Jelikož mechanické odstraňování nánosů je u moderních kotlů prakticky nemožné, zůstává jako nezbytný efektivní nástroj provozovateli aplikace vhodného čistícího roztoku. Jako primární důvod chemického čištění je zabránění poruch na trubkách kotle a zvýšení využitelnosti zařízení. U nízkotlakých kotlů poruchy zařízení jsou obvykle důsledkem přehřátí trubky,který se vyskytuje při zvýšení teploty kovu způsobené nánosy na vnitřním povrchu trubek. U vysokotlakých kotlů i mnohem menší nánosy způsobují celou řadu problémů. Nebezpečné jsou zejména louhová a vodíková koroze, které se vyskytují jako důsledek nánosů a mohou vést k poruše zařízení při teplotách zdaleka nedosahujících limit přehřátí trubky. U nízkotlakých kotlů jsou nánosy tvořeny zejména oxidy železa a mědi, fosforečnany vápníku a hořčíku, komplexními silikáty a organickými látkami. U vysokotlakých kotlů jsou obvykle základní korozní produkty oxidy železa a mědi.

2. Vlastní provedení chemického čištění

Na složení a množství nánosů v kotli má vliv celá řada faktorů jako způsob úpravy přídavné vody,způsob úpravy kondenzátu, provozní tlak, způsob provozu zařízení, konstrukce parního generátoru aj. Z toho důvodu v podstatě neexistují dva zcela stejné nánosy, tudíž nelze volit jednu universální metodu pro chemické čištění.

a) Volba chemikálií

Pro stanovení, které chemikálie a v jakém pořadí je použít je zcela nezbytné odebrat vzorky trubek z kotle. Vzorky by se měly odebrat z míst předpokládaných nejvyšších nánosů, nicméně na základě zkušeností se doporučuje odebrat min. následující vzorky trubek:

• z oblasti nejvyššího toku ve výparníku
• z 1. přehříváku
• z plochy za vstřiky
• z výstupního přehříváku

Všeobecně kriteria pro zvolení nejvhodnějšího činidla jsou:

• použité konstrukční materiály ( např. na materiály tř. 17 nelze použít kyselinu chlorovodíkovou )
• složení nánosů a s tím spojená volba nejúčinnějšího činidla
• návrh kotle ( rychlosti v jednotlivých částech kotle )
• metoda likvidace odpadů

Pro VT kotle se současné době nejčastěji používá samostatně kyselina fluorovodíková a chlorovodíková případně jejich kombinace, které jsou nejúčinnější a poměrně snadno se dají zlikvidovat odpadní roztoky. V západních zemích se rovněž používají různé soli EDTA kyseliny, kde je však likvidace odpadních roztoků komplikovaná. V případě, že nánosy z VT kotlů navíc obsahují měď ve vyšším množství , je nutno volit speciální směsi obvykle separátně kyselou a alkalickou směs tak,aby se měď odstranila a nevysrážela se v kotli. Alkalická směs obvykle obsahuje oxidační a komplexotvorná činidla( Alstom Power s.r.o. s úspěchem použil v 90. letech směs čpavkové vody, peroxidu vodíku a uhličitanu amonného při čistění bloku na EPRU II, kde v nánosu bylo až 35% mědi a kdy se podařilo rozpustit více jak 2 kg mědi / m³ roztoku).

Pro NT kotle se rovněž zejména používá kyselina chlorovodíková samostatně případně ve směsi s fluoridy, nicméně použití fluoridů může být omezené při vyšších obsazích vápníku a hořčíku v nánosech. V zahraničí se používají i např. kyselina sulfamová na čištění karbonátů. V případě silně znečištěných kotlů, kdy nánosy často obsahují vysoká množství solí např. vápník, hořčík ( 10% ), fosforečnany ( 10%), měď,zinek,nikl ( až 20% ), křemičitany ( 10% ) je nutno často volit složité několikastupňové čištění. Dobré zkušenosti byly získány v bývalé ČSSR s použitím až 10% kyseliny chlorovodíkové na takto složité nánosy. Nicméně to sebou přináší vyšší korozní úbytky materiálů a nezbytnost chránit armatury. Rovněž tak je nutno počítat s tím, že v případě vyšších nánosů silně vzrůstá nezbytná koncentrace čistících činidel, jak je znázorněno v následující tabulce 1:

Velmi důležitou otázkou během chemického čištění je volba vhodného inhibitoru ⁽¹⁾. Tento je nutno volit s ohledem na použitý materiál zařízení, teploty čistícího roztoku a délku trvání čištění.

b) Rozsah čištěného zařízení
Rozsah čištěného zařízení se většinou volí na základě zjištěných nánosů a je obvykle rozdílný pro různé typy kotlů a závisí i na řadě dalších faktorů jako jsou délka odstávky, záměry odběratele, předpokládaná cena za čištění, předpokládaná příští větší odstávka zařízení apod. Jako minimální rozsah čištění se obvykle volí výparník kotle.

c) Volba vhodné metody, provizoria
V podstatě se používají tři základní metody chemického čištění a to statická metoda , cirkulační metoda a metoda otevřeného okruhu ( open circuit ). Volba, která metoda se použije, závisí na mnoha faktorech jako rozsah čištěného zařízení, množství a složení nánosů, délka odstávky, typ kotle, cena za čištění apod.

d) Technologické kroky chemického čištění
Vlastní chemické čištění se principiálně sestává z následujících fází i když jsou zde určité rozdíly mezi cirkulační metodou a metodou otevřeného okruhu:

• Proplach
• Odmaštění ( smáčení )
• Proplach po odmaštění
• Čištění inhibovanou kyselinou
• Proplach na vodivost
• Odstranění nově vzniklých oxidů
• Alkalizace příp. i pasivace

e) Vyhodnocení kvality chemického čištění
Vnitřní povrch trubek po chemickém čištění musí být zbaven nánosů na garantovanou výši. Příkladem jsou data v tabulce 2 získaná při chemickém čištění, které provedl Alstom Power s.r.o.na EMĚ III ⁽²⁾ :

Vlastní chemické čištění bylo provedeno ve 3 okruzích tj. 1.okruh parovody, 2. okruh středotlaký systém-přihřívák a poslední vysokotlaký okruh tj.EKO,výparník a přehříváky. Použita byla inhibovaná kyselina fluorovodíková v koncentraci 2 –3% po dobu až desítek hodin (celková spotřeba 70% kyseliny fluorovodíkové byla 89 t ). Pro zajištění cirkulace byla použita 2 čerpadla každé o výkonu 1000 t/hod s výtlačnou výškou 21 bar, čímž se dosáhlo cirkulace a potřebné rychlosti ve všech okruzích ( od 0,25 m/s v MP1 do 2,3 m/s v napájecím potrubí ). Čištění bylo prohlášeno za úspěšné, nicméně i za těchto “ drastických“ podmínek byl mírně horší výsledek ve výparníku kotle.

f) Likvidace odpadů
Je nedílnou součástí postupu chemického čištění s ohledem na místní předpisy pro vypouštění odpadních vod a měl by být vzájemně odsouhlasen mezi dodavatelem a odběratelem. V případě vypouštění odpadní vody přímo do městské kanalizace je nutný souhlas příslušného orgánu státní správy, s kterým je možno dohodnout i případné výjimky.

3. Určení, kdy je nutno chemicky čistit zařízení

Již po řadu let se uplatňuje pravidlo pro chemické čištění na základě nánosů vyjádřených v g/m² následovně v tabulce 3:

V případě VT kotlů se uvádí v zahraniční literatuře i interval, kdy je nutno i při správně vedené chemickém režimu čistit kotle, podle následující tabulky 4:

Zde je nutno zdůraznit, že různé tlakové části kotle obvykle mají různé množství nánosů, takže někdy je pro rozhodnutí, které části čistit, vhodné provést i další zhodnocení nánosů např. z hlediska elektrického odporu oxidické vrstvy. Tento se v řadě případů značně liší. Příkladem jsou hodnoty uvedené v literatuře⁽³⁾
V posledních letech setkáváme i u VT kotlů v ČR s nánosy značně převyšujícími hodnotu 400 g/m². Důsledkem toho jsou poruchy trubek výparníku, koroze zařízení,ucpávání odvodnění turbíny aj., které následně vedou k výraznému snížení spolehlivosti zařízení. Z toho důvodu je nutno věnovat chemickému čištění trvalou pozornost a provádět jej včas, jelikož chemické čištění není všelék. Řada nánosů, např. s vysokým obsahem mědi a některé oxidické nánosy s přehříváků a přihříváků, se totiž jen obtížně odstraňuje a hrozí riziko jejich pozdějšího uvolnění do systému za provozu.

Pro včasné chemické čištění hovoří i stále se zvyšující ceny paliv. Zvýšení účinnosti kotle po odstranění nánosů má nezanedbatelný ekonomický vliv. Jako ilustraci bych zmínil příklad z 80. let z tepláren Brno⁽⁴⁾, kde v kotelně byly instalovány 3 kotle každý o parametrech 9,6 MPa, 100 t/hod . Před chemickým čištěním byla účinnost za celou kotelnu 90,75% a po chemickém čištění 93,15%. Provedené chemické čištění všech kotlů vedlo k roční úspoře 144 274 590 m3 plynu tj. 115 000 GJ s finančním objemem v cenách roku 1985 ve výši 7 201 000 Kčs. Během čištění odstranili 0, 575 mm nánosu, což vedlo k zvýšení účinnosti o 2,6%. V dnešních cenách by se jednalo o částku 40 250 000 Kč.

V případě poruch zařízení uvádí zahraniční literatura následující náklady spojené s opravami jak je shrnuto v tabulce 5 ⁽⁵⁾

4. Cena za chemické čištění

Z hlediska výsledného ekonomického efektu pro odběratele nutno brát v úvahu nejen cenu za vlastní provedení, cenu za odpady ale i nezbytnou délku odstávky zařízení a s tím související ztrátu z nevýroby. Z hlediska nákladů a nezbytného času na chemického čištění dle použité metody platí zhruba následující vztahy: Statická < Metoda otevřeného okruhu < Cirkulační
Jako indikační z hlediska nákladů odběratele může posloužit sdělení, že Alstom Power s.r.o. při čištění nově uváděných kotlů do provozu metodou cirkulační nakupuje tuto službu v posledních letech za cca 20000 Kč/ 1 m3 čištěného objemu. Tato cena zahrnuje vlastní provedení včetně likvidace odpadů. Finální zákazník poskytuje demineralizovanou vodu, elektrickou energii, páru a veškerou součinnost.

5. Závěr:
Závěrem bych shrnul několik hlavních doporučení:
a) Chemické čištění je stále aktuální nejen pro nově uváděné kotle do provozu, ale i kotle provozované
b) I při správně vedeném chemickém režimu je nutno po určité době uvažovat o chemickém čištění. To platí dvojnásobně pro kotle, kde jsou problémy s udržením správného chemického režimu,pro ty, které jsou provozovány často ve špičkovém režimu případně jsou vystaveny značnému místnímu tepelnému toku.
c) Odebírat pravidelně při větších odstávkách ( v případě poruch i častěji ) vzorky trubek z tlakových částí kotle
d) Vzorky trubek před chemickým čištěním je nutno pokud možno odebrat s nejvíce tepelně exponovaných částí, které jsou rozhodující z hlediska životnosti a spolehlivosti zařízení a rovněž tak z hlediska zvolení správné čistící technologie
e) Čistit je nutno zejména výparníky
f) Čištění není všelék a je zejména nutné čistit kotle co nejdříve poté, kdy bylo dosaženo doporučovaných hodnot. Čištění nánosů vyšších jak 1000 g/m² je již poměrně problematické a finančně náročné
g) Vlastní čištění je nutno svěřit zkušeným odborníkům se znalostí kotlů a veškerých rizik, která s čištěním souvisí. Jen tak je možno omezit problémy spojené s nedostatečně či neodborně provedeným chemickým čištěním
g) Při dnešních cenách paliv je i nezanedbatelný ekonomický přínos v důsledku zvýšení účinnosti zařízení.

6. Použitá literatura:

1. VGB - R513 Internal Cleaning of Water-Tube Steam Generating Plants and Associated Pipework, First Edition 2002
2. Interní zpráva Alstom Power s.r.o., Alstom Group
3. J.Macák,R. Hubálek,M. Novotná,J. Vošta, L. Varga – Studium charakteru oxidických vrstev pomocí impedanční spektroskopie, Konference Chemie energetických oběhů 3, Praha 2000
4. Z. Klusák – Chemické čištění kotlů se zaměřením na úsporu tepla, Energetika,1986
5. Jonas –Corrosion and water chemistry problems in steam systems – root causes and solutions, Konference chemie energetických oběhů 3, Praha 2000