国内包装印刷行业应如何进行VOCs减排

　　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

 

　　印刷包装行业的废气源参见下表：

 

 

　　上述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）：

 

　　以上表格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。

 

　　下图是风量、浓度不同时的RTO能耗费用估算值。

 

 

　　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。

 

　　烘箱有内部循环典型结构如下：

 

 

　　这种烘箱结构客户可以根据工艺情况，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。