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          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          016年1月1日生效的《中華人民共和國大氣污染防治法》,將揮發性有機氣體(VOC)污染防治列為今后環保工作重點?!洞髿馕廴痉乐畏ā穼]發性有機氣體(VOC)污染防治有以下規定:產生含揮發性有機物廢氣的生產和服務活動,應當在密閉空間或者設備中進行,并按照規定安裝、使用污染防治設施;無法密閉的,應當采取措施減少廢氣排放。(第四十五條)

          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          目前國內VOCs治理形勢比較嚴峻,VOCs治理方式和治理的公司也魚龍混雜,一個特別現象是以前在國外曇花一現的治理技術,在國內卻被當成了“香餑餑”,甚至有不少企業,借著國外已經倒閉的“僵尸”公司的名頭在市場上大搖大擺。與此同時,不少印刷企業對于印刷廢氣的治理了解甚少,這就使得印刷包裝企業對包裝印刷行業的廢氣治理存在著諸多的誤解。在這里,我們本著實事求是的態度就包裝印刷的廢氣特點和推薦治理方法,從各方面進行闡述,供大家參考,也希望通過我們的努力使大家對印刷廢氣的治理增加認識,以便選擇合適的處理方法。

          國內應用在印刷包裝行業的廢氣處理技術,主要有氧化分解法,等離子體法,吸附法,冷凝回收法等,這些方法應用效果差異較大。目前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)和蓄熱室催化焚燒爐(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. 印刷包裝行業廢氣特點

          印刷包裝行業的廢氣源參見下表:

          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          參考文獻:《包裝印刷行業VOCs排放工藝及特點分析》

          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:

          1) 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。

          2) 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。

          3) 廢氣濃度典型的多在2-3g/m3左右(進口設備); 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);

          4) 廢氣成分通常僅含VOCs, 且比較潔凈,不含灰塵或含少量灰塵;

          5) 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 ×(1-45%)+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):

          溶劑成分1-2種時:

          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          溶劑成分3種以上時:

          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          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℃, 廢氣濃度約為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。

          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          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:

          環保:包裝、印刷行業應選用何種RTO去除有機廢氣效果好?

          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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