Problém: chemické složení vod

V závislosti na ložisku, druhu okolní horniny, doby zdržení vody nebo fyzikálních podmínek v okolí vzniká charakteristická chemická kvalita důlní vody. Významné rozdíly lze zaznamenat i v rámci jednoho dolu. Rozpuštěné i nerozpuštěné látky mohou vést k tomu, že v kombinaci se způsobem provozu zařízení dojde k poškození jeho funkčnosti, především jeho instalovaných tepelných výměníků v důsledku vzniku jedné nebo několika pevně ulpěných vrstev. Mezi příklady možných dopadů patří zvýšení ztráty tlaku a v důsledku toho zvýšení nákladů na čerpání vody, případně pokles přenášeného množství tepla v důsledku sníženého průtoku objemu vody nebo snížení teplotní prostupnosti v rámci stavebních dílů. Z toho vyplývá rovněž rozhodující otázka, do jaké míry je dostupná voda vhodná pro energetické využití a jaká opatření je nutno přijmout pro zajištění pokud možno spolehlivého provozu.

Rozhodujícím faktorem při vzniku usazenin je změna teploty, ke které při energetickém využití dochází. Přitom totiž může dojít k překročení rozpustnosti a díky tomu i k vysrážení minerálních fází. Ty se pak mohou v závislosti na počátečním utváření nukleačních bodů začít na tepelných výměnících usazovat.

Grubenwasserzusammensetzung in einem erzgebirgischen Zinnbergwerk (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Látky, rozpuštěné a obsažené ve vodě, v kombinaci se změnou fyzikálních parametrů, jakými jsou změna tlaku a teploty, mohou v důsledku fyzikálně chemických interakcí s povrchem z pevných látek způsobit vysrážení a usazeniny na povrchu tepelného výměníku. V důsledku nízké tepelné vodivosti a relativně mocných vrstev minerálních fází dochází jednak ke zvýšení tepelného prostupu při přenosu tepla, a jednak ke zvýšení objemového proudu v důsledku vyšší tlakové ztráty, případně ke zvýšení spotřeby energie čerpadly. Se zvyšující se vrstvou usazenin tak klesá efektivita zařízení [1].

Ausbildung von Foulingschichten im Betrieb befindlicher Grubenwassergeothermieanlagen (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

V rámci projektu Vodamin II je proto řešena náchylnost různých zařízení pro využití důlních vod na vznik usazenin. Kromě analýz různých usazenin, vzniklých v různých vodách a za různých provozních, podmínek, jsou testovány nejrůznější materiály a nástřiky pro využití v tepelných výměnících. Pro tyto účely jsou prováděny jak laboratorní výzkumy k určení energií povrchů, tak i zkoušky in-situ v reálném provozu zařízení.

Literatura

[1] Wenzke B., Grab T., Ussath M., Fieback, T. (2018): Energetische Nutzung von Grubenwässern und der Einfluss der Wasserbeschaffenheit auf den Anlagenbetrieb, Deutscher Geothermiekongress 2018