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环保和节能可兼得 ——金属包装业环保装置的应用方案和选择建议

作者:佚名     来源:网络     点击数:2350     更新时间:2017/4/28

文 / 廖镭,中国销售区印铁销售部总经理,高宝印刷机械(上海)有限公司

  随着国家环保标准愈来愈严格,我国金属包装行业上百家印铁和制罐企业将面临一个问题:如何正确选择环保装置,以达到既环保又节能的目的。印铁企业的涂料烘房有其特殊性,表现为每个涂料烘房挥发性有机溶剂(VOCs)的平均排放量为40~60公斤/小时,属于高溶剂型。过去通常采用的环保装置均为低温催化式燃烧炉(KNV)或高温直燃炉(TNV),由于某种原因,均不能达到目前国家最新的环保标准。

  国外方案:与烘房一对一式直燃炉
  国外同行在这方面是如何做的呢?如上所述,不同于其他行业,印铁行业的VOCs排放有其特殊性,即高溶剂,且对印涂产品具有高质量的要求。目前,全球90%以上的印铁企业均采用与烘房一对一式直燃炉(TNV),原因有二。一方面,采用低温催化式燃烧炉(KNV)虽然可以达到节能的目的,但催化装置操作困难,且需要经常进行更换,否则既达不到环保要求,又会影响印涂产品的质量。而采用真正高质量的直燃炉完全可以达到国家目前对印刷行业最严格的排放标准,即:总有机碳(TOC)小于20mg/m3,一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOx)各小于100mg/m3。
  另一方面,由于涂料烘房在工作时产生大量的挥发性机率为关键。必须指出的是,要达到有机溶剂,经过直燃炉燃烧后所释放出来的热能(热值与天然气相近)经直燃炉内热交换装置交换后再回到涂料烘房,从而达到我们所说的既环保又节能的目的。


图1 不同形式环保装置气耗比较

  如图1所示,分别为High ECO-TNV,ECOTNV,直排炉(无环保装置)以及RTO装置在一年(按6000小时估算)运行中气耗(纵坐标)的比较。该比较基于平均20%的换单率、7000张/小时的车速、60公斤/小时的有机溶剂挥发量进行统计。
  直燃炉的准确设计和制造质量,以及涂料线的开机率为关键。必须指出的是,要达到上述既环保又节能的要求,完全取决于所采用直燃炉的准确设计和制造质量,以及涂料线的开机率。由于VOCs必须在720℃以上的高温和一定的滞留时间内才能完全分解为二氧化碳和水,故直燃炉与烘房的合理设计,所选用的耐高温材料,制造和焊接工艺非常重要。与涂料生产线配套的直燃炉必须始终在720℃以上的高温下工作,才能真正达到最为严格的环保要求;而直燃炉的节能效果又取决于涂料线的工作状态。鉴于涂料线存在换单问题,通常来说开机率在70%以上选择直燃炉可达到最佳的节能效果。
  创新技术打造高效节能直燃炉。KBA早于上世纪70年代便已开发出一体式直燃炉(TNV)。作为全球第一的金属印涂系统供应商,我们于2004年和2009年相继开发了节能型直燃炉(ECO TNV)和高效节能型直燃炉(High ECO TNV),分别如压题图和图2所示。由于采用了二级热交换器,同时对不同热交换器进行差异化的气流控制(AFC),此外还进一步优化设计相应的烘房从而达到了极高的节能效果,因此在2014年的德国埃森金属包装展(MetPack)上获得银奖。


图2 KBA高效节能型直燃炉(High Eco TNV)结构示意图

  RTO 装置在金属包装业的两大应用难题
近两年来,在VOCs的处理方面,蓄热式热氧化装置(RTO)正在逐渐成为印铁制罐行业的一个热门话题。由于RTO的燃烧温度在高温800℃以上,其优点为可以将所有有害的有机物燃烧分解为CO2和水,故适合对诸多行业VOCs的处理。
  节能效果不如直燃炉。但在印铁企业,由于涂料烘房排放的VOCs并非像化工、制药等其他行业含某些有害有机物,故采用RTO仅能达到环保的要求,节能效果却不如印铁行业通常所采用的直燃炉。
  印涂烘房高溶剂型排放的特点,对RTO装置的去除率性能要求非常高。更为重要的是,涂料烘房的排放为高溶剂型,故选用RTO时还必须考虑其去除率,以达到目前国家严格的环保标准。由于无论采用二床或三床式的RTO,其切换风门均须在废气和清洁空气之间进行频繁切换,而要达到极高的去除率,就对RTO切换风门的密封性和相应的RTO系统控制提出了非常严格的要求。

  高宝RTO 方案的三个特点
  KBA特殊设计的蓄热式热氧化装置(RTO)在印铁行业已有20多年的应用历史,总结下来,具有如下三个特点。


图3 KBA带热回收的三床式RTO装置

  为客户量身定制RTO以实现最优效果。由于我们在印铁、涂料烘房应用上具有20多年的实际使用经验,因而可以按用户实际情况量身定做RTO装置,从而既能达到在低能耗运行下的环保要求,又不会对印涂产品的质量产生任何负面影响。
  VOCs实际去除率高达99.8%。由于使用了诸如内部清洁系统、制造质量极高的切换风门、专利的蜂窝陶瓷技术和独特的控制系统,系统对VOCs的实际去除率得以达到99.8%,满足了目前世界最严格的废气排放标准。
  可选配热回收装置实现余热回收。取决于涂布或上光生产线的实际运行情况,还可通过加装选配的热回收装置来实现对余热的回收。

  企业应合理选用环保装置
  基于上述对直燃炉(TNV)和蓄热式热氧化装置(RTO)各自特点的分析可以看出,中国的印铁制罐企业应针对实际的生产情况选用合理的环保装置,关键是选择质量可靠、性能真正达标的环保装置,以避免再犯过去的错误而导致经济损失。
  经过三十多年的高速发展,中国的金属包装行业已经呈现出高度竞争态势。有信誉的大型企业,由于订单充足而将保持极高的开机率,故选用高效、高质量的直燃炉(TNV)及烘房既能满足严格的环保要求,又能降低运行的成本,并确保在高速运行时产品质量的稳定。
  当然,倘若RTO装置经由优化,在节能、环保和确保印涂产品质量等综合性指标上更胜一筹,亦不失为一种选择。

 
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