Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC)

EVROPSKÁ KOMISE GENERÁLNÍ ŘEDITELSTVÍ JRC SPOJENÉ VÝZKUMNÉ STŘEDISKO (JRC) Institut pro perspektivní technologické studie (Seville) Technologie pro udržitelný rozvoj Evropský úřad IPPC Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC) Referenční dokument k aplikování nejlepších dostupných technik (BAT) na průmyslové chladicí soustavy Světové obchodní středisko, Isla de la Cartuja s/n, E-41092 Seville Španělsko Telefon: přímá linka (+34-95) 4488-284, ústředna 4488-318. Fax: 4488-426. Internet: http://eippcb.jrc.es

Prováděcí souhrn PROVÁDĚCÍ SOUHRN Tento referenční dokument k aplikování nejlepších dostupných technik na průmyslové chladicí soustavy (BREF) vyjadřuje výměnu informací prováděnou podle článku 16 (2) Směrnice Rady 96/61/EC, která pojednává o IPPC. Tento dokument musí být chápán ve smyslu předmluvy, ve které jsou popsány cíle dokumentu a jeho používání. V rámci IPPC je průmyslové chlazení identifikováno jako horizontální záležitost. Znamená to, že nejlepší dostupné techniky (BAT) jsou v tomto dokumentu posuzovány bez podrobného resp. hloubkového posouzení průmyslového procesu, který má být ochlazován. Navzdory tomu jsou BAT pro chladicí soustavy posouzeny v rozsahu chladicích požadavků průmyslového procesu. Nicméně se ale uznává, že BAT pro chladicí proces je komplexní záležitostí, která vyvažuje chladicí požadavky daného procesu, faktory specifické pro předmětné místo a environmentální požadavky, což umožňuje implementaci (resp. realizování BAT) při ekonomicky a technicky proveditelných podmínkách. Termín průmyslové chladicí soustavy se vztahuje na soustavy, které odnímají nadměrné teplo z jakéhokoliv média (resp. látky) použitím výměníků tepla s vodou a/nebo vzduchem pro snížení teploty této látky směrem k (teplotním) hladinám okolního prostředí. V tomto dokumentu jsou popsány BAT pro chladicí soustavy, které jsou považovány za takové, které pracují jako pomocné soustavy pro normální provoz průmyslového procesu. Potvrzuje se, že spolehlivý provoz chladicí soustavy pozitivně ovlivní spolehlivost průmyslového procesu. Nicméně provoz chladicí soustavy ve vztahu k bezpečnosti procesu není zahrnut do tohoto BREF. V tomto dokumentu je uveden integrovaný přístup k dosažení BAT pro průmyslové chladicí soustavy při respektování skutečnosti, že konečné řešení BAT je převážně záležitostí, která je specifická pro předmětné místo. S ohledem na volbu chladicí soustavy se může tímto přístupem spíše jen prodiskutovat, které části jsou přidruženy k environmentálnímu provedení chladicí soustavy, než zvolit a kvalifikovat (diskvalifikovat) jakoukoliv z použitých chladicích soustav. Tam, kde jsou použita redukční opatření, přístup BAT se pokouší upozornit na přidružené průřezové účinky médií a tudíž klást důraz na to, že redukování různých emisí chladicích soustav vyžaduje uvedení do rovnováhy. V pěti kapitolách hlavního dokumentu je popsán přístup BAT, jeho klíčové problematiky a principy, jsou popsány chladicí soustavy a jejich environmentální aspekty, klíčová zjištění, a závěry a doporučení pro další práci. V jedenácti přílohách jsou uvedeny souvisící resp. doprovázející informace, které jsou zaměřeny na specifické aspekty navrhování a provozování chladicích soustav, a příklady pro znázornění přístupu BAT. 1. Integrovaný přístup Integrovaný přístup BAT posuzuje environmentální provedení chladicí soustavy v souvislosti s celkovým environmentálním provedením průmyslového procesu. Je zaměřen na minimalizaci jak přímých, tak i nepřímých dopadů provozování chladicí soustavy. Je založen na zkušenosti, že environmentální provedení chlazení procesu do značné míry závisí na volbě a konstrukčním řešení chladicí soustavy. Proto je přístup pro nové instalace zaměřen na prevenci emisí volbou vhodného chladicího uspořádání a patřičnou konstrukcí a výrobou chladicí soustavy. Kromě toho se redukování emisí dosáhne optimalizací denního provozu. Pro existující chladicí soustavy je krátkodobě k dispozici menší možnost pro prevenci prostřednictvím technologických opatření a důraz je kladen na redukování emise optimalizovaným provozem a řízením soustav. Pro existující soustavy může být pevně stanoven velký počet parametrů, jako je prostor, dostupnost provozních i

Prováděcí souhrn zdrojů, a existující legislativní omezení, což má za následek málo stupňů volnosti pro změny. Nicméně všeobecný přístup BAT v tomto dokumentu může být považován za dlouhodobý cíl, který je pro existující zařízení přizpůsoben cyklům výměny resp. náhrady zařízení. Přístup BAT uznává, že chlazení je podstatnou částí mnoha průmyslových procesů a že by mělo být chápáno jako důležitý prvek v celkovém systému managementu tepla. Ekonomické využití energie v průmyslových procesech je velmi důležité z hlediska environmentálního a z hlediska ekonomičnosti vynaložených nákladů. BAT především znamená, že musí být věnována pozornost energetické účinnosti průmyslového nebo výrobního procesu ještě předtím, než jsou učiněna opatření k optimalizaci chladicí soustavy. Pro zvýšení celkové energetické účinnosti směřují průmyslová odvětví k redukování množství tepla, které není možné rekuperovat, použitím vhodného managementu energie a přijetím řady integrovaných programů pro úsporu energie. Do tohoto se zahrnuje výměna energie mezi různými jednotkami v rozsahu ochlazovaného průmyslového nebo výrobního procesu, stejně tak, jako přidružení tohoto procesu k vedlejším procesům. V případě průmyslových regionů se vyskytuje tendence ke koncepci rekuperace tepla, kdy průmyslová místa jsou vzájemně propojena, nebo jsou připojena k přímému vytápění, nebo k zemědělské skleníkové výrobě. V případech, kde následná rekuperace nebo opětovné využití tohoto tepla nejsou možné, může být nutné toto teplo vypouštět do environmentu, resp. do životního prostředí. Rozlišuje se mezi nízkou hladinou (resp. úrovní) (10 C až 25 C), střední hladinou (25 C až 60 C) a vysokou hladinou (60 C) tepla, které není možné rekuperovat. Všeobecně vyjádřeno, mokré chladicí soustavy se používají pro nízkou hladinu tepla a suché chladicí soustavy pro vysokou hladinu tepla. Pro střední hladinu tepla, které nelze rekuperovat, není dávána přednost žádnému jednoduchému principu chlazení a (v praxi) lze nalézt rozdílná uspořádání. Po optimalizaci celkové energetické účinnosti průmyslového nebo výrobního procesu dané množství a hladina tepla, které nelze rekuperovat, zůstává, a první volba pro chladicí uspořádání k rozptýlení tohoto tepla může být uskutečněna vytvořením rovnováhy mezi: požadavky na chlazení procesu; omezeními pro předmětné místo (včetně lokální legislativy); a environmentálními požadavky. Požadavky na chlazení průmyslového nebo výrobního procesu musí být vždy splněny k zajištění podmínek spolehlivého procesu, včetně spuštění a zastavení. Musí být vždy zaručena požadovaná minimální teplota procesu a požadovaná kapacita chlazení tak, aby se zvýšila účinnost průmyslového nebo výrobního procesu, aby se snížila ztráta produktu (resp. snížila ztráta výrobku), a aby byly redukovány emise do životního prostředí. Se zvyšující se citlivostí těchto procesů na teplotu se bude zvětšovat důležitost výše uvedených požadavků. Podmínky v předmětném místě omezují volitelné možnosti konstrukčního provedení a možné způsoby, kterými může být chladicí soustava provozována. Tyto podmínky jsou definovány lokálním klimatem, dostupností vody pro chlazení a vypouštění tepla, dostupností prostoru pro stavby (potřebných zařízení) a citlivostí okolního prostoru na emise. V závislosti na potřebách procesu z hlediska chlazení a podle požadované kapacity chlazení může být volba místa pro nová zařízení velmi důležitá (např. velký zdroj studené vody). V případech, kde se volba místa řídí podle jiných kritérií, nebo v případě již existujících chladicích soustav, jsou požadavky na chlazení procesu a charakteristiky místa pevně stanoveny. Pro chlazení je důležité lokální klima, poněvadž má vliv na teplotu konečné chladicí vody a vzduchu. Lokální klima je charakterizováno průběhem teplot vlhkého a suchého teploměru. Všeobecně jsou chladicí soustavy navrženy pro splnění požadavků na chlazení při nejméně příznivých podmínkách, které se lokálně mohou vyskytnout, tj. při nejvyšších teplotách vlhkého a suchého teploměru. Další krok při volbě a navrhování chladicí soustavy směřuje k splnění požadavků BAT, v rozsahu požadavků procesu, který má být ochlazován, a v rozsahu omezení, která se vyskytují v daném místě. Znamená to, že je zde kladen důraz na volbu vhodného materiálu a zařízení k zmenšení požadavků na údržbu, k usnadnění provozu ii

Prováděcí souhrn chladicí soustavy a k realizaci environmentálních požadavků. Kromě toho při vypouštění tepla do životních resp. okolních prostředí může dojít k dalším environmentálním účinkům, jako je emise přídavných látek, které jsou používány pro kondicionování chladicích soustav. Zdůrazňuje se že tam, kde může být redukováno množství a hladina tepla, které má být rozptýleno, bude výsledný environmentální dopad průmyslových chladicích soustav nižší. Zásady přístupu BAT mohou být také aplikovány na již existující chladicí soustavy. Mohou být k dispozici technologické volitelné možnosti, jako je změna technologie chlazení, nebo změna nebo modifikace existujícího zařízení nebo použitých chemických látek; nicméně tyto volitelné možnosti mohou být aplikovány jenom v omezeném rozsahu. 2. Použité chladicí soustavy Chladicí soustavy jsou založeny na termodynamických principech a jsou určeny k podporování výměny tepla mezi procesem a chladivem a k usnadnění uvolňování tepla, které nelze rekuperovat, do životního prostředí. Průmyslové chladicí soustavy mohou být kategorizovány podle jejich konstrukčního provedení a podle hlavních principů chlazení: použití vody nebo vzduchu, nebo kombinace vody a vzduchu jako chladiv. Výměna tepla mezi médiem použitým (látkou použitou) v procesu a chladivem se zvětší pomocí výměníků tepla. Chladivo odvádí teplo z výměníků tepla do životního prostředí. V otevřených (chladicích) soustavách je chladivo v kontaktu s životním prostředím. V uzavřených (chladicích) systémech cirkuluje chladivo nebo médium použité (látka použitá) v procesu uvnitř potrubí nebo trubkových hadů a není v otevřeném resp. přímém kontaktu s životním prostředím. Průtočné (chladicí) soustavy jsou obecně používány pro zařízení s velkým (chladicím) výkonem v lokalitách, kde jsou k dispozici dostatečná množství chladicí vody a recipientu, resp. přijímací povrchové vody. Jestliže není k dispozici spolehlivý vodní zdroj, používají se recirkulační soustavy (chladicí věže). Chladicí voda je v otevřených recirkulačních věžích ochlazována kontaktem s proudícím vzduchem. Věže jsou vybaveny zařízeními, která zvětšují kontakt vzduch/voda. Proud vzduchu může být vytvořen umělým tahem použitím ventilátorů, nebo přirozeným tahem. Věže s umělým tahem se ve značném rozsahu používají pro malé a velké (chladicí) výkony/kapacity. Věže s přirozeným tahem se převážně používají pro velké (chladicí) výkony/kapacity (např. v energetickém průmyslu). V soustavách s uzavřeným okruhem jsou potrubí nebo trubkové hady, ve kterých cirkuluje chladivo nebo médium použité (látka použitá) v procesu, ochlazovány, čímž se zase ochlazuje látka, která je v nich obsažena. V mokrých soustavách ochlazuje proud vzduchu v důsledku odpařování potrubí nebo trubkové hady, které jsou postřikovány vodou. V suchých soustavách proudí kolem potrubí/trubkových hadů pouze vzduch. V obou dvou konstrukčních provedeních mohou být trubkové hady vybaveny (chladicími) žebry, která zvětšují chladicí povrch a v důsledku toho chladicí účinek. Mokré (chladicí) soustavy s uzavřeným okruhem jsou v průmyslu používány ve velkém rozsahu pro menší kapacity. Princip suchého vzduchového chlazení je možné nalézt v menších průmyslových použitích stejně tak jako ve velkých elektrárnách v takových situacích, kde není k dispozici dostatečné množství vody, nebo tam, kde je voda velmi drahá. Otevřené chladicí soustavy a uzavřené hybridní chladicí soustavy jsou speciální konstrukční provedení chladicích věží s umělým tahem, které umožňují mokrý a suchý provoz k redukci vytváření viditelné parní vlečky. Použitím volitelné možnosti provozování soustav (zejména malé jednotky článkového typu) jako suchých soustav v průběhu období nízkých teplot okolního vzduchu může být dosaženo snížení roční spotřeby vody a zmenšení tvorby viditelné parní vlečky. iii

Prováděcí souhrn Tabulka 1: Příklad technických a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro průmyslová (ne-elektrárenská) použití Chladicí soustava Chladicí médium (látka) Hlavní princip chlazení Minimální přiblížení (K)4) Otevřená průtočná soustava přímá Otevřená průtočná soustava nepřímá Otevřená recirkulační chladicí soustava přímá Otevřená recirkulační chladicí soustava nepřímá Mokrá chladicí soustava s uzavřeným okruhem Suchá vzduchová chladicí soustava s uzavřeným okruhem Otevřené hybridní chlazení Voda Vedení/ Proudění Vedení/ Proudění Odpařování3) Uzavřené hybridní chlazení Voda Voda1) Vzduch2) Voda1) Vzduch2) Voda1) Vzduch2) Vzduch Voda1) Vzduch2) Voda1) Vzduch2) 35 Minimální dosažitelná koncová teplota média použitého v procesu5) ( C) 18 20 Výkon průmyslového procesu (MWth) < 0,01 > 2 000 6 10 21 25 < 0,01 - > 1 000 6 10 27 31 < 0,1 > 2 000 Odpařování3) 9 15 30 36 < 0,1 > 200 Odpařování + proudění Proudění 7 147) 28 35 0,2 10 10 15 40 45 < 0,1 100 Odpařování + proudění Odpařování + proudění 7 14 28 35 0,15 2,56) 7 14 28 35 0,15 2,56) Poznámky: 1) Voda je sekundární chladicí médium a převážně recirkuluje. Odpařovaná voda odvádí teplo do vzduchu. 2) 3) 4) Vzduch je chladicí médium, ve kterém je teplo odváděno do životního resp. okolního prostředí. Odpařování je hlavní princip chlazení. Teplo je také odváděno vedením/prouděním, ale v menším rozsahu. Přiblížení relativně ve vztahu k teplotám vlhkého a suchého teploměru. Musí být doplněna přiblížení výměníku tepla a chladicí věže. 5) Koncové teploty závisí na klimatu daného místa (údaje jsou platné pro průměrné středoevropské klimatické podmínky. 6) 30 C/21 C teplota suchého/vlhkého teploměru a maximální teplotu vody 15 C). Kapacita resp. výkon malých jednotek při kombinaci několika jednotek nebo v případě speciálně 7) sestaveného chlazení je možné dosáhnout vyšší kapacity (většího výkonu) soustav. V případech, kde je použita nepřímá soustava, nebo je také použito proudění, se přiblížení v tomto příkladě zvyšuje o 3 K až 5 K, což vede k zvýšené teplotě procesu. V tabulce jsou uvedeny charakteristiky použitých chladicích soustav pro dané klimatické situace. Koncová teplota média použitého v procesu, které odchází z výměníku tepla po ochlazení, závisí na teplotě chladiva a na konstrukčním provedení soustavy chlazení. Voda má vyšší měrnou tepelnou kapacitu než vzduch a proto je lepší chladivo. Teplota chladicího vzduchu a chladicí vody závisí na lokálních teplotách suchého a vlhkého teploměru. Čím vyšší jsou teploty teploměru, tím obtížnější je uskutečnit ochlazení na dolní koncové teploty procesu. Koncová teplota procesu je součet nejnižší teploty okolí (chladiva) a minimálního požadovaného teplotního rozdílu mezi chladivem (přiváděným do soustavy chlazení) a látkou použitou v procesu (odváděné ze soustavy chlazení) v rozsahu výměníku tepla, což je také nazýváno (tepelné) přiblížení. Z technického hlediska může být přiblížení velmi nízké prostřednictvím konstrukčního provedení, nicméně náklady jsou nepřímo úměrné velikosti. Čím je přiblížení menší, tím nižší může být koncová teplota procesu. Každý výměník tepla bude mít svoji velikost přiblížení a v případě dalších výměníků tepla, sériově zapojených, se všechna přiblížení přičítají k teplotě chladiva (přiváděného do soustavy chlazení) k výpočtu dosažitelné koncové teploty procesu. Přídavné výměníky tepla se používají v chladicích soustavách s nepřímým chlazením, kde je použit další chladicí okruh. Tento sekundární okruh a primární chladicí okruh jsou spojeny výměníkem tepla. Chladicí soustavy s nepřímým chlazením se používají tam, kde úniku látek použitých v procesu do životního prostředí v důsledku netěsností musí být důsledně zabráněno. iv

Prováděcí souhrn Pro soustavy chlazení, které jsou obecně používány v energetickém průmyslu, jsou minimální přiblížení a výkonnosti chlazení poněkud rozdílné od ne-elektrárenských použití z důvodu speciálních požadavků procesu kondenzace vodní páry. Rozdílná přiblížení a relevantní kapacity výroby energie jsou znázorněny v níže uvedeném přehledu. Tabulka 2: Příklady výkonu a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav v energetickém průmyslu Chladicí soustava Použitá přiblížení (K) Otevřené průtočné soustavy Otevřená mokrá chladicí věž Otevřená hybridní chladicí věž Suchý vzduchem chlazený kondenzátor 13 20 (konečný rozdíl 3 5) 7 15 15 20 15 25 Výkon procesu, při kterém je vyráběna energie (MWth) < 2 700 < 2 700 < 2 500 < 900 3. Environmentální aspekty použitých soustav chlazení Environmentální aspekty chladicích soustav se mění v závislosti na použitém uspořádání chlazení, ale středem pozornosti je převážně zvýšení celkové energetické účinnosti a snížení emisí do vodního prostředí. Spotřeba a emisní hladiny jsou do značné míry specifické pro předmětné místo a v případech, kde je možné provést jejich kvantifikaci, vykazují značné odchylky. Ve filozofii integrovaného přístupu BAT musí být při posouzení každého environmentálního aspektu a při posouzení přidružených redukčních opatření vzaty v úvahu průřezové účinky médií (resp. látek). Spotřeba energie Specifická (resp. měrná) přímá a nepřímá spotřeba energie je významný environmentální aspekt, který je relevantní pro všechny chladicí soustavy. Specifická (resp. měrná) nepřímá spotřeba energie je spotřeba energie procesu, který má být ochlazován. Tato nepřímá spotřeba energie se může zvýšit v důsledku chladicí výkonnosti použitého chladicího uspořádání, která je menší než optimální chladicí výkonnost, což může mít za následek zvýšení teploty procesu (ΔK) a vyjadřuje se v kwe/mwth/k. Specifická (resp. měrná) přímá spotřeba energie chladicí soustavy se vyjadřuje v kwe/mwth a vztahuje se na množství energie spotřebované všemi zařízeními chladicí soustavy, která spotřebovávají energii (čerpadla, ventilátory), na každou MWth, kterou chladicí soustava rozptyluje. Opatření pro snížení specifické nepřímé spotřeby energie jsou tato: volba chladicího uspořádání s nejnižší specifickou nepřímou spotřebou energie (všeobecně vzato to jsou průtočné chladicí soustavy); použití konstrukčního řešení s malými hodnotami přiblížení; a snížení odporu (průtoku) výměníku tepla správnou údržbou soustavy chlazení. Například v případě energetického průmyslu znamená změna z průtočného chlazení na recirkulační chlazení zvýšení spotřeby energie pro přídavná zařízení, stejně tak, jako snížení účinnosti tepelného cyklu. Pro snížení specifické přímé spotřeby energie jsou k dispozici čerpadla a ventilátory, které mají vyšší účinnosti. Odpor a poklesy tlaku v procesu mohou být sníženy konstrukčním provedením soustavy chlazení, použitím eliminátorů unášení, a použitím výplně (chladicí) věže s nízkým odporem. Řádné mechanické nebo chemické čištění povrchů udržuje nízký odpor v procesu v průběhu provozu (chladicí soustavy). v

Prováděcí souhrn Voda Voda je pro mokré chladicí soustavy důležitá jako převládající chladivo, ale také jako přijímací prostředí (resp. recipient) pro vypouštění chladicí vody. V případě velkých přívodů vody se vyskytuje narážení resp. potlučení a strhávání ryb a jiných vodních organismů. Vypouštění velkých množství teplé vody může také ovlivnit vodní prostředí, ale dopad může být řízen pomocí vhodného umístění přívodu a vyústění, a posouzením průtoků při přílivu, nebo průtoků v ústí řeky, k zajištění přiměřeného smíchání teplé vody s recipientem a rozptýlení tepla pomocí vodorovného proudění teplé vody. Spotřeba vody kolísá mezi 0,5 m3/h/mwth pro otevřenou hybridní věž a až 86 m3/h/mwth pro otevřené průtočné (chladicí) soustavy. Zmenšení velkých přívodů vody použitím průtočných (chladicích) soustav vyžaduje změnu směrem k recirkulačnímu chlazení, což současně sníží vypouštění velkých množství teplé chladicí vody a může také snížit emise chemických látek a odpadu. Spotřeba vody recirkulačních (chladicích) soustav může být snížena zvětšením počtu cyklů, zdokonalením jakosti doplňované vody, nebo optimalizováním použití zdrojů odpadní vody dostupných v předmětném místě nebo mimo předmětné místo. Obě dvě volitelné možnosti vyžadují sestavení komplexního programu úpravy chladicí vody. Hybridní chlazení, které v průběhu některých ročních obdobích umožňuje použít suché chlazení, je spojeno s nižšími požadavky na chlazení, nebo s nižšími teplotami vzduchu, a tak může snížit spotřebu vody zejména v případě malých jednotek článkového typu. Konstrukční provedení a umístění přívodu (chladicí vody) a různých zařízení (síta, přepážky, světlo, zvuk) se používají ke snížení strhávání a potlučení vodních organismů. Účinek těchto zařízení závisí na biologických druzích (vodních organismů). Náklady jsou vysoké a tato opatření jsou přednostně používána v situaci na (tzv.) zelené louce. Snížení požadovaného výkonu chlazení, pokud je možné pomocí zvýšení opětného využití tepla, může redukovat emise teplé chladicí vody do přijímací povrchové vody (recipientu). Emise tepla do povrchové vody Jak už bylo dříve zmíněno, emise tepla do povrchové vody může mít environmentální dopad na přijímací povrchovou vodu (recipient). Ovlivňující faktory jsou např. dostatečný chladicí výkon přijímací povrchové vody, skutečná teplota a ekologický stav povrchové vody. Emise tepla mohou mít za následek překročení EQS pro teplotu v průběhu horkých letních období jako následek vypouštění tepla do povrchové vody, které vyplývá z chladicí vody. Tepelné požadavky pro dva ekologické systémy (lososové vody a cyprinidové vody, resp. vody pro máloostní ryby) byly převzaty ze Směrnice 78/569/EEC. Relevantní pro ekologický dopad tepelných emisí není pouze skutečná teplota vody, ale také nárůst teploty na okraji oblasti směšování v důsledku vypouštění tepla do vody. Pro rozsah environmentálního dopadu jsou relevantní množství a hladina vypouštěného tepla do povrchové vody vztažené k rozměrům přijímací povrchové vody. V situacích, ve kterých je teplo vypouštěno do relativně malých povrchových vod, a kde horkovodní parní vlečka dosahuje na opačnou stranu řeky nebo kanálu, může tento stav vést k vytváření bariér pro migraci lososů. Kromě těchto účinků může vysoká teplota jako následek tepelných emisí vést k zvýšenému dýchání a biologické produkci (eutrofizaci, tzn. procesu, který vede k nadměrné produkci biomasy), což má následek nižší koncentraci kyslíku ve vodě. Při navrhování chladicí soustavy musí být vzaty v úvahu výše uvedené aspekty a možnosti k snížení množství tepla rozptylovaného do povrchové vody. Emise látek do povrchové vody Emise z chladicích soustav do povrchové vody jsou způsobeny: použitými přídavnými látkami do chladicí vody a jejich reagujícími složkami; látkami přenášenými vzduchem, který prochází chladicí věží; zplodinami koroze, které vzniknou v důsledku koroze zařízení chladicích soustav; a unikáním chemických látek použitých v procesu (produktů/výrobků) v důsledku netěsností a jejich reakčními produkty. vi

Prováděcí souhrn Správné fungování chladicích soustav může vyžadovat úpravu chladicí vody proti korozi zařízení, tvorbě kotelního kamene a mikroznečištění a makroznečištění. Úpravy chladicí vody jsou odlišné pro otevřené průtočné chladicí soustavy a recirkulační chladicí soustavy. Pro recirkulační chladicí soustavy mohou být programy úpravy chladicí vody velmi složité a rozsah používaných chemických látek může být velmi široký. V důsledku toho emisní hladiny v odkalované chladicí vodě těchto soustav chlazení také vykazují značné odchylky a je obtížné uvést reprezentativní emisní hladiny. Někdy je odkalovaná chladicí voda před vypouštěním upravována. Emise oxidačních biocidů v otevřených průtočných (chladicích) soustavách, měřené jako volné oxidační látky v místě odvádění, kolísají mezi hodnotou 0,1 [mg FO/l] a hodnotou 0,5 [mg FO/l] v závislosti na systému resp. modelu a frekvenci dávkování. Tabulka 3: Chemické komponenty pro úpravy chladicí vody používané v otevřených a recirkulačních mokrých chladicích soustavách Problémy jakosti vody Příklady chemické úpravy* Tvorba kotelního kamene Koroze (Bio-)znečištění Průtočné Recirkulační Průtočné Recirkulační Průtočné soustavy soustavy soustavy soustavy soustavy Zinek Molybdenany Křemičitany Fosfonáty Polyfosfanáty Polyolestery Přírodní organické látky Polymery Neoxidační biocidy Oxidační biocidy X X X X X (X) (X) Recirkulační soustavy X X X X X X X X * Chroman se již ve velkém rozsahu nepoužívá vzhledem k jeho značnému účinku na životní prostředí Volba a používání chladicího zařízení, které je navrženo z materiálů vhodných pro prostředí, ve kterém bude provozováno, může zmenšit úniky netěsnostmi a korozi. Toto prostředí je popsáno těmito údaji: podmínky procesu, jako je teplota, tlak, rychlost proudění; ochlazovaná média (ochlazované látky); a chemické charakteristiky chladicí vody. Materiály běžně používané pro výměníky tepla, potrubí, čerpadla a skříně/pouzdra jsou uhlíková ocel, slitiny měď/nikl a nerezavějící oceli různých jakostí; nicméně ve zvětšeném rozsahu se používá titan (Ti). K ochraně povrchu se také používají povlaky a nátěry. Použití biocidů Otevřené průtočné (chladicí) soustavy jsou upravovány proti makroznečištění převážně oxidačními biocidy. Aplikované množství může být vyjádřeno jako ročně použité oxidační přídavné látky, vyjádřené jako ekvivalent chloru na MWth ve spojení s hladinou znečištění ve výměníku tepla nebo v jeho těsné blízkosti. Použití halogenů jako oxidačních přídavných látek v průtočných (chladicích) soustavách povede k zatížením životního prostředí především vytvářením halogenovaných vedlejších produktů. vii

Prováděcí souhrn V otevřených recirkulačních (chladicích) soustavách se používá předběžná úprava vody proti tvorbě kotelního kamene, korozi a mikroznečištění. Vzhledem k relativně menším objemům recirkulačních mokrých (chladicích) soustav jsou úspěšně aplikovány alternativní úpravy, jako je ozon a UV světlo, ale tyto alternativy vyžadují specifické podmínky procesu a mohou být docela nákladné. Provozní opatření, která snižují škodlivé účinky vypouštění chladicí vody, jsou uzavírání čištění v průběhu nárazové úpravy a úprava vody odkalované z chladicí soustavy před jejím vypouštěním do přijímací povrchové vody, resp. recipientu. Pro úpravu vody odkalované z chladicí soustavy v zařízení pro úpravu odpadní vody musí být zbytková biocidní aktivita monitorována, poněvadž může mít vliv na mikrobiální populaci. K redukování emisí ve vypouštěné chladicí vodě a k redukování dopadu na vodní prostředí jsou vybrány biocidy s cílem přizpůsobit požadavky chladicích soustav k citlivosti přijímacího vodního prostředí (recipientu). Emise do vzduchu Vzduch vypouštěný ze suchého okruhu chladicích věží se obvykle nepovažuje za nejdůležitější aspekt chlazení. Může se vyskytnout kontaminace, pokud se vyskytne únik produktu, který je způsoben netěsnostmi, ale správně prováděná údržba může tomuto jevu preventivně zabránit. Kapky nacházející se ve výstupu mokrých chladicích věží mohou být kontaminovány mikroby nebo produkty koroze, které jsou vytvořeny chemikáliemi použitými pro úpravu (chladicí) vody. Potenciální rizika sníží použití eliminátorů unášení a optimalizovaný program úpravy vody. Vytváření formací parních vleček se zvažuje tam, kde se vyskytne jejich účinek na horizont ( horizon-marring effect ) nebo tam, kde se vyskytuje riziko parní vlečky dosahující až na úroveň země. Hluk Emise hluku je lokálním problémem pro velké chladicí věže s přirozeným tahem a všechny mechanické chladicí soustavy (s umělým tahem). Hladiny netlumeného akustického výkonu kolísají mezi 70 [db(a)] pro chladicí věže s přirozeným tahem a 120 [db(a)] pro chladicí věže s umělým tahem. Kolísání je způsobeno rozdíly ve vybavení a místem, ve kterém je prováděno měření, protože hodnoty hluku jsou odlišné pro místo přívodu vzduchu a odvodu vzduchu. Hlavními zdroji hluku jsou ventilátory, čerpadla a padající voda. Rizikové aspekty Rizikové aspekty soustav chlazení pro mokré chladicí soustavy se vztahují na úniky z výměníků tepla v důsledku netěsností, na skladování chemikálií, a na mikrobiologickou kontaminaci (jako je choroba legionářů). Použitá opatření k prevenci úniků v důsledku netěsností, stejně tak, jako prevence mikrobiologické kontaminace, jsou preventivní údržba a monitorování. V těch případech, kde úniky netěsnostmi by mohly vést k vypouštění velkých množství látek, které jsou škodlivé pro vodní prostředí, se uvažuje o aplikování chladicích soustav s nepřímým chlazením, nebo o zvláštních preventivních opatřeních. Pro prevenci vývinu bakterií Legionellae pneumophila (LP) se doporučuje aplikovat patřičný program úpravy (chladicí) vody. Nemohly být stanoveny žádné horní mezní hodnoty koncentrace pro LP, naměřené v hodnotách jednotek tvořících kolonii [CFU na litr], při jejichž překročení nemá být očekáváno žádné riziko. Toto riziko musí být vzato v úvahu především v průběhu uskutečňování údržbářských operací. Residua z provozování soustav chlazení V záležitosti residuí nebo odpadů bylo oznámeno jen velmi málo informací. Kaly, které pocházejí z předběžné úpravy chladicí vody, nebo z nádrží chladicích věží musí být považovány za odpad. Tyto kaly se zpracovávají viii

Prováděcí souhrn a likvidují různými způsoby, které závisí na mechanických vlastnostech a chemickém složení. Hladiny koncentrace se mění v závislosti na programu úpravy chladicí vody. Environmentální emise se dále redukují aplikováním méně škodlivých konzervačních metod pro zařízení a volbou materiálu, který může být po vyřazení z provozu nebo výměně zařízení chladicí soustavy recyklován. 4. Klíčové závěry BAT BAT nebo primární přístup BAT pro nové a již existující soustavy jsou uvedeny v Kapitole 4. Zjištění mohou být zrekapitulována tak, jak je dále uvedeno. Uznává se, že konečné řešení BAT bude řešením, které je specifické pro předmětné místo, ale pro některé technické záležitosti by mohlo být identifikováno jako všeobecný přístup BAT. Ve všech situacích musí být prozkoumány a použity dostupné a aplikovatelné volitelné možnosti pro opětné využití tepla k redukování množství a hladiny tepla, které není možné rekuperovat, ještě předtím, než se zvažuje rozptýlení tepla z průmyslového procesu do životního prostředí. Pro všechna zařízení je BAT technologie, metoda nebo postup a výsledek integrovaného přístupu k redukování environmentálních dopadů průmyslových chladicích soustav, udržující rovnováhu mezi přímými a nepřímými dopady na životní prostředí. Redukční opatření by měla být zvažována takovým způsobem, aby zasahovala minimálně do účinnosti chladicí soustavy, nebo by měla být zvažována z hlediska takové ztráty účinnosti, která je zanedbatelná ve srovnání s pozitivními účinky na environmentální dopady. Pro celou řadu environmentálních aspektů byly identifikovány techniky, které mohou být považovány za BAT v rozsahu přístupu BAT. Nebylo možné identifikovat žádné jednoznačné přístupy BAT v záležitosti redukování odpadu, nebo v záležitosti jak s odpadem manipulovat při současném vyvarování se kontaminaci půdy a vody, nebo vzduchu v případě spalování. Požadavky na proces a místo Volba mezi suchým, mokrým a suchým/mokrých chlazením pro splnění požadavků procesu a předmětného místa by měla být zaměřena na dosažení nejvyšší celkové energetické účinnosti. K dosažení vysoké celkové účinnosti při manipulování s velkými množstvími tepla s nízkou hladinou (10 C až 25 C) to je BAT k ochlazování použitím otevřených průtočných (chladicích) soustav. V situaci na zelené louce může tento aspekt ospravedlnit volbu (pobřežního) místa s dostupnými spolehlivými velkými množstvími chladicí vody a místa s povrchovou vodou, jejíž kapacita je dostatečná k přijímání velkých množství vypouštěné chladicí vody. V případech, kde jsou chlazeny nebezpečné látky (emitované přes soustavu chlazení), které sebou přinášejí vysoké riziko pro životní prostředí, to je BAT k aplikování chladicích soustav s nepřímým chlazením, které používají sekundární chladicí okruh. Použití podzemní vody pro účely chlazení musí být v zásadě minimalizováno, například tam, kde vyčerpání zdrojů podzemní vody nemůže být pod kontrolou. Snižování přímé spotřeby energie Nízké spotřeby energie soustavou chlazení se dosáhne redukováním odporu (proudění) vody a/nebo vzduchu v chladicí soustavě, a také použitím zařízení, jehož spotřeba energie je nízká. V případech, kde proces, který má být ochlazován, vyžaduje proměnlivé provozování, byla úspěšně aplikována modulace průtoku vody a vzduchu, a takové opatření může být považováno za přístup BAT. ix

Prováděcí souhrn Snižování spotřeby vody a snižování emisí tepla do vody Snižování spotřeby vody a snižování tepelných emisí do vody jsou k sobě těsně přidruženy a platí zde tytéž technologické volitelné možnosti. Množství vody potřebné pro chlazení je přidruženo k množství tepla, která má být rozptýleno. Čím je vyšší úroveň opětného využití chladicí vody, tím jsou nižší potřebná množství chladicí vody. Recirkulace chladicí vody, používání otevřené nebo uzavřené recirkulační mokré (chladicí) soustavy, je přístup BAT, v případech, kde dostupnost vody je nízká nebo nespolehlivá. V recirkulačních chladicích soustavách může být zvýšení počtů cyklů přístupem BAT, ale požadavky na úpravu chladicí vody mohou být omezujícím faktorem. Přístupem BAT je používání eliminátorů unášení k snížení únosu na méně než 0,01 % celkového množství recirkulující vody. Snižování strhávání (organismů vodou) Bylo vyvinuto mnoho rozdílných technik k zabránění strhávání (organismů vodou) nebo k snížení poškození těchto organismů v případě, kdy dojde k jejich stržení. Úspěšnost byla proměnlivá a specifická podle daného místa. Nebyl identifikován žádný zřetelný přístup BAT, ale důraz je kladen na analýzu biotopu, protože úspěšnost a poruchy závisí do značné míry na behaviorálních aspektech rodů/druhů, a na správném návrhu a umístění přívodu vody. Snižování emisí chemických látek do vody V souladu s přístupem BAT by aplikování potenciálních technik k snižování emisí do vodního prostředí mohlo být zvažováno v tomto pořadí: volba chladicího uspořádání s nižší hladinou emise do povrchové vody; použití materiálu odolnějšího proti korozi pro chladicí zařízení; prevence a snižování úniků látek použitých v procesu do chladicího okruhu v důsledku netěsností; aplikování alternativní (nechemické) úpravy chladicí vody; volba přídavných látek do chladicí vody za účelem snížení dopadu na životní prostředí; a optimalizované aplikování (monitorování a dávkování) přídavných látek do chladicí vody. BAT je snižování potřeby kondicionování chladicí vody snižováním výskytu znečištění a koroze v důsledku správného konstrukčního provedení. V průtočných (chladicích) soustavách má správné konstrukční provedení zabránit vzniku mrtvých prostorů a turbulence a udržovat minimální rychlost proudění vody (0,8 [m/s] pro výměníky tepla, 1,5 [m/s] pro kondenzátory). BAT je volba materiálu pro průtočné (chladicí) soustavy ve vysoce korozívním prostředí, zahrnující použití Ti nebo vysokojakostní nerezové oceli nebo jiných materiálů s podobnými parametry tam, kde by redukční prostředí omezovalo použití Ti. Navíc ke konstrukčním opatřením v recirkulačních (chladicích) soustavách je BAT identifikovat aplikované cykly koncentrace a korozívnost látek použitých v procesu k umožnění volby materiálu s patřičnou odolností proti korozi. Pro chladicí věže je BAT aplikování vhodných typů výplní při uvážení jakosti vody (obsah tuhých částic), předpokládané znečišťování, odolnost na teploty a erozi, a volba konstrukčního materiálu, který nevyžaduje chemickou konzervaci. Cílem koncepce VCI používané v chemickém průmyslu je minimalizovat rizika pro vodní prostředí v případě úniku látek používaných v procesu v důsledku netěsností. Tato koncepce spojuje hladinu environmentálního x

Prováděcí souhrn dopadu látky použité v procesu s požadovaným chladicím uspořádáním a s požadavky na monitorování. Při vyšších potenciálních rizicích pro životní prostředí v případě úniků v důsledku netěsností vede tato koncepce ke zdokonalené odolnosti proti korozi, konstrukčním řešením s nepřímým chlazením a k zvyšující se úrovni monitorování chladicí vody. Snižování emisí optimalizovanou úpravou chladicí vody Optimalizace aplikování oxidačních biocidů v průtočných (chladicích) soustavách je založena na časování a na frekvenci provádění dávkování biocidu. Za BAT se považuje snižování přiváděného množství biocidů použitím cíleného dávkování v kombinaci s monitorováním chování makroznečišťujících biologických druhů (např. zavírací pohyb slávek jedlých, resp. mušlí) a využití doby zdržení chladicí vody v soustavě. Pro takové (chladicí) soustavy, kde jsou ve výstupu smíchávány různé chladicí proudy, je pulsující střídavé chlorování BAT a může ještě více snížit koncentrace volných oxidačních látek ve vypouštěné vodě. Všeobecně vyjádřeno, přerušovaná úprava chladicí vody průtočných chladicích soustav je dostatečná k prevenci znečišťování (snad taky zabránění znečišťování ) (v orig. to prevent antifouling, pozn. překl.). V závislosti na biologických druzích a teplotě vody (nad 10 C až 12 C) může být nutné použít nepřetržitou úpravu (chladicí vody) při nízkých hladinách. V případě mořské vody se hladiny BAT volné oxidační látky (FRO) ve vypouštěné vodě, přidružené k těmto postupům, liší podle použitého režimu dávkování (nepřetržitý nebo přerušovaný), podle hladiny koncentrace dávkování a uspořádání chladicí soustavy. Jejich rozsah je od 0,1 [mg/l] do 0,5 [mg/l], s hodnotou 0,2 [mg/l] jako průměrná hodnota v průběhu 24 hodin. Důležitým prvkem při zavádění přístupu pro úpravu (chladicí vody), který je založen na BAT, zejména v případě recirkulačních chladicích soustav, ve kterých se používají neoxidační biocidy, je provádění informovaných rozhodnutí ohledně toho, jaký režim úpravy vody je použit, a jak by měl být řízen a monitorován. Volba vhodného režimu úpravy (chladicí vody) představuje komplexní cvičení, které musí vzít v úvahu celou řadu faktorů lokálních a specifických pro předmětné místo, a uvést tyto faktory do vztahu k charakteristikám samotných přídavných látek, které jsou používány pro úpravu, a k množstvím a kombinacím, ve kterých jsou tyto látky používány. Za účelem pomoci při procesu tvorby rozhodnutí BAT ohledně přídavných látek chladicí vody na lokální úrovni se BREF snaží poskytnout místním úřadům, které jsou odpovědné za vydávání povolení IPPC, hlavní zásady pro posuzování. Směrnice o biocidních produktech 98/8/ES reguluje umístění biocidních produktů na Evropském trhu a považuje biocidy, které jsou používány v chladicích soustavách, za specifickou kategorii biocidů. Výměna informací ukazuje, že v některých členských státech se jeví jako vhodné uskutečnit specifické režimy posuzování pro aplikování přídavných látek chladicí vody. Z diskuse, která byla součástí výměny informací o průmyslových chladicích soustavách, vyplynul návrh dvou koncepcí pro přídavné látky chladicí vody, které mohou být používány jako doplňkový prostředek úřadů, které vydávají povolení: Prověřovací posuzování (screening), založené na existujících koncepcích, které umožňují jednoduché vzájemné porovnávání přídavných látek chladicí vody z hlediska jejich možného dopadu na vodní prostředí ( Benchmarking posuzování, Příloha VIII.1). Místně specifické posouzení očekávaných dopadů biocidů, které jsou vypouštěny do přijímací vody (recipientu), které navazují na výsledky Směrnice o biocidních produktech a které používají metodologii pro ustanovení environmentálních norem jakosti (EQSs = Environmental Quality Standards) budoucí Rámcové směrnice o vodě jako klíčových prvků (Lokální posuzování biocidů, Příloha VIII.2). Benchmarking posuzování může být chápáno jako metoda porovnávání environmentálních dopadů několika alternativních přídavných látek chladicí vody, zatímco lokální posuzování pro biocidy poskytuje měřítko resp. standard pro určení kompatibilního přístupu BAT zejména pro biocidy (PEC/PNEC < 1). Používání lokálních posuzovacích metodologií jako nástroje řízení průmyslových emisí je stále běžnou praxí. xi

Prováděcí souhrn Snižování emisí do vzduchu Snižování dopadu emisí z provozování chladicí věže do vzduchu je přidruženo k optimalizaci kondicionování chladicí vody za účelem snížení koncentrací v kapkách vody. V případech, kde je unášení hlavním přepravním mechanismem, považuje se za BAT použití eliminátorů unášení, jehož výsledkem je menší ztráta recirkulačního průtoku unášením než 0,01 %. Snižování hluku Primárními opatřeními pro snižování hluku jsou použití zařízení s nízkým hlukem. Přidružené hladiny snížení hluku jsou až 5 [db(a)]. Sekundárním opatřením na vstupu a výstupu chladicích věží s umělým tahem jsou přidruženy hladiny snížení hluku minimálně 15 [db(a)] nebo více. Nicméně je nutné poznamenat, že snížení hluku, zejména sekundárními opatřeními, mohou vést k poklesu tlaku, který vyžaduje přívod další energie k jeho kompenzaci. Snižování úniků netěsnostmi a mikrobiologického rizika Přístupy BAT jsou: zabránění úniků v důsledku netěsností prostřednictvím konstrukčního provedení; provozováním zařízení v rozsahu mezních hodnot daných konstrukčním provedením a pravidelnými kontrolními prohlídkami chladicí soustavy. Zejména v případě chemického průmyslu se považuje za BAT aplikování bezpečnostní koncepce VCI, která byla zmíněna již dříve pro snižování emisí do vody. Výskyt (bakterií) Legionellae pneumophila (LP) v chladicí soustavě nelze zcela zabránit. Za BAT se považuje aplikování těchto opatření: předcházení mrtvých prostorů a udržování dostatečné rychlosti proudění vody; optimalizace úpravy chladicí vody za účelem snížení výskytu znečištění, růstu a bujného množení řas (chaluh) a améb; periodické čištění bazénu/jímky chladicí věže; snižování respirační zranitelnosti obsluhujícího personálu poskytnutím prostředků pro ochranu úst a ochranu proti hluku v případě, když vstupuje do provozní jednotky, nebo při vysokotlakém čištění (chladicí) věže. 5. Rozdíl mezi novými a existujícími soustavami chlazení Na nové (chladicí) soustavy mohou být aplikovány všechny klíčové závěry BAT. Pokud tyto klíčové závěry BAT zahrnují technologické změny, může být jejich aplikování pro existující chladicí soustavy omezeno. Změna technologie v případě malých sériově vyráběných chladicích věžích se považuje za technicky a ekonomicky snadnější. Technologické změny v případě velkých (chladicích) soustav jsou všeobecně finančně nákladnější a vyžadují komplexní technické a ekonomické posouzení, které zahrnuje velké množství faktorů. V některých případech mohou být snadněji proveditelné relativně malé úpravy těchto rozsáhlých (chladicích) soustav změnou části zařízení. Pro rozsáhlejší změny technologie může být nutné provést podrobné úvahy a posouzení účinků na životní prostředí a nákladů. Všeobecně vzato BAT pro nové a existující (chladicí) soustavy jsou podobné v případech zaměření se na snížení environmentálních dopadů zdokonalením provozu (chladicích) soustav. Toto se vztahuje na: optimalizaci úpravy chladicí vody řízeným dávkováním a volbou přídavných látek chladicí vody s cílem snížení dopadu na životní prostředí; pravidelnou údržbu zařízení; a monitorování provozních parametrů, jako je rychlost koroze povrchu výměníku tepla, chemie chladicí vody a stupeň znečištění a úniky v důsledku netěsností. xii

Prováděcí souhrn Příklady technik, které jsou považovány za BAT pro existující chladicí soustavy, jsou: použití vhodné výplně, která působí proti znečišťování; náhrada otáčejících se (rotačních) zařízení zařízeními s nízkým hlukem; prevence úniků v důsledku netěsností monitorováním trubek výměníku tepla; biologická filtrace vedlejšího/bočního toku; zlepšení jakosti doplňované přídavné vody; a řízené dávkování v průtočných (chladicích) soustavách. 6. Závěry a doporučení pro další práci Tento BREF dosáhl vysoké úrovně podpory od technické pracovní skupiny (TWG). Je všeobecně považován za komplexní a velmi specifický referenční dokument pro předmětné místo a daný proces k posouzení a identifikaci BAT pro proces průmyslového chlazení, zahrnující mnoho technických a ekonomických aspektů. Doposud existuje zřetelná podpora pro koncepci všeobecného BAT pro chladicí soustavy, vycházejícího z všeobecné předmluvy BREF a úvodu k BAT uvedeného v Kapitole 4. Proces výměny informací poukázal na celou řadu problematik, ve kterých je potřeba další práce v případě, pokud tento BREF bude revidován. Lokální posouzení úpravy chladicí vody bude vyžadovat další zkoumání ve věci jak vzít v úvahu veškeré relevantní faktory a chemické charakteristiky vztahující se k předmětnému místu, ale zároveň je nutné poskytnout jasný návod a uskutečnitelný postup. Mezi jiné oblasti zájmu, ve kterých bude potřeba vyvinout další úsilí, jsou zahrnuty alternativní techniky úpravy chladicí vody, snížení biologického rizika na minimum a důležitost emisí do vzduchu. xiii

Návrh referenčního dokumentu pro aplikování nejlepších dostupných technik na průmyslové chladicí soustavy Prováděcí souhrn i Předmluva.. 1 Předmět referenčního dokumentu... 5 Názvoslovný výkladový slovník.... 7 Termodynamické definice.... 7 Jiné definice.. 8 Zkratky a akronymy... 13 1 Všeobecná koncepce BAT pro průmyslové chladicí soustavy... 15 1.1 Zdroje tepla, tepelné hladiny a rozsahy použití. 19 1.2 Úroveň chladicí soustavy a vliv na účinnost procesu... 20 1.2.1 Použití citlivá na teplotu. 20 1.2.2 Použití necitlivá na teplotu. 22 1.3 Optimalizace primárního procesu a opětné využití tepla.. 22 1.3.1 Optimalizace primárního procesu... 22 1.3.2 Použití odpadního tepla mimo místo jeho vzniku.. 23 1.4 Volba chladicí soustavy pro splnění požadavků procesu a podmínek daného místa. 23 1.4.1 Požadavky procesu. 23 1.4.2 Volba místa. 25 1.4.3 Klimatické podmínky. 28 1.4.4 Matematické modelování, simulace na modelech a zkoušky na pilotních cyklech... 30 1.5 Volba chladicí techniky pro splnění environmentálních požadavků. 30 1.5.1 Všeobecné porovnání mezi chladicími soustavami chlazenými vzduchem a vodou. 30 1.5.2 Konstrukční faktory a volba materiálů... 31 1.5.3 Volitelné možnosti pro technologickou změnu existujících chladicích soustav.... 32 1.5.3.1 Retrofit důvody a okolnosti... 33 1.5.3.2 Změna technologie předávání tepla..... 34 1.5.3.3 Náhrada zastaralé technologie předávání tepla moderní technologií...... 35 1.5.3.4 Zdokonalení existující technologie předávání tepla.... 36 1.6 Ekonomické okolnosti... 37 2 Technologické aspekty použitých chladicích soustav... 39 2.1 Úvod.. 39 2.2 Výměníky tepla.. 41 2.2.1 Kotlové výměníky tepla.. 41 2.2.2 Deskové výměníky tepla... 41 2.2.3 Environmentální záležitosti výměníků tepla.. 42 2.3 Průtočné chladicí soustavy 42 2.3.1 Přímé průtočné chladicí soustavy... 42 2.3.2 Průtočné chladicí soustavy s chladicí věží. 43 2.3.3 Nepřímé průtočné chladicí soustavy... 44 2.4 Otevřené recirkulační chladicí soustavy 45 2.4.1 Mokré chladicí věže s přirozeným tahem... 46 2.4.2 Mokré chladicí věže s umělým tahem.... 48 2.4.2.1 Mokré chladicí věže s umělým tahem vytvářeným protlačováním vzduchu věží... 49 2.4.2.2 Mokré protiproudé chladicí věže s umělým tahem a sacím ventilátorem.... 50 2.5 Chladicí soustavy s uzavřeným okruhem.. 51 2.5.1 Chladicí soustavy chlazené vzduchem.... 51 2.5.1.1 Suché chladicí věže s přirozeným tahem. 52 2.5.1.2 Kapalinové chladicí soustavy chlazené vzduchem.. 54 2.5.1.3 Parní kondenzátory chlazené vzduchem.. 55 2.5.2 Mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem... 56 2.5.2.1 Mokré chladicí soustavy s uzavřeným okruhem s umělým tahem... 57 2.5.2.2 Odpařovací parní kondenzátory... 57 2.6 Kombinované mokré/suché chladicí soustavy... 58 2.6.1 Otevřené mokré/suché (hybridní) chladicí věže... 58 2.6.2 Hybridní chladicí soustavy s uzavřeným okruhem. 59 2.6.2.1 Sprchované (žebrované) trubkové hady... 60 2.6.2.2 Adiabatické chladiče, vlhčení a předchlazování vzduch, který ochlazuje trubkové hady.. 60 2.6.2.3 Kombinovaná technologie 61 i

2.6.2.4 2.7 2.7.1 2.7.2 2.8 Náklady na hybridní soustavy.... 61 Recirkulační chladicí soustavy.. 62 Přímé recirkulační chladicí soustavy... 62 Nepřímé recirkulační chladicí soustavy..... 62 Náklady na chladicí soustavy... 62 3 Environmentální aspekty průmyslových chladicích soustav a použité techniky prevence a redukování..65 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 3.3.3 3.3.3.1 3.3.3.2 3.3.3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.2.1 3.4.2.2 3.4.2.3 3.4.2.4 3.4.2.5 3.4.3 3.4.3.1 3.4.3.2 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.6.1 3.4.6.1.1 3.4.6.1.2 3.4.6.2 3.4.6.2.1 3.4.6.2.2 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.3.1 3.5.3.2 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.2.1 3.6.2.1.1 3.6.2.1.2 3.6.2.1.3 3.6.2.2 3.6.2.2.1 3.6.2.2.2 3.6.2.3 3.7 Úvod.. 65 Spotřeba energie... 67 Přímá spotřeba energie... 67 Nepřímá spotřeba energie.... 67 Redukování energie požadované pro chlazení... 70 Spotřeba a emise chladicí vody. 71 Spotřeba vody. 71 Přívod vody a požadavky na vodu.... 71 Použité techniky pro snižování spotřeby vody... 73 Strhávání ryb........ 74 Míra strhávání.... 74 Použité techniky pro redukování..... 75 Náklady na akustická zařízení a světelné systémy... 77 Emise tepla do povrchové vody.... 77 Hladiny emise tepla... 77 Legislativní požadavky vztahující se na emise tepla... 78 Použité techniky redukování........ 79 Emise z úpravy chladicí vody 80 Používání úpravy chladicí vody..... 80 Emise chemikálií do povrchové vody... 83 Oxidační biocidy.. 83 Neoxidační biocidy.. 84 Faktory ovlivňující emise biocidů. 84 Hladiny emisí.... 85 Legislativa... 85 Redukování emisí do povrchové vody... 86 Všeobecný přístup... 86 Redukování volbou materiálu a konstrukčním provedením soustav... 91 Redukování použitím dodatečné a alternativní úpravy chladicí vody... 91 Redukování emisí posouzením a volbou přídavných látek chladicí vody.. 92 Optimalizace používání přídavných látek chladicí vody... 95 Dávkování přídavných látek do chladicí vody..... 96 Režimy dávkování. 96 Systémy dávkování... 97 Monitorování chladicí vody. 98 Monitorování inhibitorů tvorby kotelního kamene, inhibitorů koroze a dispergovadel... 98 Monitorování biologického znečištění... 99 Použití chladicího vzduchu a emise vzduchu.. 101 Požadavky na vzduch... 101 Přímé a nepřímé emise. 101 Parní vlečky chladicí věže... 103 Vytváření parní vlečky... 103 Redukování tvorby parní vlečky...... 103 Emise hluku... 104 Zdroje hluku a hladiny hluku 104 Redukování hluku..... 107 Omezování hluku sprchající vody (mokré chladicí věže) 107 Primární opatření. 107 Sekundární opatření. 107 Chladicí věže se suchým chlazením 108 Omezování hluku mechanického zařízení chladicích věží (chladicí věže s umělým tahem) 108 Primární opatření.. 108 Sekundární opatření.. 109 Náklady na redukování hluku.... 109 Rizikové aspekty přidružené k průmyslovým chladicím soustavám... 110 ii

3.7.1 3.7.1.1 3.7.1.2 3.7.1.3 3.7.2 3.7.3 3.7.3.1 3.7.3.2 3.7.3.3 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.3.1 3.8.3.2 3.8.3.3 4 Nejlepší dostupné techniky pro průmyslové chladicí soustavy... 119 4.1 4.2 4.2.1 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.4 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.3.1 4.6.3.2 4.7 4.7.1 4.7.2 4.8 4.8.1 4.8.2 4.9 4.9.1 4.9.2 4.10 4.10.1 4.10.2 5 Riziko úniků v důsledku netěsností.. 110 Výskyt a důsledky.. 110 Redukování úniků v důsledku netěsností... 111 Redukování úniků v důsledku netěsností preventivní údržbou 112 Skladování chemikálií a manipulace s nimi. 113 Mikrobiologické riziko. 113 Výskyt mikrobů.. 113 Měření bakterií... 114 Techniky snižování mikrobiologických rizik..... 114 Odpad z provozu chladicí soustavy. 117 Tvorba kalů... 117 Residua z úpravy chladicí vody a čisticích operací...... 117 Residua jako důsledek retrofitu, výměny a vyřazení zařízení z provozu... 117 Použití plastů.. 118 Úprava (stavebního) dřeva použitého pro konstrukci mokré chladicí věže 118 Výplň mokré chladicí věže. 118 Úvod... 119 Horizontální přístup k definování BAT pro chladicí soustavy 120 Integrovaný management tepla. 121 Průmyslové chlazení = Management tepla. 121 Snížení hladiny vypouštění tepla optimalizací vnitřního/vnějšího opětného využití tepla 121 Požadavky chladicí soustavy a procesu. 121 Požadavky chladicí soustavy a místa. 123 Aplikování BAT v průmyslových chladicích soustavách... 124 Snižování spotřeby energie.. 125 Všeobecně. 125 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT.. 126 Redukování požadavků na vodu.. 127 Všeobecně. 127 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 127 Redukování strhávání organismů (vodou)... 128 Všeobecně. 128 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 128 Redukování emisí do vody.. 128 Všeobecný přístup BAT k redukování emisí tepla... 128 Všeobecný přístup BAT k redukování chemických emisí do vody... 129 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT.. 131 Prevence konstrukčním provedením a údržbou. 131 Omezování optimalizovanou úpravou vody.. 133 Redukování emisí do vzduchu. 134 Všeobecný přístup... 134 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT.. 135 Redukování emisí hluku.. 135 Všeobecně. 135 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT.. 136 Redukování rizika úniků v důsledku netěsností.. 136 Všeobecný přístup.... 136 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT 137 Redukování biologického rizika.. 138 Všeobecný přístup.... 138 Identifikované redukční techniky v rozsahu přístupu BAT.. 138 Závěry a doporučení... 139 5.1 5.2 5.3 Časové rozvržení práce. 139 Zdroje informací... 139 Doporučení pro další práci... 139 Odkazy na literaturu.. 141 Přílohy...149 iii

Seznam tabulek Tabulka 1.1: Teplotní hladiny tepla a rozsah použití 20 Tabulka 1.2: Emise průměrné západoevropské elektrárny v důsledku poklesu účinnosti 3 %. 21 Tabulka 1.3: Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku použití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věží pro jednotky 1 300 MWe.. 21 Tabulka 1.4: Relativní účinek na dodávku elektrické energie v důsledku použití mokrých, mokrých/suchých nebo suchých chladicích věží pro jednotky 290 MWth s kombinovaným cyklem... 22 Tabulka 1.5: Kritéria pro volbu místa vztahující se k velkým požadavkům na chlazení.. 27 Tabulka 1.6: Klimatické podmínky v Evropě... 29 Tabulka 1.7: Porovnání různých chladicích soustav při požadované maximální hladině akustického výkonu... 32 Tabulka 1.8: Volitelné možnosti technologického zdokonalení pro existující soustavy.. 34 Tabulka 1.9: Příklad přestavby průtočné soustavy na recirkulační soustavu 35 Tabulka 1.10: Příklad přestavby zastaralé mokré chladicí věže s umělým tahem na moderní konstrukční provedení... 36 Tabulka 1.11: Příklad náhrady zastaralé výplně mokré chladicí věže s umělým tahem moderní výplní s vysokou účinností. 36 Tabulka 1.12: Příklad zdokonalení akustického provedení doplněním hlukové izolace. 37 Tabulka 2.1: Příklad technických a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro průmyslová (ne-elektrárenská) použití... 40 Tabulka 2.2: Příklady výkonu/kapacity a termodynamických charakteristik různých chladicích soustav pro použití v energetickém průmyslu... 41 Tabulka 2.3: Cena částí vodních a vzduchových chladicích soustav 63 Tabulka 3.1: Environmentální problematiky různých průmyslových chladicích soustav. 66 Tabulka 3.2: Příklad porovnání ročního měrného požadavku na přímou a nepřímou energii různých chladicích soustav a důsledky na emise CO2 na MWth 69 Tabulka 3.3: Požadavky různých chladicích soustav na vodu.. 72 Tabulka 3.4: Poměrná množství naražených ryb (FIR) v elektrárnách. Roční zachycení normalizovaná (vztažená) na průtok chladicí vody.. 75 Tabulka 3.5: Dostupné technologie ochrany ryb pro vstupní zařízení chladicí vody... 76 Tabulka 3.6: Tepelné požadavky na teploty vody pro dva ekologické systémy (evropská Směrnice 78/659/EEC)... 78 Tabulka 3.7: Chemické komponenty pro úpravy chladicí vody používané v otevřených a recirkulačních mokrých chladicích soustavách.... 82 Tabulka 3.8: Spotřeba chlornanu v mokrých chladicích soustavách v Nizozemsku..... 83 Tabulka 3.9: Průměrný požadovaný průtok vzduchu pro různé chladicí soustavy. 101 Tabulka 3.10 Příklady výkonů a přidružených netlumených hladin akustického výkonu zařízení chladicích soustav velké rafinerie.. 106 Tabulka 3.11: Porovnání netlumených hladin akustického výkonu v místě přívodu vzduchu a v místě vypouštění vzduchu naměřených na různých typech mokrých chladicích věží obvyklého/konvenčního konstrukčního provedení.. 106 Tabulka 3.12: Hlukové emise různých chladicích soustav bez tlumení hluku.. 106 Tabulka 3.13: Příklad zvýšení nákladů pro redukovanou hladinu akustického výkonu při různých konstrukčních provedeních ventilátorů.. 109 Tabulka 3.14: Účinky teploty a biocidní úpravy (vody) na hladiny CFU v chladicích věžích... 116 Tabulka 4.1: Příklady požadavků procesu a BAT... 122 Tabulka 4.2: Příklady charakteristik místa a BAT.. 123 Tabulka 4.3: BAT pro zvýšení celkové energetické účinnosti.... 126 Tabulka 4.4: BAT pro snížení požadavků na vodu. 127 Tabulka 4.5: BAT pro redukování strhávání (ryb a jiných organismů vodou)... 128 Tabulka 4.6: BAT pro redukování emisí do vody konstrukčním provedením a technikami údržby.. 131 Tabulka 4.7: BAT pro redukování emisí do vody optimalizovanou úpravou chladicí vody.. 133 Tabulka 4.8: BAT pro redukování emisí do vzduchu. 135 Tabulka 4.9: BAT pro redukování emisí hluku... 136 Tabulka 4.10: BAT pro redukování rizika úniků v důsledku netěsností. 137 Tabulka 4.11: BAT pro redukování biologického růstu.... 138 iv