标签薄膜印刷烘干VOCs废气的处理及热能回用效益说明

标签薄膜印刷烘干 VOCs废气的处理及热能回用效益说明

张卫

广州同胜环保科技有限公司 广东广州 510230

摘要：根据《中国印刷业市场前瞻与投资战略规划分析报告》显示，全球印刷市场分为三大块:美国、欧洲和亚洲各占全球印刷市场的三分之一。中国印刷工业总产值在2006年已跃升至世界第三位。因此印刷产生的VOCs占比全国VOCs排放量较大的份额。本文针对薄膜印刷产生的VOCs的排放特点阐述VOCs有效净化技术及热能回收工艺。

关键字：印刷行业；标签薄膜印刷烘干VOCs排放特点；VOCs净化技术及热能回收工艺；

1、印刷行业VOCs的产污环节

一个完整的印刷过程分为三个阶段，即印前、印中、印后。印前是指印刷前期工作，一般指制版、排版等；印中是指印刷中期的工作，一般指通过印刷机印刷出成品的过程。印后是指印刷后期的工作，通常指印刷品的后加工，包括裁切、覆膜、复核、模切等，多用于宣传类和包装类印刷品。尽管平版、凸版、孔版印刷等不同工艺的具体工序、所用的设备、用途及原料不尽相同，但他们都是按照相同的基本程序在版基上印刷图像，排放的主要污染物均为VOCs。印刷过程各工艺环节VOCs产生和排放的情况如下表1：

表1 各印刷工艺过程VOCs排放情况说明表

印刷工艺过程	排放VOCs情况
原材料存放	油墨、溶剂等的存放过程会释放出VOCs
成像	显影剂、定色剂/定影剂的使用过程会释放VOCs
制版	使用显影剂可能会释放出溶剂乙醇
印刷	润版液的使用
	油墨的使用
	加热烘干
印后加工	覆膜过程中使用了甲苯、天那水等
	复合过程胶黏剂的使用会释放VOCs
	油性上光材料使用的稀释剂主要是甲苯
清洁过程	清洁印版上的油墨、胶黏剂等过程使用了有机溶剂
废弃物存放和处置过程	废弃油墨、弃置的容器的存放和处置过程会挥发出VOCs

2、印刷行业VOCs控制技术说明

（1）源头消减技术

①使用低VOCs含量的环保油墨。目前印刷生产过程大量使用的溶剂型油墨的VOCs组分占50%-60%，加上调整油墨年度所需的稀释剂，实际上在印刷品烘干过程中散发出来的VOCs组分可占到油墨组分的70-80%。因此，使用环保又弄已成为促进印刷绿色化，减少VOCs排放的主要措施。

②使用低VOCs含量的上光油、润版液、清洗剂和胶黏剂。开发并应用水性上光油、无醇或低醇润版液、清洁的油墨清洗剂、水性胶黏剂等已成为印刷行业降低VOCs排放的一种趋势。

（2）过程控制技术

①实施干燥装置优化控制。即通过优化干燥装置的工艺结构、温度实时控制、热风循环利用，完善辅助装置等方法减少VOCs废气的排放。

②使用固化工艺。即利用固化工艺替代或减少烘干装置的使用，从而达到减少VOCs废气的排放。

③工艺过程管理。即通过加强企业工艺过程管理，规范操作等减少VOCs废气的排放。例如：保持所有盛装含VOCs的原辅材料的容器完全密闭；对产生VOCs的设施进行密封；设置中盈供墨系统，降低油墨的损耗等等。

（3）末端治理技术

一般来说，根据标签薄膜凹版印刷VOCs排放特征、风量大、浓度变化大及成分复杂等特点，采用合适的末端控制工艺。以下将根据佛山某标签印刷厂废气实例对标签薄膜印刷烘干VOCs废气处理及热能回用效益说明

3、标签薄膜印刷VOCs成分及排放特征

由于不同标签凹版印刷企业生产工艺、管理水平、车间等通风方式、VOCs收集处理措施等存在差异，通常印刷车间总VOCs浓度为250-2500mg/m³不等。主要还是使用油性油墨，油墨所用的溶剂的主要成分为乙酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸正丙酯、乙醇、异丙醇等。

4、标签薄膜印刷废气处理及热能回收效益说明

（1）废气处理工艺

佛山某包装制品厂共5条生产线，每天工作时间24小时，每年300天。生产工艺温度为40到60度，每条线烘干的总风量为30000 m³/h，每条线为9~10色。生产线处于敞开式，收集效果较差，四处扩散形成无组织排放。另印刷机每个色加热最大功率为30KW，每条线加热最大功率为300KW。针对该包装印刷厂的实际情况，我们采用了以下处理方法及工艺。

①废气收集方法

对每条生产线进行单独围闭，形成负压车间，使得收集效率达到95%以上。每条生产线印刷制品烘干废气循环风量20000m3/h，外排风量10000m3/h，即为减风增浓。

图1单色烘箱废气循环示意图

②通过减风增浓后，废气通过蓄热式燃烧工艺进行处理后达标排放。

流程说明：印刷机的印刷废气首先经过内部循环，达到一定浓度后，再通过预处理，预处理后的废气再进入后续的RTO装置，把废气中的有机物分解成无害化的CO₂和H₂O后达标排放。当有机废气的浓度达到1000PPm以上时，分解有机物产生的热量可维持RTO装置的运行，不用另加热量。经过净化处理后排放尾气的热量可回用于生产，节约能源，减少运营成本。

③每条生产线最大排风量为10000m³/h，6条生产线共60000m³/h，分成3个废气处理系统。

图2 6条印刷线废气处理系统工艺总流程图

④将每套蓄热式燃烧设备排放尾气的热能通过换热器回用至生产线烘箱，节约烘干箱能耗。

图3 达标排放尾气热能回用烘箱工艺总流程图

（2）废气处理环境效益说明

①加强了车间收集效果，废气得到有效收集，改善了车间环境，保障了作业人员的身体健康。

②蓄热式燃烧设备RTO处理效率高达98%以上，废气得到有效处理。

（3）经济效益说明

①投资费用：约720万元

②废气净化系统运行费用

设备运行时间按照24h/d，一年300天，电费以1.0元/小时计

③热能回用系统运行费用

设备运行时间按照24h/d，一年300天，电费以1.0元/小时计算

④效益分析

印刷机废气循环经济价值：印刷机废气经过循环，印刷机电加热器少开60%时间（总装机功率为300kw，经估算正常使用为平均60kw/h），单条印刷机可节约电费259200元，则6条印刷机每年节约电费1555200元。

RTO尾气热量回用经济价值：60000m3/hRTO尾气可用热量最高约为336万千焦，换热器换热效率设计为0.6，折算成电功率为560KW，实际换热功率为448KW，换算成费用为30万元/每月，年经济价值最高为360万元。

4、结论及建议

（1）印刷及烘干高温高浓度VOCs废气的处理建议采用“燃烧”的工艺进行处理。目前较为成熟的技术路线为“减风增浓+RTO/RCO”。。

（2）将废气经蓄热式燃烧工艺处理后的排气热能进行回收，用做生产线的烘干热源，降低了原有生产线的热能消耗，真正做到了环境效益与经济效益并存。

参考资料

1. 杨莉娴，黄萍，赵建国等. 我国印刷业VOCs污染状况与控制对策 [J].包装工程，2012（3）:125-131

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