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烘箱減風優化推進凹印環?;挠欣?/h1>
2017-03-01 14:24吳貫華
印刷技術·數字印藝 2017年1期
關鍵詞:烘箱排風熱風

吳貫華

目前,在環保壓力下,困擾凹印企業的最大問題是如何有效治理凹印機產生的巨大數量的有機廢氣。各種相關末端治理技術都在大力推進,市場上的解決方案紛繁復雜,但大家莫衷一是。對此,筆者結合多年的實踐經驗,曾在《印刷技術》雜志2016年第20期發表了關于凹印有機廢氣末端治理的綜述,本文作為延伸,單純就烘箱這一細節詳細展開。

本文重點討論凹印機烘箱廢氣排放特點及其減風優化方法,旨在通過各種技術措施來減少烘箱排放廢氣的總量,同時增大排放廢氣的濃度。主要措施是將烘箱的熱風循環回用,將原來烘箱直接排放的廢氣,改為由傳感器快速、實時檢測廢氣的濃度,并把可以安全回用的熱風部分再次循環使用,以達到節能降耗的目的,同時減風、增濃又為廢氣治理打下良好基礎。

但對于烘箱的減風優化,我國凹印行業還沒有引起足夠重視,更沒有達成共識并采取行動,目前只有少數供應商開始著手全局統籌整合,如廣州環葆嘉的ESO技術、熱泵將熱風回用并量化進排風數據、少數凹印企業開始上LEL自動控制系統實現熱風回用等。筆者認為,基于環保壓力,烘箱減風優化已經迫在眉睫,需要凹印企業充分重視,立即開始行動,其重要性甚至大于末端治理。在此,筆者根據實踐,就烘箱減風優化的相關細節提出一些建議,供行業人士探討。

烘箱廢氣排放特點

一般,一臺凹印機如果不含墨槽下地面抽風,生產典型產品時,烘箱廢氣的基本排放情況為:主排風廢氣風量為20000~50000m3/h,主排風廢氣溶劑排放量為20~80kg/ h,主排風廢氣濃度為0.5~2.0g/ m3。而如果考慮抽取印刷單元墨槽下方的廢氣下沉底排風的量,一臺10色凹印機的底排風廢氣風量為10000~20000m3/h,底排風廢氣濃度為0.3~1.0g/m3。墨槽密封圍護做得好的,如歐美進口凹印機,以上所述的廢氣排放量會小些。但我國大量使用的是日本進口或者國產凹印機,以上數值一般會偏大,如果兩種廢氣以及通風廢氣合并外排,將造成廢氣濃度更低,末端更難治理。

烘箱設計存在的問題

現有凹印機烘箱設計普遍存在問題,造成風量和熱量浪費巨大,是目前廢氣治理的最大阻礙,其不合理之處主要有以下幾方面。

1.生產速度和烘干配置不匹配

凹印機烘箱設計時都是按照最大速度來配置烘干風量和熱量,但實際生產中凹印機極少開到最大速度,生產速度和烘干配置不匹配,低速也用大風量,造成風量和熱量的巨大浪費。

2.版面墨量和烘干配置不匹配

凹印機烘箱設計時都是按照滿版印刷來配置烘干風量和熱量,但實際生產中,一般凹印產品滿版印刷單元為1~2個,很多極少上墨的版面也用滿版的風量和熱量去烘干,版面墨量和烘干配置不匹配,造成風量和熱量的巨大浪費。

3.幅寬和烘箱配置不匹配

凹印機烘箱設計時都是按照最大幅寬來配置烘干風量和熱量,但實際生產中,普遍存在寬幅凹印機生產窄幅產品的情況,目前凹印機烘箱熱風風刀還不能調整寬度,造成幅寬和烘箱配置不匹配。但如果有多臺凹印機,可以合理安排寬窄幅產品的生產。

4.版面分布與烘箱配置不匹配

目前凹印產品每個版面都是個性的、固定的,但烘干系統并不能根據上墨位置和上墨量去匹配合適的風量和熱量,對此凹印行業還沒有可行的解決辦法,但未來UV油墨采用LED獨立燈珠光源固化時,以上問題就能迎刃而解。

一般烘箱設計者只考慮產品的烘干質量,對烘干系統本身的質量考慮很少,所以即便產生很大的浪費也很難察覺。烘干應該是將環保、能耗、產品質量三者統籌,做到最佳匹配,以實現智能、環保、安全烘干。還要考慮一些其他相關因素,比如在同等烘干風量和熱量下,選擇品質好、釋放性好的油墨和溶劑,也能有效減少廢氣排放。

烘箱減風優化措施

1.減風

針對上述烘箱不合理情況,建議凹印企業根據自身工廠的具體情況,落實烘箱減風優化措施,即熱風回用。關于這一點,筆者會在本文的“烘箱減風方法”部分詳細闡述。

2.加強烘箱的密封

(1)將進出風口最小化,比如調小間隙或考慮氣封進出風口,減少無組織新風。

(2)烘箱進出料口處,最下、最上熱風刀應為斜內口,避免高速熱風外溢。

(3)盡量減少壓印后進烘箱前裸露的濕墨膜長度。

(4)充分保障烘箱關閉后各處密封,檢查并更換老化的密封膠條。

(5)檢查各個烘箱和熱風系統的連接斜口密封或軟接,確保無泄露。

(6)將導輥軸和烘箱之間的間隙最小化,靜止半軸導輥并檢查密封,在通軸導輥處,建議使用磁貼以減少間隙(如圖1所示)。

3.減少裸露的油墨面積

改進印刷單元墨槽的密封圍護,最大程度地減少裸露的油墨面積,可減少無組織廢氣排放、降低溶劑使用量、改善車間環境、穩定產品質量(根據實際經驗,速度為167米/分的10色凹印機,墨槽加蓋后能減少約10kg/h的溶劑揮發量)。目前已能做到在壓輥前后各裸露5cm的版面,其他全部遮蓋。

然而目前對于加裝墨槽蓋板(如圖2所示),很多凹印企業認識不足、配合不夠,不愿嘗試,以不利于操作、增加管理和清洗難度等理由予以抵觸。但環保壓力當前,需要凹印企業各部門盡最大程度配合,才能保障企業的市場地位。

4.關閉非工作印刷單元的風門

如果非工作印刷單元的風門不關閉,主風機就會把車間的清潔氣體抽出并排放,增大廢氣量和風機電耗,稀釋廢氣濃度,增加廢氣處理難度。

5.減少或取消地面排放

如果印刷車間氣流組織好,印刷單元墨槽密封圍護好,在保證無異味的情況下,地面排風量可減少一半,同時可以將地面排風作為新風再送回烘箱熱風單元的進風口。

6.加強能源管理

許多凹印企業做不到停產停風,甚至存在員工用餐時主風機、加熱都不停機的情況,造成極大的能源浪費,同時也加大了廢氣處理能耗。建議有條件的凹印企業加強能源管理,建立能源考核制度,量化能耗,將產量和能耗掛鉤。

7.改進主風機

許多凹印企業普遍存在這樣一種不合理現象,如10色凹印機,不管是單色還是10色印刷,主風機一般都會開到最大。為降低能耗,應將主風機改為手動或者自動風壓變頻控制,實現按需抽風。

8.定期維護整個風管系統

為避免風管發生破損、泄露、堵塞等情況,凹印企業應定期測試風管系統的漏風量。

9.改進印刷車間的密封和圍護

綜合考慮暖通、底排、烘箱進排風,組織和配置最合理氣流。

10.其他相關系統優化

(1)做好整個熱風系統和烘箱的保溫,有條件的凹印企業可以采用紅外成像儀器分析熱風系統的熱量散失點(如圖3所示),并重點改進熱風系統的保溫效果。

(2)定期清潔烘箱和內部風道,以免造成烘箱內部發生臟堵(如圖4所示)。

(3)有些凹印企業的凹印蒸汽管線、蒸汽換熱器都不保溫,造成能源浪費、車間環境惡化、產品質量存在隱患、空調負載增大等情況。

(4)凹印企業有條件時一定要統籌考慮工廠布局、車間布局和設備布局等與廢氣排放相關的因素。

烘箱減風方法

(1)一般凹印單元都設計有手動熱風回用,可以直接啟用,也可后期加裝手動(能回用50%~80%的熱風)。如果不是滿版凹印單元,在150米/分的常規速度下,建議全部熱風回用開到最大。

(2)一般凹印單元的自動熱風回用,可選擇并加裝適當的LEL自動控制系統,根據設定的安全廢氣濃度實現自動熱風回用,這是目前最成熟和合理的控制技術,能基本解決烘箱的問題。但目前國內配備有LEL自動控制系統并正常使用的凹印機很少(在國外,LEL一般是凹印機的標配),LEL自動控制系統選擇的難度主要在于探頭選擇、安全濃度、誤報警、溶劑殘留、異味控制等,目前一些國內大型凹印企業開始加裝LEL,反饋不錯。而且一些國內外印刷設備制造商和LEL集成商、熱泵生產商都開始著手研究并提供烘箱LEL改造服務。

(3)目前一些凹印企業從低成本的角度考慮,只在總排風口安裝一組LEL自動控制系統,將主排風回用到總進風,也可以實現熱風回用。但該法不適用于沒有配置有組織總進風新風口的凹印機。

(4)凹印單元熱泵+手動或自動熱風回用。目前熱泵基本配備了最大效率為50%的熱風回用,但一般都是手動,如果要求自動或熱風回用量更多,需要熱泵生產商改進熱泵設計。

(5)近年來,越來越多的減風、增濃技術不斷涌現,如國內有些凹印企業將烘箱各單元串聯使用,日本也出現了將烘箱上下部分串聯使用,廣州環葆嘉的ESO整體熱風統籌等,這些技術的效果究竟如何,還需行業人士的嘗試和確認。

總之,技術不同,投資、減風效果、節能、VOCs治理配套設置等都不同,凹印企業需要結合實際生產特點進行選擇。

烘箱減風的關鍵

1.安全

減風后廢氣濃度大幅增加,安全風險和防爆要求必須更加嚴格。

2.減風后廢氣最小極限

凹印單元減風后的最小風量,不能小于基于安全LEL限制的最小安全風量與烘箱維持負壓的最小無組織新風風量之和,一般烘箱維持負壓需要1000m3/h的新風風量,LEL安全風量大小取決于滿版上墨量和生產速度。

3.減風后廢氣濃度

減風后廢氣濃度建議控制在3~5g/m3,末端配置RTO非常合適。如果濃度再增加,如達到10g/m3以上,可以考慮余熱回用。但是基于凹印生產的不連續性、安全防爆成本、余熱系統的投資和維護以及凹印訂單結構、生產訂單量有很大不確定性等因素,筆者建議凹印企業謹慎考慮余熱回用。

4.減風后產品的溶劑殘留

由于廢氣循環后,烘干熱風內的溶劑濃度相比新風大幅增加,凹印企業需要格外關注產品的溶劑殘留和異味,從理論和目前國內外實踐來看,遠遠沒有達到飽和濃度的熱風并不利于油墨烘干。提及產品異味問題,建議凹印企業將凹印烘干和異味烘干分開控制。

5.減風后烘箱性能

需要特別說明的是,減風后,只是烘箱總新風量和總排放廢氣量大幅減少,烘箱內部循環的風壓、風量、溫度等都保持不變(只是熱風濃度增加),所以烘箱的烘干性能不變,而且印刷過程中的張力、套印等參數也都保持不變。

6.減風極限

減風極限下或總排放風量很小時,因主風機降頻有限,會造成主風道負壓過大?;诎踩紤],應在主風道的末端增加負壓旁通。

其他注意的事項

(1)烘箱減風方案要結合末端治理設施進行考慮。

(2)以上工作需要凹印設備供應商、熱風配套供應商、凹印企業等各方協調努力。

(3)凹印設備供應商有責任根據現有情況,對凹印機烘箱系統進行優化,重新設計烘箱和熱風系統。

(4)凹印企業要結合產品設計、幅寬等選用凹印機,產品設計盡量減少專色版,以減少上墨量,尤其注意控制占到用墨量一半的白墨,同時還要努力說服客戶注重包裝功能,采用精簡包裝,著眼長遠,一同推進環保事業。

(5)食品包裝凹印產品溶劑殘留標準目前為5mg/m2,但凹印生產中排放到大氣中的廢氣折算后可達到5000mg/m2,是溶劑殘留標準的1000倍以上,所以應充分考慮全產業鏈的環保,從而制定合理的標準。

(6)目前凹印行業廢氣排放標準為50mg/m3(各地區會有差異),而凹印機烘箱直排或減風增濃后,排放廢氣濃度約為0.5~5.0g/m3,如果對其不加以治理而是直排,會超標10~100倍,這才是治污減排的控制重點。從治污整體環節來看,廢氣排放標準制定為50mg/m3或者30mg/ m3意義都不大,而是要對技術、經濟、環境效益等統籌考慮,標準太嚴會造成治污成本太高,不如標準適當有效控制重點,排污則更有成效;標準一刀切也不好,如洛陽天寶等供應商推出的有機廢氣回收利用裝置,實質更綠色、更環保,國家應該予以引導和大力扶持。

對凹印機烘箱進行密封圍護并減風優化后,以200米/分的凹印機為例,如果沒有滿版凹印單元,每個凹印單元的排風量約為1000m3/h(此數值為進出料口維持負壓的無組織新風總和),有組織新風進風可以為零,凹印總排放廢氣總量減少40%~80%,同時廢氣濃度相應提高,前端烘干能耗和排風風機電耗大幅減少,末端廢氣治理設施投資和運行費用也大幅降低,非常有利于下一步的廢氣末端治理。

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