國(guó)內(nèi)包裝印刷行業(yè)應(yīng)如何進(jìn)行VOCs減排
國(guó)內(nèi)應(yīng)用在印刷包裝行業(yè)的廢氣處理技術(shù)，主要有氧化分解法，等離子體法，吸附法，冷凝回收法等，這些方法應(yīng)用效果差異較大。
目前在包裝印刷領(lǐng)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(guò)高溫燃燒或在一定溫度下通過(guò)催化劑熱分解VOCs，相應(yīng)的處理設(shè)備主要有蓄熱式焚燒爐（RTO）和蓄熱室催化焚燒（RCO）。由于過(guò)程采用了高效陶瓷蓄熱體，設(shè)備本身具有很高的熱效率（可達(dá)95%以上），因此能夠比較節(jié)能的運(yùn)行。在美國(guó)，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(xù)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(shè)備能夠在比較節(jié)能的情況下高效地完成廢氣的處理，同時(shí)具有很高的可靠性和比較長(zhǎng)的壽命（可超過(guò)20年），因此在國(guó)外，目前RTO是包裝印刷行業(yè)用來(lái)處理廢氣的最典型設(shè)備。但在有些在廢氣風(fēng)量較大，濃度較低的情況下，可以適用濃縮轉(zhuǎn)輪技術(shù)。
1. 印刷包裝行業(yè)廢氣特點(diǎn)
印刷包裝行業(yè)的廢氣源參見(jiàn)下表：
上述廢氣源又可分為有組織排放廢氣和無(wú)組織排放廢氣兩大類。有組織排放廢氣主要來(lái)源于印刷工藝過(guò)程，尤其是烘干過(guò)程，通常有專門的收集系統(tǒng)和排放系統(tǒng)；無(wú)組織排放廢氣主要來(lái)源于各個(gè)工藝過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)的VOCs, 主要逸散于車間。
有組織排放廢氣通常有以下特點(diǎn)：
廢氣組分較多，廢氣成分較復(fù)雜；
常見(jiàn)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(fā)成份。
廢氣濃度隨產(chǎn)品或工藝而變化；
由于印刷產(chǎn)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(fēng)量和濃度也隨之變化。
廢氣濃度典型的多在2-3g/m3左右（進(jìn)口）;
低的多半在1g以下，高的能達(dá)到4g以上；（國(guó)產(chǎn)設(shè)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(wú)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(fēng)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(jù)總VOCs排放的85%（但官方通常認(rèn)定這個(gè)范圍為約60%）。
2.廢氣工藝參數(shù)的確定
選擇處理方法前，首先要確定好三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)—廢氣風(fēng)量、廢氣濃度、廢氣成分。
廢氣風(fēng)量可以根據(jù)設(shè)備的原始設(shè)計(jì)參數(shù)或者排風(fēng)機(jī)的參數(shù)得來(lái)，最準(zhǔn)確的方式是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量（如果有測(cè)試儀器的話）或者找第三方測(cè)量。
其次是廢氣濃度，廢氣的濃度可以檢測(cè)，我們建議采用移動(dòng)FID設(shè)備對(duì)廢氣濃度進(jìn)行檢測(cè)。現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣點(diǎn)式采樣檢測(cè)方法不太準(zhǔn)確，測(cè)試結(jié)果容易出現(xiàn)較大的偏差，可能會(huì)偏低較多，所以按照此結(jié)果選擇的處理方法可能出現(xiàn)較大的問(wèn)題，如處理后不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。同時(shí)為了確保濃度數(shù)據(jù)可靠，我們同時(shí)也建議對(duì)廢氣濃度進(jìn)行估算，其結(jié)果與測(cè)試結(jié)果不應(yīng)該有大的偏差。在某些情況下可以根據(jù)依據(jù)估算結(jié)果來(lái)選擇和設(shè)計(jì)處理方案。下面介紹一下有組織排放廢氣濃度一個(gè)簡(jiǎn)單估算方法：
有組織排放廢氣濃度可用單位小時(shí)消耗的溶劑量S(kg/h)除以廢氣風(fēng)量A(Nm3/h)簡(jiǎn)單估算而來(lái)。下面以一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明：
某10色印刷機(jī)，在120小時(shí)內(nèi)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(guò)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(jì)入。油墨固含量約為45%，因此單位時(shí)間消耗的溶劑量S:
S=(4.8t ×(145%)+7.8t)/120h
=0.087t
=87kg/h
該印刷機(jī)的廢氣風(fēng)量A約為30000Nm3/h ?？紤]到溶劑的揮發(fā)損失，溶劑按80%估算進(jìn)入設(shè)備后排出,則廢氣濃度C為：
C=87(kg/h)*80%/30000(Nm3/h)
=2.32g/Nm3
此結(jié)果為濃度的一個(gè)估算平均值，測(cè)試結(jié)果應(yīng)與之相差不太大。通常情況我們需要知道典型狀態(tài)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(chǔ)上，結(jié)合工藝具體情況進(jìn)行估算。如果設(shè)計(jì)有余熱回收系統(tǒng)，最好對(duì)平均濃度進(jìn)行測(cè)量，以便確保余熱計(jì)算值與工程完工后的實(shí)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(diǎn)，不同治理方式的處理效果也不同，如廢氣成分比較簡(jiǎn)單時(shí)（1-2種溶劑），數(shù)量大時(shí)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(dá)到較好的效果；但如果廢氣成分較多時(shí)，則優(yōu)先選擇燃燒。
3.處理方法的選擇
在廢氣風(fēng)量、廢氣濃度和成分知曉的情況下，可以選擇相應(yīng)的處理方式，可以參照下表進(jìn)行選擇（僅供參考）：
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(dá)標(biāo)排放，其次考慮到設(shè)備運(yùn)行成本和投資等方面。當(dāng)然由于客戶廢氣的獨(dú)特性和客戶的特別要求，實(shí)際選擇處理方式與表格所推薦方式有可能會(huì)有所不同。
4.成本控制
成本控制是每個(gè)企業(yè)在選擇廢氣處理設(shè)備時(shí)一定會(huì)考慮的重要因素！
RTO能耗主要來(lái)源于兩個(gè)方面，一是風(fēng)機(jī)電耗，主要是主風(fēng)機(jī)和燃燒器風(fēng)機(jī)，主風(fēng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)廢氣流動(dòng)，燃燒器風(fēng)機(jī)用來(lái)給燃燒器供風(fēng)；二是燃料消耗，通過(guò)燃料燃燒為RTO提供熱能，維持設(shè)定的燃燒溫度；下面通過(guò)一個(gè)例子計(jì)算來(lái)說(shuō)明一下：
以印刷行業(yè)廢氣為例。某臺(tái)印刷機(jī)械廢氣風(fēng)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(shè)計(jì)風(fēng)量為22000Nm3/h，留有少量余量， 設(shè)計(jì)熱效率為95%。
RTO正常運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)20000Nm3/h廢氣所需的風(fēng)機(jī)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(shè)備燃燒溫度。 若電費(fèi)按0.9RMB/kwh, 天然氣按3.5RMB/m3計(jì)算，則每小時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用約為60元，并不高。
如果廢氣濃度在2.1g/Nm3以上，則正常運(yùn)行時(shí)不需要天然氣，燃燒器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，所以只有風(fēng)機(jī)能耗費(fèi)用，僅為36元/小時(shí)。
如果濃度遠(yuǎn)超過(guò)2.1g/Nm3，則可以回收余熱。余熱可以用來(lái)給烘箱供熱，從而節(jié)省生產(chǎn)設(shè)備的能耗，也可以用來(lái)生產(chǎn)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(chuàng)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(wàn)Kcal, 假設(shè)利用率為60%，可回收30萬(wàn)Kcal。如果印刷烘干所需的功率約為60萬(wàn)Kcal（假設(shè)烘干溫度為80℃），可節(jié)約50%的能耗。如果濃度達(dá)到6g /Nm3，則可節(jié)約75%的能耗， 一般說(shuō)，如果采用氣-氣換熱系統(tǒng)，回收的余熱產(chǎn)生的效益可以在兩年左右就收回設(shè)備投資。
下圖是風(fēng)量、濃度不同時(shí)的RTO能耗費(fèi)用估算值。
5.節(jié)能減風(fēng)
目前國(guó)內(nèi)很多印刷設(shè)備，尤其是國(guó)產(chǎn)設(shè)備，排風(fēng)量較大，濃度較低（通常在1g以下）。這給后續(xù)治理帶來(lái)了很大的麻煩，不管采取何種處理方式，都會(huì)面臨比較大的投資費(fèi)用或運(yùn)行費(fèi)用。最佳的方式是首先對(duì)風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化，減少排風(fēng)，增加廢氣濃度。這不僅會(huì)降低生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，也會(huì)大大降低后續(xù)廢氣治理設(shè)備的費(fèi)用。根據(jù)烘箱結(jié)構(gòu)的不同，其優(yōu)化處理方式也不同。但總的一個(gè)思路就是熱風(fēng)回用。通過(guò)熱風(fēng)回用減少加熱的熱能消耗，也可以降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗，同時(shí)增加了廢氣的濃度。
烘箱有內(nèi)部循環(huán)典型結(jié)構(gòu)如下：
這種烘箱結(jié)構(gòu)客戶可以根據(jù)工藝情況，在保證安全和不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，增大回用熱風(fēng)的比例，即可降低總的排風(fēng)量，增加廢氣排放濃度。但如果廢氣排放濃度比較高時(shí)，為保證安全，需安裝LEL監(jiān)測(cè)器, 避免爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
此外可以用LEL監(jiān)測(cè)的濃度作為控制信號(hào)來(lái)對(duì)熱風(fēng)回用閥門進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制，在廢氣濃度安全的情況下，回風(fēng)風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣可以自動(dòng)適應(yīng)產(chǎn)品和工藝的變化。此系統(tǒng)通常成本較高。如果烘箱沒(méi)有熱風(fēng)回用機(jī)構(gòu)，也可以在集中進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口回用，仍然可以優(yōu)化風(fēng)量；還有采用ESO系統(tǒng)全新熱風(fēng)系統(tǒng)，采用集中進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)和回用，也可以達(dá)到降低風(fēng)量、增加濃度的效果。
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