一  前言

包裝印刷行業(yè)的VOCs排放主要集中在印刷、烘干、復(fù)合和清洗等生產(chǎn)工藝過(guò)程中，主要來(lái)源于油墨、粘合劑、涂布液、潤(rùn)版液、洗車水，溶劑等含VOCs的物料的自然揮發(fā)和烘干揮發(fā)。軟包裝印刷是VOCS廢氣排放大戶，估算超過(guò)120萬(wàn)噸/年。

2015年起，包裝印刷業(yè)被國(guó)家列為VOCs排污收費(fèi)試點(diǎn)行業(yè)，軟包裝印刷行業(yè)面臨巨大環(huán)保壓力，軟包裝行業(yè)的VOCs治理是一個(gè)系統(tǒng)工程。軟包裝印刷廢氣具有以下特點(diǎn)：廢氣風(fēng)量大濃度低；廢氣風(fēng)量、濃度變化大；開機(jī)、換單時(shí)間不固定；溶劑成分復(fù)雜多變；不受控部分多，包含墨槽封閉性、烘箱密閉性、車間環(huán)境氣流流向、車間溫度等。因此，包裝印刷行業(yè)VOCS廢氣治理工況異常復(fù)雜，從二十世紀(jì)九十年代起，我國(guó)廣大軟包裝從業(yè)者及相關(guān)學(xué)者就不斷探索VOCS廢氣排放的治理技術(shù)路線，經(jīng)歷了活性炭吸附、溶劑回收、催化燃燒、轉(zhuǎn)輪+RTO、等離子分解、光催化分解等各種技術(shù)。這些治理技術(shù)，要么處理不達(dá)標(biāo)，要么能耗巨大，要么會(huì)產(chǎn)生二次污染，一直沒(méi)有獲得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，在軟包裝印刷行業(yè)并沒(méi)被使用者認(rèn)可。

自2016年10月起，在中國(guó)印刷工業(yè)及器材協(xié)會(huì)VOCS防治及污染治理委員會(huì)的大力倡導(dǎo)和推動(dòng)下，“減風(fēng)增濃+RTO”技術(shù)路線在軟包裝印刷VOCS廢氣排放治理上得到應(yīng)用，并獲得了巨大的成功，有效治理了有組織VOCS廢氣排放，并取得了環(huán)保達(dá)標(biāo)和節(jié)能降耗雙重效益，包裝印刷行業(yè)從業(yè)者認(rèn)為VOCs治理走到了相對(duì)成熟階段。

但是，通過(guò)對(duì)近30多家軟包裝企業(yè)實(shí)際案例應(yīng)用跟蹤發(fā)現(xiàn)，“減風(fēng)增濃+RTO”技術(shù)路線，有效的解決了包裝印刷車間有組織廢氣的凈化問(wèn)題，對(duì)印刷車間無(wú)組織廢氣處理的效果微乎其微，如何全面的解決軟包裝印刷車間無(wú)組織的VOCS廢氣排放成為需要探索的新課題。

作者本人參與了國(guó)內(nèi)20多家軟包裝企業(yè)VOCS廢氣治理工程的項(xiàng)目，在參與過(guò)程取得了大量的數(shù)據(jù)，也總結(jié)了大量的VOCS治理經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合自己10多年印刷機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)劃了一整套軟包裝印刷車間無(wú)組織VOCS治理的技術(shù)路線，希望能拋磚引玉，對(duì)國(guó)內(nèi)軟包裝企業(yè)帶來(lái)一些啟發(fā)。本文以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軟包裝印刷車間為例進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明，該車間配置4臺(tái)10色車速200m/min的印刷機(jī)和2臺(tái)車速150m/min的干復(fù)機(jī)，車間全部密閉，空調(diào)送風(fēng)。

圖1 包裝印刷廢氣整體解決方案流程圖

二 車間總體布局規(guī)劃

此軟包裝印刷車間的環(huán)保治理要求即要滿足管道排風(fēng)和車間內(nèi)部環(huán)境環(huán)保VOCS排放≤50mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)，又要滿足GMP認(rèn)證凈化要求，還要滿足工業(yè)制造企業(yè)節(jié)能將耗要求。

該印刷車間物流通道設(shè)計(jì)在印刷機(jī)的兩側(cè)，通道寬度為6米。印刷機(jī)操作側(cè)設(shè)計(jì)人流通道，寬度為3米。印刷機(jī)兩兩背對(duì)背放置。2臺(tái)干復(fù)機(jī)邊放在車間的端頭。

車間長(zhǎng)度45米，寬度40米，有效使用面積1800M2。印刷機(jī)凈高度為3.3米，帶加末色長(zhǎng)烘箱和翻轉(zhuǎn)料架后印刷機(jī)高度為3.7米，此印刷車間吊頂高為4米。進(jìn)排風(fēng)管道設(shè)置在吊頂上方。

圖2 車間布局圖

三 車間環(huán)境無(wú)組織氣流管理及收集

此車間按照GMP要求建設(shè)，為10萬(wàn)級(jí)凈化車間。GMP標(biāo)準(zhǔn)中第四十八條，規(guī)定潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)、不同級(jí)別潔凈區(qū)之間的壓差應(yīng)當(dāng)不低于10pa，不同功能區(qū)之間也應(yīng)當(dāng)保持適當(dāng)?shù)奶荻?。印刷車間的物流通道設(shè)計(jì)為空調(diào)恒溫正壓區(qū)，印刷車間的人流通道設(shè)計(jì)為降溫正壓區(qū)，印刷機(jī)和印刷機(jī)的后部設(shè)計(jì)為高溫負(fù)壓區(qū)。正壓區(qū)為進(jìn)風(fēng)區(qū)域，負(fù)壓區(qū)為排風(fēng)區(qū)域。這樣車間整體靜態(tài)氣流是由印刷機(jī)四周向印刷機(jī)后部流動(dòng)的。當(dāng)然，排風(fēng)抽風(fēng)、設(shè)備的運(yùn)行、人員的移動(dòng)等會(huì)形成對(duì)氣流流向的擾動(dòng)。將印刷機(jī)四周做保溫隔斷，對(duì)印刷機(jī)進(jìn)行封閉，如圖。

圖3 保溫隔斷

隔斷外的通道區(qū)域形成+10Pa的正壓區(qū)，隔斷里面區(qū)域形成-10Pa的負(fù)壓區(qū)，隔斷外部空調(diào)氣流會(huì)透過(guò)隔斷縫隙向隔斷里面流動(dòng)。由于印刷機(jī)源源不斷的從墨槽下部和烘箱縫隙處大量抽走無(wú)組織氣流，造成印刷機(jī)后部為負(fù)壓區(qū)域，空調(diào)的不斷進(jìn)風(fēng)使印刷機(jī)四周形成正壓區(qū)域，這樣既可很好的控制住無(wú)組織VOCS廢氣的飄散。由于GMP要求車間正壓，會(huì)有部分氣流透過(guò)車間門窗外溢，由于量不大，本方案忽略不計(jì)。

在隔斷內(nèi)的印刷機(jī)油墨槽下部設(shè)置LEL減風(fēng)增濃系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)地排風(fēng)抽氣管，這些風(fēng)抽入到印刷機(jī)干燥熱風(fēng)系統(tǒng)作為干燥新風(fēng)，印刷機(jī)每色地排抽風(fēng)600m3/h；同時(shí)印刷烘箱負(fù)壓進(jìn)風(fēng)做為另一部分LEL減風(fēng)增濃系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)，印刷機(jī)每色烘箱負(fù)壓抽風(fēng)200m3/h；這樣總的每臺(tái)印刷機(jī)有組織排廢抽風(fēng)8000 m3/h，廢氣濃度達(dá)到3.5g/m3-5g/m3。

在干復(fù)機(jī)上膠工位設(shè)置隔斷，對(duì)上膠工位無(wú)組織廢氣揮發(fā)進(jìn)行隔離，隔斷內(nèi)部主動(dòng)風(fēng)機(jī)排廢抽氣，使隔斷內(nèi)部形成-1Pa的負(fù)壓區(qū)，隔斷外部空調(diào)氣流會(huì)透過(guò)隔斷縫隙向隔斷里面流動(dòng)。隔斷抽氣做為干復(fù)機(jī)烘箱加熱進(jìn)氣，進(jìn)氣量為4000 m3/h；干復(fù)機(jī)烘箱負(fù)壓進(jìn)氣1000 m3/h；這樣總的每臺(tái)干復(fù)機(jī)有組織排廢抽風(fēng)5000 m3/h，廢氣濃度達(dá)到4.5g/m3-5.5g/m3。

以上有組織廢氣由排風(fēng)機(jī)送入RTO設(shè)備進(jìn)行凈化處理。車間總體有組織廢氣抽氣量為42000m3/h，廢氣濃度在3.5g/m3-5.5g/m3之間。

圖4 隔斷內(nèi)外風(fēng)壓分布圖

實(shí)際使用中，印刷機(jī)烘箱不可能絕對(duì)負(fù)壓，在進(jìn)料口、出料口總會(huì)溢出一定的廢氣，而這部分廢氣由于已經(jīng)經(jīng)過(guò)減風(fēng)增濃了，濃度在3.5g/m3-5g/m3。在筆者實(shí)際測(cè)量中，這部分溢出廢氣量因印刷機(jī)機(jī)型不同而變化很大，最高可達(dá)100m3/h，最小也有30m3/h，相當(dāng)于每個(gè)色組每小時(shí)釋放到車間100-500g/h VOCS；同時(shí)，雖然印刷機(jī)油墨槽下部設(shè)置LEL減風(fēng)增濃系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)地排風(fēng)抽氣管，但仍然有一部分溶劑揮發(fā)到車間，作者經(jīng)過(guò)大量測(cè)量數(shù)據(jù)并根據(jù)正態(tài)分布計(jì)算，這部分每個(gè)色組每小時(shí)釋放到車間50-200g/h VOCS；這樣總的每臺(tái)印刷機(jī)給車間帶來(lái)1500-7000g/h 的VOCS逸散到車間成為無(wú)組織廢氣。干復(fù)機(jī)也同樣，進(jìn)料口、出料口200m3/h，最小也有50m3/h，相當(dāng)于每臺(tái)干復(fù)機(jī)每小時(shí)釋放到車間225-1100g/h VOCS；同時(shí)，膠槽溶劑揮發(fā)到車間，大約100-600g/h VOCS；這樣總的每臺(tái)干復(fù)給車間帶來(lái)325-1700g/h VOCS無(wú)組織廢氣；車間總體無(wú)組織廢氣量約為：7-32kg/h。

為了盡量減少無(wú)組織VOCS廢氣的產(chǎn)生，需要給墨槽、墨桶、膠槽、膠桶加裝密封蓋子，需要改善印刷烘箱進(jìn)出料附近的風(fēng)嘴吹風(fēng)方向，盡量減少烘箱溢風(fēng)。通過(guò)密封管理后，車間總體無(wú)組織廢氣量約為：4.2-28.8kg/h。

通過(guò)氣壓壓差分區(qū)和氣流圍擋，可以有效的將車間無(wú)組織廢氣集中到印刷機(jī)及印刷機(jī)后部。為有效的將這部分VOCS廢氣收集、銷毀，印刷機(jī)、干復(fù)機(jī)后部設(shè)置無(wú)組織廢氣抽氣管，將無(wú)組織廢氣變成有組織廢氣。印刷機(jī)每臺(tái)無(wú)組織廢氣抽氣量為20000m3/h，干復(fù)機(jī)每臺(tái)無(wú)組織廢氣抽氣量為5000m3/h，這樣車間總體無(wú)組織廢氣抽氣量為90000m3/h。產(chǎn)生了新的90000m3/h的有組織廢氣，廢氣濃度在47mg/m3-320mg/m3之間，通過(guò)濃縮進(jìn)入RTO處理。

四 車間空調(diào)的規(guī)劃

根據(jù)車間GMP10萬(wàn)級(jí)凈化要求，車間換氣次數(shù)12次/h，壓差≥10Pa，氣流流速小于0.54m/s，車間溫、濕度：冬季20~22℃;夏季 24~26℃;波動(dòng)±2℃。冬季濕度30-50%，夏季濕度50-70%；車間空間體積為7200 m3，換氣量要大于90000m3/h；由于有組織抽風(fēng)排氣和無(wú)組織抽風(fēng)排氣總量為132000m3/h，因此車間空調(diào)進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)為135000 m3/h；空調(diào)溫差20℃，空調(diào)選擇功率為65萬(wàn)大卡；采用循環(huán)風(fēng)可以降至20萬(wàn)大卡。

因此，在每臺(tái)印刷機(jī)操作側(cè)上方設(shè)置空調(diào)送風(fēng)管道，每條管道設(shè)置6個(gè)出風(fēng)口，風(fēng)速1.5m/s；車間兩端物流通道上方設(shè)置空調(diào)送風(fēng)管道，共2條，每條管道設(shè)置3個(gè)出風(fēng)口，風(fēng)速2m/s。

五  無(wú)組織廢氣的處理方法

車間無(wú)組織廢氣抽氣量為90000m3/h、廢氣濃度在47mg/m3-320mg/m3之間，目前最為有效的處理方法就是沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO技術(shù)路線。選用一臺(tái)10萬(wàn)風(fēng)量的沸石轉(zhuǎn)輪，處理效率大于90%，濃縮倍率15倍，脫附風(fēng)量為6000 m3/h。該系統(tǒng)總用電功率122KW，脫附用熱30萬(wàn)大卡，占地面積10米X8米。濃縮后的廢氣濃度達(dá)到1.5g/m3-5g/m3之間，和有組織廢氣并聯(lián)后一起送入RTO焚燒，基本可以實(shí)現(xiàn)熱量平衡，不需要額外補(bǔ)充天然氣。該印刷車間通過(guò)采用本技術(shù)方案，即實(shí)現(xiàn)了有組織廢氣的治理又完成了無(wú)組織廢氣治理，車間內(nèi)部、廠區(qū)外部無(wú)明顯臭味，環(huán)境監(jiān)測(cè)和排煙口監(jiān)測(cè)均達(dá)標(biāo)。同時(shí)高濃度廢氣抽入RTO爐進(jìn)行高溫氧化焚燒，VOCS高溫后分解的同時(shí)會(huì)放出大量的熱能，RTO裝置可以將這些熱能充分的回收，再送回印刷機(jī)，節(jié)約了印刷機(jī)的干燥能耗。最終實(shí)現(xiàn)了即達(dá)標(biāo)排放又節(jié)能增效的目標(biāo)。

六  總結(jié)

減風(fēng)增濃后軟包裝印刷車間現(xiàn)場(chǎng)異味和安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)比以前明顯增加，如何有效統(tǒng)籌控制比較困難，這涉及到建筑設(shè)計(jì)、工廠布局、暖通、凈化、流體多個(gè)交叉學(xué)科等，以及印刷機(jī)上墨設(shè)計(jì)、烘箱設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)封閉和氣流組織等。本文作者結(jié)合自己經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)計(jì)算，給出了包裝印刷車間VOCs整體治理一種解決方案。希望更多企業(yè)和學(xué)者對(duì)包裝印刷VOCs治理深度治理不斷研究，提升行業(yè)治理水平。

轉(zhuǎn)載自:谷騰環(huán)保網(wǎng)   發(fā)布于:2018年8月9日