软包装节能环保技术的回顾与展望

时间从2012年说起，当时我把印刷烘干热泵项目推荐给广州的芬尼克兹公司并担任了一段时间的技术和市场顾问，期间协助芬尼克兹进行产品研发和制造，之后分别在顺德、东莞和江门选择了三家客户建立样板工程，项目实施非常顺利，客户高度认可，项目的成功落地及优异的性价比为热泵进入软包装行业建立了信心。之后，芬尼克兹凭借其强大的制造和市场推广能力，在2014后热泵产品大批进入软包装企业。

热泵的使用为软包装企业大幅降低了能源成本，同时也作为清洁能源减少了燃烧制热造成的烟气污染物排放，为节能环保做出了很大贡献。

然而，热泵对于更棘手VOCs排放污染却无能为力。

进入2015年，国家对VOCs排放的强力管制政策出台，尤其是京津翼和长三角地区，环保部门对排放不达标企业可谓不惜代价赶尽杀绝，软包装行业风声鹤唳，一些没有投入废气处理的企业要么迁移至环保管制宽松的地区，或者干脆关门大吉，而更多的是病急乱投医，仓促选择了不适合或不成熟的废气处理设备，大部分设备在投入使用后发现运行费用过高或排放不达标或者故障频繁，更有甚者是无法使用变成一堆废铁。总而言之，现在国内正在使用的VOCs处理设备绝大部分都问题多多，例如去年我国一家大型凹印机制造企业跟意大利公司合作为浙江一家大企业安装了一套蓄热式焚烧(RTO)设备，这套设备价格不菲(听说是七百多万)，这套设备已安装了很长一段时间，但到现在还没有正常运行，主要原因是RTO系统需要极其频繁地切换风向，而涉及的阀门有六七个，阀门开合过程对内部的运风影响很大，每个阀门之间都互相干扰，风阀要完全关闭不漏气很难做到，再加上外部接纳废气流量和浓度也在变化，要达到RTO设备所要求的理想工况比跑马射箭还要难，再有，蓄热陶块巨大的风阻，光是90多千瓦的循环风机的能耗也受不了，可以说，RTO技术是成熟的，应用在某些行业也是成功的，但用在软包装行业就不是这么简单。

还有，很多人熟悉的北京一家很早做废气处理的环保公司，为不少软包装企业安装了活性炭吸附回收设备，但活性炭吸附带来的高风阻和脱附高能耗，以及对回收后的溶剂处置难等问题至今一直没有很好的解决方法，所以这些设备使用时跟原初衷大相径庭。

还有催化焚烧，由于印刷使用的溶剂成分复杂，催化剂容易中毒失效造成排放不达标，经常更换昂贵的催化剂更造成使用成本高昂。

转轮浓缩也存在能耗大的问题，而且严格意义上现时通过转轮过滤后排放的气体未能达到排放标准。

还有其他等离子、光触媒和生物降解等等，至今为止对于软包装行业的废气处理还没有发现让人信服的案例。

而西方普遍采用的热回收式直接焚烧在国内也很难推广，由于软包装行业所排放的有机废气属于中低浓度，必须混合大量的天然气才可以彻底焚烧，就算有了热回收装置将部分烟气余热转移给有机废气，但最后排放的烟气温度也在300℃以上，这些排放的烟气废热大部分以消耗天然气为代价，而一般软包装企业无法消化利用这么多烟气余热，只能白白排掉，国内天然气价格居高不下造成这个技术在中国难以接受。

再有，现在的有机废气基本上是集中处理，不可能先安装一台小的试试，要么不装，要么一次到位，给企业带来非常大的技术风险和资金压力。

有机废气处理在软包装行业困难重重，究其原因主要是该行业所排放的有机废气属于成分复杂而且浓度偏低，加上处理风量幅度变化很大，比如凹版印刷一般采用3到4种溶剂混合，废气浓度很多时候都在1000ppm以下，有时多台8色印刷机全部开齐，有时只有一台设备就印4个颜色，处理这类变化复杂的废气难度很高，凹版印刷废气确实是难啃的骨头。

鉴于软包装行业目前尚未找到成熟的废气处理手段，某些地方政府已开始出台了一些以罚代管的政策，用企业的污染物排放量收取排污费的方式处罚污染企业，通过经济处罚给企业施加整改压力。

政府罚款或收取排污费的定额依据，总排量是最显眼的数字，如果你想少交费，只能想办法降低废气排量。

说到废气排量，在这里不得不提，一直以来，软包装机械制造企业犯了一个低级且后果严重的错误，绝大部分的凹印、复合或涂布设备的排风量设计大幅超过工艺需求，造成热风浪费严重，风机耗电大，更严重的后果是使废气浓度进一步降低，而废气处理设备的处理容量是以过风量设计的，而且废气浓度越低在热解处理时必须添加更多的天然气混合焚烧，增加排风量等于同时增加了废气处理设备的投入成本和运行成本。还有一个更低级的错误是就算没有工作的印刷机组其烘箱永远都接通排风机。综合计算，凹版印刷平均下来有超过7成以上的排风是多余的。或者有可能设备在出厂时设计的排量按最大值并增加一定的保险系数，但厂家使用时应该根据不同的产品进行调整，很多厂家自设备买回来后所有风机风阀原来怎样就怎样，这也是造成上述问题的原因，追究起来机械厂家和和设备使用者都有过错，因在这个小节上不注意，可以让一个中等规模的企业每年多花几十过百万的电费。

对于省钱，我看软包装行业的老板比不上马路边洗车店的老板聪明，很少见过有人拿水管冲刷车辆，而是用一支高压水枪，流速很快但水量很少，小半桶水就可以把车洗得干干净净。我在这里只举这个例子，对于认为只有大风量才能把溶剂带走观点的人回去好好想想。

增加流速大幅度降低风量对于油墨烘干反而起了正面作用，包括对人们担心的废气浓度过高存在爆炸安全隐患等都有企业都做了充分的技术论证和现场测试，之前设计的凹印机的排风浓度离爆炸点相距很远，相当于水只淹到脚眼，离鼻子还远了，就算把排风降低到现有的25%，相当于水还未淹到膝盖。实践证明，在同等温度下，适当提高风速而大幅度降低风量会提高油墨的干燥效率，而且废气浓度的提高不会导致爆炸风险的增加。

通过大幅降低凹印机的排风量实现节能减排已逐步被人们所认知，烘干能耗跟废气排放量呈正比，假如3万m³/h的排量时电热功耗是300kw，如果减至1万m³/h时，电热功耗也降低至100kw，对于后续的废气处理只需要配置1万m³/h的处理设备，比3万m³/h的设备起码便宜一半，而且当废气浓度上升至约2.5g/m³时，有机废气里面的溶剂热解放热可以维持自持燃烧，无需添加天然气，而且，废气热解析出的热量完全可以满足烘干热风的加热需求。

现时，博士特、陕西北人和广东环葆嘉已展开对凹印机减风节能的一系列行动，其手段都是通过增加烘箱热风的循环利用率，减少排风量，增加废气排放浓度，达到节能的效果并为后续的废气处理打下基础，部分企业的技术已经投入使用，通过检测，印刷品溶剂残留量更低，其节能效果更优于热泵。

据我了解，北人公司所采用的是每组印刷烘箱独立的LEL废气浓度控制下的内循环和排风控制技术，其优点是每个烘箱可以独立控制热风的温度，其缺点是在所有烘箱的废气浓度较高时当出现泄漏的情况下废气泄漏量较大，所以循环热风的废气浓度不能定得太高，而且每色组都采用LEL控制带来成本较高。而广东环葆嘉公司是采用另外一种ESO技术路线，ESO技术是把凹印机的所有烘箱的循环热风和排风有机结合起来联合集中控制，减风量、废气浓度提升和节能效果的程度可以做到更高，而且只需要1套LEL检测系统，造价也降低很多。

ESO技术的缺点是，每组烘箱的废气浓度会随印刷顺序越来越高，通常里印(复合)产品的每个版的着墨量按顺序越来越大，而表印刚好相反，所以用同一台设备印刷生产里印和表印产品时需要把ESO系统内部的气流方向相应调整才可以实现最佳效果，这样会增加了风道部件和控制上的成本。

可以说，软包装烘干设备的减风节能是继热泵之后的又一个节能技术的重大突破。

有人问我，热泵还有存在的价值吗?

针对这个问题，我跟不少朋友做了很多分析。凹印机通过降低排风量所达到的节能效果略优于热泵，而且降低风量后对后续的废气治理有利，就算是不治理废气，接受政府按排量缴费也减少了费用，从这些方面对比，热泵就不具有优势。

还有人问，我的凹印机已经安装了热泵，能否在这基础上降低风量进一步节能?

带着这个问题，我请教了一些专业人士，现有印刷热泵热风机在当初设计的时候，里面的风道已经固定下来，而且很难改动，加上气流要克服多个换热器的风阻，如果需要进一步加大风压难度很大，而且降低排量的同时需要增加一些调节风阀等部件，热泵热风机内部已经没有多余的空间，退一步说，就算可以将热泵烘箱的总排风降低，由于降低排风后能耗只有原来的30%左右，如果通过热泵再进一步节能，再下降的空间极其有限，而且下降这部分的能耗还不够弥补热泵换热器造成的风阻增加的风机电耗，基本上是得不偿失。所以，凹版印刷机减风节能和热泵节能只能2选1，而且两者不好兼容。

在降低总排风量的基础上，同时实现烘箱微负压，并利用进入加热器的新风吸口吸取油墨盘附近的挥发气体，可以降低废气和热量的泄漏和有效收集无组织散发的废气，对改善车间环境非常有帮助。

基于现有废气处理设备尚未成熟，建议软包装企业把节能和环保改造分两步走，可以先做节能和减少排放量及改善工作环境，等到时机成熟时再考虑解决最后的环保问题。

下面再介绍一些其他方面的节能技术，现在水性涂料的使用非常普遍且不存在排放污染，只需要在节能或清洁能源方面考虑，而节能应该围绕降低制热成本、热能高效利用和余热充分回收方面着手。

对于使用超过1000kw制热或超过100万大卡热量的企业，制热成本应首先考虑，电加热、燃煤、燃油、生物质直燃都存在制热成本高或烟气排放不达标的问题，可以将上述制热方式排除在外。如用热温度在75℃以下可以考虑热泵，但热泵受环境温度影响较大，如没有废热回收，冬季其能效比会大大折扣甚至不能工作。高负载且用热峰谷差异不是太大的高温热源建议采用生物质气化燃烧的制热方式，现在生物质直接燃烧在大部分地区不被允许，而生物质干馏产生的可燃气体气已被纳入清洁能源范围(极个别地区除外)，通过生物质气化燃烧的制热成本为150元/吨蒸汽左右，是用电成本的30%左右，是天然气成本的六成左右(重庆新疆地区除外)，现已有国内和海外的公司做能源托管服务，你只要支付比成本高出一些的代价，对方可以投资相关设备和管理，你只是根据每月的用热量付费就可以，对于没有接通天然气管道的企业是一个不错的选择，当然，如果热负载较低，或者峰谷值差异较大，采用天然气还是比较方便。

热能高效利用是节能的重要环节，上述篇幅所介绍的降低排风量是其中一种方法，往往这个环节上改善的空间非常大。

市场上热交换节能产品非常多，也有适用于中低温尾气热回收高效低风阻的气气换热器，这款换热器在换气温差低于40℃时换热效率达到80%以上，而且风阻在200Pa以下，如果废气温度与环境温度的温差更大，换热效率则更高，比传统的显热气气换热器的换热效率几乎提高一倍，这是一款性价比极高的节能产品，可以在排热口处加装这类余热回收装置，而对于低于40℃的低品位废热源，也可以通过热泵蒸发器的吸收制取75℃左右的热风或热水。

有机废气排放采取减量并提高浓度后，为后续的废气处理打开了方便之门，目前，已有公司展开基于废气减量浓缩基础上的VOCs处理系统的研发项目，已在一些关键技术上取得突破，其目标是针对软包装行业的小型化的废气热解处理与废热利用，该产品可作为凹版印刷机或涂布机的组成部分，废气减量提浓为迷你型的废气处理设备的推进提供了条件，以后有望每台凹印机旁就带废气处理和余热回收系统，无需增加场地，不需要太多的管路连接，烘干制热能耗降低85%以上(相对于电热)，更可实现印刷机和废气处理系统之间的自动化联动。较低的造价和无需新占场地将造福于经济实力有限和受场地约束的中小企业，如果该技术取得成功，将为软包装行业切实可行解决节能环保难题带来希望。

Lel和ESO废气控制与节能技术、小型化的VOCs热解和废热利用技术、生物质气化燃烧制热技术、高效气气换热技术以其优良的性价比将会在市场上呈现强大的生命力，很快会成为软包装行业节能环保产品上的新星。

节能环保加增收才王道!