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    摘 要：本文討論了目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)凝結(jié)水回收的現(xiàn)況，凝結(jié)水回收的重要性。分析了TOC檢測(cè)在凝結(jié)水回收中的重要性，以及TOC的監(jiān)測(cè)方法。同時(shí)介紹了TOC分析儀的特點(diǎn)功能，以及在國(guó)外應(yīng)用的有關(guān)信息。

    關(guān)鍵詞：凝結(jié)水；回收；TOC檢測(cè)

    1 前言

    在工業(yè)生產(chǎn)中，蒸汽作為一種熱能載體被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、石油、化工、印染、造紙、輕紡、釀造、橡膠、陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域中。尤其是化學(xué)工廠和石化工廠這些能耗很大的企業(yè)，在它們的生產(chǎn)過(guò)程中，需要大量的蒸汽傳輸能量。蒸汽被用來(lái)裂解、加熱和處理碳?xì)浠衔镆约盀榱诉M(jìn)一步處理，制備成其它化合物。大量的工業(yè)用水和以煤炭為主的能源被使用來(lái)產(chǎn)生蒸汽, 而蒸汽釋放出部分熱能后生成的凝結(jié)水往往因?yàn)槭艿讲煌潭鹊奈廴颈恢苯优欧牛斐纱罅康臒崮芎退Y源浪費(fèi)。

    源水通過(guò)凈化工藝、除鹽生產(chǎn)出蒸汽需要很多工序，耗費(fèi)大量的人力和金錢。使用完的凝結(jié)水有的很干凈，還可以繼續(xù)使用；有的比較干凈，需要進(jìn)一步純化；有的凝結(jié)水已經(jīng)被污染，要排放到污水廠。

    凈化使用過(guò)的回流凝結(jié)水要比從原水生產(chǎn)出純凈水經(jīng)濟(jì)很多，特別是在我國(guó)華北、西北等水資源匱乏地區(qū)，盡可能提高凝結(jié)水的再循環(huán)使用，有非常重大而且現(xiàn)實(shí)的意義。

    2 國(guó)內(nèi)外凝結(jié)水回收系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

    據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國(guó)的工業(yè)熱力蒸汽鍋爐有60余萬(wàn)臺(tái),蒸發(fā)量已超過(guò)200萬(wàn)噸/小時(shí)。其耗煤量約占全國(guó)煤產(chǎn)量的三分之一以上,輔助設(shè)備的耗電力量約占全國(guó)電產(chǎn)量的十分之一。因此，節(jié)煤、節(jié)電及節(jié)水的潛力和前景極為巨大。目前我國(guó)絕大部分企業(yè)的凝結(jié)水和余熱沒(méi)有進(jìn)行回收。僅僅是一次性使用，用完后直接排放到污水廠。實(shí)行凝結(jié)水回收的很多企業(yè)中,其回收系統(tǒng)也還沒(méi)有達(dá)到充分利用熱能、節(jié)水和環(huán)境保護(hù)的要求。

    以石化行業(yè)為例，目前我國(guó)石化行業(yè)凝結(jié)水回收率的平均水平為40%左右，而國(guó)際平均水平為70%以上。另一方面，國(guó)內(nèi)各石化企業(yè)的凝結(jié)水回收率相差較大：高的在70%以上，低的回收率極低。

    而在國(guó)外，這種凝結(jié)水回收設(shè)施已經(jīng)非常成熟。建造一個(gè)適用于化學(xué)工廠和石化工廠的鍋爐/蒸汽系統(tǒng)的成本與建造一個(gè)專門生成蒸汽供許多發(fā)電單位使用的工廠的成本相差不大。因此，世界上出現(xiàn)了許多蒸汽/發(fā)電，多種經(jīng)營(yíng)的工廠；蒸汽/電力公司與用戶單位聯(lián)合起來(lái)，把供氣-使用-回收-再利用做成相互服務(wù)和監(jiān)督一條龍的優(yōu)化體系，最好的滿足供應(yīng)商和用戶之間的需求和最大利益。此外，多余的電可以賣給公共電網(wǎng)或其它的電力公司/用戶。

    化學(xué)/石化工廠和電力/蒸汽公司都是要計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益的。他們的聯(lián)合系統(tǒng)是建立在獨(dú)立優(yōu)化、監(jiān)督和核算的基礎(chǔ)上。電力公司關(guān)注的是化學(xué)和石化工廠使用后回流蒸汽的純度，化學(xué)和石化工廠關(guān)注的是蒸汽供應(yīng)的純度，以及自己生產(chǎn)工藝中，材料、潤(rùn)滑油的泄露。

    這種相互的質(zhì)量檢查非常嚴(yán)格，不然就會(huì)影響化學(xué)和石化工廠的產(chǎn)品質(zhì)量。蒸汽污染的程度要求有機(jī)污染物最低檢出限是10PPB。這些污染的來(lái)源主要是石油產(chǎn)品，蒸汽循環(huán)過(guò)程中機(jī)械泵的機(jī)械油滲漏，以及換熱器的泄露等。

    3 凝結(jié)水回收系統(tǒng)的重要性

    凝結(jié)水擁有大量的熱量,一般占蒸汽總熱量的20~30%左右,某些設(shè)備可高達(dá)40%。因此若能將高溫凝結(jié)水作為鍋爐補(bǔ)給水循環(huán)使用,不僅節(jié)約了工業(yè)用水,更可節(jié)約大量的燃料。這樣,鍋爐在生產(chǎn)同樣多的蒸汽時(shí),就可節(jié)約30~40%的燃料、用水和水處理藥品，降低生產(chǎn)成本。燃料節(jié)約的同時(shí)導(dǎo)致鍋爐煙氣排放的減少,保護(hù)了環(huán)境，蒸汽的優(yōu)化及回收凝結(jié)水將節(jié)約能源、解決蒸汽系統(tǒng)的跑冒直排，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)，最大限度地節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保。具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

    以中國(guó)石化股份有限公司為例，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中石化煉油企業(yè)的凝結(jié)水回收潛力：如果每小時(shí)回收凝結(jié)水1720噸，除鹽水按15元/噸計(jì)算，年效益可達(dá)到2.1億元。同時(shí)，可將中國(guó)石化的凝結(jié)水回收率從目前的40%提高到70%以上，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，同時(shí)減少污水排放量1500萬(wàn)噸。

    由此可見(jiàn)，有關(guān)蒸汽優(yōu)化和凝結(jié)水回收的技術(shù)管理是企業(yè)節(jié)能、節(jié)水管理的一個(gè)組成重要部分，提高蒸汽利用效率及提高凝結(jié)水回收利用率是目前工業(yè)企業(yè)提高效益和競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

    4 TOC檢測(cè)在凝結(jié)水回收中的重要性

    在電廠、石化和化工等企業(yè)中，凝結(jié)水能否回收最關(guān)鍵的問(wèn)題是回流蒸汽的純度，特別是對(duì)回流TOC的含量非常關(guān)注。TOC，即總有機(jī)碳，代表了水中所含有機(jī)物的總和，它反映了水中被有機(jī)物質(zhì)污染的程度。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的凝結(jié)水，如果其TOC值比較低，便可以不需預(yù)處理再一次進(jìn)入鍋爐循環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行。如果超標(biāo)，便只能被排放掉。一旦凝結(jié)水被排出，這就意味著生產(chǎn)企業(yè)必須向鍋爐中加入給水。給水未經(jīng)處理是不能直接進(jìn)入鍋爐中運(yùn)行的，必須首先對(duì)給水進(jìn)行一系列的凈化處理，達(dá)標(biāo)過(guò)后才能進(jìn)入鍋爐中運(yùn)行。

    蒸汽循環(huán)過(guò)程中的TOC來(lái)自于幾個(gè)方面：（1）換熱器有泄露，使蒸汽暴露在過(guò)程中，從而聚集一些有機(jī)物；（2）石化化工生產(chǎn)過(guò)程中，原料、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)品的泄露都可能會(huì)進(jìn)入到蒸汽中，從而產(chǎn)生TOC；（3）蒸汽循環(huán)過(guò)程中機(jī)械泵、閥的機(jī)械油滲漏等。

    在凝結(jié)水處理過(guò)程中，需要盡快了解到有機(jī)物的含量，以決定水是否可以進(jìn)入回收水回路或直接排放。一方面，TOC的濃度增加，會(huì)降低離子交換樹(shù)脂的使用壽命，并會(huì)增加對(duì)系統(tǒng)的腐蝕。另一方面，有機(jī)物進(jìn)入鍋爐的危害非常巨大: 有機(jī)物在爐水蒸汽循環(huán)的高溫高壓作用下,會(huì)發(fā)生熱水解,從而產(chǎn)生CO32-等酸性物質(zhì),造成鍋爐腐蝕;有時(shí),有的還會(huì)從爐水系統(tǒng)進(jìn)入蒸汽中,引起蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕。TOC 監(jiān)測(cè)不僅可以自動(dòng)做出蒸汽凝結(jié)水的使用和再使用的決定，還可以計(jì)算出需要補(bǔ)充到蒸汽系統(tǒng)中的清潔給水水量。

    5 TOC在線分析儀簡(jiǎn)介

    當(dāng)前，用于TOC檢測(cè)的在線儀器很多。這些儀器的設(shè)計(jì)思路相同，那就是先將水中的有機(jī)物質(zhì)氧化為二氧化碳，然后檢測(cè)二氧化碳的量來(lái)確定TOC濃度。這就涉及到氧化有機(jī)物質(zhì)的氧化方法問(wèn)題和檢測(cè)二氧化碳的檢測(cè)手段問(wèn)題。對(duì)于氧化技術(shù)，主要有以下四種：即高溫氧化法、加熱的過(guò)硫酸氧化法、紫外線加過(guò)硫酸氧化法和紫外線氧化法。而通過(guò)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)認(rèn)證的二氧化碳檢測(cè)方法只有兩種：非色散紅外檢測(cè)（NDIR）和薄膜電導(dǎo)率檢測(cè)。

    其中較為典型的有美國(guó)哈希（HACH）公司生產(chǎn)的Astro TOC在線分析儀，ASTRO TOC已經(jīng)有40年的生產(chǎn)歷史了。主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)，包括過(guò)程用水和污水排放檢測(cè)。Astro TOC有四大系列：1950 Plus、UV、UV Turbo、和HT TOC。它們分別適用在凈水、高鹽、快速響應(yīng)、污水監(jiān)測(cè)等多種工業(yè)檢測(cè)要求環(huán)境下；測(cè)量范圍從5PPb到20000mg C/L，多達(dá)20多個(gè)選配置方案。為了適應(yīng)工業(yè)水中難消解樣品的條件，ASTRO TOC可以在試劑氧化的基礎(chǔ)上配置多達(dá)3個(gè)紫外燈，保證樣品的充分被氧化。

              

                   圖1 HACH Astro 四個(gè)系列TOC在線分析儀

    在以上四個(gè)系列中，ASTRO UV TURBO是專為化工、石化和電廠凝結(jié)水回用的TOC 分析而設(shè)計(jì)。采用經(jīng)典的TOC檢測(cè)分析技術(shù)——過(guò)硫酸鈉紫外催化氧化法，整個(gè)分析過(guò)程分為5個(gè)步驟：

                

                      圖2過(guò)硫酸鈉紫外催化氧化法分析過(guò)程圖

    第一步：樣品通過(guò)多通道進(jìn)樣閥進(jìn)入分析儀，加入磷酸試劑，將水中的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化成CO2；
    第二步：利用氣液分離器分離出CO2，隨載氣排出，從而除去樣品中的TIC；
    第三步：樣品與過(guò)硫酸鈉試劑混合，進(jìn)入紫外光消解裝置進(jìn)行氧化反應(yīng)，將有機(jī)物氧化成CO2 和水；
    第四步：生成的CO2和水被氣液分離器分離，分離出的CO2氣體被送進(jìn)非發(fā)散紅外檢測(cè)器；
    第五步：紅外檢測(cè)器對(duì)CO2 的檢測(cè)有良好的檢測(cè)靈敏度和線性度，分析得到CO2的濃度，并換算成TOC。

    Astro UV TURBO TOC在線分析儀突出“連續(xù)在線”的特點(diǎn)：

    樣品流連續(xù)流入消解池中，不會(huì)發(fā)生中斷，充分體現(xiàn)了“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”。而批次TOC分析儀的分析過(guò)程就像對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程拍了一系列“快照”。定期拍“快照”，有可能錯(cuò)過(guò)測(cè)量的“事故”現(xiàn)象，甚至多數(shù)TOC超標(biāo)事件因?yàn)榕伪O(jiān)測(cè)原因沒(méi)有被監(jiān)測(cè)到。假設(shè)批次TOC分析儀的響應(yīng)時(shí)間是5分鐘到30分鐘的話，整個(gè)事故超標(biāo)現(xiàn)象可能完全錯(cuò)過(guò)；如果分析時(shí)間比采樣時(shí)間長(zhǎng)，那么重要的信息有可能永遠(yuǎn)都檢測(cè)不到。連續(xù)式監(jiān)測(cè)TOC就是對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程拍攝的連續(xù)錄像，Astro UV TURBO分析儀正是可以對(duì)凝結(jié)水回收系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)錄像的有機(jī)物檢測(cè)系統(tǒng)。

    由于在石化系統(tǒng)中安裝的過(guò)程儀表都有嚴(yán)格的防爆要求，ASTRO TOC還具有方便、配套的正壓防爆系統(tǒng)，可以應(yīng)用在危險(xiǎn)場(chǎng)所的1區(qū)和2區(qū)。

    6 TOC在線分析儀在凝結(jié)水回收中的應(yīng)用情況

    ASTRO TOC在線分析儀在美國(guó)工業(yè)凝結(jié)水回收系統(tǒng)中得到廣泛的使用。它的快速測(cè)定，連續(xù)進(jìn)樣方式和低檢出限的性能，與一般的批次式的傳統(tǒng)原理儀器相比優(yōu)越很多；極大地滿足了用戶的生產(chǎn)和回收檢測(cè)的需要。在蒸汽/電力生產(chǎn)廠，根據(jù)TOC濃度的高低，甄別目前的蒸汽是回收、再生還是排放。如果生產(chǎn)用戶的工藝工況好，它使用完的蒸汽的TOC含量很低，這種蒸汽完全可以再一次回收，那么這個(gè)用戶在生產(chǎn)中僅需要付一點(diǎn)蒸汽“借用”的錢，因此它的生產(chǎn)工藝成本降低了很多，使用戶和供氣系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)，最后整個(gè)行業(yè)得到進(jìn)步。

    凝結(jié)水回收中的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題，就是要監(jiān)測(cè)回收蒸汽的TOC含量。為了再利用，水質(zhì)必須相對(duì)干凈；使用一臺(tái)在線的TOC分析儀非常重要，它能提供快速、準(zhǔn)確、可靠的TOC測(cè)量。

    通常，Astro UV TURBO TOC在線分析儀安裝在冷凝器或冷卻塔和回流管路之間（如圖3所示）。可以在5分鐘之內(nèi)提供TOC的測(cè)量結(jié)果，準(zhǔn)確度可達(dá)到測(cè)量值的±4％或±8μg/L。

                               

                圖3 Astro UV TURBO TOC在線分析儀安裝位置圖

    7 結(jié)語(yǔ)

    TOC在凝結(jié)水回收利用中是很關(guān)鍵的參數(shù)，利用TOC在線分析儀可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)凝結(jié)水水質(zhì)，TOC監(jiān)測(cè)不僅能判斷凝結(jié)水的回收與否，還可以計(jì)算鍋爐補(bǔ)給水量和污水排放量，對(duì)工業(yè)企業(yè)的凝結(jié)水回收系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)和污染處理系統(tǒng)都有著重大的影響。