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包装印刷行业污染减排行动

发布日期:2017-06-26 浏览次数:

国内应用在印刷包装行业的废气处理技术,主要有氧化分解法,等离子体法,吸附法,冷凝回收法等,这些方法应用效果差异较大。

目前在包装印刷领域最有效,最彻底,也是最可靠的处理方法是热分解法,即通过高温燃烧或在一定温度下通过催化剂热分解VOCs,相应的处理设备主要有蓄热式焚烧炉(RTO)和蓄热室催化焚烧(RCO)。由于过程采用了高效陶瓷蓄热体,设备本身具有很高的热效率(可达95%以上),因此能够比较节能的运行。在美国,三十年前VOC治理之初,也曾尝试用吸附、等离子等方法处理,但之后陆续均被热分解方式替代。RTO由于具有高的热效率和净化效率,在废气浓度适宜情况下,设备能够在比较节能的情况下高效地完成废气的处理,同时具有很高的可靠性和比较长的寿命(可超过20年),因此在国外,目前RTO是包装印刷行业用来处理废气的最典型设备。但在有些在废气风量较大,浓度较低的情况下,可以适用浓缩转轮技术。

 

1. 印刷包装行业废气特点

废气源又可分为有组织排放废气和无组织排放废气两大类。有组织排放废气主要来源于印刷工艺过程,尤其是烘干过程,通常有专门的收集系统和排放系统;无组织排放废气主要来源于各个工艺过程中挥发出来的VOCs, 主要逸散于车间。

 有组织排放废气通常有以下特点:

 废气组分较多,废气成分较复杂;

常见使用的溶剂有:乙醇、乙酸乙酯、正丙酯、正丙醇,异丙醇等,此外还有油墨,光油,底涂等包含的挥发成份。

 废气浓度随产品或工艺而变化;

      由于印刷产品的变化,所需使用的油墨类型和用量也随之变化,排放的废气风量和浓度也随之变化。

 废气浓度典型的多在2-3g/m3左右(进口);

      低的多半在1g以下,高的能达到4g以上;(国产设备废气浓度通常比较低,多的甚至在0.5g以下);

 废气成分通常仅含VOCs;

      且比较洁净,不含灰尘或含少量灰尘;

 废气温度不高,多在30~60度之间;

无组织废气浓度通常比较低,由于分布的空间较大,所以所需处理的风量也较大。

有组织排放是废气排放的主要部分,有组织排放废气如果收集和处理较好的话, 其排放量占据总VOCs排放的85%(但官方通常认定这个范围为约60%)。

 

2.废气工艺参数的确定

选择处理方法前,首先要确定好三个关键参数—废气风量、废气浓度、废气成分。

废气风量可以根据设备的原始设计参数或者排风机的参数得来,最准确的方式是现场测量(如果有测试仪器的话)或者找第三方测量。

其次是废气浓度,废气的浓度可以检测,我们建议采用移动FID设备对废气浓度进行检测。现行国家标准规定的取样点式采样检测方法不太准确,测试结果容易出现较大的偏差,可能会偏低较多,所以按照此结果选择的处理方法可能出现较大的问题,如处理后不达标的问题。同时为了确保浓度数据可靠,我们同时也建议对废气浓度进行估算,其结果与测试结果不应该有大的偏差。在某些情况下可以根据依据估算结果来选择和设计处理方案。下面介绍一下有组织排放废气浓度一个简单估算方法:

有组织排放废气浓度可用单位小时消耗的溶剂量S(kg/h)除以废气风量A(Nm3/h)简单估算而来。下面以一个实例来说明:

某10色印刷机,在120小时内供消耗油墨4.8t, 添加溶剂(乙醇,正丙酯,乙酯等)共7.8t,工艺过程中也使用一定量的水墨,由于此水墨基本不含VOCs, 因此不计入。油墨固含量约为45%,因此单位时间消耗的溶剂量S:

S=(4.8t ×(145%)+7.8t)/120h

=0.087t

=87kg/h

该印刷机的废气风量A约为30000Nm3/h 。考虑到溶剂的挥发损失,溶剂按80%估算进入设备后排出,则废气浓度C为:

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

=2.32g/Nm3

此结果为浓度的一个估算平均值,测试结果应与之相差不太大。通常情况我们需要知道典型状态下的平均浓度和可能的最大浓度。最大浓度可以在知晓平均浓度的基础上,结合工艺具体情况进行估算。如果设计有余热回收系统,最好对平均浓度进行测量,以便确保余热计算值与工程完工后的实际值偏差不大,避免投资失误。

此外废气成分也影响到废气治理方法的选择。考虑到废气成分的特点,不同治理方式的处理效果也不同,如废气成分比较简单时(1-2种溶剂),数量大时可选择冷凝回收、催化燃烧或者蓄热燃烧处理等方式,都可以达到较好的效果;但如果废气成分较多时,则优先选择燃烧。

 

3.处理方法的选择

在废气风量、废气浓度和成分知晓的情况下,可以选择相应的处理方式,可以参照下表进行选择(仅供参考):

以上推荐方法首先基于处理效果考虑,能够使废气处理达标排放,其次考虑到设备运行成本和投资等方面。当然由于客户废气的独特性和客户的特别要求,实际选择处理方式与表格所推荐方式有可能会有所不同。

4.成本控制

成本控制是每个企业在选择废气处理设备时一定会考虑的重要因素!

RTO能耗主要来源于两个方面,一是风机电耗,主要是主风机和燃烧器风机,主风机用于驱动废气流动,燃烧器风机用来给燃烧器供风;二是燃料消耗,通过燃料燃烧为RTO提供热能,维持设定的燃烧温度;下面通过一个例子计算来说明一下: 

以印刷行业废气为例。某台印刷机械废气风量约为20000Nm3/h ,废气温度约为40℃,浓度约1.7g/Nm3(34kg/h),废气综合燃烧热值约为6500kcal/kg,RTO设计风量为22000Nm3/h,留有少量余量, 设计热效率为95%。

RTO正常运行时,驱动20000Nm3/h废气所需的风机电耗约为40kw,在1.7g/Nm3废气浓度下需消耗7m3/h天然气,以维持设备燃烧温度。 若电费按0.9RMB/kwh, 天然气按3.5RMB/m3计算,则每小时的运行费用约为60元,并不高。

如果废气浓度在2.1g/Nm3以上,则正常运行时不需要天然气,燃烧器会自动关闭,所以只有风机能耗费用,仅为36元/小时。

如果浓度远超过2.1g/Nm3,则可以回收余热。余热可以用来给烘箱供热,从而节省生产设备的能耗,也可以用来生产热水和为建筑物供暖。因此在废气有较多余热的情况下,充分利用余热可以创造效益。例如若废气浓度为4g /Nm3(80kg/h),则可利用的最大余热约为 50万Kcal, 假设利用率为60%,可回收30万Kcal。如果印刷烘干所需的功率约为60万Kcal(假设烘干温度为80℃),可节约50%的能耗。如果浓度达到6g /Nm3,则可节约75%的能耗, 一般说,如果采用气-气换热系统,回收的余热产生的效益可以在两年左右就收回设备投资。

5.节能减风

目前国内很多印刷设备,尤其是国产设备,排风量较大,浓度较低(通常在1g以下)。这给后续治理带来了很大的麻烦,不管采取何种处理方式,都会面临比较大的投资费用或运行费用。最佳的方式是首先对风量进行优化,减少排风,增加废气浓度。这不仅会降低生产设备的运行费用,也会大大降低后续废气治理设备的费用。根据烘箱结构的不同,其优化处理方式也不同。但总的一个思路就是热风回用。通过热风回用减少加热的热能消耗,也可以降低风机的运行能耗,同时增加了废气的浓度。

烘箱结构,在保证安全和不影响产品质量的情况下,增大回用热风的比例,即可降低总的排风量,增加废气排放浓度。但如果废气排放浓度比较高时,为保证安全,需安装LEL监测器, 避免爆炸的风险。

此外可以用LEL监测的浓度作为控制信号来对热风回用阀门进行动态实时控制,在废气浓度安全的情况下,回风风量自动调节,这样可以自动适应产品和工艺的变化。此系统通常成本较高。如果烘箱没有热风回用机构,也可以在集中进风口和出风口回用,仍然可以优化风量;还有采用ESO系统全新热风系统,采用集中进风和排风和回用,也可以达到降低风量、增加浓度的效果。 



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