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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
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。
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