U zdrojů uhlí a vody se staví velké uhelné elektrárny, jejichž prvořadým úkolem je výroba elektrické energie. Účinnost přeměny tepla v páře na elektrickou energii roste s použitými tlaky páry. S rostoucími tlaky páry ale také podstatně stoupají materiálové nároky na samotné zařízení a také požadavky na úpravu vody pro tato zařízení. Proto tyto velké uhelné elektrárny používají kotle s nejvyššími pracovními tlaky. To s sebou nese i použití velmi drahých a kvalitních materiálů na stavbu kotlů i parogenerátorů, jejichž použití se vyplatí až při vysokých výkonech těchto zařízení.

Pro vytápění městských sídlišť nebo průmyslových závodů se v jejich blízkosti staví teplárny. Z ekonomických důvodů je vhodné společně s výrobou tepla vyrábět i elektrickou energii, která provoz tepláren zhospodárňuje. Pro malá města nebo okrajové čtvrtě příliš vzdálené od tepláren se staví výtopny. Stavba turbiny za kotlem bývá často již ekonomicky neúnosná a pro samotné zásobování teplem pak stačí kotel s nízkým tlakem páry a také nižšími náklady na stavbu kotle i zařízení na úpravu napájecí vody.Požadavky na kvalitu napájecí vody velkých elektrárenských bloků jsou vysoké a upravená voda musí být prakticky úplně zbavena všeho, co není vodou, tedy mechanických nečistot, organických látek v rozpuštěné i koloidní podobě, všech forem kyseliny křemičité a dále rozpuštěných i koloidních anorganických látek. Z vody je třeba odstranit plyny, které mohou způsobovat koroze. To znamená z napájecí vody odstranit velmi důkladně kyslík a kysličník uhličitý.

Nečistoty z vody, která je určena pro napájení kotlů, je třeba odstraňovat z následujících důvodů. Organické látky se za tepelných podmínek v kotli mohou štěpit na sloučeniny, které snižují povrchové napětí kotlové vody, to může způsobit velmi nežádoucí pěnění kotlové vody a její přestřiky do páry a následně zasolování turbiny. V místech vysokého tepelného zatížení varných trubek mohou tyto organické sloučeniny vytvářet porézní vrstvy korozních produktů, ty pak výrazně snižují přestup tepla z povrchu trubky do kotlové vody. Izolační vrstva způsobuje přehřátí materiálu trubek, přehřátá trubka je pak více namáhána a může dojít až k jejímu roztržení. Z uvedených důvodů je také zcela nepřípustný obsah olejů v napájecí vodě. Koloidní formy železa a mědi ( měď přechází do vody korozí mosazných trubek kondenzátoru ), vytváří rovněž porézní izolační vrstvy na varných trubkách. Napájecí voda musí být bez tvrdosti, tvrdost v napájecí vodě způsobuje tvorbu karbonátových, sulfátových a případně silikátových nárostů na varné trubce, které působí jako tepelný izolátor. Oxid křemičitý v kotlové vodě při pH 10 a vyšším tvoří mimořádně dobré tepelně izolační nánosy. Při pH pod 10 neiontové formy kysličníku křemičitého s rostoucím pracovním tlakem těkají do páry a usazují se po expanzi páry v turbíně v rozsahu teplot 50 - 350 ° C ve formě nánosů amorfní nebo krystalické formy SiO₂. Nánosy na lopatkách zvyšují tlakovou ztrátu v lopatkování turbiny, může být nakonec i poškozeno axiální ložisko turbiny - tedy až možnost havárie turbiny. Plyny, kyslík a kysličník uhličitý jak volný, tak karbonátový, je třeba z napájecí vody důsledně odstraňovat pro zabránění koroze napájecího potrubí, kotle i materiálů, které jsou ve styku s parou po její kondenzaci. Požadavky na napájecí vodu pro vysokotlaké kotle s pracovním tlakem páry nad 80 barů jsou uvedeny jsou tyto:

NAPÁJECÍ VODA PRO KOTLE S PRACOVNÍMI TLAKY PÁRY NAD 80 MPa ( CSN 07 7403 )

(Hvězdičkou za číslem jsou označeny hodnoty, které jsou v souhlase s bývalou normou RVHP.)

V kotli se voda přeměňuje v páru a většina solí a nečistot z napájecí vody zůstává v kotlové vodě. Maximální obsahy těchto složek jsou pak předepsány tabulkou pro kotlovou vodu i pro zkondenzovaný vzorek páry za kotlem a pro kondenzát:

KOTLOVÁ VODA PRO KOTLE S PRACOVNÍMI TLAKY PÁRY NAD 80 MPa ( CSN 07 7403 )

PÁRA PRO PRO KOTLE S PRACOVNÍMI TLAKY PÁRY NAD 80 MPa ( CSN 07 7403 )

KONDENZÁT PRO KOTLE S PRACOVNÍMI TLAKY PÁRY NAD 80 MPa ( CSN 07 7403 )

Napájecí voda je směs kondenzátu a přídavné vody. Snahou každého provozovatele je z ekonomických důvodů dosahovat co nejvyšší návratnosti kondenzátu. Jeho ztráty je třeba krýt výrobou přídavné vody. Ta se vyrábí z povrchových vod, většinou říčních. Nejběžnější schéma výroby přídavné vody je na následujícím schématu.

Surová říční voda je přiváděna čerpadlem tangenciálně do spodního kónusu čiřiče. Do ní se dávkuje koagulant ještě případně před čiřičem ve flokulační komoře. Zde dojde k primární tvorbě nerozpustných hydrolyzátů železa. Pak se běžně do vody přidává organický polymerní flokulant. Koagulantem jsou soli železa nebo hliníku. Dnes se asi nejčastěji v elektrárenských provozech používá síran železitý. Ten se ve vodě rozkládá na hydroxid železitý a kyselinu sírovou, která neutralizuje bikarbonáty přítomné ve vodě. Většina energetických provozů používá tak zvané kyselé čiření, při kterém je dávka koagulantu zhruba tak velká, že ve vodě jsou právě rozloženy bikarbonáty a pH vody po čiření má hodnotu 3-4. Rotující kapalina v kónusu čiřiče umožňuje spojování maličkých částic hydroxidu železitého na částice větší. Organický polymerní flokulant napomáhá tvorbě ještě větších částic, kterým se říká vločky. V čiřiči se vytváří z vloček mrak, který na sebe váže suspendované částice z vody i okem neviditelné koloidní částice. Dochází k čiření vody při kterém se z vody do značné míry odstraní organické látky, jejichž původ je přírodní (tmavá voda z rašelinišť obsahuje např. organické huminové látky ) i z lidské činnosti ( průmyslové závody, neúplně vyčištěná voda z městských čističek odpadních vod, deštěm vyplavené organické látky z polí ...). Kalový mrak se zachycenými nečistotami se udržuje v části nad konusem a jeho nejtěžší podíly jsou odtahovány průběžně ze spodní části kónusu. V rozšířené části čiriče nad kalovým mrakem, kde stoupací rychlost vody je nižší než v kalovém mraku, dochází k sedimentaci částic kalu, které unikly z kalového mraku. Jejich část se v mírně krouživém pohybu kapaliny postupně spojuje do větších vloček a klesá do mraku. Voda z čiřiče s posledními zbytky neoddělených částic přetéká přes korunu čiřiče a natéká na pískový filtr.

Pískový filtr je válcová nádoba opatřená klenutými dny. Nad spodním dnem je ještě falešné dno, které je opatřeno filtračními tryskami. Ve tryskách jsou podélné štěrbiny, které zamezují úniku filtračního média ( nejčastěji písku, dále se používají speciálně tříděné frakce černého uhlí nebo antracitu ) z tělesa filtru. Při filtraci se využívá vlastnosti částic, zhruba do velikosti 10-2 mm, přichytit se k povrchu písku přitažlivými adhezními silami. Pokud se malá částice dostane do dostatečně malé vzdálenosti k zrnku písku, je adhezními silami přitažena k povrchu zrna. Koncentrace zachyceného kalu narůstá postupně od hladiny písku do jejího vnitřního objemu. Objem filtračního lože se postupně zaplňuje kalem. Ve vytékající vodě z filtru se po jeho zaplnění kalem začne stoupat koncentrace nezachycených částic. Filtr se odstaví z provozu v době, kdy objem filtrované vody vzhledem ke tlakové ztrátě filtru klesne zhruba na polovinu nebo je koncentrace nezachycených částic již nepřípustná. V této době je třeba filtr odstavit a do provozu se uvede jiný filtr. Odstavený filtr se vypere pomocí vody a vzduchu, nakonec zfiltrovanou vodou ze zásobníku zfiltrované vody a filtr se odstaví do provozní zálohy, kde zůstává připravený opět k najetí do provozu až do vyčerpání kapacity svého pracujícího souseda.

Voda za čiřičem a pískovým filtrem je zbavena prakticky úplně nerozpuštěných látek a většiny látek koloidní povahy i rozpuštěných organických látek nekoloidní povahy. Dále je třeba z ní odstranit rozpuštěné sole, většinou anorganického původu. Jenom pro ilustraci uveďme, že výsledná napájecí voda (směs kondenzátu a přídavné vody ), musí mít podle normy specifickou elektrickou vodivost u nejvyšších pracovních tlaků nižší než 0,3 uS.cm-1 ( 0,3 mikrosímens na centimetr ). Samotná voda destilovaná voda má při běžné destilaci specifickou elektrickou 1-10 uS.cm-1, při redestilaci na vzduchu vodivost 0,7 uS.cm-1 a 0,04 uS.cm-1 při redestilaci ve vakuu. Jestliže do 1 m3 této nejlépe destilované vody přidáme pouhých 0,13 gramů kuchyňské soli - tedy to, co se vejde na malou špičku nože, bude již mít specifickou elektrickou vodivost 0,3 uS.cm-1 , tedy to , co požaduje uvedená norma . Z uvedeného je vidět, jak veliké nároky jsou kladeny na úpravu vody, aby byla pro napájení kotlů vhodná.

Podle obrázku je třeba vodu  zfiltrovanou na  pískovém filtru protlačit filtrem s náplní silně kyselého katexu a následně filtrem s náplní silně zásaditého anexu. Filtry jsou konstrukčně velmi podobné již popsaným filtrům pískovým. Jsou opatřeny opět falešným dnem s tryskami, které zajistí, aby z filtrů neunikala katexová nebo anexová pryskyřice. Tyto iontovýměnné pryskyřice jsou vyráběny nejčastěji z polystyrenu, do kterého jsou při výrobě zabudovány v případě katexu silně kyselé skupiny -SO3H nebo kvartérní dusíkové báze u anexu. Oba druhy pryskyřic se během pracovního cyklu vyčerpávají a po ukončení pracovního cyklu je zapotřebí je regenerovat, aby byly v následujícím období opět schopny z vody odstraňovat nežádoucí ionty.

Filtry se silně kyselým katexem vyměňují kationty přítomné v čištěné vodě za ionty vodíku označované jako H+ . Odstraněním všech kationtů z vody ( nejčastěji jde o kationty vápníku, hořčíku a sodíku ) a jejich záměnou za iont H+ , pak voda opouštějící filtr obsahuje pouze kyseliny, které se dále zachytí na anexovém filtru s náplní silně bazického anexu. Ionexové pryskyřice jsou látky nerozpustné ve vodě. V přítomnosti vody botnají , ionex se rozpíná a stává se porézním. Funkční skupiny ionexů pak začnou disociovat a jsou schopné výměny iontů mezi ionexem a vodou. Porozita, kterou ionex získá při botnání , je základní podmínkou pro jejich iontovýměnnou funkci. Vyrábí se i ionexy makroporézní, které vykazují porozitu již v suchém stavu. Tyto se používají pro náročné podmínky, jakými jsou např. přítomnost oxidačních látek, makroporézní anexy dovedou lépe odolávat přítomnosti zbylých organických látek ve vodě po čiření a jsou schopny je lépe zachycovat a při regeneraci lépe uvolňovat než neporézní ionexy, jsou i vhodné pro vysoké filtrační rychlosti.

Zregenerovaný silně kyselý katex je schopen vyměňovat svoje H+ ionty za kationty přítomné v demineralizované vodě. Každý katex může své ionty vyměňovat za jiné pouze do vyčerpání své výměnné kapacity. Po jejím dosažení již z filtru začne odtékat voda obsahující nežádoucí kationty . Poté je třeba ionex regenerovat. Ionex se nejprve, podobně jako pískový filtr, vypere vodou a vzduchem a poté se regenerace silně kyselých katexů provádí nejčastěji kyselinou chlorovodíkovou ( používá se i levná kyselina sírová, zde je třeba dodržet takové regenerační podmínky, aby nedocházelo ke tvorbě málo rozpustného síranu vápenatého - sádry ). Pro regeneraci se používá dávka kolem 100g HCl 100% na litr katexu ve formě 5-10 % roztoku. Doba regenerace trvá 30-60 minut. Po ukončení průtoku kyseliny se katex vymývá ještě čiřenou vodou do úplného vytěsnění kyseliny z katexového lože. Poté se filtr uvede do pracovní zálohy a čeká do skončení pracovního období svého souseda.

Podobně silně bázický anex je třeba regenerovat po vyčerpání výměnné kapacity, tedy v době, kdy již ve vodě opouštějící filtr začne vzrůstat specifická elektrická vodivost vlivem neodstraněných kyselin. Pro vody s vyšším obsahem organických látek po čiření, je vhodné používat makroporézní anexy, ze kterých se tyto organické látky při regeneraci lépe uvolňují. Vyprání anexu se provede čiřenou vodou a silně bazické anexy se regenerují dávkou kolem 100 g NaOH 100 % na litr anexu ve formě 4 % roztoku. Je vhodné používat louhový roztok o teplotě 30-50 ° C a regenerační činidlo nechat působit po dobu 60-90 minut. Zvýšenou teplotou se z anexu lépe vytěsní kyselina křemičitá, organické látky a lze tak také snížit potřebnou dávku regenerantu. Po skončení regenerace se opět vytlačí zbytek louhového roztoku demivodou do požadované kvality specifické elektrické vodivosti.

Návrh ekonomické ionexové technologie je náročná záležitost, která vyžaduje rozsáhlé laboratorní zkoušky. Jenom krátce zde budiž připomenuto, že ekonomiku procesu lze značně zlepšit použitím slabě kyselých katexů a slabě bazických anexů, pro jejichž regeneraci lze užít regenerant z regenerace silně kyselých nebo silně bazických ionexů. V praxi se pak přidávají další filtry se slabě kyselým katexem před silně kyselý katex a filtr se slabě bazickým anexem před filtr s náplní silně bazického anexu. Je možno používat i filtry úsporné, kde v jednom filtru je například nad vrstvou silně kyselého katexu vrstva slabě kyselého katexu. Mezi filtry katexové a anexové je možno podle shora uvedeného schématu zařadit větrací věž, ve které se z vody odvětrá protiproudem vzduchu kysličník uhličitý a následně pak anexový filtr prodlouží svůj pracovní cyklus mezi regeneracemi. Jestliže se čiřicím procesem nepodaří odstranit organické látky do požadované kvality, je možno za čiřič zařadit filtr s náplní aktivního uhlí nebo sorpční pryskyřice, který je schopen z čiřené vody odstranit další podíly organických látek. Sorpční pryskyřice se dají regenerovat vodným roztokem NaCl za zvýšené teploty, aktivní uhlí se po nasycení organickými látkami většinou nahrazuje novým.

TERMICKÁ ÚPRAVA NAPÁJECÍ VODY

Za posledním anexovým stupně úpravy vody, podle nakresleného schématu, je k disposici již demivoda, ze které zbývá odstranit rozpuštěný vzduch, lépe řečeno korozivní kyslík ( kysličník uhličitý zůstane vázán na silně bazickém anexu, pokud nebyl odvětrán v provzdušňovací věži ). Přídavnou vodu, které u moderních provozů nebývá více než 2 % z celkové napájecí vody, je možno nastřikovat do kondenzátoru za turbínu a po předřazeném odplynění této směsi, obsahuje napájecí voda většinou méně než 200 ug O2 / l. Zbytkové odstranění kyslíku se provádí v zařízení, které se nazývá termický odplyňovač. V principu jde o zařízení, ve kterém se odplyňovaná voda rozpráší na drobné kapičky pomocí odstředivých trysek podobného provedení, jako je tomu u zahradního rozstřikovače. Proti padajícím kapičkám prostupuje pára. Jiné termické odplyňovače jsou např. konstruovány tak, že vodu přes štěrbinu rozstřikují ve formě blány nebo voda stéká po kaskádách v odplyňovači a proti nim postupuje pára. Pára kondenzuje do kapek a jakmile teplota kapky vzroste natolik, že tlak v kapce dosáhne nebo přesáhne okolní tlak, začnou se z kapky uvolňovat bublinky vzduchu. Vzduch přechází do páry a s párou odchází z odplyňovače. Odplyňovač je pak řešen jako válcová nádoba přivařená na napájecí nádrž. Pro dobré odplynění vody je třeba počítat s tím, že na odplynění 1 m3 vody musí být mimo  termický odplyňovač odvedeno alespoň 2 kg páry, která s sebou odnáší z vody uvolněný vzduch a odfuk těchto brýdových par je vyveden trubkou přes zeď budovy do atmosféry. Nejlepšího odplynění se dosahuje v tlakových termických odplyňovačích s provozním přetlakem 0,5 - 0,8 MPa, tedy asi při teplotě kolem 120 ° C. Přídavnou vodu je třeba před rozstřikem předehřát v parních výměnících na teplotu kolem 80 - 100 ° C. Pára je odebírána např. z turbíny přes redukční stanici a zaváděna do zásobní nádrže většinou tak zvanou barbotáží, to je děrovanou trubku umístěnou u dna napájecí nádrže. Bubliny páry z děrované trubky provařují sloupec vody a zbavují již odplyněnou vodu z tělesa odplyňovače zbytku rozpuštěných plynů. Parním prostorem napájecí nádrže pak pára proudí vzhůru do tělesa odplyňovače. Tento způsob umožňuje snížit obsah kyslíku v napájecí vodě pod 10 ug O2 / l. Do napájecí vody jsou pak dávkovacími čerpadly dávkovány roztoky fosfátu a hydrazinu. Po ohřevu vysokotlakou parou ve výměnících vysokotlakého ohřevu je napájecí vodou napájen kotel.

Napájecí voda připravovaná z přídavné vody a z dálkového kondenzátu topných sítí se termicky upravuje ve dvou stupních. Prvním stupněm je termický odplyňovač s provozním tlakem 0,125 - 0,150 MPa (abs), kde se napájecí voda odplyní na méně než 100 ug O2 /l, v dalším následuje odplynění při 0,5-0,8 MPa, jak bylo popsáno v předchozím odstavci.

ÚPRAVA TURBINOVÉHO KONDENZÁTU

Při dokonale těsném turbinovém kondenzátoru a při dlouhodobém provozování bloku se také trvale získává turbinový kondenzát vysoké kvality. I po zástřiku přídavné vody ( které nebývá více než 2 % z napájecí vody ) do kondenzátoru a při zapojení kondenzátoru na vývěvu, lze získat napájecí vodu s obsahem kyslíku pod 200 ug O2 / l s ostatními obsahy nečistot, které v ideálním případě již vyhovují normě napájecí vody. Pak již stačí tuto napájecí vodu pouze odplynit v tlakovém termickém odplyňovači při 0,5-0,8 MPa.

Ke dramatickému nárustu všech polutantů turbinového kondenzátu dochází při najíždění bloku už i po krátkodobé odstávce kotle. To hodnoty nečistot v kondenzátu proti trvalému provozu stoupají i dvacetinásobně. Velmi zde záleží na použitých materiálech. Pokud nejsou odolné proti korozi, dochází pak ke značným nárůstům zejména obsahů železa a mědi. Tyto pak v kotli vytváří již zmiňované velmi nežádoucí porézní nánosy na varných trubkách kotle. Snahou je pak co nejdříve blok zvýšeným odluhem a odkalem vyčistit od korozních produktů a připojit turbinu s generátorem k síti.

S časem se pravidelně začnou projevovat netěsnosti kondenzátoru. Proto je vhodné zajistit plnou úpravu turbinového kondenzátu. Toto plnoprůtokové čištění turbinového kondenzátu se ekonomicky vyplatí po stránce nižšího odluhu  kotlů i snížením udržovacích nákladů celého bloku a prodloužením jeho celkové životnosti.

K úpravě turbinového kondenzátu se používají vysoce průtočné náplavné filtry ( jako náplavné medium se používá nejčastěji celuloza, méně perlity...). Za náplavné filtry jsou řazeny ionexové filtry nebo filtry s prachovými ionexy.

ÚPRAVA TEPLÁRENSKÉHO KONDENZÁTU A KONDENZÁTU Z VÝTOPEN

Obecně je tento kondenzát velmi proměnlivých kvalit, často i s menší než 50 % návratností, špatná kvalita není zvláštností. Kondenzát často obsahuje tvrdost, která do něj přechází vlivem netěsností stanic TUV, dlouhá potrubí vedou k vysokým obsahům korozních produktů v kondenzátu, které dosahují jednotek mg/l , namísto ug/l. Kondenzáty vracející se z dlouhých tras mají mnohdy teplotu pod 80 ° C. Pak obsahují kyslík a kysličník uhličitý, které vedou ke korozi ocelových potrubí a kondenzát obsahuje vysoká množství železa. Do kondenzátu se mohou dostat i pro kotle zcela nepřípustné ropné látky z ohřevu nádrží pro topný olej nebo mazut. Teplárny a výtopny jsou dnes často v majetku měst, kotle jsou provozovány při provozních tlacích spíže blížších  hodnotám 8 MPa, nežli k tlakům kritickým, takže výroba elektřiny je méně ekonomická nežli v elektrárnách a snaha o úsporu nákladů na úpravu vody vede často k výrobě vody, která je na hranici normy, ne-li horší.

Plnoprůtoková úprava kondenzátu je zde absolutní nutností ( snad s výjimkou kondenzátů, kde je část páry za turbinou kondenzována v kondenzátorech s dokonalou těsností ). Namísto náplavných filtrů ( při vzpomenutých obsazích železa ve vratných kondenzátech tepláren a výtopen, dosahujících koncentrace několika 1000 ug /l, by bylo třeba tyto filtry velmi často regenerovat ) používaných v elektrárnách se pro filtraci kondenzátu používají filtry pískové nebo s náplní černého uhlí. Kondenzát po filtraci obsahuje ještě vysoké obsahy železa, kolem 100 ug/l. Proto je třeba za pískový filtr zařadit alespoň filtr se silně kyselým katexem, který zachytí další část iontových i neiontových forem železa a kationty tvrdosti, které do kondenzátu pronikly netěsnostmi na trase. Regenerace filtru vyžaduje vysoké regenerační dávky HCl. Pokud je filtr pogumovaný nebo z laminátu, je vhodné použít teplý roztok HCl a snížit tak regenerační dávku.

Úprava všech druhů vod pro vysokotlaké kotle je náročný úkol. Pro jeho dobré zvládnutí je třeba dokonale fungující úpravárenské zařízení, ale i dokonalá práce obsluh a velmi kvalitní personál pro laboratorní kontrolu všech druhů vod. Pro podniky provozující tato zařízení je vhodné udržovat kontakt s institucemi, které dovedou kvalifikovaně napomoci při řešení problémů úpravy vod a hlavně doporučit nová zařízení a prostředky, které mohou v budoucnu zlepšit kvalitu upravovaných vod.

KOTLE S PRACOVNÍMI TLAKY PÁRY DO 80 MPa ( ČSN 07 7401 )

Jak již bylo řečeno v úvodu, pro nízkotlaké a středotlaké kotle je určena ČSN 07 7401 “ Voda a pára pro tepelná energetická zařízení s pracovními tlaky páry do 8 MPa”. V následujících tabulkách jsou uvedeny předepsané hodnoty pro provozní vodu vodních kotlů, napájecí vodu kotlů parních a rychlovyvíječů páry a požadavků na složení kotlové vody.

VODA PRO PROVOZ VODNÍCH KOTLÚ A PŘIPOJENÝCH UZAVŘENÝCH SOUSTAV

Doplňovací voda pro vodní kotle a připojené uzavřené soustavy je poměrně nenáročná u kotlů skříňových a válcových kombinovaných. Malá povolená množství vápníku při doplňování systému zreagují s přítomným rozpuštěným fosfátem na pohyblivé fosfátové kaly, které se usadí např. ve spodních prostorách kotlů nebo jsou při odkalování kotle strženy ze dna a odplaveny mimo kotel. Pro ostatní vodní kotle je již požadavek na tvrdost obdobný jako pro napájecí vodu kotlů parních nižších provozních tlaků. Železo, mangan a měď v doplňovací vodě mohou vytvářet houbovité nánosy na teplosměmnných plochách. Požadavky na jejich dobré odstranění jsou největší u kotlů elektrodových a radiačních, kde teplosměnné plochy bez nánosů jsou podmínkou pro bezporuchový provoz kotlů.

Pro oběhovou vodu je třeba zajišťovat normou stanovené obsahy zjevné alkality, přebytky siřičitanu a rozpuštěného P₂ O_5. Zjevná alkalita působí jako jeden z ochranných prostředků proti korozi. V teplovodních systémech, které obsahují měď a její slitiny je třeba kontrolovat ještě hodnotu pH. Při překročení hodnot pH 10 dochází ke korozi mědi a jejích slitin ( ke korozi mědi a jejích slitin dochází intenzivně v přítomnosti kyslíku ve vodě ). Velmi důležité je proto udržování trvalého přebytku siřičitanu sodného ( Na₂ SO₃ )_.

Siřičitan působí jako desoxigenační činidlo - přeměnou na síran sodný váže na sebe siřičitan rozpuštěný kyslík. Kyslík způsobuje na zařízení nežádoucí koroze ( kyslíková koroze se projevuje většinou jako důlková, to znamená že v jinak celkem neporušeném materiálu soustavy se občasně objeví díra - jde o elektrochemický jev, nazývaný koroze elektrochemikých článků s různě větranými elektrodami ). Kyslík se do systému dostává s doplňovací vodou, pokud tato není termicky nebo chemicky odplyňována. Kyslík do oběhové vody vstupuje přes vzduchové expandéry, kyslík ze vzduchového polštáře se za tlaku rozpouští ve vodě expandéru. Při chladnutí systému tato kyslíkem obohacená voda doplňuje dilatační ztrátu objemu systému a kyslík, pokud není v oběhové přebytek siřičitanu, způsobí koroze teplovodního systému. Vhodným způsobem zabránění vstupu kyslíku do systému přes expandér, je použití expandérů s oddělovací pryžovou membránou na rozhraní voda -vzduch. Dalším vhodným řešením pro vysokoobjemové systémy, je použití odplyněné vody z napájecí nádrže pro parní kotle, která je do systému tlačena čerpadlem, namísto expandérem. U kotlů elektrodových, radiačních a vodních soustav s pracovními teplotami nad 115 ^oC, je maximální obsah železa v oběhové vodě předepsán a je proto žádoucí kyslík z vody dobře odstraňovat, jinak vlivem korozí obsah železa v oběhové vodě narůstá nad normovanou mez, korozní produkty železa vytváří porézní nánosy na exponovaných místech teplosměnných ploch s vysokým přestupem tepla.

Rozpuštěný fosfát v oběhové vodě působí jako protikorozní činidlo a současně doměkčuje oběhovou vodu za vzniku pohyblivého fosfátového kalu. Kal je pak možno ze systému dostat odkalováním, nebo se usadí v prostorech s malým pohybem vody. Důležité je, že jen jeho malá část tohoto kalu vytváří fosfátové usazeniny na teplosměnných plochách.

NAPÁJECÍ VODA PARNÍCH KOTLÚ, RYCHLOVYVÍJEĆÚ PÁRY, ODPAREK A MĚNIČÚ PÁRY (CSN 07 7401 )

K tabulce: těkavé alkalizační prostředky jsou: čpavek, hydrazin, cyklohexylamin, morfolin, piperidin.

Z velké části jsou tyto prostředky nebezpečné ze zdravotního hlediska: jedovaté, karcinogenní a i jinak nebezpečné.

KOTLOVÁ VODA U KOTLÚ PARNÍCH, ODPAREK A MĚNIČÚ PÁRY (CSN 07 7401 )

Norma pro napájecí ( napájecí voda je směs vratného kondenzátu a přídavné vody, přičemž přídavná voda se vyrábí nejčastěji vhodnou úpravou vody říční nebo vody z vodovodních sítí ) a kotlovou vodu parních kotlů zahrnuje velmi široké rozpětí pracovních tlaků 0,05 - 8 MPa a různá konstrukční provedení kotlů. Nejvyšší nároky pro napájecí vodu mají kotle průtočné. Pro jejich napájení je třeba upravovat přídavnou vodu demineralizací. Přídavná voda jev tomto případě vyráběna podle schématu, který je uveden ve stati pro vysokotlaké kotle podle ČSN 07 7403:

Krátce budou v dalším probrány možnosti úpravy přídavné vody pro různé druhy kotlů. Relativně jednoduchá úprava přídavné vody je možná při její přípravě z vodovodní vody vodovodních sítí. Její cena je sice vysoká, ale tato voda je v městských vodárnách upravována čiřením, takže neobsahuje suspendované látky, koloidní organické látky a je rovněž snížen obsah rozpuštěných organických látek proti říčnímu toku, neobsahuje koloidní formy oxidu křemičitého, má malý obsah železa nebo hliníku ( protože je však voda nasycena kyslíkem, může korodovat vodovodní řády - pak ovšem železo obsahuje ), v letních měsících může obsahovat sloučeniny mědi. Její konduktivita je vlivem čiřicího procesu poněkud vyšší, než původní voda v řece a běžně dosahuje na spodních říčních tocích hodnoty konduktivy kolem 300 uS/cm.

Z hlediska konduktivity ( zvláště při malých návratnostech kondenzátu ), již není vodovodní voda vhodná pro kotle pracovních tlaků třídy 6,5-8 MPa. Použití vodovodní vody je pak únosné pouze v případě vysoké návratnosti kondenzátu, při které potřeba přídavné vody tvoří pouze několik procent z napájecí vody.

Podle ČSN 83 0611 - Pitná voda, může voda pro hromadné zásobování obyvatelstva obsahovat až 300 ug/l železa, 100 ug/l manganu a 50 ug/l mědi ( při použití mědi v době vysokého obsahu řas až 1000 ug/l mědi ). To jsou opět pro napájecí vodu pro kotle s pracovními tlaky nad 2,5 MPa vysoké hodnoty a je třeba již před stavbou parního zdroje zvážit, zda použít a upravovat ve vlastní úpravně vody vodu říční čiřičem a dále postupovat podle uvedeného schématu nebo použít poměrně drahou pitnou vodu s uvedenými nevýhodami. Toto dilema je však třeba zvažovat pro kotle vyšších výkonů a vyšších tlaků.

Pro kotle s pracovními tlaky do 0,15-2,5 MPa, se úprava přídavné vody omezí nejčastěji na použití vodovodní vody a katexového filtru, který se regeneruje kuchyňskou solí. Pro snížení tepelných ztrát vody odcházející odluhem, se používají protiproudé výměníky, kterými se teplo z odluhu převádí do katexované vody. Protože katexovaná voda je nasycena kyslíkem a obsahuje i kysličník uhličitý, je dobré používat výměníky s nerezovou vložkou, protože ohřátá katexovaná voda je značně korozně agresivní. Po smíchání s vratným kondenzátem ( ten je většinou upravován pouze silně kyselým katexem regenerovaným také kuchyňskou solí ), je tato směs ohřáta v parních výměnících na teplotu 60-80 ^oC a nastřikována do termického odplyňovače s parním polštářem o tlaku 0,12-0,15 MPa s pracovní teplotou nad 103 ^oC a po termickém odplynění a přídavku roztoku chemikálí (louh sodný nebo těkavý alkalizační prostředek a fosforečnan sodný do hodnoty pH 8,5-9,5 a siřičitan sodný) čerpána napájecími čerpadly do kotle. Kvalita termického odplynění je velmi důležitá. Dokud teplota vody v napájecí nádrže nepřestoupí teplotu 103 ^oC (jde zejména o případy najíždění kotle po ránu a víkendu ) , nutno počítat s tím, že do páry ( pokud kotlová voda neobsahuje přebytek siřičitanu ) z kotle přechází také kyslík, který po zkondenzování páry v různých spotřebičích, působí korozivně na ocel. V tom případě pak kondenzát může obsahovat koncentrace železa až v řádech několika 1000 ug/l. Jestliže není kondenzát upravován, jak bylo popsáno dříve, dostává se do kotle železo ve vysokých dávkách, zbarvuje kotlovou vodu do žluta a vytváří nežádoucí porézní nánosy na teplosměnných trubkách.

Ve velkých kotelnách úpravu vody provádí pracovníci úpravny vody, kteří mají k dispozici laboratoř s kvalifikovanými silami. Úprava vody v těchto provozech má většinou dobrou úroveň. V malých kotelnách je tato práce svěřena do rukou topiče a jeho pomocníka. Mnohdy, při špatných platových podmínkách těchto pracovníků, lze nezřídka očekávat i špatnou kvalitu napájecí vody, která pak vede ke vzniku nánosů na kotelních teplosměnných plochách a zbytečně rychlé korozi celého zařízení kotelny.

Proberme v krátkosti, co by topič s pomocníkem měli při úpravě vody zajišťovat, pokud nemají v kotelně pracovníka úpravy vody a laborantky. Půjde tedy o menší závodové kotelny a kotelny malých měst pro zásobování obyvatelstva teplem a teplou užitkovou vodou.

Při úpravě přídavné vody je třeba kontrola tvrdost za katexovým filtrem. Při dosažení tvrdosti za katexovým filtrem obecně hodnoty 0,030 mmol/l * ( opět se tímto myslí koncentrace chemických ekvivalentů, tak jako ve výše uvedených tabulkách s hodnotami, které jsou opatřeny hvězdičkou ) se katexový filtr odstaví a do provozu se najede záložní zregenerovaný filtr. Odstavený filtr se nejprve vypere. Je-li do filtru zaveden prací vzduch, odpustí se z filtru voda na úroveň katexové pryskyřice a do filtru se opatrně pustí tlakový vzduch z redukčního ventilu o tlaku do 150 kPa. Vzduch se do filtru uvádí po dobu asi 10 minut, pak se přívod vzduchu dokonale uzavře a do filtru se spodem pustí prací voda. Průtok prací vody je třeba často kontrolovat. S rostoucí rychlostí prací vody se výrazně zvyšuje schopnost prací vody dobře filtr vyprat, není naprosto žádoucí do filtru pustit prací vodu pouze malým průtokem a mít tak jistotu, že katex z filtru neunikne. Při kontrole praní se do vody vytékající z filtru vloží dlaň, jestliže je průtok vody vysoký, začne se z filtru vyplavovat pryskyřice. Ta ulpí na dlani a je možno ji nahmatat. V zimních měsících má ledová prací voda vyšší specifickou hmotnost a snáze může dojít při praní k úniku pryskyřice. V tom případě je třeba zavřít přítok vody do filtru a asi po 5 minutách najet prací vodu s menším průtokem, katexová pryskyřice nesmí z filtru unikat. Pere se tak dlouho, až voda vytékající z filtru je čirá, poté se přívod prací vody uzavře.

V další fázi se provede regenerace filtru kuchyňskou solí. Dávka soli činí 0,2 kg na litr katexové náplně. Pro katexový filtr s náplní asi 300 litrů silně kyselého katexu se do solankového filtru nasype 60 kg kuchyňské soli. Solankový filtr se zespoda zavodní po rychlouzávěr. Pak se solankový filtr uzavře a pustí se do něj vodovodní voda směrem shora dolů. Ze solankového  filtru vytékající solanka vtéká do katexového filtru shora, protéká vrstvou katexu, vyměňuje ionty vápníku a hořčíku za sodík a vytéká spodem z filtru na kanál. Průtok regenerační solanky má hodinově činit čtyři objemy pryskyřice. Pro filtr s náplní 300 litrů katexy tedy asi 1,2 m³/h. Na výtok z filtru se vloží vědro a stopkami se změří průtok. Pro uvedený filtr asi 3,5 litru za 10 sekund. Po nastavení průtoku se filtr ponechá do doby, kdy vytékající voda z filtru již není chuťově slaná. Nyní je možno hodinový průtok vody filtrem zvýšit na deset objemů pryskyřice a v 10 minutových intervalech se provádí zkouška na tvrdost. Při dosažení tvrdosti pod 0,030 mmol/l * se filtr odstaví a nechá v provozní záloze do vyčerpání pracovního období filtru zařazeného do změkčování vody. Stejným způsobem se pracuje z filtrem pro změkčování kondenzátu.

ÚPRAVA NAPÁJECÍ VODY

Napájecí voda se upravuje orientačně dávkami chemikálií: 2 g louh sodný (NaOH ) / m3, 5 g trinatriumfosfát - fosforečnan sodný ( Na3 PO4 .10 H2O ) / m3 a 5 g siřičitan sodný bezvodý nebo 10 g siřičitan sodný krystalický ( Na2SO3 nebo Na2SO3. 7 H2O ) / m3. Chemikálie je možno společně rozpustit ve vodě změkčené v  katexovém filtru a dávkovat je po rozpuštění dávkovacím čerpadlem do napájecí vody. Dávkovací čerpadlo bývá spřaženo s napájecím kotlovým čerpadlem a dávkuje pak roztok chemikálií po dobu chodu napáječky. Roztoky chemikálií je vhodné dávkovat až do odplyněné vody. Dávkují se do potrubí mezi napájecí nádrž a kotlovou napáječku.

Vedle dávkovacího čerpadla lze doporučit instalaci ještě asi 25-50 litrové nádrže z umělé hmoty a odstředivého čerpadla, kterým je možno přes zpětný a uzavírací ventil dávkovat korekční chemikálie opět do napájecího potrubí. Jestliže v kotli klesne hodnota koncentrace některé ze sledovaných chemikálií pod příslušnou mez, lze během několika minut dostat do kotle potřebné chemikálie. Tento způsob je velmi vhodný i při odstavování kotle, kdy se před odstávkou dávkuje zvýšené množství siřičitanu.

CHEMICKÁ KONTROLA NAPÁJECÍ VODY A KONDENZÁTU

V napájecí vodě se kontroluje tvrdost ( tvrdost se kontroluje i za změkčovacím katexovým filtrem a případně za katexovým filtrem kondenzátu ), hodnotu pH 8,5-9,5 je možno kontrolovat jako zjevnou zásaditost. Teplota napájecí vody při trvalém provozu musí mít teplotu nad 103 oC.

KONTROLA KOTLOVÉ VODY

V kotlové vodě se kontroluje: zjevná zásaditost, obsah rozpuštěného P2 O5, obsah siřičitanu sodného (Na₂SO₃ ) a konduktivita kotlové vody.

STANOVENÍ TVRDOSTI:

Ke 100 ml vzorku vody se přidá 5 ml Ústojného roztoku pH=10 a na špičku Eriochromové černi T. Modrozelené zbarvení ukazuje na vodu bez tvrdosti. Vínově červené zbarvení ukazuje na tvrdost. Obsah tvrdosti se zjistí přikapáváním roztoku 0,005M Chelatonu III do míchaného vzorku. Koncentrace tvrdosti ve zkoušené vodě pod 0,015 mmol/l znamená, že pro získání modrozeleného zbarvení nesmí být použito více než 0,3 ml roztoku 0,005 M Chelatonu III.

ZJEVNÁ ZÁSADITOST KOTLOVÉ VODY:

Ke 100 ml vzorku vychlazené kotlové vody se přidá několik kapek roztoku Fenolftaleinu. Přítomnost zjevné zásaditosti charakterizuje fialové zbarvení vzorku. Za míchání se ke vzorku po kapkách přidává roztok 0,1M HCl tak dlouho, až zmizí fialové zbarvení vzorku. Spotřeba 1 ml 0,1M HCl znamená, že zjevná zásaditost kotlové vody činí 1 mmol/l, spotřeba např. 15 ml 0,1M HCl do odbarvení fenoftaleinu, představuje zjevnou zásaditost 15 mmol/l atd.

Napájecí vodu, která má mít hodnotu pH 8,5-9,5 , je možno namísto kontroly pH-metrem, kontrolovat jako zjevnou zásaditost. Potom je třeba, aby spotřeba 0,1 M HCl do odbarvení vzorku o objemu 100 ml, který byl předem obarven Fenolftaleinem, byla v rozmezí 0,05-0,3 ml.

Vzorek kotlové vody se vychladí na 25 oC a zfiltruje v případě, že kotlová voda je kalná. K vychlazenému 50 ml vzorku kotlové vody se přidá 5 ml Redukujícího a 5 ml Molybdenanového roztoku. Vodou z katexového filtru, která byla vytemperována na 25 oC, se vzorek doplní do objemu 100 ml. Celý objem vzorku se dobře promíchá a během následujících 6 minut se v klidu ponechá vyvíjet modré zbarvení. Po 6 minutách se zbarvení porovná se sadou standardů nebo proměří na fotometru.

Ke 100 ml vzorku ochlazené kotlové vody, která byla předem ochlazena na 25 oC, se přidá 5 ml 10 % H2SO4 a 5 ml Roztoku 1% škrob 5% KI. K míchanému roztoku se po kapkách přidává roztok M/600 KIO3 tak dlouho, až dojde ke zmodrání promíchavaného vzorku. Spotřeba 1 ml roztoku M/600 KIO3 odpovídá obsahu 6,3 mg Na2SO3/l, spotřeba např. 5 ml roztoku M/600 KIO3 odpovídá 31,5 mg Na2SO3/l atd.

KONDUKTIVITA KOTLOVÉ VODY:

Popsaný způsob analýz je vhodný pro kontrolu vod do pracovních tlaků 0,15-2,5 MPa. U vyšších kotlových tříd se provádí další stanovení: např. železo, měď, oxidovatelnost, CHSK, ropné látky, SiO2. Zde již je vhodné svěřit provádění analýz kvalifikované laborantce, alespoň na raní směně.

Související

Související témata Kotle vysoko a středotlaké Provozní média - chemická úprava