印刷行业节能减排增效的循环增浓热处理设备及其实用效果分析

林勤鑫，杨奕群

（广东和炫环保智能科技有限公司，广东 汕头 515022）

对于印刷行业而言，在生产过程中节电节气、减少能源使用、提升能效、减少挥发性有机物（VOCs）排放越来越重要。

烘箱作为印刷机的重要结构，也是主要耗能单元，其作用是在数秒时间内通过热风完成对印制品的烘干工作。影响油墨干燥效果的因素主要是热量的传递和吸收效果、承印物表面负压大小[1]。因此，热风的温度、风速、风量、干燥程度等都对最终成品质量有直接影响。通过增加烘箱热风的循环利用率、提高VOCs 排放浓度、减少VOCs 排放量，可整体降低企业能耗，达到节能效果。

1 循环增浓热处理设备（RST）介绍

RST 是针对印刷行业烘箱的减风增浓设备。该设备分为单色组和双色组，单色组设备以一套RST 与印刷机的单个色组烘箱相连（见图1），双色组设备以一套RST 与印刷机的两个相邻色组烘箱相连（见图2）。设备内部管道设有气动阀门，可进行隔离切断，通过点对点的实时VOCs 浓度检测，气动阀门进行自动切换，浓度达到设定值时排风风机运行，VOCs 排放至终端的废气处理设备，浓度达不到时排风风机不运行，VOCs 在循环风机的作用下在两个色组烘箱内不断进行循环。在保持烘箱内部循环风量和风压等不变的前提下，实现废气浓缩、排放总量减少、整体能耗降低的效果。同时，设备内的换热装置以热水或导热油作为介质，将废气转换成热风供应生产。热水或导热油的热能来自末端VOCs 处理设备——物理催化及直接燃烧设备的余热回收，可更好实现节能效果。

图1 单色组RST 流程示意图

图2 双色组RST 流程示意图

2 能效对比

以一台定速220m/min 的十色印刷机为例，根据生产工艺需要，烘箱内部的热风温度为55℃—80℃。

一台十色印刷机需配备五台双色组RST，每台设备包含三台2.2kW 的风机，其中两台为循环风机，一台为排风风机，排风风机带变频控制，只有检测的VOCs 浓度达到设定值时，风机才会启动运行，将增浓后的VOCs 排出，送至废气处理设备进行处理。因此，每台RST 的实际运行功率约为5.5kW/h，5 台RST 共耗电27.5kW/h。增浓后VOCs 的排放量为4000—7000m3/h。该设备内部设置有温度传感器和压力传感器，能很好地保持热风的温度和风速的稳定性，产品的VOCs 残留控制在2.5mg/m2以下，印刷机运行速度可达180—210m/min。如印刷机结构和系统升级，在十色满版的情况下，最高生产速度可达到250m/min，在非满版的情况下（4—5 色），最高生产速度可达到300m/min。

行业内常见的印刷机烘箱热风来源主要有以下两种：

（1）使用电加热的方式，印刷机运行速度为200m/min，则每个色组烘箱需配备一套27kW 的电加热系统，一台十色印刷机总耗电量为270kW。该方式没有减排功能，VOCs 排放量与印刷机设计排放量一致，约为40 000m3/h。该方式控制逻辑简单、操作方便，但有漏电风险，而且一旦限电会对生产产生巨大影响。

（2）使用蒸汽供热，印刷机运行速度为200m/min，每个色组烘箱风量约为4000m3/h，以将常温30℃的空气加热到60℃计算，1m3空气升温1℃约需热量0.24kcal，10 个烘箱热风升温则需热量288 000kcal，1t 蒸汽热量约为600 000kcal，则每小时需消耗蒸汽0.48t。该方式没有减排功能，VOCs 排放量与印刷机设计排放量一致，约为40 000m3/h。该方式的温度稳定性和均匀性比电加热方式好，但需直接购买蒸汽，如果蒸汽供应方供汽不稳定会对生产产生较大影响；如果工厂自建锅炉，前期建设投入费用大，而且锅炉属压力容器，运维成本较高。

以电费0.6 元/kW、蒸汽320 元/t 计算，一台十色印刷机三种方式的耗能、成本及排放量对比见表1。

表1 三种方式的耗能、成本及排放量对比

由表1 可知，采用RST 每小时的能耗成本及VOCs 排放量都大大降低，有利于企业实现节能降耗，提高经济效益。

3 应用实例

广东某印刷厂拥有两台9 色印刷机、一台十色印刷机和两台复合机，该厂原来采用紫外线（UV）光解+沸石转轮+热风炉的工艺处理VOCs。其中，UV光解设备用于处理车间无组织排放的VOCs，“沸石转轮+热风炉”工艺用于处理机台产生的VOCs。生产设备烘箱的热风由热风炉供应，整套方案实际的耗能如下：

（1）该厂配备处理量为30 000m3/h 的UV 光解设备处理车间无组织排放的VOCs，该设备功率为18kW，三台印刷机共用一台30kW 的排气风机将印刷车间的无组织VOCs 送往UV 设备，两台复合机分别用一台15kW 的风机将复合车间的无组织VOCs 送往UV 设备，排风风机功率合计为60kW，加上UV设备自身功率，所耗功率共计78kW。

（2）机台烘箱排风所耗功率见表2。

表2 机台烘箱排风所耗功率

（3）沸石转轮所耗功率见表3。

表3 沸石转轮所耗功率

（4）热风炉每小时消耗天然气约29m3，热风炉产生的热风直接送至印刷设备烘箱，由于管损，送至烘箱的热风温度及风速稳定性相对较差，膜易产生漂移，产品VOCs 残留较大，为确保产品质量，印刷机运行速度只能控制在130—150m/min，限制了生产设备的产能。不过，该方法可回收一部分VOCs 作为燃料送到热风炉进行燃烧，实际排放VOCs 约为25 000m3/h，在一定程度上减少了排放量，但无法对全部VOCs 进行有效处理。

采用该方案，印刷厂每小时用电324kW、消耗天然气29m3，以电费0.6 元/kW、天然气费6.1 元/m3计算，合计每小时成本为371.3 元。该印刷厂总排放风量为130 000m3/h（UV 设备排放风量为30 000m3/h、热风炉排放风量为100 000m3/h），VOCs 排放浓度为655mg/m3，无法达到当地VOCs 排放标准。

为满足排放标准，该印刷厂改用“沸石转轮+RST+物理催化”及直接燃烧一体化工艺处理VOCs。其中，沸石转轮用于处理车间无组织排放的VOCs，车间5 台生产设备则用RST 对烘箱进行减风增浓，排出的VOCs 及沸石转轮脱附后的浓缩VOCs被送往物理催化及直接燃烧设备进行处理，整套方案设备消耗功率见表4、表5、表6。

表4 RST 所耗功率

表5 整套方案沸石转轮所耗功率

表6 物理催化及直接燃烧设备所耗功率

物理催化及直接燃烧设备的吸附风机和出口风机均带变频控制，可根据排放废气风量和浓度进行调整，当废气浓度达到自燃标准时，不需额外消耗能源就可维持炉内温度，该设备实际耗能约为电能130kW/h、天然气13m3/h。

新方案合计每小时用电297.8kW、消耗天然气13m3，折合每小时成本约为258 元。该印刷厂总排放风量约为53 000m3/h（沸石排放风量为30 000m3/h、物理催化及直接燃烧设备排放风量为23 000m3/h）。该方案处理前VOCs 浓度为1360mg/m3，处理后VOCs浓度为48mg/m3，达到当地排放标准。

4 经济效益

通过上述两套方案的对比可知，新方案每小时节省用电26.2kW、节省天然气16m3，每小时可节省费用113.3 元。以年运行300 天，每天运行24 小时计算，一年可节省费用815 760 元。

另外，采用RST 对机台VOCs 进行浓缩后，实际VOCs 排放量大大减少，配套的风机功率大幅降低，风机消耗的电能也随之降低，有效降低了后端的废气处理量，在节省能耗的同时降低了企业在末端VOCs治理设备上的投入成本。

5 结语

在“双碳”目标下，印刷企业对减轻环境压力、降低能源消耗承担着巨大的社会责任。因此，发展低碳印刷势在必行。RST 可帮助印刷企业在生产过程中进一步节约能源，在减少VOCs 排放的同时可有效节能降耗。