola/inspekce, hydrostatické zkoušení a další výzkum prováděný na tažených trubkách. Omezení těchto metod spočívala v tom, že kontrola/inspekce byla soustředěna na přímo viditelné části trubek. Špína často zakrývá počáteční etapy defektů a stejnoměrná koroze je obtížně viditelná pouhým okem. Hydro(statickým) zkoušením se zjistí jenom trubky, které jsou netěsné. Otázkou je jakým způsobem vybrat reprezentativní trubku pro další zkoumání. V důsledku toho dřívější výše popsané kontrolní/inspekční metody nemohly zabránit znečištění životního prostředí v důsledku neočekávaného úniku netěsnostmi, poruchám, snížení kapacity a/nebo výskytu produktů nesplňujících specifikaci. Na druhé straně musel být skladován velký počet náhradních trubek pro účely jejich neočekávané výměny (snad též lze použít výraz „přetrubkování“). Zkušenosti s novým druhem výzkumu trubek pro výměníky tepla (pomocí zkoumání vířivými proudy) ukázaly, že spolehlivost trubek pro výměníky tepla může být významně zvýšena a že emise v důsledku netěsností mohou být redukovány. Protože tato metoda je schopna provést zkoušení jednotlivé trubky a poskytnout předpověď pro poruchu jednotlivé trubky, frekvence inspekcí/kontrol bude vycházet z těchto skutečností. Důsledkem je to, že kontrolní/inspekční metody schopné předpovídat riziko poruchy jednotlivých trubek výměníku tepla mohou vést k snížení spotřeby trubek, zlepšení řízení skladového hospodářství a větší znalosti o korozívním chování již v počátečních etapách. Toto povede ke snížení neočekávaných poruch v důsledku netěsných trubek s užitkem pro životní prostředí ve smyslu snížení emisí dostávajících se do životního prostředí chladicí vodou. ________________________________________________________________ 112 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 Od zavedení této metody v roce 1990 mělo její aplikování přímo v místě chemického podniku resp. provozu za následek snížení výměny trubek (také „přetrubkování“) o více než 90 %. [Paping, Dow Chemical Benelux Terneuzen, 1999]. Tato metoda měla také za následek snížení ročních nákladů. Průměrné roční úspory v důsledku snížení počtu trubek, které byly vyměněny neboli „přetrubkovány“, jsou přibližně 5krát vyšší částka než činí náklady na inspekci resp. kontrolu. V průběhu posledních 10 let byl snížen počet neočekávaných poruch v procesu následkem netěsných trubek o 90 %.
3.7.2 Skladování chemikálií a manipulace s nimi Skladování chemikálií a manipulace s nimi je potenciálně problém mokrých chladicích soustav z hlediska životního prostředí. Dávkování přídavných látek do chladicích soustav může být prováděno průběžně nebo přerušovaně a chemikálie mohou být přiváděny ve zředěném stavu nebo čisté. Množství chemikálie a její charakteristiky se velmi liší a závisí na celé řadě faktorů (např. chemie vody a materiál, ze kterého je zhotoven výměník tepla): podle toho se bude měnit riziko způsobené skladováním a manipulací. Například pro kontrolu pH se používá koncentrovaná kyselina sírová a tato kyselina je obvykle skladována v nádržích z měkké oceli (ocel s malým obsahem uhlíku). Vyžaduje se řádná ventilace k prevenci nahromadění výbušného plynného vodíku ve skladovací nádrži. Doporučuje se použít síta resp. filtry, umístěné za čerpadly kyseliny k odstranění jakýchkoliv zbytkových produktů koroze, nebo jiných pevných látek, které se mohou vyskytovat ve skladovací nádrži. Někdy jsou přídavné látky vyráběny přímo na místě (jejich použití). Například chlornan může být produkován v místech na moři elektrolýzou mořské vody. Tento proces, který se nazývá elektrolytická chlorace, může být nebezpečný kvůli potenciálnímu vytváření plynného chlóru. Zařízení také vyžaduje provádět časté čištění za použití kyselin. Pro zabránění vzniku těchto rizik se používají, tam kde to je možné, alternativní úpravy (např. viz Přílohu XI.3.4.7). Přídavné látky chladicí vody mohou být dosazovány obsluhou ručně, nebo pomocí sofistikovaných počítačem řízených systémů, nebo tato činnost může být zabezpečována externě, specializovanými firmami, což je obvykle skutečný dodavatel přídavných látek. Ruční dosazování má vyšší riziko rozlití; z environmentálních důvodů, a za účelem ochrany zdraví osob by měly být používány bezpečné postupy manipulace. Automatizované systémy sebou nesou riziko jejich opomíjení; nicméně je zde požadavek pravidelně prováděných inspekcí. V rozsahu EU musí být respektovány specifické předpisy vztahující se na přepravu a skladování chemikálií nebo manipulaci s nimi a písemná povolení z hlediska životního prostředí vyžadují opatření specifická pro dané místo. Všeobecně vyjádřeno je cílem snížit riziko rozlití a úniky v důsledku netěsností k zabránění kontaminace půdy a/nebo podzemní vody a snížit riziko výbuchu definováním oblasti s omezeným přístupem, kde je povoleno skladování chemikálií a manipulace s nimi. Takové oblasti jsou vybaveny neprostupnými podlahami nebo roštovými podlahami s „bund“ (nepochybně málo známý a také „neslovníkový“ výraz), se segregací k udržení reaktivních chemikálií odděleně a minimální požadovanou intenzitou ventilace. Opatření BAT pro skladování nebezpečných látek jsou popsána v BREF (význam termínu „BREF“ viz stranu 13 tohoto dokumentu, zkratka pro referenční dokument „BAT“), který se vztahuje na emise ze skladování.
3.7.3 Mikrobiologické riziko 3.7.3.1 Výskyt mikrobů Mikrobiologická rizika z chladicích soustav se vztahují k výskytu různých druhů patogenů v chladicí vodě nebo v částech (chladicí) soustavy, které jsou v kontaktu s chladicí vodou, jako je výskyt biofilmu ve výměnících tepla a ve výplni v chladicích věžích. Tato rizika nejsou problémem v suchých chladicích soustavách. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 113
Kapitola 3 Hlavní termofilní patogeny, které se nacházejí v mokrých chladicích soustavách používajících říční vody, jsou bakterie Legionella pneumophila (Lp) a améba (měňavka) Naegleria fowleri (Nf). V mořských vodách, které se používají v průtočných chladicích soustavách, se mohou vyvinout některé druhy slanomilných bičíkovců, které jsou patogenní pro ryby nebo osoby. Zmíněné druhy se vyskytují v přírodním životním prostředí ve všeobecně nízkých a neškodných koncentracích. V důsledku zvýšené teploty se může v chladicích soustavách vyskytnout příznivé klima zlepšující vývin těchto bakterií, které mohou vytvořit potenciální riziko pro lidské zdraví. Vývin bakterií Legionella se zvyšuje znečištěním, přítomností améby, obrvených prvoků a řas. Rozšiřuje se (Lp) prostřednictvím aerosolů. Následně po vypuknutí některých rozsáhlých případů byl proveden široký výzkum výskytu a charakteristik tzv. choroby legionářů (LD) a vývinu bakterií (Lp) z lékařského/biologického pohledu. Nicméně mnoho bodů, které se vztahují k chemikáliím a technologii procesu zůstává neobjasněno. V parní vlečce mokré chladicí věže s přirozeným tahem, jejíž výška je značná, a při dobře fungujícím eliminátoru unášení, má emise bakterií menší význam, není však nemožná. Byla uváděna vysoká koncentrace bakterií Lp v parní vlečce mokré chladicí věže s přirozeným tahem v důsledku znečištění na vnitřku stěny betonové chladicí věže. Vrstva byla ze stěny uvolněna (resp. se uvolnila ze stěny) a spadla na eliminátor unášení [tm145, Werner a Pietsch, 1991]. Výskyt bakterií Lp v parní vlečce průmyslových chladicích věží s umělým tahem, které mají mnohem menší výšku než věže s přirozeným tahem, je uváděno množství případů [tm040, Schulze-Robbecke a Richter, 1994], ale jasná příčina a účinek vztahu mezi chladicími věžemi a vypuknutí nemoci LD nemohly být ustanoveny. V případech, kde vztah mezi chladicími soustavami a vypuknutím nemoci LD mohl být ustanoven, se vždy jednalo o špatně udržované soustavy [Morton a jiní, 1986]. Typické podmínky v mokrých chladicích věžích, které zvyšují vývoj bakterií Legionella jsou: • teplota vody v chladicí věži je mezi (25 až 50) stupňů Celsia; •
hodnota pH je mezi 6 a 8;
•
přítomnost znečištění.
Méně informací bylo předloženo ohledně výskytu a ošetření jiných patogenů, jako je např. Nf. Bylo pozorováno, že vývin Nf je potlačován mosazí a zlepšován nerezavějící ocelí. Améby se také hojněji vyskytují v otevřených recirkulačních chladicích soustavách než v průtočných chladicích soustavách. Ve francouzské elektrárně byl proveden výzkum z hlediska ošetření Nf po dosažení zvýšených hladin v provozu chladicí vody (3 000 l-1), následovaný výměnou kondenzátorů. Průběžné chlorování, při kterém byla maximální hladina volného zbytkového chloru v rozsahu (0,3 – 0,5) mg/l, okamžitě snížilo koncentrace a hladiny zůstávaly pod 4 patogeny/l. [tm 144, Cabanes a jiní, 1997].
3.7.3.2 Měření bakterií Bakterie Lp se měří v jednotkách tvořících kolonii neboli CFU na litr a pro koncentrace ve vodě chladicích věží jsou uváděny v hodnotách, které se pohybují v rozmezí od velmi nízké (méně než 10 CFU/l) až po velmi vysoké (105 – 106) CFU/l). V bio filmech byly nalezeny bakterie Lp v koncentracích až do 106 CFU/cm2. Pro soustavy klimatizace jsou v UK používány hodnoty (100 – 1 000) CFU, ale není jasné, zda toto může být porovnáváno s hladinami v dobře udržovaných mokrých chladicích věžích a s přidruženým rizikem v těchto situacích. Bylo stanoveno doporučení, aby koncentrace Lp byla udržována pod úrovní 104 CFU/l). Kvantifikace reprezentativních koncentrací Lp v průmyslových mokrých chladicích soustavách a hladiny CFU v mokrých chladicích věžích, které jsou stále ještě přijatelné s ohledem na lidské zdraví, může vyžadovat další výzkum.
3.7.3.3 Techniky snižování mikrobiologických rizik ([038, Millar a jiní, 1997] a [tm040, Schulze-Robbecke a Richter, 1994], [tm166, Morton a jiní, 1986] [tm167, Fliermans, 1996],) Do řetězce událostí, v důsledku kterých vznikne vypuknutí bakterií Legionella, se zahrnuje: ________________________________________________________________ 114 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3 – – – –
vývin virulentního (prudkého) kmene bakterií v chladicí soustavě podmínky, které zvyšují násobení bakterií znečištěná voda vypouštěná do ovzduší ve formě aerosolu dostatečný počet kapek hluboce vdechovaných náchylnými osobami
Prevence bakterií Legionella by proto měla být založena na prevenci vývinu a násobení baktérií v chladicí soustavě. Zejména jmenovitě v USA a v UK byla vypracována doporučení pro prevenci LD (choroby legionářů) („Legionnaire’s Disease”). Pravidelná analýza potenciálního ložiska (např. chladicí věže) a další běžná údržba, správná hladina pH a správná teplota, přiměřené hladiny zbytkových biocidů a kontrola jakosti přídavné vody mohou zabránit výskytu prostředí, ve kterém by byl povzbuzován výskyt bakterií Legionella. V rámci prevence vytváření bakterií Lp (a jiných bakterií) v chladicích věžích by měla být aplikována následující opatření: •
používání čisté vody a předběžná úpravy chladicí vody, pokud to je možné;
•
vyvarování se procesu unikání v důsledku netěsností do chladicí soustavy;
•
vyvarování se vzniku stojatých (mrtvých, bez pohybu) zón;
•
prevence vytváření (bakterií) redukováním světelné energie v rozsahu chladicí věže, čímž se brání utváření formací řas; je třeba vyhnout se použití otevřených vodních nádrží;
•
měl by být poskytnut snadný přístup pro pravidelné čištění;
•
použití takových eliminátorů unášení, které mohou být snadno čištěny nebo vyměňovány;
•
konstrukční/návrhová teplota studené vody co možná nejnižší (nízké hodnoty přiblížení („approaches“));
•
vyvarovat se tvorbě kotelního kamene a vzniku koroze;
•
optimalizace konstrukčního provedení za účelem zlepšení správné rychlosti vody a vzduchu;
•
je nemožné uvést minimální vzdálenost CT (zřejmě chladicí věže, „Cooling Tower“) od obydlených oblastí, ale měla by být provedena úvaha za účelem dosažení toho, aby parní vlečka nedosahovala až na úroveň země nebo aby nezasahovala do obydlených oblastí, pokud to prostorové možnosti dovolí;
•
minimalizace vytváření parních vleček by mohla omezit roznášení.
S ohledem na umístění chladicí věže bylo navrženo hodnocení mikrobiologického rizika přidruženého k chladicí věži, které je založeno na hostitelské populaci a potenciální náchylnosti hostitele. Kategorie hodnocení jsou tyto: – Kategorie 1: nejvyšší riziko – chladicí věž, která slouží pro, nebo je v blízkosti (< 200 m) zařízení jako je nemocnice, sanatorium, nebo pro jiné (v blízkosti jiného) zařízení zdravotní péče starající se o osoby, které mohou být ohroženy z hlediska imunologie; –
Kategorie 2: chladicí věž, která slouží pro zařízení, nebo je v blízkosti (> 200 m) místa, kde se nachází zařízení jako je středisko pro důchodce, hotel, nebo jiné budovy, v nichž je ubytován značný počet osob;
–
Kategorie 3: chladicí věž v sousedství (blízkém okolí) obytné nebo průmyslové čtvrti;
–
Kategorie 4: nejnižší riziko – chladicí věž, která není v blízkosti obytné čtvrti, resp. je od ní odloučena (> 600 m od oblasti, kde se bydlí).
Frekvence provádění inspekcí/kontrol výskytu bakterií Legionella je založena na výše uvedeném hodnocení a pohybuje se v rozsahu od jednou za měsíc (nejvyšší riziko), měsíčně až čtvrtletně (kategorie 2), čtvrtletně až ročně (kategorie 3), až po jednou za rok po letním období (kategorie 4). Pro obsluhu chladicích věží se doporučují následující opatření: • musí být věnována péče v případech zastavování a spouštění procesu, zejména tehdy, pokud byla chladicí cirkulační soustava v nečinnosti po dobu delší než 4 dny; • •
obsluha (operátoři) vstupující do chladicích věží by se měla (měli) vyvarovat vdechování vzduchu tím, že použije (použijí) ochranu pro ústa a nos (osvědčila se maska P3);
v případě čištění chladicí soustavy poté, co byl zjištěn výskyt bakterií Lp, použije se kombinace mechanického čištění a nárazového dávkování biocidu. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 115
Kapitola 3 K výše uvedeným doporučením je možné učinit několik dalších poznámek. Po skončení prodloužené doby zastavení provozu je kategoricky nutné ošetřit chladicí soustavu použitím biocidu (chlor). Pokud je evidentní, že chladicí soustava je špinavá nebo kontaminovaná, včetně příslušenství jako je zařízení pro tlumení zvuku, musí být před uvedením do činnosti vyčištěna a musí obdržet nárazové (šokové) biocidní ošetření. Takové ošetření by měla provést společnost/firma odborně způsobilá (kompetentní) pro úpravu vody. Může být potřeba desinfikovat chladicí soustavu, pokud soustava byla těžce kontaminována. Podle zkušeností je jasné, že chemickým ošetřením se hlavně ošetří bakterie ve vodě. Pro kontrolu a vyčištění chladicí soustavy musí být věnována důkladnější pozornost sedimentům (usazeninám) a znečištění na povrchu chladicí soustavy; z tohoto důvodu vyplývá význam mechanického čištění. Hladina volného chloru 50 mg/l zmíněná v literatuře je samozřejmě hladinou nárazového dávkování, které bylo aplikováno po vypuknutí LD. Kvůli tomu, že se zde jedná o velké množství chlornanu, je samozřejmé, že toto ošetření není vhodné jako hladina při údržbě chladicí věže. V každém případě po nárazovém dávkování bude nutné provést detoxikaci upravené chladicí vody před jejím vypouštěním, které by mělo být až po běžném aplikování úpravy, při které se použije disiřičitan. Má se dávat přednost co možná nejvyšší údržbové hladině (zřejmě chloru, pozn. překl.) jako prevence vývinu bakterií Lp. Všeobecně se dává přednost oxidačním biocidům pro účely ničení bakterií Legionella ve vodě. Pomalu působící činidla jsou potřebná pro napadání bakterií v bio filmech. Toto by potom vyžadovalo úpravu použitím oxidačních biocidů. Při použití oxidačních biocidů se ukázaly lepší výsledky pro QACs (viz stranu 13 tohoto dokumentu, „Quarternary Ammonium Compounds“, sloučeniny s kvarterním dusíkem, pozn.) než tomu bylo v případě izothiozoloinů. V nedávné holandské zprávě [tm155, Berbee, 1999] byly uvedeny některé výsledky ohledně snižování hladiny CFU v chladicích věžích, které potvrdily, že jasné minimum hladiny koncentrace biocidů ještě nebylo stanoveno. Byl učiněn závěr, že vysoké hladiny biocidů byly potřeba pro snižování koncentrací, ale ukázaly pouze dočasný účinek. Je nutné uvědomit si vedlejší účinek zvýšených hladin ve formě toxických vedlejších produktů. Nižší teplota vody se ukázala jako více efektivní opatření než aplikování biocidů (Tabulka 3.14), ale takové řešení nemusí být použitelné v každém případě. Výzkumy k účinku ošetření na prvoky ukázaly, že pro zničení prvoků jsou potřebné velmi vysoké koncentrace a že pro aplikované neoxidační biocidy jsou cysty obtížně přístupné.
Tabulka 3.14: Účinky teploty a biocidní úpravy (vody) na hladiny CFU v chladicích věžích Citováno podle Kusnetsov [tm155, Berbee, 1999] Chladicí věž
Účinek nižší teploty
Koncentrace biocidu (mg/l)
Účinek biocidu
A
T 25 ˚C ~ 105 CFU až T 15 ˚C ~ 103 CFU
PHMB, 3, nárazově
Přechodně pod limitem detekce/zjištění
B
T 25 ˚C ~ 104 CFU až T 15 ˚C ~ 103 CFU
BNPD, 5, nárazově
Přechodně pod limitem detekce/zjištění
C
neuvádí se
PHMB, 2 – 250, Nárazová úprava
Není jasný
D
neuvádí se
PHMB, 4 – 11, Nárazová úprava
Přechodný, 104 CFU/l až 103 CFU/l
E
neuvádí se
BNPD, 65 – 190, Nárazová úprava
Přechodný, 105 CFU/l až 103 CFU/l
Poznámky
Změna na vodu z kohoutku
Poznámky: PHMB: polyhexametylenebiguanidichlorid (QAC); (QAC = sloučeniny s kvarterním dusíkem, viz stranu 14, pozn. překl.) BNPD: bromnitropropaandiol
________________________________________________________________ 116 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 3
3.8 Odpad z provozu chladicí soustavy V záležitosti odpadů nebo zbytků z provozování chladicích soustav toho bylo uvedeno jen málo. V případě všech chladicích soustav může v určité etapě nastat problém vyřazení z provozu části chladicí soustavy, nebo celé soustavy. Výsledkem retrofitu a výměny zařízení stejně tak jako provozních metod jsou následující odpady, které mají být zlikvidovány: •
kal z předběžné úpravy přiváděné vody (např. dekarbonizace), úprava chladicí vody nebo odkalované vody z provozu recirkulačních mokrých chladicích věží (viz Přílohu XI.3.4);
•
nebezpečný odpad (např. malé kontejnery, důsledky rozlití), který je přidružen k chemické úpravě chladicí vody v mokrých chladicích soustavách;
•
odpadní voda vzniklá při čisticích operacích;
•
odpady jako výsledek retrofitu, výměny, nebo vyřazení zařízení z provozu.
3.8.1 Tvorba kalů Kalové formace se mohou vyskytnout ve sběrných nádržích mokrých chladicích soustav. V kvantitativním vyjádření větší množství kalu je výsledkem dekarbonizačního procesu, pokud je tento proces na daném místě prováděn. Nejsou uváděna žádná zvláštní opatření v záležitosti redukování tvorby kalu. Patřičné kondicionování chladicí vody pravděpodobně sníží usazování/sedimentaci kalu. Metoda likvidace kalů je běžně stanovena chemickým složením kalu a místní (nebo národní) legislativou. V některých členských státech mohou být kaly vráceny do povrchové vody v původním stavu, ale v jiných musí být upraveny přísněji definovaným způsobem. Kaly a bahno usazené na dně vodních nádrží chladicích věží mohou obsahovat cysty nebo resistentní formy patogenních bakterií a prvoky (3.7.3). Patogenní améby a bakterie Legionella pneumophila se nachází ve velmi vysokých koncentracích v kalu sebraném z trubek kondenzátoru během doby nečinnosti, nebo v kalu z čištění chloridem železa [tm145, Werner a Pietsch, 1991]. Cysty bakterií Lp se taky nachází v usazeninách kotelního kamene na výplni (chladicí věže). V důsledku výše uvedeného se doporučuje, aby byl proveden přehled mikrobiologické jakosti těchto reziduí ještě před likvidací, nebo regenerací PVC výplní. Pokud regenerace těchto odpadů a manipulace s nimi způsobuje významné zdravotní riziko, může být požadováno speciální ošetření.
3.8.2 Rezidua z úpravy chladicí vody a čisticích operací Úprava chladicí vody (zejména pro velké chladicí soustavy) je v dnešní době prováděna automaticky a v mnoha případech jsou látky uchovávány v kontejnerech a nádržích a dodavatel příslušných látek zabezpečuje jejich aplikování, skladování, přepravu a manipulaci s nimi. Totéž platí pro odpadní vodu, která je výsledkem operací čištění. Také zde ve stále se zvětšujícím počtu případů jsou uzavírány kontrakty na tuto práci se specializovanými společnostmi/podniky. Nicméně vytváření a likvidace tohoto typu odpadu nejsou typické pro průmyslové chladicí soustavy. Rozsah, ve kterém tato záležitost představuje environmentální problém, úzce souvisí se způsobem, kterým je chladicí soustava provozována, s předběžnou úpravou přiváděné vody a s účinností, s jakou je chladicí voda upravována. K této environmentální problematice nebyly předloženy žádné informace.
3.8.3 Rezidua jako důsledek retrofitu, výměny a vyřazení z provozu Všeobecně vyjádřeno chladicí soustavy jsou zkonstruovány a postaveny pro dlouhodobý provozní život (až 20 let a více). Samozřejmě, čím lepším způsobem jsou provozovány a udržovány, tím delší je jejich provozní život, ale chladicí soustavy by taky měly být zkonstruovány a postaveny pro konkrétní okolnosti/situace, ve kterých mají být používány. Konkrétní materiály by taky měly být posouzeny z hlediska jejich environmentálního dopadu při jejich používání, vyřazování z provozu , nebo výměny částí chladicí soustavy. Byly uvedeny následující případy. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 117
Kapitola 3
3.8.3.1 Použití plastů Ve stále se zvětšujícím rozsahu jsou pro konstrukční provedení chladicí věže používány různé druhy plastů, jako je polyvinylchlorid, polypropylen, polyetylén a sklolamináty. Jejich charakteristiky způsobují, že jsou velmi vhodné k použití v prostředí chladicí věže, které je často korozívní a má vysoké požadavky. Současné zkušenosti byly popsány v technickém pojednání německé organizace operátorů/obsluhy elektráren („German Organisation of Power Plant Operators“) [tm…, VGB, 2000]. Používání plastů může být příležitostí pro snižování množství odpadů, pokud existuje možnost recyklování plastových částí po jejich výměně. Nebyly doposud uvedeny žádné zkušenosti, které by mohly posloužit jako příklady.
3.8.3.2 Úprava (stavebního) dřeva použitého pro konstrukci mokré chladicí věže Stavební dřevo bylo a je používáno pro chladicí věže, ale musí být upraveno/ošetřeno pro zabezpečení jeho životnosti. Stavební dřevo použité v chladicích věžích jak pro výplňové, tak i pro nosné konstrukce musí být chemicky ošetřeno. Toto ošetření bylo/je a stále může být založeno na (sloučenině) CCA (síran měďnatý, dvojchroman draselný a oxid arzeničný) z důvodu její schopnosti zůstávat vázanou na dřevo. Tvrdí se, že se během provozního života ztratí (ubude) pouze 10 % podle hmotnosti. Kvantifikace rozsahu, ve kterém se emise ze stavebního dřeva, které bylo ošetřeno CCA, dostávají do vodního prostředí, nemůže být specifikována. Bylo uvedeno, že ošetřené/upravené dřevo, přestože má čas na vysušení, stále má značné množství chemikálií na svém povrchu. Tyto chemikálie mohou být omývány při počátečním splachování vodou v chladicí věži a budou dříve nebo později vypuštěny do přijímací vody (recipientu). Protože CCA obsahuje Cr a As, jeví se jako nepravděpodobné, že bude ještě dlouho pokračovat jeho používání. Ošetření stavebního dřeva použitím CCA není nejlepší dostupná technika (BAT) a očekává se, že bude (úředně) zakázáno. Alternativní úpravy/ošetření dřeva za účelem jeho ochrany již byly vyvinuty a jsou používány. Proto se očekává, že emise do povrchové vody vyplývající z použití CCA budou postupně redukovány. Pokud dřevo, které bylo ošetřeno použitím CCA, musí být likvidováno – některé země povolují řízenou likvidaci ve vhodných zemních vrstvách – očekává se co nejmenší vyluhování. V jiných členských státech se preferuje spálení takového stavebního dřeva ve vhodných zařízeních, kde většina prvků bude zachycena v prachovém filtru. Určení nejpříznivější techniky k likvidaci stavebního dřeva, které bylo ošetřeno/upraveno použitím CCA, přesahuje rozsah tohoto dokumentu BREF, nicméně také zde je potřeba vyhodnotit konečný environmentální dopad různých volitelných možností.
3.8.3.3 Výplň mokré chladicí věže Jakmile musí být výplň chladicí věže vyměněna, musí být také zlikvidována. Výplně jsou zhotoveny z různých materiálů a tyto materiály budou určovat způsob, kterým musí být ošetřeny. Nebyly uvedeny žádné údaje ohledně hladin znečištění výplněmi chladicí věže. Speciálním případem je použití výplně z azbestového (osinkového) papíru. Nebylo možné provést posouzení, zda v Evropě bylo toto řešení praktikováno, ale azbest mohl v minulosti být používán v mnoha aplikacích, včetně konstrukce chladicí věže nebo výplně chladicí věže. Poněvadž o nebezpečích, která vyplývají z použití azbestu se již nepochybuje, není azbest v chladicích věžích nadále používán. Ve starých chladicích věžích nějaký azbest lze stále ještě nalézt a vyžadují se zvláštní opatření pro jeho odstranění. V odkazované literatuře je uváděna jedna zmínka jako příklad, ve kterém se vyskytlo rozpadávání azbestové výplně po období 10 – 17 let provozu, což způsobovalo snižování výměny tepla. Odstranění a náhradu výplně bylo nutné provést za přísných bezpečnostních podmínek [tm082, Mittendorf, 1990]. ________________________________________________________________ 118 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
4
NEJLEPŠÍ DOSTUPNÉ TECHNIKY PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY
4.1 Úvod Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře odkazuje zpět na předmluvu tohoto dokumentu a zejména na pátou část předmluvy: „Jak chápat a používat tento dokument“. Techniky a metody a přidružené hladiny, resp. úrovně emise a/nebo spotřeby, nebo rozsahy hladin/úrovní, které jsou uvedeny v této kapitole, byly posouzeny prostřednictvím iterativního (opětovacího) procesu, který zahrnuje následující kroky: •
identifikace klíčových environmentálních záležitostí pro proces; důraz v procesu chlazení je zřetelně kladen na zvýšení energetické účinnosti (zvýšení celkové energetické účinnosti procesu), na redukci emisí do povrchové vody optimalizací kondicionování, resp. úpravy chladicí vody;
•
prozkoumání technik, které jsou nejrelevantnější pro oslovení těchto klíčových záležitostí;
•
identifikace nejlepších výkonnostních hladin z hlediska životního prostředí, na základě dostupných údajů v Evropské unii a v celosvětovém rozsahu: v mnoha případech jsou výkonnostní hladiny zvažovány jako specifické pro danou instalaci;
•
prozkoumání podmínek, za kterých byly tyto výkonnostní hladiny dosaženy; jako jsou náklady, průřezové vlivy, hlavní hnací síly zahrnuté do implementace (tzn. uskutečnění) těchto technik; všeobecně vyjádřeno, náznaky o cenách technik v chladicích soustavách jsou uváděny ve velmi omezeném rozsahu;
•
volba nejlepších dostupných technik (BAT) a přidružených hladin/úrovní emise a/nebo spotřeby pro tento sektor ve všeobecném významu, vše podle článku 2(11) a Přílohy IV Směrnice.
Expertní rozhodnutí provedená Evropským výborem („European Bureau“) IPPC a příslušnou technickou pracovní skupinou (TWG; „Technical Working Group“) hrála klíčovou roli v každém z těchto kroků a způsobu, kterým jsou zde prezentovány informace. Na základě tohoto posouzení jsou v této kapitole prezentovány techniky a pokud to bylo možné hladiny/úrovně emise a spotřeby, přidružené k používání BAT, které jsou považovány za vhodné pro příslušné chladicí soustavy a v mnoha případech odrážejí aktuální výkonnost některých používaných zařízení. V těch případech, kde jsou uvedeny hladiny/úrovně emise nebo spotřeby „přidružené k nejlepším dostupným technikám“, má to být chápáno ve významu, že tyto hladiny/úrovně reprezentují environmentální výkonnost, která by mohla být předvídána jako výsledek aplikování popisovaných technik, v podmínkách procesu a v podmínkách specifických pro dané místo, při uvědomování si vyváženosti nákladů a výhod spojených s definicí BAT. Nicméně to nejsou ani mezní hodnoty emise, ani mezní hodnoty spotřeby, ani minimální požadované výkonnostní hladiny a neměly by být chápány jako takové. V některých případech může být technicky možné dosáhnout lepších hladin emise nebo spotřeby, ale v důsledku nákladů s tím spojených nebo (průřezových) úvah napříč prostředím nejsou považovány za vhodné jako BAT pro příslušné chladicí uspořádání. Ovšem takové hladiny nebo aplikace mohou být považovány za oprávněné ve více specifických případech, kde se vyskytují zvláštní hnací síly. Hladiny/úrovně emise a spotřeby přidružené k aplikování BAT musí být zvažovány společně s jakýmikoliv specifikovanými referenčními podmínkami (např. klimatické podmínky, omezení vyplývající z daného místa). Pojem „hladiny/úrovně přidružené k BAT“, který je specifikován výše, se má rozlišovat od termínu „dosažitelná hladina/úroveň“ používaného v celém rozsahu tohoto dokumentu. Tam, kde je hladina/úroveň popisována jako „dosažitelná“ za použití příslušné techniky nebo kombinace technik, mělo by to být chápáno tak, že to znamená, že dosažení této hladiny/úrovně lze očekávat po dobu podstatné časové periody v dobře udržovaném a provozovaném zařízení, nebo v procesu používajícím tyto techniky. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 119
Kapitola 4 V případech, kdy byly k dispozici, jsou údaje vztahující se na náklady uvedeny společně s popisem technik uvedených v předchozí kapitole nebo v přílohách. Toto poskytuje přibližnou indikaci ohledně výše nákladů, které jsou v daném případě zahrnuty. Nicméně skutečné náklady na aplikování dané techniky budou bezprostředně záviset na specifické situaci zahrnující například daně, poplatky a technické charakteristiky zařízení, o které se jedná. V tomto dokumentu není možné plně vyhodnotit takové faktory, které jsou specifické pro dané místo. Při neexistenci údajů vztahujících se na náklady jsou závěry ohledně ekonomické proveditelnosti daných technik získány na základě pozorování uskutečněných na existujících zařízeních. Záměrem je, aby všeobecné BAT uvedené v této kapitole byly referenčním bodem, vůči kterému se posuzuje současná výkonnost existujícího zařízení, nebo se posuzuje návrh nového zařízení. Tímto způsobem budou asistovat při určování příslušných podmínek „vycházejících z BAT“ pro dané zařízení, nebo při specifikování všeobecně závazných pravidel podle článku 9(8). Předpokládá se, že nová zařízení mohou být zkonstruována tak, aby byly provozována při stejných nebo ještě lepších hladinách/úrovních, než jsou všeobecné hladiny resp. úrovně BAT uvedené zde. Uvažuje se o tom, že existující zařízení by se mohla posunout směrem k všeobecným hladinám/úrovním BAT, nebo by mohly být ještě lepší v závislosti na technické a ekonomické aplikovatelnosti technik v každém daném případě. Poněvadž dokumenty BREF nestanoví právně závazné normy, jsou míněny tak, že poskytují informace jako návod pro průmysl, členské státy a veřejnost ohledně dosažitelných hladin/úrovní emisí a spotřeby při použití specifikovaných technik. Stanovení příslušných mezních hodnot pro jakýkoliv specifický případ bude vyžadovat respektování cílů směrnice IPPC a lokálních posouzení.
4.2 Horizontální přístup k definování BAT pro chladicí soustavy Před provedením rekapitulace závěrů BAT uvedených v této kapitole je uvedeno krátké vysvětlení k tomu, jak by měl být interpretován horizontální charakter tohoto dokumentu BREF. Při horizontálním přístupu se předpokládá, že mohou být posouzeny environmentální aspekty použitých technik a přidružených redukčních opatření a že mohou být identifikovány generické (druhové) BAT, které jsou nezávislé na průmyslových procesech, ve kterých jsou tyto techniky aplikovány. Průmyslové chladicí soustavy jsou nedílnou, resp. integrovanou částí průmyslového procesu, který má být ochlazován. Chladicí soustavy v rozsahu tohoto dokumentu jsou používány v mnoha průmyslových sektorech v oblasti působnosti IPPC. Z toho vyplývá, že rozmanitost použití, technik a provozních praktik je enormně veliká. Kromě toho termodynamický charakter procesu vede k dalším modifikacím v provedení a následně na to k modifikacím vlivů, resp. účinků na životní prostředí. V důsledku značného počtu modifikací/variací je obtížné provést porovnání mezi jednotlivými technikami, které by vedlo k všeobecným závěrům. Považuje se za možné uskutečnit identifikaci všeobecného preventivního přístupu, který vychází z praktické zkušenosti se snižováním, resp. redukováním emisí z chladicích soustav. Při tomto preventivním přístupu, nebo primárním přístupu BAT, se nejprve věnuje pozornost procesu, který má být ochlazován. Konstrukční provedení a stavba chladicí soustavy jsou podstatným druhým krokem, zejména v případě nových zařízení. A konečně změny zařízení a změna způsobu, kterým by chladicí zařízení mělo být provozováno, budou směrovány k novým zařízením, ale jsou důležité zvláště v případě existujících (chladicích) soustav, kde technologické volitelné možnosti jsou značně omezeny a finančně nákladné. Pečlivá vyhodnocení musí být prováděna případ od případu. __________________________________________________________________________________________ 120 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
4.2.1 Integrovaný management tepla 4.2.1.1 Průmyslové chlazení = Management tepla (pozn. „management“ je český encyklopedický výraz a znamená „plánování, organizace, řízení a kontrola“) Chlazení průmyslových procesů může být považováno za management tepla a je částí celkového energetického managementu v podniku/provozu. Množství a hladina tepla, které má být rozptýleno, vyžaduje určitou úroveň výkonnosti chladicí soustavy. Tato výkonnostní hladina bude střídavě působit na uspořádání soustavy, konstrukční provedení a provoz a následně na to environmentální výkonnost chladicí soustavy (přímý účinek). Naopak chladicí výkonnost bude také působit na celkovou účinnost průmyslového procesu (nepřímý účinek). Oba dopady, přímý a nepřímý, musí být vyváženy, přičemž se berou v úvahu všechny proměnné veličiny. Každá změna v chladicí soustavě musí být zvážena vzhledem k následkům, které může mít na tuto rovnováhu. Toto pojetí může být použito jako výchozí bod pro formulování prvního principu BAT pro chladicí soustavy. BAT pro všechna zařízení představuje integrovaný přístup k redukování dopadu průmyslových chladicích soustav na životní prostředí při udržování rovnováhy mezi přímým a nepřímým účinkem. Jinými slovy vyjádřeno vliv snížení emise musí být vyvážen v závislosti na potenciální změně celkové energetické účinnosti. V současné době neexistuje žádná minimální poměrná hodnota jako funkce environmentální prospěšnosti a možné ztráty celkové energetické účinnosti, která by mohla být použita jako „výšková značka“ („benchmark“) pro dosažení technik, které by mohly být považovány za BAT. Nicméně toto pojetí může být použito k porovnávání alternativních řešení (Kapitola 3.2 a Příloha II).
4.2.1.2
Snížení hladiny vypouštění tepla optimalizací vnitřního/vnějšího opětného využití tepla
Preventivní přístup by měl být na prvním místě zahájen průmyslovým procesem, který vyžaduje rozptylování tepla, a záměrem snížit potřebu vypouštění tepla. Ve skutečnosti je vypouštění tepla plýtvání energií, což jako takové není BAT. Opětovné využití tepla uvnitř procesu by vždy měl být první krok při hodnocení požadavků na chlazení. Energetická opatření integrovaná do procesu jsou mimo předmět tohoto dokumentu, ale odkazuje se na jiné referenční dokumenty BAT, jejichž návrhy byly vypracovány v rámci IPPC („Integrated Pollution Prevention and Control“ = integrovaná prevence a omezování znečištění), a které popisují volitelné možnosti pro energetická opatření. V situacích na zelené louce může být posouzení požadované tepelné kapacity pouze BAT, pokud to je výsledek maximálního využití vnitřních a vnějších dostupných a aplikovatelných volitelných možností pro opětovné využití nadměrného tepla. V existujícím zařízení optimalizace vnitřního a vnějšího opětovného využití a snižování množství a hladiny tepla, které má být vypuštěno, musí také předcházet jakékoliv změně potenciální kapacity použité chladicí soustavy. Zvýšení účinnosti existující chladicí soustavy zlepšením provozu soustav musí být vyhodnoceno v závislosti na zvýšení účinnosti technologických opatření prostřednictvím retrofitu nebo technologické změny. Všeobecně a pro velké existující chladicí soustavy se zlepšení provozu soustav považuje za finančně efektivnější než aplikování nové nebo zlepšené technologie a může proto být považováno za BAT.
4.2.1.3 Požadavky chladicí soustavy a procesu Jakmile hladina a množství odpadního tepla vytvářeného procesem byly stanoveny a žádné další snižování odpadního tepla nemůže být dosaženo, může být provedena počáteční volba chladicí soustavy z hlediska požadavků procesu, které byly diskutovány v Kapitole 1. Každý proces má svou unikátní kombinaci požadavků, kde úroveň řízení procesu, spolehlivosti a bezpečnosti procesu hrají významnou roli. Toto způsobuje, že je téměř nemožné v této etapě provést první charakterizaci BAT, ale mohou být sestaveny následující závěry s ohledem na počet charakteristik procesu. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 121
Kapitola 4 Využití hladin teploty okolí je založeno na zkušenostech s používáním chladicích soustav v Evropě při různých klimatických podmínkách. Všeobecně vyjádřeno, teploty suchého teploměru neospravedlňují odvádět chlazením odpadní teplo, jehož hladina je nízká, a dává se přednost vodnímu chlazení. Nicméně v oblastech s nízkými průměrnými teplotami suchého teploměru se používá chlazení suchým vzduchem pro snižování teplot procesu (poté, co volitelné možnosti pro opětovné využití tepla byly vyčerpány). Vodní chlazení, pokud je k dispozici dostatek vody, může potom rozptýlit zbytkové množství odpadního tepla. Nebezpečné látky nacházející se v procesu, které znamenají vysoké environmentální riziko pro vodní prostředí v případě úniku v důsledku netěsností, by měly být ochlazovány prostřednictvím chladicích soustav s nepřímým chlazením pro zabránění vzniku nekontrolovatelných situací. Volba uspořádání chlazení by měla vycházet z porovnání mezi různými uskutečnitelnými alternativami, které jsou v rozsahu, resp. splňují všechny požadavky procesu. Požadavky procesu jsou například chemické reakce, spolehlivost výkonnosti procesu a udržování požadovaných úrovní bezpečnosti. Cílem je minimalizovat nepřímý dopad zvolené alternativy (zřejmě na životní prostředí, pozn. překl.). Environmentální výkonnosti mohou být pro každou alternativu nejlépe porovnány tehdy, jestliže se vyjádří v hodnotách přímé a nepřímé spotřeby energie (kWe) na jednotku vypouštěné energie (kWth). Jiný způsob porovnávání jednotlivých uspořádání (chladicích zařízení) je vyjádřit změnu přímé spotřeby energie (kWe) chladicí soustavy a změnu úrovně v produkci procesu v tunách, oba dva údaje vztaženy na jednotku vypouštěné energie (kWth). Změna v technologii chlazení za účelem snížení dopadu na životní prostředí může být považována za BAT pouze tehdy, jestliže účinnost chlazení je udržována na stejné úrovni, nebo je dokonce lepší, při zvýšené hladině resp. úrovni (není uvedeno čeho, snad produkce procesu, pozn. překl.).
Tabulka 4.1: Příklady požadavků procesu a BAT Charakteristiky procesu
Kritéria
Primární přístup BAT
Poznámka
Odkaz (reference)
Vysoká hladina rozptylovaného (ztrátového) tepla (> 60 ˚C)
Snížení spotřeby vody (Před-)chlazení a chemických látek použitím suchého a zlepšení celkové vzduchu energetické účinnosti
Energetická účinnost a velikost (rozměry) chladicí soustavy jsou omezujícími faktory
Část 1.1/1.3
Střední hladina rozptylovaného (ztrátového) tepla (25 ˚C – 60 ˚C)
Zlepšení celkové energetické účinnosti
Není zřejmý
Specifické podle místa
Část 1.1/1.3
Nízká hladina rozptylovaného (ztrátového) tepla (< 25 ˚C)
Zlepšení celkové energetické účinnosti
Chlazení vodou
Volba místa
Část 1.1/1.3
Nízká a střední hladina tepla a kapacita/výkon
Optimální celková energetická účinnost při úspoře vody a viditelným zmenšením parní vlečky
Mokrá a hybridní chladicí soustava
Suché chlazení je méně vhodné vzhledem k požadovanému prostoru Část 1.4 a ztrátě celkové energetické účinnosti
Nebezpečné látky, které mají být Chladicí soustava Část 1.4 ochlazovány, jsou Snížení rizika úniků Akceptování zvýšení s nepřímým a spojeny s vysokým v důsledku netěsností v přístupu chlazením Příloha VI rizikem pro životní prostředí ________________________________________________________________ 122 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
4.2.1.4 Požadavky chladicí soustavy a místa Mezní hodnoty, které vyžaduje dané místo, platí zejména pro nová zařízení, kde chladicí soustava stále ještě musí být zvolena. Jestliže požadovaná kapacita vypouštění tepla je známá, může ovlivnit volbu přiměřeného resp. vhodného místa. Pro procesy, které jsou citlivé na teplotu, se pro zvolení místa s požadovanou dostupností chladicí vody postupuje podle BAT. Z mnoha důvodů nejsou vždy nová zařízení postavena na místě, které je přednostní z hlediska technologie chlazení, zatímco charakteristiky místa jsou jasné jak pro nové, tak i pro existující instalace, jakmile dané místo je již známo. Nejdůležitější termodynamická charakteristika místa je roční ukázka (resp. přehled) jeho klimatu, což je specifikováno teplotami suchého a vlhkého teploměru.
Tabulka 4.2: Příklady charakteristik místa a BAT Charakteristiky místa
Kritéria
Primární přístup BAT
Klima
Požadované konstrukční teploty
Při vysoké T suchého teploměru má suché Posouzení změn teplot (T) vzduchové chlazení mokrého a vlhkého teploměru obvykle nižší energetickou účinnost
Prostor
Omezená plocha na daném místě
(Předem smontované) konstrukce střešního typu
Dostupnost povrchové vody
Omezená dostupnost Recirkulační soustavy –
Citlivost přijímacího vodního tělesa (recipientu) na tepelná zatížení
Dodržení kapacity pro absorbování tepelného zatížení
Omezená dostupnost podzemní vody
Minimalizace použití podzemní vody
– –
Poznámky
Odkaz (reference)
Část 1.4.3
Mezní hodnoty pro velikost a tíhu chladicí Část 1.4.2 soustavy Mokrá, suchá nebo hybridní jsou možné
Optimalizace hladiny opětovného využití tepla Použití recirkulačních soustav (chlazení) Volba místa (nové chladicí soustavy)
Část 2.3 a 3.3
Část 1.1
Vzduchové chlazení, pokud žádný vhodný alternativní vodní zdroj není k dispozici
Akceptování ceny (pokuty? („penalty“)) za energii
Část 3.3
Průtočné soustavy (chlazení)
Zabránění smíchávání lokálního tepelného oblaku páry (parní vlečky) v blízkosti místa přívodu (např. odebíráním vody z hloubky pod oblastí smíchávání využitím teplotních vrstev
Část 1.2.1/ Část 3.2/ Příloha XI.3
Akceptování ceny (pokuty? („penalty“)) za energii
Kapitola 2
Pobřežní oblast
Velký (chladicí) výkon (kapacita) > 10 MWth
Specifické požadavky pro místo
V případě povinnosti zmenšit rozsah parní Použití hybridní vlečky a snížit výšku chladicí soustavy chladicí věže
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 123
Kapitola 4 Další identifikované charakteristiky jsou prostor, dostupnost vody pro chlazení a vypouštění a citlivé oblasti nacházející se v sousedství (městské a průmyslové). S ohledem na podzemní vodu se může použití suché soustavy chlazení považovat za BAT, pokud se tímto sleduje princip minimalizace použití podzemní vody, zejména v těch oblastech, ve kterých vyčerpávání zvodnělých vrstev nepodléhá kontrole. Příklady BAT, které byly identifikovány pro charakteristiky nových míst, jsou uvedeny v Tabulce 4.2.
4.2.2 Aplikování BAT v průmyslových chladicích soustavách V Kapitole 1 je uveden stručný nástin preventivního přístupu, na kterém je znázorněno, jak vyhodnocování všech omezení způsobem krok za krokem může vést k tomu, co může být nazýváno „Nejlepší dostupné chladicí techniky“ (tedy BAT). V rámci tohoto přístupu jsou v Kapitole 1 a v Kapitole 3 a v přidružených přílohách prodiskutovány faktory a nabídnuty techniky, které jsou spojeny s identifikací potenciálních BAT pro hlavní chladicí uspořádání, která používají pro chlazení vodu a/nebo vzduch. Optimalizace chladicí soustavy za účelem redukování jeho dopadu na životní prostředí je komplexní úkol a ne přesné matematické porovnání. Jinými slovy vyjádřeno, kombinování technik vybraných z tabulek BAT nevede k chladicí soustavě BAT. Konečné řešení BAT bude řešení specifické pro dané místo. Nicméně na základě zkušenosti z průmyslu se má za to, že je možné učinit závěry ohledně BAT v kvantifikovaných termínech tam, kde to je možné. V Kapitole 3 jsou uvedeny volitelné možnosti pro redukování emisí do životního prostředí, které jsou založeny na informacích předložených TWG (technická pracovní skupina („Technical Working Group“, pozn. překl.). Pro každou environmentální záležitost a pro každé relevantní chladicí uspořádání byl učiněn pokus identifikovat všeobecný přístup a dospět k řešení BAT. Některé techniky jsou podrobněji popsány v přílohách. Důraz je zřetelně kladen na problémy, které se vztahují k vodě se zaměřením na snížení použití biocidů a látek, které se nacházejí na černé listině. Navrhované techniky jsou používané techniky. Tyto techniky prokázaly, že jsou efektivní, přestože kvantifikace je obtížná, a mohou vytvořit nerealistická očekávání. Lze předpokládat, že veškerá opatření navrhovaná jako BAT, a která nejsou zcela závislá na lokální situaci, mohou být brány v úvahu pro nové (chladicí) soustavy. Pokud se jedná o existující zařízení musí se postupovat pečlivě, poněvadž posouzení je obtížnější tam, kde volitelné možnosti jsou omezeny a závisí na mnoha faktorech (souvisících s procesem). Nezdá se, že existuje příliš mnoho překážek při implementaci provozních opatření v existujících chladicích soustavách, ledažeby konstrukční provedení použité technologie omezovalo počet volitelných možností pro modifikaci. V Tabulkách 4.3 až 4.12 jsou uvedeny techniky, které jsou považovány za BAT, a které navazují na primární přístup BAT pro: • • • • • •
zvýšení celkové energetické účinnosti; snížení/redukování použití/potřeby/spotřeby (chladicí) vody a přídavných látek chladicí vody, snížení/redukování emisí do vzduchu a vody, snížení/redukování hluku, snížení/redukování strhávání vodních organismů a snížení/redukování biologických rizik.
Není jasné, zda BAT identifikoval snižování/redukování odpadu nebo technik, jak manipulovat s odpadem při současném vyvarování se problémům s životním prostředím, jako je kontaminace/znečištění půdy a vody, nebo vzduchu v případě spalování. Pro každou environmentální problematiku jsou identifikovány důsledky použití technik snižování/redukce na jiná prostředí. Obecně vyjádřeno každá změna, která se uskuteční na chladicí soustavě, musí být pečlivě vyvážena s přidruženými účinky/dopady, a v tomto smyslu je optimalizace průmyslového chlazení průřezovou záležitostí (záležitostí napříč prostředím). ________________________________________________________________ 124 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4 Pro některá opatření BAT byly určeny hodnoty. Nicméně při zaměření se na aplikování různých chladicích technik ve značném množství proměnlivých provozních podmínek neumožňuje jednoznačné přidružené úrovně, resp. hladiny. V takových případech je uveden kvalitativní popis. V případě nových chladicích zařízení to jsou BAT, kterými se v etapě konstrukčního řešení zahájí identifikace redukčních opatření, a to použitím zařízení, které má nízký požadavek na spotřebu energie, a zvolením vhodného materiálu pro zařízení, které je v kontaktu s látkami vyskytujícími se v procesu a/nebo s chladicí vodou. V tomto smyslu je ukázková následující citace: „v praxi … pozornost věnovaná konstrukčnímu provedení, uspořádání a údržbě vodní chladicí soustavy má relativně nízkou prioritu ve srovnání s environmentálními důsledky špatně zkonstruované a/nebo provozované vodní chladicí soustavy. Protože se věnuje malá pozornost konstrukčním faktorům, musí se často z důvodu špatného konstrukčního provedení provádět úpravy, a proto musí být zvoleny takovým způsobem, aby na nejmenší možnou míru omezily rizika znečišťování. Lze očekávat jenom nepatrné změny tohoto postoje, poněvadž existuje nízká úroveň vědomí o dlouhodobých nákladech na provoz a údržbu špatně konstrukčně vyřešených CWS“ („CWS“ = „Cooling Water System“, viz stranu 13 tohoto dokumentu; „vodní chladicí soustavy“) [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. Pokud jsou preferovanou volitelnou možností vzduchové chladicí soustavy, opatření se v prvé řadě vztahují na snižování přímé spotřeby energie a emisí hluku a optimalizaci velikosti/rozměrů s ohledem na požadovanou chladicí plochu. V případě existujících (chladicích) zařízení mohou technologická opatření být za určitých okolností BAT. Všeobecně vyjádřeno, změna v technologii je finančně nákladná (intenzivní) v případech, kde musí být udržena, resp. zachována celková účinnost. Finanční vyhodnocení by potom mělo porovnat investiční náklady změny ve vztahu ke změně provozních nákladů a potvrdit účinky redukce ve vztahu k jiným environmentálním důsledkům. Například by bylo potřeba provést porovnání mezi environmentálním účinkem (dopadem) recirkulace chladicí vody – vyžadující aplikování biocidů pro úpravu vody – ve vztahu k průtočné chladicí soustavě bez biocidů, ale s velkou emisí tepla do vodního prostředí (recipientu). V případě předem smontovaných hotových („off-the-peg“) chladicích věží se změna v technologii jeví jako realizovatelná technicky i ekonomicky. Nebyly předloženy žádné porovnatelné údaje, které toto tvrzení mohou potvrdit, nicméně zkušenost dodavatele je taková, že je relativně snadné změnit chladicí věže malých velikostí, například z uzavřené recirkulační mokré chladicí věže na uzavřené recirkulační hybridní nebo mokré/suché uspořádání. Toto by nevyžadovalo větší úpravy procesu nebo stavební práce. V případě velkých chladicích věží konstrukčně provedených na zakázku, které jsou postaveny až na místě svého provozování, není snadné provést technologické změny. Rozdílná technologie obecně znamená, že vznikne potřeba vybudovat kompletně novou chladicí věž. V případě existujících mokrých chladicích soustav, kde středem pozornosti jsou převážně environmentální opatření ke snížení potřeby/spotřeby vody a emise chemických látek do povrchové vody, přístup BAT nemá až tak příliš technologický charakter, jako spíše provozní charakter. Klíčovými záležitostmi jsou zde monitorování, provoz a údržba.
4.3 Snižování spotřeby energie 4.3.1 Všeobecně Přístup BAT v etapě konstrukčního řešení chladicí soustavy znamená: •
Snížit/redukovat odpor ve vztahu k proudění vody a proudění vzduchu
•
Použít zařízení s vysokou účinností a nízkou spotřebou energie
•
Snížit/redukovat množství zařízení, která vyžadují energii (Příloha XI.8.1)
•
Použít optimální úpravu chladicí vody v průtočných chladicích soustavách a mokrých chladicích věžích k udržování čistých povrchových ploch a předcházení tvorbě kotelního kamene, znečištění a korozi.
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 125
Kapitola 4 Pro každý individuální případ by kombinace výše uvedených faktorů měla vést k nejnižší dosažitelné spotřebě energie potřebné k provozování chladicí soustavy. Pokud se jedná o přístup BAT, byla identifikována celá řada technik/přístupů.
4.3.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Při integrovaném přístupu k chlazení průmyslového procesu se bere do úvahy jak přímá, tak i nepřímá spotřeba energie. Pokud se jedná o celkovou energetickou účinnost daného zařízení je použití průtočných (chladicích) soustav přístupem BAT, a to zejména v takových procesech, které vyžadují velké chladicí výkony resp. kapacity (např. > 10 MWth). V případě řek a/nebo ústí řek mohou být průtočné chladicí soustavy přijatelné pokud taky: •
rozsah tepelné parní vlečky ponechává v povrchové vodě průchod pro migraci (stěhování) ryb;
•
přívod chladicí vody je konstrukčně proveden s cílem snížit/redukovat strhávání ryb;
•
tepelné zatížení nepřekáží ostatním uživatelům přijímací povrchové vody (recipientu).
Jestliže v případě elektráren není použití průtočné chladicí soustavy možné, jsou mokré chladicí věže s přirozeným tahem energeticky nejefektivnějším řešením ve srovnání s jinými chladicími uspořádáními, ovšem jejich použití může být omezeno vzhledem k vizuálnímu účinku jejich celkové výšky. Tabulka 4.3: BAT pro zvýšení celkové energetické účinnosti Relevantnost
Kritérium
Velký chladicí výkon Celková energetická (velká chladicí účinnost kapacita)
Primární přístup BAT
Poznámky
Výběr místa pro aplikování volitelné možnosti Viz text nad tabulkou s průtočnou chladicí soustavou
Odkazy
Část 3.2
Celková energetická účinnost
Použití volitelné možnosti pro variabilní provoz
Identifikace požadovaného rozsahu Část 1.4 chlazení
Všechny soustavy
Variabilní provoz
Modulace průtoku vzduchu/vody
Zabránění nestability kavitace (tvoření dutin) v soustavě (koroze a eroze)
Všechny mokré soustavy
Čisté povrchy okruhu/výměníku
Optimalizovaná úprava vody a úprava povrchu potrubí
Vyžaduje přiměřené monitorování
Průtočné (chladicí) soustavy
Udržování účinnosti chlazení
Zabránění recirkulace vlečky teplé (ohřáté) vody (vytvořené na povrchu) řek a její minimalizace v ústích řek a na místech v moři
Všechny chladicí věže
Použití čerpadel Snížení měrné a ventilátorů se sníženou energetické spotřeby spotřebou energie
Všechny soustavy
Část 3.4
Příloha XII
________________________________________________________________ 126 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
4.4 Redukování požadavků na vodu 4.4.1 Všeobecně Pro nové (chladicí) soustavy mohou být uvedeny následující specifikace: • • • • • •
Z pohledu celkové energetické vyváženosti je chlazení vodou nejefektivnější; V případě velkého požadavku na chladicí vodu by pro nová zařízení mělo být zvoleno místo z hlediska dostupnosti dostatečných množství (povrchové) vody; Požadavek na chlazení by měl být redukován pomocí optimalizace opětovného využití tepla; Pro nová zařízení by mělo být zvoleno místo z hlediska dostupnosti dostačující přijímací vody (recipientu), zejména v případě velkých množství vypouštěné chladicí vody; Tam, kde je dostupnost vody omezena, měla by být zvolena technologie, která kdykoliv umožňuje různé režimy provozu vyžadující méně vody k dosažení požadovaného chladicího výkonu; Ve všech případech je volitelnou možností recirkulační chlazení, to však vyžaduje pečlivé vyvážení s jinými faktory, jako je požadované kondicionování vody a nižší celková energetická účinnost.
Pro existující vodní chladicí soustavy může zvýšení opětovného využití tepla a zdokonalení provozu soustavy snížit požadované množství chladicí vody. V případě řek s omezenou dostupností povrchové vody je změna z průtočné chladicí soustavy na recirkulační chladicí soustavu technologická volitelná možnost a může být považována za přístup BAT. Pro elektrárny s velkými chladicími výkony/kapacitami je toto všeobecně považováno za finančně nákladný (intenzivní) úkol (nákladné cvičení) vyžadující novou stavbu. Musí být vzaty v úvahu požadavky na prostor.
4.4.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.4: BAT pro snížení požadavků na vodu Relevantnost
Všechny mokré chladicí soustavy
Všechny recirkulační mokré a mokré/suché chladicí soustavy
Kritérium
Primární přístup BAT
Poznámky
Odkazy
Redukce potřeby chlazení
Optimalizace opětného využití tepla
Redukce používání omezených zdrojů
Používání podzemní vody není přístup BAT
Specifické podle místa zejména pro existující soustavy
Kapitola 2
Redukce použití vody
Použití recirkulačních chladicích soustav
Odlišný požadavek na kondicionování/ úpravu vody
Kapitola 2/3.3
Redukce použití vody tam, kde je povinnost zmenšení Použití hybridní chladicí parní vlečky a snížení soustavy výšky chladicí věže
Akceptování ceny (pokuty? („penalty“)) za energii
Kapitola 2.6/3.3.1.2
Tam, kde voda (přídavná voda) není dostupná v průběhu (části) periody procesu nebo je její dostupnost velmi omezena (oblasti postižené suchem)
Použití suchého chlazení
Akceptování ceny (pokuty? („penalty“) za energii
Část 3.2 a 3.3 Příloha XII.6
Redukce použití vody
Optimalizace cyklů koncentrace
Zvýšený požadavek na kondicionování/ úpravu vody, jako je použití změkčování přídavné vody
Část 3.2 a Část XI (zřejmě Příloha XI)
Kapitola 1
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 127
Kapitola 4 Použití suchého vzduchového chlazení bylo doporučeno v celé řadě příležitostí. Jestliže se bere do úvahy celková energetická účinnost, je suché vzduchové chlazení méně atraktivní, než mokré chlazení. Tímto faktem ale suchá technologie není vyloučena. Pro kratší doby životnosti bylo vypočítáno, že rozdíly v nákladech mezi suchým chlazením a mokrým chlazením se stanou menší, než pro delší doby životnosti. Když se vezmou do úvahy náklady na vodu a náklady na úpravu vody, rozdíly se stanou také menší. Suché chlazení může být doporučeno za určitých okolností a pro předchlazování při vyšších teplotních hladinách, kde by bylo zapotřebí nadměrného množství vody.
4.5 Redukování strhávání organismů (vodou) 4.5.1 Všeobecně Úprava zařízení pro přívod vody za účelem dosažení menšího strhávání ryb a jiných organismů je velmi složitá záležitost specifická pro dané místo. Změny existujících zařízení pro přívod vody jsou možné, jsou ale nákladné. Pokud se jedná o používané nebo zkoušené technologie na ochranu nebo pro odpuzování ryb, nebyla žádná konkrétní technika identifikována jako přístup BAT. Podle lokální situace se stanoví, která technika na ochranu ryb nebo pro odpuzování ryb bude BAT. Některé všeobecně aplikované strategie konstrukčního provedení a umístění přívodů vody může být považováno za BAT, ale tyto jsou konkrétně platné pro nové soustavy. Pokud se jedná o použití sít, mělo by být poznamenáno, že následné náklady na likvidaci organického odpadu nahromaděného síty mohou být značné.
4.5.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.5: BAT pro redukování strhávání (ryb a jiných organismů vodou) Relevantnost Všechny průtočné chladicí soustavy nebo chladicí soustavy s přívody povrchové vody
Kritérium
Primární přístup BAT
Vhodné umístění a konstrukční provedení přívodu a volba ochranné techniky
Analýza biotopu ve zdroji povrchové vody
Stavba přívodních kanálů
Optimalizace rychlostí vody v přívodních kanálech k omezení sedimentace; dohled na sezónní výskyt makroznečištění
Poznámky Rovněž kritické oblasti, jako jsou prostory pro kladení jiker, migrační prostory a prostory pro chov ryb (rybí školky)
Odkazy Část 3.3.3 a Příloha XII.3.3
Část 3.3.3
4.6 Redukování emisí do vody 4.6.1 Všeobecný přístup BAT k redukování emisí tepla To, zda emise tepla do povrchové vody budou mít dopad na životní prostředí, závisí do značné míry na lokálních podmínkách. Takové podmínky pro místo (provozování chladicí soustavy) byly popsány, ale nevedou k závěru ohledně BAT ve všeobecném významu. Tam, kde v praxi byly aplikovatelné mezní hodnoty pro vypouštění tepla, vyřešením této záležitosti byla změna z průtočné technologie na otevřené recirkulační chlazení (otevřená mokrá chladicí věž). Podle dostupných ________________________________________________________________ 128 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4 informací, a při uvážení všech možných aspektů, musí být věnována pozornost při specifikování závěru, že toto řešení může být považováno za přístup BAT. Vyžadovalo by to uvést do rovnováhy zvýšení ceny (v původním znění je nicméně uvedeno „penalty“, což je spíše pokuta nebo trest, pozn. překl.) v celkové energetické účinnosti použití mokré chladicí věže (Kapitola 3.2) ve vztahu k účinku sníženého environmentálního dopadu vyplývajícího ze sníženého vypouštění tepla. Při plně integrovaném posouzení na hladině povodí řeky by toto mohlo například zahrnovat zvýšené hladiny celkové účinnosti jiných procesů používajících tentýž, ale nyní chladnější, vodní zdroj, který začne být k dispozici, protože se už nevyskytuje značné množství teplé vody, vypouštěné do tohoto zdroje. Tam, kde opatření směřují obecně ke snížení ΔT vypouštěné chladicí vody, může být sestaveno několik závěrů pro přístup BAT. Bylo použito předchlazování (Příloha XII) pro velké elektrárny, kde si to vyžadovala specifická situace, např. z důvodu zabránit zvýšené teplotě přívodní vody. Vypouštění budou muset být omezena s odkazem na nátlak vyplývající z požadavků Směrnice 78/659/EEC pro zdroje sladké vody. Kritéria jsou shrnuta v Tabulce 3.6. Odkazuje se na ustanovení uvedená v Článku 11 této směrnice, která se za určitých okolností vztahují na derogaci požadavků.
4.6.2 Všeobecný přístup BAT k redukování chemických emisí do vody Prevence a kontrola chemických emisí vyplývajících z chladicích soustav si získaly nejvíc pozornosti v politice a průmyslu členských států. Hned vedle vypouštění tepla jsou chemické emise stále považovány za nejdůležitější problematiku v chlazení. S odkazem na prohlášení, že v 80 % případů se o dopadech na životní prostředí se rozhoduje u konstrukčního stolu, měla by být učiněna opatření (již) v etapě konstrukčního řešení mokrých chladicích soustav, za použití následujícího pořadí (jednotlivých položek) přístupu: •
identifikovat podmínky procesu (tlak, T (teplota), korozívnost látek),
•
identifikovat chemické charakteristiky zdroje chladicí vody,
•
zvolit vhodný materiál pro výměník tepla při kombinování jak podmínek procesu, tak i charakteristik chladicí vody,
•
zvolit vhodný materiál pro ostatní části chladicí soustavy,
•
identifikovat provozní podmínky chladicí soustavy,
•
zvolit realizovatelnou úpravu chladicí vody (chemické složení) použitím méně nebezpečných chemikálií nebo chemikálií, které mají nižší potenciál dopadu na životní prostředí (Část 3.4.5, Příloha VI a VIII)
•
aplikovat schéma volby biocidu (Kapitola 3, Obrázek 3.2) a
•
optimalizovat režim dávkování monitorováním stavu chladicí vody a chladicích soustav.
Tento přístup má v prvé řadě v úmyslu redukovat potřebu úpravy chladicí vody. V případě existujících chladicích soustav jsou technologické změny nebo změny zařízení obtížně proveditelné a všeobecně finančně nákladné. Středem pozornosti by mělo být provozování chladicích soustav používajících monitorování, které je spojeno s optimálním dávkováním. Bylo identifikováno několik případů technik s dobrou výkonností. Tyto techniky jsou obecně vzato aplikovatelné pro určité kategorie chladicích soustav, jsou posouzeny jako finančně efektivní a nevyžadují, aby byly provedeny rozsáhlé změny v chladicích zařízeních. Po snížení citlivosti chladicí soustavy na znečišťování a korozi může být úprava (vody) stále ještě potřebná pro udržování účinné výměny tepla. Dalším krokem je potom volba přídavných látek do chladicí vody, které jsou méně škodlivé vodnímu prostředí, a jejich aplikování nejefektivnějším způsobem. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 129
Kapitola 4 Pokud se jedná o volbu chemických látek, byl učiněn závěr, že seřazení úprav (chladicí vody) a chemikálií, které jsou pro tyto úpravy použity, je obtížné, pokud to je vůbec možné provést obecným způsobem, a pravděpodobně by takové uspořádání nevedlo k závěrům BAT. V důsledku značného počtu variant podmínek a způsobů úprav chladicí vody povede k patřičnému řešení pouze posouzení místo-od-místa (případ od případu). Takové posouzení a jeho podstatné části by mohly reprezentovat přístup, který může být považován za BAT. Takový přístup je nabízen v tomto dokumentu BREF a sestává z nástroje, který může pomoci při prvním seřazení zvolených chemikálií, a přístupu pro posouzení chemikálií, přiřazení požadavků chladicí soustavy k požadavkům přijímacího vodního ekosystému (Příloha VIII). Cílem tohoto přístupu je minimalizace dopadu přídavných látek chladicí vody a především biocidů. Směrnice pro biocidní produkty 98/8/EC (BPD, tzn. „Biocidal Products Directive“) a Rámcová směrnice o vodě (WFD, tzn. “Water Framework Directive“) tvoří klíčové stavební bloky (základní kameny) pro tento přístup. Podstatné je použití hodnot PEC a PNEC pro různé látky (PEC = Predicted Environmental Concentration“ (předpovídaná environmentální koncentrace); PNEC = Predicted No Effect Concentration“ (předpovídaná koncentrace bez účinku); viz stranu 13 tohoto dokumentu, pozn.), kde poměr PEC/PNEC by mohl fungovat jako standard pro stanovení BAT. Pokud se jedná o aplikování specifických látek bylo mnoho zkušeností získáno v průtočných chladicích soustavách s komponenty odvozenými od chloru (především chlornan, chloramin) a kombinacemi chlor/brom, stejně tak jako s aplikováním snížených hladin koncentrací. Totéž platí pro používání biocidů pro kondicionování (chladicí vody) v recirkulačních (chladicích) soustavách. Při úpravách (chladicí vody) pro tyto (chladicí) soustavy se často používá větší počet (přídavných) látek. Je jasné, že některé komponenty nebo látky mohou být identifikovány tak, že nejsou BAT, nebo že by neměly být vůbec používány. Všeobecný přístup k volbě vhodného biocidu bude zahrnovat lokální aspekty, jako jsou cíle stanovené pro jakost vody přijímací povrchové vody (recipientu). ________________________________________________________________ 130 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
4.6.3 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.6.3.1 Prevence konstrukčním provedením a údržbou
Tabulka 4.6: BAT pro redukování emisí do vody konstrukčním provedením a technikami údržby Relevantnost
Všechny mokré chladicí soustavy
Kotlový výměník tepla
Kondenzátory elektráren
Kritérium
Primární přístup BAT
Poznámky
Odkazy
Použití materiálů méně citlivých na korozi
Analýza korozívnosti látek používaných v procesu a chladicí vody za účelem volby správného materiálu
Kapitola 3.4
Redukování znečišťování a koroze
Konstrukční provedení chladicí soustavy k předcházení vzniku stojatých (mrtvých) oblastí
Příloha XI.3.3.2.1
Konstrukční Chladicí voda proudí uvnitř provedení potrubí a silně znečišťující k usnadnění čištění látka se nachází vně potrubí Redukování citlivosti na korozi
Použití Ti (titanu) v kondenzátorech používajících mořskou nebo poloslanou (brakickou) vodu
Redukování citlivosti na korozi
Použití slitin, jejichž korozívnost je nízká (nerezavějící ocel s vysokým indexem odolnosti proti důlkové korozi, nebo oceli legované mědí a niklem)
Závisí na konstrukčním provedení, teplotě T a tlaku procesu
Příloha III.1
Příloha XII
Změna na slitiny, jejichž korozívnost je nízká, Příloha může způsobit vytváření XII.5.1 patogenů
Použití soustavy automatického Kromě mechanického Příloha čištění může být potřeba Mechanické čištění čištění s pěnovými/porézními XII.5.1 koulemi/kuličkami nebo kartáči vysokotlaké vody Redukce usazování resp. sedimentace (znečišťování) v kondenzátorech Kondenzátory a výměníky tepla
Rychlost vody > 1,8 m/s pro nová zařízení a 1,5 m/s v případě retrofitu trubkového svazku
Redukce usazování resp. sedimentace (znečišťování) Rychlost vody > 0,8 m/s ve výměnících tepla Předcházení vzniku ucpání resp. zanesení
Použití filtrů k zachycování úlomků pro ochranu výměníků tepla v případech, kde se vyskytuje riziko ucpání
Podle korozívní citlivosti materiálu, jakosti vody a povrchové úpravy
Příloha XII.5.1
Podle korozívní citlivosti materiálu, jakosti vody a povrchové úpravy
Příloha XII.3.2
Příloha XII
__________________________________________________________________________________________
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
131
Kapitola 4
Tabulka 4.6: (pokračování/dokončení) BAT pro redukování emisí do vody konstrukčním provedením a technikami údržby
Relevantnost
Průtočná chladicí soustava
Otevřené mokré chladicí věže
Mokré chladicí věže s přirozeným tahem
Kritérium
Primární přístup BAT
Poznámky
Odkazy
Redukování citlivosti na korozi
Použití uhlíkové oceli ve vodních chladicích soustavách, pokud může být splněn přídavek na korozi
Redukování citlivosti na korozi
Použití sklolaminátů, obaleného železobetonu nebo uhlíkové oceli s (ochranným) povlakem v případě podzemních potrubí
Redukování citlivosti na korozi
Použití Ti (titanového) potrubí pro kotlový výměník tepla ve vysoce korozívním prostředí, nebo použití nerezavějící oceli vysoké jakosti s podobnými parametry
Redukování znečišťování v podmínkách slané vody
Použití výplně, která má schopnost dosáhnout malého znečišťování, s podpěrnou konstrukcí pro velkou zátěž
Příloha IV.4
Předcházení vzniku nebezpečných látek v důsledku úpravy proti znečištění
Úprava dřevěných částí použitím CCA nebo nátěrových hmot obsahujících TBTO není BAT
Část 3.4 Příloha IV.4
Redukování úpravy proti znečišťování
Použití výplně, která bere v úvahu jakost lokální (místní) vody (např. vysoký obsah pevných látek, kotelní kámen)
Příloha XII.8.3
Ne pro brakickou (poloslanou) vodu
Příloha IV.1
Příloha IV.2
Ti (titan) ne v redukčním prostředí, může být nutná Příloha IV.2 optimalizovaná kontrola bioznečištění
________________________________________________________________ 132 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
4.6.3.2 Omezování optimalizovanou úpravou chladicí vody
Tabulka 4.7: BAT pro redukování emisí do vody optimalizovanou úpravou chladicí vody Relevantnost
Kritérium Omezené použití přídavných látek
Primární přístup BAT
Poznámky
Odkazy Část 3.4 a Příloha XI.7.3
Monitorování a kontrola chemie chladicí vody Použití těchto látek není BAT:
Všechny mokré (chladicí) Použití méně nebezpečných soustavy chemikálií
• • • • •
Průtočná chladicí soustava a otevřené mokré chladicí věže
Průtočná chladicí soustava
sloučeniny chromu sloučeniny rtuti organokovové sloučeniny (např. organociničité sloučeniny) merkaptobenzothiazol šoková úprava biocidními látkami jinými než chlor, brom, ozon a H2O2
Část 3.4/ Příloha VI
Cílová dávka biocidu
Monitorovat makroznečištění za účelem optimalizování dávky biocidu
Omezené používání biocidů
Při teplotě mořské vody pod (10 – 12) ˚C žádné používání biocidů
V některých oblastech může být potřeba provést úpravu v zimě (přístavy)
Příloha V
Redukování emise FO
Využití kolísání dob zdržení a rychlostí vody s přidruženou hladinou FO a FRO 0,1 mg/l na výstupu
Není použitelné pro kondenzátory
Kapitola 3.4 Příloha XI.3.3.2
Emise volné (zbytkové) oxidační látky
FO nebo FRO ≤ 0,2 mg/l na výstupu pro průběžné chlorování mořské vody
Denní (24 h) průměrná hodnota
Příloha XI.3.3.2
Emise volné (zbytkové) oxidační látky
FO nebo FRO ≤ 0,2 mg/l na výstupu pro přerušované Denní (24 h) a nárazové (šokové) chlorování průměrná hodnota mořské vody
Příloha XI.3.3.2
Emise volné (zbytkové) oxidační látky
FO nebo FRO ≤ 0,5 mg/l na výstupu pro přerušované a nárazové (šokové) chlorování mořské vody
Redukování množství sloučenin Průběžné chlorování vytvářejících OX ve sladké vodě není BAT ve sladké vodě
Příloha XI.3.3.1.1
Hodinová průměrná hodnota v rozsahu jednoho dne používaná pro požadavky kontroly procesu
Příloha XI.3.3.2
Kapitola 3.4 Příloha XII
__________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 133
Kapitola 4
Tabulka 4.7: (pokračování/dokončení) BAT pro redukování emisí do vody optimalizovanou úpravou chladicí vody
Relevantnost
Kritérium Redukování množství chlornanu
Redukování množství biocidu a redukování Otevřené mokré odkalování chladicí věže Redukování emise rychle hydrolyzujících biocidů
Aplikování ozonu
Primární přístup BAT
Poznámky
Odkazy
Provozovat při 7 ≤ pH ≤ 9 chladicí vody
Příloha XI
Použití biologické filtrace bočního/vedlejšího proudu je BAT
Příloha XI.3.1.1 Část 3.4
Dočasně uzavřít odkalování po dávkování
Hladiny úpravy ≤ 0,1 mg/l O3/l
Posouzení celkových nákladů ve srovnání s aplikováním jiných biocidů
Příloha XI.3.4.1
4.7 Redukování emisí do vzduchu
4.7.1 Všeobecný přístup Vzduchovým emisím z chladicích věží poměrně nebylo věnováno mnoho pozornosti s výjimkou účinků vytváření parních vleček. Na základě některých uveřejněných údajů je učiněn závěr, že hladiny emisí do vzduchu jsou všeobecně nízké, ale že tyto emise by neměly být zanedbávány. Snižování hladin koncentrací v cirkulující chladicí vodě bude samozřejmě mít vliv na potenciální emisi látek, které se nacházejí v parní vlečce. Mohou být specifikována některá všeobecná doporučení, která mají charakter přístupu BAT. ________________________________________________________________ 134 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
Zrušit
4.7.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.8: BAT pro redukování emisí do vzduchu
Relevantnost
Všechny mokré chladicí věže
Všechny mokré chladicí věže
Všechny mokré chladicí věže
Kritérium
Primární přístup BAT
Předcházet tomu, aby parní vlečka dosáhla úrovně země
Emise parní vlečky v dostatečné výšce a s minimální rychlostí vypouštěného vzduchu na výstupu z věže
Předcházet vytváření parní vlečky
Použití hybridní techniky nebo jiných technik potlačujících vytváření parní vlečky jako je přihřávání vzduchu
Použití méně nebezpečných materiálů
Použití azbestu, nebo dřeva konzervovaného použitím CCA (nebo podobné látky) nebo použitím TBTO není BAT
Takové konstrukční provedení a umístění vývodu z (chladicí) Předcházet věže, které předchází riziku ovlivňování jakosti nasávání vzduchu (odváděného vnitřního vzduchu z chladicí věže) soustavami klimatizace vzduchu Redukování ztráty unášením
Použití eliminátorů unášení se ztrátou < 0,01 % celkového recirkulačního proudění
Poznámky
Odkazy
Kapitola 3.5.3
Vyžaduje lokální posouzení (městské oblasti, doprava)
Kapitola 3.5.3
Kapitola 3.8.3 Očekává se, že tento problém je méně důležitý pro velké chladicí věže s přirozeným tahem, jejichž výška je značná
Část 3.5
Zachovávat nízký odpor Část 3.5 proudění vzduchu a XI.5.1
4.8 Redukování emisí hluku 4.8.1 Všeobecně Hlukové emise mají lokální dopad. Hlukové emise chladicích zařízení jsou částí emisí hluku z daného místa. Byla identifikována celá řada primárních a sekundárních opatření, která mohou být použita pro snížení emisí hluku tam, kde to je nutné. Primární opatření mění hladinu akustického výkonu zdroje, zatímco sekundární opatření redukují vyzařovanou hladinu hluku. Sekundární opatření povedou zejména k tlakové ztrátě, která musí být kompenzována přívodem další energie, což snižuje celkovou energetickou účinnost chladicí soustavy. Definitivní volba techniky redukování hluku bude individuální záležitostí, stejně tak jako z toho vyplývající přidružená hladina výkonnosti. Následující opatření a minimální hladiny redukování se považují za BAT. __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 135
Kapitola 4
4.8.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.9: BAT pro redukování emisí hluku Chladicí soustava
Chladicí věže s přirozeným tahem
Kritérium
Primární přístup BAT
Přidružené hladiny redukování (hluku)
Redukování hluku sprchající vody v místě přívodu vzduchu
Jsou k dispozici různé techniky
≥ 5 dB(A)
Část 3.6
Redukování emise hluku kolem spodní části věže
Např. použitím zemní bariéry nebo stěny tlumící hluk
< 10 dB(A)
Část 3.6
Redukování hluku ventilátoru
Použití ventilátoru s nízkým hlukem, jehož charakteristiky jsou např.: – –
ventilátory s větším průměrem zmenšená obvodová rychlost (≤ 40 m/s)
Chladicí věže s umělým tahem (ventilátorové) Optimalizované Dostatečná výška nebo konstrukční instalování tlumičů hluku provedení difuzoru Redukování hluku
Použití opatření pro tlumení hluku na přívodu a vývodu
Odkazy
Část 3.6 < 5 dB(A) Část 3.6
Variabilní
Část 3.6
≥ 15 dB(A)
Část 3.6
4.9 Redukování rizika úniků v důsledku netěsností 4.9.1 Všeobecný přístup Pro redukování rizika úniků v důsledku netěsností musí být věnována pozornost konstrukčnímu provedení výměníku tepla, nebezpečnosti látek používaných v procesu a uspořádání chlazení. Mohou být použita následující všeobecná opatření k redukování výskytu úniků v důsledku netěsností: • volba materiálu pro zařízení mokrých chladicích soustav podle jakosti používané vody; • provozování (chladicí) soustavy podle jejího konstrukčního provedení; • pokud je vyžadována úprava chladicí vody, volba správného programu úpravy chladicí vody; • monitorování úniků v důsledku netěsností ve vypouštěné chladicí vodě recirkulačních mokrých chladicích soustav analýzou odkalované vody. ________________________________________________________________ 136 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 4
4.9.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.10: BAT pro redukování rizika úniků v důsledku netěsností Relevantnost 1)
Kritérium
Všechny výměníky tepla
Předcházet vzniku malých trhlinek
ΔT výměníku tepla ≤ 50 °C
Provoz v rozsahu mezních hodnot konstrukce
Monitorování činnosti procesu
Kotlový výměník tepla
Zařízení
Průtočné chladicí soustavy
Pevnost konstrukce trubkovnice
Primární přístup BAT
Technické řešení pro vyšší ΔT na základě „případ-od-případu“
Odkazy
Příloha III
Příloha III.1
Použití technologie svařování
Svařování není vždy použitelné
Příloha III.3
Redukování koroze
Teplota T kovu na straně chladicí vody < 60 °C
Teplota ovlivňuje zpomalování koroze
Příloha IV.1
Počet bodů podle VCI 5 – 8
Přímá soustava P chladicí vody > P procesu a monitorování
Okamžitá opatření v případě netěsností
Příloha VII
Počet bodů podle VCI 5 – 8
Přímá soustava P chladicí vody = Okamžitá opatření P procesu a automatické analytické v případě netěsností monitorování
Příloha VII
Počet bodů podle VCI ≥ 9
Přímá soustava P chladicí vody > Okamžitá opatření P procesu a automatické analytické v případě netěsností monitorování
Příloha VII
Počet bodů podle VCI ≥ 9
Přímá soustava s výměníkem tepla z vysoce antikorozívního materiálu/automatické analytické monitorování
Příloha VII
Počet bodů podle VCI ≥ 9
Změna technologie – nepřímé chlazení – recirkulační chlazení – vzduchové chlazení
Příloha VII
Chlazení nebezpečných látek
Monitorování chladicí vody se provádí vždy
Příloha VII
Použití preventivní Kontrola/inspekce pomocí údržby vířivých proudů Recirkulační chladicí soustavy
Poznámky
Chlazení nebezpečných látek
Automatická opatření v případě netěsností
Jsou k dispozici jiné nedestruktivní techniky kontroly/inspekce
Trvalé monitorování odkalované vody
1) Pro kondenzátory není tabulka použitelná
__________________________________________________________________________________________
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
137
Kapitola 4
4.10 Redukování biologického rizika 4.10.1 Všeobecný přístup Pro redukování biologického rizika způsobeného provozem chladicích soustav je důležité kontrolovat teplotu, pravidelně udržovat soustavu a předcházet vzniku vodního/kotelního kamene a koroze. Veškerá opatření se více méně nacházejí v rozsahu pracovních postupů dobré údržby, které by se vztahovaly všeobecně na recirkulační mokré chladicí soustavy. Kritičtější okamžiky jsou období uvádění do činnosti, kdy provoz (chladicích) soustav není optimální, a období nečinnosti pro uskutečnění opravy nebo údržby. V případě nových (chladicích) věží musí být úvahy provedeny v etapě konstrukčního řešení a při rozhodování o umístění/lokalizaci s ohledem na sousedící citlivé objekty, jako jsou nemocnice, školy a ubytovací zařízení pro postarší osoby.
4.10.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.11: BAT pro redukování biologického růstu Chladicí soustava
Všechny mokré recirkulační chladicí soustavy
Otevřené mokré chladicí věže
Kritérium
Primární přístup BAT
Redukování vytváření řas
Redukování světelné energie, která zasahuje chladicí vodu
Redukování biologického růstu
Předcházení vzniku oblastí bez pohybu (mrtvých oblastí) a aplikování optimalizované chemické úpravy
Čištění po propuknutí (po vypuknutí biologického růstu resp. infekce)
Kombinace mechanického a chemického čištění
Kontrola patogenů
Periodické monitorování patogenů v chladicích soustavách
Redukování rizika infekce
Obsluha (operátoři) by měla (by měli) nosit prostředky pro ochranu nosu a úst (maska P3), když vstupují dovnitř prostoru chladicí věže
Poznámky
Odkazy
Část 3.7.3
Část 3.7.3
Část 3.7.3 Pokud je v činnosti rozstřikovací resp. sprchovací zařízení, Část 3.7.3 nebo při vysokotlakém čištění
________________________________________________________________ 138 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Kapitola 5
5
ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ
5.1 Časové rozvržení práce Práce na tomto referenčním dokumentu BAT byly zahájeny v červnu 1997, kdy se ve dnech 19.-20. června 1997 uskutečnilo zahajovací zasedání, na kterém byl specifikován předmět činností a klíčové environmentální problematiky. Předmět činností původně zahrnoval také podtlakové soustavy, ale v důsledku jejich charakteristik velmi úzce se vztahujících k procesu, ve kterém jsou používány, byly považovány za příliš složité, aby byly zahrnuty všeobecným způsobem a byly ponechány mimo tuto práci. Byly sestaveny dva návrhy a předloženy technické pracovní skupině (TWG = „Technical Working Group“) za účelem konzultace. První návrh byl vydán v červnu 1999 a druhý návrh v březnu 2000. V obou konzultačních obdobích byly předloženy připomínky a nové informace. Konečné zasedání TWG se uskutečnilo ve dnech 29.-31. května 2000 a bylo dosaženo vysoké úrovně souhlasu (konsensu) pokud se jedná o obsah a také závěry BAT. Byla konstatována všeobecná podpora závěrům BAT ve věci horizontálního charakteru záležitosti průmyslových chladicích soustav. Odkazy na lokální aspekty a jejich důsledky pro závěry BAT byly solidně prodiskutovány. Optimalizace kondicionování resp. úpravy chladicí vody jakožto hlavní aspekt provozování chladicích soustav byla také intenzivně prodiskutována. Připomínky a nové informace předložené v průběhu a po zasedání byly začleněny do konečné zprávy. V hlavní části tohoto dokumentu je vysvětlen všeobecný přístup k rozhodnutí BAT vztahující se na průmyslové chladicí soustavy. Hlavní závěry ohledně přístupu BAT jsou uvedeny v Kapitole 4. Všeobecné pojetí BAT je ilustrováno v mnoha přílohách na praktických příkladech.
5.2 Zdroje informací Jako zdroj informací k sestavení návrhu tohoto dokumentu byl použit velký počet dokumentů, zpráv a informací od obsluh/operátorů chladicích soustav a od úřadů a institucí, stejně tak jako od dodavatelů zařízení a chemikálií (používaných pro úpravu) chladicí vody. Z těchto dokumentů mohou být považovány za všeobecné základní kameny tm001 (NL), tm056 a tm132 (Power Industry = energetický průmysl) a tm139 (dodavatelé zařízení). Jiné předložené informace byly více zaměřeny na konkrétní problematiky životního prostředí, kde byl do značné míry kladen důraz na kondicionování/úpravu chladicí vody. Dále byly získávány informace v průběhu návštěv míst (instalace chladicích zařízení) a na základě osobních komunikací o volbě technologie a o zkušenostech s aplikováním redukčních technik.
5.3 Doporučení pro další práci Chlazení je podstatný prvek v mnoha průmyslových procesech. Posuzování nejlepších dostupných technik pro chladicí soustavy odhalilo, že interní management tepla, volba a provoz chladicí soustavy a z toho vyplývající emise do životního prostředí se sebou přímo souvisí. Nicméně proces BREF nebyl schopen identifikovat příklady, které poskytují kvantifikovanou ilustraci tohoto principu a budoucí BREF by mohl mít užitek z dalšího zkoumání. V rozsahu technické pracovní skupiny (TWG) jednoznačně existuje souhlas, že BAT pro chladicí soustavy je přístup, v jehož rozsahu může být identifikováno množství specifických technik. Je to komplexní problematika, která zahrnuje termodynamické principy a vzájemné působení s charakteristikami procesu. Je zřejmé, že BAT pro chladicí soustavy představuje rovnováhu požadavků průmyslového procesu, který má být ochlazován, konstrukčního provedení a provozování chladicí soustavy a nákladů. Za tímto účelem je vyvinut přístup BAT __________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 139
Kapitola 5 s důrazem na prevenci prostřednictvím technologických změn a zdokonalujících se provozních postupů. Tento přístup respektuje rozdíl mezi novou chladicí soustavou a existující chladicí soustavou, ale v tomto dokumentu je zdůrazněno, že redukční opatření v již existujících chladicích soustavách mají tentýž cíl (jako redukční opatření, specifikovaná pro nová chladicí zařízení). Jinými slovy vyjádřeno platí tentýž přístup, ale je jasné, že volitelné možnosti pro redukování jsou v existujících chladicích soustavách omezeny. Proces výměny informací umožnil identifikovat množství technik, které mohou být považovány za přístup BAT na všeobecné úrovni, jak je uvedeno v Kapitole 4. Nicméně bylo obtížné stanovit techniky, které spadají pod primární přístup BAT pro chladicí soustavy. Zdá se, že existuje neochota identifikovat specifické redukční techniky v rámci horizontální problematiky, kde všeobecné aplikování nemusí být tak samozřejmé. Pokud se jedná o změnu technologie s přidruženým redukováním resp. přidruženým snížením emisí, nebyly učiněny dostupnými žádné podrobné informace o praktických příkladech k ilustrování potenciálu pro zlepšení, přičemž se uznává, že identické změny provedené v podobných chladicích uspořádáních by stále ještě mohly mít rozdílné hladiny přidruženého redukování emisí. Porovnání výkonnosti (chladicích) soustav by vyžadovalo mít porovnatelné jednotky a navrhuje se, aby údaje o výkonnosti byly vyjadřovány ve vztahu k jednotce ztrátového resp. rozptýleného tepla (MWth). V tomto dokumentu lze nalézt příklady pro případy, kde to bylo realizovatelné. Pokud se jedná o environmentální záležitosti přidružené k provozování průmyslových chladicích soustav, které jsou v rozsahu tohoto dokumentu, důraz je kladen převážně na redukování emisí do vodního prostředí. Bylo uvedeno několik údajů, které jsou považovány za reprezentativní a doporučuje se (sestavit) seznam, aby bylo možné poskytnout lepší představu, která by mohla posloužit jako „výšková značka“ („benchmark“) pro výsledky (budoucích) technik pro redukování (emisí). Technická pracovní skupina (TWG) považuje volbu přídavných látek chladicí vody za důležitou cestu k redukování potenciálně škodlivých emisí do vodního prostředí. K volbě na lokální úrovni je nutný všeobecný postup posouzení, do kterého jsou zahrnuty lokální charakteristiky. V tomto dokumentu BREF jsou uvedena dvě pojetí (resp. představy) jako pomůcky pro lokální posouzení přídavných látek chladicí vody. TWG považuje obě dvě představy za cenné nástroje, ale pojetí s využitím „výškové značky“ („benchmark“) (příloha VIII.1) je stále ještě teoretický model a bude vyžadovat další zkoumání. Emise z mokrých chladicích věží do vzduchu mohou obsahovat chemické látky nebo bakterie, ale společný názor v technické pracovní skupině (TWG) byl takový, že je k dispozici jenom velmi málo údajů. Pro identifikaci jejich důležitosti by bylo potřebné provést přesné měření za účelem kvantifikace emisí, daných spolehlivých režimů kondicionování (resp. úpravy) (chladicí) vody a účinnosti eliminátorů unášení. Bude potřebné uskutečnit další zkoumání dostupných údajů. V některých členských státech je v současné době věnováno mnoho pozornosti vývinu bakterie Legionella v mokrých chladicích věžích jako důsledek několika nedávných vypuknutí choroby/nemoci legionářů. Proto relativně rozsáhlá část (tohoto dokumentu) věnuje pozornost tomuto aspektu. Na základě předložených informací je jasné, že je potřebné uskutečnit další práci za účelem ustanovení reprezentativních hladin koncentrace bakterie Legionella a zdokonalit úpravy pro čištění (chladicích) soustav po propuknutích (této nemoci), stejně tak jako pro každodenní údržbu. Nebyla stanovena maximální hladina přijatelnosti jednotek vytvářejících kolonii (CFU) v chladicích soustavách s přidruženým nízkým rizikem. V současné době není jasné, zda taková hladina může být identifikována a další práce v budoucnosti může zaznamenat postup v této oblasti. Značný počet jednotlivých technik byl identifikován a posouzen jako přístup BAT, nicméně některé jsou stále ještě v etapě vývoje a mohou být považovány za nově vzniklé. Jejich aplikování a environmentální souvislosti ještě budou muset být posouzeny. Příkladem těchto technik je nádrž/rybník pro chlazení chladicí vody rozstřikováním a akumulace chladu a tepla. Doporučuje se, aby tento dokument byl za účelem posouzení výše uvedených témat za tři roky revidován. ________________________________________________________________ 140 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Odkazy
ODKAZY NA LITERATURU [Připomínka-1, ..] Informace předložené jako připomínka k prvnímu návrhu dokumentu BREF členy TWG (technické pracovní skupiny) (Členské státy nebo instituce). [Correia, 1995] Correia F.N. a jiní, Dostupnost vody, použití a instituce v Evropě, Souhrnná zpráva a vertikální záležitosti, Congres Center Instituto Superior Técnico (Lissabon (P), 1995). [Hadderigh, 1978] Hadderigh, R.H., 1978. Úmrtnost mladých ryb v soustavě chladicí vody v elektrárně Bergum. Verh. Internat. Verein. Limnol., svazek 20, strany 1827-1832. [Hadderingh, 1983] Hadderingh, R.H. a jiní, 1983. Narážení ryb v elektrárnách umístěných podél řek Rýn a Meuse v Nizozemsku. Hydrobiologický Bulletin 17 (2), strany 129-141. [KEMA, 1972] KEMA, 1972. Vliv šířky ok otočných sít na průchod a přežití mladých ryb stržených chladicí vodou u Flevo-elektrárny. KEMA-memorandum VII 78-87, MO-biol. [KEMA, 1982] KEMA, 1982. Problémy ryb u vstupu do elektrárny; shrnutí přednášky na 22. shromáždění Kruhu chemiků elektráren. KEMA-memorandum 82-12 MO-biol. [KEMA, 1992] KEMA, 1992. Odběr vzorků stržených ryb u jednotky 13. elektrárny v Geldrech, v březnu, červenci a listopadu 1990 a 1991. Zpráva KEMA 71176-MOB 92-3652. [Carter a Reader, v tisku] Carter, K.L. a J.P. Reader, (v tisku), Modely unášení a strhávání ryb 0+ v elektrárně na řece Trent, Anglie. [tm001, Bloemkolk, 1997] Bloemkolk, J.W. Vypouštění průmyslové chladicí vody. Chladicí soustavy a emise. Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 95.050 (Lelystad (NL), 1995, Anglický překlad 1997). ISBN 9036945445. [tm003, Van der Schaaf, 1995] Schaaf R.J van der., Závěrečná zpráva o alternativním průmyslu chladicích soustav. Závěrečná zpráva od Fluor Daniel na objednávku Ministerstva dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA (Lelystad (NL), 1995). [tm004, Baltus a Berbee, 1996] Baltus C.A.M., Berbee R.P.M., Používání biocidů v recirkulačních chladicích soustavách. Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 95.036 (Lelystad (NL), 1996). ISBN 903694550X. [tm005, Van Donk a Jenner, 1996] Donk M van., Jenner H.A., Optimalizace omezování bioznečištění v průmyslových soustavách chladicí vody s ohledem na životní prostředí. Edit. KEMA, na objednávku RIZA (Arnhem (NL), 1996).
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
141
Odkazy [tm010, Betz, 1991] Příručka Betz pro kondicionování průmyslové vody, 9. vydání, Trevose, U.S.A (1991). [tm012, UBA, 1982] Spolkový úřad životního prostředí, Komise pro odpadní teplo (edit.). Odpadní teplo – snižování, využití, Zpráva 82-3, Berlín (D) 1982. [tm014, KEMI, 1991] Kemikalieinspektionen 6/91 (Solna, (S), 1991). Miljöfarligheten hos mikrobiocider I kylvatten. (ISSN: 0284-1185). [tm032, Zimmerman a Hamers, 1996] Zimmerman, P., J.P. Hamers, Plánování a výstavba nehlučné hybridní chladicí věže bez výparů s environmentálně /ekologicky/ šetrnou úpravou vody pomocí ozonu pro GuD – elektrárnu v Nizozemsku, VGB Kraftswerkstechnik 76, 1996, sešit 6 (strany 502-505). [tm034, Hobson a jiní, 1995] Hobson, E., P. Lindahl, T. Massey, Zvyšování výkonu pomocí konstrukcí chladicích věží z NPF (národní energetická výplň? „National Power Fill“), VGB Kraftswerkstechnik 75, sešit 9 (strany číslo 829 až 833). [tm036, Wilsey, 1997] Wilsey, C.A., Alternativní úprava vody pro chladicí věže. ASHRAE Journal April, 1997 (strany 43-46). [038, Millar a jiní, 1997] Millar, J.D., G.K. Morris and B.G. Shelton, Choroba legionářů: Hledání účinné prevence, ASHRAE Journal, 1997 (strany 22-29). [tm039, Strittmatter a jiní, 1996] Strittmatter, R.J., Yang B., Johnson D.A., Aplikování ozonu pro vodu chladicích věží. ASHRAE Journal, 1996. [tm040, Schulze-Robbecke a Richter, 1994] Schulze-Röbbecke, R.,Richter, M., Vznik legionellových infekcí a jejich zabránění pomocí chladicích věží a recirkulačních/zpětných chladicích soustav/zařízení, GI Zdravotnický inženýr – Domácí technika – Stavební fyzika – Environmentální technika 115, 1994 (strany 71-77). [tm041, Burger, 1994] Burger, R., Volba správné výplně chladicí věže, Zpracování uhlovodíku, Srpen 1994 (strany 141 až 143). [tm042, Veil and Moses, 1995] Veil, J.A., Moses, D.O., Následky navrhovaných změn procesu čištění vody tepelnými požadavky na vypouštění. Pojednání uveřejněné EPRI, Mezinárodní konference pro čistou vodu, (Jolla, CA (USA), 1995). [tm044, Carhart and Policastro, 1991] Carhart, R.A. a Policastro, A.J., Model druhé generace pro vnik a rozptylování parní vlečky chladicí věže — I. Jednotlivé zdroje. Atmosférické prostředí. Svazek 25A, číslo 8, 1991 (strany 1559-1576). [tm046, Vanderheyden and Schuyler, 1994] Vanderheyden, M.D., Schuyler, G.D., Hodnocení a kvantifikace dopadu emisí chladicí věže na jakost venkovního vzduchu, Záznamy z výročního zasedání ASHRAE, Svazek 100, část 2 (strany 612-620). ___________________________________________________________________________________142 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Odkazy [tm056, Caudron, 1991] Caudron, L., Vzduchové průmyslové chlazení, vydání Eyrolles, Paříž (1991). [tm059, Mortier, 1995] Mortier, R., Předběžná úprava a odsolování kontaminované a brakické povrchové vody reverzní osmózou, Jednání na sympóziu o vodě 1995 (strany 144 až 158), Breda (NL). [tm059, Paping, 1995] Paping, L.L.M.J., Úspory energie čistýni chladiči, Jednání na sympóziu o vodě 1995 (strany 23 až 47), Breda (NL). [tm061, Eurovent/Cecomaf, 1997] Eurovent/ (WG 9, Chladicí věže), Akustika chladicí věže s umělým tahem, praktický návod, Paříž, Návrh z prosince 1997. [tm062, Dallmier, 1997] Dallier, A.W., J.D. Martens and W.F. McCoy, výkonnost stabilizovaných halogenovaných biocidů v chladicí vodě, zpráva 398, naperville, Illinois (USA, 1997). [tm064, Meier, 1990] Meier, D.A., Nulové odkalování – Řešení pro uchování vody, Mezinárodní konference o vodě, říjen 1990, Dotisk číslo 529. [tm065, Meier and Fulks, 1990] Meier, D.A., a K.E. Fulks, Volitelné možnosti úpravy vody a úvahy vztahující se na opětovné použití vody, Národní sdružení techniků zabývajících se korozí, zasedání ’90 v Las Vegas (USA) zaměřené na korozi, Dotisk číslo 520. [tm066, Phillips a Strittmatter, 1994] Phillips, E.C., and R.J. Strittmatter, Opětovné použití odpadního proudu chladicí vody jako přídavné vody pro chladicí věž, Výroční zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1994, Houston Texas (USA, 1994). [tm067, Hoots a jiní, 1993] Hoots, J.E., B.V. Jenkins and E.C. Ray, Volba řízeného chemického dávkování pro inhibitory a dispergující látky chladicí vody. Pojednání, které bylo uveřejněno na zasedání mezinárodní Asociace dálkového vytápění a chlazení, říjen 27 až 29, 1993, Tulsa (USA), Dotisk 622, Nalco. [tm068, Ambrogi, 1997] Ambrogi, R., Environmentální dopad alternativních biocidních úprav mořské vody proti znečištění průtočných chladicích soustav (1997). Jednání na sympóziu, které bylo zaměřeno na oxid chloričitý a dezinfekci, Řím (I), 1996. [tm070, Benschop, 1997] Benschop, P., Hodnocení látek a přípravků v kontextu zákona vztahujícího se na znečištění povrchových vod. Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 98.005 (Lelystad (NL), 1997). ISBN 9036951569. [tm071, Niebeek, 1997] Niebeek, G. Postup hodnocení látek a přípravků v kontextu zákona vztahujícího se na znečištění povrchových vod. Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 98.006 (Lelystad (NL), 1997). ISBN 9036951577.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
143
Odkazy [tm072, Berbee, 1997] Berbee R.P.M., Hoe omgaan met actief chloor in koelwater? (Jak používat aktivní chlor v chladicí vodě?), Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 97.077 (Lelystad (NL), 1997). ISBN 9036951240. [tm079, CES, 1994] Odborní poradci ve firmě “Environmentální vědy Ltd.”. Biocidy ve vodních chladicích soustavách (Beckenham (UK), 1994) na objednávku Ministerstva životního prostředí U.K. [tm082, Mittendorf, 1990] Mittendorf, E.D., Odstranění azbestové papírové výplně z velkých průmyslových chladicích věží. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1990, (Houston Texas (USA), 1990). [tm083, Adams a Stevens] Adams, S. and Stevens, J., Strategie pro zlepšení ekonomie chladicí věže. Pojednání uveřejněné na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1991, (New Orleans, Louisiana (USA), 1991). [tm084, Rice a Wilkes, 1992] Rice R.G. and Wilkes J.F. Biocidní aspekty ozonu pro úpravu chladicí vody – pravděpodobné dopady iontů bromidu. Pojednání uveřejněné na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1992, (Houston Texas (USA), 1992). [tm086, Van der Spek, 1993] Spek, H. van der, Redukování hluku vytvářeného chladicími ventilátory. Pojednání uveřejněné na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1993, (New Orleans, Louisiana (USA), 1993). [tm087, Engstrom a Tully, 1994] Engstrom, G.G. and J.C. Tully, Monitorování biologické kontroly v chladicích soustavách Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1994, (Houston Texas (USA), 1994). [tm090, Grab a jiní, 1994] Grab, L.A., J.A. Diemer, M.G. Freid, Účinek kontaminujících látek unikajících z procesu v důsledku netěsností na biocidní účinnost. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1994, (Houston Texas (USA), 1994). [tm091, Little a jiní, 1994] Little D. A., Mitchell WA., E.S. Lawson, Kontrola koroze železných kovů v chladicí vodě novými fosfonátovými inhibitory koroze. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1994, (Houston Texas (USA), 1994). [tm092, Becker a Burdick, 1994] Becker, B.R. and L.F. Burdick, Eliminátory unášení a výkonnost soustavy ventilátorů. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1994, (Houston Texas (USA), 1994). [tm093, Mirsky, 1995] Mirsky, G.R., Hluk chladicí věže. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1995, Fort Worth (Texas (USA), 1995). [tm094, Alfano a Sherren, 1995] Alfano, N.J. and D.J. Sherren, Uchování vody novou technologií chladicí vody, Pojednání uveřejněné na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1995, Fort Worth (Texas (USA), 1995). ___________________________________________________________________________________144 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Odkazy [tm095, Cunningham, 1995] Cunningham, R.J., Maximalizace cyklů koncentrace chladicí věže. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1995, Fort Worth (Texas (USA), 1995). [tm096, McCoy a jiní, 1995] McCoy, W.F., S.A. Borchardt, and M.R. Hermiller. Stopové biocidy: Nová technologie pro úpravu průmyslové vody. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1995, Fort Worth (Texas (USA), 1995). [tm97, Immell, 1996] Immell, W.F., Pohony ventilátorů s měnitelnými otáčkami pro chladicí věže. Pojednání uveřejněné na výročním zasedání Institutu pro chladicí věže v roce 1996, (Houston Texas (USA), 1996). [tm101, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Hybridní chladicí věže, Ratingen (D), 1996. [tm102, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Chladicí věže s přirozeným tahem – přirozené dobré řešení, Ratingen (D), 1996. [tm103, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Mokré chladicí věže s umělým tahem – chladicí vzduch je dodáván výkonem ventilátoru, Ratingen (D), 1996. [tm104, Tesche, 1997] Tesche, W., Volba kritérií pro různé typy chladicích věží, Balcke-Dürr Ratingen (D), 1997. [tm109, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Vzduchem chlazené výměníky tepla pro průmysl uhlovodíkových procesů, Ratingen (D), 1996. [tm110, BDAG, 1995] Balcke Dürr AG, Technické informace o chladicích věžích pro použití se slanou vodou (osobní poznámky) [tm111, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Vzduchem chlazené výměníky tepla, Ratingen (D), 1996. [tm113, Streng, 1996] Streng, A., Kombinované suché/mokré chladicí věže s konstrukcí článkového typu, Americká konference o energetice, 58. výroční zasedání, (Chicago (USA), 1996). [tm117, Remberg a Fehndrich, 1993] Remberg, H.-W. and B. Fehndrich, Zvýšení stupně účinnosti mokrých chladicích věží s přirozeným tahem nahrazením chladicích konstrukcí z azbestocementu konstrukcemi z umělých hmot, elektrárna a životní prostředí, 1993 (strany 112 až 117). [tm123, Alt a Mäule, 1987] Alt, W. and R. Mäule, Hybridní chladicí věže v ekonomickém porovnání s mokrými a suchými chladicími věžemi, VGB Kraftwerkstechnik 8, (strany 763 až 768), 1987. [tm131, Dziobek, 1998] Dziobek, Th., Ozon ucpává díru v pokladně (“Ozone fills financial gap in the pocket”), Environmentální technika (zvláštní díl Voda), duben 1998.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
145
Odkazy [tm132, Eurelectric, 1998] BAT pro chladicí soustavy. Eurelectric, Evropská skupina/koncern průmyslu dodávání energie, (Brussels (B), 1997, aktualizováno 1998). [tm135, Nalco, 1988] Nalco příručka pro vodu, 2. vydání, USA (1988). [tm136, Jäggi/Günthner, 1997] Jäggi/Günthner, Průmyslová chladicí zařízení pro opětné chlazení (dochlazování), Technické informace, vydání 9.97, Bern (1997). [tm139, Eurovent, 1998] Návrh dokumentu BREF pro chladicí soustavy. Návrh sestaven Coopers & Lybrand Umwelt (“Umwelt” = životní prostředí) (1998) na objednávku Eurovent, Evropské komise výrobců vzduchotechniky (“air handling”) a chladicích zařízení. Číslo zprávy: 61350027. [tm144, Cabanes a jiní, 1997] Cabanes, P.A., E. Pringuez, F. Siclet, M. Khalanski, and P. Pernin, Nepřetržité chlorování za účelem omezování/kontroly patogenicky volně žijících améb/měnivek v uzavřených okruzích elektrárny, The Environmental Professional (asi název periodika, pozn.), svazek 19, 1997 (strany 192 až 200). [tm145, Werner a Pietsch, 1991] Werner, H.-P. von, M. Pietsch, Hodnocení rizika infekce vyplývajícího z výskytu bakterií Legionella v chladicích okruzích elektráren, VGB Kraftwerkstechnik 71, sešit 8, strany 785 až 787 (1991). [tm146, Daamen a Savelkoul, 1999] Daamen E.J., a J.T.G. Savelkoul, Biofiltrace bočního proudu v otevřených recirkulačních chladicích soustavách. In: proceedings Watersymposium ’99, Breda, NL (1999). [tm147, Bloemkolk a Van der Schaaf, 1996] Bloemkolk J.W., R.J. van der Schaaf, Alternativy konstrukčního provedení pro použití chladicí vody v průmyslových procesech: Minimalizace environmentálního dopadu způsobeného chladicími soustavami, J. Cleaner Production (asi název periodika, pozn.) svazek 4, číslo 1, strany 21 až 27, 1996. [tm148, RIZA, 1996] RIZA, Strhávání ryb velkorozměrným nabíráním chladicí vody. Problematika a doporučení. Zápis FWVO 96.01 (January, 1996). [tm149, Baltus a jiní, 1999] Baltus, C.A.M., L.C.M., Kerkum and P.G.M. Kienhuis, Akutní toxicita odkalu chladicí vody z recirkulačních chladicích soustav, Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 99.025 (Lelystad (NL), 1997). ISBN 9036952492. [tm150, Paping, 1999] Paping, L.L., Studie realizovatelnosti použití nádrží/rybníků pro chlazení chladicí vody rozstřikováním, Osobní poznámky ke studii, Dow Europe (Terneuzen (NL), 1999). [tm151, BAC, 1999] Baltimore Aircoil (pravděpodobně název periodika, pozn.), uchovávání H2O použitím hybridního tekutinového chladiče HXI, Informační brožura/příručka, Heist-op-den-Berg (B), 1999. [tm152, Taft, 1999] Taft, E.P., Technologie ochrany ryb: Zpráva o stavu této záležitosti. Výzkumná laboratoř Alden Inc., Holden (USA), 1999. ___________________________________________________________________________________146 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Odkazy [tm153, Paping a jiní, 1999] Paping, L.L.M.J., H.A. Jenner, H.J.G. Polman, B.H. te Winkel and M.R. de Potter, Ekologické podmínky a optimalizace průtočné vodní chladicí soustavy, Jednání na sympóziu o vodě 1999, strany 327 až 355 (Breda (NL), 1999). [tm154, Besselink a jiní, 1999] Besselink, V.V., M.A.M. Beerlage, W. de Jongh and G. Koopmans, Studie rentability alternativního chlazení použitím rozstřikovacích nádrží/rybníků, zpráva KEMA číslo 99532763.EP.163 99P01, Arnhem (NL) 1999. [tm155, Berbee, 1999] Berbee, R.P.M., Legionella v povrchové chladicí vodě, v RWZI, kde vlastně ne? Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 99.057 (Lelystad (NL), 1999). ISBN 9036952867. [tm156, Schmittecker a jiní, 1999] Schmittecker, B.M., K.-P. Henke, and W. Bergmann, Úprava chladicí vody použitím ozonu (“Cooling water treatment with ozone”), VGB KraftwerksTechnik 4/99. [tm157, Jenner a jiní, 1998] Jenner, H.A., J.W. Whitehouse, C.J.L. Taylor and M. Khalansky, Management chladicí vody při chlazení elektráren – Biologie a omezování znečištění, Hydroecologie Appliquee (pravděpodobně název publikace, pozn. překl.), kniha 10, svazek 1 až 2, 1998, ISSN: 1147-9213. [tm158, VGB, 1998] VGB, Směrnice VGB, Snižování hlučnosti v tepelných elektrárnách, VGB-R 304, duben 1998. [tm159, KEMA/EPON, 1993] KEMA na objednávku N.V. EPON, Zpráva o účinku na životní prostředí od WKC-Nijmegen. (Zpráva o environmentálním účinku teplárenské a elektrárenské jednotky Nijmegen), Arnhem (NL), 1993, Referenční číslo KEMA 21446-KEC 92-363. [tm160, Bijstra, 1999] Bijstra, D., Zodpovědné zacházení s biocidy v chladicí vodě. Zpráva FWVO 99.02. (NL, 1999). [tm161, Borgerding, 1998] Borgerding, P.H., Koelsystemen. Chladicí soustavy. “Chlazení je víc než teplo”. (Chladicí soustavy. “Chlazení je víc než jen záležitost tepla”). Ministerstvo dopravy, veřejných prací a managementu vody, Generální ředitelství managementu vody, RIZA. Číslo zprávy: 98.056 (Lelystad (NL), 1998). ISBN 9036952107. [tm164, Travade, 1987] Travade F., Nasávání organismů při přívodu vody do elektráren (RGN, 1, strany 59 až 62, 1987). [tm165, Turnpenny a jiní, 1985] Turnpenny, A.H.W., T.E. Langford and R.J.Aston, Elektrárny a ryby. (Výzkum ECB, strany 27 až 39, 1985). [tm166, Morton a jiní, 1986] Morton, S.J., C.L.R. Bartlett, L.F. Bibby, D.N. Hutchinson, J.V. Dyer, P.J. Dennis, Propuknutí choroby legionářů pocházející od vodních chladicích soustav v elektrárnách. Britský časopis průmyslového lékařství (British Journal of Industrial Medicine) 1986; 43: 630-635. [tm167, Fliermans, 1996] Fliermans, C.B., Ekologie bakterií Legionella: Od údajů k poznatkům s nízkou úrovní rozumového přístupu (From data to knowledge with a little wisdom). Microbial Ecology 1996, 32: 203 až 228. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
147
Odkazy [tm168, De Potter a jiní, 1996] De Potter, M.R., H.J.G. Polman a B.H. te Winkel, Účinnost a environmentální dopad zvýšeného dávkování chlornanu v Dow Benelux 1995, zpráva KEMA 64683-KES/WBR 96-3114. [tm169, De Potter a jiní, 1997] De Potter, M.R., H.J.G. Polman a B.H. te Winkel, Účinnost a environmentální dopad zvýšeného dávkování chlornanu v Dow Benelux 1996, zpráva KEMA 64683-KES/WBR 97-3128. [tm170, De Potter a Polman, 1999] De Potter, M.R. a H.J.G. Polman, Účinnost a environmentální dopad zvýšeného dávkování chlornanu v Dow Benelux 1997, zpráva KEMA 9756058-KPG/CET 99-4403. [tm171, Polman, 2000] Polman H.J.G., Optimalizace opatření proti znečišťování pulsním – střídavým chlorováním v Dow Benelux 1999, zpráva KEMA 99550566-KPS/MEC.
___________________________________________________________________________________ 148 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
PŘÍLOHY
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
149
Obsah
PŘÍLOHA I 155 I.1 I.2 156 I.3 I.4 I.5
TERMODYNAMICKÉ PRINCIPY …………….…………………………..….
Předávání tepla v kotlovém výměníku tepla ……………………………………………………….. 155 Přiblížení ………………………………………………………………………………………....…. Kapacita/výkonnost výměníku tepla ……………………………………………………………….. 157 Teplota vlhkého a suchého teploměru …………………………………………………………….... 158 Vztah mezi předáváním tepla a teplosměnnou plochou ……………………………………………. 158
PŘÍLOHA II 161
PRINCIP ÚSPORY ENERGIE OPTIMALIZOVANÝM CHLAZENÍM …….
II.1 II.2 II.3 II.4
Předmět přílohy …………………………………………………………………………………….. 161 Souhrn závěrů …………………………………………………………………………………….… 161 Úvod ………………………………………………………………………………………………... 162 Výpočty …………………………………………………………………………………………..… 164 II.4.1 Principy ………………………………………………………………………………….... 164 II.4.2 Množství chladicí vody ↑ …………….………………………………………………….... 166 II.4.3 Množství chladicího vzduchu ↑ …………….……………………………………..……… 167 II.4.4 Teplota produktu ↑; objem plynu ↑ …………………………………………………….…. 168 II.4.5 Tlak produktu ↑; chladicí kompresor ↑ …………………………………………………… 169 II.5 Celkový potenciál uchování energie na ºC chladnější mezní vrstvy chladicí vody ……..……….… 170 II.5.1 Účinnost výroby energie ↑ ………………………………………………………………... 170 II.5.2 Celková spotřeba vody pro chlazení v Nizozemském průmyslu (kromě elektráren) …….. 171 II.5.3 Celkový potenciál uchování energie na ºC chladnější mezní vrstvy chladicí vody ……..... 172 II.6 Příklady výpočtů pro relativní uchování energie a redukování environmentálního dopadu dosaženého použitím inhibitorů …………………………………….… 173 II.6.1 Příspěvek způsobený oxidací ……………………………………………………………... 173 II.6.1.1 Průtočná chladicí soustava …………………………………………………….. 173 II.6.1.2 Otevřená recirkulační (chladicí) soustava ……………………………………... 174 II.7 Příklady výpočtů relativních úspor energie použitím chladnější chladicí vody ……………………. 176 II.7.1 Pobřežní voda versus chladicí věže …………………...………………………………….. 176 II.7.2 Říční voda versus chladicí věže …………………………………………………………... 176 II.7.3 Podzemní voda versus chladicí věž ….…………………………………………………… 177 II.8 Dodatek k environmentálním dopadům ……………..…………………………………………...… 177
PŘÍLOHA III KOTLOVÉ VÝMĚNÍKY TEPLA PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY A VÝSKYT ÚNIKŮ NETĚSNOSTMI ………...…. 179
PRŮTOČNÉ
III.1 Konstrukční provedení kotlového výměníku tepla pro průtočné (chladicí) soustavy .…………….. 180 III.2 Únik v důsledku netěsností v kotlových výměnících tepla ………………………………………… 182 III.3 Alternativy ………………………………………………………………………………………..… 183
PŘÍLOHA IV PŘÍKLADY VOLBY MATERIÁLU PRO VODNÍ CHLADICÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLOVÝCH (NE-ELEKTRÁRENSKÝCH) POUŽITÍCH ……..…. 185 IV.1 IV.2 IV.3 IV.4
Úvod ………………………………………………………………………………………………... 185 Přímé průtočné soustavy (s brakickou vodou) …...………………………………………………… 186 Nepřímé průtočné soustavy (brakická voda/demin-voda) ……..………………………………...… 188 Otevřené recirkulační chladicí soustavy …………………………………………………………… 189 IV.4.1 Použití sladké vody v otevřené mokré chladicí věži ……………………………………… 189 IV.4.2 Použití slané vody v otevřených mokrých chladicích věžích …………………………..… 189
PŘÍLOHA V PŘEHLED CHEMIKÁLIÍ PRO KONDICIONOVÁNÍ VODNÍCH CHLADICÍCH SOUSTAV …………………………………..…… 191 V.1
Inhibitory koroze …………………………………………………………………………………… 191 V.1.1 Koroze …………………………………………………………………………………..… 191 V.1.2 Používané inhibitory koroze ………...………………………………………………….… 191 V.2 Inhibitory kotelního kamene ……………………………………………………………………..… 192 V.2.1 Tvorba kotelního kamene ……………………………………………………………….… 192 V.2.2 Používaná inhibice kotelního kamene …………………………………………………..… 192 __________________________________________________________________________________________
150
Listopad 2000 V.3 V.4
V.5
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Inhibitory znečištění (dispergovadla) …………………………………………………..…………... 193 V.3.1 Znečištění …………………………………………………………………………………. 193 V.3.2 Používané inhibitory znečištění ……...…………………………………………………… 194 Biocidy …………………………………………………………………………………………...… 194 V.4.1 Bioznečištění ……………………………………………………………………………… 194 V.4.2 Používaná biocidní úprava ……...………………………………………………………… 197 V.4.3 Oxidační biocidy ………………………………………………………………………..… 197 V.4.4 Neoxidační biocidy ……………………………………………………………………..… 199 V.4.5 Faktory určující použití biocidů ………………………………………………………...… 200 V.4.6 Vzájemné působení s jinými chemikáliemi pro úpravu vody …………………………….. 202 Cykly koncentrace a rovnováha vody …………………………………………………………….... 202
PŘÍLOHA VI
PŘÍKLAD LEGISLATIVY V EVROPSKÝCH ČLENSKÝCH STÁTECH . 205
PŘÍLOHA VII PŘÍKLAD KONCEPCE BEZPEČNOSTI PRO OTEVŘENÉ CHLADICÍ SOUSTAVY (KONCEPCE VCI) …………………………..…… 209 VII.1 VII.2 VII.3 VII.4
MOKRÉ
Úvod do koncepce ………………………………………………………………………………….. 209 Požadavky koncepce ……………………………………………………………………………….. 211 Dodatek 1 – Automatické analytické monitorování průtočných chladicích soustav ………………. 213 Dodatek 2 – R-formulace použité pro výpočet počtu bodů podle VCI …………………………….. 214
PŘÍLOHA VIII PŘÍKLADY PRO POSOUZENÍ CHEMIKÁLIÍ CHLADICÍ VODY ….… 217 VIII.1 Koncepce posouzení „benchmark“ pro chemikálie chladicí vody ……………………………….... 217 VIII.1.1 Úvod …………………………………………………………………………………….. 217 VIII.1.1.1 Prostředí ……………………………………………………………………. 217 VIII.1.1.2 Relevantní legislativní prostředí …………………………………………… 218 VIII.1.1.3 Rámcová směrnice o vodě (WFD) ……………………………………….... 218 VIII.1.2 Posouzení „benchmark“: úvod do koncepce ………………………………………….... 219 VIII.1.2.1 PNEC ………………………………………………………………………. 220 VIII.1.2.2 PEC ……………………………………………………………………….... 221 VIII.1.3 Základní rovnováhy materiálů chladicích věží …………………………………………. 222 VIII.1.3.1 Základní rovnice chladicích věží …………………………………………... 222 VIII.1.3.2 Rovnováha vody ………………………………………………………….... 222 VIII.1.3.3 Rovnováha materiálu ……………………………………………………..... 222 VIII.1.3.4 Koncentrace ……………………………………………………………..…. 223 VIII.1.3.5 Diskuse …………………………………………………………………….. 223 VIII.1.4 Výpočet PEC a posouzení „benchmark“ ……………………………………………….. 224 VIII.1.5 Výpočtové metody …………………………………………………………………….... 226 VIII.1.5.1 Jednoduché látky …………………………………………………………... 226 VIII.1.5.2 Komplexní úprava několika látkami ………………………………………. 226 VIII.1.6 Dodatek I: Výtah z technického průvodního dokumentu …………………………...…. 228 VIII.2 Koncepce metody lokálního posouzení chemikálií pro úpravu chladicí vody, se zvláštním důrazem na biocidy …………………………………………………………………... 231 VIII.2.1 Úvod …………………………………………………………………………………….. 231 VIII.2.2 Klíčové záležitosti ………………………………………………………………………. 232 VIII.2.3 Příklad navrhované metody lokálního posouzení …………………………………….… 235
PŘÍLOHA IX PŘÍKLAD MODELU PRO ODHADOVÁNÍ BIOCIDŮ V ODKALOVANÉ VODĚ ……………..……………………..…… 239
EMISÍ
PŘÍLOHA X INVESTIČNÍ NÁKLADY A PROVOZNÍ NÁKLADY ZAŘÍZENÍ A ČÁSTÍ CHLADICÍCH SOUSTAV PRO NE-ELEKTRÁRENSKÁ POUŽITÍ …...… 241 PŘÍLOHA XI PŘÍKLADY TECHNIK, KTERÉ SE POSUZUJÍ PŘI PŘÍSTUPU BAT PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY ……...… 247
PRIMÁRNÍM
XI.1 Úvod ………………………………………………………………………………………………... 247 XI.2 Úspory chladicí vody pomocí opětovného použití vody …………………………………………… 247 XI.2.1 Opětovné použití (odpadní) vody jako přídavné vody pro chladicí věž …….………..… 248 XI.2.2 Soustava s nulovým vypouštěním ………………………………………………………. 249
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
151
XI.2.3 Rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody ………….…………………...……….... 250 XI.2.4 Skladování v chladu …..…………………………………………………………...……… 251 XI.3 Redukce emisí optimalizací úpravy chladicí vody …………………………………………………. 253 XI.3.1 Biofiltrace bočního proudu v otevřené recirkulační vodní chladicí soustavě ……...…...… 253 XI.3.2 Fyzikální metody ……………………………………………………………………......… 256 XI.3.3 Optimalizace použití biocidu ……………………………………………………………... 258 XI.3.3.1 Monitorování …………………...………………………………………….…... 258 XI.3.3.1.1 Monitorování makroznečištění ……………………………………..……. 258 XI.3.3.1.2 Stopové biocidy pro biocidní a mikrobiologickou aktivitu …………….... 258 XI.3.3.2 Dávkování biocidu …………………………………………………………...... 259 XI.3.3.2.1 Různé režimy kondicionování pro získání optimálního ročního celkového použití oxidační látky v průtočných (chladicích) soustavách proti makroznečištění a mikroznečištění ………………………....……… 259 XI.3.3.2.2 Pulzující střídavé chlorování v průtočných soustavách ……………..…… 261 XI.3.4 Alternativní úpravy chladicí vody ……………………………………………………...…. 264 XI.3.4.1 Ozon ……………………………………………………………………...….… 264 XI.3.4.2 Úprava použitím UV ……………………………………………………...…… 266 XI.3.4.3 Katalytická úprava peroxidem vodíku ……………………………………...…. 266 XI.3.4.4 Oxid chloričitý ………………………………………………………………… 267 XI.3.4.5 Iontové čištění vody pro úpravu vody chladicí věže …………………...……… 270 XI.3.4.6 Stabilizující halogenované biocidy ve vodě chladicí věže ………………...…... 270 XI.3.4.7 Činidla k nanášení tenkých povlaků proti znečištění, korozi a vytváření kotelního kamene ……………………………………………….… 271 XI.3.4.8 Stabilní organické inhibitory koroze v otevřených mokrých chladicích věžích …………………………………………………..… 274 XI.3.5 Úprava vypouštěné chladicí vody ……………………………………………………….... 275 XI.4 Pohony s měnitelným kmitočtem pro snížení spotřeby energie ……………………………………. 276
PŘÍLOHA XII ZVLÁŠTNÍ POUŽITÍ: ENERGETICKÝ PRŮMYSL …..…..…………..… 277 Shrnutí …………………………………………………………………………………………………...… 277 XII.1 Úvod ……………………………………………………………………………………………...… 277 XII.2 Chladicí soustavy elektráren – principy a připomínky ………………………………………….….. 278 XII.3 Možné environmentální dopady chladicích soustav ……………………………………………….. 279 XII.3.1 Vypouštění tepla do ovzduší …………………………………………………………….... 279 XII.3.2 Ohřívání přijímacích vodních prostředí (recipientů) …………………………………….... 281 XII.3.3 Nasávání organismů do přívodů vody …………...……………………………………….. 282 XII.3.4 Změny přijímacího prostředí vypouštěním chemických látek ……………………………. 283 XII.3.5 Jiné možné škodlivé účinky vyplývající z volby některých chladicích soustav ………….. 286 XII.4 Předběžná studie míst: nezbytný nástroj pro vyhodnocení jejich přijímací kapacity, omezování dopadů a prevence škodlivých účinků …………………………………………………. 287 XII.4.1 Analýza situace ………………………………………………………………………….... 287 XII.4.2 Matematické modelování, simulace na modelech a zkoušky na pilotních cyklech, první nezbytné nástroje …………………………………………………………………… 287 XII.5 Konstrukční provedení komponent a volba materiálů …………………………………….……..… 288 XII.5.1 Mokré chlazení ……………………………………………………………………………. 288 XII.5.2 Hybridní chlazení …………………………………………………………………….…… 289 XII.5.3 Suché chlazení ………………………………………………………………………….…. 290 XII.5.3.1 Vzduchem chlazený kondenzátor s umělým tlakovým tahem ……………….... 290 XII.5.3.2 Vzduchem chlazený kondenzátor s přirozeným tahem ……………………...… 290 XII.5.3.3 Uzavřené recirkulační suché chladicí věže …………………………………..... 291 XII.5.4 Chladicí věže s vypouštěním vyčištěných kouřových plynů …………………………...… 291 XII.6 Porovnání nákladů mezi různými typy chladicích věží ………………………………………..… 292 XII.7 Volba alternativních metod úpravy cirkulující vody – monitorování …………………………….... 295 XII.7.1 Úprava proti tvorbě kotelního kamene ………………………………………………….… 295 XII.7.2 Úpravy proti znečištění (biocidy) ………………………………………………………. 296 XII.7.3 Monitorování ……………………………………………………………………………… 296 XII.8 Konstrukční provedení soustavy chlazení …………………………………….………………...….. 297
XII.8.1 Konstrukční provedení a rekuperace energie …………………………………………..…. 297 _________________________________________________________________________________________ 152 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL XII.8.2
Konstrukční provedení a opatření pro redukování hluku ……………………….….
XII.8.3 XII.8.4
Implementace fyzikálních metod ……………………………………………….…. 297 Modelování a pilotní zkoušky ……………………………………………..…….…
297 298 XII.8.5 Volba chladicí soustavy …………………………………………………...……..... 298 XII.9 Závěry ……………………………………………………….…………………………...……...... 298 XII.10 Literatura …………………………………………………………………………………….……. 300 XII.11 Obrázky ………………………………………………………………………………...….......…. 306 Seznam tabulek Tabulka I.1: Faktory zanesení pro kotlové výměníky tepla, indikativní hodnoty [Van der Schaaf, 1995] .... 155 Tabulka I.2: Měrné tepelné kapacity vzduchu a vody ……………………………………………………… 157 Tabulka I.3 Koeficienty předávání tepla a odhadované povrchové plochy A (m2) na MW a při 20 K středního teplotního rozdílu pro různá průmyslová použití …………………………………... 158 Tabulka I.4 Účinky principu chlazení na výkon/kapacitu, přiblížení a chladicí povrch chladicí soustavy ... 159 Tabulka II.1 Spotřeba energie v kWe, spotřeba elektřiny/MWth, chlazení při čistých výměnících tepla …………....… 163 Tabulka II.2 Střední dosažitelné nejnižší vstupní teploty chladicí vody pro různé chladicí soustavy během měsíců červenec a srpen v Nizozemsku ………………………………………………. 163 Tabulka II.3 Poměry uchování pro průtočné a recirkulační chladicí soustavy ………………………….... 177 Tabulka II.4 Uchování energie s možným chladnějším zdrojem chladicí vody …………………………..... 177 Tabulka IV.1 Rychlost chladicí vody a typ materiálu ……………………………………………………..… 185 Tabulka IV.2 Materiály použité pro čerpadla brakické vody …………………………………...………...…. 186 Tabulka IV.3 Materiály použité pro kotlové výměníky tepla s brakickou vodou ………………………....… 187 Tabulka V.1 Přehled znečišťujících a ucpávacích organismů a stupeň znečištění v mořské, brakické a sladké vodě. V posledním sloupci jsou uvedeny zmírňující techniky ……………………... 195 Tabulka V.2 Odhadované míry spotřeby některých běžně používaných oxidačních biocidů v několika evropských členských státech …………………………………………………..… 198 Tabulka V.3 Odhadované míry spotřeby v některých evropských členských státech některých běžně používaných neoxidačních biocidů v kg/rok …………………………………………... 200 Tabulka VII.1 Počet bodů pro systém R-formulací k výpočtu celkového počtu bodů pro látky, které jsou používány v procesu ………………………………………………………… 210 Tabulka VII.2 Požadavky bezpečnostní koncepce VCI na technologii chlazení …………………………..… 211 Tabulka VII.3 Popis R-formulací použitých k výpočtu počtu bodů VCI pro volbu chladicích soustav …..… 214 Tabulka VIII.1 Výpočet PEC a posouzení „benchmark“ ………………………………………………….….. 225 Tabulka VIII.2 Faktory posuzování k odvození PNEC ……………………………………………………….. 229 Tabulka VIII.3 Předpovídané koncentrace DBNPA v různých povrchových vodách pro tento příklad …….... 237 Tabulka VIII.4 Ekologické údaje DBNPA ……………………………………………………………………. 237 Tabulka VIII.5 Následky uzavírání vypouštění ……………………………………………………………….. 238 Tabulka X.1 Nákladné části vodních a vzduchových chladicích soustav …………………………….….… 243 Tabulka X.2 Cenové údaje pro vodní a vzduchové chladicí soustavy pro průmyslová použití kromě elektráren (1993 – 1995) …………………………………………………………….. 244 Tabulka XI.1 Investiční náklady a cena energie na MWth pro rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody a pro chladicí věže ……………………………………………………….…..… 251 Tabulka XI.2 Fyzikální techniky pro minimalizaci používání biocidu ……………………………………… 257 Tabulka XI.3 Vliv použití režimu optimálního dávkování na počet úniků v důsledku netěsností způsobených mušlemi ……………………...…………………………………….... 262 Tabulka XI.4 Typické dávkování oxidu chloričitého pro průtočné a recirkulační soustavy v Evropě …........ 268
Tabulka XI.5 Vliv oxidu chloričitého použitého v průtočných soustavách na usazování larev …………..… 269 Tabulka XII.1 Příklad zjednodušené rovnováhy tepelného cyklu pro konvenční nové konstrukce ……….…. 278 Tabulka XII.2 Vztah mezi instalovaným výkonem a parametry chlazení ………………………………….… 278 Tabulka XII.3 Porovnání různých typů recirkulačních chladicích soustav s dobou životnosti 25 let a poměrem aktualizace 8 % (studie pro jednotky EDF o výkonu 1 300 MWe) ……………..... 293 Tabulka XII.4 Porovnání mokrých chladicích věží a vzduchem chlazeného kondenzátoru s dobou životnosti 20 let a poměrem aktualizace 8 % pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem ………. 293 Tabulka XII.5 Vztah mezi koeficientem koncentrace, průtokem odebírané vody a energií vypouštěnou do přijímacího vodního toku (recipientu) (individuální příklad) ………...……………….….. 295 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
153
Seznam obrázků Obrázek II.1: Obrázek II.2: Obrázek II.3: Obrázek II.4: Obrázek II.5: Obrázek II.6:
Znázornění oblastí potenciální úspory energie snížením teplotního gradientu znečišťující vrstvy jakož i použitím přívodu studenější chladicí vody ……………………... 162 Grafické znázornění faktorů znečištění, které jsou zodpovědné za zvýšený teplotní gradient stěny trubky ……………………………………………………………..… 164 Schematické znázornění hnací síly v rozsahu délky výměníku tepla ………………………. 166 Počet čerpadel chladicí vody a změna průtoku chladicí vody v důsledku znečištění ….…… 167 Změna teplotního gradientu plynného produktu (moly) v protiproudém výměníku tepla v důsledku znečištění ………………………………………………………………….. 168 Znázornění zvýšení tlaku procesu pro kompenzaci zvýšení teploty v důsledku znečištění ………………………………… …………………………………….. 169
Obrázek II.7: Obrázek III.1: Obrázek III.2:
Účinnost výroby energie pro čerpadla, ventilátory a kompresory ………………………..… 170 Hlavní komponenty kotlového výměníku tepla …………………………………………..… 179 Terminologie výměníků tepla (technické výměníků
normy Sdružení výrobců trubkových (tepla)) ………………….…….
181 Obrázek V.1:
Rovnováha chladicí věže a pevných odpařovací chladicí soustavu
látek
pro
používající chladicí věž ……………………………… ………………………………….….. 203 Obrázek V.2:
Snížení průtoku přídavné vody koncentrací v odpařovací chladicí soustavě …………...…... 203 Obrázek VIII.1: Materiálová rovnováha chladicí věže …………………………………………………….…. 222 Obrázek VIII.2: Kombinovaný přístup pro posouzení biocidů chladicí vody pro existující zařízení ………... 234 Obrázek VIII.3: Schematické znázornění recirkulační chladicí soustavy s údaji pro příklad metody lokální volby chemických látek chladicích soustav ….…………………………….
236 Obrázek XI.1:
Optimalizované dávkování chlornanu (pulsující střídavé chlorování), při kterém se bere v úvahu znečištění a charakteristiky chladicí soustavy ……………………………... 263
Obrázek XII.1: Obrázek XII.2: Obrázek XII.3: Obrázek XII.4: Obrázek XII.5: Obrázek XII.6: Obrázek XII.7: Obrázek XII.8: Obrázek XII.9: Obrázek XII.10: Obrázek XII.11: Obrázek XII.12: Obrázek XII.13: Obrázek XII.14: Obrázek XII.15:
Průtočná (chladicí) soustava ………………………………………………………….…… 306 Mokrá chladicí věž ……………………………………………………………………….…. 306 Průtočné chlazení s chladicí věží ………………………………………………………….… 307 Recirkulační chlazení ……………………………………………………………………….. 307 Chladicí věž s umělým tahem (výtlačné ventilátory) ……………………………………….. 308 Chladicí věž s umělým tahem (sací ventilátory, článková konstrukce) …………………….. 308 Chladicí věž s umělým tahem (výtlačné ventilátory, článková konstrukce) ………………... 309 Hybridní chladicí věž …………………………………………………………………….…. 309 Vzduchem chlazený kondenzátor s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu …. 310 Vzduchem chlazený kondenzátor s přirozeným tahem vzduchu …………………………..... 310 Uzavřená recirkulační chladicí věž s nepřímým suchým chlazením …….……………….... 311 Chladicí věž s vypouštěním vyčištěných kouřových plynů ……………………………….... 311 Chladicí soustava s fixním koeficientem koncentrace …………………………………...…. 312 Chladicí soustava s proměnným koeficientem koncentrace ……………………………….... 312 Logický rozhodovací diagram pro volbu chladicí soustavy ………………………………… 313
__________________________________________________________________________________________ 154 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha I
PŘÍLOHA I TERMODYNAMICKÉ PRINCIPY Každá změna v průmyslové chladicí soustavě může potenciálně mít vliv na proces výměny tepla. Při aplikování (přístupu) BAT na průmyslové chladicí soustavy musí být posouzeny důsledky na chladicí proces taky použitím termodynamických principů.
I.1 Předávání tepla v kotlovém výměníku tepla V případě protiproudového konstrukčního provedení výměníku tepla je teplo předáváno z teplého zdroje do studeného zdroje a výměna tepla může být popsána takto:
Q = Δ Tm (ln) * U * A Q ΔTm(ln) U A
teplo předané za jednotku času (W) logaritmický střední teplotní rozdíl LMTD (K) celkový koeficient předávání tepla (W/m2K) teplosměnná plocha (m2)
LMTD pro trubkový výměník tepla pro protiproudové proudění se může určit použitím následující rovnice:
ΔTm =
(T 1 - t 2) - (T 2 - t 1) ln { (T 1 - t 2) / (T 2 - t 1)
}
T1 T2 t1 t2
teplota vstupu na teplé straně procesu (K) teplota výstupu na teplé straně procesu (K) teplota vstupu na studené straně (K) teplota výstupu na studené straně (K) Předávání tepla je podporováno velkou povrchovou plochou (A). Z praktických důvodů existuje mezní hodnota velikosti povrchové plochy a v takovém případě se používají žebrované trubky. Jiné omezení pro předávání tepla tvoří různé zdroje odporu (R). Obecně vyjádřeno odpor R se vyjádří jako jeho reciproční hodnota koeficientu předávání tepla 1/U a do značné míry je stanoven tloušťkou stěny mezi dvěma médii (látkami), její vodivostí a stavem znečištění povrchu teplosměnné plochy, ale taky vodivost kapalin je důležitá, jestliže se zdůvodňuje účinek různých rychlostí předávání tepla. V závislosti na charakteru média (látky), které protéká přes výměník tepla, dochází k znečištění teplosměnné plochy. V průběhu používání výměníku (tepla) se odpor pro předávání tepla zvětšuje. Pro účely použití při konstrukčním řešení je vytvořen koeficient znečištění neboli faktor zanesení, který je roven maximálnímu znečištění závisícím na charakteru média (látky) nebo chladiva. V Tabulce I.1 je uvedeno několik příkladů, kde nižší faktor zanesení znamená menší stav znečištění teplosměnného povrchu. Tabulka I.1: Faktory zanesení pro kotlové výměníky tepla, indikativní hodnoty [Van der Schaaf, 1995] Médium (látka) Faktory zanesení (W/m2/K) Říční voda 3 000 – 12 000 Mořská voda 1 000 – 3 000 Chladicí voda (chladicí věž) 3 000 – 6 000 Lehké uhlovodíky 5 000 Těžké uhlovodíky 2 000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
155
Příloha I Za předávání tepla jsou zodpovědné dva termodynamické principy: předávání prostřednictvím vedení (a proudění/konvekce), předávání prostřednictvím odpařování média (látky). Předávání tepla v suché chladicí soustavě prostřednictvím vedení a proudění se nazývá předávání citelného tepla (předávání tepla sdílením). V mokré chladicí soustavě se voda ochlazuje přímým kontaktem se vzduchem. Předávání citelného tepla do vzduchu v suché chladicí soustavě je možné popsat následující rovnicí: Q = Cρ * ma * ΔT Q předané teplo Cρ měrná tepelná kapacita vzduchu ΔT teplotní rozdíl ma hmotnost vzduchu V mokré chladicí soustavě existuje další předávání tepla prostřednictvím odpařování, předávání latentního tepla, které je možné popsat následující rovnicí: Q = ma’ * ΔH Q předané teplo ma’ hmotnost vzduchu ΔH rozdíl entalpie Pomocí výše uvedených rovnic je možné provést porovnání hmotnosti vzduchu, která je potřeba pro suché (ma) a pro mokré (ma’) chlazení: ma' Cρ * ΔT = ma ΔH Tento poměr, resp. poměrná hodnota závisí na teplotním rozsahu ΔT a například při zvýšení teploty vzduchu z 10 ºC na 20 ºC je tento poměr, resp. tato poměrná hodnota, kolem 1:4. V tomto příkladu to znamená, že suché chlazení vyžaduje čtyřikrát více vzduchu než mokré chlazení. Jinak vyjádřeno, pro suché chlazení se požaduje větší teplosměnná plocha.
I.2 Přiblížení Pro chladicí soustavu je vždy důležité poskytovat dostatečně velikou hnací sílu k tomu, aby se dosáhlo předávání tepla. Je nutné dosáhnout minimálního teplotního rozdílu mezi vstupním a výstupním průtokem, tj. rozdílu mezi teplotou média (látky) použitého v procesu na výstupu z výměníku tepla a teplotou chladiva (vody nebo vzduchu), které je přiváděno do výměníku tepla, jehož základem je protiproudové konstrukční provedení. Tento teplotní rozdíl se nazývá přiblížení. Pro mokré chladicí věže je přiblížení definováno jako rozdíl mezi teplotou vlhkého teploměru vzduchu a teplotou chladiva, které je odváděno z (chladicí) věže. Pro suché chladicí věže je přiblížení definováno jako rozdíl mezi teplotou suchého teploměru vzduchu a teplotou chladicí látky (chladiva), která je odváděna z (chladicí) věže. Chladicí soustava je navržena, resp. konstrukčně provedena tak, aby splnila specifikace v průběhu celého roku. Samozřejmě, pokud teplota vody a teplota vzduchu jsou nízké, požadavky se splní snadno. Ale vyšší teploty mohou způsobit problémy jak pokud se jedná o provoz (zařízení), tak i pokud se jedná o životní prostředí. Prostřednictvím trvalého snižování průtoku v procesu, nebo trvalého zvyšování množství chladicího média resp. chladicí látky mohou být teplotní specifikace nakonec splněny. Nicméně existují konstrukční omezení pro tento přístup. Soustavy (chlazení) jsou často navrženy takovým způsobem, že specifikace smí být překročeny nejvíce o 5 %, nebo o ještě menší hodnotu, během celého roku. __________________________________________________________________________________________ 156 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha I V případě vodního chlazení se používá minimální přiblížení přes výměník tepla v rozsahu 3 K až 5 K. Mohou být dosaženy nižší hodnoty, ale vyžaduje to větší a tudíž nákladnější teplosměnné plochy. Při použití většího počtu výměníků tepla v chladicí soustavě musí být rozdílná jednotlivá přiblížení sečtena a čím je větší počet výměníků tepla, tím vyšší je (celkové) přiblížení. V případě chladicích věží se často používá přiblížení teploty 7 K až 15 K. V případě kondenzátorů v elektrárnách se místo termínu přiblížení používá termín resp. název „tepelný rozdíl“, udávající rozdíl mezi teplotou kondenzátu (páry) a teplotou, při které je chladicí voda odváděna z kondenzátoru. Pro výpočet teploty, při které se může uskutečnit kondenzace, se musí sečíst koncový rozdíl a zvýšení teploty chladicí vody. V případě, kdy je použita chladicí věž, se musí rovněž připočíst přiblížení této (chladicí) věže. Praktické zkušenosti v případě kondenzátorů ukazují minimální koncové rozdíly v rozsahu 3 K až 8 K, což také závisí na velikosti faktoru zanesení [tm056, Caudron, 1991]. Minimální koncová teplota, která může být dosažena chladicí soustavou, se určí přiblížením chladicí soustavy a konstrukční teplotou, která závisí na klimatických podmínkách předmětného místa.
I.3 Kapacita/výkonnost výměníku tepla Kapacita neboli výkonnost výměníku tepla je množství tepla, které může být odejmuto. Požadovaná plocha pro předávání tepla (snad teplosměnná plocha) chladicí soustavy je ovlivňována různými kapacitami předávání tepla chladicího média (resp. chladicí látky) vody a vzduchu, citelným a latentním předáváním tepla a hnací silou. Při konstrukčním řešení se musí uvážit materiálové požadavky, znečištění, pokles tlaku, rychlost proudění, prostorová omezení a objem, který má být ochlazen (tekutina nebo pára). Celková kapacita chladicí soustavy se určí součtem výkonností (nebo kapacit) všech výměníků tepla:
Qcelk = ∑ Qi [ J/s nebo W] přičemž Qi = výkonnost/kapacita uživatele „i“ Voda je v důsledku svých fyzikálních vlastností ideální nosič/přenášeč tepla z důvodu své vysoké tepelné kapacity. Při použití vody se vyžadují pouze malé teplosměnné plochy. Nejefektivnější předávání tepla je odpařováním vody. Latentní teplo (výparné teplo při odpařování vody) ve srovnání s měrnou tepelnou kapacitou na ∆K při 30 ºC je přibližně 630 krát větší (HV/C). Měrné tepelné kapacity vzduchu, vody a odpařované vody jsou uvedeny v Tabulce I.2. Tabulka I.2: Měrné tepelné kapacity vzduchu a vody Vzduch: Cp = 1 005,6 + (16,03 * 10-3 * t) J/kg/K (předávání citelného tepla (předávání tepla sdílením)) Voda: C = 4 192 J/kg při 10 ºC (předávání citelného tepla C = 4 182 J/kg při 50 ºC (předávání tepla sdílením)) Odpařování vody: Hv = 2 502 J/kg při 0 ºC (předávání latentního tepla) Hv = 2 431 J/kg při 30 ºC
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
157
Příloha I
I.4 Teplota vlhkého a suchého teploměru Teplota vlhkého teploměru je nejnižší teplota, na kterou může být vzduch ochlazen adiabatickým odpařováním. Teplota vlhkého teploměru vždy leží pod teplotou suchého teploměru a závisí na naměřené teplotě ovzduší, na vlhkosti a tlaku vzduchu. Teplota suchého teploměru je teplota suchého vzduchu (pozn. překl. údaj teploty vzduchu, naměřený suchým teploměrem psychrometru, tj. atmosférického vzduchu o relativní vlhkosti φ > 0) a je velmi důležitým faktorem při navrhování vzduchových chladičů, kde předávání citelného tepla (tj. předávání tepla sdílením) představuje základní mechanismus. Teplota vlhkého teploměru a teplota suchého teploměru mohou být shodné v případě, kdy okolní vzduch je zcela nasycen. Pro předávání latentního tepla je teplota vlhkého teploměru relevantní teplotou a je to teoreticky nejnižší teplota, na kterou může být voda ochlazena. V případě mokrých chladicích věží, kde je teplo předáváno z chladicí vody do vzduchu hlavně odpařováním, je proto teplota vlhkého teploměru (tj. stupeň nasycení) významným faktorem při jejich konstrukčním řešení.
I.5 Vztah mezi předáváním tepla a teplosměnnou plochou Velké předávání tepla a velká hnací síla (přiblížení) bude vyžadovat relativně malou plochu, z čehož vyplývá kompaktní a finančně efektivní koncepce předávání tepla. Z důvodu nižší kapacity vzduchu pro předávání tepla vyžadují suché chladicí soustavy pro tentýž chladicí výkon mnohem větší teplosměnné plochy a hnací síly. Tato větší teplosměnná plocha má za následek větší požadavky na prostor a potenciálně větší investiční náklady proti skutečnosti, resp. ve srovnání s tím, že v tomto případě nejsou náklady na vodu, náklady na úpravu chladicí vody a přidružené environmentální účinky. Požadovaná teplosměnná plocha taky závisí na médiu (látce), které (která) má být ochlazováno (ochlazována). Jako příklad této skutečnosti jsou v Tabulce I.3 uvedeny příklady koeficientů předávání tepla a přidružených povrchových ploch různých kombinací chladicí vody a tekutin používaných v procesu.
Tabulka I.3: Koeficienty předávání tepla a odhadované povrchové plochy A (m2) na MW a při 20 K středního teplotního rozdílu pro různá průmyslová použití [Bloemkolk, 1997] Horká strana procesu
Koeficient předávání tepla U (W/m2 K)
Odhadovaná povrchová plocha(2) A (m2 na MW)
Tekutiny organické rozpouštědlo 250 – 750 200 – 600 lehký olej 350 – 900 55 – 143 těžký olej 60 – 300 166 – 830 plyny 20 – 300 166 – 2 500 Kondenzující páry(1) vodní pára 1 000 – 1 500 33 – 50 organické výpary 700 – 1 000 50 – 71 podtlakové kondenzátory (voda) 500 – 700 71 – 100 organické látky (částečně kondenzující) 200 – 500 100 – 250 Poznámky: 1. Výchozí bod je ΔT(ln) = 20 ºC. Chlazení vodou. Výpočet je založen na celkovém koeficientu výměny tepla U a je míněn jako porovnání. 2. Mělo by být vzato do úvahy, že kondenzující páry na kg odvádějí mnohem více tepla, než chladicí tekutiny; na MW vypouštěného tepla, proto relativně málo páry zkondenzuje. 3. Q = U.A.ΔT(ln) __________________________________________________________________________________________ 158 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha I Jako příklad toho, co by výše uvedené mohlo znamenat, byly porovnány dva případy instalovaných chladicích soustav, jedna pro suché chlazení a jedna pro odpařovací chlazení; výsledky jsou uvedeny v Tabulce I.4. Suchá chladicí věž s průměrem chladicího povrchu o 20 % větším měla pouze 47 % kapacity odpařovací chladicí soustavy s přiblížením 20 K ve srovnání s 12,6 K.
Tabulka I.4: Účinky principu chlazení na výkon/kapacitu, přiblížení a chladicí povrch chladicí soustavy [132, Eurovent, 1998] Charakteristiky Výkon/kapacita Průměr chladicího povrchu Přiblížení Teplota (suchý teploměr/vlhký teploměr) Minimální koncové teploty
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Suchá chladicí věž s přirozeným tahem 895 MWth 145 m 20 K 14/10 ºC 34 ºC
Listopad 2000
Mokrá chladicí věž s přirozeným tahem 1 900 MWth 120 m 12,6 K 11/9 ºC 21,6 ºC
159
Příloha II
PŘÍLOHA II Princip úspory energie optimalizovaným chlazením [tm059, Paping, 1995]
II.1 Předmět přílohy V této příloze je posouzena metoda výpočtu potenciálního zachování energie pro případ, kdy se chlazení uskutečňuje při nižších teplotách. Zachování energie je vyjádřeno z hlediska primární energie použitím bezrozměrné jednotky kWth/MWth na K teplotního rozdílu v samotném procesu chlazení. Snížení spotřeby energie je dosaženo použitím inhibitorů, které byly podrobeny standardní zkušební metodě. Tyto inhibitory zajišťují, že vodní chladiče zůstávají během letních měsíců čistější. Přímá a nepřímá spotřeba energie vzhledem k volbě kterékoliv z šesti hlavních soustav chlazení ve specifické oblasti může být taky vypočítána použitím tohoto bezrozměrného čísla.
II.2 Souhrn závěrů •
V praxi jsou variabilní teplotní gradienty přes znečišťující vrstvy řádově hodnoty 1 K až 4 K.
•
Chladnější chladicí voda v bezprostřední blízkosti stěny trubky má za následek zachování energie ve výši 3½ kWth/MWth/K. Toto je ekvivalentní 300 EUR na MWth chlazení za rok na K teplotního rozdílu. 1
•
Použití účinného způsobu boje proti snížení koeficientu přestupu tepla přes vrstvu, která znečišťuje výměníky tepla, má za následek potenciální zachování energie pro evropský průmyslový sektor úměrně k tomuto součiniteli zachování energie. Na každých 100 GWth chlazení v Evropě je potenciál zachování energie 11 PJth ročně 2 na K. Tato hodnota je ekvivalentní snížení emisí oxidu uhličitého o 700 tisíc tun za rok na K na každých 100 GWth chlazení v Evropě.
•
Předpokládané energetické důsledky volby každé ze šesti hlavních chladicích soustav jsou ještě více významné. Rozdíl minimální dosažitelné teploty chladicí vody pro každou ze šesti hlavních vodních chladicích soustav může být taky vyjádřen v potřebných energetických nákladech na chlazení. Pro porovnání alternativ konstrukčního provedení může být použit tentýž „bezrozměrný“ součinitel 3½ kWth/MWth/K.
•
Použití určitých inhibitorů v chladicí vodě má za následek významné úspory energie. Tyto úspory mohou přesáhnout původní energetický obsah přídavných látek několika násobně než deset. Environmentální dopad tyto úspory energie úměrně snižuje.
•
Zachování energie, které se dosáhne použitím inhibitorů převyšuje ve velkém rozsahu náklady na příslušné přídavné látky.
Znázornění obou účinků, jak jsou prodiskutovávány v této příloze, je uvedeno na Obrázku II.1. Nižší teplota chladiva stejně tak jako použití úpravy proti znečištění ovlivní předávání tepla přes stěnu výměníku tepla a vodní film. ___________________ 1
Vychází z ceny 14,7 $ za barel (nafty) při energetické hodnotě 41,87 GJth na ekvivalent metrické tuny nafty a 7,45 barelů na ekvivalent metrické tuny nafty, což představuje 5,51 barelů na kWth ročně neboli 81 EUR/kWth ročně (Ministerstvo ekonomických záležitostí, Nizozemsko, převodní tabulka NOVEM pro naftu/plyn).
2
PJth = Pentajoule tepla = 1015 Joule.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
161
Příloha II Zvýšení teplotního gradientu = Energetické ztráta
Obrázek II.1: Znázornění oblastí potenciální úspory energie snížením teplotního gradientu přes ΔΘ znečištění potrubí
ΔΘ vodního filmu
T produktu
Potenciální úspora energie T produktu, minimální energie prostřednictvím BAT
T chladicí vody
Potenciální úspora energie znečišťující vrstvu a taky použitím účinku chladnější chladicí vody
II.3 Úvod
ΔΘ rozdíl volby chladicí soustavy
Každých 0,12 mm = 1 K
V návaznosti na mnoho neformálních kontaktů nadnárodních (společností) s pobočkami v Evropě byla v roce 1991 založena skupina pro průmyslové vodní chlazení. Tato skupina převzala iniciativu vytvořit standardní zkušební metodu pro inhibitory chladicí vody. Základ této metody byl vytvořen výzkumem prováděným DSM a firmou Shell v osmdesátých letech (1980-). Byl ustanoven „Projekt průmyslového vodního chlazení“ ve formě společného projektu, ve kterém se zúčastnili jak dodavatelé těchto inhibitorů, tak i jejich zákazníci. Potenciální zachování energie – v kombinaci s redukováním funkčních poruch výrobního procesu dosaženým použitím čistějších výměníků tepla – bylo nejdůležitějším motivem pro všechny partnery k rozhodnutí investovat do tohoto projektu. Tato problematika je v této příloze podrobněji prodiskutována. Výroba výkonu na hřídeli a/nebo elektrické energie je vždy doprovázena chlazením; je to nutné, poněvadž při jakékoliv dané teplotě okolí může být z média/látky získáno jen určité maximální množství užitečné energie. Část této energie prochází přes určitý počet stupňů procesu a nakonec se dostane do vodní chladicí soustavy dané továrny. Roční průměrné hodnoty 3 standardní přímé spotřeby energie, která je odvedena do chlazení, vyjádřené ve smyslu poměrné hodnoty kWe/MWth, chlazení, a za předpokladu, že chladiče jsou v průběhu letních měsících čisté, jsou uvedeny v následující tabulce. ___________________ 3
Příručka ASHREA, Svazek příslušenství 1983; Americké sdružení inženýrů pro vytápění, chlazení a klimatizaci vzduchu, s.r.o., Atlanta, USA, 1983.
__________________________________________________________________________________________ 162 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha II Tabulka II.1: Spotřeba energie v kWe, spotřeba elektřiny /MWth, chlazení při čistých výměnících tepla Soustava vodního chlazení Spotřeba energie v kWe, spotřeba elektřiny /MWth, chlazení při čistých výměnících tepla Σ Čerpadlo Ventilátor chladicí vody Průtočná chladicí voda ≈ 10; chladicí pásmo 5 až 25 5 až 25 není relevantní Cirkulující chladicí voda ≈ 10; chladicí pásmo 10 až 25 5 až 20 5 až 10 s otevřenou mokrou chladicí věží Uzavřená recirkulační soustava ≈ 30; chladicí pásmo 20 až 60 5 až 15 10 až 50 Při účinnosti výroby elektrické energie 40 % 4 budou muset být výše uvedená čísla vynásobena 2,5 k vyjádření spotřeby energie z hlediska nosiče (zdroje?) primární energie. Relativní spotřeba energie vyžadovaná pro chlazení pomocí vodní soustavy se potom stane bezrozměrná. Kromě toho se tato spotřeba energie bude přímo úměrně zvyšovat při (vyšších) teplotách chladicí vody a/nebo (zvětšeném) znečištění chladičů v průběhu letních měsíců. Pro výpočet nepřímé spotřeby energie spolehlivějším způsobem musí být navázáno na přecházející tabulky v tomto dokumentu. (Klimatické podmínky v evropských zemích, které jsou uvedeny v Tabulce 1.6, a technické a termodynamické charakteristiky různých chladicích soustav pro průmyslová použití pro specifické obecné klimatické podmínky předmětného místa uvedené v Tabulce 2.1). Následující tabulka uvádí nejnižší dosažitelné teploty vody v místě přívodu (vody) pro různé chladicí soustavy během měsíců červenec a srpen v Nizozemsku. V praxi se skutečně pro chlazení téměř nepoužívá žádná voda z vodovodu nebo podzemní voda. Kromě toho je méně žádoucí používat tyto druhy vody pro tento účel a v praxi se postupně s jejich používáním přestává. Následně na to lze konstatovat, že průtočné vodní chladicí soustavy, které jsou umístěny na (mořském) pobřeží spotřebovávají nejmenší množství primární energie. Tabulka II.2: Střední dosažitelné nejnižší vstupní teploty pro různé chladicí soustavy během měsíců červenec a srpen v Nizozemsku Chladicí soustava Střední dosažitelná minimální Poznámky; teplota [ºC] Nizozemsko jako příklad Průtočné chlazení: řeka 23 Lokální omezení vypouštění tepla mezními tepelnými hodnotami Mořská voda podél pobřeží 19 Severní moře 12 ºC pod oblastí směšování voda z vodovodu 15 Cenové náklady podzemní voda 12 Omezené zásoby Otevřená mokrá chladicí věž 24 Teplota vlhkého teploměru 19 ºC Vzduchové chlazení (pro porovnání) 40 (výsledná teplota) Teplota suchého teploměru 28 ºC ___________________ 4
Ústřední statistický úřad, CBS, Haag
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
163
Příloha II Kromě toho se spotřeba energie bude zvyšovat v případech, když budou znečištěny výměníky tepla. Tyto sedimenty ve výměnících tepla mohou být roztříděny na mikroznečištění a makroznečištění. Ucpání způsobené drobnými korýši a měkkýši a jinými tuhými usazeninami, které brání proudění vody trubkami, může být považováno za makroznečištění 5 . Mikrobiální sliz, vodní kámen, usazeniny, které mají za následek vytváření produktů koroze na nebo v horkých chladicích trubkách, jsou všechny klasifikovány jako mikroznečištění 6 . Charakteristika společná pro všechny různé formy mechanismů znečištění je doprovázející zvýšení vnitřní spotřeby energie. V této příloze je podrobněji prodiskutována problematika přídavné spotřeby energie na K zvýšeného teplotního gradientu a taky jsou zde uvedeny základy výpočtu pro přímé a nepřímé energetické důsledky volby každé ze šesti chladicích soustav.
II.4 Výpočty II.4.1 Principy Průmyslové chladicí zařízení Δ Θ log = Φt = 5 kWth m-2 a z toho vyplývá U celkem = 0,5
10 K (= hnací síla) (= tepelný tok) kWth m-2 K-1 (= celkový koeficient prostupu tepla) Za předpokladu usazenin δ znečištění = 0,12 mm (= proměnný odpor) přičemžλ znečištění = 0,6 W m-1 K-1 (= tepelná vodivost) 7 Tepelná vodivost je chápána jako analogická k řadě odporů mezi produktem, který má být ochlazován, stěnou trubky, laminární vrstvou vody a proměnným stupněm znečištění:
1 1 1 1 = + + U celkem αproduktu α stěny trubky α vrstvy
vody
+
1 α znečištění
Znečištění = zvětšení teplotního gradientu Obrázek II.2: Grafické znázornění faktorů znečištění, které jsou zodpovědné za zvýšený teplotní gradient stěny trubky ΔΘ znečištění trubka
ΔΘ vodního filmu
T produktu Potenciální úspora energie T chladicí vody Každých 0,12 mm = 1 K ___________________ 5 6 7
Dánská zkušenost s údržbou kondenzátoru, E.J. Sneek, H.A. Jenner, KEMA, Arnhem. Practische waterbehandeling (Praktická úprava vody), Prof. J. Defrancq, de Sikkel Malle. VDI-Wärmeatlas, Berechungsblätter für Warmeübergang, sechsteerweitete Auflage, VDI-Verlag, Düseldorf.
___________________________________________________________________________________________________
164
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha II Relativní koeficienty přestupu tepla: Relativní teplotní gradienty:
Dohromady:
Z výše uvedeného vyplývá
Předpokládá se, že znečištěné chladiče vody v průmyslových zařízeních nemají prakticky žádný vliv na spotřebu energie v průběhu osmi chladnějších měsíců v roce. Toto je založeno na nezbytnosti zabránit určitým prouděním (průtokům) v procesu, aby byly ochlazeny na příliš nízkou teplotu. Továrny resp. provozy musí vždy udržovat alespoň jedno čerpadlo chladicí vody v provozu; ventilátor, který byl zastaven, není schopen dalšího redukování své kapacity (svého výkonu). V elektrárnách mohou být dosaženy úspory v průběhu delšího časového období. Nicméně průmyslová chladicí zařízení jsou obvykle rozmístěna takovým způsobem, aby ochlazovala celou řadu produktů, a z toho vyplývá, že je použita velká rozmanitost typů teplosměnných materiálů. Výsledkem této různorodosti (materiálů) je, že pro průmyslová chladicí zařízení je potřeba navrhnout vhodné použití inhibitorů pro celou jejich složitou soustavu, z čehož zase vyplývá využívání maximálních přínosů vypočítaného uchování energie v průběhu jenom čtyř měsíců v roce. Z toho vyplývá, že výpočty uvedené v této příloze jsou omezeny na toto krátké období, a že jsou aplikovatelné pouze na chladicí výkon vodních (chladicích) soustav, které jsou použity v průmyslových zařízeních. Důvodem pro tato omezení je to, že chápání přídavných látek do chladicí vody by mohlo být zpochybněno, pokud by do těchto výpočtů uchování energie byly zahrnuty taky elektrárny. V praxi je použito jedno, nebo je použito více „řešení“ k nápravě situací, ve kterých konstrukční provedení resp. návrh chladicí soustavy v kombinaci s inhibitorem nejsou schopny poskytovat požadovaný chladicí výkon v průběhu letních měsíců. (Tato řešení jsou kompromisem mezi zvětšujícím se množstvím chladicí vody a/nebo chladicího vzduchu a/nebo teplotou produktu a/nebo tlakem v procesu.). Všechna taková řešení sdílejí společnou charakteristiku spočívající v průvodní okolnosti zvýšení vnitřní spotřeby energie. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
165
Příloha II Kompenzace znečištění prostřednictvím: * většího množství chladicí vody * většího množství chladicího vzduchu * vyšší teploty produktu * vyššího tlaku v procesu
T vstupní
T výstupní, produkt t výstupní
Hnací síla
t vstupní, chladicí voda Délka výměníku tepla délky výměníku tepla Obrázek II.3: Schematické znázornění hnací síly v rozsahu V následujících výpočtech je přídavná spotřeba energie vyplývající z mikroznečištění vyjádřena ve smyslu 1 ºC zvýšení teplotního gradientu přes znečištění. Z rovnic, které jsou uvedeny na předcházející straně vyplývá, že zvýšený teplotní gradient 1 ºC se stává evidentní tehdy, jakmile tloušťka vrstvy mikrobiálního slizu dosáhne hodnoty řádově ne větší, než 0,12 mm. Toto platí taky pro vrstvu kotelního kamene o tloušťce řádově stejné velikosti. Výpočty předpokládají, že předávání resp. přestup tepla se snižuje lineárně s tloušťkou znečištění. Snížení kapacity resp. výkonnosti výměníku tepla, které je způsobeno prvními 20 % zablokovaných/ucpaných chladicích trubek v důsledku makroznečištění, může být kompenzováno zvýšením požadovaného teplotního gradientu o 1 ºC. Nicméně každá další zablokovaná/ucpaná chladicí trubka bude mít za následek exponenciální zvýšení dalšího požadovaného teplotního gradientu. Chladicí věž vypouštějící 10 MWth Φ = 1 000 m3 h-1 průtok cirkulace (vody) (průtok cirkulující (obíhající) vody) ΔΘ = 8,6 K chladicí voda (přítok/odtok) (chladicí pásmo = rozdíl vstupní (na přítoku) a výstupní (na odtoku) chladicí vody) Δ Θ log = 5,0 K mezní hodnota chlazení chladicí věže II.4.2 Množství chladicí vody ↑ V následujícím textu je uveden příklad výpočtu, v němž zvýšení teplotního gradientu o 1 K přes mikroznečištění je prakticky kompenzováno zvýšením počtu čerpadel chladicí vody. Teplota a průtok produktu a množství tepla odnímaného z produktu zůstávají konstantní. Průměrný pokles tlaku je nastaven na 3,7 bar. Paralelní činností dvou identických odstředivých čerpadel bude kapacita dvojnásobena jenom v případě čistě statického tlaku. Nicméně každé následné čerpadlo chladicí vody zavedené do provozu vodní chladicí soustavy bude mít za následek změnu charakteristik dynamické výšky. V důsledku těchto změn se nemusí (celkové) jmenovité kapacity resp. výkonnosti těchto čerpadel být jejich součtem. Výsledné snížení kapacity/výkonnosti vyžaduje zvýšenou spotřebu energie 8. Odejmutí stejného množství tepla vyžaduje navíc cirkulaci 10 % chladicí vody (= 20 % zvýšení energie pro čerpadla) pro kompenzaci zvýšeného teplotního gradientu o 1K: ___________________ 8
Pompen (Pumps = čerpadla), L.W.P. Bianchi, Stam, Culemborg. ___________________________________________________________________________________________________
166
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha II Více chladicí vody > > zvýšený výkon čerpadel 1 kWe/MWth na K Obrázek II.4: Počet čerpadel chladicí vody a změna průtoku chladicí vody v důsledku znečištění POZNÁMKA: Ve výše uvedené rovnici by pravděpodobně místo výrazu 37 m „vodoměru“ („water gauge“) měl být uveden výraz „vodoznaku“, nebo ještě lépe výraz „vodního sloupce“, tj. „mwg“ resp. „metre water gorge“ (pozn. překl.).
Při korigování na 4 letníHměsíce v roce:
Q 2 čerpadla < 2 * Q 1 čerpadlo
∆Q Q 1 čerpadlo Q 2 čerpadla při převedení na roční základ to je 1 kWe/MWth na K II.4.3 Množství chladicího vzduchu ↑ Použije se ta stejná chladicí věž 10 MWth, ale odejmutí stejného množství tepla se nyní dosáhne zvýšením
množství chladicího vzduchu, který prostřednictvím ventilátorů prochází přes chladič, jako kompenzace pro zvýšení teplotního gradientu o 1 K navíc z důvodu mikroznečištění. Spotřeba energie pro ventilátor se zvyšuje z 54 kWe na 83 kWe na 10 MWth 9 : ___________________ 9
Výpočet sestavený POLACEL, Doetinchem (NL), a na základě praktických zkušeností s variabilními výškami/roztečemi v kombinaci se spouštěním/zastavováním jednoho ventilátoru, nebo většího počtu ventilátorů.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
167
Příloha II Při korigování na 4 letní měsíce v roce: při převedení na roční základ to je 1 kWe/MWth na K Závěr: Zvětšení velikosti průtoku ať už chladicího vzduchu, nebo chladicí vody vyžaduje stejné roční zvýšení množství energie navíc. II.4.4 Teplota produktu ↑; objem plynu ↑ Přemístění většího objemu plynu; PV = znečištěný výměník tepla ›› teplejší
2 kWe/MWth na K Obrázek II.5: Změna teplotního gradientu plynného produktu (moly) 0 ºK v protiproudém výměníku tepla v důsledku znečištění Produkt
Předpokládá se, že vstupní teplota produktu je konstantní. Znamená to, že snížení výstupní teploty produktu Hnací síla vypouštěného ze znečištěného výměníku tepla bude nižší, než v případě 1 ºK čistého výměníku tepla. Teplotní gradient přes znečištění bude prakticky rovnoměrně rozložený podél celé délky výměníku tepla. Důsledkem těchto dvou účinků bude redukovaný teplotní pokles produktu na výstupu ze znečištěného výměníku tepla 1 ºKOchlazování Délka (výměníku) tepla dvojnásobkem velikosti teplotního gradientu přes mikroznečištění na vodní straně výměníku tepla. Čistý protiproudý výměník tepla, ve kterém je energetický obsah na K teplotní změny protékající chladicí vody (= ve skutečnosti měrné teplo daného množství) větší, než je energetický obsah produktu, který má být ochlazován, bude vykazovat konvergentní teplotní profily na výstupní straně výměníku tepla. Redukované snížení teploty na výstupní straně produktu způsobené mikroznečištěním na vodní straně bude tedy z tohoto důvodu nižší, než 2 ºC na K teplotního gradientu přes znečištění. A obráceně energetický obsah na K teplotní změny protékající chladicí vody nižší, než je energetický obsah produktu, který má být ochlazován, bude mít za následek divergentní teplotní profily na výstupní straně výměníku tepla. Redukované snížení teploty na výstupní straně produktu, způsobené tím stejným mikroznečištěním na vodní straně potom bude větší než 2 ºC na K teplotního gradientu přes znečištění na vodní straně. V podmínkách adiabatické komprese, při konstantní hmotnosti produktu a kompresním poměru, se nyní dosáhne odejmutí téhož množství tepla kompenzací přídavného teplotního gradientu přes mikroznečištění zvýšením konečné teploty produktu, který má být ochlazován, o 2 ºC na 1 K zvýšení teplotního gradientu. Rovnice pro stejnou chladicí věž 10 MWth bude nyní tato: ___________________________________________________________________________________________________
168
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
2 ºK
Příloha II
= práce kompresoru je lineární funkcí vstupní teploty plynu. = na 2 ºC zvýšení teploty produktu →
T in + 2 C zvýšení spotřeby energie pro kompresor T in
273 + 27 - 1 = 0,67 procent práce kompresoru navíc na 2 ºC. 273 + 25
=
Při korigování na 4 letní měsíce v roce: při převedení na roční základ to je 2 kWe/MWth na K Závěr: Přemístění objemu je nákladnější, než přeprava hmotnosti. II.4.5 Tlak produktu ↑; chladicí kompresor ↑ Pro stejnou chladicí věž 10 MWth, kde pro stejný hmotnostní průtok je nyní odnímání stejného množství tepla dosaženo pomocí produktu kondenzace (například využitím chladicího zařízení založeného na adiabatické kompresi a expanzi). Toto zvýší tlak v procesu produktu, který má být ochlazován tak, aby bylo dosaženo kompenzace pro 1 K dalšího/zvýšeného teplotního gradientu přes mikroznečištění:
Zvýšení hodnoty rosného bodu = zvýšení procesu P
2 kWe/MWth na K
Molierův diagram
H [J/kg] Obrázek II.6: Znázornění zvýšení tlaku procesu pro kompenzaci zvýšení teploty v důsledku znečištění Předpoklady:
propanové/propylenové chladicí zařízení vstupní a výstupní tlaky teploty varu gradient tlak-teplota účinnost kompresoru a turbiny
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
1,9 bar a 13 bar - 33,6 ºC a 28,5 ºC 0,33 bar K-1 0,66 169
Příloha II
Při korigování na 4 letní měsíce v roce:
při převedení na roční základ to je 2 kWe/MWth na K Závěr: „Frigories“ (zřejmě něco jako „kalorie vytvořené chlazením“, pozn. překl.), jsou dvakrát tak dražší, než kalorie („calories“).
II.5 Celkový potenciál uchování energie na ºC chladnější mezní vrstvy chladicí vody II.5.1 Účinnost výroby energie ↑ Účinnost výroby elektřiny v Nizozemsku je 40 % 10. H [J/kg]
Opětovné využití páry Vypouštění páry
účinnost 40 % účinnost 20 %
Výkon
Latentní teplo
S[J/kg]
Obrázek II.7: Účinnost výroby energie pro čerpadla, ventilátory a kompresory Výroba a spotřeba páry v petrochemickém komplexu jsou obvykle v rovnováze během podzimu a jara. Během zimy se vysokotlaká a středotlaká pára odchylují do nízkotlaké parní sítě. Naopak v létě se určitá část nízkotlaké páry likviduje odfukováním do ovzduší a/nebo kondenzací v chladičích. Kromě toho se určitý počet parních čerpadel zastavuje a spouštějí se některé elektromotory za účelem kompenzace posunu elektrické rovnováhy. ___________________ 10 Ústřední statistický úřad, CBS, Haag ___________________________________________________________________________________________________
170
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha II Parní turbiny se používají taky jako pomocné turbiny k pohonu chladicích zařízení. V takových situacích se pára s velmi nízkým tlakem vyprodukovaná a vyfukovaná v průběhu léta (dodatečné množství vyrobené jako důsledek znečištěných kondenzátorů) bude taky likvidovat. Dodatečná energie, která se spotřebuje chladicími zařízeními (chladicími stroji) bude doprovázena dodatečnými energetickými ztrátami, jejichž velikost bude pětkrát větší. Entalpie přehřáté vysokotlaké páry, páry se středním tlakem a nízkotlaké páry je pouze o jednu pětinu vyšší, než latentní teplo vody. Nizozemský průmysl používá 20 % celkové chladicí kapacity pro kompresorové plyny a chlazení se změnou skupenství (chladicí látky) 11 (tzv. „refrigerated cooling“). Polovina tohoto chlazení se změnou skupenství se uskutečňuje použitím (pomocných) parních turbin. „Frigories“ (neboli „negativní“ kalorie) jsou nákladnější než kalorie a přemísťování objemu je nákladnější, než přeprava hmotnosti. V praxi to znamená, že v průběhu letních měsíců se dává přednost tomu, že čerpadla chladicí vody a ventilátory se spustí dříve a vypnou později, než by došlo ke zvýšení tlaků v procesu. Kromě toho v počáteční fázi bude 80 % kapacity, která se ztratí neúčinným chlazením v důsledku znečištění, kompenzováno pomocí příkazů spustit/zastavit vydávaných motorům. V důsledku toho je proto průměrné zvýšení primární energie na K teplotního gradientu:
Poznámka: Výše uvedený energetický součinitel může být vypočítán taky pro jiné evropské země, jestliže je znám relativní chladicí výkon pro kompresorový plyn a chlazení s přeměnou skupenství. Očekává se, že výsledek bude v rozsahu mezi 3 kWth/MWth 4 kWth/MWth na K, protože účinnost výroby energie v Evropě je taky kolem 40 %. II.5.2 Celková spotřeba vody pro chlazení v Nizozemském průmyslu (kromě elektráren) Čísla vztahující se k spotřebě chladicí vody musí být k dispozici pro výpočet absolutní spotřeby přímé a nepřímé energie, stejně tak, jako absolutních environmentálních dopadů každé ze šesti hlavních chladicích soustav, které jsou používány v evropském měřítku. V Nizozemsku byly tyto statistické údaje k dispozici v rozsahu posledních desetiletí. Většina vody, která se spotřebuje v národním průmyslu (= 3,1 * 10 9 m3 ročně) je určena k použití pro chlazení. Celkové množství vody, která se použije pro účely chlazení, představuje množství 2,7 * 109 m3 ročně (pro elektrárny 8,3 * 109 m3 ročně). Většina této vody je sladká voda, slaná voda nebo brakická povrchová voda. Původní statistické údaje rozlišují mezi vodou použitou pro všeobecné účely a vodou použitou pro chlazení. Nicméně tyto údaje neudávají žádnou diferenciaci mezi částí vody, která se použije recirkulační chladicí vodní soustavy a částí vody, která se použije pro průtočné chladicí vodní soustavy. Výpočty udávají, že množství tepla, které se odejme vodními chladicími soustavami v průmyslovém sektoru Nizozemska, je řádově ve velikosti 180 PJth ročně 12 (= 5,7 GWth 13) a že je rovnoměrně rozděleno mezi chladicí věže a průtočné chladicí soustavy. ___________________ 11 EST Consult B.V.,Woubrugge, prosinec ’90, NESR003. Marktonderzoek naar het electriciteitsverbruik en de mogelijkheden van electriciteitsbesparing in de Nederlandse industrie (Výzkum trhu ve věci spotřeby energie v Nizozemském průmyslu a příležitosti pro konzervaci elektřiny). 12 CBS, Heerlen: klíčové číselné údaje K-261/1991; opatření vztahující se na vodu pro společnosti v roce 1991, a pro každých pět let zpětně od roku 1957. CBS, Voorburg; klíčové číselné údaje K-117/1992-1 & 2; Spotřeba energie v Nizozemsku, roční číselné údaje pro rok 1992 a předcházející desetiletí od 1972. 13 Ověřeno taky podle údajů pocházejících od: – Emissie Registratie warmte via water E 260 tot en met de 6e ronde (registrace emisí tepla prostřednictvím vody E 260 až do a včetně 6. kola (pro nejvýznamnější společnosti z hlediska environmentální perspektivy) v letech 1990); RIVM, Bilthoven. – Přehled deseti nejlepších společností v Nizozemsku vypracovaný autorem; údaje RIZA; Lelystad, Nizozemsko.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
171
Příloha II II.5.3 Celkový potenciál uchování energie na ºC chladnější mezní vrstvy chladicí vody Hodnota 180 PJth, odejmutá ročně vodními chladicími soustavami, v kombinaci s průměrnou dodatečnou/extra spotřebou ve velikosti řádově 3½ kWth/MWth na ºC chladnější mezní vrstvy chladicí vody by měla za následek potenciální uchování energie v případě Nizozemského průmyslového sektoru ve výši:
0,63 PJth ročně na ºC Nebo ve finančním vyjádření:
1,6 milionů EUR ročně na ºC Za předpokladu, že situace v Nizozemsku představuje pouze 5 % kapacity evropské průmyslové produkce, kde se vyskytuje chlazení, je možné odhadnout, že kapacita resp. výkon chlazení v Evropě, používaného v průmyslu, je ve velikosti 120 GWth, kde elektrárny ochlazují 200 GWth. Pro celý sektor chlazení v Evropě by potom potenciální uchování energie mohlo dosáhnout hodnoty:
35 PJth ročně na ºC Nebo ve finančním vyjádření:
100 milionů EUR ročně na ºC
___________________________________________________________________________________________________
172
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha II
II.6 Příklady výpočtů pro relativní uchování energie a redukování environmentálního dopadu dosaženého použitím inhibitorů II.6.1 Příspěvek způsobený oxidací V níže uvedeném textu je uveden příklad použití inhibitorů založených na oxydantech, jako je chlornan (protože to je relativně dobře známá odbouratelná přídavná látka): Předpoklady: Základ: elektrolyt (nebo nákup ve velkém) – účinnost výroby – tepelná účinnost – koncentrace
2,2 0,7 0,4 15
kWhe/kg ekvivalentu chloru We/We We/Wth %
chladicí zařízení – – –
tloušťka vrstvy kalu teplotní gradient mezní vrstvy průměrný „poměr uchování (energie)“
0,5 4 3,5
mm (v létě žádné inhibitory) K kWth/MWth/K
použití inhibitoru – – – –
přítok ≈ 1,0 mg l-1, stoichiometrická oxidace, výtok ≤ 0,1 mg l-1, aktivní chlor přerušované chlorování, jako je 4 hodiny použití/nepoužívání 1 % konverze dávky chloru ekvivalentní halogenovaným vedlejším produktům, vyjádřená taky jako ekvivalent chloru, jehož množství je přibližně 3 % bromovaných uhlovodíků [tm160, Bijstra, 1999]. II.6.1.1 Průtočná chladicí soustava
použití chlornanu cena chlornanu
300 114
kg Cl/MWth [tm160, Bijstra, 1999] 14 EUR/metrická tuna v cisternovém nákladním automobilu
V důsledku výše uvedeného mají jak poměr uchování energie 15, tak i poměr účinnost—cena inhibitoru prvořadý význam resp. důležitost. Použitím tohoto oxydantu se dosahuje environmentálního uchování energie ve výši několika desetinásobků nad primární obsah energie inhibitoru. Environmentální energetická výtěžnost tohoto inhibitoru je více než desetinásobná než uchování financí 16. Použití peroxidu vodíku nebo ozonu bude mít za následek snížení výše uvedených poměrů. ___________________ 14 Vychází z požadavku na chlor v severozápadní evropské deltě. 15 Poměr uchování energie je bezrozměrné číslo, pomocí kterého se provede porovnání uchování energie dosažené použitím daného inhibitoru s primárním obsahem energie relevantní přídavné látky. 16 Poměr uchování financí je bezrozměrné číslo, pomocí kterého se provede porovnání uchování financí dosažené použitím daného inhibitoru s cenou relevantní přídavné látky.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
173
Příloha II Poměr uchování energie =
Poměr uchování financí =
Poznámka: mt = metrická tuna (metrické tuny).
Bezrozměrný poměr environmentální energie může být nahrazen výpočtem hmotnostního poměru přídavného relativního environmentálního zatížení. Toto taky indikuje uchování energie dosažené použitím inhibitorů, ale nyní je vyjádřen z hlediska poměru redukování emisí oxidu uhličitého k produkci nežádoucích prekurzorů jako výsledku vedlejších reakcí oxidace. Environmentální hmotnostní poměr =
Nicméně množství získané podle tohoto vzorce není tak docela bezrozměrné. Environmentální hmotnostní poměr může být uveden pro odhad poměru celkového environmentálního účinku, například zavedením poměru působení specifických chlorovaných vedlejších produktů mořské vody, jako je bromoform (84 %), dibromacetonitril (10 %) a trihalometany (5 %) [tm157, Jenner a jiní, 1998]. Jejich nežádoucí formace/vznik, která/který je lineární s množstvím (chloru použitého pro) chlorování (chladicí) soustavy, může potom být porovnána/porovnán s výslednou redukcí množství použité energie, přičemž obě dvě hodnoty se vyjádří v jednotkách CO2 a jeho odpovídajícího účinku na rozklad ozonu, resp. na vyčerpávání ozónové vrstvy. II.6.1.2 Otevřená recirkulační (chladicí) soustava
objem vody; nádrž + potrubí 50 m3/MWth 3 -1 měření (na 3 mg/m ) 1,0 lh doba měření, neprůběžné 1,0 h/den cena chlornanu 160 EUR/metrická tuna v kontejnerech s několika komorami o objemu 1 m3 ___________________________________________________________________________________________________
174
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha II V případě režimů s nepřetržitým dávkováním, a/nebo v případě méně dostatečně (adekvátně) řízeného procesu, se vyžadují větší dávky rovnající se přibližně trojnásobku ekvivalentů chloru na MWth. Poměr uchování energie =
Poměr uchování financí = Poměr uchování energie a poměr účinnost—cena téhož oxydantu, který je použit v cirkulační (chladicí)
soustavě, jsou vyšší než příslušné poměry pro průtočnou chladicí soustavu. Naopak spotřeba primární energie, která je požadována pro ochlazování prostřednictvím recirkulační (chladicí) soustavy je vyšší, než spotřeba primární energie v případě průtočné chladicí soustavy. V důsledku této skutečnosti je většina největších elektráren umístěna v blízkosti mořského pobřeží. Taky pro tuto (chladicí) soustavu je možné vypočítat relativní hmotnostní poměr environmentálního zatížení. Environmentální hmotnostní poměr =
A opětovně zde je hmotnostní poměr mezi požadovaným snížením emisí oxidu uhličitého a nežádoucí emisí halogenovaných uhlovodíků — nyní ovšem aplikovatelný na recirkulační chladicí soustavu — vyšší, než je tomu v případě průtočné chladicí soustavy. A obráceně je spotřeba primární energie (chladicí) soustavy s chladicí věží vyšší, než je spotřeba primární energie průtočné chladicí soustavy. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
175
Příloha II
II.7 Příklady výpočtů relativních úspor energie použitím chladnější chladicí vody II.7.1 Pobřežní voda versus chladicí věže Předpoklady 17 :
— teplota přítoku — tlak přítoku
pobřežní voda
19 ºC
chladicí věž
24 ºC
průtočná chladicí soustava
1 mwg (m vodního sloupce)
soustava s chladicí věží 14 mwg (m vodního sloupce) (výška věže + rozstřikovací hubice) Čerpání chladicí vody do další výšky a následné rozstřikování chladicí vody přes rozstřikovací hubice (trysky) má za následek další spotřebu energie čerpadlem na MWth odnímaného tepla prostřednictvím (chladicí) soustavy s chladicí věží: Spotřeba energie čerpadlem vyjádřená z hlediska
primární energie v průběhu celého roku je 12,5 kWth na MWth chlazení Chladicí voda je v průměru o 5 ºC teplejší, takže 17,5 kWth na MWth chlazení Dohromady je rozdíl ve spotřebě energie
30 kWth na MWth chlazení
Z toho vyplývá, že z hlediska prospěšnosti uchování energie jsou v praxi velké chladicí soustavy přednostně budovány ve formě průtočných chladicích soustav umístěných na (mořském) pobřeží.
II.7.2 Říční voda versus chladicí věže Teplotní rozdíl průtočné chladicí soustavy, do které je dodávána říční voda, je v porovnání s chladicí věží řádově ve velikosti kolem 1 K. Společně s udržováním nutného tlakového rozdílu přes chladicí věž činí celkový rozdíl ve spotřebě energie hodnotu 16 kWth na MWth chlazení. ___________________ 17 Onderzoek industrieel waterverbruik (Přehled spotřeby vody v průmyslu), konečná zpráva, F.C.A. Carner, Krachtwerktuigen Amersfoort, 1992. Samenwerkende Rijn- en Maas waterleidingbedrijven 1980 – 1992, RIWA, Amsterodam. Jaarboeken monitoring Rijkswateren (Výroční zprávy státního monitorování vody) z 1980. ___________________________________________________________________________________________________
176
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha II II.7.3 Podzemní voda versus chladicí věž Teplotní rozdíl průtočné chladicí soustavy, do které je dodávána podzemní voda, je v porovnání s chladicí věží největší, tj. 12 K. Celkový rozdíl spotřeby energie, která je vyžadována pro chlazení, je tedy 42 kWth na MWth chlazení. Předpokládalo se, že výkon spotřebovaný čerpadlem, které odčerpává podzemní vodu, je stejného řádu velikosti, jako je výkon požadovaný pro udržování tlakového rozdílu výtoku chladicí věže. Nicméně omezená dostupnost podzemní vody omezuje použití tohoto způsobu uchování energie.
II.8 Dodatek k environmentálním dopadům Tabulka II.3: Poměry uchování pro průtočné a recirkulační chladicí soustavy Typ chladicí soustavy Poměr Poměr uchování energie uchování financí Jvývod/Jpřívod EURvývod/EURpřívod
Environmentální hmotnostní poměr CO2/C – X
Průtočná chladicí soustava Otevřená recirkulační chladicí soustava
3 000 16 000
52 285
5 20
Tabulka II.4: Uchování energie s možným chladnějším zdrojem chladicí vody Porovnání (chladicích) soustav kWth na MWth Poznámky Pobřežní vody versus chladicí věže Říční voda versus chladicí věže Podzemní voda versus chladicí věže
30 16 42
specifikováno geograficky lokální tepelné zatížení omezené zásoby
Výše uvedená čísla mohou být použita pro znázornění východiska pro specifické oblasti v Evropě, jako je například vysoce industrializovaná oblast jako je Nizozemsko. Nahrazení všech průmyslových chladicích věží průtočnými chladicími soustavami, do kterých je dodávána říční voda, by mohlo mít za následek uchování energie v národním měřítku v rozsahu 91 PJth 18 * 16 kWth/MWth = 15 PJth ročně (což je ekvivalent redukování emise oxidu uhličitého ve výši 93 000 metrických tun ročně). Toto by vyžadovalo dostupnost 85 m3/sec říční vody v průběhu celého roku. Naopak pro takovou náhradu přicházejí v úvahu pouze ty chladicí soustavy, které jsou umístěny v relativně malé vzdálenosti od řeky; zahrnutí (větších) vzdáleností by jinak mohlo negativně ovlivnit energetické výhody, které se nabízí použitím tohoto zdroje (chladicí) vody. Takže není nijak překvapivé, že většina průmyslových provozů a elektráren je umístěna v blízkosti řek a (mořských) pobřežních oblastí, což ovšem zdůrazňuje význam správného konstrukčního řešení chladicích zařízení a volby jejich umístění. ___________________ 18
Symposium zaměřené na vodu 1995; studijní program (sylabus) 43, Nederlands Corrosie Centrum Bilthoven.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
177
Příloha III
PŘÍLOHA III
KOTLOVÉ VÝMĚNÍKY TEPLA PRO PRŮMYSLOVÉ PRŮTOČNÉ CHLADICÍ SOUSTAVY A VÝSKYT ÚNIKŮ NETĚSNOSTMI
Konstrukční provedení výměníku tepla je nesmírně důležité, protože výměník tepla je klíčová část chladicí soustavy, ve které se uskutečňuje výměna tepla. Z environmentálního hlediska to je právě výměník tepla, kde se může vyskytnout únik látek používaných v procesu do chladiva v důsledku netěsností. V průtočných chladicích soustavách je důležitost dobře navrženého (konstrukčně provedeného), provozovaného a udržovaného výměníku tepla zřejmá. Z hlediska preventivního přístupu by měla být věnována pozornost problematikám uvedeným v této příloze před úvahami směrem k použití nepřímé (sekundární) chladicí soustavy. Tato příloha poskytuje přehled celé řady důležitých problematik, které se berou v úvahu při konstrukčním řešení společně používaného kotlového výměníku tepla za účelem předcházení environmentálním problémům [tm001, Bloemkolk, 1997]. Kotlový výměník tepla sestává z pláště, velkého počtu paralelních trubek, trubkovnic (trubkových desek) resp. přepážek a jednoho nebo dvou čelních vík. Výměna tepla mezi médii (látkami) se uskutečňuje čerpáním jedné z látek přes trubky a druhé látky kolem trubek. Při tomto čerpání/proudění látek se předává teplo přes stěny trubek. Přepážky jsou umístěny diagonálně vzhledem k trubkám. Přepážky zabezpečují lepší předávání tepla (prostřednictvím zvětšené turbulence proudu látky kolem trubek) a podepírají trubky. Kotlový výměník tepla je znázorněn na níže uvedeném obrázku. Výstup
Výstup „Reds“ a rozpěrné vložky
Dělený prstenec
Příčka trubkovéh
Plovoucí trubkovnice
Podpěra trubek
Přepážk y
Vstup
Pevná trubkovnice
Vstup
Podpěry Obrázek III.1: Hlavní komponenty kotlového výměníku tepla Plovoucí
[tm001, Bloemkolk, 1997] Existuje velmi mnoho různých typů kotlových výměníků tepla. Uskutečněním správného výběru z konstrukčních parametrů, které jsou uvedeny níže, může být konstrukční provedení přizpůsobeno specifickému procesu jakož i požadavkům na údržbu: • • • • • • • • •
typ pláště a čelního víka; typ trubky (přímá, nebo tvarovaná do písmena U, s žebry nebo bez žeber); velikost trubky (průměr a délka); vzdálenost mezi trubkami (rozteč) a jejich konfigurace (uspořádání); počet přepážek a typ přepážky; vzdálenost mezi přepážkami (rozteč přepážek); počet tahů přes trubky (trubkových průchodů); způsob proudění (protiproudý, souběžný/souproudý); buďto mechanické čištění nebo ne, čištění buďto použitím (vysokotlaké) vody nebo ne.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
179
Příloha III Sdružení výrobců trubkových výměníků (TEMA; The Tubular Exchanger Manufacturers Association) navrhlo terminologii pro různé typy kotlových výměníků tepla. Sdružení TEMA rovněž navrhlo směrnice, resp. návod pro mechanické konstrukční provedení takových výměníků tepla. Výhody a nevýhody kotlového výměníku tepla jsou v níže uvedeném seznamu:
Výhody: • • • • •
jsou k dispozici pro všechna použití; jsou k dispozici téměř všechny materiály; jsou k dispozici pro široký rozsah průtoků a kapacit/výkonností (provozů/výkonů); robustní, bezpečné konstrukční provedení; jsou k dispozici dobré tepelné a mechanické konstrukční metody.
Nevýhody: • • •
jsou relativně drahé na m2 plochy povrchu výměny tepla (resp. teplosměnné plochy); nejsou optimální pro předávání tepla; čištění (vytažení svazku trubek) ze strany pláště je pracné.
Z důvodu robustního a bezpečného konstrukčního provedení kotlového výměníku tepla dávají rafinerie přednost výměníku tepla tohoto typu. Volba tohoto typu kotlového výměníku tepla pro průtočné chladicí soustavy je dále vysvětlena v následujícím textu. III.1 Konstrukční provedení kotlového výměníku tepla pro průtočné chladicí soustavy Pro průtočné chladicí soustavy se zpravidla používají kotlové výměníky tepla TEMA-typu AES. Chladicí voda protéká trubkami kotlového výměníku tepla a médium, které je používáno (resp. látka, která je používána) v procesu protéká uvnitř pláště tohoto výměníku. AES odkazuje na kódy, které jsou použity pro popis různých volitelných možností pro kotlové výměníky tepla (viz Obrázek III.2).
Umístění médií/látek Protože strana trubek kotlového výměníku tepla se může čistit snadněji a lépe, než strana pláště, umísťují se silně znečišťující média, resp. látky na stranu trubek. Z důvodu použití materiálů odolných proti korozi pro korozívní chladicí vodu je taky ekonomičtější umístit proud chladicí vody na stranu trubek.
Typ A předního víka výměníku tepla Otevření výměníku tepla k provedení kontrolní prohlídky a údržby je snadnější v případě, kdy je použito čelní víko resp. přední víko typu A, protože spojovací trubky nemusí být při otevírání čelního víka tohoto typu vytlačeny. Z tohoto důvodu je tento typ předního víka téměř vždy použit v případě výměníků tepla, které mají „znečišťující“ médium, resp. „znečišťující“ látku na straně trubek.
Typ E pláště výměníku tepla Volba typu pláště kotlového výměníku tepla závisí na požadavcích procesu pro médium, resp. látku na straně pláště. Obvykle bývá zvolen typ E („jednoprůchodý plášť“).
Typ S zadního víka výměníku tepla Volba typu „zadního víka výměníku tepla“ se určí podle faktorů vztahujících se na: •
potřebu čistit (mechanicky nebo použitím vody) stranu pláště výměníku tepla;
•
potřebu čistit (mechanicky nebo použitím vody) stranu trubek výměníku tepla;
•
jakost chladicí vody (korozívní, vytváření kotelního kamene, atd.);
•
výskytu tepelné roztažnosti mezi materiálem pláště a trubky (trubek);
• potřebu protiproudého proudění. __________________________________________________________________________________________ 180 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha III
Obrázek III.2: Terminologie výměníků tepla (Technické normy sdružení výrobců trubkových výměníků) [tm003, Van der Schaaf, 1995] Obvykle se volí S-typ (s „plovoucím předním (čelním) víkem“), neboť tento typ je možné čistit mechanicky (nebo vodou) jak na straně pláště, tak i na (vnitřní) straně trubek. S tímto typem se taky nevyskytují žádné problémy v případě rozdílů tepelné roztažnosti mezi materiálem pláště a v porovnání s materiálem trubek. Nicméně S-typ je nejdražším typem „zadního (čelního) víka“. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
181
Příloha III III.2 Úniky v důsledku netěsností v kotlových výměnících tepla Úniky v důsledku netěsností, souvisící s kontaminací chladicí vody médiem, které je použito, resp. látkou, která je použita v procesu, se vyskytují ve většině případů kotlových výměníků tepla jako důsledek trhlin resp. prasklin ve spojení trubka – trubkovnice, prasklin/trhlin v samotné trubce a taky prasklin/trhlin v přírubovém spojení, které odděluje obě proudění („plovoucí přední (čelní) víko“). Úniky v důsledku netěsností se primárně mohou vyskytovat jako důsledek následujících příčin: 1. 2. 3. 4.
nekvalitní, resp. špatné konstrukční provedení (asi ve 30 % případech); nekvalitní, resp. špatná výroba; provozování, které není v souladu s mezními hodnotami konstrukčního provedení (50 % až 60 %); nekvalitní, resp. špatně prováděná kontrolní prohlídka a údržba.
1. Špatné konstrukční provedení Protože špatné nebo nesprávné konstrukční provedení neodvolatelně vede k únikům v důsledku netěsností, musí být v průběhu fáze konstrukčního řešení věnována pečlivá pozornost níže uvedeným konstrukčním parametrům: •
volba materiálu;
•
volba spojení trubky s trubkovnicí (válcované nebo svařované);
•
volba typu těsnění;
•
typ detailního provedení na těsnicích čelních plochách;
•
konstrukční provedení přírub (tloušťka, žádné pootáčení);
•
konstrukční provedení trubkovnice (tloušťka, žádné ohyby);
•
konstrukční provedení podpěr trubek.
Při těchto úvahách by měla být věnována pozornost „provozním“ podmínkám. Tyto podmínky jsou následující: •
výskyt vibrací;
•
rozdíly tepelných roztažností;
•
dělení průtoku;
• rychlosti průtoku (průtočné rychlosti). Do špatného konstrukční provedení se taky zahrnuje nesprávný návrh rychlostí proudění a konstrukční provedení, které je založeno na nesprávných údajích.
2. Špatná výroba Nicméně dobré konstrukční provedení není dostačující k zabránění únikům v důsledku netěsností. Špatná výroba může taky vést k únikům v důsledku netěsností během provozování výměníku tepla. Pokud se jedná o prevenci úniků v důsledku netěsností hrají v průběhu výroby svou úlohu následující aspekty: •
postup utěsnění šroubů přírub;
•
hladkost opracování těsnicích povrchů;
•
průměr otvoru pro trubky a tolerance v trubkovnicích a přepážkách;
•
postup válcování nebo svařování pro spojení trubky s trubkovnicí.
3. Provoz, který není udržován v souladu s konstrukčním provedením Provozování odchylující se od provozních podmínek, pro něž byl výměník tepla navržen, může vést k poškození a nakonec k únikům ve výměníku tepla v důsledku netěsností. Odlišné provozování by mohlo být: •
tepelné šoky/rázy;
• „neočekávaný“ stav (resp. „neočekávané podmínky), jako je nadměrný tlak a/nebo příliš vysoká teplota; __________________________________________________________________________________________ 182 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha III •
zvýšený nebo snížený průtok proudění;
•
vibrace;
•
slávky (mušle) v trubkách/potrubí (které se oddělily od trubky s chladicí vodou) v kombinaci s vibracemi.
Kromě toho se v průběhu údržby může vyskytnout nesprávná úprava (chladicí vody), například během čištění trubek párou nebo horkou vodou (poškození jako důsledek tepelné roztažnosti).
4. Nekvalitní, resp. špatně prováděná kontrolní prohlídka a údržba V průběhu periodické údržby se výměník tepla otevře, a svazek trubek se vytáhne mimo výměník tepla, provede se jeho vyčištění, a provede se jeho kontrolní prohlídka. Kontrolní prohlídka je zaměřena na detekci a prevenci úniků v důsledku netěsností. Kontrolní prohlídka, která se zaměřuje na detekci a/nebo prevenci úniků v důsledku netěsností, zahrnuje následující inspekční úkony zaměřené na: •
korozi a/nebo erozi na vnitřních a vnějších povrchových plochách trubek a na spojení trubek s trubkovnicí;
•
korozi čelních těsnicích ploch přírub;
•
kontrolu rozměrů otvorů pro trubky v přepážkách (zvětšila se velikost průměru otvorů?);
•
zmenšení tloušťky stěny trubek (zvláštní pozornost musí být věnována koncům trubek, trubkám umístěným v přepážkách a zaoblením trubek);
•
záhyby, zkroucené nebo ohnuté části trubek;
•
navzájem stlačené trubky a na uvolněné trubky;
•
ohnuté trubkovnice;
•
malé praskliny (nebo proděravění) v trubkách a ve svařovaných spojeních trubek s trubkovnicemi;
•
hladkost a stav těsnicích ploch.
Periodicky prováděná údržba je vždy zakončena vodní tlakovou zkouškou, při které jsou části výměníku tepla vystaveny tlaku za účelem ověření, zda výměník tepla je stále ještě vhodný k provozování při požadovaných hladinách tlaku. Tímto způsobem jsou z hlediska úniků v důsledku netěsností zkoušeny taky trubky, připojení trubek k trubkovnicím a přírubová spojení. Pro zjišťování netěsností jsou taky k dispozici přesnější zkušební metody. K tomuto účelu se používá buďto vzduch (zkouška vzduchem a mýdlovou vodou) nebo helium. Tímto způsobem se zjistí defekty (resp. místa úniků), nebo podezřelá místa, a jejich příčina bude muset být dále prozkoumána. Jakmile se zjistí příčina, budou muset být provedena nápravná opatření. Pokud nápravná opatření nejsou provedena, což platí jak pro ošetření příčiny, tak i pro opravu částí, vyskytne se v budoucnosti velká pravděpodobnost (nových) úniků v důsledku netěsností. Do nápravných opatření se zahrnuje zazátkování trubek a výměna (plochých) těsnění. Pokud předmětná společnost (firma) má svoji vlastní dílnu, budou opravářské práce na trubkovém výměníku tepla trvat jeden nebo dva dny. Únikům v důsledku netěsností lze preventivně zabránit zdůrazněním raději preventivní než nápravné údržby. Například svazky trubek výměníku tepla mohou být častěji vyměněny za nové. Správná, resp. řádná logistika provádění údržbářských prací a výskytu problémů umožňuje dokonalejší plánování údržbářských prací. Doporučuje se, aby pod dohledem (supervizí) bylo provedeno uzavření výměníku tepla a dotažení šroubových spojů jako prevence budoucích (možných) úniků v důsledku netěsností. K tomuto účelu může být použit nástroj s regulovatelnou hybností, resp. nastavitelný momentový klíč. III.3 Alternativy Pravděpodobnost úniků v důsledku netěsností může být snížena alternativními volbami materiálů, typu TEMA, připojením k trubkovnici, typem těsnění, a hladinou procesního tlaku chladicí soustavy.
Volba materiálu Pro vodní stranu výměníku tepla je možné použít místo uhlíkové oceli jakostnější materiály, jako je hliníková mosaz obsahující měď a nikl, a titan. Toto opatření bude mít za následek to, že výměník tepla bude podstatně dražší, než výměník tepla, jehož trubky a trubkovnice jsou zhotoveny z uhlíkové oceli (viz taky Přílohu IV). ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
183
Příloha III
Jiné výměníky tepla Volbou jiného typu výměníku tepla může být pravděpodobnost úniku v důsledku netěsností redukována až na značně okrajové resp. marginální minimum. Jsou k dispozici tyto alternativní možnosti: výměník tepla s trubkami ve tvaru písmena U; výměník tepla, jehož konstrukční provedení má dvojitou trubkovnici; výměník tepla jak s trubkami ve tvaru písmena U, tak i s konstrukčním provedením s dvojitou trubkovnicí. V případě výměníku tepla s trubkami ve tvaru písmena U neexistují žádné plovoucí přední víka (žádná plovoucí čela) a proto neexistuje žádné přírubové těsnění na zadním víku (na zadním čele). Typ výměníku tepla, který má trubky ve tvaru písmena U, je o (10 až 15) % levnější, než typ výměníku tepla s plovoucí čelní částí, resp. který má plovoucí čelo. Pokud se vyskytnou úniky v důsledku netěsností v případě výměníků tepla typu, který používá typ trubka-trubkovnice, pro jejichž konstrukční provedení je použita dvojitá konstrukce trubkovnice, může se vyskytnout emise do ovzduší, místo emise do jiného média (jiné látky). Je nutné konstatovat, že zdvojené připojení trubek k trubkovnici je značně nákladné.
Připojení trubek k trubkovnici V případě připojení trubek k trubkovnici pomocí svarů se vyskytuje mnohem menší možnost úniků v důsledku netěsností, než v případě konstrukčního provedení s rozválcováním konců trubek. Realizací rozválcovaného spojení (konců trubek) do svařovaného spojení se může dosáhnout toho, že takové výměníky tepla budou lépe odolné proti únikům v důsledku netěsností. V tomto případě existují dva druhy svarů: utěsňující svar (což je jedna vrstva svarového spojení), nebo pevnostní svar (což obvykle jsou dvě vrstvy svaru). Cenové údaje ukazují, že náklady na svařovanou konstrukci jsou přibližně o 9 EUR až 11 EUR na jednu trubku vyšší, než je tomu v případě konstrukčního provedení s rozválcováním konců trubek.
Typ těsnění V případě použití přírubového těsnění plovoucího předního víka (tzn. plovoucího čela kotlového výměníku tepla) je možné typ těsnění změnit. Obvykle používané typy těsnění, například těsnění „bez asbestu s navinutým kovem“, nebo těsnění ve tvaru vačky, může být nahrazeno těsněním se svarem („Schweissdichtung“). __________________________________________________________________________________________ 184 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha IV
PŘÍLOHA IV
PŘÍKLAD VOLBY MATERIÁLU PRO VODNÍ CHLADICÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLOVÝCH (NE-ELEKTRÁRENSKÝCH) POUŽITÍCH
[tm001, Bloemkolk, 1997]
IV.1 Úvod Volba konstrukčních materiálů pro chladicí soustavy, a zejména volba materiálů pro chladiče (výměníky tepla), je v mnoha případech složitou záležitostí. Tato volba je výsledkem posouzení rovnováhy mezi požadavky v důsledku chemie vody a provozními požadavky (omezené použití přídavných látek (do chladicí vody), počet cyklů koncentrace). Pro splnění těchto požadavků je nabízen široký rozsah materiálů. V této příloze je uvedeno několik volitelných možností materiálů, které mají být použity v případě brakické vody pro otevřené průtočné (chladicí) soustavy. Poskytuje se zde možnost kvalitativní volby pro použití. V individuálních případech bude konečná volba materiálu vyžadovat zahrnutí údajů o cenách k provedení spravedlivého porovnání, které vezme do úvahy taky důsledky volby materiálů na provozní náklady. Volba materiálů pro výměníky tepla
Existuje mnoho faktorů, které se berou společně v úvahu pro určení konečné volby materiálů pro výměníky tepla, jako jsou např. tyto: • Složení a korozívní působení chladicí vody • Způsob provozu, např. průtočné chlazení nebo recirkulační chlazení • Korozívní působení a charakter látky, která má být ochlazována • Typ chladiče • Rozsah životnosti • Náklady Toto jsou některé z nejdůležitějších kritérií, která se berou v úvahu při návrhu konstrukčního provedení nového chladiče, na základě kterých se provede konečná volba určitého materiálu. V mnoha případech je tato konečná volba materiálu nejlepším možným kompromisem, který dodržuje princip, že chladič musí mít ekonomicky přijatelný „rozsah životnosti“. Nicméně během tohoto rozsahu životnosti se u mnoha chladičů začnou vyskytovat úniky v důsledku netěsností. Důležitou příčinou tohoto jevu je to, že v praxi není chladič používán v souladu se svým konstrukčním provedením (podmínkami), přičemž změna podmínek procesu je z mnoha různých důvodů zcela běžnou záležitostí. Významné příčiny, které mohou vést k únikům v důsledku netěsností, jsou tyto: • příliš vysoká nebo příliš nízká rychlost proudění ve svazku trubek a špatná cirkulace v plášti (Tabulka IV.1); •
špatná úprava vody, tj. použitá metoda a řízení;
•
příliš vysoké teploty kovu na straně chladicí vody.
Pokud se jedná o teploty, teplota kovu 60 ºC se považuje za horní hranici, poněvadž nad touto teplotou je většina inhibitorů koroze méně účinná, nebo inhibitory nejsou vůbec účinné. Pokud jde o průtočné (chladicí) soustavy, vyskytuje se zde taky tvorba solí vápníku. Tabulka IV.1: Rychlost chladicí vody a typ materiálu Materiál
Rychlost (m/s)
Hliníková mosaz
1,0 – 2,1
Měď nikl (90 – 10)
1,0 – 2,5
Měď nikl (70 – 30)
1,0 – 3,0
Uhlíková ocel
1,0 –1,8
Austenitická nerezová ocel (316)
2,0 – 4,5
Titan
2,0 – 5,0
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
185
Příloha IV Volba materiálu pro čerpadla
Volba materiálu pro čerpadlo je méně kritická, protože v mnoha případech je toto zařízení zdvojeno (má zálohu). Toto znamená, že pokud má čerpadlo poruchu (pravděpodobně zde má být „down“, ne „clown“, pozn. překl.), proces často není přerušen. Dalším faktorem je skutečnost, že dostupné stěny mají často mnohem větší tloušťku, než je nutně potřeba (přídavek na korozi). Volba materiálů pro trubky s chladicí vodou
Ve většině případů je pro trubky s chladicí vodou zvolena uhlíková ocel s dostatečně velkým přídavkem pro korozi. Pokud přídavek na korozi větší než 3 mm je nedostatečný pro přijatelný rozsah životnosti, jsou zvoleny alternativní materiály, jako jsou plasty, uhlíková ocel s organickým povlakem/beton, nebo, ve výjimečných případech, slitiny vyšší jakosti, jako je nerezová ocel, monelův kov a jiné slitiny s niklem, atd. Trubky mají výhodu před stroji v tom, že jsou mnohem snadněji a levněji vyměnitelné, a proto je volba materiálů méně kritickou záležitostí.
IV.2 Přímé průtočné soustavy (s brakickou vodou) Složení a vlastnost „brakické vody“ být korozívní není pevně dána a může se měnit v rozsahu mezi korozívností sladké povrchové vody a mořské vody. Brakická voda se obvykle nachází v přechodových oblastech mezi řekami a/nebo jinými „sladkovodními“ výtoky a mořem (delty). Složení a charakteristiky se mohou široce měnit podle místa a podle (ročního) období. Lokální hloubka vody a hladina protékání (vracení se zpět na místo) a přílivy mohou hrát roli ve vlastnosti tohoto typu vody být korozívní. Některé druhy brakické vody mají vyšší úroveň korozívnosti než mořská voda. Například v mělkých vodách s nadměrným růstem rostlin se mohou vyskytnout sloučeniny síry jako důsledek rozkladu, které mohou způsobit závažnou důlkovou korozi ve sloučeninách mědi. V mnoha případech se vyskytuje značné množství unášených naplavenin, které může způsobit závažná znečištění výměníků tepla v (chladicích) zařízeních. V těchto případech je použití nerezavějící oceli problematické, protože vytváření důlků (důlková koroze, resp. pitting) se téměř určitě vyskytne velmi rychle. Protože všechny tyto faktory nejsou ve většině případů dobře známé, doporučuje se, aby vlastnost brakické vody být korozívní byla považována za stejnou, jako v případě korozívnosti mořské vody s relativně vysokým množstvím unášených naplavenin. Další výhodou je to, že existuje značná znalost a zkušenost vztahující se na výskyt koroze způsobené mořskou vodou.
Čerpadla V závislosti na situaci jsou materiály uvedené v následující tabulce často používány pro čerpadla brakické vody (použití jiných materiálů je možné, ale obvykle jsou mnohem dražší): Tabulka IV.2: Materiály použité pro čerpadla brakické vody Skříň
Oběžné kolo
Hnací hřídel
Tvárná litina)*
Cínový bronz
316
Hliníkový bronz Hliníkový bronz
Nerezavějící ocel 316)* Hliníkový bronz
Monelův kov Monelův kov
Cínový bronz
Cínový bronz
Monelův kov
Cínový bronz
Cínový bronz
Cínový bronz
Poznámky )* Je taky možné použít šedou litinu. Možnost spokojenosti (s jejím použitím) je významně větší. Někdy se taky používá ocel na odlitky (ocelolitina). )* Austenitická nerezavějící ocel (Cr-Ni-Mo 18-8-2)
Existuje tendence zvolit kombinaci (materiálů) pro skříň a pro ventilátor, podle které je skříň v zásadě anodickou částí konstrukce. __________________________________________________________________________________________ 186 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha IV
Trubky Ve většině případů jsou použity trubky z uhlíkové oceli s přídavkem pro korozi. Jiná možnost je poskytnout pro trubky uhlíkovou ocel s organickým povlakem, nebo je opatřit betonem. V obou případech jsou slabým místem konstrukce svary. V současné době jsou ve zvýšené míře používány sklolaminátové epoxidové trubky, především v soustavách, které jsou umístěny pod zemí. Velkou výhodou tohoto materiálu je to, že jsou téměř úplně odolné proti působení podzemní vody. Instalační náklady jsou přibližně stejné, jako jsou náklady pro trubkovou soustavu zhotovenou z uhlíkové oceli, která je opatřena povlakem, vnitřním nebo vnějším, zhotoveným z organického materiálu. Pro případ delšího časového období je toto řešení často levnější z uvedených dvou možností.
Výměníky tepla/chladiče Jak už bylo výše zmíněno, volba materiálu použitého ve výměníku tepla je poněkud složitější, protože tam, kde se jedná o svazek trubek, musí být vzata v úvahu korozívnost média, které má být ochlazováno (resp. látky, která má být ochlazována). Za předpokladu, že látka použitá v procesu nepůsobí korozívně na materiál, ze kterého je zhotoven svazek trubek, a že možná kontaminace (například ionty mědi) procesu není významná, volba materiálu je určena hlavně jakostí vody. Možná volba materiálů pro kotlové výměníky tepla, které jsou používány pro brakickou vodu, je dána v níže uvedené tabulce (voda protéká trubkami). Tabulka IV.3: Materiály použité pro kotlové výměníky tepla s brakickou vodou Plášť/těleso Vodní plášť Trubky Trubkovnice Uhlíková ocel Uhlíková ocel Uhlíková ocel Uhlíková ocel
Uhlíková ocel Uhlíková ocel)*2 Uhlíková ocel)*2 Uhlíková ocel)*2
Uhlíková ocel Uhlíková ocel
Cínový bronz Uhlíková ocel)*2
Uhlíková ocel)*1 Hliníková mosaz Hliníková mosaz Hliníková mosaz a nebo Měď-nikl (kupronikl))*4 Nerezavějící ocel 316)*3 Titan)*5
Uhlíková ocel Uhlíková ocel Hliníkový bronz Uhlíková ocel s povlakem hliníkové mosazi Uhlíková ocel Uhlíková ocel
Připomínky k Tabulce IV.3 Ve výše uvedeném seznamu existují nejrůznější možnosti. Konečná volba materiálů je do značné míry určena mírou korozívního působení brakické vody a podmínkami procesu. )*1 Použití trubek z uhlíkové oceli je možné pouze v těch případech, kdy je jistota, že voda není korozívní (např. podle praktických zkušeností). Tato volitelná možnost téměř nikdy neexistuje. )*2 Vodní pláště jsou obvykle opatřeny organickým povlakem plus několik („sacrificial“) anod. Pokud je trubkovnice zhotovena z dražšího/vzácnějšího kovu, musí být na tento kov použit organický povlak k zabránění galvanickým účinkům na vodní plášť. )*3 Použití austenitického materiálu jako je např. 316 není bez rizika. V případě znečištění existuje značná pravděpodobnost výskytu důlkové koroze (pitting). Tento proces může být extrémně rychlý. Dalším rizikem je možný výskyt koroze napětím v tomto typu materiálu. Nicméně praktická zkušenost ukazuje, že tento případ se nevyskytuje často, což je možné v důsledku relativně nízkých teplot v tomto typu (chladicí) soustavy. Toto riziko může být významně sníženo, nebo mu může být dokonce zabráněno, pokud se použije vyšší verze slitiny, jako je např. 904L, 254SMO, nebo Incoloy 825. Tyto typy materiálu se používají taky tehdy, když to vyžaduje strana procesu. )*4 Slitiny měď-nikl (kupronikl) a jiné slitiny jsou zvoleny tehdy, když konstrukční teplota kovu je příliš vysoká pro hliníkovou mosaz. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
187
Příloha IV )*5 V mnoha případech je nejlepší volbou materiálu použití titanu. Často se předpokládá, že výměník tepla zhotovený z titanu je příliš drahý. Cena tohoto materiálu v posledních desetiletích se dramaticky snížila a použití titanu je ekonomické. Očekávání jsou taková, že snižující se cenové rozdíly a zvyšující se problémy s úpravou vody povedou k zvýšenému používání Ti ve srovnání se slitinami Cu-Ni, které jsou nyní používány. Navíc k vysoké odolnosti titanu proti korozi, a to dokonce i v mimořádně znečištěné vodě, má tento materiál nejrůznější výhody: • Mohou být použity trubky s mimořádně tenkými stěnami, a tak se použije méně materiálu na m2 ohřívané (resp. „ochlazované“, pozn. překl.) plochy povrchu. • Tepelná vodivost titanu je velmi dobrá. • Hodnota odpadového kovu je vysoká a materiál je dobře vhodný pro opětovné použití. • Titan má dlouhou pravděpodobnou dobu životnosti. Nevýhodou je to, že biologický růst je silnější, než je tomu například v případě použití slitin obsahujících měď. Titan proto vyžaduje zvýšené použití biocidů. Další záležitostí je to, že titan nemůže být použit v redukčním (životním) prostředí, protože se nevytváří žádný ochranný oxidový povlak.
IV.3 Nepřímé průtočné soustavy (brakická voda/demin-voda) V nepřímých (sekundárních) průtočných (chladicích) soustavách je teplo absorbováno v uzavřeném sekundárním chladicím okruhu, a až potom je absorbované teplo předáváno do otevřené průtočné (chladicí) soustavy přes výměník tepla. Je charakteristické, že v těchto chladicích soustavách je jakost/korozívnost vody různá pro každý chladicí okruh. Jakost vody v primární části (chladicího zařízení) je obvykle horší, než jakost vody v sekundární části. V tomto případě obsahuje primární část opět brakickou vodu a sekundární část demin-vodu.
Volba materiálu pro primární cirkulační chladicí soustavu Materiály použité pro primární chladicí soustavu, která je naplněna brakickou vodou, jsou popsány v Části IV.2. Výměník tepla mezi primární a sekundární chladicí soustavou je mimořádně důležitý pro provoz. Porucha tohoto výměníku tepla má závažné důsledky, a proto by toto mělo být vzato v úvahu při volbě materiálu, ze kterého bude zhotoven. Pokud je primární chladicí prostředek brakická voda, potom nejlepší volba materiálu pro trubky nebo desky (deskový výměník) je titan. V určitých případech mohou být zvažovány jiné vysokojakostní slitiny, jako je 254 SMO, nebo lepší slitiny, ale ve většině případů je nejlepší volbou materiálu titan.
Volba materiálu pro sekundární cirkulační soustavu Podstatnou záležitostí pro uzavřenou sekundární (chladicí) soustavu je skutečnost, že zhotovení vody bez kyslíku zabraňuje korozi. V tomto případě byla zvolena jako chladicí látka/médium demin voda. Nicméně tato demin voda v provzdušněném stavu je extrémně korozívní pro uhlíkovou ocel. Toto může být potlačeno alkalizováním vody (pH=9). Čistá voda z vodovodu (vodovodního kohoutku) s relativně vysokým obsahem chloru je v zásadě stejně tak dobrá, jako demin voda. Jestliže jsou realizována tato opatření, potom je voda „mrtvá“, což znamená, že její korozívnost je minimální. V zásadě veškeré materiály (zde spíše asi „zařízení/příslušenství“, pozn. překl.), včetně trubek ve výměnících tepla, čerpadel a potrubních tvarovek mohou být zhotoveny z uhlíkové oceli. Přirozeně musí být vzaty v úvahu podmínky vyskytující se v procesu. Je důležité, aby byla pravidelně kontrolována koncentrace kyslíku v těchto soustavách. V některých případech jsou v těchto soustavách použity dusičnany jako inhibitory. Udržováním vody v zásaditém stavu, a/nebo úpravou vody použitím dusičnanů, je vnikání kyslíku netěsnostmi méně kritické. __________________________________________________________________________________________ 188 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha IV
IV.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy IV.4.1 Použití sladké vody v otevřené mokré chladicí věži Pokud se jedná o použití materiálu je jedním z úkolů při konstrukčním řešení otevřené recirkulační chladicí soustavy (otevřená mokrá chladicí věž) kondicionování vody v chladicí soustavě takovým způsobem (inhibitory, kontrola pH, atd.), aby použití uhlíkové oceli pro většinu částí chladicí soustavy bylo ekonomicky přijatelné. Tento případ vychází z použití vody z vodovodu. V závislosti na složení a na cyklech koncentrace, koncentrace komponent v této vodě se bude zvyšovat (někdy se nazývá „zahušťování“), čímž se počet resp. množství rozpuštěných solí úměrně zvětšuje, což zvyšuje schopnost vody způsobovat korozi. Tento účinek může být potlačen použitím inhibitorů a pomocí správných hladin pH. Konstrukční řešení takové (chladicí) soustavy je obvykle založeno na skutečnosti, že pro uhlíkovou ocel voda není korozívní. Většina částí, jako jsou trubky a čerpadla, jsou proto zhotovena z uhlíkové oceli. Trubky použité ve výměníku tepla jsou taky často zhotoveny z uhlíkové oceli. V kritických chladicích soustavách, nebo za účelem poskytnutí větší bezpečnosti jsou trubky taky často zhotoveny z hliníkové mosazi. Problémy obvykle vznikají tehdy, když látka (médium), která má být ochlazována, je korozívní. Ve velmi mnohých případech musí tedy být použita austenitická ocel, nebo lepší slitina, se stejnými riziky, jaké jsou uvedeny výše, například důlková koroze resp. pitting, nebo koroze napětím. Je proto nesmírně důležité, aby znečištění (chladicích soustav) bylo udržováno na minimální hladině. Toto v zásadě platí pro všechny vodní chladicí soustavy. V otevřené cirkulační chladicí soustavě se často používá filtrace „bočního/vedlejšího“ proudu, nebo v kritických chladičích (kondenzátorech) je instalována samočisticí soustava (například s pryžovými koulemi; resp. porézními kuličkami).
IV.4.2 Použití slané vody v otevřených mokrých chladicích věžích [tm110, BDAG, 1995] Použití slané nebo brakické vody v chladicích věžích vyžaduje aplikace, které věnují pozornost zejména korozi kovových materiálů. Byla nashromážděna celá řada poznatků z pozorování. Pro případ konstrukcí odolných proti slané vodě byla získána dobrá zkušenost s druhy tvrdého dřeva a s dřevem, které bylo tlakově zpracováno. Nicméně druhý způsob je prováděn s použitím CCA a proto nemůže být považován za zdravou metodu z environmentálního hlediska. Dobře se osvědčil cement odolný proti působení síranů pro betonové konstrukce a osvědčilo se používání výztuží pro vnější a vnitřní části. Mohou se používat křemík, hliníkový bronz a/nebo nerezavějící ocel, ale galvanické pozinkování jenom v místech nad hladinou distribuce vody. Povlaky z plastu se doporučují pro části zhotovené z hliníkového/křemíkového bronzu. Výplňové materiály by měly být otevřeny/vystaveny malému znečišťování s vysokou zatěžovací kapacitou, kde se projevila jako účinná kombinace tenké vrstvy resp. filmu (horní části) a bez tenké vrstvy resp. filmu (dolní části). Rychlost (proudění) vody by měla být dostatečně nízká pro zabránění korozi, ale dostatečně vysoká pro zabránění usazování těžkých tuhých částic. Tato konkrétní opatření mohou, kromě jiných opatření, redukovat požadavky na úpravu vody v zařízeních, ve kterých se používá slaná voda.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
189
Příloha V
PŘÍLOHA V
PŘEHLED CHEMIKÁLIÍ PRO KONDICIONOVÁNÍ VODNÍCH CHLADICÍCH SOUSTAV
Ve všech vodních chladicích soustavách jsou používány přídavné látky pro úpravu chladicí vody s cílem chránit chladicí soustavu a zabránit redukování výměny tepla v důsledku tvorby kotelního kamene, znečištění a koroze. Proti těmto problémům chladicí vody se používá široký rozsah přídavných látek. V této příloze je uveden přehled různých typů přídavných látek, které se používají v různých mokrých chladicích soustavách. V závěrečné části této přílohy je vysvětlena úprava chladicí vody v mokré otevřené chladicí věži pro znázornění složitosti kondicionování chladicí vody a jsou uvedeny složky, které hrají svoji roli při úpravě chladicí vody.
V.1 Inhibitory koroze V.1.1 Koroze Koroze může být definována jako destrukce kovu chemickými nebo elektrochemickými reakcemi s prostředím, ve kterém se kov nachází. Výsledkem těchto reakcí je oxid kovu nebo jiná sůl s nízkou strukturální schopností, která způsobuje poškození materiálu. Koroze v chladicích soustavách způsobuje dva základní problémy. První problém, který je více evidentní, je porucha zařízení a z toho vyplývající náklady na výměnu (zkorodované části) a na prostoj (dobu nečinnosti) provozu. Druhým problémem je snížená účinnost provozu v důsledku ztrát při předávání tepla, které jsou důsledkem znečištění výměníku tepla, způsobeného hromaděním produktů koroze. Koroze je způsobena nebo podporována přítomností kyslíku, obsahem soli, vytváření usazenin, nebo nadměrně nízkou hladinou pH. Koroze může být taky důsledkem znečištění, které je způsobeno růstem organismů, což je tak zvaná mikrobiologicky ovlivňovaná koroze (MIC): bakterie produkující kyselinu způsobují korozi a vibrující slávky (mušle) způsobují erozi.
V.1.2 Používané inhibitory koroze Inhibitory koroze je možné identifikovat podle jejich funkce. Inhibitory koroze odnímají korozní materiály, nebo je pasivují, srážejí nebo adsorbují. Pasivační (anodické) inhibitory vytvářejí na povrchu kovu ochranný povlak oxidu. Srážecí (katodické) inhibitory jsou prostě chemické látky, které vytvářejí nerozpustné sraženiny (precipitáty), které mohou na povrchu vytvořit povlak a tím jej chránit. Adsorpční inhibitory mají polarizační schopnosti, které způsobují, aby byly adsorbovány na povrchu kovu. Používání inhibitorů koroze se mění od (chladicí) soustavy k (chladicí) soustavě. V průtočných chladicích soustavách se používají polyfosforečnany a zinek a je možnost omezeného použití křemičitanů a molybdenanů. V některých zemích se v průtočných chladicích soustavách téměř nepoužívá dávkování jakýchkoliv inhibitorů, s výjimkou inhibitorů ze žlutého kovu (např. síran železa), které se dávkují do výměníku tepla nebo kondenzátorů zhotovených ze slitiny mědi. Pro otevřené recirkulační chladicí soustavy se obvykle vyžaduje komplexnější program omezování koroze. Mnoho let byly používány programy založené na použití chromanu, ale v důsledku jeho toxicity bylo používání chromanu významně redukováno, a nemusel by být používán vůbec, protože existují dobrá alternativní řešení. Většina v současné době používaných programů proti korozi je založena na používání fosforečnanů a přidává se zinek, jestliže to stav vody vyžaduje. Často se volí provozování chladicí soustavy při alkalických podmínkách (pH 8-9), ale úpravy vody použitím biocidů a disperzních látek by musely být za těchto podmínek patřičně přizpůsobeny. V návaznosti na to je voda pak méně korozívní. Nevýhodou provozu při alkalických podmínkách je zvýšená možnost tvorby kotelního kamene. Účinným řešením proti korozi a vytváření kotelního kamene jsou alkalické podmínky v kombinaci s používáním organických fosfonátů. Teoreticky vzato uzavřené vodní chladicí soustavy by neměly vyžadovat použití inhibitorů koroze. Veškerý kyslík přivedený do chladicí soustavy s přídavnou vodou by měl rychle být vyčerpán oxidací kovů, které jsou ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
191
Příloha V použity v chladicí soustavě, a potom by se koroze již neměla vyskytovat. Nicméně uzavřené chladicí soustavy obvykle ztrácejí dostatečné množství vody a propouštějí dostatečné množství vzduchu na to, aby byla vyžadována ochrana proti korozi. Podle jiné teorie to je dlouhá rezidenční doba vody, až několik měsíců, co je příčinou rozsáhlých úprav vody inhibitory koroze. Tři nejspolehlivější inhibitory koroze pro uzavřené chladicí soustavy jsou chromanové, molybdenanové a dusitanové materiály. Všeobecně vzato, chromany a molybdenany se osvědčily jako vynikající inhibitory pro úpravu chladicí vody proti korozi. Toxicita chromanu omezuje jeho používání, zejména v případech, kdy chladicí soustava musí být vypouštěna. V mnoha případech je k dispozici alternativa bez chromanů, ale v některých členských státech je používání chromanů stále dovoleno. Úpravy chladicí vody použitím molybdenanů poskytují efektivní ochranu proti korozi a molybdenany jsou považovány z environmentálního hlediska za přijatelnější, než úpravy chladicí vody použitím chromanů. Nakonec to závisí na podmínkách, resp. stavu chladicí soustavy (použité materiály a pH), který druh inhibitorů koroze je nejlépe použitelný. Například pro měď jsou nejúčinnější inhibitory koroze aromatické azosloučeniny. Jako aktivní sloučenina pro odpařovací recirkulační chladicí soustavy je typický rozsah koncentrací od 2 mg/l do 20 mg/l. Pro některé anodické inhibitory (jako jsou chromany, molybdenany a dusitany) v uzavřených chladicích soustavách bylo oznámeno, že koncentrace používané v minulosti byly 500 mg/l až 1 000 mg/l.
V.2 Inhibitory kotelního kamene V.2.1 Tvorba kotelního kamene Jestliže koncentrace soli ve vodním filmu uvnitř výměníku tepla přesáhne její rozpustnost, vyskytne se srážení, což se specifikuje jako tvorba kotelního kamene. Hlavní podoby kotelního kamene jsou uhličitan vápenatý a fosforečnan vápenatý, ale taky se mohou vyskytnout usazeniny síranu vápenatého, křemičitanů, Zn a Mg, a to v závislosti na minerálních látkách obsažených ve vodě. Kotelní kámen redukuje výkon resp. výkonnost výměníku tepla, protože tepelná vodivost uhličitanu vápenatého je zhruba 25krát nižší, než je tepelná vodivost oceli. Tvorba kotelního kamene závisí na třech hlavních faktorech: obsah minerálních látek (alkalita/zásaditost), vyšší teplota a pH cirkulující vody; dále závisí na sekundárních faktorech: přítomnost komplexních organických hmot a chemické složení povrchových ploch výměníku tepla. Tvorbu kotelního kamene podporuje rovněž určitý tvar tělesa výměníku tepla. Tvorbu kotelního kamene podporuje zvlnění, šikmé kanály a nedostatečný poměr průtoku vody na povrchovou plochu (vodního) filmu. V recirkulačních chladicích soustavách vedou k tvorbě kotelního kamene taky vysoké cykly koncentrace. Tvorba kotelního kamene může způsobovat problémy taky v chladicích věžích, protože výplň může být velmi náchylná k různým typům usazenin. Z důvodu odpařování (1,8 % cirkulace na 10 K ochlazení) v chladicí věži mohou minerální a organické látky v recirkulující vodě koncentrovat na takovou úroveň, že se může vyskytnout tvorba kotelního kamene. Zejména pro případy elektráren bylo oznámeno, že tvorba kotelního kamene se vyskytuje v důsledku: • ohřevu vody až na 30 ºC při přímém chlazení a 45 ºC v okruzích s přídavnou chladicí věží; • odpařování vody působící ochlazování při protékání chladicími věžemi, které zvyšuje koncentraci rozpuštěné soli až na koeficient 1,6 nebo až na takovou hodnotu, kterou součinitel koncentrace určuje; a • ztrát volného oxidu uhličitého během protékání vody chladicími věžemi, což způsobuje zvýšení hodnoty pH, které se mění podle průtoku a typu výplně chladicí věže. V případě starších výplní podepřených dřevěnou konstrukcí byla hodnota pH 7,5 až 7,8, ale v případě plastových výplní s průtokem tenké vrstvy (filmu) vody se hodnota pH zvýšila na 8,2 až 8,4 v malých chladicích věžích (250 MWe), stejně tak jako ve velkých chladicích věžích (900 MWe nebo větší).
V.2.2 Používaná inhibice kotelního kamene Tvorba kotelního kamene může hrát určitou roli v průtočných a otevřených recirkulačních chladicích soustavách. V případě uzavřených recirkulačních chladicích soustav by tvorba kotelního kamene neměla způsobit větší problémy. Může se vyskytnout, pokud ztráty vody způsobené přetékáním vyžadují časté doplňování přídavné vody a závisí na výše zmíněných faktorech. __________________________________________________________________________________________ 192 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha V Zvýšení koncentrace solí v chladicí vodě v otevřených recirkulačních chladicích soustavách a distribučních soustavách je způsobeno odpařováním v chladicí věži a může být řízeno prostřednictvím odkalování. Poměr koncentrace konkrétní látky v recirkulující vodě ke koncentraci této látky v přídavné vodě se nazývá koeficient koncentrace. Koeficient koncentrace se pohybuje v rozsahu od dolní hodnoty 2-3 pro velké elektrárny až do horní hodnoty 8-9 pro některé recirkulační průmyslové vodní chladicí soustavy. Typické hodnoty koeficientů koncentrace v průmyslu (ne pro elektrárny) se pohybují v rozsahu mezi 3 až 5. V praxi je tvorba kotelního kamene řízena nastavením hodnoty pH dávkováním kyseliny a použitím inhibitorů tvorby kotelního kamene. Zkušenosti ve velkých chladicích soustavách elektráren, vybavených chladicími věžemi ukazují, že úprava chladicí vody použitím kyseliny (kyselina sírová nebo kyselina chlorovodíková) nevede ke změně hodnoty pH, protože chladicí voda zůstává alkalická. Kyseliny spíše neutralizují zásaditost k zabránění srážení CaCO3. Nicméně v dekarbonovaných vodách může být řízení hodnoty pH prováděno přidáváním kyselin. Dekarbonizace prostřednictvím srážení uhličitanů vápenatých závisí na třech hlavních faktorech, které jsou obsah minerálních látek (alkalita/zásaditost), teplota a hodnota pH v cirkulující resp. obíhající vodě. Sekundárními faktory jsou přítomnost komplexních organických látek ve vodě a chemické složení povrchových ploch výměníku tepla. Byly oznámeny tři alternativy pro chemickou úpravu chladicí vody za účelem zabránění vzniku kotelního kamene ve výměnících tepla a v mokrých chladicích věžích ve velkých mokrých chladicích soustavách: • dekarbonizace přídavné vody (z čehož vzniká kal, který musí být zlikvidován); • přidávání kyseliny; • přidávání organických inhibitorů tvorby kotelního kamene. Nejvýznamnější činidla pro omezování tvorby kotelního kamene jsou polyfosforečnany, fosfonáty, polyakryláty, kopolymery a ter-polymery. Typické koncentrace činidel pro omezování tvorby kotelního kamene se pohybují v rozsahu od 2 mg/l do 20 mg/l, jako účinná sloučenina. Stabilizátory tvrdosti zabraňují vytváření krystalů a jsou používány v recirkulačních chladicích soustavách, ale zřídkakdy jsou nebo nikdy nejsou používány v průtočných chladicích soustavách. Uzavřené recirkulační chladicí soustavy nejsou předmětem vytváření kotelního kamene v primární chladicí soustavě s výjimkou případu, kdy musí být použita tvrdá přídavná voda. Mnoho uzavřených chladicích soustav používá jako přídavnou vodu buď zeolitem změkčenou vodu nebo kondenzáty jako prevenci problémů s tvorbou kotelního kamene. Všeobecně vyjádřeno, určitá koroze se vyskytuje v důsledku ztráty vody nebo prosakováním vzduchu. V sekundárním chladicím okruhu voda cirkuluje resp. obíhá v otevřené odpařovací chladicí soustavě. Zde se může vyskytnout koroze na vnější straně trubkových hadů, kde se uskutečňuje předávání tepla za mokra.
V.3 Inhibitory znečištění (dispergovadla) V.3.1 Znečištění Znečištění se vyskytuje v případech, když nerozpustné organické částice, unášené ve vodě jak průtočných chladicích soustav, tak i otevřených recirkulačních chladicích soustav, vytvářejí usazeniny na povrchu částí chladicí soustavy. Konkrétní látky, velikost částic a malé rychlosti vody jsou faktory, které podporují znečištění. Znečišťujícími látkami mohou být písek, silt (prach/bahno), oxidy železa a jiné produkty koroze; znečišťující látky mohou taky reagovat s některými chemikáliemi použitými pro úpravu vody. Znečišťující látky mohou být buď přenášeny vzduchem, mohou vniknout do chladicí soustavy s vodou (silt, jíl/hlína), nebo jsou zavedeny do chladicí soustavy prosakováním z procesu a mohou být velmi jemně rozptýleny do malých rozměrů (1-100) nm. Dispergovadla resp. disperzní látky jsou polymery používané pro zabránění znečištění tím, že odstraňují částice (organické) hmoty (např. vrstva mikroznečištění a kalu/bahna) z povrchových ploch výměníku tepla zvýšením elektrického náboje způsobeného absorpcí. Částice se navzájem odpuzují a výsledkem je to, že zůstávají v rozptýleném stavu. Pro usnadnění pronikání biocidů do vrstev mikroznečištění a kalu/bahna mohou být použita ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
193
Příloha V povrchově aktivní činidla, často nazývaná biologické disperzní látky (resp. biodispergovadla). Disperzní látky pomáhají udržovat povrch výměníku tepla v čistém stavu, čímž se snižuje riziko koroze. Běžná praxe je dávkovat biocidy v kombinaci s dispergovadly na úrovních 1 mg/l až 10 mg/l jako aktivní přísada.
V.3.2 Používané inhibitory znečištění Nejúčinnější a rozsáhle používaná dispergovadla neboli disperzní látky jsou aniontové polymery s nízkou molekulovou hmotou. Nejvýznamnější dispergovadla jsou: organické a kovové sulfonáty, kovové fenolové sloučeniny, kovové dialkyl dithiofosfonáty, dialkyl sulfosukcináty sodné, polyetylén alkyl a alicyklické aminy, a monoetanolaminové fosforečnanové soli, polyakryláty, polymetakryláty a polymery založené na akrylátu.
V.4 Biocidy V.4.1 Bioznečištění Strhávání organismů vodou nebo vzduchem může vést k bioznečištění. Obecně vzato existují dva hlavní druhy bioznečištění: makroznečištění (např. slávky/mušle) a mikroznečištění (např. bakterie, houby, řasy). Makroznečištění je všeobecně omezeno na průtočné chladicí soustavy a je závažnějším problémem v mořské a brakické vodě, než ve sladké vodě. Makroznečištění může způsobit rozsáhlé ucpání potrubí a propustí, a může způsobit tak zvanou erozivní korozi. Makroznečištění je velmi specifické pro předmětnou lokalitu a pro jakost vody, jak co do množství, tak i podle rozmanitosti druhů organismů. Problémy vztahující se na mikroznečištění se vyskytují jak v průtočných, tak i v otevřených recirkulačních chladicích soustavách. Mikrobiální růst na vlhkých plochách vede k vytváření biofilmů. Výsledkem neřízeného resp. neomezovaného mikrobiálního růstu na povrchových plochách je vytváření slizu. Biologická složka neboli biofilm se vytváří živými buňkami a jejich metabolickými vedlejšími produkty. Mikroznečištění je vždy primární kolonizátor na povrchových plochách při vývinu bioznečištění. Převládajícím účinkem bioznečištění je snížení kapacity předávání tepla výměníků tepla a energetické ztráty způsobené zvýšeným třecím odporem. Kromě toho tam, kde se exponovaný kov stane znečištěným, může se vyskytnout koroze způsobená mikrobiálním účinkem. Navíc mikrobiální druhy mohou ohrozit zdraví lidí tak, že se rozšíří prostřednictvím chladicích věží. Je k dispozici celá řada technik a úprav proti znečištění. Tato použití, typ chladicí vody a přidružené problémy s vodou jsou shrnuty v Tabulce V.1. __________________________________________________________________________________________ 194 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha V Tabulka V.1: Přehled znečišťujících a ucpávacích organismů a stupeň znečištění v mořské, brakické a sladké vodě. V posledním sloupci jsou uvedeny zmírňující techniky (Stupeň znečištění je označen jako: + nějaké (malé), ++ větší než malé, +++ těžké) (Původ: Aplikovaná hydroekologie 10, 1-2, 1998) Země Typ chladicí vody, přidružené znečištění, Hlavní zmírňující techniky ucpávání a tvorba kotelního kamene proti znečištění Mořská Brakická Sladká Belgie
Žahavci (Polypovci) + Sliz ++
Dánsko
Slávky/Mušle + Sliz +
Viz mořská
Francie
Slávky/Mušle +++ Svijonožci ++
Znečištění: žádné zvláštní problémy v důsledku rozsáhlých odchylek slanosti ve velkých ústích řek. Ucpávání unášením vyšších rostlin (macrophytes) +
Ucpávání způsobeno: Plži – Listovky nahožábré (medúzy) +++ mořské řasy +++
Německo
Irsko
Sliz ++ Slávky mnohotvárné + (Zebrované mušle) Asijské škeble + Mechovky ++ Plži ++ V chladicích věžích: kotelní kámen ++ Nepoužívá se
Slávky mnohotvárné ++ (Zebrované mušle) Mechovky ++ Řasy ++ Plži ++ Asijské škeble + V chladicích věžích: kotelní kámen ++
Slávky mnohotvárné + (Zebrované mušle) Sliz ++ V chladicích věžích: kotelní kámen ++ Slávky/Mušle + Sliz +
Viz mořská
Slávky mnohotvárné (Zebrované mušle)
Ucpávání způsobeno: Ryby +++
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Neprůběžné chlorování chlornanem Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Netoxické nátěry proti znečištění. Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z brusného pěnového materiálu (porézními kuličkami) (některé jednotky). Průběžné chlorování při nízké hladině dávkování ((0,5-1,0) mg/L), s elektrolytickým chlorováním Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Nárazové chlorování jednou nebo dvakrát za rok Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Neprůběžné chlorování chlornanem. H2O2, ozon Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi (porézními kuličkami). Průběžné chlorování chlornanem
195
Příloha V Tabulka V.1: (dokončení) Přehled znečišťujících a ucpávacích organismů a stupeň znečištění v mořské, brakické a sladké vodě. V posledním sloupci jsou uvedeny zmírňující techniky (Stupeň znečištění je označen jako: + nějaké (malé), ++ větší než malé, +++ těžké) (Původ: Aplikovaná hydroekologie 10, 1-2, 1998) Země Typ chladicí vody, přidružené znečištění, Hlavní zmírňující techniky ucpávání a tvorba kotelního kamene proti znečištění Mořská Brakická Sladká Itálie
Slávky/Mušle +++ Hydroidy ++ Rournatci ++ Svijonožci ++ Sliz ++
Ucpávání způsobeno: mořské řasy + Posidonia +
Nizozemsko Slávky/Mušle +++ Sliz ++
Ucpávání způsobeno: medúzy +++ ryby ++
(jenom jedna elektrárna)
Ucpávání způsobeno: mořské řasy + sutiny +
Slávky/Mušle ++ Sliz +
Ucpávání způsobeno: ryby +
Norsko Portugalsk o
Slávky/Mušle ++ Sliz +
Španělsko
Sliz + Rournatci + Slávky/Mušle ++ Ústřice +
Spojené království
Svijonožci + Slávky/Mušle ++ Sliz ++ Ucpávání způsobeno: ryby +++ Mořské řasy ++ Medúzy +
Slávky mnohotvárné (Zebrované mušle) Sliz ++
Ucpávání způsobeno: naplavené rostliny, listí +
Slávky mnohotvárné + (Zebrované mušle) Sliz ++
Ucpávání způsobeno: ryby ++ Hydroelektrárna: pouze problémy s migrujícími rybami Asijské škeble +
Sliz ++ V chladicích věžích: kotelní kámen ++
Viz mořská
Sliz ++ V chladicích věžích: kotelní kámen ++
Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z brusného pěnového materiálu (porézními kuličkami). Průběžné nebo přerušované chlorování chlornanem nebo elektrolytické chlorování. Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Přerušované chlorování (velmi málo případů). Mořská voda & Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Tepelná úprava. Chlorování průběžné nebo neprůběžné, použitím chlornanu.
Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z brusného pěnového materiálu (některé jednotky). Průběžné chlorování při nízké hladině dávkování ((0,5-1,0) mg/L), s elektrolytickým chlorováním Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu. Mořská voda & Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu. Neprůběžné chlorování, nízká hladina dávkování a nárazové chlorování, použitím chlornanu, a elektrolytické chlorování Mořská voda & Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu. Průběžné chlorování (přerušované v zimě), použitím chlornanu, a elektrolytické chlorování
__________________________________________________________________________________________ 196 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha V
V.4.2 Používaná biocidní úprava Biocidy se přidávají do chladicí vody za účelem potírání bioznečištění v průmyslových otevřených mokrých chladicích soustavách. Co se týká biocidů, jejich používání a jejich účinků, bylo provedeno mnoho výzkumných prací a je možné setkat se s velkým počtem publikací. Biocidy jsou látky, které zpomalují mikrobiologický růst v chladicí vodě, snižují celkový počet buněk v napájecí vodě a oslabují stabilitu základní hmoty biofilmu, a tím minimalizují organické znečištění v chladicí soustavě. Mikrobiologický růst zahrnuje růst mikroorganismů, bakterií, řas a hub, a také růst makroorganismů, jako jsou ústřice, svijonožci a slávky/mušle. Obecně jsou biocidy definovány jako oxidační biocidy, nebo jako neoxidační biocidy. Oxidační biocidy mají nespecifické široké spektrum biocidního režimu působení, které omezuje stupeň, do kterého by se mohly vyvinout znečišťující organismy odolné/resistentní těmto biocidům. Neoxidační biocidy jsou selektivnější a komplexnější ve svém působení a proto potřebují delší reakční dobu, než oxidační biocidy. Nicméně environmentálním problémem biocidů je jejich vrozená toxicita. Některé antimikrobiální látky použité v chladicích soustavách jsou sloučeniny, které se ve vodě rychle rozkládají, čímž zmenšují některá potenciální environmentální nebezpečí. Tento chemický rozklad je často doprovázen snížením toxicity sloučeniny. Tato sloučenina může být přidána do vody chladicí soustavy, uskuteční svůj úkol, což je zničení mikrobů, které se nacházejí v chladicí soustavě, a potom se rozloží na méně toxické chemické látky. Spotřeba biocidů je určena typem chladicí soustavy, vodním zdrojem (sladká voda nebo slaná voda), ročním obdobím a pronikáním organických látek z procesu v důsledku netěsností, a poločasem soustavy. V průtočných chladicích soustavách jsou téměř výhradně používány biocidy. Obvykle to jsou oxidační biocidy, jako je např. chlornan, nebo deriváty jako je bromnan. Použití biocidů v otevřených recirkulačních chladicích soustavách se uskutečňuje buď na základě samotného oxidačního biocidu, nebo v kombinaci s neoxidačním biocidem. Spotřeba neoxidačních biocidů a jiných činidel pro kondicionování chladicí vody je téměř kompletně určena recirkulačními vodními chladicími soustavami. Kromě toho bylo zjištěno, že do některých uzavřených recirkulačních chladicích soustav nejsou přidávány vůbec žádné biocidy. V Tabulce V.2 jsou uvedeny údaje o množstvích biocidů, které jsou používány v některých členských státech.
V.4.3 Oxidační biocidy Obvykle používané oxidační biocidy v průmyslových chladicích soustavách jsou halogeny, chlor a brom, a to v kapalné formě a jako plyn, donory organických halogenů, oxid chloričitý a ozon, monochloramin a peroxidy. V případě podmínek mořské vody se vyskytuje rostoucí zájem o používání oxidu chloričitého, a to z důvodu jeho účinnosti a redukovanému vytváření bromovaných uhlovodíků (zejména bromoform, chlordibrommetan, bromdichlormetan a dibromacetonitril) a trihalometanů (THM) ve srovnání s chlornanem, ale na druhé straně oxid chloričitý produkuje ionty ClO3‾. V některých místech se taky používá plynný chlor (Cl2), protože je kompaktní a levný, ale v jeho případě existují bezpečnostní rizika, když je skladován ve velkém množství, a jsou s ním spojeny určité potíže při manipulaci. Chlornan sodný je nejobvykleji používaný oxidační biocid pro velké průtočné chladicí soustavy. Může být produkován na mořských místech elektrolýzou mořské vody. Tento proces, který se nazývá elektrolytické chlorování, předchází přepravě a skladování nebezpečného plynného chloru nebo roztoku. Spotřeba chlornanu sodného, jako požadavek na aktivní chlor, je všeobecně nižší v a kolem chladicích soustav se slanou vodou, než je tomu v případě chladicích soustav se sladkou vodou, z důvodu vyšší hladiny rozpuštěné organické hmoty a jejích částic ve sladké vodě. Bylo oznámeno, že vytváření halogenovaných organických látek v mořské vodě je nižší, než ve sladké vodě (řeky) z důvodu vyššího obsahu bromu v mořské vodě, nicméně žádné publikace by toto nemohly potvrdit. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
197
Příloha V Tabulka V.2: Odhadované spotřební hladiny některých běžně používaných oxidačních biocidů v několika evropských členských státech (kg/rok) (KEMA, 1996) Skupina Oxidační biocidy Spojené království Nizozemsko Francie (1993)2 (1995)3 (1998) Na základě chloru
Na základě bromu
Jiná
Chlornan sodný Dichlorisokyanurát sodný
731 0001,5 19 300
1 800 0004
Oxid chloričitý
13 000
Bromid sodný 1-brom-3 chlor-5,5dimetylhydantoid (BCDMH) Peroxid vodíku
356 000
22 500
286 000
1 000
Kyselina peroctová
975
817 0006
910
Poznámky: 1
odhadované použití jako aktivní přídavná látka (jako formulovaný výrobek (podle vzorce) jsou množství mnohem vyšší) 2 ve všech vodních chladicích soustavách 3 jenom v recirkulačních chladicích soustavách 4 měřeno jako Cl2 5 odhad tohoto čísla je podhodnocen, protože v UK se používá mnoho elektrolytického chlorování v elektrárnách na pobřeží 6 v Cl2 vyprodukovaném elektrolytickém chlorování v elektrárnách spalujících fosilní palivo Ve výše uvedeném jsou taky zahrnuty chladicí soustavy, které používají vodu ze silně znečištěných přístavů. Často se preferuje průběžné „nízké“ (s malými dávkami) chlorování, přestože neprůběžné nebo polo-průběžné chlorování je mnohem a mnohem praktičtější. Nicméně toto vyžaduje intenzivnější monitorování chladicí soustavy a chladicí vody. Jak z chloru v plynném stavu, tak i z roztoku chlornanu sodného je nejaktivnější chemická látka nerozštěpená kyselina chlorná. Je to velmi reaktivní oxidační přídavná látka a reaguje s většinou organických látek ve vodě a vytváří trihalometan (THM) chloroform ((3-5) %) a jiné chlorované organické látky. Volný chlor může taky reagovat se čpavkem a vytvářet chloraminy, nebo může reagovat s různými rozpuštěnými organickými sloučeninami a vytvářet různé typy organohalogenovaných sloučenin (jako je THM, chlorfenoly). Toto se taky uskutečňuje v samotné chladicí soustavě a ne předtím, než byl splněn tento první požadavek na chlor, zbytkový chlor bude schopen provést své biologické působení. Použití oxidačního biocidu kyseliny bromné (HOBr) by mohla být alternativa pro chlornan. Kyselina bromná zůstává nerozštěpená (nedisociovaná) při vyšších hodnotách pH, než platí pro kyselinu chlornou. Znamená to, že při hodnotě pH 8 a vyšších hodnotách je volný oxidant HOBr účinnějším biocidem, než je nerozštěpený chlorný iont OCl‾. Důsledkem toho je, že v alkalické sladké vodě může být efektivní dávkování bromnanu mnohem nižší, než ekvivalent chlornanu. Přestože bromované organické látky jsou 2-3 krát toxičtější než chlorované ekvivalenty, rozkládají se rychleji a daný dolní požadavek může poskytnout zřetelnou environmentální výhodu. Nicméně v mořské vodě vede oxidace iontů bromidu chlornanem k rychlejšímu vytváření bromnanu a chlorování mořské vody je téměř ekvivalentní bromování a tak environmentální užitek při bromné volitelné možnosti ve srovnání s chlornou volitelnou možností může malý. __________________________________________________________________________________________ 198 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha V V recirkulačních vodních chladicích soustavách jsou bromid a chlornan sodný, chloramin a peroxid používány v kombinaci; a od této kombinace se taky očekává, že poskytne méně nebezpečné látky z environmentálního hlediska. Nevýhodou této úpravy chladicí vody by mohlo být to, že při vysokých koncentracích roztoků volných oxidantů (FO) by se mohlo vyskytnout vytváření karcinogenního bromičnanu. Jiným možným zdrojem by mohla být ozonizace přírodních vod oxidací bromidových iontů. Obsah bromičnanu závisí na koncentraci bromidu ve slané (mořské) vodě (solance), používané k výrobě chlornanu sodného. Teoretická maximální koncentrace bromičnanu (BrO3‾) v roztocích chlornanu sodného vyprodukovaná elektrolýzou mořské vody je kolem 100 mg/l nebo 3 mg na g chloru. V komerčních roztocích chlornanu se nachází široký rozsah koncentrace bromičnanu. Jestliže jsou pro výrobu chloru použity koncentrované solanky, koncentrace se pohybují v rozsahu od 0,15 mg BrO3‾ do 4,0 BrO3‾ na g chloru.
V.4.4 Neoxidační biocidy Neoxidační biocidy jsou poměrně pomalu reagující látky, které reagují se specifickými složkami buňky, nebo jejich účinek na mikroorganismy je vykonáván dráhami reakcí v buňce. Jsou uváděny následující neoxidační biocidy, které jsou obvykle používány: 2,2-dibrom-3-nitrilpropionamid (DBNPA), glutaraldehyd, sloučeniny s kvarterním dusíkem (QAC), izothiazoloiny, halogenované bifenyly a thiokarbamaty, ale na trhu je mnoho dalších neoxidačních biocidů a v Evropě se množství a frekvence používání jednotlivých biocidů značně liší. V Tabulce V.3 jsou uvedeny údaje o spotřebě některých neoxidačních biocidů. Použití neoxidačních biocidů místo oxidačních biocidů se doporučuje pouze v případech, kde oxidační biocidy nejsou schopny poskytnout dostatečnou ochranu, jako tomu je v chladicích soustavách s vysokými organickými zatíženími, nebo v recirkulačních mokrých chladicích soustavách, kde se denní kontrola prakticky neprovádí. Ve velkých recirkulačních mokrých chladicích soustavách, kde se převážně aplikuje chlornan sodný, se někdy používá konstantní monitorování k zajištění toho, aby v chladicím okruhu byla k dispozici správná hladina volných oxidantů. Nicméně pro mnoho menších recirkulačních mokrých chladicích soustav, a pro ty chladicí soustavy, které jsou provozovány servisními organizacemi pro vodu, a které nemají trvale přítomný personál na předmětném místě, se dává přednost používání neoxidačních biocidů, které jsou méně ovlivňovány jakostí vody, před používáním oxidačních biocidů [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. Neoxidační biocidy jsou hlavně aplikovány v otevřených odpařovacích recirkulačních chladicích soustavách. Všeobecně vyjádřeno, neoxidační biocidy se používají pro vodní chladicí soustavy tak, aby poskytovaly koncentrace aktivních přídavných látek chladicí vody od asi 0,5 ppm až do 50 ppm (výjimečně 100 ppm). Neoxidační biocidy vykonávají své účinky na mikroorganismy prostřednictvím reakce se specifickými složkami buňky, nebo dráhami reakcí v buňce. První reakce představuje poškození buněčné membrány a v průběhu další reakce se uskutečňuje poškození biochemického mechanismu pro výrobu energie buňky nebo pro využívání energie buňky. Sloučeniny s kvarterním dusíkem (resp. kvartérní amoniové sloučeniny) jsou molekuly s povrchově aktivními kladnými ionty (kationaktivní). Poškozují buněčné membrány bakterií, hub a řas, a tím zvyšují propustnost buněčné stěny, což má za následek denaturaci proteinů a nakonec odumření celé buňky. Izothiazoloiny jsou nespecifické a zasahují do ATP-syntezí v buňce. Pokud se jedná o používání jiných neoxidačních biocidů, ve značném rozsahu se používá metylén(bis)thiokyanát (MBT) proti bakteriím a houbám a předpokládá se, že tento biocid se nevratně váže na biomolekuly a brání nutným redukujícím a oxidačním reakcím. Glutaraldehyd se používá jak proti aerobním, tak i proti anaerobním bakteriím a jeho biocidní je založena na příčných vazbách resp. zesítění proteinu. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
199
Příloha V Tabulka V.3: Odhadované spotřební hladiny některých běžně používaných oxidačních biocidů v několika evropských členských státech v kg/rok (KEMA, 1996) Skupina Neoxidační biocidy Spojené království Nizozemsko Francie (1993)2 (1995)3 (1998) QAC
Izothiazoloiny
Jiné
Dimetyl kokobenzyl Chlorid amonný Bezyl-alkoniomové amonné sloučeniny Celkový odhad QAC
23 4001
5-chlor-2-metyl- 4izothiazoloin-3-jedna Izothiazoloiny celkem
13 200
Halogenované bifenyly (dichlorfen + fentichlor) Thiokarbamaty
12 150
Glutaraldehyd Tetraalkyl fosfoniumchlorid
56 400 9 500
750
2,2-dibrom-3-nitrilpropionamid
17 200
800
Metylen(bis)thiokyanát (MBT)
2 270
1 450
β-brom-β-nitrostyren (BNS)
231
1 950
21 400 71 152
18 000
1 500
56 800
20 0004
Mastné aminy Jiné
4 412
Odhad celkem
234 963
6 450
Poznámky: 1
odhadované použití jako aktivní přídavná látka (jako formulovaný výrobek (podle vzorce) jsou množství mnohem vyšší) 2 ve všech chladicích soustavách chlazených vodou 3 jenom v recirkulačních chladicích soustavách 4 aktivní produkt, používaný na námořních plavidlech, která používají pro zdroje elektrické energie (elektrárny) fosilní palivo
V.4.5 Faktory určující použití biocidů [tm005, Van Donk a Jenner, 1996] Následující faktory jsou zaměřeny na použití biocidů, ale mohly by být aplikovány na použití jiných přídavných látek. Účinnost Může to znít jako samozřejmé, že biocid musí být účinný ve specifické situaci, ve které je použit. Nicméně je důležité uvědomit si, že biocid – nebo program úpravy chladicí vody, který je účinný v jedné chladicí soustavě, nemusí být účinný v jiné chladicí soustavě, i když jsou tyto chladicí soustavy zjevně identické. Jedním z důvodů pro tuto skutečnost může být vývin resistentní nebo tolerantní populace mikroorganismů. Toto riziko je menší pro oxidační biocidy, než pro neoxidační biocidy. • Typ chladicí soustavy Typ chladicí soustavy určuje hydraulický poločas chladicí vody v mokrých chladicích soustavách a tedy dobu kontaktu mezi biocidem a chladicí vodou. V průtočných mokrých chladicích soustavách, kde rezidenční doby jsou krátké, se obvykle používají rychle reagující – oxidační – biocidy. V současné době pokud jsou používány __________________________________________________________________________________________ 200 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha V v průtočných chladicích soustavách biocidy, v Nizozemsku se aplikuje chlornan sodný. Pomaleji reagující neoxidační biocidy jsou v současné době používány pouze v recirkulačních mokrých chladicích soustavách. Většina (> 90 %) chladicí vody pro recirkulační vodní chladicí soustavy se upravuje použitím NaOCl, Cl2, ClO2 nebo NaOCl/NaBr. Typ procesu je důležitým faktorem při výběru biocidu zejména tehdy, když se uváží reaktivita některých biocidů na tekutiny používané v procesu, které se vylijí do chladicí vody. Některé procesy, jako je přímé chlazení kovu v kovoprůmyslu, vytváří speciální podmínky pro chladicí vodu. Tekutiny používané v procesu unikající do chladicí vody v důsledku netěsností mohou sloužit jako výživné látky pro biologický růst. • Jakost vody Chemická a biologická jakost vody ovlivňuje volbu programu úpravy chladicí vody, a tedy to, jaký biocid se zvolí. Výskyt makroznečišťujících organismů se do velké míry vztahuje k jakosti vody. Všeobecně vyjádřeno, zvýšená jakost povrchové vody může mít v biologickém významu za následek zvýšený výskyt makroznečištění v mokrých chladicích soustavách. Pro mikroorganismy nehraje typ vody při definování typů organismů, se kterými je možné se setkat, větší roli. Teoreticky je hodnota pH přibližně 7 optimální pro mikrobiální růst. Kyselé podmínky budou podporovat růst hub a hodnoty pH větší než 8 budou redukovat růst řas. Nicméně v praxi mikroorganismy prokázaly, že jsou velmi adaptabilní a mohou vytvářet kolonie v různých chladicích soustavách. Jako ilustrace této záležitosti je obecně udržovaná domněnka, že houby pro svůj růst dávají přednost kyselému až neutrálnímu prostředí, a budou v alkalickém prostředí nahrazeny bakteriemi. Toto je v podstatě správné, ale pokud je chladicí voda takové chladicí soustavy upravena baktericidní látkou s žádným účinkem proti houbám, umožní v mnoha případech kontaminace houbovitými sporami kolonizaci chladicí soustavy, a to dokonce i při hodnotě pH 9. V průtočných chladicích soustavách hodnota pH uvnitř chladicí soustavy je rovna hodnotě pH přiváděné vody, přestože dávkování chlornanem sodným může hodnotu pH nepatrně zvýšit; toto je ale obvykle nemožné změřit. Hodnota pH se často kontroluje v otevřených odpařovacích recirkulačních chladicích soustavách a pohybuje se obecně v rozsahu od 7 do 9 přidáváním kyselin (často kyselina sírová), nebo zásad (často hydroxid sodný), nebo cyklováním přirozené zásaditosti (alkality). V případě aplikování chlornanu sodného a bromnanu sodného jako biocidů je velmi dobře známo, že hodnota pH silně ovlivní rovnováhu mezi kyselinou „hypohalous“ a „hypohalite“ iontem. „Hypohalous“ kyseliny jsou přibližně stokrát toxičtější než jejich aniontové formy. Proto, teoreticky, hodnota pH bude ovlivňovat toxicitu například dávky chlornanu. V praxi nemůže být ovlivněna hodnota pH v průtočných chladicích soustavách. Sladkovodní průtočné chladicí soustavy typicky používají chladicí vodu při hodnotě pH (7-8); chladicí soustavy ochlazované mořskou vodou jsou provozovány při hodnotě pH přibližně pH 8. Výše zmíněná rovnováha je proto relevantnější pro účinnost úpravy chladicí vody v průtočných chladicích soustavách, protože rezidenční doba (resp. doba zdržení) chladicí vody – a tedy doba kontaktu biocidu s organismy – v chladicí soustavě je relativně krátká. Mokré recirkulační chladicí soustavy jsou obvykle provozovány při hodnotě pH pohybující se v rozsahu (7-9). Zkušenost v chemickém průmyslu ukázala, že recirkulační chladicí soustava provozovaná při hodnotě pH 9 používá méně chlornanu, než chladicí soustava provozovaná při nižší hodnotě pH, bez ztráty účinnosti úpravy chladicí vody. Osud chlornanu v recirkulačních chladicích soustavách byl rozsáhle studován. Hlavním závěrem těchto studií je to, že (5-10) % dávky chlornanu se ztratí v chladicí věži, když je chladicí soustava provozována při hodnotě pH 8,5, zatímco při hodnotě pH nižší než 7 tato ztráta činí (30-40) %. Vysvětlením pro tuto skutečnost je to, že anion chlornanu nemůže být odstraněn mimo chladicí věž. Toto je v kontrastu s „hypohalous“ kyselinou. Byl vyjádřen závěr, že dávka chlornanu při hodnotě pH 9 je stejně účinná, navzdory tomu, že pouze (1-5) % se vyskytuje ve formě kyseliny, protože spotřebovaná „hypohalous“ kyselina bude ihned doplňována z přebytku vyskytujícího se v aniontové formě. Celkový závěr je tedy takový, že provozování recirkulačních chladicích soustav při vysoké hodnotě pH bude redukovat množství chlornanu, které je potřeba pro účinné omezování mikroznečištění. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
201
Příloha V Teplota povrchu ovlivňuje růst mořských biologických druhů a může proto být využita jako faktor pro volbu programu úpravy chladicí vody v průtočných chladicích soustavách. Makroznečištění v průtočných chladicích soustavách v Nizozemsku nebude rapidně narůstat v průběhu zimních měsíců. Proto není nutné dávkovat biocidy když teploty vody jsou nižší než 12 ºC. Průmyslová odvětví nacházející se na pobřeží středozemního moře, používající průtočné chladicí soustavy, kde silný růst makroznečištění a „spat fall“ se uskutečňuje po celý rok, dávkují oxidační biocidy po celý rok. Všeobecně vyjádřeno, teplota vody velmi ovlivní různorodost druhů, rychlost růstu a požadavky na biocidy. V průtočných chladicích soustavách je teplota vody, která je dodávána do velkého objemu („bulk“) vody (ΔT) 8-12 ºC, při omezení maximální teploty vypouštěné vody. Recirkulační chladicí soustavy čelí stejnému omezení v místě vypouštění, přestože jsou někdy dovoleny vyšší teploty vypouštěné vody. Teploty recirkulujícího (resp. obíhajícího) velkého množství („bulk“) vody mohou být 20 ºC až 30 ºC a nebo i vyšší. Většina makroznečišťujících druhů v Nizozemsku nevydrží dlouhodobé vystavení teplotám 30 ºC, ale některé druhy, jako jsou mušle v brakické vodě, rostou při těchto teplotách velmi rychle. V případě recirkulačních chladicích soustav s vysokými koeficienty koncentrace jsou tvrdost přiváděné vody a množství organických materiálů mimořádně důležité, protože toto ovlivní množství vytvořeného kotelního kamene a množství požadovaných inhibitorů koroze. Množství organických materiálů (rozpuštěných tuhých látek, unášených tuhých látek) v chladicí vodě jsou důležitá jak v případě průtočných chladicích soustav, tak i v případě recirkulačních chladicích soustav, protože ovlivňují biocidní požadavek. Rozsah, do kterého toto ovlivní biocidy, je různý (např. chlornan bude reagovat se čpavkem, oxid chloričitý nebude). Všeobecně vyjádřeno je žádoucí redukovat na minimum veškeré látky, které vedou ke zvýšenému biocidnímu požadavku.
V.4.6 Vzájemné působení s jinými chemikáliemi pro úpravu vody Jiné přídavné látky, jako jsou inhibitory koroze a inhibitory vytváření kotelního kamene, mohou taky ovlivnit volbu vhodného biocidu. Některé biocidy omezují navzájem svoji účinnost, ale mohou taky být navzájem prospěšné. Například: je známo, že QAC jsou částečně neutralizovány oxidačními biocidy a aniontovými dispergačními činidly; na druhé straně izothiazoloiny jsou stabilizovány chlornanem sodným; ozon je tak silný oxidant, že bude okysličovat téměř kteroukoliv jinou přídavnou látku chladicí vody, což je specificky problém pro inhibitory koroze, které často musí být v nějakém rozsahu aplikovány v návaznosti na aplikování ozonu za účelem ochrany zařízení.
V.5 Cykly koncentrace a rovnováha vody Aplikování přídavných látek v otevřených odpařovacích chladicích věžích je složité a vztahuje se do značné míry k rovnováze vody a k cyklům koncentrace, se kterými je chladicí soustava provozována. Odkalování je důležité opatření k nápravě rovnováhy pevných látek a hraje roli v optimalizaci výkonu (resp. činnosti) chladicí soustavy a úpravy chladicí vody. Stručné vysvětlení principu odkalování je uvedeno níže na Obrázku V.1. Množství chladicí vody (Qc), které cirkuluje chladicí soustavou, se uvádí v m3 za minutu. Po průchodu výměníkem tepla se chladicí voda ochlazuje v chladicí věži odpařováním a prouděním. Odpařování (E), unášení (drift), ventilační ztráty a určité úniky v důsledku netěsností snižují množství chladicí vody a následně na to se zvyšuje koncentrace solí v chladicí vodě, což by mohlo vést k vytváření kotelního kamene a korozi. __________________________________________________________________________________________ 202 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha V
Odpařování – Qc
T2
E Tepelná zatížení
ΔT Chladicí věž M při CM
ΔT
QC – m3 za minutu
Nádrž na vodu
při T1, ºC B při CB
Obrázek V.1: Rovnováha chladicí věže a pevných látek pro odpařovací chladicí soustavu používající chladicí věž [tm135, anonymní zdroj, 1998] Toto je uvedeno do rovnováhy prostřednictvím odběru z chladicí soustavy; tento proces se nazývá odkalování (B s koncentrací CB); a následně kompenzováno doplněním (resp. přidáváním) vody, která se nazývá přídavná voda (M při koncentraci CM). Poněvadž chladicí soustava musí být uvedena do rovnováhy, využívá se koeficientu koncentrace (CR), přičemž CR = M/B = CB/CM (protože M x CM = B x CB). Obrázek V.2: Snížení průtoku přídavné vody koncentrací v odpařovací chladicí soustavě
Doplňování přídavné vody, m3 za minutu
Horní mezní hodnota – průtok průtočné chladicí soustavy
Příklad – 8 m3 za minutu při 20 ºC zvýšení teploty
Doplňování přídavné vody (M) Odkalování = M – E Odpařování (E)
Dolní mezní hodnota – rychlost odpařování
Koeficient koncentrace (CR)
[tm 135, Nalco, 1988] ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
203
Příloha V M = E + B, tudíž CR = (E + B)/B = E/B + 1, a z této rovnice vyplývá, že:
B = E/(CR – 1) Toto je velmi užitečná rovnice pro úpravu chladicí vody. Poté, co byly stanoveny cykly koncentrace na základě koncentrací přídavné vody a odkalované vody, je možné vypočítat skutečné množství odkalené vody, která byla odvedena z chladicí soustavy, nebo množství odkalované vody, které se vyžaduje pro udržení chladicí soustavy na požadovaném počtu cyklů. __________________________________________________________________________________________ 204 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VI
PŘÍLOHA VI
PŘÍKLAD LEGISLATIVY ČLENSKÝCH STÁTECH
V
EVROPSKÝCH
Následující text je zahrnut do tohoto dokumentu jako jeho nedílná část za účelem poskytnutí příkladu legislativy, která byla úspěšně aplikována v Evropě pro redukování emisí chladicích soustav.
Všeobecný administrativní předpis z 31. ledna 1994 doplňující Všeobecný rámcový administrativní předpis, vztahující se na Minimální požadavky na vypouštění odpadní vody do vod (v současné době, srpen 2000, je právě revidován) Výňatek z
Příloha 31: Úprava vody, Chladicí soustavy, Výroba páry 1 1.1
Předmět Odpadní voda, ve které kontaminující zatížení pochází primárně z úpravy vody pro chladicí soustavy průmyslových procesů.
2
Požadavky
Musí být dodrženy následující požadavky na vypouštění odpadní vody. Požadavky na chemický kyslíkový požadavek, na dusík jako souhrn čpavku, dusitanu a dusičnan dusíku, na anorganické sloučeniny fosforu a na filtrovatelné látky jsou založeny na všeobecně uznávaných technických pravidlech, zbývající požadavky na nejlepší dostupné technologii. Tyto požadavky se nevztahují na vypouštění odpadní vody, které je menší než 0,5 m3 za den. 2.1 Všeobecné požadavky Odpadní voda nesmí obsahovat – s výjimkou fosfonátů a polykarboxylátů – žádná organická komplexní činidla, která nejsou snadno biologicky odbouratelná (biodegradovatelná/bioodbouratelná) v souladu s požadavky základní úrovně zákona vztahujícího se na chemikálie („Chemicals Act“) pro určování snadné biologické odbouratelnosti pomocí Směrnice OECD 301 A – 301 E z května 1981. Odpadní voda nesmí obsahovat sloučeniny chromu, sloučeniny rtuti, dusitany, organokovové sloučeniny (vazby kov-uhlík) nebo merkaptobenzothiazoly, které pocházejí z používání provozních a vedlejších (resp. pomocných) zdrojů. Požadavky uvedené v prvním a druhém odstavci se pokládají za splněné, pokud látky, které tam jsou specifikovány, nejsou používány, (pokud) všechny používané provozní a vedlejší zdroje jsou uvedeny v provozním deníku a jsou k dispozici informace výrobce, ve kterých je uvedeno, že takové látky nejsou ani přítomny v používaných provozních a vedlejších zdrojích, ani není možné, aby byly vytvořeny při provozních podmínkách. ___________________ (pozn. překl. co se týká použitého výrazu „předpis“ jako česká verze pro anglický výraz „regulation“, je použit proto, že „směrnice“ je v anglické verzi obvykle „directive“) ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
205
Příloha VI 2.3
Požadavky na odpadní vodu z chladicích soustav
2.3.1
Voda z průtočných nebo otevřených sladkovodních chladicích soustav Požadavky po úpravě nárazovým dávkováním mikrobiocidních látek musí být následující: _________________________________________________________________________________ Kvalifikovaný
2.3.2
náhodný
vzorek
nebo 2-
hodinový složený vzorek (mg/l) _________________________________________________________________________________ Oxid chloričitý, chlor a brom 0,2 (při vyjádření jako chlor) Adsorbovatelné organické halogeny (AOX) 0,15 _________________________________________________________________________________ Mikrobiocidní látky jiné než peroxid vodíku a ozon se nesmí v odpadní vodě vyskytovat. Tyto požadavky se pokládají za splněné, pokud takové látky nejsou používány, (pokud) všechny používané provozní a vedlejší zdroje jsou uvedeny v provozním deníku a jsou k dispozici informace výrobce, ve kterých je uvedeno, že takové látky nejsou přítomny v používaných provozních a vedlejších zdrojích. Voda z proplachování („flushing“) primárních chladicích okruhů v elektrárnách (proplachovací voda z recirkulačních chladicích soustav) ________________________________________________________________________________ Náhodný vzorek (mg/l) _______________________________________________________________________________ Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) (chemický požadavek kyslíku (COD)) 30 Sloučeniny fosforu jako fosfor celkem2) 1,5 Pokud jsou použity pouze anorganické sloučeniny fosforu, hodnota pro parametr fosfor se zvyšuje na 3 mg/l. ________________________________________________________________________________ Požadavky po úpravě nárazovým dávkováním mikrobiocidních látek musí být následující:
________________________________________________________________________________ Náhodný vzorek (mg/l) ________________________________________________________________________________ Adsorbovatelné organické halogeny (AOX) 0,15 Oxid chloričitý, chlor a brom 0,3 (při vyjádření jako chlor) Toxicita na luminiscenční bakterie TB 12 _________________________________________________________________________________ Požadavek na toxicitu luminiscenčních bakterií se taky považuje za splněnou, pokud je proplachovací okruh udržován v uzavřeném stavu dokud není dosažena hodnota TB 12 nebo hodnota nižší v souladu s informacemi výrobce o vstupních koncentracích a o chování biologického odbourávání a toto je doloženo provozním deníkem. Odpadní voda nesmí obsahovat sloučeniny zinku z činidel pro kondicionování chladicí vody. Tento požadavek se považuje za splněný, pokud všechny provozní a pomocné zdroje jsou uvedeny v provozním deníku a jsou k dispozici informace výrobce, ve kterých je uvedeno, že používaná činidla pro kondicionování chladicí vody neobsahují žádné sloučeniny zinku. __________________________________________________________________________________________ 206 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VI 2.3.3
Odpadní voda z proplachování („flushing“) jiných chladicích okruhů _________________________________________________________________________________ Náhodný vzorek (mg/l) _________________________________________________________________________________ Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) (chemický požadavek kyslíku (COD)) 40 Hodnota pro parametr COD (CHSK) se zvýší na 80 mg/l po čištění dispergujícími látkami (dispergovadly) Sloučeniny fosforu jako fosfor celkem2 3 Hodnota pro parametr fosfor se zvýší na 4 mg/l pokud jsou pro kondicionování chladicí vody používána pouze činidla bez zinku. Tato hodnota se zvýší na 5 mg/l pokud používaná činidla pro kondicionování vody neobsahující zinek obsahují pouze anorganické sloučeniny fosforu. Zinek 4 Adsorbovatelné organické sloučeniny (AOX) 0,15 _________________________________________________________________________________ Požadavky po úpravě nárazovým dávkováním mikrobiocidních látek musí být následující:
_________________________________________________________________________________ Náhodný vzorek (mg/l) _________________________________________________________________________________ Oxid chloričitý, chlor a brom 0,3 (při vyjádření jako chlor) Adsorbovatelné organické halogeny (AOX) 0,5 Toxicita na luminiscenční bakterie TB 12 _________________________________________________________________________________ Požadavek na toxicitu luminiscenčních bakterií se taky považuje za splněnou, pokud je proplachovací okruh udržován v uzavřeném stavu dokud není dosažena hodnota TB 12 nebo hodnota nižší v souladu s informacemi výrobce o vstupních koncentracích a o chování biologického odbourávání a toto je doloženo provozním deníkem. 2.5 V případě zadržovacích/odpařovacích nádrží (rybníků) všechny hodnoty platí pro náhodný vzorek. Zde se hodnoty vztahují na jakost vody před vyprázdněním. 2.6 Shoda s požadavky, které jsou uvedeny v položce 2.3 pro parametr COD (resp. v české verzi pro parametr CHSK, pozn. překl.), může být taky zkontrolována stanovením celkového organického uhlíku (TOC). V tomto případě se hodnota COD/CHSK nahrazuje trojnásobkem hodnoty pro TOC, stanovené v miligramech na litr. ___________________ 2) Určí se v originálním vzorku podle DIN 38406 – E22 (vydání z března 1988), nebo použitím ekvivalentního postupu měření a analýzy.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
207
Příloha VII
PŘÍLOHA VII
PŘÍKLAD KONCEPCE BEZPEČNOSTI PRO OTEVŘENÉ MOKRÉ CHLADICÍ SOUSTAVY (KONCEPCE VCI)
VII.1 Úvod do koncepce Tato koncepce bezpečnosti byla vypracována za účelem poskytnutí pomoci s ohledem na ochranu vod před časově termínovaným vypouštěním, prostřednictvím chladicí vody, látek (vyskytujících se v procesu), které způsobují dlouhodobé škodlivé změny vodních těles. Tato koncepce specifikuje opatření pro monitorování a změny, které jsou spojeny s průtočnými chladicími soustavami a alternativami k průtočným chladicím soustavám jako funkce trvalého znečišťování vody látkami, které mohou být vypouštěny do chladicí vody. Kapacita látky způsobovat dlouhodobé škodlivé změny nebo představovat nebezpečí pro vodní těleso může být stanovena na základě R–formulací, které jsou stanoveny v souladu s evropskou legislativou, vztahující se na nebezpečné látky. Jak je uvedeno v následující tabulce, je stanoven určitý počet bodů pro každou z R–formulací vztahujících se na chráněné přednosti (aktiva) vodního prostředí, jakož i na lidské zdraví a na půdu/zeminu. Počet bodů všech R–formulací přidělených látce, o kterou se jedná, se sečte za účelem získání celkového počtu bodů. Tento celkový počet bodů je potom přidružen k požadovanému bezpečnostnímu opatření, které se vztahuje na kontaminovanou chladicí vodu. Rozhodnutí vztahující se k implementaci resp. k realizaci takových opatření a k použité technologii mohou samozřejmě být učiněna pouze v rozsahu jednotlivých společností/firem, o které se jedná a se znalostí konkrétních okolností. Doporučuje se neprodleně aplikovat tuto koncepci na nové provozy a upravit existující chladicí soustavy, pokud nesplňují tyto požadavky, v rozsahu: • 5 let pro látky s celkovým počtem bodů ≥ 9; • 8 let pro látky s celkovým počtem bodů v rozsahu 0 – 8. V případě látek, jejichž celkový počet bodů ≥ 5 by neprodleně měla být realizována opatření vztahující se na monitorování průtočných chladicích soustav, přičemž je nutno brát v úvahu požadavky jednotlivých případů. Požadavky této bezpečnostní koncepce se vztahují na všechny toky chladicí vody, které nejsou připojeny k průmyslovým čisticím provozům, nebo k příslušnému provozu přidruženému k čištění vody. Požadavky vztahující se na látky, jejichž celkový počet bodů je ≤ 4, se nevztahují na nepřímá vypouštění, která jsou napojena na provoz pro úpravu odpadních vod. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
209
Příloha VII Tabulka VII.1: Počet bodů pro systém R–formulací k výpočtu celkového počtu bodů pro látky, které jsou používány v procesu Počet bodů 1 2 3 4 5 6 7 8 Ekologická toxicita a Odbourávání/ biologická akumulace Ekologická toxicita a/nebo Odbourávání/ biologická akumulace n.y.d. Ekologická toxicita
52/53
51/53
50/53
* 3)
* 2)
* 1)
52
50
Ekologická toxicita n.y.d.
*
Odbourávání/ biologická akumulace
53
Odbourávání/ a/nebo biologická akumulace n.y.d.
*
Akutní toxicita pro savce (přednostně akutní orální toxicita)
22 20/22 21/22 20/21/22 21 20/21 65
25 23/25 24/25 23/24/25 24 23/24
28 26/28 27/28 26/27/28 27 26/27
Akutní toxicita pro savce n.y.d.
*
Karcinogenicita a/nebo mutagenicita
40
Nevratný (ireverzibilní) účinek
40/21 40/22 40/20/22 40/21/22 40/20/21/22
39 39/24 39/25 39/23/25 39/24/25 39/23/24/25
Opakované vystavení (opakovaná expozice)
33 48 48/21 48/22 48/20/22 48/21/22 48/20/21/22
48/24 48/25 48/23/25 48/24/25 48/23/24/25
Reprodukční toxicita
62 a/nebo 63
60 a/nebo 61
Nebezpečná reakce s vodou
9
45 a/nebo 46 39/27 39/28 39/26/28 39/27/28 39/26/27/28
29 15/29
__________________________________________________________________________________________ 210 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VII Legenda k tabulce uvedené na předcházející straně: n.y.d. =
atribut označující, že ještě nebylo určeno („not yet determined“) (tzn. ještě nebylo zkoušeno nebo není známo)
* = počet bodů, jestliže jeden nebo více atributů, „ekologická toxicita“, „odbourávání/biologická akumulace“ a „akutní toxicita“, nebyly zkoušeny nebo nejsou známy Poznámka 1) — Ekologická toxicita a odbourávání a/nebo biologická akumulace n.y.d. nebo ekologická toxicita n.y.d. a snadné odbourávání nebylo prokázáno, nebo — ekologická toxicita n.y.d. a potenciál biologické akumulace je k dispozici nebo klasifikován hodnotou R 50 a odbourávání a/nebo biologická akumulace n.y.d. Poznámka 2) — Ekologická toxicita > 1 mg/l a ≤ 10 mg/l a odbourávání a/nebo biologická akumulace n.y.d. Poznámka 3) — Ekologická toxicita > 10 mg/l a ≤ 100 mg/l a odbourávání n.y.d. Poznámka 4) — Viz Dodatek 2, kde je uveden popis R – formulací
VII.2 Požadavky koncepce Požadavky na technologii chlazení jsou stanoveny příslušnými nejvyššími počty bodů pro ty látky používané v procesu, které mohou vniknout do chladicí vody. Tyto požadavky jsou shrnuty do následující tabulky. Tabulka VII.2: Požadavky bezpečnostní koncepce VCI na technologii chlazení počet bodů: 0 bodů počet bodů: 1 – 4 body počet bodů: 5 – 8 bodů počet bodů: ≥ 9 bodů (D1 + A1)
(D1 + A1 + U1)
(D1 + A2 + U1) (D2 + A1 + U1)
(D3 + A2 + U1)/ (D2 + A2 + U2)/ (Z) (E)/(K)/ (L)/(S)
../.. alternativní volitelné možnosti
D1, A1 a U1 jsou vždy nahraditelné vyššími opatřeními D2 (nebo D3), A2 a U2. Popis kódů uvedených v tabulce je následující: DI Průtočná chladicí soustava; D2 průtočná chladicí soustava, ve které je tlak chladicí vody udržován jednoznačně a řízeným způsobem nad tlakem procesu (tlak chladicí vody by neměl poklesnout pod tlak procesu ve kterémkoliv místě chladicí soustavy, taky ne hydraulickými procesy); D3
Průtočná chladicí soustava s chladičem, který je zhotoven z vysoce jakostního antikorozívního materiálu a má pravidelnou údržbu;
Z
Mezilehlé skladování s analytickou kontrolou uskutečňovanou před vypouštěním;
E
Chlazení, resp. ochlazování přes primární /sekundární okruhy (zrušení vazby);
K
Cirkulační chlazení přes dochlazovací soustavy;
L
Vzduchová chladicí soustava;
S
Speciální chladicí soustava (např. tepelná čerpadla, absorpční studené/chlazené provozy, soustavy pro stlačování/kompresi páry/výparů, tepelné transformátory);
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
211
Příloha VII A1
Analytické nebo jiné přiměřené/adekvátní monitorování chladicí vody;
A2
Automatické analytické monitorování chladicí vody (podle dodatku);
U1
Okamžité přepojení vypouštěné chladicí vody do zadržovacích zařízení, nebo do čistírenského provozu za předpokladu, že takový provoz je vhodný pro likvidaci (resp. odstranění) uvolňované látky, nebo okamžité přepojení na záložní chladicí soustavu, nebo vypnutí/zastavení části výrobního provozu, o který se jedná;
U2
Okamžité přepojení vypouštěné chladicí vody do zadržovacích zařízení, nebo do čistírenského provozu za předpokladu, že takový provoz je vhodný pro likvidaci (resp. odstranění) uvolňované látky, nebo automatické přepojení na záložní chladicí soustavu, nebo vypnutí/zastavení části výrobního provozu, o který se jedná.
__________________________________________________________________________________________ 212 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VII
VII.3
Dodatek 1 — Automatické analytické monitorování průtočných
chladicích soustav Automatické analytické soustavy jsou vhodné pro monitorování průtočných chladicích soustav, pokud unikání v důsledku netěsností může být stanoveno s dostatečnou bezpečností a dostatečně rychle. V této souvislosti je dostatečné, když analytická soustava poskytuje tendenční údaje. Měření absolutních koncentrací pro takové soustavy není nutné, ale postačí pouze detekce odchylek od normálních stavů. Měření může být prováděno buďto přímo pomocí snímačů (senzorů), umístěných do proudu chladicí vody, nebo poloprůběžně mimo proud chladicí vody prostřednictvím automatického vzorkování. Pro následující (níže uvedené) parametry a analytické metody je na trhu k dispozici zařízení, které je vhodné pro automatické monitorování průtočných chladicích soustav ve výše uvedeném smyslu. S ohledem na volbu zařízení pro tuto funkci je spolehlivost soustavy všeobecně důležitější, než zvýšené požadavky na jeho přesnost. Volba vhodné soustavy je stanovena uvolňovanou látkou (uvolňovanými látkami) je spojení s úniky v důsledku netěsností a kromě toho je tato volba značně závislá na speciálních okolnostech individuálních případů. V této souvislosti by nejprve mělo být zkontrolováno, zda automatické analytické monitorování může být prováděno prostřednictvím parametru, nebo pomocí analytické metody podle níže uvedeného Seznamu 1. Jestliže se ukáže, že toto není možné, použití soustav by mělo být zkontrolováno podle Seznamu 2. Seznam 1: — hodnota pH, — fotometrie, — vodivost, — zařízení pro ohřívání oleje, — oxidačně redukční potenciál, — zařízení pro ohřívání pěny, — kalnost/zákal, — kontrolní přístroje (monitory) pro rtuť, — refraktometrie. Seznam 2: — TC (celkový uhlík), — TOC (celkový organický uhlík), — DOC (rozpuštěný organický uhlík), — látky čistící prostřednictvím FID (plamenový ionizační detektor), — kombinace TOC/FID, — čistící sloučeniny organického chloru, — bakteriální měřiče toxicity. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
213
Příloha VII
VII.4
Dodatek 2 — R–formulace použité pro výpočet počtu bodů podle
VCI Tabulka VII.3: Popis R–formulací použitých k výpočtu počtu bodů VCI pro volbu chladicích soustav R 20/21 Škodlivé inhalací a v kontaktu s kůží. R 20/21/22 Škodlivé inhalací, v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 20/22 Škodlivé inhalací a pokud jsou spolknuty. R 21 Škodlivé v kontaktu s kůží. R 21/22 Škodlivé v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 22 Škodlivé pokud jsou spolknuty. R 23/24 R 23/24/25 R 23/25 R 24 R 24/25 R 25
Toxické inhalací a v kontaktu s kůží. Toxické inhalací, v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. Toxické inhalací a pokud jsou spolknuty. Toxické v kontaktu s kůží. Toxické v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. Toxické pokud jsou spolknuty.
R 26/27 R 26/27/28 R 26/28 R 27 R 27/28 R 28
Velmi toxické inhalací a v kontaktu s kůží. Velmi toxické inhalací, v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. Velmi toxické inhalací a pokud jsou spolknuty. Velmi toxické v kontaktu s kůží. Velmi toxické v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. Velmi toxické pokud jsou spolknuty.
R 29
Kontakt s vodou uvolňuje toxický plyn.
R 33
Nebezpečí kumulativních účinků.
R 39 R 39/24 R 39/25 R 39/23/25 R 39/24/25 R 39/23/24/25
Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků v kontaktů s kůží. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty.
R 39/27 R 39/28 R 39/26/28 R 39/27/28 R 39/26/27/28
Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků v kontaktu s kůží. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi vážných nevratných účinků prostřednictvím inhalace, nebo v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty.
R 40 Možná rizika nevratných účinků. R 40/21 Škodlivé: možné riziko nevratných účinků v kontaktu s kůží. R 40/22 Škodlivé: možné riziko nevratných účinků pokud jsou spolknuty. R 40/20/22 Škodlivé: možné riziko nevratných účinků prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. __________________________________________________________________________________________ 214 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VII Tabulka VII.3: dokončení R 40/21/22 Škodlivé: možné riziko nevratných účinků v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 40/20/21/22 Škodlivé: možné riziko nevratných účinků prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 44 R 45
Riziko výbuchu pokud se ohřívá v uzavřeném prostoru. Může způsobit rakovinu.
R 48 R 48/21
Nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici). Škodlivé: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) v kontaktu s kůží. R 48/22 Škodlivé: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) pokud jsou spolknuty. R 48/20/22 Škodlivé: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. R 48/21/22 Škodlivé: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 48/20/21/22 Škodlivé: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 48/24
Toxické: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) v kontaktu s kůží. R 48/25 Toxické: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) pokud jsou spolknuty. R 48/23/25 Toxické: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. R 48/24/25 Toxické: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 48/23/24/25 Toxické: nebezpečí vážného poškození zdraví při prodlouženém vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůží a pokud jsou spolknuty. R 50 R 51 R 52 R 53
Velmi toxické pro vodní organismy. Toxické pro vodní organismy. Škodlivé pro vodní organismy. Mohou způsobit dlouhodobé nepříznivé účinky ve vodním prostředí.
R 60 R 61 R 62 R 63 R 65
Mohou zhoršit plodnost. Mohou způsobit poškození (ještě) nenarozeného dítěte. Možné riziko zhoršení plodnosti. Možné riziko poškození (ještě) nenarozeného dítěte. Škodlivé: mohou způsobit poškození plic pokud jsou spolknuty.
R 15/29
Kontakt s vodou uvolňuje toxický, velmi hořlavý plyn.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
215
Příloha VIII
PŘÍLOHA VIII
VIII.1
PŘÍKLADY PRO POSUZOVÁNÍ CHEMIKÁLIÍ POUŽÍVANÝCH PRO ÚPRAVU CHLADICÍ VODY
Koncepce posouzení „benchmark“ pro chemikálie používané pro úpravu chladicí vody
VIII.1.1 Úvod Všeobecně Je dobře prokázáno, že charakter chlazení BREF je „horizontální“, a že není možné identifikovat „chladicí soustavu BAT“ jako takovou, protože do značné míry závisí na specifickém procesu, který má být ochlazován, a na jeho umístění/lokalizaci (zejména klimatické podmínky, přívod vody, atd.). Z těchto důvodů přístup, který má být převzat v BREF, musí být takový přístup, který poskytuje nástroje pro účely pomoci úřadům členských států racionalizovat to, které volitelné možnosti jsou k dispozici, a zvolit optimální řešení pro chlazení (jak ve smyslu zařízení, tak i ve smyslu „provozních podmínek“), které budou reprezentovat BAT pro účely povolení IPPC. Nejprve ve smyslu pojmu „zařízení provozu“ se budou takové volby uskutečňovat převážně v případech, kdy se budují nové (chladicí) soustavy, ale taky v kontextu modernizace („upgrading“) nebo retrofitu již existujících (chladicích) soustav. Za druhé „provozní podmínky“, které jsou aplikovány jak na již existující, tak i na nové (chladicí) soustavy byly, resp. jsou zjednodušeny za účelem dosažení větší pozornosti v diskusích. Klíčové elementy těchto „podmínek“ se vztahují na optimalizaci chladicí soustavy ve smyslu účinnosti a životnosti provozu prostřednictvím použití chemických látek (chemikálií). Pro účely povolování (schvalování) budou optimalizační rozhodnutí založená na BAT vyžadovat, aby byla provedena ve smyslu, které chemikálie se použijí a v jakých množstvích. V rozsahu TWG („Technical Working Group“ („technické pracovní skupiny“)) byl vypracován přístup pro jednoduchou tzv. „benchmarking“ metodu za účelem pomoci členským státům pro vzájemné porovnávání různých chemikálií na základě potenciálního dopadu na životní prostředí. Bez takového nástroje by složitost provedení takových rozhodnutí mohla být závažnou překážkou při určování co je racionální způsob BAT pro chladicí soustavy na lokální úrovni. Jak je popsáno v dalším textu této přílohy, většinu hlavních prvků pro stanovení takového „benchmarking“ nástroje vycházejícího z rizika je možné nalézt již v legislativě Společenství a v její oficiální podpůrné dokumentaci. Nyní prezentovaným přístupem se koherentním způsobem hledá sestavení společných prvků pro: Směrnici IPPC, rámcovou Směrnici o vodě, legislativu pro posuzování rizika a pro podpůrný „Dokument pro technický návod“ k poskytnutí nástroje, který by pomohl vyhodnotit chemikálie používané v chladicí soustavě.
VIII.1.1.1 Prostředí Na svých předcházejících zasedáních TWG konsensuálně odsouhlasila, že jakékoliv posouzení chemikálií, které se používají pro chladicí vodu, by mělo zahrnovat jak skutečné vnitřní vlastnosti, tak i charakteristiky lokálního stavu (přístup založený na riziku). Následující koncepce posouzení „benchmarking“ vznikl jako výsledek úvah o existujících metodologiích a schématech posuzování, a usiluje o poskytnutí výchozího bodu pro správné úvahy ve věci jak skutečných vnitřních vlastností, tak i situaci na lokální úrovni, pokud se jedná o posouzení různých možných režimů úpravy (chladicí vody). Koncepce posuzování nezasahuje do diskuse o přístupu pro vnitřní nebezpečí, ale soustřeďuje se na úkol vysvětlit a objasnit (relativně třídicí) postup „benchmarking“. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
217
Příloha VIII Tato koncepce je v podstatě zaměřena na jednotlivé látky, a poskytuje stručné údaje o tom, jak by tato metoda mohla být rozšířena na kompletní chemické úpravy (chladicí vody) za použití vícesložkových látek. Je taky uveden pouze nejsložitější případ (a nejčastěji používaný) otevřených recirkulačních (chladicích) soustav (chladicí soustavy s odpařovací chladicí věží), s možností pozdějšího rozšíření na průtočné (chladicí soustavy), uzavřené (chladicí) soustavy, atd.
VIII.1.1.2 Relevantní legislativní podklad Zde v tomto případě neexistuje žádná potřeba evokovat do jakýchkoliv podrobností legislativní požadavky, které vedly k vypracování referenčních dokumentů BAT. Je zde dostačující zmínit se o Článku 16.2 Směrnice IPPC o výměně informací, a o iniciativě Komise vedoucí k vypracování nástroje, prostřednictvím instituce “Fórum pro výměnu informací“, který by měl napomáhat a vést úřady členských států k ustanovení mezních hodnot emisí (ELV) („Emission Limit Values“) pro provozy, které jsou na seznamu IPPC. Přesto je důležité zdůraznit jeden z klíčových aspektů Směrnice: omezování emisí a jejich dopadu na životní prostředí prostřednictvím „kombinované“ metody BAT stanoví mezní hodnoty emisí, které mají být kontrolovány ve vztahu k environmentálním normám jakosti. V tomto kontextu je taky velmi relevantní to, že zanedlouho má být přijata/schválena rámcová Směrnice o vodě (WFD). Přestože může nastat případ, že správné vyhodnocení účinků chemické úpravy (chladicí vody) používané v chladicích soustavách by mohlo být podrobeno multimediálnímu posouzení, je taky správné konstatovat, že hlavní zájem, který je přidružen k použití těchto chemikálií, se vztahuje k hlavnímu potenciálnímu přijímacímu prostředí znečišťujících látek: k vodnímu prostředí (recipientu). Je proto nutné říci několik slov k stručnému přehledu o relevantních částech WFD (rámcové Směrnice o vodě).
VIII.1.1.3 Rámcová směrnice o vodě (WFD) Zatímco WFD jde mnohem dále, než aby poskytovala prvky k prevenci a omezování emisí z průmyslových provozů IPPC, ve skutečnosti nahrazuje jeden klíčový článek Směrnice IPPC. WFD stanoví pro Komisi metody a postupy pro preferování, resp. stanovení pořadí důležitosti, nebezpečných látek a navrhuje pro ně kontroly emisí a EQSs (environmentální normy jakosti; nebo „normy jakosti“), které mají být přijaty/schváleny Radou a Evropským parlamentem. Kromě toho poskytuje členským státům právo a povinnost stanovit normy jakosti pro jakékoliv jiné látky, které jsou relevantní, pro jakékoliv povodí řeky, k dosažení cílů stanovených samotnou Směrnicí. Důležitější než výše uvedené je to, že v příloze (Příloha V, Část 1.2.6) zavádí jednoduchý postup, který má být používán úřady členských států k výpočtu environmentálních norem jakosti (EQSs) pro chemické látky ve vodě. Jinak vyjádřeno poskytuje jednu z podmínek požadovaných Směrnicí IPPC pro zavedení kombinovaného přístupu: metody a postupy pro výpočet norem jakosti. Podle textu rámcové Směrnice o vodě (WFD) (Příloha V, Část 1.2.6) mají členské státy stanovovat EQSs neboli environmentální normy jakosti následujícím způsobem: __________________________________________________________________________________________ 218 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII Metoda zkoušky Nejméně jedna L(E)C50 z každé ze tří tropických hladin základního souboru Jedna chronická NOEC (buďto ryby nebo hrotnatky (dafnie) nebo reprezentativní organismus ze slaných vod)
Součinitel bezpečnosti 1 000 100
Dvě chronické NOEC z živočišných druhů reprezentujících dvě tropické hladiny (ryby a/nebo hrotnatky (dafnie), nebo reprezentativní organismus ze slaných vod a/nebo řasy
50
Chronické NOEC z nejméně tří živočišných druhů (obvykle ryby, hrotnatky (dafnie) nebo reprezentativní organismus ze slaných vod & řasy) reprezentující tři tropické hladiny
10
Jiné případy, včetně údajů z polních podmínek nebo modelových ekosystémů, které umožňují přesněji vypočítat a aplikovat součinitele bezpečnosti
Posouzení případ od případu
Přestože podrobnější analýza významu a dopadů této tabulky bude provedena později, je několik poznámek, které je potřeba učinit na tomto místě: a)
Normy jakosti stanovené na tomto základě berou v úvahu pouze ochranu vodního systému, bez uvážení nepřímých účinků na osoby.
b) Čísla vyplývající z výše uvedené tabulky jsou předpovídané koncentrace bez účinku (PNEC) (viz dokument obsahující technický návod pro Směrnici 793/93/EEC). c)
Komise vypracovala priorizační (upřednostňovací) postup pro seřazení podle důležitosti, který je založen na systému, ve kterém je počet bodů účinku na vodu kombinován s počtem bodů bioakumulace a s počtem bodů účinku na osoby. Tento postup byl použit pro poskytnutí základu pro Komisí navrhovaný „seznam priority“ látek, které mají být kontrolovány na úrovni EU prostřednictvím kontrol emisí a EQSs (environmentálních norem jakosti), které mají být přijaty pod rámcovou Směrnicí o vodě.
Následující koncepce posouzení „benchmark“ je taky založena na výše uvedené metodě výpočtu norem jakosti. Je to z následujících důvodů: –
v souvislosti resp. v kontextu s BREF to musí být metoda jasná, jednoduše postupující dopředu, transparentní a snadno použitelná;
–
je nanejvýš pravděpodobné, přestože k důkazu tohoto tvrzení je zapotřebí provést mnoho práce, že vodní prostředí je nejslabším článkem tohoto řetězce;
–
metody „benchmark“ se budou používat v kombinaci s chemickou legislativou EU (vnitřní nebezpečí), která při klasifikaci nebezpečných chemikálií implicitně zahrnuje vyhodnocení potenciálních nepřímých nepříznivých účinků (jak na vodní prostředí, tak i na osoby) prostřednictvím zahrnutí bioakumulace, vlastností CMT (karcinogenních, mutagenních, teratogenních vlastností) a taky chronických účinků. Rámcová Směrnice o vodě (WFD) taky vyžaduje, aby členské státy sestavily environmentální normu jakosti (EQS) pro vody určené k extrahování pitné vody: toto bude další kontrolní místo, které bere v úvahu lidské zdraví v jedné z nejvýznamnějších expozičních tras.
VIII.1.2 Posouzení „benchmark“: úvod do koncepce Koncepce posuzování „benchmark“ je založena na provádění porovnání látek použitím normalizované teoretické míry předpovídané environmentální koncentrace (zde je odkazována jako PECnormalizovaná). PECnormalizovaná se porovnává s odpovídající předpovídanou koncentrací bez účinku (neboli PNEC) nebo s EQS (environmentální normou jakosti) látky, určenou v souladu s metodou, která je obsažena v Příloze V rámcové ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
219
Příloha VIII Směrnice o vodě. Tímto způsobem se může vypočítat pro každou látku dávka, která umožňuje předběžné seřazení látek na základě potenciálního (environmentálního) dopadu. Zatímco termíny PNEC a PEC nyní vstoupily do legislativního jazyka v souvislosti se zákonem o emisích, a jejich význam se stane běžnou znalostí, stojí za to na tomto místě vysvětlit koncepce, jak se vztahují na postup posouzení „benchmark“.
VIII.1.2.1 PNEC Postup PNEC neusiluje o to třídit resp. seřadit chemické látky zmíněné v samotném BREF. Situace v reálném životě je komplikována skutečností, že jenom zřídkakdy chemické úpravy (chladicí vody) pro chladicí soustavy sestávají pouze z jediné látky. Pokus třídit úpravy v BREF by znamenal použití určitého druhu „přídavného“ postupu a vznikl by mimořádně rozsáhlý seznam možných kombinací látek pro úpravy (chladicí vody). Za předpokladu, že tyto kombinace látek mohou být k dispozici, vyžadovalo by to značné množství práce a času, a téměř určitě by se nepodařilo dosáhnout toho, aby tento seznam byl vyčerpávající nebo aktuální. Proto tato koncepce posuzování směřuje k tomu, aby nabízela raději standardní metodologii, než numerické posouzení (přídavných) látek nebo úprav (chladicí vody). Úřady členských států (MS) mohou potom využívat tuto metodologii tak, jak to považují za vhodné, na úrovni MS, nebo ještě lépe na lokální úrovni. Při jakékoliv dávce musí být k dispozici údaje o toxicitě vody a dostupné je musí učinit dodavatelé chemických látek pro umožnění vyhodnocení hodnot PNEC. Toto je základní aspekt jakéhokoliv postupu seřazení/třídění. Taky stojí za to zmínit se o tom, že postup podle Přílohy V a souvisící tabulka nebyly vynalezeny až v nedávné době Komisí v souvislosti s WFD (rámcová Směrnice o vodě). Ve skutečnosti tento přístup a tabulka jsou přesně odvozeny od dokumentu, který obsahuje technický návod k posouzení rizika pro již existující a nové chemikálie. (Výtah/ukázka této relevantní části je připojen/a v VII.1.6, Dodatek I). Jeví se jako vhodné zde na tomto místě uvést jenom několik slov na vysvětlení. Čím méně údajů je k dispozici, tím vyšší součinitel posouzení se má použít pro přeměnu údajů o toxicitě na údaje o hodnotách PNEC. Dostupnost chronických údajů snižuje hodnotu součinitele. Při postupu přes soubor přechodných stavů/situací, jsou-li k dispozici chronické údaje na třech tropických hladinách, je umožněno použít součinitel o hodnotě 10, při porovnání se součinitelem o hodnotě 1 000 v případě, kdy jsou k dispozici jen akutní údaje o toxicitě. Náklady, které jsou přidruženy k provádění chronických zkoušek, jsou mnohem vyšší, než náklady na akutní zkoušení. Takže je pravděpodobné, že budou k dispozici spíše akutní než chronické údaje o toxicitě. Pokud je postup „benchmark“ aplikován v lokálním/místním rozsahu, dostupné údaje budou muset být použity společně s odpovídajícím součinitelem posouzení. V tomto případě to bude ponecháno na rozhodnutí dodavatele chemických látek, zda ano nebo neinvestovat další zdroje pro získání chronických údajů, pokud a když se toto může ukázat jako potřebné. Například pro daný provoz by mohl nastat takový případ, že při použití jenom akutních údajů (které znamenají získání EQS (tzn. environmentální normy jakosti) dělením LC50 „součinitelem bezpečnosti“ o hodnotě 1 000 přičemž se vezme v úvahu nejistota) se mohou vyskytnout potíže při splnění přísných výsledků EQS. V tomto případě by se mohl dodavatel rozhodnout získat „spolehlivější“ chronické údaje, které jsou ale časově náročnější a nákladnější. Chronické údaje znamenají dělení koncentrací podle výsledku zkoušky součinitelem bezpečnosti o hodnotě pouze 10, který povede ke „spolehlivější“ EQS, která taky může být více dosažitelná. __________________________________________________________________________________________ 220 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII
VIII.1.2.2 PEC „Skutečná hodnota“ PEC (předpovídané environmentální koncentrace), v souvislosti s chemikáliemi, které jsou používány v chladicí soustavě, musí být chápána a definována jako konečná koncentrace chemikálií v říční vodě, po vypouštění a po zředění s říční vodou v adekvátní vzdálenosti od výpustě. Jestliže je v chladicí soustavě použita chemická látka, je vystavena souboru fyzikálně-chemických podmínek, které určují její další osud. Jako příklady je možné zmínit to, že: chemikálie je rozpuštěna v chladicí soustavě v důsledku hydrolýzy nebo fotolýzy nastane adsorpce chemikálie chladicí soustavou chemikálie je rozdělena mezi vodu a vzduch chemikálie skončí v kalu nastane biologické odbourávání chemikálie v samotné chladicí soustavě, v provozu na zpracování odpadu (chemické/biologické), a v řece. Část chemické látky, která není „ztracena“, skončí v řece a bude zředěna proudem vody v řece. Přesné posouzení konečné hodnoty PEC v řece je možné pouze na lokální úrovni. Jsou k dispozici modely a algoritmy pro uskutečnění tohoto úkolu, musí ale vzít v úvahu velmi specifické podmínky každého předmětného místa. Je taky zřejmé, že konečná hodnota PEC bude záviset na množství dodávané chemické látky, a toto zase závisí na velikosti (chladicí) soustavy a na provozních podmínkách (počet cyklů koncentrace, velikost provozu a množství tepla, které má být odejmuto). Většina následující analýzy se soustředí na popis jednoduché metody pro výpočet hodnoty „standardní“ PEC (PECnormalizovaná), která, přestože není podobná skutečným hodnotám PEC, umožňuje rychlé předběžné vzájemné vyhodnocení chemických látek. Zdůrazňuje se, že PECnormalizovaná má jenom velmi omezenou hodnotu, a může být použita pouze jako všeobecný výchozí bod pro vyhodnocení potenciálních účinků chemických látek navzájem vůči sobě. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
221
Příloha VIII VIII.1.3 Základní rovnováhy materiálů chladicích věží Velmi zjednodušený náčrtek soustavy chladicí věže je uveden na následujícím Obrázku VIII.1. E+D
W
MU (CM)
BIOLOGICKÉ BD (CB)
BD (CB) FYZIKÁLNÍ/CHEMICKÉ WR (CR)
ŘEKA
Obrázek VIII.1: Materiálová rovnováha chladicí věže VIII.1.3.1 Základní rovnice chladicích věží MU BD W E CM CB NC
: : : : : : :
Průtoková rychlost doplňování přídavné vody Průtoková rychlost odkalované vody „Ventilační ztráty“ (včetně ztrát unášením/driftem – „D“) Intenzita (rychlost) odpařování Koncentrace látky v MU (v přídavné vodě) Koncentrace látky v BD (v odkalované vodě) Cykly koncentrace = CB/CM
m3/h m3/h m3/h m3/h mg/l – g/m3 mg/l – g/m3
VIII.1.3.2 Rovnováha vody MU = BD + E + W
VIII.1.3.3 Materiálová rovnováha (bilance) MU x CM = (BD + W) x CB __________________________________________________________________________________________ 222 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII
VIII.1.3.4 Koncentrace NC = CB/CM = MU/BD + W
VIII.1.3.5 Diskuse Voda je přiváděna do chladicí soustavy potrubím pro doplňování vody, resp. potrubím pro přídavnou vodu. Voda musí být „přidávána“ kvůli kompenzaci ztrát vzniklých v důsledku odpařování, „ventilace“, a ztrát, které vznikají v důsledku odkalování. Tzv. ventilace reprezentuje množství vody, které ve formě kapek vody uniká z chladicí věže. Předpokládá se, že kapky vody sebou unášejí chemické látky, které jsou ve vodě obsaženy, a to ve stejné koncentraci, jaká je v odkalované vodě. Jak voda recirkuluje přes zařízení daného provozu, unáší sebou teplo, které je zase z vody odnímáno v chladicí věži prostřednictvím odpařování. S vodní párou (odpařovanou vodou) nejsou přenášeny žádné chemické látky. Rychlost odpařování „E“ vyplývá z požadavků na konstrukční provedení. Pro kompenzaci odpařování, ventilace (a ztrát vzniklých v důsledku odkalování – viz dále uvedený text) je nutné pokračovat v přivádění ekvivalentního množství přídavné vody. Přídavná voda, která je buď studniční voda, nebo povrchová voda, obsahuje rozpuštěné a unášené pevné látky, jejichž typ a koncentrace je odlišný případ od případu. Znamená to, že část recirkulující vody musí být „odkalena“ (vypuštěna) k zabránění tomu, aby koncentrace přiváděných látek se zvýšila nad tolerovatelné hodnoty v důsledku odpařování. Hodnota průtokové rychlosti odkalované vody musí být pevně stanovena za účelem udržování optimální koncentrace látek obsažených v recirkulující vodě, což zabrání, společně s přiměřenou chemickou úpravou (chladicí vody), znečištění ( v důsledku srážení a usazování tuhých látek) a korozi. Průtoková rychlost odkalované vody se pevně stanoví již při navrhování chemické úpravy (chladicí vody) a navrhování provozních podmínek. Nicméně v praxi, a hlavně v případě starších (chladicích) soustav, není možné odkalování regulovat. Vyplývá to, přinejmenším částečně, z neplánovaných ztrát vody z různých částí zařízení, které má být ochlazováno. Počet cyklů koncentrace je poměr/podíl mezi koncentrací látek v odkalované vodě a koncentrací látek v přídavné vodě. Například pokud je koncentrace iontu vápníku v přídavné vodě 200 ppm, bude potom při počtu cyklů 2 koncentrace vápníku v recirkulující vodě rovna hodnotě 400 ppm. Výše uvedená rovnováha materiálu ukazuje, že počet cyklů koncentrace je roven poměru/podílu MU/(BD + W), a při ignorování „ventilačních ztrát“ je roven poměru/podílu MU/BD. Chemické látky jsou přiváděny do chladicí soustavy buď (zřídkakdy) potrubím pro doplňování vody, resp. pro přídavnou vodu, nebo do (vodní) nádrže chladicí věže. V recirkulující vodě musí být „udržována“ určitá koncentrace chemických látek, která je ekvivalentní zmíněné koncentraci udržované v odkalované vodě. Čím je počet cyklů větší, tím menší je odkalování, přísnější podmínky (chladicí) soustavy, ale tím menší je množství průběžně ztrácených chemických látek. Poslední uvedené tvrzení je pravdivé s takovou výjimkou, že když se umožní látkám, které jsou obsaženy v přídavné vodě, více a více koncentrovat v (chladicí) věži, může být zapotřebí větší množství a různé chemické látky pro udržení patřičné rovnováhy usazování—koroze v (chladicí) soustavě. Ačkoliv v podstatě, za účelem uspoření vody a chemických látek resp. chemikálií (spotřeba, náklady a dopad na životní prostředí), je nutné hledat jemnou rovnováhu při nejvyšším možném počtu cyklů koncentrace. V recirkulující vodě musí být „udržována“ určitá hodnota koncentrace chemikálií (chemických látek), které jsou používány pro úpravu (chladicí) vody, a tudíž i v odkalované vodě, za takovým účelem, aby tyto chemikálie vykonávaly svou funkci. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
223
Příloha VIII V obvyklých případech, při provádění komplexních úprav (chladicí vody) použitím většího počtu přídavných látek, je předepsáno kontrolovat a udržovat hladinu jedné snadno měřitelné látky na hodnotách, které doporučuje dodavatel chemických látek. Toto odpovídá implicitnímu předpokladu, že poměr mezi různými chemikáliemi zůstává stejný, bez ohledu na různé rychlosti „ztrát“ jednotlivých chemických látek v (chladicí) soustavě. Toto taky odpovídá důležitému předpokladu, že pokud se v odkalované vodě měří koncentrace chemických látek (jedna chemikálie se měří, ostatní se vypočítají), tato hodnota odpovídá tomu, co je k dispozici v chladicí soustavě, a že jakékoliv jiné ztráty v chladicí soustavě byly již vzaty v úvahu. Vyjádřeno jinými slovy, k vyhodnocení dopadu chemické látky (chemických látek) na vodní prostředí (tzn. snad na recipient) je zapotřebí předpovídat pouze možný zhoubný účinek, nebo odchylky koncentrace chemikálií ve směru proudění od místa potrubí odkalované vody (tj. výše zmíněné jako ztráty „(chladicí) soustavy“ a snížení koncentrací v důsledku procesů, jako je hydrolýza, adsorpce, atd. – jsou již vzaty v úvahu). Tento předpoklad bude použit při koncepci posouzení „benchmark“. VIII.1.4 Výpočet PEC a posouzení “benchmark“ V níže uvedené tabulce VIII.1 je shrnut resp. sumarizován jednoduchý přístup, který je navrhován pro posouzení „benchmark“ jednotlivých látek. Navrhovaný přístup začíná koncepcí výpočtu „skutečné hodnoty“ PECřeky, a dělí tuto hodnotu odpovídající EQS (environmentální normě jakosti), jak je odvozena od WFD (od rámcové Směrnice o vodě). V níže uvedené tabulce VIII.1 je znázorněno, jak může být vypočítána „skutečná hodnota“ PEC (předpovídané environmentální koncentrace), a jak lze normalizovat/standardizovat, prostřednictvím následujících aproximací, odhad hodnoty PEC, a tak učinit výpočet použitelným pro účely posouzení „benchmark“. Jestliže jsou známy hodnoty rychlosti BD (odkalování vody), průtoku v řece, a ztrát chemických látek, potom koncentrace látky v řece vyplývá z velmi jednoduché rovnice (1), která je uvedena v tabulce.
__________________________________________________________________________________________ 224 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII
Tabulka VIII.1: Výpočet PEC a posouzení „benchmark“
PECřeky/EQS
(EQS podle rámcové Směrnice o vodě)
CB = Koncentrace v odkalované vodě g/m3 CR = Koncentrace v řece g/m3 = PECřeky BD = Průtoková rychlost odkalované vody v m3/h WR = Průtok řeky v m3/h t = (1 – % ztrát v (chladicí) věži) w = (1 – % ztrát v provozu na úpravu odpadní vody (čističce) – WTP = “Waste Water Treatment Plant“) R = (1 – % ztrát v řece)
(1) t=1
CR =
BD x CB x (t) x (w) x (r) WR
w=1
Lokální posouzení/Předpověď
r=1
BD = 1
Pokud taky WR = 1 máme CB = CR = úměrné k PEC řeky Rovnice (1), se všemi svými částmi, známými nebo vypočítanými, může být použita jako taková pouze pro posuzování na lokální úrovni. Pro vyhodnocení ztrát v chladicí soustavě, v provozu na úpravu odpadní vody, a v samotné řece, je zapotřebí, aby bylo k dispozici mnoho specifických údajů, které se vztahují na chemické a fyzikálněchemické údaje pro každou (přídavnou) látku. Tyto se pohybují v rozsahu od těkavosti/prchavosti, k biologické odbouratelnosti a rychlosti usazování, a vztahuje se na specifické podmínky (chladicí) soustavy, jako je doba zdržení (resp. rezidenční doba) chemikálií v (chladicí) věži (úměrné k poměru „objem (chladicí) soustavy/rychlost odkalování vody“), typ a výkonnost provozů na úpravu odpadní vody (chemická a biologická), rezidenční doba v řece po počátečním smíchání, a jiné podmínky. Při „desk – top“ přístupu „benchmark“ posouzení nejsou tyto údaje k dispozici. Proto existuje potřeba provést zjednodušení (simplifikaci) a aproximaci. • Nejprve se předpokládá (viz Tabulku VIII.1), že ztráty chladicí soustavy jsou již vzaty v úvahu s odvoláním na koncentraci chemických látek (chemikálií) v odkalované vodě. Za druhé se předpokládá, že v provozu pro úpravu odpadní vody se nevyskytují žádné ztráty. • Tento druhý předpoklad zjevně není správný v „reálném světě“ – staví všechny chemické látky na stejnou úroveň, bez ohledu na to, zda tyto chemikálie mohou být nebo nemohou být ztraceny v důsledku srážení v provozu, který provádí chemickou úpravu vody, nebo v důsledku částečného nebo úplného biologického odbourávání v provozu, ve kterém se provádí biologická úprava. Mohou být uskutečněny úvahy ve smyslu zavedení korekčního součinitele pro chemické látky, které mají odlišný stupeň biologické odbouratelnosti; nicméně toto by ale mohlo taky zavést odlišnosti mezi různými situacemi úpravy vody, které se budou lišit případ od případu a místo od místa. • Za třetí se předpokládá, že v řece se nevyskytují žádné ztráty, a že toto je obvykle/normálně uskutečněno ve vyhodnoceních posouzení rizikovosti. Klíč k navrhovanému přístupu „benchmark“ spočívá v následujících předpokladech, to znamená, že rychlost odkalování je rovna 1, a takový je i průtok řeky. Znamená to, že hodnota PEC je normalizována/standardizována (tj. PECnormalizovaná), za účelem umožnění porovnání mezi chemickými látkami, nezávisle na rychlosti odkalování (na velikosti provozu a na provozních podmínkách), a na průtoku (vody) v (předmětné) řece. Je jasné, že pro tutéž chemikálii bude PEC vyšší ve větším provozním zařízení s vyšší průtokovou rychlostí odkalované vody, a v případě, kdy toto provozní zařízení vypouští do malé řeky. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
225
Příloha VIII Nicméně tato skutečnost není významná v případech, kdy je potřeba porovnávat (tj. provádět posuzování „benchmark“) pro soubor resp. množinu chemických látek (chemikálií). To, co se bude započítávat pro účely posuzování, je rychlost přivádění chemikálie, nebo, vyjádřeno jinými slovy, koncentrace, která se doporučuje, aby byla „udržována“ v recirkulační (chladicí) soustavě, a tedy i koncentrace v odkalované vodě. V obvyklých případech dodavatelé chemických látek doporučují rozsah koncentrací, které se liší případ od případu: měla by být použita doporučovaná průměrná rychlost přivádění (chemických látek). VIII.1.5 Výpočtové metody
VIII.1.5.1 Jednoduché látky Chemické úpravy (chladicí vody) jednou látkou se používají velmi zřídkakdy. Ve většině případů se pro chladicí soustavy používají kombinace chemických látek, anorganických a organických. Příklady jednotlivých látek se převážně vztahují na použití jednotlivých biocidů v (chladicí) soustavě, nebo na použití jednotlivých polymerů v provozech na úpravu odpadní vody. Doposud se ale vyskytuje a pravděpodobně zůstane i nadále přání, možná spíše na úrovni členského státu, než na lokální úrovni, aby bylo uskutečněno posouzení „benchmark“ pro nejtypičtější jednotlivé (přídavné) látky, které jsou k dispozici na trhu. Na lokální úrovni je snadnější představit si, že vznikne nutnost porovnávat komplexní úpravy (chladicí vody), jedna úprava vůči druhé, spíše, než nutnost porovnávat jednotlivé (přídavné) látky. Vyvážená představa celkového dopadu různých (přídavných) látek (používaných pro úpravu chladicí vody) na vodní prostředí (tedy zřejmě „environment“) může být získána pouze na lokální úrovni, když musí být porovnávány různé navrhované úpravy (chladicí vody pro chladicí zařízení). Zde navrhovaný postup posuzování “benchmark“, při jakékoliv rychlosti (jakémkoliv poměru), znamená velmi jednoduché výpočty pro jednotlivé (přídavné) látky (do chladicí vody). Průměrná předepsaná koncentrace látky v odkalované vodě je jeden z termínů, které je nutno znát. Je obvykle vyjádřena v částicích na jeden milion (tedy ppm), nebo v miligramech na jeden litr (mg/l) v odkalované vodě, a výše je proveden odkaz na toto číslo jako na hodnotu PECnormalizovaná. Jiným prvkem předmětné rovnice je PNEC nebo EQS. Jejich hodnoty mohou být buď již stanoveny členským státem, nebo budou muset být „odsouhlaseny“ na lokální úrovni za použití postupu, který je specifikován ve WFD (v rámcové Směrnici o vodě, “Water Framework Directive“), Příloha V, na základě údajů poskytnutých dodavatelem chemických látek. EQSs (environmentální normy jakosti) jsou obvykle uváděny v ppm, a někdy taky v jednotkách ppb, nebo v miligramech na litr. Proto hodnota podílu PEC/PNEC může být snadno vypočítána pro všechny látky, které musí být posouzeny. Výsledná hodnota je čistě numerický podíl (pokud jak PNEC, tak i EQS jsou vyjádřeny ve stejných jednotkách, tzn. ppm, nebo ppb). Čím nižší je hodnota tohoto podílu, tím menší je potenciální dopad předmětné látky (zřejmě na životní prostředí, pozn. překl.). Ještě jednou se zdůrazňuje, že tato koncepce posuzování „benchmark“ reprezentuje standardizovanou, resp. normalizovanou metodologii pro posuzování potenciálních dopadů chemických látek, používaných pro úpravu chladicí vody průmyslových chladicích zařízení, která se zbaví všech charakteristik specifických pro předmětnou lokalitu, a všech fyzikálně chemických charakteristik látek s výjimkou toxicity. Tato koncepce jako taková může vykonávat užitečnou funkci v oblastech napomáhání identifikace oblastí, které vyžadují další výzkum, a taky při navrhování chemických úprav (chladicí vody chladicích soustav) do celkových provozně-konstrukčních postupů v předmětném provozu. Nicméně to není vhodné, a ani to není určeno k použití jako nástroj k rozhodování pro posouzení na lokální úrovni: skutečnost, že jedna (přídavná) látka může mít menší hodnotu podílu PEC normalizovaná: EQS neznamená, že právě toto je nutně nejlepší volba pro partikulární situaci, když se vezmou v úvahu jiné faktory specifické pro lokální podmínky, předmětný provoz, a použité (přídavné) látky.
VIII.1.5.2 Komplexní úprava několika látkami V praxi bude tato problematika velmi často případem, kterým musí čelit místní úřady a obsluhy provozů při žádostech o vydání povolení. __________________________________________________________________________________________ 226 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII Před provedením komplexní úpravy chladicí vody několika (přídavnými) látkami, při asistenci dodavatele chemických látek používaných pro úpravu chladicí vody pro chladicí soustavu, se může použít komplexní látka prostřednictvím vyhodnocení skutečné životnosti PEC, která může být nutná v některých případech, pro zjednodušený přístup pro „benchmark“ za účelem pomoci při návrzích chemických úprav v celkových provozně konstrukčních procedurách daného provozu. Mohou být provedeny úvahy na základě použití dalších postupů, pomocí kterých se vypočítají relace koeficientů PEC/PNEC pro každou jednotlivou látku použitím výše vysvětlené metody, a potom jsou dány dohromady za účelem získání relativního „indexového“ čísla. Tento přístup je podobný tomu přístupu, který se používá pro klasifikaci chemických přípravků, a který je založen na klasifikaci jednotlivých látek, ze kterých se skládají. Čím je hodnota výsledného součtu nižší, tím je menší předvídatelný environmentální dopad komplexní úpravy chladicí vody pro chladicí zařízení. Je nepříhodné prohlašovat, že součet všech hodnot jednotlivých podílů, který vede k číslu menšímu než 1, by měl být upřednostňován před výsledkem větším, než 1. Toto by mohlo mít význam pouze tehdy, pokud je známá skutečná hodnota koeficientu zředění a je vložena do výpočtu. Nicméně pokud se vyskytnou hodnoty vyšší než 1, a má se za to, že z technického hlediska přináší specifická úprava jiné environmentální/ekonomické výhody (menší spotřeba vody, nižší spotřeba energie), bude nutné přejít na sofistikovanější postup posuzování rizika. Toto může znamenat jak provedení přesného výpočtu veškerých ztrát chemických látek v (chladicí) soustavě („fate“? = osud; „fated“ by znamenalo, že to je určeno k nezdaru) a zdokonalení vyhodnocení PNEC (chronická údaje místo akutních). Nemá se za to, že skutečné provádění všeobecných „benchmark“ úloh/úkolů/cvičení, včetně veškerých možných úprav a kombinací, centrálně v BREF, nebo dokonce na úrovni členského státu, je realistický nápad. „Benchmark“ komplexní látkou (tj. úprav) je vhodnější k tomu, aby mohl být považován za lokální záležitost a odkazuje se na Část VII.2 této Přílohy.
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
227
Příloha VIII
VIII.1.6
Dodatek I: Výtah z technického průvodního dokumentu
Kapitola 3 (Posouzení environmentálního rizika), sekce 3.3.1 Části II „Technický průvodní dokument na podporu Směrnice Komise 93/67/EHS o posouzení rizika nových notifikovaných látek a Předpisu Komise (EC) č. 1488/94 o posouzení rizika existujících látek“. 3.3 Vlivy posouzení na vodní oddělení/prostředí 3.3.1 Výpočet PNEC Funkce posouzení rizika spočívá v celkové ochraně životního prostředí. Jsou uskutečněny určité předpoklady vztahující se na vodní prostředí, které umožňují, jakkoliv nejistým způsobem, provést extrapolaci na základě krátkodobých údajů o toxicitě jednoduchých vodních druhů na účinky na ekosystémy. Předpokládá se, že • citlivost ekosystému závisí na nejcitlivějších biologických druzích; a • ochranou struktury ekosystému se chrání funkce komunity. Výše uvedené dva předpoklady mají významné důsledky. Tím, že se stanoví, které biologické druhy jsou nejcitlivější na toxické účinky chemické látky v laboratoři, může být následně uskutečněna extrapolace založená na základě údajů o těchto druzích. Kromě toho fungování jakéhokoliv ekosystému, ve kterém tyto biologické druhy existují, je chráněno za předpokladu, že struktura (ještě) není dostatečně nabourána natolik, aby způsobila nerovnováhu. Všeobecně se uznává, že ochrana nejcitlivějších biologických druhů by mohla zachránit strukturu, a tedy ji funkci. Pro všechny nové látky je velmi omezen soubor údajů, na základě kterého se předpovídají účinky na ekosystém: v základním souboru jsou k dispozici pouze krátkodobé údaje. Pro většinu již existujících látek je situace stejná: v mnoha případech jsou k dispozici pouze krátkodobé údaje o toxicitě. Za těchto okolností se uznává, že pokud nejsou k dispozici údaje se silnou vědeckou platností, musí být použity empiricky odvozené koeficienty posouzení. Koeficienty posouzení byly taky navrženy od EPA a OECD (OECD, 1992d). Při aplikování takových koeficientů je záměrem předpovídat takové koncentrace, pod jejichž hodnotami se nepřijatelný účinek s velkou pravděpodobností nevyskytne. Není záměrem dosahovat hladin (koncentrace), které jsou nižší než hladina, při které se chemická látka považuje za bezpečnou. Nicméně a ještě jednou se konstatuje, že je pravděpodobné, že se nějaký nepřijatelný vliv vyskytne. Při stanovení velikosti těchto koeficientů posouzení musí být osloven určitý počet nejistot, aby bylo možné provést extrapolaci z laboratorních údajů pro jednoduché biologické druhy na ekosystémy, v nichž se vyskytuje větší počet živočišných druhů. Tyto oblasti již byly patřičně prodiskutovány v jiných pojednáních a je možné provést jejich sumarizaci pod následujícími názvy: • Vnitrolaboratorní a mezilaboratorní odchylky údajů o toxicitě • Vnitrodruhové a mezidruhové modifikace biologických druhů (biologické varianty) • Krátkodobá a dlouhodobá extrapolace toxicity • Extrapolace laboratorních údajů na dopad v polních podmínkách (Extrapolace se vyžaduje z jednodruhových zkoušek biologických druhů na ekosystém. Roli taky mohou hrát přídavné látky, součinnostní účinky (synergie) a protichůdné účinky (antagonismus), které vznikají z důsledku přítomnosti jiných látek). Velikost koeficientu posouzení závisí na důvěře, se kterou může být PNECvody odvozena z dostupných údajů. Tato důvěra se zvyšuje, pokud jsou údaje k dispozici na základě toxicity působící na organismy v určitém počtu tropických hladin, taxonomických skupin a na základě životních stylů, které reprezentují různé strategie krmení. Takže nižší hodnoty koeficientů posouzení mohou být použity společně s rozsáhlým a více relevantnějším souborem údajů, než je tomu v případě základního souboru údajů. Navrhované hodnoty koeficientů posouzení jsou uvedeny v Tabulce VII.1. (pravděpodobně to má být v Tabulce VIII.2?, pozn. překl.). __________________________________________________________________________________________ 228 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII V případě nových látek a koeficient posouzení 1 000 se bude používat na nejnižší L(E)C50 základního souboru. Taky již pro existující látky se obvykle používá koeficient posouzení na nejnižší z relevantních dostupných údajů o toxicitě, a to bez ohledu na to, zda zkoušené biologické druhy jsou standardní organismy (viz poznámky k Tabulce 14). (Tabulka 14 v celé části Přílohy/Annexes neexistuje, pozn. překl.) Pro krátkodobé zkoušky se používá L(E)C50, zatímco v případě dlouhodobých zkoušek se používá NOEC. V případě některých sloučenin může být k dispozici velký počet ověřených krátkodobých hodnot L(E)C50. Z tohoto důvodu se navrhuje vypočítat aritmetický průměr v případě, pokud je k dispozici více než jedna hodnota L(E)C50 pro tentýž biologický druh. Před výpočtem aritmetického průměru musí být uskutečněna analýza zkušebních podmínek za účelem zjištění, proč byly nalezeny předmětné rozdíly. Zkouška potlačení růstu řas základního souboru je v zásadě multigenerační zkouška. Nicméně pro účely použití patřičných koeficientů posouzení se s hodnotou EC50 zachází jako s krátkodobou hodnotou toxicity. Hodnota NOEC z této zkoušky smí být použita jako dodatečná hodnota NOEC, když jsou k dispozici jiné dlouhodobé údaje. Všeobecně vyjádřeno, hodnota NOEC pro řasy by neměla být používána bez podpory jinými dlouhodobými hodnotami NOEC biologických druhů jiných tropických úrovní. Nicméně jestliže chemická látka ukáže specifickou toxicitu na řasy, pak hodnota NOEC pro řasy, určená ze zkoušky základního souboru, by měla být doplněna zkouškou druhé odrůdy řas. Mikroorganismy reprezentující jinou tropickou úroveň/hladinu smí být použity pouze tehdy, jestliže byly zkoušeny neupravované čisté kultury. Výzkum bakterií (např. zkoušky růstu) se považují za krátkodobé zkoušky. Kromě toho modro-zelené řasy by navíc měly být zahrnovány mezi primární producenty/výrobce k jejich autotrofní výživě. Tabulka VIII.2: Koeficienty posouzení k odvození PNEC Popis Koeficient posouzení Nejméně jedna krátkodobá hodnota L(E)C50 pro každou ze tří 1 000 (a) tropických úrovní základního souboru (ryby, hrotnatky (dafnie) a řasy) Jedna dlouhodobá hodnota NOEC (buďto ryby, nebo hrotnatky 100 (b) (dafnie)) Dvě dlouhodobé hodnoty NOEC od biologických druhů, které 50 (c) reprezentují dvě tropické úrovně (ryby a/nebo hrotnatky (dafnie) a/nebo řasy) Dlouhodobá hodnota NOEC od nejméně tří biologických druhů 10 (d) (normálně ryby, hrotnatky (dafnie) a řasy), které reprezentují tři tropické úrovně Polní údaje nebo model ekologických soustav Revidováno na základě případ od případu (e)
POZNÁMKY: (a) Použití koeficientu 1 000 na krátkodobé údaje o toxicitě je konzervativní a ochranný koeficient, a je určen k zajištění toho, že látky, které mají potenciál způsobit nepříznivé účinky, jsou identifikovány v účincích posouzení. Předpokládá se, že každá z výše specifikovaných nejistot bude mít významný příspěvek pro celkovou nejistotu. Pro jakoukoliv danou látku může existovat důkaz, že tomu tak není, nebo že jedna specifická komponenta nejistoty je důležitější, než jiná partikulární komponenta nejistoty. Za těchto okolností může být nutné tento koeficient (posouzení) změnit. Tato odchylka může vést ke zvýšenému nebo sníženému koeficientu posouzení podle důkazů, které jsou k dispozici. S výjimkou látek, jejichž uvolňování je přerušované (viz Část 3.3.2) by za žádných okolností neměl být použit koeficient (posouzení) nižší než 100 při odvození PNECvody podle údajů o krátkodobé toxicitě. Mezi důkazy pro proměnlivý koeficient posouzení by mohl být zahrnut jeden nebo více z následujících aspektů: • důkaz podle strukturálně podobných sloučenin (Důkaz podle úzce souvisící sloučeniny může demonstrovat to, že může být vhodný vyšší nebo nižší koeficient (posouzení)). • znalost režimu působení (Některé látky vzhledem ke své struktuře mohou být známé tím, že působí nespecifickým způsobem. Může být proto uváženo použití nižšího koeficientu (posouzení). Stejně tak známý specifický režim působení může vést ke zvýšenému koeficientu (posouzení). ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
229
Příloha VIII • dostupnost údajů pocházejících od širokého výběru biologických druhů, které zahrnující další taxonomické skupiny, jiné než jsou ty, které jsou reprezentovány v biologických druzích základního souboru. • dostupnost údajů pocházejících od rozmanitých biologických druhů spadajících do taxonomických skupin základního souboru biologických druhů napříč nejméně tři tropické úrovně. Vyskytují se případy, kdy základní soubor není úplný: např. pro látky, které se produkují v množstvích menších, než 1 tuna za rok (< 1 t/a) (notifikace podle Přílohy VII B Směrnice 92/32/EHS). Stanovuje se nanejvýš toxicita pro hrotnatky (dafnie). V těchto výjimečných případech by hodnota PNEC měla být vypočítána s koeficientem 1 000. Odchylky od koeficientu (posouzení) 1 000 by neměly být považovány za normální a měly by být plně doloženy doprovázejícími důkazy. (b) Koeficient posouzení 100 se vztahuje na jednotlivou dlouhodobou hodnotu NOEC (ryby nebo hrotnatky (dafnie)), pokud tato hodnota NOEC byla vytvořena pro tropickou úroveň vykazující nejnižší hodnotu L(E)C50 při krátkodobých zkouškách. Pokud jediná dostupná dlouhodobá hodnota NOEC pochází od biologického druhu (standardního nebo nestandardního organismu), který nemá nejnižší hodnotu L(E)C50 podle výsledků krátkodobých zkoušek, nemůže být považována za ochrannou pro jiné citlivější biologické druhy používající koeficienty posouzení, které jsou k dispozici. Takže účinky posouzení jsou založeny na krátkodobých údajích s koeficientem posouzení 1 000. Nicméně výsledná hodnota PNEC, která je založena na krátkodobých údajích, nemůže být vyšší, než je hodnota PNEC, která je založena na dlouhodobé dostupné hodnotě NOEC. Koeficient posouzení platí taky pro nejnižší ze dvou dlouhodobých hodnot NOEC zahrnující dvě tropické úrovně, když takové hodnoty NOEC nebyly vytvořeny z těch, které vykazují nejnižší hodnotu L(E)C50 podle krátkodobých zkoušek. (c) Koeficient posouzení 50 platí pro nejnižší ze dvou hodnot NOEC zahrnující dvě tropické úrovně, když takové hodnoty NOEC byly vytvořeny zahrnutím takové úrovně, která vykazuje nejnižší hodnotu L(E)C50 při krátkodobých zkouškách. Tento koeficient platí taky pro nejnižší ze tří hodnot NOEC, které zahrnují tři tropické úrovně, když takové hodnoty nebyly vytvořeny z takové úrovně, která vykazuje nejnižší hodnotu L(E)C50 při krátkodobých zkouškách. (d) Koeficient posouzení 10 bude v normálních případech platit pouze tehdy, když dlouhodobá toxicita NOEC je k dispozici z nejméně tří biologických druhů napříč třemi tropickými úrovněmi (např. ryby, hrotnatky (dafnie) a řasy nebo nestandardní organismus místo standardního organismu). Při zkoumání výsledků studií dlouhodobé toxicity by hodnota PNECvody měla být vypočítána z nejnižší dostupné hodnoty koncentrace resp. hladiny bez pozorovatelného účinku (NOEC). Extrapolace účinků na ekosystém může pak být provedena s mnohem vyšší jistotou a tak je možné snížit koeficient posuzování na hodnotu 10. Nicméně toto je dostačující pouze tehdy, když zkoušené biologické druhy mohou být považovány za takové, které reprezentují jednu z několika citlivějších skupin. Toto by normálně bylo možné určit pouze tehdy, kdy jsou k dispozici údaje o nejméně třech biologických druzích napříč třemi tropickými úrovněmi. Někdy může být možné s vysokou pravděpodobností určit, že byly prozkoumány nejcitlivější biologické druhy, tj. že další dlouhodobá hodnota NOEC pocházející od odlišné taxonomické skupiny by nebyla nižší než jsou údaje, které jsou již k dispozici. Za těchto okolností by koeficient 10, použitý pro nejnižší hodnotu NOEC z pouze dvou biologických druhů, byl taky odpovídající. Toto je důležité zejména tehdy, jestliže látka nemá schopnost bioakumulace. Pokud není možné učinit takové rozhodnutí, potom by měl být použit koeficient posouzení 50, aby byly vzaty v úvahu odchylky citlivosti mezi jednotlivými biologickými druhy. Koeficient posouzení 10 nemůže být snížen na základě laboratorních studií. (e) Koeficient posouzení, který má být použit na „mesocosm“ studie nebo na (polo-)polní údaje, bude muset být revidován na základě přístupu případ od případu. __________________________________________________________________________________________ 230 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII V případě sloučenin s vysokou hodnotou “log Kow“ nemůže být zjištěna žádná krátkodobá toxicita. Taky se to může vyskytnout dokonce i při dlouhodobých zkouškách, nebo se nedosáhne ustáleného stavu. Pro zkoušky s rybami pro nepolární narkotika se nedosažení ustáleného stavu prokáže použitím dlouhodobého QSARs (viz Část 3.2.1.2 a Kapitolu 4 o použití QSARs). V takových případech, kdy se ukazuje, že ustálený stav stále ještě nebyl dosažen, se může zvážit použití vyššího koeficientu posouzení. Pro takové látky, v jejichž případě není při krátkodobých zkouškách pozorována žádná toxicita, musí být provedena dlouhodobá zkouška, jestliže je hodnota „log Kow“ > 3 (nebo hodnota BCF > 100) a jestliže je PEClokální/regionální > 1/100 rozpustnosti ve vodě (viz Část 4.5). Dlouhodobá zkouška toxicity by normálně měla být zkouška dafnie (hrotnatky) za účelem předcházení nepotřebnému zkoušení obratlovců. Hodnota NOEC z této zkoušky může potom být použita s koeficientem posouzení 100. Kromě požadované dlouhodobé zkoušky se hodnota NOEC stanoví ze zkoušky řas základního souboru a použije se koeficient posouzení o hodnotě 50. Účinky posouzení uskutečněného s koeficienty posouzení mohou být doprovázeny metodou statistické extrapolace, pokud údajová základna je dostatečná pro její aplikování (viz Přílohu V).
VIII.2
Koncepce metody lokálního posouzení chemikálií pro úpravu chladicí vody, se zvláštním důrazem na biocidy
VIII.2.1 Úvod Jednou z podstatných environmentálních problematik, které BREF identifikuje v průmyslových chladicích soustavách, se zaměřením na mokré chladicí soustavy, je chemická úpravy chladicí vody (úprava proti korozi, úprava proti vytváření kotelního kamene, úprava proti znečištění, omezování bioznečištění), a z toho vyplývající emise do povrchové vody. Zvláštní důraz je kladen na biocidy, a to v důsledku jim vrozené vysoké toxicity, která je nutná jako výsledek specifické funkce, kterou biocidy musí vykonávat. Chlazení BREF identifikuje tři úrovně, na kterých mohou být použity techniky za účelem redukování dopadu přídavných látek/biocidů pro úpravu chladicí vody na přijímací vodní tělesa (recipienty): 1. Preventivní opatření (Tabulka 4.7) 2. Optimalizace provozu, včetně monitorování (Tabulka 4.8) 3. Volba & použití přídavných látek (Tabulka 4.8) Tyto tři úrovně řízení resp. omezování na sebe vzájemně působí a diskuse uskutečněné v TWG („v technické pracovní skupině) stanovily, že volba vhodných přídavných látek je komplexní výkon, který musí vzít v úvahu celou řadu lokálních faktorů a faktorů specifických pro předmětné místo. Byla identifikována potřeba poskytnout přehled koncepcí, které jsou základem pro posouzení přídavných látek resp. biocidů pro úpravu chladicí vody, jako důležité opatření BAT, které slouží k pomoci redukovat dopad přídavných látek na životní prostředí, a to především biocidů. V této souvislosti obsahuje BREF Přílohu, která stanoví nástroj pro průzkumné („screening“) posouzení, vycházející z existujících metodologií a údajů („posouzení benchmark“); a Kapitola 3 taky poskytuje některé doprovodné informace o režimech posuzování, které se používají v Nizozemsku a v Německu. V horizontálně řešeném dokumentu BREF je pouze možné a vhodné učinit závěry vztahující se na všeobecné termíny ke koncepcím, které usnadní aplikování principů BAT ohledně volby biocidů a jiných přídavných látek. Specifické charakteristiky pro zařízení/instalaci, klimatické podmínky a lokální životní prostředí tvoří klíčové prvky při určování přístupu kompatibilního s BAT na lokální úrovni pro jednotlivá zařízení. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
231
Příloha VIII Oprávnění pro kladení důrazu na biocidy při jakémkoliv režimu posuzování je založeno na skutečnosti, že jim vrozené vlastnosti mají za následek to, že biocidy jsou považovány za látky vyššího potenciálního zájmu ve smyslu dopadů na přijímací vodní tělese (recipienty). Ve výstupním místě mohou výtoky z chladicích soustav, které používají biocidy, způsobit akutní toxicitu. Lokální podmínky, charakteristiky použitých látek a zejména skutečné zředění v recipientu stanoví, zda mohou být splněny environmentální normy jakosti (EQSs). Správná volba a redukování potenciálních dopadů, který vyplývají z použití biocidů, mohou být správně adresovány jen tehdy, pokud mohou být posouzeny potenciální dopady. Měřítko, podle něhož může být rozhodnuto o přístupu ve věci použití přídavných látek/biocidů, který je kompatibilní s BAT, je environmentální stav přijímacího vodního tělesa neboli recipientu. Z výše uvedených důvodů by měl horizontálně uspořádaný referenční dokument BREF o chlazení poskytnout návod k tomu, jak přistupovat k problematikám na lokální úrovni specifickým pro předmětné místo při posuzování biocidů, které jsou používány v chladicích soustavách. Takové posouzení na lokální úrovni může být bráno jako další a podrobnější krok, který následuje po (volitelném) předběžném průzkumném („screening“) posouzení, jakým je metoda („benchmark“) uvedená v Příloze VI.1. Proto je referenční dokument BREF zaměřen na poskytnutí návodu pro koncepce relevantní pro posouzení lokálních okolností, aniž by předepisoval samotnou metodologii. Pro scénáře k posouzení emisí na lokální úrovni je k dispozici značný počet metodologií a modelů, které se nepřetržitě rozvíjejí (v celém rozsahu od jednoduchých až po vysoce sofistikované). Mělo by to spočívat na žadatelích o povolení a na úřadech členských států, jaké metodologie si vyberou a použijí, které jsou vhodné pro lokální podmínky a které odpovídají úrovni zájmu o potenciální environmentální účinky. VIII.2.2 Klíčové záležitosti V souvislosti s tím, jak se zaměřit na minimalizaci (environmentálního) dopadu, který specificky vyplývá z použití biocidu v chladicích soustavách podle zásad přístupu BAT, existují dva klíčové stavební kameny, které je důležité si uvědomovat: • Směrnice o biocidních produktech 98/8/EC (BPD = Biocidal Products Directive), kterou se od 14/5/2000 reguluje umístění biocidních produktů na evropský trh. V této souvislosti EU prozkoumá expoziční scénáře za účelem vyhodnocení rizik přidružených ke všem 23 kategoriím výrobků, které jsou do tohoto zahrnuty. Jeden z typů produktu uvažovaných pro autorizaci zahrnuje biocidy, které se používají v chladicích soustavách (typ produktu 11). Nové biocidy mají být podle této Směrnice posuzovány a schvalovány okamžitě. Bylo provedeno rozšíření na existující látky, které budou v příhodnou dobu revidovány. • Nastávající rámcová Směrnice o vodě (WFD = Water Framework Directive), která poskytuje značný počet cílů vztahujících se na jakost. Tyto cíle specificky zahrnují metodologii, která se má používat pro stanovení environmentálních norem jakosti (EQSs = Environmental Quality Standards) pro chemické látky, které jsou uvedeny v Příloze V Směrnice textu WDF. Metodologie pro stanovení EQSs je identická s metodologií, která se používá pro stanovení konzervativních předpovídaných koncentrací bez účinku (PNECs) podle zkušebních metod, které jsou v EU stanoveny chemickou legislativou. Tato metoda zahrnuje „součinitel bezpečnosti“ až 1 000 za tím účelem, aby byly vzaty v úvahu nejistoty zahrnuté do provádění extrapolování z výsledků zkoušení toxicity na zvolených organismech do hodnot na ochranu vodního ekosystému. Údaj o toxicitě pro biocidy, které se používají v chladicích soustavách je buďto již všeobecně dostupný, nebo bude učiněn dostupným společně s údaji o jiných relevantních vnitřních resp. vrozených vlastnostech (např. biologická odbouratelnost, bioakumulace) podle postupů registrace, které jsou stanoveny podle Směrnice BPD. Na základě tohoto údaje je možno použít metodologii uvedenou v Příloze V Směrnice WFD pro stanovení EQS (tj. pro určení hodnoty PNEC) pro látky, které se nacházejí ve vodě. EQS potom může být porovnávána s předpovídanou environmentální koncentrací (PEC) za účelem pomoci při stanovení, jaký potenciál může existovat pro případ dopadu (na životní prostředí), který může nastat. Protože EQS odpovídá PNEC, je často na toto učiněn odkaz jako na „porovnání PEC : PNEC“. Jak bylo zmíněno již výše, je k dispozici značný počet metod pro výpočet koncentrace látek, o kterých se očekává, že budou zjištěny v recipientech (přijímacích vodách) jako důsledek vypouštění (tj. PEC). __________________________________________________________________________________________ 232 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII Hodnota PEC/PNEC se může použít jako měřítko pro BAT pro stanovení kompatibilního přístupu pro biocidy, které jsou používány v chladicích soustavách, podle BAT. Nicméně by mělo být vzato na vědomí, že při tomto přístupu musí být učiněn určitý rozdíl mezi novými a již existujícími (chladicími) zařízeními (instalacemi). Hodnota PEC : PNEC < 1 v recipientu po realistickém smíchání & zředění by mohla poskytovat měřítko (jako mezní hodnota) pro biocidy používané v nových chladicích soustavách. V případě již existujících chladicích soustav, kde mnoho konstrukčních parametrů & jiných instalačních charakteristik je již ustanoveno, nebude vždy možné dosáhnout hodnoty PEC : PNEC < 1 za cenu, která je ekonomicky proveditelná, resp. rentabilní, jak to je popsáno v definici pro přístup podle BAT. V těchto případech by hodnota PEC : PNEC < 1 měla zůstávat jako cíl (jako „benchmark“), ale může být považována za dlouhodobý cíl, který zapadá do cyklů výměny (chladicího) zařízení, atd. Na obrázku VIII.2 je uvedeno grafické znázornění, které poskytuje příklad pro to, jak by mohl být určen přístup, který je kompatibilní s BAT, pro případ používání biocidů v již existujících chladicích soustavách. Správným způsobem optimalizovaný provoz ve velmi dobře navržené (konstrukčně provedené) chladicí soustavě může být považován za BAT, jestliže se dosáhne hodnoty PEC : PNEC < 1. V případě chladicích zařízení (resp. instalací), ve kterých není možné dosáhnout hodnoty PEC : PNEC < 1 v důsledku neoptimálního konstrukčního provedení, nebo v důsledku jiných lokálních faktorů, nebo faktorů specifických pro předmětné místo, bude nutné provést optimalizaci provozu (chladicí) soustavy tak brzy, jak to je proveditelné. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
233
Příloha VIII Obrázek VIII.2: Kombinovaný přístup pro posouzení biocidů chladicí vody pro existující (chladicí)
zařízení __________________________________________________________________________________________ 234 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII Legenda k Obrázku VIII.2: 1. implementace (realizace, resp. zavedení) této směrnice se připravuje; 2. optimalizace použití biocidu v důsledku monitorování parametrů relevantních pro řízení chladicí soustavy a optimalizace dávkování (dává se přednost automatickému dávkování); 3. mohou být zvážena opatření, jako je předběžná úprava (chladicí vody), filtrace bočního proudu. Taky je možno vzít v úvahu opatření „na konci potrubí“. Volba opatření často závisí na dané situaci. Může být zvážena velká rozmanitost opatření „na konci potrubí“, jako je biologická úprava, použití pískového filtru, adsorpční techniky, oxidace ozonem, atd., atd. 4. v tomto případě musí být použita (normální) kritéria BAT ve vztahu k opatřením; to znamená vyhodnocení různých aspektů, jako jsou: dostupnost opatření, ekonomický dopad nutných opatření, která se vztahují k environmentálnímu dopadu předmětného opatření; 5. v tomto případě pokud se zabýváme optimalizovanou situací ve smyslu zavedení opatření (řízení procesu, optimalizace použití biocidů a realizace/implementace opatření na konci potrubí), je všechno v rozsahu normálních kritérií BAT pro opatření pro redukování, resp. snížení (viz 4). Výsledek výše uvedeného vyhodnocení představuje řešení, které se dostává nejblíže k záměru PEC/PNEC = 1. Jiné vhodné přídavné látky (s menším dopadem na životní prostředí) nejsou k dispozici. Z tohoto důvodu může být toto považováno za BAT pro již existující instalace (chladicích zařízení). VIII.2.3 Příklad navrhované metody lokálního posouzení [tm004, Baltus a Berbee, 1996] a [tm149, Baltus a jiní, 1999] V následujícím textu je vypracován příklad podle metody, o které byla vedena diskuse ve dnech 29. až 31. května na zasedání TWG (technické pracovní skupiny) v Seville, a která byla od té doby vypracována do návrhu pro posouzení biocidů, který je uveden v Příloze VII tohoto referenčního dokumentu BREF. Podle schématu návrhu mohou být rozlišovány tři hlavní kroky: 1) VÝBĚR BIOCIDŮ: Výběr biocidů je na míru provedená volba pro každý a všechny chladicí soustavy a v obvyklých případech to je výsledkem odborných diskusí mezi provozovateli daného provozu (chladicího zařízení) a dodavateli chemických látek. Metodologie „benchmark“ popsaná v dodatku VII tohoto referenčního dokumentu BREF může být velmi užitečným kompletním podpůrným nástrojem při provádění úvah o výběru biocidů. Nicméně by mělo být poznamenáno, že výsledek tohoto (prvního) kroku je pouze prvním seřazením možných biocidů podle vhodnosti. Další zpracování podle kroků 2 a 3 by mohlo přinést takový výsledek, že pořadí preference možných biocidů bude odlišné. 2) OPTIMALIZAČNÍ KROK: Optimalizační krok zahrnuje všechny druhy technik procesu, dávkování a monitorování, stejně tak jako čištění přídavné vody, filtrace bočního proudu a opatření pro řízení procesu, jako je například dočasné uzavření odběru chladicí vody z recirkulační chladicí soustavy. 3) LOKÁLNÍ POSOUZENÍ: Lokální posouzení je konečným krokem při posuzování biocidů a poskytuje provozovatelům daného provozu (chladicího zařízení), dodavatelům chemických látek a regulátorům (zřejmě těm, kdo vydávají předpisy) měřítko, které jim umožňuje stanovit do jakého rozsahu je nutné použít techniky a opatření pro provoz a řízení, aby byly splněny lokální resp. místní environmentální normy jakosti (EQSs). Jako příklad byla vypracována následující situace: recirkulační chladicí soustava musí mít chladicí vodu upravovánu chemickými látkami za účelem zabránění mikrobiologickému znečištění chladicí soustavy. Rozměry této chladicí soustavy jsou znázorněny na Obrázku VIII.3. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
235
Příloha VIII Obrázek VIII.3: Schematické znázornění recirkulační chladicí soustavy s údaji pro příklad metody lokální
volby chemických látek chladicích soustav Pro tento případ byl učiněn takový předpoklad, že výsledkem kroku 1 (což byla metoda „benchmark“) byl výběr kombinace biocidů chlornan a dvojbrom-nitrilopropionamid (DBNPA). Optimalizace ve smyslu patřičného monitorování a dávkování chlornanu ukazuje, že průměrná koncentrace ve výtoku/odtoku by neměla přesáhnout koncentraci 0,2 [mg FO/l]. Pro neoxidační biocid DBNPA bylo výsledkem optimalizace nárazové dávkování při koncentraci 4 [mg/l] (frekvence dávkování: jednou za den). DBNPA je přídavná látka, která ve vodě snadno hydrolyzuje (τ½ = 2 h). Tato vlastnost přídavné látky může být přínosem při redukování emisí z chladicí soustavy a realizaci účinnějšího využití biocidu. Uzavřením vypouštění (odtékání) v průběhu dávkování a po něm na určitou dobu bude redukována koncentrace biocidu v (chladicí) soustavě. V tomto konkrétním případě, kde je zvažováno použití DBNPA, poskytuje dočasné uzavření odtoku (z chladicí soustavy) další (optimalizační) možnost redukovat množství biocidů vypouštěných do životního prostředí. Z hlediska provozovatelů (obsluhy chladicí soustavy) je zde otázka: do jakého rozsahu bude možné uzavřít vypouštění resp. odtok z recirkulační (chladicí) soustavy za účelem redukování koncentrace DBNPA prostřednictvím hydrolýzy na dostatečnou hladinu, aniž by byly vytvářeny překážky dobré provozní výkonnosti chladicí soustavy? Touto dostatečnou hladinou je koncentrace DBNPA ve výtoku, který vede k takové koncentraci v recipientu (pozn. překl. zde je najednou v anglické verzi použit výraz „recipient“, jinde to je převážně „receiving waters“, „receiving water body“, apod.?) (PEC : předpovídaná environmentální koncentrace), která nebude překračovat hodnoty podle environmentální normy jakosti (EQS). V následující tabulce je vypočítána předpovídaná (environmentální) koncentrace DBNPA v několika typech povrchové vody a v posledním sloupci tabulky bylo stanoveno požadované redukování v procentech pro splnění požadavků EQS pro tyto povrchové vody. __________________________________________________________________________________________ 236 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha VIII Tabulka VIII.3: Předpovídané koncentrace DBNPA v různých povrchových vodách pro tento příklad Situace: Recirkulační chladicí soustava; vypouštěný/odtékající objem: 203 [m3/h]; použitý biocid: DBPNA; Dávkování: nárazové (denně); koncentrace: 4 [mg/l]; EQS: 7 [μg/l]. Přijímací voda Rozměry PEC Požadované (recipient) redukování [%] Průtok Šířka Hloubka Rychlost Zředění po [μg/l] pro splnění EQS [m3/s] [m] [m] [m/h] vypuštění Průměrná řeka Velká řeka Malá řeka/potok Velký kanál Malý kanál Příkop/strouha Jezero
25 262 1 40 2 0,15 —
50 125 10 200 25 5 —
2,6 3,8 1,5 6 2 1 1,5
0,192 0,552 0,067 0,033 0,04 0,03 0,01
110 770 10 92 14 3 3
36,4 5,2 400 43,5 286 1 333 1 333
80,5 0 98,5 83,9 97,6 99,5 99,5
V Tabulce VIII.3 je uvedeno, že přímé vypouštění vede k překročení EQS pro většinu ze zvolených příkladů povrchových vod. Pouze vypouštění výtoku (z chladicí soustavy) do velké řeky vede k přijatelné koncentraci DBPNA v povrchové vodě. Pro tento příklad je vypočítána hodnota PEC použitím modelu, který je všeobecně akceptován (v anglické verzi sice je uvedeno „excepted“, ale to se zde nehodí, pozn. překl.) v Nizozemsku a je používán schvalujícími úřady pro účely posouzení lokálního dopadu (na životní prostředí) poté, co BAT byl ve více obecném smyslu určen (kombinovaný přístup). Nizozemský přístup je založen na „Fisher“ rovnicích. Hodnota PEC se zde vypočítá ve vzdálenosti rovnající se 10násobku šířky přijímací vodní soustavy (recipientu) s maximální hodnotou 1 000 m (pro jezera ve vzdálenosti rovnající se ¼ průměru. Očekává se, že většina členských států bude mít své vlastní metodologie, nebo využije hodnot koeficientů zředění pro různý typ recipientů k stanovení hodnoty PEC. Environmentální norma jakosti (EQS) pro DBPNA je vypočítána podle metodologie, která je/byla specifikována v Příloze V rámcové směrnice o vodě. Z údajů, které jsou uvedeny v následující tabulce vyplývá, že EQS pro DBPNA má hodnotu 7 [μg/l]. (jeden údaj NOEC a 3 akutní údaje mají za následek součinitel bezpečnosti 100; nejnižší koncentrace/100 → 7 [μg/l] [1]). Tabulka VIII.4: Ekologické údaje DBNPA Parametr Koncentrace LC-50 (ryby) 96-h MIC (řasy); (správně anglicky „algae“, ne „algea“) LC-50 (korýš) NOEC (ryby)
2 [mg/l] 2 [mg/l] 0,7 [mg/l] 4 [mg/l]
Dočasné uzavření vypouštění/odtoku (chladicí) soustavy je dobrou volitelnou možností pro optimalizaci použití biocidů a snížení zatížení vypouštěnými biocidy, když jsou použity snadno odbouratelné přídavné látky. V následující tabulce je uvedena potřebná doba, která je nutná pro redukování emise biocidů na takovou úroveň, že po vypouštění může být v povrchové vodě splněna EQS. V posledním sloupci této tabulky jsou uvedeny vypočítané důsledky tohoto uzavření ve smyslu zvýšení koncentrace soli v recirkulující vodě. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
237
Příloha VIII Tabulka VIII.5: Následky uzavírání vypouštění Situace: biocid DBPNA: k = 0,3 [sec-1]; τ½ = 2 h; Co = 4 [mg/l]; C = Co * exp -(Qv/V + k)*t[1]; V = objem (chladicí) soustavy [m3]; Qv = vypouštění/odtok [m3]; t = doba/čas [h].
Přijímací voda
Potřebné redukování [%]
Potřebná doba, kdy odtok je uzavřen [h]
Poznámky
Průměrná řeka Velká řeka Malá řeka/potok Velký kanál Malý kanál Příkop/strouha Jezero
80,5 0 98,5 83,9 97,6 99,5 99,5
3,7 0 10,7 4,3 9,7 14,2 14,2
zvýšení koncentrace solí: koeficient 1,2 zvýšení koncentrace solí: koeficient 1,8 zvýšení koncentrace solí: koeficient 1,2 zvýšení koncentrace solí: koeficient 1,7 zvýšení koncentrace solí: koeficient 2,5 zvýšení koncentrace solí: koeficient 2,5
Podle specifické situace musí být vyhodnoceno zda výše zmíněné důsledky ve smyslu koncentrace inertní frakce (solí) jsou přijatelné, nebo zda jsou nepřijatelné. Na druhé straně je vždy možné učinit opatření ve vztahu k těmto důsledkům pomocí dalšího, navíc vypouštění před dávkováním a uzavřením, což bude vytvářet nižší koncentrace inertní frakce v chladicí soustavě. Další opatření: Pokud EQS (environmentální norma jakosti) nemůže být splněna, musí být provedeno vyhodnocení, zda by nemělo být zváženo použití alternativních biocidů, a/nebo zda mohou být učiněna jiná opatření. Příklady takových opatření jsou: – předběžná úprava používané chladicí vody (filtrace bočního proudu); – optimalizace zdokonalením dávkování a monitorování; – úprava na konci potrubí („end-of-pipe“) , např. úprava odkalování při biologické úpravě. __________________________________________________________________________________________ 238 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha IX
PŘÍLOHA IX
PŘÍKLAD MODELU PRO BIOCIDŮ V ODKALOVANÉ VODĚ
ODHADOVÁNÍ
EMISÍ
Nizozemský institut managementu vody RIZA vyvinul zjednodušený model pro odhadování množství biocidů, které jsou vypouštěny z otevřené recirkulační chladicí věže [tm004, Baltus en Berbee, 1996]. Tento model pro odhad biocidů předpokládá: •
že hlavní cesta, kterou se ztrácejí biocidy, je cesta prostřednictvím odkalování a vyprchávání (vypařování), prostřednictvím adsorpce, atd.;
•
že toto odkalování je velmi malé ve srovnání s množstvím cirkulující vody;
•
že pH a teplota jsou konstantní;
•
že při použití nárazového dávkování je počáteční koncentrace bezprostředně po dávkování stejná v celé chladicí soustavě;
•
že hydrolýza je chemická reakce prvního řádu a že rychlost následující disociace je známá;
•
že objemové množství odebraných nečistot je mnohem menší než objemové množství (recirkulující) obíhající vody.
Jako výsledek výše uvedených předpokladů, které skutečnost zjednodušují jen nepatrně, by mohla být odvozena následující rovnice pro výpočet frakce biocidu, který bude nakonec uvolněn do recipientu (resp. do přijímacího (vodního) prostředí): Frakce (%) = Фv x 100 % / (Фv + k V) Фv
=
objemové množství odebraných nečistot (m3/h)
k
=
disociační koeficient (h-1) (k = 0, pokud se disociace látek neuskutečňuje)
V
=
objem (chladicí) soustavy (m3)
Předpokládá se, že rozdíl mezi 100 % látky a skutečně vypuštěnou frakcí bude hydrolyzován. Za předpokladu, že se neuskuteční žádné další chemické reakce, by tento model mohl být považován za takový, který popisuje nejhorší případ. Je realistické předpokládat, že procento biocidů, emitovaných/vypouštěných ve skutečnosti, bude menší než je výsledek podle tohoto modelu. Je důležité přiznat, že toto je pouze model pro hrubý odhad vypouštění a že tento model neposkytuje žádné informace o toxicitě odebraných nečistot. Zejména v případě velmi hydrolyzovaných biocidů mohou být výsledné látky dokonce škodlivější, než je původní úprava (vody). Disociační koeficient (k) je důležitá konstanta, protože to je měřítko rychlosti, jakou biocid zmizí z (chladicí) soustavy prostřednictvím disociace. Pokud se tak stane ve velmi krátkém časovém úseku, mohlo by stát za to uzavřít odkalování a počkat až na okamžik, ve kterém koncentrace biocidu dosáhne svou nejnižší hladinu. Za účelem prevence zasolení (chladicí) soustavy by voda v (chladicí) soustavě měla být obnovena/osvěžena („refreshed“?) právě před dávkováním. Odkalování musí být otevřeno po několika hodinách k zabránění tomu, aby se koncentrace solí zvýšily. Je zřejmé, že toto je úspěšnější v případě rychle hydrolyzujících biocidů, než v případě pomalu hydrolyzujících biocidů. Rychle hydrolyzující biocidy jsou například β-brom-β-nitrostyren, nebo DBNPA. Pomalu hydrolyzující biocid jsou například izothiazoloiny. Některé z výsledků použití tohoto modelu byly takové, že při pH 8 a teplotách mezi 25 ºC až 40 ºC mohly být biocidy stále persistentní a mohly být emitovány v odkalované vodě ve větším rozsahu než 80 %. Ukázalo se, že procento rychle hydrolyzujících biocidů v odkalované vodě je mnohem nižší (25 %). Neměl by být učiněn závěr, že jsou mnohem příznivější, protože jejich toxicita, nebo toxicita produktů jejich disociace, může být velmi vysoká a tudíž vytváří dokonce méně příznivou situaci v recipientu (přijímací vodě). ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
239
Příloha X
PŘÍLOHA X
INVESTIČNÍ NÁKLADY A PROVOZNÍ NÁKLADY ZAŘÍZENÍ A ČÁSTÍ CHLADICÍCH SOUSTAV PRO NEELEKTRÁRENSKÁ POUŽITÍ
[tm001, Bloemkolk, 1997] V této příloze jsou uvedeny některé údaje o nákladech vztahujících se na velké průmyslové chladicí soustavy. Ceny se ve skutečnosti budou značně měnit jak je naznačeno v uvedených cenových rozsazích. V případě menších chladicích soustav (sériově vyráběných) budou investiční a provozní náklady opět odlišné, ale taky budou uvedeny v širokých cenových rozsazích. Všeobecně platná skutečnost ukazuje, že vyšší investiční náklady zároveň znamenají nižší provozní náklady. Předpokládá se, že toto by mohlo současně naznačovat nižší dopad na životní prostředí. Cenové údaje jsou uvedeny pro každé uspořádání, nicméně provedené výpočty nákladů na chladicí soustavy ukazují širokou rozmanitost a může být učiněn závěr, že rozdíly v nákladech mezi různými chladicími soustavami nemusí bezpodmínečně udávat nejméně nákladnou variantu. Mezi různými faktory, které nakonec ovlivní celkové náklady, jsou velmi důležité požadavky uživatele a legální požadavky, které musí být splněny. Z tohoto důvodu by odhad realizovatelnosti chladicí soustavy nebo použitelnosti příslušné techniky měl být proveden pro každý jednotlivý případ. Taky musí být vzata v úvahu cena za energii, což hraje významnou roli zejména v těch případech, kde je zvažována rekuperace tepla. Náklady vycházejí ze skutečností v roce 1995. Důležitým aspektem při výpočtu nákladů na chladicí soustavu a na její možná zdokonalení je porovnání mezi počátečními investičními náklady na chladicí soustavu (nebo na opatření, která se mají aplikovat) a výslednými ročními náklady. V praxi mohou vysoké investiční náklady vést k nižším nákladům na údržbu, ale taky k vyšším fixním ročním nákladům, které mohou být překážkou pro samotné investování. Za účelem porovnávání by měly být náklady vyjádřeny v souvislosti s tepelným výkonem (tepelnou kapacitou), pro který je předmětná chladicí soustava navržena (kWth nebo MWth).
Části a náklady Pro výpočet celkových nákladů a pro účely porovnávání různých chladicích soustav byl pro průmyslová (ne-elektrárenská) použití sestaven seznam celé řady částí, které stanovují náklady; a to jak pro vodou chlazené soustavy, tak i pro vzduchem chlazené soustavy. Tento seznam je uveden v Tabulce X.1. Náklady jsou založeny na cenových hladinách různých částí chladicí soustavy. Pro tytéž referenční náklady byly popsány cenové odchylky různých částí chladicích soustav.
Fixní náklady Ceny výměníků tepla závisí na typu, materiálu a velikosti. Deskové výměníky tepla jsou levnější než kotlové výměníky tepla dokonce i v případě použití dražšího materiálu, jako je titan, ale jejich použití je omezeno (nižší) hladinou přípustného tlaku. Kondenzátory jsou přibližně o 25 % dražší než kotlové výměníky. Materiály jako je nerezavějící ocel, nebo speciální slitiny Cu-Ni, jsou dražší než ocel (dvou až pěti násobně). Speciální trubky mohou být dražší o 10 % až 15 %. Náklady na vzduchové chladiče závisí v prvé řadě na velikosti (teplosměnné) plochy povrchu výměníku tepla a na typu ventilátoru. Požadovaná velikost koncové teploty je taky uváděna jako rozhodující činitel. Materiál pro vzduchem chlazený výměník tepla je obvykle méně důležitý, než je tomu v případě vodou chlazených soustav, ale závisí to taky na korozívnosti látky, která má být ochlazována. Náklady na potrubí a rozdělovače kapaliny se významně liší v závislosti na průměru, materiálu a na délce. Opatření použitá pro přívod/vstup a vývod/výstup jsou záležitostí, která je mimořádně závislá na lokálních podmínkách. Zejména délka, průměr a konstrukční provedení napájecích trubek/potrubí a výtokových trubek resp. potrubí může určovat hladinu nákladů. Byla udávána hladina nákladů kolem 13 000 Euro na MW pro zařízení o výkonu 300 MW. Pro menší zařízení zůstávají tyto náklady relativně vysoké. Vodou chlazené soustavy jsou vybaveny čerpadly pro přečerpávání vody. Nepřímé chladicí soustavy mají dva ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
241
Příloha X okruhy chladicí vody a proto potřebují další čerpadla. Investiční náklady na čerpadla se mění v závislosti na sací výšce, kapacitě/výkonu a podle použitého materiálu. Čím je chladicí voda čistější, tím je méně kritická volba požadovaného materiálu. Náklady na chladicí věž závisí významným způsobem na modelu a velikosti. Mohou být požadována opatření pro potlačení tvorby parní vlečky; v tomto případě budou investiční náklady na chladicí věž zhruba 1,5 až dvakrát vyšší. Nádrže pro shromažďování vody jsou taky součástí zařízení chladicí věže. Náklady na chladicí věž jsou částečně závislé na požadovaném konstrukčním prostoru. Menší přibližovací prostor nad chladicí věží vede k větší a nákladnější chladicí věži, a to jak z hlediska investičních nákladů pro samotnou chladicí věž, tak i z hlediska spotřeby energie. Níže uvedená tabulka to znázorňuje na příkladu:
Proměnné náklady Proměnné náklady na chladicí soustavy jsou značně závislé na předmětné soustavě. Nejvýznamnější faktory z hlediska proměnných nákladů jsou (1995): • energie ((0,05 až 0,06) euro na kWh); • podzemní voda včetně daně, poplatků a čerpání ((0,09 až 22*) euro na m3); (22*; správná hodnota podle některých názorů by snad měla být 0,22, pozn. překl.); • podzemní voda kromě čerpání ((0,09 až 0,11) euro na m3); • pitná voda včetně daně, poplatků ((0,4 až 1,4) euro na m3); • v některých případech jsou používány taky produkty „polotovary“ („semi-manufactured“), například vločkovaná říční voda, nebo odčerpaný kondenzát. Jejich ceny jsou nižší, než je cena zakoupené vody. Určující provozní aspekty chladicích soustav chlazených vodou jsou energie pro čerpadla a, v případě chladicí věže, přídavný ventilátor a přídavná voda. Kromě toho náklady zvýší úprava chladicí vody, ale toto se mění podle použité úpravy, která je přidružena k dané chladicí soustavě. Průtočná chladicí soustava vyžaduje pouze kontrolu biologického znečištění, zatímco recirkulační chladicí soustavy vyžadují dodatečné disperzní přídavné látky a přídavné látky působící proti korozi. Provozní náklady suchých vzduchem chlazených soustav sestávají především z nákladů na energii. Náklady na energii pro chladiče vzduchu vyplývají z použití ventilátorů. Náklady na údržbu vzduchových chladičů jsou jedna třetina až polovina nákladů na údržbu chladicích soustav používajících kotlové chladiče.
Metodologie Byly vyvinuty různé metodologie pro porovnávání nákladů mezi různými chladicími soustavami. Následující přístup je použit jako příklad, ale jiné metody pro stanovení nákladů jsou založeny na stejném principu. Metoda není v absolutním smyslu přesná a, jinými slovy vyjádřeno, není určena k použití pro přesné odhady investičních nákladů. Nicméně tato metoda je vhodná pro porovnávání investičních nákladů různých chladicích soustav. Pro různé chladicí soustavy musí být zahrnuty univerzální nákladové faktory a mohou být vyjádřeny jako pevně stanovené procento nákladů na instalaci zařízení („přímé náklady na místě“) („Direct Field Costs“ neboli „DFC“). Tyto nákladové faktory a přidružená procenta v tomto příkladu jsou: • nepřímé náklady (5 % investičních nákladů); • technické/inženýrské náklady (8 % investičních nákladů); • nepředvídané náklady (15 % nákladů na instalaci zařízení). Investiční náklady a nákladové faktory tvoří celkové investiční náklady (TIC) („Total Investment Costs“). Roční náklady jsou souhrnem fixních nákladů (úrok + amortizace) a proměnných (provozních) nákladů. Mělo by být pamatováno na to, že vyšší investiční náklady vedou nejenom k vyšším ročním fixním nákladům, ale mohou taky být překážkou pro samotné investování. Do ročních nákladů jsou zahrnuty také náklady na údržbu.
Porovnávání Na základě výše uvedených prvků byly vypočítány a porovnány investiční náklady pro různé chladicí soustavy. Byl taky proveden výpočet přidružených provozních nákladů. Celkový součet je shrnut a uveden v Tabulce X.2. __________________________________________________________________________________________ 242 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha X Při výpočtu ročních nákladů musí být použito období amortizace při určité úrokové sazbě. Jsou taky vypočítány provozní náklady. Roční náklady na údržbu jsou založeny na celkových investičních nákladech (TIC).
Tabulka X.1: Nákladné části vodních a vzduchových chladicích soustav [tm001, Bloemkolk, 1997] Typ nákladů
Nákladné části
Vodní chladicí soustavy
Vzduchové chladicí soustavy
Fixní
Výměník(y) tepla (typ, velikost a model) Výměník tepla (materiál)
X X
x x
Potrubí v procesu, trubková přemostění
X
x
Čerpadla/náhradní čerpadla
X
x
Přívodní zařízení
X
Potrubní přívody/vypouštění
X
Výtoková zařízení
X
Chladicí věž(e) (případně)
X
x
Ventilátory
X
x
Tlumení zvuku/hluku
X
x
Nepřímá soustava (další výměník tepla, trubky/potrubí, čerpadla)
X
x
Voda (podzemní, voda z vodovodu) Poplatek za vypouštění vody (stočné?)
X X
Monitorování úniků v důsledku netěsností
X
Kondicionování vody
X
Spotřeba energie (čerpadla a ventilátory)
X
x
Údržba
X
x
Proměnné
x
Výpočty ukázaly, že citlivost na náklady je do značné míry určena hladinou investičních nákladů a spotřebou energie. Změny nákladů na výměníky tepla (kotlové) v důsledku zvoleného uspořádání a volby materiálu jsou velmi důležité. Levné materiály a modely určují vypočítané dolní mezní hodnoty a speciální materiály určují horní mezní hodnotu. Zároveň by se nemělo zapomínat na to, že dobré materiály by mohly značně snížit náklady na údržbu, provozní náklady a použití chemikálií. Investiční náklady a provozní náklady, pokud jsou vypočítány jako roční náklady, se značně liší. Faktory jako jsou požadavky na (přídavnou) vodu a její cena, a spotřeba energie, mají velký vliv. Volba materiálu má taky důsledky na roční provozní náklady. V případě, kdy je použito suché vzduchové chlazení, je dosažitelná koncová teplota velmi důležitá, a čím je požadovaná hodnota koncové teploty nižší, tím nákladnější se stane vzduchové chlazení. V případě použití vodního chlazení má nízká koncová teplota menší vliv na odhady nákladů, pokud při výpočtech nejsou použity nízké hodnoty přiblížení. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
243
Příloha X
Tabulka X.2: Cenové údaje pro vodní a vzduchové chladicí soustavy pro průmyslová použití kromě elektráren (1993-1995) [tm001, Bloemkolk, 1997] Soustava
Instalace x 1 000 (EUR/MWth)
Průtočná
68 – 182
(rozsah 0,2 - 10 MWth) (rozsah > 10 MWth) pro části - výměníky tepla2 - trubky, atd. - čerpadla - přívod/vypouštění
34 – 91
Celkové investice (TIC) x 1 000 (EUR/MWth)
68 (36 136) 9,1 - 14 4,5 - 9,1 (9,1 - 14)
Celkem 59 - 173 Celkem Recirkulační s otevřenou mokrou chladicí věží (rozsah 0,2 - 1 MWth) (rozsah > 1 MWth) pro části - chladicí věž - výměníky tepla - trubky/čerpadla Celkem Nepřímá recirkulační s otevřenou mokrou chladicí věží Celkem
Provozní náklady x 1 000 (EUR/MWth)
- materiál, model - délka, materiál - kapacita/výkon, DP - umístění
- energie 6,8 - kondicionování 1,8 - údržba5 7,7
77 - 227
Nepřímá průtočná 18 - 502,3 (přídavná)
Čím jsou stanoveny investice
- přídavné výměníky tepla 100 -269
Úroky a amortizace6 x 1 000 (EUR/MWth) za rok
Obecné celkové roční náklady (EUR/MWth)
10 - 30
18 - 46
13 - 37
23 –56
11 - 35
30 - 76
14 - 43
34 - 86
4,5 0,5 2,7 -
7,7 16
- přídavné výměníky tepla 10 – 19 59 - 136 45 - 68 18 - 454 36 - 136 14 - 23
89 - 266
68 - 203
- model - materiál, model - materiál výměníků tepla
18 - 452,3 (přídavná) 112 -331
- přídavné výměníky
- přídavek 22 - energie 13 - údržba 9,1 - kondicionování 4,5
6,3 6,5 2,3 – 1,8 –
tepla - přídavná čerpadla
86 - 255
19 - 41 - energie 16 - údržba 11 - kondicionování 4,5 - přídavek 22
9,3 2,7 1,8 – 6,3 –
20 - 43 __________________________________________________________________________________________________________________________________________ 244 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Příloha X
Tabulka X.2: dokončení Soustava
Instalace x 1 000 (EUR/MWth)
Celkové investice (TIC) x 1 000 (EUR/MWth)
Čím jsou stanoveny investice
Provozní náklady x 1 000 (EUR/MWth)
- koncová teplota8
- energie 5,4 - údržba 3,45
Úroky a amortizace6 x 1 000 (EUR/MWth) za rok
Obecné celkové roční náklady (EUR/MWth)
14 - 38
17 - 47
16 - 46
21 - 60
Suché vzduchové chlazení
Přímé Celkem
81 - 220
Nepřímé
přídavné2,3
105 - 288 - koncová teplota8
1,4 – 1,4 – 2,8 –
8,8 95 - 266
Celkem
123 - 351
- energie 8,9 - údržba 5,4
3,6 – 1,8 – 5,4 –
14,3 1.
viz text
2.
náklady na přídavný výměník tepla podle typu
Všeobecné nákladové faktory pro materiály: ocel 1 speciální (slitina bv Cu/Ni) 1,5 – 5,0 ocel s povlakem 1,3 – 1,7měď 1,5 – 2 rvs 304/316 1,5 – 3 titan 1,7 – 2,5 3. náklady závisí na výměníku tepla plus přídavná čerpadla a distribuce (vody); často deskové výměníky tepla. 4. (chladicí) soustava je (2 – 2,5) krát nákladnější se zařízením pro potlačování tvorby parní vlečky 5. náklady na údržbu 3,5 %; pro vzduchové chlazení (1 – 1,5) % 6. předpokládá amortizaci při 5% úroku, kde roční fixní náklady vychází na přibližně 13 % investičních nákladů (anuit). 7. počet provozních hodin 8 000 za rok 8. horní mezní hodnota nákladů je pro činnosti při chlazení na nízké teploty až do 30 ºC; dolní mezní hodnota nákladů je pro 60 ºC 9. nejsou známy žádné údaje o nákladech ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
245
Příloha XI
PŘÍLOHA XI
PŘÍKLADY TECHNIK, KTERÉ SE POSUZUJÍ PŘI PRIMÁRNÍM PŘÍSTUPU BAT PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY
XI.1 Úvod Je k dispozici mnoho volitelných možností pro redukování environmentálních účinků průmyslových chladicích soustav. Všeobecný přístup má za cíl dosáhnout prevence prostřednictvím správného konstrukčního provedení a provedení stavby chladicí soustavy, které jsou v případě nových průmyslových chladicích soustav všeobecně snadněji dosažitelné, než v případě již existujících chladicích soustav. Aplikování redukčních opatření závisí na chladicím uspořádání, a taky na omezeních, která se vztahují na předmětné místo, jako je například prostor, který je k dispozici. Další faktory, jako je spotřeba energie, provozní požadavky a ekonomické souvislosti budou taky hrát důležitou roli. Na základě všeobecného přístupu uvedeného v Kapitole 1 tohoto dokumentu a aplikovaného za účelem redukování environmentálních dopadů, jak to je specifikováno v Kapitole 3 tohoto dokumentu, popisuje tato příloha příslušné techniky a jejich alternativy mnohem podrobněji. Příslušné techniky mohou být posouzeny při optimalizaci chladicí soustavy v souladu s přístupem BAT. Tento soupis je přehledem podrobnějších informací o množství redukčních technik předložených TWG, tedy technickou pracovní skupinou, při výměně informací vztahujících se na BAT pro průmyslové chladicí soustavy. Pro každou techniku, která byla oznámena TWG, je uveden stručný popis doplněný informacemi o redukujícím účinku (kvantitativně/kvalitativně), jsou uvedeny průřezové účinky, mezní hodnoty velikosti provozu, náklady, a jsou uvedeny příklady provozů. Podobně, jak je provedeno posouzení příslušné chladicí techniky, musí být provedeno posouzení aplikace kterékoliv ze zde uvedených technik z hlediska použitého nebo plánovaného chladicího uspořádání. Pokud je možná volba mezi technikami s podobnými cíli z hlediska životního prostředí, měla by jejich technická použitelnost a provedení z environmentálního hlediska být počátečními kritérii, která jsou následována kritérii investičních nákladů, nákladů na údržbu a průřezovými účinky na jiná environmentální oddělení. Všeobecně vyjádřeno, pro mnoho (zde) popsaných technik nebyly k dispozici ani údaje o nákladech, ani průřezové účinky, a tak je potřeba provést další výzkum. Je nutno věnovat pozornost záležitostem, které se vztahují na použití a realizovatelnost příslušných technik. Získané environmentální výsledky jsou dosaženy při určitých podmínkách procesu a neposkytují žádnou záruku pro podobné kvantitativní výsledky v jiném procesním prostředí. Výsledky jsou užitečné pro znázornění směru zdokonalování. Zejména v případě průmyslových chladicích soustav se požadavky procesu a velikost a provoz chladicí soustavy značně odlišují a budou mít vliv na výsledky jakéhokoliv použitého redukčního opatření.
XI.2 Úspory chladicí vody pomocí opětovného jejího využití Použití vody pro chlazení je, nebo se může stát, omezujícím faktorem, a to buďto s všeobecnou platností nebo dočasně v návaznosti na sezónní změny v dostupnosti chladicí vody, které vytvářejí její periodický nedostatek. V několika evropských státech je vytvářen zvyšující se tlak na průmysl ve smyslu omezování a optimalizace používání resp. spotřeby vody v průmyslu. Takže je kladen důraz na to, aby průmysl změnil technologii a změnil průtočné chladicí soustavy na recirkulační chladicí soustavy, pokud to je možné, nebo aby provozoval svoje recirkulační chladicí věže při vyšších cyklech koncentrace. Další z volitelných možností, která se běžně aplikuje v případě chladicích věží, je použití eliminátorů unášení. Taky existuje celá řada volitelných možností úprav vody pro znovuzískání použité vody a k její přípravě pro opětovné použití v chladicím cyklu. Taky existují některé strategie směřující ke zvýšenému podílu suchého vzduchového chlazení, které nevyžaduje vodu, a tedy nevytváří žádný z problémů, které souvisí s používáním vodní chladicí soustavy; zatímco jiné okolnosti mohou být limitující záležitostí pro volitelnou možnost chlazení vzduchem (klimatické podmínky, investiční náklady, prostorové možnosti). Přehled způsobů úprav (vody) zahrnuje tyto volitelné možnosti [tm065, Meier a Fulks, 1990]: ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
247
Příloha XI •
Změkčování (vody) vápnem za studena
•
Změkčování (vody) horkým procesem
•
Zahušťovače/koncentrátory slané vody (solanky)
•
Biologická úprava (vody)
•
Obrácená (reverzační) osmóza
•
Elektrodialyzační reverzování
•
Odpařovací nádrže (rybníky)
Z výše uvedených volitelných možností jsou reverzační osmóza a elektrodialyzační reverzování energeticky velmi náročné procesy, takže se jeví jako relativně drahé. Změkčování (vody) horkým procesem je velmi účinné, ale má nevýhodu v tom, že je potřeba provést další ochlazování nebo rekuperaci tepla. Biologická úprava (vody) se používá k odstranění organické hmoty z vody a je zvláště zajímavá jako součást programu úpravy vytékající odpadní vody za účelem jejího použití jako přídavné vody. Odpařovací nádrže (rybníky) jsou velmi snadnou metodou pro redukování výtoku odpadní vody z daného provozu. Požadavky na velikost odpařovacích nádrží a mezní hodnoty pro likvidaci resp.odstranění zbývajícího kalu mohou znemožnit jejich používání. XI.2.1 Opětovné použití (odpadní) vody jako přídavné vody pro chladicí věž [tm066, Phillips a Strittmatter, 1994] a [tm064, Meier, 1990] Popis Voda z provozu nebo voda pocházející mimo provoz může být použita jako přídavná voda pro chladicí věže. Mohou být použity výtoky vody pocházející z téhož provozu, a taky výtoky pocházející z komunálních provozů pro úpravu odpadní vody. Chemie vody je velmi důležitá. Audit resp. kontrola vody může poskytnout kompletní vyvážení vody pro každou část provozu. Tento audit by měl poskytnout informace, které obsahují chemii vody chladicí věže, cykly koncentrace, index doby zdržení, rychlost, metalurgii soustavy, teploty, chemii aktuální úpravy (vody) a provozní výkonnost. Někdy voda potřebuje nejprve filtraci, a může být použit široký rozsah metod filtrace, které ale nejsou do rozsahu tohoto dokumentu zahrnuty. Chemie vody rozhoduje o chemické úpravě požadované pro chladicí věž k udržování počtu cyklů. Zejména je uváděn výskyt zvýšené hladina korozívnosti. V některých případech mohou být mezní hodnoty koeficientu koncentrace zvýšeny buďto použitím inhibitorů tvorby kotelního kamene za účelem zvýšení cyklů koncentrace, nebo použitím technik jako je obrácená (reverzační) osmóza k odstranění rozpuštěných pevných látek. Redukování: Procento redukování (zřejmě snížení spotřeby chladicí vody, pozn. překl.) závisí do značné míry na požadavcích recirkulační chladicí soustavy a na dostupnosti opětovně použitelné vody v daném okamžiku. Uvádí se hodnota až do 15 %. Průřezové účinky: Odpad ve formě filtračního residua vzniklého filtrací vody před jejím (opětovným) použitím bude muset být zlikvidován, resp. odstraněn. Úspory v použití sladké vody budou muset být posouzeny ve vztahu k nákladům z hlediska životního prostředí a finančním nákladům na další použití přídavných látek pro kondicionování odpadní vody. Chemická úprava proudu vody, která má být opětovně použita, může být velmi složitá a může vyžadovat další pracovní síly k provozování této soustavy. Mezní hodnoty použití: Opětovné použití (odpadní vody) je volitelnou možností jak pro nové, tak i pro již existující provozy a to bez ohledu na velikost provozu, přestože dodávka vody z alternativních vodních zdrojů pro větší požadavky nemusí být dostatečná. Obsah organických látek (BOD, resp. v české verzi BSK) může být omezujícím faktorem, který musí být kontrolován. Náklady: Údaje o nákladech jsou odlišné ve velkém rozsahu a jsou zcela specifické pro daný provoz. Nejsou známy žádné indikativní údaje. __________________________________________________________________________________________ 248 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI Příklady provozů: Na příkladu rafinerií bylo demonstrováno, že komunální odpadní voda může být použita jako přídavná voda [tm066, Phillips a Strittmetter, 1994]. Příklad použití nulového vypouštění je popsán v [tm064, Meier, 1990]. Úvahy: Typické problémy, se kterými je možné se setkat při použití proudů odpadní vody jsou: • vyšší mikrobiologická aktivita v důsledku rozpuštěných živin; • zvýšené riziko tvorby kotelního kamene v důsledku zvýšené hladiny rozpuštěných solí; • problémy se znečišťováním, které jsou důsledkem vysokých hladin železa a /nebo suspendovaných (resp. unášených) pevných látek; • problémy s korozí v důsledku vysokých hladin celkových rozpuštěných pevných látek (TDS). (viz str. 14). Možnosti setkat se s výše uvedenými problémy závisí bezprostředně na složení odpadního proudu (resp. proudu odpadní vody). Komunální odpadní vody se značně liší pokud se jedná o jakost vody (typicky obsahují relativně vysoké hladiny čpavku a fosforečnanů, kromě významně vysokých hladin rozpuštěné organické hmoty). Kromě toho komunální odpadní voda typicky obsahuje relativně vysokou koncentraci tvrdosti, která může způsobit vytváření kotelního kamene. Vysoké hladiny železa a/nebo suspendovaných (resp. unášených) pevných látek mohou vést k problémům vyplývajícím ze znečišťování. Celkově výtok, resp. vytékající kapalina z rafinerie může obsahovat vysoké hladiny oleje, maziv a unášených/suspendovaných pevných látek, které mohou zvýšit požadavek na oxidační biocidy. XI.2.2 Soustava s nulovým vypouštěním [Komentář, D] Popis: Odstupňovaná resp. stupňovitá chladicí soustava se používá k vyloučení jakéhokoliv vypouštění (vody), které pochází z odkalování chladící věže. Odkalování z primární chladicí věže se provádí za účelem udržení rovnováhy solí v rozsahu mezních hodnot dobré provozní praxe. Voda, která má vysokou hladinu vysoce nerozpustných solí (solí vápníku), se převede na vodu, která má vysokou hladinu vysoce rozpustných solí (solí sodíku). Tento proces se uskutečňuje v reaktoru pro změkčování resp. usazovací nádrži (klarifikátoru). Po tomto odkalování z primární chladicí věže teče odkalená voda do membránového koncentrátoru přímé osmózy (DO), který protahuje vodu pocházející z odkalování přes membrány do solanky chloridu sodného. Tato solanka je rekoncentrována v sekundární chladicí věži, tak zvané solankové chladicí věži, za použití odpadního tepla z hlavního kondenzátoru, který je zdrojem energie. Solanková chladicí věž musí mít mnohem menší průtok vody než primární chladicí věž. Typický poměr průtoku solanky k primárnímu průtoku je 1 k 750. Koncentrát z membránové soustavy DO je dále koncentrován v malém krystalizátoru, kde jsou pevné látky odstraněny a zlikvidovány/odstraněny mimo dané místo. Kapalina vytékající z krystalizátoru je recyklována do solankové chladicí věže. Redukování: Uvádí se, že opětovné použití primární odkalovací vody je kolem hodnoty 75 %, přičemž zbývající část se odpaří v sekundární chladicí věži (kolem 16 %), nebo je obsažena v tuhém odpadu jako zbytková vlhkost. Používání odpadního tepla v solankové chladicí věži snižuje chladicí zatížení na primární chladicí věži kolem hodnoty 3,5 MW při průtoku odkalování 45 m3/h. Průřezové účinky: Nižší chladicí zatížení na primární chladicí věži. Určité množství energie se požaduje k provozu odstupňované chladicí soustavy. Emise z odkalování nejsou vypouštěny do přijímací povrchové vody, tzn. do recipientu, ale jsou transformovány do odpadu. Pro tento odpad bude potřeba zajistit způsob likvidace resp. odstranění. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
249
Příloha XI Mezní hodnoty použití: Tato soustava bude účinná v případech, kde jsou stanoveny přísné environmentální mezní hodnoty s ohledem na vypouštění odpadní vody. Tato soustava je volitelnou možností pro nové elektrárny a nové chemické provozy, může ale být volitelnou možností pro případ retrofitu již existujících (chladicích) zařízení. Náklady: Kapitálové investice (resp.investiční náklady) pro tuto soustavu jsou vyšší, než investiční náklady na samostatné chladicí věže. Tvrdí se, že kapitálové investiční náklady na mokrou chladicí věž s touto soustavou jsou významně nižší, než jsou kapitálové investiční náklady na vzduchem chlazenou soustavu, která má stejnou kapacitu (stejný výkon). Provozní náklady s ohledem na energetické požadavky mohou být nižší v důsledku použití odpadního tepla hlavního kondenzátoru. Provozní náklady na odstupňovanou (resp. stupňovitou) chladicí soustavu a náklady na likvidaci resp. odstranění pevných látek musí být posouzeny ve vztahu k environmentálním nákladům na kondicionování a vypouštění odpadní vody. Příklad provozu: Nebyla oznámena existence žádného takového zařízení v rozsahu evropského společenství. Několik takových zařízení je možné nalézt v USA. Úvahy: Solanky s vysokou teplotou, které se vytváří v konvenčních technologiích pro opětovné použití (chladicí) vody (například koncentrátory solanky), jsou mimořádně korozívní, což vede k exotickým materiálům a průběžně trvajícím problémům s údržbou. Ve zde popsané soustavě nízký tlak (zhruba 1,5 bar) a nízké teploty (menší než 32 ºC) provozování DO dovoluje použití HDPE PVC a jiných nekorozívních materiálů v oblastech, kde koroze může být předmětem problémů. Další zkušenosti jsou takové, že krystalizátor je menší než konvenční soustavy. Obě dvě záležitosti vedou k nižším požadavkům na údržbu. Provozování je jednoduché a nevyžaduje specializovaný výcvik. Nepožaduje se žádná další biologická úprava. Je potřeba provést úvahu pro danou lokalitu, zda environmentální náklady nulového vypouštění do povrchové vody převažují environmentální náklady na likvidaci/odstranění odpadu. XI.2.3 Rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody [tm154, Besselink a jiní, 1999] Popis: Rozstřikovací nádrže (rybníky) pro chlazení chladicí vody byly v minulosti používány a některé z nich mohou být v Evropě stále ještě v provozu. V současnosti se provádí výzkum zaměřený na použitelnost rozstřikovacích nádrží pro chlazení chladicí vody pro průmyslové použití za účelem redukce vypouštění tepla a šetření s vodou. Studie proveditelnosti je zaměřena na použití rozstřikovací nádrže a na úsporu energie ve srovnání s chladicí věží o kapacitě resp. výkonu (18 až 21) MWth. Byl vyvinut model, podle kterého se vypočítá účinnost chlazení rozstřikovací nádrže v závislosti na povětrnostních podmínkách, na rozměrech rozstřikovacích trysek a na charakteristikách rozstřikovací nádrže (plocha povrchu, jakost vody). Pomocí tohoto modelu by potom mělo být možné navrhnout požadovanou rozstřikovací nádrž pro jakékoliv specifické lokální podmínky. Celý průtok chladicí vody, nebo jenom jeho část, je přiveden(a) do nádrže/rybníku přes rozstřikovací trysky. Rozstřikování zvyšuje chlazení a teoreticky je chladicí účinnost rozstřikovací nádrže asi 36 krát větší, než je chladicí účinnost chladicí (možná „odpařovací“, pozn. překl.) nádrže. Rozstřikovací nádrže ochlazují odpařováním, vedením a prouděním. Odpařování je nejdůležitější při vysokých teplotách vzduchu, zatímco vedení a proudění jsou důležitější při chladných povětrnostních podmínkách. Kapacita resp. výkon(nost) závisí na ploše povrchu, povětrnostních podmínkách (rychlost větru), na rozstřikovacích tryskách a charakteristikách rozstřikování. Rozptýlení tepla účinnou/efektivní rozstřikovací nádrží může dosáhnout 722 J/m2K. Redukování: Výsledky pro studované chladicí soustavy ukázaly, že potenciální úspory energie ve srovnání s použitím energie v případě chladicích věží mohou dosáhnout přibližně 6,5 kWe na MWth chlazení. Toto je ekvivalentní snížení emisí CO2 asi o 38 tun na MWth za rok. __________________________________________________________________________________________ 250 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI Průřezový účinek: Rozstřikováním vody v rozstřikovacích nádržích se vytváří vodní aerosoly. Vodní aerosoly hrají významnou roli při šíření biologické kontaminace. Proto provozování rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody vyžaduje zejména v létě přiměřený/vhodný program úpravy vody. Použití: Nedostatek dostatečného prostoru v předmětném místě bude limitovat použití volitelné možnosti rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody pro (celou) kapacitu chladicí soustavy. V případě velkých chladicích soustav nemůže být tato varianta volitelnou možností pro veškerou chladicí vodu, ale pouze pro část požadovaného množství chladicí vody, a může se tím redukovat přívod vody. Rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody používá několik konvenčních elektráren ve Spojených státech (až do 500 MWe), jaderné elektrárny je používají pro nouzové chlazení. Náklady: Investiční náklady na rozstřikovací nádrže/rybníky pro chlazení chladicí vody jsou mírně výhodné ve srovnání s investičními náklady na chladicí věž, pokud se zahrnují náklady pro přívod energie a taky při uvážení nákladů na nákup pozemku. V případě, kdy cena za nákup pozemku se nebere v úvahu, je rozdíl větší, ale samozřejmě to závisí na ceně pozemku. Tabulka XI.1: Investiční náklady a cena energie na MWth pro rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody a pro chladicí věže tm154, Besselink a jiní, 1999] Náklady Rozstřikovací nádrž Chladicí věž Investice ( ‘ 000 EUR/MWth) Energie pro rozstřikování a ventilátor(y) (kWe/MWth) Označitelnost
39 (25) 4
48 11
spolehlivý
Spolehlivý
Poznámky: Kapacita/výkon (18 – 21) MWth Chlazení od 32 ºC do 24 ºC
Referenční provoz: Dow Europe, Terneuzen (NL – Nizozemsko). Úvahy: Přestože tato varianta je založena na již existující technice, současné modifikace se stále ještě nacházejí v etapě výzkumu. Aplikace by mohly být zvláště zajímavé za takových okolností, kde omezení ve vypouštění tepla může vést k omezením výrobní kapacity, které se vyskytuje v případě elektráren během letních měsíců. Rozstřikovací nádrže pro chlazení chladicí vody by taky mohly být posouzeny v souvislosti s očekávaným zpřísněním omezení ohledně používání podzemní vody. XI.2.4 Skladování v chladu [Komentář-1, Belgie]
Popis: Speciální aplikace pro menší průmyslové použití je podzemní skladování vody za účelem jejího ochlazení. Podzemní voda, ohřátá po použití, je zde skladována v průběhu dlouhého časového období v přilehlém místě pod zemí, kde se ochladí. Je taky možné ochladit vodu nad zemí, například v zimě použitím vzduchových chladičů, po ochlazení vodu skladovat pod zemí a potom použít (v létě). Tato aplikace se používá hlavně tam, kde existuje potřeba ochlazování na hladinu kolem (6 – 9) ºC. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
251
Příloha XI Redukování: Na základě porovnání používání menších chladicích věží bylo oznámeno redukování resp. snížení nákladů na energii a provozních nákladů na (40 až 80) %. Průřezový účinek: Není znám. Mezní hodnoty použití: V případě průmyslového použití se aplikování této soustavy stává zajímavým nad minimálně 150 kW a jako doplněk k ochlazování pomocí chladicích věží. bylo již realizováno chlazení několika MW. Doposud je použití limitováno. Příklady jsou konstrukce technických zařízení a skleníkové zahradnictví. Náklady: Nejsou uvedeny. Referenční provoz: Není k dispozici. Úvahy: Tato technika se stále ještě nachází v etapě vývoje. Plné průmyslové použití nebylo zmíněno. __________________________________________________________________________________________ 252 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI
XI.3 Redukce emisí optimalizací úpravy chladicí vody V úvodu odstavce, ve kterém se pojednává o úsporách chladicí vody, byla uvedena celá řada úprav (vody), které mohou být použity k přípravě vytékající chladicí vody pro opětovné použití jako přídavná voda pro recirkulační chladicí soustavy. Tytéž techniky by mohly být použity pro vodu z přírodního zdroje k optimalizaci chemie vody a zároveň minimalizaci potřeby rozsáhlého programu úpravy vody. Jak již bylo dříve uvedeno, použití se silně vztahuje k chemii vody a požadavkům chladicí soustavy. XI.3.1 Biologická filtrace bočního proudu (vody) v otevřené recirkulační vodní chladicí soustavě [tm146, Savelkoul, 1999]
Popis Z mnoha důvodů je ekonomicky zajímavé provozovat otevřenou recirkulační chladicí soustavu na minimální hladině odkalování. Nicméně výsledkem tohoto způsobu je zvýšená biologická aktivita v chladicí vodě, která je často upravována aplikováním biocidů. Mezi jinými faktory jsou biologická aktivita a růst primárně závislé na dostupnosti výživných látek. Bez ohledu na chladicí soustavu, cirkulaci vody nebo klimatické podmínky se biologická aktivita neuchová v podmínkách nedostatku výživných látek. Proto by každá úprava (chladicí vody) měla být zaměřena na redukování biologického růstu prostřednictvím odstranění rozpuštěných výživných látek z okruhu chladicí vody. Pro účinnou úpravu (chladicí vody) je tak zvaný mrtvý objem (neboli objem okruhu) soustavy chladicí vody velmi důležitý. Ve skutečnost je to tak, že tento mrtvý objem se upravuje ve filtru a následně je chlorován při nízkých hladinách a frekvenci. Toto může být provedeno použitím kontinuálního pískového filtru na bočním proudu a zničením rozpuštěných výživných látek a zároveň filtrováním unášených resp. suspendovaných mikroorganismů a jiných rozpuštěných pevných látek. Následně na to je potřeba méně chloru a jsou možné vyšší cykly koncentrace. Tato technika může být zdokonalena vytvořením aktivní biologie v pískovém filtru s vysokou koncentrací mikroorganismů, což se nazývá biologická filtrace bočního proudu. K udržení aktivní biologie jsou pískové filtry v průběhu period vysokých hladin koncentrace biocidu (chloru) v okruhu chladicí vody obtékány, protože tato vysoká hladina by mohla zničit biologii v pískovém filtru a tím taky její účinek v chladicí vodě. Jakmile se hladina chloru sníží, chladicí voda je opět vedena přes pískový filtr. Ve skutečnosti to znamená, že je třeba vést chladicí vodu přes (pískový) filtr jen v omezeném počtu případů, konkrétně jenom jednou nebo dvakrát za den. Tato aplikace byla použita na otevřenou recirkulační chladicí soustavu s (chladicí) kapacitou resp. (chladicím) výkonem 152 MWth, s cirkulací vody 11 000 m3/h a objemem (chladicího) okruhu 3 500 m3. Předmětná (chladicí) soustava používala dva filtry s plochou filtru 5 m2 a kolem 10 kg VSS/m3 filtru, výška filtračního lože 4 m, filtrační písek (1,4 – 2,0) mm a (0,8 – 1,25) mm. Konstrukční model byl založen na reakci prvního řádu mechanismu odstraňování výživných látek s rychlostní konstantou reakce 6,0/hodina (= písek (0,8 – 1,25) mm, takže 3 800 m2/m3) a 4,5/hodina (= pro písek 1,4 – 2,0) mm, takže 2 250 m2/m3) v pískovém filtru. Tato filtrace významně snížila rychlost růstu organismů na straně výtoku z (pískového) filtru ve srovnání s cirkulující vodou. Redukování: Výsledné redukce závisely na optimalizované kombinaci odkalování, použití biocidu a aplikování biologické filtrace (resp. biofiltrace) bočního proudu. Například činnost pískového filtru závisí na velikosti průtoku bočního proudu, na velikosti průtoku promývací vody, cirkulaci písku, na odolnosti/stálosti filtru a na teplotě vody. Účinnost filtru se snižuje vyšším průtokem (vyšším hydraulickým tlakem), jehož účinek je podobný účinku kratší doby trvání kontaktu, a použitím písku s většími částicemi, což znamená menší měrný/specifický povrch. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
253
Příloha XI Výsledky ukazují zvýšený koeficient koncentrace (5,0 až 5,5) se současným redukováním frekvence dávkování Cl‾ na méně než jednou za dva dny (0,42/den). Znamená to redukci odkalování o 12 %, snížení přívodu vody o 2,4 %, a redukci používání přídavných látek o 12 %, neboli sedmkrát méně chloru pro tentýž účinek. V důsledku nižšího dávkování chloru zůstává hladina korozívních prvků (vyjádřeno jako součet chloru a síranu) v požadovaném rozsahu pro tuto (chladicí) soustavu (maximálně 86 ppm Cl‾ a popřípadě 77 ppm HSO4‾). Toto vysvětluje dosažení 12% snížení odkalování v důsledku použití biologického filtru, což je založeno na stejné korozívnosti vody. Průřezový účinek: Jestliže výchozím bodem pro použití biologické filtrace bočního proudu je redukování množství chlorování, považují se všechny další zmíněné výsledky za pozitivní průřezové účinky. Údaje o dodatečných požadavcích na energii pro čerpadla nebyly zmíněny. Je možné vyhnout se použití samostatného čerpacího zařízení a výkonnost biologického filtru se maximalizuje přivedením horké vytékající chladicí vody přímo do filtru bočního proudu a výtok z tohoto filtru se přivede přímo do vodní nádrže chladicí věže. Odpojitelný proud („slip stream“) horkého výtoku z filtru potom ve skutečnosti obtéká výplň chladicí věže a ohřeje vodu ve vodní nádrži chladicí věže průměrně o 0,15 K, což představuje ekvivalent zvýšené nepřímé spotřeby energie 0,5 kWth/MWth chlazení. Samostatné čerpadlo pro přečerpávání výtoku z biologického filtru nazpět do sběrné komory chladicí věže, kde je statický tlak 14 mwg, může předcházet tomuto problému resp. nedostatku. V průměru se musí přečerpat 1½ m3/h na MWth chlazení , což je ekvivalentní s přímou spotřebou energie 0,1 kWe/MWth chlazení nebo 0,25 kWth/MWth chlazení (při 40% účinnosti elektrárny). Toto je taky zcela limitováno ve srovnání se standardem (v) přímé spotřebě energie pro procesy chladicí věže. Uspořená energie, která je založena na snížené spotřebě chlornanu sodného je taky velmi omezena (1 litr 15% roztoku na den na MWth chlazení je ekvivalentní s “produkcí“ oxidačního činidla 1 kWth za jednu hodinu na den na MWth chlazení nebo 0,04 kWth/MWth chlazení). Uspořená energie, která je založena na redukci přídavné vody v důsledku 12% snížení odkalování 0,04 m3/h na MWth je taky zanedbatelná dokonce i v případě, pokud se zahrne energie na přepravu redukovaného množství přídavné vody. Všeobecně vyjádřeno, čistá energetická rovnováha je taková, že všechny tyto energetické odlišnosti v důsledku použití biologického filtru jsou zanedbatelné a jsou ve velikosti 1 % standardní přímé spotřeby energie pro proces chladicí věže 20 kWth/MWth chlazení (Viz Tabulku 3.2). Tato nízká čísla jsou očekávána, poněvadž obecně jen 1 % až 2 % průtoku cirkulující chladicí vody je potřeba k tomu, aby biologický filtr zabránil mikroznečištění výměníků tepla. Mezní hodnoty použití: Současně s odpovídajícím zdokonalením („upgrading“) kapacity filtru není mezní hodnota použití zřejmá. Toto řešení může být aplikováno (taky) na existující chladicí soustavy. Náklady: Náklady závisí na rozsahu použití a na dosažených výsledcích, které jsou vyjádřeny prostřednictvím snížených provozních nákladů. Provozní náklady na chlorování byly sníženy na 85 %. Předpokládaná doba návratnosti investičních nákladů byla pro daný příklad odhadována na tři až čtyři roky. Referenční provoz: DSM, Geleen (Nizozemsko) a Dow Benelux, Terneuzen (nizozemsko). Úvahy: Filtr bočního proudu byl zkonstruován resp. navržen jako účelově vybrané zařízení pro odstraňování výživných látek s nízkou účinností (resp. efektivností), zvolením vysoké lineární rychlosti 25 m/h místo standardní rychlosti (10 – 14) m/h, která je obvykle používána pouze pro odstraňování unášených látek. Vysoké rychlosti odstranění __________________________________________________________________________________________ 254 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI výživných látek budou dosaženy použitím protiproudého filtru s pískovým ložem, pokud výtok je alespoň nad 200 RLU jako ATP (= počty jednotek kolonií vyjádřené jako snížení adenosintrifosfátu) a přednostně 600 RLU jako kritérium pro zahájení nárazového („shock“) dávkování chlornanu sodného. Toto se vyskytuje společně s vysokými lineárními rychlostmi k zabránění vzniku anaerobních podmínek. Kritéria pro chlorování chladicí soustavy s chladicí věží, bez biologického filtru bočního proudu, byla založena na půlení mikroorganismů, které je vyjádřeno jako 500 RLU až 250 RLU jako ATP (adenosintrifosfát) pomocí reakce prvního řádu (= 0,5 [l/h]), které bylo dosaženo při jednom litru 15% roztoku chlornanu sodného na MWth pro každé nárazové dávkování. Organické zatížení na filtračním loži je 10 kg organických látek na m3 filtračního lože, a společně s požadovanou dobou kontaktu 10 minut je nutné navrhnout výšku písku 4 m , což ovlivňuje kapitálové (investiční) náklady méně než zvětšení průměru (pískového) filtru. Filtrační povrch byl 1 m2 pro každých 15 MWth, z čehož vyplývá 1,7 m3/h filtračního průtoku na MWth a toto je téměř rovno rychlosti odpařování 1,3 m3/h na MWth, společně s mírně zmenšeným odkalováním 0,3 m3/h v důsledku instalovaného (pískového) filtru. Ve skutečnosti každá kapka cirkulující/obíhající chladicí vody prochází filtrem bočního proudu 1,7krát denně. Tímto se hydraulický poločas celé chladicí soustavy snižuje ze 40 hodin na 7 hodin. Zároveň se průtok odkalování snižuje o 12 %, stejně tak jako se drasticky snižuje použití chemikálií pro kondicionování a frekvence chlorování z 3krát denně na jednou za 2,4 dne. Korozívnost cirkulující resp. obíhající chladicí vody, která se vyjádří jako součet chloru a síranu, zůstává stejná. Na základě tohoto modelu bude výsledek pro většinu již existujících chladicích soustav s chladicí věží v Evropě takový, že velikost známého mrtvého objemu vody bude jako teplá voda procházet (pískovým) filtrem 1 – 2 krát denně. Toto se bude vyskytovat společně s omezením jednohodinového nárazového dávkování oxidačního biocidu na dávkování jenom dvakrát za týden. Při vyjádření v jednotkách : očekává se, že 1 m2 filtrační plochy na pouhých 15 MWth bude společně s výškou filtru 4 m v mnoha případech dostačující k vytvoření doby zdržení („residence time“) trvající několik minut. Pro případy obvyklých situací poskytuje snížení spotřeby vody a redukované použití chemických látek dobu návratnosti pro kapitálové náklady na (pískový) filtr bočního proudu chladicí vody 3 až 4 roky. Očekává se, že výsledkem použití jiných filtračních látek (jiných filtračních médií) než písek, jako je např. čedič, mohou být dokonce menší filtry na MWth. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
255
Příloha XI XI.3.2 Fyzikální metody
Čisticí zařízení pro vodní chladicí soustavy mohou být jako „on-line“ (nebo průběžné) čištění jako je například čištění použitím koulí z pěnové pryže (porézních kuliček) nebo kartáčů, nebo „off-line“ čištění použitím například vysokotlakých vodních trysek a protlačováním tak zvaných „prasátek“ přes trubky kondenzátoru. Čím je čištění lepší, tím menší je potřeba používání chemických látek pro úpravu chladicí vody; a to ne jenom proto, že znečištění povrchu trubek je odstraňováno mechanicky, ale taky proto, že použité přídavné látky budou účinnější, protože mohou snadněji dosáhnout na povrch (částí chladicí soustavy). Bylo konstatováno, že mechanické čištění by mělo být považováno za předběžnou podmínku pro použití programu omezování makroznečištění. Čištění suchých vzduchových chladicích soustav se omezuje na stranu teplosměnné plochy, která je opatřena žebry. Čištění by mělo být uskutečňováno za účelem udržování přenosu tepla (a taky za účelem předcházení nepřímým emisím) a životnosti trubkových hadů. Celá řada fyzikálních metod pro boj s makroznečištěním a zkušenosti z průmyslu je uvedena v Tabulce XI.2 [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. Redukce strhávání (organismů způsobujících) (bio)znečištění v (chladicí) soustavě. Konstrukční řešení přívodu vody do (chladicí soustavy) by mělo být navrženo takovým způsobem, aby strhávání ryb, sutin, organických a anorganických materiálů, včetně unášených resp. suspendovaných látek, bylo udržováno na nejmenším možném rozsahu. Kromě toho v otevřených recirkulačních soustavách může být volitelnou možností filtrace bočního proudu. Udržování rychlostí na úrovni dostatečné pro zabránění uchycení organických organismů (tj. vyšší rychlost než 2 m/s). Nicméně příliš vysoké rychlosti mohou způsobit riziko koroze. Kritické rychlosti vody velmi mnoho závisí na typu použitého materiálu. Náhlé zvýšení teploty prostřednictvím zvýšení teploty chladicí vody nad 40 ºC po dobu několika (tuctů) minut; tato technika eliminuje uchycené organismy (mušle), nicméně toto ale vyžaduje vhodné konstrukční provedení chladicí soustavy (recirkulace chladicí vody). Toto opatření taky omezuje chladicí výkon (resp. kapacitu) chladicí soustavy a může být realizováno pouze v průběhu přerušení činnosti procesu v případě, kdy proces nemůže vydržet takové zvýšení teploty. Netoxické povlaky a nátěry, které redukují přichycování organismů, posilují účinky rychlosti (proudění) a usnadňují čištění. Použití zvukové technologie. Princip, který je základem používání technologie zvuku, spočívá v tom, že vibrace vytvořené energií, která je přidružena k přenášení zvuku, odstraní usazeniny z povrchových ploch tím, že otřásáním usazeniny uvolní. Osmotické nárazy (resp. šoky). Tato metoda, která spočívá na fyzikálně chemických základech, používá osmotické nárazy na chladicí soustavy buď sladkovodní nebo s mořskou vodou tím že, že je vystaví mořské vodě nebo sladké vodě. Výsledkem je to, že buňky organismu se mohou dostat pod účinky vnitřního tlaku, který může způsobit jejich zánik. __________________________________________________________________________________________ 256 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI Tabulka XI.2: Fyzikální techniky pro minimalizaci používání biocidu (odvozeno z [tm005, Van Donk a Jenner, 1996] Technika
Zařízení
Zkušenosti z průmyslu
Možnosti/omezení
Filtrace/předběžná úprava vody
Makroznečištění: bubnová síta, česla/brlení, síta na odstraňování slávek jedlých (mušlí) Mikroznečištění: rotační buben a pískové filtry Mikroznečištění: kontinuální („backwashed“) mikrofiltry (s proudem za filtrem) ((50-10) μm) Pískové filtry s rychlou filtrací (americké) Kontinuální („bachwashed“) filtry
Ano, elektrárny
Jak pro průtočné vodní chladicí soustavy, tak i pro recirkulační vodní chladicí soustavy Ne pro velké průtočné chladicí soustavy Pro průtoky vody až do 4 m3/s
Filtrace bočního proudu (vody) Čištění „on-line“ (přímo spojené)
Ano, chemický průmysl Ano, odsolovací provoz Ano, chemický průmysl Ano, průmysl skla
Koule z mechové/houbové pěnové pryže (porézní kuličky) Ano, elektrárny Soustava s kartáčem a klecí
Čištění „off-line“ (přímo nespojené) Tepelná úprava
V omezeném rozsahu, chemický průmysl a elektrárny Ano, elektrárny a průmysl
Makroznečištění: (38-40) ºC
Povlaky a nátěry
Mikroznečištění: (70-80) ºC Toxické povlaky
Ano, vodní (chladicí) soustavy s mořskou a se sladkou vodou ? Variabilní/proměnlivé
Netoxické povlaky
Elektrárny v U.S.
UV světlo
Zkoušky v malém měřítku
Zvuková technologie Elektrická úprava vody Osmotické nárazy (osmotické šoky)
Ne, pouze výsledky zkoušek Ne, pouze výsledky zkoušek Ano, průtočná chladicí soustava používající mořskou vodu
Vysokofrekvenční transformátor
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
Jenom pro recirkulační chladicí soustavy Všechny biocidy Filtr se může stát dalším zdrojem bakterií Velké průtočné chladicí soustavy Ne pro otevřené recirkulační chladicí soustavy Průtočné chladicí soustavy a recirkulační chladicí soustavy Vyžaduje zdvojené uspořádání nebo pravidelné zastávky provozu Tato volitelná možnost je omezena na nové chladicí soustavy, vyžaduje speciální konstrukční provedení Náhrada biocidů Založeny na zinku a mědi, použití může být omezeno proti mikroznečištění a makroznečištění Pro nové chladicí soustavy; uvolňování znečištění; Na základě silikonu a dá se snadno ovlivnit Další preventivní technika pro omezování chemického bioznečištění v recirkulačních vodních chladicích soustavách Vysoké náklady na energii Výsledky zkoušek v malých průmyslových soustavách Materiál musí být odolný proti korozi Sladkovodní (chladicí soustava může korodovat, pokud je (chladicí) voda upravována mořskou vodou
257
Příloha XI XI.3.3 Optimalizace použitím biocidů XI.3.3.1 Monitorování [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]
Pro monitorování mikroznečištění se používá technika deskového počítání („plate count“) a měření ATP (adenosintrifosfátu). Pro monitorování makroznečištění se používají expoziční panely a skleněná okénka. Tvorba kotelního kamene a koroze nepřímo ovlivňují použití biocidu a proto monitorování výskytu těchto účinků může být taky důležité pro měření výskytu bioznečištění. Příklady monitorovacích technik uvedené v referenčních dokumentech jsou Monitorování znečištění KEMA ® a pro detekci makroznečištění a účinků biocidní úpravy vody jsou používána podvodní zařízení s robotem vybavená video záznamovým zařízením. Pro přesnější měření, zejména pro měření mikroznečištění a pro biocidní úpravy (vody), jsou aplikovány techniky, které používají vlastnosti jako je pohyb navzájem spojených částí lastur měkkýšů („valve movement“), a jako je emise světla mikroorganismů, jako výsledek jejich metabolického procesu. Pro obě dvě techniky je uveden příklad pro znázornění jejich principu, ale na trhu je k dispozici mnohem více takových technik. XI.3.3.1.1 Monitorování makroznečištění tm157, Jenner a jiní, 1998] Aby bylo možné zaměřit dávkování biocidů na potírání makroznečištění v průtočných chladicích soustavách byla vyvinuta tak zvaná soustava pro monitorování bioznečištění. Monitorování bioznečištění ® KEMA je sestaveno z uzavřeného válcového kontejneru, zhotoveného z PVC, s vertikálním prouděním vody směrem shora dolů. Toto zařízení může být použito pro monitorování všech makroznečišťujících organismů v chladicích soustavách používajících sladkou vodu, brakickou vodu a mořskou vodu. Toto monitorovací zařízení umožňuje přímé pozorování, týdenní a měsíční odpočet usazování dvoudílných lastur tzv. „spat“ (mladých ústřic nebo jiných dvoudílných, navzájem spojených lastur). „Spat“ jsou metamorfované larvy v posledním larválním stadiu dvoudílných navzájem spojených lastur (tak zvané „pediveligers“). Za účelem získání patřičných informací o vývinu makroznečištění v chladicí soustavě se doporučuje umístit monitor bioznečištění v místě přívodu chladicí vody, před místem dávkování přídavných látek, a další monitor v kritickém místě chladicí soustavy za místem dávkování přídavných látek. Pokud je monitor umístěn paralelně k potrubí s chladicí vodou jako obtok, je monitor účinným nástrojem pro detekování veškerého možného makroznečištění v chladicí soustavě. Rychlost vody v monitoru je mnohem nižší než je rychlost vody v dané chladicí soustavě. Toto poskytuje optimální prostředí pro usazování dvoudílných navzájem spojených „spat“ lastur, a umožňuje snadnou kontrolu doby usazení, růstu a efektivnosti opatření pro omezování makroznečištění. Na základě informací z monitorování použití biocidu mohou být omezeny periody, ve kterých je aplikování biocidu skutečně nutné. Další výzkum v záležitosti chování organismů může dále usměrnit koncentraci dávkování biocidu. Aplikují se taky jiné techniky, jako je technika používající ponorné desky v blízkosti přívodních kanálů chladicí vody. Toto poskytuje obsluze provozu údaje o časových obdobích, kdy není nutné používat chlorování. XI.3.3.1.2 Stopové biocidy pro biocidní a mikrobiologickou aktivitu tm096, McCoy a jiní, 1995] Sledovací diagnostická soustava sestává z analyzátoru, soustavy pro shromažďování dat, analytického software a z luminiscenčního činidla. Analyzátor měří světelný výstup mikroorganismů. V rozsahu (několika) minut může tato zkouška určit koncentraci biocidu a jeho biologickou aktivitu v chladicí vodě. Tato metoda je založena na biologické luminiscenční biologické zkoušce aktivní přídavné látky biocidu. Metoda je zaměřena na optimalizaci použití neoxidačních biocidů v recirkulačních chladicích soustavách pomocí měření spotřeby (neoxidačních biocidů v chladicí soustavě. __________________________________________________________________________________________ 258 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI
XI.3.3.2 Dávkování biocidu XI.3.3.2.1 Různé režimy kondicionování pro získání optimálního ročního celkového použití oxidační látky v průtočných (chladicích) soustavách proti makroznečištění a mikroznečištění Pro zabránění makroznečištění stejně tak jako mikroznečištění mohou být v průtočných vodních chladicích soustavách aplikovány různé metody pro kondicionování chladicí vody. Touto metodou může být chlorování při nízkých hladinách chlorování, uskutečňované jako průběžné, poloprůběžné, stejně tak jako neprůběžné, taky nazývané nárazové chlorování, dvakrát půl hodiny denně, cílené chlorování jenom v části výměníku tepla, nebo v části samotné chladicí soustavy, pulsní chlorování a střídavé pulsní chlorování. Cílem všech těchto různých režimů je dosáhnout a udržovat vysokou energetickou účinnost provozováním (chladicí soustavy) s čistými výměníky tepla v průběhu celého roku a zároveň minimalizovat nepříznivé účinky na životní prostředí. Posouzení chlorování z hlediska životního prostředí je možné rozdělit do dvou hlavních kategorií: oxidační látky a neoxidační látky. Liší se od sebe ve svých ekologicko toxikologických rizicích vyjádřených jako poločas komponenty, biologická akumulace, a toxicita ve vztahu k vodním organismům. Neoxidační látky, jako jsou chlorované uhlovodíky, jsou vytrvalé (persistentní) a některé komponenty se budou akumulovat v tucích vodních organismů a projeví se svou chronickou mutagenní a karcinogenní toxicitou. Oxidační látky reagují velmi rychle s redukčními činidly a budou k dispozici jako látky, které působí proti znečištění, pouze po „nad stoichiometrickém“(„overstoichiometric“) dávkování. Jenom za těchto okolností je výsledkem dávkování akutní toxicita a to dokonce i při nízkých koncentracích, ale bez bioakumulace volných oxidačních látek. Akutní toxicita je to, co je potřebné v chladicí soustavě včetně výměníků tepla, pro zabránění tvorby usazenin a pro udržování výměníků tepla v čistém stavu; nicméně tato toxicita je nežádoucí ve výtoku chladicí vody. Protože dokonce i režim nízkohladinového průběžného chlorování má významně nízkou hodnotu poměru PEC/PNEC, je hlavním environmentálním problémem redukce vytváření halogenovaných uhlovodíků, které jsou taky nazývány jako chlorované vedlejší produkty, vznikající v důsledku neefektivně použité hmoty oxidační látky. Nicméně tyto komponenty se nesnadno měří na pravidelném nebo dokonce i průběžném základu a taky nemají žádnou potenciální akutní toxicitu. Z tohoto důvodu je provedení režimu kondicionování monitorováno z hlediska volných oxidačních látek, což je též aplikovatelnější na základě průběžné kontroly. Všechny oxidační režimy kondicionování (chladicí) vody mají společné to, že průběžnému měření volných oxidačních látek se dává přednost ve vztahu k potřebné kontrole procesu. Zároveň přírodní vody mají minimální detekční limit a práh citlivosti kolem 0,1 mg/l (± 0,05 mg/l) v závislosti na použité analytické technice a ve vztahu ke komponentám vyskytujícím se v přírodní chladicí vodě, které nijak přímo nepřispívají k účinku samotného režimu kondicionování (vody pro chladicí soustavu). Protože chlor právě tak jako jiné oxidační látky je neselektivní a nespecifický a reaguje prakticky se všemi redukovatelnými komponentami (složkami) přítomnými v (přírodních) vodách a společně s analytickým prahem citlivosti může toto být vysvětlením, proč uváděné úspěšné režimy kondicionování používají alespoň 0,2 mg/l volných oxidujících látek před kondenzátory. Produkce halogenovaných uhlovodíků je téměř lineární funkcí hmotnosti dávkované oxidační látky bez ohledu na režim kondicionování (vody pro chladicí soustavu). Z porovnávání režimů neprůběžného a průběžného nízkohladinového kondicionování (chladicí vody) může vyplynout to, že jako kdyby režim neprůběžného kondicionování (s vyšší hmotností oxidačních látek) měl za mít následek vyšší měřitelnou koncentraci halogenovaných vedlejších produktů. Pokud hmotnostní rovnováha je korigována pro ty periody, kdy dávkování bylo zastaveno, potom ročně emitovaná hmotnost při neprůběžném režimu může být dokonce nižší, než ročně emitovaná hmotnost při průběžném režimu s nízkou hladinou. Ve skutečnosti to není použitý režim kondicionování, ale jakost vody, co ovlivňuje velikost minimálního množství potřebných oxidačních látek. Vyšší počáteční koncentrace volných oxidačních látek, která je zapotřebí v případě neprůběžného chlorování, je nutná pro kompenzaci kratší doby kontaktu k dosažení stejných výsledků úpravy (chladicí vody). To neznamená, že požadované roční množství oxidační látky je vyšší zároveň s vyšším přidruženým množstvím halogenovaných vedlejších produktů ve vývodu (chladicí vody). V důsledku míchání v přijímací vodě (recipientu) nastává rychlý rozklad všech oxidujících látek režimu kondicionování, akutní toxicity a taky rozklad formací halogenovaných vedlejších produktů. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
259
Příloha XI Účinnost režimu kondicionování (chladicí vody) je kombinace hladiny dočasné akutní toxicity a dostupnosti a množství výživných látek ve vodě a nedostatku (deprivace) rychlosti filtrování organismů přiváděných do filtru, jako jsou například ústřice a slávky (mušle) (nebo „bivalvia“, tj. měkkýši, kteří mají navzájem spojené dvě lastury nebo ulity). Je nutné, aby oblasti v rozsahu od místa čerpání k výměníkům tepla, stejně tak, jako mrtvé prostory, se staly akutně toxickými k zabránění usazování v trubkách, potrubích a vedeních vody a k udržování výměníků tepla v čistém stavu. Čím kratší jsou zvoleny doba trvání, tím vyšší musí být dočasná akutní toxicita pro tentýž účinek. Nebo naopak čím delší je doba kontaktu, tím nižší je požadovaná akutní toxicita k dosažení téhož výsledku. Všechny oxidační režimy kondicionování (chladicí vody) mají společné to, že využívají výhody redukovaného přívodu potravy organismů přiváděných do filtru, jako jsou mušle a ústřice, v podmínkách pod tlakem. Všechny oxidační režimy kondicionování (chladicí vody) mají taky společné to, že usazování a růst („spat“) (to znamená metamorfovaných larev v posledním larválním stadiu dvoudílných navzájem, spojených larev) je zmenšen tím, že se na delší dobu zabrání otevření jejich lastur. Pokud jsou přinuceny uzavřít své lastury – což je přirozená schopnost při úniku – organismus se přepne na anaerobní metabolismus a žije ze svých potravinových rezerv. Podle jejich stavu a teploty místní vody mohou přežít takové stresové (tlakové) podmínky po dobu mnoha měsíců. Nicméně „spat“ stejně tak jako ústřice předcházejí těmto podmínkám pomocí sekundárního chování při úniku tím že se neusazují nebo odpojují své chomáče dlouhých měkkých hladkých vláken, což vysvětluje možné poruchy přerušovaných režimů (úpravy vody) ve specifických oblastech. Příznivé podmínky pro usazování a růst („spat“) (to znamená metamorfovaných larev v posledním larválním stadiu dvoudílných navzájem, spojených larev) se vyskytují v dobře vyživovaných vodách, které lze nalézt ve specifických pobřežních oblastech a v některých přístavech a tyto podmínky jsou dále akcelerovány zvýšenými teplotami vody v rozsahu mezních hodnot. Z tohoto důvodu všechny režimy kondicionování (chladicí vody) mají společné to, že chlorování není nutné, když výživné látky jsou nedostatečné při nízkých teplotách vody (12 ºC). Nicméně ve specifických oblastech je jejich práh citlivosti 10 ºC z důvodu bohatosti dostupných výživných látek dokonce i při relativně nízkých teplotách. Všechny tyto okolnosti stanovují potřebnou koncentraci volných oxidačních látek, která se měří před nebo přímo za výměníky tepla, se s tím spojenými zvolenými časovými intervaly mezi přerušovaným dávkováním. Průběžné a neprůběžné režimy kondicionování (chladicí vody) ukazují rozdílné hladiny chlorování. Ve většině vod, pokud prevence usazování je zabezpečována průběžným chlorováním při nízkých hladinách dávkování poblíž místa čerpání, se musí udržovat hladina FO 0,3 mg/l v místě před výměníky tepla. Toto má za následek hladinu 0,2 mg/l v místě výstupu, která obvykle může být očekávána v okruzích chladicí vody v časovém období trvajícím 15 minut. Nicméně ve vodách bohatých na výživné látky je bioznečištění tak závažné, že vyšší koncentrace na vstupu a tedy i vyšší koncentrace na výstupu se stávají nutnými a sporadicky mohou dosáhnout hladinu 0,7 mg/l ve výstupním místě za účelem zachování její efektivnosti/účinnosti. Neprůběžné chlorování s nízkou hladinou dávkování v případě ideální vodní chladicí soustavy s uzavřeným prouděním (tzn. „plug flow“) bude vyžadovat vyšší – až 0,5 mg/l – hladiny FO v místě před výměníky tepla k dosažení stejného výsledku, což bude mít automaticky za následek vyšší dočasné koncentrace FO na výstupu. Nerozlučitelně s tímto bude produkce halogenovaných uhlovodíků vyšší taky během těchto dočasně zvýšených dávek oxidačních látek. Zřídkakdy se uskutečňují nízkofrekvenční nárazová dávkování, která jsou založena na jejich nízké účinnosti kondicionování (chladicí vody) ve vztahu k „bivalvia“, tj. měkkýšům, kteří mají navzájem spojené dvě lastury nebo ulity. Tyto organismy budou plně využívat nabízené dlouhé respirační periody k tomu, aby se vzpamatovaly. Všeobecně vyjádřeno, přerušované režimy (dávkování), které jsou aplikovány v případě vod bohatých na výživné látky, jsou účinné jen tehdy, když jsou používány jako často opakované dávky chloru za účelem minimalizace schopnosti „bivalvia“, tj. měkkýšů, kteří mají navzájem spojené dvě lastury nebo ulity, zotavit se. Pokud jsou tyto periody bez dávkování redukovány na čtvrt hodiny, takové dávkování se nazývá pulsní chlorování. Organismy budou takový způsob chápat jako režim průběžného chlorování, protože taková frekvence poskytuje pro ústřice a slávky (mušle) příliš krátké období k tomu, aby se zotavily poté, co byly vystaveny krátkým po sobě následujícím periodám oxidace. Časové intervaly mezi periodami dávkování oxidačních látek mají mnohem větší vliv na chování těchto organismů, než koncentrace volných oxidačních látek, pokud tato koncentrace je dostatečně vysoká k vytvoření počátečního stresového účinku na „bivalvia“, tj. na měkkýše, kteří mají navzájem spojené dvě lastury nebo ulity. Pokud celá chladicí soustava není ideální soustava s uzavřeným prouděním (tzn. „plug flow system“), potom mohou nakonec být úspěšně aplikovány režimy s vyšší frekvencí dávkování, které jsou nazývány střídavé __________________________________________________________________________________________ 260 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI pulzující chlorování (XI.3.3.2.2). Tyto režimy plně využijí výhody dostupnosti redukčních činidel vyskytujících se v části chladicí vody, která bude smíchána bezprostředně před vypouštěcí soustavou s předtím chlorovanou chladicí vodou. Podstatné je to, že část okysličené chladicí vody bude mít rozdílnou dobu zdržení („residence time“) v (chladicí) soustavě a dosáhne v rozdílných dobách buďto jak předchozí, nebo následně v budoucnosti nechlorovanou chladicí vodu, která stále ještě obsahuje redukční činidla. Zkrácením period dávkování na rozsah tří čtvrtin doby zdržení (resp. rezidenční doby („residence time“)) mechanické vodní soustavy se potom ve výtokové oblasti vytvoří „pod stoichioemtrická“ („understoichiometric“) směs oxidační látky a redukčního činidla. Zároveň se však vytvoří „nad stoichiometrický“ („overstoichiometric“) stav mezi místem dávkování a oblastí, ve které se střetávají různé proudy chladicí vody. Souhrnně vyjádřeno, (střídavý) pulzující režim kondicionování (chladicí vody) snižuje roční použití přídavných látek a je účinný především proti makroznečištění. Nicméně tento režim může vyprodukovat špičkové hodnoty koncentrace volných oxidačních látek na výstupu z chladicí soustavy, které nesplňují přípustné hladiny (stanovené pro vypouštění chladicí vody do recipientu). XI.3.3.2.2 Pulzující střídavé chlorování v průtočných (chladicích) soustavách [tm153, Paping a jiní, 1999], [tm168, De Potter a jiní, 1996], [tm169, De Potter a jiní, 1997], [tm170, De Potter a Polman, 1999], [tm171, Polman, 2000] Popis: Pro již existující průtočné chladicí soustavy používající mořskou vodu s průtokem až do 11m3/s byla vyvinuta a aplikována celá řada opatření jako součást integrované soustavy („systém celkové péče“). Do této soustavy je zahrnuto 200 výměníků tepla (převážně měď/nikl 90/10 a uhlíková ocel s povlakem) , spojených hlavními potrubími o délce 4 km. Porucha této soustavy jako důsledek poškozených trubek byla převážně způsobena poruchami způsobenými erozní korozí. (65 %). Opatření zmenšující počet případů úniků v důsledku netěsností a zároveň množství použitého biocidu by bylo možné redukovat. V příčinné situaci bylo provedeno dávkování chlornanu jako úprava (chladicí vody) proti znečištění. Jako výsledek dlouhodobé zkušenosti bylo uváženo, že to je nejvhodnější biocid pro tuto (chladicí) soustavu a pro jakost dostupné chladicí vody. Takže žádný jiný biocid nebyl považován za řešení (tohoto stavu). Optimalizace bylo dosaženo použitím různých hladin biocidní úpravy (chladicí vody). Byl vyhodnocen dopad různých režimů na životní prostředí prostřednictvím měření a porovnávání množství vedlejších produktů chlorování (převážně bromoform) a vytvořené potenciální toxicity. Účinnost byla vyhodnocena přihlédnutím k: výskytu resp. rozsahu úniků v důsledku netěsností trubek výměníku tepla způsobených slávkami (mušlemi); množství biologického růstu (náchylnost k makroznečištění); funkce pohybu navzájem spojených částí lastur („valve movement“) ústřic. Podle výše uvedených skutečností byly potom zdokonaleny výše zmiňované režimy kondicionování (chladicí vody). Je důležité uvědomit si, že v tomto případě bylo využito poznatků o lokálním biotopu. Podstatnou záležitostí je dosáhnout požadované přesnosti měření a přidružených výsledků. Redukování: Výsledky optimalizace ukazují, že počáteční zvýšení množství chlornanu (dávkování A) nesnižuje na prvním místě případy výskytu úniku v důsledku netěsností, ale že bylo schopno odstranit téměř úplně makroznečištění z (chladicí) soustavy, jak to bylo pozorováno na monitorech mušlí. Jakmile byla chladicí soustava čistá, byly pak v následujících letech aplikovány snížené hladiny chlornanu (dávkování B a C), které kompletně odstranily makroznečištění, a stejně tak snížily počet úniků v důsledku netěsností až na nulu. Aplikovaná metodologie je schopna udržovat požadovanou hladinu FO na správné hodnotě. Toto je založeno na znalosti životního cyklu makroznečišťujících živočišných druhů, mikroznečišťujících oblastí v (chladicí) soustavě, a na znalosti měnících se dob zdržení (časů rezidence), a na znalosti rychlostí vody v různých částech chladicí soustavy. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
261
Příloha XI Udržováním nízkých koncentrací oxidujících látek v průběhu delších časových období může být zabráněno usazování a růstu „bivalves“, tzn. měkkýšů, kteří mají dvě navzájem spojené lastury nebo ulity. Střídavé dávkování v krátkých časových úsecích v blízkosti výměníků tepla vede k dočasně vysokým koncentracím a je schopno omezovat mikroznečištění. „Nad stoichiometrické“ („overstoichiometric“) dávkování se používá v těch oblastech výtoku, kde se rapidně snižuje rychlost proudění vody, a vytváří se tak mrtvé prostory. Výsledky jsou shrnuty v následující tabulce. Tabulka XI.3: Vliv použití režimu optimálního dávkování na počet úniků v důsledku netěsností způsobených slávkami (mušlemi) [tm153, Paping a jiní, 1999] Perioda Režim Počet úniků v důsledku netěsností Chlornan způsobených slávkami (mušlemi) metrické tuny za rok Jednotka 1 Jednotka 2 Rok 1 Rok 2 Rok 3 Rok 4 Rok 5 Rok 6 Rok 7 Rok 8
A A A+B B C C C + freq. C + freq.
28 28 32 16 0 0 1 0
4 12 10 1 2 0 0 0
1 222 2 095 2 817 2 480 1 994 2 013 1 805 1 330
C + freq, = režim C s vyšší frekvencí (tj. 5 minut dávkování při 20-ti minutovém intervalu)
Ještě více cílenější režim dávkování je pulzující střídavé chlorování, které bere do úvahy odchylky dob zdržení (časů rezidence) v různých částech procesu (Obrázek X.1). V různých dobách a v různých místech se dávkují požadované hladiny chloru, které se řídí podle modelů proudění proudu chladicí vody v různých částech procesu. Na konci procesu a před vypouštěním proudu chladicí vody nastane zředění prostřednictvím smíchání různých proudů (chladicí) vody z procesu. V případech, kdy je chlorován pouze jeden proud (chladicí vody v procesu) a druhý chlorován není, FO se dále redukuje a jsou dosažitelné emisní hladiny < 0,1 mg/l. Průřezový účinek: Značně nižší frekvence poruch výměníku tepla snižuje požadavky na nutnou údržbu a následně na to redukuje období, kdy nelze uskutečňovat výrobu (v procesu). Čistější výměník tepla zvyšoval ochlazování a redukoval emise pocházející z výrobního procesu. Mezní hodnoty použití: Režim kondicionování (chladicí vody) nelze aplikovat na průtočné chladicí soustavy bez změny dob zdržení (časů rezidence). Optimalizace intervalů dávkování (chladicí) soustavy vyžaduje pečlivé monitorování hladin volných oxidačních látek v chladicí soustavě a požadovaných stresových period „bivalves“, tj. měkkýšů, kteří mají dvě navzájem spojené lastury nebo ulity. Náklady: Náklady na výzkum činily 1 milion EUR v průběhu prvních pěti let. První instalace dávkovacího zařízení stála 0,2 milionů EUR, a další modifikace stály opět 0,2 milionů EUR. Doba splácení instalace dávkovacího zařízení byla řádově jeden rok a vycházela z těchto nákladů: redukovaná úroveň nákladů na roční údržbu a použití chlornanu sodného; zvýšené náklady na roční preventivní a předpovídanou (prediktivní) údržbu; a náklady na analýzy. Do výše uvedených nákladů nebyly zahrnuty investiční náklady, protože tyto náklady byly vydány na získání základních poznatků pulzujícího střídavého chlorování v průtočných (chladicích) soustavách. Referenční provoz: Dow Europe, Terneuzen (NL – Nizozemsko). __________________________________________________________________________________________ 262 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI
3 mg/l FO Pulzující střídavé chlorování; X, nebo Y1, nebo Y2, nebo žádné (0,3 nebo 1) mg/l FO 2 mg/l FO
0,1 mg/l FO režim A 0,2 mg/l FO režim B
Provoz 1
0,1 mg/l FO režim C
Oblast směšování
analyzátory
Provoz 2
X: místo chlorování
potrubí
hlavní distribuční potrubí; FO „stabilní“
čerpání
Směšování proudů/toků; odbourávání FO
Obrázek XI.1: Optimalizované 0 minut dávkování chlornanu 6 až(pulzující 8 minut střídavé chlorování), při kterém se bere v 13 úvahu až 17znečištění minut a charakteristiky chladicí soustavy Odvozeno z [tm153, Paping a jiní, 1999] ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
263
Příloha XI XI.3.4 Alternativní úpravy chladicí vody
V tomto dokumentu alternativní techniky úpravy chladicí vody sestávají z nechemických metod, stejně tak jako z použití alternativních chemických látek, nebo kombinace chemických látek. Již dříve bylo v tomto dokumentu znázorněno, jak může správné monitorování vést k efektivnějšímu režimu dávkování, který snižuje množství požadovaných přídavných látek, a který zároveň udržuje nízký výskyt poruch (chladicí) soustavy. XI.3.4.1 Ozon [tm032, Zimmermann a Hamers, 1996], [tm039, Strittmatter a jiní, 1996], [tm084, Rice a Wilkes, 1992], [tm096, Mc Coy a jiní, 1990], [tm131, Dziobek, 1998] a [tm156, Schmittecker, 1999] Popis: Rozsáhlé zkušenosti byly získány s úpravou pitné vody ozonem. Proměnlivé zkušenosti s aplikováním ozonu na recirkulační chladicí soustavy byly získány v Německu a ve Spojených státech. Ozon je silná oxidační látka, silnější než oxid chloričitý, který je zase silnější oxidační látka než chlornan sodný. Tím, že je tak aktivní, ozon reaguje prakticky se všemi organickými materiály, které se nacházejí v chladicí vodě, a jeho reziduální účinek je nízký, pokud se vůbec vyskytuje. Ozon má taky značný potenciál pro zničení jiných přídavných látek chladicí vody, například některých inhibitorů koroze. Reaktivita ozonu závisí na hodnotě pH vody. Pokud je ozon přidán do chladicí vody, která má hodnotu pH vyšší než 8 – s čímž je často možné se setkat v recirkulačních chladicích soustavách – rozkládá se a vytváří volné hydroxylové radikály, které jsou silnější oxidační činidla než molekulární chlor, ale mají mikrosekundový poločas. V případě, že se v přírodních povrchových vodách vyskytují ionty bromidu, budou tyto ionty reagovat s ozonem a vyprodukují kyselinu bromnou, která je to, co se skutečně naměří jako reziduální ozon, spíše než samotný ozon. Dalším důležitým faktorem je tvrdost vody a bylo doporučeno udržovat tvrdost vody v rozsahu mezi 100 ppm a 400 ppm CaCO3 a obsah chloridů pod 200 ppm Cl‾. Redukování: Redukce mikroznečištění, která se měří jako mikrobiologická aktivita, je proměnlivé a může být porovnáváno s úpravou (chladicí vody) chlorem/bromem. Bylo naměřeno snížení až na 90 % původní aktivity, ze které vyplývají koncentrace 20-50 kolonií na jeden ml. [tm156, Schmittecker, 1999]. Jako výsledek úpravy (chladicí vody) ozonem se ukázala změna ne jenom množství, ale taky změna charakteru mikrobiologie. Ve srovnání se stavem bez úpravy (chladicí vody) bylo možné zjistit redukovaný počet kolonií vytvářejících biologické druhy. Koncentrace ozonu přítomného v (chladicí) soustavě neukázala žádný přímý vliv na korozi, nebo na rychlost vytváření kotelního kamene, přestože byl učiněn závěr, že měkká ocel a žluté kovy korodují snadněji v případě, když koncentrace ozonu jsou příliš vysoké (1,0 ppm). Při patřičné koncentraci ozonu tyto materiály budou nejprve korodovat a vytvoří zkorodovanou vrstvu. Tato vrstva bude bránit před zvýšenou korozí, a to zejména před důlkovou korozí. Jako příklad koroze oceli (C 1010) byla zmenšena o 50 % na 0,05 mm/rok a koroze mosazi (CuZn28Sn1) byla na méně, než 0,004mm/rok. Bylo oznámeno redukování hladin AOX a COD ve vytékající vodě kolem 50 % pro různé příležitosti úpravy (chladicí vody) ozonem. Výsledné hladiny byly nižší než 0,01 mg/l (AOX) a 10 mg/l (COD). Hladina COD byla dosažena za přítomnosti dávky stabilizátoru tvrdosti vody. Průřezový účinek: Přestože vytváření energie ozonu je vysoká, aplikování ozonu se často označuje za takové, které je z hlediska životního prostředí přijatelnější, než aplikování chlornanu, protože vede k menšímu vytváření trihalometanů (THM(s)) („s“ je symbol pro množné číslo, pozn. překl.) a extrahovatelných/vyluhovatelných organických halogenů (EOX). Ozonizace může vést k vytváření vedlejších produktů, například bromičnanu a bromhydrinů, ale ve srovnání s vytvářením vedlejších produktů chlorování (chlorace) byla věnována relativně malá pozornost vytváření vedlejších produktů pocházejících z ozonizace. Podle toho, co bylo oznámeno, emise ozonu do vzduchu nebyly z jakékoliv části chladicí soustavy pozorovány. __________________________________________________________________________________________ 264 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI Použitelnost: Ozon je převážně používán/aplikován v chemickém a v petrochemickém průmyslu, v rafineriích, a v omezeném rozsahu v energetickém průmyslu; nicméně na základě nedávných zkušeností je možné očekávat jeho použití v širším rozsahu v menších průmyslových odvětvích. Výhody jeho použití jsou tyto: • účinnost, resp. efektivita; • nízká koncentrace vedlejších produktů; • nízká stabilita ozonu s důsledkem malého nebo žádného výskytu ozonu ve výtoku (chladicí vody); • redukování COD a AOX. Ve Spojených státech byl učiněn závěr, že ozon není „kompletní soubor opatření“ pro úpravu chladicí vody, zahrnující všechny účely použití, ale že ozon reprezentuje alternativní řešení pro omezený počet uživatelů. Navíc je ozon užitečný jen v případech, kdy je používán jako samostatná přídavná látka pro úpravu vodních chladicích soustav, které nevyžadují žádné další omezování koroze, nebo tvorby kotelního kamene. Jeho reaktivita omezuje aplikování jiných biocidů, které by byly okamžitě zničeny, a pokud by došlo k výskytu jakékoliv bioznečištění za poloměrem aktivity ozonu, nebylo by možné tento problém vyřešit. Použití ozonu se upřednostňuje ve velmi čistých recirkulačních chladicích soustavách, a komentář k jeho použití je takový, že jeho vysoká reaktivita způsobuje, že ozon je nevhodný pro aplikování v průtočných chladicích soustavách, nebo pro použití v dlouhých potrubních soustavách. Rychlost, s jakou může ozon zmizet z (chladicí) soustavy, se demonstruje na příkladu, ve kterém po prvním aplikování ozonu do kontaminované (chladicí) soustavy bylo zjištěno snížení jeho koncentrace pod detekční limit ve vzdálenosti 50 metrů od místa dávkování. Pro účely kondicionování vody chladicí věže elektráren se v současné době navrhuje minimální koncentrace ozonu v nádrži pro chladicí vodu 50 μg/l, ale byly oznámeny pozitivní výsledky taky při nižší hladině ozonu. Náklady: Výroba ozonu vyžaduje značné množství energie a je relativně drahá v důsledku skutečnosti, že účinnost generátorů ozonu je velmi nízká (100 g až 150 g O3/1 000 g O2, 10 kWh/kg O3). Nicméně údaje o nákladech se mohou lišit, protože závisí na alternativních úpravách (chladicí vody), které jsou k dispozici. Například bylo zjištěno, že úprava (chladicí vody) ozonem může být porovnávána s úpravou (chladicí vody) plynným chlorem, a že jiné úpravy (chladicí vody) založené na použití chloru nebo bromu by mohly obsahovat ještě další náklady. Při interpretaci výše nákladů musí být taky věnována pozornost tomu, že investiční náklady mohou ale nemusí být zahrnuty, a že odkaz je proveden pouze na provozní náklady. Referenční provozy: Hoechts (Německo), dále elektrárna, která se nachází v Seraing (Belgie), a elektrárna EZH – Rotterdam Capelle (Nizozemsko) [viz odkazy]. Úvahy: Požaduje se, aby minimální koncentrace ve vodním prostředí chladicí soustavy zabezpečovala požadovaný biocidní účinek ozonu. Nedávno provedená práce ukázala, že k překonání již vyskytující se kontaminace by počáteční dávkování muselo být v rozsahu mezi 0,1 mg/l a 0,3 mg/l, a v závislosti na prostředí chladicí soustavy mohou uplynout celé měsíce, než může být naměřen jakýkoliv reziduální ozon ve zbytkové vytékající kapalině [tm131, Dziobek, 1998]. Uvádí se, že 60 % aplikací úpravy (chladicí vody) ozonem by mohlo být redukováno na 50 % v rozsahu 9 až 12 měsíců, přičemž by povrchové plochy mohly zůstat čisté. Tento typ úpravy (chladicí vody) měl za následek koncentraci zbytkového ozonu 0,05 mg/l ve vodní nádrži chladicí věže. Dále bylo uvedeno, že čistější výplň chladicí věže vedla ke zvýšenému počtu cyklů a k odpovídajícímu 70% snížení ztrát (chladicí) vody. Místo dávkování je velmi důležité z hlediska udržování požadované koncentrace ozonu ve správné oblasti chladicí soustavy. Za účelem předcházení poruch s ozonem se doporučuje použití citlivých inhibitorů a jiných chemických látek pro úpravu chladicí vody, pro úpravu bočního proudu (chladicí vody), a úpravu přídavné vody. Ozon by taky mohl být aplikován v samotné chladicí věži [tm131, Dziobek, 1998]. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
265
Příloha XI Ozon může být vyprodukován (přímo) na (předmětném) místě tak, že se suchý vzduch nebo kyslík vystaví elektrickému výboji. Následně na to je potřeba, aby produkt, tzn. ozon, byl absorbován v chladicí vodě. Podle Amerického kongresu průmyslových hygieniků („American Congress of Industrial Hygienists“) je doporučená maximální hodnota koncentrace pro průběžnou expozici 0,1 mg/l [tm059, Swinnen, 1995]. Ozon je ve srovnání s jinými oxidačními biocidy velmi těkavý/prchavý. [tm096, Mc Coy a jiní, 1990] provedli výzkum těkavosti resp. prchavosti různých biocidů používaných v chladicích věžích. Z této studie vyplynulo následující pořadí těkavosti resp. prchavosti oxidačních biocidů: ozon > oxid choričitý > chloramin > kyselina chlorná > kyselina bromná, přičemž ozon je při 20 ºC asi 167 000 krát těkavější/prchavější než kyselina bromná.
XI.3.4.2 Úprava použitím UV Popis: Úprava vody použitím UV, která má být použita v recirkulačních chladicích soustavách, vyžaduje pro začátek úpravy čistou vodu, aby bylo dosaženo dobrého přenosu vyzařování UV, a může být nutné provést předběžnou filtraci vody. Redukování: Zejména v letních měsících tato úprava účinkuje ve smyslu redukce vytváření améb/měnivek v odkalované vodě před jejím vypouštěním do řeky. Průřezový účinek: Náklady na energii nebyly oznámeny. Mezní hodnoty použití: Uvádí se, že ve slunných lokalitách byl pozorován růst řas následkem nedostatku reziduálních účinností, pokud nebyla aplikována žádná činidla proti jejich růstu. Pro překonání tohoto jevu budou muset být přidána činidla působící proti růstu řas, nebo vodní nádrž (chladicí) věže bude muset být udržována v čistém stavu a bez kalu pro zabránění růstu organismů v kalu. Světelné zdroje UV taky vyžadují časté čištění. Náklady: Nejsou uváděny pro celý rozsah použití. Referenční provoz: Vodní elektrárna („Hydro Power Station“), Kanada, jaderná elektrárna EDF („EDF Nuclear power Station“), Poitiers, Francie, (obě dvě experimentální, 1999). Úvahy: Vzhledem k tendenci zvyšovat opětovné použití vody není jisté, zda požadovaná čistota vody v budoucnosti může být stále ještě dosažena bez značné a nákladné úpravy (chladicí vody).
XI.3.4.3 Katalytická úprava peroxidem vodíku [Komentář, D] Popis: Katalytická úprava (chladicí vody) peroxidem vodíku je technika používaná pro dekontaminaci chladicí vody od přítomnosti mikroorganismů. Tato technologie je zaměřena na dosažení nízkých mezních hodnot pro hladinu bakterií ve vodě. Tento systém působí jako prevence vytváření biofilmů a řas, což zase zabraňuje šíření bakterií, včetně kolonií „legionellae“ („legionnaire disease je „choroba legionářů“, pozn. překl.) v rozsahu (chladicí) soustavy. Jako oxidační činidlo se používá peroxid vodíku, který v případě kovového katalyzátoru generuje významné množství ●OH radikálů. Tyto radikály mají velmi silný oxidační účinek, o kterém se uvádí, že je větší než oxidační účinek ozonu nebo chloru. Uvádí se, že tato technologie má široké spektrum, což znamená, že tyto radikály jsou účinné proti širokému rozsahu mikroorganismů včetně tzv. „legionellae“. Genetická resistence nebyla uvedena a proto se nevyžaduje nárazové resp. šokové dávkování. Ve vodě se udržuje relativně nízká koncentrace H2O2, která udržuje vodu prakticky bez přítomnosti bakterií. __________________________________________________________________________________________ 266 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI Redukování: Katalytická úprava peroxidem vodíku sníží hladiny AOX a COD. Uvádí se, že tato úprava neprodukuje žádné reziduální nebezpečné chemické látky ve výtoku vypouštěné vody. Tato úprava rozšiřuje provozní periodu, protože redukuje frekvenci údržby v případech, kde celkové zařízení (resp. instalace) zůstává ve stavu bez biofilmů, řas a bakterií. Průřezové účinky: Katalytická úprava nepotřebuje používat jakoukoliv další energii. Typická hodnota koncentrace peroxidu vodíku ((0,5 až 2) ppm) neukázala žádný vliv na korozi nebo na rychlost vytváření tvorby kotelního kamene. Peroxid vodíku zároveň působí jako inhibitor koroze. Mezní hodnoty použití: Pro každé aplikování musí být samostatně zvolena nejlepší z volitelných možností pro instalování katalyzátoru (ve formě světla pocházejících z drátěného pletiva, umístěného obvykle na podložce zhotovené z nerezavějící oceli nebo PE). Katalyzátor může být umístěn na dně vodní nádrže, nebo v soustavě distribuce vody, pokud je použita otevřená chladicí soustava. Bylo určeno, že řešení s koncentrací 30% roztoku peroxidu vodíku je velmi účinné ve vztahu k skladování a aplikování. Katalytická úprava chladicí vody byla aplikována v chladicích věžích článkového typu. Omezení vztahující se na rozměry chladicí věže nebyly oznámeny. Údaje jsou zaměřeny na použití této metody v chladicích věžích s malou až střední kapacitou (resp. s malým až středním (chladicím) výkonem), nicméně vyvíjí se použití zařízení pro velké kapacity (chladicí výkony). Náklady: Tato úprava (chladicí vody) vyžaduje investice pro kovový katalyzátor. Uvádí se, že při obvyklé době amortizace (odpisu) 4 roky až 5 let pro katalyzátor jsou provozní náklady, včetně amortizace resp. odpisu katalyzátoru a soustavy dávkování, podstatně nižší, než v případě jakéhokoliv aplikování biocidu (včetně chlornanu), nebo úpravy (chladicí vody) ozonem, když se použije pro stejnou kapacitu chladicí věže. Referenční provoz: Ausimont Německo GmbH, Bitterfeld (D). Úvahy: Na základě zkušeností mohou být zvoleny dvě alternativy jako místo dávkování peroxidu vodíku: H2O2 je možno aplikovat do společné vstupní komory čerpadel chladicí věže, nebo přímo do stoupacího potrubí každého článku chladicí věže.
XI.3.4.4 Oxid chloričitý Popis: Oxid chloričitý (ClO2) je považován za alternativu chlornanu (HOCl) pro podmínky používání mořské vody (jako chladicí vody) a za sladkovodní biocid v důsledku jeho účinnosti jako desinfekční prostředek a vzhledem k jeho silnému působení na redukci vytváření organohalogenovaných vedlejších produktů ve výtoku (chladicí) vody (chladicích soustav). O oxidu chloričitém se uvádí, že jeho používání v soustavách chladicí vody je účinné a ekonomické pro omezování mikroorganismů při relativně nízkých dávkách. Může být používán pro široký rozsah hodnot pH a je účinný/efektivní v rozsahu celého spektra mikroorganismů. Uvádí se o něm, že je účinný zejména v (chladicích) soustavách, které obsahují následující znečišťující látky (kontaminanty): čpavek a soli čpavku, alkany (tzn. parafinické uhlovodíky), alkeny (tzn. olefinické uhlovodíky) a alkiny (tzn. acetylén), alkoholy, primární aminy, glykoly, étery, nenasycené aromatické látky, většína anorganických kyselin, organické kyseliny, dioly („diols“), nasycené alifatické sloučeniny. Podmínky, za kterých se považuje aplikování oxidu chloričitého za atraktivní, jsou: 1. kontaminace procesu; 2. (chladicí) soustavy s alkalickým pH; 3. omezení vypouštění chloru ve výtoku (chladicí vody); 4. eliminace plynného chloru z předmětného místa. Poslední výhodou může být záležitost, kde oxid chloričitý se uvádí jako látka obtížně přepravitelná a proto musí být vyprodukován přímo na daném místě [tm059, Swinnen, 1995]. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
267
Příloha XI Oxid chloričitý nereaguje s vodou a je ve vodě vysoce rozpustný. Bylo zjištěno, že proudění vzduchu přes vodní roztoky oxidu chloričitého může způsobit vypuzení oxidu chloričitého z tohoto roztoku. Proto by (vodní) roztoky upravené oxidem chloričitým neměly být přiváděny do oblastí se silným odvětráváním, jako jsou rozstřikovací nádrže předtím, než protečou chladicí věží. Vodní roztoky oxidu chloričitého jsou vystaveny rozkladu světlem po dlouhém vystavení ultrafialovému světlu. Za účelem dosažení největší účinnosti by úprava (chladicí vody) oxidem chloričitým měla být na programu v průběhu hodin, kdy je tma, stejně tak, jako je tomu v případě (úpravy chladicí vody) chlorováním. Při úpravě (chladicí vody) bylo dále zpozorováno, že po původním přivedení vysokého množství ClO2, krátce po začátku, by se celkový „plate count“ měl obvykle snížit. Po této počáteční periodě začíná ClO2 čistit biomasu nahromaděnou ve slizu a v zachycených sutinách. Jak jsou napadány hmoty slizu, přerušují mikroorganismy své uvolňování do recirkulující vody. Následně na to se v rozsahu určitého časového období zvýší odečítané hodnoty celkového „plate count“, vápníku a zákalu, a potom poklesnou na normální hladiny. Kromě toho se v průběhu tohoto časového období může vyskytnout tvorba pěny. Redukování: Experimenty uskutečněné v Itálii byly potvrzeny pozorováními ve Španělsku pro případ velké elektrárny, umístěné na pobřeží, s průtočnou chladicí soustavou [tm068, Ambrogi, 1997]. Ukázalo se, že během období růstu je možné snížit dávkování ClO2 po počáteční koncentraci 0,22 mg/l (8 kg za hodinu) na hodnotu asi 0,18 mg/l (6,5 kg za hodinu) a dokonce ještě snížit tuto hodnotu v průběhu zimního období. Tyto hladiny dobře odpovídají jiným uváděným hladinám dávkování. Dávkování bylo průběžné a bylo účinné pokud se jedná o omezování růstu mušlí. Výsledné koncentrace formací metyltrihalogenidů (THM) byly značně nižší, než v případě použití HOCl bez ohledu na reakční teplotu nebo reakční dobu. Použitý rozsah byl od 0,31 μg/l při dávkování 0,50 mg/l ClO2 po dobu 10 minut a při 15 ºC, do 460,48 μg/l při dávkování 0,40 mg/l po dobu 60 minut a při 60 ºC. Při uvážení maximálního počátečního dávkování 0,22 mg/l, které je potřeba pro dosažení účinné úpravy (chladicí vody), měla by očekávaná koncentrace v mořské vodě na konci kanálu být podstatně nižší, než LC50 (96 hodin), a to 54,7 mg/l. Bylo prokázáno, že účinné působení ClO2 proti znečištění nastává při koncentracích, které jsou v rozsahu (0,05 až 0,25) mg/l. V otevřených recirkulačních vodních chladicích soustavách je typické dávkování chloru (1-5) ppm, vycházející z odhadovaného objemu plus objem přídavné vody v průběhu přivádění do celé soustavy. V typickém případě je na začátku přiveden oxid chloričitý do čisté chladicí soustavy při asi 1 ppm po dobu jedné hodiny, třikrát denně. Kontaminované nebo znečištěné chladicí soustavy mohou vyžadovat zvýšené dávkování (3-5) ppm a zvýšené doby přivádění přídavné látky. Může být požadováno mechanické čištění (chladicích) soustav za účelem další optimalizace programu. V případě (chladicích) soustav, ve kterých existuje podezření kontaminace, která pochází z procesu, bylo doporučeno postarat se, resp. řídit, požadavek na oxid chloričitý. Počáteční dávkování může být odvozeno ze stanovené hodnoty požadavku na oxid chloričitý, a to tak, že na základě zkušeností může být pro počáteční dávkování použito (30-50) % požadované hodnoty.
Tabulka XI.4: Typické dávkování oxidu chloričitého pro průtočné a recirkulační chladicí soustavy v Evropě [CEFIC Skupina pro chlornan sodný, komentář] Chladicí soustava
Režim použití
Doba aplikování
Průtočná (chladicí) soustava Recirkulační (chladicí) soustava
průběžný
8 hodin za den během 8 měsíců v roce 6 krát za jednu hodinu/den v průběhu celého roku
neprůběžný průběžný
Typická dávka (mg/l) 0,4 0,3 0,2 v zimě 0,5 v létě
__________________________________________________________________________________________ 268 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI Tabulka XI.5: Vliv oxidu chloričitého použitého v průtočné chladicí soustavě na usazování larev [Údaje U.S., Van Hoorn, komentář] Dávkování Frekvence Redukce usazování 0,25 mg/l 4 x 15 min/den 95 % 0,25 mg/l 2 x 30 min/den 35 % Průřezový účinek: Přestože oxid chloričitý nevytváří jakékoliv THM (tzn. metyltrihalogenidy) nebo chlorfenoly, očekává se, že dají nalézt produkty reakce, jako jsou aldehydy, ketony a chinony, nebo dokonce za určitých okolností epoxidy. Poslední uvedené látky jsou známy jako karcinogenní nebo mutagenní. Použití: Úprava chladicí vody oxidem chloričitým vyžaduje instalaci pro výrobu na předmětném místě. V důsledku citlivosti oxidu chloričitého na tlak a teplotu nemůže být (tento) plyn stlačen a přepravován v ocelových lahvích na plyn. Tři způsoby vytváření oxidu chloričitého na předmětném místě jsou zmíněny v [tm059, Swinnen, 1995]: výroba z chloritanu sodného/chloritého plynu; výroba z chloritanu sodného/chlornanu sodného/(kyseliny chlorové); výroba z aktivace kyseliny nebo chloritanu sodného pomocí kyseliny chlorové. Místo dávkování Za účelem dosažení nejlepších výsledků by oxid chloričitý měl být dávkován resp. přiváděn přímo do recirkulující vody chladicí věže, v místě, kde se vyskytuje dobré míchání, jako je místo pod vodním potrubím v místě šachty studené vody, nebo právě před zařízením, které je nejkritičtější. Boční proud oxidu chloričitého může být přiveden do vodní nádrže chladicí věže na vzdáleném konci (na opačném konci šachty studené vody) k vytvoření „strhávacího“ („sweep“) účinku napříč vodní nádrží chladicí věže, nebo do vratného stoupacího potrubí pro další kontrolu v rozsahu chladicí věže. Monitorování Pokud je oxid chloričitý používán jako mikrobiocidní látka v chladicí věži , je důležité monitorovat použité množství a jeho účinnost (resp. efektivnost). Blízká kontrola residuí oxidu chloričitého s pozorností zaměřenou na „plate counts“ poskytuje nejlepší výsledky a náklady jsou vynaloženy nejekonomičtějším způsobem. Volná residua oxidu chloričitého mohou být občas nalezena ve vratné vodě recirkulačního okruhu, nebo ve výtoku průtočné chladicí soustavy. Ve většině případů je obsah volných residuí menší než 0,5 ppm podle zkoušky nazvané „chlorophenol red“ („červená chlorfenolová“) metoda. V chladicích soustavách, kde nejsou nalezena žádná residua volného oxidu chloričitého, mohou o výsledcích rozhodnout vizuální pozorování biomasy prostřednictvím počítání biologických organismů, nebo diferenčních tlakových měření. Ve Spojených státech se velmi často používá Redox („oxidačně redukční“) kontrola jako on-line monitorovací technika. Typické hodnoty ORP pro dobrou kontrolu se uvádí v rozsahu (350-500) mV. Náklady: Náklady nebyly uvedeny, byl ale učiněn závěr, že je potřeba uskutečnit další výzkum pro aplikování strategie za účelem redukování množství (přídavných látek; zde zřejmě oxidu chloričitého, pozn. překl.), která jsou potřeba pro průtočné chladicí soustavy a tím snížit cenu. V okamžiku provádění vědeckého průzkumu byly náklady považovány za příliš vysoké pro provoz v plném rozsahu (1996). Referenční provoz: Severní elektrárna („Nord power station“) v Brindisi, Itálie (experimentální). Úvahy: Pokud se jedná o aplikování v průtočných chladicích soustavách, porovnání s chlorováním by vyžadovalo provést normalizaci režimů dávkování, aby bylo možné zvážit charakteristické stránky jak oxidu chloričitého, tak i chlorování jako biocidu a ve vypouštění (chladicí vody). Další výzkum, který by byl založen na slibných výše uvedených výsledcích, se jeví jako nutný další postup. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
269
Příloha XI
XI.3.4.5: Iontové čištění vody pro úpravu vody chladicí věže ]tm036, Wilsey, 1997] Popis: Na základě již existující koncepce je doplňkové iontové čištění vody alternativní metodou úpravy chladicí vody pro chladicí věž použitím iontů mědi. Požaduje se, aby systém pouze chemické úpravy (chladicí) vody mohl být nahrazen touto technikou iontového čištění (chladicí) vody, která vede k méně škodlivým látkám, které jsou ekonomičtější ve vztahu k životnímu prostředí. Redukování: Uvádí se citace mikrobiologů, kteří stanovili, že malá množství mědi působící jako doplněk k chloru při 0,4 ppm mají stejnou účinnost jako 2,0 ppm volného chloru. Průřezový účinek: Náklady nebyly uvedeny, ale mohly by být náklady na přívod energie pro generátor iontů mědi. Mezní hodnoty použití: Pro aplikování této úpravy (chladicí vody) je zapotřebí generátor iontů mědi společně se zařízením pro kontrolu celkového množství rozpuštěných pevných látek, magnetická soustava pro kondicionování vody a soustava pro analýzu složení vody. Při použití těchto soustav může být provedena optimalizace úpravy (chladicí vody). Musela být vzata do úvahy celá řada faktorů. Složení přídavné vody do chladicí soustavy musí být takové, aby chladicí voda v jímce (nádrži) chladicí věže obsahovala hladinu alkality neboli zásaditosti mezi (40 a 130) ppm a hodnotu pH mezi 7 až 8. Účinky mědi spočívají v tom, že měď působí jako srážecí činidlo resp. koagulant pro snižování tvorby kotelního kamene takovým způsobem, že vytváří větší komplexy, které mohou být snadněji separovány a filtrovány. Měď taky působí jako bakteriální desinfekční prostředek vytvářející sloučeniny mědi, které jsou smrtelné pro bakterie a řasy. Nakonec funguje jako algicid („algaecide“, snad „algicide“, pozn. překl.), tzn. působí chemicky na řasy zejména modro-zelené. Nicméně by měla být věnována pozornost množství cyklické mědi, která bude taky určovat koncentraci při čištění nebo(li) odkalování. Taky reziduální/zbytkové koncentrace smrtících sloučenin mědi potřebují uskutečnit další zkoumání, poněvadž vypouštění do přijímací vody (recipientu) by mohlo způsobit škodlivé účinky. Náklady: Nebyly oznámeny. Referenční provoz: Nebyl oznámen. Úvahy: Výsledky budou muset ještě být prokázány při aplikování v plném rozsahu.
XI.3.4.6: Stabilizující halogenované biocidy ve vodě chladicí věže [tm062, Dallmier a jiní, 1997] Popis: Zejména produkty založené na chloru a bromu jsou často používány. Protože biocidní účinek halogenovaného biocidu závisí na celkovém zbytkovém (reziduálním) množství halogenu a je důležité zabránit jakýmkoliv reakcím, které mohou snížit množství reziduí v chladicí vodě. Mohou se vyskytnout reakce s jinými inhibitory koroze a inhibitory tvorby kotelního kamene (například Br s tolytriazoly („tolyltriazole“)) Halogeny mohou být stabilizovány za účelem redukování těkavosti/prchavosti halogenu a zvýšení kompatibility s inhibitory a též za účelem udržení dostatečné účinnosti halogenu. Stabilizování bromu bylo dosaženo při aplikování hydantoinů („hydantoines“). V záležitosti procesu stabilizace nebyly oznámeny žádné další informace. Redukování: Při aplikování stabilizovaného bromu v chladicích věžích se projevily následující účinky: __________________________________________________________________________________________ 270 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI ztráta Br způsobená těkáním/vyprcháním je menší, když je Br stabilizován a tedy ponechává větší množství volného Br vyskytujícího se v chladicí vodě; stabilizovaný Br se projevuje tak, že je o jednu třetinu rychlejší při likvidování bakterií vytvářejících sliz, než nestabilizovaný Br; stabilizovaný Br se projevuje tak, že je velmi účinný při odstraňování smíšené kultury biofilmu; bylo naměřeno odstranění 45 % biofilmu k vytvoření 47% snížení tlaku v potrubí; aplikování v chladicích soustavách pro kanceláře, resp. pro úřady se projevilo jako účinné proti bakteriím “Legionella pneumophila“; více než 95 % inhibitoru koroze totyltriazolu žlutého kovu („totyltriazole“) se zachovávalo v chladicí vodě v případech, když byl přidán stabilizovaný Br. Průřezový účinek: Nebyly k dispozici žádné informace v záležitosti účinků aplikování přídavných chemických látek použitých pro účely stabilizace halogenu. Mezní hodnoty použití: Byla provedena aplikace, resp. použití, v recirkulačních chladicích soustavách (mokrých chladicích věžích). Připomínky ve věci použitelnosti této techniky byly zaměřeny na aplikování hydantoinů („hydantoines“). Bylo oznámeno, že manipulování s hydantoiny („hydantoines“) (ve formě pelet) je obtížné a vyžaduje použití zařízení pro rozpouštění. Tato záležitost omezuje aplikování v případě chladicích soustav, jejichž rozměry jsou malé. Nicméně na trhu je v současné době kapalný stabilizovaný produkt bromu, který může být aplikován taky pro chladicí soustavy velkých rozměrů. Náklady: Náklady na stabilizování nebyly oznámeny. Referenční provoz: Pokud se jedná o stabilizované kapalné produkty byly oznámeny 2 rafinerie (v Německu a Rakousku) a jeden chemický provoz v Německu. Úvahy: Výše uvedené účinky byly potvrzeny výsledky experimentů provedených v polních podmínkách. Je nutné uvést dvě poznámky. Kromě stabilizátoru a jeho chování v soustavě chlazení nebo ve věci čištění nebyla uvedena žádná pozorování. Stupeň nebezpečnosti nebo environmentální akceptovatelnost nemohly být stanoveny. Jeho (tzn. zřejmě stabilizovaného halogenovaného biocidu) působení na Legionellu („Legionella“) bylo zkoušeno na soustavě chladiče, ale převedení na podmínky v soustavách chladicích věží nebylo provedeno.
XI.3.4.7: Činidla k nanášení tenkých povlaků proti znečištění, korozi a vytváření kotelního kamene Popis: Činidla pro nanášení tenkých povlaků, která jsou používána pro pokrývání povrchu potrubí na straně vody za účelem zabránění nebo redukování znečištění a korozi nebo vytváření vodního kamene, neupravují proud chladicí vody. Komerčně dostupná sloučenina, nazývaná Mexel® 432/0, je aplikovaná primárně, přičemž vytváří dlouhý řetězec alifatických aminů. Ve vodních emulzích tento produkt vytváří film na membránách buněk, který způsobuje destrukci tkání v různých proporcích v závislosti na dávkování. Účinnost této technologické alternativy není přidružena k modifikaci chemických vlastností vody, nebo k biologii vody chladicího okruhu, ale spíše k adsorpci nebo integrování přípravku Mexel® na všechny povrchy vyskytující se v okruhu chladicí vody. Jeho účinek proti znečišťování může být vysvětlen integrováním složek přípravku Mexel® do biologických membrán a do biofilmu. Tato integrace narušuje kohezi biologické struktury a při vysokých koncentracích má za následek destrukci membrán. V tomto případě úprava chladicí vody vytváří pro živočichy (mušle, a podobně) stres (resp. namáhání), které je dostatečné pro zabránění jejich definitivnímu usazení se v takto upravovaném okruhu chladicí vody. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
271
Příloha XI Má široké spektrum působení na mikroznečištění a makroznečištění jak v mořské vodě, tak i ve sladké vodě. Tento produkt má taky vlastnosti působit proti korozi a proti vytváření kotelního kamene a postup úpravy (chladicí vody) je obecně přerušovaný, určený k obnově filmu na povrchových plochách, které mají být chráněny. Byly vytvořena doporučení v tom smyslu, že periodické úpravy (chladicí vody) mohou být účinnější z hlediska makroznečištění. Trvanlivost filmu je 10 dnů až 20 dnů. Dávkování se provádí automaticky a začíná s počátečním dávkováním k vytvoření filmu. Měří se koncentrace ve vypouštěné chladicí vodě a hladiny dávkování se snižují, jakmile přípravek Mexel® lze detekovat ve vypouštěné chladicí vodě. Počáteční perioda pro velké průtočné chladicí soustavy, používající mořskou vodu, je asi 10 dnů. V průtočných chladicích soustavách se analýza produktu provádí buď spektrofotometrickou laboratorní metodou, nebo kolorimetrickou analytickou metodou uskutečňovanou v polních podmínkách. Tato druhá analytická metoda umožňuje rychlou kontrolu koncentrace produktu v různých místech (chladicího) okruhu. Výsledky: Podmínky úpravy chladicí vody, které jsou definovány koncentrací, která má být injektována, stejně tak jako dobou trvání injektování, závisí na výsledcích výzkumu (bioznečištění, koroze, znečištění nebo kotelní kámen), na fyzikálně chemických vlastnostech vodního média a na charakteristikách okruhu chladicí vody (typ, teploty, stav povrchu, materiál, rychlosti proudění vody, atd.). Tento přípravek může být účinný proti „bivalves“ (tzn. proti měkkýšům, kteří mají dvě navzájem spojené lastury nebo ulity) na základě periodické úpravy (chladicí vody) a při reziduální koncentraci 3,5 mg/l. Účinnost resp. efektivnost dlouhodobých přerušovaných úprav na slávky mnohotvárné („zebrované mušle“) musel taky být zjištěn na základě experimentů: dávkování podobu 3 hodiny denně při dávce 6 mg/l zničí 100 % slávek mnohotvárných („zebrovaných mušlí“). V provozu používaném jako příklad byla ochrana proti korozi hliníkové mosazi dostatečná při dávkování 5 ppm po dobu 30 minut za den. Proti makroznečištění byla aplikována dávka 0,5 ppm po dobu 5 hodin za den. Byl uskutečněn výzkum použitím biologického monitorování reakcí mušlí na dávkování za účelem identifikace a optimalizace režimu úpravy (chladicí vody). Průřezový účinek: Na navštíveném místě byla jasně zjištěna výhodnost tohoto režimu (úpravy chladicí vody), protože již nebylo potřeba uskutečňovat žádnou elektrolýzu mořské vody. Toto taky ukončilo potřebu udržovat zařízení pro elektrolýzu, která je nákladná, ať už se jedná o životní prostředí (zdraví lidí), nebo o finanční náklady. Do zmizení výše zmíněného přípravku Mexel (® 432/0) v roztoku se zahrnují tři procesy: okamžitý požadavek, turbulence vody a bakteriální odbourání v aerobních podmínkách. Odbourávání bakterií se ukázalo v hodnotě až 98 % produktu za dobu 10 dnů. Pokud se jedná o toxické účinky produktu na organismy ve sladké vodě, ukázalo se rychlé zmizení produktu v jeho toxické formě v přírodních vodách a absence zjistitelné toxicity v průběhu jeho odbourávání. Mezní hodnoty použití: Použití neboli aplikovatelnost závisí na zkoušeném kovu (bronz, slitiny z mědi a niklu, ocel a nerezavějící ocel 340L & 316L), nebo na vodním médiu (sladká voda nebo mořská voda). Mexel (® 432/0) může být účinným chemickým nebo biologickým inhibitorem koroze. Mexel (® 432/0) umožňuje úpravu otevřených nebo částečně uzavřených recirkulačních hydraulických soustav, jejichž průtoky jsou v rozsahu od několika metrů krychlových za hodinu (soustavy pro kondicionování vzduchu) do 100 000 m3h-1 ve sladké vodě, brakické vodě, nebo mořské vodě. Na základě celosvětového rozšíření je tento produkt používán pro úpravu hydraulických soustav (např. pro chlazení/ochlazování, protipožární zařízení, atd.) elektráren, geotermálních zařízení resp. instalací, lodní dopravy, chemického průmyslu, oceláren, rafinerií, plošin v pobřežních vodách a jednotek pro kondicionování vzduchu, které požívají vodu jako tekutinu pro přenos tepelné energie. __________________________________________________________________________________________ 272 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI Náklady: Údaje o nákladech byly poskytnuty jen ve srovnání s použitím chlorování a částečně ve srovnání s použitím elektrolýzy. Nemohlo být získáno potvrzení cenové rovnováhy systému Mexel (® 432/0) ve srovnání s chlorací, resp. chlorováním. Náklady závisí na povrchu, který má být ošetřen/upraven, a ne na objemu chladicí vody. Referenční provoz: Elektrárna EDF, Le Havre (F). Úvahy: Z environmentálního hlediska jeho malá toxicita a nepřítomnost jakýchkoliv pozorovatelných (tzn. detekci umožňujících) toxických produktů odbourávání umožňuje jeho akceptovatelnost pro alternativní úpravu chladicí vody soustav (průmyslového) chlazení. Protože tento produkt je snadno biologicky odbouratelný/degradovatelný, tato výhoda může být nevýhodou, když se jeho množství dostane na množství, které je potřeba pro počáteční úpravu resp. ošetření povrchových ploch chladicí soustavy. Jeho reaktivita může zvýšit požadované množství a náklady, které tomu odpovídají. V případech, kdy sladká voda má všeobecně vyšší obsah rozpuštěných pevných látek, než mořská voda, mohlo by to naznačovat přednostní použití v podmínkách mořské vody. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
273
Příloha XI
XI.3.4.8: Stabilní organické inhibitory v otevřených mokrých chladicích věžích Popis: Úprava (chladicí vody), založená na látkách, jejichž základ je organického původu, která se používá v otevřené mokré chladicí věži, může působit proti (resp. kontraproduktivně) kvůli jejich ovlivnitelnosti silnými oxidačnímu činidly, jejich citlivosti na podmínky vysokého tepelného toku, jejich tendenci srážet se jako soli vápníku při vysokých hladinách tvrdosti vody, a kvůli potřebě konstantních průtoků vody. Pro překonání těchto problémů je zde k dispozici Etanolamine Bisfosfono-metyl; N-oxid (EBO) byl vyvinut EBO, a je to organický fosfonát, který může působit k úpravě chladicí vody jako anodický inhibitor koroze. Uvádí se, že EBO vykazuje dobrou stabilitu proti halogenům. Jeho stabilita při hladinách vápníku 500 mg/l vápníku jako CaCO3, jehož účinek je tlumen při hodnotě pH 8,3 a při teplotě 60 ºC, byl porovnáván s HEDP. Redukování: Bylo zjištěno, že aniž by nastalo srážení, by mohlo být přidáno více než 100 mg/l EBO, zatímco ve stejných podmínkách to bylo pouze 7 mg/l HEDP. Nebyly zjištěny žádné nepříznivé účinky na korozi žlutého kovu. Koroze byla značně snížena ve srovnání s organickou úpravou chladicí vody bez použití EBO. Průřezový účinek: Vyskytují se nižší požadavky na vodu v důsledku potenciální volby vyšších cyklu koncentrace, poněvadž EBO je méně citlivé na vysoké hladiny tvrdosti vápníku. Mezní hodnoty použití: Aplikovatelné pouze v otevřených recirkulačních soustavách. Náklady: Nebyly oznámeny. Referenční provoz: Pilotní chladicí věž, nebylo oznámeno žádné použití v plném rozsahu. Úvahy: Aplikování EBO a podobných chemických látek pro úpravu chladicí vody se zdokonalenou působností vyžaduje, aby byl prováděn další výzkum hladin toxicity ve vypouštěné vodě, a taky musí být prováděn výzkum hladiny toxicity v odkalované vodě. __________________________________________________________________________________________ 274 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XI XI.3.5 Úprava vypouštěné chladicí vody
Minimalizací emisí na základě integrovaného přístupu se zahájí omezení používaných zdrojů na nejmenší možnou míru. V Kapitole 1 jako takové je uveden počáteční přístup, který by měl být podstoupen. V rozsahu mezních hodnot pro chladicí soustavu a specifikací předmětného místa by určité množství chemických látek mělo být stále ještě aplikováno s určitým množstvím vypouštěné chladicí vody jako důsledek úpravy chladicí vody. Monitorování a optimalizovaná úprava (chladicí vody) jsou schopny dále redukovat obsah chemických látek ve vypouštěné chladicí vodě. V některých případech jsou proudy vypouštěné chladicí vody před vypouštěním upravovány v zařízeních pro úpravu odpadní vody. Pro informace vztahující se na úpravu odpadní vody je uveden odkaz na relevantní BREF. Konkrétní příklady úpravy chladicí vody nebyly uvedeny. Je možné uvést několik poznámek vztahujících se na tuto úpravu: úprava odkalované vody obsahující špičkové koncentrace po dávkování může být taková, že odkalovaná voda se shromažďuje v tlumicí nádrži, aby nebylo (nepříznivě) ovlivněno vodní prostředí, nebo zařízení pro úpravu vody. V této nádrži se může uskutečnit další hydrolýza biocidů za účelem redukování na méně toxické látky předtím, než je voda vypouštěna nebo opětovně použita. Z důvodu koncentrace látek, které jsou používány v procesu, odkalovaná voda z uzavřených recirkulačních soustav rafinerií bude muset být upravena ještě předtím, než je odvedena do provozu pro úpravu odpadní vody (do čističky odpadní vody) za účelem zabránění rovnováhy v provozu pro úpravu odpadní vody. Bere se do úvahy tvrzení, že hladina oleje v této odkalované vodě je obvykle mnohem nižší, než hladina zbytkového oleje v předem upravované vodě z procesu, nebo z jiných zařízení/instalací a proto může být přivedena do provozu pro úpravu odpadní vody bez předběžné úpravy. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
275
Příloha XI
XI.4 Pohony s měnitelným kmitočtem pro snížení spotřeby energie [tm097, Immell, 1996] Při provozování chladicí soustavy může být požadován přímý přívod energie redukovaný prostřednictvím snížení potřeby kapacity čerpání a optimalizací používání ventilátorů. V situaci na zelené louce může být mnoho provedeno prostřednictvím konstrukčního provedení (například prostřednictvím konstrukce chladicí věže, typu výplně (chladicí věže), pomocí uspořádání čerpadel), ale v již existujících zařízeních/instalacích jsou volitelné možnosti omezenější a zahrnují změny zařízení. Popis: Použití pohonů ventilátoru s měnitelnými otáčkami je volitelná možnost ke specifickému přizpůsobení otáček ventilátoru k požadovanému chladicímu výkonu. Jednou z technik je použití pohonů s měnitelnou frekvencí (VFD). VDF je kombinace měniče napětí a invertoru (měniče) proudu (stejnosměrný (DC) na (AC) střídavý). Chladicí věže jsou typicky navrženy k dodávání specifikované studené vody vytékající z věže pro specifikované tepelné zatížení při určité teplotě vlhkého teploměru, která je překročena pouze po minimální dobu roku (při vyjádření v procentech to je (1-2,5) %. Chladicí věže budou po většinu času vykonávat svoji činnost při nižší teplotě vlhkého teploměru, než pro kterou jsou určeny, ale na proměnlivé hladině, která je založena na sezónních odchylkách teplot vlhkého teploměru. Při použití systému VDF je tato odchylka převedena na různé otáčky ventilátoru za účelem získání požadované teploty vody. VDF jsou komerčně dostupné od různých dodavatelů. Redukování: Dosáhne se snížení spotřeby energie, stejně tak jako snížených hladin hluku a snížených vibrací v důsledku nižších provozních otáček (ventilátoru). Taky byla zjištěna delší životnost otáčejícího se zařízení v důsledku plynulejší změny rychlosti (otáčení) motoru (tak zvaný měkké spouštění, resp. měkký start). Průřezový účinek: Viz část pojednávající o redukování. Mezní hodnoty použití: Pro aplikování VFD byla zmíněna celá řada specifikovatelných vlastností, které mají být kontrolovány, jako jsou například tyto: automatická kontrola teploty, správné uspořádání VDF ve vztahu k požadavku (elektro)motoru ventilátoru chladicí věže, a analýza rezonance zařízení. Náklady: Údaje o nákladech nebyly uvedeny. Příklad provozu: Nebyl uveden ve vztahu ke zkušenostem s použitím/aplikováním. __________________________________________________________________________________________ 276 Listopad 2000 ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII
PŘÍLOHA XII
ZVLÁŠTNÍ POUŽITÍ: ENERGETICKÝ PRŮMYSL
[tm132, Eurelectric, 1998]
Shrnutí V rozsahu působnosti EURELECTRIC byla sestavena tato příloha za účelem shrnutí specifických poznatků a pro umožnění jiným průmyslových odvětvím, aby z toho měla prospěch. Jedná se o tzv. realizační výstup spolupráce převážně mezi ELECTRICITÉDE FRANCE, ELECTRABEL, LABORELEC a VDEW resp. VGB, reprezentující operátory německých elektráren. Byly zde taky zahrnuty výsledky různých stálých pracovních skupin (resp. “working groups“) UNIPEDE19 a CORRECH20. Účelem této přílohy je poskytnout některé doprovodné informace za účelem dokonalejšího pochopení informací, které jsou uvedeny v hlavním dokumentu. V této příloze je zjednodušeným způsobem vysvětlen provoz tepelných elektráren. Tato příloha vysvětluje hlavní funkce chladicích soustav kondenzátorů a pomocných zařízení resp. příslušenství. Podrobněji jsou zde prozkoumány možné dopady chladicích soustav na životní prostředí. Tato část přílohy je zaměřena především na vypouštění tepelné energie, nasávání živých organismů do přívodů vody, jakákoliv vypouštění činidel, která byla použita pro úpravu vody, a na jiné možné škodlivé účinky, jako je hluk. Je zde taky provedena analýza různých možných chladicích technik. Vztahuje se hlavně na konstrukci nových (chladicích) soustav a má se používat jako dodatečná informace pro stanovení (přístupu) BAT. Zabývá se nejen technickými a ekonomickými aspekty, ale taky a zejména ekologickými a energetickými dopady různých řešení. Její závěry, přestože jsou specificky zaměřeny na energetický průmysl, spadají do rozsahu všeobecných závěrů BAT, které jsou uvedeny v Kapitole 4 hlavního dokumentu. Hlavní závěry, které byly objeveny na základě této analýzy, jsou: Dopad chladicí soustavy na přijímací životní prostředí musí být prostudován předtím, než se uskutečňuje konstrukční řešení elektrárny; za tímto účelem se doporučuje provést numerické modelování a zkoušky (přímo) na předmětném místě na pilotních cyklech; Návrh chladicích soustav musí být prostudován při současném vzetí do úvahy ekologických a energetických dopadů v maximálním rozsahu; Zavedení resp. implementace fyzikálních procesů určených k omezování znečištění musí být nalezeno na základě systematické činnosti (průběžné mechanické čištění, zvýšení teploty, atd.); Chemické roztoky musí být prostudovány na základě přístupu „případ od případu“ tak, aby jejich používání bylo co nejvíce omezeno; Nemůže být vybráno (pouze) jedno nejlepší řešení, protože příliš mnoho lokálních faktorů ovlivňuje volbu chladicí soustavy elektrárny. Mezi tyto faktory se zahrnují nejenom průtoky, které jsou k dispozici, ale taky vizuální aspekty.
XII.1 Úvod Termodynamický cyklus konvenčních tepelných elektráren se řídí podle Carnotova principu. Hladiny účinnosti dosahují kolem 40 % pro konvenční nová konstrukční provedení; mohou ale dosáhnout 47 % v případě moderních (pokrokových) konstrukčních provedení a při velmi příznivých klimatických podmínkách zejména když jsou vhodné podmínky chladicí vody (průtočná chladicí soustava), dokonce i v případě spalování tvrdého (kamenného) uhlí. Výsledkem je to, že téměř 45 % množství energie poskytované spalováním musí být rozptýleno na úrovni kondenzátoru. Kondenzátor je klíčové místo tohoto zařízení. Bez ohledu na zvolený způsob chlazení to ve skutečnosti je jedna ___________________ 19
Mezinárodní sdružení producentů a distributorů elektrické energie („The International Union of Producers and Distributors of Electrical Energy“). 20 Komise pro výzkum („Committee on Research“)
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
277
Příloha XII z hlavních styčných ploch mezi elektrárnou a okolním životním prostředím. Účinnost a dostupnost elektrárny závisí ve značném rozsahu na integritě a čistotě kondenzátoru. Toto jsou důvody, proč byla nyní na dlouhou dobu přijata specifická řešení: průběžné mechanické čištění koulemi z pěnových hmot (porézními kuličkami), slitiny odolné proti korozi, jako je titan a nerezová ocel, atd. Taky byly vyvinuty a jsou v provozu soustavy úpravy chladicí vody, zejména v případě cirkulačních chladicích soustav. Poněvadž průtoky chladicích tekutin mohou dosahovat i několika desítek m3/s, může být rovněž obtížné extrapolovat používané způsoby úpravy (chladicí vody) a zvolená řešení do jiných průmyslových odvětví.
XII.2 Chladicí soustavy elektráren – principy a připomínky Provoz elektrárny se řídí podle Carnotova principu. Kotel jako zdroj tepla poskytuje energii požadovanou pro vytvoření vodní páry. Kondenzátor jako zdroj chladu kondenzuje páru vycházející z nízkotlaké části turbiny. Jednou z hlavních charakteristik elektrárny, z technických a ekonomických hledisek, je její měrná spotřeba, jinak vyjádřeno množství tepla, které je potřeba pro vyprodukování jedné kWh elektrické energie. Tato měrná spotřeba vyplývá z rovnováhy tepelného cyklu (Tabulka 1). Tabulka XII.1: Příklad zjednodušené rovnováhy tepelného cyklu pro konvenční nové konstrukce Přeměna energie Energie Energie Účinnost (kJ) (%) (%) Energie ze spalování Ztráta parního generátoru „Ztráta“ kondenzátoru Ohřev napájecí vody Ztráty turbogenerátoru Dodávka energie do pomocných zařízení Ztráta v hlavním transformátoru Celková účinnost zařízení
9 000 1 050 4 200 (2 000) 65 65 25
100 — 11,7 — 46,5 (22,5) — 0,75 — 0,75 — 0,2
100 88,3 41,8 (Uzavřený cyklus) 41,05 40,3 40,1 40,1
Hlavním záměrem posouzení je přítomnost zdroje chladu. Ne vždy mohou chladicí soustavy používat vodu odebranou přímo z řeky, moře, nebo jezera. Může být nutné používat recirkulační soustavu s chladicí věží. Pohled na rovnováhu tepelného cyklu ukazuje, že na každou vyprodukovanou kWh musí být odejmuto 4 200 kJ. Kromě toho tato energie nemůže být rekuperována, protože její exergie je nízká. Nové generátorové soustavy, zejména kombinované cykly (nebo paroplynové turbiny) umožňují dosáhnout vyšších účinností, které dokonce přesahují 55 %. Chladicí soustava, která slouží k odnímání této energie, se obvykle nazývá cirkulační soustava. Svazek trubek kondenzátoru obsahuje studenou vodu odebíranou z řeky, moře, nebo jezera. Ohřev a průtok této vody závisí na instalovaném výkonu zařízení (Tabulka 2). Tabulka XII.2 Vztah mezi instalovaným výkonem a parametry chlazení (Hodnoty, které jsou uvedeny jako příklad, závisí na typu cirkulační soustavy, teplotě okolního vzduchu, teplotě zdroje chladicí vody) Jmenovitý výkon jednotky Průtok cirkulující vody Ohřev vody v kondenzátoru (MWh) (m3/s) (K) 125 250 600
278
3–5 6 – 10 14 – 24
7 – 12 7 – 12 7 – 12
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII Každá jednotka má taky pomocné vodní chladicí soustavy: chladiče těsnicího oleje generátoru; chladiče kompresoru; atd. Chladicí soustavy s uzavřeným cyklem, do kterých je dodávána demineralizovaná voda, jsou soustavy pro: chladiče chladicí vody statoru generátoru; vodíkové chladiče generátoru; atd. Podle toho, o kterou jednotku se jedná, představuje průtok chladicí vody této chladicí soustavy pomocných zařízení normálně kolem 4 % až 8 % průtoku cirkulující vody. Ohřev vody je omezen a představuje až 10 K, podle toho, která pomocná zařízení jsou v provozu. Nicméně dokonce i při nízkém tepelném zatížení může tato chladicí soustava zůstat v činnosti několik dnů po odstavení jednotky k odstranění zbytkového tepla.
XII.3 Možné environmentální dopady chladicích soustav Uvolňování tepla do zdroje chladu se týká hlavně dvou přijímacích prostředí: vzduchu a vody. Nicméně ve skutečnosti, i když se vypouštění uskutečňuje do vodního prostředí (recipientu), v konečném účinku se teplo pohltí ovzduším. Voda ve skutečnosti postupně předává obdržené teplo pomocí různých přirozených procesů: odpařování, vedení, sálání. Z ekonomických důvodů je voda první oblastí, na kterou je třeba se zaměřit. Ještě před zjišťováním, které techniky mohou být uznávány jako BAT pro chladicí soustavy, se jeví jako žádoucí provést analýzu všech škodlivých účinků na přírodní životní prostředí, odhadnout jejich charakter a amplitudu resp. velikost, a provést jejich posouzení; jinak vyjádřeno rozhodnout, zda zůstávají snesitelné nebo ne.
XII.3.1 Vypouštění tepla do ovzduší Bez ohledu na typ chladicí soustavy je veškeré teplo přenášené do studeného zdroje předáváno do ovzduší. Toto předávání tepla do ovzduší se uskutečňuje na specifickém základu v případě chladicích věží, vzduchem chlazených kondenzátorů a suchých chladicích věží. V případě průtočných chladicích soustav na řece, jezeru nebo na moři je teplo předáváno (do ovzduší) prostřednictvím povrchu přijímacího vodního tělesa (recipientu), s velkou styčnou plochou a s určitým časovým zpožděním, které závisí na lokální situaci. V případě elektráren ochlazovaných průtočnou chladicí soustavou (Obrázek XII.1, Část XII.11) se čerpaná voda obvykle ohřívá o 7 K až 12 K, když jsou jednotky provozovány při jejich jmenovitých kapacitách. Vypouštěná chladicí voda se postupně ochlazuje smícháním s přijímací vodou resp. recipientem. Teplo je potom předáváno do ovzduší prostřednictvím tří konvenčních procesů: odpařováním ((35 až 45) % uvolněné energie, vyzařováním vodního povrchu ((25 až 35) %) a vedením se vzduchem ((20 až 30) %). Podle lokální situace by výstupní teplota mohla být omezena na základě rozhodnutí místních úřadů. Předávání tepla odpařováním představuje průtok páry 20 kg/s na 100 MWth. Při uvážení rychlého snižování procesu ohřívání vody ve směru proudění vypouštěné vody, potom jediným atmosférickým jevem, který by snad mohl být modifikován, jsou frekvence výskytu a (doba) trvání mlhy vzniklé odpařováním v oblasti poblíž místa uvolňování tepla (tedy vlastně místa odpařování, pozn. překl.), kde teplotní rozdíly jsou stále ještě značné; ale jeho rozsah je omezen. Stojí za to poznamenat, že pokud jsou všechny záležitosti posuzovány stejně, je teplota vytvářené nebo mizející mlhy vzniklé odpařováním vyšší nad slanou vodou, než nad sladkou vodou. Tato okolnost je tedy příznivější pro elektrárny, které jsou umístěny v ústích řek, nebo v místech podél mořských pobřeží. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
279
Příloha XII V případě elektráren, které jsou vybaveny mokrými chladicími věžemi (Obrázek XII.2, Část XII.11), se všechno uskutečňuje tak, jako kdyby teplo bylo uvolňováno přímo do ovzduší. V praxi se vyskytují dva druhy provozních metod: průtočné chlazení s chladicí věží (Obrázek XII.3, Část XI.11) a recirkulační chlazení (Obrázek XII.4, Část XII.11). Vypouštění (tepla) se uskutečňuje koncentrovaným způsobem nad malou plochou. Mokré chladicí věže předávají do ovzduší kolem 70 % zbytkového tepla ve formě latentního tepla (vodní pára) a kolem 30 % jako citelné teplo. Takže průtok (vodní) páry předávané do ovzduší je zhruba dvojnásobný, než je průtok vodní páry, který je výsledkem průtočného chlazení bez chladicí věže. V případě chladicích věží s přirozeným tahem je vzduch, který je nasycen vlhkostí, uvolňován do atmosféry při teplotě kolem (10–20) K nad teplotou okolí a při rychlosti až (3–5) m/s. V případě chladicích věží s umělým tahem se tato rychlost zdvojnásobí. Tento vzduch nasycený vlhkostí může být příčinou tvorby umělých mraků nebo parních vleček v důsledku ochlazování turbulentním směšováním s okolním vzduchem. Rizika vytváření mlhy při zemi vyplývající ze snižování výšky kondenzační parní vlečky mohou být relativně častá zejména v případě chladicích věží s umělým tahem (Obrázek XII.5 XII.6 a XII.7, Část XII.) v důsledku jejích malých výšek, a v podmínkách chladného vlhkého počasí bez větru. Příslušná oblast je v rozsahu kolem 500 m od zdroje emise. Frekvence se značně sníží, pokud jsou chladicí věže vyšší. Pro rovinná místa lze odhadnout, že snížení výšky parních vleček až k zemi je výjimečné, pokud je výška (zřejmě chladicí věže, pozn. překl.) 50 m až 75 m podle lokální situace. Vytváření námrazy může být výsledkem kontaktu se zmrzlou zemí buďto mlhy vzniklé v důsledku zmenšení výšky parní vlečky, nebo srážek přidružených k strhávání (zřejmě páry nebo vody z chladicí věže, pozn. překl., „priming“), nebo v důsledku rozstřikování vody od podstavce chladicí věže. Nicméně dopad takových rozstřikování zůstává omezen na oblast poblíž chladicí věže a vztahuje se nanejvýše na několik málo metrů v blízkosti kolem podstavce chladicí věže. Hlavní klimatická změna v důsledku provozu mokrých chladicích věží se vztahuje na lokální zvýšení mlhavosti, nejasnosti („nebulosity“) vytvářením kondenzační parní vlečky, což má za následek snížení slunečního svitu a světla v blízkosti elektrárny. V případě elektráren, které jsou vybaveny suchými chladicími věžemi (Obrázek XII.11, Část XII.11) nebo kondenzátory chlazenými vzduchem (Obrázek XII.9 a 10, Část XII.11) se absolutní vlhkost vzduchu nemění, ale teplota vzduchu je vyšší o asi 15 K až 20 K, než je teplota okolí. Veškeré teplo je uvolňováno formou citelného předávání tepla (sdílením) a nenasycený horký vzduch, který stoupá do ovzduší, jenom zřídkakdy vede k vytváření mraků. Hybridní chladicí věže (mokrá/suchá) (Obrázek XII.8, Část XII.11) umožňuje po většinu času předcházet vytváření parních vleček. Spotřeba vody (tj. spotřeba přídavné vody) je o 20 % menší, než je spotřeba vody mokré chladicí věže. Nicméně jediné hybridní chladicí věže, které jsou v současné době dostupné, jsou chladicí věže s umělým tahem. Roční bilance elektrárny s hybridní chladicí věží s umělým tahem může být ve stejném rozsahu, jako je bilance srovnatelné mokré chladicí věže s umělým tahem. Toto bere v úvahu provozní režim. Již po dobu několika let je přinejmenším v Německu stav věcí v elektrárnách spalujících fosilní paliva takový, že odsířené kouřové plyny se vypouští přes chladicí věž. Toto řešení je alternativou pro tradiční vypouštění spalin komínem a má ekologické a ekonomické výhody. 280
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII
XII.3.2 Ohřívání přijímacích vodních prostředí (recipientů) Přestože konečný příjemce tepla je, ve většině případů, ovzduší resp. atmosféra, značná část vypouštění (tepla) tepelné elektrárny se uskutečňuje do vodního prostředí. V tomto případě vstupují do hry různé fyzikální jevy: turbulentní difuse; předávání tepla ve vodě prouděním (konvekcí); průtok tekutin, které mají různou hustotu; předávání tepla ve vzduchu odpařováním, sáláním a prouděním (konvekcí). V závislosti na rozsahu vypouštění (tepla) a podle přijímacího prostředí je nějaký jev převažující a ovlivňuje způsob, jakým je teplo distribuováno v přijímacím prostředí (tzn. v recipientu, jedná-li se o vodní prostředí). Blízké pole vypouštění chladicí vody by mělo být odlišováno od vzdáleného pole. Blízké pole v dané řece je definováno jako oblast, ve které je míchání resp. směšování vlečky („plume“) teplé vody s vodou v řece neúplné. Teplota vody v blízkém prostředí závisí na mísení vody, která je odváděna z elektrárenského provozu, s vodou recipientu. Pomocí specifických zařízení může být v této oblasti redukováno ohřívání (vody recipientu), které by nastalo rychlým směšováním výtoku s vodou v přijímacím prostředí (recipientu). Vzdálené pole je určitým geometrickým útvarem teplé vody, která je zcela smíchána (s vodou recipientu) do hloubky v rozsahu vodního sloupce a tedy tvoří tepelné pole pozadí. Nadměrně vysoká teplota je ve vzdáleném poli postupně snižována v důsledku ředění s vodami okolního prostředí a výměnou tepla s ovzduším. Pokud se jedná o vypouštění do přílivového/odlivového moře, nebo do moře se silnými proudy, je vlečka teplé vody vytvářená vypouštěním z elektrárny ovlivňována hlavně výskytem větších rychlostí v přijímacím (vodním) prostředí, tedy recipientu. Tyto větší rychlosti proudění způsobí rychlé smíchání vody, které zabraňuje jakémukoliv vrstvení/stratifikaci v důsledku rozdílu hustoty mezi teplou vodou a studenou vodou. Pokles teploty ve vlečce teplé vody nastává v zásadě jako důsledek mísení (vod) a ne jako důsledek tepelných ztrát na povrchu vodní plochy. Rozsah vlečky („plume“) teplé vody v přílivovém/odlivovém moři, který je definován jako plocha nacházející se v rozsahu teplotní izotermy 1 K, zahrnuje plochu od 2 km2 do 10 km2 pro vypouštění odpovídající vypouštění z jaderné elektrárny o výkonu 5 000 MWe. Chování vlečky teplé vody v moři bez přílivu a odlivu je především chováním proudících vrstev vody. Teplota klesá velmi rychle prostřednictvím ředění v důsledku tření a turbulence. Rozprostírání nebo předávání chladicích vod v moři bez přílivu/odlivu (nebo v jezeře) je silně ovlivněno proudy, které vytváří vítr, a taky termálními podmínkami a odhaduje se zhruba na 1 ha/MWe. V případě elektráren, které jsou umístěny na pobřeží, je chladicí voda normálně vypouštěna na povrch moře prostřednictvím otevřeného vypouštěcího kanálu. Chování vlečky teplé vody v ústí řeky je podobné jako je chování vlečky teplé vody v moři s přílivem/odlivem se silnými proudy. Podstatnou roli hraje střídající se pohyb vody. Proud řeky bude mít tendenci předávat teplo směrem do moře. Nastávající příliv zpomalí proudění nebo změní jeho směr a tím ovlivní rozprostírání vlečky teplé vody v ústí řeky. Posouzení ohřevu vody v řece, které následuje po vypouštění teplé vody, je poměrně složité. Pravdou je to, že mechanismus ochlazování (vody v řece) ve směru jejího proudění závisí především na výměně energie mezi řekou a ovzduším. Tok energie mezi předmětným úsekem vodního toku a ovzduším se značně mění podle meteorologických podmínek a denní doby. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
281
Příloha XII Difuzory, které jsou rozloženy po celé šířce vodního toku v řece, slouží jako prostředek pro zabezpečení mísení vod (vypouštěné a říční) na vzdálenost několika tuctů metrů nebo několika stovek metrů. Jestliže zařízení pro vypouštění je umístěno podél břehu řeky, uskutečňuje se úplné směšování vod prostřednictvím přirozeného proudění po délce několika kilometrů místo použití difuzorů. Ve všech případech musí být zabráněno recirkulaci v řece, nebo intenzita recirkulace vypouštěné chladicí vody do moře a zejména do ústí řeky musí být redukována na minimum k zabezpečení účinného a bezpečného provozování elektráren. Umístění a návrh konstrukcí pro přívod a pro vypouštění (chladicí) vody jsou určena k vyloučení rizika recirkulace. Předběžné studie umožňují navrhnout konstrukce a zařízení pro přívod a pro vypouštění (chladicí) vody takovým způsobem, aby byla lépe přizpůsobena k zabránění recirkulace a aby podporovala počáteční mísení vypouštěné teplé vody (s přijímací vodou resp. recipientem). Tyto studie jsou založeny na fyzikálních modelech (hydraulických modelech) a na numerických modelech. V případech, kde to je možné, by numerické modelování atd. mělo být založeno na údajích získaných hydrografickým průzkumem specifickým pro příslušné místo. Použití těchto nástrojů jako součásti studie dopadu projektovaných zařízení (na životní prostředí) slouží pro poskytnutí záruky, že budou respektována předepsaná (regulatorní) tepelná omezení vztahující se na maximální ohřev ve směšovací oblasti, nebo na hladinu teploty po smíchání.
XII.3.3 Nasávání organismů do přívodů vody Při čerpání vody potřebné pro chlazení provozů tepelných elektráren jsou vtahovány/nasávány mikroskopické organismy (řasy a plankton), stejně tak jako organismy, které plavou v otevřené vodě (někteří korýši a ryby). Rotačními filtry, jejichž síta mají oka obvykle mezi 1 mm a 5 mm, plankton prochází. Toto popravdě řečeno neplatí pro korýše a ryby, které jsou vrženy a vtaženy na filtrační panely a posléze vypuštěny společně s omývací vodou filtrů. Některé studie ukázaly, že většina organismů, které jsou vtaženy do přívodů (chladicí) vody, má malé rozměry: Garnáti, larvy a slanečci („alevin“ („alewife“?)) v moři a v ústích řek, nebo slanečci („alevin“) v řekách. Zejména případ mladých lososů migrujících ve směru proudu, kteří jsou vtaženi do přívodů (chladicí) vody, je specifický pro toto chování. Pro omezení strhávání těchto druhů organismů mohou být uskutečněny tři typy opatření: Umístění přívodů (chladicí vody) mimo kritické prostory, jako jsou místa, kde jsou uloženy jikry, a místa, která se dají nazvat „rybí školky“ na pobřeží moře, nebo migrační trasy larev úhořů v ústích řek; Návrh přívodních konstrukcí, který minimalizuje vtahování organismů; Vybavení přívodů takovými odpuzujícími zařízeními nebo prostředky/soustavami, které navrátí organismy bez poškození nazpět do životního prostředí. V posledních desetiletích bylo vyvinuto mnoho odstrašujících soustav (odpuzujících zařízení) a instalováno do přívodů vody hydroelektráren a tepelných elektráren: Ve sladkovodních vodách mohou elektrická rybí síta odstrašit ryby pouze ve specifických etapách (vývoje); nepůsobí však na mladé ryby zejména pstruhy, nebo je dokonce přitahují do přívodů; Clony vzduchových bublin obvykle mají velmi špatné výsledky; Světlo je částečně účinné na určité druhy, ale ryby se mohou aklimatizovat a odstrašující/odpuzující účinek není stálý; Některé výsledky se zvukovými odstrašujícími soustavami jsou slibné, ale existují protichůdné výsledky. Investiční náklady závisí na velikosti přívodu a průtoku (chladicí vody) a jejich rozsah může být zhruba odhadnut na 40 000 Euro až 200 000 Euro. Vybavení přívodů takovými regeneračními soustavami, které navrátí organismy bez poškození nazpět do vodního prostředí. Ve velkých přívodech vody s pohyblivými síty mohou být organismy odstraněny (vodním) čerpadlem na ryby, nebo odplaveny ze síta nízkotlakovými vodními tryskami (tlak 1 bar). Takové soustavy, umístěné v elektrárně 282
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII Gironde Estuary (Francie), ukázaly relativně dobré účinnosti a s výsledky, pokud se jedná o přežití organismů, ve výši 80 % až 100 % pro garnáty, platýse a úhoře. Jiné pokusy byly méně účinné nebo byly velmi nákladné. První dvě (výše uvedené) akce, které jsou preventivního charakteru, jsou přednostní před nápravnými akcemi, jejichž účinnost zůstává v současné době problematická. Univerzální, široce použitelné řešení není k dispozici.
XII.3.4 Změny přijímacího prostředí vypouštěním chemických látek Voda odebraná pro účely chlazení může být v některých případech příčinou uvolňování chemických látek do přijímacího prostředí. Zájem by měl být soustředěn zejména na: činidla použitá pro zabránění tvorby kotelního kamene v případě chladicích soustav s chladicími věžemi; činidla použitá pro boj proti biologickým vývinům/růstům a na produkty reakce některých z těchto činidel; antikorozní úpravy použitím síranu železa pro ochranu, v některých případech, kondenzátorů zhotovených ze slitiny mědi; produkty koroze výměníků tepla a potrubí. Pokud se jedná o mořské prostředí, účelem biocidní úpravy je udržovat (chladicí) soustavy dostatečně čisté pro to, aby byl zajištěn jejich správný provoz. V případech přívodů mořské vody je hlavní problém zabránit vývinu měkkýšů (mušlí, ústřic, atd.) uvnitř chladicí soustavy. Běžná praxe je vstřikování chloru. Chlor se obvykle vyrábí přímo na místě elektrolýzami mořské vody. Tento proces předchází riziku, které je zahrnuto do přepravy NaOCl nákladními automobily. Chlorování může být uskutečněno na průběžném nebo neprůběžném (sezónním) základu, který závisí na mnoha faktorech, jako jsou meteorologicko klimatické charakteristiky předmětného místa, jakost vody, návrh chladicího okruhu a na bioznečišťující typologii (periody usazování a rychlosti růstu). Vstřikování chloru se uskutečňuje převážně v nízkých dávkách tak, že koncentrace volného chloru ve výtoku je obvykle v normálních případech mezi 0,1 mg/l a 0,5 mg/l (ojediněle/sporadicky 0,7 mg/l). Hodnota této mezní koncentrace je stanovena lokálními předpisy. Ovšem pokud chlor reaguje s nějakou organickou hmotou, může to vést k vytváření organohalogenovaných látek (převážně bromoform v mořské vodě). Nicméně některé studie ukázaly, že koncentrace bromoformu ve vlečkách (to znamená „plumes“) vypouštěné teplé vody z elektráren umístěných na pobřeží moře zůstává mimořádně nízká (kolem 15 μg/l). Bylo by zde vhodné porovnat toto číslo s přirozenou produkcí organohalogenovaných látek v oceánech. Podle Grimvall a deLeer (1995) je roční produkce následujícího počtu organohalogenovaných látek tato: chlorometan : 5 000 000 t; bromometan : 300 000 t; jodometan : 300 000 t až 1 200 000 t; chloroform : 90 000 t až 360 000 t; bromoform : 500 000 t až 1 000 000 t; jodoform : v mořské vodě nebyl zjištěn. Byla naměřena přirozená koncentrace vyjádřená v AOX pohybující se v rozsahu (od 6 do 17) μg Cl/g sedimentu v Botnickém zálivu a v rozsahu (od 50 do 180) μg Cl/g sedimentu ve Finském zálivu. Přítomnost resp. výskyt těchto organohalogenovaných molekul se přisuzuje reakcím biohalogenace. Chlorování je metoda chemické úpravy (chladicí vody) působící proti znečištění, která je běžně používána pro ochranu (chladicích) soustav elektráren umístěných na mořském pobřeží. Nicméně jiný oxidant, oxid chloričitý, byl úspěšně vyzkoušen v případě tepelných elektráren. Po dobu velmi mnoho let byla volba slitiny pro trubky výměníků tepla v elektrárnách umístěných na mořském pobřeží směrována na použití titanu. V takových podmínkách je podíl produktů koroze bezvýznamný, nebo dokonce neexistuje. Nicméně stále ještě existují kondenzátory zhotovené ze slitiny mědi, které jsou chráněny filmem resp. tenkou vrstvou hydroxidu železitého, vytvořeného přidáním síranu železnatého do chladicí vody. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
283
Příloha XII V případě elektráren umístěných u řeky bude příspěvek chemických činidel záviset ve velkém rozsahu na typu chladicí soustavy a na jakýchkoliv biologických problémech. Všeobecně vyjádřeno provozování s recirkulací zvyšuje rizika vytváření kotelního kamene. Toto v mnoha případech vyžaduje zavedení specifické úpravy přídavné vody nebo chladicí vody. Mohou být použity následující režimy úpravy (vody): žádná úprava v případě, kdy voda není příliš mineralizovaná; změkčování přídavné vody vápnem; očkování/vakcinace cirkulující vody kyselinou; úprava použitím retardéru/zpomalovače srážení; kombinované úpravy (vody) typu: očkování/vakcinace kyselinou a inhibitory tvorby kotelního kamene, nebo změkčování vápnem a očkování/vakcinace kyselinou. Volba režimu úpravy závisí na mnoha kritériích, z nichž jako příklad jsou uvedeny tyto: koeficient koncentrace; chemické složení říční vody; konstrukční provedení resp. návrh chladicí soustavy. Úprava vody závisí na koeficientu koncentrace chladicí soustavy: všeobecně není nutné upravovat vodu chladicí soustavy v případech, kdy hodnota koeficientu koncentrace je nízká (1,05 až 1,2); pokud koeficient koncentrace má průměrnou hodnotu (1,2 až 2), je nutná vakcinace (očkování) cirkulující vody kyselinou, pokud je tvrdost vody vysoká; v případech, kdy hodnota koeficientu koncentrace je vysoká (3 až 7), se často stává jedinou možnou volbou změkčování (vody) vápnem, a toto může být doplněno mírnou vakcinací (očkováním) kyselinou. Vakcinace cirkulující vody kyselinou může být prováděna třemi různými způsoby: buďto udržováním hodnoty pH v rozsahu, který se obvykle pohybuje mezi 7,5 až 8,5; nebo omezením celkové zásaditosti/alkality na 100 mg CaCO3/l (v případě přídavné vody s nízkým obsahem síranu); nebo respektováním regulačních instrukcí, které berou v úvahu alkalitu, vápenatou tvrdost a teplotu. Ve většině případů se používá kyselina sírová. Účelem změkčování přídavné vody vápnem je zvýšit hodnotu pH vody až na 10, aby došlo ke srážení vápníku a části magnesia ve formě uhličitanu a hydroxidu. Koncentrace zbytkového vápníku na výstupu z dekarbonátoru se pohybuje mezi 0,5 a 1 ekvivalentní hodnoty. Nicméně se vyskytuje v kombinaci s uhličitanem, což má za následek to, že upravovaná voda v mimořádně velkém rozsahu vytváří kotelní kámen. Pro obnovení rovnováhy dekarbonizované vody se často provádí následná vakcinace kyselinou sírovou. Změkčování vody vápnem má za následek vytváření značného množství kalu. Kromě toho zvýšením hodnoty pH může změkčování vody vápnem mít za následek vysrážení některých těžkých kovů, které se vyskytují v odebírané vodě. Kal vytvořený srážením v procesu změkčování se shromažďuje ve spodní části usazovací nádrže (klarifikátoru). V normálních případech se tento kal čerpá do kalové zahušťovací nádrže, kde se zvyšuje koncentrace tuhých látek další sedimentací obvykle za pomoci vstřikování polyelektrolytu. Čistá voda se vrací nazpět do usazovací nádrže (resp. klarifikátoru), zatímco koncentrovaný kal je dále dehydrován ve vakuových bubnových filtrech, nebo v pásových filtrech. Koláč vytvořený dehydratací se zbytkovým obsahem vody, který činí přibližně 50 %, se odstraní a likviduje se uložením na zemních skládkách. Nebyly oznámeny žádné environmentální účinky (uvedeno „effects“; možná lépe „dopady“, což by ovšem bylo „impacts“, pozn. překl.) z míst, kde je na zemních skládkách ukládán kal pocházející ze změkčování vody. 284
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII Průběžné chlorování cirkulačních (chladicích) soustav za účelem eliminování tvorby biofilmu na trubkách kondenzátoru se přestalo používat již před delší dobou, protože byly a jsou používány mechanické metody (pro čištění teplosměnných ploch kondenzátoru) (Taprogge, Technos systems, atd.). Ale chlorování jako takové je stále účinná úprava (chladicí vody). V praxi může být aplikováno pět metod úpravy chladicí vody chlorováním: konec sezóny; například nepřetržité/průběžné chlorování na nízké úrovni (0,5 mg/l) po dobu 2 až 4 týdny na konci periody usazování sladkovodní slávky mnohotvárné (zebrované mušle) Dreissena plymorpha; periodická úprava: několik period nepřetržitého přidávání biocidu v průběhu období usazování; přerušovaná úprava: časté dávkování (například každý den nebo každé tři dny) po dobu krátkého časového úseku (několik minut až hodin); nepřetržitá/průběžná úprava na nízké úrovni v průběhu periody usazování; například v Severním moři a Anglickém kanálu chlorování na úrovni 0,5 mg/l až1,0 mg/l, 7 měsíců v roce, k eliminování mořských slávek (mušlí). Hodnota zbytkového oxidantu na výstupu je 0,1 mg/l až 0,2 mg/l; poloprůběžná úprava sestávající z krátkodobých period úpravy (vody) ((15 až 60) minut), která se potom zastaví na stejně krátké periody. Poloprůběžné chlorování nebo(li) pulsní chlorování na nízké úrovni (dávek) se používá v Kanadě proti slávkám mnohotvárným (zebrovaným mušlím) a ve Francii a v Nizozemsku pro omezování výskytu mořských slávek (mušlí) v elektrárnách. Masivní chlorování nebo nárazové dávkování je specifický postup, který byl vyvinut k eliminování vláknitých řas, které se vytváří ve (vodních) nádržích a výplních chladicích věží. Koncentrace v místě vstřikování se pohybuje v rozsahu mezi 5 mg Cl2/l až 25 mg Cl2/l. Za účelem zabránění uvolňování chloru do přijímacího prostředí (recipientu) se na několik hodin uzavírá odkalování. Odkalování se otevře až tehdy, když koncentrace volného chloru v cirkulující vodě je nižší než mezní hodnota, která je stanovena pro vypouštění. V závislosti na autorizacích resp. oprávněních se tato mezní hodnota pohybuje mezi 0,1 mg TRO/l až 0,5 mg TRO/l. Některá oprávnění pro vypouštění jsou vyjádřena v hodnotách průtoků. Tyto úpravy (chladicí vody) nejsou prováděny na všech místech. Frekvence provádění masivních úprav (chladicí vody) závisí ve značném rozsahu na jakosti vody, na koeficientu koncentrace a na všeobecném stavu čistoty cirkulační (chladicí) soustavy. Může to být jednou za týden, jednou za měsíc, nebo čtvrtletně. Reakce chloru s „humickou“ a „fulvickou“ hmotou vede k vytváření organochlorovaných sloučenin. Ve skutečnosti jsou koncentrace iontů bromidu v říční vodě všeobecně bezvýznamné. Za těchto podmínek mohou být vytvářeny pouze organochlorované sloučeniny. Významné mohou být těkavé resp. prchavé sloučeniny jako je chloroform, dichlormetan, (POX) a adsorbovatelné sloučeniny (AOX). Nicméně, jako je tomu v případě mořské vody, přítomnost organohalogenovaných sloučenin ve vnitrozemských povrchových vodách není výhradně v důsledku chlorování chladicích soustav. Mezi jinými možnými zdroji by zejména mělo být zmíněno zemědělství a přírodní produkce. V jezerech, které nejsou znečištěny – například ve Švédsku – se pohybuje koncentrace AOX v rozsahu od 10 μg Cl/l do 190 μg Cl/l. Nejvyšší koncentrace byly naměřeny v jezerech, které obsahují vysoké množství výživných látek. Mezi parametry, které ovlivňují reakce vyplývající z vytváření organochlorovaných sloučenin během desinfekce chladicí vody, by mělo být zmíněno toto: humická nebo fulvická koncentrace; koncentrace volného chloru; doba reakce; hodnota pH prostředí; teplota reakce; přítomnost amoniových (kati)iontů. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
285
Příloha XII Tyto komplexní reakce mohou být modelovány a jejich platnost může být ověřena měřeními, která se provedou přímo na předmětných místech. Výsledkem chlorování průtočných (chladicích) soustav není významné zvýšení organochlorovaných sloučenin. Ve skutečnosti jsou doby kontaktu krátké, nanejvýš 10 minut, a koncentrace volného chloru jsou nízké. Podle použitých metod chlorování se hodnoty koncentrace POX a AOX, naměřené ve špičkovém stavu, pohybují v rozsahu 0 μg Cl/l až 10 μg Cl/l pro POX a v rozsahu 20 μg Cl/l až 150 μg Cl/l pro AOX. Tyto hodnoty odpovídají koncentracím volného chloru při zahrnutí vstřikování v rozsahu mezi 0,5 mg/l až 10 mg/l. Chlorování v uzavřeném okruhu cirkulačních (chladicích) soustav může vést k vyšším hodnotám koncentrace organochlorovaných sloučenin. Následující faktory zde hrají nejpříznivější roli: doba kontaktu je delší; recirkulace zvyšuje koncentraci prekurzorů (výchozích látek). Nicméně by měla být zmíněna ta skutečnost, že zvýšení hodnoty pH přidružené k odplyňování CO2 je příznivé pro vytváření POX. POX se snadno předává do ovzduší prostřednictvím chladicí věže. Za těchto podmínek se koncentrace POX zahrnují v rozsahu mezi 0 μg Cl/l až 10 μg Cl/l a koncentrace AOX v rozsahu mezi 200 μg Cl/l až 2 500 μg Cl/l. Pro koncentrace volného chloru při zahrnutí vstřikování v rozsahu mezi 5 mg/l až 25 mg/l a časů setrvání, které se pohybují v rozsahu mezi 2 hodinami až 70 hodinami. Nicméně mělo by být poznamenáno, že přítomnost nízké koncentrace iontu amonia v přírodní vodě může značně snížit koncentrace POX a AOX. Ve skutečnosti kinetika reakce chloru NH4+ je rychlejší, než kinetiky reakcí, které se uskutečňují mezi sloučeninami chloru a aromatickými sloučeninami.
XII.3.5 Jiné možné škodlivé účinky vyplývající z volby některých chladicích soustav Použití chladicích věží s přirozeným tahem, s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu tlačnými ventilátory, a hybridních chladicích věží, nebo taky suchých kondenzátorů a chladicích věží, umožňuje značně redukovat požadavky na průtok vody požadovaný pro elektrárny a následně na to omezit možný dopad na vodní prostředí. Nicméně existence chladicích soustav na předmětném místě může představovat jiné problémy. Vztahuje se to zejména na problémy estetiky a problém hluku mokrých chladicích věží. V případě suchých chladicích věží a kondenzátorů existuje, kromě dvou výše zmíněných aspektů, taky možnost rozptylování produktů koroze z povrchu teplosměnné plochy do vzduchu, a to zejména tehdy, když jsou výměníky tepla sestaveny z žebrovaných trubek zhotovených z pozinkované oceli. Chladicí věže s přirozeným tahem, jejichž jednoduchý tvar není všeobecně vzato nepříjemný, jsou nicméně konstrukce, které je možno vidět z velké dálky, a které nemohou být skryty ve velmi ploché krajině. Na druhé straně mokré chladicí věže s umělým tahem nebo hybridní chladicí věže, jejichž estetičnost je sama o sobě mnohem více sporná resp. diskutabilní, představují výhodu, která spočívá v tom, že jsou všeobecně vzato nižší, než hlavní část elektrárny. Nicméně na druhé straně se požaduje uvádět porovnávací faktory mezi různými technologiemi, poněvadž mnohé může záviset na předpokladech provedených výrobci při poskytování údajů o cenách/nákladech. Podobné poznámky mohou být specifikovány pro suché chladicí věže a vzduchem chlazené kondenzátory. Nicméně účinek velikosti je zde mnohem významnější. Je to proto, že nízké vlastnosti resp. schopnosti vzduchu z hlediska výměny tepla vyžadují mnohem větší konstrukce. Kromě toho, v případě chladicích soustav s umělým tahem je příkon požadovaný pro dodávku vzduchu kolem 2 % čistého elektrického výkonu předmětné jednotky. Pro stejný tepelný výkon, který má být rozptýlen, je proto vliv/účinek velikosti třikrát větší, než je velikost požadovaná pro případ mokrých chladicích věží a kombinovaných chladicích soustav. 286
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII Určitý škodlivý účinek, který může být způsoben chladicí soustavou, spočívá v emisi hluku v místě přivádění a odvádění vzduchu. Dokonce i v případě mokré chladicí věže s přirozeným tahem může hladina zvuku dosáhnout hodnotu 60 dBA ve vzdálenosti 100 m. V případě mokré chladicí věže s umělým tahem a hybridní chladicí věže vychází hladina hluku na asi 70 dBA při stejných podmínkách. Tato hodnota je blízká hodnotě hluku pro vzduchem chlazené kondenzátory, která je 80 dBA.
XII.4 Předběžná studie míst: nezbytný nástroj pro vyhodnocení jejich přijímací kapacity, omezování dopadů a prevence škodlivých účinků XII.4.1 Analýza situace Zdroj chladu (resp. „studený zdroj“) je jedním z určujících prvků při volbě (předmětného) místa. Toto je důvod, proč se věnuje velká pozornost ve velmi počáteční etapě environmentálním problémům souvisícím s chlazením elektrárny. Jak už bylo zmíněno výše, může existovat několik druhů těchto problémů: •
ohřev vody průtočnými soustavami;
•
vliv na jakost vody a na vodní organismy v případě mokrých chladicích věží;
•
vliv na jakost vzduchu v případě suchých chladicích věží;
•
meteorologické účinky, vypouštění chemických látek a problémy s hlukem bez ohledu na přijatý resp. realizovaný způsob chlazení.
Konstruktér není bezmocný, když řeší problémy, před které je postaven. Poznatky získané z mnoha pozorování uskutečněných v blízkosti existujících elektráren vytváří solidní experimentální základnu, která slouží pro efektivní orientaci studií, které mají být provedeny před instalací nové elektrárny.
XII.4.2 Matematické modelování, simulace na modelech a zkoušky na pilotních cyklech, první nezbytné nástroje Zájem o numerické modely byl již zmíněn v případě předpovídání tepelných změn v blízkém poli, stejně tak jako ve vzdáleném poli. Pro blízké pole jsou použity velmi sofistikované nástroje k popisu podmínek zřeďování při vypouštění tepla. Tyto nástroje jsou použity na lokální úrovni vypouštění. Tyto modely slouží k určení rozměrů výtokových konstrukcí na nejlepší možný rozsah, aby bylo zajištěno optimální a co nejrychlejší rozptýlení vlečky („plume“) teplé vody v přijímacím vodním prostředí (recipientu) a tím aby byl omezen její (environmentální) dopad na minimum (meteorologické a hydrobiologické údaje). Pro vzdálené pole jsou parametry, které musí být vzaty v úvahu, mnohem složitější. Vztahují se nejenom na charakteristiky, které jsou specifické pro recipient (přijímací vodní prostředí), ale taky na vypouštění, která pocházejí od jiných společností/firem. Pro zkoumání tohoto účinku byly vyvinuty mnohem složitější modely. Tyto modely berou v úvahu biologické parametry jakosti vody a berou v úvahu přítomnost chemických znečišťujících látek. Modely spojují (integrují) různé zdroje znečištění a poskytují posouzení odezvy vodních cest nebo jezer na tepelné a chemické poruchy nebo na nadměrný přísun výživných látek (eutrofikační jev). Existují taky jiné modely, které jsou používány pro simulování kumulativního (environmentálního) dopadu několika mokrých chladicích věží, instalovaných na stejném místě. Předpověď využívající numerické modely se musí spoléhat na údaje z předmětného místa a na experimentální znalosti. Tyto polní a laboratorní studie jsou požadovány pro definování a optimalizaci period úprav (chladicí vody) proti znečištění, nebo čištění (chladicích) soustav. Biologické studie umožňují poznat periody reprodukce ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
287
Příloha XII a fixace larev, stejně tak jako rychlost růstu hlavních biologických druhů. Tyto polní a laboratorní studie jsou dlouhodobé. Ve skutečnosti, pokud se jedná o oblast ekologie, analytické nástroje pro předpovídání ještě nebyly učiněny platnými v plném rozsahu. Pro stanovení režimu úpravy (chladicí vody) recirkulačních (chladicích) soustav jsou prováděny systematické zkoušky na pilotních cyklech. Účelem těchto zkoušek je na jedné straně vyznat se v rizicích tvorby kotelního kamene a na druhé straně definovat optimální režim úpravy (chladicí vody), stejně tak jako provozní instrukce. Mezi laboratorními studiemi je možné nalézt modelové simulace, jako je například zviditelnění jevu parní vlečky („plume“) a vlečky („plume“) teplé vody.
XII.5 Konstrukční provedení komponent a volba materiálů XII.5.1 Mokré chlazení Jak již bylo dříve zmíněno, existují tři typy problémů, se kterými je možné se setkat v mokrých chladicích soustavách: koroze; vytváření kotelního kamene; biologický vývin. Již po dobu mnoha let, a téměř přirozeně, byla volba materiálů používaných v chladicích soustavách elektráren orientována směrem k používání materiálů, které jsou odolné proti korozi. Je nutné zmínit se o tom, že tlak v kondenzátoru elektrárny je asi 35 mbar, ale může být nižší v jednotkách optimalizovaných k dosažení vyšší účinnosti – zejména, když jsou vhodné klimatické podmínky; nebo může být dokonce vyšší v případě, když jsou nepříznivé klimatické podmínky. Za těchto podmínek i nejmenší únik z trubek způsobený netěsnostmi vede k vnikání nečistot do cyklu voda-pára. Poškození vznikající těmito zásahy může být podstatné a může snížit účinnost jednotky, nebo může dokonce vést k jejímu zastavení. Za účelem zabránit vnikání neupravené vody do cyklu voda-pára vedla volba materiálů k vysoce odolným slitinám. V případě mořské nebo brakické vody je tedy téměř vždy používán titan. Pokud se jedná o říční vodu, kondenzátory jsou nejčastěji vybaveny trubkami zhotovenými z nerezavějící oceli 316L (nebo dokonce s vyšším obsahem Mo, pokud koncentrace iontů chloridu je vyšší než 100 mg/l), nebo trubkami z mědi, nebo někdy trubkami zhotovenými z titanu. Za účelem omezení tvorby usazenin (sedimenty a biologické výviny) v trubkách je stanovena minimální průměrná rychlost proudění v případě použití mědi na 1,8 m/s. V případě použití jiných materiálů, jako je nerezavějící ocel nebo titan, je maximální průměrná rychlost proudění mnohem vyšší. Volba průměrné rychlosti proudění je ve skutečnosti výsledkem optimalizace studeného konce („cold end?“), přičemž se bere v úvahu výkon požadovaný pro čerpání, který je funkcí rychlosti proudění v trubkách. Optimalizace pro trubky zhotovené z nerezavějící oceli nebo z titanu obvykle vede k rychlosti v rozsahu 1,8 m/s až 2,5 m/s. Trubkovnice bývají často zhotoveny z plátovacího materiálu, který je vyroben z uhlíkové oceli nebo titanu. Vhodný nátěr (epoxidový nebo ebonitový povlak) chrání stranu, která je v kontaktu s recirkulující vodou. Byla instalována v některých specifických případech zařízení pro katodovou ochranu mimo jiné k vyřešení problémů galvanické koroze. I když se jedná o bohaté slitiny, jako je nerezavějící ocel, mohou tyto slitiny být předmětem specifické koroze, jako je koroze pod usazeninami. K zabránění těmto jevům musí trubky zůstávat za všech okolností čisté. Tohoto cíle může být dosaženo dvěma způsoby: buďto průběžným vstřikováním rychle působících biocidů, obvykle se použije oxidační biocid, jako je například chlor; nebo průběžně probíhajícím mechanickým čisticím procesem. Existují různé mechanické čisticí procesy. Tyto procesy sestávají z injektáže kartáčů nebo koulí zhotovených z pěnového materiálu (porézních kuliček), které jsou průběžně rekuperovány a opětovně použity. 288
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII Je žádoucí redukovat použití chemických činidel působících na druhý roztok. K zabránění korozi nerezavějící oceli se doporučuje specifický postup pro konzervaci trubek, který se provádí během doby dlouhého uzavření/odstavení předmětného zařízení (předmětné instalace). Tato konzervace sestává z vypuštění, umytí a vysušení vnitřku trubek. Hlavní výměníky tepla pomocných/přídavných chladicích soustav jsou obvykle sestaveny z chladičů, které jsou zhotoveny z oceli, nebo z nerezavějící oceli. Vzdálenost mezi deskami kondenzátoru je relativně krátká, což někdy vede k zanesení. Nicméně tyto (chladicí) soustavy jsou provozovány podle jednoho ze dvou nebo podle dvou ze tří principů. Jinými slovy vyjádřeno, provoz jedné (chladicí) soustavy nebo dvou (chladicích) soustav je dostatečný k provádění chlazení pomocných/přídavných zařízení, přičemž přídavná (chladicí) soustava hraje úlohu bezpečnostního zajištění. Volba tohoto konstrukčního řešení slouží pro účely plánování operací periodického čištění. Tyto operace sestávají z odmontování nepoužívaného výměníku tepla a vyčištění desek kondenzátoru použitím tlakové vody. Konstrukce pro přídavnou vodu a výtokovou vodu, pro hlavní potrubí cirkulující vody a chladicí věže, jsou zhotoveny z železobetonu (vyztuženého betonu). Volba použitého cementu závisí na způsobu úpravy (chladicí vody), která má být akceptována pro cirkulující vodu. Takže v případě vakcinace kyseliny sírové je v některých případech nezbytné použít speciální cementy. Doporučuje se přidání popílku. V případě vysokých koncentrací kyseliny sírové se vyžaduje použití speciálních povlaků. Výplň chladicích věží je obvykle vyrobena z termoplastických materiálů. V průběhu výroby se často přidávají specifické výplňové materiály tak, aby výplně (chladicí věže) byly ohnivzdorné/žáruvzdorné. Riziko požáru ve výplních (chladicích věží) je vysoké především během uskutečňování operací údržby. Volba materiálů zabraňuje problémům souvisícím s asbestem, se kterým je možné se setkat ve výplních (chladicích věží) předcházejících generací. Kromě toho nedávné výzkumy ukázaly, že je možné podstatně zdokonalit termodynamické vlastnosti výplní (chladicích věží). Volba lehčích syntetických materiálů a zvýšených parametrů posloužily, při identických tepelných zatíženích, pro značné redukování velikosti chladicích věží. Nicméně na některých profilech, existujících v současné době, se projevila větší citlivost z hlediska (bio)znečištění a vytváření kotelního kamene. Jak je možné pozorovat, volba výplně (chladicí věže) závisí na několika faktorech. Více než úsilí o nalezení parametrů to jsou spíše jakost vody (přítomnost unášeného materiálu a tendence k vytváření kotelního kamene), které ovlivňují volbu profilu. Výrobci stále ještě mají uskutečnit značné množství pokroku ve vztahu k tomuto konkrétnímu hledisku. Ideální profil je samozřejmě takový, který zaručuje vysoké parametry, přičemž ale není velmi citlivý na (bio)znečištění a vytváření kotelního kamene. Standardní eliminátory unášení, které jsou běžně používány, umožňují omezit množství unášené vody strháváním (by „priming“) na hodnotu 0,01 % celkového průtoku, nebo ještě na nižší hodnoty. V případě zařízení, která jsou postavena v blízkosti hlavních pozemních komunikací, mohou tyto hodnoty být ještě dále redukovány. V tomto případě je nutné provést kompenzaci ztráty výkonnosti/kapacity. Separátory jsou taky zhotovovány z plastických materiálů. Část energie, která se spotřebuje pro čerpání, může být rekuperována instalováním chladicích věží, které jsou vybaveny rekuperátory umístěnými pod výplní (chladicí věže). Nicméně tyto chladicí věže jsou mimořádně citlivé na mráz/námrazu. Ještě před rozhodnutím se pro tuto volitelnou variantu je absolutně nutné uskutečnit studii lokálních klimatických podmínek.
XII.5.2 Hybridní chlazení Použití hybridních chladicích věží se doporučuje pro speciální podmínky předmětného místa. Základní resp. podstatnou charakteristikou hybridních chladicích věží je kombinace procesu odpařování s neodpařovacími procesy. Výsledkem je snížení relativní vlhkosti, čehož důsledkem je téměř úplné zmizení parní vlečky (resp. oblaků vodní páry) na výstupu z chladicí věže. Ve spojení s použitím umělého tahu je možné značně redukovat výšku (chladicí) věže. Investiční náklady jsou vyšší, než je tomu v případě mokré chladicí věže. Všeobecně vyjádřeno spotřeba energie souvisící s provozováním ventilátorů a vyšší teplota studeného zdroje mají za následek nižší účinnosti cyklů a vyšší spotřebu paliva. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
289
Příloha XII
XII.5.3 Suché chlazení Suché chlazení se používá převážně v regionech, kde je nedostatečný přívod (chladicí) vody. XII.5.3.1 Vzduchem chlazený kondenzátor s umělým tahem, který je vytvářen protlačováním vzduchu (Obrázek XII.9, Část XII.11) Uspořádání ve vzduchem chlazeném kondenzátoru je takové, že výfuková pára z parní turbíny je přiváděna do vzduchem chlazeného kondenzátoru (ACC) (= „Air-Cooled Condenser”), kde je pára distribuována přes větší počet trubek opatřených žebry. Chladicí vzduch je přes tyto trubky protlačován prostřednictvím ventilátorů. Teplo je z páry odnímáno přímo do ovzduší prostřednictvím trubek opatřených žebry, pára kondenzuje a proudí vlivem gravitace do kondenzační nádrže. Z kondenzační nádrže se vrací nazpět do kotle. Typické konstrukční provedení výměníku tepla je provedení s rámem ve tvaru písmena „A“ (kozlíkové provedení) (přičemž jsou taky možná jiná konstrukční provedení pro umístění potrubních částí, ventilátorů a ocelových konstrukcí). Velké suché kondenzátory mají tendenci k tomu, aby měly dlouhé a složité soustavy trubek s párou, které mohou způsobit problémy s usazováním a poklesem tlaku. K dosažení minimalizace tlakových ztrát v potrubní soustavě jsou svazky chladicích trubek obvykle umístěny v bezprostřední blízkosti haly, ve které se nachází turbína. Podle podmínek na předmětném místě je koncepce ACC technicky proveditelná tak, aby zahrnovala široký rozsah velikostí elektrárenských jednotek. Ve srovnání s mokrými chladicími soustavami je účinnost předávání tepla ACC do ovzduší relativně nízká, přičemž teplota opětně ochlazované vody je stanovena teplotou suchého teploměru. Tato soustava vyžaduje, aby byla navržena tak, aby bylo vyloučeno vytváření mrtvých oblastí nekondenzovatelnými plyny a tím aby bylo vyloučeno nebezpečí podchlazení kondenzátu nebo jeho zmrznutí. Konstrukční provedení svazku trubek taky vyžaduje, aby byly dostatečně robustní k umožnění periodického čištění vnějších povrchů vysokotlakou vodou za účelem udržování účinnosti a výkonu předmětného provozu. Nicméně tato metoda suchého chlazení s ACC předchází vzniku potřeby velkých chladicích věží, eliminuje vytváření parní vlečky a ve značné míře redukuje spotřebu chladicí vody. Přísná hluková omezení mohou být splněna zejména použitím ventilátorů a pohonů, jejichž hlučnost je nízká. Ve srovnání s nepřímými suchými chladicími soustavami ACC poskytuje větší teplotní rozdíl mezi kondenzující párou a chladicím vzduchem, a následně na to bude mít soustava ACC relativně menší povrch pro předávání tepla (resp. teplosměnný povrch). Soustavy nepřímého vzduchového chlazení, které mají dva procesy předávání tepla (tj. parní kondenzátor a vzduchem chlazený výměník tepla) by vyžadovaly kompenzaci buďto použitím většího chladicího povrchu a/nebo zvýšením průtoku chladicích vzduchu. Investiční náklady pro ACC budou nižší, než je tomu v případě nepřímé suché chladicí soustavy, protože do nákladů nepřímé suché chladicí soustavy budou muset být zahrnuty náklady na čerpadla pro recirkulující chladicí vodu a náklady na povrchové kondenzátory. Na druhé straně spotřeba energie pro pomocná/přídavná zařízení a požadavky na údržbu ACC s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu budou významně vyšší, než je tomu v případě suché chladicí věže s přirozeným tahem. XII.5.3.2 Vzduchem chlazený kondenzátor s přirozeným tahem (Obrázek XII.10, Část XII.11) Přestože charakteristiky umístění vzduchem chlazeného kondenzátoru s přímým chlazením, který je umístěn uvnitř chladicí věže s přirozeným tahem způsobí, že je realizovatelný tak, jako vzduchem chlazený kondenzátor s umělým tahem, který je vytvářen protlačováním vzduchu, nevýhodami jsou ty okolnosti, že výška konstrukce chladicí věže s přirozeným tahem bude větší a tím budou taky větší investiční náklady. Například náklady na samotnou chladicí věž, přívod velkých výfukových vedení páry do chladicí věže a větší požadovaná teplosměnná plocha, než je tomu v případě přirozeného tahu, mohou být pouze poloviční ve srovnání s náklady na chladicí věž s umělým tahem, který je vytvářen protlačováním vzduchu. 290
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII Výhody této soustavy ACC s přirozeným tahem by mohly zahrnovat: redukované/žádné emise zvuku (snad lépe „hluku“, pozn. překl.); redukovaná/žádná recirkulace vzduchu v důsledku vysoké konstrukce chladicí věže; žádná údržba ventilátorů, pohonů, nebo čerpadel pro cirkulující vodu; žádná spotřeba energie pomocných/přídavných zařízení pro kondenzaci páry. XII.5.3.3 Uzavřené recirkulační suché chladicí věže (Obrázek XII.11, Část XII.11) V suchých chladicích věžích proudí voda přes chladicí elementy v uzavřené (chladicí) soustavě. Odpadní teplo je přenášeno výhradně prouděním (konvekcí). Nedostatek rozptylování tepla prostřednictvím ztráty vznikající odpařováním vede k významnému zvýšení teploty chladicí vody a tedy k nízké účinnosti ve srovnání s mokrým chlazením. V případě suchého chlazení jsou možná dvě uspořádání proudění: chlazení, které má uzavřený okruh, s chladicími věžemi suchého typu, jako přímé chlazení, ve spojení s povrchovým? kondenzátorem; chlazení, které má uzavřený okruh, s chladicí věží suchého typu, jako přímé chlazení, ve spojení se vstřikovým kondenzátorem. Výhody suchého chlazení jsou tyto: žádné vytváření viditelné parní vlečky; jednoduchá specifikace a zkoušení chemických parametrů cirkulující chladicí vody; žádná potřeba přídavné vody během provozu, pouze náhrada možných ztrát v důsledku netěsností. Ve srovnání s mokrým chlazením má suché chlazení tyto nevýhody: značně vyšší investiční a provozní náklady; větší rozměry zastavěné plochy; větší vliv teplot okolního vzduchu (léto/zima) na výkonnost chlazení; provozování v zimním období vyžaduje zvláštní preventivní opatření proti tvorbě ledu v průběhu period nečinnosti (odstavení z provozu); tendence k znečišťování chladicích elementů vyžaduje použití účinného zařízení pro stacionární čištění.
XII.5.4 Chladicí věže s vypouštěním vyčištěných kouřových plynů (Obrázek XII.12, Část XII.11) V průběhu posledních let se ukázalo, že emise odsířených kouřových plynů přes chladicí věže (jako alternativní řešení emisí vypouštěných prostřednictvím komínů) v provozech, které spalují fosilní paliva, jsou výhodnější s ohledem na environmentální a ekonomické aspekty. Účinek odvádění kouřových plynů do vyšších oblastí ovzduší je v tomto případě dosažen v důsledku rozdílů v hustotě mezi směsí kouřové plyny/parní vlečka chladicí věže uvnitř chladicí věže a relativně studeným okolním vzduchem, a ne vysokou teplotou samotného kouřového plynu. Použitím této metody se dosáhne zvýšení účinnosti předmětné elektrárny. Provozy odsíření kouřového plynu elektrárenských provozů spalujících uhlí často pracují na základě principu mokrého odsířování. Mokré čištění ochlazuje horké kouřové plyny na teplotu mezi 50 ºC až 70 ºC. Pro emise těchto vyčištěných kouřových plynů cestou přes komín, které by byly bezproblémové a současně kompatibilní z environmentálního hlediska, je nutné provést jejich ohřev při využití další energie. Alternativní řešení opětného ohřevu je vypouštět čisté emise (kouřového) plynu přes chladicí věž s přirozeným tahem: až doposud byl tento princip používán výhradně pro mokré chlazení. Čisté plyny jsou přivedeny do chladicí věže nad výplní a tak jsou emitovány do ovzduší společně s parními vlečkami chladicí věže. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
291
Příloha XII Vnitřní strana pláště chladicí věže včetně horního kruhového nosníku musí být kompletně opatřena povlakem proti korozi. V průběhu přívodu vyčištěných kouřových plynů do chladicí věže může kondenzát, který je ve srovnání s betonem silně agresivní v důsledku jeho nízké hodnoty pH, proudit směrem dolů v plášti chladicí věže. Betonové části vnitřní konstrukce (chladicí věže), např. horní orámování nosné konstrukce výplně kanálových segmentů a svislý výtlak vody, musí být taky opatřeny povlakem, podobně jako vnitřní strana pláště. Ocelové části, například vedení nebo madla, která mohou přijít do kontaktu s kyselým kondenzátem vlečky, musí být zhotoveny ze speciální nerezavějící oceli. Kanály pro vedení vyčištěného (kouřového) plynu přivádějí vyčištěné (kouřové) plyny od budovy FGD 21 (odsiřovacího zařízení) do místa nacházejícího se uprostřed chladicí věže. Tento kanál může být přiveden do chladicí věže ve výšce výstupu FGD (vysoká elevace), nebo přímo nad vnitřní výplní chladicí věže (nízká elevace). Maximální průměr kanálu je kolem 8 metrů. Kanál pro vyčištěné kouřové plyny by měl být zhotoven ze skleněného vlákna vyztuženého vinylesterem nebo z ekvivalentního materiálu. Za tímto účelem mají být používány speciální chemicky odolné lisované materiály zhotovené na základě penakrylových pryskyřic, a jako výsledek textilního zpracování, speciální kyselinovzdorná vlákna zhotovená ze skla ECR. Vzhledem k vytváření kondenzátu uvnitř kanálu by kanál měl mít mírný spád ve směru k chladicí věži. Pro odvádění tohoto kondenzátu má být na kanálu pro vyčištěný kouřový plyn uvnitř chladicí věže instalováno výstupní zařízení, které odvádí kondenzát do vodní nádrže chladicí věže (nádrže vody ochlazené ve věži).
XII.6 Porovnání nákladů mezi různými typy chladicích věží Jsou tři hlavní druhy nákladových položek chladicích soustav: investiční náklady; náklady vztahující se ke spotřebě energie (tj. účinnost); a náklady na údržbu. V případě elektráren musí provozní náklady, které se vztahují k energii, vzít v úvahu finanční zisk, který je přidružen k rozdílům účinnosti mezi různými volitelnými možnostmi. Obecně se porovnání různých volitelných možností pro elektrárny provádí prostřednictvím sociologicko-ekonomické metody, která je založena na „aktualizované“ rovnováze s poměrem aktualizace, který se liší od jedné země k druhé zemi (například pro Francii 8 %, pro Německo a Itálii 5 %, pro Portugalsko to je 10 %.). Tato metoda je popsána v odkazu („Reference“) L. Caudron, „Les réfrigérants atmosphériques industriels“ ("atmosférické (vzduchové) průmyslové chladiče”), Collection de la Direction des Études et Rechérches d´Électricité de France, 1991. „Aktualizovaná“ rovnováha je složena z následujících položek: investiční náklady doplněné nepřímými náklady na technická řešení, které se pokládají za I; algebraické „aktualizované“ výdaje (údržba zařízení) a příjmy v provozu (produkce v průběhu odhadované doby životnosti/života « tf »); « Pi » je rovnováha výdajů a příjmů v roce « i », předpokládaná uprostřed roku. Rovnováha je reprezentována následujícím vyčíslením s použitím « α » jako poměru aktualizace: I + ∑ i=1 i=tf Pi/((1 + α) I-½) Při pozitivně vypočítaných nákladech je kritérium volby mezi různými řešeními nejnižší aktualizovaná rovnováha. ___________________ 21
Odsíření kouřových plynů (Flue Gas Desulphurisation; FGD)
292
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII V případě chladicích věží s umělým tahem lze předpokládat, že náklady na údržbu jsou velmi podobné, protože jsou převážně přidruženy k údržbě ventilátorů. Pokud se vezmou v úvahu první dvě kritéria a volba nejméně nákladného řešení jako odkaz, Tabulka XII.3 ukazuje, že mokrá (chladicí) soustava je mnohem ekonomičtější, než suchá (chladicí) soustava a že přirozený tah je ekonomičtější, než umělý tah. Z ekonomického hlediska by suché (chladicí) soustavy byly méně doporučitelné protože jsou nákladnější a mají větší vliv na cenu kWh. Znamená to, že suché (chladicí) soustavy mohou být doporučeny jenom v případě nedostatku (chladicí) vody. Tabulka XII.3: Porovnání různých typů recirkulačních chladicích soustav s dobou životnosti 25 let a poměrem aktualizace 8 % (studie pro jednotky EDF o výkonu 1 300 MWe) [L. Caudron, „Vzduchové průmyslové chlazení“, vydání Eyrolles] Typ soustavy chlazení Mokrá chladicí věž Mokrá/suchá Suchá chladicí věž chladicí věž Přirozený Tah vytvářený Tah vytvářený Přirozený Tah vytvářený tah sáním sáním tah sáním Přiblížení K (suchý vzduch 11 ºC/vlhký vzduch 9 ºC) Jmenovitý tlak kondenzace (mbar) Tepelný výkon (MWth) Dodávaný elektrický výkon (MWe) Příkon/výkon ventilátoru (MW) Příkon/výkon čerpadla (MW) Náklady na chladivo Náklady na „cold end“ Rozdíl ceny za kWh/náklady na kWh (%)
12,5
12,5
13,5
16
17
63
63
66
82
80
2 458 1 285
1 275
1 275
1 260
1 240
0 13 1 1 0
10 13 1,25 1,1 1,0
12 8 2,3 1,6 2,4
0 14 5,7 3,6 8,4
26 13 4,8 3,1 8,9
Tabulka XII.4: Porovnání mokrých chladicích věží a vzduchem chlazeného kondenzátoru s dobou životnosti 20 let a poměrem aktualizace 8 % pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem Typ chladicí soustavy Průtočná Mokrá chladicí věž Kondenzátor chlazený vzduchem Přirozený tah Tah vytvářený sáním Přiblížení K (suchý vzduch 11 ºC/vlhký vzduch 9 ºC) Jmenovitý tlak kondenzace (mbar) Tepelný výkon (MWth) Rozdíl dodávaného elektrického výkonu (MWe) Výkon/příkon ventilátoru a čerpadla (MW) Celkový rozdíl elektrického výkonu v (MEuro) Rozdíl v nákladech na spotřebu vody (MEuro) Rozdíl v nákladech na chladicí soustavu v (MEuro) Náklady na chladicí soustavu Celková rovnováha nákladů (MEuro)
/
≈8
≈8
≈ 29
34
44
44
74
290 + 0,96
290 0
290 0
290 - 1,8
1,9
1,95
3
5,8
- 4,7
- 2,9
0
12,6
- 8,9
- 8,9
0
0
- 3,0
1,9
0
8,9
0,82 - 16,5
1,11 - 1,0
1 0
1,54 12,6
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
293
Příloha XII Totéž porovnání může být provedeno pro provozy s kombinovaným cyklem. V Tabulce XII.4 je uvedeno, že suché (chladicí) soustavy jsou opět dražší, než mokré (chladicí) soustavy, ale rozdíl je zde menší, než v případě konvenčních elektráren. Rozdíl mezi umělým a přirozeným tahem je malý a je více nebo méně porovnatelný. Mokrým (chladicím) soustavám se dává přednost před suchými (chladicími) soustavami. V této tabulce nejsou vzaty v úvahu náklady na údržbu, případné poplatky za průtoky přídavné vody nebo odkalované vody a náklady na chemické produkty, které jsou zapotřebí pro úpravu (chladicí) vody, což může podcenit odhad nákladů na mokré (chladicí) soustavy, nebo odhadnout příliš vysoko náklady na suché chlazení. Takže suché (chladicí) soustavy mohou být doporučeny v závislosti na ceně (chladicí) vody a nákladech na úpravu (chladicí) vody pro mokré (chladicí) soustavy, nebo vezme-li se v úvahu životnost předmětného provozu, kde kratší doba životnosti snižuje rozdíly mezi suchými a mokrými (chladicími) soustavami. Důležitým faktorem při cenových porovnáváních je účinnost nebo spíše ztráta účinnosti v důsledku chlazení při použití méně účinné chladicí soustavy. Tato ztráta se měří pomocí bezrozměrného součinitele energie-teplota kWth/MWth na stupeň rozdílu teplot chladicí vody (tj. na chladicí pásmo 1 K). Tento součinitel je odvozen v následujícím teoretickém příkladu [Paping, osobní připomínky]. Z definice, že 100 mbar páry 530 ºC se rovná 3451 kJ/kg vyplývá (použitím Molierova diagramu), že: 50 [mbar] 32,7 [ºC] 2 110 [kJ/kg] 60 [mbar] 35,6 [ºC] 2 130 [kJ/kg] 70 [mbar] 38,8 [ºC] 2 150 [kJ/kg] Výše uvedené podtlaky a jim přidružené kondenzační teploty jsou taky vztaženy k průměrné teplotě chladicí vody v Evropě, která je 15 ºC, společně se zvýšením teploty chladicí vody v samotném kondenzátoru o 10 ºC. Při zahrnutí koeficientu přestupu tepla kondenzátoru bude kondenzát odváděn při celkové teplotě 30 ºC a při neoddělitelně přidruženém podtlaku kolem 43 mbar (viz Tabulku XII.3 a Tabulku XII.4). Takže k výpočtu součinitele energie-teplota pro zvýšené přívodní teploty chlazení se výpočet zahajuje při 50 mbar. Účinnost se vypočítá podle Carnotova cyklu, ze kterého vyplývá účinnost, která je v souladu s běžně používanou hodnotou 40 % pro konvenční elektrárny: při 50 mbar = (3 451 – 2 110) / (3 451 – 4,18 * 32,7) x 100 = 40,4609 % při 60 mbar = (3 451 – 2 130) / (3 451 – 4,18 * 35,6) x 100 = 40,0037 % při 70 mbar = (3 451 – 2 150) / (3 451 – 4,18 * 38,8) x 100 = 39,5583 % Minimální ztráta účinnosti vyjádřená na stupeň teplotního rozdílu v podmínkách ideálních (termodynamických) okolností je: rozdíl účinnosti mezi 50 mbar a 60 mbar = 4,572 ‰ na 2,9 K rozdílu rozdíl účinnosti mezi 60 mbar a 70 mbar = 4,454 ‰ na 3,2 K rozdílu rozdíl účinnosti mezi 50 mbar a 70 mbar = 9,026 ‰ na 6,1 K rozdílu Ztráta účinnosti může být dále vyjádřena s ohledem na celkovou účinnost a na K: 4,572 ‰ / (2,9 K * 0,4) = 3,9 kWth/MWth na K rozdílu 4,45 ‰ / (3,2 K * 0,4) = 3,5 kWth/MWth na K rozdílu 9,026 ‰ / (6,1 K * 0,4) = 3,7 kWth/MWth na K rozdílu Z tohoto zjednodušeného výpočtu vyplývá, že pro účinnost kolem 40 % mohou být ztráta nebo zisk na stupeň teplotního rozdílu chladicí vody odhadnuty použitím součinitele 3,5 kWth/MWth na K. 294
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII
XII.7 Volba alternativních metod úprav cirkulující vody – monitorování Jak už bylo dříve uvedeno, problémy koroze v chladicích soustavách elektráren vznikají zřídkakdy. Z tohoto důvodu použití produktů inhibitoru koroze pro chladicí soustavy ochlazované neupravenou vodou není nutné. XII.7.1 Úprava proti tvorbě kotelního kamene V případě mokré chladicí soustavy je recirkulace chladicí vody prakticky jediným způsobem, jak redukovat vypouštění tepla do vodního prostředí. Tento postup má za následek zvýšení hodnoty koeficientu koncentrace (Tabulka XII.5). Toto řešení se často používá pro elektrárny, které jsou umístěny na vnitrozemských vodních cestách a v ústích řek. Tato koncentrace má tendenci k tomu mít za následek srážení solí vápníku, které nejsou příliš rozpustné: jedná se o uhličitan, síran, fosforečnan. Vodní kámen, se kterým je možné se běžně setkat, je uhličitan vápenatý. Usazuje se na trubkách kondenzátoru a ve výplních chladicích věží, což vede k snižování účinnosti. Obvykle se používají dvě techniky prevence pro zabránění srážení uhličitanu vápenatého v chladicích soustavách elektráren. Jednou z těchto preventivních technik je změkčování přídavné vody vápnem a druhou preventivní technikou je vakcinace cirkulující vody kyselinou sírovou nebo kyselinou chlorovodíkovou. Tabulka XII.5: Vztah mezi koeficientem koncentrace, průtokem odebírané vody a energií vypouštěnou do přijímacího vodního toku (recipientu) (individuální příklad)
Koeficient koncentrace
Průtoky odebírané vody (m3/h)
Energie vypouštěná do přijímacího vodního toku (%)
1
36 000
100
1,2
3 600
8,3
1,3
2 600
5,5
1,4
2 100
4,2
1,5
1 800
3,3
2,0
1 200
1,7
3,0
900
0,8
4,0
800
0,5
5,0
750
0,4
6,0
720
0,3
V rozsahu mezních hodnot stanovených předpisy se používají pouze organické inhibitory vytváření kotelního kamene, pro které existují ekologicko toxikologické údaje. Jejich použití je mimořádně omezováno. V současné době platné ekologicko toxikologické údaje jsou skutečně často nedostatečné. Kromě toho tyto látky, které jsou vypouštěny do přijímacího vodního toku (recipientu), mohou narušit operace úpravy vody pro průmyslové provozy, které jsou umístěny po proudu vodního toku dále od místa vypouštění. Elektrárny umístěné na pobřeží jsou obvykle ochlazovány průtočnou (chladicí) soustavou. Za účelem snížení tepelného zatížení mohou být instalovány chladicí věže provozované na základě následného ochlazování. Tato volba bude záviset převážně na lokálních podmínkách (přílivy a odlivy, směšování (vod), atd.). Na druhé straně provoz s recirkulací mořské vody je výjimečný. Ve skutečnosti mohou vysoké hodnoty koeficientu koncentrace způsobit srážení značného množství solí (uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, síranu barnatého, atd.). Přestože je možné zabránit vytváření uhličitanu vápenatého přidáváním kyseliny, totéž popravdě neplatí pro jiné soli, které mohou být stabilizovány pouze použitím organických inhibitorů (fosfonáty, polyakryláty, kopolymery, atd.). ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
295
Příloha XII
XII.7.2 Úpravy proti znečištění (biocidy) Nedávno provedený přehled zkušeností získaných v Evropě pokud se jedná o metody redukování biologického znečištění umožňuje sestavit následující závěry: Mechanické čištění (chladicích) soustav a filtrace vody jsou nejobvykleji používané procesy. Do těchto procesů se zahrnuje nepřetržité/průběžné čištění trubek kondenzátorů koulemi z pěnové pryže nebo kartáči, ruční resp. manuální čištění, použití škrabek na česle, filtrů nebo sít s různými šířkami. Pro úpravu průmyslových (chladicích) soustav proti znečištění se pravidelně používají taky tři další fyzikální metody. Do těchto metod se zahrnuje: •
udržování dostatečně vysokých rychlostí (proudění chladicí vody) k tomu, aby se zabránilo přichycení organických organismů (v > 2 m/s); toto doporučení se v současnosti používá v širokém rozsahu;
•
zvýšení teploty, které sestává ze zvýšení teploty chladicí vody nad 40 ºC po dobu několika tuctů minut; tato technika eliminuje přichycené organismy (slávky/mušle), ale nicméně vyžaduje vhodné konstrukční provedení chladicích soustav;
•
netoxické povlaky a nátěry, které redukují uchycování organismů, zesilují účinek rychlosti (proudění chladicí vody) a usnadňují čištění; nicméně tyto (netoxické) povlaky (a nátěry) jsou nákladné a musí být obnovovány každé 4 roky až 5 let.
Někdy se používají další techniky, zejména tyto: •
vysoušení;
•
instalování specifických filtrů (filtrů zachycujících slávky/mušle).
Fyzikální metody mohou být používány jak v případě mořské vody, tak i v případě měkké vody. V některých případech se používá nechemická úprava použitím UV. Chemická úprava se může použít v případech, kdy fyzikální metody nejsou vhodné, nebo jejich výsledky jsou nedostatečné. Existují oxidační produkty, chlor, monochloramin, ClO2 a ozon, které mohou být použity jako úpravy proti znečišťování. Některé odbouratelné/rozložitelné organické sloučeniny, které jsou použitelné přerušovaným způsobem a které jsou netoxické v recipientu (přijímacím prostředí), mohou být jako alternativní řešení pro chlorování. Z těchto sloučenin se jeví některé aminové polymery vytvářející povlaky/filmy jako slibné chemikálie působící proti korozi, ale úprava použitím síranu železnatého je doposud účinnějším řešením.
XII.7.3 Monitorování Při daných hodnotách průtoků (tj. množstvích proteklých za jednotku času) chladicích soustav elektrárny není možné uskutečňovat provoz bez moderního monitorovacího a řídicího systému. Tato úvaha je aplikovatelná jak pro problémy souvisící s tvorbou kotelního kamene, tak i na problémy souvisící s biologickým vývinem/růstem. K zabránění tvorby kotelního kamene je regulace vstřikování kyseliny do cirkulující vody obvykle předmětem průběžného monitorování fyzikálních a chemických parametrů, jako jsou např.: alkalita (zásaditost), vápenná tvrdost, vodivost, teplota na výstupu z kondenzátoru. Počítač používá tyto různé parametry jako základ pro výpočet specifického indexu tvorby kotelního kamene a porovnává výsledky tohoto výpočtu s instrukcemi pro provoz. Pokud to je nutné, regulátor upraví průtok vstřikovacího čerpadla. Na vysoce rizikových místech jsou taky zavedeny přesnější kontrolní metody. Tyto se vztahují především na měření kritické hodnoty pH 4 a na jiná monitorování tvorby kotelního kamene. Pokud jde o sledování biologických vývinů/růstů, existuje mnoho typů snímačů, a jsou taky implementovány resp. zavedeny v praxi. Měly by být zmíněny v této souvislosti biologické monitory a elektrochemické snímače. Je žádoucí realizovat kontrolu jakosti vypouštěné vody za účelem monitorování takových parametrů, jako je teplota, koncentrace kyslíku, pH, vodivost, atd. 296
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII
XII.8 Konstrukční provedení soustavy chlazení Jako neopomenutelný požadavek by mělo být uznáno to, že převzetí vodních chladicích soustav v daném místě může být výsledkem spolupráce mnoha rozdílných faktorů. Nejsamozřejmějším faktorem jsou charakteristiky, které jsou specifické pro předmětné místo. XII.8.1 Konstrukční provedení a rekuperace energie Termodynamický cyklus v konvenčních tepelných elektrárnách vytváří celkovou účinnost zařízení. Ekonomizér, zařízení pro přehřívání a zařízení pro opětné přihřávání optimalizují provoz kotle. Nízkotlaké a vysokotlaké zařízení pro přehřívání zvyšují teplotu napájecí vody rekuperací části energie odejmuté pomocí odběru páry. Za účelem redukování spotřeby elektrické energie pomocných/přídavných zařízení se taky používají čerpadla pro napájecí vodu poháněná turbinou, přičemž je do nich taky dodávána odebraná pára. Vzduch pro spalování je předtím, než je přiveden do kotle, taky ohříván v ohřívačích vzduchu.Všechna tato zařízení mají jediný cíl: snížit ztráty energie cyklu. Ztráta energie v kondenzátoru se řídí podle termodynamických zákonů. Pokud je možno v chladicích soustavách dosáhnout energetických zisků, je to dosaženo zejména na úrovni konstrukčního řešení a z toho vyplývajících zvolených možností, která to umožňují dosáhnout. Je možno použít některá jedinečná (zlatá) pravidla: • omezit počet čerpadel; • předcházet použití chladicích věží s umělým tahem; • pokud je potřebné použít chladicí věž, dává se přednost použití mokré chladicí věže před rekuperačními soustavami (rekuperátory); • pokud jsou dekoncentrační průtoky dostačující, instaluje se na dekoncentračním odkalování hydraulická rekuperační turbina; • tam, kde průtoky nemusí být konstantní, použijí se na čerpadlech nebo ventilátorech měniče frekvence. Z těchto pozorování proto vyplývají následující závěry: • • •
dvě soustavy čerpadel jsou dostačující, jedna pro dodávání vody do přídavné/pomocné chladicí soustavy, druhá pro dodávání vody do hlavní chladicí soustavy; pokud průtočné chlazení není možné, měly by mokré chladicí věže s přirozeným tahem být preferovány před jinými soustavami chlazení; jsou tedy možná dvě schémata (Obrázek XII.13 a Obrázek XII.14 v Části XII.11) a umožňují eliminovat teplo z pomocných/přídavných (chladicích) soustav přes chladicí věž.
XII.8.2 Konstrukční provedení a opatření pro redukování hluku Redukování hluku chladicích soustav může být provedeno různými způsoby: • instalací, resp. umístěním protihlukových stěn okolo chladicích věží; • úpravou reliéfu předmětného místa (zalesněné svahy); • volbou ventilátorů s nízkým hlukem; • využitím protihlukových panelů. Tato různá řešení obvykle umožňují splnit přísné požadavky na omezování hluku.
XII.8.3 Implementace fyzikálních metod Přímo od etapy konstrukčního řešení je absolutně nutné přemýšlet o možnostech (resp. reflektovat na možnosti) implementace fyzikálních metod, zejména pokud se jedná o zabránění biologickým vývinům/růstům. Toto se týká zejména následujících položek: • • •
záruka přiměřené rychlosti (proudění) ve všech částech (chladicí) soustavy; instalování nepřetržitého/průběžného čištění na všech výměnících tepla, všude tam, kde to je z technického hlediska možné; poskytování filtrů k zachycování slávek (jedlých)/mušlí na rizikových místech;
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
297
Příloha XII •
takové konstrukční provedení (chladicích) soustav, aby bylo možné uskutečňovat ruční/manuální čisticí operace při normálních provozních podmínkách (střídavý provoz výměníku tepla);
•
takové konstrukční provedení (chladicích) soustav, které umožní zvýšit teplotu vody pomocí obtoku (by-pass) přímo upraveného v chladicí věži;
•
v mokrých chladicích s přirozeným tahem upřednostňovat použití výplně s vhodným povrchem a/nebo vhodnou konstrukcí za účelem redukování znečištění; periodické čištění by mělo být volitelnou možností, např. v případě vysokého obsahu pevných/tuhých látek v použité chladicí vodě.
XII.8.4 Modelování a pilotní zkoušky Účelem modelování je studovat jakékoliv fyzikálně chemické dopady a upravit zařízení takovým způsobem, aby tyto dopady byly v největším možném rozsahu redukovány. Zvláště důležité je studovat: •
odebírání a vypouštění vody;
•
vizuální aspekty předmětného místa;
•
vývin parních vleček;
•
tepelné a chemické dopady na přijímací prostředí (recipient).
Cílem zkoušek pilotních cyklů je definovat optimální úpravu chladicí vody jak z hlediska vytváření kotelního kamene, tak i z hlediska jakýchkoliv biologických vývinů/růstů. Aby takové zkoušky mohly být uskutečněny, instalují se na předmětném místě pilotní zařízení, která jsou reprezentativní pro skutečné komerční provozní podmínky na dobu až jeden rok. Všeobecně vzato tato pilotní zkouška by měla trvat po dobu, jejíž minimální délka je taková, která umožňuje integrovat odchylky jakosti chladicí vody, které vznikají v důsledku sezónních rozdílů. Toto poslouží taky pro posouzení možností některých volitelných případů v reprezentativním měřítku (příklady: volba výplně chladicí věže, volba slitin, atd.).
XII.8.5 Volba chladicí soustavy Volba typu chladicí soustavy, jak je možno pozorovat na základě předchozích analýz, v podstatě závisí na lokálních podmínkách specifických pro předmětné místo. Proto je mimořádně resp. extrémně obtížné a nemusí být vhodné nabízet výhradní/jedinečné doporučení. Logický rozhodovací diagram (pro volbu chladicí soustavy) (Obrázek XII.15, Část XII.11) poskytuje představu o všech možných případech, o které se jedná. Z energetického stanoviska je mokré chlazení (průtočné chlazení, a pokud to je nutné, s mokrou chladicí věží) zdaleka nejekonomičtější řešení, kombinované s ekologickými výhodami úspory energie a zabránění emisím spalin resp. kouřových plynů. Ať už je mokré chlazení realizováno použitím techniky průtočného chlazení, nebo prostřednictvím cirkulující chladicí soustavy, energetická vyváženost pro toto řešení je příznivá. Je samozřejmé, že o takovém mokrém chlazení je možno uvažovat pouze tehdy, jestliže přijímací vodní cesta (tzn. recipient) je schopna přizpůsobit se takovému řešení. V rozsahu udržitelného managementu vodních zdrojů je absolutně podstatné, aby tato záležitost byla pečlivě prozkoumána, a to zejména při současném vzetí do úvahy budoucích vývojových tendencí. Dlouhodobé modelování, integrování statistických údajů jsou nutným nástrojem pro odhad a posouzení environmentálních dopadů. Pro tento základní přístup je podstatné, že je nutno provést volbu režimu chlazení, koeficientu koncentrace, a veškerých úprav.
XII.9 Závěry Přístup BAT pro chladicí soustavy nových tepelných elektráren vyžaduje uskutečnit celou řadu úvah v těchto záležitostech:
298
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII 1.
potřeba uskutečnit předchozí studie vztahující se na podmínky předmětného místa;
2.
volba materiálů odolných proti působení koroze pro teplosměnné povrchy kondenzátorů a chladicích věží;
3.
implementace lokální ochrany (nátěry, katodická ochrana, atd.);
4.
redukování spotřebičů energie (ventilátory, čerpadla);
5.
instalování protihlukových soustav (stěny, panely, úpravy reliéfu předmětného místa (viz „zalesněné svahy“ zmíněné výše, pozn. překl.), atd.), nebo volba řešení, která mají za následek nižší emise hluku (ventilátory s nízkým hlukem);
6.
optimalizace použití činidel pro úpravu (chladicí vody) a zavedení zařízení pro biologické monitorování, zařízení pro chemické monitorování a kontrolních zařízení;
7.
studie (chladicích) soustav tak, aby byly schopny uskutečnit operace zvýšení teploty;
8.
konstrukční provedení přívodů vody za účelem omezení nasávání živých organismů;
9.
kontrola jakosti výtoků vody (teplota, kyslík, atd.) odtokovým kanálem.
Výše uvedené položky 3, 4, 5, 6 a 9 jsou taky relevantní pro již existující elektrárny, protože se vztahují na způsob, jakým je předmětný provoz provozován a udržován. Ostatní záležitosti se vztahují na posouzení předmětného místa, které je v případě již existujících zařízení danou skutečností. Ve vztahu k těmto položkám může výsledek vyhodnocení v případě již existujících zařízení vést k podstatné změně v konstrukčním provedení již existujících chladicích soustav, která je obecně vzato nákladná a pravděpodobně by nebyla finančně efektivní. V takových situacích doba amortizace zařízení (výměníku tepla, přívodní konstrukce (vody)) ovlivní jakoukoliv možnou změnu, která vyplývá z posouzení předmětného místa. Na základě zkušeností lze konstatovat, že není možné očekávat objevení žádného jednoduchého řešení. Každý případ je specifický a závisí, například, na cyklu elektrárny. V případě jednotek s recirkulačními (chladicími) soustavami bude volba úpravy vody záviset na zvoleném koeficientu koncentrace, maximálních teplotách a na jakosti odebírané vody. Totéž platí pro případ boje proti biologickým vývinům/růstům. I když makroorganismy mohou obecně být eliminovány tepelnými šoky, toto řešení nemůže být použito pro eliminování biofilmu. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
299
Příloha XII
XII.10 Literatura -B. Vincent, "Využití a udržování zdroje studené vody", Všeobecná nukleární revue, číslo 3, strany 247 až 257, květen/červen 1986. -R. Gras a J. Jacquet, "Problémy životního prostředí spojené se zdrojem studené vody tepelných elektráren", Letní škola mechaniky tekutin, 353 až 393, 6. až 10. října 1975. -H.A. Jenner, C.J.L. Taylor, M. Van Donk, M. Khalanski, "Vedlejší produkty chlorování v chlorované chladicí vodě některých evropských přímořských elektráren", Námořní výzkum životního prostředí, svazek 43, číslo 4, strany 279 až 283, 1997. -R. Ambrogi, "Environmentální dopad biocidní úpravy a úpravy proti znečištění oxidem chloričitým". Pojednání uvedené na prvním evropském symposiu o oxidu chloričitém. Collana ambiante, svazek 17, strany 119 až 132, Řím, 1996. -L. Duvivier, "Studie různých postupů při odstraňování usazenin (resp. kotelního kamene) chladicích okruhů elektráren", diplomová práce na Katolické univerzitě v Louvain, Fakulta aplikovaných věd, červen 1988. -G. Gutner, "Suché a smíšené (snad „hybridní“. pozn. překl.) vzduchové chlazení", Letní škola mechaniky tekutin, strany 60 až 6, 6. až 10. října 1975. -Pojednání: Konference o chladicích věžích a pokrokových/vyspělých/moderních chladicích soustavách, EPRI TR-104867, únor 1995. -L. Duvivier, "Koncentrace a kondicionování povrchových vod uvnitř chladicích atmosférických okruhů ve velkých tepelných elektrárnách", 36. mezinárodní dny časopisu CEBEDEAU, strany 205 až 234, Liege, 25. až 27. května 1983. -Deleval, Duvivier, Hosdain, "Boj s usazeninami v chladicích okruzích elektráren", 9. mezinárodní symposium Sdružení pro hydraulický výzkum o chladicích věžích a rozstřikovacích (chladicích) nádržích/rybnících, Institut von Karman, 20. až 23. září 1994. -L. Duvivier, "Všeobecné úvahy vztahující se k problému usazenin v chladicích průmyslových okruzích", Pojednání Journées Information Eaux, svazek 1, strany 311 až 3111, 18. až 20. září 1996. -H.A. Jenner, J.P.M. Mommen, "Trojhranné slávky (mušle) a problémy nárůstu", H2O, 18. ročník, číslo 1, strany 2 až 6, 1985. -Návod pro životní prostředí bez radioaktivity – Protokol o masivním chlorování chladicích látek (resp. chladiv), Francouzské elektrárenské podniky (EDF) SPT, Oddělení bezpečnosti – Ochrana před radiací – Životní prostředí, červenec 1984. -Aprosi, Bidard, Nepveu de Villemarceau, "Experiment o využití poznatků o chladicích zařízeních ve francouzských elektrárnách: Hydrobiologie – chemie vody", Všeobecná nukleární revue, číslo 5, strany 425 až 429, září/říjen 1986. -Rook, "Vytváření haloformů v průběhu chlorování přírodních vod", Úprava a kontrola vody, 23 (část 2), 234, 1974. -Bellar, Lichtenberg, Kroner, "Výskyt organických halogenidů v chlorovaných pitných vodách", JAWWA, 66, 73, prosinec 1974. -Amy a jiní, "Vyhodnocení příspěvku prekurzorů THM z vypouštění v zemědělství", JAWWA, 57 až 64, leden 1990. 300
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII -G. Asplund, A. Grimvall, "Organické halogenované látky v přírodě – Rozsáhlejší výskyt, než se původně předpokládalo", Environmentální věda a technologie, 25, strany 1346 až 13450, 1991. -L. Duvivier, "Utváření a eliminování organických halogenovaných látek v průběhu dezinfekce vod", Doktorská práce aplikovaných věd, Katolická univerzita v Louvain, červen 1993. -C.T. Jafvert, R.L. Valentine, "Schéma reakcí pro chlorování amoniakální vody", Environmentální vědecká technologie, svazek 26, číslo 3, 1992. -Bilello, Singley, "Odstraňování trihalometanů kolonou s náplní a difúzním provzdušňováním" JAWWA, 62 až 71, únor 1986. -Munz, Roberts, "Rovnováhy fáze voda-vzduch těkavých organických roztoků", JAWWA, 62 až 69, květen 1987. -Isaac, Morris, "Rychlosti předávání aktivního chloru mezi dusíkatými látkami", Chlorování vody – Environmentální dopad a účinky na lidské zdraví, svazek 3, 1980. -Weil, Morris, "Kinetické studie chloraminů. Rychlosti vytváření monochloraminu, N-chlormetalaminu a N-chlorodimetylaminu", Časopis Am. Chem. Soc., svazek 71, 1979. -4 S.A. Hubbs a jiní, "Použití oxidu chloričitého a chloraminů jako alternativních desinfekčních prostředků v Louisville", Pojednání na AWWA semináři, konference AWWA strany 51 až 60, Atlanta, 15. června 1980. -Neden a jiní, "Porovnání chlorování a použití chloraminů pro omezování opětovného růstu bakterií", JAWWA, 80 až 88, červenec 1992. -"Elektrárna CHOOZ B1 B2 – Rozbor biologického znečištění – Celková zpráva", Zpráva LABORELEC CO3-800-95-005F/LDU/RVM, 22/03/05. -"CHOOZ B – Zkoušky na pokusné stanici. Kondicionování chladicí vody", Zpráva LABORELEC CO3/06578 - 1, 15/01/1991. -"Chladicí voda: Elektrárna v Seraing – Výsledky zkoušek na pokusné pilotní stanici", Zpráva Laborelec SER/ER/LD-CO3, 04/11/92. -"Chladicí voda: Elektrárna v Drogenbos – Výsledky zkoušek na pokusné pilotní stanici", Zpráva Laborelec DROG/ER/LD-CO3, listopad 91. -L.C. Neale, "Problémy chlazení tepelných elektráren – Studie fyzikálních modelů", Letní škola mechaniky tekutin, strany 159 až 180, 6. až 10. října 1975. -J.P. Benque, Matematické modely ošetření odpadního tepla", Letní škola mechaniky tekutin, strany 184 až 200, 6. až 10. října 1975. -J. Smitz, "Pégase – Plánování a řízení asanace vod", Regionální ministerstvo Wallonne, Celková zpráva, 1991. -Ernst, Winkler, "Proudová pole parních vleček chladicí věže v blízkém ovzduší jako výsledky matematického modelu", 9. Symposium o chladicích věžích a rozstřikovacích (chladicích) nádržích – Mezinárodní sdružení pro hydraulický výzkum, Institut von Karman, 20. až 23. září 1994. -„Směrnice pro chemické cykly pro fosilní provozy: Veškeré úpravy těkavými látkami", EPRI, TR-105041, duben 1996. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
301
Příloha XII -Mortensen, Conley, "Znečištění (fóliové) výplně vytvářející vodní film (povlak) v protiproudých chladicích věžích: Mechanismus a konstrukční provedení", Institut pro chladicí věže, Referát TP 1994-05, Houston, únor 13. až 16., 1994. -Montjoie, Noble, Mirsky, "Výzkum znečišťujícího povlaku (filmu)“, Institut pro chladicí věže, New Orleans, únor 17. až 19., 1993. -Duvivier, van Damme, Bolsée, "Volba výměnných těles pro chladicí věže a jejich vliv na usazování uhličitanu vápenatého", Pojednání uveřejněné v Journées Information Eaux („dny informace o vodě“), svazek 1, strany 371 až 3711, 18. až 10. září 1996. -Dedieu, "Experimentální studie usazování na výměnných tělesech používaných v průmyslovém chlazení" Doktorská práce INSA Toulouse, 05/06/97. -J.P. Fesson, "Le primage(základní/primární stav?) a separace v chladicích látkách (chladivech)", Letní škola mechaniky tekutin, strany 202 až 215, 6. až 10. října 1975. -G. Ribier, "Optimalizace tepelné kalkulace a stanovení jednoho vzduchového chlazení podle přirozeného výběru"; Letní škola mechaniky tekutin, strany 217 až 229, 6. až 10. října 1975. -Manoha, Lepeintre, Pechon, "Model TELEMAC-3D pro trojrozměrné vytékání: Nové perspektivy pro studie životního prostředí", Aplikovaná hydroekologie, díl 4, svazek 1, 13. až 20., 1992. -Nagel, "Nové vývojové aktivity ve vzduchem chlazených parních kondenzátorech a suchých chladicích věžích", 9. symposium o chladicích věžích a rozstřikovacích (chladicích) nádržích – Mezinárodní sdružení pro hydraulický výzkum, Institut von Karman, 20. až 23. září 1994. -van der Spek, "Pokrokové/vyspělé/moderní nízkohlučné chladicí ventilátory", 9. symposium o chladicích věžích a rozstřikovacích (chladicích) nádržích – Mezinárodní sdružení pro hydraulický výzkum, Institut von Karman, 20. až 23. září 1994. -Kosten, Wyndrum, „Mokré, suché a hybridní (chladicí) soustavy – Porovnání tepelného výkonu", Konference EPRI o chladicích věžích a moderních chladicích soustavách, Petrohrad, 3. srpna 1994. -Burns, Nicholson, Annett, Alexander, "Dopady retrofitu chladicích věží ve velké elektrárně", Konference EPRI o chladicích věžích a moderních chladicích soustavách, Petrohrad, 3. srpna 1994. -Lindahl, Jameson, "Redukce tvorby parní vlečky a uchování vody v mokré/suché chladicí věži", Konference EPRI o chladicích věžích a moderních chladicích soustavách, Petrohrad, 3. srpna 1994. -Gill a jiní, "Mechanický přístup k vývoji chemických roztoků pro znečištění (fóliových) výplní chladicí věže vytvářejících vodní film (povlak)", Konference EPRI o chladicích věžích a moderních chladicích soustavách, Petrohrad, 3. srpna 1994. -J.F. Commaille, "Perturbace způsobené uvolňováním usazených produktů v řekách a jejich následná fyzikálně chemická úprava", Doktorská práce, INSA, Toulouse, 25. října 1982. -L. Duvivier, "Eliminace usazování před jeho uvolněním. Důsledky v průmyslové oblasti", Tribuna časopisu Cebedeau, číslo 487 až 488, 37, 247 až 252, 1984. -"Monitorování slávky mnohotvárné (zebrované mušle) a návod pro omezování výskytu", EPRI TR-101782, prosinec 1992. 302
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII -Leyen a jiní, "Snížení makroznečištění: Komparativní studie o ozonu a o organických polymerech indukujících film (povlak)", 7. mezinárodní konference zaměřená na slávky mnohotvárné (zebrované mušle) a obtěžující vodní biologické druhy, New Orleans, leden 28. až 31., 1997. -Duvivier a jiní, "Potřebujeme chlor pro úpravu vody?", Pojednání přednesené na Evropském Power-Gen 1996, svazek 1, strany 757 až 770, červen 1996. -Duvivier a jiní, "Boj použitím ozonu se znečištěním (chladicích soustav) slávkami mnohotvárnými (zebrovanými mušlemi)", Seminář EPRI-Zdokonalení spolehlivosti servisu vodních soustav, Daytona Beach, červen 25. až 27., 1996. -K. D′Hondt, "On-line analýza "kritické hodnoty pH", Applitek, Vergadering Scheikunde, Laborelec, 28/04/93. -Lin a jiní, "Dozor nad ohrožením usazeninami chladicího okruhu v jaderné elektrárně použitím automatického elektrochemického snímače", Pojednání uveřejněné v Journées Information Eaux („dny informace o vodě“), svazek 1, strany 331 až 3316, 18. až 20. září 1996. -G.J. Licina, "Monitorování koroze a vytváření biofilmu ve vodní soustavě nouzového provozu v Susquehanna", Seminář EPRI-Zdokonalení spolehlivosti servisu vodních soustav, Daytona Beach, červen 25. až 27., 1996. -L. Caudron, "Atmosférické vzduchové (průmyslové) chladiče", Sbírka ředitelství (vedoucího pracoviště) studií a výzkumů francouzských elektráren, 1991. -Y. Coeffe, P-M. Clique, B. Manoha, "Studie tepelného dopadu pro místa, ve kterých jsou lokalizovány francouzské přímořské jaderné elektrárny", 18. ICCE. Kapské město, strany 2342 až 2356, 1982. -M. Darras, J. Montfort, J.F. Parent, "Práce a náklady na vypouštění odpadní vody, koncepce a realizace. A. Ředění ohřátých výtoků elektráren. B. Přímořské elektrárny a ochrana mořského prostředí", Zpráva EDF DER HE/ 42/85.18, 1985. -F. Bordet, "Koncepce prací o vodách v jaderných přímořských elektrárnách", Zpráva EDF DE E-3011, 1983. -B. Manoha, "Trojrozměrné numerické modelování tepelného dopadu pro jadernou elektrárnu v Gravelines", 23. kongres IAHR. Ottawa, 1989. -A. Gilbert, R. Gras, D. Roult, "Numerický výpočet přirozených teplot říční vody", Mezinárodní konference o modelování jakosti vody ve vnitrozemském přírodním prostředí. Anglie, Bournemouth, referát M1, strany 457 až 472, 10. až 13. června 1986. -A.W.H. Tumpenny, T.E. Langford, R.J. Aston, "Elektrárny a ryby", Výzkum CEGB, strany 27 až 39, duben 1985. -F. Travade, "Odsávání organismů při odběru vody do elektráren", Všeobecná nukleární revue, číslo 1, strany 59 až -62, 1987. -EDF International, "Elektrárna spalující uhlí v Cordemais. Jednotky 4 a 5. Studie environmentálního dopadu", 1987. -J.W. Whitehouse, M. Khalanski, M. Saroglia, "Zkušenosti v UK s omezováním makroznečištění v mořském prostředí s přehledem evropských praktických postupů", Pojednání, které bylo předneseno na Symposiu o technologiích pro omezování makroznečišťování kondenzátorů, Hyannis, Mass. Zpráva EPRI CS 3343, strany 17.1 až 17.16, prosinec 1983. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
303
Příloha XII -J.W. Whitehouse, M. Khalanski, M. Saroglia, H.A. Jenner, "Omezování bioznečištění v elektrárnách přímořských a v elektrárnách lokalizovaných v ústích řek", Společná zpráva CEGB, EDF, ENEL a KEMA, strana 48, 1985. -M. Khalanski, G. Aprosi, F. Travade, "Omezování bioznečištění v (chladicích) okruzích elektráren. Přehled zkušeností Electricité de France′s", Symposium o omezování bioznečištění kondenzátorů; stav této problematiky, Zasedání EPRI, Lake Buena Vista, Florida, 1985. -M. Khalanski a Ph. Lutz, "Chlorování chladicí vody", Všeobecná nukleární revue, číslo1, strany 52 až 58, 1987. -NCASI, "Přirozený výskyt organických halogenovaných sloučenin – Přehled A", Technická úřední zpráva (bulletin), číslo 629, 1992. -H. Palm, R. Lammi, "Osud organických chlorů celulózek v sedimentech Botnického zálivu", Environmentální věda a technologie, 29, strany 1722 až 1727, 1995. -H. Kankaanpää, J. Tossari, "Úrovně pozadí EOX a AOX v sedimentech Finského zálivu. Rozložení molekulové hmotnosti EOX v sedimentech", Chemosféra, 28, strany 99 až 116, 1994. -3 G. Asplund, "Původ organických halogenů zjištěných v životním prostředí", Studie Linköping v umění a vědě, číslo 77, Univerzita Linköping, Švédsko, 1992. -Ph. Gosse, M. Khalanski, "Číselné modelování aplikované na vyhodnocení hydrobiologického dopadu", Všeobecná nukleární revue, číslo 1, strany 46 až 51, 1987. -M.J. Saleçon, J.M. Thébault, "Modelování jezerního ekosystému" Masson, ISBN 2-225-85627-3, 1997. -G. Aprosi, C. Nepveu de Villemarccau, "Provozní zkušenosti ve Francii v záležitosti problematiky znečišťování (řasy, mechovky) chladicích věží", 6. Workshop IAHR o chladicích věžích, Pisa, říjen 4. až 7., 1988. -J.C. Moretteau, M. Khalanski, "Usazování a růst D. polymorpha v (chladicích) okruzích s neupravenou vodou v jaderné elektrárně v Cattenom (Moselle, Francie)", Pojednání: Čtvrtá mezinárodní konference o slávkách (mušlích), Madison, Zpráva EPRI, březen 1994. -M. Khalanski; "Slávka mnohotvárná (zebrovaná mušle) a jiné invazivní živočišné druhy v okruzích chladicí vody francouzských elektráren umístěných u řek", Sedmá mezinárodní konference o slávkách mnohotvárných a problematických vodních živočišných druzích, New-Orleans, 28. až 31. ledna 1997. -H.A. Jenner, J. Whitehouse, C. Taylor, M. Khalanski, "Management chladicí vody v evropských elektrárnách", má být uveřejněno v publikaci Hydroécologie Appliquée. -B. Comby, "Ekologický zastánce jaderné energie", Kniha společnosti, ISBN 2-84155-035-4, 1994. -Směrnice VGB pro plánování soustav chladicích věží, R 135 P, 1997. -Směrnice VGB – Doporučení pro zimní provoz mokrých chladicích věží elektráren, R 129 P, 1988 -Směrnice VGB – Použití dřeva při konstrukci chladicích věží, R 611 U, 1996 -DIN 1947: Tepelná technická měření ztrát v mokrých chladicích věžích. 304
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Příloha XII -Směrnice VGB: "BTR Stavební technika pro chladicí věže", R 610 U, 1997. -VGB: "Směrnice pro chladicí vodu", R 455 P, 1990. -Návod VGB: "Úprava provozní vody a přídavné vody v hladicích věžích prostřednictvím dekarbonizace, popř. prostřednictvím vločkování a dekarbonizace", M 403 G, 1992. -Odborná příručka VGB: Stavební technika v tepelných elektrárnách, B 009, 1993. -Tesche, W.; Zohlednění recirkulace v chladicích věžích článkového typu v sériovém uspořádání při plánování. VGB-TB 110, VGB-Kraftwerkstechnik GmbH, Essen (1996). -VDI-Atlas tepla: Výpočet pro recirkulační chladicí zařízení. -Held: Technika postupu pro úpravu chladicí vody a chemické metody pro úpravu chladicí vody v průmyslu a elektrárnách, Vulkan-Verlag, Essen (1994). -DIN EN 45 531: Ustanovující směrnice pro přídavná/pomocná zařízení turbín, suchá chladicí věž. -DIN EN 45 532: Ustanovující směrnice pro přídavná/pomocná zařízení turbín, mokrá chladicí věž. -VDI 3734 B12: Emisní hodnoty technických zdrojů zvuku (hluku); recirkulační chladicí zařízení, chladicí věže, 1990. -Vlivy odpadního tepla, snižování, využití. Zpráva číslo 82-3 Komise pro odpadní teplo, 1982. -Vlivy chladicích věží. Zpráva číslo 82-1 Komise pro odpadní teplo, 1982. -Ernst, Wurz: Mokrá chladicí věž s přirozeným tahem v jaderné elektrárně Philippsburg (blok 1). Průzkum provozního chování emisí a šíření parních vleček. Zpráva R. 15, číslo 25, časopis VDI, 1983. -Ernst Schnabel: Mokrá chladicí věž s přirozeným tahem v jaderné elektrárně Philippsburg (blok 1). Výsledky výpočtů šíření parních vleček. Zpráva R. 15 číslo 30, časopis VDI, 1984. -Baer a jiní: Termodynamické výzkumy na mokré chladicí věži s přirozeným tahem v elektrárně Neurath a modely pro provozní chování a šíření parních vleček, Zpráva R. 15 číslo 7, časopis VDI. ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
305
Obrázky
XII.11 Obrázky
Obrázek XII.1: Průtočná (chladicí) soustava
Mokrá chladicí věž:
1 eliminátor unášení 2 distribuce vody 3 výplň pro vytváření vodního filmu 4 přívod vzduchu 5 odvádění vody Průtočné chlazení s chladicí věží: 6 do vodního prostředí (recipientu) 7 z vodního prostředí (recipientu) do chladicí věže přes kondenzátor 8,9,10 neplatí pro tento případ
Obrázek XII.2: Mokrá chladicí věž
306
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Obrázky Obrázek XII.3: Průtočné chlazení s chladicí věží Obrázek XII.4: Recirkulační chlazení
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
307
Obrázky
Obrázek XII.5: Chladicí věž s umělým tahem (výtlačné ventilátory)
Obrázek XII.6: Chladicí věž s umělým tahem (sací ventilátory, článková konstrukce)
308
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Obrázky
Obrázek XII.7: Chladicí věž s umělým tahem (výtlačné ventilátory, článková konstrukce)
Obrázek XII.8: Hybridní chladicí věž
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
309
Obrázky
Obrázek XII.9:
Vzduchem chlazený kondenzátor s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu
Obrázek XII.10: Vzduchem chlazený kondenzátor s přirozeným tahem vzduchu
310
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Obrázky
Obrázek XII.11 Uzavřená recirkulační chladicí věž s nepřímým suchým chlazením
Obrázek XII.12 Chladicí věž s vypouštěním vyčištěných kouřových plynů
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
311
Obrázky
Obrázek XII.13: Chladicí soustava s fixním koeficientem koncentrace
POMOCNÁ (PŘÍDAVNÁ) CHLADICÍ SOUSTAVA
ZAŘÍZENÍ PRO PŘÍDAVNOU VODU
KONDENZÁTOR
ŘEKA ŘEKA
REKUPERAČNÍ TURBINA
KONDENZÁTOR
REKUPERAČNÍ TURBINA
Obrázek XII.14: Chladicí soustava s proměnným koeficientem koncentrace
POMOCNÁ/PŘÍDAVNÁ
CHLADICÍ
ZAŘÍZENÍ PRO PŘÍDAVNOU VODU
312
Listopad 2000
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Obrázky Obrázek XII.15: Logický rozhodovací diagram pro volbu chladicí soustavy
1
2
NE
Může vodní cesta absorbovat tepelné zatížení při nízké hladině vody?
ANO
NE
Je koeficient koncentrace k ≤ 4 dostatečný při nízké
Je koeficient koncentrace k ≤ 7 dostatečný při nízké hladině vody?
3
ANO
– – –
NE
ANO
Akceptovat proměnný koeficient koncentrace Vakcinace kyselinou Je třeba počítat s biocidní úpravou (chladicí vody)
Obsahuje voda těžké kovy?
ANO
4 NE
– – –
ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL
Listopad 2000
Akceptovat fixní koeficient koncentrace Změkčování přídavné vody vápnem Je třeba počítat s biocidní úpravou (chladicí vody)
313
