Производственные линии печати и покрытия небольших предприятий по печати на железе, как правило, имеют одну линию покрытия и одну линию печати, либо одну линию печати и две линии покрытия, и обладают такими особенностями, как «устаревшее оборудование, большое разнообразие производимой продукции в небольших партиях и частые технологические перестройки для нужд производства» и т.д. При этом финансовые и технические возможности таких предприятий не слишком высоки.

В конце 2018 года многие провинции последовали примеру городов центрального подчинения, таких как Пекин и Тяньцзинь, и разработали строгие новые местные нормативные акты в области экологической защиты. Для небольших предприятий по печати и покрытию эта зима была поистине суровой. Под сильным давлением в сфере экологической защиты в прошлую зиму многие небольшие предприятия по печати на железе в Тяньцзине, провинции Хэбэй и других регионах испытали на себе боль «реорганизации, приостановки производства или закрытия». Теперь куда пойдут ещё больше таких небольших предприятий?

При высоком давлении в сфере экологической защиты небольшие предприятия должны выживать в сложных условиях, действуя двойным способом

Для решения вышеуказанных вопросов, касающихся жизни и смерти предприятий, руководители предприятий должны принимать комплексные двойные меры.

Первое, уточнить требования в области экологической защиты по месту расположения предприятия. Как правило, можно обращаться к государственному стандарту ГБ16297-1996, но местные стандарты, введенные в Пекине, Тяньцзине, провинциях Цзянсу, Хэбэй и других регионах, значительно более строгие, чем государственный стандарт. Предприятия должны выбирать подходящее экологическое оборудование из трех технологических направлений очистки от летучих органических соединений (ЛОС): каталитической горячей печи, печи прямого сжигания для экологических целей и рекуперативного теплового окислителя (РТО), которые будут детально описаны ниже, исходя из собственных характеристик продукции, технических параметров оборудования и условий местности, где расположено предприятие.

Во-вторых, в соответствии со своими условиями предприятие должно модернизировать оборудование с устаревшими производственными мощностями или же списывать старое оборудование и оставлять новое. Одновременно с этим, для модернизации отдельных производственных линий и повышения общей производительности производственных линий можно обращаться к поставщикам, включая компанию Хуайю, за индивидуальными решениями, чтобы максимально эффективно использовать ограниченные финансовые средства для повышения конкурентоспособности предприятия.

Каталитическая горячая печь

Каталитическая горячая печь с системой рекуперации тепла (Рисунок 1) как относительно завершенное экологическое оборудование широко используется на линиях покрытия.

Принцип работы

Газ, содержащий органический растворитель, нагревается до температуры, необходимой для каталитического сжигания (300 °C~400 °C), после чего контактирует с катализатором и сжигается в безвредный бесцветный диоксид углерода и водяной пар, а отработанное тепло повторно используется для подогрева камеры сушки производственной линии покрытия. Данное оборудование в основном предназначено для каталитического сжигания и очистки органических растворителей, таких как трифенил, выделяющихся в процессе производства покрытия железа. Следует отметить, что после использования системы рекуперации тепловой энергии от сжигания покрытые изделия в камере сушки не будут побелевать при кипячении, в камере сушки не будет пыли, а белая краска не пожелтеет.

Предосторожности

Рабочая температура каталитической горячей печи относительно низкая, поэтому тепловая деформация и окисление внутри устройства легче контролировать, чем при методе прямого сжигания. Перед выбором каталитической температуры необходимо изучить органические компоненты в органических отходящих газах. Нельзя применять универсальный подход, иначе легко произойдет неполное окисление, в результате чего частицы органического растворителя будут адсорбироваться на поверхности носителя катализатора. С течением времени активность катализатора снизится, что негативно скажется на степени очистки.

В качестве основного носителя катализатора преимущественно используется кордиеритовое сотовидное керамическое тело, в качестве второго носителя — γ-Al₂O₃, а в качестве основных активных компонентов — драгоценные металлы (Пт, Pd и т.д.). Катализатор готовят методом равномерного распределения с высокой степенью дисперсии. Его эффективность напрямую зависит от содержания драгоценных металлов.

При невыполнении каталитическим устройством температуры воспламенения строго запрещается поступление органических отходящих газов в каталитический слой, иначе катализатор загрязнится, что приведет к снижению его каталитической активности и сокращению срока службы. Кроме того, данная технология не подходит для очистки отходящих газов, содержащих аммиакальные компоненты.

Шесть преимуществ

  1. При правильном выборе параметров, предварительной подготовке и эксплуатации в соответствии с нормами возможно продлить срок службы катализатора — обычно он составляет 1–3 года.
  2. Каталитическое горячее устройство работает на природном газе, температура горения внутри контролируется на уровне ниже 400 °C, при этом не образуется NO₂, то есть вторичного загрязнения не возникает.
  3. Энергосбережение. Температура воспламенения составляет 220–320 °C. Как правило, при очистке смешанных органических отходящих газов с концентрацией 2000 мг/м³ и выше выделяется тепло, повышающее температуру до 350–450 °C. В этот момент система подогрева до температуры воспламенения для каталитического сжигания автоматически отключается. Благодаря использованию химической тепловой энергии внутри каталитического горячего устройства вся установка достигает теплового равновесия, а на выходе из каталитического устройства выделяется очищенный горячий воздух с температурой 280–350 °C. В устройстве покрытия и отверждения температура процесса сушки регулируется по тепловым точкам измерения температуры, при этом восполняется тепло, необходимое для циркуляции горячего воздуха и дополнительной циркуляции свежего воздуха в устройстве покрытия и отверждения. В этот момент большая часть системы подогрева для покрытия автоматически отключается, что позволяет пользователю значительно сэкономить на расходе топлива или электроэнергии. Как правило, при схеме «одно покрытие — одна печать» расход природного газа составляет около 70 м³/ч, а при схеме «два покрытия — одна печать» — около 100 м³/ч, что обеспечивает энергосбережение более 20%.
  4. Среди трех технологических направлений очистки от летучих органических соединений (ЛОС) оборудование для каталитического сжигания имеет наименьшие инвестиционные затраты.
  5. Установка запускается одновременно с камерой сушки для печати и покрытия, ее конфигурация гибкая и не зависит от режима дневной работы.
  6. После очистки отходящих газов выхлопной воздух при тестировании третьей стороной соответствует государственным и местным стандартам.

Четыре недостатка

  1. Во время эксплуатации его активность постепенно снижается, а некоторые компоненты в отходящих газах могут вызвать отравление катализатора и, следовательно, его отказ. Кроме того, по мере усиления требований к экологической безопасности эффективный срок его службы сокращается, что вынуждает пользователей увеличивать затраты на обслуживание из-за более высокой частоты замены.
  2. Рекуперация горячего воздуха может оказать определенное влияние на качество напечатанных и покрытых изделий, поэтому оно не подходит для продукции высокого класса. Также важным является выбор краски.
  3. Невозможно достичь полного отсутствия дыма и запаха. После очистки воздуха на выпускном отверстии все еще можно заметить белый дым, но тесты проходят успешно, а запах смягчается, но не устраняется полностью.
  4. Благодаря рекуперации тепла пыль и примеси, образующиеся в экологической печи, могут циркулировать в камере сушки, что снижает чистоту камеры. С течением времени это может повлиять на качество продукции, поэтому необходимо увеличивать затраты на обслуживание оборудования.

Экологическая печь прямого сжигания

Экологическая печь для очистки отходящих газов прямого сжигания с системой рекуперации тепла (Рисунок 3) может в полной мере использовать тепловую энергию, выделяющуюся при разложении органических отходящих газов, тем самым снижая энергопотребление всей системы. Оно наиболее подходит для обработки больших объемов высококонцентрированных органических отходящих газов.

Принцип работы

При работе камеры сушки в нагревательном участке сушильного туннеля образуется большое количество органических отходящих газов. Высоконапорный вентилятор на экологической печи засасывает отходящие газы в теплообменник печи для их нагрева, после чего они поступают в камеру сжигания экологической печи и концентрируются там. Вокруг горелочного устройства установлены воздухоотражатели, которые увеличивают давление отходящих газов, проходящих через конус горелочного устройства и удлиненный кожух, обеспечивая дозированное смешивание газа и отходящих газов. Далее за счет турбулентности и интенсивного смешивания в смесительном конусе горелочного устройства температура в камере сжигания быстро повышается, обеспечивая полное сжигание отходящих газов.

Обычно температура в камере сжигания экологической печи контролируется в диапазоне 720 °C ~ 750 °C, растворитель в отходящих газах может сжечься полностью, а высокотемпературный газ, образующийся при сжигании, через теплообмен предварительно нагревает отходящие газы от высоконапорного вентилятора, а затем поступает в распределительный тепловой короб. Через регулирующие клапаны тепло распределяется по каждой нагревательной камере на камере сушки для покрытия и печати, а также подается на другие тепловые потребители, такие как: предварительное нагревание цветочного столика камеры сушки, смешанное нагревание переднего выпускного трубопровода и отходящих газов и т.д. Наконец, избыточный горячий воздух удаляется в атмосферу. Следует отметить, что коэффициент регулировки мощности горелочного устройства печи прямого сжигания достигает 20:1, а время пребывания органических отходящих газов в камере сжигания — 1–2 секунды.

Преимущества

  1. Температура окисления составляет 720 °C ~ 815 °C, степень разложения органических отходящих газов достигает 99%, что соответствует требованиям государственных и местных стандартов, а все показатели, включая степень очистки, превосходят аналогичные показатели каталитического сжигания.
  2. Побочные эффекты на камеры сушки и печатные линии меньше, чем при каталитическом сжигании, и возможно производство продукции пищевого класса и высокого качества, например, банок для напитков, банок для молочного порошка, консервных банок и т.д.
  3. Среди трех вышеуказанных технологических направлений очистки отходящих газов инвестиционные затраты на оборудование печи прямого сжигания занимают среднее положение, а срок службы оборудования более длителен.
  4. Коэффициент рекуперации тепла может достичь 76%, что обеспечивает экономию энергии. Конкретно: при обработке отходящих газов одной линии покрытия рекуперируемое тепло используется для одной линии покрытия и одной линии печати, расход газа составляет около 70 м³/ч; при обработке отходящих газов двух линий покрытия тепло повторно используется для двух линий покрытия и одной линии печати, расход газа составляет около 100 м³/ч, экономия энергии достигает около 20%.

Три основные недостатка

  1. Рекуперация горячего воздуха все еще имеет некоторые побочные эффекты, но они меньше, чем при каталитическом сжигании. Печи прямого сжигания не могут полностью устранить некоторые химические вещества, испаряющиеся из отдельных покрытий, что приводит к таким проблемам, как отпечатки от цветочного столика и ленты на напечатанных и покрытых изделиях. Поэтому при использовании данного оборудования необходимо тщательно выбирать покрытия.
  2. Все еще невозможно достичь полного отсутствия дыма и запаха. На выпускном отверстии все еще можно заметить белый дым и легкий запах, но эффект значительно лучше, чем при каталитическом сжигании.
  3. Энергопотребление несколько выше, чем при каталитическом сжигании.

В целом, для регионов, таких как Тяньцзинь, Пекин, Хэбэй и другие, где начали применяться местные стандарты, это оборудование обладает комплексными преимуществами для небольших предприятий с точки зрения инвестиционных затрат и эксплуатационных характеристик.

Рекуперативный тепловой окислитель (РТО)

Благодаря низким эксплуатационным затратам и высокой эффективности очистки органических отходящих газов РТО широко используется в стране и за рубежом для обработки низко- и среднеконцентрированных (100~3500 мг/м³) отходящих газов в таких отраслях, как покрытие, химическая промышленность, электроника и другие.

Принцип работы

Органические отходящие газы нагреваются до температуры выше 760 °C, а ЛОС в них окисляются и разлагаются на диоксид углерода и воду. Высокотемпературный газ, образующийся при окислении, проходит через специальный керамический рекуператор, и тепловая энергия, накопленная в керамическом материале, используется для предварительного нагрева последующих органических отходящих газов. Затем дымовые газы, температура которых значительно снизилась, проходят через систему рекуперации тепла или другие среды для теплообмена и, наконец, выпускаются в атмосферу.

Керамический рекуператор разделен на два или более камеры, каждая из которых последовательно проходит процедуры накопления тепла, высвобождения тепла и продувки, обеспечивая непрерывную работу. После того как рекуператор «высвободит» тепло, в него следует подавать часть очищенного газа соответствующего качества для продувки (чтобы гарантировать степень удаления ЛОС), и только после завершения продувки можно приступить к процедуре «накопления тепла».

Предосторожности

При выборе РТО предприятиями рекомендуемое значение расхода воздуха и концентрации органических веществ, предоставляемое проектировщику оборудования, должно учитываться комплексно. Если расход воздуха слишком большой, а концентрация ЛОС слишком мала, энергопотребление увеличивается; наоборот, если расход воздуха слишком мал, а концентрация ЛОС слишком высока, в печи легко возникают аварийные ситуации, такие как обратное зажигание и вспышки, а также взрывы из-за таких факторов, как неравномерное распределение газа в камере сжигания. Поэтому при проектировании следует увеличить расход воздуха соответствующим образом, чтобы снизить риски безопасности. Кроме того, можно использовать такие средства, как частотное регулирование, для регулировки расхода воздуха вентилятора в зависимости от производственного режима, тем самым снижая энергопотребление.

РТО обычно подходит для следующих случаев: большой объем обработки органических отходящих газов; высокие требования к температуре окисления органических отходящих газов; наличие в отходящих газах веществ, токсичных для катализаторов; отсутствие необходимости в большом количестве рекуперации тепла.

Три преимущества

  1. Температура в рекуператоре может достигать 850 °C, поэтому степень очистки отходящих газов может составлять 99,5% и выше, что явно лучше, чем у каталитической горячей печи и экологической печи прямого сжигания.
  2. Камера сушки относительно чиста, так как отсутствует рекуперация тепла, и у покрытых изделий не возникают такие проблемы с качеством, как пожелтение.
  3. Оборудование имеет длительный срок службы и не требует значительных затрат на обслуживание.

Два основных недостатка

  1. Одиновременные инвестиции в РТО относительно большие. Для предприятий определенного масштаба с высокими требованиями к качеству продукции и круглосуточной непрерывной работой РТО, несомненно, является первым выбором. Но оно более подходит для непрерывного производства: чем больше производственных линий, тем ниже инвестиционные и эксплуатационные затраты. Небольшие предприятия по печати и покрытию часто производят продукцию большой ассортиментности в небольших партиях, поэтому выбор РТО в настоящее время может быть нецелесообразным.
  2. Производственные линии не могут запускаться отдельно, иначе это легко приведет к большим энергозатратам.

Итоговые рекомендации по выбору оборудования для очистки отходящих газов

Руководители предприятий должны выбирать оборудование в соответствии с собственными характеристиками и экологическими условиями. Если экологические условия позволяют, предпочтение следует отдать каталитической очистке отходящих газов, но это не является долгосрочным решением.

В общем тренде усиления требований к экологической безопасности для схемы «одно покрытие — одна печать» лучше выбрать экологическое устройство для очистки отходящих газов прямого сжигания. Если внешние экологические требования очень высоки, максимально следует рассмотреть возможность использования РТО.

Следует подчеркнуть, что перед инвестициями предприятия должны найти надежных поставщиков и осуществить полное техническое взаимодействие для создания индивидуальных продуктов. Только при правильном выборе оборудования предприятие может вступить на путь устойчивого развития.