7条凹印生产线年产包装膜2.3万吨看双汇子公司VOCs治理手段-北极星VOCs在线

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漯河天润彩印包装有限公司（以下简称“天润彩印”）是双汇集团旗下的子公司，拥有各类凹印生产线7条，年产包装膜约2.3万吨，根据《印刷业挥发性有机物排放标准》和相关环保法规，凹印生产线VOCs废气必须达标排放。为此，天润彩印结合凹印生产线的废气排放特点，经深入研究，采用了国际前沿技术，即双转轮两级浓缩+RTO的废气处理模式，投用后废气处理量23.2万m3/h，废气排放控制在40mg/m3以下，取得了显著的经济效益和社会效益。

VOCs治理系统创新点

由于凹印产生的VOCs废气有着低浓度、大风量的特点，如将此工艺风直接导入RTO处理会消耗大量天然气，给企业带来沉重的成本负担。

本项目通过转轮浓缩提高工艺气体中的VOCs浓度，以实现RTO自维持运行，大幅降低了天然气消耗量。

01三槽RTO（蓄热式氧化炉）设计

传统的二槽RTO切换阀动作期间易产生泄露，同时系统入口变为系统出口时低温区未经处理的废气会被直接排至烟囱，这两个因素会明显降低RTO的去除效率。

本系统采用三槽RTO设计，系统烟气入口槽吹扫后再作为排风槽，如此可完全消除二槽RTO阀门切换期间产生的泄露问题，RTO去除效率可达99%以上，大幅改善了环境。

02两级轮转浓缩设计

常规转轮浓缩去除效率为90%～95%，当废气中VOCs浓度超过500mg/m³时，单级转轮浓缩吸附已无法保证烟囱排气VOCs浓度≤40mg/m³的要求。

本系统通过设计两级转轮，即对一级转轮吸附过的气体进行二次吸附，将转轮吸附效率提高至98.5%，显著减少VOCs排放。

应用两级轮转浓缩技术，实现低浓度废气直接燃烧，大幅降低了天然气用量，凹印生产线在开机3条时就可以实现热平衡，实现天然气零消耗。

03FID监控

采用FID监控系统，在线采集温度、压力、流速、非甲烷总烃等数据，保障VOCs废气治理效果。

04采用本质安全

采用本质安全，对重点区域温度监控采用冗余设计，保障系统安全运行。

(1)电气设计、制造、安装、调试、验收、能效及安全要求按国家相关电气标准、规范及设计制造手册执行，且执行最新文件。

(2)防爆区域布线采用防爆管或防爆电缆形式，区域的界定按国家规范执行，防爆区域按钮盒、操作箱及其外露附件采用防爆形式。

(3)所有控制系统具备消防信号接入点，提供24VDC中间继电器两个，一入一出；接收消防信号后能跳闸，其他系统接收消防信号，报警并停止输出。

(4)整个系统实现全自动控制和联锁控制，操作简单，易实现无人值守模式。

(5)互锁保护：存在前后动作逻辑关系的各应用单元间具有可靠的互锁关系，前后不能产生误动作，以免产生危险；无论自动或手动方式，各应用单元内部的前后动作顺序都有互锁；电机正反转、高低速在软硬件上都具有互锁关系。

(6)点火前先进行炉腔吹扫，置换系统内部的有机废气或者辅助燃气；在废气入口管道设置LEL浓度报警装置，在转轮及RTO系统内设置温度、压力检测系统，确保系统安全。

(7)配置火焰监控控制器，当母火没有点燃时，此系统报警，燃料无法进入燃烧机。

(8)设置压缩空气储罐，在系统异常时，可让三向切换阀定位，确保系统安全。

(9)压力变送器与警报系统联结，当压力过高或者过低时，报警动作，整个系统紧急停机，同时废气旁通。

(10)配置氮气装置，当转轮系统脱附入口温度高于设定值255℃，进行氮气降温。

(11)脱附风机与RTO炉之间设紧急关断风门以及旁通风门，当系统紧急停机时，自动关断，并将辐射热予以旁通，以防止RTO炉热回到转轮浓缩装置产生危险。

(12)所有设备均具备足够的抗电磁辐射能力、可靠的抗雷电干扰措施，以保证所有设备安全可靠运行。

(13)在RTO天然气供给区域设置天然气可燃气体探测器，当检测到天然气泄漏时，可燃气体探测器发出声光警报信号，并连锁控制天然气截止阀闭合。

(14)废气出口安装VOCs浓度在线监测装置，并在主进风口预留VOCs浓度在线检测装置安装接口。

VOCs治理系统工作原理

01两级沸石转轮浓缩工作原理

设计原理一级转轮2台（A1&B1）和二级转轮2台（A2&B2），一级转轮脱附风直接进入RTO系统，一级转轮吸附风再次进入二级转轮完成二次吸附（A1吸附风进A2，B1吸附风进B2），二级转轮吸附风直接排入排气筒，二级转轮脱附风引入一级转轮入口与原工艺废气混合，详见图1两级沸石转轮浓缩原理图。

下面以单级转轮浓缩为例，介绍沸石转轮浓缩的原理。沸石转轮浓缩装置可以分为吸附区（处理区）、脱附区（再生区）、冷却区，浓缩转轮在各个区内连续运转。

吸附区（处理区）：VOCs废气通过前置过滤器后，通过沸石转轮装置的吸附区，在吸附区被蜂窝状沸石吸附，净化后的气体（吸附风）从沸石转轮的吸附区排出。

脱附区（再生区）：沸石转轮吸附完成后旋转至脱附区，吸附于沸石转轮上的VOCs废气在脱附区经热风处理后被脱附、浓缩。浓缩后的风为脱附风。热源则来源于冷却区加温的空气和RTO的高温热旁通。

冷却区：沸石转轮脱附完成后旋转至冷却区，以常温空气使沸石冷却至常温后再旋转至吸附区。常温空气通过沸石后被加热，重新利用至脱附区使用。

02三槽式RTO工作原理

三槽式RTO装置设有3个蓄热槽、2个燃烧器、风机和风管通道等。经两级沸石转轮浓缩脱附后的高浓度工艺废气进入三槽式RTO系统，通过燃烧器的升温，升温到800℃以上，废气在高温条件下分解为CO2、H2O。分解过程中热量被蓄热槽贮存起来，用于预热新进入的废气。RTO运行过程可以分为以下3个阶段。

如图2所示，废气通过蓄热槽1被预加热，然后进入燃烧室燃烧，进行焚烧分解后的废气经过蓄热槽2排出，同时蓄热槽2被加热；蓄热槽3中残留未处理废气被吹扫风机抽取再次回到废气系统，蓄热槽3内的气体被燃烧室内洁净过的气体替代。

如图3所示，废气通过蓄热槽2被预热，然后进人燃烧室燃烧，进行焚烧分解后废气经过蓄热槽3排出，同时蓄热槽3被加热；蓄热槽1中残留未处理废气被吹扫风机抽取再次回到废气系统，蓄热槽1内的气体被燃烧室内洁净过的气体替代。

如图4所示，废气通过蓄热槽3被预热，然后进人燃烧室燃烧，进行焚烧分解后废气经过蓄热槽1排出，同时蓄热槽1被加热；蓄热槽2中残留未处理废气被吹扫风机抽取再次回到废气系统，蓄热槽2内的气体被燃烧室内洁净过的气体替代。

三槽式RTO装置按以上过程周期性运行。蓄热槽底部设有切换阀和风管通道，可以控制废气的进出方向，使蓄热槽进气、出气、吹扫交替进行。

RTO换向切换阀的控制流程和切换时间间隔由PLC控制，换向切换时间设置为1.5～2.0min。周期性的换向切换将使热量均匀分布在整个燃烧室内，因此燃烧室的温度保持基本恒定，达到废气分解温度，RTO在正常运行过程中，不需要外部热源，仅停机后再次开机时需天然气助燃。

RTO设置了高温热旁通，多余的热量用来供转轮脱附功能使用和进行热量回收再利用，大大降低了能耗。

效益分析

天润彩印排放的VOCs废气主要成分为乙醇、乙酸乙酯，占90%以上，在凹印生产线低浓度的底部排风占总排风量的30%左右，混合后浓度在1500mg/m3左右，通过两级转轮浓缩，将大部分低浓度气体实现脱附后直接排放，另一部分则通过浓缩进入RTO直接燃烧，实现自维持运行，不消耗天然气。

VOCs经过800℃高温后，主要成分转化为CO2和H2O，不再产生危险废物。RTO产生的高温，一部分用于转轮脱附，另一部分余热通过换热器进行热回收，直接对凹印生产线烘箱进行预热（改造为两层双烘箱结构），显著提高了经济效益和环境效益。

作者｜漯河天润彩印包装有限公司殷晓东

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