林勤鑫，楊奕群

（廣東和炫環(huán)保智能科技有限公司，廣東 汕頭 515022）

對(duì)于印刷行業(yè)而言，在生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)電節(jié)氣、減少能源使用、提升能效、減少揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放越來(lái)越重要。

烘箱作為印刷機(jī)的重要結(jié)構(gòu)，也是主要耗能單元，其作用是在數(shù)秒時(shí)間內(nèi)通過(guò)熱風(fēng)完成對(duì)印制品的烘干工作。影響油墨干燥效果的因素主要是熱量的傳遞和吸收效果、承印物表面負(fù)壓大小[1]。因此，熱風(fēng)的溫度、風(fēng)速、風(fēng)量、干燥程度等都對(duì)最終成品質(zhì)量有直接影響。通過(guò)增加烘箱熱風(fēng)的循環(huán)利用率、提高VOCs 排放濃度、減少VOCs 排放量，可整體降低企業(yè)能耗，達(dá)到節(jié)能效果。

1 循環(huán)增濃熱處理設(shè)備（RST）介紹

RST 是針對(duì)印刷行業(yè)烘箱的減風(fēng)增濃設(shè)備。該設(shè)備分為單色組和雙色組，單色組設(shè)備以一套R(shí)ST 與印刷機(jī)的單個(gè)色組烘箱相連（見(jiàn)圖1），雙色組設(shè)備以一套R(shí)ST 與印刷機(jī)的兩個(gè)相鄰色組烘箱相連（見(jiàn)圖2）。設(shè)備內(nèi)部管道設(shè)有氣動(dòng)閥門，可進(jìn)行隔離切斷，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的實(shí)時(shí)VOCs 濃度檢測(cè)，氣動(dòng)閥門進(jìn)行自動(dòng)切換，濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)排風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，VOCs 排放至終端的廢氣處理設(shè)備，濃度達(dá)不到時(shí)排風(fēng)風(fēng)機(jī)不運(yùn)行，VOCs 在循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下在兩個(gè)色組烘箱內(nèi)不斷進(jìn)行循環(huán)。在保持烘箱內(nèi)部循環(huán)風(fēng)量和風(fēng)壓等不變的前提下，實(shí)現(xiàn)廢氣濃縮、排放總量減少、整體能耗降低的效果。同時(shí)，設(shè)備內(nèi)的換熱裝置以熱水或?qū)嵊妥鳛榻橘|(zhì)，將廢氣轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)供應(yīng)生產(chǎn)。熱水或?qū)嵊偷臒崮軄?lái)自末端VOCs 處理設(shè)備——物理催化及直接燃燒設(shè)備的余熱回收，可更好實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

圖1 單色組RST 流程示意圖

圖2 雙色組RST 流程示意圖

2 能效對(duì)比

以一臺(tái)定速220m/min 的十色印刷機(jī)為例，根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，烘箱內(nèi)部的熱風(fēng)溫度為55℃—80℃。

一臺(tái)十色印刷機(jī)需配備五臺(tái)雙色組RST，每臺(tái)設(shè)備包含三臺(tái)2.2kW 的風(fēng)機(jī)，其中兩臺(tái)為循環(huán)風(fēng)機(jī)，一臺(tái)為排風(fēng)風(fēng)機(jī)，排風(fēng)風(fēng)機(jī)帶變頻控制，只有檢測(cè)的VOCs 濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，風(fēng)機(jī)才會(huì)啟動(dòng)運(yùn)行，將增濃后的VOCs 排出，送至廢氣處理設(shè)備進(jìn)行處理。因此，每臺(tái)RST 的實(shí)際運(yùn)行功率約為5.5kW/h，5 臺(tái)RST 共耗電27.5kW/h。增濃后VOCs 的排放量為4000—7000m3/h。該設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，能很好地保持熱風(fēng)的溫度和風(fēng)速的穩(wěn)定性，產(chǎn)品的VOCs 殘留控制在2.5mg/m2以下，印刷機(jī)運(yùn)行速度可達(dá)180—210m/min。如印刷機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)升級(jí)，在十色滿版的情況下，最高生產(chǎn)速度可達(dá)到250m/min，在非滿版的情況下（4—5 色），最高生產(chǎn)速度可達(dá)到300m/min。

行業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的印刷機(jī)烘箱熱風(fēng)來(lái)源主要有以下兩種：

（1）使用電加熱的方式，印刷機(jī)運(yùn)行速度為200m/min，則每個(gè)色組烘箱需配備一套27kW 的電加熱系統(tǒng)，一臺(tái)十色印刷機(jī)總耗電量為270kW。該方式?jīng)]有減排功能，VOCs 排放量與印刷機(jī)設(shè)計(jì)排放量一致，約為40 000m3/h。該方式控制邏輯簡(jiǎn)單、操作方便，但有漏電風(fēng)險(xiǎn)，而且一旦限電會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響。

（2）使用蒸汽供熱，印刷機(jī)運(yùn)行速度為200m/min，每個(gè)色組烘箱風(fēng)量約為4000m3/h，以將常溫30℃的空氣加熱到60℃計(jì)算，1m3空氣升溫1℃約需熱量0.24kcal，10 個(gè)烘箱熱風(fēng)升溫則需熱量288 000kcal，1t 蒸汽熱量約為600 000kcal，則每小時(shí)需消耗蒸汽0.48t。該方式?jīng)]有減排功能，VOCs 排放量與印刷機(jī)設(shè)計(jì)排放量一致，約為40 000m3/h。該方式的溫度穩(wěn)定性和均勻性比電加熱方式好，但需直接購(gòu)買蒸汽，如果蒸汽供應(yīng)方供汽不穩(wěn)定會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響；如果工廠自建鍋爐，前期建設(shè)投入費(fèi)用大，而且鍋爐屬壓力容器，運(yùn)維成本較高。

以電費(fèi)0.6 元/kW、蒸汽320 元/t 計(jì)算，一臺(tái)十色印刷機(jī)三種方式的耗能、成本及排放量對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 三種方式的耗能、成本及排放量對(duì)比

由表1 可知，采用RST 每小時(shí)的能耗成本及VOCs 排放量都大大降低，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 應(yīng)用實(shí)例

廣東某印刷廠擁有兩臺(tái)9 色印刷機(jī)、一臺(tái)十色印刷機(jī)和兩臺(tái)復(fù)合機(jī)，該廠原來(lái)采用紫外線（UV）光解+沸石轉(zhuǎn)輪+熱風(fēng)爐的工藝處理VOCs。其中，UV光解設(shè)備用于處理車間無(wú)組織排放的VOCs，“沸石轉(zhuǎn)輪+熱風(fēng)爐”工藝用于處理機(jī)臺(tái)產(chǎn)生的VOCs。生產(chǎn)設(shè)備烘箱的熱風(fēng)由熱風(fēng)爐供應(yīng)，整套方案實(shí)際的耗能如下：

（1）該廠配備處理量為30 000m3/h 的UV 光解設(shè)備處理車間無(wú)組織排放的VOCs，該設(shè)備功率為18kW，三臺(tái)印刷機(jī)共用一臺(tái)30kW 的排氣風(fēng)機(jī)將印刷車間的無(wú)組織VOCs 送往UV 設(shè)備，兩臺(tái)復(fù)合機(jī)分別用一臺(tái)15kW 的風(fēng)機(jī)將復(fù)合車間的無(wú)組織VOCs 送往UV 設(shè)備，排風(fēng)風(fēng)機(jī)功率合計(jì)為60kW，加上UV設(shè)備自身功率，所耗功率共計(jì)78kW。

（2）機(jī)臺(tái)烘箱排風(fēng)所耗功率見(jiàn)表2。

表2 機(jī)臺(tái)烘箱排風(fēng)所耗功率

（3）沸石轉(zhuǎn)輪所耗功率見(jiàn)表3。

表3 沸石轉(zhuǎn)輪所耗功率

（4）熱風(fēng)爐每小時(shí)消耗天然氣約29m3，熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)直接送至印刷設(shè)備烘箱，由于管損，送至烘箱的熱風(fēng)溫度及風(fēng)速穩(wěn)定性相對(duì)較差，膜易產(chǎn)生漂移，產(chǎn)品VOCs 殘留較大，為確保產(chǎn)品質(zhì)量，印刷機(jī)運(yùn)行速度只能控制在130—150m/min，限制了生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)能。不過(guò)，該方法可回收一部分VOCs 作為燃料送到熱風(fēng)爐進(jìn)行燃燒，實(shí)際排放VOCs 約為25 000m3/h，在一定程度上減少了排放量，但無(wú)法對(duì)全部VOCs 進(jìn)行有效處理。

采用該方案，印刷廠每小時(shí)用電324kW、消耗天然氣29m3，以電費(fèi)0.6 元/kW、天然氣費(fèi)6.1 元/m3計(jì)算，合計(jì)每小時(shí)成本為371.3 元。該印刷廠總排放風(fēng)量為130 000m3/h（UV 設(shè)備排放風(fēng)量為30 000m3/h、熱風(fēng)爐排放風(fēng)量為100 000m3/h），VOCs 排放濃度為655mg/m3，無(wú)法達(dá)到當(dāng)?shù)豓OCs 排放標(biāo)準(zhǔn)。

為滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，該印刷廠改用“沸石轉(zhuǎn)輪+RST+物理催化”及直接燃燒一體化工藝處理VOCs。其中，沸石轉(zhuǎn)輪用于處理車間無(wú)組織排放的VOCs，車間5 臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備則用RST 對(duì)烘箱進(jìn)行減風(fēng)增濃，排出的VOCs 及沸石轉(zhuǎn)輪脫附后的濃縮VOCs被送往物理催化及直接燃燒設(shè)備進(jìn)行處理，整套方案設(shè)備消耗功率見(jiàn)表4、表5、表6。

表4 RST 所耗功率

表5 整套方案沸石轉(zhuǎn)輪所耗功率

表6 物理催化及直接燃燒設(shè)備所耗功率

物理催化及直接燃燒設(shè)備的吸附風(fēng)機(jī)和出口風(fēng)機(jī)均帶變頻控制，可根據(jù)排放廢氣風(fēng)量和濃度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)廢氣濃度達(dá)到自燃標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不需額外消耗能源就可維持爐內(nèi)溫度，該設(shè)備實(shí)際耗能約為電能130kW/h、天然氣13m3/h。

新方案合計(jì)每小時(shí)用電297.8kW、消耗天然氣13m3，折合每小時(shí)成本約為258 元。該印刷廠總排放風(fēng)量約為53 000m3/h（沸石排放風(fēng)量為30 000m3/h、物理催化及直接燃燒設(shè)備排放風(fēng)量為23 000m3/h）。該方案處理前VOCs 濃度為1360mg/m3，處理后VOCs濃度為48mg/m3，達(dá)到當(dāng)?shù)嘏欧艠?biāo)準(zhǔn)。

4 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)上述兩套方案的對(duì)比可知，新方案每小時(shí)節(jié)省用電26.2kW、節(jié)省天然氣16m3，每小時(shí)可節(jié)省費(fèi)用113.3 元。以年運(yùn)行300 天，每天運(yùn)行24 小時(shí)計(jì)算，一年可節(jié)省費(fèi)用815 760 元。

另外，采用RST 對(duì)機(jī)臺(tái)VOCs 進(jìn)行濃縮后，實(shí)際VOCs 排放量大大減少，配套的風(fēng)機(jī)功率大幅降低，風(fēng)機(jī)消耗的電能也隨之降低，有效降低了后端的廢氣處理量，在節(jié)省能耗的同時(shí)降低了企業(yè)在末端VOCs治理設(shè)備上的投入成本。

5 結(jié)語(yǔ)

在“雙碳”目標(biāo)下，印刷企業(yè)對(duì)減輕環(huán)境壓力、降低能源消耗承擔(dān)著巨大的社會(huì)責(zé)任。因此，發(fā)展低碳印刷勢(shì)在必行。RST 可幫助印刷企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)一步節(jié)約能源，在減少VOCs 排放的同時(shí)可有效節(jié)能降耗。