印刷行業節能減排增效的循環增濃熱處理設備及其實用效果分析

林勤鑫，楊奕群

（廣東和炫環保智能科技有限公司，廣東 汕頭 515022）

對于印刷行業而言，在生產過程中節電節氣、減少能源使用、提升能效、減少揮發性有機物（VOCs）排放越來越重要。

烘箱作為印刷機的重要結構，也是主要耗能單元，其作用是在數秒時間內通過熱風完成對印制品的烘干工作。影響油墨干燥效果的因素主要是熱量的傳遞和吸收效果、承印物表面負壓大小[1]。因此，熱風的溫度、風速、風量、干燥程度等都對最終成品質量有直接影響。通過增加烘箱熱風的循環利用率、提高VOCs 排放濃度、減少VOCs 排放量，可整體降低企業能耗，達到節能效果。

1 循環增濃熱處理設備（RST）介紹

RST 是針對印刷行業烘箱的減風增濃設備。該設備分為單色組和雙色組，單色組設備以一套RST 與印刷機的單個色組烘箱相連（見圖1），雙色組設備以一套RST 與印刷機的兩個相鄰色組烘箱相連（見圖2）。設備內部管道設有氣動閥門，可進行隔離切斷，通過點對點的實時VOCs 濃度檢測，氣動閥門進行自動切換，濃度達到設定值時排風風機運行，VOCs 排放至終端的廢氣處理設備，濃度達不到時排風風機不運行，VOCs 在循環風機的作用下在兩個色組烘箱內不斷進行循環。在保持烘箱內部循環風量和風壓等不變的前提下，實現廢氣濃縮、排放總量減少、整體能耗降低的效果。同時，設備內的換熱裝置以熱水或導熱油作為介質，將廢氣轉換成熱風供應生產。熱水或導熱油的熱能來自末端VOCs 處理設備——物理催化及直接燃燒設備的余熱回收，可更好實現節能效果。

圖1 單色組RST 流程示意圖

圖2 雙色組RST 流程示意圖

2 能效對比

以一臺定速220m/min 的十色印刷機為例，根據生產工藝需要，烘箱內部的熱風溫度為55℃—80℃。

一臺十色印刷機需配備五臺雙色組RST，每臺設備包含三臺2.2kW 的風機，其中兩臺為循環風機，一臺為排風風機，排風風機帶變頻控制，只有檢測的VOCs 濃度達到設定值時，風機才會啟動運行，將增濃后的VOCs 排出，送至廢氣處理設備進行處理。因此，每臺RST 的實際運行功率約為5.5kW/h，5 臺RST 共耗電27.5kW/h。增濃后VOCs 的排放量為4000—7000m3/h。該設備內部設置有溫度傳感器和壓力傳感器，能很好地保持熱風的溫度和風速的穩定性，產品的VOCs 殘留控制在2.5mg/m2以下，印刷機運行速度可達180—210m/min。如印刷機結構和系統升級，在十色滿版的情況下，最高生產速度可達到250m/min，在非滿版的情況下（4—5 色），最高生產速度可達到300m/min。

行業內常見的印刷機烘箱熱風來源主要有以下兩種：

（1）使用電加熱的方式，印刷機運行速度為200m/min，則每個色組烘箱需配備一套27kW 的電加熱系統，一臺十色印刷機總耗電量為270kW。該方式沒有減排功能，VOCs 排放量與印刷機設計排放量一致，約為40 000m3/h。該方式控制邏輯簡單、操作方便，但有漏電風險，而且一旦限電會對生產產生巨大影響。

（2）使用蒸汽供熱，印刷機運行速度為200m/min，每個色組烘箱風量約為4000m3/h，以將常溫30℃的空氣加熱到60℃計算，1m3空氣升溫1℃約需熱量0.24kcal，10 個烘箱熱風升溫則需熱量288 000kcal，1t 蒸汽熱量約為600 000kcal，則每小時需消耗蒸汽0.48t。該方式沒有減排功能，VOCs 排放量與印刷機設計排放量一致，約為40 000m3/h。該方式的溫度穩定性和均勻性比電加熱方式好，但需直接購買蒸汽，如果蒸汽供應方供汽不穩定會對生產產生較大影響；如果工廠自建鍋爐，前期建設投入費用大，而且鍋爐屬壓力容器，運維成本較高。

以電費0.6 元/kW、蒸汽320 元/t 計算，一臺十色印刷機三種方式的耗能、成本及排放量對比見表1。

表1 三種方式的耗能、成本及排放量對比

由表1 可知，采用RST 每小時的能耗成本及VOCs 排放量都大大降低，有利于企業實現節能降耗，提高經濟效益。

3 應用實例

廣東某印刷廠擁有兩臺9 色印刷機、一臺十色印刷機和兩臺復合機，該廠原來采用紫外線（UV）光解+沸石轉輪+熱風爐的工藝處理VOCs。其中，UV光解設備用于處理車間無組織排放的VOCs，“沸石轉輪+熱風爐”工藝用于處理機臺產生的VOCs。生產設備烘箱的熱風由熱風爐供應，整套方案實際的耗能如下：

（1）該廠配備處理量為30 000m3/h 的UV 光解設備處理車間無組織排放的VOCs，該設備功率為18kW，三臺印刷機共用一臺30kW 的排氣風機將印刷車間的無組織VOCs 送往UV 設備，兩臺復合機分別用一臺15kW 的風機將復合車間的無組織VOCs 送往UV 設備，排風風機功率合計為60kW，加上UV設備自身功率，所耗功率共計78kW。

（2）機臺烘箱排風所耗功率見表2。

表2 機臺烘箱排風所耗功率

（3）沸石轉輪所耗功率見表3。

表3 沸石轉輪所耗功率

（4）熱風爐每小時消耗天然氣約29m3，熱風爐產生的熱風直接送至印刷設備烘箱，由于管損，送至烘箱的熱風溫度及風速穩定性相對較差，膜易產生漂移，產品VOCs 殘留較大，為確保產品質量，印刷機運行速度只能控制在130—150m/min，限制了生產設備的產能。不過，該方法可回收一部分VOCs 作為燃料送到熱風爐進行燃燒，實際排放VOCs 約為25 000m3/h，在一定程度上減少了排放量，但無法對全部VOCs 進行有效處理。

采用該方案，印刷廠每小時用電324kW、消耗天然氣29m3，以電費0.6 元/kW、天然氣費6.1 元/m3計算，合計每小時成本為371.3 元。該印刷廠總排放風量為130 000m3/h（UV 設備排放風量為30 000m3/h、熱風爐排放風量為100 000m3/h），VOCs 排放濃度為655mg/m3，無法達到當地VOCs 排放標準。

為滿足排放標準，該印刷廠改用“沸石轉輪+RST+物理催化”及直接燃燒一體化工藝處理VOCs。其中，沸石轉輪用于處理車間無組織排放的VOCs，車間5 臺生產設備則用RST 對烘箱進行減風增濃，排出的VOCs 及沸石轉輪脫附后的濃縮VOCs被送往物理催化及直接燃燒設備進行處理，整套方案設備消耗功率見表4、表5、表6。

表4 RST 所耗功率

表5 整套方案沸石轉輪所耗功率

表6 物理催化及直接燃燒設備所耗功率

物理催化及直接燃燒設備的吸附風機和出口風機均帶變頻控制，可根據排放廢氣風量和濃度進行調整，當廢氣濃度達到自燃標準時，不需額外消耗能源就可維持爐內溫度，該設備實際耗能約為電能130kW/h、天然氣13m3/h。

新方案合計每小時用電297.8kW、消耗天然氣13m3，折合每小時成本約為258 元。該印刷廠總排放風量約為53 000m3/h（沸石排放風量為30 000m3/h、物理催化及直接燃燒設備排放風量為23 000m3/h）。該方案處理前VOCs 濃度為1360mg/m3，處理后VOCs濃度為48mg/m3，達到當地排放標準。

4 經濟效益

通過上述兩套方案的對比可知，新方案每小時節省用電26.2kW、節省天然氣16m3，每小時可節省費用113.3 元。以年運行300 天，每天運行24 小時計算，一年可節省費用815 760 元。

另外，采用RST 對機臺VOCs 進行濃縮后，實際VOCs 排放量大大減少，配套的風機功率大幅降低，風機消耗的電能也隨之降低，有效降低了后端的廢氣處理量，在節省能耗的同時降低了企業在末端VOCs治理設備上的投入成本。

5 結語

在“雙碳”目標下，印刷企業對減輕環境壓力、降低能源消耗承擔著巨大的社會責任。因此，發展低碳印刷勢在必行。RST 可幫助印刷企業在生產過程中進一步節約能源，在減少VOCs 排放的同時可有效節能降耗。