Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC)

EVROPSKÁ KOMISE GENERÁLNÍ ŘEDITELSTVÍ JRC SPOJENÉ VÝZKUMNÉ STŘEDISKO (JRC) Institut pro perspektivní technologické studie (Seville) Technologie pro udrţitelný rozvoj Evropský úřad IPPC

Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC) Referenční dokument k aplikování nejlepších dostupných technik (BAT) na prŧmyslové 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.e

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 pouţívání. V rámci IPPC je průmyslové chlazení identifikováno jako horizontální záleţitost. Znamená to, ţe „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 poţadavků průmyslového procesu. Nicméně se ale uznává, ţe BAT pro chladicí proces je komplexní záleţitostí, která vyvaţuje chladicí poţadavky daného procesu, faktory specifické pro předmětné místo a environmentální poţadavky, coţ umoţňuje 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) pouţitím výměníků tepla s vodou a/nebo vzduchem pro sníţení teploty této látky směrem k (teplotním) hladinám okolního prostředí. V tomto dokumentu jsou popsány BAT pro chladicí soustavy, které jsou povaţovány za takové, které pracují jako pomocné soustavy pro normální provoz průmyslového procesu. Potvrzuje se, ţe 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 dosaţení BAT pro průmyslové chladicí soustavy při respektování skutečnosti, ţe konečné řešení BAT je převáţně záleţitostí, která je specifická pro předmětné místo. S ohledem na volbu chladicí soustavy se můţe tímto přístupem spíše jen prodiskutovat, které části jsou přidruţeny k environmentálnímu provedení chladicí soustavy, neţ zvolit a kvalifikovat (diskvalifikovat) jakoukoliv z pouţitých chladicích soustav. Tam, kde jsou pouţita redukční opatření, přístup BAT se pokouší upozornit na přidruţené průřezové účinky médií a tudíţ klást důraz na to, ţe redukování různých emisí chladicích soustav vyţaduje 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 zaloţen na zkušenosti, ţe 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 moţnost pro prevenci prostřednictvím technologických opatření a důraz je kladen na redukování emise optimalizovaným provozem a řízením soustav. Pro existující soustavy můţe 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, coţ má za následek málo stupňů volnosti pro změny. Nicméně všeobecný přístup BAT v tomto dokumentu můţe být povaţován za dlouhodobý cíl, který je pro existující zařízení přizpůsoben cyklům výměny resp. náhrady zařízení. Přístup BAT uznává, ţe chlazení je podstatnou částí mnoha průmyslových procesů a ţe by mělo být chápáno jako důleţitý prvek v celkovém systému managementu tepla. Ekonomické vyuţití energie v průmyslových procesech je velmi důleţité z hlediska environmentálního a z hlediska ekonomičnosti vynaloţených nákladů. BAT především znamená, ţe musí být věnována pozornost energetické účinnosti průmyslového nebo výrobního procesu ještě předtím, neţ jsou učiněna opatření k optimalizaci chladicí soustavy. Pro zvýšení celkové energetické účinnosti směřují průmyslová odvětví k redukování mnoţství tepla, které není moţné rekuperovat, pouţitím 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 přidruţení 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 vyuţití tohoto tepla nejsou moţné, můţe být nutné toto teplo vypouštět do environmentu, resp. do ţivotního prostředí. Rozlišuje se mezi nízkou hladinou (resp. úrovní) (10 ˚C aţ 25 ˚C), střední hladinou (25 ˚C aţ 60 ˚C) a vysokou hladinou (60 ˚C) tepla, které není moţné rekuperovat. Všeobecně vyjádřeno, mokré chladicí soustavy se pouţívají pro nízkou hladinu tepla a suché chladicí soustavy pro vysokou hladinu tepla. Pro střední hladinu tepla, které nelze rekuperovat, není dávána přednost ţádnému jednoduchému principu chlazení a (v praxi) lze nalézt rozdílná uspořádání. Po optimalizaci celkové energetické účinnosti průmyslového nebo výrobního procesu dané mnoţství a hladina tepla, které nelze rekuperovat, zůstává, a první volba pro chladicí uspořádání k rozptýlení tohoto tepla můţe být uskutečněna vytvořením rovnováhy mezi: – poţadavky na chlazení procesu; – omezeními pro předmětné místo (včetně lokální legislativy); a – environmentálními poţadavky. Poţadavky na chlazení průmyslového nebo výrobního procesu musí být vţdy splněny k zajištění podmínek spolehlivého procesu, včetně spuštění a zastavení. Musí být vţdy zaručena poţadovaná minimální teplota procesu a poţadovaná kapacita chlazení tak, aby se zvýšila účinnost průmyslového nebo výrobního procesu, aby se sníţila ztráta produktu (resp. sníţila ztráta výrobku), a aby byly redukovány emise do ţivotního prostředí. Se zvyšující se citlivostí těchto procesů na teplotu se bude zvětšovat důleţitost výše uvedených poţadavků. Podmínky v předmětném místě omezují volitelné moţnosti konstrukčního provedení a moţné způsoby, kterými můţe 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 poţadované kapacity chlazení můţe být volba místa pro nová zařízení velmi důleţitá (např. velký zdroj studené vody). V případech, kde se volba místa řídí podle jiných kritérií, nebo v případě jiţ existujících chladicích soustav, jsou poţadavky na chlazení procesu a charakteristiky místa pevně stanoveny. Pro chlazení je důleţité lokální klima, poněvadţ má vliv na teplotu konečné chladicí vody a vzduchu. Lokální klima je charakterizováno průběhem teplot vlhkého a suchého teploměru. Všeobecně jsou chladicí soustavy navrţeny pro splnění poţadavků 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 poţadavků BAT, v rozsahu poţadavků procesu, který má být ochlazován, a v rozsahu omezení, která se vyskytují v daném místě. Znamená to, ţe je zde kladen důraz na volbu vhodného materiálu a zařízení k zmenšení poţadavků na údrţbu, k usnadnění provozu

ii

Listopad 2000


Prováděcí souhrn chladicí soustavy a k realizaci environmentálních poţadavků. Kromě toho při vypouštění tepla do ţivotních resp. okolních prostředí můţe dojít k dalším environmentálním účinkům, jako je emise přídavných látek, které jsou pouţívány pro kondicionování chladicích soustav. Zdůrazňuje se ţe tam, kde můţe být redukováno mnoţství a hladina tepla, které má být rozptýleno, bude výsledný environmentální dopad průmyslových chladicích soustav niţší. Zásady přístupu BAT mohou být také aplikovány na jiţ existující chladicí soustavy. Mohou být k dispozici technologické volitelné moţnosti, jako je změna technologie chlazení, nebo změna nebo modifikace existujícího zařízení nebo pouţitých chemických látek; nicméně tyto volitelné moţnosti mohou být aplikovány jenom v omezeném rozsahu.

2.

Pouţité chladicí soustavy

Chladicí soustavy jsou zaloţeny na termodynamických principech a jsou určeny k podporování výměny tepla mezi procesem a chladivem a k usnadnění uvolňování tepla, které nelze rekuperovat, do ţivotního prostředí. Průmyslové chladicí soustavy mohou být kategorizovány podle jejich konstrukčního provedení a podle hlavních principů chlazení: pouţití vody nebo vzduchu, nebo kombinace vody a vzduchu jako chladiv. Výměna tepla mezi médiem pouţitým (látkou pouţitou) v procesu a chladivem se zvětší pomocí výměníků tepla. Chladivo odvádí teplo z výměníků tepla do ţivotního prostředí. V otevřených (chladicích) soustavách je chladivo v kontaktu s ţivotním prostředím. V uzavřených (chladicích) systémech cirkuluje chladivo nebo médium pouţité (látka pouţitá) v procesu uvnitř potrubí nebo trubkových hadů a není v otevřeném resp. přímém kontaktu s ţivotním prostředím. Průtočné (chladicí) soustavy jsou obecně pouţívány pro zařízení s velkým (chladicím) výkonem v lokalitách, kde jsou k dispozici dostatečná mnoţství chladicí vody a recipientu, resp. přijímací povrchové vody. Jestliţe není k dispozici spolehlivý vodní zdroj, pouţívají se recirkulační soustavy (chladicí věţe). Chladicí voda je v otevřených recirkulačních věţích ochlazována kontaktem s proudícím vzduchem. Věţe jsou vybaveny zařízeními, která zvětšují kontakt vzduch/voda. Proud vzduchu můţe být vytvořen umělým tahem pouţitím ventilátorů, nebo přirozeným tahem. Věţe s umělým tahem se ve značném rozsahu pouţívají pro malé a velké (chladicí) výkony/kapacity. Věţe s přirozeným tahem se převáţně pouţívají 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 pouţité (látka pouţitá) v procesu, ochlazovány, čímţ se zase ochlazuje látka, která je v nich obsaţena. 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) ţebry, která zvětšují chladicí povrch a v důsledku toho chladicí účinek. Mokré (chladicí) soustavy s uzavřeným okruhem jsou v průmyslu pouţívány ve velkém rozsahu pro menší kapacity. Princip suchého vzduchového chlazení je moţné nalézt v menších průmyslových pouţitích stejně tak jako ve velkých elektrárnách v takových situacích, kde není k dispozici dostatečné mnoţství vody, nebo tam, kde je voda velmi drahá. Otevřené chladicí soustavy a uzavřené hybridní chladicí soustavy jsou speciální konstrukční provedení chladicích věţí s umělým tahem, které umoţňují mokrý a suchý provoz k redukci vytváření viditelné parní vlečky. Pouţitím volitelné moţnosti provozování soustav (zejména malé jednotky článkového typu) jako suchých soustav v průběhu období nízkých teplot okolního vzduchu můţe být dosaţeno sníţení roční spotřeby vody a zmenšení tvorby viditelné parní vlečky.


Listopad 2000

iii

Prováděcí souhrn

Tabulka 1: Příklad technických a termodynamických charakteristik rŧzných chladicích soustav pro prŧmyslová (ne-elektrárenská) pouţití Chladicí soustava

Chladicí médium (látka)

Hlavní chlazení

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)

princip Minimální přiblíţení (K)4) 3–5

Minimální dosaţitelná koncová teplota média pouţitého v procesu5) (˚C) 18 – 20

Výkon prŧmyslového 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 převáţně recirkuluje. Odpařovaná voda odvádí teplo do vzduchu.

2) 3) 4)

Vzduch je chladicí médium, ve kterém je teplo odváděno do ţivotního resp. okolního prostředí. Odpařování je hlavní princip chlazení. Teplo je také odváděno vedením/prouděním, ale v menším rozsahu. Přiblíţení relativně ve vztahu k teplotám vlhkého a suchého teploměru. Musí být doplněna přiblíţení výměníku tepla a chladicí věţe. 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 moţné dosáhnout vyšší kapacity (většího výkonu) soustav. V případech, kde je pouţita nepřímá soustava, nebo je také pouţito proudění, se přiblíţení v tomto příkladě zvyšuje o 3 K aţ 5 K, coţ vede k zvýšené teplotě procesu. V tabulce jsou uvedeny charakteristiky pouţitých chladicích soustav pro dané klimatické situace. Koncová teplota média pouţitého 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 neţ 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 obtíţnější je uskutečnit ochlazení na dolní koncové teploty procesu. Koncová teplota procesu je součet nejniţší teploty okolí (chladiva) a minimálního poţadovaného teplotního rozdílu mezi chladivem (přiváděným do soustavy chlazení) a látkou pouţitou v procesu (odváděné ze soustavy chlazení) v rozsahu výměníku tepla, coţ je také nazýváno (tepelné) přiblíţení. Z technického hlediska můţe být přiblíţení velmi nízké prostřednictvím konstrukčního provedení, nicméně náklady jsou nepřímo úměrné velikosti. Čím je přiblíţení menší, tím niţší můţe být koncová teplota procesu. Kaţdý výměník tepla bude mít svoji velikost přiblíţení a v případě dalších výměníků tepla, sériově zapojených, se všechna přiblíţení přičítají k teplotě chladiva (přiváděného do soustavy chlazení) k výpočtu dosaţitelné koncové teploty procesu. Přídavné výměníky tepla se pouţívají v chladicích soustavách s nepřímým chlazením, kde je pouţit další chladicí okruh. Tento sekundární okruh a primární chladicí okruh jsou spojeny výměníkem tepla. Chladicí soustavy s nepřímým chlazením se pouţívají tam, kde úniku látek pouţitých v procesu do ţivotního prostředí v důsledku netěsností musí být důsledně zabráněno.

iv

Listopad 2000


Prováděcí souhrn Pro soustavy chlazení, které jsou obecně pouţívány v energetickém průmyslu, jsou minimální přiblíţení a výkonnosti chlazení poněkud rozdílné od ne-elektrárenských pouţití z důvodu speciálních poţadavků procesu kondenzace vodní páry. Rozdílná přiblíţení a relevantní kapacity výroby energie jsou znázorněny v níţe uvedeném přehledu.

Tabulka 2: Příklady výkonu a termodynamických charakteristik rŧzných chladicích soustav v energetickém prŧmyslu Chladicí soustava

Pouţitá přiblíţení (K)

Otevřené průtočné soustavy Otevřená mokrá chladicí věţ Otevřená hybridní chladicí věţ Suchý vzduchem chlazený kondenzátor

13 – 20 (konečný rozdíl 3 – 5) 7 – 15 15 – 20 15 – 25

3.

Výkon procesu, při kterém je vyráběna energie (MWth) < 2 700 < 2 700 < 2 500 < 900

Environmentální aspekty pouţitých soustav chlazení

Environmentální aspekty chladicích soustav se mění v závislosti na pouţitém uspořádání chlazení, ale středem pozornosti je převáţně zvýšení celkové energetické účinnosti a sníţení emisí do vodního prostředí. Spotřeba a emisní hladiny jsou do značné míry specifické pro předmětné místo a v případech, kde je moţné provést jejich kvantifikaci, vykazují značné odchylky. Ve filozofii integrovaného přístupu BAT musí být při posouzení kaţdého environmentálního aspektu a při posouzení přidruţených 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 můţe zvýšit v důsledku chladicí výkonnosti pouţitého chladicího uspořádání, která je menší neţ optimální chladicí výkonnost, coţ můţe mít za následek zvýšení teploty procesu (ΔK) a vyjadřuje se v kW e/MWth/K. Specifická (resp. měrná) přímá spotřeba energie chladicí soustavy se vyjadřuje v kWe/MWth a vztahuje se na mnoţství energie spotřebované všemi zařízeními chladicí soustavy, která spotřebovávají energii (čerpadla, ventilátory), na kaţdou MWth, kterou chladicí soustava rozptyluje. Opatření pro sníţení specifické nepřímé spotřeby energie jsou tato: volba chladicího uspořádání s nejniţší specifickou nepřímou spotřebou energie (všeobecně vzato to jsou průtočné chladicí soustavy); pouţití konstrukčního řešení s malými hodnotami přiblíţení; a sníţení odporu (průtoku) výměníku tepla správnou údrţbou soustavy chlazení. Například v případě energetického průmyslu znamená změna z průtočného chlazení na recirkulační chlazení zvýšení spotřeby energie pro přídavná zařízení, stejně tak, jako sníţení účinnosti tepelného cyklu. Pro sníţení specifické přímé spotřeby energie jsou k dispozici čerpadla a ventilátory, které mají vyšší účinnosti. Odpor a poklesy tlaku v procesu mohou být sníţeny konstrukčním provedením soustavy chlazení, pouţitím eliminátorů unášení, a pouţitím výplně (chladicí) věţe s nízkým odporem. Řádné mechanické nebo chemické čištění povrchů udrţuje nízký odpor v procesu v průběhu provozu (chladicí soustavy).


Listopad 2000

v

Prováděcí souhrn

Voda Voda je pro mokré chladicí soustavy důleţitá jako převládající chladivo, ale také jako přijímací prostředí (resp. recipient) pro vypouštění chladicí vody. V případě velkých přívodů vody se vyskytuje naráţení resp. potlučení a strhávání ryb a jiných vodních organismů. Vypouštění velkých mnoţství teplé vody můţe také ovlivnit vodní prostředí, ale dopad můţe 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 věţ a aţ 86 m3/h/MWth pro otevřené průtočné (chladicí) soustavy. Zmenšení velkých přívodů vody pouţitím průtočných (chladicích) soustav vyţaduje změnu směrem k recirkulačnímu chlazení, coţ současně sníţí vypouštění velkých mnoţství teplé chladicí vody a můţe také sníţit emise chemických látek a odpadu. Spotřeba vody recirkulačních (chladicích) soustav můţe být sníţena zvětšením počtu cyklů, zdokonalením jakosti doplňované vody, nebo optimalizováním pouţití zdrojů odpadní vody dostupných v předmětném místě nebo mimo předmětné místo. Obě dvě volitelné moţnosti vyţadují sestavení komplexního programu úpravy chladicí vody. Hybridní chlazení, které v průběhu některých ročních obdobích umoţňuje pouţít suché chlazení, je spojeno s niţšími poţadavky na chlazení, nebo s niţšími teplotami vzduchu, a tak můţe sníţit spotřebu vody zejména v případě malých jednotek článkového typu. Konstrukční provedení a umístění přívodu (chladicí vody) a různých zařízení (síta, přepáţky, světlo, zvuk) se pouţívají ke sníţení strhávání a potlučení vodních organismů. Účinek těchto zařízení závisí na biologických druzích (vodních organismů). Náklady jsou vysoké a tato opatření jsou přednostně pouţívána v situaci na (tzv.) zelené louce. Sníţení poţadovaného výkonu chlazení, pokud je moţné pomocí zvýšení opětného vyuţití tepla, můţe redukovat emise teplé chladicí vody do přijímací povrchové vody (recipientu). Emise tepla do povrchové vody Jak uţ bylo dříve zmíněno, emise tepla do povrchové vody můţe 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 poţadavky 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 mnoţství a hladina vypouštěného tepla do povrchové vody vztaţené 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, můţe tento stav vést k vytváření bariér pro migraci lososů. Kromě těchto účinků můţe vysoká teplota jako následek tepelných emisí vést k zvýšenému dýchání a biologické produkci (eutrofizaci, tzn. procesu, který vede k nadměrné produkci biomasy), coţ má následek niţší koncentraci kyslíku ve vodě. Při navrhování chladicí soustavy musí být vzaty v úvahu výše uvedené aspekty a moţnosti k sníţení mnoţství tepla rozptylovaného do povrchové vody. Emise látek do povrchové vody Emise z chladicích soustav do povrchové vody jsou způsobeny: pouţitými přídavnými látkami do chladicí vody a jejich reagujícími sloţkami; látkami přenášenými vzduchem, který prochází chladicí věţí; zplodinami koroze, které vzniknou v důsledku koroze zařízení chladicích soustav; a unikáním chemických látek pouţitých v procesu (produktů/výrobků) v důsledku netěsností a jejich reakčními produkty.

vi

Listopad 2000


Prováděcí souhrn Správné fungování chladicích soustav můţe vyţadovat 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 sloţité a rozsah pouţívaných chemických látek můţe být velmi široký. V důsledku toho emisní hladiny v odkalované chladicí vodě těchto soustav chlazení také vykazují značné odchylky a je obtíţné 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 pouţívané v otevřených a recirkulačních mokrých chladicích soustavách Problémy jakosti vody Příklady úpravy*

chemické

Koroze Prŧtočné soustavy

Zinek Molybdenany Křemičitany Fosfonáty Polyfosfanáty Polyolestery Přírodní organické látky Polymery Neoxidační biocidy Oxidační biocidy *

(X)

Tvorba kamene Recirkulační Prŧtočné soustavy soustavy X X X X X

(X)

kotelního (Bio-)znečištění Recirkulační Prŧtočné soustavy soustavy

Recirkulační soustavy

X X X X X X

X X

Chroman se jiţ ve velkém rozsahu nepouţívá vzhledem k jeho značnému účinku na ţivotní prostředí

Volba a pouţívání chladicího zařízení, které je navrţeno z materiálů vhodných pro prostředí, ve kterém bude provozováno, můţe 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 běţně pouţívané pro výměníky tepla, potrubí, čerpadla a skříně/pouzdra jsou uhlíková ocel, slitiny měď/nikl a nerezavějící oceli různých jakostí; nicméně ve zvětšeném rozsahu se pouţívá titan (Ti). K ochraně povrchu se také pouţívají povlaky a nátěry.

Pouţití biocidŧ Otevřené průtočné (chladicí) soustavy jsou upravovány proti makroznečištění převáţně oxidačními biocidy. Aplikované mnoţství můţe být vyjádřeno jako ročně pouţité oxidační přídavné látky, vyjádřené jako ekvivalent chloru na MWth ve spojení s hladinou znečištění ve výměníku tepla nebo v jeho těsné blízkosti. Pouţití halogenů jako oxidačních přídavných látek v průtočných (chladicích) soustavách povede k zatíţením ţivotního prostředí především vytvářením halogenovaných vedlejších produktů.


Listopad 2000

vii

Prováděcí souhrn V otevřených recirkulačních (chladicích) soustavách se pouţívá předběţná 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 vyţadují specifické podmínky procesu a mohou být docela nákladné. Provozní opatření, která sniţují 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, poněvadţ můţe 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 poţadavky chladicích soustav k citlivosti přijímacího vodního prostředí (recipientu).

Emise do vzduchu Vzduch vypouštěný ze suchého okruhu chladicích věţí se obvykle nepovaţuje za nejdůleţitější aspekt chlazení. Můţe se vyskytnout kontaminace, pokud se vyskytne únik produktu, který je způsoben netěsnostmi, ale správně prováděná údrţba můţe tomuto jevu preventivně zabránit. Kapky nacházející se ve výstupu mokrých chladicích věţí mohou být kontaminovány mikroby nebo produkty koroze, které jsou vytvořeny chemikáliemi pouţitými pro úpravu (chladicí) vody. Potenciální rizika sníţí pouţití eliminátorů unášení a optimalizovaný program úpravy vody. Vytváření formací parních vleček se zvaţuje tam, kde se vyskytne jejich účinek na horizont („horizon-marring effect“) nebo tam, kde se vyskytuje riziko parní vlečky dosahující aţ na úroveň země.

Hluk Emise hluku je lokálním problémem pro velké chladicí věţe s přirozeným tahem a všechny mechanické chladicí soustavy (s umělým tahem). Hladiny netlumeného akustického výkonu kolísají mezi 70 [dB(A)] pro chladicí věţe s přirozeným tahem a 120 [dB(A)] pro chladicí věţe s umělým tahem. Kolísání je způsobeno rozdíly ve vybavení a místem, ve kterém je prováděno měření, protoţe 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). Pouţitá opatření k prevenci úniků v důsledku netěsností, stejně tak, jako prevence mikrobiologické kontaminace, jsou preventivní údrţba a monitorování. V těch případech, kde úniky netěsnostmi by mohly vést k vypouštění velkých mnoţství látek, které jsou škodlivé pro vodní prostředí, se uvaţuje 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 ţádné horní mezní hodnoty koncentrace pro LP, naměřené v hodnotách jednotek tvořících kolonii [CFU na litr], při jejichţ překročení nemá být očekáváno ţádné riziko. Toto riziko musí být vzato v úvahu především v průběhu uskutečňování údrţbářských operací.

Residua z provozování soustav chlazení V záleţitosti residuí nebo odpadů bylo oznámeno jen velmi málo informací. Kaly, které pocházejí z předběţné úpravy chladicí vody, nebo z nádrţí chladicích věţí musí být povaţovány za odpad. Tyto kaly se zpracovávají

viii

Listopad 2000


Prováděcí souhrn a likvidují různými způsoby, které závisí na mechanických vlastnostech a chemickém sloţení. 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 můţe být po vyřazení z provozu nebo výměně zařízení chladicí soustavy recyklován.

4.

Klíčové závěry BAT

BAT nebo primární přístup BAT pro nové a jiţ existující soustavy jsou uvedeny v Kapitole 4. Zjištění mohou být zrekapitulována tak, jak je dále uvedeno. Uznává se, ţe konečné řešení BAT bude řešením, které je specifické pro předmětné místo, ale pro některé technické záleţitosti by mohlo být identifikováno jako všeobecný přístup BAT. Ve všech situacích musí být prozkoumány a pouţity dostupné a aplikovatelné volitelné moţnosti pro opětné vyuţití tepla k redukování mnoţství a hladiny tepla, které není moţné rekuperovat, ještě předtím, neţ se zvaţuje rozptýlení tepla z průmyslového procesu do ţivotního prostředí. Pro všechna zařízení je BAT technologie, metoda nebo postup a výsledek integrovaného přístupu k redukování environmentálních dopadů průmyslových chladicích soustav, udrţující rovnováhu mezi přímými a nepřímými dopady na ţivotní prostředí. Redukční opatření by měla být zvaţována takovým způsobem, aby zasahovala minimálně do účinnosti chladicí soustavy, nebo by měla být zvaţována 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 povaţovány za BAT v rozsahu přístupu BAT. Nebylo moţné identifikovat ţádné jednoznačné přístupy BAT v záleţitosti redukování odpadu, nebo v záleţitosti jak s odpadem manipulovat při současném vyvarování se kontaminaci půdy a vody, nebo vzduchu v případě spalování.

Poţadavky na proces a místo Volba mezi suchým, mokrým a suchým/mokrých chlazením pro splnění poţadavků procesu a předmětného místa by měla být zaměřena na dosaţení nejvyšší celkové energetické účinnosti. K dosaţení vysoké celkové účinnosti při manipulování s velkými mnoţstvími tepla s nízkou hladinou (10 ˚C aţ 25 ˚C) to je BAT k ochlazování pouţitím otevřených průtočných (chladicích) soustav. V situaci na zelené louce můţe tento aspekt ospravedlnit volbu (pobřeţního) místa s dostupnými spolehlivými velkými mnoţstvími chladicí vody a místa s povrchovou vodou , jejíţ kapacita je dostatečná k přijímání velkých mnoţství vypouštěné chladicí vody. V případech, kde jsou chlazeny nebezpečné látky (emitované přes soustavu chlazení), které sebou přinášejí vysoké riziko pro ţivotní prostředí, to je BAT k aplikování chladicích soustav s nepřímým chlazením, které pouţívají sekundární chladicí okruh. Pouţití podzemní vody pro účely chlazení musí být v zásadě minimalizováno, například tam, kde vyčerpání zdrojů podzemní vody nemůţe být pod kontrolou.

Sniţování přímé spotřeby energie Nízké spotřeby energie soustavou chlazení se dosáhne redukováním odporu (proudění) vody a/nebo vzduchu v chladicí soustavě, a také pouţitím zařízení, jehoţ spotřeba energie je nízká. V případech, kde proces, který má být ochlazován, vyţaduje proměnlivé provozování, byla úspěšně aplikována modulace průtoku vody a vzduchu, a takové opatření můţe být povaţováno za přístup BAT.


Listopad 2000

ix

Prováděcí souhrn

Sniţování spotřeby vody a sniţování emisí tepla do vody Sniţování spotřeby vody a sniţování tepelných emisí do vody jsou k sobě těsně přidruţeny a platí zde tytéţ technologické volitelné moţnosti. Mnoţství vody potřebné pro chlazení je přidruţeno k mnoţství tepla, která má být rozptýleno. Čím je vyšší úroveň opětného vyuţití chladicí vody, tím jsou niţší potřebná mnoţství chladicí vody. Recirkulace chladicí vody, pouţívání otevřené nebo uzavřené recirkulační mokré (chladicí) soustavy, je přístup BAT, v případech, kde dostupnost vody je nízká nebo nespolehlivá. V recirkulačních chladicích soustavách můţe být zvýšení počtů cyklů přístupem BAT, ale poţadavky na úpravu chladicí vody mohou být omezujícím faktorem. Přístupem BAT je pouţívání eliminátorů unášení k sníţení únosu na méně neţ 0,01 % celkového mnoţství recirkulující vody. Sniţování strhávání (organismů vodou) Bylo vyvinuto mnoho rozdílných technik k zabránění strhávání (organismů vodou) nebo k sníţení poškození těchto organismů v případě, kdy dojde k jejich strţení. Úspěšnost byla proměnlivá a specifická podle daného místa. Nebyl identifikován ţádný zřetelný přístup BAT, ale důraz je kladen na analýzu biotopu, protoţe úspěšnost a poruchy závisí do značné míry na behaviorálních aspektech rodů/druhů, a na správném návrhu a umístění přívodu vody. Sniţování emisí chemických látek do vody V souladu s přístupem BAT by aplikování potenciálních technik k sniţování emisí do vodního prostředí mohlo být zvaţováno v tomto pořadí:  volba chladicího uspořádání s niţší hladinou emise do povrchové vody;  pouţití materiálu odolnějšího proti korozi pro chladicí zařízení;  prevence a sniţování úniků látek pouţitých v procesu do chladicího okruhu v důsledku netěsností;  aplikování alternativní (nechemické) úpravy chladicí vody;  volba přídavných látek do chladicí vody za účelem sníţení dopadu na ţivotní prostředí; a  optimalizované aplikování (monitorování a dávkování) přídavných látek do chladicí vody. BAT je sniţování potřeby kondicionování chladicí vody sniţováním výskytu znečištění a koroze v důsledku správného konstrukčního provedení. V průtočných (chladicích) soustavách má správné konstrukční provedení zabránit vzniku mrtvých prostorů a turbulence a udrţovat 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 pouţití Ti nebo vysokojakostní nerezové oceli nebo jiných materiálů s podobnými parametry tam, kde by redukční prostředí omezovalo pouţití Ti. Navíc ke konstrukčním opatřením v recirkulačních (chladicích) soustavách je BAT identifikovat aplikované cykly koncentrace a korozívnost látek pouţitých v procesu k umoţnění volby materiálu s patřičnou odolností proti korozi. Pro chladicí věţe je BAT aplikování vhodných typů výplní při uváţení jakosti vody (obsah tuhých částic), předpokládané znečišťování, odolnost na teploty a erozi, a volba konstrukčního materiálu, který nevyţaduje chemickou konzervaci. Cílem koncepce VCI pouţívané v chemickém průmyslu je minimalizovat rizika pro vodní prostředí v případě úniku látek pouţívaných v procesu v důsledku netěsností. Tato koncepce spojuje hladinu environmentálního

x

Listopad 2000


Prováděcí souhrn dopadu látky pouţité v procesu s poţadovaným chladicím uspořádáním a s poţadavky na monitorování. Při vyšších potenciálních rizicích pro ţivotní 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.

Sniţování emisí optimalizovanou úpravou chladicí vody Optimalizace aplikování oxidačních biocidů v průtočných (chladicích) soustavách je zaloţena na časování a na frekvenci provádění dávkování biocidu. Za BAT se povaţuje sniţování přiváděného mnoţství biocidů pouţitím cíleného dávkování v kombinaci s monitorováním chování makroznečišťujících biologických druhů (např. zavírací pohyb slávek jedlých, resp. mušlí) a vyuţití doby zdrţení chladicí vody v soustavě. Pro takové (chladicí) soustavy, kde jsou ve výstupu smíchávány různé chladicí proudy, je pulsující střídavé chlorování BAT a můţe ještě více sníţit 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 aţ 12 ˚C) můţe být nutné pouţít nepřetrţitou úpravu (chladicí vody) při nízkých hladinách. V případě mořské vody se hladiny BAT volné oxidační látky (FRO) ve vypouštěné vodě, přidruţené k těmto postupům, liší podle pouţitého reţimu dávkování (nepřetrţitý 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. Důleţitým prvkem při zavádění přístupu pro úpravu (chladicí vody), který je zaloţen na BAT, zejména v případě recirkulačních chladicích soustav, ve kterých se pouţívají neoxidační biocidy, je provádění informovaných rozhodnutí ohledně toho, jaký reţim úpravy vody je pouţit, a jak by měl být řízen a monitorován. Volba vhodného reţimu 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 pouţívány pro úpravu, a k mnoţstvím a kombinacím, ve kterých jsou tyto látky pouţívány. Za účelem pomoci při procesu tvorby rozhodnutí BAT ohledně přídavných látek chladicí vody na lokální úrovni se BREF snaţí 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 povaţuje biocidy, které jsou pouţívány v chladicích soustavách, za specifickou kategorii biocidů. Výměna informací ukazuje, ţe v některých členských státech se jeví jako vhodné uskutečnit specifické reţimy 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 pouţívány jako doplňkový prostředek úřadů, které vydávají povolení: Prověřovací posuzování (screening), zaloţené na existujících koncepcích, které umoţňují jednoduché vzájemné porovnávání přídavných látek chladicí vody z hlediska jejich moţného 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 pouţívají 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 můţe 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). Pouţívání lokálních posuzovacích metodologií jako nástroje řízení průmyslových emisí je stále běţnou praxí.


Listopad 2000

xi

Prováděcí souhrn

Sniţování emisí do vzduchu Sniţování dopadu emisí z provozování chladicí věţe do vzduchu je přidruţeno k optimalizaci kondicionování chladicí vody za účelem sníţení koncentrací v kapkách vody. V případech, kde je unášení hlavním přepravním mechanismem, povaţuje se za BAT pouţití eliminátorů unášení, jehoţ výsledkem je menší ztráta recirkulačního průtoku unášením neţ 0,01 %. Sniţování hluku Primárními opatřeními pro sniţování hluku jsou pouţití zařízení s nízkým hlukem. Přidruţené hladiny sníţení hluku jsou aţ 5 [dB(A)]. Sekundárním opatřením na vstupu a výstupu chladicích věţí s umělým tahem jsou přidruţeny hladiny sníţení hluku minimálně 15 [dB(A)] nebo více. Nicméně je nutné poznamenat, ţe sníţení hluku, zejména sekundárními opatřeními, mohou vést k poklesu tlaku, který vyţaduje přívod další energie k jeho kompenzaci. Sniţování 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 povaţuje za BAT aplikování bezpečnostní koncepce VCI, která byla zmíněna jiţ dříve pro sniţování emisí do vody. Výskyt (bakterií) Legionellae pneumophila (LP) v chladicí soustavě nelze zcela zabránit. Za BAT se povaţuje aplikování těchto opatření: předcházení mrtvých prostorů a udrţování dostatečné rychlosti proudění vody; optimalizace úpravy chladicí vody za účelem sníţení výskytu znečištění, růstu a bujného mnoţení řas (chaluh) a améb; periodické čištění bazénu/jímky chladicí věţe; sniţování respirační zranitelnosti obsluhujícího personálu poskytnutím prostředků pro ochranu úst a ochranu proti hluku v případě, kdyţ vstupuje do provozní jednotky, nebo při vysokotlakém čištění (chladicí) věţe.

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, můţe být jejich aplikování pro existující chladicí soustavy omezeno. Změna technologie v případě malých sériově vyráběných chladicích věţích se povaţuje za technicky a ekonomicky snadnější. Technologické změny v případě velkých (chladicích) soustav jsou všeobecně finančně nákladnější a vyţadují komplexní technické a ekonomické posouzení, které zahrnuje velké mnoţství faktorů. V některých případech mohou být snadněji proveditelné relativně malé úpravy těchto rozsáhlých (chladicích) soustav změnou části zařízení. Pro rozsáhlejší změny technologie můţe být nutné provést podrobné úvahy a posouzení účinků na ţivotní prostředí a nákladů. Všeobecně vzato BAT pro nové a existující (chladicí) soustavy jsou podobné v případech zaměření se na sníţení environmentálních dopadů zdokonalením provozu (chladicích) soustav. Toto se vztahuje na:  optimalizaci úpravy chladicí vody řízeným dávkováním a volbou přídavných látek chladicí vody s cílem sníţení dopadu na ţivotní prostředí;  pravidelnou údrţbu 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


Prováděcí souhrn Příklady technik, které jsou povaţovány za BAT pro existující chladicí soustavy, jsou:  pouţití 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 povaţován 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 vyţadovat 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, sníţení biologického rizika na minimum a důleţitost emisí do vzduchu.


Listopad 2000

xiii

Obsah

PROVÁDĚCÍ SOUHRN PŘEDMLUVA 1 PŘEDMĚT REFERENČNÍHO DOKUMENTU NÁZVOSLOVNÝ VÝKLADOVÝ SLOVNÍK Termodynamické definice Jiné definice Zkratky a akronymy 1 VŠEOBECNÁ KONCEPCE BAT PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY 1.1 Zdroje tepla, tepelné hladiny a rozsahy pouţití 1.2 Úroveň chladicí soustavy a vliv na účinnost procesu 1.2.1 Pouţití citlivá na teplotu 1.2.2 Pouţití necitlivá na teplotu 1.3 Optimalizace primárního procesu a opětné vyuţití tepla 1.3.1 Optimalizace primárního procesu 1.3.2 Pouţití odpadního tepla mimo místo jeho vzniku 1.4 Volba chladicí soustavy pro splnění poţadavkŧ procesu a podmínek daného místa 1.4.1 Poţadavky procesu 1.4.2 Volba místa 1.4.3 Klimatické podmínky 1.4.4 Matematické modelování, simulace na modelech a zkoušky na pilotních cyklech 1.5 Volba chladicí techniky pro splnění environmentálních poţadavkŧ 1.5.1 Všeobecné porovnání mezi chladicími soustavami chlazenými vzduchem a vodou 1.5.2 Konstrukční faktory a volba materiálů 1.5.3 Volitelné moţnosti pro technologickou změnu existujících chladicích soustav 1.6 Ekonomické okolnosti 2 TECHNOLOGOCKÉ ASPEKTY POUŢITÝCH CHLADICÍCH SOUSTAV 2.1 Úvod 2.2 Výměníky tepla 2.2.1 Kotlové výměníky tepla 2.2.2 Deskové výměníky tepla 2.2.3 Environmentální záleţitosti výměníků tepla 2.3 Prŧtočné chladicí soustavy 2.3.1 Přímé průtočné chladicí soustavy 2.3.2 Průtočné chladicí soustavy s chladicí věţí 2.3.3 Nepřímé průtočné chladicí soustavy 2.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy 2.4.1 Mokré chladicí věţe s přirozeným tahem 2.4.2 Mokré chladicí věţe s umělým tahem 2.5 Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem 2.5.1 Chladicí soustavy chlazené vzduchem 2.5.2 Mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem 2.6 Kombinované mokré/suché chladicí soustavy 2.6.1 Otevřené mokré/suché (hybridní) chladicí věţe 2.6.2 Hybridní chladicí soustavy s uzavřeným okruhem 2.7 Recirkulační chladicí soustavy 2.7.1 Přímé recirkulační chladicí soustavy 2.7.2 Nepřímé recirkulační chladicí soustavy 2.8 Náklady na chladicí soustavy 3 ENVIRONMENTÁLNÍ ASPEKTY PRŮMYSLOVÝCH CHLADICÍCH SOUSTAV A POUŢITÉ TECHNIKY PREVENCE A REDUKOVÁNÍ 3.1 Úvod 3.2 Spotřeba energie 3.2.1 Přímá spotřeba energie 3.2.2 Nepřímá spotřeba energie 3.2.3Redukování energie poţadované pro chlazení 3.3 Spotřeba a emise chladicí vody 3.3.1 Spotřeba vody 3.3.2 Strhávání ryb 3.3.3 Emise tepla do povrchové vody

i 5 7 7 8 13 15 19 20 20 22 22 22 23 23 23 25 28 30 30 30 31 32 37 39 39 41 41 41 42 42 42 43 44 45 46 48 51 51 56 58 58 59 62 62 62 62 65 65 67 67 67 70 71 71 74 77

i

Předmluva 3.4 Emise z úpravy chladicí vody 3.4.1 Pouţívání úpravy chladicí vody 3.4.2 Emise chemikálií do povrchové vody 3.4.3 Redukování emisí do povrchové vody 3.4.4 Redukování pouţitím dodatečné a alternativní úpravy chladicí vody 3.4.5 Redukování emisí posouzením a volbou přídavných látek chladicí vody 3.4.6 Optimalizace pouţívání přídavných látek chladicí vody 3.5 Pouţití chladicího vzduchu a emise vzduchu 3.5.1 Poţadavky na vzduch 3.5.2 Přímé a nepřímé emise 3.5.3 Parní vlečky chladicí věţe 3.6 Emise hluku 3.6.1 Zdroje hluku a hladiny hluku 3.6.2 Redukování hluku 3.7 Rizikové aspekty přidruţené k prŧmyslovým chladicím soustavám 3.7.1 Riziko úniků v důsledku netěsností 3.7.2 Skladování chemikálií a manipulace s nimi 3.7.3 Mikrobiologické riziko 3.8 Odpad z provozu chladicí soustavy 3.8.1 Tvorba kalů 3.8.2 Rezidua z úpravy chladicí vody a čisticích operací 3.8.3 Rezidua jako důsledek retrofitu, výměny a vyřazení z provozu 4 NEJLEPŠÍ DOSTUPNÉ TECHNIKY PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY 4.1 Úvod 4.2 Horizontální přístup k definování BAT pro chladicí soustavy 4.2.1 Integrovaný management tepla 4.2.2 Aplikování BAT v průmyslových chladicích soustavách 4.3 Sniţování spotřeby energie 4.3.1 Všeobecně 4.3.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.4 Redukování poţadavkŧ na vodu 4.4.1 Všeobecně 4.4.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.5 Redukování strhávání organismŧ (vodou) 4.5.1 Všeobecně 4.5.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.6 Redukování emisí do vody 4.6.1 Všeobecný přístup BAT k redukování emisí tepla 4.6.2 Všeobecný přístup BAT k redukování chemických emisí do vody 4.6.3 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.7 Redukování emisí do vzduchu 4.7.1 Všeobecný přístup 4.7.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.8 Redukování emisí hluku 4.8.1 Všeobecně 4.8.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.9 Redukování rizika únikŧ v dŧsledku netěsností 4.9.1 Všeobecný přístup 4.9.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.10 Redukování biologického rizika 4.10.1 Všeobecný přístup 4.10.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 5 ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ 5.1 Časové rozvrţení práce 5.2 Zdroje informací 5.3 Doporučení pro další práci ODKAZY NA LITERATURU PŘÍLOHY 149 PŘÍLOHA I TERMODYNAMICKÉ PRINCIPY I.1Předávání tepla v kotlovém výměníku tepla

ii

Listopad 2000

80 80 83 86 91 92 95 101 101 101 103 104 104 107 110 110 113 113 117 117 117 117 119 119 120 121 124 125 125 126 127 127 127 128 128 128 128 128 129 131 134 134 135 135 135 136 136 136 137 138 138 138 139 139 139 139 141 155 155


Obsah I.2 Přiblíţení 156 I.3 Kapacita/výkonnost výměníku tepla 157 I.4 Teplota vlhkého a suchého teploměru 158 I.5 Vztah mezi předáváním tepla a teplosměnnou plochou 158 PŘÍLOHA II PRINCIP ÚSPORY ENERGIE OPTIMALIZOVANÝM CHLAZENÍM 161 II.1 Předmět přílohy 161 II.2 Souhrn závěrŧ 161 II.3 Úvod 162 II.4 Výpočty 164 II.5 Celkový potenciál uchování energie na ºC chladnější mezní vrstvy chladicí vody 170 II.6 Příklady výpočtŧ pro relativní uchování energie a redukování environmentálního dopadu dosaţeného pouţitím inhibitorŧ 173 II.7 Příklady výpočtŧ relativních úspor energie pouţitím chladnější chladicí vody 176 II.8 Dodatek k environmentálním dopadŧm 177 PŘÍLOHA III KOTLOVÉ VÝMĚNÍKY TEPLA PRO PRŮMYSLOVÉ PRŮTOČNÉ CHLADICÍ SOUSTAVY A VÝSKYT ÚNIKŮ NETĚSNOSTMI 179 PŘÍLOHA IV PŘÍKLAD VOLBY MATERIÁLU PRO VODNÍ CHLADICÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLOVÝCH (NE-ELEKTRÁRENSKÝCH) POUŢITÍCH 185 IV.1 Úvod 185 IV.2 Přímé prŧtočné soustavy (s brakickou vodou) 186 IV.3 Nepřímé prŧtočné soustavy (brakická voda/demin-voda) 188 IV.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy 189 PŘÍLOHA V PŘEHLED CHEMIKÁLIÍ PRO KONDICIONOVÁNÍ VODNÍCH CHLADICÍCH SOUSTAV 191 V.1 Inhibitory koroze 191 V.2 Inhibitory kotelního kamene 192 V.3 Inhibitory znečištění (dispergovadla) 193 V.4 Biocidy 194 PŘÍLOHA VI PŘÍKLAD LEGISLATIVY V EVROPSKÝCH ČLENSKÝCH STÁTECH 205 PŘÍLOHA VII PŘÍKLAD KONCEPCE BEZPEČNOSTI PRO OTEVŘENÉ MOKRÉ CHLADICÍ SOUSTAVY (KONCEPCE VCI) 209 VII.1 Úvod do koncepce 209 VII.2 Poţadavky koncepce 211 VII.3 Dodatek 1—Automatické analytické monitorování prŧtočných chladicích soustav 213 VII.4 Dodatek 2—R–formulace pouţité pro výpočet počtu bodŧ podle VCI 214 PŘÍLOHA VIII PŘÍKLADY PRO POSUZOVÁNÍ CHEMIKÁLIÍ POUŢÍVANÝCH PRO ÚPRAVU CHLADICÍ VODY 217 VIII.1 Koncepce posouzení „benchmark― pro chemikálie pouţívané pro úpravu chladicí vody 217 VIII.2 Koncepce metody lokálního posouzení chemikálií pro úpravu chladicí vody, se zvláštním dŧrazem na biocidy 231 PŘÍLOHA IX PŘÍKLAD MODELU PRO ODHADOVÁNÍ EMISÍ BIOCIDŮ V ODKALOVANÉ VODĚ 239 PŘÍLOHA X INVESTIČNÍ NÁKLADY A PROVOZNÍ NÁKLADY ZAŘÍZENÍ A ČÁSTÍ CHLADICÍCH SOUSTAV PRO NE-ELEKTRÁRENSKÁ POUŢITÍ 241 PŘÍLOHA XI PŘÍKLADY TECHNIK, KTERÉ SE POSUZUJÍ PŘI PRIMÁRNÍM PŘÍSTUPU BAT PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY 247 XI.1 Úvod 247 XI.2 Úspory chladicí vody pomocí opětovného jejího vyuţití 247 XI.3 Redukce emisí optimalizací úpravy chladicí vody 253 XI.4 Pohony s měnitelným kmitočtem pro sníţení spotřeby energie [tm097, Immell, 1996] 276 PŘÍLOHA XII ZVLÁŠTNÍ POUŢITÍ: ENERGETICKÝ PRŮMYSL 277 XII.1Úvod 277 XII.2 Chladicí soustavy elektráren – principy a připomínky 278 XII.3 Moţné environmentální dopady chladicích soustav 279 XII.4 Předběţná studie míst:nezbytný nástroj pro vyhodnocení jejich přijímací kapacity, omezování dopadŧ a prevence škodlivých účinkŧ 287 XII.5 Konstrukční provedení komponent a volba materiálŧ 288 XII.6 Porovnání nákladŧ mezi rŧznými typy chladicích věţí 292 XII.7 Volba alternativních metod úprav cirkulující vody – monitorování 295 XII.8 Konstrukční provedení soustavy chlazení 297 XII.9 Závěry 298 XII.10 Literatura 300

iii

Předmluva XII.11 Obrázky

iv

306

Listopad 2000


Obsah

Seznam tabulek Tabulka 1.1: Tabulka 1.2: Tabulka 1.3: Tabulka 1.4: Tabulka 1.5: Tabulka 1.6: Tabulka 1.7: Tabulka 1.8: Tabulka 1.9: Tabulka 1.10: Tabulka 1.11: Tabulka 1.12: Tabulka 2.1: Tabulka 2.2: Tabulka 2.3: Tabulka 3.1: Tabulka 3.2: Tabulka 3.3: Tabulka 3.4: Tabulka 3.5: Tabulka 3.6: Tabulka 3.7: Tabulka 3.8: Tabulka 3.9: Tabulka 3.10 Tabulka 3.11: Tabulka 3.12: Tabulka 3.13: Tabulka 3.14: Tabulka 4.1: Tabulka 4.2: Tabulka 4.3: Tabulka 4.4: Tabulka 4.5: Tabulka 4.6: Tabulka 4.7: Tabulka 4.8: Tabulka 4.9: Tabulka 4.10: Tabulka 4.11:

Teplotní hladiny tepla a rozsah pouţití ………………………………………………… ………….. 20 Emise průměrné západoevropské elektrárny v důsledku poklesu účinnosti 3 % …………. ……….. 21 Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku pouţití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věţí pro jednotky 1 300 MWe …………….. …………………………….. 21 Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku pouţití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věţí pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem .………………………… 22 Kritéria pro volbu místa vztahující se k velkým poţadavkům na chlazení ……………….. ………… 27 Klimatické podmínky v Evropě ………………………………………………...……………………. 29 Porovnání různých chladicích soustav při poţadované maximální hladině akustického výkonu ….... 32 Volitelné moţnosti technologického zdokonalení pro existující soustavy …………….. …………. 34 Příklad přestavby průtočné soustavy na recirkulační soustavu ………………… …………………. 35 Příklad přestavby zastaralé mokré chladicí věţe s umělým tahem na moderní konstrukční provedení 36 Příklad náhrady zastaralé výplně mokré chladicí věţe s umělým tahem moderní výplní s vysokou účinností ……………………………………………………………………….…………………….. 36 Příklad zdokonalení akustického provedení doplněním hlukové izolace ……………….… ………. 37 Příklad technických a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro průmyslová (neelektrárenská) pouţití ………………………………………………………………...…………….. 40 Příklady výkonu/kapacity a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro pouţití v energetickém průmyslu ……………………………………………………………………………… 41 Cena částí vodních a vzduchových chladicích soustav ……………………………………………… 63 Environmentální problematiky různých průmyslových chladicích soustav ……………….… ……. 66 Příklad porovnání ročního měrného poţadavku na přímou a nepřímou energii různých chladicích soustav a důsledky na emise CO2 na MWth ……………………………………………………… …………. 69 Poţadavky různých chladicích soustav na vodu ………………………………………..… ………. 72 Poměrná mnoţství naraţených ryb (FIR) v elektrárnách. Roční zachycení normalizovaná (vztaţená) na průtok chladicí vody ……………………………………………………….…. ……………………. 75 Dostupné technologie ochrany ryb pro vstupní zařízení chladicí vody …………………...… ……… 76 Tepelné poţadavky na teploty vody pro dva ekologické systémy (evropská Směrnice 78/659/EEC) . 78 Chemické komponenty pro úpravy chladicí vody pouţívané v otevřených a recirkulačních mokrých chladicích soustavách ………………………………………………………………………...…. …. 82 Spotřeba chlornanu v mokrých chladicích soustavách v Nizozemsku ……..………………... …….. 83 Průměrný poţadovaný průtok vzduchu pro různé chladicí soustavy ……………………………. .. 101 Příklady výkonů a přidruţených netlumených hladin akustického výkonu zařízení chladicích soustav velké rafinerie ………………………………………………………………………….. …………. 106 Porovnání netlumených hladin akustického výkonu v místě přívodu vzduchu a v místě vypouštění vzduchu naměřených na různých typech mokrých chladicích věţí obvyklého/konvenčního konstrukčního provedení ………….. ……………………………………………………………………………….. 106 Hlukové emise různých chladicích soustav bez tlumení hluku …………………………………….. 106 Příklad zvýšení nákladů pro redukovanou hladinu akustického výkonu při různých konstrukčních provedeních ventilátorů …………………………………………………………………….. …….. 109 Účinky teploty a biocidní úpravy (vody) na hladiny CFU v chladicích věţích …………..... …… 116 Příklady poţadavků procesu a BAT …………………………………………………………... …. 122 Příklady charakteristik místa a BAT ………………………………………………………..… …… 123 BAT pro zvýšení celkové energetické účinnosti ……………………………………………...…. . 126 BAT pro sníţení poţadavků na vodu …………………………………………………….… ……… 127 BAT pro redukování strhávání (ryb a jiných organismů vodou) ……..……………………. ………. 128 BAT pro redukování emisí do vody konstrukčním provedením a technikami údrţby ……..… ….. 131 BAT pro redukování emisí do vody optimalizovanou úpravou chladicí vody ………………….. ….. 133 BAT pro redukování emisí do vzduchu …………………………………………………….… …… 135 BAT pro redukování emisí hluku ………………………………………………………...… ……… 136 BAT pro redukování rizika úniků v důsledku netěsností ……………………………………. ……. 137 BAT pro redukování biologického růstu ………………………………………………...…. …… 138

v

Předmluva

Seznam obrázkŧ Obrázek 1.1: Obrázek 1.2: Obrázek 2.1: Obrázek 2.2: Obrázek 2.3: Obrázek 2.4: Obrázek 2.5: Obrázek 2.6: Obrázek 2.7: Obrázek 2.8: Obrázek 2.9: Obrázek 2.10: Obrázek 2.11: Obrázek 2.12: Obrázek 2.13: Obrázek 2.14: Obrázek 2.15: Obrázek 2.16: Obrázek 2.17: Obrázek 2.18: Obrázek 2.19: Obrázek 3.1: Obrázek 3.2: Obrázek 3.3: Obrázek 3.4: Obrázek 3.5:

vi

Struktura provozních poruch znázorňující faktory zahrnuté do stanovení BAT pro soustavy vypouštění odpadního tepla ………………………………………………………………………………….. 17 Plocha půdorysu (chladicí) věţe jako funkce času vyjádřeného v procentech, v jehoţ průběhu je překročena konstrukční teplota vlhkého teploměru ……………………………………………… 24 Schematické znázornění přímé průtočné chladicí soustavy ……………………………………... 42 Schematické znázornění přímé průtočné chladicí soustavy s chladicí věţí, která se pouţívá v energetickém průmyslu ………………………………………………………………….. ……… 43 Schematické znázornění nepřímé průtočné chladicí soustavy ………………………………….… 44 Schematické znázornění otevřené recirkulační (chladicí) soustavy …………………………….… 45 Mokrá protiproudová chladicí věţ s přirozeným tahem ………………………………………...… 47 Mokrá chladicí věţ s přirozeným tahem s kříţoproudým prouděním ………………………….…. 48 Chladicí věţ s přirozeným tahem podporovaným ventilátory ………………………………… … 49 Schematické znázornění protiproudé chladicí věţe s tlačným ventilátorem ..……………………… 50 Schematické znázornění kříţoproudé článkové chladicí věţe se sacími ventilátory ……………… 51 Schematické znázornění principu suché chladicí věţe s přirozeným tahem …………………….... 53 Příklad suché chladicí věţe s přirozeným tahem pro pouţití v elektrárně …………………... …… 53 Schematické znázornění principu suché chladicí soustavy chlazené vzduchem …….……….... … 54 Příklad suchého vzduchem chlazeného kapalinového chladiče v chemickém procesu …………… 54 Schematické znázornění principu vzduchem chlazeného kondenzátoru s přímým chlazením …… 55 Příklad vzduchem chlazeného kondenzátoru pro kondenzaci výfukové páry turbiny ……………. 56 Schematické znázornění principu uzavřené recirkulační mokré chladicí věţe s umělým tahem vytvářeným sáním ……………………………………………………………………….… …………………… 57 Schematické znázornění principu hybridní chladicí věţe (příklad pouţitý v energetickém průmyslu 58 Schematické znázornění principu hybridní chladicí věţe s uzavřeným okruhem ……………… 60 Kombinovaný suchý/mokrý provoz hybridní chladicí soustavy ……………………………….. 61 Grafické znázornění vzájemných vztahů mezi různými problémy jakosti vody …………………. 81 Konstrukční schéma vodních chladicích soustav, jejichţ cílem je redukce pouţití biocidů ………... 87 „přístup― pro redukování pouţití biocidů v průmyslových vodních chladicích soustavách ………… 88 Ukázka průběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá z nesprávně stanoveného reţimu monitorování a dávkování ………………………………………………………………………….... 95 Ukázka průběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá ze správně stanoveného reţimu monitorování a dávkování …………………………………………………………………………… 96

Listopad 2000


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), přidruţeného 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:

2.

Závorky budou odstraněny, jakmile postup publikování Komisí bude dokončen.

Relevantní legální závaznosti Směrnice IPPC a definice BAT

Za účelem pomoci čtenáři pochopit legální souvislosti, ve kterých byl tento dokument navrţen, jsou v této předmluvě popsány některé z nejdůleţitějších relevantních ustanovení Směrnice IPPC, včetně definice termínu „nejlepší dostupné techniky―. Tento popis je nevyhnutelně nekompletní a je poskytnut pouze pro informaci. Tento popis nemá ţádnou legální hodnotu a ţádným způsobem nemění nebo neovlivňuje (neprejudikuje) vlastní ustanovení Směrnice. Účelem Směrnice je dosáhnout integrované prevence a omezování znečištění ţivotního prostředí, vznikajícího z činností, uvedených v její Příloze I, vedoucí k vysoké úrovni ochrany ţivotního prostředí jako celku. Legální základ Směrnice se vztahuje k ochraně ţivotního 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 udrţitelnému vývoji. Konkrétněji vyjádřeno, Směrnicí se zabezpečuje povolení provozu soustavy pro určité kategorie průmyslových zařízení, která vyţadují 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 ţivotní prostředí jako celku. Ústřední problematikou tohoto přístupu je všeobecný princip, který je uveden v Článku 3, kde je stanoveno, ţe operátoři (provozovatelé) by měli provést veškerá příslušná preventivní opatření proti znečišťování ţivotního prostředí, zejména prostřednictvím aplikování nejlepších dostupných technik, které jim umoţňují zdokonalit provedení průmyslových zařízení z hlediska ţivotního 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 ţivotní prostředí jako celek―. Článek 2(11) pokračuje dále v objasnění této definice takto: „techniky― zahrnují jak pouţitou technologii, tak i způsob, kterým je zařízení navrţeno, sestaveno, udrţováno, provozováno a vyřazováno z provozu; „dostupné― techniky jsou takové techniky, které jsou vyvinuty v rozsahu, který umoţňuje jejich implementaci v příslušném průmyslovém sektoru, při ekonomicky a technicky proveditelných podmínkách, přičemţ se berou v úvahu náklady a výhody, a dále to, zda tyto techniky jsou nebo nejsou pouţívány nebo vyráběny v členském státu, o který se jedná, pokud jsou tyto techniky rozumně dostupné pro operátora (provozovatele); „nejlepší― znamená nejefektivnější z hlediska dosaţení vysoké všeobecné hladiny ochrany ţivotního prostředí jako celku.


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 … přičemţ se mají na paměti pravděpodobné náklady a přínosy daného opatření a principy předběţných 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 poţaduje, 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, zaloţeny na nejlepších dostupných technikách, bez předepisování pouţití jakékoliv techniky nebo specifické technologie, přičemţ 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 ţivotního prostředí do velkých vzdáleností nebo přesahující hranice (přeshraniční) a musí zabezpečovat vysokou úroveň ochrany pro ţivotní 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 poţaduje, aby Komise organizovala „výměnu informací ve věci nejlepších dostupných technik, přidruţeného 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, ţe „vývoj a výměna informací na úrovni Společenství v záleţitosti nejlepších dostupných technik napomůţe k nápravě technologických nerovnováţností ve Společenství, bude podporovat celosvětovou popularizaci mezních hodnot a technik pouţívaných ve Společenství a napomůţe 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 poţadováno v Článku 16(2). Cílem tohoto souboru dokumentů je přesně reflektovat výměnu informací, která byla uskutečněna tak, jak to je poţadováno 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, ţe poskytují relevantní informace vztahující se na nejlepší dostupné techniky, mohly by tyto dokumenty působit jako cenné nástroje slouţící k řízení stavu věcí v oblasti environmentálních parametrů.

4.

Informační zdroje

Tento dokument reprezentuje souhrn informací nashromáţděných 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 pouţívat tento dokument

Informace, které jsou poskytnuty v tomto dokumentu, jsou zamýšleny k pouţití jako vstupní informace pro určení BAT ve specifických případech. Při určování BAT a stanovení podmínek pro vydání povolení na základě BAT by vţdy měl být vzat v úvahu globální cíl, kterým je dosaţení vysoké úrovně ochrany ţivotního prostředí jako celku.

2

Listopad 2000


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 pouţit 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 pouţívány v průmyslu. V této kapitole jsou uvedeny některé údaje přidruţené k výkonnosti a zároveň přehled problematik, které jsou relevantní k problematice ţivotního prostředí. V Kapitole 3 jsou podrobněji popsány environmentální problematiky s odkazem na redukování emisí, a jiné techniky, které jsou povaţovány 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, povaţované za dosaţitelné, které se vztahují na pouţité soustavy chlazení. Nejsou zde zahrnuty techniky, které jsou všeobecně povaţovány za zastaralé. Kapitola 4 uzavírá všeobecný pohled na BAT v rozsahu primárního přístupu podle BAT a potvrzuje se zde, ţe 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 tudíţ poskytnout všeobecné náznaky vztahující se k hladinám emisí a spotřeby, které mohou být povaţovány za vhodný výchozí bod pro pomoc při určování podmínek k vydání povolení zaloţeného na BAT pro zřízení všeobecně závazných pravidel podle Článku 9(8). Nicméně by mělo být zdůrazněno, ţe 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 ţivotní prostředí jako celku, bude často nutné zahrnout posouzení rovnováhy mezi různými typy dopadů na ţivotní prostředí, a tato posouzení budou často ovlivňována lokálními okolnostmi. Přestoţe je proveden pokus oslovit některé z těchto problematik, není moţné, 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 ţivotního prostředí, která zahrnuje minimalizaci znečištění ţivotního prostředí do velkých vzdáleností nebo environmentální znečištění přesahující hranice (přeshraniční), znamená, ţe podmínky pro vydání povolení nemohou být stanoveny na základě čistě lokálních posouzení. Proto je nesmírně důleţité, aby informace, které jsou obsaţeny v tomto dokumentu, byly komplexně vzaty v úvahu úřady oprávněnými vydávat povolení. Poněvadţ 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


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 pouţívané chladicí soustavy v rozsahu průmyslových aktivit uvedených v Příloze I Směrnice IPPC. Průmyslové sektory s vysokou relevancí jsou průmysl chemický, potravinářský, sklářský, průmysl ţeleza a oceli, rafinerie, průmysl pro výrobu buničiny a papíru, a spalovny. Nesrovnatelně velké mnoţství 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 ţivotní prostředí. V samostatné příloze je věnována tomuto sektoru zvláštní pozornost a byly posouzeny všechny rozdílnosti mezi elektrárnami a jinými průmyslovými aktivitami. Přestoţe zařízení pro výrobu jaderné energie nejsou součástí předmětu Přílohy I Směrnice IPPC, jsou v tomto dokumentu posouzeny pouţité 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 pouţití 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) pouţitím výměny tepla s vodou a/nebo vzduchem pro sníţení 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, poněvadţ se povaţují za příliš specifické ve vztahu k procesu. Do rozsahu tohoto dokumentu jsou zahrnuty tyto průmyslové chladicí soustavy nebo uspořádání: Průtočné chladicí soustavy (s chladicí věţí, nebo bez chladicí věţe) 

Otevřené recirkulační chladicí soustavy (mokré chladicí věţe)



Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem



-

vzduchem chlazené chladicí soustavy

-

mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem

Kombinované mokré/suché (hybridní) chladicí soustavy -

otevřené hybridní chladicí věţe

-

hybridní věţ s uzavřeným okruhem

V tomto dokumentu jsou popisovány BAT (nejlepší dostupné techniky) pro chladicí soustavy, které jsou povaţovány za takové, které pracují jako pomocné soustavy pro normální provoz průmyslového procesu. Uznává se, ţe 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, přičemţ se uznává, ţe vyváţení různých aspektů vyţaduje odborné posouzení. V případech, kde to je vhodné, se uvede důleţitost 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 údrţby;



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.


Listopad 2000

5

Předmět referenčního dokumentu 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 pouţívány. Tento dokument také neposkytne návod k tomu, zda daný proces vůbec potřebuje chladicí soustavu. Znamená to, ţe tento dokument nezachází do podrobností samotných výrobních procesů vyţadujících chlazení, které by byly zaměřeny na opatření, souvisící s celkovou energetickou účinností. Je dodrţován všeobecný „přístup―, který vede k vyváţené volbě nové (chladicí) soustavy, nebo k volbě opatření pro optimalizaci existující chladicí soustavy s cílem zabránit emisím do ţivotního prostředí, které souvisí s provozem chladicích soustav.

6

Listopad 2000


Názvoslovný výkladový slovník

NÁZVOSLOVNÝ VÝKLADOVÝ SLOVNÍK Terminologie pouţívaná pro různé aspekty průmyslových chladicích soustav se velmi liší a pro tutéţ část jsou často pouţity různé termíny. Aby nedocházelo k nejasnostem v pouţívání termínů a k zabránění opakovaným vysvětlováním v tomto dokumentu jsou v této části uvedeny definice některých termínů a jejich zkratky.

Termodynamické definice Přiblíţení (Approach)

(1) v zařízení výměníku tepla vedením to je teplotní rozdíl mezi teplotou látky pouţité 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 věţi) to je rozdíl mezi teplotou látky pouţité v procesu, která je odváděna z chladicí soustavy, a teplotou vlhkého teploměru vzduchu, který je přiváděn do chladicí věţe 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 pouţívají 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)

nejniţší teplota, na kterou můţe 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 vyuţije při konstrukci odpařovacího výměníku tepla odpadního tepla. Obvykle se pouţívají hodnoty 95 % – konstrukční teplota v průběhu 95 % času není překročena. Teplota vlhkého teploměru je vţdy nižší než teplota suchého teploměru.

Výkon (kapacita) odnímání tepla (Heat Rejection Capacity)

mnoţství tepla, které muţe být odejmuto chladicí soustavou, měřené v kWth (nebo MWth).

Předávání latentního tepla (Vyuţití výparného tepla vody) (Latent Heat Transfer)

Předávání tepla do vzduchu prostřednictvím odpařování vody. Kapacita odvádění tepla odpařující se vody je mnohem vyšší neţ 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.


Listopad 2000

7


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 aţ 5K.

Odpadní teplo (Waste Heat)

Odpadní teplo je inherentní, i kdyţ nevyuţitelné 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 pouţité 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 rovnováţném stavu). Biokoncentrace se vţdy 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 neţádoucích organismů. Ve vodních chladicích soustavách biocid ničí nebo zpomaluje růst makro- a mikro-znečišťujících organismů, čímţ minimalizuje znečištění chladicích soustav. Mezi nejdůleţitější biocidy patří: chlor, chlornan sodný, ozon, sloučeniny s kvarterním dusíkem a bromované organické sloučeniny.

Biocidní poţadavek (Biocide demand)

mnoţství biocidu, které je redukováno nebo změněno na inertní nebo méně aktivní formy biocidu látkami obsaţenými ve vodě, nebo mnoţství biocidu, které způsobí kompletní reakci se všemi látkami reagujícími s biocidy.

8

Listopad 2000



Biochemická spotřeba kyslíku (BSK) (Biochemický kyslíkový poţadavek (BOD)) (nazývaný taky Biologický kyslíkový poţadavek) (Biochemical oxygen demand (BOD)) (also named Biological oxygen demand)

mnoţství kyslíku poţadovaného (pro mikroorganismy) k odbourání organických látek ve vodě. Vyšší organická zatíţení vyţadují větší mnoţství kyslíku a mohou sniţovat mnoţství kyslíku dostupného pro ryby a vodní ţivot pod únosné úrovně. Tento kyslíkový poţadavek je moţné posoudit pouţitím 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 sloţen z řas a sesilní mikrobiální populace, obsahující bakterie vytvářející sliz a (např.) anaerobní bakterie redukující sírany. Mikroznečišťování podporuje usazování (sedimentaci) makroznečišťování. Mezní stav poţadavek na dávku oxidačních biocidů spotřebovanou (Breakpoint) nečistotami obsaţenými ve vodě, který musí být realizován před dosaţením ţivotaschopné koncentrace biocidŧ. Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) mnoţství anorganické a organické látky vyskytující (Chemický kyslíkový poţadavek (COD)) se ve vodě nebo v odpadové (vypouštěné chladicí) vodě, (Chemical oxygen demand (COD)) která spotřebovává kyslík; mnoţství 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 sníţení ztrát při čerpání, nebo k vytvoření ochranné vrstvy pro sníţení 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 pouţívaný pro kondenzaci proudícího plynu (nebo páry). Kondenzace klade zvláštní/další poţadavky 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 můţe to být také voda smíchaná s nemrznoucí látkou, nebo látka jako je olej nebo plyn. Koroze (Corrosion) kterém se kov nachází.

můţe 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


Listopad 2000

9


inhibitory (např. chroman, dusitan, molybdenan a ortofosforečnan), sráţecí 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 (neţ chladicí látka). V protiproudých (chladicích) věţích se vzduch pohybuje směrem nahoru, opačně neţ 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 pouţívají sběrače a rozstřikovací trysky.

Příčné proudění; kříţoproudé proudění (Cross flow)

princip, kde vzduch ve výměníku tepla proudí kolmo na proud tekutiny pouţívané v procesu. V (chladicích) věţích s příčným prouděním (kříţoproudým 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. Takţe 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, ţe se vzájemně odpuzují částice, které zůstávají v rozptýleném stavu.

Eliminátory unášení (únosu) (Drift eliminators)

zařízení, která mění směr proudění vzduchu a umoţňují 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 věţe.

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 vyuţitelný chlór (FAC)/ nebo volný zbytkový chlór (Free available chlorine (FAC) or free residual chlorine)

volný chlór reprezentuje rovnováţnou směs kyseliny chlorné a chlornanového iontu ClOˉ ve vodní chladicí soustavě. Obě formy jsou oxidačními látkami, ale ClOˉ je mnohem méně účinný neţ HClO.

Stabilizátory tvrdosti (Látky sniţující účinky tvrdosti vody) (Hardness stabilisers)

jsou chemické látky, které jsou schopny při přidání do vody zabraňovat ukládání tvrdých solí tím, ţe ovlivňují proces krystalizace prostřednictvím absorpce zárodků vytvářených krystalů. Tímto způsobem se podporuje růst amorfních forem, které je relativně snadné udrţet v suspenzi a poskytnout méně příčin k tvorbě usazenin.

10

Listopad 2000



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 ţivotní prostředí podle Směrnice 67/548 (o nebezpečných látkách).

Makroznečištění (Macrofouling)

neţádoucí organismy v okruzích chladicí vody, které jsou viditelné pouhým okem. Makroznečištění je reprezentováno převáţně slávkami/mušlemi, svijonoţci 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, kdyţ je chráněno 95 % druhů. Důleţité aspekty jsou toxicita a odbouratelnost (rozloţitelnost).

Věţ s umělým tahem (Mechanical draught tower)

chladicí věţe vybavené ventilátory, které tlačí (ţenou vzhůru) chladicí vzduch přes věţ (tah vytvářený protlačováním), nebo táhnou chladicí vzduch nahoru přes věţ (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 sloţen z řas a sesilní mikrobiální populace, obsahující bakterie vytvářející sliz a (např.) anaerobní bakterie redukující sírany. Mikroznečištění podporuje usazování (sedimentaci) makroznečištění.

Věţ s přirozeným tahem (Natural draught tower)

chladicí věţe velkých rozměrů bez ventilátorů, ale zkonstruované tak, aby vyuţívaly rozdílu hustoty mezi vzduchem přiváděným do věţe a teplejším vzduchem uvnitř věţe k vytvoření průtoku chladicího vzduchu.

Neoxidační biocidy (Non-oxidising biocides)

převáţně organické látky pouţívané pro úpravu chladicí vody především v recirkulačních chladicích soustavách. Jejich působení (na mikroorganismy) je specifičtější neţ působení oxidačních biocidů, které oxidují některé druhy účinněji neţ jiné. Působí na mikroorganismy prostřednictvím reakce se specifickými částmi buňky, nebo dráhami reakcí v buňce.

Oxidační biocidy (Oxidising biocides)

převáţně anorganické látky (bránící ţivotu organismů), které jsou pouţívány 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) neţ neoxidační biocidy.


Listopad 2000

11


Parní vlečka (Plume)

je viditelná pára vzniklá zpětnou kondenzací odpařené vody ve vzduchu, který vychází z chladicí věţe.

Změkčování sráţením (Precipitation softening)

tento proces se pouţívá k sniţování tvrdosti vody, její zásaditosti, obsahu kysličníku křemičitého, a jiných sloţek. Voda se upravuje (například) vápnem nebo kombinací vápna a bezvodé sody (uhličitanovým iontem). Tímto způsobem se často upravuje voda se střední aţ vysokou tvrdostí (150-500 ppm jako CaCO3).

Látka pouţitá v procesu (Proces medium)

výraz látka použitá v procesu se bude vţdy vztahovat na látku, která má být ochlazována.

Tvorba kotelního kamene (Scaling)

proces sráţení (tvorba krystalických úsad) v CWS, který se vyskytuje tehdy, kdyţ koncentrace solí ve vodním filmu poblíţ výměníku tepla je vyšší neţ 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 – mnoţství zvuku v definovaném směru a vzdálenosti od zdroje zvuku. Hladina akustického tlaku se měří v dB na kmitočtové pásmo nebo jako A váţený zvuk v dB(A). Míra pro imisi zvuku je logaritmická, coţ znamená, ţe zdvojnásobení hladiny akustického tlaku je rovno zvýšení o 6 dB(A).

Hladina akustického výkonu (LW) (Sound Power Level (LW))

míra pro mnoţství zvukové energie, která je vyzařována (emitována) ze zdroje zvuku. Hladina akustického výkonu se měří v dB na kmitočtové pásmo nebo jako A váţený zvuk v dB(A). Míra je logaritmická, coţ znamená, ţe zdvojnásobení hladiny akustického výkonu je rovno zvýšení o 3 dB(A).

Hydraulický poločas (Hydraulic half time)

je definován jako čas potřebný pro sníţení původní koncentrace neodbouratelné (nerozloţitelné) sloučeniny na 50 % její původní koncentrace.

Celkový (vyuţitelný) 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 pouţitím 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 pouţitím invertoru. Rychlost, resp. otáčky motoru se mohou měnit manuálně, ale mnohem častěji jsou otáčky ovládány na základě signálu z procesu, coţ jsou např. signály tlaku, průtoku, hladin/úrovní, atd.

12

Listopad 2000



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 poţadavek (nazývaný taky Biologický kyslíkový poţadavek)) Nejlepší praktické prostředky Referenční dokument BAT Nejlepší technické prostředky Síran měďnatý, dvojchroman draselný, oxid arzeničný Jednotky tvořící kolonii Chemická spotřeba kyslíku (Chemický kyslíkový poţadavek) 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 vyuţitelný 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


Číslo strany

Listopad 2000

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

13


Zkratky/akronymy RIZA QAC QSARs TBTO TDS TEMA THM TOC TRO TWG UV VCI VDI VFD WFD

14

Vysvětlení

Číslo strany

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 Sdruţení výrobců trubkových výměníků Metyltrihalogenidy Celkový organický uhlík Celková zbytková oxidační látka Technická pracovní skupina Ultrafialové (světlo) Sdruţení chemického průmyslu v Německu Sdruţení německých inţenýrů (Verein Deutscher Ingenieure) Pohon s měnitelnou frekvencí Rámcová směrnice o vodě (má být přijata)

Listopad 2000

155 130 245 105 263 194 211 221 24 17 95 14 118 290 144


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 ţivotní 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 moţnou míru můţe být dodrţován „přístup―, jehoţ cílem je prevence emisí vhodným konstrukčním provedením a volbou technik. V rámci IPPC by chlazení mělo být povaţováno za integrální část celkového managementu energie průmyslového procesu. Záměrem by mělo být opětné vyuţití nadbytečného tepla jednoho procesu v jiných částech téhoţ procesu, nebo v jiných procesech v daném místě za účelem minimalizace potřeby vypouštění odpadního tepla do ţivotního prostředí. Toto ovlivní celkovou energetickou účinnost procesu a sníţí poţadavky na chlazení pro poţadovanou kapacitu soustavy a pro její provozní poţadavky. Optimalizace energetické účinnosti je nicméně sloţité cvičení a je povaţováno za velmi specifické pro daný proces a jako takové přesahuje předmět tohoto horizontálního dokumentu. Pokud neexistují ţádné volitelné moţnosti pro opětné vyuţití (odpadního tepla) přímo v daném místě, nemusí to automaticky vést k vypouštění tepla do ţivotního prostředí, ale měly by být zváţeny volitelné moţnosti pro opětné vyuţití tohoto tepla mimo místo jeho vzniku, a to v průmyslových nebo občanských/civilních pouţitích. A aţ nakonec, pokud volitelné moţnosti pro opětné vyuţití (odpadního) tepla nemohou být jakkoliv exploatovány, má být posouzeno vypouštění nadbytečného tepla do ţivotního prostředí. Jakmile byla posouzena hladina tepla, které má být odejmuto, je moţné rozhodnout o první volbě vhodné soustavy pro chlazení. Mnoho environmentálních parametrů v důsledku provozování chladicí soustavy můţe být ovlivněno vhodným konstrukčním provedením a volbou správného materiálu, přičemţ se berou v úvahu poţadavky procesu a lokální aspekty. Uvádí se, ţe 80 % parametrů chladicí soustavy bylo určeno jiţ 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 ţivotní prostředí je nutné vyváţit mnoho rozdílných faktorů. Je důleţité uvědomit si hned na začátku, ţe pro jakýkoliv průmyslový proces je chladicí soustava sice pomocná soustava, ţe je ale stěţejní a integrovaná soustava pro jakýkoliv průmyslový proces, a ţe kaţdá změna aplikovaná na proces chlazení můţe 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 poţadavků procesu, který má být ochlazován, tak, aby bylo co nejvíce v rovnováze s náklady. Musí být zaručena poţadovaná hladina chlazení s minimálními důsledky na ţivotní prostředí. Poţadovaná 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, poněvadţ 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 můţe být BAT pro chladicí soustavy určen ve všeobecném významu, kdyţ konečné stanovení toho, co je nejlepší, je zcela určitě lokální záleţitostí, která reaguje na specifické poţadavky procesu, ţivotního prostředí a ekonomiky. Za účelem strukturování a v určitém ohledu zjednodušení sloţitého procesu stanovení BAT, sleduje tento dokument „přístup― popsaný výše a znázorněný na obrázku 1.1. Tento přístup by měl vést k vyváţenému rozhodnutí o aplikování soustavy pro chlazení a o její optimalizaci zaloţené na BAT jak pro nové, tak i pro existující situace. Koncepce BAT sestává z následujících kroků, které jsou zaměřeny na sníţení emisí a omezení environmentálních dopadů na nejmenší moţný rozsah:


Listopad 2000

15

Kapitola 1 sníţení finální hladiny vyprodukovaného odpadního tepla, při posouzení volitelných moţností pro opětné vyuţití odpadního tepla; 

definování poţadavků procesu;



zváţení všeobecných podmínek předmětného místa;



posouzení environmentálních poţadavků: – volitelné moţnosti pro minimalizaci spotřeby zdrojů; – volitelné moţnosti pro redukování emisí;



vývoj provozního systému (údrţba, monitorování a prevence rizika);



aplikování ekonomických poţadavků.

Na obrázku 1.1 je „přístup― BAT prezentován schematickým způsobem, který znázorňuje nejrelevantnější faktory zahrnuté do určování BAT pro průmyslové chladicí soustavy. Za účelem dosaţení přehlednosti nejsou do tohoto schématu zakresleny všechny spojovací čáry, které by moţná mohly být vytvořeny mezi různými aspekty chlazení. Například je zde spojovací čára mezi opatřeními pro tlumení zvuku a sníţením 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 moţné, s naznačením toho, které aplikace prostředků BAT jsou v duchu Směrnice IPPC. Tato optimalizace, podle své povahy, nemůţe být exaktním matematickým porovnáním různých řešení. Proces optimalizace zahrnuje podobný úkol pro veškeré environmentální rovnováţné stavy, jaké vyţadují různé environmentální dopady a rozhodnutí, mezi nimiţ jsou některé, které jsou nejobtíţnější, nebo některé, které jsou nejakceptovatelnější. Nicméně cíl navrhovaného „přístupu― BAT je poskytnout významné informace o dopadech různých řešení na ţivotní prostředí, o nákladech a rizicích, stejně tak, jako o ovlivňujících faktorech. Na základě těchto informací můţe být učiněno takové rozhodnutí, které je mnohem více oprávněno, neţ 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 neţ 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 pouţívání zdrojů a o emisích chladicích soustav buďto omezeny, nebo jsou příliš specifické pro to, aby mohly být všeobecně pouţitelné. Souhrnně vyjádřeno, posouzení chladicí soustavy, dosaţení rovnováhy mezi různými faktory, je zaloţeno na těchto bodech:  poţadavky 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 moţnosti také měly být posouzeny;  následně na to se pro existující provozy očekává, ţe „přístupem― BAT se zahájí další podrobnější činnosti postupných kroků posuzování;  další rozlišení můţe být provedeno mezi velkými, na zakázku vyrobenými chladicími soustavami, a menšími (chladicími) soustavami (sériovými výrobky) s ohledem na míru dopadu na ţivotní prostředí;  optimalizace by měla být chápána jako aplikování konstrukčních volitelných moţností, technik pro redukování a dobrých pracovních postupů provozovatele;  míra redukování emisí vyplývající z „přístupu― BAT není předvídatelná, ale závisí na poţadavcích, které jsou kladeny na soustavu chlazení;  „přístup― BAT je zaměřen na provozování chladicí soustavy k dosaţení rovnováhy mezi poţadavky procesu, který má být ochlazován, a lokálními environmentálními cíli;  volba schémat je uţitečná pro vytvoření vyváţené volby; a  konečně kaţdý vyváţený výsledek bude mít určitý environmentální dopad.

16

Listopad 2000


Kapitola 1 Kapitola 1

Obrázek 1.1: Struktura provozních poruch znázorňující faktory zahrnuté do stanovení BAT pro soustavy vypouštění odpadního tepla [tm134, Eurovent, 1998]


Listopad 2000

17


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

18

Listopad 2000


Kapitola 1

1.1 Zdroje tepla, tepelné hladiny a rozsahy pouţití Všechny průmyslové a výrobní procesy, které vyuţívají energii, transformují různé formy energie (mechanická, chemická, elektrická, atd.) do tepla a hluku. V závislosti na procesu nemůţe být toto teplo vţdy zcela rekuperováno a/nebo opětně vyuţito, ale musí být z procesu odejmuto prostřednictvím chlazení. Mnoţství nerekuperatovetelného tepla můţe být nazýváno odpadní teplo, a toto teplo musí být odvedeno do ţivotního prostředí, poněvadţ ţivotní prostředí slouţí jako tepelná jímka. Celá řada procesů se specificky vysokou produkcí odpadního tepla a s vysokým poţadavkem na chlazení je uvedena níţe 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 aţ 60 ºC), a nízká hladina (10 ºC aţ 25 ºC). Je taky moţné nalézt v rozsahu téhoţ výrobního místa rozdílné procesy s jejich specifickými poţadavky. Velké chladicí soustavy jsou pouţívány pro velké spalovací provozy (energetický průmysl), v chemickém průmyslu, rafineriích, v průmyslu ţeleza 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 pouţíváno pro různé účely, jako je chlazení látek pouţívaných 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 přidruţenými 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. Protoţe olej je pouţit 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 aţ vysoká, v závislosti na procesu.



Komprese/stlačování – Stlačování plynu vede k vytváření tepla. Toto teplo musí být obvykle odstraněno jako odpadní teplo při střední aţ vysoké teplotní hladině.



Kondenzace (termodynamické cykly) – Mnoho procesů pracuje na základě principů termodynamických cyklů. Kapalná látka se vypařuje, čímţ přejímá energii, následně je tato látka zkondenzována, přičemţ se odejmutá energie přeměňuje na teplo. Termodynamické soustavy jsou velmi citlivé na teplotu a teplotní hladina je střední aţ nízká.

Hladina odpadního tepla je důleţitým 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 niţší, tím je obtíţnější provést ochlazování pomocí suchých vzduchem chlazených soustav. V praxi je vzduchové chlazení často pouţíváno pro teploty procesu nad přibliţně 60 ºC. Teplotní hladiny nad 100 ºC jsou obvykle předchlazovány vzduchovými chladiči, pokud nejsou k dispozici ţádné volitelné moţnosti pro opětné vyuţití tepla. Odpařovací chlazení je v podstatě často pouţíváno k ochlazování proudění v procesu při středních a nízkých teplotách. Pro nízké teploty jsou taky pouţívány 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 pouţívá 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. Takţe průtočné chladicí soustavy jsou taky pouţívány při vyšších teplotních hladinách, za předpokladu, ţe 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 můţe být taky nutné pouţít kombinaci různých chladicích soustav.


Listopad 2000

19

Kapitola 1

Tabulka 1.1: Teplotní hladiny tepla a rozsah pouţití [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 věţe (umělý/přirozený tah)



hybridní chladicí věţe



kombinované chladicí soustavy



Typické pouţití 

výroba energie



(petro-) chemické procesy

průtočné soustavy (přímé/nepřímé)



chladicí cykly





kompresor




chlazení strojů



chladicí věţe s uzavřeným okruhem



autoklávové chlazení



odpařovací kondenzátory



chlazení rotačních pecí



vzduchem chlazené fluidní chladiče



ocelárny



vzduchem chlazené kondenzátory



cementárny



hybridní chladicí věţe/kondenzátory





výroba energie v teplejších regionech (Středozemí)

hybridní chladicí věţ s uzavřeným okruhem



průtočné soustavy (přímé/nepřímé) ve zvláštních případech



spalovny odpadu





chlazení spalovacího motoru




chlazení výfukových plynů



vzduchem chlazené chladiče/kondenzátory



chemické procesy

1.2 Úroveň chladicí soustavy a vliv na účinnost procesu 1.2.1Pouţití citlivá na teplotu Mnoho chemických a průmyslových procesů jsou teplotně kritická pouţití. 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 pouţití jsou tyto:  výroba energie;  termodynamické cykly;  exotermické procesy. Integrovaná prevence znečištění znamená, ţe 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 ţivotní 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, neţ na výrobní proces. Zvýšení nepřímých dopadů (na ţivotní prostředí) můţe být podstatně vyšší, neţ sníţení 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 pouţívající olej nebo plyn pro hladký provoz zařízení taky vytváří malé mnoţství odpadního tepla. Pokud poţadavky na chlazení soustavy na výrobu energie nemohou být splněny, okamţitě se to projeví ve sníţení celkové účinnosti, a ve zvýšení emisí do vzduchu.

20

Listopad 2000


Kapitola 1

Tato korelace je znázorněna pomocí následujícího příkladu pro elektrárnu, ve které pouţití 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 %. Protoţe emise závisí taky na pouţitém palivu, mohly by snadno být rozdílné v jiných situacích, ale nebyly k dispozici ţádné údaje pro další vyhodnocení této záleţitosti.

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 SO2 NOx Prach Přívod primární energie:

Další emise zpŧsobené poklesem účinnosti ve výši 3 % [g/kWh] 14,6

2,4 1,0 0,2 2,65 kWh a přívod dodatečné energie 0,08 kWh.

0,072 0,031 0,006

Jak můţe 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. Takţe této problematice musí být věnována pozornost, protoţe se můţe 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 aţ 425 mbar. Nicméně mnoho jiných faktorů, jako je znečištění, tvorba kotelního kamene, koroze a neoptimální (resp. „suboptimální/podoptimální―) konstrukční provedení můţe vést k podobným ztrátám účinnosti.

Tabulka 1.3: Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku pouţití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věţí pro jednotky 1 300 MWe [tm056, Caudron, 1991] Typ chladicí soustavy Přiblíţení 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 věţ

Suchá chladicí věţ

Prŧtočná Mokrá s přirozeným tahem — 12

Přirozený tah

Mokrá/suchá chladicí věţ 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. Přiblíţení recirkulačních chladicích soustav jsou přídavná k přiblíţení výměníku tepla (kondenzátoru), o kterém se předpokládá, ţe je stejný pro všechny (chladicí) soustavy.


Listopad 2000

21

Kapitola 1

Z této tabulky je zřejmé, ţe volba chladicí soustavy, jako je například suchá chladicí soustava místo mokré chladicí soustavy, vyţaduje pečlivé posouzení. Tato tabulka také ukazuje, proč je mnoho elektráren přednostně umístěno na pobřeţí, nebo u velkých řek. Z výrobního hlediska jsou průtočné (chladicí) soustavy účinnější neţ referenční (chladicí) soustavy (mokré s přirozeným tahem). V případě pouţití 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 pouţití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věţí pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem [EDF, osobní připomínky, 1999] Typ chladicí soustavy Přiblíţení K (suchý vzduch 11 [ºC] / mokrý vzduch 9 [ºC]) Jmenovitý tlak kondenzace (mbar) Tepelný výkon (MWth) Diference dodávaného elektrického výkonu (MWe)

Mokrá chladicí věţ

Vzduchem chlazený kondenzátor

Prŧtočná /

Přirozený tah ≈8

Umělý sací tah ≈8

34

44

44

74

290 + 0,65

290 0

290 - 1,05

290 - 5,65

≈ 29

1.2.2Pouţití necitlivá na teplotu Jiné aplikace jsou méně citlivé na teplotu. Účinnost těchto procesů je méně v korelaci (souvztaţná) s teplotou nebo tlakem. V případě těchto procesŧ by těţiště pozornosti mělo být zaměřeno na ekonomicky a ekologicky nejefektivnější chladicí soustavu pro rozptýlení odpadního tepla, které zŧstává k dispozici poté, co byly vyuţity všechny volitelné moţnosti pro jeho opětné vyuţití.

1.3 Optimalizace primárního procesu a opětné vyuţití 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, neţ se začne uvaţovat o odnímání/odstraňování odpadního tepla. Jinak vyjádřeno, potřeba vypouštění tepla musí být omezena na nejmenší moţnou míru, coţ současně ovlivní uspořádání a velikost poţadované chladicí soustavy. Kromě toho chladicí soustava nutně neznamená vypouštění (odpadního tepla) do ţivotního prostředí, protoţe byly uskutečněny úspěšné pokusy pro vyuţití taky této energie.

1.3.1 Optimalizace primárního procesu Optimalizace primárního procesu můţe významně redukovat celkové účinky na ţivotní prostředí. V mnoha členských státech vzniká většina tepla, které nelze rekuperovat, a které má být odstraněno resp. zlikvidováno, v dŧsledku výroby energie. V závislosti na celkové (energetické) účinnosti je aţ 60 % energie obsaţené v palivu přeměněno na odpadní teplo. Pokud se účinnost procesu výroby energie zvýší, mohou být environmentální účinky sníţeny, a chladicí proces zde hraje rozhodující roli. Tento princip mŧţe být rovněţ aplikován pro jiné prŧmyslové sektory, coţ zároveň sniţuje náklady na energii, mnoţství tepla vypouštěného do ţivotního prostředí, a také emise do vzduchu (CO 2). Obecně vyjádřeno čím je hladina tepla vyšší, tím snadněji mŧţe být toto teplo rekuperováno.

22

Listopad 2000


Kapitola 1

Několik příkladů běţně pouţívaných technik:  předehřívání paliva nebo surovin (kovů);  technologie štípání („pinch-technology“);  externí pouţití (například vytápění zahradních skleníků/obytných čtvrtí);  společná výroba v energetickém průmyslu. Místo pouţívání pouze chladicí vody nebo chladicího vzduchu je v rafineriích obvyklé předehřívat paliva pouţitím 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 niţší poţadavek na vodu pro chlazení. V závislosti na daném procesu můţe být počet studených proudů omezen a určitá potřeba na chladicí vodu nebo vzduch zůstane zachována. Společná výroba, neboli kombinovaná výroba tepla a energie, se pouţívá v energetickém průmyslu a v jiných průmyslových sektorech (například papírenský průmysl, (petro-) chemický průmysl). V případech, kde jsou potřebné obě dvě formy energie, můţe být jejich výroba sloučena. Takové uspořádání šetří energii, redukuje emise CO2 a SO2, a prakticky nevyţaduje téměř ţádné chlazení, čímţ se předchází tomu, aby byla potřeba (velkých) chladicích soustav.

1.3.2 Pouţití 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 moţné nalézt nějaké volitelné moţnosti opětného vyuţití odpadního tepla. Tato problematika se nachází mimo rozsah IPPC, protoţe se vztahuje také na genericky dobrý environmentální management tepla. Můţe být uskutečněn jak na místě jiţ existujícím, tak i jako integrální část volby místa (viz další kapitolu). Nicméně vyhledání vhodných spotřebitelů není jednoduchou záleţitostí. Poţadavky spotřebitelů jsou často neslučitelné/nesmiřitelné s poţadavky na chlazení. V některých případech vyţadují spotřebitelé tepla vyšší teplotní hladinu, neţ je plánována. Pokud to je technicky moţné provozovat primární proces na vyšší teplotní hladině, musí být pečlivě sledována celková energetická rovnováha. Často ztráta energetické účinnosti primárního procesu převaţuje nad úsporami dosaţenými prostřednictvím spotřeby „odpadní― energie. Také by měla být věnována pozornost vzniku situací, ve kterých se vytváří závislost na dostupnosti „odpadního― tepla. Je moţné objevit celou řadu příkladů externího pouţití „odpadního― tepla elektráren pro přímé vytápění domovů a kanceláří v průběhu zimních období, nebo vytápění zahradních skleníků pouţitím systému společné výroby, nebo provozováním kombinovaného cyklu. Tyto aplikace mohou zvýšit účinnost vyuţití paliva z hodnoty kolem 40 % na více neţ 70% a tak sníţit poţadavky chlazení na takové zařízení. V uvedených příkladech byly pouţívány hybridní chladicí věţe, jejichţ ventilátory měly regulovatelné otáčky, aby byly schopny přizpůsobit se měnícím se potřebám dálkového vytápění. V jiném případě bylo potřeba provozovat (chladicí) věţ v suchém reţimu při asi 10 % její celkové kapacity, jakmile teplota venkovního vzduchu poklesla na 5 ºC jednoduše proto, ţe v tomto bodě bylo dosaţeno maximálního vnějšího pouţití tepla. Tímto vzniká otázka, do jakého rozsahu mohou potenciální volitelné moţnosti pro opětné vyuţití (tepla) ovlivnit volbu chladicí soustavy, ve které je poţadována flexibilita provozování. Běţně nejsou známy ţádné příklady, na kterých by bylo předvedeno, jak se volitelné moţnosti pro opětovné vyuţití (tepla) zohledňují ve volbě chladicí soustavy.

1.4 Volba chladicí soustavy pro splnění poţadavkŧ procesu a podmínek daného místa 1.4.1 Poţadavky procesu Jakmile byla posouzena hladina tepla (vysoká, střední, a nízká), mohla by být uskutečněna první hrubá volba pouţitím Tabulky 1.1. Kromě hladiny tepla se do volby chladicí soustavy taky zahrnuje mnoho dalších faktorů


Listopad 2000

23

Kapitola 1

za účelem splnění poţadavků procesu a všeobecných podmínek daného místa, jako jsou:  poţadovaná minimální koncová teplota látky, která má být ochlazována;  poţadovaný výkon chlazení;  poţadavek na nepřímý (chladicí) okruh, který zvyšuje přiblíţení;  klimatické podmínky, dostupnost vody a prostorové poţadavky. Z hlediska nepřímých účinkŧ procesu chlazení, které je menší, neţ je optimální chlazení, je poţadovaná minimální koncová teplota procesu, který má být ochlazován, stěţejní záleţitostí. Znamená to, ţe chladicí soustava pouţitá (soustavy pouţité), 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, přičemţ se bere v úvahu roční teplotní rozsah chladiva. V případě mokrého chlazení je dŧleţitá teplota vlhkého teploměru a existuje určitá flexibilita pro volbu konstrukční teploty, která zase ovlivní velikost chladicí soustavy a její výkonnostní poţadavky. Zmenšení velikosti chladicí soustavy musí být pečlivě vyhodnocena a akceptována pouze případ od případu. Některé provozy musí být provozovány v prŧběhu celého roku s přijatelnými hodnotami účinnosti a maximálním jmenovitým výkonem. Například v případech, kdy jsou pouţity chladicí věţe s umělým tahem, nebo suché vzduchové chladiče, je moţné provozovat soustavu nejekonomičtějším zpŧsobem tehdy, jestliţe chladiče mají několik článkŧ. Některé z nich mohou být vyřazeny z činnosti za účelem úspory vody a elektrické energie, aniţ by došlo k znatelné ztrátě účinnosti. Obrázek 1.2: Plocha pŧdorysu (chladicí) věţe jako funkce času vyjádřeného v procentech, v jehoţ prŧběhu je překročena konstrukční teplota vlhkého teploměru (konstrukční teploty 40/24/18 ºC), [tm083, Adams a Stevens] Konstrukční teplota vlhkého teploměru (ºC)

Plocha půdorysu věţe (m2)

% ročního překročení konstrukční teploty vlhkého teploměru Ve vztahu k energetickému průmyslu je Obrázek 1.2 nepouţitelný, protoţe optimalizace studeného konce se provádí pouţitím teplot, jejichţ hodnoty jsou potvrzeny:  pro mokré nebo suché chladicí věţe se teplota mokrého (nebo suchého) vzduchu měří v průběhu celého roku, při pouţití jedné hodnoty pro kaţdé 3 hodiny;  pro průtočné se měří teplota vody a doporučuje se jedna hodnota na měsíc.

24

Listopad 2000


Kapitola 1

Optimalizace se tedy provádí tak, ţe 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 pouţívá bezpečnostní rezerva k zabezpečení toho, aby chladicí soustava splnila poţadavky na chlazení kdykoliv a zejména v letních měsících. Při okolnostech, kde teplota vlhkého teploměru vţdy zůstává dostatečně nízko pod konstrukční teplotou vlhkého teploměru, nebo kde se ukazuje, ţe tepelné zatíţení je niţší, můţe 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, coţ umoţní, aby soustava pracovala pod svou kapacitu a tím sníţila poţadavek na přímou energii. V mnoha průmyslových odvětvích je pouţívána praxe předimenzovat chladicí soustavu v etapě instalace zařízení aby byl ponechán prostor pro nárůst kapacity: náhradní kapacita je potom postupně vyuţívána aţ do doby, kdy je potřeba doplnit další (chladicí) věţ. V době, kdy se zvaţuje ţádost o udělení povolení (licence) pro rozšíření výroby a chladicí kapacity, musí být vţdy provedeno posouzení rozsahu, do kterého se vyskytuje náhradní kapacita v existující chladicí soustavě, ať uţ je vyuţívána neúčinně (protoţe je nedostatečně vyuţívaná), nebo proto, ţe není dobře udrţována. Tato strategie umoţňuje stanovit poţadovanou chladicí kapacitu (kW th nebo MWth), rozměry resp. velikost chladicí soustavy (výměníku tepla) a snad dokonce i volbu chladiva (voda nebo vzduch). Průmyslová odvětví v Evropě, která vyţadují 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 moţné pouţití průtočné (chladicí) soustavy. V případech, kde dodávka vody je omezena, pouţívají se velkokapacitní otevřené mokré nebo mokré/suché chladicí věţe. Potřeba chladit (potenciálně) škodlivé látky můţe také ovlivnit velikost chladicí soustavy, stejně tak jako moţnou koncovou teplotu (viz např. bezpečnostní koncepci VCI v Kapitole 3 a v Příloze VI). V této situaci můţe vést „přístup― BAT k závěru, ţe účinkům úniků v důsledku netěsností můţe být patřičně zabráněno pouze tehdy, pokud se pouţije sekundární (nepřímá) soustava chlazení. Znamená to, ţe musí být navrţen druhý okruh, a ţe konstrukční teplota se zvýší, neboť to vyplývá ze zvýšení přiblíţení. Toto povede k vyšším koncovým teplotám látky, která má být ochlazována/chlazena a k dalšímu sníţení celkové účinnosti.

1.4.2 Volba místa Je zřejmé, ţe existuje mezní hodnota rozsahu, ve kterém charakteristiky specifické pro předmětné místo mohou být optimalizovány volbou optimálního místa. Jednoduše vyjádřeno, pro jiţ existující (chladicí) soustavy je místo danou hodnotou a environmentální optimalizace musí být zvaţována v rozsahu omezení předmětného místa. Například restrikce pouţití vody provedením změny na suché vzduchové chlazení se můţe jevit jako samozřejmá volba. Nicméně klimatické podmínky toho řešení nemusí umoţnit v těch případech, kde teplota suchého teploměru se očekává taková, ţe překročí poţadovanou konstrukční teplotu po dobu velké části roku, ledaţeby byl akceptován sníţený výkon výrobního procesu, stejně tak jako současné sníţení celkové účinnosti daného provozu. Pokud je volba místa jen jednou z volitelných moţností, mohou být významně ovlivněny poţadavky chladicího procesu. Proto je důleţité, aby v průběhu konstrukční fáze byly zváţeny všechny níţe uvedené aspekty v procesu volby místa:  mnoţství, 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;


Listopad 2000

25

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 údrţbu a opravy; provozní parametry, jako jsou minimální ţivotnost (provozní ţivot), roční doba provozování, průměrné zatíţení tepelným výkonem a průtokem vody; provozní poţadavky jako je poţadované přiblíţení a dostupnost (chladicí) soustavy; environmentální legislativní poţadavky vztahující se na tepelné emise, emise parních vleček, akustické emise, celkovou výšku, atd.; pro elektrárny: ztráty účinnosti provozu, kapitálové náklady na kompenzování ztrát výkonu, ţivotnost provozu a ztráty příjmů za energii v důsledku niţší účinnosti provozu.

Prostor Různé chladicí soustavy potřebují různé velikosti prostoru pro tutéţ chladicí výkonnost a odlišují se od sebe pokud se jedná o poţadavky 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 poţadované kapacity chlazení jsou poţadovány rozsáhlé článkové konstrukce, sestávající z několika článků. V případě menších kapacit by prostorová omezení neměla být omezujícím faktorem, protoţe na trhu jsou střešní konstrukce, které jsou speciálně navrţeny 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 věţ umístěná na střeše budovy nevyţaduje ţádný další prostor na zemi, ale umístění na střeše můţe způsobit omezení ohledně její tíhy. Prostorové a výškové poţadavky jsou důleţitá kritéria pro vzduchem chlazené a hybridní chladicí soustavy. Ventilace (asi vhodnější „proudění“, pozn. překl.) vzduchu můţe být dosaţeno přirozeným tahem nebo ventilací umělým tahem za pouţití ventilátorů. Pro tentýţ výkon chlazení musí být chladicí soustavy s přirozeným tahem mnohem větší a vyšší, neţ chladicí soustavy s umělým tahem pouţitím ventilátorů.

Posouzení místa Pokud se jedná o volbu místa je v celé řadě členských států obvyklá praxe, ţe pro rozsáhlá místa je posouzení environmentálního dopadu vyţadováno jako součást postupu povolování (schvalovacího řízení?). Kromě toho v důsledku potenciálního vysokého dopadu volby místa na chladicí výkon (výkonnost) existují iniciativy pro předběţnou volbu optimálních míst pro chladicí zařízení v regionálních programech (územního) plánování. Příkladem posouzení místa pro chladicí soustavy s velkými poţadavky na vodu, jako jsou takové, které jsou pouţívány 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, ţe pouţívání takového hodnocení je opět jenom částí celkového posouzení, a ţe místo, které je klasifikováno jako stupeň/třída 3 (pochybná vhodnost), by dobře mohlo být vhodné na základě dosaţení celkové rovnováhy faktorů. Příklad důsledků volby místa je moţné pozorovat v případě, kdy je pouţit „přístup― BAT pro místo, které je kvalifikováno jako stupeň/třída 3.

26

Listopad 2000



Tabulka 1.5 Kritéria pro volbu místa vztahující se k velkým poţadavkům na chlazení (Odvozeno z [tm012, UBA, 1982]) Kritéria

Stupeň 1 (dobrá vhodnost)

Stupeň 2 (uspokojivá vhodnost)

Stupeň 3 (pochybná vhodnost)

Vysvětlení

Dostatečná dodávka chladicí vody

W NNQ > -----------ζ c ΔT Bohatá dodávka chladicí vody

W NNQ ≈ -----------ζ c ΔT Dostatečná dodávka chladicí vody

W NNQ < -----------ζ c ΔT Nedostatečná dodávka chladicí vody bez technických opatření

Vhodná jakost vody

Třída jakosti vody II mírně znečištěná II/III kriticky znečištěná

Třída jakosti vody III váţně kontaminovaná

Bez ohledu na třídu jakosti

Dodrţování povolených ztrát odpařováním

V
V≈Aa Únosné ztráty odpařováním

V>Aa Ztráty odpařováním nejsou přijatelné bez technických opatření

Dopad na dodávku pitné vody

Vypouštění chladicí vody nemá ţádný dopad na dodávku pitné vody

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) Ţádné nebo jenom několik málo vyvýšenin s nadmořskou výškou větší neţ má chladicí věţ v rozsahu poloměru asi 20 km od daného místa Velký potenciál pro ekonomicky realizovatelné pouţití dálkového vytápění

Vypouštění chladicí vody můţe mít za určitých okolností dopad na dodávku pitné vody, negativním účinkům můţe být zabráněno 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

NNQ: nejniţší známý objem průtoku povrchové vody 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 váţně kontaminovaná IV nadměrně kontaminovaná V: ztráty odpařováním ve zvoleném místě (objemový průtok) A: přípustné odpařování pro místo a: část A, která můţe být pouţita, omezená jinými zdroji odpadního tepla v daném místě Toto kritérium musí být zváţeno pokud směrem po proudu od daného místa je z povrchové vody získávána pitná voda (současně, nebo se plánuje do budoucna)

Několik vyvýšenin vyšších neţ je chladicí věţ v rozsahu poloměru asi 2km aţ 20 km od daného místa

Několik vyvýšenin vyšších neţ je chladicí věţ v rozsahu poloměru menšího neţ 2 km od daného místa

Malý potenciál pro ekonomicky realizovatelné pouţití dálkového vytápění

Ţádná moţnost ekonomického vyuţití odpadního tepla, nebo pochybná moţnost, protoţe nebyla pečlivě prozkoumána

Moţnost ekonomického vyuţití odpadního tepla

Moţnost ekonomického vyuţití odpadního tepla zvyšuje atraktivnost daného místa a můţe překonat jiné nevýhody a zmenšit vypouštění tepla

____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 27


Listopad 2000

27

Kapitola 1

Posouzení by mělo být zahájeno volbou některé z volitelných moţností pro opětné vyuţití tepla, poněvadţ toto by mělo mít vliv na poţadavky na chladicí vodu. Toto kritérium nemůţe být splněno, kdyţ ţádné externí vyuţití tepla není moţné 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. Jestliţe z důvodů daného procesu je nutné pouţít 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 věţ) místo průtočné chladicí soustavy. Toto bude znamenat aplikování některých druhů úpravy vody, v závislosti na jakosti vody a na cyklech koncentrace. Dalším poţadavkem 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, můţe být taky zváţeno pouţití vzduchového chlazení. Integrovaný „přístup― se bude řídit podle porovnání vyuţití energie a nákladů. Proces volby místa vyţaduje, aby pro „konečného kandidáta― pro dané místo byla provedena detailní posouzení ohledně volby moţných 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 důleţitá podmínka specifická pro dané místo. Ovlivňuje jak volbu typu chlazení a moţnou koncovou teplotu procesu, který má být ochlazován. Rozpor mezi chlazením vzduchem a/nebo vodou nastává tehdy, kdyţ poţadavek na chlazení je vysoký a splnění poţadavků se stává obtíţnější. 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 můţe být velmi důleţitá a můţe být dosaţena kombinováním vodního a vzduchového chlazení. Nicméně někdy můţe nastat případ, ţe určité ztráty účinnosti musí být akceptovatelné. Pro dosaţení poţadované teploty procesu je samozřejmým poţadavkem pro všechny chladicí soustavy, ţe chladicí látka (chladicí médium) musí mít niţší teplotu, neţ 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 vyţadovat pouţití určitého způsobu provozu. Teplota vlhkého teploměru je vţdy niţší neţ 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 nejniţší teplota, na kterou můţe 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 důleţitá 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 obtíţnější bude dosáhnout dolních teplot chladicími soustavami chlazenými vzduchem. Jak uţ je zmíněno výše, toto můţe vést k poklesům/ztrátám účinnosti. K překonání poklesů účinnosti mohou být učiněna opatření, tyto však vyţadují určité investice. Z ekonomických důvodů je uţitečné stanovit kolísání těchto teplot v průběhu (kalendářního) roku a během jaké části roku v procentním vyjádření byly maximální teploty ve skutečnosti dosaţeny. Jako příklad je v Tabulce 1.6 uvedeno, jak můţe pro rozdílné klimatické podmínky v Evropě volba suché nebo mokré chladicí soustavy ovlivnit poklesy účinnosti procesu v důsledku Carnotova cyklu. V tomto příkladu je uvaţováno s přiblíţením pro mokré chlazení ve výši 4 K a tato hodnota musí být připočtena k teplotě vlhkého teploměru pro získání minimální koncové teploty chladiva. Přiblíţení 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

28

Listopad 2000



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

Paříţ

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 přiblíţení 12 K přiblíţení pro mokrou soustavu: 4 K průměrný pokles účinnosti 0,35 % na ΔT K

____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL Listopad 2000 29


Listopad 2000

29

1.4.4 Matematické modelování, simulace na modelech a zkoušky na pilotních cyklech Pro posouzení dopadu nových a jiţ existujících velkých chladicích soustav a pro optimalizaci jejich provedení resp. výkonnosti mohou být pouţity 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 moţná největším rozsahu. Zejména je důleţité 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 umoţňuje vzít v úvahu odchylky jakosti vodní cesty v průběhu jednotlivých období kalendářního roku a zkusit realizovat některé volitelné moţnosti v reprezentativním měřítku (například volba výplní chladicí věţe, volba směsí/slitin).

1.5 Volba chladicí techniky pro splnění environmentálních poţadavkŧ Environmentální poţadavky mohou ovlivnit pouţití chladicích soustav a jsou dalším krokem při vyváţené volbě nové chladicí soustavy, nebo při optimalizaci jiţ existující chladicí soustavy. Obecně vyjádřeno, lze rozlišit pět hlavních aspektů, které mají důsledky na volbu chladicích soustav:  minimalizace pouţití 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 kaţdá volba má potenciálně své důsledky na jeden z dalších aspektů. Cílem je preventivní zabránění emisím do ţivotního prostředí z běţných provozních postupů. V průběhu tohoto postupného kroku posuzování (chladicích soustav) by se měly vyjasnit rozdíly mezi vodním chlazením, vzduchovým chlazením a chlazením vzduch/voda, jakoţ 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. Jiţ dříve v tomto dokumentu byl prosazován názor, ţe posouzení vodního chlazení versus vzduchové chlazení by nemělo být prováděno v obecném smyslu, protoţe se tím opomíjí lokální omezení, která mohou limitovat kteroukoliv z těchto dvou chladicích soustav. Nicméně by mohlo být vhodné posoudit nebo znovu posoudit poţadavky na vodu pouţívanou v chladicí soustavě z hlediska programů na uchování vody a z hlediska zvyšujícího se poţadavku na vodu dobré jakosti pro jiné účely (občanské/civilní a průmyslové), neţ je chlazení.

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, jejichţ poţadovaný chladicí výkon je stejný: [tm001, Bloemkolk,1997]. Pokud se jedná o prostorové poţadavky: 

Vzduchové chlazení vyţaduje prostor kvůli nízké měrné tepelné kapacitě vzduchu. Prostor můţe být udrţován jako minimální prostřednictvím instalování vzduchových chladičů nad zařízením, které je pouţito v procesu, nebo nad potrubním mostem;



Vzduchem chlazené soustavy mají svá omezení vztahující se k jejich umístění, poněvadţ nemohou být umístěny příliš blízko u budov kvůli výsledné cirkulaci vzduchu, blokování dodávky vzduchu a nebezpečí recirkulace; Náklady na údrţbu Náklady na údrţbu pro vzduchové chlazení jsou všeobecně povaţovány za nízké, protoţe se nevyţaduje odstraňování kotelního kamene a mechanické čištění povrchových ploch, které jsou v kontaktu s vodou a nevyţadují 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, neţ 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 ţádný limit na dostupné mnoţství vzduchu a proud vzduchu můţe být nastaven podle poţadavku procesu za pouţití cyklování ventilátoru, pouţitím instalace několika ventilátorů, nebo modulačním řízením kapacity;



Omezování úniků chladicí vody netěsnostmi je snadněji zjistitelné, přestoţe detekce úniku vlivem netěsností v kondenzátorech se uvádí jako obtíţnější. Úniky vlivem netěsností obvykle ovlivňují účinnost procesu.

1.5.2 Konstrukční faktory a volba materiálŧ Při postupu podle „přístupu― BAT je (konstrukční) návrh chladicí soustavy a volba materiálů, které mají být pouţity, důleţitým preventivním krokem. Jednak mohou ovlivnit provoz jako poţadované mnoţství přímé spotřeby energie, dále výskytem řízených emisí (úprava vody) a neřízených emisí (úniky v důsledku netěsností) do ţivotního prostředí, dále emisemi hluku, a směrem tepelných emisí (voda nebo vzduch). Rovněţ zvolené konstrukční provedení a zvolené materiály budou vyţadovat určitou úroveň investování Opět zde je dosaţení rovnováhy hledáno mezi mírou prevence emisí konstrukčním provedením, pouţitými materiály a zahrnutými investičními náklady. Je to opět záleţitost 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);



sloţení a korozívnost chladicí vody;



sloţení a korozívnost látky (média), která (které) má být ochlazována (ochlazováno);

 poţadovaná dlouhá ţivotnost a náklady; Je k dispozici celá řada materiálů a za účelem zvyšování odolnosti (chladicích zařízení) jsou nejobvykleji pouţívány uhlíková ocel, ocel s povrchovou úpravou (pozinkovaná), hliník/mosaz, měď/nikl, vhodné typy


Listopad 2000

31

nerezové oceli a titan. V rozsahu těchto skupin se pouţívá další podrobnější členění podle jakosti. Rozsáhlým způsobem se zjišťuje zejména odolnost proti korozi, mechanické erozi a biologickému znečištění podle jakosti vody kombinované s moţnými prostředky pro kondicionování vody. V Příloze VI jsou uvedeny některé úvahy ohledně volby materiálu pro průtočné a otevřené recirkulační (chladicí) soustavy. Pro kaţdou průmyslovou chladicí soustavu můţe být provedeno podobné posouzení. V případě vodních (chladicích) soustav a chladicích soustav /voda/vzduch můţe být zvolen materiál v závislosti jak na chladivu a na látce, která je pouţita (médiu, které je pouţito) v procesu, zatímco v případě primárního uzavřeného okruhu suchého chlazení je látka pouţitá (médium pouţité) v procesu důleţitější. Je samozřejmé, ţe pro různé části zařízení mohou být pouţity 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 můţe být to, ţe bude třeba provést komplexní úpravu chladicí vody a zabezpečit kontrolní program, coţ povede k emisím a nákladům. V Tabulce 7 je znázorněn příklad vlivu, který je způsoben odchylkami v konstrukčním provedení. Jsou navrţeny tři (chladicí) věţe pro stejnou chladicí výkonnost a pro tytéţ poţadované environmentální parametry. Volba chladicí soustavy znamená rozdílné velikosti, ale především rozdíl v energetických nákladech, který je kolem 7 kW vyšší pro chladicí věţ s uzavřeným okruhem, aby byl schopen tutéţ výkonnost se stejnou hladinou akustického výkonu. V tomto případě mohou provozní náklady vést k volbě jedné z jiných volitelných moţností. Pro jiné konstrukční/návrhové faktory můţe být provedena podobná porovnání, která mohou vést k odlišným účinkům, které favorizují jiná volitelná řešení.

Tabulka 1.7: Porovnání různých chladicích soustav při poţadované maximální hladině akustického výkonu [tm139, Eurovent, 1998] Mokrá chladicí věţ

Chladicí věţ

Hybridní chladicí věţ

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 moţnosti pro technologickou změnu existujících chladicích soustav V případě nových chladicích soustav bude existovat větší flexibilita pro volbu mezi úplnými soustavami a posouzením alternativních volitelných moţností, zatímco pro jiţ existující zařízení je změna technologie často drastickým řešením. Někdy je ve specifických případech moţné změnit technologii, ale počet volitelných moţností pro redukování emisí prostřednictvím technických řešení je pro existující zařízení omezen. Protoţe „přístup― BAT zvaţuje ţe prevence emisí je převládající záleţitostí, přičemţ se berou v úvahu taky ekonomické

Kapitola 1

aspekty, změna technologie ve volitelnou moţností, která by měla být uváţena před optimalizací provozování chladicí soustavy, která má být dále posuzována. V dále uvedených odstavcích jsou uvedena pozorování a zkušenosti dodavatelů k poskytnutí příkladů moţných optimalizačních kroků, uskutečněných v rámci „přístupu― BAT (viz taky Přílohu XI).

1.5.3.1 Retrofit – důvody a okolnosti Provedení retrofitu jiţ existujícího zařízení můţe být zvaţováno z následujících důvodů: 1. náhrada existující technologie odlišnou technologií s niţšími poţadavky na provoz; 2. náhrada zastaralého technologického zařízení moderním zařízením s vyšší účinností, a 3. modifikace existujícího zařízení za účelem zlepšení parametrů, nebo splnění dalších poţadavků. 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 niţší, neţ platilo pro stará zařízení (staré instalace).

Prostor je často důleţitým 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 můţe být umístěno na střeše budovy, nebo které vyţaduje menší prostor, neţ vyţadoval starý typ. Přednostním řešením by mohlo být nové zařízení s niţšími provozními potřebami, takţe retrofit je také přidruţen k niţším provozním nákladům. Niţší 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 vyţadovat 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 poloţky musí být pohlíţeno 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 moţno zlepšit účinnost procesu, který má být ochlazován. Na druhé straně změny v procesu, který má být ochlazován, budou mít taky za následek odlišné poţadavky 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 poţadavků na chladicí soustavu. 

V důsledku nové technologie se procesem vytváří méně odpadního tepla a je poţadována menší chladicí kapacita (poţadován niţší chladicí výkon) (příklad: počítačové terminály, proces se třením).



Teplotní hladina odpadního tepla byla změněna, a to jak směrem k vyšším teplotám tak i k niţším teplotám (příklad: procesy spalování).



Teplo vytvářené procesem je z velké části tepla rekuperováno, takţe do ţivotního prostředí musí být odstraněna menší mnoţství odpadního tepla.

 Citlivost procesu na teplotu je zvýšena, a je potřeba pouţít účinnější chladicí soustavu. V Tabulce 1.8 je uveden souhrn volitelných moţností pro technologické zdokonalení, která, podle informací dodavatelů, mohou být povaţována za technicky snadná (E), moţná (P), obtíţná (D), nemoţná (NP), nebo se na daný případ nevztahují (NA). Všeobecně vyjádřeno kaţdá (chladicí) soustava má variabilní počet volitelných moţnosti pro retrofit. Moţnosti NP-E udávají, ţe aplikování volitelné moţnosti do značné míry závisí na specifické situaci, ve které je chladicí soustava provozována. (Viz taky Kapitolu 3 a přílohy).


Listopad 2000

33

Tabulka 1.8: Volitelné moţnosti technologického zdokonalení pro existující soustavy (osobní připomínky) Volitelné moţnosti

Prŧmyslové 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 pouţití 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 věţ otevřená mokrá/suchá chladicí věţ mokrá chladicí věţ s uzavřeným okruhem suchá chladicí věţ s uzavřeným okruhem mokrá suchá chladicí věţ s uzavřeným okruhem

Existuje mnoho moţných 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 Niţší provozní náklady přidruţené 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, ţe 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, neţ investiční náklady ve výši 21 000 EUR. Pokud dosaţení rovnováhy dává na prvním místě přednost ţivotnímu prostředí a investiční náklady budou mnohem vyšší, neţ roční náklady, stane se doba pro znovuzískání investic důleţitým faktorem. Do tohoto příkladu je zároveň zahrnuto jak ţivotní prostředí ve vztahu k poţadavkům na vodu, tak i profit firmy, který vyplývá ze změny technologie. Nicméně environmentální náklady jsou způsobeny dodatečnými energetickými poţadavky, a to na energii pro další ventilátory a čerpadla. Pouţití vody je v tomto příkladu značně ovlivněno ztrátami odpařováním, které byly vypočítány za předpokladu, ţe jejich mnoţství je 1,8 % cirkulujícího mnoţství (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] aţ 0,2 [EUR/m3] pro uzavřený okruh, mohla by být průtočná chladicí soustava z ekonomického pohledu příznivější.

Kapitola 1

Tabulka 1.9: Příklad přestavby prŧtočné soustavy na recirkulační soustavu [tm139, Eurovent, 1998]

Příklad: vzduchový kompresor 500 kW

Prŧtočná 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 Jestliţe se zvaţuje změna chladicího uspořádání, musí být vzaty do úvahy vlivy na celkovou účinnost. Pokud to je moţné, účinnost by měla být zvýšena. V případě procesů citlivých na teplotu je potřeba zkontrolovat, zda technologie chlazení můţe poskytnout niţší koncové teploty při stejné úrovni bezpečnosti. Příklad náhrady vodou chlazeného kondenzátoru s otevřenou chladicí věţí odpařovacím kondenzátorem ukazuje vliv na koncovou teplotu a na účinnost (chladicí) soustavy. taková technologická náhrada můţe potenciálně sníţit kondenzační teplotu o 4 K aţ 6 K v závislosti na skutečných podmínkách. Velikost přínosu účinnosti takového retrofitu můţe být odhadován v řádu 12 % aţ 15 % poţadavku na výkon chladivového kompresoru [tm139, Eurovent, 1998]. V případech, ve kterých pouţití ((s)potřeba) vody a/nebo náklady na vodu/odpadní vodu („sewage“) musí být redukovány, by pro teplotně citlivá pouţití ve středním teplotním rozsahu mohlo být zavedení hybridních (chladicích) soustav příznivé. Taková změna obecně nezvyšuje poţadavky na elektřinu, ale můţe značně sníţit roční spotřebu vody. V závislosti na skutečných podmínkách a poţadované velikosti můţe koncepce hybridního chlazení vyţadovat 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 niţším provozním nákladům. Vývoj soustav proudění vzduchu a ploch pro předávání tepla, stejně tak, jako pouţívání trvanlivějších konstrukčních materiálů, jsou hlavními důvody pro scénáře náhrady/výměny. Protoţe obvykle nedojde k ţádné změně teplot procesu (tatáţ technologie), je hlavní střed pozornosti v tomto scénáři zaměřen na redukování potřeby provozních zdrojů a sníţení environmentálních dopadů, stejně tak, jako dosáhnout prodlouţení ţivotnosti předmětných zařízení. Prodlouţení ţivotnosti zařízení o více neţ 10 let můţe být dosaţeno pouţitím nových trvanlivých materiálů. Je velmi pravděpodobné, ţe jakékoliv zařízení instalované před 15 lety nebo 20 lety, můţe nyní být nahrazeno moderním zařízením s vyšší provozní účinností a lepšími environmentálními a ekonomickými parametry. Typickým příkladem pro zdokonalení průtočných chladicích soustav je pouţití 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, coţ má za následek kompaktnější konstrukční provedení s vyššími energetickými účinnostmi. V případě vzduchem chlazených soustav novou technologií tvarování ţeber různými způsoby bylo dosaţeno podobných výsledků. Příkladem toho, jaký by mohl


Listopad 2000

35

vliv na pouţití 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 pouţití/vyuţívání energie a na údrţbu výplně. Tabulka 1.10: Příklad přestavby zastaralé mokré chladicí věţe s umělým tahem na moderní konstrukční provedení [tm139, Eurovent, 1998] Příklad: Zastaralá konstrukce: Moderní konstrukce: Mokrá chladicí věţ koncepce s umělým sacím tahem koncepce s umělým sacím tahem s umělým tahem s málo účinnou výplní s vysoce účinnou výplní a soustavou ventilátorŧ a soustavou ventilátorŧ Výkon (kapacita) Vstupní teplota Výstupní teplota Teplota vlhkého teploměru Průtok vody Poţadovaný 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, přičemţ existující (chladicí) zařízení zůstává na daném místě. Zdokonalení můţe zvýšit účinnost (chladicí) soustavy a redukovat environmentální dopady. Příklady zdokonalení (chladicí soustavy) jsou nové a účinnější výplňové svazky chladicích věţí a aplikování zvukových izolací. Příklady, které jsou uvedeny v Tabulkách 1.11 a 1.12 by mohly být povaţovány za zjednodušená znázornění takových zdokonalení (upgrading). Pro integrované posouzení environmentálních přínosů by rovněţ měly být posouzeny ostatní faktory. Například při náhradě výplně chladicí věţe za zdokonalenou výplň musí být taky zahrnuty environmentální náklady, které musí být vynaloţeny na likvidaci staré výplně. Tabulka 1.11: Příklad náhrady zastaralé výplně mokré chladicí věţe s umělým tahem moderní výplní s vysokou účinností [tm139, Eurovent, 1998] Příklad: mokrá chladicí věţ 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 Poţadavek 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, ţe ne všechny změny mají pouze pozitivní účinky, je moţné pozorovat z údajů uvedených v Tabulce 1.12, kde je uveden příklad dosaţení značného sníţení hladiny hluku. Nicméně sníţení hluku obvykle vede k poklesu

Kapitola 1 tlaku, který musí být kompenzován vyšším výkonem ventilátorů. Toto zase naopak zvyšuje přímou spotřebu energie chladicí soustavy. Bude to záleţitostí lokální preference, zda převáţí niţší spotřeba energie nebo niţší hladina hluku. Zdokonalení neboli modernizace provozní strategie je jiným příkladem zlepšení účinnosti. Cyklické zapínání a vypínání ventilátorů můţe být změněno na modulované řízení s pouţitím 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 jiţ existujícího zařízení. Investice jsou doprovázeny niţšími provozními náklady, které jsou důsledkem vyšší účinnosti. Investiční náklady na zdokonalení („upgrading“) budou obvykle niţší, neţ 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 věţ Existující mokrá chladicí věţ Zdokonalení pouţitím 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 Poţadavek na výkon ventilátoru 15 kW 18 kW 90 dB(A) 81 dB(A) Hladina akustického výkonu Investiční náklady — 12 000 EUR

1.6 Ekonomické okolnosti Náklady jsou vţdy mezi nejdůleţitějšími/nejvýznamnější faktory pro volbu chladicí soustavy a mohou být posouzeny pouze na úrovni individuálního projektu. Je moţné rozlišovat tři důleţité/významné typy nákladů:  investiční náklady;  náklady na údrţbu;  provozní náklady vztahující se k poţadavkům 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 nejniţší investiční náklady, nemusí nutně také být (chladicí) soustavou, která vyţaduje minimální provozní zdroje. Technická řešení, která jsou pouţita za účelem minimalizace spotřeby zdrojů, často vedou k vyšším investičním nákladům. Proto je důleţité, 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 přidruţeny 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 jiţ dříve/výše zmíněné technicko-ekonomické metody, při které se pouţívá „aktualizovaný― nebo „valorizovaný― poměr, který se liší mezi jednotlivým zeměmi [tm056, Caudron, 1991].


Listopad 2000

37

Kapitola 2

2 2.1

TECHNOLOGOCKÉ ASPEKTY POUŢITÝCH CHLADICÍCH SOUSTAV Úvod

V této kapitole je uveden stručný popis principů uspořádání některých chladicích soustav, které jsou pouţívány v evropském průmyslu. V rozsahu těchto konfigurací je moţné nalézt rozmanité aplikace, které jsou všechny zaměřeny na splnění poţadavků daného procesu, poţadavků předmětného místa a na splnění environmentálních a ekonomických poţadavků. Velikost a typ výměníku tepla, typ ventilátorů a provozní praktiky se taky mění. Rozdílné typy chladicích soustav mohou být klasifikovány pouţitím různých kritérií. Standardní literatura pouţívá 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 pouţitá v procesu, nebo chladivo, v kontaktu s ţivotním prostředím; v uzavřené (chladicí) soustavě látka pouţitá v procesu, nebo chladivo, cirkuluje uvnitř trubek, trubkových hadů, nebo v potrubích a nemá kontakt s ţivotním 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 přiblíţení (kolem 5 K). Přímé a nepřímé (chladicí) soustavy jsou známy taky jako primární a sekundární (chladicí) soustavy. V zásadě kaţdá přímá chladicí soustava můţe být přeměněna na nepřímou (chladicí) soustavu a tato volitelná moţnost je zvaţována v situacích, kdy únik média pouţitého v procesu v důsledku netěsností by mohl ohrozit ţivotní prostředí. Chladicí soustavy s přímým kontaktem (nezaměňovat za přímé/nepřímé (chladicí soustavy)) nejsou v tomto BREF popisovány, protoţe jejich charakteristiky silně závisí na průmyslovém procesu, v němţ 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, protoţe to jsou soustavy, které buďto pouţívají podtlakové techniky, nebo specifická chladiva, jako je například HCFC (halogenované uhlovodíky obsahující vodík, chlor, fluor a uhlík). V praxi je moţné v Evropě i mimo Evropu objevit rozmanité názvy, které se pouţívají 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 běţně pouţívaných evropským průmyslem můţe být odvozen z výše uvedených zásad.  průtočné chladicí soustavy (s chladicí věţí nebo bez chladicí věţe)  otevřené recirkulační chladicí soustavy (mokré chladicí věţe)  chladicí soustavy s otevřeným okruhem – chladicí soustavy chlazené vzduchem – mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem  kombinované mokré/suché (hybridní) chladicí soustavy – otevřené hybridní chladicí věţe – hybridní věţe s zavřeným okruhem V případě uzavřených recirkulačních chladicích soustav můţe 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.


Listopad 2000

39

Kapitola 2

Všeobecně vyjádřeno, průtočné (chladicí) soustavy a otevřené recirkulační (chladicí) soustavy se pouţívají pro velké provozy v energetickém průmyslu a (petro-) chemickém průmyslu. Termín (název) věţ se pouţívá jak pro konstrukce plášťového typu (například velké chladicí věţe s přirozeným tahem), tak i pro konstrukce článkového typu, které mohou být malé a lze je nalézt v pouţitích 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 důleţité uvědomit si, ţe přiblíţení se mohou měnit (kolísat) a do značné míry závisí na konstrukčním provedení výměníku tepla a na teplotě okolního vzduchu. Minimální koncové teploty média pouţitého (látky pouţité) v procesu se budou podle toho měnit. Přiblíţení pro elektrárny se vypočítá odlišným způsobem (viz Přílohu I). Tabulka 2.1: Příklad technických a termodynamických charakteristik rŧzných chladicích soustav pro prŧmyslová (ne-elektrárenská) pouţití [tm139, Eurovent, 1998] Chladicí soustava Chladicí Hlavní Minimální Minimální Kapacita/výkon médium princip přiblíţení dosaţitelná prŧmyslového (látka) chlazení (K)4 koncová teplota procesu média pouţitého (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 ţivotního prostředí. 4) Odpařování je hlavním chladicím principem. Teplo je taky předáváno vedením/prouděním, ale v 5) menším rozsahu. Musí být doplněna přiblíţení výměníku tepla a chladicí věţe. 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 moţné očekávat vyšší kapacity/výkony soustavy. V případech, kdy je aplikována (chladicí) soustava s nepřímým chlazením, nebo je taky pouţito proudění, přiblíţení se v tomto případě zvýší o (3 aţ 5) K, coţ vede ke zvýšené teplotě procesu. V Tabulce 2.1 je uvedeno, ţe jednotlivá uspořádání mají různé teplotní rozsahy a ţe teplotní rozsah, vyţadovaný pro proces, by mohl vyţadovat určité uspořádání. Z důvodů prostoru a nákladů se vzduchem chlazené soustavy

40

Listopad 2000


Kapitola 2 obvykle nepouţívají pro velmi velké kapacity resp. výkony, zatímco vodní chlazení můţe být aplikováno pro vypouštění tepla aţ do hodnoty 2 000 MW th, nebo i pro větší hodnoty. V případě kondenzátorů jsou přiblíţení vyšší. Přiblíţení 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. Pouţitelné údaje jsou uvedeny v Tabulce 2.2. Tabulka 2.2: Příklady kapacity/výkonu a termodynamických charakteristik rŧzných chladicích soustav pro pouţití v energetickém prŧmyslu [Připomínka EDF/[tm056, Caudron, 1991] [tm056, Caudron, 1991] [tm056, Caudron, 1991]] Chladicí soustava Pouţitá přiblíţení (K) Výkon/kapacita procesu vyrábějícího energii (MWth) Otevřená průtočná (chladicí) soustava 13 – 20 (koncový rozdíl 3 – 5) < 2 700 Otevřená mokrá chladicí věţ 7 – 15 < 2 700 Otevřená hybridní chladicí věţ 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 přidruţeny. Podrobnější informace o výměnících tepla a o materiálu je moţné nalézt v Přílohách III a IV, stejně tak jako v dokumentech, které jsou uvedeny v seznamu odkazované referenční literatury. V následujících odstavcích budou pouţívány ty technické termíny, se kterými se lze běţně setkat ve zmíněné literatuře. Jako pomůcka pro odkazy při případných konzultacích bude uvedeno upozornění v případech, kdy byly pouţity taky jiné termíny (názvy).

2.2

Výměníky tepla

Výměníky tepla jsou stěţejní prvky předávání tepla, přičemţ jsou jak součástí procesu, který má být ochlazován, tak i součástí chladicí soustavy. Následně po výměníku tepla jsou pouţívány různé systémy pro vypouštění tepla do ţivotního prostředí. Běţně jsou pouţívány dva typy výměníků tepla: výměníky tepla kotlového typu (jsou nejobvykleji pouţívány) 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 pouţívány v průmyslu a tento výměník prokázal, ţe 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 navrţen pro vysokotlaké podmínky, pro podmínky vysokého tlaku, k provozování s párou, nebo s tepelnými tekutinami. V obvyklých případech je v trubkách obsaţena chladicí voda a látka, která je pouţívána 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 pouţívány v celé řadě aplikací v rafineriích cukru, (petro-) chemickém průmyslu a v elektrárnách. Deskové výměníky tepla jsou zejména vhodné k pouţívání při niţších hodnotách přiblíţení, stejně tak jako v aplikacích za niţších 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 pouţívanou 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 obtíţné z hlediska provádění údrţby. Deskové výměníky tepla jsou ekonomické, protoţe mohou být při ekvivalentní ploše povrchu pro výměnu tepla (resp. teplosměnné ploše) provedeny mnohem kompaktnější (například kruhové), neţ kotlové výměníky tepla.


Listopad 2000

41

Kapitola 2

2.2.3 Environmentální záleţitosti výměníkŧ tepla Z hlediska ţivotního prostředí jsou níţe uvedené záleţitosti důleţité pro oba dva typy výměníků tepla: – – – –

2.3

vhodné konstrukční provedení z hlediska účinné výměny tepla; vhodná výroba k zabránění úniku tekutiny pouţívané 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) pouţívaného (pouţívané) v procesu; moţnost pouţívání mechanických čisticích zařízení.

Prŧtočné chladicí soustavy

2.3.1 Přímé prŧtočné 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 přepáţkovou 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].

Uţivatelé

Obrázek 2.1: Schematické znázornění přímé prŧtočné chladicí soustavy [tm 001, Bloemkolk, 1997]

Chladicí výkon/kapacita Průtočné (chladicí) soustavy jsou určeny převáţně pro velké chladicí výkony/kapacity (> 1 000 MWth), ale mohou být navrţeny také pro malé chladicí soustavy(< 10 kW th). 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 dosaţeny s odpovídajícím přiblíţením 3 K aţ 5 K.

Environmentální aspekty Pro průtočné (chladicí) soustavy jsou uváděny tyto hlavní environmentální aspekty: 

pouţití velkých mnoţství vody;



emise tepla;

42

Listopad 2000


Kapitola 2 

riziko nasátí ryb;



citlivost na biologické znečištění, utváření kotelního kamene a vznik koroze;



pouţití přídavných látek a z toho vyplývající emise do vody;



spotřeba energie, zejména pro čerpadla;



riziko úniků v důsledku netěsností z proudu látky pouţité v procesu; a



zanesení sít na přívodu vody.

Pouţití Průtočné (chladicí) soustavy se pouţívají ve velkých průmyslových procesech, jako jsou výroba energie, chemický průmysl a rafinerie. Voda pouţívaná pro průtočné chlazení je převáţně povrchová voda. Pro pouţití v malém rozsahu, jako je chlazení čerpadel se pouţívá 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 pouţitelnost, ale všeobecně jsou jakost vody a chemie vody méně omezující, neţ je tomu v případě recirkulačních (chladicích) soustav. [tm005, Van Donk a Jenner, 1996].

2.3.2 Prŧtočné chladicí soustavy s chladicí věţí Protoţe proces výroby energie se provozuje v podmínkách podtlaku, úniky následkem netěsností v kondenzátoru elektrárny obvykle znamenají znečištění vody pouţívané v procesu chladicí vodou. Na značném počtu míst lze nalézt průtočné (chladicí) soustavy kombinované s chladicí věţí k předchlazení výtoku předtím, neţ je vypuštěn do přijímací povrchové vody (recipientu). Toto uspořádání se pouţívá v situacích, kde chladicí voda můţe recirkulovat a zvyšovat tak teplotu chladicí vody, která je přiváděna do téţe 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 moţné nalézt v elektrárnách umístěných na mořském pobřeţí, při ústích řek a ve vnitrozemí na březích řek. Na tyto chladicí soustavy se budou vztahovat environmentální aspekty otevřených mokrých chladicích věţí. Při volbě výplně chladicí věţe bude muset být posouzen biologický růst a usazeniny. Všeobecně se pouţívají chladicí věţe se širokou rozdělovací výplní nebo s rozstřikovací výplní.

Obrázek 2.2:

Schematické znázornění přímé prŧtočné chladicí soustavy s chladicí věţí, která se pouţívá v energetickém prŧmyslu [tm132, Eurelectric, 1998]


Listopad 2000

43

Kapitola 2

2.3.3 Nepřímé prŧtočné chladicí soustavy

Uţivatelé

Obrázek 2.3:

Schematické znázornění nepřímé prŧtočné chladicí soustavy

[tm001, Bloemkolk, 1997]

Technický popis Toto chladicí uspořádání je podobné jako přímá průtočná (chladicí) soustava, ale je nepřímé, protoţe zde není ţádné přímé předávání od páry/tekutiny pouţívané v procesu do chladiva, které má být vypouštěno. Pro tento případ se taky pouţívá termín/název sekundární chladicí soustava. Teplo je předáváno od média/látky, které jsou pouţívány 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 (t1 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 dosaţeny stejné koncové teploty, ale v důsledku pouţití zvláštního výměníku tepla se přiblíţení můţe zvýšit o dalších 3 K aţ 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, ţe riziko vypouštění tekutin pouţívaných v procesu v důsledku netěsností do povrchové vody je minimální nebo nulové.

Pouţití Nepřímá prŧtočná chladicí vodní soustava se pouţívá tam, kde existuje vysoké environmentální riziko v případě, jestliţe tekutiny, které se pouţívají v procesu, unikají v dŧsledku netěsností do chladicí vody. Dostupnost a jakost povrchové vody jsou pro tuto chladicí soustavu taky dŧleţité. Tato (chladicí) soustava taky vytváří tepelné zatíţení v přijímací povrchové vodě (recipientu). Variantou nepřímé prŧtočné (chladicí) soustavy je recyklovat část vody primárního cyklu. Tato část se chladí vzduchem předtím, neţ se smíchá s nově přiváděnou chladicí vodou. Tento další chladicí výkon (kapacita) se mŧţe pouţívat v těch obdobích roku, kdy není k dispozici dostatečné mnoţství chladicí vody. Všeobecně vyjádřeno, důsledkem pouţití dalšího výměníku tepla (tj. vyšší přiblíţení) koncové teploty procesu, kterých je moţné dosáhnout, nejsou tak nízké, jako v případě přímého průtočného chlazení.

44

Listopad 2000


Kapitola 2

2.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy Obrázek 2.4:

Schematické znázornění otevřené recirkulační (chladicí) soustavy


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 věţi, kde se většina tepla vypouští do ţivotního prostředí. V chladicí věţi je ohřátá voda rozváděna přes výplň chladicí věţe, je ochlazována kontaktem se vzduchem a shromaţďována v jímce (nádrţi), ze které se čerpá nazpět do teplé části, aby byla opětně pouţita jako chladivo. Pohyb vzduchu (v chladicí věţi) je vytvářen buď přirozeným tahem, nebo umělým tahem pouţitím ventilátorů, které protlačují nebo protahují Uţivatelé (nasávají) vzduch chladicí věţí. 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) věţi, recirkuluje a můţe být znovu pouţita 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 pouţívaný otevřenou recirkulační (chladicí) soustavou je kolem 1 % aţ 3 % průtoku vody průtočné (chladicí) soustavy se stejnou chladicí kapacitou neboli chladicím výkonem. V případě energetického průmyslu toto můţe být 1 % aţ 5 %. Rovná se to poţadavku přibliţně „0,25 % krát chladicí rozsah―, coţ je mnoţství doplňované vody v procentním vyjádření cirkulujícího vodního toku. Odkalování se obvykle pohybuje v rozsahu 0,15 m3/s aţ 0,80 m3/s na ochlazovaných 1 000 MWth. (Poločas vody kolísá mezi jednou hodinou a čtyřmi dny.) Tato soustava vyţaduje, aby byla k dispozici dostatečná mnoţství vody po celý rok a obvykle je nutné provádět úpravu chladicí vody.

Chladicí výkon/kapacita Otevřené recirkulační (chladicí) soustavy jsou hlavně pouţívány pro průmyslová pouţití s tepelným výkonem resp. tepelnou kapacitou v rozsahu od 1 MW th do 100 MWth, ale taky pro elektrárny s mnohem většími výkony. Tyto (chladicí) soustavy jsou většinou pouţívány ve vnitrozemí, kde není k dispozici dostatečné mnoţství 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 věţe předávají do ovzduší kolem 80 % zbytkového tepla ve formě latentního tepla (vodní pára) a kolem 20 % jako citelné teplo [tm132, Eurelectric, 1998]. Přiblíţení v hodnotě 4 K jsou technicky a ekonomicky dosaţitelná mezi 15 ºC a 30 ºC. Přiblíţení a minimální koncové teploty závisí na klimatických podmínkách na předmětném místě.


Listopad 2000

45

Kapitola 2

Environmentální aspekty Environmentální aspekty recirkulačních (chladicích) soustav jsou závislé zejména na typu chladicí věţe a na způsobu provozování. Jsou to:       

přídavné látky chladicí vody a jejich emise přes odkalování do povrchové vody; pouţití energie pro čerpadla a ventilátory; emise do vzduchu; utváření parní vlečky, kondenzace a namrzání; hluk; odpady v důsledku výměny/náhrady výplně chladicí věţe; a aspekty působící na lidské zdraví.

Pouţití Recirkulační (chladicí) soustavy jsou pouţívány v širokém rozsahu procesů. Jedním z charakteristických prvků je sníţení tepelného zatíţení recipientu změnou směru vypouštěného odpadního tepla z povrchové vody do vzduchu. Dalším charakteristickým rysem je redukování mnoţství vody pouţité pro chlazení. Proto je běţnou praxí modifikace průtočných chladicích soustav na otevřené odpařovací chladicí soustavy pouţitím jedné nebo většího počtu chladicích věţí. Otevřená recirkulační uspořádání jsou: – –

otevřené mokré chladicí věţe; otevřené hybridní nebo mokré/suché chladicí věţe.

2.4.1 Mokré chladicí věţe s přirozeným tahem Konstrukce V dnešní době jsou velké (chladicí) věţe plášťového typu a jsou zhotoveny ze ţelezobetonu. 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 věţe s přirozeným tahem jsou obvykle pouţívány pro velké elektrárny a pro velké průmyslové provozovny.

Soustava distribuce vody Voda odváděná z výměníku tepla je přiváděna do (chladicí) věţe pouţitím 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 moţnosti pro částečný provoz soustavy distribuce vody pro sníţení chladicího výkonu, pokud to je potřeba. Taky jsou nabízeny reţimy pro zimní provoz vycházející z předehřívání chladicího vzduchu.

Výplň chladicí věţe Výplňová sekce je důleţitou částí kaţdé otevřené mokré (chladicí) věţe tím, ţe vytváří kontaktní povrch pro výměnu tepla z vody do vzduchu. Můţe 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, ţe voda stéká v (chladicí) věţi dolů ve formě velmi tenkého filmu. Tato výplň je velmi účinná a můţe být pouţita pro většinu aplikací. Některé typy mohou vyţadovat určitou jakost vody, protoţe jsou náchylné k znečištění. Výplň rozstřikovacího typu je moţno nalézt v různých uspořádáních a můţe být zhotovena z rozmanitých materiálů (například ze dřeva). Rozstřikovací výplň má mnohem niţší účinnost, neţ fóliová výplň, ale pouţívá se zejména v situacích, kde je voda těţce 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, pouţívají se taky cementovláknité (vláknitocementové) desky.

46

Listopad 2000


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 navrţeny tak, aby způsobovaly co nejmenší tlakový pokles.

Charakteristiky mokrých chladicích věţí s přirozeným tahem – – – – – – –

proudění vzduchu je důsledek rozdílů hustoty vzduchu a tvaru věţe jako komínové konstrukce; výška je značná (80 m aţ 200 m); [konstrukční výška je překáţkou pro lidi, letectví, elektronické přenosy dat a parní vlečky]; nejsou ţádné poţadavky na energii pro ventilátory, ledaţe by byly pouţity přídavné ventilátory, které umoţní, aby chladicí věţe měly menší výšky; chladicí věţ je zkonstruována jako protiproudá pouţívající vnitřní výplň, nebo jako kříţoproudá pouţívající vnější výplň (viz Obrázek 2.5 a Obrázek 2.6); vyţaduje základní zatíţení pro provoz, tj. aby chladicí věţ byla v provozu po dobu delší neţ 60 % ročního provozu; všeobecně se pouţívá pro kapacitu odnímání tepla větší neţ 200 MW th, tj. velké provozovny, jako jsou elektrárny, nebo velké chemické provozy; nabízí jako volitelnou moţnost vypouštění odsířených kouřových plynů pouţitím chladicí věţe jako komínu, čímţ se předchází opětnému ohřevu kouřových plynů, který je vyţadován z environmentálních důvodů.

Obrázek 2.5: Mokrá protiproudová chladicí věţ s přirozeným tahem [tm103, BDAG, 1996]


Listopad 2000

47

Kapitola 2

Obrázek 2.6: Mokrá chladicí věţ s přirozeným tahem s kříţoproudým prouděním [tm010, Betz, 1991]

2.4.2 Mokré chladicí věţe s umělým tahem Konstrukce Chladicí věţe s umělým tahem se pouţívají v různých typech konstrukcí. Pro konstrukci těchto chladicích věţí se pouţívají velmi rozmanité materiály, v závislosti na velikosti a typu chladicí věţe a na poţadavky s ohledem na místo, ve kterém se nachází, podle ţivotnosti a s ohledem na investiční náklady. Větší jednotky mohou být postaveny ze ţelezobetonu; menší jednotky se mohou značně lišit, ale převáţně 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 věţe (5 MW th) se stále ještě pouţívá (stavební) dřevo; je levnější, stavba můţe být uskutečněna ve kterémkoliv ročním období a můţe být postavena rychleji neţ betonové chladicí věţe. Je taky moţné pouţít modulovou soustavu, tj. několik paralelních chladicích věţí v téţe betonové konstrukci. Tímto způsobem můţe být soustava provozována nejekonomičtějším způsobem, protoţe lze zvolit počet částí, které budou v provozu v závislosti na podmínkách okolí a na mnoţství tepla. Materiály a typ konstrukce a konstrukční provedení ovlivní environmentální parametry chladicí věţe. Ve vztahu k tvaru a velikosti nebo (obchodní) značce se v literatuře pouţívají nejrozličnější názvy za účelem popisu pouţití a aplikování těchto chladicích věţí. Jako příklady názvů jsou kruhová chladicí věţ a chladicí věţe článkového typu, a to jak v provedení s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věţí, tak i s umělým tahem, který je vytvářen nasáváním vzduchu do (chladicí) věţe. Konstrukce zařízení pro distribuci vody, výplně a eliminátorŧ unášení můţe být odlišná od konstrukce, která se pouţívá v mokré chladicí věţi s přirozeným tahem, nicméně pracovní principy jsou tytéţ.

48

Listopad 2000


Kapitola 2

Kapitola 2

Obrázek 2.7: Chladicí věţ s přirozeným tahem podporovaným ventilátory [tm103, BDAG, 1996] Ventilátory Chladicí věţe s umělým tahem pouţívají ventilátory k vytvoření proudu vzduchu a v důsledku toho mohou být mnohem menší neţ velké typy chladicích věţí s přirozeným tahem. V chladicích věţích s umělým tahem (suché, mokré nebo hybridní) se pouţívá velký počet různých typů ventilátorů. V závislosti na poţadavcích 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 umoţňují flexibilitu jejich provozu. Volba typu ventilátoru a jeho pohonů ovlivní poţadavky na energii a hladiny emise zvuku (lépe „hluku“, pozn. překl.) chladicí věţe. Podle způsobu, jakým je vytvářeno proudění vzduchu chladicí věţí, se chladicí věţe rozlišují na věţe s umělým tahem vytvářeným tlakem (protlačováním vzduchu věţí) a na věţe s umělým tahem, který je vytvářen nasáváním vzduchu tak, aby proudil (chladicí) věţí. Chladicí věţ s (přirozeným) tahem podporovaným ventilátory je speciální konstrukční řešení, které je pouţíváno v celé řadě případů, kde lokální situace vyţaduje, aby chladicí věţ byla niţší.

2.4.2.1 Mokré chladicí věţe s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věţí Charakteristiky chladicí věţe s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věţí – – – – – – – – – – –

ventilátory umístěné ve spodní části chladicí věţe protlačují vzduch chladicí věţí; tepelný výkon je nastavitelný stupňovitě nebo modulačně; pouţívají se konstrukční provedení s jedním ventilátorem nebo s několika ventilátory; velikost chladicí věţe je limitována, vyţaduje méně prostoru neţ chladicí věţ s přirozeným tahem; chladicí věţ můţe být přizpůsobena okolnímu terénu (instalace na střeše); předpokládá se, ţe přímá spotřeba energie bude niţší; jsou obvykle navrţeny jako protiproudové konstrukční provedení; můţe být navrţena pro široký rozsah pouţití: pro špičkové zatíţení a pro vysoké mnoţství odnímaného tepla, a pro provozní standard od základního zatíţení ke střednímu zatíţení; pouţívá se pro tepelný výkon odpadního tepla od méně neţ 100 kW th do tepelného výkonu, který je větší neţ přibliţně 100 MWth; investiční náklady jsou nízké ve srovnání s chladicími věţemi s přirozeným tahem; při pouţívání chladicích věţí s umělým tahem mají být dodrţovány předpisy s ohledem na emise hluku, vlhkosti (parní vlečka) a bakterie.


Listopad 2000

49

Kapitola 2

ODVÁDĚNÝ VZDUCH

OD VÝMĚNÍKŦ TEPLA

ELIMINÁTORY UNÁŠENÍ

VENTILÁTOR

VÝPLŇ

PŘIVÁDĚNÝ VZDUCH

K VÝMĚNÍKŦ M TEPLA

Obrázek 2.8: Schematické znázornění protiproudé ventilátorové chladicí věţe s tlačným ventilátorem [tm010, Betz, 1991] 2.4.2.2 Mokré protiproudé chladicí věţe s umělým tahem a sacím ventilátorem Charakteristiky chladicí věţe s umělým tahem vytvářeným sáním vzduchu – – – – – – – – –

– –

50

ventilátory na horní části konstrukce chladicí věţe táhnou vzduch věţí; tepelný výkon je řiditelný v rozsahu mezních hodnot; přednostní je relativně jednoduchá konstrukce (prefabrikované díly, smontovaný/hotový výrobek); velikost chladicí věţe je limitována, vyţaduje méně prostoru neţ chladicí věţ s přirozeným tahem; chladicí výkon můţe být zvětšen tím, ţe pracuje větší počet částí; chladicí věţ můţe být přizpůsobena okolnímu terénu (instalace na střeše); předpokládá se, ţe cena přímé spotřeby energie bude nízká; konstrukční provedení s protiproudem, nebo kříţoproudým prouděním; pouţívá se pro široký rozsah pouţití: pro špičkové zatíţení a pro vysoké mnoţství odnímaného tepla, a pro provozní standard od základního zatíţení ke střednímu zatíţení; pouţívá se pro tepelný výkon odpadního tepla od přibliţně 100 MW th; investiční náklady jsou nízké ve srovnání s chladicími věţemi s přirozeným tahem; při pouţívání chladicích věţí s umělým tahem mají být dodrţovány předpisy s ohledem na emise hluku, vlhkosti (parní vlečka) a bakterie.

Listopad 2000


Kapitola 2

–

VÍCELOPATKOVÝ VENTILÁTOR

PROUD VZDUCHU

OBLAST (PROSTOR) PRO DISTRIBUCI VODY

PLÁŠŤ ČELNÍ STĚNY

ROZSTŘIKOVACÍ NEBO FÓLIOVÁ VÝPLŇ S PODPĚRAMI

PROUD VZDUCHU

PROUD VZDUCHU

ŢALUZIE

ELIMINÁTORY UNÁŠENÍ

PODÉLNÁ PŘEPÁŢKA

Obrázek 2.9: Schematické znázornění kříţoproudé článkové chladicí věţe 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 pouţití: – – –

chlazení média/látky téměř jakéhokoliv chemického sloţení, které můţe být pouţito; vyţaduje to pouze vhodný materiál pro výměník tepla; v situacích, kde přídavná voda do chladicí věţe 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 pouţití jsou uzavřené okruhy suchých vzduchem chlazených soustav sestaveny z trubkových elementů opatřených ţebry, trubkových hadů nebo kanálků kondenzátoru, z ventilátorů a jejich pohonů, a nosné ocelové konstrukce nebo (chladicí) věţe. Samotné médium (látka) pouţité v procesu nebo chladivo (nepřímá soustava) cirkuluje resp. obíhá uvnitř trubek. Vytvoří se proud vzduchu, přirozeným tahem nebo pouţitím ventilátorů, který protéká podél trubek a tak ochlazuje médium vedením a prouděním. Téměř ve všech případech proudí vzduch napříč výměníkem tepla. Podle pouţitého uspořádání prochází médium pouţité v procesu výměníkem tepla jednou nebo vícekrát. Pokud je médium pouţité (látka pouţitá) 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. Pouţití můţe být v chladicích konstrukcích s umělým nebo přirozeným tahem.


Listopad 2000

51

Kapitola 2

Pro konstrukci (resp. pro výrobu) se pouţívá celá řada rozmanitých materiálů odolných proti korozi. Volitelné moţnosti pro konstrukci jsou bezpočetné. Chladicí soustavy chlazené vzduchem je moţné 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 poţadavkům uspořádání provozovny. Chladicí výkon/kapacita V praxi bývá vzduchové chlazení často pouţíváno pro chlazení takových průtoků v procesu, které mají vysokou hladinu teploty (> 80 ºC), aţ 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 můţe být prakticky překročena pouze po dobu několika hodin za rok. Konstrukční teplota závisí na teplotě suchého teploměru a klimatické podmínky jsou velmi důleţité. Protoţe tepelná kapacita vzduchu je nízká (1,0 kJ/kg.K) a součinitel vedení a proudění (prostupu tepla) je nízký, je potřeba značné mnoţství vzduchu a poţaduje se větší plocha pro výměnu tepla, neţ je tomu v případě vodního chlazení. Z tohoto důvodu jsou často umísťovány na povrch trubek ţebra pro zvýšení účinné plochy pro předávání tepla. Na základě ekonomických úvah se při konstrukci vzduchových chladičů pouţívá přiblíţení minimálně 10 ºC aţ 15 ºC. Toto obvykle má za následek vyšší koncové teploty (minimálně 40 ºC aţ 45 ºC), přestoţe v oblastech kde se vyskytují vyšší teploty okolního vzduchu, přesahují přiblíţení a koncové teploty průměrné hodnoty uvedené v Tabulce 2.1 a v Tabulce 2.2. Pro nepřímá (chladicí) uspořádání se přiblíţení (13 ºC aţ 20 ºC) a dosaţitelné koncové teploty (50 ºC aţ 60 ºC) odpovídajícím způsobem zvýší. Environmentální aspekty Hlavními environmentálními aspekty jsou hluk a energie pouţitá pro pohon ventilátorů. Nepouţívá se ţádná voda, pokud není pouţita jako sekundární chladivo v konstrukčním provedení nepřímého chlazení. Nicméně tato voda vyţaduje minimální nebo nevyţaduje ţádnou údrţbu, protoţe je uzavřena. Čištění vnějšku (ţebrovaných) trubek je nutné a někdy mohou vzniknout problémy v důsledku nahromadění nečistot a jiných pozůstatků přenášených vzduchem a drobného hmyzu. Pouţití Suché vzduchem chlazené výměníky tepla jak malých tak i velkých rozměrů se rozsáhle pouţívají v různých průmyslových odvětvích. Pouţívají se pro ochlazování výrobků v chemickém i petrochemickém průmyslu, pro vakuovou kondenzaci v elektrárnách a pro chlazení výfukových zařízení. Pro tentýţ výkon vyţaduje suché vzduchové chlazení větší plochu, neţ soustava mokrého chlazení a suché (chladicí) soustavy jsou všeobecně povaţovány za draţší. V energetickém průmyslu je proto pouţití suchého vzduchového chlazení zvaţováno ve specifických situacích, kdy se výroba energie plánuje v lokalitách, v nichţ je nedostatečná dodávka vody pro mokré chlazení.

2.5.1.1 Suché chladicí věţe s přirozeným tahem Charakteristiky suché chladicí věţe s přirozeným tahem jsou: –

základní provozní zatíţení, tj. více neţ 60 % roku v provozu;

–

odnímání tepla větší neţ 200 MWth, tj. velké provozovny jako jsou elektrárny, velké chemické provozy, atd.;

–

pouţití v situacích, kde se vyţaduje absolutně nehlučný provoz;

–

pouţití v situacích, kdy přídavná voda pro chladicí věţ není dostupná (vůbec), nebo je dostupná jenom v krátkém časovém období.

52

Listopad 2000


Kapitola 2

ODVOD VZDUCHU

HRDLO PLÁŠŤ

Z3

dth

ELIMINÁTOR UNÁŠENÍ

Z1

PŘÍVOD VZDUCHU

DISTRIBUCE Z2 VODY VÝPLŇ PODPĚRNÉ SLOUPY

d1

Obrázek 2.10: Schematické znázornění principu suché chladicí věţe s přirozeným tahem [Eurovent, 2000]

Obrázek 2.11: [VGB, 2000]

Příklad suché chladicí věţe s přirozeným tahem pro pouţití v elektrárně


Listopad 2000

53

Kapitola 2

2.5.1.2 Kapalinové chladicí soustavy chlazené vzduchem Charakteristiky vzduchem chlazené kapalinové chladicí věţe jsou: – tepelný výkon je nastavitelný pomocí ovládání ventilátoru; – je nutný uzavřený okruh; – pouţívá se jak umělý tah vytvářený protlačováním vzduchu, tak i vytvářený nasáváním vzduchu; – náklady na vnitřní spotřebu energie se předpokládají vyšší, neţ pro mokré chladicí věţe; – malé odnímání tepla, tj. menší neţ 100 MW th; – 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


Kapitola 2

2.5.1.3 Parní kondenzátory chlazené vzduchem Vzduchem chlazené kondenzátory (viz Přílohu XII) jsou ve velkém rozsahu pouţívány 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 pouţita nepřímá chladicí soustava, kondenzátor je ochlazován proudem chladicí vody, který je zase ochlazován v chladicí věţi s přirozeným tahem. Charakteristiky parních kondenzátorŧ chlazených vzduchem jsou: –

odnímání tepla pro malá i velká zařízení;

–

není potřeba ţádná chladicí voda;

–

náklady na přímou spotřebu energie se předpokládají ţe budou vyšší, neţ pro mokré kondenzátory nebo mokré chladicí věţe;

–

vyţaduje relativně malou celkovou výšku;

–

je moţné pouţít krátké trubky pro výfuk páry;

–

značné poţadavky na prostor v bezprostřední blízkosti parního generátoru;

–

je nutné provést adaptaci na kolísání zatíţení a teploty ve velkých rozsazích, které vyţaduje provozování ventilátoru s měnitelnými otáčkami;

–

environmentální aspekty jsou zejména hluk a energie.

Generátor Turbina Parní kotel

Chladicí vzduch

Svazky trubek Ventilátor Čerpadlo

Sběrná nádrţ kondenzátu

Obrázek 2.14: Schematické znázornění principu vzduchem chlazeného kondenzátoru s přímým chlazením [Balcke Dürr, 2000]


Listopad 2000

55

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 ţivotním 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 vţdy k sloučení předávání citelného tepla (sdílením) s předáváním latentního tepla (vyuţívajícího 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 mnoţství přídavné vody.

Chladicí výkon/kapacita Schopnost předávání tepla je niţší, neţ v případě otevřených (chladicích) soustav v důsledku niţší schopnosti trubkového hadu předávat teplo. Kombinací jednotek můţe být dosaţeno větších (chladicích) výkonů a to od (150-400) kWth do 2,5 MWth. Obvykle resp. typicky jsou dosaţitelná přiblíţení 4 K. Výhodou je uzavřený primární chladicí okruh bez kontaminace resp. znečišťování (coţ platí pro veškerá uzavřená chlazení), který v některých případech eliminuje potřebu pouţití vnitřních výměníků tepla. Pokud se jedná o vyuţívání zdrojů, musí být posouzeny energetické poţadavky pro okruh rozstřikované vody. Při ochlazování v chladicí soustavě s uzavřeným okruhem je moţné 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 aţ o 5 ºC vyšší, neţ jsou teploty vody ve sběrné nádrţi, jejíţ teploty jsou obvykle (typicky) v rozsahu 40 ºC aţ 50 ºC, přestoţe v praxi je moţné se setkat s teplotami v rozsahu 70 ºC aţ 80 ºC.

Environmentální aspekty Pokud chladicí soustavy s uzavřeným okruhem pouţívají 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 zdrţení) v těchto soustavách mohou být aţ 6 měsíců. Přídavná voda je zapotřebí jenom v případech výskytů úniků v důsledku netěsností v ucpávkách/těsněních čerpadel, nebo odpařování, nebo kdyţ voda byla vypuštěna za účelem opravy (chladicí) soustavy. Protoţe potřeba přídavné doby je malá, můţe tato voda obvykle mít vysokou jakost, a důsledkem této skutečnosti nejsou problémy s usazeninami kotelního kamene. Vytváření kotelního kamene můţe být způsobeno vodou pouţitou na vnějších částech trubek nebo trubkových hadů a můţe být potřebné provést ošetření (očištění). [tm010, Betz, 1991]. V závislosti na technické

56

Listopad 2000


Kapitola 2 koncepci, reţimu provozování, a na klimatických podmínkách se můţe vyskytnout vytváření formací parní vlečky. Je moţné sníţit spotřebu vody, protoţe (chladicí) věţ můţe být provozována jako suchá (chladicí) věţ v případě, kdy teploty okolí jsou nízké. Problémem můţe být hluk ventilátoru.

Pouţití Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem jsou pouţívány 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 pouţity jak pro velká, tak i pro malá pouţití. Mohou být pouţity jako kapalinové chladiče (například pro chlazení mazacích olejů, chladicí vody pro kompresory), jako plynové chladiče (například chlazení vznětových (spalovacích) motorů, chlazení plynu pouţívaného v procesu) a jako vzduchem chlazené kondenzátory (pro provozovny s kombinovaným cyklem, pro plynové turbiny). Pokud látka (resp. médium), která se pouţívá 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 aţ velká; – je moţné dosáhnout nízkých chladicích teplot; – kompaktní konstrukční provedení ve srovnání se zařízením chlazeným vzduchem; – nízké poţadavky na energii; – poţadavek na dodávku vody a poţaduje se okruh na rozstřikování vody; – omezení tvorby parní vlečky je moţné dosáhnout pouţitím 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 TEKUTIN PŘÍVOD VZDUCHU Y

PŘÍVOD VZDUCHU ČERPADLO PRO ROZSTŘIKOVÁNÍ VODY

ODVOD TEKUTIN Obrázek 2.16: Schematické znázornění principu uzavřené recirkulační mokré chladicí věţe s umělým Y tahem vytvářeným sáním [Eurovent, 2001]

2.5.2.2 Odpařovací parní kondenzátory Charakteristiky odpařovacích parních kondenzátorŧ: – – – – –

odnímání tepla pro zařízení střední aţ velká; niţší kondenzační teploty, neţ jsou v případě vzduchem chlazených parních kondenzátorů; nízké poţadavky na energii; jsou obvykle vyšší neţ vzduchem chlazené parní kondenzátory, ale s menším půdorysem; environmentální aspekty jsou zejména úprava vody a likvidace vypouštěné kapaliny (vody).


Listopad 2000

57

Kapitola 2

2.6 Kombinované mokré/suché chladicí soustavy 2.6.1 Otevřené mokré/suché (hybridní) chladicí věţe Technický popis Otevřená mokrá/suchá chladicí věţ nebo(li) hybridní chladicí věţ představuje speciální konstrukční řešení, které bylo vyvinuto jako významné/důleţité řešení problému spotřeby chladicí vody a vytváření parní vlečky. Je to kombinace „mokré― a „suché― chladicí věţe, nebo, jinak vyjádřeno, kombinace odpařovacího a neodpařovacího procesu. Hybridní chladicí věţ můţe být provozována buďto jako čistě mokrá chladicí věţ, nebo jako kombinace mokré/suché chladicí věţe v závislosti na teplotě okolí resp. podle teploty okolí. Ohřátá chladicí voda nejprve protéká přes suchou sekci/část chladicí věţe, kde část tepelného zatíţení je odejmuta proudem vzduchu, který je často vytvořen tím, ţe je nasáván ventilátorem. Po průchodu suchou sekcí/částí věţe je voda dále ochlazována v mokré sekci chladicí věţe, jejíţ funkce je podobná funkci otevřené recirkulační (chladicí) věţe. Ohřátý vzduch ze suché sekce se v horní části chladicí věţe směšuje s párou z mokré sekce, čímţ se sniţuje relativní vlhkost vzduchu ještě předtím, neţ proud vzduchu odchází z chladicí věţe, coţ (téměř) úplně redukuje vytváření formací parní vlečky nad chladicí věţí. Optimalizace účinku hybridní chladicí věţe znamená ve skutečnosti optimalizaci mnoţství suchého tepla předávaného do vzduchu za účelem splnění poţadavkŧ na řízení vzniku parní vlečky. Současně je mokrá sekce (chladicí věţe) pouţívána jako hlavní část z hlediska chlazení.

1 Izotopická směs 2 Tlumič hluku 3 Ventilátory, suchá sekce 4 Ţebrované trubky, části suchého chlazení 5 Chladicí zařízení mokré sekce 6 Ventilátory mokré sekce 7 Potrubí studené vody suché sekce

Hybridní chladicí věţ

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 věţe

mokrý-suchý provoz

Obrázek 2.17: Schematické znázornění principu hybridní chladicí věţe (příklad pouţitý v energetickém prŧmyslu) [Eurelectric, 1999] Charakteristiky otevřených hybridních chladicích věţí jsou: – provoz při základním zatíţení a částečném zatíţení pro všechny výkony/kapacity; – chladicí látka (médium) je pouze voda; – přídavná voda chladicí věţe se vyţaduje v průběhu větší části provozní doby; – tepelný výkon je stejný jako v případě mokrých chladicích věţí; – sníţené mnoţství přídavné vody; – předpisy pro ochranu ţivotního prostředí, například sníţení celkové výšky (v důsledku pouţití pomocných ventilátorů) a omezené vytváření parní vlečky; – vyţaduje se zařízení pro zvukovou (lépe „hlukovou“, pozn. překl.) izolaci v důsledku hlukových předpisů.

58

Listopad 2000


Kapitola 2

– – – – – – –

K účinnému provozování hybridní chladicí věţe se pouţívá celá řada zařízení: ventilátory s měnitelnými otáčkami; uzavírací zařízení pro otvory přívodního vzduchu (jako jsou ţaluzie 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) věţí V současné době jsou k dispozici pouze hybridní chladicí věţe s umělým tahem. Hybridní chladicí věţ se liší od charakteristického konstrukčního provedení otevřené mokré (chladicí) věţe v tom, ţe má suchou a mokrou sekci, kaţdá sekce má svůj přívod vzduchu a odpovídající ventilátory. Hybridní chladicí věţe lze nalézt, resp. vyskytují se jako komplexní chladicí věţe, velké kruhové chladicí věţe s ventilátory, které vytváří umělý tah způsobený tlakem, nebo jako chladicí věţe článkového typu s ventilátory, které vytváří umělý tah způsobený sáním. Výplň (chladicí věţe), soustava pro distribuci vody, odstranění unášení (vody) a tlumení zvuku/hluku jsou aspekty, které jsou společné pro obě dvě konstrukční provedení (chladicích) věţí. Mokré/suché chladicí věţe s umělým tahem jsou vybaveny vnitřními směšovacími soustavami pro směšování proudu mokrého a suchého vzduchu. Mohou být řízeny automaticky v závislosti na tepelném zatíţení, průtoku vody a na stavu okolního vzduchu a parní vlečky.

Chladicí výkon Hybridní chladicí věţe mohou být postaveny jako komplexní chladicí věţe, chladicí věţe s umělým tahem vytvářeným sáním vzduchu, nebo protlačováním vzduchu, a – ve velkém rozsahu – jako chladicí věţe článkového nebo kruhového typu s kapacitou/výkonem odnímání tepla v rozsahu od < 1 MW th do 2 500 MWth.

Environmentální aspekty Hlavní rozdíl mezi hybridní chladicí věţí a konvenční chladicí věţí je poměrně nízká spotřeba vody hybridní chladicí věţe (coţ je přídavná voda), která dosahuje hodnot aţ o 20 % niţších, neţ je spotřeba vody v případě mokré chladicí věţe [tm132, Eurelectric, 1998]. Výsledná roční spotřeba energie hybridní chladicí věţe s umělým tahem můţe být sníţena aţ na úroveň 1,1 aţ 1,5 násobku roční spotřeby energie srovnatelné mokré chladicí věţe s umělým tahem, protoţe při nominálních, resp. jmenovitých podmínkách je průtok vzduchu téměř dvojnásobný (mokrá sekce a suchá sekce). Chladicí věţe s přirozeným tahem v konstrukčním provedení mokrá/suchá jsou pod úrovní této úvahy.

Pouţití Rozhodnutí instalovat hybridní chladicí věţ se provádí z hlediska poţadavků, které jsou specifické pro dané místo (omezení vztahující se na výšku chladicí věţe a redukování parní vlečky) a několik hybridních chladicích věţí lze nalézt v energetickém průmyslu zejména v Německu a v UK (ve Spojeném království Velké Británie a Severního Irska) (v konegeračních soustavách). Pouţití hybridních chladicích věţí je omezeno na teplotní rozsahy od 25 ºC aţ 55 ºC, protoţe nad teplotou 55 ºC bylo zpozorováno, ţe na trubkách se mnohem snadněji vyskytuje sráţení uhličitanu vápenatého. Toto neznamená, ţe pod teplotou 55 ºC se ţádné sráţení uhličitanu vápenatého nevyskytuje, a určitá péče v tomto ohledu musí být zpravidla vynaloţena jiţ při tomto pouţití.

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 (kříţoproudý nebo protiproudý), a soustavy pro redukování hluku. Pro hybridní chladicí věţe s uzavřeným okruhem mohou být pouţity tři technické reţimy: postřikované trubkové hady s ţebrovanými trubkami, adiabatické chlazení, nebo kombinované soustavy. Environmentální aspekty Hybridní chladicí věţe s uzavřeným okruhem slučují výhody chlazení s uzavřeným okruhem s významnými úsporami spotřeby vody při srovnání s konvenčními mokrými chladicími věţemi s uzavřeným okruhem.


Listopad 2000

59

Kapitola 2

Při srovnání se suchými chladicími věţemi s uzavřeným okruhem nabízí hybridní chladicí věţe výhodu niţších teplot chlazení. Z hlediska velikosti/rozměrů, spotřeby energie a hlukových emisí jsou hybridní chladicí věţe porovnatelné s konvenčními mokrými chladicími věţemi s uzavřeným okruhem. Podle konstrukčního provedení hybridních chladicích věţí (postřikované trubkové hady s ţebrovanými trubkami) musí být zvláštní pozornost věnována jakosti úpravy vody. Dodatečné náklady mohou být větší neţ kompenzace významnými úsporami spotřeby vody, protoţe takové výrobky (zřejmě hybridní chladicí věže, pozn.překl.) vyţadují pouţití 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 (ţebrované) 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 nádrţ pro vodu 10 Zařízení pro odkalování 11 Chladicí vzduch 12 Ventilátor 13 Pohon ventilátoru

Obrázek 2.18: okruhem

Schematické znázornění principu hybridní chladicí věţe s uzavřeným

V chladicí věţi s uzavřeným okruhem protéká látka (médium) pouţívaná v procesu chladicími elementy (coţ je trubkovnice nebo trubkový had opatřený ţebry) 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 shromaţďována v nádrţi a můţe několikrát recirkulovat, přičemţ je někdy pouţita v jiné chladicí věţi, a někdy taky po odkalení (viz Obrázek 2.19). V nepřímém uspořádání není látka (resp. médium), která protéká primárním chladicím okruhem, látkou (médiem) pouţitou v procesu, ale je to jiné chladivo, které zase v druhém výměníku tepla ochlazuje látku (resp. médium) pouţitou v procesu.

2.6.2.2 Adiabatické chladiče, vlhčení a předchlazování vzduchu, který ochlazuje trubkové hady V adiabatickém reţimu 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 můţe převzít. Zvlhčený vzduch proudí kolem trubkových hadů, jejichţ trubky jsou opatřeny ţebry, a převezme více tepla, neţ by mohl převzít vzduch, který je suchý. Ve srovnání s konvenčním odpařovacím chladicím zařízením je spotřeba vody mnohem sníţena. (Viz Obrázek 2.19).

60

Listopad 2000


Kapitola 2

Obrázek 2.19: Kombinovaný suchý/mokrý provoz hybridní chladicí soustavy [tm151, BAC, 1999] ODVOD VZDUCHU

SOUSTAVA PRO DISTRIBUCI VODY

TRUBKOVÝ HAD OPATŘENÝ ŢEBRY

PŘÍVOD VZDUCH U

AXIÁLNÍ/OSOVÝ VENTILÁTOR

POVRCHOVÁ PLOCHA PRIMÁRNÍHO TRUBKOVÉHO HADU

VZDUCH

PŘÍVOD VZDUCHU

VZDU CH

ČERPADLO PRO ROZSTŘIKOVÁNÍ VODY

NÁDRŢ

POVRCHOVÁ PLOCHA MOKRÉHO PATRA

2.6.2.3 Kombinovaná technologie V případě kombinované technologie se pouţívají všechny části, tzn. trubkové hady opatřené ţebry, postřikované povrchové plochy primárního trubkového hadu a mokrá patra. V suchém reţimu provozování je potom moţné uzavřít veškeré rozstřikování vody a nechat proudit látku (resp. médium), která má být ochlazována, jak přes trubkové hady opatřené ţebry, tak i přes primární trubkové hady, přičemţ oba trubkové hady jsou ochlazovány pouze suchým vzduchem. Při mokrém/suchém reţimu provozování látka (médium), poté, co projde suchými trubkovými hady, prochází přes primární trubkové hady, jejichţ povrchová plocha je postřikována (vodou), předtím, neţ 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. Protoţe proudí přes trubkový had opatřený ţebry, můţe být odebráno více tepla (viz taky Obrázek 2.19).

2.6.2.4 Náklady na hybridní soustavy V případě pouţití hybridních (chladicích) soustav se vţdy uvádí odkaz na investiční a provozní náklady, které jsou s nimi spojeny. Obecně vyjádřeno, hybridní (chladicí) soustavy vyţadují vyšší investiční náklady. Náklady na potlačení vzniku parní vlečky kolísají v závislosti na chladicí soustavě. Při porovnání s chladicí věţí stejného chladicího výkonu, Fluor [1995] vypočítal, ţe v případě instalace 300 MW otevřené mokré chladicí věţe jsou náklady na instalaci chlazení přibliţně 2,5 krát vyšší, neţ pro chladicí věţe bez potlačení vzniku parní vlečky. Pro mokré chladicí věţe s uzavřeným okruhem jsou uváděny náklady pro potlačení vzniku parní vlečky 1,5 krát aţ 2 krát vyšší, neţ jsou náklady pro (chladicí) věţe 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 věţe. Tyto ekonomické úvahy jsou samozřejmě závislé na individuálních pouţitích a na cenách vody a energie [tm139, Eurovent, 1998]. Náznaky nákladů pro hybridní chladicí věţe s umělým tahem poskytnuté energetickým průmyslem představují hladiny 40 000 EUR aţ 70 000 EUR na MW th. V tomto sektoru (průmyslu) toto znamená hladinu instalačních nákladů rovnou (1,3 aţ 1,6) násobku, neţ jsou náklady pro chladicí věţe podobného (chladicího) výkonu bez potlačení vzniku parní vlečky.


Listopad 2000

61

Kapitola 2

2.7

Recirkulační chladicí soustavy

Popisy hlavních chladicích uspořádání, které jsou uvedeny výše v tomto dokumentu, vysvětlují principy chlazení (resp. ochlazování) a přidruţená rozdílná technická konstrukční provedení, která jsou pouţita v průmyslu, a to v závislosti na poţadavcích procesu, poţadavcích předmětného místa a na poţadavcích z hlediska ţivotního 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 pouţívány při popisech (chladicích) soustav. Nicméně pouţívání kritéria přímá a nepřímá (chladicí soustava), resp. přímé a nepřímé chlazení, můţe 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) pouţitá v procesu vyměňují teplo a kde je chladivo (voda nebo vzduch) v kontaktu s ţivotním prostředím. Únik v důsledku netěsností přes stěnu mezi látkou (médiem), která je pouţita v procesu, a chladivem (tzn. vodou nebo vzduchem) by proto znamenal, ţe látka (médium) pouţitá v procesu je vypouštěna do ţivotního prostředí, nebo ţe, při podmínkách podtlaku resp.vakua (kondenzátory), je ovlivněn proces. A tak, přestoţe ochlazování chladiva, jak je uskutečňováno v chladicí věţi, je taky procesem výměny tepla, je to stále ještě povaţováno za přímou soustavu. Příklad otevřené chladicí věţe ochlazující vodní okruh kondenzátoru chlazeného vodou je proto přímá soustava (přestoţe, jak jiţ bylo zmíněno, unik v důsledku netěsností ovlivní spíše proces neţ chladivo).

2.7.2 Nepřímé recirkulační chladicí soustavy Klíčovým prvkem pro definování nepřímé (chladicí) soustavy by bylo to, ţe únik v důsledku netěsností v procesu by nekontaminoval chladivo, které je v přímém kontaktu s ţivotním prostředím. Toto znamená pouţití chlazení ve dvou hladinách/úrovních. V případě otevřené recirkulační chladicí věţe by si voda, která odchází z věţe, 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) pouţitým v procesu. V uzavřených recirkulačních chladicích věţích se sleduje tentýţ 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 pouţívána 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, protoţe chladivo by mohlo znečistit chladicí látku (médium), která je v otevřeném kontaktu s ţivotním prostředím.

2.8

Náklady na chladicí soustavy

Byly uvedeny náznaky cenových údajů pro kaţdé uspořádání (chladicí soustavy), ale provedené výpočty nákladů na chladicí soustavy ukazují značné odchylky a tato problematika můţe být uzavřena konstatováním, ţe 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 důleţité poţadavky uţivatelů a legální poţadavky. Z tohoto důvodu by odhad realizovatelnosti (chladicí) soustavy, nebo pouţití předmětné techniky (chlazení) měl být proveden (zvlášť) pro kaţdý jednotlivý případ. Ceny energie musí být vţdy vzaty v úvahu. Bude to důleţité například v těch případech, kdy se zvaţuje rekuperace tepla.

Důleţitým aspektem při výpočtu nákladů chladicí soustavy a nákladů na moţná zdokonalení je porovnání mezi původními investičními náklady (chladicí) soustavy, nebo náklady na pouţitá opatření, a mezi výslednými ročními náklady. V praxi mohou vysoké investiční náklady vést k niţším nákladům na údrţbu, ale taky k vyšším ročním fixním nákladům, které mohou být překáţkou 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). 62

Listopad 2000


Kapitola 2 Pro průmyslová (ne-elektrárenská) pouţití [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 níţe 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 nákladŧ 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/záloţní čerpadla

X

X

Přívodní/vstupní zařízení

X

Potrubí přívodní/vypouštěcí

X

Výtoková zařízení

X

Chladicí věţ (chladicí věţe) (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

Údrţba

X

X

Cena částí/elementŧ

X

Metodologie Pro porovnávání nákladů různých chladicích soustav byly vyvinuty rozdílné metodologie. Pouţitá metoda je stručně popsána v Příloze X.


Listopad 2000

63

Kapitola 2

Porovnávání Porovnávání by vţdy mělo být provedeno na základě stejných provozních podmínek a pro stejný výkon a mělo by být vztaţeno na MWth rozptýleného resp. ztrátového tepla.Výpočty ukázaly, ţe 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, ţe dobré materiály by mohly značně sníţit náklady na údrţbu, provozní náklady a pouţití chemických látek. Při výpočtu jako roční náklady se investiční náklady a provozní náklady významně liší. Faktory jako jsou poţadavky 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 pouţito suché vzduchové chlazení, je dosaţitelná koncová teplota velmi důleţitá a čím je poţadovaná koncová teplota niţší, tím se vzduchové chlazení stane draţším. V případě vodního chlazení je nízká koncová teplota méně důleţitější pro odhad nákladů, pokud nejsou při výpočtu pouţity nízké hodnoty přiblíţení. V Tabulce X.2 v Příloze X jsou uvedeny rozsahy nákladů pro různé velké průmyslové chladicí soustavy. Podle údajů, které byly pouţity při této metodě, se ukázalo, ţe provozní náklady otevřené mokré chladicí věţe budou vyšší, neţ pro suché vzduchové chlazení. Na druhé straně byly investiční náklady pro vzduchové chlazení všeobecně vyšší, neţ pro ostatní (chladicí) soustavy. Toto dále naznačuje, zejména v případě vodních chladicích soustav, ţe vyšší investiční náklady mohou znamenat niţší provozní náklady (údrţba, kondicionování). Na základě výše uvedených údajů můţe být učiněn závěr, ţe rozdíly nákladů mezi různými (chladicími) soustavami nemusí bezpodmínečně označit nejdraţší variantu. Toto zcela jasně závisí na poţadavcích uţivatelů a poţadavcích na hladiny emisí, které jsou stanoveny úřady. Z tohoto důvodu odhad toho, co je realizovatelné, by měl být proveden pro kaţdý jednotlivý případ. Výše uvedené údaje mohou být pouţity jako počáteční (všeobecné) indikace a jsou pro ilustraci uvedeny v Příloze X.

64

Listopad 2000


Kapitola 3

3 ENVIRONMENTÁLNÍ ASPEKTY PRŮMYSLOVÝCH CHLADICÍCH SOUSTAV A POUŢITÉ TECHNIKY PREVENCE A REDUKOVÁNÍ 3.1

Úvod

Environmentální aspekty průmyslových chladicích soustav jsou různé pro kaţdé 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 kaţdém případě by environmentální význam těchto problematik (jako je např. hluk) měl vţdy být posuzován z hlediska celkového environmentálního zatíţení včetně toho, které vytváří průmyslový proces, který má být ochlazován. Ne všechny poloţky jsou stejně důleţité pro kaţdou soustavu, jako jsou např. poţadavky z hlediska vody a vytváření parní vlečky, které v suchých chladicích soustavách nehrají ţádnou 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, poněvadţ to bude součástí diskuse v následujících kapitolách. Charakter a úroveň emisí do ţivotního prostředí nejsou pouze výsledkem pouţitého uspořádání, ale ve značném rozsahu závisí na způsobu, kterým je soustava provozována, a na způsobu, kterým je řízeno pouţívání 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, kdyţ musí být posouzena ţádost o vydání úředního souhlasu z hlediska ţivotního prostředí. Zároveň jsou zde popsány zásady technik, které mohou být vzaty v úvahu při určení BAT. V mnoha případech bude chladicí soustava představovat jiţ existující zařízení a je zřejmé, ţe volitelné moţnosti pro zdokonalení jsou omezeny ve srovnání se situacemi na zelené louce. Všeobecně vzato návrh procesu a volba patřičné technologie a konstrukčního provedení chlazení mohou sníţit spotřebu a zabránit mnoha emisím do ţivotního 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 můţe být uděláno. Pro konkrétní určení BAT je „přístup― BAT popsán odděleně pro kaţdou environmentální poloţku a kaţdou techniku, přičemţ se berou v úvahu potenciální vzájemná působení látek. Vyhodnocení navazuje na všeobecný „přístup―, který je uveden v Kapitole 1. Začíná se sniţováním poţadavků na chlazení a uvolňování tepla do ţivotního prostředí. Následuje posouzení volitelných moţností k minimalizaci zdrojů věnovaných na prevenci nebo sniţování emisí, přičemţ je nutno brát v úvahu to, ţe toto také povede k snadnějšímu provozování chladicího procesu: 1. prevence pomocí technologických moţností: – integrovaná technická opatření – změna uspořádání 2. prevence pomocí optimalizace provozu (chladicích) soustav 3. pouţití technologie „end-of-pipe― („konec potrubí―) nebo dalších technik. Jsou prodiskutovány environmentální důsledky kaţdé volitelné moţnosti a kaţdá 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.


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 věţ (přímý okruh) Otevřená mokrá chladicí věţ (nepřímý okruh) Otevřená mokrá/suchá chladicí věţ Mokrá chladicí věţ s uzavřeným okruhem Suché chlazení s uzavřeným okruhem Mokré/suché chlazení s uzavřeným okruhem Poznámky: -Malý/Malá/Malé + ++

66

Spotřeba energie (přímá) (§ 3.2)

Poţadavek na vodu

Malá

++

+

++

Malá

++

+

++

+

+

--

Malé

+(3)

+

+

--

Malé

+(3)

+

Malý

--

Malé

Malé(3)

+

+

--

--

++

--

--

+

Malý

--

ţádné/není relevantní relevance pod průměrem relevantní vysoce relevantní

(§ 3.3)(1)

1: 2: 3: 4: 5: 6:

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

?

+

Malé

Malé (4) (ve vlečce)

--

+

Malé

Malé

--/Malá

--

--

--/Malé

--

++

Malé

--

--

--

Malé(3)

Malé

--

Malý

Malé

Malé

--/Malá

+ (biocidy) + (biocidy)

Malé (ve vlečce) Malé (ve vlečce)

odstavec v textu jiné druhy mohou být taky strhávány biocidy, proti tvorbě kotelního kamene, proti korozi potenciálně, v případě úniků v důsledku netěsností při správném provozování se nevyskytuje odpad se vztahuje na kal z přiváděné vody a z dekarbonizace

Listopad 2000


Hluk

Riziko

(§ 3.6)

Úniky v dŧsledku netěsností (§ 3.7)

Residua Mikro (§ 3.8) biologické riziko (zdraví) (§ 3.7)

Kapitola 3

3.2 Spotřeba energie Poţadavek na energii průmyslových chladicích soustav můţe být povaţován jako přímá nebo nepřímá spotřeba. Přímá spotřeba je pouţití energie k provozování chladicí soustavy. Hlavní spotřebiče energie jsou čerpadla a ventilátory. Čím vyšší je odpor, který musí být kompenzován k udrţování poţadovaného průtoku vzduchu nebo vody, tím více energie vyţaduje chladicí soustava. Pokud není správně provozována, můţe 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 poţadována k čerpání chladicí vody a/nebo vytváření proudění vzduchu. Vyjadřuje se jako měrná spotřeba energie v kW e na MWth ztrátového/rozptýleného tepla. Měrná spotřeba energie můţe značně kolísat a závisí na uspořádání pouţité chladicí soustavy (konstrukční provedení (přístupové teploty), tlak čerpání) a modelu provozu (celoroční provoz, pouze v létě nebo v zimě). Odchylky způsobí také lokální podmínky, poněvadţ tatáţ chladicí soustava v teplejších klimatických podmínkách typicky vyţaduje větší příkon energie neţ v chladnějších klimatických oblastech. V některých případech je poţadována energie k přípravě přídavných látek v místě provozu chladicí soustavy. Hlavní spotřebiče energie v chladicích soustavách jsou: 

čerpadla (pouţívají se ve všech soustavách, které pouţívají chladicí vodu) pro přívod vody a také pro cirkulaci chladicí vody: –

– –



jejich spotřeba energie je určena průtokem (vody), mnoţstvím 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 věţe je zdvih (sací/výtlačná výška) větší, coţ vyţaduje větší spotřebu energie ve srovnání se spotřebou energie v průtočné (chladicí) soustavě.

ventilátory pro větrání se pouţívají ve všech chladicích věţích s umělým tahem a ve strojně chlazených kondenzátorech: – –

jejich spotřeba energie je určena počtem, velikostí/rozměry a typem ventilátorů, mnoţstvím a zdvihem (sací/výtlačnou výškou) vzduchu, suché soustavy chlazení všeobecně vyţadují více vzduchu pro tentýţ chladicí výkon neţ odpařovací (mokré) chladicí soustavy, přestoţe toto nemusí nutně vést k větší spotřebě energie. Energie pouţitá pro přidruţené aktivity

Do celkového posouzení energetických poţadavků 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, pouţívaného jako látka působící proti znečišťování, kolísá mezi 7 kWh aţ 20 kWh v závislosti na generátoru. Na základě minimální koncentrace poţadované v místě vstřikování, která je mezi 0,5 g aţ 1 g O3/m3 a objemu chladicí vody je moţné odhadnout poţadovanou energii.

3.2.2 Nepřímá spotřeba energie Spotřeba energie výrobního procesu se povaţuje 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, coţ bude vyţadovat více energie, která bude muset být vyrobena přímo na místě, nebo jinde. Neúčinnost chlazení vede ke ztrátám výroby a bude sniţovat účinnost procesu.


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 sníţeného ochlazování kondenzátoru můţe být celková přeměna energie sníţena o 0,25 %, coţ je rovno sníţení účinnosti kolem 0,4 % na stupeň Celsia. Pokud se dá přednost pouţití otevřené mokré chladicí věţe před průtočnou soustavou, coţ 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 poţaduje pro chladicí věţ (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% sníţení to, ţe 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 neţ 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 kaţdé z chladicích uspořádání. Tři proměnné se povaţují za lineární funkci následujících konstrukčních parametrů: –

průtok chladicí vody

–

čerpací tlak

–

účinnost čerpání (nepřímo úměrná)

V tomto příkladu jsou údaje vypočítány pro průtočnou soustavu jakoţto referenční soustavu pro kaţdý 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 poţadované výšky. Toto vyţaduje kolem 10 kW e/MWth/rok s účinností čerpání 75 %. V případě nepřímé průtočné chladicí soustavy se vyskytuje pokles tlaku a musí být navíc vytvořeno 4,5 bar, coţ vyţaduje 15 kW e/MWth. Soustava chladicí věţe 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 vyţaduje navíc 4,5 bar a 15 kW e/MWth. Pokud se jedná o ventilátory předpokládá se, ţe potřebují 15 kW e/MWth. Pokud jsou v provozu jenom v létě (4 měsíce), pak průměrná poţadovaná energie je rovna 5 kW e/MWth. V téţe 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, ţe na jeden stupeň zvýšení teploty na straně procesu se poţadovaná energie zvýší koeficientem 1,4. Při znalosti celkové spotřeby energie pro kaţdé chladicí uspořádání je moţné vyjádřit tuto spotřebu v hladinách emitovaného CO2 na vypouštěnou MWth. Je moţné vypočítat energii poţadovanou ve výrobě energie k vytvoření energie spotřebované chladicí soustavou. Za předpokladu účinnosti 40 % ve výrobě energie musí být kaţdá kW e přiváděná do provozu chladicí soustavy vynásobena 2,5, coţ vyjadřuje energii poţadovanou pro vypouštění energie (=chlazení), nebo kWe na kWe (v ‰). Pro kaţdou ‰ je emitováno určité mnoţství CO2. Předpokládá se, ţe v průměru je emitováno 2 000 (1 500-2 500) tun CO2 ročně na MWe (nepřetrţitý 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 pouţívány jako přesné hodnoty. Stejně tak tyto údaje neznamenají to, ţe jedna soustava je méně preferovaná neţ druhá chladicí soustava. Co tabulka uvádí zřetelně, je to, ţe vliv způsobený ztrátou účinnosti chlazení můţe být značný a ţe důsledky na celkovou energetickou rovnováhu mohou být prezentovány v porovnatelné podobě. Tato tabulka ukazuje důleţitost zvaţování jak přímé spotřeby energie, tak i nepřímé spotřeby energie při provozu chladicí soustavy.

68

Listopad 2000


Kapitola 3

Tabulka 3.2: Příklad porovnání ročního měrného poţadavku 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)

Pouţitý 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 věţ

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 věţ s uzavřeným okruhem Chlazení suchým vzduchem 1)

Pokud se jedná o výpočet korekčního koeficientu, viz Přílohu II.


Listopad 2000

69

Kapitola 3

3.2.3 Redukování energie poţadované pro chlazení Redukování poţadované energie pouţité v chladicích soustavách je záleţitostí environmentální rovnováhy. Integrovaná opatření v rozsahu průmyslového procesu k opětnému vyuţití tepla sníţí potřebu vypouštění nadměrného tepla do ţivotního prostředí. Pokud je poţadován 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 můţe dosáhnout dalších sníţení poţadované energie. Správnou volbou materiálu a konstrukčního provedení se sníţí poţadovaná spotřeba energie chladicích soustav. Toto je velmi sloţitá záleţitost zahrnující mnoho faktorů, kde je obtíţné poskytnout všeobecně platnou radu. Pouţívají se a mohou být zmíněny následující postupy a jako volitelné moţnosti by měly být vzaty na vědomí: 1.

správné uspořádání chladicí soustavy jako jsou hladké povrchy a podle moţností co nejméně změn směru proudění zabrání turbulenci a sníţí odpor proudění chladiva;

2.

v chladicích věţích s umělým tahem jsou volitelné moţnosti k sníţené spotřebě energie volba typu a umístění ventilátorů a moţnost 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 moţnosti k sníţení poţadavků na energii pro jiţ existující chladicí soustavy, zejména v případě velkých soustav. Náhrada vnitřního vybavení chladicích věţí (ventilátory, výplň a eliminátory unášení) jsou v některých případech volitelné moţnosti. 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 pouţití hladkých (s ţebry) podpěrných pilířů na vstupu velké (178 m) chladicí věţe s přirozeným tahem pro jadernou elektrárnu. Toto konstrukční provedení zvětšovalo průtok vzduchu a sniţovalo pokles tlaku umoţňující o 0,3 °C studenější chlazení, přičemţ sníţení teploty o 1 °C pro toto zařízení je přibliţně rovno úspoře 250 000 EUR za rok. Velmi málo bylo publikováno o moţnostech volby pro sníţení poţadovaného mnoţství energie pro chladicí věţ 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 uţivatelům doporučováno pouţít soustavu s více ventilátory, která má větší flexibilitu při nastavování poţadovaného 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, ţe existují rozdíly mezi různými konstrukčními provedeními a ţe rozdíl ve vlivu na výkonnost ventilátoru vyţaduje pečlivé posouzení, přičemţ je nutné vzít v úvahu souvislost s úplnými soustavami. Znamená to, ţe musí být provedeno komplexní vyhodnocení, které zahrnuje uspořádání věţe a distribuci proudění ventilátorem a eliminátorem unášení. Na základě tohoto bude moţné provést uţitečné porovnání různých konstrukčního provedení ventilátorů. Příklady změny výplně chladicí věţe uváděly značná zvýšení účinnosti výměny tepla, sníţení teploty chladicí vody odváděné z věţe a dosaţení 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 můţe být redukována činnost ventilátorů při dosaţení stejné úrovně chlazení jako předtím. Při nezměněné úrovni provozu bude kapacita chlazení vyšší. Pouţití nesprávného uspořádání výplně můţe vytvořit neţádoucí odpor

70

Listopad 2000


Kapitola 3

pro proudění vzduchu kolem nebo napříč, ale geometrie věţe je také důleţitá. Hustá vrstva výplňových svazků vytvoří větší poklesy tlaku a obvykle vyţaduje větší spotřebu energie pro ventilátory. Rozstřikovací výplně mají niţší pokles tlaku na straně vzduchu, ale v důsledku své niţší účinnosti vyţaduje tato výplň větší věţe, nebo více článků a kompenzace nemůţe být provedena vyšším energetickým příkonem pro činnost ventilátorů. Praktické zkušenosti uvádějí zřetelný vliv údrţby na sníţení poţadovaného mnoţství energie pro provoz chladicích soustav. Všeobecně řečeno, pro vodou chlazené soustavy toto znamená řádné ošetřování soustavy za účelem sníţení odporu v soustavě způsobeného tvorbou kotelního kamene, korozí, znečištěním, atd. Ošetřování (chladicích) soustav bude udrţovat povrch výměníků (tepla), potrubí/kanálů a (výplňových) svazků v chladicích věţích v hladkém stavu. Zabrání vzniku odporu pro proudění vody, sníţí poţadovaný výkon pro čerpání a zlepší výměnu tepla. Patřičná úprava chladicí vody (viz Část 3.4), vyváţené pouţití přídavných látek ve vztahu k zvýšení teploty procesu, sníţí přímou spotřebu energie stejně tak jako nepřímou spotřebu energie. Není uváděna ţádná kvantifikace sníţení kWe na odváděnou MWth v důsledku zdokonalené údrţby.

3.3 Spotřeba a emise chladicí vody 3.3.1 Spotřeba vody 3.3.1.1 Přívod vody a poţadavky na vodu Voda je pro chladicí soustavy významná látka, a to zejména pro velké průtočné chladicí soustavy, zatímco pro suché vzduchem chlazené soustavy nemá ţádný význam. Pouţívá se povrchová voda, podzemní voda a pitná voda. Pro účely chlazení můţe být v zásadě pouţita slaná voda, brakická/poloslaná voda a sladká voda. Slaná voda je hojně k dispozici v pobřeţních lokalitách, ale nevýhodou slané vody je její účinek na korozi. Očekává se, ţe pouţití podzemní vody pro účely chlazení se bude v nastávajících letech sniţovat, protoţe pro účely druhořadého pouţití (jako je chlazení) bude podzemní voda stále méně povolována, pokud toto pouţití nebude kombinováno s nezbytným získáváním podzemní vody, které je přidruţeno k jiným potřebám. Příklady jsou sniţování hladiny podzemní vody v případech, kdy překáţí při těţení 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. Pouţití vody a spotřeba vody jsou termíny, které se oba pouţívají pro poţadavky vodních chladicích soustav. Pouţití vody znamená, ţe stejný objem ohřáté chladicí vody se vrátí zpět do zdroje, ze kterého byla odebrána (průtočná chladicí soustava). Spotřeba vody znamená, ţe jen část vody pouţité pro chlazení (odkalování recirkulačních soustav) se vrátí zpět do přijímací vody (recipientu), přičemţ zbývající část vody zmizí odpařením a unášením v průběhu procesu chlazení. Spotřeba vody je zejména významná tam, kde se pro účely chlazení pouţívá podzemní voda v oblastech citlivých na sucho. Objem pouţité vody je široce spojen s typem průmyslu. Podle různých zdrojů se ukazuje, ţe potřeba chladicí vody v Evropě je značná. [Correia, 1995]. Všeobecně vzato největší podíl (povrchové) vody se vyţaduje pro elektrárny. Se zbývající částí vody se počítá pro malý počet větších průmyslových odvětví, z nichţ největším uţivatelem je chemický průmysl. Objem poţadované vody je rozdílný pro různé vodní chladicí soustavy (Tabulka 3.3). V případě průtočných chladicích soustav (přímých a nepřímých) závisí pouţití vody na: 

poţadavku procesu (kondenzátor)



teplotě přívodní vody



maximálním přípustném zvýšení teploty přijímací vody (recipientu)



maximální přípustné teplotě chladicí vody, kdyţ je vypouštěna.


Listopad 2000

71

Kapitola 3

Tabulka 3.3 Poţadavky různých chladicích soustav na vodu [tm001, Bloemkolk, 1997] Prŧměrná potřeba vody

Chladicí soustava

[%] 1) 100 100 2,3 2,3 0,6 proměnlivá 0 1,7

[m3/h/MWth] 86 86 2 2 0,5 proměnlivá 0 1,5

Průtočná soustava – přímá Průtočná soustava – nepřímá Otevřená mokrá chladicí věţ – přímá Otevřená mokrá chladicí věţ – nepřímá Otevřená mokrá/suchá (hybridní) chladicí věţ Uzavřený okruh mokré chladicí věţe Uzavřený okruh suché vzduchové chladicí věţe Uzavřený okruh mokré/suché chladicí věţe 1)

Relativní potřeba vody

předpoklad: kapacita chlazení ΔT 10 K otevřená mokrá chladicí věţ: otevřené mokré/suché chlazení: uzavřený okruh mokré/suché věţe

cykly koncentrace mezi 2 a 4 suchý provoz 75 % suchý provoz v rozsahu od 0 do 25 %

V otevřených recirkulačních soustavách, uzavřených okruzích mokrých a uzavřených okruzích mokrých/suchých chladicích věţí je většina vody recyklována a teplo je rozptýleno do ovzduší převáţně odpařováním. V těchto soustavách se spotřeba vody značně odchyluje a nejsou k dispozici ţádné specifické údaje, protoţe činnost závisí na pouţitém koeficientu koncentrace (je regulován úmyslným odkalováním), odpařování a v menším rozsahu na teplotě okolí. Nepřímý uzavřený okruh suchých chladicích věţí můţe pouţívat 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, kdyţ se vyskytne netěsnost, např. v těsnění čerpadel, přírubách a ve ventilech, nebo kdyţ byla voda vypuštěna k umoţnění opravy soustavy. Za těchto okolností jsou mnoţství malá a můţe být ekonomicky pouţita pitná voda, nebo dokonce voda zbavená nerostných látek (demineralizovaná).

Legislativa V členských státech se o vodu jako o zdroj nebo jako látku přijímanou ţivotním prostředím starají různé úřady. Ve všech případech by potřeba (pouţití?) vody měla být součástí integrovaného environmentálního povolení, zejména tam, kde jsou omezené zdroje. Očekává se, ţe v celém rozsahu Evropy tlak na zdroje vody dobré jakosti zvýší tlak na opatření pro zachování vody v chladicích soustavách a ţe budou stanoveny mezní hodnoty objemů vody, kterou bude moţné odebrat ze zdroje. Co se týká pouţití 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 přidruţené povrchové ekosystémy a ve smyslu udrţitelnosti vodního zdroje. Na národní úrovni mají některé členské státy samostatnou legislativu pro aspekty zabývající se přívodem a pouţíváním povrchové vody.

Průřezové záleţitosti Záleţitost omezování potřeby vody se vztahuje k následujícím environmentálním aspektům: – – – –

emise tepla do povrchové vody, pouţívání přídavných látek do chladicí vody, spotřeba energie jak v chladicí soustavě, tak i ve výrobním procesu, nepřímé emise.

Kaţdý z výše uvedených faktorŧ vyţaduje posouzení, aby mohlo být vyhodnoceno, zda zmenšený přívod vody pro chlazení je tím nejlepším řešením. V následujících odstavcích je učiněn pokus popsat pouţitelné volitelné moţnosti technik sniţování (s)potřeby vody a jejich prŧřezové účinky.

72

Listopad 2000


Kapitola 3

3.3.1.2 Pouţité techniky pro sniţování spotřeby vody Sníţení spotřeby vody pro chlazení představuje konkrétní zájem tam, kde dostupnost vody je nízká na základě přírodních nebo ekologických důvodů. Mohou to být buď oblasti postiţené suchem, nebo oblasti se sezónními nízkými dešťovými sráţkami. Nebezpečí vyčerpání zdrojů podzemní vody a situace s relativně vysokými poţadavky na chladicí vodu, kde se poţadavky blíţí nebo by mohly být větší neţ průtok vody v řece, nebo kde emise tepla do povrchové vody jsou omezeny, jsou další typické příklady.

1.

Technologie chlazení

Při sniţování mnoţství vody poţadované pro chlazení je důleţitá volba chladicí soustavy. V situacích na zelené louce se navrhuje, aby byla posouzena moţnost pouţití chlazení vzduchem např. pouţitím otevřených chladicích věţí. V případě velkých soustav by poţadovaná kapacita chlazení mohla omezovat volitelnou moţnost suchého vzduchového chlazení, poněvadţ to vyţaduje velké teplosměnné plochy. Pokud to je uskutečnitelné, měla by být věnována pozornost změně celkové účinnosti, zvýšeným provozním nákladům na provoz ventilátorů a nákladům na sníţení hluku. Pouţití soustav suchého chlazení obvykle vede k sníţení účinnosti procesu. Z toho vyplývá, ţe mají být upřednostňovány mokré soustavy (chlazení). Pouze v případě, kdy neexistuje ţádný zdroj vody (resp. přídavné vody) je moţné, ţe suché chlazení je nevyhnutelné. Pro jiţ existující průtočné soustavy je pouţití recirkulačních soustav (otevřené mokré chladicí věţe) pouţitelnou volitelnou moţností k sníţení poţadavků na vodu. Věţe jsou vybaveny eliminátory unášení jakoţto standardní technikou k dalšímu sniţování ztrát vody odpařováním. Obecně vzato recirkulace znamená, ţe musí být učiněna opatření k ochraně teplosměnné plochy před tvorbou kotelního kamene nebo před korozí. Na druhé straně pouţití recirkulace chladicí vody současně znamená sníţení tepelné emise do povrchové vody.

2.

Provoz chladicích soustav

Běţně pouţívaný provoz v recirkulačních mokrých chladicích soustavách je zvyšování koeficientu koncentrace prostřednictvím sníţení frekvence odkalování. Čím je čistější voda, tím snadnější to je a správná údrţba otevřené mokré chladicí věţe sníţí znečištění/kontaminaci chladicí vody a můţe způsobit vyšší počet cyklů a následně na to niţší frekvenci odkalování. Zvýšení cyklů koncentrace obvykle vede ke zvýšenému poţadavku na chemikálie proti znečištění k umoţnění vyšších koncentrací soli bez rizika usazování (sedimentace). Je k dispozici, resp. lze nalézt mnoţství 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 věţe a problémů, které s tímto souvisí, je moţné nalézt v dokumentu [tm095, Cunningham, 1995]. Závěr je takový, ţe schopnost, resp. moţnost zvýšit počet cyklů závisí na mnoha chemických a fyzikálních faktorech (např. teplota vody, pH, rychlost vody) a vyţaduje vysokou úroveň expertízy. S uváţením dané rozmanitosti provozních podmínek a chemie vody můţe být nesnadné předpovídat maximální cykly koncentrace a musí být věnována pozornost zváţení souvisících nákladů předtím, neţ chladicí soustava můţe být provozována ekonomickým způsobem.

3.

Další techniky

V případě recirkulačních soustav, které pouţívají relativně omezená mnoţství vody, je aplikováno mnoţství dalších technik. Cílem těchto technik je zlepšení jakosti chladicí vody. Předběţná úprava chladicí vody (jako je vločkování/flokulace, sráţení, filtrace nebo membránová technologie) můţe sníţit poţadavky na vodu tam, kde se poţaduje menší odkalování k udrţení téhoţ koeficientu koncentrace. Úpravy vody nicméně povedou k vzniku kalu, který bude muset být zlikvidován (viz Přílohu IV pojednávající o odkalování). Pouţití odpařovací nádrţe (odpařovacího rybníku) je technika, která je stále pouţívána v některých starších provozních místech a podrobuje se dalšímu vývoji. Můţe být pouţita k prevenci emisí tepla do povrchové vody předchlazováním chladicí vody před jejím vypouštěním, ale můţe slouţit podobným způsobem jako chladicí věţ tak, ţe je částí celkové cirkulace. V odpařovací nádrţi se voda ochlazuje rozstřikováním přes velkou plochu


Listopad 2000

73

Kapitola 3

povodí, čímţ se vytváří velký chladicí povrch, a posléze můţe voda být znovu pouţita (Příloha XI). Měla by být věnována pozornost mikrobiologickým rizikům v důsledku vytváření aerosolů (viz 3.7.3). Pokus sníţit poţadavek na zdroje vody se uskutečňuje také spojováním průtoků vody různých průmyslových jednotek do jednoho nebo více míst. Tato metoda uchovávání vody můţe být docela úspěšná, nicméně vyţaduje pečlivé posouzení. Pokud se jedná o vyhodnocování alternativních řešení při uchovávání vody pro průmyslové oblasti je k dispozici celá řada důleţitých úvah [tm065, Meier a Fulks, 1990], které by měly být vzaty v úvahu:  přehled dostupných vodních zdrojů a jejich chemie;  posouzení mnoţství těchto zdrojů a jejich kolísání/fluktuace;  posouzení znečišťujících látek a úprav vodních zdrojů;  vliv běţných programů úprav vodního zdroje na existující metody úprav chladicí vody;  vliv potenciálních zvýšení vodivosti recyklované vody na proces, ve kterém je voda pouţita;  volitelné moţnosti programu chemické úpravy pro chladicí soustavy;  ekonomika alternativních metod opětovného pouţití. Faktory, jejichţ seznam je uveden výše, ovlivňují volbu vodních zdrojů a mnoţství vody, která můţe být opětně pouţita. Typické vodní zdroje v místě (průmyslového procesu) jsou odkalené vody z chladicích věţí a boilerů. Také se pouţívají terciárně upravené výtoky z obecních/městských podniků na zpracování odpadů. Ve všech případech je důleţité zabránit zvýšené potřebě ještě sloţitějších programů úpravy vody k umoţnění opětného pouţití vody (Příloha XI). Je také moţné opětné pouţití odkalené vody z odpařovacích nádrţí/rybníků, pokud se jedná o pouţití, která nejsou citlivá na zvýšený obsah soli ve vodě. Technologie zaloţená na soustavě s nulovým vypouštěním můţe být aplikována tím, ţe se upraví a opětně pouţije 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 záleţitostí lokálního významu a mnoţství strhávaných ryb je zaloţeno 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 mnoţstvích 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, kdyţ jsou ryby tlačeny na síta umístěná před kondenzátory a výměníky tepla. Značné mnoţství menších tvorů je unášeno chladicí vodou a usmrceno jejich mechanickým poškozením, coţ se nazývá strhávání. Údaje o mnoţství 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, ţe počet unášených ryb v jednotlivých letech, stejně tak, jako počty ryb unášených v jednotlivých obdobích téhoţ 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, ţe velká většina strhávání ryb se vyskytla při soumraku nebo vzápětí po soumraku, nebo v létě. Tato elektrárna nemá

74

Listopad 2000


Kapitola 3 průtočnou chladicí soustavu a nebyl objeven ţádný důkaz významného vlivu na ryby. Toto byl také případ na jiné elektrárně podobné velikosti umístěné na řece Temţi [Carter a Reader, v tisku]. Síta v případě obou elektráren mají oka přibliţně 9 mm široká. Výzkum ve věci strhávaných a potlučených ryb v případě devíti holandských elektráren ukázal, ţe více neţ 95 % potlučených ryb byly ryby 0+, narozené na jaře téhoţ roku, a jejich délka byla menší neţ 10 cm. Toto je potvrzeno výsledky, které jsou ve výše zmíněné elektrárně na řece Trent, přestoţe úmrtnost byla 100%, přičemţ 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 mnoţství 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 pobřeţí můţe být pozorované mnoţství potlučených ryb mnohem vyšší neţ na elektrárnách, které jsou umístěny na řekách, a to aţ 25 ryb na 1 000 m3 [KEMA, 1982]. Tabulka 3.4 Poměrná mnoţství naraţených ryb (FIR) v elektrárnách. Roční zachycení normalizovaná (vztaţená) na prŧtok 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 Pouţité techniky pro redukování V závislosti na odlišných výsledcích bylo vyvinuto mnoţství technik, které byly pouţity v prŧmyslu k zabránění nasátí ryb v dŧsledku velkého mnoţství přiváděné chladicí vody. Optimální řešení a výsledky a schopnost splnit poţadavky BAT jsou ovlivňovány širokým spektrem biologických, environmentálních a technických faktorŧ, které musí být vyhodnoceny na základě specifických podmínek v místě procesu (elektrárny). Porovnání rŧzných technik proto není moţné.

1.


Technologické změny uskutečněné k zabránění strhávání ryb nebyly publikovány. Je zřejmé, ţe strhávání ryb nebude problémem při změně na otevřené nebo uzavřené recirkulační chladicí soustavy, které jsou finančně nákladnou operací. Můţe to být zváţeno 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 mnoţství (hejna) ryb, ne však pro úhoře;

–

světelné systémy se svítilnami umístěnými pod vodou, pozitivní pro odvrácení úhořů;

–

poloha, hloubka a konstrukční provedení vstupního otvoru;


Listopad 2000

75

Kapitola 3

–

mezní hodnoty rychlosti proudění nasávané vody (přestoţe údaje ze studií uskutečněných v Anglii ukazují, ţe strhávané ryby samy umoţňují, aby byly unášeny proudem (tj. úmyslné unášení nebo rozprchnutí se), i kdyţ jsou fyzicky schopny uniknout z proudu vody plaváním);

–

velikost ok sít umístěných v chladicí vodě (které chrání chladicí soustavu před poškozením). Pozorováními bylo zjištěno, ţe ve stejné elektrárně velikost ok sít 5 x 5 mm v průměru zdvojnásobí počet strhávaných ryb ve výstupu chladicí vody, které přeţijí, ve srovnání s velikostí ok sít 2 x 2 mm, protoţe úmrtnost potlučených rybích larev je vyšší neţ úmrtnost při strhávání [KEMA, 1972] a [Hadderigh, 1978].

Úmrtnost potlučených ryb můţe být sníţena 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“

Sníţení rychlosti proudu vody, nasávané do chladicí soustavy, na hodnotu pod (0,1 aţ 0,3) m/s, jasně ukázalo pozitivní účinek a sníţené mnoţství ryb vtaţených dovnitř soustavy. Nicméně sníţení rychlosti můţe znamenat to, ţe jsou poţadovány vstupní kanály s většími rozměry, coţ můţe mít technické a finanční důsledky. Všeobecně vzato změny provozní praxe nebo pouţití technik „end-of-pipe“ („konec potrubí“) se nevztahuje na strhávání ryb, ale existuje také pohled – který není sdílen všemi – ţe strhávání ryb by mohlo být sníţeno tak, ţe 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 přeţití strhávaných rybích larev a ryb ve velmi mladé etapě jejich ţivota Přeprava ryb zpět do povrchové vody

Úmrtnost při strhávání ryb v této etapě ţivota je niţší neţ úmrtnost při potlučení v těchto etapách ţivota Vyţaduje druhý systém vysokotlakých trysek k očištění pohyblivých sít

Zvyšuje úroveň přeţití potlučených ryb

Ryby v průběhu přepravy zpět do povrchové vody zůstávají trvale ve vodě Zkrácení doby naráţení

Nízkotlaké vodní trysky pouţívané pro odpláchnutí ryb od pohyblivých sít a pro jejich navracení do povrchové vody Nádoby pro ryby umístěné na sítech Průběţné otáčení pohyblivých sít Čerpadla na ryby Systémy k odklonění ryb (vytváření obtoku pro ryby)

Šikmá síta nebo ţaluzie s obtokem („by-pass“) pro ryby

Překáţky ovlivňující chování

Světla – stroboskopická světla – trvale svítící světla – rtuťová světla – jiná světla Zvuk

76

Zvyšuje úroveň přeţití potlučených ryb Přeprava ryb zpět do povrchové vody – Přeţití tvrdších druhů (50-100) % je větší neţ 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

Listopad 2000

Komplikované pro udrţování správného stavu v potrubích – Vyţaduje 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


Kapitola 3

3.3.2.3

Náklady na akustická zařízení a světelné systémy

Je samozřejmé, ţe jakákoliv změna provedená na existující (chladicí) soustavě bude nákladná. Energetický průmysl oznámil, ţe dodatečné náklady na technologie ochrany ryb, aplikované na existující zařízení jsou ve výši mezi (40 000 aţ 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 neţ (0,3 – 0,5) m/s. Tímto poţadavkem je určena délka systémů. Náklady na materiál a stavbu světelného systému jsou (90 000 aţ 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 pouţita voda jako vloţená chladicí látka, veškeré teplo bude převedeno do vzduchu buďto z vodních kapek v chladicí věţi nebo z povrchu přijímací vody (recipientu). Ještě předtím, neţ teplo opustí povrchovou vodu, můţe ovlivnit vodní ekosystém a tomuto by se mělo zabránit. Emise tepla je také záleţitostí bezprostředně se vztahující na mnoţství chladicí vody pouţité a vypouštěné. Průtočné chladicí soustavy, jak přímé, tak i nepřímé, vytvářejí podle definice největší zdroj tepla předávaného do povrchové vody, poněvadţ celé mnoţství tepla je odváděno přes chladicí vodu. Chladicí voda v recirkulačních soustavách uvolňuje většinu svého tepla prostřednictvím chladicí věţe do vzduchu. Mnoţství tepla odvedeného s odtokem z chladicí věţe představuje přibliţně 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 můţe 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 ţivota a jejich fyziologii, a nepřímý vliv působením na kyslíkovou rovnováhu. Zvyšováním teploty se sniţuje hodnota nasycení kyslíkem; s vysokou koncentrací kyslíku, která vede ke sníţené hladině kyslíku. Zvyšování teploty také zrychluje mikrobiální odbourávání organických látek, coţ způsobuje zvýšenou spotřebu kyslíku. Stejně tak tam, kde se vyskytuje cirkulace chladicí vody, nebo kde větší počet průmyslových odvětví pouţívá tentýţ 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, jehoţ velikost je přibliţně 4,2 kJ/kg/K, lze vypočítat zvýšení teploty vody. Například kdyţ se chladicí voda ohřeje průměrně o 10 K, 1 MWth tepla vyţaduje průtok chladicí vody kolem 86 m3/hodinu. Všeobecně přibliţně vzato kaţdá kWth vyţaduje 0,1 m3/hodinu chladicí vody. V případech, kdy chladicí voda recirkuluje, je teplo předáváno do vzduchu prostřednictvím odpařování chladicí vody v chladicí věţi, přičemţ výparné teplo vody je 2 500 kJ/kg (při 20 ˚C). Byl proveden výzkum faktorů, které hrají roli v odvádění velkých mnoţství tepla do povrchové vody zejména v energetickém průmyslu. Při posuzování emisí tepla musí být vzato do úvahy mnoţství 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 pobřeţí; a



proudění/konvekce ve vodě a do vzduchu.


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 vţdy důleţité zabránit cirkulaci parní vlečky, coţ ovlivňuje teplotu odebírané vody a následně na to účinnost chladicí soustavy. Jako příklad můţe 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 MW e 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 poţadavky vztahující se na emise tepla

Poţadavky 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 poţadavky 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 kaţdý ekologický systém jsou aplikovány tři tepelné parametry: – maximální teplota vody na hranici oblasti směšování – maximální teplota vody v průběhu období rozmnoţování druhů ţijících ve studené vodě („chladnovodních―) – maximální nárůst teploty. Tabulka 3.6: Tepelné poţadavky na teploty vody pro dva ekologické systémy (evropská Směrnice 78/659/EEC)

Lososové vody

Parametr

Cyprinidové vody

Tmax na hranici oblasti směšování (˚C)

21,5

28,0

Tmax v průběhu období rozmnoţování biologických druhů ţijících 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 zatíţení a převládající proudy a vlny (vodní hydrodynamika). Regulační opatření často zvaţují 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 obdrţené 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 poţadavky jsou formulovány v (písemných) povoleních.

78

Listopad 2000


Kapitola 3

Jiná regulační opatření nepředepisují všeobecně fixní teploty vypouštěné vody. Mezní hodnota výstupní teploty nejprve odpovídá typu chladicí soustavy. Kromě toho hraje důleţitou 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 pouţití charakteristik jejich fauny.

3.3.3.3 Pouţité techniky redukování

1.


Nejlepší způsob jak minimalizovat emise tepla je sníţit potřebu vypouštění (chladicí vody) tím, ţe 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 zvaţování technik redukování je důleţité uvědomit si, ţe nakonec veškeré teplo zmizí ve vzduchu, a ţe povrchová voda je pouze zprostředkovávající látkou. Uskutečňováním volby mezi různými chladicími soustavami se můţe rozhodnout, co je přednostní. Tudíţ dopad odstraňovaného tepla na okolní prostředí můţe být minimalizován vypouštěním více tepla do ovzduší a méně tepla do povrchových vod na úkor ztrát vody v důsledku odpařování. Minimalizace mnoţství 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 poţaduje v důsledku pouţití ventilátorů, pokud není pouţit přirozený tah. Takové řešení všeobecně potřebuje větší investiční náklady a mnoho prostoru. V případě velkých kapacit je široce praktikovaným řešením pro sníţení tepelného zatíţení 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 věţí.

2.

Provozní praxe

Ţádné konkrétní volitelné provozní moţnosti pro zmenšení mnoţství vypouštěného tepla, nebo prevence vypouštění tepla do povrchové vody nebyly publikovány.

3.

Další techniky

Stará praxe stále v Evropě pouţívaná, ale jen ve velmi malém rozsahu, a v poslední době přitahující novou pozornost, je pouţívání odpařovacích (rozstřikovacích) nádrţí/rybníkŧ. Pro zvětšení ochlazování vody je dŧleţitá velikost úhlu nastavení trysky a doba, po kterou je voda ponechána v nádrţi před opětovným přivedením do chladicího okruhu, stejně tak, jak je dŧleţitá velikost povrchové plochy. Pro posouzení této techniky by mělo být provedeno porovnání s chladicí věţí, která má podobnou kapacitu. Při tomto posuzování by měla být věnována pozornost těmto záleţitostem: – poţadovaná 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 pouţitím chladicí věţe. Je to finančně nákladná technika pouţívaná tam, kde cirkulace vypouštěné vody v povrchové vodě můţe ovlivnit teplotu chladicí vody v místě přívodu. Další finanční náklady způsobené pouţitím zvláštní chladicí věţe plus ztráta vody v důsledku odpařování bude muset být porovnána s náklady, které se vztahují k sníţené účinnosti v důsledku vyšší teploty přiváděné vody. Opatření, které je také navrhováno pro sníţení vlivu odváděného tepla, je konstrukční provedení výstupu vody z chladicí soustavy takovým způsobem, ţe se turbulencí vody ztratí určité mnoţství tepla v průběhu vypouštění. Vedlejším účinkem tohoto opatření je zvýšení obsahu kyslíku v chladicí vodě, coţ kompenzuje ztrátu kyslíku v důsledku vyšších teplot chladicí vody. K tomuto nejsou dostupné ţádné údaje a rozsah tohoto účinku je také předmětem pochybností.


Listopad 2000

79

Kapitola 3

3.4 Emise z úpravy chladicí vody Emise do povrchové vody, které vyplývají z úpravy chladicí vody, jsou povaţovány za jeden z nejdůleţitějších problémů chladicích soustav. Je moţné rozlišovat čtyři zdroje emisí do povrchové vody, které způsobují mokré chladicí soustavy: – chemikálie z procesu (zplodiny) a jejich reagující sloţky, v důsledku netěsností; – produkty koroze v důsledku koroze zařízení chladicí soustavy; – pouţité přídavné látky chladicí vody a jejich reagující sloţky; – látky přenášené vzduchem. Pro řízení, resp. omezování těchto emisí se pouţívají různé techniky. Riziko netěsností můţe být sníţeno stejně tak jako moţnost neřízených emisí po úniku v důsledku netěsností a pro zařízení můţe být zvolen nejvhodnější materiál z hlediska zmenšení koroze. Tato část (tohoto dokumentu) bude zaměřena na opatření pro sníţení mnoţství a dopadu emisí způsobených pouţitím přídavných látek do chladicí vody: – sníţením potřeby úpravy vody; – volbou chemických úprav, které mají menší dopad na ţivotní prostředí; – pouţitím chemikálií nejefektivnějším způsobem (provozování soustav).

3.4.1 Pouţívání úpravy chladicí vody Chladicí voda se upravuje za účelem podporování účinného přenosu tepla a k ochraně chladicí soustavy tak, aby bylo překonáno mnoţství nepříznivých účinků působících na činnost (resp. výkonnost) chladicího zařízení. Jinak vyjádřeno cílem úpravy chladicí vody je sníţit celkovou spotřebu energie. Nepříznivé účinky se silně vztahují k chemii vody, která je pouţita pro chlazení, a ke způsobu, kterým je chladicí soustava provozována (např. cykly koncentrace). Slaná voda bude mít odlišné poţadavky ve srovnání se sladkou vodou a průmyslové emise z proudících znečištěných látek mohou být náročným problémem k řešení. Kromě toho chladicí voda můţe být kontaminována ve výměníku tepla tekutinami pouţitými v procesu unikajícími v důsledku netěsností, nebo, v případě mokrých otevřených chladicích věţí vzduchem, který proudí věţí a unáší sebou prach, mikroorganismy a výpary. Přídavné látky se pouţívají v případě průtočných (chladicích) soustav, otevřených mokrých chladicích soustav, v uzavřených okruzích mokrého chlazení a v mokrých/suchých soustavách. Tam, kde je voda pouţita jako zprostředkovávající chladivo v trubkových hadech suchých (chladicích) soustav, můţe být pouţito velmi malé mnoţství přídavných látek k úpravě/kondicionování vody v uzavřených okruzích. Z hlediska environmentálního jsou přídavné látky důleţité: 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 pouţitých chemikálií jsou známé, ale volba neoxidačních bioxidů je převáţně zaloţena na metodě „pokus a omyl―. Účinky pouţitých chemikálií na ţivotní prostředí mohou být posouzeny pomocí modelování (riziko/nebezpečí), nebo měřením. Poněvadţ jsou pouţity pro zlepšení účinné výměny tepla, jejich pouţití se vztahuje také k nepříznivým účinkům, které vznikají při menší účinnosti výměny tepla. Průmyslový proces, který má být ochlazován, můţe být ovlivněn tehdy, kdyţ je přenos tepla neúčinný, a způsobí zvýšenou spotřebu energie (tj. podobně jako při zvýšení emisí vzduchu), nebo vyšší poţadavek na suroviny pro kompenzaci ztrát výroby. Spotřeba energie v chladicí soustavě se můţe zvýšit v důsledku vyššího poţadavku na čerpadla a ventilátory ke kompenzaci ztráty účinnosti výměny tepla. Problémy vznikající z jakosti vody, se kterými je moţné se běţně setkat, jsou tyto: 

Koroze zařízení chladicí vody, která můţe vést k netěsnosti výměníků tepla a rozlití tekutin pouţívaných v procesu do okolního prostředí, nebo ke ztrátě podtlaku v kondenzátorech;



Tvorba kotelního kamene, převáţně sráţením uhličitanů vápenatých, síranů a fosforečnanů, Zn a Mg;

80

Listopad 2000


Kapitola 3 (Bio-) Znečištění potrubí a výměníků tepla (také výplní mokrých chladicích věţí) mikroorganismy, makroorganismy a unášenými pevnými materiály, které můţe vést k zablokování trubek výměníku tepla velkými částicemi (slupkami), nebo k emisím z chladicích věţí do vzduchu.

Koroze Kotelní kámen

Sedimentace (znečištění) Obrázek 3.1:

Bio-film

Grafické znázornění vzájemných vztahů mezi různými problémy jakosti vody

Problémy jakosti chladicí vody mají často mezi sebou vzájemné vztahy. Tvorba kotelního kamene můţe 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 můţe dále zvětšovat korozi ploch, které se nacházejí pod tímto znečištěním (Obrázek 3.1). Pro úpravu/kondicionování vody se pouţívají následující skupiny chemikálií (viz taky Přílohu V):  Inhibitory koroze: původně byly převáţně pouţívány kovy, ale vyskytuje se tendence směrem k azosloučeninám, fosfonátům, polyfosforečnanům a polymerům. Tato tendence znamená, ţe toxicita je sniţována, zatímco trvanlivost se zvyšuje. Nedávno bylo vyvinuto několik lepších biologicky odbouratelných (rozloţitelných) polymerů. 

stabilizátory tvrdosti nebo inhibitory zabraňující tvorbě kotelního kamene: existují chemické vzorce hlavně polyfosforečnanů, fosfonátů a některých polymerů. Nedávné vývojové aktivity v oblasti tohoto pouţití jsou také ve směru k sloučeninám, které jsou lépe biologicky rozloţitelné



Disperzní chemikálie: převáţně kopolymery, často v kombinaci s povrchově aktivními činidly. Hlavní environmentální účinek je špatná biologická odbouratelnost/rozloţitelnost (schopnost biologické degradace).



Oxidační biocidy: převáţně se pouţívá chlor (nebo kombinace chloru a bromu) a jednoduchý (mono)chloramin. Chlor (brom) je silné oxidační činidlo (akutně jedovaté), coţ znamená, ţe poločas je krátký, ale vedlejší účinky chlorování jsou vytváření halogenovaných vedlejších produktů. Další oxidační biocidy jsou ozon, UV, peroxid vodíku nebo kyselina peroctová. Pouţití ozonu a UV vyţaduje předběţnou úpravu doplňované vody a vyţaduje speciální materiály. Očekává se, ţe environmentální účinky budou méně škodlivé neţ je tomu v případě halogenovaných biocidů, nicméně aplikování vyţaduje zvláštní péči, je finančně nákladné a není pouţitelné ve všech situacích.



Neoxidační biocidy: izothiazoloiny, DBNPA, glutaraldehyd a kvartérní amoniové sloučeniny, atd. Tyto sloučeniny jsou všeobecně akutně jedovaté a často nesnadně biologicky odbouratelné, přestoţe se vyskytují některé, které hydrolyzují, nebo jsou rozkládány pomocí jiných mechanismů. Environmentální účinky jsou významné.


Listopad 2000

81

Kapitola 3

Tabulka 3.7: Chemické komponenty pro úpravy chladicí vody pouţívané 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:

Tvorba kotelního kamene

Koroze Prŧtočné soustavy

X

Recirkulační Prŧtočné soustavy soustavy X X X X X

X

X

(Bio-)znečištění

Recirkulační Prŧtočné soustavy soustavy

X X X X X

X X

Recirkulační soustavy

X X X

Chroman se jiţ ve velkém rozsahu nepouţívá vzhledem k jeho značnému dopadu na ţivotní prostředí

Potřeba úpravy chladicí vody a typ a mnoţství pouţitých chemikálií jsou rozsáhleji popsány v Příloze V. Aplikace úpravy/kondicionování chladicí vody je velmi sloţitá a lokální záleţitost, kde je volba zaloţena na kombinaci následujících poloţek: –

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 přidruţené vedlejší produkty.

Pro správnou funkci jakýchkoliv úprav (vody) se obvykle poţaduje kontrola pH chladicí vody a její zásaditosti ve specifikovaném rozsahu. Dobrá kontrola pH a zásaditosti/alkality se stala důleţitější tam, kde jsou pouţívány programy úpravy vody, které jsou citlivější na pH, nebo tam, kde jsou aplikovány vyšší cykly koncentrace v otevřených recirkulačních chladicích věţích za účelem minimalizace odkalování a sníţení poţadavku na vodu. Ve stále se zvětšujícím rozsahu je v průmyslu obvyklá taková praxe, ţe se pouţívají programy údrţby vyvinuté a uskutečňované dodavatelem přídavných látek, přičemţ ale zodpovědnost za provoz soustav zůstává na tom, kdo danou chladicí soustavu vlastní. Při uváţení specifičnosti místa (instalování chladicí soustavy) a vlastní (chladicí) soustavy bude obtíţné nalézt typické hladiny mnoţství přídavných látek pouţitých 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 pouţíván v nizozemském průmyslu. Údaj ukazuje, ţe se vyskytuje odchylka mezi (chladicími) soustavami, stejně tak jako mezi různými typy vody. Jiné zdroje vody, které pouţívají recirkulační soustavy, jsou například pitná voda, podzemní voda a kondenzát.

82

Listopad 2000


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 Prŧtočné 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 mnoţství práce v záleţitosti 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. Můţe být obtíţné posoudit specifické emise, které vyplývají z úpravy chladicí vody v takových situacích, kde nejsou k dispozici analytické metody pro chemické látky pouţívané pro tuto úpravu. Kromě toho specifické chemické látky pouţívané pro úpravu chladicí vody a vedlejší produkty vznikající z pouţitých chemických látek mohou taky významně přispět k environmentálnímu dopadu na povrchovou vodu. V případech, kdy jsou pouţity jako přídavné látky chlor nebo brom, (3 – 5) % produktu reaguje na haloformové sloučeniny (chloroform nebo bromoform) [tm072, Berbee, 1977]. Kvantifikace krátkodobých účinků můţe být dosaţena tak, ţe se provedou zkoušky (akutní) toxicity na proudech vypouštěné chladicí vody. Výsledky těchto zkoušek mohou být povaţovány za minimální odhad environmentálních účinků v chladicí vodě [protoţe dlouhodobé (chronické) účinky, bio-degradace (biologická rozloţitelnost), bio-akumulace (Pow) a karcinogenní účinky nejsou do těchto zkoušek zahrnuty]. Nedávno bylo v Nizozemsku provedeno několik studií, které byly zaměřeny na pouţití oxidačních biocidů (zejména chlornanu) ([tm001, Bloemkolk, 1997], [tm072, Berbee, 1997] a [tm160, Bijstra, 1999]), a na pouţití neoxidačních biocidů ([tm001, Bloemkolk, 1997] a [tm149, Baltus a jiní, 1999]).

3.4.2.1 Oxidační biocidy V několika zemích byly ustanoveny programy k dosaţení optimálního pouţití chlornanu v chladicí vodě. Volný oxidant [mg FO/l] je často pouţíván jako řídicí parametr v chladicí vodě. V Nizozemsku je pouţívána koncentrace (0,1 – 0,2) [mg FO/l] ve vypouštěné vodě jako cílová koncentrace pro chladicí soustavy s průběţným dávkováním (průtočné soustavy). V případě reţimů s přerušovaným nebo nárazovým (šokovým) chlorováním je koncentrace FO nebo FRO vţdy 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 můţe významně sníţit roční spotřebu chemikálií pouţitých pro chladicí vodu. Důsledkem tohoto opatření můţe být sníţení zatíţení ţivotního 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 sníţení v pouţití chlornanu v chladicí vodě aţ na 50 % zavedením výše zmíněných optimalizačních opatření [tm160, Bijstra, 1999].


Listopad 2000

83

Kapitola 3

3.4.2.2 Neoxidační biocidy V roce 1999 byla provedena studie zaměřená na problematiku environmentálních dopadů pouţití oxidačních a neoxidačních chemikálií v recirkulačních chladicích soustavách. V případě pouţití chemických látek, pro které byly k dispozici analytické metody, byly měřeny koncentrace chemikálií v chladicí vodě. Pro všechny pouţité chemikálie byly pouţity zkoušky toxicity k vyhodnocení environmentálního dopadu na povrchovou vodu. Pokud byla chladicí voda vypouštěna přímo do povrchové vody, mělo pouţití 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 (průběţné 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, ţe potenciální rizika pro přijímající povrchovou vodu nemohou být vyloučena, pokud jsou v chladicí vodě pouţity 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 moţná opatření pro čištění mohou ovlivnit skutečné mnoţství, které je finálně vypouštěno a v důsledku toho výsledný dopad na vodní prostředí. Optimalizace a řízená úprava/kondicionování chladicí vody pouţitím (automatického) dávkování a monitorování můţe významně sníţit pouţití chemikálií v chladicí vodě a důsledku toho environmentální dopad na přijímací vodu. V Nizozemsku je aplikování chlornanu a bromu v chladicí vodě jedním z nejdůleţitějších 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 moţná mohla sníţit účinek biocidů v povrchové vodě. Biologická úprava můţe být citlivá na nízké úrovně neoxidačních biocidů, které by mohly narušit práci provozu pro tuto úpravu (úpravny). Bylo oznámeno, ţe se pouţívá inhibice aktivního kalu v mnoţství 60 % a více (100 %). Fyzikální/chemická úprava biocidů je stále na experimentální úrovni. Polarita neoxidačních biocidů bude tvořit překáţku pro jejich fyzikální úpravu, poněvadţ 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 mnoţstvích a jsou obvykle vypouštěna do kanalizační soustavy. Je samozřejmé, ţe 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 můţe být vyuţita k odhadu očekávané koncentrace ve vypouštěné vodě. Tato informace se vyuţije také při ukončení odkalení po úpravě k zabránění vypouštění biocidů s vysokou úrovní chemické aktivity. Několik faktorů je důleţitých k dosaţení další optimalizace. Kromě koncentrace na výstupu je zde podstatnou záleţitostí také řízení procesu.

3.4.2.3 Faktory ovlivňující emise biocidŧ Faktory, které ovlivňují vypouštění a setrvávání v přijímacím vodním prostředí (recipientu) byly rozsáhle popsány [tm004, Baltus a Berbee, 1996] pro mnoţství běţně aplikovaných oxidačních a neoxidačních biocidů. Níţe uvedené faktory, v kombinaci s podmínkami chladicího procesu, hrají roli při volbě programu úpravy chladicí vody:

84

Listopad 2000


Kapitola 3



Hydraulický poločas (pouţívaný je taky poločas soustavy);



Hydrolýza;



Biologické odbourávání/rozloţení (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, ţe se zvyšující se hodnotou pH a/nebo při zvyšující se teplotě se hydrolýza zvětšuje a biocidní účinky se budou sniţovat. V důsledku toho niţší 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 můţe uskutečnit, pokud je vodní prostředí vystaveno slunečnímu svitu. Odpařování můţe hrát roli v případě oxidačních biocidů (chlornan). Můţe být uveden výzkum, ve kterém byl shledán tzv. vypuzovací účinek (“stripping effect”) chladicích věţí k vysvětlení ztráty, která se vyskytla ve výši (10-15) % chlornanu v kaţdém kanálu chladicí věţe. V případě chlornanu úroveň pH ovlivňuje jeho odpařování. Biologické odbourávání, resp. biologický rozklad biocidů závisí na mnoţství organické a anorganické látky a také na biologické odbouratelnosti (rozloţitelnosti, 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 mnoţství unášených organických látek, na které mohou být biocidy absorbovány, coţ má za následek hromadění sedimentu. Biocidy mohou být redukovány také organickými látkami.

3.4.2.4 Hladiny emisí Je obtíţné 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 kaţdého předmětného místa nemůţe být uveden ţádný všeobecně aplikovatelný model, který by vzal do úvahy veškeré existující aspekty. Musí být provedeno mnoho předpokladů a přestoţe 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 věţi 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 kaţdou vodu je stanovena různá úroveň pro relevantní emisní parametry vypouštěné vody. Jakost vypouštěné vody vyţaduje stanovit mezní hodnoty na přítomnost určitých chemických látek (např. chrom, zinek nebo sloučeniny rtuti), čímţ se zmenšuje moţnost pouţití konkrétních/partikulárních přídavných látek chladicí vody. Pro velké a malé objemy vypouštěné (chladicí) vody jsou stanoveny poţadavky 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 aţ 40 ˚C.


Listopad 2000

85

Kapitola 3

Specifičtější poţadavky na chemické sloţení se mezi jednotlivými členskými státy liší, ale všeobecně jsou zahrnuty poţadavky na koncentraci adsorbovatelných organických halogenů (AOX), na rozpuštěný kyslík, na biochemickou spotřebu kyslíku (biochemický kyslíkový poţadavek) (BSK/BOD), chemickou spotřebu kyslíku (chemický kyslíkový poţadavek) (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 zvaţují specifické operace, jako je např. nárazová (šoková) úprava s mikrobiálními látkami. V Nizozemsku jsou úsilí o omezován resp. redukování zaloţena na vlastnostech, které jsou vlastní daným látkám a na posouzení rizika. Byla vyvinuta všeobecná vyhodnocovací metodologie pro umoţnění firmě/společnosti a úřadům, v jejichţ kompetenci je voda, jednoznačně identifikovat účinek látek a přípravků, které znečišťují vodu. Tato (nizozemská) metodologie hodnocení je zaloţena na evropské legislativě vztahující se na klasifikaci resp. třídění, balení a na označování pouţitím štítků. V závislosti na vlastnostech látky se musí aplikovat metoda BTM nebo BPM. Po pouţití metody BTM/BPM je provedeno vyhodnocení zbytkového vypouštění v závislosti na aplikovatelných cílech pro jakost vody. Pokud tyto cíle nejsou dosaţeny, mohou být uvedena resp. indikována další opatření. Evropská chemická legislativa postihující aplikování přídavných látek chladicí vody můţe 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 sníţení/redukci emisí do povrchové vody v důsledku aplikování chladicí vody jsou tyto: 1. 2. 3. 4. 5.

zmenšení koroze chladicího zařízení zmenšení úniků látek pouţitých 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 sniţování emisí v důsledku úpravy chladicí vody mělo zaměřit na sníţení potřeby úpravy (tj. prevence) a na volbu a optimální aplikování přídavných látek (tj. řízení, resp. omezování znečištění) v rámci poţadavku maximální výměny tepla. Pro sníţení emisí chemických látek ve vypouštěné chladicí vodě je k dispozici mnoho volitelných moţností. 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 moţnosti sníţení/redukce posouzeny v určitém pořadí. Pro nové chladicí soustavy s velkou kapacitou (resp. velkým výkonem) chlazení byl vyvinut „přístup― pro sníţení emisí do povrchové vody [tm001, Bloemkolk, 1997]. Byl vyvinut ―přístup‖ pro volbu biocidů k pouţití jak pro nové, tak i pro jiţ existující (chladicí) soustavy. [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. Oba dva „přístupy― zahrnují více nebo méně stejné kroky a dodrţování těchto kroků zajistí to, ţe všechny důleţité faktory zahrnuté do sniţování pouţití přídavných látek jsou vzaty v úvahu. Tyto „přístupy― jsou znázorněny na Obrázku 3.2 a na Obrázku 3.3.

86

Listopad 2000


Kapitola 3 Pro optimalizaci pouţití biocidů existuje široký rozsah moţností, 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 jiţ 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 pouţít. Pokud se pouţije vodní chlazení, měla by být zváţena technická řešení, kterými bude řízena očekávaná bioznečišťující populace v CWS. Důleţité záleţitosti ke zváţení v etapě konstrukčního řešení jsou: údrţba ve všech částech vodní chladící soustavy s dosti vysokými rychlostmi proudění a hladká konstrukce potrubí a výměníků tepla. Takové řešení sníţí usazování/sedimentaci bioznečišťujících organismů. Pouţití netoxických povlaků uvolňujících znečištění pomůţe k dalšímu sníţení usazování organismů. Konstrukční řešení přívodu (vody) by mělo být takové, aby bylo na nejmenší moţnou míru omezeno strhávání úlomků a organismů. Pouţití filtračních zařízení a česel/brlení můţe dále sníţit mnoţství strhávaných materiálů s velkými rozměry. Musí být také posouzeno pouţití materiálů s vysokým stupněm neporušenosti/integrity. Pro výměníky tepla můţe 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, ţe mohou být zhotoveny ze sklolaminátů. Tento materiál můţe být také pouţit pro zhotovení potrubí a spojů v chladicí soustavě. Stejně tak mohou být v etapě konstrukčního řešení pouţita 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 pryţe. V některých případech můţe být k omezování makroznečištění pouţito tepelné ošetření, a potom nebude vůbec potřeba pouţívat ţádné biocidy. Pro aplikování tepelného ošetření bude potřeba provést při konstrukčním řešení CWS speciální okruh. Další moţnosti pro optimalizaci jsou podobná těm opatřením, která jsou jiţ 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 předběţných úprav – soustava s koulí z mechové pryţe – 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, jejichţ cílem je redukce pouţití biocidŧ [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]


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: – předběţná 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 – pouţití netoxických povlaků uvolňujících znečištění – předcházení vzniku oblastí bez pohybu – vyvarování se ostrým ohybům

Otevřená recirkulační CWS

Pouţití filtrace bočního proudu

Volba typu oxidačního biocidu

Reţim dávkování: – nárazový (šokový) – průběţný – cílová hodnota dávkování – dávkovací česle

Volba typu biocidu

Dávkování oxidačního biocidu: – nárazově (šokově) – průběţně – cílová hodnota – hodnota pH

Dávkování neoxidačního biocidu: – nárazově (šokově) – vývoj toleranční dávky

Adaptace reţimu odkalování podle typu biocidu

Minimalizace dávky biocidů

Navazuje na poţadovanou činnost/výkonnost CWS: – přenos tepla – bezpečnost

Minimalizace dávky biocidů

Monitorování: – bioznečištění – biocidy

Monitorování: – bioznečištění – biocidy

Dodatečná úprava vytékající vody



Obrázek 3.3: „přístup― pro redukování pouţití biocidů v průmyslových vodních chladicích soustavách [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]

88

Listopad 2000


Kapitola 3 Na Obrázku 3.3 jsou znázorněny všechny kroky, které mají být zváţeny při volbě biocidů [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. V jiţ existujících CWS (vodních chladicích soustavách; „Cooling Water Systems“) je důleţité charakterizovat bioznečišťující populaci a rozsah bioznečišťujícího rizika. Předběţnou podmínkou pro tuto charakterizaci je patřičné/adekvátní biologické monitorování. Měla by být analyzována a pojmenována příčina bioznečišťujícího problému. Jakost chladicí vody můţe být zlepšena předběţnou úpravou vody (např. mikro-filtrací a makro-filtrací). Toto opatření můţe odstranit část bioznečišťujícího rizika sníţením mnoţství přiváděných organismů a ţivin. Jestliţe 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 umoţňují častěji provádět mechanické čištění. Za účelem zdokonalení stavu (chladicí) soustavy by měly být zváţeny všechny volitelné moţnosti zmíněné ve schématu 1. V případě průtočných (chladicích) soustav je někdy makroznečišťování omezováno resp. kontrolováno prostřednictvím pouţití tepelného ošetření (chladicí vody), bez pouţití jakýchkoliv biocidů. Nejdůleţitější biocid, který se pouţívá, je chlornan sodný. Jeho dávkování je prováděno nárazovým způsobem, nebo se dávkuje průběţně. Strategie dávkování pro omezování makroznečištění by měla být preventivní, poněvadţ nápravné/léčebné dávkování tehdy, kdyţ uţ došlo k vydatnému vývinu makroznečištění, vyţaduje pouţití 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 záleţitostí pro stanovení minimální poţadované dávky biocidů je chemické monitorování. Protoţe koncentrace oxidačních biocidů, které byly aplikovány do CWS se bude sniţovat, je potřeba pouţívat 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 uţitečné 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 důleţitější neţ makroznečištění. Monitory mikroznečištění, jako je metoda ATP, a technika „plate count“ poskytují důleţité informace o vývoji a stavu mikroznečišťující populace v CWS. K zabránění strhávání organismů a ţivin chladicí vodou můţe být přiváděná voda předběţně upravena (např. mikrofiltrací, sráţením). Filtrace bočního proudu („side-stream“) coţ je průběţná filtrace části objemu recirkulační vody, dále napomáhá ke sníţení mnoţství organického materiálu v chladicí vodě. Mnoţství biocidů, které je poţadováno pro úspěšnou úpravu (vody), tak můţe být redukováno. Filtry bočního proudu by přednostně měly být dočasně uzavřeny v průběhu nárazového dávkování biocidů, čímţ se předejde zbytečnému biocidnímu poţadavku filtru a zabrání se zničení mikrobiální populace na filtru. V případě recirkulačních vodních chladicích soustav se pouţívají oxidační a neoxidační biocidy. V Nizozemsku je (chladicí voda) pro přibliţně 90 % recirkulačních soustav upravována chlornanem sodným. Neoxidační biocidy jsou pouţívány pouze tehdy, kdyţ oxidační biocidy nemohou poskytnout dostatečnou ochranu. Pro oxidační a neoxidační biocidy se doporučuje průběţné nebo jednorázové dávkování za účelem omezení jejich pouţívání na nejmenší moţnou míru, přestoţe v některých případech průběţná halogenace při nízkých úrovních můţe spotřebovat méně chemikálií neţ při jednorázovém dávkování. Takové řešení také sníţí riziko vývoje tolerance biologie. Pro optimalizaci pouţití neoxidačních biocidů jsou vyţadovány přesné chemické analytické provozní metody. Moţnosti pro měření chlornanu byly zmíněny jiţ dříve. V recirkulačních (chladicích) soustavách mohou být uţitečné také biologické metody pro měření koncentrací biocidů v chladicí vodě. Pokud to je moţné, 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), jejichţ chladicí voda je upravena chlornanem, při hodnotě pH (8-9), za účelem minimalizace ztrát HOCL odpařováním v chladicí věţi. Zkušenost ukázala, ţe takové opatření nevede nutně k sníţené účinnosti biocidů. Toto opatření je důleţité, přestoţe vede k riziku vzniku kotelního kamene.


Listopad 2000

89

Kapitola 3

Kombinované pouţití chlornanu a bromidu můţe být atraktivní volitelná moţnost pro CWS (vodní chladicí soustavy; „Cooling Water Systems“), které pouţívají sladkou vodu a také pro průtočné CWS (vodní chladicí soustavy), neboť některé vedlejší produkty – bromované aminy – mají silnější biocidní účinky neţ chlorované členy jejich homologické řady a velmi rychle se odbourávají. V recirkulačních soustavách s vyšší jakostí vody můţe být volitelnou moţností ozon. V tomto případě je důleţité věnovat pozornost riziku koroze. Pokud se jedná o aplikování ozonu, byly některé zkušenosti v Evropě úspěšné. Konečně UV-světlo můţe také nabídnout moţnosti pro recirkulační soustavy jako doplňková technika. Nicméně UV-světlo samotné nemůţe atakovat bioznečištění, které se usadilo na povrchových plochách CWS. K tomu aby UV-světlo bylo účinné se vyţaduje relativně čistá/průzračná chladicí voda, protoţe světlo musí být schopno proniknout vodním sloupcem. Zde je moţné „přístup― shrnout takto: 1. Dostupnost vody, mezi jinými faktory, rozhodne o zvoleném uspořádání chlazení (průtočná soustava, otevřená nebo uzavřená mokrá chladicí věţ nebo hybridní chladicí věţ). Zvolené uspořádání můţe naopak zase mít vliv na druh úpravy vody. Zde se vyskytují obecné rozdíly mezi průtočnými a otevřenými mokrými chladicími věţemi, pokud se jedná o pouţití oxidačních a neoxidačních biocidů. 2. Jakmile byla provedena volba (chladicí) soustavy (viz téţ Kapitolu 1), bude muset být aplikováno komplexní schéma posuzování k přizpůsobení početných kombinací mezi následujícími volitelnými moţnostmi, 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 poţadované rychlosti proudění vody; – zdokonalení chemie chladicí vody prostřednictvím předběţné 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, ţe pro uzavřený okruh suchého vzduchového chlazení nebo kondenzátory chlazené suchým vzduchem nebude nutné realizovat ţádné úpravy. Mohly by být pouţívány chemikálie k očištění vnějšku (ţebrovaných) trubek, ale obvykle ne pro provozování (chladicí) soustavy. Pokud jiţ byla ustanovena potřeba pro úpravu chladicí vody, je vhodné provést přesnou volbu programu úpravy chladicí vody, který navazuje na legislativní poţadavky. Tyto poţadavky mohou být: – zákaz pouţívání určitých látek pro úpravu chladicí vody, například pouţívání chromu, sloučenin rtuti, organokovových sloučenin, dusitanů, merkaptobenzothiazolů; – omezení určitých látek nebo skupin látek (například zinek, fosfor, chlor, AOX) ve výtoku chladicí vody tím, ţe jsou definovány mezní hodnoty emisí; – poţadavek minimální úrovně biologické odbouratelnosti/rozloţitelnosti sloţených činidel; – omezení ekologicko toxikologických účinků výtoku chladicí vody. Volba přídavných látek pro úpravu chladicí vody jak pro nové, tak i pro existující (chladicí) soustavy pouţitím 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 poţadovaných přídavných látek; 3. bylo aplikováno posouzení environmentálního rizika látek; 4. jsou aplikovány látky, které mají niţší potenciál dopadu na ţivotní prostředí tam, kde to je moţné.

90

Listopad 2000


Kapitola 3

3.4.3.2 Redukování volbou materiálu a konstrukčním provedením soustav Za účelem redukce pouţívání přídavných látek mohou být pro nové (chladicí) soustavy aplikovány moţnosti volby materiálů a konstrukčního provedení. Pro zařízení chladicích soustav se pouţívá mnoho různých materiálů. Dodavatelé zařízení obvykle nabízí svoje zařízení v širokém rozsahu různých kovových materiálů a slitin tak, aby umoţnili 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 pouţívá brakická (resp. poloslaná) voda nebo slaná voda. Je důleţité uvědomit si, ţe některé vlastnosti materiálu mohou mít opačné charakteristiky, které mohou zkomplikovat volbu materiálu a ovlivní program úpravy chladicí vody. Například zmenšená korozívnost můţe současně znamenat vyšší citlivost na bioznečištění. Správné uspořádání a konstrukční provedení chladicí soustavy můţe ovlivňovat potřebu přídavných látek pro chladicí vodu. V průběhu montáţe by se mělo předcházet neţádoucím vyvýšeninám („ridges“) stejně tak jako ostrým změnám směru proudění vody. Obojí vede k turbulentnímu proudění a pokud to je moţné, mělo by se takovým případům zabránit, protoţe se tím zvětšuje koroze nebo usazování například mušlí. Provozování (chladicí) soustavy s vhodnou/přiměřenou minimální rychlostí (proudění chladicí) vody udrţuje nejenom poţadovanou kapacitu (výkon) chlazení, ale také redukuje (sniţuje) 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. Moţnost pouţití v podmínkách pod vodou a cena je různá a závisí jednak na velikosti chladicí soustavy a také na podmínkách. Například organické povlaky jsou pouţívány pro relativně malé chladicí jednotky prostřednictvím tepelného ošetření povrchu. Jedná se o práškové povlaky, které mohou být pouţity v mokrých prostředích, a které neobsahují toxické látky, nepouţívají rozpouštědla a jsou odolné proti korozi, coţ má za následek významné prodlouţení ţivotnosti daného zařízení. Ve větších mokrých chladicích soustavách jsou rovněţ pouţívány povlaky a zkušenost v oblasti energetického průmyslu ukazuje, ţe by měly být renovovány kaţdé 4 aţ kaţdých 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 nepouţívají ţádné nátěry obsahující TBTO. Nátěry obsahující měď mohou být stále ještě pouţívány v omezeném měřítku.

3.4.4 Redukování pouţitím dodatečné a alternativní úpravy chladicí vody Pouţívá se mnoţství technik k redukování úpravy chladicí vody. Pro redukci pouţívání biocidů jsou uváděny následující techniky [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]: – Filtrace a techniky předběţného 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 udrţovat povrchy elementů chladicí soustavy (potrubí a výměníky tepla) tak čisté, jak to je moţné, a vytváření takového prostředí v těchto soustavách, ve kterém bude redukován vývin znečištění. Aplikování těchto technik je přehledně shrnuto


Listopad 2000

91

Kapitola 3

v Příloze XI a je zřejmé, ţe některé z nich nemají všeobecné pouţití, nebo ţe se stále nacházejí v etapě výzkumu. Měly by být vyváţeny jejich environmentální přínosy (přínosy pro ţivotní prostředí) v závislosti na redukovaném aplikování chemikálií. Např. pouţití UV-světla vyţaduje relativně čistou vodu, zatímco pouţití ozonu a akustická technologie bude vyţadovat 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 poţaduje 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. Předběţná úprava (chladicí) vody pro recirkulační mokré chladicí soustavy za účelem redukování mnoţství pouţitých přídavných látek chladicí vody můţe být posouzena ze stejného hlediska jako předběţná úprava (chladicí) vody za účelem redukování poţadavků na vodu (viz Část 3.3.1.2). Předběţná úprava ovlivní chemii chladicí vody, jako je sníţení obsahu soli, coţ bude mít vliv na poţadovanou hladinu kotelního kamene a na zpomalování koroze, a ovlivní způsob, kterým je chladicí soustava provozována. Nicméně jenom velmi málo informací bylo uveřejněno v záleţitosti vlivu předběţné úpravy chladicí vody na redukci pouţití 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 niţší náklady na přiváděnou vodu, na úpravu odkalované vody, na dávkování inhibitorů koroze, inhibitorů kotelního kamene a dispergujících látek. Nebyla nutná ţádná 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, kdyţ jsou správně pouţity, mají niţší potenciál pro vytváření dopadu na ţivotní prostředí. V Části 3.4.1, a rozsáhleji v Příloze V je popsána teorie, ze které vychází úprava chladicí vody, přičemţ volba správného programu je jednoznačně specifickou záleţitostí pro dané místo a je velmi sloţitým úkolem. Bere se přitom do úvahy mnoho faktorů, jako je např. materiál pouţitý pro instalaci, jakost vody a provozní praxe. V důsledku tohoto byl vyvinut značný počet sloučenin a jejich kombinací, které jsou pouţívány pro úpravu chladicí vody. Působení přídavných látek v chladicím okruhu je vyhodnocováno a vyvaţováno 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, ţe jejich dopad na ţivotní prostředí je sloţitý a ţe závisí na mnoţství různých faktorů. Příklady jasně ukazují, ţe optimalizovaný provoz sniţuje poţadované mnoţství přídavných látek a ţe taky můţe vést k pouţívání různých druhů přídavných látek. (Viz 3.4.6). Všeobecně vyjádřeno, v rozsahu EU se posuzování chemických látek povaţuje za nutné a byly učiněny pokusy k vyvinutí jednotné metodologie pro redukování účinků jejich pouţívání na ţivotní prostředí, ale narazilo se na následující potíţe jak v národním, tak i v evropském měřítku: – existuje mnoţství vyhodnocovacích metod pouţívaných 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


Kapitola 3

Řízení aplikování a zvýšení pouţití alternativ, znalost charakteristik chemických látek pouţívaných k úpravě (chladicí) vody bylo v některých členských státech převedeno do legislativních poţadavků vztahujících se na chemické látky pouţívané pro úpravu chladicí vody. Příkladem je níţe uvedená německá legislativa: Příloha 31 německého federálního vodního zákona vztahujícího se na emise chladicí vody je příkladem legislativy, která je zaměřena na optimalizaci pouţívání 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 zaloţeny 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 (rozloţitelná) – ţádná nárazová (šoková) úprava jinými biocidními látkami, neţ je chlor, brom, ozon a H 2O2 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. poţadavek na snadnou biologickou odbouratelnost (rozloţitelnost) všech pouţitých organických látek v těch případech, kde je aplikovatelný poţadavek „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 pouţitých biocidních látek v chladicí vodě nezakazuje jejich pouţívání, poněvadţ by mohlo mít za následek to, ţe aplikování mikrobiálních biocidních látek by nebylo moţné. Nicméně tyto látky mohou být podstatné pro provoz a správnou činnost otevřených a polootevřených vodních chladicích soustav. Regulační opatření vyţadují informace o úrovni a charakteru toxicity a tento poţadavek musí být specifikován reprodukovatelným způsobem. Pouţívají 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 pouţívání některých chemických látek pro úpravu chladicí vody, je k dispozici značný počet přídavných látek a poţaduje se posouzení a volba alternativ, při kterých se berou v úvahu faktory specifické pro lokalitu, v níţ 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 pouţitelnosti v rozsahu horizontálního „přístupu―. Takţe substituce látek jinými látkami, které mají niţší potenciál z hlediska jejich dopadu na ţivotní prostředí, je jednou z volitelných moţností pro redukování dopadu vypouštěné chladicí vody na ţivotní prostředí. Úřady v Nizozemsku, které vydávají písemná povolení, pouţívají během schvalovacích procedur instrument substituce po dobu delší neţ 20 let. Základem tohoto instrumentu je procedura schválení na ukázku (tedy asi něco jako předběţné povolení.). Prostřednictvím více méně administrativní procedury musí drţitelé těchto písemných povolení předkládat ţádost pro pouţití a změnu přídavných látek pro chladicí vodu. Úřady vydávající písemná povolení pouţívají široce/všeobecně schválený postup pro toto posouzení. Očekává se, ţe v nejbliţší 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 zaloţena na evropské legislativě zaměřené na klasifikaci/třídění, balení a označování štítky (67/548/EEC, 99/45/EC).


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 dosaţení schopnosti vyhodnotit látky a přípravky je nutné dané látky znát, nebo je nutné znát přesné sloţení 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, ţe 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 pouţívá 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 zaloţena 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 (rozloţitelnost), log P ow, a koeficient biologické koncentrace. Nicméně to vyţaduje údaje, které vţdycky nejsou snadno k dispozici, zejména z důvodu důvěrnosti resp. utajení a částečně proto, ţe takové údaje doposud nebyly souborně publikovány. K vyhodnocení nebo pro vyjmenování přídavných látek s jejich alternativami, které mají menší dopad na přijímací prostředí, můţe 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 ţivotní prostředí. Tato vylučovací metoda je určena pro otevřené mokré recirkulační chladicí soustavy (otevřené chladicí věţe). 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 předběţné vyhodnocení PEC v dané řece. V tomto případě se jedná o zjednodušený model, při kterém se předpokládá, ţe se v dané řece nevyskytuje ţádné zřeďování přídavných látek (přidávaných do chladicí vody), čím se odhaduje koncentrace látky v přijímacím vodním toku (recipientu) na příliš vysokou hodnotu. Také se předpokládá, ţe PEC nezávisí na velikosti daného provozu a na podmínkách provozu, protoţe model bere v úvahu rychlost dodávání chemických látek. Důleţitá 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 pouţití 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 dosaţeny, mohou být naznačena další opatření. Jestliţe jsou k dispozici alternativní přídavné látky je moţné 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 nejniţším dopadem na ţivotní 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 pouţití 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


Kapitola 3

Další opatření by potom měla být aplikována pokud: 1. koncentrace biocidu ve výtoku je vyšší neţ MARL, a jestliţe; 2. přídavná (další) koncentrace biocidu v povrchové vodě v určité vzdálenosti od míst vypouštění převyšuje MARL o více neţ X %, a jestliţe; 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 pouţívání přídavných látek chladicí vody Optimalizace pouţívání přídavných látek chladicí vody znamená také volbu patřičného reţimu 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, ţe obě techniky jsou navzájem k sobě přidruţeny a ţe monitorováni je předpokladem pro vhodný reţim dávkování. Cílem volby reţimu dávkování by mělo být dosáhnout poţadované koncentrace ve správné době bez sníţení výkonnosti (resp. redukování činnosti) chladicí soustavy. Nedostatečné dávkování můţe způsobit korozi nebo tvorbu kotelního kamene a sníţenou výkonnost chladicí soustavy, které také vedou k nepřímým účinkům na ţivotní prostředí; a předávkování chemickými látkami můţe 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 ţádný ohled na poţadovanou minimální koncentraci biocidu k udrţování ochrany soustavy před znečišťováním, takţe nějaké znečištění se můţe vyskytnout. Zároveň předávkování vede k takovým hladinám koncentrace, ţe je k dispozici větší mnoţství chemických látek, neţ je maximální poţadovaná koncentrace. V tomto případě budou nadměrné přídavné látky vypouštěny do ţivotního prostředí.

Obrázek 3.4: Ukázka průběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá z nesprávně stanoveného reţimu monitorování a dávkování Cílová hodnota dávkování (Obrázek 3.5) zaloţená na analýze jakosti chladicí vody je zaměřena na udrţování minimální úrovně koncentrace tak, aby byla poskytována konstantní ochrana. Předchází se nadměrně vysokým hodnotám hladiny koncentrace a tudíţ vypouštění do ţivotního prostředí je redukováno, coţ také bude sniţovat finanční náklady na zakoupení vlastního upravování (chladicí) vody. Z tohoto hlediska vyřešení správného návrhu reţimů dávkování bude sniţovat poţadované mnoţství přídavných látek a můţe být povaţováno za finančně efektivní opatření.


Listopad 2000

95

Kapitola 3

Obrázek 3.5: Ukázka prŧběhu koncentrace přídavných látek, který vyplývá ze správně stanoveného reţimu monitorování a dávkování 3.4.6.1 Dávkování přídavných látek do chladicí vody 3.4.6.1.1 Reţimy 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): 

nepřetrţitě/průběţně (kontinuálně)  na konci sezóny  periodicky v průběhu usazování/sedimentace  nízká hladina v průběhu usazování/sedimentace

  

přerušovaně (toto je také nazýváno jednorázové dávkování, dávka) poloprůběţně/přerušovaně neboli střídavě pulsujícím způsobem masivní neboli nárazové/šokové dávkování, kdy je do chladicí vody najednou přidáno velké mnoţství chemických látek

Průběţné 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 poţadavků na potřebu chemikálií. Průběţné dávkování se stále ještě pouţívá v průtočných (chladicích) soustavách většinou proti makroznečištění a korozi. Nicméně zkušenosti ukazují, ţe redukované pouţití prostřednictvím změněné praxe dávkování můţe 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 pouţitím jednorázové dávky se pouţívá v chladicích soustavách, bio-oxidačních nádrţích a jiných místech, kde poměr objemu soustavy k objemu odkalování je velký. Mnoţství chemické látky v těchto soustavách doplní zbytek materiálu nebo spotřebovaný materiál vůbec. Pouţívá se také v zařízeních, které vyţadují pouze periodické dávkování. Například antimikrobiální látky pro vodní chladicí soustavy jsou obvykle doplňovány neprůběţným resp. diskontinuálním způsobem. Jednorázové dávkování (resp. dávka) můţe být aplikováno (aplikována) v recirkulačních soustavách a v průtočných soustavách. Nemůţe být pouţito v takových jednoduchých průtočných soustavách, kde se poţaduje jednotná koncentrace chemických látek. Dávkování můţe také být nasměrováno do specifických oblastí v chladicí soustavě, jako jsou např. vstupní části do výměníků tepla. Důleţitou 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 mnoţství dávky. V průtočné soustavě jsou místo a čas dávkování důleţité k získání nejvyššího účinku, poněvadţ doba kontaktu mezi chemickou látkou a chladicí vodou je krátká.

96

Listopad 2000


Kapitola 3

V malých (chladicích) soustavách se dávkování provádí manuálně, ale ve větších soustavách obvykle existuje automatické zařízení, které je přidruţeno k monitorovacímu systému. Jak uţ bylo uvedeno, existuje tendence směřující k zabezpečování úpravy chladicí vody specializovanými společnostmi. V případě velkých a sloţitých 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 můţe být dosaţeno redukce pouţitého 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 výţivném stavu chladicí vody. Biocidy jsou dávkovány v plynné, kapalné, nebo pevné formě. Dávkování můţe být průběţné nebo nárazové (šokové ). V některé literatuře se obhajuje, ţe průběţné dávkování by se mělo uskutečňovat v průtočných chladicích soustavách k prodlouţení doby kontaktu antimikrobiálních látek v případech, kdy hladiny dávkování jsou nízké. V případě recirkulačních soustav je průběţné dávkování také moţné, 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 průběţně prováděnou úpravou můţe vést k niţším průměrným ročním koncentracím ve výtoku a můţe být také finančně efektivnější tam, kde se vyţadují niţší celkové částky. Nicméně bylo také diskutováno o tom, ţe byla provedena pozorování, podle kterých průběţné dávkování můţe poskytnout sníţení FO („Free Oxidant“) o 40 % ve srovnání s nárazovým dávkováním. Bude potřeba provést větší výzkum v této oblasti protoţe všeobecně vzato podle názoru obsluhy (operátora) je průběţné dávkování z provozního hlediska snadnější neţ dávkování nárazové nebo přerušované. Toto dávkování bude vyţadovat monitorovací systém k rozhodnutí o správném okamţiku pro aplikování úpravy (chladicí vody). Optimalizace reţimu dávkování (přídavných látek do chladicí vody) se musí uskutečnit zároveň s dosahováním nízkého výskytu poruch. V recirkulačních (chladicích) soustavách můţe mít pouţití produktů sloţených ze synergických aktivních směsí za následek sníţené 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). Aniţ by došlo k zvýšení mnoţství pouţitých antimikrobiálních látek můţe 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 sloţek) nemusí nutně být zároveň, ale můţe být prováděno střídavě s podobnými výsledky. Dalším účinkem je to, ţe výskyt odolnosti čili resistence je v případě pouţití více neţ jednoho mikrobiálního prostředku méně pravděpodobný, protoţe je nepravděpodobné, ţe mikroby vyvinou odolnost/resistenci k oběma (nebo vůči všem) zároveň. Budou muset být zváţena 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) můţe 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, ţe chladicí soustava bude fungovat jako trubkový reaktor, s mnoha sloţitými reakcemi uskutečňujícími se mezi chlornanem a organickým materiálem. Výsledkem takových reakcí, a pro typické umístění, pouţívající chladicí vodu v ústí řeky nebo u mořského pobřeţí, a při dávkování chlornanu na vstupu v rozsahu (1,5 – 3) mg CL2/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 přibliţně (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 pouţívají čerpadla jako jsou měrná čerpadla, jednotková plunţrová čerpadla a membránová čerpadla. Pro suché chemikálie se pouţívají 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


Listopad 2000

97

Kapitola 3

míchacích nádrţí). Nebylo publikováno zda a jak různé pouţívané soustavy dávkování skutečně sniţují spotřebu přídavných látek. Je nepochybné, ţe správně prováděná údrţba systému a kalibrace zdokonalí přesnost dávkování. Mnoţství, lokalizace a časování dávkování můţe 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 pouţívaných přídavných látek a emisí do ţivotního prostředí (environmentu), obecně do povrchové vody. Můţe to být povaţováno za finančně efektivní metodu, zatímco úprava vypouštěné vody, pokud je vůbec moţná, je všeobecně vzato mnohem nákladnější záleţitost. Můţe být učiněn rozdíl mezi monitorováním pouţívání biocidů a monitorováním pouţívání jiných chemických látek k úpravě vody (inhibitory tvorby kotelního kamene, inhibitory koroze a dispergovadel), protoţe v případě makroznečištění je chování biologie objevující se v chladicí soustavě důleţitým dalším faktorem monitorování. 3.4.6.2.1 Monitorování inhibitorů tvorby kotelního kamene, inhibitorů koroze a dispergovadel ([tm067, Hoots a jiní, 1993]) Pouţívání chemických inhibitorů a optimalizace jejich pouţití je velmi sloţitou záleţitostí a je specifické pro kaţdou situaci. V kaţdém případě to bude rovnováţný stav mezi celou řadou faktorů:    

jakost chladicí vody a volitelné moţnosti pro předběţnou úpravu (změkčování, filtrace), které zase závisí na poţadovaném průtoku; potřeba sníţení poţadavků 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 pouţívá 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.

Kaţdá z uvedených metod má samozřejmě svoje výhody a nevýhody. Princip optimalizovaného modelu, který je znázorněn na Obrázku 3.5, nemusí být dosaţen. Různé monitorovací techniky se liší pokud jde o jejich potenciál dávkovat správné mnoţství. Odchylce v dávkování, která nenavazuje na kolísání poţadavků v chladicí soustavě, by nicméně mělo být pokud moţno co nejvíce zabráněno. Taková odchylka můţe vést k menšímu dávkování nebo předávkování chemických látek. Kolísání/odchylky v dávkování se mohou vyskytnout z mnoha důvodů:       

98

obsluha můţe být nedostatečně angaţována 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 můţe být nízká kolísání chladicího zatíţení a jakosti vody pouţívané pro doplnění jsou sledovány nepřesně.

Listopad 2000


Kapitola 3

Na základě zkušeností je zřejmé, ţe nejpřesnější monitorovací a dávkovací systémy přímo měří koncentrace chemických látek v chladicí vodě a ţe se vyznačují redukovanými (krátkými) časovými obdobími mezi analýzou a nastavením dávkování. Monitorovací systémy by měly být schopny sledovat jak změny v chladicím zatíţení, 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 dosaţení dobrého reţimu dávkování byla pro průtočné soustavy navrţena následující strategie: 

provést analýzu problému v záleţitosti cílového organismu (cílových organismů)



charakterizovat sezónní rozdíly v jejich výskytu (např. období rozmnoţování slávek/mušlí)



vzít v úvahu teplotu vody a jakost vody (sladká voda/slaná voda)



zvolit program dávkování (např. lokálně po částech: průběţně nebo přerušovaně)



rozhodnout o jednotkách dávkování, které sníţí spotřebu, zejména tehdy, kdyţ jsou přidruţeny k soustavě monitorování



rozhodnout o programu monitorování (nádrţ pro detekci slávek/mušlí (stanovení období rozmnoţování 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 pouţívané v chladicích věţích 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 moţnost tvorby kotelního kamene a koroze a potřebu specifických přídavných látek V takové situaci můţe být samozřejmá v etapě konstrukčního řešení nových zařízení volba materiálů méně citlivých na korozi. Materiály méně citlivé na korozi mohou sníţit potřebu inhibitorů (3.4.3.2), čímţ se umoţní provozování bez dalších komplexních činidel, coţ zároveň vytváří úspory finančních nákladů. Jak pro nové, tak i pro jiţ existující chladicí soustavy je důleţité zjistit příčinu biologického znečišťování (můţe se jednat např. o úniky látek v důsledku netěsností) a charakterizovat organismy ještě před rozhodnutím o dalším poţadovaném 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 poţadované dávky biocidu a pro biocidní optimalizaci, protoţe to poskytne informaci o vytváření a růstu makro znečišťujících organismů a o činnosti programů pro omezování biologického znečišťování. Ještě více cíleným reţimem dávkování je střídavě pulsující chlórování ©, které bere do úvahy odchylky časů zdrţení v různých částech procesu. Poţadované 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, přičemţ další proud chlorován není, můţe být TRO (TRO = „Total Residual Oxidant“, viz stranu 14 tohoto dokumentu) dále redukován a jsou dosaţitelné emisní úrovně < 0,1 mg/l (viz Přílohu XI). V případě otevřených recirkulačních soustav je mikroznečištění mnohem důleţitější neţ makroznečištění. Vzhledem k tomu, ţe mnoţství vody pouţívané jako přídavná voda je obvykle mnohem menší, můţe strhávání


Listopad 2000

99

Kapitola 3

mikroorganismů zabránit jak předběţná úprava vody, tak i filtrace bočního proudu vody části cirkulující vody. V případě nárazového dávkování biocidů mají recirkulační (chladicí) soustavy výhodu v tom, ţe (tato chladicí) soustava můţe být dočasně uzavřena, coţ umoţňuje biocidu vykonat svoji činnost a tak sníţit koncentraci ještě předtím, neţ dojde k odkalování. Stejně tak v případě recirkulačních (chladicích) soustav je pro optimalizaci pouţití biocidů nezbytné uskutečnit kontrolní program monitorování biologického znečištění.

100

Listopad 2000


Kapitola 3

3.5

Pouţití chladicího vzduchu a emise vzduchu

3.5.1 Poţadavky na vzduch Pouţití vzduchu jako zdroje (pro chlazení) nemá ţádný dopad na ţivotní prostředí (environment) a nepovaţuje se za skutečnou spotřebu. Kromě průtočných chladicích soustav se vzduch pouţívá ve všech chladicích soustavách. V chladicích věţích s umělým tahem se poţadavek na vzduch vztahuje k energii poţadované pro provoz ventilátorů.

Tabulka 3.9: Prŧměrný poţadovaný prŧtok vzduchu pro rŧzné chladicí soustavy [tm134, Eurovent, 1998]

Chladicí soustava

Prŧtok vzduchu (%)

průtočné proudění

0

otevřená mokrá chladicí věţ

25

otevřené mokré/suché (hybridní) chlazení

38

chladicí věţ s uzavřeným okruhem

38

mokré/suché chlazení s uzavřeným okruhem

60

suché vzduchové chlazení s uzavřeným okruhem

100

Čím větší je poţadované mnoţství vzduchu tím větší je kapacita/výkon ventilátorů a následně na to hladina spotřeby energie a emise hluku. V Tabulce 3.9 jsou porovnány poţadavky 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 vyţaduje více vzduchu neţ mokré chlazení. V některých specifických oblastech (jako např. hustě industrializovaná místa) by jakost vzduchu mohla být problémem a podle sloţení vzduchu by to mohlo vést ke korozi trubek (opatřených ţebry), nebo trubkových (chladicích) hadů, nebo znečišťování povrchu, coţ ve všech případech nepříznivě ovlivňuje výměnu tepla. Předběţné čištění chladicího vzduchu se jeví jako nerealistické a ţádné informace o tom nebyly publikovány. Takţe 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 věţe někdy fungují jako čističe vzduchu a vymývají ze vzduchu několik znečišťujících látek. Toto můţe mít vliv na úpravu chladicí vody a potenciálně také na provoz chladicí soustavy, ale ţádné 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, ţe neefektivní chlazení vyţaduje vyšší příkon zdrojů (jako je energie) ke kompenzaci ztrát produktu nebo ztrát výkonnosti. Důleţitost přímých vzduchových emisí z mokrých chladicích věţí je relevantní zejména v přímé blízkosti městských osídlení. Ve srovnání se vzduchovými emisemi průmyslových procesů, které mají být ochlazovány, se povaţují za relativně malé. Problémy, které mohou vzniknout v průběhu provozu, jsou tyto: 1. kapky vody mohou obsahovat některé chemické látky pouţité pro úpravu vody; 2. v případě nesprávné biocidní úpravy chladicí vody a nesprávné údrţby chladicí věţe (viz 3.7.3) se mohou vytvořit bakterie (choroba/nemoc legionářů = „Legionnaire′s disease“). Otevřené a uzavřené recirkulační a mokré/suché chladicí věţe mohou vykazovat některé emise v důsledku unášení a vypařování/vyprchávání, které vysvětlují některé ztráty chemických látek pouţitých pro úpravu vody


Listopad 2000

101

Kapitola 3

a to zejména biocidů. Je známo, ţe 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 sloţitý a je do něj zahrnuto mnoho faktorů. Z těchto důvodů je obtíţné provést kvantifikaci a nebyly publikovány ţádné údaje o těchto emisích. Eliminátory unášení se povaţují za důleţitá opatření k redukci mnoţství unášené chladicí vody. V dnešní době jsou všechny mokré chladicí věţe vybaveny eliminátory unášení, ale přesto malé procento cirkulujícího proudu vody stále ještě můţe být odváděno ve formě vodních kapek. Tyto kapky obsahují rozpuštěné částice a chemické přídavné látky, které odpadnou z proudu vzduchu vyfukovaného chladicí věţí 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 pouţívání chromu z důvodů environmentálních a zdravotních; bylo také publikováno, ţe chrom působí technické problémy. Jakost a mnoţství přímých vzduchových emisí z chladicích věţí budou v kaţdé situaci specifické v závislosti na přídavných látkách pouţívaných 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 běţně pouţívány v mokrých chladicích věţích, umoţňují omezit ztrátu vody unášením na 0,01 % celkového průtoku vody, nebo dokonce na ještě menší hodnotu. Byl proveden pokus posoudit emise chladicí věţe pouţitím zjednodušeného modelu [tm046, Vanderheyden a Schuyler, 1994]. Na základě získaných údajů byl učiněn závěr, ţe koncentrace emisí jsou nízké (μg/m3), ale neměly by být zanedbávány, a ţe konstrukční provedení a umístění výstupu z chladicí věţe jsou důleţité z hlediska zabránění přívodu tohoto vzduchu k místům přívodu soustav klimatizace vzduchu, nebo jiných chladicích zařízení. V současné době neexistuje ţádná standardizovaná metoda pro výpočet ztrát unášením (a znečištění prostředí, resp. kontaminace environmentu) pro daná uspořádání chladicí věţe. Existují dvě zkušební metody k ověření ztrát unášením daného uspořádání (nebyly publikovány): – izokinetická metoda (IK-metoda) – metoda měření unášení pouţitím 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 moţné 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, jejichţ účinnost je vysoká, nebo v případě nízké koncentrace minerálů jsou poţadovány 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 neţ 30 μm, 2. Nedovede rozlišovat mezi kondenzací a unášením, 3. Neprovádí analýzu kapek z hlediska výskytu specifických sloţek. Byly oznámeny náhodné emise částic azbestu vzniklé v průběhu vyřazování starých chladicích věţí z provozu,

102

Listopad 2000


Kapitola 3

ve kterých byly pouţity azbestocementové díly, coţ vyţadovalo speciální opatření pro jejich zvládnutí. Existuje zpráva o sniţování emise azbestových částic v průběhu vyřazování z provozu, zaměřená na ochranu proti přímému vdechování [tm082, Mittendorf, 1990]. Protoţe pouţití azbestu a podobných materiálů bylo a je EU zakázáno, v nových nebo nedávno postavených chladicích věţích se nepouţívá ţádný azbest. Azbest se stále ještě můţe vyskytovat v chladicích věţích starých kolem 20 let a starších. Omezování vzduchové emise na chladicích věţích 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 věţí je naprosto v korelaci s integrovanými opatřeními pro sníţení přívodu vody, zejména s pouţitím eliminátorů unášení, Redukování vzduchových emisí je naprosto v korelaci se sniţováním potřeby úpravy chladicí vody, a Redukování vzduchových emisí z chladicích věţí je naprosto v korelaci s optimalizací úpravy chladicí vody (optimalizace provozu soustavy).

3.5.3 Parní vlečky chladicí věţe 3.5.3.1 Vytváření parní vlečky Vytváření parní vlečky (oblaku vodní páry) můţe být důleţité v otevřených a uzavřených mokrých chladicích věţích, kdyţ vzduch s vysokým obsahem vlhkosti vychází z chladicí věţe, míchá se s ovzduším a začíná se ochlazovat. V průběhu tohoto procesu určitá nadměrná vodní pára , která byla absorbována, a opět zkondenzuje. Přestoţe se jedná téměř o 100% vodní páru, „marring“ účinek objevující se na horizontu můţe být v případě větších věţí 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 můţe být tento jev povaţován 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 věţí ((40 – 50 m) za následek mlhu v úrovni země. Taky se uvádí, ţe v průběhu extrémních povětrnostních podmínek se můţe na pozemních komunikacích vytvořit led jako důsledek rozsáhlých formací oblaků páry (parních vleček), které jsou následovány sráţkami.

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, neţ je vypuštěn, a to tak, ţe se smíchá s nějakým horkým suchým vzduchem. Otevřené hybridní (nebo mokré/suché) chladicí věţe a uzavřené mokré/suché chladicí věţe (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 poţadavcích procesu můţe být (chladicí) věţ provozována jako suchá věţ. Pro klimatické podmínky severní Evropy se dodrţuje, ţe je potřeba pouze 20 % celkového tepelného zatíţení přenést v suché sekci pro chladicí věţ 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 zatíţení, můţe být (chladicí) věţ také provozována ve zcela suchém reţimu. Předpisy někdy rozlišují mezi denním a nočním provozem a umoţňují mokré chlazení (s výskytem parních vleček) v průběhu noci, zatímco v denní době musí být (chladicí) věţ provozována v hybridním reţimu činnosti, který brání vytváření parních vleček (oblaků vodní páry). (Viz taky Kapitolu 2).


Listopad 2000

103

Kapitola 3

3.6 Emise hluku 3.6.1 Zdroje hluku a hladiny hluku Emise hluku jsou důleţité 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 povaţuje 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 věţí s umělým (tzn. mechanicky vytvářeným) tahem, tak i v případě velkých mokrých (chladicích) věţí s přirozeným tahem. Pokud se týká informací o charakteristikách a o výpočty hlukových emisí zdrojů hluku v chladicích věţích, lze učinit odkaz na Směrnici VDI 3734 jakoţ i na technické normy sestavené jako návody v německém VGB („German VGB-guidelines“) pro chladicí soustavy elektráren [tm158, VGB, 1998]. Je moţné identifikovat tři hlavní zdroje hluku, který je způsoben těmito chladicími soustavami:  montáţní celky ventilátorů (ventilátor, převody, pohon) – všechny chladicí věţe s umělým, tzn. mechanicky vytvářeným tahem;  čerpadla – všechny (chladicí) soustavy s chladicí vodou;  kapky (vody) padající na hladinu nádrţe s chladicí vodou – jedná se o kaskádní uspořádání vodní masy – vyskytuje se pouze v případě mokrých chladicích věţí. Vyzařování (hluku) můţe 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 věţe (v případě betonové konstrukce se nevyskytuje ţádný významný přínos). Hluk ze suchých vzduchem chlazených věţí je převáţně ovlivněn pouţitým mechanickým zařízením a způsobem provozování. V případech, kdy zeslabení hluku má za následek dosaţení velmi nízké hladiny akustického výkonu daného zařízení, můţe se stát převládajícím hluk z výměníků tepla nebo trubek kondenzátoru a potrubí. V případě mokrých chladicích věţí je hluk pouze důsledkem padajících kapek vody (věţ 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 věţe. V případech, kdy je hluk vztahující se ke vzduchu redukován pouţitím tlumicích opatření, můţe se stát převládajícím hluk vztahující se k vodě a můţe být zváţeno utlumení hluku vody. Pro středně velké aţ velké chladicí věţe provozované v elektrárnách a rozsáhlých průmyslových podnicích byly oznámeny dále uvedené údaje. V případě chladicích věţí s přirozeným tahem jsou průtok vody a výška věţe nejdůleţitějšími činiteli, které ovlivňují hladiny emise neutlumeného hluku. Výška pádu kapek vody je důleţitá aţ do 5 m, nicméně pro větší výšky pádu vodních kapek nebyl uveden ţádný další vliv na celkový hluk. Hladina akustického výkonu v místě přívodu se můţe vypočítat podle rovnice: Lw (dB(A)) = 68 + 10 * (log M/M0) ± 2

M0 = 1 tuna/h

Hladina akustického výkonu v místě vývodu vzduchu chladicích věţí s přirozeným tahem se můţe přibliţně vypočítat pouţitím následující rovnice: Lw (dB(A)) = 71 + 10 * (log M/M0) – 0,15 * (H/H0) ± 5 M0 = 1 tuna/h H0 = 1 m

104

(M = tíhový poměr průtoku vody) (H = výška chladicí věţe)

Listopad 2000


Kapitola 3

V případě mokrých chladicích věţí provozovaných s ventilátory je spektrum hluku vody v místě přívodu velmi různé. V případě chladicích věţí s umělým tahem (s nasáváním, ventilátory jsou umístěny na horní části věţe) můţe být přibliţně vypočítán příspěvek hluku vody v místě vývodu vzduchu (v místě instalování difuzoru) k celkové hladině akustického výkonu pouţitím následující rovnice: Lw (dB(A)) = 72 + 10 * (log M/M0) ± 3

M0 = 1 tuna/h

Nejzávaţnějším faktorem v (chladicích) věţích s umělým (resp. mechanicky vytvářeným) tahem je pouţité mechanické zařízení (ventilátory, převody, atd.). Obvodová rychlost ventilátoru (25 – 60) m/s představuje hlavní vliv na celkovou hladinu hluku. Důleţitý je také typ pouţitých ventilátorů (odstředivý nebo axiální), stejně tak jako počet a typ lopatek. Bylo uvedeno, ţe pouţití převodovek můţe mít negativní vliv na hladinu hluku (při téţe hodnotě průtoku vody a obvodové rychlosti ventilátoru), pokud je rychlost ventilátoru sníţena (např. při provozu během noci), kdy hluk převodovky začne více převládat. Hladina akustického výkonu ventilátoru můţe být přibliţně vypočítána pouţitím 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 můţe pouţít jak pro tlakové, tak i pro sací ventilátory. V případě (chladicích) věţí s tlakovým nuceným prouděním vzduchu bude příspěvek ventilátorů k hladině akustického výkonu v místě vývodu vzduchu středně velkých aţ velkých chladicích věţí všeobecně menší neţ je příspěvek ventilátoru (chladicí) věţe s umělým tahem (tzn. nasáváním, kdy ventilátory jsou umístěny na horní části chladicí věţe). Tento rozdíl můţe být aţ 5 dB(A). Následující rovnice byla pouţita 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 věţe. Hluk z betonových (chladicích) věţí je zcela vyzařován přes přívod vzduchu a výstup vzduchu. V případě chladicích věţí, které jsou zhotoveny z různých lehčích materiálů, budou muset být vzaty v úvahu emise vyzařované z pláště (chladicí) věţe. Kromě toho konstrukční provedení s protiproudem nebo s kříţoproudým prouděním rovněţ ovlivňuje emise zvuku mokrých chladicích věţí, přičemţ se uvádí, ţe konstrukční provedení s protiproudem má větší hluk, který vzniká z rozstřiku, neţ konstrukční provedení s kříţoproudým prouděním. Emise hluku mohou být charakterizovány různými hodnotami kmitočtů, z nichţ jsou sloţeny, a je moţné učinit rozdíl mezi mokrými chladicími věţemi s přirozeným tahem a chladicími věţemi s umělým (mechanickým) tahem. Padající voda ve věţích s přirozeným tahem vytváří širokopásmový kmitočet, zatímco hluk ventilátorů (mechanických) chladicích věţích s umělým tahem sestává převáţně z nízkých kmitočtů. Toto kromě jiných faktorů můţe vysvětlit, proč hluk vody typicky převládá v podmínkách poblíţ zařízení, zatímco hluk ventilátorů se progresivně stává převládající se zvětšující se vzdáleností od chladicí věţe, která je provozována s ventilátory. Hladiny akustického výkonu různých chladicích věţí ukazují rozsáhlé odchylky a kaţdý 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 pouţívané v rafinerii [tm001, Bloemkolk, 1997]. Hladiny hluku padající vody v mokrých chladicích věţích závisí na výšce pádu vody. Menší výška pádu vody v chladicích věţí s umělým tahem (nasáváním) má za následek kolem 1 dB(A) niţší hladinu akustického výkonu v místě přívodu vzduchu a pokud se jedná o tzv. článkovou chladicí věţ se sacími ventilátory je niţší o 3 dB(A).


Listopad 2000

105

Kapitola 3

Tabulka 3.10: Příklady výkonŧ a přidruţených 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 věţe Chladicí věţ

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 rŧzných typech mokrých chladicích věţí obvyklého/konvenčního konstrukčního provedení [tm158, VGB, 1998] V místě vypouštění vzduchu Konstrukční provedení mokré V místě přívodu vzduchu (otvor difuzoru) chladicí věţe v dB(A) v dB(A) Přirozený tah 84 ± 3 69 ± 3 Otevřená mokrá chladicí věţ 86 ± 3 80 ± 3 Otevřená mokrá chladicí věţ 88 ± 3 85 ± 3 (článková, s tlačným ventilátorem) Otevřená mokrá chladicí věţ 85 ± 3 88 ± 3 (článková, se sacím ventilátorem) 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 moţné pochopit, ţe rozsahy jsou široké a závisí na pouţitém konstrukčním provedení a na daném zařízení. Tabulka 3.12: Hlukové emise rŧzných chladicích soustav bez tlumení hluku [tm134, Eurovent, 1998] Emise hluku dB(A)

Chladicí soustava průtočná chladicí věţ – přirozený tah chladicí věţ – umělý tah chladicí věţ s uzavřeným okruhem hybridní chlazení suché vzduchové chlazení

106

90 – 100 80 – 120 80 – 120 80 – 120 90 – 130

Listopad 2000


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, neţ bude zvaţováno jakékoliv sekundární nebo(li) „vnější― opatření, jako jsou tlumiče nebo velké přepáţky/bariéry. Různé návody na omezování hluku chladicích věţí rozlišují mezi hlukem, který je vytvářen kaskádní (stékající) vodou a hlukem, který vytvářejí mechanická zařízení. Všeobecně řečeno chladicí věţe s přirozeným tahem jsou méně hlučné (netlumené), nicméně v případě chladicích věţí s umělým (mechanickým) tahem je tlumení hluku účinnější. Je samozřejmé, ţe správná údrţba zařízení, která vytvářejí hluk, můţe v průběhu času také udrţovat emise hluku na niţších hodnotách. Ve většině případů jen chladicí věţe s umělým (tzn. mechanickým) tahem mohou splnit hlukové poţadavky, protoţe jenom umělý (mechanický) tah můţe ekonomickým způsobem překonat dodatečný pokles tlaku na vzduchové straně. Volba radiálních ventilátorů s niţší hlučností znamená často vyšší spotřebu energie a má za následek vyšší provozní náklady neţ v případě axiálních ventilátorů. Všeobecný (hlavní) „přístup― znamená, ţe pro optimalizaci emise hluku se mají nejprve pouţít primární opatření. Jestliţe je potřeba zabezpečit další redukci hluku, můţe 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, ţe 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, ţe musí být také vzata do úvahy, kromě mnoţství jiných faktorů, rozptylování a odrazy hluku v blízkosti budov. Pro sníţení 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 věţe) V případě chladicích věţí s přirozeným tahem je tlumení zvuku zaměřeno na přívod vzduchu, protoţe výstup vzduchu přispívá (pouze) nevýznamně k celkové hladině hluku; je přinejmenším o 5 dB niţší. Zvuk vytvářený v nádrţi vodou padající do nádrţe je do určitého rozsahu jiţ redukován vyzařováním v (chladicí) věţi, výplní (chladicí) věţe a parní vlečkou (oblakem páry) ((10 – 15) dB). Další tlumení mŧţe redukovat (hlukovou) emisi z místa přívodu vzduchu o dalších (5 – 8) dB. Následující opatření jsou navrhována a mohla by být také pouţita pro střední aţ velké chladicí věţe s umělým tahem.

3.6.2.1.1 Primární opatření Jako primární opatření byly identifikovány následující techniky: 

Sníţením výšky hladiny vody prostřednictvím rychlejšího vypouštění nádrţe s vodou by se mohlo vyuţít stěn této nádrţe jako zvukových bariér.



Je moţné dosáhnout sníţení výšky pádu vody prostřednictvím minimalizace plochy průřezu přívodu vzduchu, coţ je ale limitováno.



Je moţné zabránit nárazům kapek vody do nádrţe s vodou pouţitím zařízení, která zachytávají kapky vody a vypouštějí je do nádrţe (pouţití deflektoru dopadu, odstřikovací plech). Účinek: maximálně 7 dB.



Umístění koryt resp. ţlabů pro sběr vody pod výplň (chladicí věţe) 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, coţ můţe potenciálně kontaminovat vodu.

3.6.2.1.2 Sekundární opatření Sekundární opatření, která se pouţívají, jsou tyto: 

Tlumiče zvuku s přepáţkami v místě přívodu vzduchu: redukce maximálně 20 dB. Nevýhodou by mohl být pokles tlaku vzduchu, který by mohl být kolem, resp. aţ 10 Pa. Tato tlaková ztráta můţe vyţadovat 20 % instalovaného výkonu ventilátoru.



Zemní bariéry kolem základny (chladicí) věţe: účinek tlumení je 10 dB.


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) věţe.

3.6.2.1.3 Chladicí věţe se suchým chlazením Hluk vyzařovaný ze suchých chladicích věţí je v převládající míře způsobován ventilátory, ale pokud se jedná o střední aţ velké chladicí věţe se suchým chlazením, můţe se stát dominantním hlukem hluk vody, kdyţ při vyšších rychlostech proudění protéká přes výměníky tepla. V případě kondenzátorů se zvuk (resp. hluk) můţe stát zřetelným tehdy, kdyţ se pouţívá zařízení s nízkým hlukem, a hluk vznikající při průtoku kondenzátorových trubek můţe dosáhnout stejné velikosti, jako je hluk ventilátoru. V takových případech se můţe stát důleţité provést další tlumení zvuku a musí být zváţeno, zda se provede izolace připojovacího potrubí.

3.6.2.2 Omezování hluku mechanického zařízení chladicích věţí (chladicí věţe s umělým tahem) K omezování hluku sprchající (stékající) vody ve středních aţ velkých chladicích věţích s umělým tahem mohou být učiněny odkazy na ta stejná primární opatření, která byla zmíněna v případě (chladicích) věţí s přirozeným tahem. Kromě toho jsou navíc pouţívány: 

mříţky nebo pletená síta s jemnou strukturou unášená (tzn. plavou) na povrchu vody k redukování hluku, který vzniká při rozstřikování dopadajících vodních kapek. Nebyla uvedena ţádná kvantifikace účinku tohoto opatření pro sníţení hluku.

Tlumení hluku mechanického zařízení se vztahuje hlavně na redukci hluku, který je přidruţen k ventilátoru, a to jak v mokrých, tak i suchých chladicích věţích. Pouţitá 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 aţ do 30 dB(A). K dosaţení těchto vysokých hladin omezení hluku je nutné kombinovat tišší zařízení společně s dalším tlumením zvuku, jako jsou akustické přepáţky 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 (sníţení 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 sníţí poţadavek na energii); pouţití nízkohlučných ventilátorů se širokými lopatkami a menšími obvodovými rychlostmi (< 40 m/s) pro tentýţ průtok vzduchu a tlak vzduchu;



Nízkohlučné pohony (malé převodové poměry nebo vícepólové hnací motory), spirálové převodovky místo pravoúhlých kuţelových převodovek, řemenové pohony a, pokud to je moţné, přímé pohony;



Řemenový pohon klínovým řemenem, plochým řemenem, nebo pouţít nízkohlučné profilové/dráţkované řemeny. Pokud to je moţné, měly by řemeny být zapouzdřeny;



Nízkohlučné motory ventilátorů;



Odstředivé ventilátory místo axiálních ventilátorů;



Co největší vzdálenost mezi lopatkami ventilátoru a nosnou konstrukcí;



Pouţití pruţného uloţení převodů a motorů ventilátorů;

 Aerodynamické konstrukční provedení vzduchových kanálů. Další sníţení hlučnosti můţe být dosaţeno způsobem provozování zařízení. Počtem otáček je moţné dosáhnout dalšího sníţení hluku ventilátoru. V období menšího poţadavku (v noci) by ventilátory mohly být provozovány při niţších otáčkách, přičemţ 50% sníţení rychlosti můţe mít za následek redukci hluku kolem (6 – 10) dB(A).

108

Listopad 2000


Kapitola 3

3.6.2.2.2 Sekundární opatření Sekundární opatření v případě chladicích věţí s umělým tahem v místech přívodu a vypouštění vzduchu jsou prospěšná. Ve srovnání s výhodou redukce zvuku (hluku) ve výši (10 aţ 25) dB(A) musí být akceptován vyšší pokles tlaku ve výši (20 aţ 70) MPa, který musí být překonán dalším přívodem energie, nebo většími (hlučnějšími) ventilátory. Příklady jsou tyto: 

Tlumení proudění vzduchu a instalování plášťů/krytů můţe přispět sníţením ve výši 5 dB(A).



Zvuk absorbující konstrukční kříţová propojení, která jsou zabudována do vývodu vzduchu (difuzéru) menších chladicích věţí s ventilátory, redukují zvukové emise a také poskytují lepší trajektorie proudění vzduchu, čímţ je způsobem lepší tah.



Odlučovače padajících kapek vody v mokrých chladicích věţích 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, ţe se pouţijí štíty, můţe být v blízkosti chladicí věţe aţ 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) věţe se celkové náklady na opatření pro tlumení hluku (ventilátor, přepáţky) 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 sniţováním hluku. V případě axiálního ventilátoru by mohla být pouţita různá konstrukční provedení (tj. hodnota C a obvodová rychlost) bez sníţení poklesu tlaku a účinnosti průtok/ventilátor. V případě ventilátorů s velmi nízkým hlukem a se super nízkým-hlukem jsou dodatečná opatření pro pohon poţadována jako další náklady.

Tabulka 3.13: Příklad zvýšení nákladŧ pro redukovanou hladinu akustického výkonu při rŧzných 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 věţe. Náklady na primární opatření, jako jsou ventilátory se super nízkým hlukem, mohou současně zabezpečit zřetelně niţší provozní náklady v důsledku niţších poţadavků na příkon. Nemůţe proto být učiněn jednoznačný závěr, ţe sniţování hladiny zvuku by nemohla být finančně efektivní záleţitost.


Listopad 2000

109

Kapitola 3

3.7

Rizikové aspekty přidruţené k prŧmyslovým chladicím soustavám

3.7.1 Riziko únikŧ v dŧsledku 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 okamţitě dostane do vodního prostředí cestou chladicí vody. V otevřených a uzavřených okruzích mokrých a mokrých/suchých (chladicích) soustav toto znečištění (prostředí) nenastane okamţitě, ale únik látek v důsledku netěsností znečistí chladivo a tím dojde k porušení chemie chladiva, coţ 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 nepovaţuje netěsnost za environmentální problém suchého vzduchového chlazení. Toto ovšem ponechává odpovědnost obsluhy beze změn v tom ohledu, ţe se obsluha musí snaţit udrţovat těsnost chladicí soustavy a zabraňovat únikům z chladicích soustav v důsledku netěsností. Chladicí soustavy (přesněji chladicí zařízení), ve kterých se pouţívají 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 můţe vyskytnout netěsnost a úniky tekutin pouţívaných v procesu a znečištění chladiva, nebo znečištění/porucha procesu. Potenciální vliv na riziko netěsnosti můţe mít také typ chladiče. V praxi to znamená, ţe 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, kdyţ proudící látka, která má být ochlazena, obsahuje komponenty, které jsou škodlivé pro ţivotní prostředí. Únik netěsností z kondenzátorů, které jsou pouţity v elektrárnách, nebo kondenzátorů odpařovacích provozů se nepovaţují 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) můţe únik vody vést k explozím. Ztráta produktu/výrobku způsobená prosakováním výměníků tepla můţe být významná tehdy, kdy v korozívním prostředí (jako je slaná voda) je pouţit relativně snadno korodující materiál (například měděné kondenzátory). Měď je často pouţívána, protoţe sniţuje moţnost znečišťování, ale v praxi je často moţné objevit znečištění měděných kondenzátorů. Emise mědi jsou neţádoucí a jako prevence se mohou pouţít lepší materiály, jako je titan a nerezová ocel, nebo se do mědi přidávají sloučeniny působící proti korozi. Pro netěsnost se také pouţívá 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 můţe působit problémy. V průtočných soustavách pouţívajících velké objemy je obtíţné zjistit malé úniky v důsledku netěsností. V případě chladicích soustav, které obsahují několik výměníků tepla, by se vţdy mohl vyskytovat určitý počet

110

Listopad 2000


Kapitola 3

vadných výměníků tepla vytvářejících více či méně konstantní úroveň znečištění v chladicí vodě, která je nízká a stěţí 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 věţemi jsou moţné 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 můţe být snadno ošetřena, pokud to je nutné. Velikost netěsností se obvykle stane známá aţ jako důsledek incidentu, a v omezeném rozsahu pomocí měření v průtočných (chladicích) soustavách. Rozsáhlejší úniky v důsledku netěsností jsou zjištěny (detekovány) a obvykle jsou okamţitě velmi významné. Údaje ze skutečných případů ukázaly, ţe jsou snadno moţné úrovně od 100 kg do 3 000 kg za 24 h při výstupních průtocích v mg/l v případě velkých výtoků (10 000 m 3/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 údrţby. Tato doporučení sestávají z kombinace preventivní a korektivní (snad téţ „opravné―) údrţby, a ukázalo se, ţe pokud jde o samotnou prevenci, tak problémy nemohou být plně pod kontrolou. Preventivní údrţba je často součástí zastavení výroby, jednou za kaţdé dva roky. V případě korektivní údrţby 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 důleţité, aby byl k dispozici druhý náhradní chladič. Ve zvětšujícím se rozsahu se stává stále jasnější to, ţe „porucha― a netěsnosti jsou v prvé řadě (primárně) způsobeny chybou v konstrukčním provedení. Ve výrobním průmyslu jsou jakékoliv zvláštní náklady na draţší konstrukční provedení nebo lepší materiály obvykle snadno vyváţeny cenou, kterou je nutné vynaloţit 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 moţné pouţít následující hlavní opatření pro sníţení výskytu úniku v důsledku netěsností:  volba materiálu pro zařízení mokrých chladicích soustav podle jakosti pouţité 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 mnoţství volitelných moţností, 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 moţnost přirozeně neodstraní poruchu výroby vyplývající z poruchy chladiče). Na úrovni soustavy (úplná vodní chladicí soustava nebo její části):  udrţování co nejmenšího moţného tlakového rozdílu mezi chladicí vodou a vodou pouţívanou v procesu, nebo vytvoření nebo udrţování přetlaku v chladicí vodě  přeměna na nepřímou (chladicí) soustavu nebo v případě, pokud to je technicky moţné, přeměna na recirkulační soustavu s chladicí věţí (přičemţ se bere v úvahu potenciální vyprchání/vypaření komponent).


Listopad 2000

111

Kapitola 3

Bezpečnostní koncepce VCI (VCI, viz stranu 14 dokumentu, „Sdružení chemického průmyslu v Německu), pouţitá v chemickém průmyslu, specifikuje netěsnost jako dočasné vypouštění látek způsobujících dlouhodobé škodlivé účinky na vodní tělesa. K prevenci a kontrole tohoto jevu se látky pouţívané v chemickém průmyslu hodnotí (pouţitím R-formulací) a jejich konečné hodnocení je spojeno s poţadavky, které se vztahují na volbu uspořádání (nepřímé) chladicí soustavy a cesta úniků netěsnostmi je monitorována (viz Přílohu VII). Je samozřejmé, ţe pouţití zcela nepřímé soustavy nebo recirkulační soustavy s chladicí věţí můţe kontrolovat úniky v důsledku netěsností téměř 100%. Znečištěná voda můţe být vypouštěna pouze v případě, jestliţe tlak soustavy poklesne, ale tento průtok je malý a kontrolovatelný. Nicméně pouţití obou dvou volitelných moţností vyţaduje znalost poţadavků procesu, který má být ochlazován. Konstrukční provedení s nepřímým chlazením nebo pouţití chladicí věţe zvýší přiblíţení (tj. „approach“, viz terminologii, pozn.) a zvýší minimální koncovou teplotu látky v procesu. Pokud to proces, který má být ochlazován, můţe 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 pouţívají 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. Protoţe kontrola netěsností se jeví jako obtíţná záleţitost, neměly by být přednostně pouţívány průtočné chladicí soustavy pro chlazení prioritních látek nebo jiných produktů, které jsou rizikové z hlediska ţivotního prostředí, zejména vzhledem k dostupným alternativám. Pro existující chladicí soustavu obecně není konstrukce nepřímé chladicí soustavy nejvíce pouţitelným řešením ani z technického, ani z ekonomického hlediska. Praktická zkušenost s aplikováním solidního programu údrţby a kontroly v případě velké průtočné chladicí soustavy, ve které se pouţívá mořská voda, poskytla dobré výsledky. Bylo nutné provést výměny některých chladičů, ale 90 % poruch různých výměníku tepla by mohlo být redukováno pouţitím správné úpravy proti znečišťování a péčí o provoz (monitorování vibrací, manipulace s čerpadly a péče o zuţování průtoku). Pouţívá se detekce (zjišťování) netěsností a při uskutečňování detekcí na správných místech můţe být zkrácena doba mezi detekcí a netěsností výměníku tepla. Zjišťování netěsností v průtočných (chladicích) soustavách je obtíţné, 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 moţné uskutečnit více selektivnější a přesnější měření netěsností. K překonání problémů s netěsnostmi je důleţitá jak preventivní tak i korektivní (opravná) údrţba, ale správné konstrukční provedení má obvykle tendenci k tomu, ţe je finančně nejefektivnější.

3.7.1.3 Redukování úniků v důsledku netěsností preventivní údrţbou Příklady dřívějších kontrolních/inspekčních metod jsou vizuální kontrola/inspekce, hydrostatické zkoušení a další výzkum prováděný na taţených trubkách. Omezení těchto metod spočívala v tom, ţe kontrola/inspekce byla soustředěna na přímo viditelné části trubek. Špína často zakrývá počáteční etapy defektů a stejnoměrná koroze je obtíţně 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 ţivotního prostředí v důsledku neočekávaného úniku netěsnostmi, poruchám, sníţení kapacity a/nebo výskytu produktů nesplňujících specifikaci. Na druhé straně musel být skladován velký počet náhradních trubek pro účely jejich neočekávané výměny (snad téţ lze pouţít výraz „přetrubkování―). Zkušenosti s novým druhem výzkumu trubek pro výměníky tepla (pomocí zkoumání vířivými proudy) ukázaly, ţe spolehlivost trubek pro výměníky tepla můţe být významně zvýšena a ţe emise v důsledku netěsností mohou být redukovány. Protoţe 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, ţe kontrolní/inspekční metody schopné předpovídat riziko poruchy jednotlivých trubek výměníku tepla mohou vést k sníţení spotřeby trubek, zlepšení řízení skladového hospodářství a větší znalosti o korozívním chování jiţ v počátečních etapách. Toto povede ke sníţení neočekávaných poruch v důsledku netěsných trubek s uţitkem pro ţivotní prostředí ve smyslu sníţení emisí dostávajících se do ţivotního prostředí chladicí vodou.

112

Listopad 2000


Kapitola 3

Od zavedení této metody v roce 1990 mělo její aplikování přímo v místě chemického podniku resp. provozu za následek sníţení výměny trubek (také „přetrubkování―) o více neţ 90 %. [Paping, Dow Chemical Benelux Terneuzen, 1999]. Tato metoda měla také za následek sníţení ročních nákladů. Průměrné roční úspory v důsledku sníţení počtu trubek, které byly vyměněny neboli „přetrubkovány―, jsou přibliţně 5krát vyšší částka neţ činí náklady na inspekci resp. kontrolu. V průběhu posledních 10 let byl sníţen 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 ţivotního prostředí. Dávkování přídavných látek do chladicích soustav můţe být prováděno průběţně nebo přerušovaně a chemikálie mohou být přiváděny ve zředěném stavu nebo čisté. Mnoţství 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 pouţívá koncentrovaná kyselina sírová a tato kyselina je obvykle skladována v nádrţích z měkké oceli (ocel s malým obsahem uhlíku). Vyţaduje se řádná ventilace k prevenci nahromadění výbušného plynného vodíku ve skladovací nádrţi. Doporučuje se pouţít síta resp. filtry, umístěné za čerpadly kyseliny k odstranění jakýchkoliv zbytkových produktů koroze, nebo jiných pevných látek, které se mohou vyskytovat ve skladovací nádrţi. Někdy jsou přídavné látky vyráběny přímo na místě (jejich pouţití). Například chlornan můţe být produkován v místech na moři elektrolýzou mořské vody. Tento proces, který se nazývá elektrolytická chlorace, můţe být nebezpečný kvůli potenciálnímu vytváření plynného chlóru. Zařízení také vyţaduje provádět časté čištění za pouţití kyselin. Pro zabránění vzniku těchto rizik se pouţívají, tam kde to je moţné, 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 můţe být zabezpečována externě, specializovanými firmami, coţ je obvykle skutečný dodavatel přídavných látek. Ruční dosazování má vyšší riziko rozlití; z environmentálních důvodů, a za účelem ochrany zdraví osob by měly být pouţívány bezpečné postupy manipulace. Automatizované systémy sebou nesou riziko jejich opomíjení; nicméně je zde poţadavek 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 ţivotního prostředí vyţadují opatření specifická pro dané místo. Všeobecně vyjádřeno je cílem sníţit riziko rozlití a úniky v důsledku netěsností k zabránění kontaminace půdy a/nebo podzemní vody a sníţit 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 udrţení reaktivních chemikálií odděleně a minimální poţadovanou 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 věţích. Tato rizika nejsou problémem v suchých chladicích soustavách.


Listopad 2000

113

Kapitola 3

Hlavní termofilní patogeny, které se nacházejí v mokrých chladicích soustavách pouţívajících říční vody, jsou bakterie Legionella pneumophila (Lp) a améba (měňavka) Naegleria fowleri (Nf). V mořských vodách, které se pouţívají v průtočných chladicích soustavách, se mohou vyvinout některé druhy slanomilných bičíkovců, které jsou patogenní pro ryby nebo osoby. Zmíněné druhy se vyskytují v přírodním ţivotním prostředí ve všeobecně nízkých a neškodných koncentracích. V důsledku zvýšené teploty se můţe 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 věţe s přirozeným tahem, jejíţ výška je značná, a při dobře fungujícím eliminátoru unášení, má emise bakterií menší význam, není však nemoţná. Byla uváděna vysoká koncentrace bakterií Lp v parní vlečce mokré chladicí věţe s přirozeným tahem v důsledku znečištění na vnitřku stěny betonové chladicí věţe. 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 věţí s umělým tahem, které mají mnohem menší výšku neţ věţe s přirozeným tahem, je uváděno mnoţství případů [tm040, Schulze-Robbecke a Richter, 1994], ale jasná příčina a účinek vztahu mezi chladicími věţemi a vypuknutí nemoci LD nemohly být ustanoveny. V případech, kde vztah mezi chladicími soustavami a vypuknutím nemoci LD mohl být ustanoven, se vţdy jednalo o špatně udrţované soustavy [Morton a jiní, 1986]. Typické podmínky v mokrých chladicích věţích, které zvyšují vývoj bakterií Legionella jsou:  teplota vody v chladicí věţi je mezi (25 aţ 50) stupňů Celsia; 

hodnota pH je mezi 6 a 8;



přítomnost znečištění.

Méně informací bylo předloţeno ohledně výskytu a ošetření jiných patogenů, jako je např. Nf. Bylo pozorováno, ţe vývin Nf je potlačován mosazí a zlepšován nerezavějící ocelí. Améby se také hojněji vyskytují v otevřených recirkulačních chladicích soustavách neţ v průtočných chladicích soustavách. Ve francouzské elektrárně byl proveden výzkum z hlediska ošetření Nf po dosaţení zvýšených hladin v provozu chladicí vody (3 000 l-1), následovaný výměnou kondenzátorů. Průběţné chlorování, při kterém byla maximální hladina volného zbytkového chloru v rozsahu (0,3 – 0,5) mg/l, okamţitě sníţilo 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 věţí jsou uváděny v hodnotách, které se pohybují v rozmezí od velmi nízké (méně neţ 10 CFU/l) aţ po velmi vysoké (105 – 106) CFU/l). V bio filmech byly nalezeny bakterie Lp v koncentracích aţ do 106 CFU/cm2. Pro soustavy klimatizace jsou v UK pouţívány hodnoty (100 – 1 000) CFU, ale není jasné, zda toto můţe být porovnáváno s hladinami v dobře udrţovaných mokrých chladicích věţích a s přidruţeným rizikem v těchto situacích. Bylo stanoveno doporučení, aby koncentrace Lp byla udrţována pod úrovní 104 CFU/l). Kvantifikace reprezentativních koncentrací Lp v průmyslových mokrých chladicích soustavách a hladiny CFU v mokrých chladicích věţích, které jsou stále ještě přijatelné s ohledem na lidské zdraví, můţe vyţadovat další výzkum.

3.7.3.3 Techniky sniţování 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


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 zaloţena 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 loţiska (např. chladicí věţe) a další běţná údrţba, 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 věţích by měla být aplikována následující opatření: 

pouţívání čisté vody a předběţná úpravy chladicí vody, pokud to je moţné;



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 věţe, čímţ se brání utváření formací řas; je třeba vyhnout se pouţití otevřených vodních nádrţí;



měl by být poskytnut snadný přístup pro pravidelné čištění;



pouţití takových eliminátorů unášení, které mohou být snadno čištěny nebo vyměňovány;



konstrukční/návrhová teplota studené vody co moţná nejniţší (nízké hodnoty přiblíţení („approaches“));



vyvarovat se tvorbě kotelního kamene a vzniku koroze;



optimalizace konstrukčního provedení za účelem zlepšení správné rychlosti vody a vzduchu;



je nemoţné uvést minimální vzdálenost CT (zřejmě chladicí věže, „Cooling Tower“) od obydlených oblastí, ale měla by být provedena úvaha za účelem dosaţení toho, aby parní vlečka nedosahovala aţ na úroveň země nebo aby nezasahovala do obydlených oblastí, pokud to prostorové moţnosti dovolí;



minimalizace vytváření parních vleček by mohla omezit roznášení.

S ohledem na umístění chladicí věţe bylo navrţeno hodnocení mikrobiologického rizika přidruţeného k chladicí věţi, které je zaloţeno na hostitelské populaci a potenciální náchylnosti hostitele. Kategorie hodnocení jsou tyto: – Kategorie 1: nejvyšší riziko – chladicí věţ, která slouţí 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 ohroţeny z hlediska imunologie; –

Kategorie 2: chladicí věţ, která slouţí pro zařízení, nebo je v blízkosti (> 200 m) místa, kde se nachází zařízení jako je středisko pro důchodce, hotel, nebo jiné budovy, v nichţ je ubytován značný počet osob;

–

Kategorie 3:

–

Kategorie 4: nejniţší riziko – chladicí věţ, která není v blízkosti obytné čtvrti, resp. je od ní odloučena (> 600 m od oblasti, kde se bydlí).

chladicí věţ v sousedství (blízkém okolí) obytné nebo průmyslové čtvrti;

Frekvence provádění inspekcí/kontrol výskytu bakterií Legionella je zaloţena na výše uvedeném hodnocení a pohybuje se v rozsahu od jednou za měsíc (nejvyšší riziko), měsíčně aţ čtvrtletně (kategorie 2), čtvrtletně aţ ročně (kategorie 3), aţ po jednou za rok po letním období (kategorie 4). Pro obsluhu chladicích věţí 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 neţ 4 dny; 

obsluha (operátoři) vstupující do chladicích věţí by se měla (měli) vyvarovat vdechování vzduchu tím, ţe pouţije (pouţijí) ochranu pro ústa a nos (osvědčila se maska P3);



v případě čištění chladicí soustavy poté, co byl zjištěn výskyt bakterií Lp, pouţije se kombinace mechanického čištění a nárazového dávkování biocidu.


Listopad 2000

115

Kapitola 3

K výše uvedeným doporučením je moţné učinit několik dalších poznámek. Po skončení prodlouţené doby zastavení provozu je kategoricky nutné ošetřit chladicí soustavu pouţitím biocidu (chlor). Pokud je evidentní, ţe chladicí soustava je špinavá nebo kontaminovaná, včetně příslušenství jako je zařízení pro tlumení zvuku, musí být před uvedením do činnosti vyčištěna a musí obdrţet nárazové (šokové) biocidní ošetření. Takové ošetření by měla provést společnost/firma odborně způsobilá (kompetentní) pro úpravu vody. Můţe být potřeba desinfikovat chladicí soustavu, pokud soustava byla těţce kontaminována. Podle zkušeností je jasné, ţe 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, ţe se zde jedná o velké mnoţství chlornanu, je samozřejmé, ţe toto ošetření není vhodné jako hladina při údrţbě chladicí věţe. V kaţdém případě po nárazovém dávkování bude nutné provést detoxikaci upravené chladicí vody před jejím vypouštěním, které by mělo být aţ po běţném aplikování úpravy, při které se pouţije disiřičitan. Má se dávat přednost co moţná nejvyšší údrţbové 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 vyţadovalo úpravu pouţitím oxidačních biocidů. Při pouţití oxidačních biocidů se ukázaly lepší výsledky pro QACs (viz stranu 13 tohoto dokumentu, „Quarternary Ammonium Compounds“, sloučeniny s kvarterním dusíkem, pozn.) neţ tomu bylo v případě izothiozoloinů. V nedávné holandské zprávě [tm155, Berbee, 1999] byly uvedeny některé výsledky ohledně sniţování hladiny CFU v chladicích věţích, které potvrdily, ţe jasné minimum hladiny koncentrace biocidů ještě nebylo stanoveno. Byl učiněn závěr, ţe vysoké hladiny biocidů byly potřeba pro sniţování koncentrací, ale ukázaly pouze dočasný účinek. Je nutné uvědomit si vedlejší účinek zvýšených hladin ve formě toxických vedlejších produktů. Niţší teplota vody se ukázala jako více efektivní opatření neţ aplikování biocidů (Tabulka 3.14), ale takové řešení nemusí být pouţitelné v kaţdém případě. Výzkumy k účinku ošetření na prvoky ukázaly, ţe pro zničení prvoků jsou potřebné velmi vysoké koncentrace a ţe pro aplikované neoxidační biocidy jsou cysty obtíţně přístupné.

Tabulka 3.14: Účinky teploty a biocidní úpravy (vody) na hladiny CFU v chladicích věţích Citováno podle Kusnetsov [tm155, Berbee, 1999] Chladicí věţ

Účinek niţší teploty

Koncentrace biocidu (mg/l)

Účinek biocidu

A

T 25 ˚C ~ 105 CFU aţ T 15 ˚C ~ 103 CFU

PHMB, 3, nárazově

Přechodně pod limitem detekce/zjištění

B

T 25 ˚C ~ 104 CFU aţ 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 aţ 103 CFU/l

E

neuvádí se

BNPD, 65 – 190, Nárazová úprava

Přechodný, 105 CFU/l aţ 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


Kapitola 3

3.8 Odpad z provozu chladicí soustavy V záleţitosti odpadů nebo zbytků z provozování chladicích soustav toho bylo uvedeno jen málo. V případě všech chladicích soustav můţe 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 předběţné úpravy přiváděné vody (např. dekarbonizace), úprava chladicí vody nebo odkalované vody z provozu recirkulačních mokrých chladicích věţí (viz Přílohu XI.3.4);



nebezpečný odpad (např. malé kontejnery, důsledky rozlití), který je přidruţen 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 kalŧ Kalové formace se mohou vyskytnout ve sběrných nádrţích mokrých chladicích soustav. V kvantitativním vyjádření větší mnoţství kalu je výsledkem dekarbonizačního procesu, pokud je tento proces na daném místě prováděn. Nejsou uváděna ţádná zvláštní opatření v záleţitosti redukování tvorby kalu. Patřičné kondicionování chladicí vody pravděpodobně sníţí usazování/sedimentaci kalu. Metoda likvidace kalŧ je běţně stanovena chemickým sloţením kalu a místní (nebo národní) legislativou. V některých členských státech mohou být kaly vráceny do povrchové vody v pŧvodním stavu, ale v jiných musí být upraveny přísněji definovaným zpŧsobem. Kaly a bahno usazené na dně vodních nádrţí chladicích věţí 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 ţeleza [tm145, Werner a Pietsch, 1991]. Cysty bakterií Lp se taky nachází v usazeninách kotelního kamene na výplni (chladicí věţe). 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, můţe být poţadováno 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 nádrţích a dodavatel příslušných látek zabezpečuje jejich aplikování, skladování, přepravu a manipulaci s nimi. Totéţ 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 záleţitost představuje environmentální problém, úzce souvisí se způsobem, kterým je chladicí soustava provozována, s předběţnou úpravou přiváděné vody a s účinností, s jakou je chladicí voda upravována. K této environmentální problematice nebyly předloţeny ţádné informace.

3.8.3 Rezidua jako dŧsledek retrofitu, výměny a vyřazení z provozu Všeobecně vyjádřeno chladicí soustavy jsou zkonstruovány a postaveny pro dlouhodobý provozní ţivot (aţ 20 let a více). Samozřejmě, čím lepším způsobem jsou provozovány a udrţovány, tím delší je jejich provozní ţivot, ale chladicí soustavy by taky měly být zkonstruovány a postaveny pro konkrétní okolnosti/situace, ve kterých mají být pouţívány. Konkrétní materiály by taky měly být posouzeny z hlediska jejich environmentálního dopadu při jejich pouţívání, vyřazování z provozu , nebo výměny částí chladicí soustavy. Byly uvedeny následující případy.


Listopad 2000

117

Kapitola 3

3.8.3.1 Pouţití plastů Ve stále se zvětšujícím rozsahu jsou pro konstrukční provedení chladicí věţe pouţívány různé druhy plastů, jako je polyvinylchlorid, polypropylen, polyetylén a sklolamináty. Jejich charakteristiky způsobují, ţe jsou velmi vhodné k pouţití v prostředí chladicí věţe, které je často korozívní a má vysoké poţadavky. Současné zkušenosti byly popsány v technickém pojednání německé organizace operátorů/obsluhy elektráren („German Organisation of Power Plant Operators“) [tm…, VGB, 2000]. Pouţívání plastů můţe být příleţitostí pro sniţování mnoţství odpadů, pokud existuje moţnost recyklování plastových částí po jejich výměně. Nebyly doposud uvedeny ţádné zkušenosti, které by mohly poslouţit jako příklady.

3.8.3.2 Úprava (stavebního) dřeva pouţitého pro konstrukci mokré chladicí věţe Stavební dřevo bylo a je pouţíváno pro chladicí věţe, ale musí být upraveno/ošetřeno pro zabezpečení jeho ţivotnosti. Stavební dřevo pouţité v chladicích věţích jak pro výplňové, tak i pro nosné konstrukce musí být chemicky ošetřeno. Toto ošetření bylo/je a stále můţe být zaloţeno na (sloučenině) CCA (síran měďnatý, dvojchroman draselný a oxid arzeničný) z důvodu její schopnosti zůstávat vázanou na dřevo. Tvrdí se, ţe se během provozního ţivota ztratí (ubude) pouze 10 % podle hmotnosti. Kvantifikace rozsahu, ve kterém se emise ze stavebního dřeva, které bylo ošetřeno CCA, dostávají do vodního prostředí, nemůţe být specifikována. Bylo uvedeno, ţe ošetřené/upravené dřevo, přestoţe má čas na vysušení, stále má značné mnoţství chemikálií na svém povrchu. Tyto chemikálie mohou být omývány při počátečním splachování vodou v chladicí věţi a budou dříve nebo později vypuštěny do přijímací vody (recipientu). Protoţe CCA obsahuje Cr a As, jeví se jako nepravděpodobné, ţe bude ještě dlouho pokračovat jeho pouţívání. Ošetření stavebního dřeva pouţitím CCA není nejlepší dostupná technika (BAT) a očekává se, ţe bude (úředně) zakázáno. Alternativní úpravy/ošetření dřeva za účelem jeho ochrany jiţ byly vyvinuty a jsou pouţívány. Proto se očekává, ţe emise do povrchové vody vyplývající z pouţití CCA budou postupně redukovány. Pokud dřevo, které bylo ošetřeno pouţitím 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 pouţitím CCA, přesahuje rozsah tohoto dokumentu BREF, nicméně také zde je potřeba vyhodnotit konečný environmentální dopad různých volitelných moţností.

3.8.3.3 Výplň mokré chladicí věţe Jakmile musí být výplň chladicí věţe vyměněna, musí být také zlikvidována. Výplně jsou zhotoveny z různých materiálů a tyto materiály budou určovat způsob, kterým musí být ošetřeny. Nebyly uvedeny ţádné údaje ohledně hladin znečištění výplněmi chladicí věţe. Speciálním případem je pouţití výplně z azbestového (osinkového) papíru. Nebylo moţné provést posouzení, zda v Evropě bylo toto řešení praktikováno, ale azbest mohl v minulosti být pouţíván v mnoha aplikacích, včetně konstrukce chladicí věţe nebo výplně chladicí věţe. Poněvadţ o nebezpečích, která vyplývají z pouţití azbestu se jiţ nepochybuje, není azbest v chladicích věţích nadále pouţíván. Ve starých chladicích věţích nějaký azbest lze stále ještě nalézt a vyţadují 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, coţ způsobovalo sniţování výměny tepla. Odstranění a náhradu výplně bylo nutné provést za přísných bezpečnostních podmínek [tm082, Mittendorf, 1990].

118

Listopad 2000


Kapitola 4

4 4.1

NEJLEPŠÍ DOSTUPNÉ TECHNIKY PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY 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 pouţívat tento dokument―. Techniky a metody a přidruţené 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 záleţitostí 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 záleţitostí;



identifikace nejlepších výkonnostních hladin z hlediska ţivotního prostředí, na základě dostupných údajů v Evropské unii a v celosvětovém rozsahu: v mnoha případech jsou výkonnostní hladiny zvaţovány jako specifické pro danou instalaci;



prozkoumání podmínek, za kterých byly tyto výkonnostní hladiny dosaţeny; 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 přidruţených 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 kaţdém z těchto kroků a způsobu, kterým jsou zde prezentovány informace. Na základě tohoto posouzení jsou v této kapitole prezentovány techniky a pokud to bylo moţné hladiny/úrovně emise a spotřeby, přidruţené k pouţívání BAT, které jsou povaţovány za vhodné pro příslušné chladicí soustavy a v mnoha případech odráţejí aktuální výkonnost některých pouţívaných zařízení. V těch případech, kde jsou uvedeny hladiny/úrovně emise nebo spotřeby „přidruţené k nejlepším dostupným technikám―, má to být chápáno ve významu, ţe 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 vyváţenosti nákladů a výhod spojených s definicí BAT. Nicméně to nejsou ani mezní hodnoty emise, ani mezní hodnoty spotřeby, ani minimální poţadované výkonnostní hladiny a neměly by být chápány jako takové. V některých případech můţe být technicky moţné dosáhnout lepších hladin emise nebo spotřeby, ale v důsledku nákladů s tím spojených nebo (průřezových) úvah napříč prostředím nejsou povaţovány za vhodné jako BAT pro příslušné chladicí uspořádání. Ovšem takové hladiny nebo aplikace mohou být povaţovány za oprávněné ve více specifických případech, kde se vyskytují zvláštní hnací síly. Hladiny/úrovně emise a spotřeby přidruţené k aplikování BAT musí být zvaţovány společně s jakýmikoliv specifikovanými referenčními podmínkami (např. klimatické podmínky, omezení vyplývající z daného místa). Pojem „hladiny/úrovně přidruţené k BAT―, který je specifikován výše, se má rozlišovat od termínu „dosaţitelná hladina/úroveň― pouţívaného v celém rozsahu tohoto dokumentu. Tam, kde je hladina/úroveň popisována jako „dosaţitelná― za pouţití příslušné techniky nebo kombinace technik, mělo by to být chápáno tak, ţe to znamená, ţe dosaţení této hladiny/úrovně lze očekávat po dobu podstatné časové periody v dobře udrţovaném a provozovaném zařízení, nebo v procesu pouţívajícím tyto techniky.


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 přibliţnou 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 moţné 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, ţe nová zařízení mohou být zkonstruována tak, aby byly provozována při stejných nebo ještě lepších hladinách/úrovních, neţ jsou všeobecné hladiny resp. úrovně BAT uvedené zde. Uvaţuje se o tom, ţe 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 kaţdém daném případě. Poněvadţ dokumenty BREF nestanoví právně závazné normy, jsou míněny tak, ţe poskytují informace jako návod pro průmysl, členské státy a veřejnost ohledně dosaţitelných hladin/úrovní emisí a spotřeby při pouţití specifikovaných technik. Stanovení příslušných mezních hodnot pro jakýkoliv specifický případ bude vyţadovat 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, ţe mohou být posouzeny environmentální aspekty pouţitých technik a přidruţených redukčních opatření a ţe 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 pouţívány v mnoha průmyslových sektorech v oblasti působnosti IPPC. Z toho vyplývá, ţe rozmanitost pouţití, 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 ţivotní prostředí. V důsledku značného počtu modifikací/variací je obtíţné provést porovnání mezi jednotlivými technikami, které by vedlo k všeobecným závěrům. Povaţuje se za moţné uskutečnit identifikaci všeobecného preventivního přístupu, který vychází z praktické zkušenosti se sniţováním, 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 důleţité zvláště v případě existujících (chladicích) soustav, kde technologické volitelné moţnosti jsou značně omezeny a finančně nákladné. Pečlivá vyhodnocení musí být prováděna případ od případu.

120

Listopad 2000


Kapitola 4

4.2.1 Integrovaný management tepla 4.2.1.1 Prŧmyslové chlazení

= Management tepla

(pozn. „management― je český encyklopedický výraz a znamená „plánování, organizace, řízení a kontrola―) Chlazení průmyslových procesů můţe být povaţováno za management tepla a je částí celkového energetického managementu v podniku/provozu. Mnoţství a hladina tepla, které má být rozptýleno, vyţaduje 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 vyváţeny, přičemţ se berou v úvahu všechny proměnné veličiny. Kaţdá změna v chladicí soustavě musí být zváţena vzhledem k následkům, které můţe mít na tuto rovnováhu. Toto pojetí můţe být pouţito 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 ţivotní prostředí při udrţování rovnováhy mezi přímým a nepřímým účinkem. Jinými slovy vyjádřeno vliv sníţení emise musí být vyváţen v závislosti na potenciální změně celkové energetické účinnosti. V současné době neexistuje ţádná minimální poměrná hodnota jako funkce environmentální prospěšnosti a moţné ztráty celkové energetické účinnosti, která by mohla být pouţita jako „výšková značka― („benchmark―) pro dosaţení technik, které by mohly být povaţovány za BAT. Nicméně toto pojetí můţe být pouţito k porovnávání alternativních řešení (Kapitola 3.2 a Příloha II).

4.2.1.2 Sníţení hladiny vypouštění tepla optimalizací vnitřního/vnějšího opětného vyuţití tepla Preventivní přístup by měl být na prvním místě zahájen průmyslovým procesem, který vyţaduje rozptylování tepla, a záměrem sníţit potřebu vypouštění tepla. Ve skutečnosti je vypouštění tepla plýtvání energií, coţ jako takové není BAT. Opětovné vyuţití tepla uvnitř procesu by vţdy měl být první krok při hodnocení poţadavků na chlazení. Energetická opatření integrovaná do procesu jsou mimo předmět tohoto dokumentu, ale odkazuje se na jiné referenční dokumenty BAT, jejichţ návrhy byly vypracovány v rámci IPPC („Integrated Pollution Prevention and Control“ = integrovaná prevence a omezování znečištění), a které popisují volitelné moţnosti pro energetická opatření. V situacích na zelené louce můţe být posouzení poţadované tepelné kapacity pouze BAT, pokud to je výsledek maximálního vyuţití vnitřních a vnějších dostupných a aplikovatelných volitelných moţností pro opětovné vyuţití nadměrného tepla. V existujícím zařízení optimalizace vnitřního a vnějšího opětovného vyuţití a sniţování mnoţství a hladiny tepla, které má být vypuštěno, musí také předcházet jakékoliv změně potenciální kapacity pouţité 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 povaţuje za finančně efektivnější neţ aplikování nové nebo zlepšené technologie a můţe proto být povaţováno za BAT.

4.2.1.3 Poţadavky chladicí soustavy a procesu Jakmile hladina a mnoţství odpadního tepla vytvářeného procesem byly stanoveny a ţádné další sniţování odpadního tepla nemůţe být dosaţeno, můţe být provedena počáteční volba chladicí soustavy z hlediska poţadavků procesu, které byly diskutovány v Kapitole 1. Kaţdý proces má svou unikátní kombinaci poţadavků, kde úroveň řízení procesu, spolehlivosti a bezpečnosti procesu hrají významnou roli. Toto způsobuje, ţe je téměř nemoţné v této etapě provést první charakterizaci BAT, ale mohou být sestaveny následující závěry s ohledem na počet charakteristik procesu.


Listopad 2000

121

Kapitola 4

Vyuţití hladin teploty okolí je zaloţeno na zkušenostech s pouţíváním chladicích soustav v Evropě při různých klimatických podmínkách. Všeobecně vyjádřeno, teploty suchého teploměru neospravedlňují odvádět chlazením odpadní teplo, jehoţ hladina je nízká, a dává se přednost vodnímu chlazení. Nicméně v oblastech s nízkými průměrnými teplotami suchého teploměru se pouţívá chlazení suchým vzduchem pro sniţování teplot procesu (poté, co volitelné moţnosti pro opětovné vyuţití tepla byly vyčerpány). Vodní chlazení, pokud je k dispozici dostatek vody, můţe potom rozptýlit zbytkové mnoţství 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 poţadavky procesu. Poţadavky procesu jsou například chemické reakce, spolehlivost výkonnosti procesu a udrţování poţadovaných úrovní bezpečnosti. Cílem je minimalizovat nepřímý dopad zvolené alternativy (zřejmě na životní prostředí, pozn. překl.). Environmentální výkonnosti mohou být pro kaţdou alternativu nejlépe porovnány tehdy, jestliţe 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 (kW e) chladicí soustavy a změnu úrovně v produkci procesu v tunách, oba dva údaje vztaţeny na jednotku vypouštěné energie (kW th). Změna v technologii chlazení za účelem sníţení dopadu na ţivotní prostředí můţe být povaţována za BAT pouze tehdy, jestliţe účinnost chlazení je udrţována na stejné úrovni, nebo je dokonce lepší, při zvýšené hladině resp. úrovni (není uvedeno čeho, snad produkce procesu, pozn. překl.).

Tabulka 4.1: Příklady poţadavkŧ procesu a BAT Charakteristiky procesu

Primární přístup BAT

Kritéria

Poznámka

Odkaz (reference)

Vysoká hladina rozptylovaného (ztrátového) tepla (> 60 ˚C)

Sníţení spotřeby vody (Před-)chlazení a chemických látek pouţitím 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 poţadovanému prostoru Část 1.4 a ztrátě celkové energetické účinnosti

Nebezpečné látky, které mají být ochlazovány, jsou spojeny s vysokým rizikem pro ţivotní prostředí

Sníţení rizika úniků v důsledku netěsností

Chladicí soustava s nepřímým chlazením

Akceptování zvýšení v přístupu

122

Listopad 2000

Část 1.4 a Příloha VI


Kapitola 4

4.2.1.4 Poţadavky chladicí soustavy a místa Mezní hodnoty, které vyţaduje dané místo, platí zejména pro nová zařízení, kde chladicí soustava stále ještě musí být zvolena. Jestliţe poţadovaná kapacita vypouštění tepla je známá, můţe ovlivnit volbu přiměřeného resp. vhodného místa. Pro procesy, které jsou citlivé na teplotu, se pro zvolení místa s poţadovanou dostupností chladicí vody postupuje podle BAT. Z mnoha důvodů nejsou vţdy 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 jiţ známo. Nejdůleţitější termodynamická charakteristika místa je roční ukázka (resp. přehled) jeho klimatu, coţ je specifikováno teplotami suchého a vlhkého teploměru.

Tabulka 4.2: Příklady charakteristik místa a BAT Charakteristiky místa

Kritéria


Klima

Poţadované konstrukční teploty

Při vysoké T suchého teploměru má suché Posouzení změn teplot (T) vzduchové chlazení mokrého a vlhkého teploměru obvykle niţší 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 zatíţení

Dodrţení kapacity pro absorbování tepelného zatíţení

Omezená dostupnost podzemní vody

Minimalizace pouţití podzemní vody

– –

Odkaz (reference)

Část 1.4.3

Mezní hodnoty pro velikost a tíhu chladicí Část 1.4.2 soustavy Mokrá, suchá nebo hybridní jsou moţné

Optimalizace hladiny opětovného vyuţití tepla Pouţití recirkulačních soustav (chlazení) Volba místa (nové chladicí soustavy)

Část 2.3 a 3.3

Část 1.1

Vzduchové chlazení, pokud ţádný 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 vyuţitím teplotních vrstev

Část 1.2.1/ Část 3.2/ Příloha XI.3


Kapitola 2

Pobřeţní oblast

Velký (chladicí) výkon (kapacita) > 10 MWth

Specifické poţadavky pro místo

V případě povinnosti zmenšit rozsah parní Pouţití hybridní vlečky a sníţit výšku chladicí soustavy chladicí věţe


Poznámky

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 můţe pouţití suché soustavy chlazení povaţovat za BAT, pokud se tímto sleduje princip minimalizace pouţití 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 prŧmyslových chladicích soustavách V Kapitole 1 je uveden stručný nástin preventivního přístupu, na kterém je znázorněno, jak vyhodnocování všech omezení způsobem krok za krokem můţe vést k tomu, co můţe být nazýváno „Nejlepší dostupné chladicí techniky― (tedy BAT). V rámci tohoto přístupu jsou v Kapitole 1 a v Kapitole 3 a v přidruţených přílohách prodiskutovány faktory a nabídnuty techniky, které jsou spojeny s identifikací potenciálních BAT pro hlavní chladicí uspořádání, která pouţívají pro chlazení vodu a/nebo vzduch. Optimalizace chladicí soustavy za účelem redukování jeho dopadu na ţivotní 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, ţe je moţné učinit závěry ohledně BAT v kvantifikovaných termínech tam, kde to je moţné. V Kapitole 3 jsou uvedeny volitelné moţnosti pro redukování emisí do ţivotního prostředí, které jsou zaloţeny na informacích předloţených TWG (technická pracovní skupina („Technical Working Group“, pozn. překl.). Pro kaţdou environmentální záleţitost a pro kaţdé 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 sníţení pouţití biocidů a látek, které se nacházejí na černé listině. Navrhované techniky jsou pouţívané techniky. Tyto techniky prokázaly, ţe jsou efektivní, přestoţe kvantifikace je obtíţná, a mohou vytvořit nerealistická očekávání. Lze předpokládat, ţe 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, poněvadţ posouzení je obtíţnější tam, kde volitelné moţnosti jsou omezeny a závisí na mnoha faktorech (souvisících s procesem). Nezdá se, ţe existuje příliš mnoho překáţek při implementaci provozních opatření v existujících chladicích soustavách, ledaţeby konstrukční provedení pouţité technologie omezovalo počet volitelných moţností pro modifikaci. V Tabulkách 4.3 aţ 4.12 jsou uvedeny techniky, které jsou povaţovány za BAT, a které navazují na primární přístup BAT pro:      

zvýšení celkové energetické účinnosti; sníţení/redukování pouţití/potřeby/spotřeby (chladicí) vody a přídavných látek chladicí vody, sníţení/redukování emisí do vzduchu a vody, sníţení/redukování hluku, sníţení/redukování strhávání vodních organismů a sníţení/redukování biologických rizik.

Není jasné, zda BAT identifikoval sniţování/redukování odpadu nebo technik, jak manipulovat s odpadem při současném vyvarování se problémům s ţivotním prostředím, jako je kontaminace/znečištění půdy a vody, nebo vzduchu v případě spalování. Pro kaţdou environmentální problematiku jsou identifikovány důsledky pouţití technik sniţování/redukce na jiná prostředí. Obecně vyjádřeno kaţdá změna, která se uskuteční na chladicí soustavě, musí být pečlivě vyváţena s přidruţenými účinky/dopady, a v tomto smyslu je optimalizace průmyslového chlazení průřezovou záleţitostí (záleţitostí napříč prostředím).

124

Listopad 2000


Kapitola 4

Pro některá opatření BAT byly určeny hodnoty. Nicméně při zaměření se na aplikování různých chladicích technik ve značném mnoţství proměnlivých provozních podmínek neumoţňuje jednoznačné přidruţené 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 pouţitím zařízení, které má nízký poţadavek 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 údrţbě vodní chladicí soustavy má relativně nízkou prioritu ve srovnání s environmentálními důsledky špatně zkonstruované a/nebo provozované vodní chladicí soustavy. Protoţe 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 moţnou míru omezily rizika znečišťování. Lze očekávat jenom nepatrné změny tohoto postoje, poněvadţ existuje nízká úroveň vědomí o dlouhodobých nákladech na provoz a údrţbu 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 moţností vzduchové chladicí soustavy, opatření se v prvé řadě vztahují na sniţování přímé spotřeby energie a emisí hluku a optimalizaci velikosti/rozměrů s ohledem na poţadovanou 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 udrţena, 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 – vyţadující 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 věţí se změna v technologii jeví jako realizovatelná technicky i ekonomicky. Nebyly předloţeny ţádné porovnatelné údaje, které toto tvrzení mohou potvrdit, nicméně zkušenost dodavatele je taková, ţe je relativně snadné změnit chladicí věţe malých velikostí, například z uzavřené recirkulační mokré chladicí věţe na uzavřené recirkulační hybridní nebo mokré/suché uspořádání. Toto by nevyţadovalo větší úpravy procesu nebo stavební práce. V případě velkých chladicích věţí konstrukčně provedených na zakázku, které jsou postaveny aţ na místě svého provozování, není snadné provést technologické změny. Rozdílná technologie obecně znamená, ţe vznikne potřeba vybudovat kompletně novou chladicí věţ. V případě existujících mokrých chladicích soustav, kde středem pozornosti jsou převáţně environmentální opatření ke sníţení potřeby/spotřeby vody a emise chemických látek do povrchové vody, přístup BAT nemá aţ tak příliš technologický charakter, jako spíše provozní charakter. Klíčovými záleţitostmi jsou zde monitorování, provoz a údrţba.

4.3 Sniţování spotřeby energie 4.3.1 Všeobecně Přístup BAT v etapě konstrukčního řešení chladicí soustavy znamená: 

Sníţit/redukovat odpor ve vztahu k proudění vody a proudění vzduchu



Pouţít zařízení s vysokou účinností a nízkou spotřebou energie



Sníţit/redukovat mnoţství zařízení, která vyţadují energii (Příloha XI.8.1)



Pouţít optimální úpravu chladicí vody v průtočných chladicích soustavách a mokrých chladicích věţích k udrţování čistých povrchových ploch a předcházení tvorbě kotelního kamene, znečištění a korozi.


Listopad 2000

125

Kapitola 4

Pro kaţdý individuální případ by kombinace výše uvedených faktorů měla vést k nejniţší dosaţitelné 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 pouţití průtočných (chladicích) soustav přístupem BAT, a to zejména v takových procesech, které vyţadují 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 sníţit/redukovat strhávání ryb;



tepelné zatíţení nepřekáţí ostatním uţivatelům přijímací povrchové vody (recipientu).

Jestliţe v případě elektráren není pouţití průtočné chladicí soustavy moţné, jsou mokré chladicí věţe s přirozeným tahem energeticky nejefektivnějším řešením ve srovnání s jinými chladicími uspořádáními, ovšem jejich pouţití můţe být omezeno vzhledem k vizuálnímu účinku jejich celkové výšky. Tabulka 4.3:

BAT pro zvýšení celkové energetické účinnosti

Relevantnost

Kritérium


Poznámky

Odkazy

Velký chladicí výkon (velká chladicí kapacita)

Celková energetická účinnost

Výběr místa pro aplikování volitelné moţnosti Viz text nad tabulkou s průtočnou chladicí soustavou

Všechny soustavy

Celková energetická účinnost

Pouţití volitelné moţnosti pro variabilní provoz

Identifikace poţadovaného 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

Vyţaduje přiměřené monitorování

Průtočné (chladicí) soustavy

Udrţování 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 věţe

Pouţití čerpadel Sníţení měrné a ventilátorů se sníţenou energetické spotřeby spotřebou energie

126

Listopad 2000

Část 3.2

Část 3.4

Příloha XII


Kapitola 4

4.4

Redukování poţadavkŧ na vodu

4.4.1 Všeobecně Pro nové (chladicí) soustavy mohou být uvedeny následující specifikace:      

Z pohledu celkové energetické vyváţenosti je chlazení vodou nejefektivnější; V případě velkého poţadavku na chladicí vodu by pro nová zařízení mělo být zvoleno místo z hlediska dostupnosti dostatečných mnoţství (povrchové) vody; Poţadavek na chlazení by měl být redukován pomocí optimalizace opětovného vyuţití tepla; Pro nová zařízení by mělo být zvoleno místo z hlediska dostupnosti dostačující přijímací vody (recipientu), zejména v případě velkých mnoţství vypouštěné chladicí vody; Tam, kde je dostupnost vody omezena, měla by být zvolena technologie, která kdykoliv umoţňuje různé reţimy provozu vyţadující méně vody k dosaţení poţadovaného chladicího výkonu; Ve všech případech je volitelnou moţností recirkulační chlazení, to však vyţaduje pečlivé vyváţení s jinými faktory, jako je poţadované kondicionování vody a niţší celková energetická účinnost.

Pro existující vodní chladicí soustavy můţe zvýšení opětovného vyuţití tepla a zdokonalení provozu soustavy sníţit poţadované mnoţství chladicí vody. V případě řek s omezenou dostupností povrchové vody je změna z průtočné chladicí soustavy na recirkulační chladicí soustavu technologická volitelná moţnost a můţe být povaţována za přístup BAT. Pro elektrárny s velkými chladicími výkony/kapacitami je toto všeobecně povaţováno za finančně nákladný (intenzivní) úkol (nákladné cvičení) vyţadující novou stavbu. Musí být vzaty v úvahu poţadavky na prostor.

4.4.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.4:

BAT pro sníţení poţadavkŧ na vodu

Relevantnost

Všechny mokré chladicí soustavy

Všechny recirkulační mokré a mokré/suché chladicí soustavy

Kritérium


Poznámky

Odkazy

Redukce potřeby chlazení

Optimalizace opětného vyuţití tepla

Redukce pouţívání omezených zdrojů

Pouţívání podzemní vody není přístup BAT

Specifické podle místa zejména pro existující soustavy

Kapitola 2

Redukce pouţití vody

Pouţití recirkulačních chladicích soustav

Odlišný poţadavek na kondicionování/ úpravu vody

Kapitola 2/3.3

Redukce pouţití vody tam, kde je povinnost zmenšení Pouţití hybridní chladicí parní vlečky a sníţení soustavy výšky chladicí věţe


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 postiţené suchem)

Pouţití suchého chlazení

Akceptování ceny (pokuty? („penalty“) za energii

Část 3.2 a 3.3 Příloha XII.6

Redukce pouţití vody

Optimalizace cyklů koncentrace

Zvýšený poţadavek na kondicionování/ úpravu vody, jako je pouţití změkčování přídavné vody

Část 3.2 a Část XI (zřejmě Příloha XI)


Listopad 2000

Kapitola 1

127

Kapitola 4

Pouţití suchého vzduchového chlazení bylo doporučeno v celé řadě příleţitostí. Jestliţe se bere do úvahy celková energetická účinnost, je suché vzduchové chlazení méně atraktivní, neţ mokré chlazení. Tímto faktem ale suchá technologie není vyloučena. Pro kratší doby ţivotnosti bylo vypočítáno, ţe rozdíly v nákladech mezi suchým chlazením a mokrým chlazením se stanou menší, neţ pro delší doby ţivotnosti. Kdyţ se vezmou do úvahy náklady na vodu a náklady na úpravu vody, rozdíly se stanou také menší. Suché chlazení můţe být doporučeno za určitých okolností a pro předchlazování při vyšších teplotních hladinách, kde by bylo zapotřebí nadměrného mnoţství vody.

4.5

Redukování strhávání organismŧ (vodou)

4.5.1 Všeobecně Úprava zařízení pro přívod vody za účelem dosaţení menšího strhávání ryb a jiných organismů je velmi sloţitá záleţitost specifická pro dané místo. Změny existujících zařízení pro přívod vody jsou moţné, jsou ale nákladné. Pokud se jedná o pouţívané nebo zkoušené technologie na ochranu nebo pro odpuzování ryb, nebyla ţádná 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 můţe být povaţováno za BAT, ale tyto jsou konkrétně platné pro nové soustavy. Pokud se jedná o pouţití sít, mělo by být poznamenáno, ţe 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 organismŧ vodou) Relevantnost Všechny průtočné chladicí soustavy nebo chladicí soustavy s přívody povrchové vody

4.6

Kritérium


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 Rovněţ 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

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 ţivotní 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 záleţitosti byla změna z průtočné technologie na otevřené recirkulační chlazení (otevřená mokrá chladicí věţ). Podle dostupných

128

Listopad 2000


Kapitola 4

informací, a při uváţení všech moţných aspektů, musí být věnována pozornost při specifikování závěru, ţe toto řešení můţe být povaţováno za přístup BAT. Vyţadovalo 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 pouţití mokré chladicí věţe (Kapitola 3.2) ve vztahu k účinku sníţeného environmentálního dopadu vyplývajícího ze sníţeného vypouštění tepla. Při plně integrovaném posouzení na hladině povodí řeky by toto mohlo například zahrnovat zvýšené hladiny celkové účinnosti jiných procesů pouţívajících tentýţ, ale nyní chladnější, vodní zdroj, který začne být k dispozici, protoţe se uţ nevyskytuje značné mnoţství teplé vody, vypouštěné do tohoto zdroje. Tam, kde opatření směřují obecně ke sníţení ΔT vypouštěné chladicí vody, můţe být sestaveno několik závěrů pro přístup BAT. Bylo pouţito předchlazování (Příloha XII) pro velké elektrárny, kde si to vyţadovala specifická situace, např. z důvodu zabránit zvýšené teplotě přívodní vody. Vypouštění budou muset být omezena s odkazem na nátlak vyplývající z poţadavků 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 poţadavků.

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 povaţovány za nejdůleţitější problematiku v chlazení. S odkazem na prohlášení, ţe v 80 % případů se o dopadech na ţivotní prostředí se rozhoduje u konstrukčního stolu, měla by být učiněna opatření (jiţ) v etapě konstrukčního řešení mokrých chladicích soustav, za pouţití následujícího pořadí (jednotlivých poloţek) 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 sloţení) pouţitím méně nebezpečných chemikálií nebo chemikálií, které mají niţší potenciál dopadu na ţivotní prostředí (Část 3.4.5, Příloha VI a VIII)



aplikovat schéma volby biocidu (Kapitola 3, Obrázek 3.2) a



optimalizovat reţim 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 obtíţně proveditelné a všeobecně finančně nákladné. Středem pozornosti by mělo být provozování chladicích soustav pouţívajících 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 nevyţadují, aby byly provedeny rozsáhlé změny v chladicích zařízeních. Po sníţení citlivosti chladicí soustavy na znečišťování a korozi můţe být úprava (vody) stále ještě potřebná pro udrţování účinné výměny tepla. Dalším krokem je potom volba přídavných látek do chladicí vody, které jsou méně škodlivé vodnímu prostředí, a jejich aplikování nejefektivnějším způsobem.


Listopad 2000

129

Kapitola 4

Pokud se jedná o volbu chemických látek, byl učiněn závěr, ţe seřazení úprav (chladicí vody) a chemikálií, které jsou pro tyto úpravy pouţity, je obtíţné, pokud to je vůbec moţné 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 můţe být povaţován za BAT. Takový přístup je nabízen v tomto dokumentu BREF a sestává z nástroje, který můţe pomoci při prvním seřazení zvolených chemikálií, a přístupu pro posouzení chemikálií, přiřazení poţadavků chladicí soustavy k poţadavkům 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 pouţití 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 sníţených hladin koncentrací. Totéţ platí pro pouţívání biocidů pro kondicionování (chladicí vody) v recirkulačních (chladicích) soustavách. Při úpravách (chladicí vody) pro tyto (chladicí) soustavy se často pouţívá větší počet (přídavných) látek. Je jasné, ţe některé komponenty nebo látky mohou být identifikovány tak, ţe nejsou BAT, nebo ţe by neměly být vůbec pouţívány. Všeobecný přístup k volbě vhodného biocidu bude zahrnovat lokální aspekty, jako jsou cíle stanovené pro jakost vody přijímací povrchové vody (recipientu).

130

Listopad 2000


Kapitola 4

4.6.3 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 4.6.3.1 Prevence konstrukčním provedením a údrţbou Tabulka 4.6: BAT pro redukování emisí do vody konstrukčním provedením a technikami údrţby Relevantnost

Všechny mokré chladicí soustavy

Kotlový výměník tepla

Kondenzátory elektráren

Kritérium


Poznámky

Odkazy

Pouţití materiálů méně citlivých na korozi

Analýza korozívnosti látek pouţívaných 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

Pouţití Ti (titanu) v kondenzátorech pouţívajících mořskou nebo poloslanou (brakickou) vodu

Redukování citlivosti na korozi

Pouţití slitin, jejichţ 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, jejichţ korozívnost je nízká, Příloha můţe způsobit vytváření XII.5.1 patogenů

Pouţití soustavy automatického Kromě mechanického Příloha čištění můţe 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


Pouţití filtrů k zachycování úlomků pro ochranu výměníků tepla v případech, kde se vyskytuje riziko ucpání

Listopad 2000

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

131

Kapitola 4

Tabulka 4.6: (pokračování/dokončení) BAT pro redukování emisí do vody konstrukčním provedením a technikami údrţby Relevantnost

Průtočná chladicí soustava

Otevřené mokré chladicí věţe

Mokré chladicí věţe s přirozeným tahem

132

Kritérium


Poznámky

Odkazy


Pouţití uhlíkové oceli ve vodních chladicích soustavách, pokud můţe být splněn přídavek na korozi


Pouţití sklolaminátů, obaleného ţelezobetonu nebo uhlíkové oceli s (ochranným) povlakem v případě podzemních potrubí


Pouţití Ti (titanového) potrubí pro kotlový výměník tepla ve vysoce korozívním prostředí, nebo pouţití nerezavějící oceli vysoké jakosti s podobnými parametry

Redukování znečišťování v podmínkách slané vody

Pouţití výplně, která má schopnost dosáhnout malého znečišťování, s podpěrnou konstrukcí pro velkou zátěţ

Příloha IV.4

Předcházení vzniku nebezpečných látek v důsledku úpravy proti znečištění

Úprava dřevěných částí pouţitím CCA nebo nátěrových hmot obsahujících TBTO není BAT

Část 3.4 Příloha IV.4

Redukování úpravy proti znečišťování

Pouţití výplně, která bere v úvahu jakost lokální (místní) vody (např. vysoký obsah pevných látek, kotelní kámen)

Příloha XII.8.3

Listopad 2000

Ne pro brakickou (poloslanou) vodu

Příloha IV.1

Příloha IV.2

Ti (titan) ne v redukčním prostředí, můţe být nutná Příloha IV.2 optimalizovaná kontrola bioznečištění


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 pouţití přídavných látek


Poznámky

Odkazy Část 3.4 a Příloha XI.7.3

Monitorování a kontrola chemie chladicí vody Pouţití těchto látek není BAT:

Všechny mokré (chladicí) Pouţití méně nebezpečných soustavy chemikálií

    

Průtočná chladicí soustava a otevřené mokré chladicí věţe

Průtočná chladicí soustava

sloučeniny chromu sloučeniny rtuti organokovové sloučeniny (např. organociničité sloučeniny) merkaptobenzothiazol šoková úprava biocidními látkami jinými neţ chlor, brom, ozon a H2O2

Část 3.4/ Příloha VI

Cílová dávka biocidu

Monitorovat makroznečištění za účelem optimalizování dávky biocidu

Omezené pouţívání biocidů

Při teplotě mořské vody pod (10 – 12) ˚C ţádné pouţívání biocidů

V některých oblastech můţe být potřeba provést úpravu v zimě (přístavy)

Příloha V

Redukování emise FO

Vyuţití kolísání dob zdrţení a rychlostí vody s přidruţenou hladinou FO a FRO 0,1 mg/l na výstupu

Není pouţitelné 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 průběţné chlorování mořské vody

Denní (24 h) průměrná hodnota

Příloha XI.3.3.2


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


FO nebo FRO ≤ 0,5 mg/l na výstupu pro přerušované a nárazové (šokové) chlorování mořské vody

Redukování mnoţství sloučenin Průběţné chlorování vytvářejících OX ve sladké vodě není BAT ve sladké vodě


Listopad 2000

Příloha XI.3.3.1.1

Hodinová průměrná hodnota v rozsahu jednoho dne pouţívaná pro poţadavky kontroly procesu

Příloha XI.3.3.2

Kapitola 3.4 Příloha XII

133

Kapitola 4

Tabulka 4.7: (pokračování/dokončení) BAT pro redukování emisí do vody optimalizovanou úpravou chladicí vody Relevantnost

Kritérium Redukování mnoţství chlornanu

Redukování mnoţství biocidu a redukování Otevřené mokré odkalování chladicí věţe Redukování emise rychle hydrolyzujících biocidů

Aplikování ozonu

4.7


Poznámky

Odkazy

Provozovat při 7 ≤ pH ≤ 9 chladicí vody

Příloha XI

Pouţití biologické filtrace bočního/vedlejšího proudu je BAT

Příloha XI.3.1.1 Část 3.4

Dočasně uzavřít odkalování po dávkování Posouzení celkových nákladů ve srovnání Hladiny úpravy ≤ 0,1 mg/l O3/l s aplikováním jiných biocidů

Příloha XI.3.4.1

Redukování emisí do vzduchu

4.7.1 Všeobecný přístup Vzduchovým emisím z chladicích věţí poměrně nebylo věnováno mnoho pozornosti s výjimkou účinků vytváření parních vleček. Na základě některých uveřejněných údajů je učiněn závěr, ţe hladiny emisí do vzduchu jsou všeobecně nízké, ale ţe tyto emise by neměly být zanedbávány. Sniţování 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


Kapitola 4

4.7.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.8: BAT pro redukování emisí do vzduchu Relevantnost

Všechny mokré chladicí věţe



4.8

Kritérium


Předcházet tomu, aby parní vlečka dosáhla úrovně země

Emise parní vlečky v dostatečné výšce a s minimální rychlostí vypouštěného vzduchu na výstupu z věţe

Předcházet vytváření parní vlečky

Pouţití hybridní techniky nebo jiných technik potlačujících vytváření parní vlečky jako je přihřávání vzduchu

Pouţití méně nebezpečných materiálů

Pouţití azbestu, nebo dřeva konzervovaného pouţitím CCA (nebo podobné látky) nebo pouţitím TBTO není BAT

Takové konstrukční provedení a umístění vývodu z (chladicí) Předcházet věţe, které předchází riziku ovlivňování jakosti nasávání vzduchu (odváděného vnitřního vzduchu z chladicí věţe) soustavami klimatizace vzduchu Redukování ztráty unášením

Pouţití eliminátorů unášení se ztrátou < 0,01 % celkového recirkulačního proudění

Poznámky

Odkazy

Kapitola 3.5.3

Vyţaduje lokální posouzení (městské oblasti, doprava)

Kapitola 3.5.3

Kapitola 3.8.3 Očekává se, ţe tento problém je méně důleţitý pro velké chladicí věţe s přirozeným tahem, jejichţ výška je značná

Část 3.5

Zachovávat nízký odpor Část 3.5 proudění vzduchu a XI.5.1

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 pouţita pro sníţení 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, coţ sniţuje celkovou energetickou účinnost chladicí soustavy. Definitivní volba techniky redukování hluku bude individuální záleţitostí, stejně tak jako z toho vyplývající přidruţená hladina výkonnosti. Následující opatření a minimální hladiny redukování se povaţují za BAT.


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 věţe s přirozeným tahem

Kritérium


Přidruţené 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 věţe

Např. pouţitím zemní bariéry nebo stěny tlumící hluk

< 10 dB(A)

Část 3.6

Redukování hluku ventilátoru

Pouţití ventilátoru s nízkým hlukem, jehoţ charakteristiky jsou např.: – –

Část 3.6

ventilátory s větším průměrem zmenšená obvodová rychlost (≤ 40 m/s)

< 5 dB(A) Část 3.6

Chladicí věţe s umělým tahem (ventilátorové) Optimalizované Dostatečná výška nebo konstrukční instalování tlumičů hluku provedení difuzoru Redukování hluku

4.9

Odkazy

Pouţití opatření pro tlumení hluku na přívodu a vývodu

Variabilní

Část 3.6

≥ 15 dB(A)

Část 3.6

Redukování rizika únikŧ v dŧsledku netěsností

4.9.1 Všeobecný přístup Pro redukování rizika únikŧ v dŧsledku netěsností musí být věnována pozornost konstrukčnímu provedení výměníku tepla, nebezpečnosti látek pouţívaných v procesu a uspořádání chlazení. Mohou být pouţita následující všeobecná opatření k redukování výskytu únikŧ v dŧsledku netěsností:  volba materiálu pro zařízení mokrých chladicích soustav podle jakosti pouţívané vody;  provozování (chladicí) soustavy podle jejího konstrukčního provedení;  pokud je vyţadována 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


Kapitola 4

4.9.2 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT Tabulka 4.10: BAT pro redukování rizika únikŧ v dŧsledku 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 Pouţití technologie svařování trubkovnice

Technické řešení pro vyšší ΔT na základě „případ-od-případu―

Odkazy

Příloha III

Příloha III.1 Svařování není vţdy pouţitelné

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

Okamţitá opatření v případě netěsností

Příloha VII

Počet bodů podle VCI 5 – 8

Přímá soustava P chladicí vody = P procesu a automatické analytické monitorování


Příloha VII

Počet bodů podle VCI ≥ 9

Přímá soustava P chladicí vody > P procesu a automatické analytické monitorování


Příloha VII


Přímá soustava s výměníkem tepla z vysoce antikorozívního materiálu/automatické analytické monitorování

Automatická opatření v případě netěsností

Příloha VII


Změna technologie – nepřímé chlazení – recirkulační chlazení – vzduchové chlazení

Příloha VII

Chlazení nebezpečných látek

Monitorování chladicí vody se provádí vţdy

Příloha VII

Pouţití preventivní Kontrola/inspekce pomocí údrţby vířivých proudů Recirkulační chladicí soustavy

Poznámky

Chlazení nebezpečných látek

Jsou k dispozici jiné nedestruktivní techniky kontroly/inspekce

Trvalé monitorování odkalované vody

1) Pro kondenzátory není tabulka pouţitelná


Listopad 2000

137

Kapitola 4

4.10

Redukování biologického rizika

4.10.1 Všeobecný přístup Pro redukování biologického rizika způsobeného provozem chladicích soustav je důleţité kontrolovat teplotu, pravidelně udrţovat soustavu a předcházet vzniku vodního/kotelního kamene a koroze. Veškerá opatření se více méně nacházejí v rozsahu pracovních postupů dobré údrţby, které by se vztahovaly všeobecně na recirkulační mokré chladicí soustavy. Kritičtější okamţiky jsou období uvádění do činnosti, kdy provoz (chladicích) soustav není optimální, a období nečinnosti pro uskutečnění opravy nebo údrţby. V případě nových (chladicích) věţí 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 rŧstu

Chladicí soustava

Všechny mokré recirkulační chladicí soustavy

Otevřené mokré chladicí věţe

138

Kritérium


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), kdyţ vstupují dovnitř prostoru chladicí věţe

Listopad 2000

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


Kapitola 5

5 5.1

ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ Časové rozvrţení 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 pouţívány, byly povaţovány za příliš sloţité, aby byly zahrnuty všeobecným způsobem a byly ponechány mimo tuto práci. Byly sestaveny dva návrhy a předloţeny 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 předloţeny připomínky a nové informace. Konečné zasedání TWG se uskutečnilo ve dnech 29.-31. května 2000 a bylo dosaţeno vysoké úrovně souhlasu (konsensu) pokud se jedná o obsah a také závěry BAT. Byla konstatována všeobecná podpora závěrům BAT ve věci horizontálního charakteru záleţitosti průmyslových chladicích soustav. Odkazy na lokální aspekty a jejich důsledky pro závěry BAT byly solidně prodiskutovány. Optimalizace kondicionování resp. úpravy chladicí vody jakoţto hlavní aspekt provozování chladicích soustav byla také intenzivně prodiskutována. Připomínky a nové informace předloţené 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 pouţit velký počet dokumentů, zpráv a informací od obsluh/operátorů chladicích soustav a od úřadů a institucí, stejně tak jako od dodavatelů zařízení a chemikálií (pouţívaných pro úpravu) chladicí vody. Z těchto dokumentů mohou být povaţovány za všeobecné základní kameny tm001 (NL), tm056 a tm132 (Power Industry = energetický průmysl) a tm139 (dodavatelé zařízení). Jiné předloţené informace byly více zaměřeny na konkrétní problematiky ţivotního 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, ţe interní management tepla, volba a provoz chladicí soustavy a z toho vyplývající emise do ţivotního prostředí se sebou přímo souvisí. Nicméně proces BREF nebyl schopen identifikovat příklady, které poskytují kvantifikovanou ilustraci tohoto principu a budoucí BREF by mohl mít uţitek z dalšího zkoumání. V rozsahu technické pracovní skupiny (TWG) jednoznačně existuje souhlas, ţe BAT pro chladicí soustavy je přístup, v jehoţ rozsahu můţe být identifikováno mnoţství specifických technik. Je to komplexní problematika, která zahrnuje termodynamické principy a vzájemné působení s charakteristikami procesu. Je zřejmé, ţe BAT pro chladicí soustavy představuje rovnováhu poţadavků průmyslového procesu, který má být ochlazován, konstrukčního provedení a provozování chladicí soustavy a nákladů. Za tímto účelem je vyvinut přístup BAT


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, ţe redukční opatření v jiţ existujících chladicích soustavách mají tentýţ cíl (jako redukční opatření, specifikovaná pro nová chladicí zařízení). Jinými slovy vyjádřeno platí tentýţ přístup, ale je jasné, ţe volitelné moţnosti pro redukování jsou v existujících chladicích soustavách omezeny. Proces výměny informací umoţnil identifikovat mnoţství technik, které mohou být povaţovány za přístup BAT na všeobecné úrovni, jak je uvedeno v Kapitole 4. Nicméně bylo obtíţné stanovit techniky, které spadají pod primární přístup BAT pro chladicí soustavy. Zdá se, ţe existuje neochota identifikovat specifické redukční techniky v rámci horizontální problematiky, kde všeobecné aplikování nemusí být tak samozřejmé. Pokud se jedná o změnu technologie s přidruţeným redukováním resp. přidruţeným sníţením emisí, nebyly učiněny dostupnými ţádné podrobné informace o praktických příkladech k ilustrování potenciálu pro zlepšení, přičemţ se uznává, ţe identické změny provedené v podobných chladicích uspořádáních by stále ještě mohly mít rozdílné hladiny přidruţeného redukování emisí. Porovnání výkonnosti (chladicích) soustav by vyţadovalo 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 záleţitosti přidruţené k provozování průmyslových chladicích soustav, které jsou v rozsahu tohoto dokumentu, důraz je kladen převáţně na redukování emisí do vodního prostředí. Bylo uvedeno několik údajů, které jsou povaţovány za reprezentativní a doporučuje se (sestavit) seznam, aby bylo moţné poskytnout lepší představu, která by mohla poslouţit jako „výšková značka― („benchmark“) pro výsledky (budoucích) technik pro redukování (emisí). Technická pracovní skupina (TWG) povaţuje volbu přídavných látek chladicí vody za důleţitou 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 povaţuje obě dvě představy za cenné nástroje, ale pojetí s vyuţitím „výškové značky― („benchmark“) (příloha VIII.1) je stále ještě teoretický model a bude vyţadovat další zkoumání. Emise z mokrých chladicích věţí do vzduchu mohou obsahovat chemické látky nebo bakterie, ale společný názor v technické pracovní skupině (TWG) byl takový, ţe je k dispozici jenom velmi málo údajů. Pro identifikaci jejich důleţitosti by bylo potřebné provést přesné měření za účelem kvantifikace emisí, daných spolehlivých reţimů 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 věţích jako důsledek několika nedávných vypuknutí choroby/nemoci legionářů. Proto relativně rozsáhlá část (tohoto dokumentu) věnuje pozornost tomuto aspektu. Na základě předloţených informací je jasné, ţe 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 kaţdodenní údrţbu. Nebyla stanovena maximální hladina přijatelnosti jednotek vytvářejících kolonii (CFU) v chladicích soustavách s přidruţeným nízkým rizikem. V současné době není jasné, zda taková hladina můţe být identifikována a další práce v budoucnosti můţe 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 povaţovány za nově vzniklé. Jejich aplikování a environmentální souvislosti ještě budou muset být posouzeny. Příkladem těchto technik je nádrţ/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


Odkazy

ODKAZY NA LITERATURU [Připomínka-1, ..] Informace předloţené 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, pouţití a instituce v Evropě, Souhrnná zpráva a vertikální záleţitosti, 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. Naráţení 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 přeţití mladých ryb strţených 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. shromáţdění Kruhu chemiků elektráren. KEMA-memorandum 82-12 MO-biol. [KEMA, 1992] KEMA, 1992. Odběr vzorků strţených 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., Pouţívání 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 ţivotní prostředí. Edit. KEMA, na objednávku RIZA (Arnhem (NL), 1996).


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 ţivotního prostředí, Komise pro odpadní teplo (edit.). Odpadní teplo – sniţování, vyuţití, 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 věţe 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 věţí z NPF (národní energetická výplň? „National Power Fill―), VGB Kraftswerkstechnik 75, sešit 9 (strany číslo 829 aţ 833). [tm036, Wilsey, 1997] Wilsey, C.A., Alternativní úprava vody pro chladicí věţe. 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 věţí. ASHRAE Journal, 1996. [tm040, Schulze-Robbecke a Richter, 1994] Schulze-Röbbecke, R.,Richter, M., Vznik legionellových infekcí a jejich zabránění pomocí chladicích věţí a recirkulačních/zpětných chladicích soustav/zařízení, GI Zdravotnický inţenýr – Domácí technika – Stavební fyzika – Environmentální technika 115, 1994 (strany 71-77). [tm041, Burger, 1994] Burger, R., Volba správné výplně chladicí věţe, Zpracování uhlovodíku, Srpen 1994 (strany 141 aţ 143). [tm042, Veil and Moses, 1995] Veil, J.A., Moses, D.O., Následky navrhovaných změn procesu čištění vody tepelnými poţadavky 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 věţe — 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 věţe na jakost venkovního vzduchu, Záznamy z výročního zasedání ASHRAE, Svazek 100, část 2 (strany 612-620).

142

Listopad 2000


Odkazy

[tm056, Caudron, 1991] Caudron, L., Vzduchové průmyslové chlazení, vydání Eyrolles, Paříţ (1991). [tm059, Mortier, 1995] Mortier, R., Předběţná úprava a odsolování kontaminované a brakické povrchové vody reverzní osmózou, Jednání na sympóziu o vodě 1995 (strany 144 aţ 158), Breda (NL). [tm059, Paping, 1995] Paping, L.L.M.J., Úspory energie čistýni chladiči, Jednání na sympóziu o vodě 1995 (strany 23 aţ 47), Breda (NL). [tm061, Eurovent/Cecomaf, 1997] Eurovent/ (WG 9, Chladicí věţe), Akustika chladicí věţe s umělým tahem, praktický návod, Paříţ, 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 moţnosti úpravy vody a úvahy vztahující se na opětovné pouţití vody, Národní sdruţení 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 pouţití odpadního proudu chladicí vody jako přídavné vody pro chladicí věţ, Výroční zasedání Institutu pro chladicí věţe 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 aţ 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.


Listopad 2000

143

Odkazy

[tm072, Berbee, 1997] Berbee R.P.M., Hoe omgaan met actief chloor in koelwater? (Jak pouţívat 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 ţivotního prostředí U.K. [tm082, Mittendorf, 1990] Mittendorf, E.D., Odstranění azbestové papírové výplně z velkých průmyslových chladicích věţí. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věţe v roce 1990, (Houston Texas (USA), 1990). [tm083, Adams a Stevens] Adams, S. and Stevens, J., Strategie pro zlepšení ekonomie chladicí věţe. Pojednání uveřejněné na výročním zasedání Institutu pro chladicí věţe 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 věţe 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 věţe 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 věţe 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 věţe v roce 1994, (Houston Texas (USA), 1994). [tm091, Little a jiní, 1994] Little D. A., Mitchell WA., E.S. Lawson, Kontrola koroze ţelezných kovů v chladicí vodě novými fosfonátovými inhibitory koroze. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věţe 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 věţe v roce 1994, (Houston Texas (USA), 1994). [tm093, Mirsky, 1995] Mirsky, G.R., Hluk chladicí věţe. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věţe 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 věţe v roce 1995, Fort Worth (Texas (USA), 1995).

144

Listopad 2000


Odkazy

[tm095, Cunningham, 1995] Cunningham, R.J., Maximalizace cyklů koncentrace chladicí věţe. Pojednání, které bylo uveřejněno na výročním zasedání Institutu pro chladicí věţe 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 věţe v roce 1995, Fort Worth (Texas (USA), 1995). [tm97, Immell, 1996] Immell, W.F., Pohony ventilátorů s měnitelnými otáčkami pro chladicí věţe. Pojednání uveřejněné na výročním zasedání Institutu pro chladicí věţe v roce 1996, (Houston Texas (USA), 1996). [tm101, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Hybridní chladicí věţe, Ratingen (D), 1996. [tm102, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Chladicí věţe s přirozeným tahem – přirozené dobré řešení, Ratingen (D), 1996. [tm103, BDAG, 1996] Balcke Dürr AG, Mokré chladicí věţe s umělým tahem – chladicí vzduch je dodáván výkonem ventilátoru, Ratingen (D), 1996. [tm104, Tesche, 1997] Tesche, W., Volba kritérií pro různé typy chladicích věţí, 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 věţích pro pouţití 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 věţe 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 věţí s přirozeným tahem nahrazením chladicích konstrukcí z azbestocementu konstrukcemi z umělých hmot, elektrárna a ţivotní prostředí, 1993 (strany 112 aţ 117). [tm123, Alt a Mäule, 1987] Alt, W. and R. Mäule, Hybridní chladicí věţe v ekonomickém porovnání s mokrými a suchými chladicími věţemi, VGB Kraftwerkstechnik 8, (strany 763 aţ 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.


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, Nepřetrţité chlorování za účelem omezování/kontroly patogenicky volně ţijících améb/měnivek v uzavřených okruzích elektrárny, The Environmental Professional (asi název periodika, pozn.), svazek 19, 1997 (strany 192 aţ 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 aţ 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 pouţití chladicí vody v průmyslových procesech: Minimalizace environmentálního dopadu způsobeného chladicími soustavami, J. Cleaner Production (asi název periodika, pozn.) svazek 4, číslo 1, strany 21 aţ 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 pouţití nádrţí/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 pouţitím hybridního tekutinového chladiče HXI, Informační broţura/příručka, Heist-op-den-Berg (B), 1999. [tm152, Taft, 1999] Taft, E.P., Technologie ochrany ryb: Zpráva o stavu této záleţitosti. Výzkumná laboratoř Alden Inc., Holden (USA), 1999.

146

Listopad 2000


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 aţ 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 pouţitím rozstřikovacích nádrţí/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 pouţitím 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 aţ 2, 1998, ISSN: 1147-9213. [tm158, VGB, 1998] VGB, Směrnice VGB, Sniţování hlučnosti v tepelných elektrárnách, VGB-R 304, duben 1998. [tm159, KEMA/EPON, 1993] KEMA na objednávku N.V. EPON, Zpráva o účinku na ţivotní 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 neţ teplo‖. (Chladicí soustavy. ―Chlazení je víc neţ jen záleţitost 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 aţ 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 aţ 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 aţ 228.


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


Přílohy

PŘÍLOHY


Listopad 2000

149

Přílohy

Obsah PŘÍLOHA I TERMODYNAMICKÉ PRINCIPY …………….…………………………..…. 155 I.1 Předávání tepla v kotlovém výměníku tepla ……………………………………………………….. 155 I.2 Přiblíţení ………………………………………………………………………………………....…. 156 I.3 Kapacita/výkonnost výměníku tepla ……………………………………………………………….. 157 I.4 Teplota vlhkého a suchého teploměru …………………………………………………………….... 158 I.5 Vztah mezi předáváním tepla a teplosměnnou plochou ……………………………………………. 158 PŘÍLOHA II PRINCIP ÚSPORY ENERGIE OPTIMALIZOVANÝM CHLAZENÍM ……. …… 161 II.1 Předmět přílohy …………………………………………………………………………………….. 161 II.2 Souhrn závěrů …………………………………………………………………………………….… 161 II.3 Úvod ………………………………………………………………………………………………... 162 II.4 Výpočty …………………………………………………………………………………………..… 164 II.4.1 Principy ………………………………………………………………………………….... 164 II.4.2 Mnoţství chladicí vody ↑ …………….………………………………………………….... 166 II.4.3 Mnoţství 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 dosaţeného pouţitím 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 pouţitím chladnější chladicí vody ……………………. 176 II.7.1 Pobřeţní voda versus chladicí věţe …………………...………………………………….. 176 II.7.2 Říční voda versus chladicí věţe …………………………………………………………... 176 II.7.3 Podzemní voda versus chladicí věţ ….…………………………………………………… 177 II.8 Dodatek k environmentálním dopadům ……………..…………………………………………...… 177 PŘÍLOHA III KOTLOVÉ VÝMĚNÍKY TEPLA PRO PRŦMYSLOVÉ PRŦTOČNÉ CHLADICÍ SOUSTAVY A VÝSKYT ÚNIKŦ NETĚSNOSTMI ……………………………………………….…...…. 179 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 PRŦMYSLOVÝCH (NE-ELEKTRÁRENSKÝCH) POUŢITÍCH ……………………………….....…. 185 IV.1 Úvod ………………………………………………………………………………………………... 185 IV.2 Přímé průtočné soustavy (s brakickou vodou) …...………………………………………………… 186 IV.3 Nepřímé průtočné soustavy (brakická voda/demin-voda) ……..………………………………...… 188 IV.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy …………………………………………………………… 189 IV.4.1 Pouţití sladké vody v otevřené mokré chladicí věţi ……………………………………… 189 IV.4.2 Pouţití slané vody v otevřených mokrých chladicích věţích …………………………..… 189 PŘÍLOHA V PŘEHLED CHEMIKÁLIÍ PRO KONDICIONOVÁNÍ VODNÍCH CHLADICÍCH SOUSTAV ………………………………………………………………………………………………..…… 191 V.1 Inhibitory koroze …………………………………………………………………………………… 191 V.1.1 Koroze …………………………………………………………………………………..… 191 V.1.2 Pouţívané inhibitory koroze ………...………………………………………………….… 191 V.2 Inhibitory kotelního kamene ……………………………………………………………………..… 192 V.2.1 Tvorba kotelního kamene ……………………………………………………………….… 192 V.2.2 Pouţívaná inhibice kotelního kamene …………………………………………………..… 192

150

Listopad 2000


Přílohy

V.3

Inhibitory znečištění (dispergovadla) …………………………………………………..…………... 193 V.3.1 Znečištění …………………………………………………………………………………. 193 V.3.2 Pouţívané inhibitory znečištění ……...…………………………………………………… 194 V.4 Biocidy …………………………………………………………………………………………...… 194 V.4.1 Bioznečištění ……………………………………………………………………………… 194 V.4.2 Pouţívaná biocidní úprava ……...………………………………………………………… 197 V.4.3 Oxidační biocidy ………………………………………………………………………..… 197 V.4.4 Neoxidační biocidy ……………………………………………………………………..… 199 V.4.5 Faktory určující pouţití biocidů ………………………………………………………...… 200 V.4.6 Vzájemné působení s jinými chemikáliemi pro úpravu vody …………………………….. 202 V.5 Cykly koncentrace a rovnováha vody …………………………………………………………….... 202 PŘÍLOHA VI PŘÍKLAD LEGISLATIVY V EVROPSKÝCH ČLENSKÝCH STÁTECH ………….. 205 PŘÍLOHA VII PŘÍKLAD KONCEPCE BEZPEČNOSTI PRO OTEVŘENÉ MOKRÉ CHLADICÍ SOUSTAVY (KONCEPCE VCI) ……………………………………………………………...………..…… 209 VII.1 Úvod do koncepce ………………………………………………………………………………….. 209 VII.2 Poţadavky koncepce ……………………………………………………………………………….. 211 VII.3 Dodatek 1 – Automatické analytické monitorování průtočných chladicích soustav ………………. 213 VII.4 Dodatek 2 – R-formulace pouţité 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 věţí …………………………………………. 222 VIII.1.3.1 Základní rovnice chladicích věţí …………………………………………... 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 záleţitosti ………………………………………………………………………. 232 VIII.2.3 Příklad navrhované metody lokálního posouzení …………………………………….… 235 PŘÍLOHA IX PŘÍKLAD MODELU PRO ODHADOVÁNÍ EMISÍ BIOCIDŦ V ODKALOVANÉ VODĚ ……………..……………………………………………………………………………………...…… 239 PŘÍLOHA X INVESTIČNÍ NÁKLADY A PROVOZNÍ NÁKLADY ZAŘÍZENÍ A ČÁSTÍ CHLADICÍCH SOUSTAV PRO NE-ELEKTRÁRENSKÁ POUŢITÍ ………………………………...… 241 PŘÍLOHA XI PŘÍKLADY TECHNIK, KTERÉ SE POSUZUJÍ PŘI PRIMÁRNÍM PŘÍSTUPU BAT PRO PRŦMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY ……………………………………… 247 XI.1 Úvod ………………………………………………………………………………………………... 247 XI.2 Úspory chladicí vody pomocí opětovného pouţití vody …………………………………………… 247 XI.2.1 Opětovné pouţití (odpadní) vody jako přídavné vody pro chladicí věţ …….………..… 248 XI.2.2 Soustava s nulovým vypouštěním ………………………………………………………. 249


Listopad 2000

151

Přílohy

XI.2.3 Rozstřikovací nádrţe 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 pouţití 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 reţimy kondicionování pro získání optimálního ročního celkového pouţití 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 pouţitím 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 věţe …………………...……… 270 XI.3.4.6 Stabilizující halogenované biocidy ve vodě chladicí věţe ………………...…... 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 věţích …………………………………………………..… 274 XI.3.5 Úprava vypouštěné chladicí vody ……………………………………………………….... 275 XI.4 Pohony s měnitelným kmitočtem pro sníţení spotřeby energie ……………………………………. 276 PŘÍLOHA XII ZVLÁŠTNÍ POUŢITÍ: ENERGETICKÝ PRŦMYSL …..…..…………………...…..… 277 Shrnutí …………………………………………………………………………………………………...… 277 XII.1 Úvod ……………………………………………………………………………………………...… 277 XII.2 Chladicí soustavy elektráren – principy a připomínky ………………………………………….….. 278 XII.3 Moţné 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 moţné škodlivé účinky vyplývající z volby některých chladicích soustav ………….. 286 XII.4 Předběţná 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 věţe …………………………………..... 291 XII.5.4 Chladicí věţe s vypouštěním vyčištěných kouřových plynů …………………………...… 291 XII.6 Porovnání nákladů mezi různými typy chladicích věţí ………………………………………..… 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

152

Listopad 2000


Přílohy XII.8.2 Konstrukční provedení a opatření pro redukování hluku ……………………….…. 297 XII.8.3 Implementace fyzikálních metod ……………………………………………….…. 297 XII.8.4 Modelování a pilotní zkoušky ……………………………………………..…….… 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 pouţití …………………………………... 158 Tabulka I.4 Účinky principu chlazení na výkon/kapacitu, přiblíţení 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 dosaţitelné nejniţší 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 moţným chladnějším zdrojem chladicí vody …………………………..... 177 Tabulka IV.1 Rychlost chladicí vody a typ materiálu ……………………………………………………..… 185 Tabulka IV.2 Materiály pouţité pro čerpadla brakické vody …………………………………...………...…. 186 Tabulka IV.3 Materiály pouţité 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 běţně pouţívaných oxidačních biocidů v několika evropských členských státech …………………………………………………..… 198 Tabulka V.3 Odhadované míry spotřeby v některých evropských členských státech některých běţně pouţívaných neoxidačních biocidů v kg/rok …………………………………………... 200 Tabulka VII.1 Počet bodů pro systém R-formulací k výpočtu celkového počtu bodů pro látky, které jsou pouţívány v procesu ………………………………………………………… 210 Tabulka VII.2 Poţadavky bezpečnostní koncepce VCI na technologii chlazení …………………………..… 211 Tabulka VII.3 Popis R-formulací pouţitých 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 pouţití kromě elektráren (1993 – 1995) …………………………………………………………….. 244 Tabulka XI.1 Investiční náklady a cena energie na MWth pro rozstřikovací nádrţe pro chlazení chladicí vody a pro chladicí věţe ……………………………………………………….…..… 251 Tabulka XI.2 Fyzikální techniky pro minimalizaci pouţívání biocidu ……………………………………… 257 Tabulka XI.3 Vliv pouţití reţimu 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 pouţitého 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 ţivotnosti 25 let a poměrem aktualizace 8 % (studie pro jednotky EDF o výkonu 1 300 MW e) ……………..... 293 Tabulka XII.4 Porovnání mokrých chladicích věţí a vzduchem chlazeného kondenzátoru s dobou ţivotnosti 20 let a poměrem aktualizace 8 % pro jednotky 290 MW th 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


Listopad 2000

153

Přílohy

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 sníţením teplotního gradientu znečišťující vrstvy jakoţ i pouţitím 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 normy Sdruţení výrobců trubkových výměníků (tepla))………………….……. …………………………………………………………….. 181

Obrázek V.1:

Rovnováha chladicí věţe a pevných látek pro odpařovací chladicí soustavu pouţívající chladicí věţ………………………………………………………………….….. ……………….. …203

Obrázek V.2: Obrázek VIII.1: Obrázek VIII.2: Obrázek VIII.3:

Sníţení průtoku přídavné vody koncentrací v odpařovací chladicí soustavě …………...…... 203 Materiálová rovnováha chladicí věţe …………………………………………………….…. 222 Kombinovaný přístup pro posouzení biocidů chladicí vody pro existující zařízení ………... 234 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 věţ ……………………………………………………………………….…. 306 Průtočné chlazení s chladicí věţí ………………………………………………………….… 307 Recirkulační chlazení ……………………………………………………………………….. 307 Chladicí věţ s umělým tahem (výtlačné ventilátory) ……………………………………….. 308 Chladicí věţ s umělým tahem (sací ventilátory, článková konstrukce) …………………….. 308 Chladicí věţ s umělým tahem (výtlačné ventilátory, článková konstrukce) ………………... 309 Hybridní chladicí věţ …………………………………………………………………….…. 309 Vzduchem chlazený kondenzátor s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu …. 310 Vzduchem chlazený kondenzátor s přirozeným tahem vzduchu …………………………..... 310 Uzavřená recirkulační chladicí věţ s nepřímým suchým chlazením …….……………….... 311 Chladicí věţ 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 ………………………………… 31

154

Listopad 2000


Příloha 1

PŘÍLOHA I

TERMODYNAMICKÉ PRINCIPY

Kaţdá změna v průmyslové chladicí soustavě můţe potenciálně mít vliv na proces výměny tepla. Při aplikování (přístupu) BAT na průmyslové chladicí soustavy musí být posouzeny důsledky na chladicí proces taky pouţitím 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 můţe 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 můţe určit pouţitím 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 pouţívají ţebrované 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 důleţitá, jestliţe 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 pouţívání výměníku (tepla) se odpor pro předávání tepla zvětšuje. Pro účely pouţití 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 niţší 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 věţ) 3 000 – 6 000 Lehké uhlovodíky 5 000 Těţké uhlovodíky 2 000


Listopad 2000

155

Příloha 1

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 moţné 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 moţné popsat následující rovnicí: Q = ma‘ * ΔH Q předané teplo ma‘ hmotnost vzduchu ΔH rozdíl entalpie Pomocí výše uvedených rovnic je moţné 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, ţe suché chlazení vyţaduje čtyřikrát více vzduchu neţ mokré chlazení. Jinak vyjádřeno, pro suché chlazení se poţaduje větší teplosměnná plocha.

I.2

Přiblíţení

Pro chladicí soustavu je vţdy důleţité 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) pouţitého v procesu na výstupu z výměníku tepla a teplotou chladiva (vody nebo vzduchu), které je přiváděno do výměníku tepla, jehoţ základem je protiproudové konstrukční provedení. Tento teplotní rozdíl se nazývá přiblížení. Pro mokré chladicí věţe je přiblíţení definováno jako rozdíl mezi teplotou vlhkého teploměru vzduchu a teplotou chladiva, které je odváděno z (chladicí) věţe. Pro suché chladicí věţe je přiblíţení definováno jako rozdíl mezi teplotou suchého teploměru vzduchu a teplotou chladicí látky (chladiva), která je odváděna z (chladicí) věţe. Chladicí soustava je navrţena, resp. konstrukčně provedena tak, aby splnila specifikace v průběhu celého roku. Samozřejmě, pokud teplota vody a teplota vzduchu jsou nízké, poţadavky se splní snadno. Ale vyšší teploty mohou způsobit problémy jak pokud se jedná o provoz (zařízení), tak i pokud se jedná o ţivotní prostředí. Prostřednictvím trvalého sniţování průtoku v procesu, nebo trvalého zvyšování mnoţství chladicího média resp. chladicí látky mohou být teplotní specifikace nakonec splněny. Nicméně existují konstrukční omezení pro tento přístup. Soustavy (chlazení) jsou často navrţeny takovým způsobem, ţe specifikace smí být překročeny nejvíce o 5 %, nebo o ještě menší hodnotu, během celého roku.

156

Listopad 2000


Příloha 1

V případě vodního chlazení se pouţívá minimální přiblíţení přes výměník tepla v rozsahu 3 K aţ 5 K. Mohou být dosaţeny niţší hodnoty, ale vyţaduje to větší a tudíţ nákladnější teplosměnné plochy. Při pouţití většího počtu výměníků tepla v chladicí soustavě musí být rozdílná jednotlivá přiblíţení sečtena a čím je větší počet výměníků tepla, tím vyšší je (celkové) přiblíţení. V případě chladicích věţí se často pouţívá přiblíţení teploty 7 K aţ 15 K. V případě kondenzátorů v elektrárnách se místo termínu přiblíţení pouţívá 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 můţe uskutečnit kondenzace, se musí sečíst koncový rozdíl a zvýšení teploty chladicí vody. V případě, kdy je pouţita chladicí věţ, se musí rovněţ připočíst přiblíţení této (chladicí) věţe. Praktické zkušenosti v případě kondenzátorů ukazují minimální koncové rozdíly v rozsahu 3 K aţ 8 K, coţ také závisí na velikosti faktoru zanesení [tm056, Caudron, 1991]. Minimální koncová teplota, která můţe být dosaţena chladicí soustavou, se určí přiblíţením chladicí soustavy a konstrukční teplotou, která závisí na klimatických podmínkách předmětného místa.

I.3 Kapacita/výkonnost výměníku tepla Kapacita neboli výkonnost výměníku tepla je mnoţství tepla, které můţe být odejmuto. Poţadovaná 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 uváţit materiálové poţadavky, 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] přičemţ Qi = výkonnost/kapacita uţivatele „i― Voda je v důsledku svých fyzikálních vlastností ideální nosič/přenášeč tepla z důvodu své vysoké tepelné kapacity. Při pouţití vody se vyţadují 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 přibliţně 630 krát větší (H V/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) (předávání citelného tepla (předávání tepla sdílením)) Voda: C = 4 192 (předávání citelného tepla C = 4 182 (předávání tepla sdílením)) Odpařování vody: Hv = 2 502 (předávání latentního tepla) Hv = 2 431


Listopad 2000

J/kg/K J/kg při 10 ºC J/kg při 50 ºC J/kg při 0 ºC J/kg při 30 ºC

157

Příloha 1

I.4 Teplota vlhkého a suchého teploměru Teplota vlhkého teploměru je nejniţší teplota, na kterou můţe být vzduch ochlazen adiabatickým odpařováním. Teplota vlhkého teploměru vţdy leţí 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 důleţitým 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 nejniţší teplota, na kterou můţe být voda ochlazena. V případě mokrých chladicích věţí, 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 (přiblíţení) bude vyţadovat relativně malou plochu, z čehoţ vyplývá kompaktní a finančně efektivní koncepce předávání tepla. Z důvodu niţší kapacity vzduchu pro předávání tepla vyţadují suché chladicí soustavy pro tentýţ chladicí výkon mnohem větší teplosměnné plochy a hnací síly. Tato větší teplosměnná plocha má za následek větší poţadavky na prostor a potenciálně větší investiční náklady proti skutečnosti, resp. ve srovnání s tím, ţe v tomto případě nejsou náklady na vodu, náklady na úpravu chladicí vody a přidruţené environmentální účinky. Poţadovaná 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 přidruţených povrchových ploch různých kombinací chladicí vody a tekutin pouţívaných v procesu.

Tabulka I.3: Koeficienty předávání tepla a odhadované povrchové plochy A (m2) na MW a při 20 K středního teplotního rozdílu pro rŧzná prŧmyslová pouţití [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 těţký 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 zaloţen na celkovém koeficientu výměny tepla U a je míněn jako porovnání. 2. Mělo by být vzato do úvahy, ţe kondenzující páry na kg odvádějí mnohem více tepla, neţ chladicí tekutiny; na MW vypouštěného tepla, proto relativně málo páry zkondenzuje. 3. Q = U.A.ΔT(ln)

158

Listopad 2000


Příloha 1

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 věţ s průměrem chladicího povrchu o 20 % větším měla pouze 47 % kapacity odpařovací chladicí soustavy s přiblíţením 20 K ve srovnání s 12,6 K.

Tabulka I.4: Účinky principu chlazení na výkon/kapacitu, přiblíţení a chladicí povrch chladicí soustavy [132, Eurovent, 1998] Charakteristiky Výkon/kapacita Průměr chladicího povrchu Přiblíţení Teplota (suchý teploměr/vlhký teploměr) Minimální koncové teploty


Suchá chladicí věţ s přirozeným tahem 895 MWth 145 m 20 K 14/10 ºC 34 ºC

Listopad 2000

Mokrá chladicí věţ s přirozeným tahem 1 900 MWth 120 m 12,6 K 11/9 ºC 21,6 ºC

159

Příloha II

PŘÍLOHA II CHLAZENÍM

PRINCIP ÚSPORY ENERGIE OPTIMALIZOVANÝM

[tm059, Paping, 1995]

II.1

Předmět přílohy

V této příloze je posouzena metoda výpočtu potenciálního zachování energie pro případ, kdy se chlazení uskutečňuje při niţších teplotách. Zachování energie je vyjádřeno z hlediska primární energie pouţitím bezrozměrné jednotky kWth/MWth na K teplotního rozdílu v samotném procesu chlazení. Sníţení spotřeby energie je dosaţeno pouţitím inhibitorů, které byly podrobeny standardní zkušební metodě. Tyto inhibitory zajišťují, ţe vodní chladiče zůstávají během letních měsíců čistější. Přímá a nepřímá spotřeba energie vzhledem k volbě kterékoliv z šesti hlavních soustav chlazení ve specifické oblasti můţe být taky vypočítána pouţitím tohoto bezrozměrného čísla.

II.2

Souhrn závěrŧ



V praxi jsou variabilní teplotní gradienty přes znečišťující vrstvy řádově hodnoty 1 K aţ 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



Pouţití účinného způsobu boje proti sníţení 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 kaţdých 100 GWth chlazení v Evropě je potenciál zachování energie 11 PJth ročně 2 na K. Tato hodnota je ekvivalentní sníţení emisí oxidu uhličitého o 700 tisíc tun za rok na K na kaţdých 100 GWth chlazení v Evropě.



Předpokládané energetické důsledky volby kaţdé ze šesti hlavních chladicích soustav jsou ještě více významné. Rozdíl minimální dosaţitelné teploty chladicí vody pro kaţdou ze šesti hlavních vodních chladicích soustav můţe být taky vyjádřen v potřebných energetických nákladech na chlazení. Pro porovnání alternativ konstrukčního provedení můţe být pouţit tentýţ „bezrozměrný― součinitel 3½ kWth/MWth/K.



Pouţití určitých inhibitorů v chladicí vodě má za následek významné úspory energie. Tyto úspory mohou přesáhnout původní energetický obsah přídavných látek několika násobně neţ deset. Environmentální dopad tyto úspory energie úměrně sniţuje.



Zachování energie, které se dosáhne pouţitím 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. Niţší teplota chladiva stejně tak jako pouţití 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, coţ představuje 5,51 barelů na kWth ročně neboli 81 EUR/kWth ročně (Ministerstvo ekonomických záleţitostí, Nizozemsko, převodní tabulka NOVEM pro naftu/plyn).

2

PJth = Pentajoule tepla = 1015 Joule.


Listopad 2000

161

Příloha II

Zvýšení teplotního gradientu = Energetické ztráta Obrázek II.1: Znázornění oblastí potenciální úspory energie sníţením teplotního gradientu přes znečišťující vrstvu a taky pouţitím účinku chladnější chladicí vody ΔΘ znečištění potrubí

ΔΘ vodního filmu

T produktu

Potenciální úspora energie T produktu, minimální energie prostřednictvím BAT

T chladicí vody

Potenciální úspora energie ΔΘ rozdíl volby chladicí soustavy

Kaţdých 0,12 mm = 1 K

II.3

Úvod

V návaznosti na mnoho neformálních kontaktŧ nadnárodních (společností) s pobočkami v Evropě byla v roce 1991 zaloţena skupina pro prŧmyslové 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 prŧmyslového vodního chlazení― ve formě společného projektu, ve kterém se zúčastnili jak dodavatelé těchto inhibitorŧ, tak i jejich zákazníci. Potenciální zachování energie – v kombinaci s redukováním funkčních poruch výrobního procesu dosaţeným pouţitím čistějších výměníků tepla – bylo nejdůleţitějším 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 vţdy doprovázena chlazením; je to nutné, poněvadţ při jakékoliv dané teplotě okolí můţe být z média/látky získáno jen určité maximální mnoţství uţitečné 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, ţe chladiče jsou v průběhu letních měsících čisté, jsou uvedeny v následující tabulce. ___________________ 3

Příručka ASHREA, Svazek příslušenství 1983; Americké sdruţení inţenýrů pro vytápění, chlazení a klimatizaci vzduchu, s.r.o., Atlanta, USA, 1983.

162

Listopad 2000


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 ≈ 10; chladicí pásmo 5 aţ 25 Prŧtočná chladicí voda 5 aţ 25 není relevantní ≈ 10; chladicí pásmo 10 aţ 25 Cirkulující chladicí voda 5 aţ 20 5 aţ 10 s otevřenou mokrou chladicí věţí ≈ 30; chladicí pásmo 20 aţ 60 Uzavřená recirkulační soustava 5 aţ 15 10 aţ 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 vyţadovaná 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 pouţití pro specifické obecné klimatické podmínky předmětného místa uvedené v Tabulce 2.1). Následující tabulka uvádí nejniţší dosaţitelné teploty vody v místě přívodu (vody) pro různé chladicí soustavy během měsíců červenec a srpen v Nizozemsku. V praxi se skutečně pro chlazení téměř nepouţívá ţádná voda z vodovodu nebo podzemní voda. Kromě toho je méně ţádoucí pouţívat tyto druhy vody pro tento účel a v praxi se postupně s jejich pouţíváním přestává. Následně na to lze konstatovat, ţe průtočné vodní chladicí soustavy, které jsou umístěny na (mořském) pobřeţí spotřebovávají nejmenší mnoţství primární energie. Tabulka II.2: Střední dosaţitelné nejniţší vstupní teploty pro rŧzné chladicí soustavy během měsícŧ červenec a srpen v Nizozemsku Chladicí soustava Střední dosaţitelná minimální Poznámky; teplota [ºC] Nizozemsko jako příklad Prŧtočné chlazení: řeka 23 Lokální omezení vypouštění tepla mezními tepelnými hodnotami Mořská voda podél pobřeţí 19 Severní moře 12 ºC pod oblastí směšování voda z vodovodu 15 Cenové náklady podzemní voda 12 Omezené zásoby Otevřená mokrá chladicí věţ 24 Teplota vlhkého teploměru 19 ºC Vzduchové chlazení (pro porovnání) 40 (výsledná teplota) Teplota suchého teploměru 28 ºC ___________________ 4

Ústřední statistický úřad, CBS, Haag


Listopad 2000

163

Příloha II

Kromě toho se spotřeba energie bude zvyšovat v případech, kdyţ budou znečištěny výměníky tepla. Tyto sedimenty ve výměnících tepla mohou být roztříděny na mikroznečištění a makroznečištění. Ucpání zpŧsobené drobnými korýši a měkkýši a jinými tuhými usazeninami, které brání proudění vody trubkami, mŧţe být povaţováno za makroznečištění 5 . Mikrobiální sliz, vodní kámen, usazeniny, které mají za následek vytváření produktŧ koroze na nebo v horkých chladicích trubkách, jsou všechny klasifikovány jako mikroznečištění 6 . Charakteristika společná pro všechny rŧzné formy mechanismŧ 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 kaţdé ze šesti chladicích soustav.

II.4

Výpočty

II.4.1 Principy Prŧmyslové 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) přičemţ λ znečištění = 0,6 W m-1 K-1 (= tepelná vodivost) 7 Tepelná vodivost je chápána jako analogická k řadě odporŧ mezi produktem, který má být ochlazován, stěnou trubky, laminární vrstvou vody a proměnným stupněm znečištění:

1 1 1 1    U celkem αproduktu αstěny trubky αvrstvy

vody



1 αznečištění

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 Kaţdých 0,12 mm = 1 K ___________________ 5 6 7

164

Dánská zkušenost s údrţbou 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.

Listopad 2000


Příloha II

Relativní koeficienty přestupu tepla: Relativní teplotní gradienty:

Dohromady:

Z výše uvedeného vyplývá

Předpokládá se, ţe znečištěné chladiče vody v prŧmyslových zařízeních nemají prakticky ţádný vliv na spotřebu energie v prŧběhu osmi chladnějších měsícŧ v roce. Toto je zaloţeno na nezbytnosti zabránit určitým prouděním (prŧtokŧm) v procesu, aby byly ochlazeny na příliš nízkou teplotu. Továrny resp. provozy musí vţdy udrţovat alespoň jedno čerpadlo chladicí vody v provozu; ventilátor, který byl zastaven, není schopen dalšího redukování své kapacity (svého výkonu). V elektrárnách mohou být dosaţeny úspory v prŧběhu delšího časového období. Nicméně prŧmyslová chladicí zařízení jsou obvykle rozmístěna takovým zpŧsobem, aby ochlazovala celou řadu produktŧ, a z toho vyplývá, ţe je pouţita velká rozmanitost typŧ teplosměnných materiálŧ. Výsledkem této rŧznorodosti (materiálŧ) je, ţe pro prŧmyslová chladicí zařízení je potřeba navrhnout vhodné pouţití inhibitorŧ pro celou jejich sloţitou soustavu, z čehoţ zase vyplývá vyuţívání maximálních přínosŧ vypočítaného uchování energie v prŧběhu jenom čtyř měsícŧ v roce. Z toho vyplývá, ţe výpočty uvedené v této příloze jsou omezeny na toto krátké období, a ţe jsou aplikovatelné pouze na chladicí výkon vodních (chladicích) soustav, které jsou pouţity v prŧmyslových zařízeních. Dŧvodem pro tato omezení je to, ţe chápání přídavných látek do chladicí vody by mohlo být zpochybněno, pokud by do těchto výpočtŧ uchování energie byly zahrnuty taky elektrárny. V praxi je pouţito jedno, nebo je pouţito více „řešení― k nápravě situací, ve kterých konstrukční provedení resp. návrh chladicí soustavy v kombinaci s inhibitorem nejsou schopny poskytovat poţadovaný chladicí výkon v průběhu letních měsíců. (Tato řešení jsou kompromisem mezi zvětšujícím se mnoţstvím 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.


Listopad 2000

165

Příloha II

Kompenzace znečištění prostřednictvím: * většího mnoţství chladicí vody * většího mnoţství 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 Obrázek II.3:

Schematické znázornění hnací síly v rozsahu délky výměníku tepla

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, ţe zvýšený teplotní gradient 1 ºC se stává evidentní tehdy, jakmile tloušťka vrstvy mikrobiálního slizu dosáhne hodnoty řádově ne větší, neţ 0,12 mm. Toto platí taky pro vrstvu kotelního kamene o tloušťce řádově stejné velikosti. Výpočty předpokládají, ţe předávání resp. přestup tepla se sniţuje lineárně s tloušťkou znečištění. Sníţení kapacity resp. výkonnosti výměníku tepla, které je způsobeno prvními 20 % zablokovaných/ucpaných chladicích trubek v důsledku makroznečištění, můţe být kompenzováno zvýšením poţadovaného teplotního gradientu o 1 ºC. Nicméně kaţdá další zablokovaná/ucpaná chladicí trubka bude mít za následek exponenciální zvýšení dalšího poţadovaného teplotního gradientu. Chladicí věţ 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 věţe II.4.2 Mnoţství chladicí vody ↑ V následujícím textu je uveden příklad výpočtu, v němţ zvýšení teplotního gradientu o 1 K přes mikroznečištění je prakticky kompenzováno zvýšením počtu čerpadel chladicí vody. Teplota a průtok produktu a mnoţství 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 kaţdé 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 sníţení kapacity/výkonnosti vyţaduje zvýšenou spotřebu energie 8. Odejmutí stejného mnoţství tepla vyţaduje navíc cirkulaci 10 % chladicí vody (= 20 % zvýšení energie pro čerpadla) pro kompenzaci zvýšeného teplotního gradientu o 1K: ___________________ 8

166

Pompen (Pumps = čerpadla), L.W.P. Bianchi, Stam, Culemborg.

Listopad 2000


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 H Q 2 čerpadla < 2 * Q 1 čerpadlo

Q Q 1 čerpadlo Q 2 výrazu POZNÁMKA: Ve výše uvedené rovnici by pravděpodobně místo čerpadla 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 letní měsíce v roce:

při převedení na roční základ to je 1 kWe/MWth na K II.4.3 Mnoţství chladicího vzduchu ↑ Pouţije se ta stejná chladicí věţ 10 MWth, ale odejmutí stejného mnoţství tepla se nyní dosáhne zvýšením mnoţství chladicího vzduchu, který prostřednictvím ventilátorŧ prochází přes chladič, jako kompenzace pro zvýšení teplotního gradientu o 1 K navíc z dŧvodu 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 ventilátorŧ.


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 prŧtoku ať uţ chladicího vzduchu, nebo chladicí vody vyţaduje stejné roční zvýšení mnoţství energie navíc. II.4.4 Teplota produktu ↑; objem plynu ↑ Přemístění většího objemu plynu;

PV =

znečištěný výměník tepla ›› teplejší

2 kWe/MWth na K 0 ºK 2 ºK

Produkt

Hnací síla

1 ºK

Ochlazování

1 ºK

Délka (výměníku) tepla Obrázek II.5: Změna teplotního gradientu plynného produktu (moly) v protiproudém výměníku tepla v dŧsledku znečištění Předpokládá se, ţe vstupní teplota produktu je konstantní. Znamená to, ţe sníţení výstupní teploty produktu vypouštěného ze znečištěného výměníku tepla bude niţší, neţ v případě čistého výměníku tepla. Teplotní gradient přes znečištění bude prakticky rovnoměrně rozloţený podél celé délky výměníku tepla. Důsledkem těchto dvou účinků bude redukovaný teplotní pokles produktu na výstupu ze znečištěného 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 mnoţství) větší, neţ je energetický obsah produktu, který má být ochlazován, bude vykazovat konvergentní teplotní profily na výstupní straně výměníku tepla. Redukované sníţení teploty na výstupní straně produktu způsobené mikroznečištěním na vodní straně bude tedy z tohoto důvodu niţší, neţ 2 ºC na K teplotního gradientu přes znečištění. A obráceně energetický obsah na K teplotní změny protékající chladicí vody niţší, neţ je energetický obsah produktu, který má být ochlazován, bude mít za následek divergentní teplotní profily na výstupní straně výměníku tepla. Redukované sníţení teploty na výstupní straně produktu, způsobené tím stejným mikroznečištěním na vodní straně potom bude větší neţ 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 téhoţ mnoţství 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 věţ 10 MWth bude nyní tato:

168

Listopad 2000


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, neţ přeprava hmotnosti. II.4.5 Tlak produktu ↑; chladicí kompresor ↑ Pro stejnou chladicí věţ 10 MWth, kde pro stejný hmotnostní průtok je nyní odnímání stejného mnoţství tepla dosaţeno pomocí produktu kondenzace (například vyuţitím chladicího zařízení zaloţeného na adiabatické kompresi a expanzi). Toto zvýší tlak v procesu produktu, který má být ochlazován tak, aby bylo dosaţeno 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: Předpoklady:

Znázornění zvýšení tlaku procesu pro kompenzaci zvýšení teploty v důsledku znečištění propanové/propylenové chladicí zařízení vstupní a výstupní tlaky teploty varu gradient tlak-teplota účinnost kompresoru a turbiny


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 draţší, neţ kalorie („calories“).

II.5Celkový 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 vyuţití 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

170

Ústřední statistický úřad, CBS, Haag

Listopad 2000


Příloha II

Parní turbiny se pouţívají taky jako pomocné turbiny k pohonu chladicích zařízení. V takových situacích se pára s velmi nízkým tlakem vyprodukovaná a vyfukovaná v průběhu léta (dodatečné mnoţství vyrobené jako důsledek znečištěných kondenzátorů) bude taky likvidovat. Dodatečná energie, která se spotřebuje chladicími zařízeními (chladicími stroji) bude doprovázena dodatečnými energetickými ztrátami, jejichţ velikost bude pětkrát větší. Entalpie přehřáté vysokotlaké páry, páry se středním tlakem a nízkotlaké páry je pouze o jednu pětinu vyšší, neţ latentní teplo vody. Nizozemský průmysl pouţívá 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 pouţitím (pomocných) parních turbin. „Frigories“ (neboli „negativní― kalorie) jsou nákladnější neţ kalorie a přemísťování objemu je nákladnější, neţ přeprava hmotnosti. V praxi to znamená, ţe v průběhu letních měsíců se dává přednost tomu, ţe čerpadla chladicí vody a ventilátory se spustí dříve a vypnou později, neţ 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 můţe být vypočítán taky pro jiné evropské země, jestliţe je znám relativní chladicí výkon pro kompresorový plyn a chlazení s přeměnou skupenství. Očekává se, ţe výsledek bude v rozsahu mezi 3 kWth/MWth 4 kWth/MWth na K, protoţe 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 kaţdé ze šesti hlavních chladicích soustav, které jsou pouţívány 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 pouţití pro chlazení. Celkové mnoţství vody, která se pouţije pro účely chlazení, představuje mnoţství 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 pouţitou pro všeobecné účely a vodou pouţitou pro chlazení. Nicméně tyto údaje neudávají ţádnou diferenciaci mezi částí vody, která se pouţije recirkulační chladicí vodní soustavy a částí vody, která se pouţije pro průtočné chladicí vodní soustavy. Výpočty udávají, ţe mnoţství tepla, které se odejme vodními chladicími soustavami v průmyslovém sektoru Nizozemska, je řádově ve velikosti 180 PJth ročně 12 (= 5,7 GWth 13) a ţe je rovnoměrně rozděleno mezi chladicí věţe 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 příleţitosti pro konzervaci elektřiny). 12 CBS, Heerlen: klíčové číselné údaje K-261/1991; opatření vztahující se na vodu pro společnosti v roce 1991, a pro kaţdých 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 aţ 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.


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 milionŧ EUR ročně na ºC Za předpokladu, ţe situace v Nizozemsku představuje pouze 5 % kapacity evropské průmyslové produkce, kde se vyskytuje chlazení, je moţné odhadnout, ţe kapacita resp. výkon chlazení v Evropě, pouţívaného 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 milionŧ EUR ročně na ºC

172

Listopad 2000


Příloha II

II.6Příklady výpočtŧ pro relativní uchování energie a redukování environmentálního dopadu dosaţeného pouţitím inhibitorŧ II.6.1

Příspěvek zpŧsobený oxidací

V níţe uvedeném textu je uveden příklad pouţití inhibitorů zaloţených na oxydantech, jako je chlornan (protoţe to je relativně dobře známá odbouratelná přídavná látka): Předpoklady: Základ: elektrolyt (nebo nákup ve velkém)

2,2 kWhe/kg ekvivalentu chloru účinnost výroby 0,7 We/We tepelná účinnost 0,4 We/Wth koncentrace 15 %

– – –

chladicí zařízení tloušťka vrstvy kalu

–

0,5

mm

(v

létě

ţádné inhibitory) teplotní gradient mezní vrstvy 4 K průměrný „poměr uchování (energie)― 3,5 kWth/MWth/K

– –

pouţití inhibitoru – – – –

přítok ≈ 1,0 mg l-1, stoichiometrická oxidace, výtok ≤ 0,1 mg l-1, aktivní chlor přerušované chlorování, jako je 4 hodiny pouţití/nepouţívání 1 % konverze dávky chloru ekvivalentní halogenovaným vedlejším produktům, vyjádřená taky jako ekvivalent chloru, jehoţ mnoţství je přibliţně 3 % bromovaných uhlovodíků [tm160, Bijstra, 1999]. II.6.1.1

pouţití chlornanu cena chlornanu

300 114

Prŧtočná chladicí soustava

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. důleţitost. Pouţitím tohoto oxydantu se dosahuje environmentálního uchování energie ve výši několika desetinásobků nad primární obsah energie inhibitoru. Environmentální energetická výtěţnost tohoto inhibitoru je více neţ desetinásobná neţ uchování financí 16. Pouţití peroxidu vodíku nebo ozonu bude mít za následek sníţení výše uvedených poměrů. ___________________ 14 Vychází z poţadavku na chlor v severozápadní evropské deltě. 15 Poměr uchování energie je bezrozměrné číslo, pomocí kterého se provede porovnání uchování energie dosaţené pouţitím daného inhibitoru s primárním obsahem energie relevantní přídavné látky. 16 Poměr uchování financí je bezrozměrné číslo, pomocí kterého se provede porovnání uchování financí dosaţené pouţitím daného inhibitoru s cenou relevantní přídavné látky.


Listopad 2000

173

Příloha II

Poměr uchování energie =

Poměr uchování financí =

Poznámka: mt = metrická tuna (metrické tuny).

Bezrozměrný poměr environmentální energie můţe být nahrazen výpočtem hmotnostního poměru přídavného relativního environmentálního zatíţení. Toto taky indikuje uchování energie dosaţené pouţitím inhibitorů, ale nyní je vyjádřen z hlediska poměru redukování emisí oxidu uhličitého k produkci neţádoucích prekurzorů jako výsledku vedlejších reakcí oxidace. Environmentální hmotnostní poměr =

Nicméně mnoţství získané podle tohoto vzorce není tak docela bezrozměrné. Environmentální hmotnostní poměr můţe 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 neţádoucí formace/vznik, která/který je lineární s mnoţstvím (chloru pouţitého pro) chlorování (chladicí) soustavy, můţe potom být porovnána/porovnán s výslednou redukcí mnoţství pouţité energie, přičemţ 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; nádrţ + potrubí 50 m3/MWth 3 -1 měření (na 3 mg/m ) 1,0 lh doba měření, neprůběţné 1,0 h/den cena chlornanu 160 EUR/metrická tuna v kontejnerech s několika komorami o objemu 1 m3

174

Listopad 2000


Příloha II

V případě reţimů s nepřetrţitým dávkováním, a/nebo v případě méně dostatečně (adekvátně) řízeného procesu, se vyţadují větší dávky rovnající se přibliţně trojnásobku ekvivalentů chloru na MWth. Poměr uchování energie =

Poměr uchování financí =

Poměr uchování energie a poměr účinnost—cena téhoţ oxydantu, který je pouţit v cirkulační (chladicí) soustavě, jsou vyšší neţ příslušné poměry pro průtočnou chladicí soustavu. Naopak spotřeba primární energie, která je poţadována pro ochlazování prostřednictvím recirkulační (chladicí) soustavy je vyšší, neţ spotřeba primární energie v případě průtočné chladicí soustavy. V důsledku této skutečnosti je většina největších elektráren umístěna v blízkosti mořského pobřeţí. Taky pro tuto (chladicí) soustavu je moţné vypočítat relativní hmotnostní poměr environmentálního zatíţení. Environmentální hmotnostní poměr =

A opětovně zde je hmotnostní poměr mezi poţadovaným sníţením emisí oxidu uhličitého a neţádoucí emisí halogenovaných uhlovodíků — nyní ovšem aplikovatelný na recirkulační chladicí soustavu — vyšší, neţ je tomu v případě průtočné chladicí soustavy. A obráceně je spotřeba primární energie (chladicí) soustavy s chladicí věţí vyšší, neţ je spotřeba primární energie průtočné chladicí soustavy.


Listopad 2000

175

Příloha II

II.7Příklady výpočtŧ relativních úspor energie pouţitím chladnější chladicí vody II.7.1

Pobřeţní voda versus chladicí věţe

Předpoklady 17 :

— teplota přítoku — tlak přítoku

pobřeţní voda

19 ºC

chladicí věţ

24 ºC

průtočná chladicí soustava

1 mwg (m vodního sloupce)

soustava s chladicí věţí 14 mwg (m vodního sloupce) (výška věţe + 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 MW th odnímaného tepla prostřednictvím (chladicí) soustavy s chladicí věţí: 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, takţe 17,5 kWth na MWth chlazení Dohromady je rozdíl ve spotřebě energie

30 kWth na MWth chlazení

Z toho vyplývá, ţe z hlediska prospěšnosti uchování energie jsou v praxi velké chladicí soustavy přednostně budovány ve formě průtočných chladicích soustav umístěných na (mořském) pobřeţí.

II.7.2

Říční voda versus chladicí věţe

Teplotní rozdíl průtočné chladicí soustavy, do které je dodávána říční voda, je v porovnání s chladicí věţí řádově ve velikosti kolem 1 K. Společně s udrţováním nutného tlakového rozdílu přes chladicí věţ 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


Příloha II

II.7.3 Podzemní voda versus chladicí věţ Teplotní rozdíl průtočné chladicí soustavy, do které je dodávána podzemní voda, je v porovnání s chladicí věţí největší, tj. 12 K. Celkový rozdíl spotřeby energie, která je vyţadována pro chlazení, je tedy 42 kWth na MWth chlazení. Předpokládalo se, ţe výkon spotřebovaný čerpadlem, které odčerpává podzemní vodu, je stejného řádu velikosti, jako je výkon poţadovaný pro udrţování tlakového rozdílu výtoku chladicí věţe. Nicméně omezená dostupnost podzemní vody omezuje pouţití tohoto způsobu uchování energie.

II.8

Dodatek k environmentálním dopadŧm

Tabulka II.3: Poměry uchování pro prŧtočné 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 moţným chladnějším zdrojem chladicí vody Porovnání (chladicích) soustav kWth na MWth Poznámky Pobřeţní vody versus chladicí věţe Říční voda versus chladicí věţe Podzemní voda versus chladicí věţe

30 16 42

specifikováno geograficky lokální tepelné zatíţení omezené zásoby

Výše uvedená čísla mohou být pouţita pro znázornění východiska pro specifické oblasti v Evropě, jako je například vysoce industrializovaná oblast jako je Nizozemsko. Nahrazení všech průmyslových chladicích věţí průtočnými chladicími soustavami, do kterých je dodávána říční voda, by mohlo mít za následek uchování energie v národním měřítku v rozsahu 91 PJ th 18 * 16 kWth/MWth = 15 PJth ročně (coţ je ekvivalent redukování emise oxidu uhličitého ve výši 93 000 metrických tun ročně). Toto by vyţadovalo dostupnost 85 m 3/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 pouţitím tohoto zdroje (chladicí) vody. Takţe není nijak překvapivé, ţe většina průmyslových provozů a elektráren je umístěna v blízkosti řek a (mořských) pobřeţních oblastí, coţ 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.


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 důleţité, protoţe výměník tepla je klíčová část chladicí soustavy, ve které se uskutečňuje výměna tepla. Z environmentálního hlediska to je právě výměník tepla, kde se můţe vyskytnout únik látek pouţívaných v procesu do chladiva v důsledku netěsností. V průtočných chladicích soustavách je důleţitost dobře navrţeného (konstrukčně provedeného), provozovaného a udrţovaného výměníku tepla zřejmá. Z hlediska preventivního přístupu by měla být věnována pozornost problematikám uvedeným v této příloze před úvahami směrem k pouţití nepřímé (sekundární) chladicí soustavy. Tato příloha poskytuje přehled celé řady důleţitých problematik, které se berou v úvahu při konstrukčním řešení společně pouţívaného 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. přepáţek 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. Přepáţky jsou umístěny diagonálně vzhledem k trubkám. Přepáţky zabezpečují lepší předávání tepla (prostřednictvím zvětšené turbulence proudu látky kolem trubek) a podepírají trubky. Kotlový výměník tepla je znázorněn na níţe uvedeném obrázku. Dělený prstenec

Výstup

Výstup „Reds― a rozpěrné vloţky

Příčka trubko vého okruhu Plovoucí čelo

Podpěra trubek

Pevná Přepá trubkovnice Vstup ţ Podpěry k Obrázek III.1: Hlavní komponenty kotlového y výměníku tepla Plovoucí trubkovnice

Vstup

[tm001, Bloemkolk, 1997] Existuje velmi mnoho rŧzných typŧ kotlových výměníkŧ tepla. Uskutečněním správného výběru z konstrukčních parametrŧ, které jsou uvedeny níţe, mŧţe být konstrukční provedení přizpŧsobeno specifickému procesu jakoţ i poţadavkŧm na údrţbu:         

typ pláště a čelního víka; typ trubky (přímá, nebo tvarovaná do písmena U, s ţebry nebo bez ţeber); velikost trubky (průměr a délka); vzdálenost mezi trubkami (rozteč) a jejich konfigurace (uspořádání); počet přepáţek a typ přepáţky; vzdálenost mezi přepáţkami (rozteč přepáţek); počet tahů přes trubky (trubkových průchodů); způsob proudění (protiproudý, souběţný/souproudý); buďto mechanické čištění nebo ne, čištění buďto pouţitím (vysokotlaké) vody nebo ne.


Listopad 2000

179

Příloha III

Sdruţení výrobcŧ trubkových výměníkŧ (TEMA; The Tubular Exchanger Manufacturers Association) navrhlo terminologii pro rŧzné typy kotlových výměníkŧ tepla. Sdruţení TEMA rovněţ navrhlo směrnice, resp. návod pro mechanické konstrukční provedení takových výměníkŧ tepla. Výhody a nevýhody kotlového výměníku tepla jsou v níţe uvedeném seznamu:

Výhody:     

jsou k dispozici pro všechna pouţití; 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 (vytaţení 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 prŧtočné chladicí soustavy se zpravidla pouţívají kotlové výměníky tepla TEMA-typu AES. Chladicí voda protéká trubkami kotlového výměníku tepla a médium, které je pouţíváno (resp. látka, která je pouţívána) v procesu protéká uvnitř pláště tohoto výměníku. AES odkazuje na kódy, které jsou pouţity pro popis rŧzných volitelných moţností pro kotlové výměníky tepla (viz Obrázek III.2).

Umístění médií/látek Protoţe strana trubek kotlového výměníku tepla se mŧţe čistit snadněji a lépe, neţ strana pláště, umísťují se silně znečišťující média, resp. látky na stranu trubek. Z dŧvodu pouţití materiálŧ 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 údrţby je snadnější v případě, kdy je pouţito čelní víko resp. přední víko typu A, protoţe spojovací trubky nemusí být při otevírání čelního víka tohoto typu vytlačeny. Z tohoto dŧvodu je tento typ předního víka téměř vţdy pouţit v případě výměníkŧ tepla, které mají „znečišťující― médium, resp. „znečišťující― látku na straně trubek.

Typ E pláště výměníku tepla Volba typu pláště kotlového výměníku tepla závisí na poţadavcích procesu pro médium, resp. látku na straně pláště. Obvykle bývá zvolen typ E („jednoprŧchodý plášť―).

Typ S zadního víka výměníku tepla Volba typu „zadního víka výměníku tepla― se určí podle faktorŧ vztahujících se na: 

potřebu čistit (mechanicky nebo pouţitím vody) stranu pláště výměníku tepla;



potřebu čistit (mechanicky nebo pouţitím vody) stranu trubek výměníku tepla;



jakost chladicí vody (korozívní, vytváření kotelního kamene, atd.);



výskytu tepelné roztaţnosti mezi materiálem pláště a trubky (trubek);



potřebu protiproudého proudění.

180

Listopad 2000


Příloha III

Obrázek III.2: Terminologie výměníkŧ tepla (Technické normy sdruţení výrobcŧ trubkových výměníkŧ) [tm003, Van der Schaaf, 1995] Obvykle se volí S-typ (s „plovoucím předním (čelním) víkem―), neboť tento typ je moţné čistit mechanicky (nebo vodou) jak na straně pláště, tak i na (vnitřní) straně trubek. S tímto typem se taky nevyskytují ţádné problémy v případě rozdílŧ tepelné roztaţnosti mezi materiálem pláště a v porovnání s materiálem trubek. Nicméně S-typ je nejdraţším typem „zadního (čelního) víka―.


Listopad 2000

181

Příloha III

III.2 Úniky v důsledku netěsností v kotlových výměnících tepla Úniky v dŧsledku netěsností, souvisící s kontaminací chladicí vody médiem, které je pouţito, resp. látkou, která je pouţita v procesu, se vyskytují ve většině případŧ kotlových výměníkŧ tepla jako dŧsledek 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 dŧsledku netěsností se primárně mohou vyskytovat jako dŧsledek 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 % aţ 60 %); nekvalitní, resp. špatně prováděná kontrolní prohlídka a údrţba.

1. Špatné konstrukční provedení Protoţe špatné nebo nesprávné konstrukční provedení neodvolatelně vede k únikŧm v dŧsledku netěsností, musí být v prŧběhu fáze konstrukčního řešení věnována pečlivá pozornost níţe uvedeným konstrukčním parametrŧm: 

volba materiálu;



volba spojení trubky s trubkovnicí (válcované nebo svařované);



volba typu těsnění;



typ detailního provedení na těsnicích čelních plochách;



konstrukční provedení přírub (tloušťka, ţádné pootáčení);



konstrukční provedení trubkovnice (tloušťka, ţádné ohyby);



konstrukční provedení podpěr trubek.

Při těchto úvahách by měla být věnována pozornost „provozním― podmínkám. Tyto podmínky jsou následující: 

výskyt vibrací;



rozdíly tepelných roztaţností;



dělení průtoku;

 rychlosti průtoku (průtočné rychlosti). Do špatného konstrukční provedení se taky zahrnuje nesprávný návrh rychlostí proudění a konstrukční provedení, které je zaloţeno na nesprávných údajích.

2. Špatná výroba Nicméně dobré konstrukční provedení není dostačující k zabránění únikům v důsledku netěsností. Špatná výroba můţe 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 přepáţkách;



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 něţ byl výměník tepla navrţen, můţe 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


Příloha III zvýšený nebo sníţený 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 údrţby můţe vyskytnout nesprávná úprava (chladicí vody), například během čištění trubek párou nebo horkou vodou (poškození jako důsledek tepelné roztaţnosti).

4. Nekvalitní, resp. špatně prováděná kontrolní prohlídka a údržba V průběhu periodické údrţby 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 přepáţkách (zvětšila se velikost průměru otvorů?);



zmenšení tloušťky stěny trubek (zvláštní pozornost musí být věnována koncům trubek, trubkám umístěným v přepáţkách 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 údrţba je vţdy 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 poţadovaných 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 pouţívá 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, coţ 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 neţ nápravné údrţby. Například svazky trubek výměníku tepla mohou být častěji vyměněny za nové. Správná, resp. řádná logistika provádění údrţbářských prací a výskytu problémů umoţňuje dokonalejší plánování údrţbářských prací. Doporučuje se, aby pod dohledem (supervizí) bylo provedeno uzavření výměníku tepla a dotaţení šroubových spojů jako prevence budoucích (moţných) úniků v důsledku netěsností. K tomuto účelu můţe být pouţit nástroj s regulovatelnou hybností, resp. nastavitelný momentový klíč. III.3 Alternativy Pravděpodobnost úniků v důsledku netěsností můţe být sníţena alternativními volbami materiálů, typu TEMA, připojením k trubkovnici, typem těsnění, a hladinou procesního tlaku chladicí soustavy.

Volba materiálu Pro vodní stranu výměníku tepla je moţné pouţít místo uhlíkové oceli jakostnější materiály, jako je hliníková mosaz obsahující měď a nikl, a titan. Toto opatření bude mít za následek to, ţe výměník tepla bude podstatně draţší, neţ výměník tepla, jehoţ trubky a trubkovnice jsou zhotoveny z uhlíkové oceli (viz taky Přílohu IV).


Listopad 2000

183

Příloha III

Jiné výměníky tepla Volbou jiného typu výměníku tepla můţe být pravděpodobnost úniku v důsledku netěsností redukována aţ na značně okrajové resp. marginální minimum. Jsou k dispozici tyto alternativní moţnosti: výměník tepla s trubkami ve tvaru písmena U; výměník tepla, jehoţ 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 ţádné plovoucí přední víka (ţádná plovoucí čela) a proto neexistuje ţádné přírubové těsnění na zadním víku (na zadním čele). Typ výměníku tepla, který má trubky ve tvaru písmena U, je o (10 aţ 15) % levnější, neţ 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 pouţívá typ trubka-trubkovnice, pro jejichţ konstrukční provedení je pouţita dvojitá konstrukce trubkovnice, můţe se vyskytnout emise do ovzduší, místo emise do jiného média (jiné látky). Je nutné konstatovat, ţe zdvojené připojení trubek k trubkovnici je značně nákladné.

Připojení trubek k trubkovnici V případě připojení trubek k trubkovnici pomocí svarů se vyskytuje mnohem menší moţnost úniků v důsledku netěsností, neţ v případě konstrukčního provedení s rozválcováním konců trubek. Realizací rozválcovaného spojení (konců trubek) do svařovaného spojení se můţe dosáhnout toho, ţe takové výměníky tepla budou lépe odolné proti únikům v důsledku netěsností. V tomto případě existují dva druhy svarů: utěsňující svar (coţ je jedna vrstva svarového spojení), nebo pevnostní svar (coţ obvykle jsou dvě vrstvy svaru). Cenové údaje ukazují, ţe náklady na svařovanou konstrukci jsou přibliţně o 9 EUR aţ 11 EUR na jednu trubku vyšší, neţ je tomu v případě konstrukčního provedení s rozválcováním konců trubek.

Typ těsnění V případě pouţití přírubového těsnění plovoucího předního víka (tzn. plovoucího čela kotlového výměníku tepla) je moţné typ těsnění změnit. Obvykle pouţívané typy těsnění, například těsnění „bez asbestu s navinutým kovem―, nebo těsnění ve tvaru vačky, můţe být nahrazeno těsněním se svarem („Schweissdichtung―).

184

Listopad 2000


Příloha IV

PŘÍLOHA IV

PŘÍKLAD VOLBY MATERIÁLU PRO VODNÍ CHLADICÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLOVÝCH (NE-ELEKTRÁRENSKÝCH) POUŢITÍCH


IV.1

Úvod

Volba konstrukčních materiálů pro chladicí soustavy, a zejména volba materiálů pro chladiče (výměníky tepla), je v mnoha případech sloţitou záleţitostí. Tato volba je výsledkem posouzení rovnováhy mezi poţadavky v důsledku chemie vody a provozními poţadavky (omezené pouţití přídavných látek (do chladicí vody), počet cyklů koncentrace). Pro splnění těchto poţadavků je nabízen široký rozsah materiálů. V této příloze je uvedeno několik volitelných moţností materiálů, které mají být pouţity v případě brakické vody pro otevřené průtočné (chladicí) soustavy. Poskytuje se zde moţnost kvalitativní volby pro pouţití. V individuálních případech bude konečná volba materiálu vyţadovat zahrnutí údajů o cenách k provedení spravedlivého porovnání, které vezme do úvahy taky důsledky volby materiálů na provozní náklady.

Volba materiálŧ pro výměníky tepla Existuje mnoho faktorů, které se berou společně v úvahu pro určení konečné volby materiálů pro výměníky tepla, jako jsou např. tyto:  Sloţení 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 ţivotnosti  Náklady Toto jsou některé z nejdůleţitějších 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 moţným kompromisem, který dodrţuje princip, ţe chladič musí mít ekonomicky přijatelný „rozsah ţivotnosti―. Nicméně během tohoto rozsahu ţivotnosti se u mnoha chladičů začnou vyskytovat úniky v důsledku netěsností. Důleţitou příčinou tohoto jevu je to, ţe v praxi není chladič pouţíván v souladu se svým konstrukčním provedením (podmínkami), přičemţ změna podmínek procesu je z mnoha různých důvodů zcela běţnou záleţitostí. 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. pouţitá metoda a řízení;



příliš vysoké teploty kovu na straně chladicí vody.

Pokud se jedná o teploty, teplota kovu 60 ºC se povaţuje za horní hranici, poněvadţ 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


Listopad 2000

185

Příloha IV

Volba materiálu pro čerpadla Volba materiálu pro čerpadlo je méně kritická, protoţe v mnoha případech je toto zařízení zdvojeno (má zálohu). Toto znamená, ţe pokud má čerpadlo poruchu (pravděpodobně zde má být „down“, ne „clown“, pozn. překl.), proces často není přerušen. Dalším faktorem je skutečnost, ţe dostupné stěny mají často mnohem větší tloušťku, neţ je nutně potřeba (přídavek na korozi).

Volba materiálŧ 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 neţ 3 mm je nedostatečný pro přijatelný rozsah ţivotnosti, 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, ţe jsou mnohem snadněji a levněji vyměnitelné, a proto je volba materiálů méně kritickou záleţitostí.

IV.2

Přímé prŧtočné soustavy (s brakickou vodou)

Sloţení a vlastnost „brakické vody― být korozívní není pevně dána a můţe 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). Sloţení 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 neţ mořská voda. Například v mělkých vodách s nadměrným růstem rostlin se mohou vyskytnout sloučeniny síry jako důsledek rozkladu, které mohou způsobit závaţnou důlkovou korozi ve sloučeninách mědi. V mnoha případech se vyskytuje značné mnoţství unášených naplavenin, které můţe způsobit závaţná znečištění výměníků tepla v (chladicích) zařízeních. V těchto případech je pouţití nerezavějící oceli problematické, protoţe vytváření důlků (důlková koroze, resp. pitting) se téměř určitě vyskytne velmi rychle. Protoţe všechny tyto faktory nejsou ve většině případů dobře známé, doporučuje se, aby vlastnost brakické vody být korozívní byla povaţována za stejnou, jako v případě korozívnosti mořské vody s relativně vysokým mnoţstvím unášených naplavenin. Další výhodou je to, ţe 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 pouţívány pro čerpadla brakické vody (pouţití jiných materiálů je moţné, ale obvykle jsou mnohem draţší): Tabulka IV.2: Skříň

Materiály pouţité pro čerpadla brakické vody Oběţné 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 moţné pouţít šedou litinu. Moţnost spokojenosti (s jejím pouţitím) je významně větší. Někdy se taky pouţívá 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


Příloha IV

Trubky Ve většině případů jsou pouţity trubky z uhlíkové oceli s přídavkem pro korozi. Jiná moţnost 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 pouţívány sklolaminátové epoxidové trubky, především v soustavách, které jsou umístěny pod zemí. Velkou výhodou tohoto materiálu je to, ţe jsou téměř úplně odolné proti působení podzemní vody. Instalační náklady jsou přibliţně 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 moţností.

Výměníky tepla/chladiče Jak uţ bylo výše zmíněno, volba materiálu pouţitého ve výměníku tepla je poněkud sloţitější, protoţe 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, ţe látka pouţitá v procesu nepůsobí korozívně na materiál, ze kterého je zhotoven svazek trubek, a ţe moţná kontaminace (například ionty mědi) procesu není významná, volba materiálu je určena hlavně jakostí vody. Moţná volba materiálů pro kotlové výměníky tepla, které jsou pouţívány pro brakickou vodu, je dána v níţe uvedené tabulce (voda protéká trubkami). Tabulka IV.3: Materiály pouţité 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 moţnosti. Konečná volba materiálů je do značné míry určena mírou korozívního působení brakické vody a podmínkami procesu. )*1 Pouţití trubek z uhlíkové oceli je moţné pouze v těch případech, kdy je jistota, ţe voda není korozívní (např. podle praktických zkušeností). Tato volitelná moţnost téměř nikdy neexistuje. )*2 Vodní pláště jsou obvykle opatřeny organickým povlakem plus několik („sacrificial“) anod. Pokud je trubkovnice zhotovena z draţšího/vzácnějšího kovu, musí být na tento kov pouţit organický povlak k zabránění galvanickým účinkům na vodní plášť. )*3 Pouţití austenitického materiálu jako je např. 316 není bez rizika. V případě znečištění existuje značná pravděpodobnost výskytu důlkové koroze (pitting). Tento proces můţe být extrémně rychlý. Dalším rizikem je moţný výskyt koroze napětím v tomto typu materiálu. Nicméně praktická zkušenost ukazuje, ţe tento případ se nevyskytuje často, coţ je moţné v důsledku relativně nízkých teplot v tomto typu (chladicí) soustavy. Toto riziko můţe být významně sníţeno, nebo mu můţe být dokonce zabráněno, pokud se pouţije vyšší verze slitiny, jako je např. 904L, 254SMO, nebo Incoloy 825. Tyto typy materiálu se pouţívají taky tehdy, kdyţ to vyţaduje strana procesu. )*4 Slitiny měď-nikl (kupronikl) a jiné slitiny jsou zvoleny tehdy, kdyţ konstrukční teplota kovu je příliš vysoká pro hliníkovou mosaz.


Listopad 2000

187

Příloha IV

)*5 V mnoha případech je nejlepší volbou materiálu pouţití titanu. Často se předpokládá, ţe výměník tepla zhotovený z titanu je příliš drahý. Cena tohoto materiálu v posledních desetiletích se dramaticky sníţila a pouţití titanu je ekonomické. Očekávání jsou taková, ţe sniţující se cenové rozdíly a zvyšující se problémy s úpravou vody povedou k zvýšenému pouţívání Ti ve srovnání se slitinami Cu-Ni, které jsou nyní pouţívány. Navíc k vysoké odolnosti titanu proti korozi, a to dokonce i v mimořádně znečištěné vodě, má tento materiál nejrůznější výhody:  Mohou být pouţity trubky s mimořádně tenkými stěnami, a tak se pouţije 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 pouţití.  Titan má dlouhou pravděpodobnou dobu ţivotnosti. Nevýhodou je to, ţe biologický růst je silnější, neţ je tomu například v případě pouţití slitin obsahujících měď. Titan proto vyţaduje zvýšené pouţití biocidů. Další záleţitostí je to, ţe titan nemůţe být pouţit v redukčním (ţivotním) prostředí, protoţe se nevytváří ţádný ochranný oxidový povlak.

IV.3 Nepřímé prŧtočné soustavy (brakická voda/demin-voda) V nepřímých (sekundárních) průtočných (chladicích) soustavách je teplo absorbováno v uzavřeném sekundárním chladicím okruhu, a aţ potom je absorbované teplo předáváno do otevřené průtočné (chladicí) soustavy přes výměník tepla. Je charakteristické, ţe v těchto chladicích soustavách je jakost/korozívnost vody různá pro kaţdý chladicí okruh. Jakost vody v primární části (chladicího zařízení) je obvykle horší, neţ 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 pouţité 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 důleţitý pro provoz. Porucha tohoto výměníku tepla má závaţné 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 zvaţovány 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 záleţitostí pro uzavřenou sekundární (chladicí) soustavu je skutečnost, ţe 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 můţe 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. Jestliţe jsou realizována tato opatření, potom je voda „mrtvá―, coţ znamená, ţe 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 důleţité, aby byla pravidelně kontrolována koncentrace kyslíku v těchto soustavách. V některých případech jsou v těchto soustavách pouţity dusičnany jako inhibitory. Udrţováním vody v zásaditém stavu, a/nebo úpravou vody pouţitím dusičnanů, je vnikání kyslíku netěsnostmi méně kritické.

188

Listopad 2000


Příloha IV

IV.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy IV.4.1 Pouţití sladké vody v otevřené mokré chladicí věţi Pokud se jedná o pouţití materiálu je jedním z úkolů při konstrukčním řešení otevřené recirkulační chladicí soustavy (otevřená mokrá chladicí věţ) kondicionování vody v chladicí soustavě takovým způsobem (inhibitory, kontrola pH, atd.), aby pouţití uhlíkové oceli pro většinu částí chladicí soustavy bylo ekonomicky přijatelné. Tento případ vychází z pouţití vody z vodovodu. V závislosti na sloţení a na cyklech koncentrace, koncentrace komponent v této vodě se bude zvyšovat (někdy se nazývá „zahušťování―), čímţ se počet resp. mnoţství rozpuštěných solí úměrně zvětšuje, coţ zvyšuje schopnost vody způsobovat korozi. Tento účinek můţe být potlačen pouţitím inhibitorů a pomocí správných hladin pH. Konstrukční řešení takové (chladicí) soustavy je obvykle zaloţeno na skutečnosti, ţe pro uhlíkovou ocel voda není korozívní. Většina částí, jako jsou trubky a čerpadla, jsou proto zhotovena z uhlíkové oceli. Trubky pouţité 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, kdyţ látka (médium), která má být ochlazována, je korozívní. Ve velmi mnohých případech musí tedy být pouţita austenitická ocel, nebo lepší slitina, se stejnými riziky, jaké jsou uvedeny výše, například důlková koroze resp. pitting, nebo koroze napětím. Je proto nesmírně důleţité, aby znečištění (chladicích soustav) bylo udrţováno na minimální hladině. Toto v zásadě platí pro všechny vodní chladicí soustavy. V otevřené cirkulační chladicí soustavě se často pouţívá filtrace „bočního/vedlejšího― proudu, nebo v kritických chladičích (kondenzátorech) je instalována samočisticí soustava (například s pryţovými koulemi; resp. porézními kuličkami).

IV.4.2

Pouţití

slané

vody

v

otevřených

mokrých

chladicích

věţích

[tm110, BDAG, 1995] Pouţití slané nebo brakické vody v chladicích věţích vyţaduje aplikace, které věnují pozornost zejména korozi kovových materiálů. Byla nashromáţděna 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 pouţitím CCA a proto nemůţe být povaţován za zdravou metodu z environmentálního hlediska. Dobře se osvědčil cement odolný proti působení síranů pro betonové konstrukce a osvědčilo se pouţívání výztuţí pro vnější a vnitřní části. Mohou se pouţívat 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 zatěţovací 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 těţkých tuhých částic. Tato konkrétní opatření mohou, kromě jiných opatření, redukovat poţadavky na úpravu vody v zařízeních, ve kterých se pouţívá slaná voda.


Listopad 2000

189

Příloha V

PŘÍLOHA V

PŘEHLED CHEMIKÁLIÍ PRO KONDICIONOVÁNÍ VODNÍCH CHLADICÍCH SOUSTAV

Ve všech vodních chladicích soustavách jsou pouţívány 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 pouţívá široký rozsah přídavných látek. V této příloze je uveden přehled různých typů přídavných látek, které se pouţívají v různých mokrých chladicích soustavách. V závěrečné části této přílohy je vysvětlena úprava chladicí vody v mokré otevřené chladicí věţi pro znázornění sloţitosti kondicionování chladicí vody a jsou uvedeny sloţky, které hrají svoji roli při úpravě chladicí vody.

V.1

Inhibitory koroze

V.1.1

Koroze

Koroze můţe 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 sníţená 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 můţe být taky důsledkem znečištění, které je způsobeno růstem organismů, coţ je tak zvaná mikrobiologicky ovlivňovaná koroze (MIC): bakterie produkující kyselinu způsobují korozi a vibrující slávky (mušle) způsobují erozi.

V.1.2

Pouţívané inhibitory koroze

Inhibitory koroze je moţné identifikovat podle jejich funkce. Inhibitory koroze odnímají korozní materiály, nebo je pasivují, sráţejí nebo adsorbují. Pasivační (anodické) inhibitory vytvářejí na povrchu kovu ochranný povlak oxidu. Sráţecí (katodické) inhibitory jsou prostě chemické látky, které vytvářejí nerozpustné sraţeniny (precipitáty), které mohou na povrchu vytvořit povlak a tím jej chránit. Adsorpční inhibitory mají polarizační schopnosti, které způsobují, aby byly adsorbovány na povrchu kovu. Pouţívání inhibitorů koroze se mění od (chladicí) soustavy k (chladicí) soustavě. V prŧtočných chladicích soustavách se pouţívají polyfosforečnany a zinek a je moţnost omezeného pouţití křemičitanů a molybdenanů. V některých zemích se v průtočných chladicích soustavách téměř nepouţívá dávkování jakýchkoliv inhibitorů, s výjimkou inhibitorů ze ţlutého kovu (např. síran ţeleza), které se dávkují do výměníku tepla nebo kondenzátorů zhotovených ze slitiny mědi. Pro otevřené recirkulační chladicí soustavy se obvykle vyţaduje komplexnější program omezování koroze. Mnoho let byly pouţívány programy zaloţené na pouţití chromanu, ale v důsledku jeho toxicity bylo pouţívání chromanu významně redukováno, a nemusel by být pouţíván vůbec, protoţe existují dobrá alternativní řešení. Většina v současné době pouţívaných programů proti korozi je zaloţena na pouţívání fosforečnanů a přidává se zinek, jestliţe to stav vody vyţaduje. Často se volí provozování chladicí soustavy při alkalických podmínkách (pH 8-9), ale úpravy vody pouţitím 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 moţnost tvorby kotelního kamene. Účinným řešením proti korozi a vytváření kotelního kamene jsou alkalické podmínky v kombinaci s pouţíváním organických fosfonátů. Teoreticky vzato uzavřené vodní chladicí soustavy by neměly vyţadovat pouţití inhibitorů koroze. Veškerý kyslík přivedený do chladicí soustavy s přídavnou vodou by měl rychle být vyčerpán oxidací kovů, které jsou


Listopad 2000

191

Příloha V

pouţity v chladicí soustavě, a potom by se koroze jiţ neměla vyskytovat. Nicméně uzavřené chladicí soustavy obvykle ztrácejí dostatečné mnoţství vody a propouštějí dostatečné mnoţství vzduchu na to, aby byla vyţadována ochrana proti korozi. Podle jiné teorie to je dlouhá rezidenční doba vody, aţ 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 pouţívání, zejména v případech, kdy chladicí soustava musí být vypouštěna. V mnoha případech je k dispozici alternativa bez chromanů, ale v některých členských státech je pouţívání chromanů stále dovoleno. Úpravy chladicí vody pouţitím molybdenanů poskytují efektivní ochranu proti korozi a molybdenany jsou povaţovány z environmentálního hlediska za přijatelnější, neţ úpravy chladicí vody pouţitím chromanů. Nakonec to závisí na podmínkách, resp. stavu chladicí soustavy (pouţité materiály a pH), který druh inhibitorů koroze je nejlépe pouţitelný. 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, ţe koncentrace pouţívané v minulosti byly 500 mg/l aţ 1 000 mg/l.

V.2

Inhibitory kotelního kamene

V.2.1

Tvorba kotelního kamene

Jestliţe koncentrace soli ve vodním filmu uvnitř výměníku tepla přesáhne její rozpustnost, vyskytne se sráţení, coţ 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 obsaţených ve vodě. Kotelní kámen redukuje výkon resp. výkonnost výměníku tepla, protoţe tepelná vodivost uhličitanu vápenatého je zhruba 25krát niţší, neţ 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 sloţení povrchových ploch výměníku tepla. Tvorbu kotelního kamene podporuje rovněţ 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 můţe způsobovat problémy taky v chladicích věţích, protoţe výplň můţe být velmi náchylná k různým typům usazenin. Z důvodu odpařování (1,8 % cirkulace na 10 K ochlazení) v chladicí věţi mohou minerální a organické látky v recirkulující vodě koncentrovat na takovou úroveň, ţe se můţe vyskytnout tvorba kotelního kamene. Zejména pro případy elektráren bylo oznámeno, ţe tvorba kotelního kamene se vyskytuje v důsledku:  ohřevu vody aţ na 30 ºC při přímém chlazení a 45 ºC v okruzích s přídavnou chladicí věţí;  odpařování vody působící ochlazování při protékání chladicími věţemi, které zvyšuje koncentraci rozpuštěné soli aţ na koeficient 1,6 nebo aţ na takovou hodnotu, kterou součinitel koncentrace určuje; a  ztrát volného oxidu uhličitého během protékání vody chladicími věţemi, coţ způsobuje zvýšení hodnoty pH, které se mění podle průtoku a typu výplně chladicí věţe. V případě starších výplní podepřených dřevěnou konstrukcí byla hodnota pH 7,5 aţ 7,8, ale v případě plastových výplní s průtokem tenké vrstvy (filmu) vody se hodnota pH zvýšila na 8,2 aţ 8,4 v malých chladicích věţích (250 MW e), stejně tak jako ve velkých chladicích věţích (900 MWe nebo větší).

V.2.2

Pouţívaná inhibice kotelního kamene

Tvorba kotelního kamene můţe hrát určitou roli v průtočných a otevřených recirkulačních chladicích soustavách. V případě uzavřených recirkulačních chladicích soustav by tvorba kotelního kamene neměla způsobit větší problémy. Můţe se vyskytnout, pokud ztráty vody způsobené přetékáním vyţadují časté doplňování přídavné vody a závisí na výše zmíněných faktorech.

192

Listopad 2000


Příloha V

Zvýšení koncentrace solí v chladicí vodě v otevřených recirkulačních chladicích soustavách a distribučních soustavách je způsobeno odpařováním v chladicí věţi a můţe 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 aţ 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 aţ 5. V praxi je tvorba kotelního kamene řízena nastavením hodnoty pH dávkováním kyseliny a pouţitím inhibitorů tvorby kotelního kamene. Zkušenosti ve velkých chladicích soustavách elektráren, vybavených chladicími věţemi ukazují, ţe úprava chladicí vody pouţitím kyseliny (kyselina sírová nebo kyselina chlorovodíková) nevede ke změně hodnoty pH, protoţe chladicí voda zůstává alkalická. Kyseliny spíše neutralizují zásaditost k zabránění sráţení CaCO3. Nicméně v dekarbonovaných vodách můţe být řízení hodnoty pH prováděno přidáváním kyselin. Dekarbonizace prostřednictvím sráţení 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 sloţení 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 věţích ve velkých mokrých chladicích soustavách:  dekarbonizace přídavné vody (z čehoţ 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 pouţívány v recirkulačních chladicích soustavách, ale zřídkakdy jsou nebo nikdy nejsou pouţívány v průtočných chladicích soustavách. Uzavřené recirkulační chladicí soustavy nejsou předmětem vytváření kotelního kamene v primární chladicí soustavě s výjimkou případu, kdy musí být pouţita tvrdá přídavná voda. Mnoho uzavřených chladicích soustav pouţívá 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 můţe 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, kdyţ nerozpustné organické částice, unášené ve vodě jak prŧtočných 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 ţeleza a jiné produkty koroze; znečišťující látky mohou taky reagovat s některými chemikáliemi pouţitými 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 pouţívané pro zabránění znečištění tím, ţe 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, ţe zůstávají v rozptýleném stavu. Pro usnadnění pronikání biocidů do vrstev mikroznečištění a kalu/bahna mohou být pouţita


Listopad 2000

193

Příloha V

povrchově aktivní činidla, často nazývaná biologické disperzní látky (resp. biodispergovadla). Disperzní látky pomáhají udrţovat povrch výměníku tepla v čistém stavu, čímţ se sniţuje riziko koroze. Běţná praxe je dávkovat biocidy v kombinaci s dispergovadly na úrovních 1 mg/l aţ 10 mg/l jako aktivní přísada.

V.3.2

Pouţívané inhibitory znečištění

Nejúčinnější a rozsáhle pouţívaná 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 zaloţené na akrylátu.

V.4

Biocidy

V.4.1

Bioznečištění

Strhávání organismů vodou nebo vzduchem můţe 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 prŧtočné chladicí soustavy a je závaţnějším problémem v mořské a brakické vodě, neţ ve sladké vodě. Makroznečištění můţe způsobit rozsáhlé ucpání potrubí a propustí, a můţe způsobit tak zvanou erozivní korozi. Makroznečištění je velmi specifické pro předmětnou lokalitu a pro jakost vody, jak co do mnoţství, tak i podle rozmanitosti druhů organismů. Problémy vztahující se na mikroznečištění se vyskytují jak v prŧtočných, 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 sloţka neboli biofilm se vytváří ţivými buňkami a jejich metabolickými vedlejšími produkty. Mikroznečištění je vţdy primární kolonizátor na povrchových plochách při vývinu bioznečištění. Převládajícím účinkem bioznečištění je sníţení kapacity předávání tepla výměníků tepla a energetické ztráty způsobené zvýšeným třecím odporem. Kromě toho tam, kde se exponovaný kov stane znečištěným, můţe se vyskytnout koroze způsobená mikrobiálním účinkem. Navíc mikrobiální druhy mohou ohrozit zdraví lidí tak, ţe se rozšíří prostřednictvím chladicích věţí. Je k dispozici celá řada technik a úprav proti znečištění. Tato pouţití, typ chladicí vody a přidruţené problémy s vodou jsou shrnuty v Tabulce V.1.

194

Listopad 2000


Příloha V

Tabulka V.1: Přehled znečišťujících a ucpávacích organismŧ a stupeň znečištění v mořské, brakické a sladké vodě. V posledním sloupci jsou uvedeny zmírňující techniky (Stupeň znečištění je označen jako: + nějaké (malé), ++ větší neţ malé, +++ těţké) (Pŧvod: Aplikovaná hydroekologie 10, 1-2, 1998) Země Typ chladicí vody, přidruţené znečištění, Hlavní zmírňující techniky ucpávání a tvorba kotelního kamene proti znečištění Mořská Brakická Sladká Belgie

Ţahavci (Polypovci) + Sliz ++

Dánsko

Slávky/Mušle + Sliz +

Viz mořská

Francie

Slávky/Mušle +++ Svijonoţci ++

Znečištění: ţádné zvláštní problémy v důsledku rozsáhlých odchylek slanosti ve velkých ústích řek. Ucpávání unášením vyšších rostlin (macrophytes) +

Ucpávání způsobeno: Plţi – Listovky nahoţábré (medúzy) +++ mořské řasy +++

Německo

Irsko

Sliz ++ Slávky mnohotvárné + (Zebrované mušle) Asijské škeble + Mechovky ++ Plţi ++ V chladicích věţích: kotelní kámen ++ Nepouţívá se

Slávky mnohotvárné ++ (Zebrované mušle) Mechovky ++ Řasy ++ Plţi ++ Asijské škeble + V chladicích věţích: kotelní kámen ++

Slávky mnohotvárné + (Zebrované mušle) Sliz ++ V chladicích věţích: kotelní kámen ++

Slávky/Mušle + Sliz +

Viz mořská

Slávky mnohotvárné (Zebrované mušle)

Ucpávání způsobeno: Ryby +++


Listopad 2000

Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Neprůběţné 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). Průběţné 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). Neprůběţné chlorování chlornanem. H2O2, ozon Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi (porézními kuličkami). Průběţné chlorování chlornanem

195

Příloha V

Tabulka V.1: (dokončení) Přehled znečišťujících a ucpávacích organismŧ a stupeň znečištění v mořské, brakické a sladké vodě. V posledním sloupci jsou uvedeny zmírňující techniky (Stupeň znečištění je označen jako: + nějaké (malé), ++ větší neţ malé, +++ těţké) (Pŧvod: Aplikovaná hydroekologie 10, 1-2, 1998) Země Typ chladicí vody, přidruţené znečištění, Hlavní zmírňující techniky ucpávání a tvorba kotelního kamene proti znečištění Mořská Brakická Sladká Itálie

Slávky/Mušle +++ Hydroidy ++ Rournatci ++ Svijonoţci ++ 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

Svijonoţci + Slávky/Mušle ++ Sliz ++ Ucpávání zpŧsobeno: ryby +++ Mořské řasy ++ Medúzy +

196

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 věţích: kotelní kámen ++

Viz mořská

Listopad 2000

Sliz ++ V chladicích věţích: kotelní kámen ++

Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z brusného pěnového materiálu (porézními kuličkami). Prŧběţné 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 případŧ). Mořská voda & Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu (porézními kuličkami). Tepelná úprava. Chlorování prŧběţné nebo neprŧběţné, pouţitím chlornanu.

Mořská voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z brusného pěnového materiálu (některé jednotky). Prŧběţné 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. Neprŧběţné chlorování, nízká hladina dávkování a nárazové chlorování, pouţitím chlornanu, a elektrolytické chlorování Mořská voda & Sladká voda: Filtrace vody, filtry na sutiny. On-line čištění kondenzátoru koulemi z pěnového materiálu. Prŧběţné chlorování (přerušované v zimě), pouţitím chlornanu, a elektrolytické chlorování


Příloha V

V.4.2

Pouţívaná biocidní úprava

Biocidy se přidávají do chladicí vody za účelem potírání bioznečištění v průmyslových otevřených mokrých chladicích soustavách. Co se týká biocidů, jejich pouţívání a jejich účinků, bylo provedeno mnoho výzkumných prací a je moţné setkat se s velkým počtem publikací. Biocidy jsou látky, které zpomalují mikrobiologický růst v chladicí vodě, sniţují 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, svijonoţci a slávky/mušle. Obecně jsou biocidy definovány jako oxidační biocidy, nebo jako neoxidační biocidy. Oxidační biocidy mají nespecifické široké spektrum biocidního reţimu 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, neţ oxidační biocidy. Nicméně environmentálním problémem biocidů je jejich vrozená toxicita. Některé antimikrobiální látky pouţité v chladicích soustavách jsou sloučeniny, které se ve vodě rychle rozkládají, čímţ zmenšují některá potenciální environmentální nebezpečí. Tento chemický rozklad je často doprovázen sníţením toxicity sloučeniny. Tato sloučenina můţe být přidána do vody chladicí soustavy, uskuteční svůj úkol, coţ je zničení mikrobů, které se nacházejí v chladicí soustavě, a potom se rozloţí 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 prŧtočných chladicích soustavách jsou téměř výhradně pouţívány biocidy. Obvykle to jsou oxidační biocidy, jako je např. chlornan, nebo deriváty jako je bromnan. Pouţití 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, ţe do některých uzavřených recirkulačních chladicích soustav nejsou přidávány vůbec ţádné biocidy. V Tabulce V.2 jsou uvedeny údaje o mnoţstvích biocidů, které jsou pouţívány v některých členských státech.

V.4.3

Oxidační biocidy

Obvykle pouţívané 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 pouţívání 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 ClO 3‾. V některých místech se taky pouţívá plynný chlor (Cl2), protoţe je kompaktní a levný, ale v jeho případě existují bezpečnostní rizika, kdyţ je skladován ve velkém mnoţství, a jsou s ním spojeny určité potíţe při manipulaci. Chlornan sodný je nejobvykleji pouţívaný oxidační biocid pro velké průtočné chladicí soustavy. Můţe 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 poţadavek na aktivní chlor, je všeobecně niţší v a kolem chladicích soustav se slanou vodou, neţ je tomu v případě chladicích soustav se sladkou vodou, z důvodu vyšší hladiny rozpuštěné organické hmoty a jejích částic ve sladké vodě. Bylo oznámeno, ţe vytváření halogenovaných organických látek v mořské vodě je niţší, neţ ve sladké vodě (řeky) z důvodu vyššího obsahu bromu v mořské vodě, nicméně ţádné publikace by toto nemohly potvrdit.


Listopad 2000

197

Příloha V

Tabulka V.2: Odhadované spotřební hladiny některých běţně pouţívaných oxidačních biocidŧ 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 pouţití jako aktivní přídavná látka (jako formulovaný výrobek (podle vzorce) jsou mnoţství mnohem vyšší) 2 ve všech vodních chladicích soustavách 3 jenom v recirkulačních chladicích soustavách 4 měřeno jako Cl2 5 odhad tohoto čísla je podhodnocen, protoţe v UK se pouţívá mnoho elektrolytického chlorování v elektrárnách na pobřeţí 6 v Cl2 vyprodukovaném elektrolytickém chlorování v elektrárnách spalujících fosilní palivo Ve výše uvedeném jsou taky zahrnuty chladicí soustavy, které pouţívají vodu ze silně znečištěných přístavů. Často se preferuje průběţné „nízké― (s malými dávkami) chlorování, přestoţe neprůběţné nebo polo-průběţné chlorování je mnohem a mnohem praktičtější. Nicméně toto vyţaduje 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 můţe taky reagovat se čpavkem a vytvářet chloraminy, nebo můţe 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, neţ byl splněn tento první poţadavek na chlor, zbytkový chlor bude schopen provést své biologické působení. Pouţití oxidačního biocidu kyseliny bromné (HOBr) by mohla být alternativa pro chlornan. Kyselina bromná zůstává nerozštěpená (nedisociovaná) při vyšších hodnotách pH, neţ platí pro kyselinu chlornou. Znamená to, ţe při hodnotě pH 8 a vyšších hodnotách je volný oxidant HOBr účinnějším biocidem, neţ je nerozštěpený chlorný iont OCl‾. Důsledkem toho je, ţe v alkalické sladké vodě můţe být efektivní dávkování bromnanu mnohem niţší, neţ ekvivalent chlornanu. Přestoţe bromované organické látky jsou 2-3 krát toxičtější neţ chlorované ekvivalenty, rozkládají se rychleji a daný dolní poţadavek můţe 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 uţitek při bromné volitelné moţnosti ve srovnání s chlornou volitelnou moţností můţe malý.

198

Listopad 2000


Příloha V

V recirkulačních vodních chladicích soustavách jsou bromid a chlornan sodný, chloramin a peroxid pouţívány v kombinaci; a od této kombinace se taky očekává, ţe poskytne méně nebezpečné látky z environmentálního hlediska. Nevýhodou této úpravy chladicí vody by mohlo být to, ţe při vysokých koncentracích roztoků volných oxidantů (FO) by se mohlo vyskytnout vytváření karcinogenního bromičnanu. Jiným moţným zdrojem by mohla být ozonizace přírodních vod oxidací bromidových iontů. Obsah bromičnanu závisí na koncentraci bromidu ve slané (mořské) vodě (solance), pouţívané k výrobě chlornanu sodného. Teoretická maximální koncentrace bromičnanu (BrO 3‾) 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. Jestliţe jsou pro výrobu chloru pouţity koncentrované solanky, koncentrace se pohybují v rozsahu od 0,15 mg BrO 3‾ do 4,0 BrO3‾ na g chloru.

V.4.4

Neoxidační biocidy

Neoxidační biocidy jsou poměrně pomalu reagující látky, které reagují se specifickými sloţkami buňky, nebo jejich účinek na mikroorganismy je vykonáván dráhami reakcí v buňce. Jsou uváděny následující neoxidační biocidy, které jsou obvykle pouţívány: 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 mnoţství a frekvence pouţívání jednotlivých biocidů značně liší. V Tabulce V.3 jsou uvedeny údaje o spotřebě některých neoxidačních biocidů. Pouţití 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 zatíţeními, nebo v recirkulačních mokrých chladicích soustavách, kde se denní kontrola prakticky neprovádí. Ve velkých recirkulačních mokrých chladicích soustavách, kde se převáţně aplikuje chlornan sodný, se někdy pouţívá 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 pouţívání neoxidačních biocidů, které jsou méně ovlivňovány jakostí vody, před pouţíváním oxidačních biocidů [tm005, Van Donk a Jenner, 1996]. Neoxidační biocidy jsou hlavně aplikovány v otevřených odpařovacích recirkulačních chladicích soustavách. Všeobecně vyjádřeno, neoxidační biocidy se pouţívají pro vodní chladicí soustavy tak, aby poskytovaly koncentrace aktivních přídavných látek chladicí vody od asi 0,5 ppm aţ do 50 ppm (výjimečně 100 ppm). Neoxidační biocidy vykonávají své účinky na mikroorganismy prostřednictvím reakce se specifickými sloţkami 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 vyuţívání 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, coţ má za následek denaturaci proteinů a nakonec odumření celé buňky. Izothiazoloiny jsou nespecifické a zasahují do ATP-syntezí v buňce. Pokud se jedná o pouţívání jiných neoxidačních biocidů, ve značném rozsahu se pouţívá metylén(bis)thiokyanát (MBT) proti bakteriím a houbám a předpokládá se, ţe tento biocid se nevratně váţe na biomolekuly a brání nutným redukujícím a oxidačním reakcím. Glutaraldehyd se pouţívá jak proti aerobním, tak i proti anaerobním bakteriím a jeho biocidní je zaloţena na příčných vazbách resp. zesítění proteinu.


Listopad 2000

199

Příloha V

Tabulka V.3: Odhadované spotřební hladiny některých běţně pouţívaných oxidačních biocidŧ 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 pouţití jako aktivní přídavná látka (jako formulovaný výrobek (podle vzorce) jsou mnoţství mnohem vyšší) 2 ve všech chladicích soustavách chlazených vodou 3 jenom v recirkulačních chladicích soustavách 4 aktivní produkt, pouţívaný na námořních plavidlech, která pouţívají pro zdroje elektrické energie (elektrárny) fosilní palivo

V.4.5

Faktory určující pouţití biocidŧ

[tm005, Van Donk a Jenner, 1996] Následující faktory jsou zaměřeny na pouţití biocidů, ale mohly by být aplikovány na pouţití jiných přídavných látek. Účinnost Můţe to znít jako samozřejmé, ţe biocid musí být účinný ve specifické situaci, ve které je pouţit. Nicméně je důleţité uvědomit si, ţe biocid – nebo program úpravy chladicí vody, který je účinný v jedné chladicí soustavě, nemusí být účinný v jiné chladicí soustavě, i kdyţ jsou tyto chladicí soustavy zjevně identické. Jedním z důvodů pro tuto skutečnost můţe být vývin resistentní nebo tolerantní populace mikroorganismů. Toto riziko je menší pro oxidační biocidy, neţ 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 pouţívají rychle reagující – oxidační – biocidy. V současné době pokud jsou pouţívány

200

Listopad 2000


Příloha V

v průtočných chladicích soustavách biocidy, v Nizozemsku se aplikuje chlornan sodný. Pomaleji reagující neoxidační biocidy jsou v současné době pouţívány pouze v recirkulačních mokrých chladicích soustavách. Většina (> 90 %) chladicí vody pro recirkulační vodní chladicí soustavy se upravuje pouţitím NaOCl, Cl2, ClO2 nebo NaOCl/NaBr. Typ procesu je důleţitým faktorem při výběru biocidu zejména tehdy, kdyţ se uváţí reaktivita některých biocidů na tekutiny pouţívané v procesu, které se vylijí do chladicí vody. Některé procesy, jako je přímé chlazení kovu v kovoprůmyslu, vytváří speciální podmínky pro chladicí vodu. Tekutiny pouţívané v procesu unikající do chladicí vody v důsledku netěsností mohou slouţit jako výţivné 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 můţe 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 moţné se setkat, větší roli. Teoreticky je hodnota pH přibliţně 7 optimální pro mikrobiální růst. Kyselé podmínky budou podporovat růst hub a hodnoty pH větší neţ 8 budou redukovat růst řas. Nicméně v praxi mikroorganismy prokázaly, ţe jsou velmi adaptabilní a mohou vytvářet kolonie v různých chladicích soustavách. Jako ilustrace této záleţitosti je obecně udrţovaná domněnka, ţe houby pro svůj růst dávají přednost kyselému aţ 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 ţádným účinkem proti houbám, umoţní 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, přestoţe dávkování chlornanem sodným můţe hodnotu pH nepatrně zvýšit; toto je ale obvykle nemoţné 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, ţe hodnota pH silně ovlivní rovnováhu mezi kyselinou „hypohalous“ a „hypohalite“ iontem. „Hypohalous“ kyseliny jsou přibliţně stokrát toxičtější neţ jejich aniontové formy. Proto, teoreticky, hodnota pH bude ovlivňovat toxicitu například dávky chlornanu. V praxi nemůţe být ovlivněna hodnota pH v prŧtočných chladicích soustavách. Sladkovodní průtočné chladicí soustavy typicky pouţívají chladicí vodu při hodnotě pH (7-8); chladicí soustavy ochlazované mořskou vodou jsou provozovány při hodnotě pH přibliţně pH 8. Výše zmíněná rovnováha je proto relevantnější pro účinnost úpravy chladicí vody v průtočných chladicích soustavách, protoţe rezidenční doba (resp. doba zdrţení) 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, ţe recirkulační chladicí soustava provozovaná při hodnotě pH 9 pouţívá méně chlornanu, neţ chladicí soustava provozovaná při niţší hodnotě pH, bez ztráty účinnosti úpravy chladicí vody. Osud chlornanu v recirkulačních chladicích soustavách byl rozsáhle studován. Hlavním závěrem těchto studií je to, ţe (5-10) % dávky chlornanu se ztratí v chladicí věţi, kdyţ je chladicí soustava provozována při hodnotě pH 8,5, zatímco při hodnotě pH niţší neţ 7 tato ztráta činí (30-40) %. Vysvětlením pro tuto skutečnost je to, ţe anion chlornanu nemůţe být odstraněn mimo chladicí věţ. Toto je v kontrastu s „hypohalous“ kyselinou. Byl vyjádřen závěr, ţe dávka chlornanu při hodnotě pH 9 je stejně účinná, navzdory tomu, ţe pouze (1-5) % se vyskytuje ve formě kyseliny, protoţe spotřebovaná „hypohalous“ kyselina bude ihned doplňována z přebytku vyskytujícího se v aniontové formě. Celkový závěr je tedy takový, ţe provozování recirkulačních chladicích soustav při vysoké hodnotě pH bude redukovat mnoţství chlornanu, které je potřeba pro účinné omezování mikroznečištění.


Listopad 2000

201

Příloha V

Teplota povrchu ovlivňuje růst mořských biologických druhů a můţe proto být vyuţita jako faktor pro volbu programu úpravy chladicí vody v prŧtočných chladicích soustavách. Makroznečištění v průtočných chladicích soustavách v Nizozemsku nebude rapidně narůstat v průběhu zimních měsíců. Proto není nutné dávkovat biocidy kdyţ teploty vody jsou niţší neţ 12 ºC. Průmyslová odvětví nacházející se na pobřeţí středozemního moře, pouţívající 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 poţadavky 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, přestoţe jsou někdy dovoleny vyšší teploty vypouštěné vody. Teploty recirkulujícího (resp. obíhajícího) velkého mnoţství („bulk“) vody mohou být 20 ºC aţ 30 ºC a nebo i vyšší. Většina makroznečišťujících druhů v Nizozemsku nevydrţí 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 mnoţství organických materiálů mimořádně důleţité, protoţe toto ovlivní mnoţství vytvořeného kotelního kamene a mnoţství poţadovaných inhibitorů koroze. Mnoţství organických materiálů (rozpuštěných tuhých látek, unášených tuhých látek) v chladicí vodě jsou důleţitá jak v případě průtočných chladicích soustav, tak i v případě recirkulačních chladicích soustav, protoţe ovlivňují biocidní poţadavek. Rozsah, do kterého toto ovlivní biocidy, je různý (např. chlornan bude reagovat se čpavkem, oxid chloričitý nebude). Všeobecně vyjádřeno je ţádoucí redukovat na minimum veškeré látky, které vedou ke zvýšenému biocidnímu poţadavku.

V.4.6

Vzájemné pŧsobení 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, ţe QAC jsou částečně neutralizovány oxidačními biocidy a aniontovými dispergačními činidly; na druhé straně izothiazoloiny jsou stabilizovány chlornanem sodným; ozon je tak silný oxidant, ţe bude okysličovat téměř kteroukoliv jinou přídavnou látku chladicí vody, coţ 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 věţích je sloţité a vztahuje se do značné míry k rovnováze vody a k cyklům koncentrace, se kterými je chladicí soustava provozována. Odkalování je důleţité 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 níţe na Obrázku V.1. Mnoţství chladicí vody (Qc), které cirkuluje chladicí soustavou, se uvádí v m3 za minutu. Po průchodu výměníkem tepla se chladicí voda ochlazuje v chladicí věţi odpařováním a prouděním. Odpařování (E), unášení (drift), ventilační ztráty a určité úniky v důsledku netěsností sniţují mnoţství chladicí vody a následně na to se zvyšuje koncentrace solí v chladicí vodě, coţ by mohlo vést k vytváření kotelního kamene a korozi.

202

Listopad 2000


Příloha V

Příloha V

Odpařování Q –E c

Tepelná zatíţení

ΔT M při CM

T2

Chladicí věţ

ΔT

QC – m3 za minutu

Nádrţ na vodu

při T1, ºC B při CB

Obrázek V.1: Rovnováha chladicí věţe a pevných látek pro odpařovací chladicí soustavu pouţívající chladicí věţ [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). Poněvadţ chladicí soustava musí být uvedena do rovnováhy, vyuţívá se koeficientu koncentrace (CR), přičemţ CR = M/B = CB/CM (protoţe M x CM = B x CB). Obrázek V.2: Sníţení prŧtoku 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]


Listopad 2000

203

Příloha V

M = E + B, tudíţ CR = (E + B)/B = E/B + 1, a z této rovnice vyplývá, ţe:

B = E/(CR – 1) Toto je velmi uţitečná rovnice pro úpravu chladicí vody. Poté, co byly stanoveny cykly koncentrace na základě koncentrací přídavné vody a odkalované vody, je moţné vypočítat skutečné mnoţství odkalené vody, která byla odvedena z chladicí soustavy, nebo mnoţství odkalované vody, které se vyţaduje pro udrţení chladicí soustavy na poţadovaném počtu cyklů.

204

Listopad 2000


Příloha VI

PŘÍLOHA VI PŘÍKLAD LEGISLATIVY V EVROPSKÝCH ČLENSKÝCH STÁTECH 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 poţadavky 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 zatíţení pochází primárně z úpravy vody pro chladicí soustavy průmyslových procesů.

2

Poţadavky

Musí být dodrţeny následující poţadavky na vypouštění odpadní vody. Poţadavky na chemický kyslíkový poţadavek, na dusík jako souhrn čpavku, dusitanu a dusičnan dusíku, na anorganické sloučeniny fosforu a na filtrovatelné látky jsou zaloţeny na všeobecně uznávaných technických pravidlech, zbývající poţadavky na nejlepší dostupné technologii. Tyto poţadavky se nevztahují na vypouštění odpadní vody, které je menší neţ 0,5 m3 za den. 2.1 Všeobecné poţadavky Odpadní voda nesmí obsahovat – s výjimkou fosfonátů a polykarboxylátů – ţádná organická komplexní činidla, která nejsou snadno biologicky odbouratelná (biodegradovatelná/bioodbouratelná) v souladu s poţadavky 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 pouţívání provozních a vedlejších (resp. pomocných) zdrojů. Poţadavky uvedené v prvním a druhém odstavci se pokládají za splněné, pokud látky, které tam jsou specifikovány, nejsou pouţívány, (pokud) všechny pouţívané provozní a vedlejší zdroje jsou uvedeny v provozním deníku a jsou k dispozici informace výrobce, ve kterých je uvedeno, ţe takové látky nejsou ani přítomny v pouţívaných provozních a vedlejších zdrojích, ani není moţné, 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“)


Listopad 2000

205

Příloha VI

2.3

Poţadavky na odpadní vodu z chladicích soustav

2.3.1

Voda z průtočných nebo otevřených sladkovodních chladicích soustav Poţadavky po úpravě nárazovým dávkováním mikrobiocidních látek musí být následující: _________________________________________________________________________________ Kvalifikovaný

2.3.2

náhodný

vzorek

nebo 2-

hodinový sloţený vzorek (mg/l) _________________________________________________________________________________ Oxid chloričitý, chlor a brom 0,2 (při vyjádření jako chlor) Adsorbovatelné organické halogeny (AOX) 0,15 _________________________________________________________________________________ Mikrobiocidní látky jiné neţ peroxid vodíku a ozon se nesmí v odpadní vodě vyskytovat. Tyto poţadavky se pokládají za splněné, pokud takové látky nejsou pouţívány, (pokud) všechny pouţívané provozní a vedlejší zdroje jsou uvedeny v provozním deníku a jsou k dispozici informace výrobce, ve kterých je uvedeno, ţe takové látky nejsou přítomny v pouţívaných 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 poţadavek kyslíku (COD)) 30 2) Sloučeniny fosforu jako fosfor celkem 1,5 Pokud jsou použity pouze anorganické sloučeniny fosforu, hodnota pro parametr fosfor se zvyšuje na 3 mg/l. ________________________________________________________________________________ Poţadavky 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 _________________________________________________________________________________ Poţadavek na toxicitu luminiscenčních bakterií se taky povaţuje za splněnou, pokud je proplachovací okruh udrţován v uzavřeném stavu dokud není dosaţena hodnota T B 12 nebo hodnota niţší v souladu s informacemi výrobce o vstupních koncentracích a o chování biologického odbourávání a toto je doloţeno provozním deníkem. Odpadní voda nesmí obsahovat sloučeniny zinku z činidel pro kondicionování chladicí vody. Tento poţadavek se povaţuje za splněný, pokud všechny provozní a pomocné zdroje jsou uvedeny v provozním deníku a jsou k dispozici informace výrobce, ve kterých je uvedeno, ţe pouţívaná činidla pro kondicionování chladicí vody neobsahují ţádné sloučeniny zinku.

206

Listopad 2000


Příloha VI

2.3.3

Odpadní voda z proplachování („flushing“) jiných chladicích okruhŧ _________________________________________________________________________________ Náhodný vzorek (mg/l) _________________________________________________________________________________ Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) (chemický poţadavek 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 _________________________________________________________________________________ Poţadavky 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 _________________________________________________________________________________ Poţadavek na toxicitu luminiscenčních bakterií se taky povaţuje za splněnou, pokud je proplachovací okruh udrţován v uzavřeném stavu dokud není dosaţena hodnota T B 12 nebo hodnota niţší v souladu s informacemi výrobce o vstupních koncentracích a o chování biologického odbourávání a toto je doloţeno provozním deníkem. 2.5 V případě zadrţovacích/odpařovacích nádrţí (rybníků) všechny hodnoty platí pro náhodný vzorek. Zde se hodnoty vztahují na jakost vody před vyprázdněním. 2.6 Shoda s poţadavky, které jsou uvedeny v poloţce 2.3 pro parametr COD (resp. v české verzi pro parametr CHSK, pozn. překl.), můţe 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 pouţitím ekvivalentního postupu měření a analýzy.


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 můţe 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 kaţdou z R–formulací vztahujících se na chráněné přednosti (aktiva) vodního prostředí, jakoţ 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 přidruţen k poţadovanému bezpečnostnímu opatření, které se vztahuje na kontaminovanou chladicí vodu. Rozhodnutí vztahující se k implementaci resp. k realizaci takových opatření a k pouţité 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 poţadavky, 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, jejichţ celkový počet bodů ≥ 5 by neprodleně měla být realizována opatření vztahující se na monitorování průtočných chladicích soustav, přičemţ je nutno brát v úvahu poţadavky jednotlivých případů. Poţadavky této bezpečnostní koncepce se vztahují na všechny toky chladicí vody, které nejsou připojeny k průmyslovým čisticím provozům, nebo k příslušnému provozu přidruţenému k čištění vody. Poţadavky vztahující se na látky, jejichţ celkový počet bodů je ≤ 4, se nevztahují na nepřímá vypouštění, která jsou napojena na provoz pro úpravu odpadních vod.


Listopad 2000

209

Příloha VII

Tabulka VII.1: Počet bodů pro systém R–formulací k výpočtu celkového počtu bodů pro látky, které jsou pouţívány v procesu Počet bodŧ

1

2

3

Ekologická toxicita a Odbourávání/ biologická akumulace Ekologická toxicita a/nebo Odbourávání/ biologická akumulace n.y.d. Ekologická toxicita

4

5

6 51/53

50/53

* 3)

* 2)

* 1)

52

53

Odbourávání/ a/nebo biologická akumulace n.y.d.

*

50

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

210

9

*

Odbourávání/ biologická akumulace

Nebezpečná reakce s vodou

8

52/53

Ekologická toxicita n.y.d.

Akutní toxicita pro savce (přednostně akutní orální toxicita)

7

45 a/nebo 46 39/27 39/28 39/26/28 39/27/28 39/26/27/28

29 15/29

Listopad 2000


Příloha VII

Legenda k tabulce uvedené na předcházející straně: n.y.d. =

atribut označující, ţe ještě nebylo určeno („not yet determined“) (tzn. ještě nebylo zkoušeno nebo není známo)

* = počet bodŧ, jestliţe jeden nebo více atributŧ, „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 — ek ologická 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 Poţadavky koncepce Poţadavky na technologii chlazení jsou stanoveny příslušnými nejvyššími počty bodů pro ty látky pouţívané v procesu, které mohou vniknout do chladicí vody. Tyto poţadavky jsou shrnuty do následující tabulky. Tabulka VII.2: Poţadavky bezpečnostní koncepce VCI na technologii chlazení

../..

počet bodŧ: 0 bodŧ

počet bodŧ: 1 – 4 body

počet bodŧ: 5 – 8 bodŧ

počet bodŧ: ≥ 9 bodŧ

(D1 + A1)

(D1 + A1 + U1)

(D1 + A2 + U1) (D2 + A1 + U1)

(D3 + A2 + U1)/ (D2 + A2 + U2)/ (Z) (E)/(K)/ (L)/(S)

alternativní volitelné moţnosti

D1, A1 a U1 jsou vţdy 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 udrţován 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 údrţbu;

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);


Listopad 2000

211

Příloha VII

A1

Analytické nebo jiné přiměřené/adekvátní monitorování chladicí vody;

A2

Automatické analytické monitorování chladicí vody (podle dodatku);

U1

Okamţité přepojení vypouštěné chladicí vody do zadrţovacích zařízení, nebo do čistírenského provozu za předpokladu, ţe takový provoz je vhodný pro likvidaci (resp. odstranění) uvolňované látky, nebo okamţité přepojení na záloţní chladicí soustavu, nebo vypnutí/zastavení části výrobního provozu, o který se jedná;

U2

Okamţité přepojení vypouštěné chladicí vody do zadrţovacích zařízení, nebo do čistírenského provozu za předpokladu, ţe takový provoz je vhodný pro likvidaci (resp. odstranění) uvolňované látky, nebo automatické přepojení na záloţní chladicí soustavu, nebo vypnutí/zastavení části výrobního provozu, o který se jedná.

212

Listopad 2000


Příloha VII

VII.3Dodatek 1 — Automatické analytické monitorování prŧtočných chladicích soustav Automatické analytické soustavy jsou vhodné pro monitorování průtočných chladicích soustav, pokud unikání v důsledku netěsností můţe být stanoveno s dostatečnou bezpečností a dostatečně rychle. V této souvislosti je dostatečné, kdyţ analytická soustava poskytuje tendenční údaje. Měření absolutních koncentrací pro takové soustavy není nutné, ale postačí pouze detekce odchylek od normálních stavů. Měření můţe být prováděno buďto přímo pomocí snímačů (senzorů), umístěných do proudu chladicí vody, nebo poloprůběţně mimo proud chladicí vody prostřednictvím automatického vzorkování. Pro následující (níţe 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 důleţitější, neţ zvýšené poţadavky 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 můţe být prováděno prostřednictvím parametru, nebo pomocí analytické metody podle níţe uvedeného Seznamu 1. Jestliţe se ukáţe, ţe toto není moţné, pouţití 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.


Listopad 2000

213

Příloha VII

VII.4Dodatek 2 VCI

—

R–formulace pouţité pro výpočet počtu bodŧ podle

Tabulka VII.3: Popis R–formulací pouţitých k výpočtu počtu bodŧ VCI pro volbu chladicích soustav R 20/21 Škodlivé inhalací a v kontaktu s kůţí. R 20/21/22 Škodlivé inhalací, v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. R 20/22 Škodlivé inhalací a pokud jsou spolknuty. R 21 Škodlivé v kontaktu s kůţí. R 21/22 Škodlivé v kontaktu s kůţí 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 kůţí. Toxické inhalací, v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. Toxické inhalací a pokud jsou spolknuty. Toxické v kontaktu s kůţí. Toxické v kontaktu s kůţí 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 kůţí. Velmi toxické inhalací, v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. Velmi toxické inhalací a pokud jsou spolknuty. Velmi toxické v kontaktu s kůţí. Velmi toxické v kontaktu s kůţí 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 váţných nevratných účinků. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků v kontaktů s kůţí. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůţí 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 váţných nevratných účinků v kontaktu s kůţí. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. Nebezpečí velmi váţných nevratných účinků prostřednictvím inhalace, nebo v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty.

R 40 R 40/21 R 40/22 R 40/20/22

Moţná rizika nevratných účinků. Škodlivé: moţné riziko nevratných účinků v kontaktu s kůţí. Škodlivé: moţné riziko nevratných účinků pokud jsou spolknuty. Škodlivé: moţné riziko nevratných účinků prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty.

214

Listopad 2000


Příloha VII

Tabulka VII.3: dokončení R 40/21/22 Škodlivé: moţné riziko nevratných účinků v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. R 40/20/21/22 Škodlivé: moţné riziko nevratných účinků prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. R 44 R 45

Riziko výbuchu pokud se ohřívá v uzavřeném prostoru. Můţe způsobit rakovinu.

R 48 R 48/21

Nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici). Škodlivé: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) v kontaktu s kůţí. R 48/22 Škodlivé: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) pokud jsou spolknuty. R 48/20/22 Škodlivé: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. R 48/21/22 Škodlivé: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. R 48/20/21/22 Škodlivé: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. R 48/24

Toxické: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) v kontaktu s kůţí. R 48/25 Toxické: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) pokud jsou spolknuty. R 48/23/25 Toxické: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace a pokud jsou spolknuty. R 48/24/25 Toxické: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) v kontaktu s kůţí a pokud jsou spolknuty. R 48/23/24/25 Toxické: nebezpečí váţného poškození zdraví při prodlouţeném vystavení se (expozici) prostřednictvím inhalace, v kontaktu s kůţí 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. Moţné riziko zhoršení plodnosti. Moţné riziko poškození (ještě) nenarozeného dítěte. Škodlivé: mohou způsobit poškození plic pokud jsou spolknuty.

R 15/29

Kontakt s vodou uvolňuje toxický, velmi hořlavý plyn.


Listopad 2000

215

Příloha VIII

PŘÍLOHA VIII

PŘÍKLADY PRO POSUZOVÁNÍ CHEMIKÁLIÍ POUŢÍVANÝCH PRO ÚPRAVU CHLADICÍ VODY

VIII.1Koncepce posouzení „benchmark― pro chemikálie pouţívané pro úpravu chladicí vody VIII.1.1

Úvod

Všeobecně Je dobře prokázáno, ţe charakter chlazení BREF je „horizontální―, a ţe není moţné identifikovat „chladicí soustavu BAT― jako takovou, protoţe 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 moţnosti 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 převáţně v případech, kdy se budují nové (chladicí) soustavy, ale taky v kontextu modernizace („upgrading―) nebo retrofitu jiţ existujících (chladicích) soustav. Za druhé „provozní podmínky―, které jsou aplikovány jak na jiţ existující, tak i na nové (chladicí) soustavy byly, resp. jsou zjednodušeny za účelem dosaţení větší pozornosti v diskusích. Klíčové elementy těchto „podmínek― se vztahují na optimalizaci chladicí soustavy ve smyslu účinnosti a ţivotnosti provozu prostřednictvím pouţití chemických látek (chemikálií). Pro účely povolování (schvalování) budou optimalizační rozhodnutí zaloţená na BAT vyţadovat, aby byla provedena ve smyslu, které chemikálie se pouţijí a v jakých mnoţstvích. 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 ţivotní prostředí. Bez takového nástroje by sloţitost provedení takových rozhodnutí mohla být závaţnou překáţkou 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 moţné nalézt jiţ 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 pouţívané v chladicí soustavě.

VIII.1.1.1 Prostředí Na svých předcházejících zasedáních TWG konsensuálně odsouhlasila, ţe jakékoliv posouzení chemikálií, které se pouţívají 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 moţných reţimů 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―.


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 pouţití vícesloţkových látek. Je taky uveden pouze nejsloţitější případ (a nejčastěji pouţívaný) otevřených recirkulačních (chladicích) soustav (chladicí soustavy s odpařovací chladicí věţí), s moţností pozdějšího rozšíření na průtočné (chladicí soustavy), uzavřené (chladicí) soustavy, atd.

VIII.1.1.2

Relevantní legislativní podklad

Zde v tomto případě neexistuje ţádná potřeba evokovat do jakýchkoliv podrobností legislativní poţadavky, 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 důleţité zdůraznit jeden z klíčových aspektů Směrnice: omezování emisí a jejich dopadu na ţivotní 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, ţe zanedlouho má být přijata/schválena rámcová Směrnice o vodě (WFD). Přestoţe můţe nastat případ, ţe správné vyhodnocení účinků chemické úpravy (chladicí vody) pouţívané v chladicích soustavách by mohlo být podrobeno multimediálnímu posouzení, je taky správné konstatovat, ţe hlavní zájem, který je přidruţen k pouţití 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, neţ 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 důleţitosti, 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 dosaţení cílů stanovených samotnou Směrnicí. Důleţitější neţ výše uvedené je to, ţe v příloze (Příloha V, Část 1.2.6) zavádí jednoduchý postup, který má být pouţíván úřady členských států k výpočtu environmentálních norem jakosti (EQSs) pro chemické látky ve vodě. Jinak vyjádřeno poskytuje jednu z podmínek poţadovaných 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 zpŧsobem:

218

Listopad 2000


Příloha VIII

Metoda zkoušky Nejméně jedna L(E)C50 z kaţdé 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 ţivočišných 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 ţivočišných 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 umoţňují přesněji vypočítat a aplikovat součinitele bezpečnosti

Posouzení případ od případu

Přestoţe 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 uváţení 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 důleţitosti, který je zaloţen 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 pouţit 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 zaloţena 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 pouţitelná;

–

je nanejvýš pravděpodobné, přestoţe k důkazu tohoto tvrzení je zapotřebí provést mnoho práce, ţe vodní prostředí je nejslabším článkem tohoto řetězce;

–

metody „benchmark“ se budou pouţívat 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 vyţaduje, 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 zaloţena na provádění porovnání látek pouţitím normalizované teoretické míry předpovídané environmentální koncentrace (zde je odkazována jako PEC normalizovaná). 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 obsaţena v Příloze V rámcové


Listopad 2000

219

Příloha VIII

Směrnice o vodě. Tímto způsobem se můţe vypočítat pro kaţdou látku dávka, která umoţňuje předběţné 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 běţnou 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 ţivotě je komplikována skutečností, ţe jenom zřídkakdy chemické úpravy (chladicí vody) pro chladicí soustavy sestávají pouze z jediné látky. Pokus třídit úpravy v BREF by znamenal pouţití určitého druhu „přídavného― postupu a vznikl by mimořádně rozsáhlý seznam moţných kombinací látek pro úpravy (chladicí vody). Za předpokladu, ţe tyto kombinace látek mohou být k dispozici, vyţadovalo by to značné mnoţství 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, neţ numerické posouzení (přídavných) látek nebo úprav (chladicí vody). Úřady členských států (MS) mohou potom vyuţívat tuto metodologii tak, jak to povaţují 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 umoţnění vyhodnocení hodnot PNEC. Toto je základní aspekt jakéhokoliv postupu seřazení/třídění. Taky stojí za to zmínit se o tom, ţe postup podle Přílohy V a souvisící tabulka nebyly vynalezeny aţ 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 jiţ 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 pouţít pro přeměnu údajů o toxicitě na údaje o hodnotách PNEC. Dostupnost chronických údajů sniţuje hodnotu součinitele. Při postupu přes soubor přechodných stavů/situací, jsou-li k dispozici chronické údaje na třech tropických hladinách, je umoţněno pouţít 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 přidruţeny k provádění chronických zkoušek, jsou mnohem vyšší, neţ náklady na akutní zkoušení. Takţe je pravděpodobné, ţe budou k dispozici spíše akutní neţ chronické údaje o toxicitě. Pokud je postup „benchmark― aplikován v lokálním/místním rozsahu, dostupné údaje budou muset být pouţity 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 kdyţ se toto můţe ukázat jako potřebné. Například pro daný provoz by mohl nastat takový případ, ţe při pouţití jenom akutních údajů (které znamenají získání EQS (tzn. environmentální normy jakosti) dělením LC50 „součinitelem bezpečnosti― o hodnotě 1 000 přičemţ se vezme v úvahu nejistota) se mohou vyskytnout potíţe 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 můţe být více dosaţitelná.

220

Listopad 2000


Příloha VIII

VIII.1.2.2 PEC „Skutečná hodnota― PEC (předpovídané environmentální koncentrace), v souvislosti s chemikáliemi, které jsou pouţívány 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. Jestliţe je v chladicí soustavě pouţita chemická látka, je vystavena souboru fyzikálně-chemických podmínek, které určují její další osud. Jako příklady je moţné zmínit to, ţe:  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 moţné pouze na lokální úrovni. Jsou k dispozici modely a algoritmy pro uskutečnění tohoto úkolu, musí ale vzít v úvahu velmi specifické podmínky kaţdého předmětného místa. Je taky zřejmé, ţe konečná hodnota PEC bude záviset na mnoţství dodávané chemické látky, a toto zase závisí na velikosti (chladicí) soustavy a na provozních podmínkách (počet cyklů koncentrace, velikost provozu a mnoţství tepla, které má být odejmuto). Většina následující analýzy se soustředí na popis jednoduché metody pro výpočet hodnoty „standardní― PEC (PECnormalizovaná), která, přestoţe není podobná skutečným hodnotám PEC, umoţňuje rychlé předběţné vzájemné vyhodnocení chemických látek. Zdůrazňuje se, ţe PECnormalizovaná má jenom velmi omezenou hodnotu, a můţe být pouţita pouze jako všeobecný výchozí bod pro vyhodnocení potenciálních účinků chemických látek navzájem vůči sobě.


Listopad 2000

221

Příloha VIII

VIII.1.3 Základní rovnováhy materiálů chladicích věţí Velmi zjednodušený náčrtek soustavy chladicí věţe je uveden na následujícím Obrázku VIII.1. E+D

W

MU (CM)

BIOLOGICKÉ

BD (CB)

BD (CB) FYZIKÁLNÍ/CHEMICKÉ

WR (CR)

ŘEK A

Obrázek VIII.1: Materiálová rovnováha chladicí věţe VIII.1.3.1 MU BD W E CM CB NC

: : : : : : :

VIII.1.3.2

Základní rovnice chladicích věţí 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

Rovnováha vody

MU = BD + E + W

VIII.1.3.3

Materiálová rovnováha (bilance)

MU x CM = (BD + W) x CB

222

Listopad 2000


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 mnoţství vody, které ve formě kapek vody uniká z chladicí věţe. Předpokládá se, ţe kapky vody sebou unášejí chemické látky, které jsou ve vodě obsaţeny, 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 věţi prostřednictvím odpařování. S vodní párou (odpařovanou vodou) nejsou přenášeny ţádné chemické látky. Rychlost odpařování „E― vyplývá z poţadavků na konstrukční provedení. Pro kompenzaci odpařování, ventilace (a ztrát vzniklých v důsledku odkalování – viz dále uvedený text) je nutné pokračovat v přivádění ekvivalentního mnoţství přídavné vody. Přídavná voda, která je buď studniční voda, nebo povrchová voda, obsahuje rozpuštěné a unášené pevné látky, jejichţ typ a koncentrace je odlišný případ od případu. Znamená to, ţe 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 udrţování optimální koncentrace látek obsaţených v recirkulující vodě, coţ zabrání, společně s přiměřenou chemickou úpravou (chladicí vody), znečištění ( v důsledku sráţení a usazování tuhých látek) a korozi. Průtoková rychlost odkalované vody se pevně stanoví jiţ při navrhování chemické úpravy (chladicí vody) a navrhování provozních podmínek. Nicméně v praxi, a hlavně v případě starších (chladicích) soustav, není moţné 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, ţe 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) nádrţe chladicí věţe. V recirkulující vodě musí být „udrţována― určitá koncentrace chemických látek, která je ekvivalentní zmíněné koncentraci udrţované v odkalované vodě. Čím je počet cyklů větší, tím menší je odkalování, přísnější podmínky (chladicí) soustavy, ale tím menší je mnoţství průběţně ztrácených chemických látek. Poslední uvedené tvrzení je pravdivé s takovou výjimkou, ţe kdyţ se umoţní látkám, které jsou obsaţeny v přídavné vodě, více a více koncentrovat v (chladicí) věţi, můţe být zapotřebí větší mnoţství a různé chemické látky pro udrţení patřičné rovnováhy usazování—koroze v (chladicí) soustavě. Ačkoliv v podstatě, za účelem uspoření vody a chemických látek resp. chemikálií (spotřeba, náklady a dopad na ţivotní prostředí), je nutné hledat jemnou rovnováhu při nejvyšším moţném počtu cyklů koncentrace. V recirkulující vodě musí být „udrţována― určitá hodnota koncentrace chemikálií (chemických látek), které jsou pouţívány pro úpravu (chladicí) vody, a tudíţ i v odkalované vodě, za takovým účelem, aby tyto chemikálie vykonávaly svou funkci.


Listopad 2000

223

Příloha VIII

V obvyklých případech, při provádění komplexních úprav (chladicí vody) pouţitím většího počtu přídavných látek, je předepsáno kontrolovat a udrţovat hladinu jedné snadno měřitelné látky na hodnotách, které doporučuje dodavatel chemických látek. Toto odpovídá implicitnímu předpokladu, ţe poměr mezi různými chemikáliemi zůstává stejný, bez ohledu na různé rychlosti „ztrát― jednotlivých chemických látek v (chladicí) soustavě. Toto taky odpovídá důleţitému předpokladu, ţe 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 ţe jakékoliv jiné ztráty v chladicí soustavě byly jiţ vzaty v úvahu. Vyjádřeno jinými slovy, k vyhodnocení dopadu chemické látky (chemických látek) na vodní prostředí (tzn. snad na recipient) je zapotřebí předpovídat pouze moţný zhoubný účinek, nebo odchylky koncentrace chemikálií ve směru proudění od místa potrubí odkalované vody (tj. výše zmíněné jako ztráty „(chladicí) soustavy― a sníţení koncentrací v důsledku procesů, jako je hydrolýza, adsorpce, atd. – jsou jiţ vzaty v úvahu). Tento předpoklad bude pouţit při koncepci posouzení „benchmark“. VIII.1.4

Výpočet PEC a posouzení “benchmark“

V níţe 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 níţe uvedené tabulce VIII.1 je znázorněno, jak můţe být vypočítána „skutečná hodnota― PEC (předpovídané environmentální koncentrace), a jak lze normalizovat/standardizovat, prostřednictvím následujících aproximací, odhad hodnoty PEC, a tak učinit výpočet pouţitelným pro účely posouzení „benchmark“. Jestliţe 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


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) věţi) w = (1 – % ztrát v provozu na úpravu odpadní vody (čističce) – WTP = “Waste Water Treatment Plant“) R = (1 – % ztrát v řece) BD x CB x (t) x (w) x (r) (1) CR = Lokální posouzení/Předpověď WR t=1

w=1

r=1

BD = 1

Pokud taky WR = 1 máme CB = CR = úměrné k PEC řeky Rovnice (1), se všemi svými částmi, známými nebo vypočítanými, můţe být pouţita 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 kaţdou (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 zdrţení (resp. rezidenční doba) chemikálií v (chladicí) věţi (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), ţe ztráty chladicí soustavy jsou jiţ vzaty v úvahu s odvoláním na koncentraci chemických látek (chemikálií) v odkalované vodě. Za druhé se předpokládá, ţe v provozu pro úpravu odpadní vody se nevyskytují ţádné 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 sráţení 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, ţe v řece se nevyskytují ţádné ztráty, a ţe toto je obvykle/normálně uskutečněno ve vyhodnoceních posouzení rizikovosti. Klíč k navrhovanému přístupu „benchmark“ spočívá v následujících předpokladech, to znamená, ţe rychlost odkalování je rovna 1, a takový je i průtok řeky. Znamená to, ţe hodnota PEC je normalizována/standardizována (tj. PEC normalizovaná), za účelem umoţnění porovnání mezi chemickými látkami, nezávisle na rychlosti odkalování (na velikosti provozu a na provozních podmínkách), a na průtoku (vody) v (předmětné) řece. Je jasné, ţe pro tutéţ 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.


Listopad 2000

225

Příloha VIII

Nicméně tato skutečnost není významná v případech, kdy je potřeba porovnávat (tj. provádět posuzování „benchmark“) pro soubor resp. mnoţinu 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 „udrţována― 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 pouţita doporučovaná průměrná rychlost přivádění (chemických látek). VIII.1.5

Výpočtové metody

VIII.1.5.1

Jednoduché látky

Chemické úpravy (chladicí vody) jednou látkou se pouţívají velmi zřídkakdy. Ve většině případů se pro chladicí soustavy pouţívají kombinace chemických látek, anorganických a organických. Příklady jednotlivých látek se převáţně vztahují na pouţití jednotlivých biocidů v (chladicí) soustavě, nebo na pouţití jednotlivých polymerů v provozech na úpravu odpadní vody. Doposud se ale vyskytuje a pravděpodobně zůstane i nadále přání, moţná spíše na úrovni členského státu, neţ 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, ţe vznikne nutnost porovnávat komplexní úpravy (chladicí vody), jedna úprava vůči druhé, spíše, neţ nutnost porovnávat jednotlivé (přídavné) látky. Vyváţená představa celkového dopadu různých (přídavných) látek (pouţívaných pro úpravu chladicí vody) na vodní prostředí (tedy zřejmě „environment―) můţe být získána pouze na lokální úrovni, kdyţ 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 jiţ stanoveny členským státem, nebo budou muset být „odsouhlaseny― na lokální úrovni za pouţití 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 můţe 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 niţší je hodnota tohoto podílu, tím menší je potenciální dopad předmětné látky (zřejmě na ţivotní prostředí, pozn. překl.). Ještě jednou se zdůrazňuje, ţe tato koncepce posuzování „benchmark“ reprezentuje standardizovanou, resp. normalizovanou metodologii pro posuzování potenciálních dopadů chemických látek, pouţívaných 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 můţe vykonávat uţitečnou funkci v oblastech napomáhání identifikace oblastí, které vyţadují 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 pouţití jako nástroj k rozhodování pro posouzení na lokální úrovni: skutečnost, ţe jedna (přídavná) látka můţe mít menší hodnotu podílu PECnormalizovaná: EQS neznamená, ţe právě toto je nutně nejlepší volba pro partikulární situaci, kdyţ se vezmou v úvahu jiné faktory specifické pro lokální podmínky, předmětný provoz, a pouţité (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 ţádostech o vydání povolení.

226

Listopad 2000


Příloha VIII

Před provedením komplexní úpravy chladicí vody několika (přídavnými) látkami, při asistenci dodavatele chemických látek pouţívaných pro úpravu chladicí vody pro chladicí soustavu, se můţe pouţít komplexní látka prostřednictvím vyhodnocení skutečné ţivotnosti PEC, která můţe 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 pouţití dalších postupů, pomocí kterých se vypočítají relace koeficientů PEC/PNEC pro kaţdou jednotlivou látku pouţitím výše vysvětlené metody, a potom jsou dány dohromady za účelem získání relativního „indexového― čísla. Tento přístup je podobný tomu přístupu, který se pouţívá pro klasifikaci chemických přípravků, a který je zaloţen na klasifikaci jednotlivých látek, ze kterých se skládají. Čím je hodnota výsledného součtu niţší, tím je menší předvídatelný environmentální dopad komplexní úpravy chladicí vody pro chladicí zařízení. Je nepříhodné prohlašovat, ţe součet všech hodnot jednotlivých podílů, který vede k číslu menšímu neţ 1, by měl být upřednostňován před výsledkem větším, neţ 1. Toto by mohlo mít význam pouze tehdy, pokud je známá skutečná hodnota koeficientu zředění a je vloţena do výpočtu. Nicméně pokud se vyskytnou hodnoty vyšší neţ 1, a má se za to, ţe z technického hlediska přináší specifická úprava jiné environmentální/ekonomické výhody (menší spotřeba vody, niţší spotřeba energie), bude nutné přejít na sofistikovanější postup posuzování rizika. Toto můţe 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, ţe skutečné provádění všeobecných „benchmark“ úloh/úkolů/cvičení, včetně veškerých moţných 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 povaţován za lokální záleţitost a odkazuje se na Část VII.2 této Přílohy.


Listopad 2000

227

Příloha VIII

VIII.1.6

Dodatek I: Výtah z technického prŧvodního 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 ţivotního prostředí. Jsou uskutečněny určité předpoklady vztahující se na vodní prostředí, které umoţňují, jakkoliv nejistým způsobem, provést extrapolaci na základě krátkodobých údajů o toxicitě jednoduchých vodních druhů na účinky na ekosystémy. Předpokládá se, ţe  citlivost ekosystému závisí na nejcitlivějších biologických druzích; a  ochranou struktury ekosystému se chrání funkce komunity. Výše uvedené dva předpoklady mají významné důsledky. Tím, ţe se stanoví, které biologické druhy jsou nejcitlivější na toxické účinky chemické látky v laboratoři, můţe být následně uskutečněna extrapolace zaloţená na základě údajů o těchto druzích. Kromě toho fungování jakéhokoliv ekosystému, ve kterém tyto biologické druhy existují, je chráněno za předpokladu, ţe struktura (ještě) není dostatečně nabourána natolik, aby způsobila nerovnováhu. Všeobecně se uznává, ţe 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 jiţ existujících látek je situace stejná: v mnoha případech jsou k dispozici pouze krátkodobé údaje o toxicitě. Za těchto okolností se uznává, ţe pokud nejsou k dispozici údaje se silnou vědeckou platností, musí být pouţity empiricky odvozené koeficienty posouzení. Koeficienty posouzení byly taky navrţeny od EPA a OECD (OECD, 1992d). Při aplikování takových koeficientů je záměrem předpovídat takové koncentrace, pod jejichţ hodnotami se nepřijatelný účinek s velkou pravděpodobností nevyskytne. Není záměrem dosahovat hladin (koncentrace), které jsou niţší neţ hladina, při které se chemická látka povaţuje za bezpečnou. Nicméně a ještě jednou se konstatuje, ţe je pravděpodobné, ţe se nějaký nepřijatelný vliv vyskytne. Při stanovení velikosti těchto koeficientů posouzení musí být osloven určitý počet nejistot, aby bylo moţné provést extrapolaci z laboratorních údajů pro jednoduché biologické druhy na ekosystémy, v nichţ se vyskytuje větší počet ţivočišných druhů. Tyto oblasti jiţ byly patřičně prodiskutovány v jiných pojednáních a je moţné 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 vyţaduje 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 můţe být PNEC vody 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 ţivotních stylů, které reprezentují různé strategie krmení. Takţe niţší hodnoty koeficientů posouzení mohou být pouţity společně s rozsáhlým a více relevantnějším souborem údajů, neţ 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


Příloha VIII

V případě nových látek a koeficient posouzení 1 000 se bude pouţívat na nejniţší L(E)C 50 základního souboru. Taky jiţ pro existující látky se obvykle pouţívá koeficient posouzení na nejniţší 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 pouţívá L(E)C50, zatímco v případě dlouhodobých zkoušek se pouţívá NOEC. V případě některých sloučenin můţe být k dispozici velký počet ověřených krátkodobých hodnot L(E)C 50. Z tohoto důvodu se navrhuje vypočítat aritmetický průměr v případě, pokud je k dispozici více neţ jedna hodnota L(E)C 50 pro tentýţ 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 pouţití patřičných koeficientů posouzení se s hodnotou EC50 zachází jako s krátkodobou hodnotou toxicity. Hodnota NOEC z této zkoušky smí být pouţita jako dodatečná hodnota NOEC, kdyţ jsou k dispozici jiné dlouhodobé údaje. Všeobecně vyjádřeno, hodnota NOEC pro řasy by neměla být pouţívána bez podpory jinými dlouhodobými hodnotami NOEC biologických druhů jiných tropických úrovní. Nicméně jestliţe chemická látka ukáţe 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 pouţity pouze tehdy, jestliţe byly zkoušeny neupravované čisté kultury. Výzkum bakterií (např. zkoušky růstu) se povaţují za krátkodobé zkoušky. Kromě toho modro-zelené řasy by navíc měly být zahrnovány mezi primární producenty/výrobce k jejich autotrofní výţivě. Tabulka VIII.2: Koeficienty posouzení k odvození PNEC Popis Nejméně jedna krátkodobá hodnota L(E)C50 pro kaţdou ze tří tropických úrovní základního souboru (ryby, hrotnatky (dafnie) a řasy) Jedna dlouhodobá hodnota NOEC (buďto ryby, nebo hrotnatky (dafnie)) Dvě dlouhodobé hodnoty NOEC od biologických druhů, které reprezentují dvě tropické úrovně (ryby a/nebo hrotnatky (dafnie) a/nebo řasy) Dlouhodobá hodnota NOEC od nejméně tří biologických druhů (normálně ryby, hrotnatky (dafnie) a řasy), které reprezentují tři tropické úrovně Polní údaje nebo model ekologických soustav

Koeficient posouzení 1 000 (a) 100 (b) 50 (c) 10 (d) Revidováno na základě případ od případu (e)

POZNÁMKY: (a) Pouţití koeficientu 1 000 na krátkodobé údaje o toxicitě je konzervativní a ochranný koeficient, a je určen k zajištění toho, ţe látky, které mají potenciál způsobit nepříznivé účinky, jsou identifikovány v účincích posouzení. Předpokládá se, ţe kaţdá z výše specifikovaných nejistot bude mít významný příspěvek pro celkovou nejistotu. Pro jakoukoliv danou látku můţe existovat důkaz, ţe tomu tak není, nebo ţe jedna specifická komponenta nejistoty je důleţitější, neţ jiná partikulární komponenta nejistoty. Za těchto okolností můţe být nutné tento koeficient (posouzení) změnit. Tato odchylka můţe vést ke zvýšenému nebo sníţenému koeficientu posouzení podle důkazů, které jsou k dispozici. S výjimkou látek, jejichţ uvolňování je přerušované (viz Část 3.3.2) by za ţádných okolností neměl být pouţit koeficient (posouzení) niţší neţ 100 při odvození PNEC vody 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 můţe demonstrovat to, ţe můţe být vhodný vyšší nebo niţší koeficient (posouzení)).  znalost reţimu působení (Některé látky vzhledem ke své struktuře mohou být známé tím, ţe působí nespecifickým způsobem. Můţe být proto uváţeno pouţití niţšího koeficientu (posouzení). Stejně tak známý specifický reţim působení můţe vést ke zvýšenému koeficientu (posouzení).


Listopad 2000

229

Příloha VIII 

dostupnost údajů pocházejících od širokého výběru biologických druhů, které zahrnující další taxonomické skupiny, jiné neţ 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 mnoţstvích menších, neţ 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 povaţovány za normální a měly by být plně doloţeny 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 nejniţší hodnotu L(E)C50 při krátkodobých zkouškách. Pokud jediná dostupná dlouhodobá hodnota NOEC pochází od biologického druhu (standardního nebo nestandardního organismu), který nemá nejniţší hodnotu L(E)C 50 podle výsledků krátkodobých zkoušek, nemůţe být povaţována za ochrannou pro jiné citlivější biologické druhy pouţívající koeficienty posouzení, které jsou k dispozici. Takţe účinky posouzení jsou zaloţeny na krátkodobých údajích s koeficientem posouzení 1 000. Nicméně výsledná hodnota PNEC, která je zaloţena na krátkodobých údajích, nemůţe být vyšší, neţ je hodnota PNEC, která je zaloţena na dlouhodobé dostupné hodnotě NOEC. Koeficient posouzení platí taky pro nejniţší ze dvou dlouhodobých hodnot NOEC zahrnující dvě tropické úrovně, kdyţ takové hodnoty NOEC nebyly vytvořeny z těch, které vykazují nejniţší hodnotu L(E)C 50 podle krátkodobých zkoušek. (c) Koeficient posouzení 50 platí pro nejniţší ze dvou hodnot NOEC zahrnující dvě tropické úrovně, kdyţ takové hodnoty NOEC byly vytvořeny zahrnutím takové úrovně, která vykazuje nejniţší hodnotu L(E)C50 při krátkodobých zkouškách. Tento koeficient platí taky pro nejniţší ze tří hodnot NOEC, které zahrnují tři tropické úrovně, kdyţ takové hodnoty nebyly vytvořeny z takové úrovně, která vykazuje nejniţší hodnotu L(E)C 50 při krátkodobých zkouškách. (d) Koeficient posouzení 10 bude v normálních případech platit pouze tehdy, kdyţ 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 PNEC vody měla být vypočítána z nejniţší dostupné hodnoty koncentrace resp. hladiny bez pozorovatelného účinku (NOEC). Extrapolace účinků na ekosystém můţe pak být provedena s mnohem vyšší jistotou a tak je moţné sníţit koeficient posuzování na hodnotu 10. Nicméně toto je dostačující pouze tehdy, kdyţ zkoušené biologické druhy mohou být povaţovány za takové, které reprezentují jednu z několika citlivějších skupin. Toto by normálně bylo moţné určit pouze tehdy, kdy jsou k dispozici údaje o nejméně třech biologických druzích napříč třemi tropickými úrovněmi. Někdy můţe být moţné s vysokou pravděpodobností určit, ţe byly prozkoumány nejcitlivější biologické druhy, tj. ţe další dlouhodobá hodnota NOEC pocházející od odlišné taxonomické skupiny by nebyla niţší neţ jsou údaje, které jsou jiţ k dispozici. Za těchto okolností by koeficient 10, pouţitý pro nejniţší hodnotu NOEC z pouze dvou biologických druhů, byl taky odpovídající. Toto je důleţité zejména tehdy, jestliţe látka nemá schopnost bioakumulace. Pokud není moţné učinit takové rozhodnutí, potom by měl být pouţit koeficient posouzení 50, aby byly vzaty v úvahu odchylky citlivosti mezi jednotlivými biologickými druhy. Koeficient posouzení 10 nemůţe být sníţen na základě laboratorních studií. (e) Koeficient posouzení, který má být pouţit na „mesocosm“ studie nebo na (polo-)polní údaje, bude muset být revidován na základě přístupu případ od případu.

230

Listopad 2000


Příloha VIII

V případě sloučenin s vysokou hodnotou “log Kow“ nemůţe být zjištěna ţádná krátkodobá toxicita. Taky se to můţe vyskytnout dokonce i při dlouhodobých zkouškách, nebo se nedosáhne ustáleného stavu. Pro zkoušky s rybami pro nepolární narkotika se nedosaţení ustáleného stavu prokáţe pouţitím dlouhodobého QSARs (viz Část 3.2.1.2 a Kapitolu 4 o pouţití QSARs). V takových případech, kdy se ukazuje, ţe ustálený stav stále ještě nebyl dosaţen, se můţe zváţit pouţití vyššího koeficientu posouzení. Pro takové látky, v jejichţ případě není při krátkodobých zkouškách pozorována ţádná toxicita, musí být provedena dlouhodobá zkouška, jestliţe je hodnota „log Kow“ > 3 (nebo hodnota BCF > 100) a jestliţe 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 můţe potom být pouţita s koeficientem posouzení 100. Kromě poţadované dlouhodobé zkoušky se hodnota NOEC stanoví ze zkoušky řas základního souboru a pouţije 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.2Koncepce metody lokálního posouzení chemikálií pro úpravu chladicí vody, se zvláštním dŧrazem 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 pouţity 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 & pouţití 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, ţe 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 důleţité opatření BAT, které slouţí k pomoci redukovat dopad přídavných látek na ţivotní 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 reţimech posuzování, které se pouţívají v Nizozemsku a v Německu. V horizontálně řešeném dokumentu BREF je pouze moţné 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 ţivotní prostředí tvoří klíčové prvky při určování přístupu kompatibilního s BAT na lokální úrovni pro jednotlivá zařízení.


Listopad 2000

231

Příloha VIII

Oprávnění pro kladení důrazu na biocidy při jakémkoliv reţimu posuzování je zaloţeno na skutečnosti, ţe jim vrozené vlastnosti mají za následek to, ţe biocidy jsou povaţovány za látky vyššího potenciálního zájmu ve smyslu dopadů na přijímací vodní tělese (recipienty). Ve výstupním místě mohou výtoky z chladicích soustav, které pouţívají biocidy, způsobit akutní toxicitu. Lokální podmínky, charakteristiky pouţitých 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 pouţití biocidů, mohou být správně adresovány jen tehdy, pokud mohou být posouzeny potenciální dopady. Měřítko, podle něhoţ můţe být rozhodnuto o přístupu ve věci pouţití 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 pouţívány v chladicích soustavách. Takové posouzení na lokální úrovni můţe být bráno jako další a podrobnější krok, který následuje po (volitelném) předběţném 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, aniţ by předepisoval samotnou metodologii. Pro scénáře k posouzení emisí na lokální úrovni je k dispozici značný počet metodologií a modelů, které se nepřetrţitě rozvíjejí (v celém rozsahu od jednoduchých aţ po vysoce sofistikované). Mělo by to spočívat na ţadatelích o povolení a na úřadech členských států, jaké metodologie si vyberou a pouţijí, které jsou vhodné pro lokální podmínky a které odpovídají úrovni zájmu o potenciální environmentální účinky. VIII.2.2 Klíčové záleţitosti V souvislosti s tím, jak se zaměřit na minimalizaci (environmentálního) dopadu, který specificky vyplývá z pouţití biocidu v chladicích soustavách podle zásad přístupu BAT, existují dva klíčové stavební kameny, které je důleţité 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 přidruţených ke všem 23 kategoriím výrobků, které jsou do tohoto zahrnuty. Jeden z typů produktu uvaţovaných pro autorizaci zahrnuje biocidy, které se pouţívají v chladicích soustavách (typ produktu 11). Nové biocidy mají být podle této Směrnice posuzovány a schvalovány okamţitě. 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 pouţívat 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 pouţívá pro stanovení konzervativních předpovídaných koncentrací bez účinku (PNECs) podle zkušebních metod, které jsou v EU stanoveny chemickou legislativou. Tato metoda zahrnuje „součinitel bezpečnosti― aţ 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 pouţívají v chladicích soustavách je buďto jiţ 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 moţno pouţít metodologii uvedenou v Příloze V Směrnice WFD pro stanovení EQS (tj. pro určení hodnoty PNEC) pro látky, které se nacházejí ve vodě. EQS potom můţe být porovnávána s předpovídanou environmentální koncentrací (PEC) za účelem pomoci při stanovení, jaký potenciál můţe existovat pro případ dopadu (na ţivotní prostředí), který můţe nastat. Protoţe EQS odpovídá PNEC, je často na toto učiněn odkaz jako na „porovnání PEC : PNEC―. Jak bylo zmíněno jiţ výše, je k dispozici značný počet metod pro výpočet koncentrace látek, o kterých se očekává, ţe budou zjištěny v recipientech (přijímacích vodách) jako důsledek vypouštění (tj. PEC).

232

Listopad 2000


Příloha VIII

Hodnota PEC/PNEC se můţe pouţít jako měřítko pro BAT pro stanovení kompatibilního přístupu pro biocidy, které jsou pouţívány v chladicích soustavách, podle BAT. Nicméně by mělo být vzato na vědomí, ţe při tomto přístupu musí být učiněn určitý rozdíl mezi novými a jiţ existujícími (chladicími) zařízeními (instalacemi). Hodnota PEC : PNEC < 1 v recipientu po realistickém smíchání & zředění by mohla poskytovat měřítko (jako mezní hodnota) pro biocidy pouţívané v nových chladicích soustavách. V případě jiţ existujících chladicích soustav, kde mnoho konstrukčních parametrů & jiných instalačních charakteristik je jiţ ustanoveno, nebude vţdy moţné 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 můţe být povaţována 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 pouţívání biocidů v jiţ existujících chladicích soustavách. Správným způsobem optimalizovaný provoz ve velmi dobře navrţené (konstrukčně provedené) chladicí soustavě můţe být povaţován za BAT, jestliţe se dosáhne hodnoty PEC : PNEC < 1. V případě chladicích zařízení (resp. instalací), ve kterých není moţné 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.


Listopad 2000

233

Příloha VIII

Obrázek VIII.2:

Kombinovaný přístup pro posouzení biocidŧ chladicí vody pro existující (chladicí)

zařízení

234

Listopad 2000


Příloha VIII

Legenda k Obrázku VIII.2: 1. implementace (realizace, resp. zavedení) této směrnice se připravuje; 2. optimalizace pouţití biocidu v důsledku monitorování parametrů relevantních pro řízení chladicí soustavy a optimalizace dávkování (dává se přednost automatickému dávkování); 3. mohou být zváţena opatření, jako je předběţná úprava (chladicí vody), filtrace bočního proudu. Taky je moţno vzít v úvahu opatření „na konci potrubí―. Volba opatření často závisí na dané situaci. Můţe být zváţena velká rozmanitost opatření „na konci potrubí―, jako je biologická úprava, pouţití pískového filtru, adsorpční techniky, oxidace ozonem, atd., atd. 4. v tomto případě musí být pouţita (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 pouţití biocidů a realizace/implementace opatření na konci potrubí), je všechno v rozsahu normálních kritérií BAT pro opatření pro redukování, resp. sníţení (viz 4). Výsledek výše uvedeného vyhodnocení představuje řešení, které se dostává nejblíţe k záměru PEC/PNEC = 1. Jiné vhodné přídavné látky (s menším dopadem na ţivotní prostředí) nejsou k dispozici. Z tohoto důvodu můţe být toto povaţováno za BAT pro jiţ 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. aţ 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 kaţdý 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 můţe být velmi uţitečným kompletním podpůrným nástrojem při provádění úvah o výběru biocidů. Nicméně by mělo být poznamenáno, ţe výsledek tohoto (prvního) kroku je pouze prvním seřazením moţných biocidů podle vhodnosti. Další zpracování podle kroků 2 a 3 by mohlo přinést takový výsledek, ţe pořadí preference moţných 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 umoţňuje stanovit do jakého rozsahu je nutné pouţít 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.


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, ţe výsledkem kroku 1 (coţ byla metoda „benchmark“) byl výběr kombinace biocidů chlornan a dvojbrom-nitrilopropionamid (DBNPA). Optimalizace ve smyslu patřičného monitorování a dávkování chlornanu ukazuje, ţe 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 můţe být přínosem při redukování emisí z chladicí soustavy a realizaci účinnějšího vyuţití 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 zvaţováno pouţití DBNPA, poskytuje dočasné uzavření odtoku (z chladicí soustavy) další (optimalizační) moţnost redukovat mnoţství biocidů vypouštěných do ţivotního prostředí. Z hlediska provozovatelů (obsluhy chladicí soustavy) je zde otázka: do jakého rozsahu bude moţné uzavřít vypouštění resp. odtok z recirkulační (chladicí) soustavy za účelem redukování koncentrace DBNPA prostřednictvím hydrolýzy na dostatečnou hladinu, aniţ by byly vytvářeny překáţky 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 poţadované redukování v procentech pro splnění poţadavků EQS pro tyto povrchové vody.

236

Listopad 2000


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]; pouţitý biocid: DBPNA; Dávkování: nárazové (denně); koncentrace: 4 [mg/l]; EQS: 7 [μg/l]. Přijímací voda Rozměry PEC Poţadované (recipient) redukování [%] Průtok Šířka Hloubka Rychlost Zředění po [μg/l] pro splnění EQS [m3/s] [m] [m] [m/h] vypuštění Prŧměrná 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, ţe 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 pouţitím modelu, který je všeobecně akceptován (v anglické verzi sice je uvedeno „excepted“, ale to se zde nehodí, pozn. překl.) v Nizozemsku a je pouţíván schvalujícími úřady pro účely posouzení lokálního dopadu (na ţivotní prostředí) poté, co BAT byl ve více obecném smyslu určen (kombinovaný přístup). Nizozemský přístup je zaloţen 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, ţe většina členských států bude mít své vlastní metodologie, nebo vyuţije 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, ţe EQS pro DBPNA má hodnotu 7 [μg/l]. (jeden údaj NOEC a 3 akutní údaje mají za následek součinitel bezpečnosti 100; nejniţší 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 moţností pro optimalizaci pouţití biocidů a sníţení zatíţení vypouštěnými biocidy, kdyţ jsou pouţity snadno odbouratelné přídavné látky. V následující tabulce je uvedena potřebná doba, která je nutná pro redukování emise biocidů na takovou úroveň, ţe po vypouštění můţe 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.


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

Prŧměrná 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: zvýšení koncentrace solí: zvýšení koncentrace solí: zvýšení koncentrace solí: zvýšení koncentrace solí:

koeficient 1,8 koeficient 1,2 koeficient 1,7 koeficient 2,5 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 vţdy moţné učinit opatření ve vztahu k těmto důsledkům pomocí dalšího, navíc vypouštění před dávkováním a uzavřením, coţ bude vytvářet niţší koncentrace inertní frakce v chladicí soustavě. Další opatření: Pokud EQS (environmentální norma jakosti) nemůţe být splněna, musí být provedeno vyhodnocení, zda by nemělo být zváţeno pouţití alternativních biocidů, a/nebo zda mohou být učiněna jiná opatření. Příklady takových opatření jsou: – předběţná úprava pouţívané 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


Příloha IX

PŘÍLOHA IX

PŘÍKLAD MODELU PRO ODHADOVÁNÍ EMISÍ BIOCIDŮ V ODKALOVANÉ VODĚ

Nizozemský institut managementu vody RIZA vyvinul zjednodušený model pro odhadování mnoţství biocidů, které jsou vypouštěny z otevřené recirkulační chladicí věţe [tm004, Baltus en Berbee, 1996]. Tento model pro odhad biocidů předpokládá: 

ţe hlavní cesta, kterou se ztrácejí biocidy, je cesta prostřednictvím odkalování a vyprchávání (vypařování), prostřednictvím adsorpce, atd.;



ţe toto odkalování je velmi malé ve srovnání s mnoţstvím cirkulující vody;



ţe pH a teplota jsou konstantní;



ţe při pouţití nárazového dávkování je počáteční koncentrace bezprostředně po dávkování stejná v celé chladicí soustavě;



ţe hydrolýza je chemická reakce prvního řádu a ţe rychlost následující disociace je známá;



ţe objemové mnoţství odebraných nečistot je mnohem menší neţ objemové mnoţství (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 mnoţství odebraných nečistot (m3/h)

k

=

disociační koeficient (h-1)

V

=

objem (chladicí) soustavy (m3)

(k = 0, pokud se disociace látek neuskutečňuje)

Předpokládá se, ţe rozdíl mezi 100 % látky a skutečně vypuštěnou frakcí bude hydrolyzován. Za předpokladu, ţe se neuskuteční ţádné další chemické reakce, by tento model mohl být povaţován za takový, který popisuje nejhorší případ. Je realistické předpokládat, ţe procento biocidů, emitovaných/vypouštěných ve skutečnosti, bude menší neţ je výsledek podle tohoto modelu. Je důleţité přiznat, ţe toto je pouze model pro hrubý odhad vypouštění a ţe tento model neposkytuje ţádné informace o toxicitě odebraných nečistot. Zejména v případě velmi hydrolyzovaných biocidů mohou být výsledné látky dokonce škodlivější, neţ je původní úprava (vody). Disociační koeficient (k) je důleţitá konstanta, protoţe 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 aţ na okamţik, ve kterém koncentrace biocidu dosáhne svou nejniţší hladinu. Za účelem prevence zasolení (chladicí) soustavy by voda v (chladicí) soustavě měla být obnovena/osvěţena („refreshed“?) právě před dávkováním. Odkalování musí být otevřeno po několika hodinách k zabránění tomu, aby se koncentrace solí zvýšily. Je zřejmé, ţe toto je úspěšnější v případě rychle hydrolyzujících biocidů, neţ 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 pouţití tohoto modelu byly takové, ţe při pH 8 a teplotách mezi 25 ºC aţ 40 ºC mohly být biocidy stále persistentní a mohly být emitovány v odkalované vodě ve větším rozsahu neţ 80 %. Ukázalo se, ţe procento rychle hydrolyzujících biocidů v odkalované vodě je mnohem niţší (25 %). Neměl by být učiněn závěr, ţe jsou mnohem příznivější, protoţe jejich toxicita, nebo toxicita produktů jejich disociace, můţe být velmi vysoká a tudíţ vytváří dokonce méně příznivou situaci v recipientu (přijímací vodě).


Listopad 2000

239

Příloha X

PŘÍLOHA X

INVESTIČNÍ NÁKLADY A PROVOZNÍ NÁKLADY ZAŘÍZENÍ A ČÁSTÍ CHLADICÍCH SOUSTAV PRO NEELEKTRÁRENSKÁ POUŢITÍ

[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, ţe vyšší investiční náklady zároveň znamenají niţší provozní náklady. Předpokládá se, ţe toto by mohlo současně naznačovat niţší dopad na ţivotní prostředí. Cenové údaje jsou uvedeny pro kaţdé uspořádání, nicméně provedené výpočty nákladů na chladicí soustavy ukazují širokou rozmanitost a můţe být učiněn závěr, ţe rozdíly v nákladech mezi různými chladicími soustavami nemusí bezpodmínečně udávat nejméně nákladnou variantu. Mezi různými faktory, které nakonec ovlivní celkové náklady, jsou velmi důleţité poţadavky uţivatele a legální poţadavky, které musí být splněny. Z tohoto důvodu by odhad realizovatelnosti chladicí soustavy nebo pouţitelnosti příslušné techniky měl být proveden pro kaţdý jednotlivý případ. Taky musí být vzata v úvahu cena za energii, coţ hraje významnou roli zejména v těch případech, kde je zvaţována rekuperace tepla. Náklady vycházejí ze skutečností v roce 1995. Důleţitým aspektem při výpočtu nákladů na chladicí soustavu a na její moţná 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 niţším nákladům na údrţbu, ale taky k vyšším fixním ročním nákladům, které mohou být překáţkou pro samotné investování. Za účelem porovnávání by měly být náklady vyjádřeny v souvislosti s tepelným výkonem (tepelnou kapacitou), pro který je předmětná chladicí soustava navrţena (kWth nebo MWth).

Části a náklady

Pro výpočet celkových nákladů a pro účely porovnávání různých chladicích soustav byl pro průmyslová (ne-elektrárenská) pouţití 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 zaloţeny na cenových hladinách různých částí chladicí soustavy. Pro tytéţ 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 neţ kotlové výměníky tepla dokonce i v případě pouţití draţšího materiálu, jako je titan, ale jejich pouţití je omezeno (niţší) hladinou přípustného tlaku. Kondenzátory jsou přibliţně o 25 % draţší neţ kotlové výměníky. Materiály jako je nerezavějící ocel, nebo speciální slitiny Cu-Ni, jsou draţší neţ ocel (dvou aţ pěti násobně). Speciální trubky mohou být draţší o 10 % aţ 15 %. Náklady na vzduchové chladiče závisí v prvé řadě na velikosti (teplosměnné) plochy povrchu výměníku tepla a na typu ventilátoru. Poţadovaná velikost koncové teploty je taky uváděna jako rozhodující činitel. Materiál pro vzduchem chlazený výměník tepla je obvykle méně důleţitý, neţ 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 pouţitá pro přívod/vstup a vývod/výstup jsou záleţitostí, která je mimořádně závislá na lokálních podmínkách. Zejména délka, průměr a konstrukční provedení napájecích trubek/potrubí a výtokových trubek resp. potrubí můţe 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


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 pouţitého materiálu. Čím je chladicí voda čistější, tím je méně kritická volba poţadovaného materiálu. Náklady na chladicí věţ závisí významným způsobem na modelu a velikosti. Mohou být poţadována opatření pro potlačení tvorby parní vlečky; v tomto případě budou investiční náklady na chladicí věţ zhruba 1,5 aţ dvakrát vyšší. Nádrţe pro shromaţďování vody jsou taky součástí zařízení chladicí věţe. Náklady na chladicí věţ jsou částečně závislé na poţadovaném konstrukčním prostoru. Menší přibliţovací prostor nad chladicí věţí vede k větší a nákladnější chladicí věţi, a to jak z hlediska investičních nákladů pro samotnou chladicí věţ, tak i z hlediska spotřeby energie. Níţe 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 aţ 0,06) euro na kWh);  podzemní voda včetně daně, poplatků a čerpání ((0,09 aţ 22*) euro na m3); (22*; správná hodnota podle některých názorů by snad měla být 0,22, pozn. překl.);  podzemní voda kromě čerpání ((0,09 aţ 0,11) euro na m3);  pitná voda včetně daně, poplatků ((0,4 aţ 1,4) euro na m3);  v některých případech jsou pouţívány taky produkty „polotovary― („semi-manufactured“), například vločkovaná říční voda, nebo odčerpaný kondenzát. Jejich ceny jsou niţší, neţ je cena zakoupené vody. Určující provozní aspekty chladicích soustav chlazených vodou jsou energie pro čerpadla a, v případě chladicí věţe, přídavný ventilátor a přídavná voda. Kromě toho náklady zvýší úprava chladicí vody, ale toto se mění podle pouţité úpravy, která je přidruţena k dané chladicí soustavě. Průtočná chladicí soustava vyţaduje pouze kontrolu biologického znečištění, zatímco recirkulační chladicí soustavy vyţadují 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 pouţití ventilátorů. Náklady na údrţbu vzduchových chladičů jsou jedna třetina aţ polovina nákladů na údrţbu chladicích soustav pouţívajících kotlové chladiče.

Metodologie Byly vyvinuty různé metodologie pro porovnávání nákladů mezi různými chladicími soustavami. Následující přístup je pouţit jako příklad, ale jiné metody pro stanovení nákladů jsou zaloţeny na stejném principu. Metoda není v absolutním smyslu přesná a, jinými slovy vyjádřeno, není určena k pouţití 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 přidruţená procenta v tomto příkladu jsou:  nepřímé náklady (5 % investičních nákladů);  technické/inţenýrské 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, ţe vyšší investiční náklady vedou nejenom k vyšším ročním fixním nákladům, ale mohou taky být překáţkou pro samotné investování. Do ročních nákladů jsou zahrnuty také náklady na údrţbu.

Porovnávání Na základě výše uvedených prvků byly vypočítány a porovnány investiční náklady pro různé chladicí soustavy. Byl taky proveden výpočet přidruţených provozních nákladů. Celkový součet je shrnut a uveden v Tabulce X.2.

242

Listopad 2000


Příloha X

Při výpočtu ročních nákladů musí být pouţito období amortizace při určité úrokové sazbě. Jsou taky vypočítány provozní náklady. Roční náklady na údrţbu jsou zaloţeny na celkových investičních nákladech (TIC).

Tabulka X.1: Nákladné části vodních a vzduchových chladicích soustav [tm001, Bloemkolk, 1997] Typ nákladŧ

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 věţ(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

Údrţba

X

x

Proměnné

x

Výpočty ukázaly, ţe 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 důleţité. Levné materiály a modely určují vypočítané dolní mezní hodnoty a speciální materiály určují horní mezní hodnotu. Zároveň by se nemělo zapomínat na to, ţe dobré materiály by mohly značně sníţit náklady na údrţbu, provozní náklady a pouţití chemikálií. Investiční náklady a provozní náklady, pokud jsou vypočítány jako roční náklady, se značně liší. Faktory jako jsou poţadavky 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 pouţito suché vzduchové chlazení, je dosaţitelná koncová teplota velmi důleţitá, a čím je poţadovaná hodnota koncové teploty niţší, tím nákladnější se stane vzduchové chlazení. V případě pouţití vodního chlazení má nízká koncová teplota menší vliv na odhady nákladů, pokud při výpočtech nejsou pouţity nízké hodnoty přiblíţení.


Listopad 2000

243

Příloha X

Tabulka X.2: Cenové údaje pro vodní a vzduchové chladicí soustavy pro prŧmyslová pouţití kromě elektráren (1993-1995) [tm001, Bloemkolk, 1997] Soustava

Instalace x 1 000 (EUR/MWth)

Prŧtočná

68 – 182

(rozsah 0,2 - 10 MWth) (rozsah > 10 MWth) pro části - výměníky tepla2 - trubky, atd. - čerpadla - přívod/vypouštění

34 – 91 68 (36 136) 9,1 - 14 4,5 - 9,1 (9,1 - 14)

Celkem

Celkem Recirkulační s otevřenou mokrou chladicí věţí (rozsah 0,2 - 1 MWth) (rozsah > 1 MWth) pro části - chladicí věţ - výměníky tepla - trubky/čerpadla Celkem Nepřímá recirkulační s otevřenou mokrou chladicí věţí Celkem

244

Čím jsou stanoveny investice

Provozní náklady x 1 000 (EUR/MWth)

- materiál, model - délka, materiál - kapacita/výkon, DP - umístění

- energie 6,8 - kondicionování 1,8 - údrţba5 7,7

77 - 227

59 - 173 Nepřímá průtočná

Celkové investice (TIC) x 1 000 (EUR/MWth)

18 - 502,3 (přídavná)

- přídavné výměníky tepla

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

100 -269

Úroky a amortizace6 x 1 000 (EUR/MWth) za rok

- 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

Listopad 2000

- přídavné výměníky tepla - přídavná čerpadla

- přídavek 22 - energie 13 - údrţba 9,1 - kondicionování 4,5

19 - 41


6,3 6,5 2,3 – 1,8 –

Příloha X 86 - 255

- energie 16 - údrţba 11 - kondicionování 4,5 - přídavek 22

9,3 2,7 1,8 – 6,3 –

20 - 43 __________________________________________________________________________________________________________________________________________

Tabulka X.2: dokončení Soustava

Instalace x 1 000 (EUR/MWth)

Celkové investice (TIC) x 1 000 (EUR/MWth)

Suché vzduchové chlazení

Přímé Celkem

81 - 220

Nepřímé

přídavné2,3

Čím jsou stanoveny investice

Provozní náklady x 1 000 (EUR/MWth)

- koncová teplota8

- energie 5,4 - údrţba 3,45

105 - 288 - koncová teplota8

Úroky a amortizace6 x 1 000 (EUR/MWth) za rok

Obecné celkové roční náklady (EUR/MWth)

14 - 38

17 - 47

16 - 46

21 - 60

1,4 – 1,4 – 2,8 –

8,8 95 - 266

Celkem

123 - 351

- energie 8,9 - údrţba 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 – 1,7 měď 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.


Listopad 2000

245

Příloha X 4. 5. 6. 7. 8. 9.

246

(chladicí) soustava je (2 – 2,5) krát nákladnější se zařízením pro potlačování tvorby parní vlečky náklady na údrţbu 3,5 %; pro vzduchové chlazení (1 – 1,5) % předpokládá amortizaci při 5% úroku, kde roční fixní náklady vychází na přibliţně 13 % investičních nákladů (anuit). počet provozních hodin 8 000 za rok horní mezní hodnota nákladů je pro činnosti při chlazení na nízké teploty aţ do 30 ºC; dolní mezní hodnota nákladů je pro 60 ºC nejsou známy ţádné údaje o nákladech

Listopad 2000


Příloha XI

PŘÍLOHA XI

XI.1

PŘÍKLADY TECHNIK, KTERÉ SE POSUZUJÍ PŘI PRIMÁRNÍM PŘÍSTUPU BAT PRO PRŮMYSLOVÉ CHLADICÍ SOUSTAVY

Úvod

Je k dispozici mnoho volitelných moţností 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 dosaţitelné, neţ v případě jiţ 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 poţadavky a ekonomické souvislosti budou taky hrát důleţitou 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 mnoţství redukčních technik předloţených TWG, tedy technickou pracovní skupinou, při výměně informací vztahujících se na BAT pro průmyslové chladicí soustavy. Pro kaţdou 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 pouţitého nebo plánovaného chladicího uspořádání. Pokud je moţná volba mezi technikami s podobnými cíli z hlediska ţivotního prostředí, měla by jejich technická pouţitelnost a provedení z environmentálního hlediska být počátečními kritérii, která jsou následována kritérii investičních nákladů, nákladů na údrţbu 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 záleţitostem, které se vztahují na pouţití a realizovatelnost příslušných technik. Získané environmentální výsledky jsou dosaţeny při určitých podmínkách procesu a neposkytují ţádnou záruku pro podobné kvantitativní výsledky v jiném procesním prostředí. Výsledky jsou uţitečné pro znázornění směru zdokonalování. Zejména v případě průmyslových chladicích soustav se poţadavky procesu a velikost a provoz chladicí soustavy značně odlišují a budou mít vliv na výsledky jakéhokoliv pouţitého redukčního opatření.

XI.2

Úspory chladicí vody pomocí opětovného jejího vyuţití

Pouţití vody pro chlazení je, nebo se můţe 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 pouţívání resp. spotřeby vody v průmyslu. Takţe je kladen důraz na to, aby průmysl změnil technologii a změnil průtočné chladicí soustavy na recirkulační chladicí soustavy, pokud to je moţné, nebo aby provozoval svoje recirkulační chladicí věţe při vyšších cyklech koncentrace. Další z volitelných moţností, která se běţně aplikuje v případě chladicích věţí, je pouţití eliminátorů unášení. Taky existuje celá řada volitelných moţností úprav vody pro znovuzískání pouţité vody a k její přípravě pro opětovné pouţití v chladicím cyklu. Taky existují některé strategie směřující ke zvýšenému podílu suchého vzduchového chlazení, které nevyţaduje vodu, a tedy nevytváří ţádný z problémů, které souvisí s pouţíváním vodní chladicí soustavy; zatímco jiné okolnosti mohou být limitující záleţitostí pro volitelnou moţnost chlazení vzduchem (klimatické podmínky, investiční náklady, prostorové moţnosti). Přehled způsobů úprav (vody) zahrnuje tyto volitelné moţnosti [tm065, Meier a Fulks, 1990]:


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 nádrţe (rybníky)

Z výše uvedených volitelných moţností jsou reverzační osmóza a elektrodialyzační reverzování energeticky velmi náročné procesy, takţe se jeví jako relativně drahé. Změkčování (vody) horkým procesem je velmi účinné, ale má nevýhodu v tom, ţe je potřeba provést další ochlazování nebo rekuperaci tepla. Biologická úprava (vody) se pouţívá k odstranění organické hmoty z vody a je zvláště zajímavá jako součást programu úpravy vytékající odpadní vody za účelem jejího pouţití jako přídavné vody. Odpařovací nádrţe (rybníky) jsou velmi snadnou metodou pro redukování výtoku odpadní vody z daného provozu. Poţadavky na velikost odpařovacích nádrţí a mezní hodnoty pro likvidaci resp.odstranění zbývajícího kalu mohou znemoţnit jejich pouţívání. XI.2.1 Opětovné pouţití (odpadní) vody jako přídavné vody pro chladicí věţ [tm066, Phillips a Strittmatter, 1994] a [tm064, Meier, 1990] Popis Voda z provozu nebo voda pocházející mimo provoz můţe být pouţita jako přídavná voda pro chladicí věţe. Mohou být pouţity výtoky vody pocházející z téhoţ provozu, a taky výtoky pocházející z komunálních provozů pro úpravu odpadní vody. Chemie vody je velmi důleţitá. Audit resp. kontrola vody můţe poskytnout kompletní vyváţení vody pro kaţdou část provozu. Tento audit by měl poskytnout informace, které obsahují chemii vody chladicí věţe, cykly koncentrace, index doby zdrţení, rychlost, metalurgii soustavy, teploty, chemii aktuální úpravy (vody) a provozní výkonnost. Někdy voda potřebuje nejprve filtraci, a můţe být pouţit široký rozsah metod filtrace, které ale nejsou do rozsahu tohoto dokumentu zahrnuty. Chemie vody rozhoduje o chemické úpravě poţadované pro chladicí věţ k udrţování počtu cyklů. Zejména je uváděn výskyt zvýšené hladina korozívnosti. V některých případech mohou být mezní hodnoty koeficientu koncentrace zvýšeny buďto pouţitím inhibitorů tvorby kotelního kamene za účelem zvýšení cyklů koncentrace, nebo pouţitím 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 poţadavcích recirkulační chladicí soustavy a na dostupnosti opětovně pouţitelné vody v daném okamţiku. Uvádí se hodnota aţ do 15 %. Průřezové účinky: Odpad ve formě filtračního residua vzniklého filtrací vody před jejím (opětovným) pouţitím bude muset být zlikvidován, resp. odstraněn. Úspory v pouţití sladké vody budou muset být posouzeny ve vztahu k nákladŧm z hlediska ţivotního prostředí a finančním nákladŧm na další pouţití přídavných látek pro kondicionování odpadní vody. Chemická úprava proudu vody, která má být opětovně pouţita, mŧţe být velmi sloţitá a mŧţe vyţadovat další pracovní síly k provozování této soustavy. Mezní hodnoty pouţití: Opětovné pouţití (odpadní vody) je volitelnou moţností jak pro nové, tak i pro jiţ existující provozy a to bez ohledu na velikost provozu, přestoţe dodávka vody z alternativních vodních zdrojů pro větší poţadavky nemusí být dostatečná. Obsah organických látek (BOD, resp. v české verzi BSK) můţe 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 ţádné indikativní údaje.

248

Listopad 2000


Příloha XI

Příklady provozů: Na příkladu rafinerií bylo demonstrováno, ţe komunální odpadní voda můţe být pouţita jako přídavná voda [tm066, Phillips a Strittmetter, 1994]. Příklad pouţití nulového vypouštění je popsán v [tm064, Meier, 1990]. Úvahy: Typické problémy, se kterými je moţné se setkat při pouţití proudů odpadní vody jsou:  vyšší mikrobiologická aktivita v důsledku rozpuštěných ţivin;  zvýšené riziko tvorby kotelního kamene v důsledku zvýšené hladiny rozpuštěných solí;  problémy se znečišťováním, které jsou důsledkem vysokých hladin ţeleza a /nebo suspendovaných (resp. unášených) pevných látek;  problémy s korozí v důsledku vysokých hladin celkových rozpuštěných pevných látek (TDS). (viz str. 14). Moţnosti setkat se s výše uvedenými problémy závisí bezprostředně na sloţení 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 můţe způsobit vytváření kotelního kamene. Vysoké hladiny ţeleza a/nebo suspendovaných (resp. unášených) pevných látek mohou vést k problémům vyplývajícím ze znečišťování. Celkově výtok, resp. vytékající kapalina z rafinerie můţe obsahovat vysoké hladiny oleje, maziv a unášených/suspendovaných pevných látek, které mohou zvýšit poţadavek na oxidační biocidy. XI.2.2 Soustava s nulovým vypouštěním [Komentář, D] Popis: Odstupňovaná resp. stupňovitá chladicí soustava se pouţívá k vyloučení jakéhokoliv vypouštění (vody), které pochází z odkalování chladící věţe. Odkalování z primární chladicí věţe se provádí za účelem udrţení 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 nádrţi (klarifikátoru). Po tomto odkalování z primární chladicí věţe 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 věţi, tak zvané solankové chladicí věţi, za pouţití odpadního tepla z hlavního kondenzátoru, který je zdrojem energie. Solanková chladicí věţ musí mít mnohem menší průtok vody neţ primární chladicí věţ. 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 věţe. Redukování: Uvádí se, ţe opětovné pouţití primární odkalovací vody je kolem hodnoty 75 %, přičemţ zbývající část se odpaří v sekundární chladicí věţi (kolem 16 %), nebo je obsaţena v tuhém odpadu jako zbytková vlhkost. Pouţívání odpadního tepla v solankové chladicí věţi sniţuje chladicí zatíţení na primární chladicí věţi kolem hodnoty 3,5 MW při průtoku odkalování 45 m3/h. Průřezové účinky: Niţší chladicí zatíţení na primární chladicí věţi. Určité mnoţství energie se poţaduje 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.


Listopad 2000

249

Příloha XI

Mezní hodnoty pouţití: Tato soustava bude účinná v případech, kde jsou stanoveny přísné environmentální mezní hodnoty s ohledem na vypouštění odpadní vody. Tato soustava je volitelnou moţností pro nové elektrárny a nové chemické provozy, můţe ale být volitelnou moţností pro případ retrofitu jiţ existujících (chladicích) zařízení. Náklady: Kapitálové investice (resp.investiční náklady) pro tuto soustavu jsou vyšší, neţ investiční náklady na samostatné chladicí věţe. Tvrdí se, ţe kapitálové investiční náklady na mokrou chladicí věţ s touto soustavou jsou významně niţší, neţ jsou kapitálové investiční náklady na vzduchem chlazenou soustavu, která má stejnou kapacitu (stejný výkon). Provozní náklady s ohledem na energetické poţadavky mohou být niţší v důsledku pouţití 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 ţádného takového zařízení v rozsahu evropského společenství. Několik takových zařízení je moţné nalézt v USA. Úvahy: Solanky s vysokou teplotou, které se vytváří v konvenčních technologiích pro opětovné pouţití (chladicí) vody (například koncentrátory solanky), jsou mimořádně korozívní, coţ vede k exotickým materiálům a průběţně trvajícím problémům s údrţbou. Ve zde popsané soustavě nízký tlak (zhruba 1,5 bar) a nízké teploty (menší neţ 32 ºC) provozování DO dovoluje pouţití HDPE PVC a jiných nekorozívních materiálů v oblastech, kde koroze můţe být předmětem problémů. Další zkušenosti jsou takové, ţe krystalizátor je menší neţ konvenční soustavy. Obě dvě záleţitosti vedou k niţším poţadavkům na údrţbu. Provozování je jednoduché a nevyţaduje specializovaný výcvik. Nepoţaduje se ţádná další biologická úprava. Je potřeba provést úvahu pro danou lokalitu, zda environmentální náklady nulového vypouštění do povrchové vody převaţují environmentální náklady na likvidaci/odstranění odpadu. XI.2.3 Rozstřikovací nádrţe pro chlazení chladicí vody [tm154, Besselink a jiní, 1999] Popis: Rozstřikovací nádrţe (rybníky) pro chlazení chladicí vody byly v minulosti pouţívány a některé z nich mohou být v Evropě stále ještě v provozu. V současnosti se provádí výzkum zaměřený na pouţitelnost rozstřikovacích nádrţí pro chlazení chladicí vody pro průmyslové pouţití za účelem redukce vypouštění tepla a šetření s vodou. Studie proveditelnosti je zaměřena na pouţití rozstřikovací nádrţe a na úsporu energie ve srovnání s chladicí věţí o kapacitě resp. výkonu (18 aţ 21) MW th. Byl vyvinut model, podle kterého se vypočítá účinnost chlazení rozstřikovací nádrţe v závislosti na povětrnostních podmínkách, na rozměrech rozstřikovacích trysek a na charakteristikách rozstřikovací nádrţe (plocha povrchu, jakost vody). Pomocí tohoto modelu by potom mělo být moţné navrhnout poţadovanou rozstřikovací nádrţ pro jakékoliv specifické lokální podmínky. Celý průtok chladicí vody, nebo jenom jeho část, je přiveden(a) do nádrţe/rybníku přes rozstřikovací trysky. Rozstřikování zvyšuje chlazení a teoreticky je chladicí účinnost rozstřikovací nádrţe asi 36 krát větší, neţ je chladicí účinnost chladicí (možná „odpařovací“, pozn. překl.) nádrţe. Rozstřikovací nádrţe ochlazují odpařováním, vedením a prouděním. Odpařování je nejdůleţitější při vysokých teplotách vzduchu, zatímco vedení a proudění jsou důleţitější 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 nádrţí můţe dosáhnout 722 J/m2K. Redukování: Výsledky pro studované chladicí soustavy ukázaly, ţe potenciální úspory energie ve srovnání s pouţitím energie v případě chladicích věţí mohou dosáhnout přibliţně 6,5 kW e na MWth chlazení. Toto je ekvivalentní sníţení emisí CO2 asi o 38 tun na MWth za rok.

250

Listopad 2000


Příloha XI

Průřezový účinek: Rozstřikováním vody v rozstřikovacích nádrţích se vytváří vodní aerosoly. Vodní aerosoly hrají významnou roli při šíření biologické kontaminace. Proto provozování rozstřikovací nádrţe pro chlazení chladicí vody vyţaduje zejména v létě přiměřený/vhodný program úpravy vody. Pouţití: Nedostatek dostatečného prostoru v předmětném místě bude limitovat pouţití volitelné moţnosti rozstřikovací nádrţe pro chlazení chladicí vody pro (celou) kapacitu chladicí soustavy. V případě velkých chladicích soustav nemůţe být tato varianta volitelnou moţností pro veškerou chladicí vodu, ale pouze pro část poţadovaného mnoţství chladicí vody, a můţe se tím redukovat přívod vody. Rozstřikovací nádrţe pro chlazení chladicí vody pouţívá několik konvenčních elektráren ve Spojených státech (aţ do 500 MW e), jaderné elektrárny je pouţívají pro nouzové chlazení. Náklady: Investiční náklady na rozstřikovací nádrţe/rybníky pro chlazení chladicí vody jsou mírně výhodné ve srovnání s investičními náklady na chladicí věţ, pokud se zahrnují náklady pro přívod energie a taky při uváţení 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 nádrţe pro chlazení chladicí vody a pro chladicí věţe tm154, Besselink a jiní, 1999] Náklady Rozstřikovací nádrţ Chladicí věţ Investice ( ‗ 000 EUR/MWth) Energie pro rozstřikování (kWe/MWth) Označitelnost

a

39 (25) ventilátor(y) 4

48 11

spolehlivý

Spolehlivý

Poznámky: Kapacita/výkon Chlazení od 32 ºC do 24 ºC

(18

–

21)

MWth

Referenční provoz: Dow Europe, Terneuzen (NL – Nizozemsko). Úvahy: Přestoţe tato varianta je zaloţena na jiţ 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 můţe vést k omezením výrobní kapacity, které se vyskytuje v případě elektráren během letních měsíců. Rozstřikovací nádrţe pro chlazení chladicí vody by taky mohly být posouzeny v souvislosti s očekávaným zpřísněním omezení ohledně pouţívání podzemní vody.

XI.2.4 Skladování v chladu [Komentář-1, Belgie] Popis: Speciální aplikace pro menší průmyslové pouţití je podzemní skladování vody za účelem jejího ochlazení. Podzemní voda, ohřátá po pouţití, je zde skladována v průběhu dlouhého časového období v přilehlém místě pod zemí, kde se ochladí. Je taky moţné ochladit vodu nad zemí, například v zimě pouţitím vzduchových chladičů, po ochlazení vodu skladovat pod zemí a potom pouţít (v létě). Tato aplikace se pouţívá hlavně tam, kde existuje potřeba ochlazování na hladinu kolem (6 – 9) ºC.


Listopad 2000

251

Příloha XI

Redukování: Na základě porovnání pouţívání menších chladicích věţí bylo oznámeno redukování resp. sníţení nákladů na energii a provozních nákladů na (40 aţ 80) %. Průřezový účinek: Není znám. Mezní hodnoty pouţití: V případě průmyslového pouţití se aplikování této soustavy stává zajímavým nad minimálně 150 kW a jako doplněk k ochlazování pomocí chladicích věţí. bylo jiţ realizováno chlazení několika MW. Doposud je pouţití 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 pouţití nebylo zmíněno.

252

Listopad 2000


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 pouţity k přípravě vytékající chladicí vody pro opětovné pouţití jako přídavná voda pro recirkulační chladicí soustavy. Tytéţ techniky by mohly být pouţity pro vodu z přírodního zdroje k optimalizaci chemie vody a zároveň minimalizaci potřeby rozsáhlého programu úpravy vody. Jak jiţ bylo dříve uvedeno, pouţití se silně vztahuje k chemii vody a poţadavkům 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 výţivných látek. Bez ohledu na chladicí soustavu, cirkulaci vody nebo klimatické podmínky se biologická aktivita neuchová v podmínkách nedostatku výţivných látek. Proto by kaţdá úprava (chladicí vody) měla být zaměřena na redukování biologického růstu prostřednictvím odstranění rozpuštěných výţivných látek z okruhu chladicí vody. Pro účinnou úpravu (chladicí vody) je tak zvaný mrtvý objem (neboli objem okruhu) soustavy chladicí vody velmi důleţitý. Ve skutečnost je to tak, ţe tento mrtvý objem se upravuje ve filtru a následně je chlorován při nízkých hladinách a frekvenci. Toto můţe být provedeno pouţitím kontinuálního pískového filtru na bočním proudu a zničením rozpuštěných výţivných látek a zároveň filtrováním unášených resp. suspendovaných mikroorganismů a jiných rozpuštěných pevných látek. Následně na to je potřeba méně chloru a jsou moţné vyšší cykly koncentrace. Tato technika můţe být zdokonalena vytvořením aktivní biologie v pískovém filtru s vysokou koncentrací mikroorganismů, coţ se nazývá biologická filtrace bočního proudu. K udrţení aktivní biologie jsou pískové filtry v průběhu period vysokých hladin koncentrace biocidu (chloru) v okruhu chladicí vody obtékány, protoţe tato vysoká hladina by mohla zničit biologii v pískovém filtru a tím taky její účinek v chladicí vodě. Jakmile se hladina chloru sníţí, chladicí voda je opět vedena přes pískový filtr. Ve skutečnosti to znamená, ţe je třeba vést chladicí vodu přes (pískový) filtr jen v omezeném počtu případů, konkrétně jenom jednou nebo dvakrát za den. Tato aplikace byla pouţita 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 pouţívala dva filtry s plochou filtru 5 m 2 a kolem 10 kg VSS/m3 filtru, výška filtračního loţe 4 m, filtrační písek (1,4 – 2,0) mm a (0,8 – 1,25) mm. Konstrukční model byl zaloţen na reakci prvního řádu mechanismu odstraňování výţivných látek s rychlostní konstantou reakce 6,0/hodina (= písek (0,8 – 1,25) mm, takţe 3 800 m2/m3) a 4,5/hodina (= pro písek 1,4 – 2,0) mm, takţe 2 250 m2/m3) v pískovém filtru. Tato filtrace významně sníţila rychlost růstu organismů na straně výtoku z (pískového) filtru ve srovnání s cirkulující vodou. Redukování: Výsledné redukce závisely na optimalizované kombinaci odkalování, pouţití biocidu a aplikování biologické filtrace (resp. biofiltrace) bočního proudu. Například činnost pískového filtru závisí na velikosti prŧtoku bočního proudu, na velikosti prŧtoku promývací vody, cirkulaci písku, na odolnosti/stálosti filtru a na teplotě vody. Účinnost filtru se sniţuje vyšším prŧtokem (vyšším hydraulickým tlakem), jehoţ účinek je podobný účinku kratší doby trvání kontaktu, a pouţitím písku s většími částicemi, coţ znamená menší měrný/specifický povrch.


Listopad 2000

253

Příloha XI

Výsledky ukazují zvýšený koeficient koncentrace (5,0 aţ 5,5) se současným redukováním frekvence dávkování Cl‾ na méně neţ jednou za dva dny (0,42/den). Znamená to redukci odkalování o 12 %, sníţení přívodu vody o 2,4 %, a redukci pouţívání přídavných látek o 12 %, neboli sedmkrát méně chloru pro tentýţ účinek. V důsledku niţšího dávkování chloru zůstává hladina korozívních prvků (vyjádřeno jako součet chloru a síranu) v poţadovaném rozsahu pro tuto (chladicí) soustavu (maximálně 86 ppm Cl‾ a popřípadě 77 ppm HSO 4‾). Toto vysvětluje dosaţení 12% sníţení odkalování v důsledku pouţití biologického filtru, coţ je zaloţeno na stejné korozívnosti vody. Průřezový účinek: Jestliţe výchozím bodem pro pouţití biologické filtrace bočního proudu je redukování mnoţství chlorování, povaţují se všechny další zmíněné výsledky za pozitivní průřezové účinky. Údaje o dodatečných poţadavcích na energii pro čerpadla nebyly zmíněny. Je moţné vyhnout se pouţití 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 nádrţe chladicí věţe. Odpojitelný proud („slip stream“) horkého výtoku z filtru potom ve skutečnosti obtéká výplň chladicí věţe a ohřeje vodu ve vodní nádrţi chladicí věţe průměrně o 0,15 K, coţ představuje ekvivalent zvýšené nepřímé spotřeby energie 0,5 kWth/MWth chlazení. Samostatné čerpadlo pro přečerpávání výtoku z biologického filtru nazpět do sběrné komory chladicí věţe, kde je statický tlak 14 mwg, můţe předcházet tomuto problému resp. nedostatku. V průměru se musí přečerpat 1½ m 3/h na MWth chlazení , coţ je ekvivalentní s přímou spotřebou energie 0,1 kW e/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 věţe. Uspořená energie, která je zaloţena na sníţené spotřebě chlornanu sodného je taky velmi omezena (1 litr 15% roztoku na den na MWth chlazení je ekvivalentní s ―produkcí― oxidačního činidla 1 kW th za jednu hodinu na den na MWth chlazení nebo 0,04 kWth/MWth chlazení). Uspořená energie, která je zaloţena na redukci přídavné vody v důsledku 12% sníţení odkalování 0,04 m3/h na MWth je taky zanedbatelná dokonce i v případě, pokud se zahrne energie na přepravu redukovaného mnoţství přídavné vody. Všeobecně vyjádřeno, čistá energetická rovnováha je taková, ţe všechny tyto energetické odlišnosti v důsledku pouţití biologického filtru jsou zanedbatelné a jsou ve velikosti 1 % standardní přímé spotřeby energie pro proces chladicí věţe 20 kWth/MWth chlazení (Viz Tabulku 3.2). Tato nízká čísla jsou očekávána, poněvadţ obecně jen 1 % aţ 2 % průtoku cirkulující chladicí vody je potřeba k tomu, aby biologický filtr zabránil mikroznečištění výměníků tepla. Mezní hodnoty pouţití: Současně s odpovídajícím zdokonalením („upgrading“) kapacity filtru není mezní hodnota pouţití zřejmá. Toto řešení můţe být aplikováno (taky) na existující chladicí soustavy. Náklady: Náklady závisí na rozsahu pouţití a na dosaţených výsledcích, které jsou vyjádřeny prostřednictvím sníţených provozních nákladů. Provozní náklady na chlorování byly sníţeny na 85 %. Předpokládaná doba návratnosti investičních nákladů byla pro daný příklad odhadována na tři aţ čtyři roky. Referenční provoz: DSM, Geleen (Nizozemsko) a Dow Benelux, Terneuzen (nizozemsko). Úvahy: Filtr bočního proudu byl zkonstruován resp. navrţen jako účelově vybrané zařízení pro odstraňování výţivných látek s nízkou účinností (resp. efektivností), zvolením vysoké lineární rychlosti 25 m/h místo standardní rychlosti (10 – 14) m/h, která je obvykle pouţívána pouze pro odstraňování unášených látek. Vysoké rychlosti odstranění

254

Listopad 2000


Příloha XI

výţivných látek budou dosaţeny pouţitím protiproudého filtru s pískovým loţem, pokud výtok je alespoň nad 200 RLU jako ATP (= počty jednotek kolonií vyjádřené jako sníţení 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 věţí, bez biologického filtru bočního proudu, byla zaloţena na půlení mikroorganismů, které je vyjádřeno jako 500 RLU aţ 250 RLU jako ATP (adenosintrifosfát) pomocí reakce prvního řádu (= 0,5 [l/h]), které bylo dosaţeno při jednom litru 15% roztoku chlornanu sodného na MWth pro kaţdé nárazové dávkování. Organické zatíţení na filtračním loţi je 10 kg organických látek na m3 filtračního loţe, a společně s poţadovanou dobou kontaktu 10 minut je nutné navrhnout výšku písku 4 m , coţ ovlivňuje kapitálové (investiční) náklady méně neţ zvětšení průměru (pískového) filtru. Filtrační povrch byl 1 m2 pro kaţdých 15 MWth, z čehoţ 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 kaţdá kapka cirkulující/obíhající chladicí vody prochází filtrem bočního proudu 1,7krát denně. Tímto se hydraulický poločas celé chladicí soustavy sniţuje ze 40 hodin na 7 hodin. Zároveň se průtok odkalování sniţuje o 12 %, stejně tak jako se drasticky sniţuje pouţití 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 jiţ existujících chladicích soustav s chladicí věţí v Evropě takový, ţe 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, ţe 1 m 2 filtrační plochy na pouhých 15 MWth bude společně s výškou filtru 4 m v mnoha případech dostačující k vytvoření doby zdrţení („residence time“) trvající několik minut. Pro případy obvyklých situací poskytuje sníţení spotřeby vody a redukované pouţití chemických látek dobu návratnosti pro kapitálové náklady na (pískový) filtr bočního proudu chladicí vody 3 aţ 4 roky. Očekává se, ţe výsledkem pouţití jiných filtračních látek (jiných filtračních médií) neţ písek, jako je např. čedič, mohou být dokonce menší filtry na MW th.


Listopad 2000

255

Příloha XI

XI.3.2 Fyzikální metody Čisticí zařízení pro vodní chladicí soustavy mohou být jako „on-line― (nebo průběţné) čištění jako je například čištění pouţitím koulí z pěnové pryţe (porézních kuliček) nebo kartáčů, nebo „off-line― čištění pouţitím například vysokotlakých vodních trysek a protlačováním tak zvaných „prasátek― přes trubky kondenzátoru. Čím je čištění lepší, tím menší je potřeba pouţívání chemických látek pro úpravu chladicí vody; a to ne jenom proto, ţe znečištění povrchu trubek je odstraňováno mechanicky, ale taky proto, ţe pouţité přídavné látky budou účinnější, protoţe mohou snadněji dosáhnout na povrch (částí chladicí soustavy). Bylo konstatováno, ţe mechanické čištění by mělo být povaţováno za předběţnou podmínku pro pouţití programu omezování makroznečištění. Čištění suchých vzduchových chladicích soustav se omezuje na stranu teplosměnné plochy, která je opatřena ţebry. Čištění by mělo být uskutečňováno za účelem udrţování přenosu tepla (a taky za účelem předcházení nepřímým emisím) a ţivotnosti 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 navrţeno takovým způsobem, aby strhávání ryb, sutin, organických a anorganických materiálů, včetně unášených resp. suspendovaných látek, bylo udrţováno na nejmenším moţném rozsahu. Kromě toho v otevřených recirkulačních soustavách můţe být volitelnou moţností filtrace bočního proudu. Udrţování rychlostí na úrovni dostatečné pro zabránění uchycení organických organismů (tj. vyšší rychlost neţ 2 m/s). Nicméně příliš vysoké rychlosti mohou způsobit riziko koroze. Kritické rychlosti vody velmi mnoho závisí na typu pouţitého 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 vyţaduje vhodné konstrukční provedení chladicí soustavy (recirkulace chladicí vody). Toto opatření taky omezuje chladicí výkon (resp. kapacitu) chladicí soustavy a můţe být realizováno pouze v průběhu přerušení činnosti procesu v případě, kdy proces nemůţe vydrţet takové zvýšení teploty. Netoxické povlaky a nátěry, které redukují přichycování organismů, posilují účinky rychlosti (proudění) a usnadňují čištění. Pouţití zvukové technologie. Princip, který je základem pouţívání technologie zvuku, spočívá v tom, ţe vibrace vytvořené energií, která je přidruţena k přenášení zvuku, odstraní usazeniny z povrchových ploch tím, ţe otřásáním usazeniny uvolní. Osmotické nárazy (resp. šoky). Tato metoda, která spočívá na fyzikálně chemických základech, pouţívá osmotické nárazy na chladicí soustavy buď sladkovodní nebo s mořskou vodou tím ţe, ţe je vystaví mořské vodě nebo sladké vodě. Výsledkem je to, ţe buňky organismu se mohou dostat pod účinky vnitřního tlaku, který můţe způsobit jejich zánik.

256

Listopad 2000


Příloha XI

Tabulka XI.2: Fyzikální techniky pro minimalizaci pouţívání biocidu (odvozeno z [tm005, Van Donk a Jenner, 1996] Technika

Zařízení

Zkušenosti z prŧmyslu

Moţnosti/omezení

Filtrace/předběţná 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 aţ 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 pryţe (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 Zvuková technologie Elektrická úprava vody Osmotické nárazy (osmotické šoky)

Zkoušky v malém měřítku

Vysokofrekvenční transformátor



Ne, pouze výsledky zkoušek Ne, pouze výsledky zkoušek Ano, průtočná chladicí soustava pouţívající mořskou vodu

Listopad 2000

Listopad 2000

Jenom pro recirkulační chladicí soustavy Všechny biocidy Filtr se můţe stát dalším zdrojem bakterií Velké průtočné chladicí soustavy Ne pro otevřené recirkulační chladicí soustavy Průtočné chladicí soustavy a recirkulační chladicí soustavy Vyţaduje zdvojené uspořádání nebo pravidelné zastávky provozu Tato volitelná moţnost je omezena na nové chladicí soustavy, vyţaduje speciální konstrukční provedení Náhrada biocidů Zaloţeny na zinku a mědi, pouţití můţe 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 můţe korodovat, pokud je (chladicí) voda upravována mořskou vodou

257

257

Příloha XI

XI.3.3 Optimalizace pouţitím biocidŧ XI.3.3.1 Monitorování [tm005, Van Donk a Jenner, 1996] Pro monitorování mikroznečištění se pouţívá technika deskového počítání („plate count“) a měření ATP (adenosintrifosfátu). Pro monitorování makroznečištění se pouţívají expoziční panely a skleněná okénka. Tvorba kotelního kamene a koroze nepřímo ovlivňují pouţití biocidu a proto monitorování výskytu těchto účinků můţe být taky důleţité 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 pouţívána podvodní zařízení s robotem vybavená video záznamovým zařízením. Pro přesnější měření, zejména pro měření mikroznečištění a pro biocidní úpravy (vody), jsou aplikovány techniky, které pouţívají 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 moţné 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 můţe být pouţito pro monitorování všech makroznečišťujících organismů v chladicích soustavách pouţívajících sladkou vodu, brakickou vodu a mořskou vodu. Toto monitorovací zařízení umoţňuje 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 moţného makroznečištění v chladicí soustavě. Rychlost vody v monitoru je mnohem niţší neţ je rychlost vody v dané chladicí soustavě. Toto poskytuje optimální prostředí pro usazování dvoudílných navzájem spojených „spat“ lastur, a umoţňuje snadnou kontrolu doby usazení, růstu a efektivnosti opatření pro omezování makroznečištění. Na základě informací z monitorování pouţití biocidu mohou být omezeny periody, ve kterých je aplikování biocidu skutečně nutné. Další výzkum v záleţitosti chování organismů můţe dále usměrnit koncentraci dávkování biocidu. Aplikují se taky jiné techniky, jako je technika pouţívající ponorné desky v blízkosti přívodních kanálů chladicí vody. Toto poskytuje obsluze provozu údaje o časových obdobích, kdy není nutné pouţívat 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 shromaţďování dat, analytického software a z luminiscenčního činidla. Analyzátor měří světelný výstup mikroorganismů. V rozsahu (několika) minut můţe tato zkouška určit koncentraci biocidu a jeho biologickou aktivitu v chladicí vodě. Tato metoda je zaloţena na biologické luminiscenční biologické zkoušce aktivní přídavné látky biocidu. Metoda je zaměřena na optimalizaci pouţití neoxidačních biocidů v recirkulačních chladicích soustavách pomocí měření spotřeby (neoxidačních biocidů v chladicí soustavě.

258

Listopad 2000


Příloha XI

XI.3.3.2

Dávkování biocidu

XI.3.3.2.1 Různé reţimy kondicionování pro získání optimálního ročního celkového pouţití 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 můţe být chlorování při nízkých hladinách chlorování, uskutečňované jako průběţné, poloprůběţné, stejně tak jako neprůběţné, 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 reţimů je dosáhnout a udrţovat vysokou energetickou účinnost provozováním (chladicí soustavy) s čistými výměníky tepla v průběhu celého roku a zároveň minimalizovat nepříznivé účinky na ţivotní prostředí. Posouzení chlorování z hlediska ţivotního prostředí je moţné 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 udrţování výměníků tepla v čistém stavu; nicméně tato toxicita je neţádoucí ve výtoku chladicí vody. Protoţe dokonce i reţim nízkohladinového průběţného 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 pouţité hmoty oxidační látky. Nicméně tyto komponenty se nesnadno měří na pravidelném nebo dokonce i průběţném základu a taky nemají ţádnou potenciální akutní toxicitu. Z tohoto důvodu je provedení reţimu kondicionování monitorováno z hlediska volných oxidačních látek, coţ je téţ aplikovatelnější na základě průběţné kontroly. Všechny oxidační reţimy kondicionování (chladicí) vody mají společné to, ţe průběţnému 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 pouţité analytické technice a ve vztahu ke komponentám vyskytujícím se v přírodní chladicí vodě, které nijak přímo nepřispívají k účinku samotného reţimu kondicionování (vody pro chladicí soustavu). Protoţe chlor právě tak jako jiné oxidační látky je neselektivní a nespecifický a reaguje prakticky se všemi redukovatelnými komponentami (sloţkami) přítomnými v (přírodních) vodách a společně s analytickým prahem citlivosti můţe toto být vysvětlením, proč uváděné úspěšné reţimy kondicionování pouţívají alespoň 0,2 mg/l volných oxidujících látek před kondenzátory. Produkce halogenovaných uhlovodíků je téměř lineární funkcí hmotnosti dávkované oxidační látky bez ohledu na reţim kondicionování (vody pro chladicí soustavu). Z porovnávání reţimů neprůběţného a průběţného nízkohladinového kondicionování (chladicí vody) můţe vyplynout to, ţe jako kdyby reţim neprůběţného 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 neprůběţném reţimu můţe být dokonce niţší, neţ ročně emitovaná hmotnost při průběţném reţimu s nízkou hladinou. Ve skutečnosti to není pouţitý reţim kondicionování, ale jakost vody, co ovlivňuje velikost minimálního mnoţství potřebných oxidačních látek. Vyšší počáteční koncentrace volných oxidačních látek, která je zapotřebí v případě neprůběţného chlorování, je nutná pro kompenzaci kratší doby kontaktu k dosaţení stejných výsledků úpravy (chladicí vody). To neznamená, ţe poţadované roční mnoţství oxidační látky je vyšší zároveň s vyšším přidruţeným mnoţstvím halogenovaných vedlejších produktů ve vývodu (chladicí vody). V důsledku míchání v přijímací vodě (recipientu) nastává rychlý rozklad všech oxidujících látek reţimu kondicionování, akutní toxicity a taky rozklad formací halogenovaných vedlejších produktů.


Listopad 2000

259

Příloha XI

Účinnost reţimu kondicionování (chladicí vody) je kombinace hladiny dočasné akutní toxicity a dostupnosti a mnoţství výţivných 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 udrţování výměníků tepla v čistém stavu. Čím kratší jsou zvoleny doba trvání, tím vyšší musí být dočasná akutní toxicita pro tentýţ účinek. Nebo naopak čím delší je doba kontaktu, tím niţší je poţadovaná akutní toxicita k dosaţení téhoţ výsledku. Všechny oxidační reţimy kondicionování (chladicí vody) mají společné to, ţe vyuţívají výhody redukovaného přívodu potravy organismů přiváděných do filtru, jako jsou mušle a ústřice, v podmínkách pod tlakem. Všechny oxidační reţimy kondicionování (chladicí vody) mají taky společné to, ţe usazování a růst („spat“) (to znamená metamorfovaných larev v posledním larválním stadiu dvoudílných navzájem, spojených larev) je zmenšen tím, ţe se na delší dobu zabrání otevření jejich lastur. Pokud jsou přinuceny uzavřít své lastury – coţ je přirozená schopnost při úniku – organismus se přepne na anaerobní metabolismus a ţije ze svých potravinových rezerv. Podle jejich stavu a teploty místní vody mohou přeţít takové stresové (tlakové) podmínky po dobu mnoha měsíců. Nicméně „spat“ stejně tak jako ústřice předcházejí těmto podmínkám pomocí sekundárního chování při úniku tím ţe se neusazují nebo odpojují své chomáče dlouhých měkkých hladkých vláken, coţ vysvětluje moţné poruchy přerušovaných reţimů (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 vyţivovaných vodách, které lze nalézt ve specifických pobřeţních oblastech a v některých přístavech a tyto podmínky jsou dále akcelerovány zvýšenými teplotami vody v rozsahu mezních hodnot. Z tohoto důvodu všechny reţimy kondicionování (chladicí vody) mají společné to, ţe chlorování není nutné, kdyţ výţivné látky jsou nedostatečné při nízkých teplotách vody (12 ºC). Nicméně ve specifických oblastech je jejich práh citlivosti 10 ºC z důvodu bohatosti dostupných výţivných 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. Průběţné a neprůběţné reţimy kondicionování (chladicí vody) ukazují rozdílné hladiny chlorování. Ve většině vod, pokud prevence usazování je zabezpečována průběţným chlorováním při nízkých hladinách dávkování poblíţ místa čerpání, se musí udrţovat 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 můţe být očekávána v okruzích chladicí vody v časovém období trvajícím 15 minut. Nicméně ve vodách bohatých na výţivné látky je bioznečištění tak závaţné, ţe 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. Neprůběţné chlorování s nízkou hladinou dávkování v případě ideální vodní chladicí soustavy s uzavřeným prouděním (tzn. „plug flow“) bude vyţadovat vyšší – aţ 0,5 mg/l – hladiny FO v místě před výměníky tepla k dosaţení stejného výsledku, coţ 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 zaloţena 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 vyuţívat nabízené dlouhé respirační periody k tomu, aby se vzpamatovaly. Všeobecně vyjádřeno, přerušované reţimy (dávkování), které jsou aplikovány v případě vod bohatých na výţivné látky, jsou účinné jen tehdy, kdyţ jsou pouţívány 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 reţim průběţného chlorování, protoţe 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, neţ 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 reţimy s vyšší frekvencí dávkování, které jsou nazývány střídavé

260

Listopad 2000


Příloha XI

pulzující chlorování (XI.3.3.2.2). Tyto reţimy plně vyuţijí 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, ţe část okysličené chladicí vody bude mít rozdílnou dobu zdrţení („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 zdrţení (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 reţim kondicionování (chladicí vody) sniţuje roční pouţití přídavných látek a je účinný především proti makroznečištění. Nicméně tento reţim můţe 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 prŧtočných (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 jiţ existující průtočné chladicí soustavy pouţívající mořskou vodu s průtokem aţ do 11m 3/s byla vyvinuta a aplikována celá řada opatření jako součást integrované soustavy („systém celkové péče―). Do této soustavy je zahrnuto 200 výměníků tepla (převáţně měď/nikl 90/10 a uhlíková ocel s povlakem) , spojených hlavními potrubími o délce 4 km. Porucha této soustavy jako důsledek poškozených trubek byla převáţně způsobena poruchami způsobenými erozní korozí. (65 %). Opatření zmenšující počet případů úniků v důsledku netěsností a zároveň mnoţství pouţitého biocidu by bylo moţné redukovat. V příčinné situaci bylo provedeno dávkování chlornanu jako úprava (chladicí vody) proti znečištění. Jako výsledek dlouhodobé zkušenosti bylo uváţeno, ţe to je nejvhodnější biocid pro tuto (chladicí) soustavu a pro jakost dostupné chladicí vody. Takţe ţádný jiný biocid nebyl povaţován za řešení (tohoto stavu). Optimalizace bylo dosaţeno pouţitím různých hladin biocidní úpravy (chladicí vody). Byl vyhodnocen dopad různých reţimů na ţivotní prostředí prostřednictvím měření a porovnávání mnoţství vedlejších produktů chlorování (převáţně bromoform) a vytvořené potenciální toxicity. Účinnost byla vyhodnocena přihlédnutím k: výskytu resp. rozsahu úniků v důsledku netěsností trubek výměníku tepla způsobených slávkami (mušlemi); mnoţství biologického růstu (náchylnost k makroznečištění); funkce pohybu navzájem spojených částí lastur („valve movement“) ústřic. Podle výše uvedených skutečností byly potom zdokonaleny výše zmiňované reţimy kondicionování (chladicí vody). Je důleţité uvědomit si, ţe v tomto případě bylo vyuţito poznatků o lokálním biotopu. Podstatnou záleţitostí je dosáhnout poţadované přesnosti měření a přidruţených výsledků. Redukování: Výsledky optimalizace ukazují, ţe počáteční zvýšení mnoţství chlornanu (dávkování A) nesniţuje na prvním místě případy výskytu úniku v důsledku netěsností, ale ţe 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 sníţené hladiny chlornanu (dávkování B a C), které kompletně odstranily makroznečištění, a stejně tak sníţily počet úniků v důsledku netěsností aţ na nulu. Aplikovaná metodologie je schopna udrţovat poţadovanou hladinu FO na správné hodnotě. Toto je zaloţeno na znalosti ţivotního cyklu makroznečišťujících ţivočišných druhů, mikroznečišťujících oblastí v (chladicí) soustavě, a na znalosti měnících se dob zdrţení (časů rezidence), a na znalosti rychlostí vody v různých částech chladicí soustavy.


Listopad 2000

261

Příloha XI

Udrţováním nízkých koncentrací oxidujících látek v průběhu delších časových období můţe 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 pouţívá v těch oblastech výtoku, kde se rapidně sniţuje rychlost proudění vody, a vytváří se tak mrtvé prostory. Výsledky jsou shrnuty v následující tabulce. Tabulka XI.3: Vliv pouţití reţimu optimálního dávkování na počet únikŧ v dŧsledku netěsností zpŧsobených slávkami (mušlemi) [tm153, Paping a jiní, 1999] Perioda Reţim Počet únikŧ v dŧsledku netěsností Chlornan zpŧsobených 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, = reţim C s vyšší frekvencí (tj. 5 minut dávkování při 20-ti minutovém intervalu)

Ještě více cílenější reţim dávkování je pulzující střídavé chlorování, které bere do úvahy odchylky dob zdrţení (časů rezidence) v různých částech procesu (Obrázek X.1). V různých dobách a v různých místech se dávkují poţadované 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 dosaţitelné emisní hladiny < 0,1 mg/l. Průřezový účinek: Značně niţší frekvence poruch výměníku tepla sniţuje poţadavky na nutnou údrţbu 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 pouţití: Reţim kondicionování (chladicí vody) nelze aplikovat na průtočné chladicí soustavy bez změny dob zdrţení (časů rezidence). Optimalizace intervalů dávkování (chladicí) soustavy vyţaduje pečlivé monitorování hladin volných oxidačních látek v chladicí soustavě a poţadovaných 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 údrţbu a pouţití chlornanu sodného; zvýšené náklady na roční preventivní a předpovídanou (prediktivní) údrţbu; a náklady na analýzy. Do výše uvedených nákladů nebyly zahrnuty investiční náklady, protoţe 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


Příloha XI Příloha XI

3 mg/l FO Pulzující střídavé chlorování; X, nebo Y1, nebo Y2, nebo ţádné 0,1 mg/l FO reţim A

(0,3 nebo 1) mg/l FO

0,2 mg/l FO reţim B

Provoz 1

2 mg/l FO

0,1 mg/l FO reţim C

Oblast směšování

analyzátory

Provoz 2

X: místo chlorování

potrubí

0 minut

hlavní distribuční potrubí; FO „stabilní―

6 aţ 8 minut

čerpání

Y: chlorování provozu Směšování proudŧ/tokŧ; odbourávání FO

v

13 aţ 17 minut

Obrázek XI.1: Optimalizované dávkování chlornanu (pulzující střídavé chlorování), při kterém se bere v úvahu znečištění a charakteristiky chladicí soustavy Odvozeno z [tm153, Paping a jiní, 1999] ML / EIPPCB / CV_BREF_FINAL


Listopad 2000

Listopad 2000

263

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 pouţití alternativních chemických látek, nebo kombinace chemických látek. Jiţ dříve bylo v tomto dokumentu znázorněno, jak můţe správné monitorování vést k efektivnějšímu reţimu dávkování, který sniţuje mnoţství poţadovaných přídavných látek, a který zároveň udrţuje 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 neţ oxid chloričitý, který je zase silnější oxidační látka neţ chlornan sodný. Tím, ţe 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 neţ 8 – s čímţ je často moţné se setkat v recirkulačních chladicích soustavách – rozkládá se a vytváří volné hydroxylové radikály, které jsou silnější oxidační činidla neţ molekulární chlor, ale mají mikrosekundový poločas. V případě, ţe 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 neţ samotný ozon. Dalším důleţitým faktorem je tvrdost vody a bylo doporučeno udrţovat 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 můţe být porovnáváno s úpravou (chladicí vody) chlorem/bromem. Bylo naměřeno sníţení aţ 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 mnoţství, ale taky změna charakteru mikrobiologie. Ve srovnání se stavem bez úpravy (chladicí vody) bylo moţné zjistit redukovaný počet kolonií vytvářejících biologické druhy. Koncentrace ozonu přítomného v (chladicí) soustavě neukázala ţádný přímý vliv na korozi, nebo na rychlost vytváření kotelního kamene, přestoţe byl učiněn závěr, ţe měkká ocel a ţluté kovy korodují snadněji v případě, kdyţ 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, neţ 0,004mm/rok. Bylo oznámeno redukování hladin AOX a COD ve vytékající vodě kolem 50 % pro různé příleţitosti úpravy (chladicí vody) ozonem. Výsledné hladiny byly niţší neţ 0,01 mg/l (AOX) a 10 mg/l (COD). Hladina COD byla dosaţena za přítomnosti dávky stabilizátoru tvrdosti vody. Prŧřezový účinek: Přestoţe vytváření energie ozonu je vysoká, aplikování ozonu se často označuje za takové, které je z hlediska ţivotního prostředí přijatelnější, neţ aplikování chlornanu, protoţe vede k menšímu vytváření trihalometanů (THM(s)) („s“ je symbol pro množné číslo, pozn. překl.) a extrahovatelných/vyluhovatelných organických halogenů (EOX). Ozonizace můţe 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


Příloha XI

Pouţitelnost: Ozon je převáţně pouţíván/aplikován v chemickém a v petrochemickém průmyslu, v rafineriích, a v omezeném rozsahu v energetickém průmyslu; nicméně na základě nedávných zkušeností je moţné očekávat jeho pouţití v širším rozsahu v menších průmyslových odvětvích. Výhody jeho pouţití jsou tyto:  účinnost, resp. efektivita;  nízká koncentrace vedlejších produktů;  nízká stabilita ozonu s důsledkem malého nebo ţádného výskytu ozonu ve výtoku (chladicí vody);  redukování COD a AOX. Ve Spojených státech byl učiněn závěr, ţe ozon není „kompletní soubor opatření― pro úpravu chladicí vody, zahrnující všechny účely pouţití, ale ţe ozon reprezentuje alternativní řešení pro omezený počet uţivatelů. Navíc je ozon uţitečný jen v případech, kdy je pouţíván jako samostatná přídavná látka pro úpravu vodních chladicích soustav, které nevyţadují ţádné další omezování koroze, nebo tvorby kotelního kamene. Jeho reaktivita omezuje aplikování jiných biocidů, které by byly okamţitě zničeny, a pokud by došlo k výskytu jakékoliv bioznečištění za poloměrem aktivity ozonu, nebylo by moţné tento problém vyřešit. Pouţití ozonu se upřednostňuje ve velmi čistých recirkulačních chladicích soustavách, a komentář k jeho pouţití je takový, ţe jeho vysoká reaktivita způsobuje, ţe ozon je nevhodný pro aplikování v průtočných chladicích soustavách, nebo pro pouţití v dlouhých potrubních soustavách. Rychlost, s jakou můţe ozon zmizet z (chladicí) soustavy, se demonstruje na příkladu, ve kterém po prvním aplikování ozonu do kontaminované (chladicí) soustavy bylo zjištěno sníţení jeho koncentrace pod detekční limit ve vzdálenosti 50 metrů od místa dávkování. Pro účely kondicionování vody chladicí věţe elektráren se v současné době navrhuje minimální koncentrace ozonu v nádrţi pro chladicí vodu 50 μg/l, ale byly oznámeny pozitivní výsledky taky při niţší hladině ozonu. Náklady: Výroba ozonu vyţaduje značné mnoţství energie a je relativně drahá v důsledku skutečnosti, ţe účinnost generátorů ozonu je velmi nízká (100 g aţ 150 g O 3/1 000 g O2, 10 kWh/kg O3). Nicméně údaje o nákladech se mohou lišit, protoţe závisí na alternativních úpravách (chladicí vody), které jsou k dispozici. Například bylo zjištěno, ţe úprava (chladicí vody) ozonem můţe být porovnávána s úpravou (chladicí vody) plynným chlorem, a ţe jiné úpravy (chladicí vody) zaloţené na pouţití chloru nebo bromu by mohly obsahovat ještě další náklady. Při interpretaci výše nákladů musí být taky věnována pozornost tomu, ţe investiční náklady mohou ale nemusí být zahrnuty, a ţe 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: Poţaduje se, aby minimální koncentrace ve vodním prostředí chladicí soustavy zabezpečovala poţadovaný biocidní účinek ozonu. Nedávno provedená práce ukázala, ţe k překonání jiţ 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, neţ můţe být naměřen jakýkoliv reziduální ozon ve zbytkové vytékající kapalině [tm131, Dziobek, 1998]. Uvádí se, ţe 60 % aplikací úpravy (chladicí vody) ozonem by mohlo být redukováno na 50 % v rozsahu 9 aţ 12 měsíců, přičemţ by povrchové plochy mohly zůstat čisté. Tento typ úpravy (chladicí vody) měl za následek koncentraci zbytkového ozonu 0,05 mg/l ve vodní nádrţi chladicí věţe. Dále bylo uvedeno, ţe čistější výplň chladicí věţe vedla ke zvýšenému počtu cyklů a k odpovídajícímu 70% sníţení ztrát (chladicí) vody. Místo dávkování je velmi důleţité z hlediska udrţování poţadované koncentrace ozonu ve správné oblasti chladicí soustavy. Za účelem předcházení poruch s ozonem se doporučuje pouţití 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 věţi [tm131, Dziobek, 1998].


Listopad 2000

265

Příloha XI

Ozon můţe být vyprodukován (přímo) na (předmětném) místě tak, ţe 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 průběţnou 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 pouţívaných v chladicích věţích. Z této studie vyplynulo následující pořadí těkavosti resp. prchavosti oxidačních biocidů: ozon > oxid choričitý > chloramin > kyselina chlorná > kyselina bromná, přičemţ ozon je při 20 ºC asi 167 000 krát těkavější/prchavější neţ kyselina bromná.

XI.3.4.2

Úprava pouţitím UV

Popis: Úprava vody pouţitím UV, která má být pouţita v recirkulačních chladicích soustavách, vyţaduje pro začátek úpravy čistou vodu, aby bylo dosaţeno dobrého přenosu vyzařování UV, a můţe být nutné provést předběţnou filtraci vody. Redukování: Zejména v letních měsících tato úprava účinkuje ve smyslu redukce vytváření améb/měnivek v odkalované vodě před jejím vypouštěním do řeky. Prŧřezový účinek: Náklady na energii nebyly oznámeny. Mezní hodnoty pouţití: Uvádí se, ţe ve slunných lokalitách byl pozorován růst řas následkem nedostatku reziduálních účinností, pokud nebyla aplikována ţádná činidla proti jejich růstu. Pro překonání tohoto jevu budou muset být přidána činidla působící proti růstu řas, nebo vodní nádrţ (chladicí) věţe bude muset být udrţována v čistém stavu a bez kalu pro zabránění růstu organismů v kalu. Světelné zdroje UV taky vyţadují časté čištění. Náklady: Nejsou uváděny pro celý rozsah pouţití. 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 pouţití vody není jisté, zda poţadovaná čistota vody v budoucnosti můţe být stále ještě dosaţena 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 pouţívaná pro dekontaminaci chladicí vody od přítomnosti mikroorganismů. Tato technologie je zaměřena na dosaţení nízkých mezních hodnot pro hladinu bakterií ve vodě. Tento systém působí jako prevence vytváření biofilmů a řas, coţ zase zabraňuje šíření bakterií, včetně kolonií „legionellae“ („legionnaire disease je „choroba legionářů“, pozn. překl.) v rozsahu (chladicí) soustavy. Jako oxidační činidlo se pouţívá peroxid vodíku, který v případě kovového katalyzátoru generuje významné mnoţství ●OH radikálů. Tyto radikály mají velmi silný oxidační účinek, o kterém se uvádí, ţe je větší neţ oxidační účinek ozonu nebo chloru. Uvádí se, ţe tato technologie má široké spektrum, coţ znamená, ţe tyto radikály jsou účinné proti širokému rozsahu mikroorganismů včetně tzv. „legionellae“. Genetická resistence nebyla uvedena a proto se nevyţaduje nárazové resp. šokové dávkování. Ve vodě se udrţuje relativně nízká koncentrace H 2O2, která udrţuje vodu prakticky bez přítomnosti bakterií.

266

Listopad 2000


Příloha XI

Redukování: Katalytická úprava peroxidem vodíku sníţí hladiny AOX a COD. Uvádí se, ţe tato úprava neprodukuje ţádné reziduální nebezpečné chemické látky ve výtoku vypouštěné vody. Tato úprava rozšiřuje provozní periodu, protoţe redukuje frekvenci údrţby v případech, kde celkové zařízení (resp. instalace) zůstává ve stavu bez biofilmů, řas a bakterií. Prŧřezové účinky: Katalytická úprava nepotřebuje pouţívat jakoukoliv další energii. Typická hodnota koncentrace peroxidu vodíku ((0,5 aţ 2) ppm) neukázala ţádný vliv na korozi nebo na rychlost vytváření tvorby kotelního kamene. Peroxid vodíku zároveň působí jako inhibitor koroze. Mezní hodnoty pouţití: Pro kaţdé aplikování musí být samostatně zvolena nejlepší z volitelných moţností pro instalování katalyzátoru (ve formě světla pocházejících z drátěného pletiva, umístěného obvykle na podloţce zhotovené z nerezavějící oceli nebo PE). Katalyzátor můţe být umístěn na dně vodní nádrţe, nebo v soustavě distribuce vody, pokud je pouţita otevřená chladicí soustava. Bylo určeno, ţe řešení s koncentrací 30% roztoku peroxidu vodíku je velmi účinné ve vztahu k skladování a aplikování. Katalytická úprava chladicí vody byla aplikována v chladicích věţích článkového typu. Omezení vztahující se na rozměry chladicí věţe nebyly oznámeny. Údaje jsou zaměřeny na pouţití této metody v chladicích věţích s malou aţ střední kapacitou (resp. s malým aţ středním (chladicím) výkonem), nicméně vyvíjí se pouţití zařízení pro velké kapacity (chladicí výkony). Náklady: Tato úprava (chladicí vody) vyţaduje investice pro kovový katalyzátor. Uvádí se, ţe při obvyklé době amortizace (odpisu) 4 roky aţ 5 let pro katalyzátor jsou provozní náklady, včetně amortizace resp. odpisu katalyzátoru a soustavy dávkování, podstatně niţší, neţ v případě jakéhokoliv aplikování biocidu (včetně chlornanu), nebo úpravy (chladicí vody) ozonem, kdyţ se pouţije pro stejnou kapacitu chladicí věţe. Referenční provoz: Ausimont Německo GmbH, Bitterfeld (D). Úvahy: Na základě zkušeností mohou být zvoleny dvě alternativy jako místo dávkování peroxidu vodíku: H2O2 je moţno aplikovat do společné vstupní komory čerpadel chladicí věţe, nebo přímo do stoupacího potrubí kaţdého článku chladicí věţe.

XI.3.4.4 Oxid chloričitý Popis: Oxid chloričitý (ClO2) je povaţován za alternativu chlornanu (HOCl) pro podmínky pouţívání 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, ţe jeho pouţívání v soustavách chladicí vody je účinné a ekonomické pro omezování mikroorganismů při relativně nízkých dávkách. Můţe být pouţíván pro široký rozsah hodnot pH a je účinný/efektivní v rozsahu celého spektra mikroorganismů. Uvádí se o něm, ţe 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 povaţuje 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 můţe být záleţitost, kde oxid chloričitý se uvádí jako látka obtíţně přepravitelná a proto musí být vyprodukován přímo na daném místě [tm059, Swinnen, 1995].


Listopad 2000

267

Příloha XI

Oxid chloričitý nereaguje s vodou a je ve vodě vysoce rozpustný. Bylo zjištěno, ţe proudění vzduchu přes vodní roztoky oxidu chloričitého můţe 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 nádrţe předtím, neţ protečou chladicí věţí. Vodní roztoky oxidu chloričitého jsou vystaveny rozkladu světlem po dlouhém vystavení ultrafialovému světlu. Za účelem dosaţení 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, ţe po původním přivedení vysokého mnoţství ClO 2, krátce po začátku, by se celkový „plate count“ měl obvykle sníţit. 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 můţe vyskytnout tvorba pěny. Redukování: Experimenty uskutečněné v Itálii byly potvrzeny pozorováními ve Španělsku pro případ velké elektrárny, umístěné na pobřeţí, s prŧtočnou chladicí soustavou [tm068, Ambrogi, 1997]. Ukázalo se, ţe během období růstu je moţné sníţit 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 sníţit tuto hodnotu v průběhu zimního období. Tyto hladiny dobře odpovídají jiným uváděným hladinám dávkování. Dávkování bylo průběţné a bylo účinné pokud se jedná o omezování růstu mušlí. Výsledné koncentrace formací metyltrihalogenidů (THM) byly značně niţší, neţ v případě pouţití HOCl bez ohledu na reakční teplotu nebo reakční dobu. Pouţitý 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 uváţení maximálního počátečního dávkování 0,22 mg/l, které je potřeba pro dosaţení účinné úpravy (chladicí vody), měla by očekávaná koncentrace v mořské vodě na konci kanálu být podstatně niţší, neţ LC 50 (96 hodin), a to 54,7 mg/l. Bylo prokázáno, ţe účinné působení ClO 2 proti znečištění nastává při koncentracích, které jsou v rozsahu (0,05 aţ 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 vyţadovat zvýšené dávkování (3-5) ppm a zvýšené doby přivádění přídavné látky. Můţe být poţadováno 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, poţadavek na oxid chloričitý. Počáteční dávkování můţe být odvozeno ze stanovené hodnoty poţadavku na oxid chloričitý, a to tak, ţe na základě zkušeností můţe být pro počáteční dávkování pouţito (30-50) % poţadované hodnoty.

Tabulka XI.4: Typické dávkování oxidu chloričitého pro prŧtočné a recirkulační chladicí soustavy v Evropě [CEFIC Skupina pro chlornan sodný, komentář] Chladicí soustava

Reţim pouţití

Doba aplikování

Průtočná (chladicí) soustava Recirkulační (chladicí) soustava

průběţný

8 hodin za den během 8 měsíců v roce 6 krát za jednu hodinu/den v průběhu celého roku

268

neprůběţný průběţný

Listopad 2000

Typická dávka (mg/l) 0,4 0,3 0,2 v zimě 0,5 v létě


Příloha XI

Tabulka XI.5: Vliv oxidu chloričitého pouţitého v prŧtočné 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 % Prŧřezový účinek: Přestoţe oxid chloričitý nevytváří jakékoliv THM (tzn. metyltrihalogenidy) nebo chlorfenoly, očekává se, ţe 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. Pouţití: Úprava chladicí vody oxidem chloričitým vyţaduje instalaci pro výrobu na předmětném místě. V důsledku citlivosti oxidu chloričitého na tlak a teplotu nemůţe 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 dosaţení nejlepších výsledků by oxid chloričitý měl být dávkován resp. přiváděn přímo do recirkulující vody chladicí věţe, 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 můţe být přiveden do vodní nádrţe chladicí věţe na vzdáleném konci (na opačném konci šachty studené vody) k vytvoření „strhávacího― („sweep“) účinku napříč vodní nádrţí chladicí věţe, nebo do vratného stoupacího potrubí pro další kontrolu v rozsahu chladicí věţe. Monitorování Pokud je oxid chloričitý pouţíván jako mikrobiocidní látka v chladicí věţi , je důleţité monitorovat pouţité mnoţství a jeho účinnost (resp. efektivnost). Blízká kontrola residuí oxidu chloričitého s pozorností zaměřenou na „plate counts“ poskytuje nejlepší výsledky a náklady jsou vynaloţeny 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 neţ 0,5 ppm podle zkoušky nazvané „chlorophenol red“ („červená chlorfenolová“) metoda. V chladicích soustavách, kde nejsou nalezena ţádná 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 pouţívá 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, ţe je potřeba uskutečnit další výzkum pro aplikování strategie za účelem redukování mnoţství (přídavných látek; zde zřejmě oxidu chloričitého, pozn. překl.), která jsou potřeba pro prŧtočné chladicí soustavy a tím sníţit cenu. V okamţiku provádění vědeckého průzkumu byly náklady povaţovány 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 prŧtočných chladicích soustavách, porovnání s chlorováním by vyţadovalo provést normalizaci reţimů dávkování, aby bylo moţné zváţit charakteristické stránky jak oxidu chloričitého, tak i chlorování jako biocidu a ve vypouštění (chladicí vody). Další výzkum, který by byl zaloţen na slibných výše uvedených výsledcích, se jeví jako nutný další postup.


Listopad 2000

269

Příloha XI

XI.3.4.5: Iontové čištění vody pro úpravu vody chladicí věţe ]tm036, Wilsey, 1997] Popis: Na základě jiţ existující koncepce je doplňkové iontové čištění vody alternativní metodou úpravy chladicí vody pro chladicí věţ pouţitím iontů mědi. Poţaduje 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 ţivotnímu prostředí. Redukování: Uvádí se citace mikrobiologů, kteří stanovili, ţe malá mnoţství mědi působící jako doplněk k chloru při 0,4 ppm mají stejnou účinnost jako 2,0 ppm volného chloru. Prŧřezový účinek: Náklady nebyly uvedeny, ale mohly by být náklady na přívod energie pro generátor iontů mědi. Mezní hodnoty pouţití: Pro aplikování této úpravy (chladicí vody) je zapotřebí generátor iontů mědi společně se zařízením pro kontrolu celkového mnoţství rozpuštěných pevných látek, magnetická soustava pro kondicionování vody a soustava pro analýzu sloţení vody. Při pouţití těchto soustav můţe být provedena optimalizace úpravy (chladicí vody). Musela být vzata do úvahy celá řada faktorů. Sloţení přídavné vody do chladicí soustavy musí být takové, aby chladicí voda v jímce (nádrţi) chladicí věţe obsahovala hladinu alkality neboli zásaditosti mezi (40 a 130) ppm a hodnotu pH mezi 7 aţ 8. Účinky mědi spočívají v tom, ţe měď působí jako sráţecí činidlo resp. koagulant pro sniţování tvorby kotelního kamene takovým způsobem, ţe 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 mnoţství cyklické mědi, která bude taky určovat koncentraci při čištění nebo(li) odkalování. Taky reziduální/zbytkové koncentrace smrtících sloučenin mědi potřebují uskutečnit další zkoumání, poněvadţ 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 [tm062, Dallmier a jiní, 1997]

biocidy

ve

vodě

chladicí

věţe

Popis: Zejména produkty zaloţené na chloru a bromu jsou často pouţívány. Protoţe biocidní účinek halogenovaného biocidu závisí na celkovém zbytkovém (reziduálním) mnoţství halogenu a je důleţité zabránit jakýmkoliv reakcím, které mohou sníţit mnoţství 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 téţ za účelem udrţení dostatečné účinnosti halogenu. Stabilizování bromu bylo dosaţeno při aplikování hydantoinů („hydantoines“). V záleţitosti procesu stabilizace nebyly oznámeny ţádné další informace. Redukování: Při aplikování stabilizovaného bromu v chladicích věţích se projevily následující účinky:

270

Listopad 2000


Příloha XI

ztráta Br způsobená těkáním/vyprcháním je menší, kdyţ je Br stabilizován a tedy ponechává větší mnoţství volného Br vyskytujícího se v chladicí vodě; stabilizovaný Br se projevuje tak, ţe je o jednu třetinu rychlejší při likvidování bakterií vytvářejících sliz, neţ nestabilizovaný Br; stabilizovaný Br se projevuje tak, ţe je velmi účinný při odstraňování smíšené kultury biofilmu; bylo naměřeno odstranění 45 % biofilmu k vytvoření 47% sníţení tlaku v potrubí; aplikování v chladicích soustavách pro kanceláře, resp. pro úřady se projevilo jako účinné proti bakteriím “Legionella pneumophila“; více neţ 95 % inhibitoru koroze totyltriazolu ţlutého kovu („totyltriazole“) se zachovávalo v chladicí vodě v případech, kdyţ byl přidán stabilizovaný Br. Prŧřezový účinek: Nebyly k dispozici ţádné informace v záleţitosti účinků aplikování přídavných chemických látek pouţitých pro účely stabilizace halogenu. Mezní hodnoty pouţití: Byla provedena aplikace, resp. pouţití, v recirkulačních chladicích soustavách (mokrých chladicích věţích). Připomínky ve věci pouţitelnosti této techniky byly zaměřeny na aplikování hydantoinů („hydantoines“). Bylo oznámeno, ţe manipulování s hydantoiny („hydantoines“) (ve formě pelet) je obtíţné a vyţaduje pouţití zařízení pro rozpouštění. Tato záleţitost omezuje aplikování v případě chladicích soustav, jejichţ rozměry jsou malé. Nicméně na trhu je v současné době kapalný stabilizovaný produkt bromu, který můţe 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 ţádná 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 věţí nebylo provedeno.

XI.3.4.7: Činidla k nanášení tenkých povlakŧ proti znečištění, korozi a vytváření kotelního kamene Popis: Činidla pro nanášení tenkých povlaků, která jsou pouţívána 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, přičemţ 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 přidruţena 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 můţe být vysvětlen integrováním sloţek 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 ţivočichy (mušle, a podobně) stres (resp. namáhání), které je dostatečné pro zabránění jejich definitivnímu usazení se v takto upravovaném okruhu chladicí vody.


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, ţe periodické úpravy (chladicí vody) mohou být účinnější z hlediska makroznečištění. Trvanlivost filmu je 10 dnů aţ 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 sniţují, jakmile přípravek Mexel ® lze detekovat ve vypouštěné chladicí vodě. Počáteční perioda pro velké průtočné chladicí soustavy, pouţívající 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 umoţňuje 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 můţe 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 pouţívaném 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 pouţitím biologického monitorování reakcí mušlí na dávkování za účelem identifikace a optimalizace reţimu úpravy (chladicí vody). Prŧřezový účinek: Na navštíveném místě byla jasně zjištěna výhodnost tohoto reţimu (úpravy chladicí vody), protoţe jiţ nebylo potřeba uskutečňovat ţádnou elektrolýzu mořské vody. Toto taky ukončilo potřebu udrţovat zařízení pro elektrolýzu, která je nákladná, ať uţ se jedná o ţivotní prostředí (zdraví lidí), nebo o finanční náklady. Do zmizení výše zmíněného přípravku Mexel (® 432/0) v roztoku se zahrnují tři procesy: okamţitý poţadavek, turbulence vody a bakteriální odbourání v aerobních podmínkách. Odbourávání bakterií se ukázalo v hodnotě aţ 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 pouţití: Pouţití 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) můţe být účinným chemickým nebo biologickým inhibitorem koroze. Mexel (® 432/0) umoţňuje úpravu otevřených nebo částečně uzavřených recirkulačních hydraulických soustav, jejichţ 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 pouţíván pro úpravu hydraulických soustav (např. pro chlazení/ochlazování, protipoţární zařízení, atd.) elektráren, geotermálních zařízení resp. instalací, lodní dopravy, chemického průmyslu, oceláren, rafinerií, plošin v pobřeţních vodách a jednotek pro kondicionování vzduchu, které poţívají vodu jako tekutinu pro přenos tepelné energie.

272

Listopad 2000


Příloha XI

Náklady: Údaje o nákladech byly poskytnuty jen ve srovnání s pouţitím chlorování a částečně ve srovnání s pouţitím 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 umoţňujících) toxických produktů odbourávání umoţňuje jeho akceptovatelnost pro alternativní úpravu chladicí vody soustav (průmyslového) chlazení. Protoţe tento produkt je snadno biologicky odbouratelný/degradovatelný, tato výhoda můţe být nevýhodou, kdyţ se jeho mnoţství dostane na mnoţství, které je potřeba pro počáteční úpravu resp. ošetření povrchových ploch chladicí soustavy. Jeho reaktivita můţe zvýšit poţadované mnoţství a náklady, které tomu odpovídají. V případech, kdy sladká voda má všeobecně vyšší obsah rozpuštěných pevných látek, neţ mořská voda, mohlo by to naznačovat přednostní pouţití v podmínkách mořské vody.


Listopad 2000

273

Příloha XI

XI.3.4.8: Stabilní organické inhibitory v otevřených mokrých chladicích věţích Popis: Úprava (chladicí vody), zaloţená na látkách, jejichţ základ je organického původu, která se pouţívá v otevřené mokré chladicí věţi, můţe působit proti (resp. kontraproduktivně) kvůli jejich ovlivnitelnosti silnými oxidačnímu činidly, jejich citlivosti na podmínky vysokého tepelného toku, jejich tendenci sráţet 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 můţe působit k úpravě chladicí vody jako anodický inhibitor koroze. Uvádí se, ţe EBO vykazuje dobrou stabilitu proti halogenům. Jeho stabilita při hladinách vápníku 500 mg/l vápníku jako CaCO 3, jehoţ účinek je tlumen při hodnotě pH 8,3 a při teplotě 60 ºC, byl porovnáván s HEDP. Redukování: Bylo zjištěno, ţe aniţ by nastalo sráţení, by mohlo být přidáno více neţ 100 mg/l EBO, zatímco ve stejných podmínkách to bylo pouze 7 mg/l HEDP. Nebyly zjištěny ţádné nepříznivé účinky na korozi ţlutého kovu. Koroze byla značně sníţena ve srovnání s organickou úpravou chladicí vody bez pouţití EBO. Prŧřezový účinek: Vyskytují se niţší poţadavky na vodu v důsledku potenciální volby vyšších cyklu koncentrace, poněvadţ EBO je méně citlivé na vysoké hladiny tvrdosti vápníku. Mezní hodnoty pouţití: Aplikovatelné pouze v otevřených recirkulačních soustavách. Náklady: Nebyly oznámeny. Referenční provoz: Pilotní chladicí věţ, nebylo oznámeno ţádné pouţití v plném rozsahu. Úvahy: Aplikování EBO a podobných chemických látek pro úpravu chladicí vody se zdokonalenou působností vyţaduje, aby byl prováděn další výzkum hladin toxicity ve vypouštěné vodě, a taky musí být prováděn výzkum hladiny toxicity v odkalované vodě.

274

Listopad 2000


Příloha XI

XI.3.5

Úprava vypouštěné chladicí vody

Minimalizací emisí na základě integrovaného přístupu se zahájí omezení pouţívaných zdrojů na nejmenší moţnou 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 mnoţství chemických látek mělo být stále ještě aplikováno s určitým mnoţstvím 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 moţné uvést několik poznámek vztahujících se na tuto úpravu: úprava odkalované vody obsahující špičkové koncentrace po dávkování můţe být taková, ţe odkalovaná voda se shromaţďuje v tlumicí nádrţi, aby nebylo (nepříznivě) ovlivněno vodní prostředí, nebo zařízení pro úpravu vody. V této nádrţi se můţe uskutečnit další hydrolýza biocidů za účelem redukování na méně toxické látky předtím, neţ je voda vypouštěna nebo opětovně pouţita. Z důvodu koncentrace látek, které jsou pouţívány v procesu, odkalovaná voda z uzavřených recirkulačních soustav rafinerií bude muset být upravena ještě předtím, neţ 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, ţe hladina oleje v této odkalované vodě je obvykle mnohem niţší, neţ hladina zbytkového oleje v předem upravované vodě z procesu, nebo z jiných zařízení/instalací a proto můţe být přivedena do provozu pro úpravu odpadní vody bez předběţné úpravy.


Listopad 2000

275

Příloha XI

XI.4

Pohony s měnitelným kmitočtem pro sníţení spotřeby energie [tm097, Immell, 1996]

Při provozování chladicí soustavy můţe být poţadován přímý přívod energie redukovaný prostřednictvím sníţení potřeby kapacity čerpání a optimalizací pouţívání ventilátorů. V situaci na zelené louce můţe být mnoho provedeno prostřednictvím konstrukčního provedení (například prostřednictvím konstrukce chladicí věţe, typu výplně (chladicí věţe), pomocí uspořádání čerpadel), ale v jiţ existujících zařízeních/instalacích jsou volitelné moţnosti omezenější a zahrnují změny zařízení. Popis: Pouţití pohonů ventilátoru s měnitelnými otáčkami je volitelná moţnost ke specifickému přizpůsobení otáček ventilátoru k poţadovanému chladicímu výkonu. Jednou z technik je pouţití pohonů s měnitelnou frekvencí (VFD). VDF je kombinace měniče napětí a invertoru (měniče) proudu (stejnosměrný (DC) na (AC) střídavý). Chladicí věţe jsou typicky navrţeny k dodávání specifikované studené vody vytékající z věţe pro specifikované tepelné zatíţení při určité teplotě vlhkého teploměru, která je překročena pouze po minimální dobu roku (při vyjádření v procentech to je (1-2,5) %. Chladicí věţe budou po většinu času vykonávat svoji činnost při niţší teplotě vlhkého teploměru, neţ pro kterou jsou určeny, ale na proměnlivé hladině, která je zaloţena na sezónních odchylkách teplot vlhkého teploměru. Při pouţití systému VDF je tato odchylka převedena na různé otáčky ventilátoru za účelem získání poţadované teploty vody. VDF jsou komerčně dostupné od různých dodavatelů. Redukování: Dosáhne se sníţení spotřeby energie, stejně tak jako sníţených hladin hluku a sníţených vibrací v důsledku niţších provozních otáček (ventilátoru). Taky byla zjištěna delší ţivotnost otáčejícího se zařízení v důsledku plynulejší změny rychlosti (otáčení) motoru (tak zvaný měkké spouštění, resp. měkký start). Prŧřezový účinek: Viz část pojednávající o redukování. Mezní hodnoty pouţití: 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 poţadavku (elektro)motoru ventilátoru chladicí věţe, a analýza rezonance zařízení. Náklady: Údaje o nákladech nebyly uvedeny. Příklad provozu: Nebyl uveden ve vztahu ke zkušenostem s pouţitím/aplikováním.

276

Listopad 2000


Příloha XII

PŘÍLOHA XII

ZVLÁŠTNÍ POUŢITÍ: ENERGETICKÝ PRŮMYSL

[tm132, Eurelectric, 1998]

Shrnutí V rozsahu působnosti EURELECTRIC byla sestavena tato příloha za účelem shrnutí specifických poznatků a pro umoţnění jiným průmyslových odvětvím, aby z toho měla prospěch. Jedná se o tzv. realizační výstup spolupráce převáţně 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 moţné dopady chladicích soustav na ţivotní prostředí. Tato část přílohy je zaměřena především na vypouštění tepelné energie, nasávání ţivých organismů do přívodů vody, jakákoliv vypouštění činidel, která byla pouţita pro úpravu vody, a na jiné moţné škodlivé účinky, jako je hluk. Je zde taky provedena analýza různých moţných chladicích technik. Vztahuje se hlavně na konstrukci nových (chladicích) soustav a má se pouţívat 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, přestoţe 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 ţivotní prostředí musí být prostudován předtím, neţ 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 (průběţné mechanické čištění, zvýšení teploty, atd.); Chemické roztoky musí být prostudovány na základě přístupu „případ od případu― tak, aby jejich pouţívání bylo co nejvíce omezeno; Nemůţe být vybráno (pouze) jedno nejlepší řešení, protoţe 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 kdyţ jsou vhodné podmínky chladicí vody (průtočná chladicí soustava), dokonce i v případě spalování tvrdého (kamenného) uhlí. Výsledkem je to, ţe téměř 45 % mnoţství 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 sdruţení producentů a distributorů elektrické energie („The International Union of Producers and Distributors of Electrical Energy―). 20 Komise pro výzkum („Committee on Research―)


Listopad 2000

277

Příloha XII

z hlavních styčných ploch mezi elektrárnou a okolním ţivotním 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: průběţné 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. Poněvadţ průtoky chladicích tekutin mohou dosahovat i několika desítek m3/s, můţe být rovněţ obtíţné extrapolovat pouţívané způsoby úpravy (chladicí vody) a zvolená řešení do jiných průmyslových odvětví.

XII.2Chladicí soustavy elektráren – principy a připomínky Provoz elektrárny se řídí podle Carnotova principu. Kotel jako zdroj tepla poskytuje energii poţadovanou 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 mnoţství 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 vţdy mohou chladicí soustavy pouţívat vodu odebranou přímo z řeky, moře, nebo jezera. Můţe být nutné pouţívat recirkulační soustavu s chladicí věţí. Pohled na rovnováhu tepelného cyklu ukazuje, ţe na kaţdou vyprodukovanou kWh musí být odejmuto 4 200 kJ. Kromě toho tato energie nemůţe být rekuperována, protoţe její exergie je nízká. Nové generátorové soustavy, zejména kombinované cykly (nebo paroplynové turbiny) umoţňují dosáhnout vyšších účinností, které dokonce přesahují 55 %. Chladicí soustava, která slouţí 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 Prŧtok cirkulující vody Ohřev vody v kondenzátoru (MWh) (m3/s) (K) 125 250 600

278

3–5 6 – 10 14 – 24

Listopad 2000

7 – 12 7 – 12 7 – 12


Příloha XII

Kaţdá 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 % aţ 8 % průtoku cirkulující vody. Ohřev vody je omezen a představuje aţ 10 K, podle toho, která pomocná zařízení jsou v provozu. Nicméně dokonce i při nízkém tepelném zatíţení můţe tato chladicí soustava zůstat v činnosti několik dnů po odstavení jednotky k odstranění zbytkového tepla.

XII.3 Moţné environmentální dopady chladicích soustav Uvolňování tepla do zdroje chladu se týká hlavně dvou přijímacích prostředí: vzduchu a vody. Nicméně ve skutečnosti, i kdyţ se vypouštění uskutečňuje do vodního prostředí (recipientu), v konečném účinku se teplo pohltí ovzduším. Voda ve skutečnosti postupně předává obdrţené 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 ţádoucí provést analýzu všech škodlivých účinků na přírodní ţivotní 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 věţí, vzduchem chlazených kondenzátorů a suchých chladicích věţí. 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 zpoţděním, které závisí na lokální situaci. V případě elektráren ochlazovaných prŧtočnou chladicí soustavou (Obrázek XII.1, Část XII.11) se čerpaná voda obvykle ohřívá o 7 K aţ 12 K, kdyţ 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 aţ 45) % uvolněné energie, vyzařováním vodního povrchu ((25 aţ 35) %) a vedením se vzduchem ((20 aţ 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 uváţení rychlého sniţování 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 poblíţ 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, ţe pokud jsou všechny záleţitosti posuzovány stejně, je teplota vytvářené nebo mizející mlhy vzniklé odpařováním vyšší nad slanou vodou, neţ nad sladkou vodou. Tato okolnost je tedy příznivější pro elektrárny, které jsou umístěny v ústích řek, nebo v místech podél mořských pobřeţí.


Listopad 2000

279

Příloha XII

V případě elektráren, které jsou vybaveny mokrými chladicími věţemi (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 věţí (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 věţe předávají do ovzduší kolem 70 % zbytkového tepla ve formě latentního tepla (vodní pára) a kolem 30 % jako citelné teplo. Takţe průtok (vodní) páry předávané do ovzduší je zhruba dvojnásobný, neţ je průtok vodní páry, který je výsledkem průtočného chlazení bez chladicí věţe. V případě chladicích věţí s přirozeným tahem je vzduch, který je nasycen vlhkostí, uvolňován do atmosféry při teplotě kolem (10–20) K nad teplotou okolí a při rychlosti aţ (3–5) m/s. V případě chladicích věţí s umělým tahem se tato rychlost zdvojnásobí. Tento vzduch nasycený vlhkostí můţe být příčinou tvorby umělých mraků nebo parních vleček v důsledku ochlazování turbulentním směšováním s okolním vzduchem. Rizika vytváření mlhy při zemi vyplývající ze sniţování výšky kondenzační parní vlečky mohou být relativně častá zejména v případě chladicích věţí 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 sníţí, pokud jsou chladicí věţe vyšší. Pro rovinná místa lze odhadnout, ţe sníţení výšky parních vleček aţ k zemi je výjimečné, pokud je výška (zřejmě chladicí věţe, pozn. překl.) 50 m aţ 75 m podle lokální situace. Vytváření námrazy můţe být výsledkem kontaktu se zmrzlou zemí buďto mlhy vzniklé v důsledku zmenšení výšky parní vlečky, nebo sráţek přidruţených k strhávání (zřejmě páry nebo vody z chladicí věţe, pozn. překl., „priming“), nebo v důsledku rozstřikování vody od podstavce chladicí věţe. Nicméně dopad takových rozstřikování zůstává omezen na oblast poblíţ chladicí věţe a vztahuje se nanejvýše na několik málo metrů v blízkosti kolem podstavce chladicí věţe. Hlavní klimatická změna v důsledku provozu mokrých chladicích věţí se vztahuje na lokální zvýšení mlhavosti, nejasnosti („nebulosity“) vytvářením kondenzační parní vlečky, coţ má za následek sníţení slunečního svitu a světla v blízkosti elektrárny. V případě elektráren, které jsou vybaveny suchými chladicími věţemi (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 aţ 20 K, neţ 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 věţe (mokrá/suchá) (Obrázek XII.8, Část XII.11) umoţňuje po většinu času předcházet vytváření parních vleček. Spotřeba vody (tj. spotřeba přídavné vody) je o 20 % menší, neţ je spotřeba vody mokré chladicí věţe. Nicméně jediné hybridní chladicí věţe, které jsou v současné době dostupné, jsou chladicí věţe s umělým tahem. Roční bilance elektrárny s hybridní chladicí věţí s umělým tahem můţe být ve stejném rozsahu, jako je bilance srovnatelné mokré chladicí věţe s umělým tahem. Toto bere v úvahu provozní reţim. Jiţ po dobu několika let je přinejmenším v Německu stav věcí v elektrárnách spalujících fosilní paliva takový, ţe odsířené kouřové plyny se vypouští přes chladicí věţ. Toto řešení je alternativou pro tradiční vypouštění spalin komínem a má ekologické a ekonomické výhody.

280

Listopad 2000


Příloha XII

XII.3.2 Ohřívání přijímacích vodních prostředí (recipientŧ) Přestoţe 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 převaţující 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 můţe 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 sniţována 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 km 2 do 10 km2 pro vypouštění odpovídající vypouštění z jaderné elektrárny o výkonu 5 000 MW e. 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 pobřeţí, 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 sloţité. Pravdou je to, ţe 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.


Listopad 2000

281

Příloha XII

Difuzory, které jsou rozloţeny po celé šířce vodního toku v řece, slouţí jako prostředek pro zabezpečení mísení vod (vypouštěné a říční) na vzdálenost několika tuctů metrů nebo několika stovek metrů. Jestliţe zařízení pro vypouštění je umístěno podél břehu řeky, uskutečňuje se úplné směšování vod prostřednictvím přirozeného proudění po délce několika kilometrů místo pouţití 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. Předběţné studie umoţňují 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 zaloţeny na fyzikálních modelech (hydraulických modelech) a na numerických modelech. V případech, kde to je moţné, by numerické modelování atd. mělo být zaloţeno na údajích získaných hydrografickým průzkumem specifickým pro příslušné místo. Pouţití těchto nástrojů jako součásti studie dopadu projektovaných zařízení (na ţivotní prostředí) slouţí pro poskytnutí záruky, ţe budou respektována předepsaná (regulatorní) tepelná omezení vztahující se na maximální ohřev ve směšovací oblasti, nebo na hladinu teploty po smíchání.

XII.3.3 Nasávání organismŧ do přívodŧ 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, jejichţ síta mají oka obvykle mezi 1 mm a 5 mm, plankton prochází. Toto popravdě řečeno neplatí pro korýše a ryby, které jsou vrţeny a vtaţeny na filtrační panely a posléze vypuštěny společně s omývací vodou filtrů. Některé studie ukázaly, ţe většina organismů, které jsou vtaţeny 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 vtaţeni 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 uloţeny jikry, a místa, která se dají nazvat „rybí školky― na pobřeţí 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 ţivotního 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 můţe být zhruba odhadnut na 40 000 Euro aţ 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


Příloha XII

Gironde Estuary (Francie), ukázaly relativně dobré účinnosti a s výsledky, pokud se jedná o přeţití organismů, ve výši 80 % aţ 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, jejichţ účinnost zůstává v současné době problematická. Univerzální, široce pouţitelné řešení není k dispozici.

XII.3.4 Změny přijímacího prostředí vypouštěním chemických látek Voda odebraná pro účely chlazení můţe být v některých případech příčinou uvolňování chemických látek do přijímacího prostředí. Zájem by měl být soustředěn zejména na: činidla pouţitá pro zabránění tvorby kotelního kamene v případě chladicích soustav s chladicími věţemi; činidla pouţitá pro boj proti biologickým vývinům/růstům a na produkty reakce některých z těchto činidel; antikorozní úpravy pouţitím síranu ţeleza 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 udrţovat (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. Běţná 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 můţe být uskutečněno na průběţném nebo neprůběţném (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 převáţně v nízkých dávkách tak, ţe 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, můţe to vést k vytváření organohalogenovaných látek (převáţně bromoform v mořské vodě). Nicméně některé studie ukázaly, ţe koncentrace bromoformu ve vlečkách (to znamená „plumes“) vypouštěné teplé vody z elektráren umístěných na pobřeţí 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 aţ 1 200 000 t; chloroform : 90 000 t aţ 360 000 t; bromoform : 500 000 t aţ 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 běţně pouţívána pro ochranu (chladicích) soustav elektráren umístěných na mořském pobřeţí. 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 pobřeţí směrována na pouţití 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 ţelezitého, vytvořeného přidáním síranu ţeleznatého do chladicí vody.


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 vyţaduje zavedení specifické úpravy přídavné vody nebo chladicí vody. Mohou být pouţity následující reţimy úpravy (vody):  ţádná úprava v případě, kdy voda není příliš mineralizovaná;  změkčování přídavné vody vápnem;  očkování/vakcinace cirkulující vody kyselinou;  úprava pouţitím retardéru/zpomalovače sráţení;  kombinované úpravy (vody) typu: očkování/vakcinace kyselinou a inhibitory tvorby kotelního kamene, nebo změkčování vápnem a očkování/vakcinace kyselinou. Volba reţimu úpravy závisí na mnoha kritériích, z nichţ jako příklad jsou uvedeny tyto:  koeficient koncentrace;  chemické sloţení 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 aţ 1,2);  pokud koeficient koncentrace má průměrnou hodnotu (1,2 aţ 2), je nutná vakcinace (očkování) cirkulující vody kyselinou, pokud je tvrdost vody vysoká;  v případech, kdy hodnota koeficientu koncentrace je vysoká (3 aţ 7), se často stává jedinou moţnou volbou změkčování (vody) vápnem, a toto můţe být doplněno mírnou vakcinací (očkováním) kyselinou. Vakcinace cirkulující vody kyselinou můţe být prováděna třemi různými způsoby: buďto udrţováním hodnoty pH v rozsahu, který se obvykle pohybuje mezi 7,5 aţ 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 pouţívá kyselina sírová. Účelem změkčování přídavné vody vápnem je zvýšit hodnotu pH vody aţ na 10, aby došlo ke sráţení 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, coţ má za následek to, ţe 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 mnoţství kalu. Kromě toho zvýšením hodnoty pH můţe změkčování vody vápnem mít za následek vysráţení některých těţkých kovů, které se vyskytují v odebírané vodě. Kal vytvořený sráţením v procesu změkčování se shromaţďuje ve spodní části usazovací nádrţe (klarifikátoru). V normálních případech se tento kal čerpá do kalové zahušťovací nádrţe, kde se zvyšuje koncentrace tuhých látek další sedimentací obvykle za pomoci vstřikování polyelektrolytu. Čistá voda se vrací nazpět do usazovací nádrţe (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 přibliţně 50 %, se odstraní a likviduje se uloţením na zemních skládkách. Nebyly oznámeny ţádné environmentální účinky (uvedeno „effects“; moţná lépe „dopady―, coţ by ovšem bylo „impacts“, pozn. překl.) z míst, kde je na zemních skládkách ukládán kal pocházející ze změkčování vody.

284

Listopad 2000


Příloha XII

Prŧběţné chlorování cirkulačních (chladicích) soustav za účelem eliminování tvorby biofilmu na trubkách kondenzátoru se přestalo pouţívat jiţ před delší dobou, protoţe byly a jsou pouţívány mechanické metody (pro čištění teplosměnných ploch kondenzátoru) (Taprogge, Technos systems, atd.). Ale chlorování jako takové je stále účinná úprava (chladicí vody). V praxi můţe být aplikováno pět metod úpravy chladicí vody chlorováním: konec sezóny; například nepřetrţité/průběţné chlorování na nízké úrovni (0,5 mg/l) po dobu 2 aţ 4 týdny na konci periody usazování sladkovodní slávky mnohotvárné (zebrované mušle) Dreissena plymorpha; periodická úprava: několik period nepřetrţitého přidávání biocidu v průběhu období usazování; přerušovaná úprava: časté dávkování (například kaţdý den nebo kaţdé tři dny) po dobu krátkého časového úseku (několik minut aţ hodin); nepřetrţitá/průběţná úprava na nízké úrovni v průběhu periody usazování; například v Severním moři a Anglickém kanálu chlorování na úrovni 0,5 mg/l aţ1,0 mg/l, 7 měsíců v roce, k eliminování mořských slávek (mušlí). Hodnota zbytkového oxidantu na výstupu je 0,1 mg/l aţ 0,2 mg/l; poloprůběţná úprava sestávající z krátkodobých period úpravy (vody) ((15 aţ 60) minut), která se potom zastaví na stejně krátké periody. Poloprůběţné chlorování nebo(li) pulsní chlorování na nízké úrovni (dávek) se pouţívá 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) nádrţích a výplních chladicích věţí. Koncentrace v místě vstřikování se pohybuje v rozsahu mezi 5 mg Cl2/l aţ 25 mg Cl2/l. Za účelem zabránění uvolňování chloru do přijímacího prostředí (recipientu) se na několik hodin uzavírá odkalování. Odkalování se otevře aţ tehdy, kdyţ koncentrace volného chloru v cirkulující vodě je niţší neţ mezní hodnota, která je stanovena pro vypouštění. V závislosti na autorizacích resp. oprávněních se tato mezní hodnota pohybuje mezi 0,1 mg TRO/l aţ 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. Můţe 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 moţnými 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 mnoţství výţivných 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.


Listopad 2000

285

Příloha XII

Tyto komplexní reakce mohou být modelovány a jejich platnost můţe 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 pouţitých metod chlorování se hodnoty koncentrace POX a AOX, naměřené ve špičkovém stavu, pohybují v rozsahu 0 μg Cl/l aţ 10 μg Cl/l pro POX a v rozsahu 20 μg Cl/l aţ 150 μg Cl/l pro AOX. Tyto hodnoty odpovídají koncentracím volného chloru při zahrnutí vstřikování v rozsahu mezi 0,5 mg/l aţ 10 mg/l. Chlorování v uzavřeném okruhu cirkulačních (chladicích) soustav můţe 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, ţe zvýšení hodnoty pH přidruţené k odplyňování CO 2 je příznivé pro vytváření POX. POX se snadno předává do ovzduší prostřednictvím chladicí věţe. Za těchto podmínek se koncentrace POX zahrnují v rozsahu mezi 0 μg Cl/l aţ 10 μg Cl/l a koncentrace AOX v rozsahu mezi 200 μg Cl/l aţ 2 500 μg Cl/l. Pro koncentrace volného chloru při zahrnutí vstřikování v rozsahu mezi 5 mg/l aţ 25 mg/l a časů setrvání, které se pohybují v rozsahu mezi 2 hodinami aţ 70 hodinami. Nicméně mělo by být poznamenáno, ţe přítomnost nízké koncentrace iontu amonia v přírodní vodě můţe značně sníţit koncentrace POX a AOX. Ve skutečnosti kinetika reakce chloru NH 4+ je rychlejší, neţ kinetiky reakcí, které se uskutečňují mezi sloučeninami chloru a aromatickými sloučeninami.

XII.3.5 Jiné moţné škodlivé účinky vyplývající z volby některých chladicích soustav Pouţití chladicích věţí s přirozeným tahem, s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu tlačnými ventilátory, a hybridních chladicích věţí, nebo taky suchých kondenzátorů a chladicích věţí, umoţňuje značně redukovat poţadavky na průtok vody poţadovaný pro elektrárny a následně na to omezit moţný dopad na vodní prostředí. Nicméně existence chladicích soustav na předmětném místě můţe představovat jiné problémy. Vztahuje se to zejména na problémy estetiky a problém hluku mokrých chladicích věţí. V případě suchých chladicích věţí a kondenzátorů existuje, kromě dvou výše zmíněných aspektů, taky moţnost rozptylování produktů koroze z povrchu teplosměnné plochy do vzduchu, a to zejména tehdy, kdyţ jsou výměníky tepla sestaveny z ţebrovaných trubek zhotovených z pozinkované oceli. Chladicí věţe s přirozeným tahem, jejichţ jednoduchý tvar není všeobecně vzato nepříjemný, jsou nicméně konstrukce, které je moţno vidět z velké dálky, a které nemohou být skryty ve velmi ploché krajině. Na druhé straně mokré chladicí věţe s umělým tahem nebo hybridní chladicí věţe, jejichţ estetičnost je sama o sobě mnohem více sporná resp. diskutabilní, představují výhodu, která spočívá v tom, ţe jsou všeobecně vzato niţší, neţ hlavní část elektrárny. Nicméně na druhé straně se poţaduje uvádět porovnávací faktory mezi různými technologiemi, poněvadţ mnohé můţe záviset na předpokladech provedených výrobci při poskytování údajů o cenách/nákladech. Podobné poznámky mohou být specifikovány pro suché chladicí věţe a vzduchem chlazené kondenzátory. Nicméně účinek velikosti je zde mnohem významnější. Je to proto, ţe nízké vlastnosti resp. schopnosti vzduchu z hlediska výměny tepla vyţadují mnohem větší konstrukce. Kromě toho, v případě chladicích soustav s umělým tahem je příkon poţadovaný 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, neţ je velikost poţadovaná pro případ mokrých chladicích věţí a kombinovaných chladicích soustav.

286

Listopad 2000


Příloha XII

Určitý škodlivý účinek, který můţe být způsoben chladicí soustavou, spočívá v emisi hluku v místě přivádění a odvádění vzduchu. Dokonce i v případě mokré chladicí věţe s přirozeným tahem můţe hladina zvuku dosáhnout hodnotu 60 dBA ve vzdálenosti 100 m. V případě mokré chladicí věţe s umělým tahem a hybridní chladicí věţe 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.4Předběţná studie míst: nezbytný nástroj pro vyhodnocení jejich přijímací kapacity, omezování dopadŧ a prevence škodlivých účinkŧ 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 uţ bylo zmíněno výše, můţe existovat několik druhů těchto problémů: 

ohřev vody průtočnými soustavami;



vliv na jakost vody a na vodní organismy v případě mokrých chladicích věţí;



vliv na jakost vzduchu v případě suchých chladicích věţí;



meteorologické účinky, vypouštění chemických látek a problémy s hlukem bez ohledu na přijatý resp. realizovaný způsob chlazení.

Konstruktér není bezmocný, kdyţ řeší problémy, před které je postaven. Poznatky získané z mnoha pozorování uskutečněných v blízkosti existujících elektráren vytváří solidní experimentální základnu, která slouţí 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 jiţ zmíněn v případě předpovídání tepelných změn v blízkém poli, stejně tak jako ve vzdáleném poli. Pro blízké pole jsou pouţity velmi sofistikované nástroje k popisu podmínek zřeďování při vypouštění tepla. Tyto nástroje jsou pouţity na lokální úrovni vypouštění. Tyto modely slouţí k určení rozměrů výtokových konstrukcí na nejlepší moţný 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 sloţitější. 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 sloţitější 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 výţivných látek (eutrofikační jev). Existují taky jiné modely, které jsou pouţívány pro simulování kumulativního (environmentálního) dopadu několika mokrých chladicích věţí, instalovaných na stejném místě. Předpověď vyuţívající numerické modely se musí spoléhat na údaje z předmětného místa a na experimentální znalosti. Tyto polní a laboratorní studie jsou poţadovány pro definování a optimalizaci period úprav (chladicí vody) proti znečištění, nebo čištění (chladicích) soustav. Biologické studie umoţňují poznat periody reprodukce


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 reţimu 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 reţim úpravy (chladicí vody), stejně tak jako provozní instrukce. Mezi laboratorními studiemi je moţné nalézt modelové simulace, jako je například zviditelnění jevu parní vlečky („plume“) a vlečky („plume“) teplé vody.

XII.5 Konstrukční provedení komponent a volba materiálŧ XII.5.1 Mokré chlazení Jak jiţ bylo dříve zmíněno, existují tři typy problémů, se kterými je moţné se setkat v mokrých chladicích soustavách:  koroze;  vytváření kotelního kamene;  biologický vývin. Jiţ po dobu mnoha let, a téměř přirozeně, byla volba materiálů pouţívaných v chladicích soustavách elektráren orientována směrem k pouţívání materiálů, které jsou odolné proti korozi. Je nutné zmínit se o tom, ţe tlak v kondenzátoru elektrárny je asi 35 mbar, ale můţe být niţší v jednotkách optimalizovaných k dosaţení vyšší účinnosti – zejména, kdyţ jsou vhodné klimatické podmínky; nebo můţe být dokonce vyšší v případě, kdyţ 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 můţe být podstatné a můţe sníţit účinnost jednotky, nebo můţe 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 vţdy pouţíván 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 neţ 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 pouţití mědi na 1,8 m/s. V případě pouţití 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?“), přičemţ se bere v úvahu výkon poţadovaný 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 aţ 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 kdyţ 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 můţe být dosaţeno dvěma způsoby: buďto průběţným vstřikováním rychle působících biocidů, obvykle se pouţije oxidační biocid, jako je například chlor; nebo průběţně probíhajícím mechanickým čisticím procesem. Existují různé mechanické čisticí procesy. Tyto procesy sestávají z injektáţe kartáčů nebo koulí zhotovených z pěnového materiálu (porézních kuliček), které jsou průběţně rekuperovány a opětovně pouţity.

288

Listopad 2000


Příloha XII

Je ţádoucí redukovat pouţití 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, coţ 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, přičemţ přídavná (chladicí) soustava hraje úlohu bezpečnostního zajištění. Volba tohoto konstrukčního řešení slouţí pro účely plánování operací periodického čištění. Tyto operace sestávají z odmontování nepouţívaného výměníku tepla a vyčištění desek kondenzátoru pouţitím tlakové vody. Konstrukce pro přídavnou vodu a výtokovou vodu, pro hlavní potrubí cirkulující vody a chladicí věţe, jsou zhotoveny z ţelezobetonu (vyztuţeného betonu). Volba pouţitého cementu závisí na způsobu úpravy (chladicí vody), která má být akceptována pro cirkulující vodu. Takţe v případě vakcinace kyseliny sírové je v některých případech nezbytné pouţít speciální cementy. Doporučuje se přidání popílku. V případě vysokých koncentrací kyseliny sírové se vyţaduje pouţití speciálních povlaků. Výplň chladicích věţí je obvykle vyrobena z termoplastických materiálů. V průběhu výroby se často přidávají specifické výplňové materiály tak, aby výplně (chladicí věţe) byly ohnivzdorné/ţáruvzdorné. Riziko poţáru ve výplních (chladicích věţí) je vysoké především během uskutečňování operací údrţby. Volba materiálů zabraňuje problémům souvisícím s asbestem, se kterým je moţné se setkat ve výplních (chladicích věţí) předcházejících generací. Kromě toho nedávné výzkumy ukázaly, ţe je moţné podstatně zdokonalit termodynamické vlastnosti výplní (chladicích věţí). Volba lehčích syntetických materiálů a zvýšených parametrů poslouţily, při identických tepelných zatíţeních, pro značné redukování velikosti chladicích věţí. Nicméně na některých profilech, existujících v současné době, se projevila větší citlivost z hlediska (bio)znečištění a vytváření kotelního kamene. Jak je moţné pozorovat, volba výplně (chladicí věţe) závisí na několika faktorech. Více neţ 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 mnoţství pokroku ve vztahu k tomuto konkrétnímu hledisku. Ideální profil je samozřejmě takový, který zaručuje vysoké parametry, přičemţ ale není velmi citlivý na (bio)znečištění a vytváření kotelního kamene. Standardní eliminátory unášení, které jsou běţně pouţívány, umoţňují omezit mnoţství unášené vody strháváním (by „priming“) na hodnotu 0,01 % celkového průtoku, nebo ještě na niţší 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, můţe být rekuperována instalováním chladicích věţí, které jsou vybaveny rekuperátory umístěnými pod výplní (chladicí věţe). Nicméně tyto chladicí věţe 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 Pouţití hybridních chladicích věţí se doporučuje pro speciální podmínky předmětného místa. Základní resp. podstatnou charakteristikou hybridních chladicích věţí je kombinace procesu odpařování s neodpařovacími procesy. Výsledkem je sníţení relativní vlhkosti, čehoţ důsledkem je téměř úplné zmizení parní vlečky (resp. oblaků vodní páry) na výstupu z chladicí věţe. Ve spojení s pouţitím umělého tahu je moţné značně redukovat výšku (chladicí) věţe. Investiční náklady jsou vyšší, neţ je tomu v případě mokré chladicí věţe. Všeobecně vyjádřeno spotřeba energie souvisící s provozováním ventilátorů a vyšší teplota studeného zdroje mají za následek niţší účinnosti cyklů a vyšší spotřebu paliva.


Listopad 2000

289

Příloha XII

XII.5.3 Suché chlazení Suché chlazení se pouţívá převáţně 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, ţe výfuková pára z parní turbíny je přiváděna do vzduchem chlazeného kondenzátoru (ACC) (= „Air-Cooled Condenser”), kde je pára distribuována přes větší počet trubek opatřených ţebry. Chladicí vzduch je přes tyto trubky protlačován prostřednictvím ventilátorů. Teplo je z páry odnímáno přímo do ovzduší prostřednictvím trubek opatřených ţebry, pára kondenzuje a proudí vlivem gravitace do kondenzační nádrţe. Z kondenzační nádrţe se vrací nazpět do kotle. Typické konstrukční provedení výměníku tepla je provedení s rámem ve tvaru písmena „A― (kozlíkové provedení) (přičemţ jsou taky moţná jiná konstrukční provedení pro umístění potrubních částí, ventilátorů a ocelových konstrukcí). Velké suché kondenzátory mají tendenci k tomu, aby měly dlouhé a sloţité soustavy trubek s párou, které mohou způsobit problémy s usazováním a poklesem tlaku. K dosaţení 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, přičemţ teplota opětně ochlazované vody je stanovena teplotou suchého teploměru. Tato soustava vyţaduje, aby byla navrţena 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 vyţaduje, aby byly dostatečně robustní k umoţnění periodického čištění vnějších povrchů vysokotlakou vodou za účelem udrţování účinnosti a výkonu předmětného provozu. Nicméně tato metoda suchého chlazení s ACC předchází vzniku potřeby velkých chladicích věţí, eliminuje vytváření parní vlečky a ve značné míře redukuje spotřebu chladicí vody. Přísná hluková omezení mohou být splněna zejména pouţitím ventilátorů a pohonů, jejichţ 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 vyţadovaly kompenzaci buďto pouţitím většího chladicího povrchu a/nebo zvýšením průtoku chladicích vzduchu. Investiční náklady pro ACC budou niţší, neţ je tomu v případě nepřímé suché chladicí soustavy, protoţe 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 poţadavky na údrţbu ACC s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu budou významně vyšší, neţ je tomu v případě suché chladicí věţe s přirozeným tahem. XII.5.3.2 Vzduchem chlazený (Obrázek XII.10, Část XII.11)

kondenzátor

s

přirozeným

tahem

Přestoţe charakteristiky umístění vzduchem chlazeného kondenzátoru s přímým chlazením, který je umístěn uvnitř chladicí věţe s přirozeným tahem způsobí, ţe je realizovatelný tak, jako vzduchem chlazený kondenzátor s umělým tahem, který je vytvářen protlačováním vzduchu, nevýhodami jsou ty okolnosti, ţe výška konstrukce chladicí věţe s přirozeným tahem bude větší a tím budou taky větší investiční náklady. Například náklady na samotnou chladicí věţ, přívod velkých výfukových vedení páry do chladicí věţe a větší poţadovaná teplosměnná plocha, neţ je tomu v případě přirozeného tahu, mohou být pouze poloviční ve srovnání s náklady na chladicí věţ s umělým tahem, který je vytvářen protlačováním vzduchu.

290

Listopad 2000


Příloha XII

Výhody této soustavy ACC s přirozeným tahem by mohly zahrnovat:  redukované/ţádné emise zvuku (snad lépe „hluku―, pozn. překl.);  redukovaná/ţádná recirkulace vzduchu v důsledku vysoké konstrukce chladicí věţe;  ţádná údrţba ventilátorů, pohonů, nebo čerpadel pro cirkulující vodu;  ţádná spotřeba energie pomocných/přídavných zařízení pro kondenzaci páry. XII.5.3.3 Uzavřené recirkulační suché chladicí věţe (Obrázek XII.11, Část XII.11) V suchých chladicích věţích 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 moţná dvě uspořádání proudění: chlazení, které má uzavřený okruh, s chladicími věţemi suchého typu, jako přímé chlazení, ve spojení s povrchovým? kondenzátorem; chlazení, které má uzavřený okruh, s chladicí věţí suchého typu, jako přímé chlazení, ve spojení se vstřikovým kondenzátorem. Výhody suchého chlazení jsou tyto:  ţádné vytváření viditelné parní vlečky;  jednoduchá specifikace a zkoušení chemických parametrů cirkulující chladicí vody;  ţádná potřeba přídavné vody během provozu, pouze náhrada moţných 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 vyţaduje zvláštní preventivní opatření proti tvorbě ledu v průběhu period nečinnosti (odstavení z provozu);  tendence k znečišťování chladicích elementů vyţaduje pouţití účinného zařízení pro stacionární čištění.

XII.5.4

Chladicí věţe s vypouštěním vyčištěných kouřových plynŧ

(Obrázek XII.12, Část XII.11) V průběhu posledních let se ukázalo, ţe emise odsířených kouřových plynů přes chladicí věţe (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 dosaţen v důsledku rozdílů v hustotě mezi směsí kouřové plyny/parní vlečka chladicí věţe uvnitř chladicí věţe a relativně studeným okolním vzduchem, a ne vysokou teplotou samotného kouřového plynu. Pouţitím 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 aţ 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 vyuţití další energie. Alternativní řešení opětného ohřevu je vypouštět čisté emise (kouřového) plynu přes chladicí věţ s přirozeným tahem: aţ doposud byl tento princip pouţíván výhradně pro mokré chlazení. Čisté plyny jsou přivedeny do chladicí věţe nad výplní a tak jsou emitovány do ovzduší společně s parními vlečkami chladicí věţe.


Listopad 2000

291

Příloha XII

Vnitřní strana pláště chladicí věţe včetně horního kruhového nosníku musí být kompletně opatřena povlakem proti korozi. V prŧběhu přívodu vyčištěných kouřových plynŧ do chladicí věţe mŧţe kondenzát, který je ve srovnání s betonem silně agresivní v dŧsledku jeho nízké hodnoty pH, proudit směrem dolŧ v plášti chladicí věţe. Betonové části vnitřní konstrukce (chladicí věţe), 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 věţe. Tento kanál můţe být přiveden do chladicí věţe ve výšce výstupu FGD (vysoká elevace), nebo přímo nad vnitřní výplní chladicí věţe (nízká elevace). Maximální průměr kanálu je kolem 8 metrů. Kanál pro vyčištěné kouřové plyny by měl být zhotoven ze skleněného vlákna vyztuţeného vinylesterem nebo z ekvivalentního materiálu. Za tímto účelem mají být pouţívány 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 věţi. Pro odvádění tohoto kondenzátu má být na kanálu pro vyčištěný kouřový plyn uvnitř chladicí věţe instalováno výstupní zařízení, které odvádí kondenzát do vodní nádrţe chladicí věţe (nádrţe vody ochlazené ve věţi).

XII.6 Porovnání nákladŧ mezi rŧznými typy chladicích věţí Jsou tři hlavní druhy nákladových poloţek chladicích soustav:  investiční náklady;  náklady vztahující se ke spotřebě energie (tj. účinnost);  a náklady na údrţbu. V případě elektráren musí provozní náklady, které se vztahují k energii, vzít v úvahu finanční zisk, který je přidruţen k rozdílům účinnosti mezi různými volitelnými moţnostmi. Obecně se porovnání různých volitelných moţností pro elektrárny provádí prostřednictvím sociologicko-ekonomické metody, která je zaloţena 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 sloţena z následujících poloţek: investiční náklady doplněné nepřímými náklady na technická řešení, které se pokládají za I; algebraické „aktualizované― výdaje (údrţba zařízení) a příjmy v provozu (produkce v průběhu odhadované doby ţivotnosti/ţivota « tf »); « Pi » je rovnováha výdajů a příjmů v roce « i », předpokládaná uprostřed roku. Rovnováha je reprezentována následujícím vyčíslením s pouţitím « α » jako poměru aktualizace: I + ∑ i=1 i=tf Pi/((1 + α) I-½) Při pozitivně vypočítaných nákladech je kritérium volby mezi různými řešeními nejniţší aktualizovaná rovnováha. ___________________ 21

Odsíření kouřových plynů (Flue Gas Desulphurisation; FGD)

292

Listopad 2000


Příloha XII

V případě chladicích věţí s umělým tahem lze předpokládat, ţe náklady na údrţbu jsou velmi podobné, protoţe jsou převáţně přidruţeny k údrţbě ventilátorŧ. Pokud se vezmou v úvahu první dvě kritéria a volba nejméně nákladného řešení jako odkaz, Tabulka XII.3 ukazuje, ţe mokrá (chladicí) soustava je mnohem ekonomičtější, neţ suchá (chladicí) soustava a ţe přirozený tah je ekonomičtější, neţ umělý tah. Z ekonomického hlediska by suché (chladicí) soustavy byly méně doporučitelné protoţe jsou nákladnější a mají větší vliv na cenu kWh. Znamená to, ţe suché (chladicí) soustavy mohou být doporučeny jenom v případě nedostatku (chladicí) vody. Tabulka XII.3: Porovnání různých typů recirkulačních chladicích soustav s dobou ţivotnosti 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 věţ Mokrá/suchá Suchá chladicí věţ chladicí věţ Přirozený Tah vytvářený Tah vytvářený Přirozený Tah vytvářený tah sáním sáním tah sáním Přiblíţení 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 věţí a vzduchem chlazeného kondenzátoru s dobou ţivotnosti 20 let a poměrem aktualizace 8 % pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem Typ chladicí soustavy Průtočná Mokrá chladicí věţ Kondenzátor chlazený vzduchem Přirozený tah Tah vytvářený sáním Přiblíţení 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


Listopad 2000

293

Příloha XII

Totéţ porovnání mŧţe být provedeno pro provozy s kombinovaným cyklem. V Tabulce XII.4 je uvedeno, ţe suché (chladicí) soustavy jsou opět draţší, neţ mokré (chladicí) soustavy, ale rozdíl je zde menší, neţ 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 údrţbu, případné poplatky za prŧtoky přídavné vody nebo odkalované vody a náklady na chemické produkty, které jsou zapotřebí pro úpravu (chladicí) vody, coţ mŧţe podcenit odhad nákladŧ na mokré (chladicí) soustavy, nebo odhadnout příliš vysoko náklady na suché chlazení. Takţe 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 ţivotnost předmětného provozu, kde kratší doba ţivotnosti sniţuje rozdíly mezi suchými a mokrými (chladicími) soustavami. Důleţitým faktorem při cenových porovnáváních je účinnost nebo spíše ztráta účinnosti v důsledku chlazení při pouţití 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, ţe 100 mbar páry 530 ºC se rovná 3451 kJ/kg vyplývá (pouţitím Molierova diagramu), ţe: 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 přidruţené kondenzační teploty jsou taky vztaţeny 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 přidruţeném podtlaku kolem 43 mbar (viz Tabulku XII.3 a Tabulku XII.4). Takţe 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 běţně pouţívanou 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 můţe být dále vyjádřena s ohledem na celkovou účinnost a na K: 4,572 ‰ / (2,9 K * 0,4) = 3,9 kW th/MWth na K rozdílu 4,45 ‰ / (3,2 K * 0,4) = 3,5 kW th/MWth na K rozdílu 9,026 ‰ / (6,1 K * 0,4) = 3,7 kWth/MWth na K rozdílu Z tohoto zjednodušeného výpočtu vyplývá, ţe pro účinnost kolem 40 % mohou být ztráta nebo zisk na stupeň teplotního rozdílu chladicí vody odhadnuty pouţitím součinitele 3,5 kW th/MWth na K.

294

Listopad 2000


Příloha XII

XII.7 Volba alternativních metod úprav cirkulující vody – monitorování Jak uţ bylo dříve uvedeno, problémy koroze v chladicích soustavách elektráren vznikají zřídkakdy. Z tohoto důvodu pouţití 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 pouţívá pro elektrárny, které jsou umístěny na vnitrozemských vodních cestách a v ústích řek. Tato koncentrace má tendenci k tomu mít za následek sráţení solí vápníku, které nejsou příliš rozpustné: jedná se o uhličitan, síran, fosforečnan. Vodní kámen, se kterým je moţné se běţně setkat, je uhličitan vápenatý. Usazuje se na trubkách kondenzátoru a ve výplních chladicích věţí, coţ vede k sniţování účinnosti. Obvykle se pouţívají dvě techniky prevence pro zabránění sráţení 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, prŧtokem odebírané vody a energií vypouštěnou do přijímacího vodního toku (recipientu) (individuální příklad) Prŧtoky 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

Koeficient koncentrace

V rozsahu mezních hodnot stanovených předpisy se pouţívají pouze organické inhibitory vytváření kotelního kamene, pro které existují ekologicko toxikologické údaje. Jejich pouţití 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 pobřeţí jsou obvykle ochlazovány průtočnou (chladicí) soustavou. Za účelem sníţení tepelného zatíţení mohou být instalovány chladicí věţe provozované na základě následného ochlazování. Tato volba bude záviset převáţně 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 sráţení značného mnoţství solí (uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, síranu barnatého, atd.). Přestoţe je moţné zabránit vytváření uhličitanu vápenatého přidáváním kyseliny, totéţ popravdě neplatí pro jiné soli, které mohou být stabilizovány pouze pouţitím organických inhibitorů (fosfonáty, polyakryláty, kopolymery, atd.).


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 umoţňuje sestavit následující závěry: Mechanické čištění (chladicích) soustav a filtrace vody jsou nejobvykleji pouţívané procesy. Do těchto procesů se zahrnuje nepřetrţité/průběţné čištění trubek kondenzátorů koulemi z pěnové pryţe nebo kartáči, ruční resp. manuální čištění, pouţití škrabek na česle, filtrů nebo sít s různými šířkami. Pro úpravu průmyslových (chladicích) soustav proti znečištění se pravidelně pouţívají taky tři další fyzikální metody. Do těchto metod se zahrnuje: 

udrţování dostatečně vysokých rychlostí (proudění chladicí vody) k tomu, aby se zabránilo přichycení organických organismů (v > 2 m/s); toto doporučení se v současnosti pouţívá 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 vyţaduje 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 kaţdé 4 roky aţ 5 let.

Někdy se pouţívají další techniky, zejména tyto: 

vysoušení;



instalování specifických filtrů (filtrů zachycujících slávky/mušle).

Fyzikální metody mohou být pouţívány jak v případě mořské vody, tak i v případě měkké vody. V některých případech se pouţívá nechemická úprava pouţitím UV. Chemická úprava se můţe pouţít v případech, kdy fyzikální metody nejsou vhodné, nebo jejich výsledky jsou nedostatečné. Existují oxidační produkty, chlor, monochloramin, ClO 2 a ozon, které mohou být pouţity jako úpravy proti znečišťování. Některé odbouratelné/rozloţitelné organické sloučeniny, které jsou pouţitelné 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 pouţitím síranu ţeleznatého je doposud účinnějším řešením.

XII.7.3 Monitorování Při daných hodnotách průtoků (tj. mnoţstvích proteklých za jednotku času) chladicích soustav elektrárny není moţné 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 průběţného monitorování fyzikálních a chemických parametrů, jako jsou např.: alkalita (zásaditost), vápenná tvrdost, vodivost, teplota na výstupu z kondenzátoru. Počítač pouţívá 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 vývinŧ/rŧstŧ, 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 ţádoucí realizovat kontrolu jakosti vypouštěné vody za účelem monitorování takových parametrů, jako je teplota, koncentrace kyslíku, pH, vodivost, atd.

296

Listopad 2000


Příloha XII

XII.8 Konstrukční provedení soustavy chlazení Jako neopomenutelný poţadavek by mělo být uznáno to, ţe převzetí vodních chladicích soustav v daném místě můţe 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 pouţívají čerpadla pro napájecí vodu poháněná turbinou, přičemţ je do nich taky dodávána odebraná pára. Vzduch pro spalování je předtím, neţ je přiveden do kotle, taky ohříván v ohřívačích vzduchu.Všechna tato zařízení mají jediný cíl: sníţit ztráty energie cyklu. Ztráta energie v kondenzátoru se řídí podle termodynamických zákonů. Pokud je moţno v chladicích soustavách dosáhnout energetických zisků, je to dosaţeno zejména na úrovni konstrukčního řešení a z toho vyplývajících zvolených moţností, která to umoţňují dosáhnout. Je moţno pouţít některá jedinečná (zlatá) pravidla:  omezit počet čerpadel;  předcházet pouţití chladicích věţí s umělým tahem;  pokud je potřebné pouţít chladicí věţ, dává se přednost pouţití mokré chladicí věţe před rekuperačními soustavami (rekuperátory);  pokud jsou dekoncentrační průtoky dostačující, instaluje se na dekoncentračním odkalování hydraulická rekuperační turbina;  tam, kde průtoky nemusí být konstantní, pouţijí 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 moţné, měly by mokré chladicí věţe s přirozeným tahem být preferovány před jinými soustavami chlazení; jsou tedy moţná dvě schémata (Obrázek XII.13 a Obrázek XII.14 v Části XII.11) a umoţňují eliminovat teplo z pomocných/přídavných (chladicích) soustav přes chladicí věţ.

XII.8.2 Konstrukční provedení a opatření pro redukování hluku Redukování hluku chladicích soustav můţe být provedeno různými způsoby:  instalací, resp. umístěním protihlukových stěn okolo chladicích věţí;  úpravou reliéfu předmětného místa (zalesněné svahy);  volbou ventilátorů s nízkým hlukem;  vyuţitím protihlukových panelů. Tato různá řešení obvykle umoţňují splnit přísné poţadavky na omezování hluku.

XII.8.3 Implementace fyzikálních metod Přímo od etapy konstrukčního řešení je absolutně nutné přemýšlet o moţnostech (resp. reflektovat na moţnosti) implementace fyzikálních metod, zejména pokud se jedná o zabránění biologickým vývinům/růstům. Toto se týká zejména následujících poloţek:   

záruka přiměřené rychlosti (proudění) ve všech částech (chladicí) soustavy; instalování nepřetrţitého/průběţného čištění na všech výměnících tepla, všude tam, kde to je z technického hlediska moţné; poskytování filtrů k zachycování slávek (jedlých)/mušlí na rizikových místech;


Listopad 2000

297

Příloha XII takové konstrukční provedení (chladicích) soustav, aby bylo moţné uskutečňovat ruční/manuální čisticí operace při normálních provozních podmínkách (střídavý provoz výměníku tepla); 

takové konstrukční provedení (chladicích) soustav, které umoţní zvýšit teplotu vody pomocí obtoku (by-pass) přímo upraveného v chladicí věţi;



v mokrých chladicích s přirozeným tahem upřednostňovat pouţití výplně s vhodným povrchem a/nebo vhodnou konstrukcí za účelem redukování znečištění; periodické čištění by mělo být volitelnou moţností, např. v případě vysokého obsahu pevných/tuhých látek v pouţité 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 moţném rozsahu redukovány. Zvláště důleţité je studovat: 

odebírání a vypouštění vody;



vizuální aspekty předmětného místa;



vývin parních vleček;



tepelné a chemické dopady na přijímací prostředí (recipient).

Cílem zkoušek pilotních cyklŧ 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 aţ jeden rok. Všeobecně vzato tato pilotní zkouška by měla trvat po dobu, jejíţ minimální délka je taková, která umoţňuje integrovat odchylky jakosti chladicí vody, které vznikají v důsledku sezónních rozdílů. Toto poslouţí taky pro posouzení moţností některých volitelných případů v reprezentativním měřítku (příklady: volba výplně chladicí věţe, volba slitin, atd.).

XII.8.5 Volba chladicí soustavy Volba typu chladicí soustavy, jak je moţno pozorovat na základě předchozích analýz, v podstatě závisí na lokálních podmínkách specifických pro předmětné místo. Proto je mimořádně resp. extrémně obtíţné 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 moţných případech, o které se jedná. Z energetického stanoviska je mokré chlazení (průtočné chlazení, a pokud to je nutné, s mokrou chladicí věţí) zdaleka nejekonomičtější řešení, kombinované s ekologickými výhodami úspory energie a zabránění emisím spalin resp. kouřových plynů. Ať uţ je mokré chlazení realizováno pouţitím techniky průtočného chlazení, nebo prostřednictvím cirkulující chladicí soustavy, energetická vyváţenost pro toto řešení je příznivá. Je samozřejmé, ţe o takovém mokrém chlazení je moţno uvaţovat pouze tehdy, jestliţe přijímací vodní cesta (tzn. recipient) je schopna přizpůsobit se takovému řešení. V rozsahu udrţitelného managementu vodních zdrojů je absolutně podstatné, aby tato záleţitost 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, ţe je nutno provést volbu reţimu chlazení, koeficientu koncentrace, a veškerých úprav.

XII.9 Závěry Přístup BAT pro chladicí soustavy nových tepelných elektráren vyţaduje uskutečnit celou řadu úvah v těchto záleţitostech:

298

Listopad 2000


Příloha XII potřeba uskutečnit předchozí studie vztahující se na podmínky předmětného místa; 1. volba materiálů odolných proti působení koroze pro teplosměnné povrchy kondenzátorů a chladicích věţí; 2.

implementace lokální ochrany (nátěry, katodická ochrana, atd.);

3.

redukování spotřebičů energie (ventilátory, čerpadla);

4.

instalování protihlukových soustav (stěny, panely, úpravy reliéfu předmětného místa (viz „zalesněné svahy― zmíněné výše, pozn. překl.), atd.), nebo volba řešení, která mají za následek niţší emise hluku (ventilátory s nízkým hlukem);

5.

optimalizace pouţití činidel pro úpravu (chladicí vody) a zavedení zařízení pro biologické monitorování, zařízení pro chemické monitorování a kontrolních zařízení;

6.

studie (chladicích) soustav tak, aby byly schopny uskutečnit operace zvýšení teploty;

7.

konstrukční provedení přívodů vody za účelem omezení nasávání ţivých organismů;

8.

kontrola jakosti výtoků vody (teplota, kyslík, atd.) odtokovým kanálem.

Výše uvedené poloţky 3, 4, 5, 6 a 9 jsou taky relevantní pro jiţ existující elektrárny, protoţe se vztahují na způsob, jakým je předmětný provoz provozován a udrţován. Ostatní záleţitosti se vztahují na posouzení předmětného místa, které je v případě jiţ existujících zařízení danou skutečností. Ve vztahu k těmto poloţkám můţe výsledek vyhodnocení v případě jiţ existujících zařízení vést k podstatné změně v konstrukčním provedení jiţ 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 moţnou změnu, která vyplývá z posouzení předmětného místa. Na základě zkušeností lze konstatovat, ţe není moţné očekávat objevení ţádného jednoduchého řešení. Kaţdý 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. Totéţ platí pro případ boje proti biologickým vývinům/růstům. I kdyţ makroorganismy mohou obecně být eliminovány tepelnými šoky, toto řešení nemůţe být pouţito pro eliminování biofilmu.


Listopad 2000

299

Příloha XII

XII.10 Literatura -B. Vincent, "Vyuţití a udrţování zdroje studené vody", Všeobecná nukleární revue, číslo 3, strany 247 aţ 257, květen/červen 1986. -R. Gras a J. Jacquet, "Problémy ţivotního prostředí spojené se zdrojem studené vody tepelných elektráren", Letní škola mechaniky tekutin, 353 aţ 393, 6. aţ 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 ţivotního prostředí, svazek 43, číslo 4, strany 279 aţ 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 aţ 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 aţ 6, 6. aţ 10. října 1975. -Pojednání: Konference o chladicích věţích 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 aţ 234, Liege, 25. aţ 27. května 1983. -Deleval, Duvivier, Hosdain, "Boj s usazeninami v chladicích okruzích elektráren", 9. mezinárodní symposium Sdruţení pro hydraulický výzkum o chladicích věţích a rozstřikovacích (chladicích) nádrţích/rybnících, Institut von Karman, 20. aţ 23. září 1994. -L. Duvivier, "Všeobecné úvahy vztahující se k problému usazenin v chladicích průmyslových okruzích", Pojednání Journées Information Eaux, svazek 1, strany 311 aţ 3111, 18. aţ 20. září 1996. -H.A. Jenner, J.P.M. Mommen, "Trojhranné slávky (mušle) a problémy nárůstu", H 2O, 18. ročník, číslo 1, strany 2 aţ 6, 1985. -Návod pro ţivotní prostředí bez radioaktivity – Protokol o masivním chlorování chladicích látek (resp. chladiv), Francouzské elektrárenské podniky (EDF) SPT, Oddělení bezpečnosti – Ochrana před radiací – Ţivotní prostředí, červenec 1984. -Aprosi, Bidard, Nepveu de Villemarceau, "Experiment o vyuţití poznatků o chladicích zařízeních ve francouzských elektrárnách: Hydrobiologie – chemie vody", Všeobecná nukleární revue, číslo 5, strany 425 aţ 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 aţ 64, leden 1990.

300

Listopad 2000


Příloha XII

-G. Asplund, A. Grimvall, "Organické halogenované látky v přírodě – Rozsáhlejší výskyt, neţ se původně předpokládalo", Environmentální věda a technologie, 25, strany 1346 aţ 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 aţ 71, únor 1986. -Munz, Roberts, "Rovnováhy fáze voda-vzduch těkavých organických roztoků", JAWWA, 62 aţ 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, "Pouţití oxidu chloričitého a chloraminů jako alternativních desinfekčních prostředků v Louisville", Pojednání na AWWA semináři, konference AWWA strany 51 aţ 60, Atlanta, 15. června 1980. -Neden a jiní, "Porovnání chlorování a pouţití chloraminů pro omezování opětovného růstu bakterií", JAWWA, 80 aţ 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 aţ 180, 6. aţ 10. října 1975. -J.P. Benque, Matematické modely ošetření odpadního tepla", Letní škola mechaniky tekutin, strany 184 aţ 200, 6. aţ 10. října 1975. -J. Smitz, "Pégase – Plánování a řízení asanace vod", Regionální ministerstvo Wallonne, Celková zpráva, 1991. -Ernst, Winkler, "Proudová pole parních vleček chladicí věţe v blízkém ovzduší jako výsledky matematického modelu", 9. Symposium o chladicích věţích a rozstřikovacích (chladicích) nádrţích – Mezinárodní sdruţení pro hydraulický výzkum, Institut von Karman, 20. aţ 23. září 1994. -„Směrnice pro chemické cykly pro fosilní provozy: Veškeré úpravy těkavými látkami", EPRI, TR-105041, duben 1996.


Listopad 2000

301

Příloha XII

-Mortensen, Conley, "Znečištění (fóliové) výplně vytvářející vodní film (povlak) v protiproudých chladicích věţích: Mechanismus a konstrukční provedení", Institut pro chladicí věţe, Referát TP 1994-05, Houston, únor 13. aţ 16., 1994. -Montjoie, Noble, Mirsky, "Výzkum znečišťujícího povlaku (filmu)―, Institut pro chladicí věţe, New Orleans, únor 17. aţ 19., 1993. -Duvivier, van Damme, Bolsée, "Volba výměnných těles pro chladicí věţe a jejich vliv na usazování uhličitanu vápenatého", Pojednání uveřejněné v Journées Information Eaux („dny informace o vodě“), svazek 1, strany 371 aţ 3711, 18. aţ 10. září 1996. -Dedieu, "Experimentální studie usazování na výměnných tělesech pouţívaných 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 aţ 215, 6. aţ 10. října 1975. -G. Ribier, "Optimalizace tepelné kalkulace a stanovení jednoho vzduchového chlazení podle přirozeného výběru"; Letní škola mechaniky tekutin, strany 217 aţ 229, 6. aţ 10. října 1975. -Manoha, Lepeintre, Pechon, "Model TELEMAC-3D pro trojrozměrné vytékání: Nové perspektivy pro studie ţivotního prostředí", Aplikovaná hydroekologie, díl 4, svazek 1, 13. aţ 20., 1992. -Nagel, "Nové vývojové aktivity ve vzduchem chlazených parních kondenzátorech a suchých chladicích věţích", 9. symposium o chladicích věţích a rozstřikovacích (chladicích) nádrţích – Mezinárodní sdruţení pro hydraulický výzkum, Institut von Karman, 20. aţ 23. září 1994. -van der Spek, "Pokrokové/vyspělé/moderní nízkohlučné chladicí ventilátory", 9. symposium o chladicích věţích a rozstřikovacích (chladicích) nádrţích – Mezinárodní sdruţení pro hydraulický výzkum, Institut von Karman, 20. aţ 23. září 1994. -Kosten, Wyndrum, „Mokré, suché a hybridní (chladicí) soustavy – Porovnání tepelného výkonu", Konference EPRI o chladicích věţích a moderních chladicích soustavách, Petrohrad, 3. srpna 1994. -Burns, Nicholson, Annett, Alexander, "Dopady retrofitu chladicích věţí ve velké elektrárně", Konference EPRI o chladicích věţích a moderních chladicích soustavách, Petrohrad, 3. srpna 1994. -Lindahl, Jameson, "Redukce tvorby parní vlečky a uchování vody v mokré/suché chladicí věţi", Konference EPRI o chladicích věţích a moderních chladicích soustavách, Petrohrad, 3. srpna 1994. -Gill a jiní, "Mechanický přístup k vývoji chemických roztoků pro znečištění (fóliových) výplní chladicí věţe vytvářejících vodní film (povlak)", Konference EPRI o chladicích věţích 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 aţ 488, 37, 247 aţ 252, 1984. -"Monitorování slávky mnohotvárné (zebrované mušle) a návod pro omezování výskytu", EPRI TR-101782, prosinec 1992.

302

Listopad 2000


Příloha XII

-Leyen a jiní, "Sníţení makroznečištění: Komparativní studie o ozonu a o organických polymerech indukujících film (povlak)", 7. mezinárodní konference zaměřená na slávky mnohotvárné (zebrované mušle) a obtěţující vodní biologické druhy, New Orleans, leden 28. aţ 31., 1997. -Duvivier a jiní, "Potřebujeme chlor pro úpravu vody?", Pojednání přednesené na Evropském Power-Gen 1996, svazek 1, strany 757 aţ 770, červen 1996. -Duvivier a jiní, "Boj pouţitím ozonu se znečištěním (chladicích soustav) slávkami mnohotvárnými (zebrovanými mušlemi)", Seminář EPRI-Zdokonalení spolehlivosti servisu vodních soustav, Daytona Beach, červen 25. aţ 27., 1996. -K. D′Hondt, "On-line analýza "kritické hodnoty pH", Applitek, Vergadering Scheikunde, Laborelec, 28/04/93. -Lin a jiní, "Dozor nad ohroţením usazeninami chladicího okruhu v jaderné elektrárně pouţitím automatického elektrochemického snímače", Pojednání uveřejněné v Journées Information Eaux („dny informace o vodě“), svazek 1, strany 331 aţ 3316, 18. aţ 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. aţ 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 aţ 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 aţ 472, 10. aţ 13. června 1986. -A.W.H. Tumpenny, T.E. Langford, R.J. Aston, "Elektrárny a ryby", Výzkum CEGB, strany 27 aţ 39, duben 1985. -F. Travade, "Odsávání organismů při odběru vody do elektráren", Všeobecná nukleární revue, číslo 1, strany 59 aţ -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 aţ 17.16, prosinec 1983.


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 aţ 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 aţ 1727, 1995. -H. Kankaanpää, J. Tossari, "Úrovně pozadí EOX a AOX v sedimentech Finského zálivu. Rozloţení molekulové hmotnosti EOX v sedimentech", Chemosféra, 28, strany 99 aţ 116, 1994. -3 G. Asplund, "Původ organických halogenů zjištěných v ţivotním 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 aţ 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 záleţitosti problematiky znečišťování (řasy, mechovky) chladicích věţí", 6. Workshop IAHR o chladicích věţích, Pisa, říjen 4. aţ 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 ţivočišné druhy v okruzích chladicí vody francouzských elektráren umístěných u řek", Sedmá mezinárodní konference o slávkách mnohotvárných a problematických vodních ţivočišných druzích, New-Orleans, 28. aţ 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 věţí, R 135 P, 1997. -Směrnice VGB – Doporučení pro zimní provoz mokrých chladicích věţí elektráren, R 129 P, 1988 -Směrnice VGB – Pouţití dřeva při konstrukci chladicích věţí, R 611 U, 1996 -DIN 1947: Tepelná technická měření ztrát v mokrých chladicích věţích.

304

Listopad 2000


Příloha XII

-Směrnice VGB: "BTR Stavební technika pro chladicí věţe", R 610 U, 1997. -VGB: "Směrnice pro chladicí vodu", R 455 P, 1990. -Návod VGB: "Úprava provozní vody a přídavné vody v hladicích věţích 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 věţích 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 věţ. -DIN EN 45 532: Ustanovující směrnice pro přídavná/pomocná zařízení turbín, mokrá chladicí věţ. -VDI 3734 B12: Emisní hodnoty technických zdrojů zvuku (hluku); recirkulační chladicí zařízení, chladicí věţe, 1990. -Vlivy odpadního tepla, sniţování, vyuţití. Zpráva číslo 82-3 Komise pro odpadní teplo, 1982. -Vlivy chladicích věţí. Zpráva číslo 82-1 Komise pro odpadní teplo, 1982. -Ernst, Wurz: Mokrá chladicí věţ 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 věţ 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 věţi s přirozeným tahem v elektrárně Neurath a modely pro provozní chování a šíření parních vleček, Zpráva R. 15 číslo 7, časopis VDI.


Listopad 2000

305

Obrázky

XII.11 Obrázky Obrázek XII.1: Prŧtočná (chladicí) soustava

Obrázek XII.2: Mokrá chladicí věţ

Mokrá chladicí věţ:

1

eliminátor

unášení 2 distribuce vody 3 výplň pro vytváření vodního filmu 4 přívod vzduchu 5 odvádění vody Průtočné chlazení s chladicí věţí: 6 do vodního prostředí (recipientu) 7 z vodního prostředí (recipientu) do chladicí věţe přes kondenzátor 8,9,10 neplatí pro tento případ Recirkulační chlazení: 6 do kondenzátoru 7 od kondenzátoru 8 od vodního prostředí (recipientu) 9 úprava vody 10 do vodního prostředí (recipientu)

306

Listopad 2000


Obrázky

Obrázek XII.3: Prŧtočné chlazení s chladicí věţí

Obrázek XII.4:

Recirkulační chlazení


Listopad 2000

307

Obrázky

Obrázek XII.5:

Chladicí věţ s umělým tahem (výtlačné ventilátory)

Obrázek XII.6:

Chladicí věţ s umělým tahem (sací ventilátory, článková konstrukce)

308

Listopad 2000


Obrázky

Obrázek XII.7:

Chladicí věţ s umělým tahem (výtlačné ventilátory, článková konstrukce)

Obrázek XII.8: Hybridní chladicí věţ


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


Obrázky

Obrázek XII.11

Uzavřená recirkulační chladicí věţ s nepřímým suchým chlazením

Obrázek XII.12

Chladicí věţ s vypouštěním vyčištěných kouřových plynŧ

POMOCNÁ (PŘÍDAVNÁ) CHLADICÍ SOUSTAVA

ZAŘÍZENÍ PRO PŘÍDAVNOU VODU

KONDENZÁTOR

REKUPERAČNÍ TURBINA


Listopad 2000

311

Obrázky

Obrázek XII.13:

Chladicí soustava s fixním koeficientem koncentrace

POMOCNÁ/PŘÍDAVNÁ CHLADICÍ SOUSTAVA

ŘEK A ŘEKA

ZAŘÍZENÍ PRO PŘÍDAVNOU VODU KONDENZÁTOR

REKUPERAČNÍ TURBINA

Obrázek XII.14: Chladicí soustava s proměnným koeficientem koncentrace

312

Listopad 2000


Obrázky

Obrázek XII.15:

Logický rozhodovací diagram pro volbu chladicí soustavy

1

NE

2

Můţe vodní cesta absorbovat tepelné zatíţení při nízké hladině vody?

ANO

NE

Je koeficient koncentrace k ≤ 4 dostatečný při nízké hladině vody?

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 těţké kovy?

ANO

4 NE – – –


Listopad 2000

Akceptovat fixní koeficient koncentrace Změkčování přídavné vody vápnem Je třeba počítat s biocidní úpravou (chladicí vody)

313

Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC)

Recommend Documents