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        印刷包裝行業廢氣處理設備特點

        發布時間:2017-08-04

        在包裝印刷領域最有效,最徹底,也是最可靠的處理方法是熱分解法,即通過高溫燃燒或在一定溫度下通過催化劑熱分解VOCs,相應的處理設備主要有蓄熱式焚燒爐(RTO)和蓄熱室催化焚燒(RCO)。由于過程采用了高效陶瓷蓄熱體,設備本身具有很高的熱效率(可達95%以上),因此能夠比較節能的運行。在美國,三十年前VOC治理之初,也曾嘗試用吸附、等離子等方法處理,但之后陸續均被熱分解方式替代。RTO由于具有高的熱效率和凈化效率,在廢氣濃度適宜情況下,設備能夠在比較節能的情況下高效地完成廢氣的處理,同時具有很高的可靠性和比較長的壽命(可超過20年),因此在國外,目前RTO是包裝印刷行業用來處理廢氣的最典型設備。但在有些在廢氣風量較大,濃度較低的情況下,可以適用濃縮轉輪技術。

        1.印刷包裝行業廢氣處理設備特點

        印刷包裝行業的廢氣源參見下表:

        印刷包裝行業的廢氣源



        上述廢氣源又可分為有組織排放廢氣和無組織排放廢氣兩大類。有組織排放廢氣主要來源于印刷工藝過程,尤其是烘干過程,通常有專門的收集系統和排放系統;無組織排放廢氣主要來源于各個工藝過程中揮發出來的VOCs,主要逸散于車間。

        有組織排放廢氣通常有以下特點:

        廢氣組分較多,廢氣成分較復雜;

        常見使用的溶劑有:乙醇、乙酸乙酯、正丙酯、正丙醇,異丙醇等,此外還有油墨,光油,底涂等包含的揮發成份。

        廢氣濃度隨產品或工藝而變化;

        由于印刷產品的變化,所需使用的油墨類型和用量也隨之變化,排放的廢氣風量和濃度也隨之變化。

        廢氣濃度典型的多在2-3g/m3左右(進口);

        低的多半在1g以下,高的能達到4g以上;(國產設備廢氣濃度通常比較低,多的甚至在0.5g以下);

        廢氣成分通常僅含VOCs;

        且比較潔凈,不含灰塵或含少量灰塵;

        廢氣溫度不高,多在30~60度之間;

        無組織廢氣濃度通常比較低,由于分布的空間較大,所以所需處理的風量也較大。

        有組織排放是廢氣排放的主要部分,有組織排放廢氣如果收集和處理較好的話,其排放量占據總VOCs排放的85%(但官方通常認定這個范圍為約60%)。

        2.廢氣工藝參數的確定

        選擇處理方法前,首先要確定好三個關鍵參數—廢氣風量、廢氣濃度、廢氣成分。

        廢氣風量可以根據設備的原始設計參數或者排風機的參數得來,最準確的方式是現場測量(如果有測試儀器的話)或者找第三方測量。

        其次是廢氣濃度,廢氣的濃度可以檢測,我們建議采用移動FID設備對廢氣濃度進行檢測?,F行國家標準規定的取樣點式采樣檢測方法不太準確,測試結果容易出現較大的偏差,可能會偏低較多,所以按照此結果選擇的處理方法可能出現較大的問題,如處理后不達標的問題。同時為了確保濃度數據可靠,我們同時也建議對廢氣濃度進行估算,其結果與測試結果不應該有大的偏差。在某些情況下可以根據依據估算結果來選擇和設計處理方案。下面介紹一下有組織排放廢氣濃度一個簡單估算方法:

        有組織排放廢氣濃度可用單位小時消耗的溶劑量S(kg/h)除以廢氣風量A(Nm3/h)簡單估算而來。下面以一個實例來說明:

        某10色印刷機,在120小時內供消耗油墨4.8t,添加溶劑(乙醇,正丙酯,乙酯等)共7.8t,工藝過程中也使用一定量的水墨,由于此水墨基本不含VOCs,因此不計入。油墨固含量約為45%,因此單位時間消耗的溶劑量S:

        S=(4.8t×(145%)+7.8t)/120h

        =0.087t

        =87kg/h

        該印刷機的廢氣風量A約為30000Nm3/h??紤]到溶劑的揮發損失,溶劑按80%估算進入設備后排出,則廢氣濃度C為:

        C=87(kg/h)*80%/30000(Nm3/h)

        =2.32g/Nm3

        此結果為濃度的一個估算平均值,測試結果應與之相差不太大。通常情況我們需要知道典型狀態下的平均濃度和可能的最大濃度。最大濃度可以在知曉平均濃度的基礎上,結合工藝具體情況進行估算。如果設計有余熱回收系統,最好對平均濃度進行測量,以便確保余熱計算值與工程完工后的實際值偏差不大,避免投資失誤。

        此外廢氣成分也影響到廢氣治理方法的選擇??紤]到廢氣成分的特點,不同治理方式的處理效果也不同,如廢氣成分比較簡單時(1-2種溶劑),數量大時可選擇冷凝回收、催化燃燒或者蓄熱燃燒處理等方式,都可以達到較好的效果;但如果廢氣成分較多時,則優先選擇燃燒。

        3.處理方法的選擇

        在廢氣風量、廢氣濃度和成分知曉的情況下,可以選擇相應的處理方式,可以參照下表進行選擇(僅供參考):


        處理方法的選擇對照表



        以上表格推薦方法首先基于處理效果考慮,能夠使廢氣處理達標排放,其次考慮到設備運行成本和投資等方面。當然由于客戶廢氣的獨特性和客戶的特別要求,實際選擇處理方式與表格所推薦方式有可能會有所不同。

        4.成本控制

        成本控制是每個企業在選擇廢氣處理設備時一定會考慮的重要因素!

        RTO能耗主要來源于兩個方面,一是風機電耗,主要是主風機和燃燒器風機,主風機用于驅動廢氣流動,燃燒器風機用來給燃燒器供風;二是燃料消耗,通過燃料燃燒為RTO提供熱能,維持設定的燃燒溫度;下面通過一個例子計算來說明一下:

        以印刷行業廢氣為例。某臺印刷機械廢氣風量約為20000Nm3/h,廢氣溫度約為40℃,濃度約1.7g/Nm3(34kg/h),廢氣綜合燃燒熱值約為6500kcal/kg,RTO設計風量為22000Nm3/h,留有少量余量,設計熱效率為95%。

        RTO正常運行時,驅動20000Nm3/h廢氣所需的風機電耗約為40kw,在1.7g/Nm3廢氣濃度下需消耗7m3/h天然氣,以維持設備燃燒溫度。若電費按0.9RMB/kwh,天然氣按3.5RMB/m3計算,則每小時的運行費用約為60元,并不高。

        如果廢氣濃度在2.1g/Nm3以上,則正常運行時不需要天然氣,燃燒器會自動關閉,所以只有風機能耗費用,僅為36元/小時。

        如果濃度遠超過2.1g/Nm3,則可以回收余熱。余熱可以用來給烘箱供熱,從而節省生產設備的能耗,也可以用來生產熱水和為建筑物供暖。因此在廢氣有較多余熱的情況下,充分利用余熱可以創造效益。例如若廢氣濃度為4g/Nm3(80kg/h),則可利用的最大余熱約為50萬Kcal,假設利用率為60%,可回收30萬Kcal。如果印刷烘干所需的功率約為60萬Kcal(假設烘干溫度為80℃),可節約50%的能耗。如果濃度達到6g/Nm3,則可節約75%的能耗,一般說,如果采用氣-氣換熱系統,回收的余熱產生的效益可以在兩年左右就收回設備投資。

        下圖是風量、濃度不同時的RTO能耗費用估算值。



        風量、濃度不同時的RTO能耗費用估算值



        5.節能減風

        目前國內很多印刷設備,尤其是國產設備,排風量較大,濃度較低(通常在1g以下)。這給后續治理帶來了很大的麻煩,不管采取何種處理方式,都會面臨比較大的投資費用或運行費用。最佳的方式是首先對風量進行優化,減少排風,增加廢氣濃度。這不僅會降低生產設備的運行費用,也會大大降低后續廢氣治理設備的費用。根據烘箱結構的不同,其優化處理方式也不同。但總的一個思路就是熱風回用。通過熱風回用減少加熱的熱能消耗,也可以降低風機的運行能耗,同時增加了廢氣的濃度。

        烘箱有內部循環典型結構如下:



        烘箱有內部循環典型結構



        這種烘箱結構客戶可以根據工藝情況,在保證安全和不影響產品質量的情況下,增大回用熱風的比例,即可降低總的排風量,增加廢氣排放濃度。但如果廢氣排放濃度比較高時,為保證安全,需安裝LEL監測器,避免爆炸的風險。

        此外可以用LEL監測的濃度作為控制信號來對熱風回用閥門進行動態實時控制,在廢氣濃度安全的情況下,回風風量自動調節,這樣可以自動適應產品和工藝的變化。此系統通常成本較高。如果烘箱沒有熱風回用機構,也可以在集中進風口和出風口回用,仍然可以優化風量;還有采用ESO系統全新熱風系統,采用集中進風和排風和回用,也可以達到降低風量、增加濃度的效果。

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