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包装印刷行业“减风节能”技术解析

       过去很长一段时间内,包装印刷厂家由于缺少有效的控制手段再加上存在一些认识的误区,为了保证干燥质量和生产安全,在干燥过程中,烘箱的排风量都非常大,这就造成了巨大的能源消耗,同时也后为期废气的治理带来巨大的难度。现在随着市场竞争的日益激烈,国家环保政策越来越严,包装印刷厂家也纷纷认识到减风的重要性,各种减风节能技术也不断涌现。本文将就目前包装印刷行业主流的减风节能技术做一个较为深入的解析。



“减风”的重要性


       1. 大幅度降低能耗。传统的印刷机对外排风带走的热量是其加热能耗的80%左右,将排风量减少一半,就可以降低40%的加热能耗。


       2. 大幅度减少废气处理设备的投入。常见的废气处理设备如:RTO、RCO、CO等,若处理风量减少一半,废气处理设备的投入一般可以降低30%以上。


       3. 降低废气处理设备的运行费用。在VOCs总量不变的情况下,降低风量就就实现了VOCs“增浓”的效果,风量减少一半浓度增加一倍。“增浓”对于采用焚烧类的废气治理方案,可以大幅度降低废气处理设备的运行费用,以RTO为例,一般情况废气的VOCs浓度达到2g/m3,RTO的运行就可以不必补充燃料,VOCs浓度达到4g/m3,回收的余热基本就可以满足印刷工艺中的加热需求了。



减风节能的技术要点


       1.“减风”减少是实际对外的排风量,而不是减少干燥风量,如果减少干燥风量,将会影响干燥质量(溶剂残留增加)和干燥速度(印刷速度降低)。


       2.“减风”的前提是要保证生产安全。减少风量的同时会带来“增浓”的效果,但必须保证“增浓”后的气体VOCs浓度小于其爆炸下限25%,所以减风技术必须有相应的安全保证措施。


       3. 选择减风方案要评估减风后烘箱泄漏的溶剂量的变化。“减风”会导致烘箱内溶剂浓度升高,而烘箱一般难以做到完全密封,那么实施减风后,在烘箱泄漏量相同的情况下,从烘箱内泄漏出的溶剂量会增加。



主流减风节能技术解析


       目前包装印刷行业主流的减风节能技术有很多,但是都可以归到三种基本模式:串联式减风、并列式减风、平衡式减风,其他的都是这三种的变种或组合。



串联式减风


       如下图所示,从左至右,新风加热后被送入第一段烘箱,干燥后带着挥发出的溶剂进入第二段烘箱,然后又依次进入第三、第四段烘箱,直至通过排风风机排出,此过程中干燥气体的溶剂浓度,从第一段烘箱到第四段烘箱依次增高。


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该技术有以下特点:


       ① 干燥气体的溶剂浓度依次递增,最后一段烘箱内干燥气体的溶剂浓度最高,因此可通过控制新风的进入量和在最后一段烘箱安装浓度监测装置,来保证生产安全。


       ② 对烘箱密闭性要求较高,且在实际应用中串联的烘箱数量不宜过多。主要原因就是为减少烘箱内的气体漏出,一般烘箱都需要调节成处于微负压状态,这样烘箱周边的气体就被吸入一些进入烘箱,最终导致整个串联管路上的风量会依次增大,烘箱的密闭性越差、串联的数量越多,过程中增加的风量就越大,而干燥风量过大可能会影响套印精度。


       ③ 无法根据印刷版面的特点为每段烘箱选择不同的干燥风量,低版面比例的印刷工序和满版印刷工序的干燥风量相同。


       ④ 当某几个色组不工作时(如:8色印刷机生产5色产品时),不工作色组的烘箱仍然有气流通过,这无疑会增加不必要的泄漏和热量损失。



并列式减风


       如下图所示,每个烘箱的送排风管路相对独立,每个烘箱都设置有新风补入机构,干燥后的气体有一部分(这部分称为回风)与新风混合后进入本段烘箱用于干燥,这样在保证干燥风量的同时减少了排风量。


       其实很多印刷机的干燥系统都设有并列式减风的机构,但一般都是手动机构,由于缺乏有效的调节手段和安全保证措施,绝大部分都形同虚设。目前并列式减风中相对可靠的一种调节手段就是“LEL(爆炸下限)自动调节控制”,其原理是在每个烘箱的排风管路上,配置一个LEL检测器,根据检测器反馈回的LEL值调节烘箱新风和回风的比例,在保证安全的前提下,尽可能减少新风量。


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该技术的特点有(以“LEL自动调节控制”为例):


       ① 各烘箱相互独立,相互干扰小,可以根据印刷版面特点选择不同的干燥风量和干燥温度。


       ② 采用并列式,每个烘箱的溶剂浓度相同,对比串联式,在减风效果相同的情况下,并列式每个烘箱的溶剂浓度都达到串联式的最高浓度,相对应的在烘箱泄漏状况相同时,并列式对外泄漏的溶剂量要显著大于串联式,请参考图四。


       ③ 采用“LEL自动调节控制”,必须在每个烘箱的排风管路上配置一个LEL检测器,LEL检测器价格不菲,进口的LEL检测器价格大概1.5万元一套,一台8色印刷机仅这项就要10多万,其使用寿命大概3~5年,因此后期的维护费用也不低。


       目前市场上采用并列式减风方案(包括并列式的变种方案)的产品很多,在选择时,要重点关注减风的基本原理和安全保障措施,尤其是安全方面,很多产品为了降低成本,并没有给每个烘箱配置LEL检测器,或者配置一些低廉的检测器,这些产品都存在着较大安全隐患。



平衡式减风


       如下图所示,平衡式减风也称串并联减风,其技术特征是将各个烘箱的进排风管路都连接到同一个排风总管上,每个烘箱可以保持相对独立,可以有不同的干燥风量、干燥温度,同时烘箱的排风可以全部或者部分进入相邻的下一个烘箱内,各烘箱内干燥气体的溶剂浓度依次递增,这点与串联式相同。


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该技术的特点:


       ① 安全容易保证。如上图所示,从左至右各烘箱内干燥气体的溶剂浓度依次递增,最后一段烘箱内干燥气体的溶剂浓度最高,因此可通过控制新风的进入量和在最后一段烘箱安装浓度监测装置,控制不超过25%LEL,来保证生产安全。


       ② 相对串联式,各烘箱相互独立,相互干扰小,可以根据印刷版面特点选择不同的干燥风量和干燥温度。


       ③ 相对于采用“LEL自动调节控制”的并列式减风技术,一台设备只需要1个LEL检测器,这方面的成本大幅度降低。


       ④ 采用平衡式,新风是集中进入烘箱,且新风量是由溶剂挥发总量决定的,因此溶剂挥发总量设定一个安全的新风量(溶剂挥发总量可以通过经验、数据统计等确定一个较准确的值),可以有效避免因LEL检测器故障导致的安全风险。


       ⑤ 平衡式送排风设备对系统的设计要求较高,尤其是在其内部的风压平衡机构及控制精度方面。



烘箱泄漏的溶剂量对比


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       以八色印刷机为例,第八色为满版,假定三种模式减风效果相当,烘箱泄漏状况相同。从上图可以看出八个烘箱泄漏的溶剂总量,串联式和平衡式相当,而并列式的则是其两倍以上。


       综合对比这三种减风技术,平衡式减风技术综合了串联式减风和并列式减风的优点,同时又在一定程度上避免这两种减风方式的缺点,优势非常明显,推荐作为首选的减风节能方案。


       现平衡式减风技术已是国内某公司的专利技术,该公司在此基础上成功推出一种全新的热风设备—ESO,可用于直接替换现有印刷机、复合机的送排风系统,已得到行业的广泛认可。以郑州某印刷企业实际运行数据情况来看:


① 减风增浓实际效果

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据上表显示,配套ESO设备后风量降低67.8%,废气浓度提升了400%。


② 节能效果

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据上表显示,配套ESO设备后节能率可达到74.3%,节能效果较为显著。



文章来源:VOCs管理与技术交流驿站