認識減風增濃及ESO與LEL

減風增濃的技術要點

　　①“減風”減少的是實際對(duì)外排風量，而不是減少幹燥風量。如果減少幹燥風量，則會(huì)影響幹燥質量(溶劑殘留增加)和幹燥速度(印刷速度降低)。

　　②“減風”的前提是要保證生産安全。減少風量的同時(shí)會(huì)帶來“增濃”的效果，但必須保證“增濃”後(hòu)的VOCs濃度小于其爆炸下限的25%，所以減風技術必須有相應的安全保證措施。選擇減風方案時(shí)，要評估減風後(hòu)烘箱洩漏的溶劑量變化。

　　③“減風”會(huì)導緻烘箱内溶劑濃度升高，而烘箱一般難以做到完全密封，那麼(me)實施減風後(hòu)，在烘箱洩漏量相同的情況下，從烘箱内洩漏出的溶劑量會(huì)增加。

　　④“減風”到底減到多少合适，首先需要評估生産安全，在保證生産安全的情況下，再評估增濃的幅度，減風增濃後(hòu)的VOCs濃度直接影響末端治理設備的投入與運行情況。

　　主流減風增濃技術分析對(duì)比

　　目前，包裝印刷行業出現的減風增濃技術有很多，包含在線(生産線上)及離線(生産線後(hòu)端)減風增濃技術。其中，在線減風增濃技術可以歸爲3種(zhǒng)基本模式，即串聯式減風、并聯式減風和平衡式減風，其他都(dōu)是這(zhè)3種(zhǒng)的變種(zhǒng)或組合。另外市場上還(hái)有一種(zhǒng)減風增濃技術是轉輪濃縮技術，其屬于離線減風技術，由于其設備投入成(chéng)本及運行成(chéng)本都(dōu)遠高于在線減風增濃技術，此文不做具體介紹。

　　1.串聯式減風

　　圖2爲串聯式減風原理圖。從左至右，新風加熱後(hòu)被(bèi)送入第一段烘箱，幹燥後(hòu)帶著(zhe)揮發(fā)出的溶劑進(jìn)入第二段烘箱，然後(hòu)又依次進(jìn)入第三段、第四段烘箱，直至通過(guò)排風風機排出，此過(guò)程中幹燥氣體的溶劑濃度從第一段烘箱到第四段烘箱依次增高。

　　串聯式減風的技術特點如下。

　　①采用串聯式減風，幹燥氣體的溶劑濃度依次遞增，最後(hòu)一段烘箱内幹燥氣體的溶劑濃度最高，因此可通過(guò)控制新風的進(jìn)入量和在最後(hòu)一段烘箱内安裝VOCs濃度監測裝置來保證生産安全。串聯式減風對(duì)烘箱密閉性要求較高，且在實際應用中串聯的烘箱數量不宜過(guò)多，主要原因就(jiù)是爲了減少烘箱内的氣體漏出，一般烘箱需要調節成(chéng)微負壓狀态，這(zhè)樣烘箱周邊的一些氣體就(jiù)會(huì)被(bèi)吸進(jìn)烘箱，最終導緻整個串聯管路上的風量依次增大。烘箱的密閉性越差，串聯的數量越多，過(guò)程中增加的風量就(jiù)越大，而幹燥風量過(guò)大可能(néng)會(huì)影響套印精度。同時(shí)，爲了匹配風量的差異性，每個烘箱所配的幹燥風機功率也需要依次增大。

　　②采用串聯式減風，無法根據印刷版面(miàn)的特點爲每段烘箱選擇不同的幹燥風量。因爲串聯後(hòu)風逐級流動(此時(shí)不考慮烘箱的吸風)，小版面(miàn)印刷工序和滿版面(miàn)印刷工序的幹燥風量相同。

　　③采用串聯式減風，當某幾個色組不工作時(shí)(如8色印刷機生産5色産品時(shí))，不工作色組的烘箱仍然需要有氣流通過(guò)，這(zhè)無疑會(huì)增加不必要的氣體洩漏，導緻熱量損失。

      2.并聯式減風

　　圖3爲并聯式減風原理圖。每個烘箱的送排風管路相對(duì)獨立，都(dōu)設置有新風補入裝置，幹燥後(hòu)的氣體有一部分(這(zhè)部分稱爲回風)與新風混合後(hòu)進(jìn)入本段烘箱用于幹燥，這(zhè)樣在保證幹燥風量的同時(shí)減少了排風量。

圖3 并聯式減風原理圖

　　很多印刷機的幹燥系統都(dōu)設有并聯式減風機構，但一般都(dōu)是手動機構，由于缺乏有效的調節手段和安全保證措施，絕大部分形同虛設。目前并聯式減風中相對(duì)實用可靠的一種(zhǒng)調節手段就(jiù)是“LEL(爆炸下限)自動調節控制”，其原理是在每個烘箱的排風管路上配置一套VOCs濃度檢測裝置，根據檢測裝置反饋回的LEL值調節烘箱新風和回風的比例，在保證生産安全的前提下，盡可能(néng)減少新風量。

　　并聯式減風的技術特點(以LEL自動調節控制爲例)如下。

　　①采用并聯式減風，各烘箱相互獨立，相互幹擾小，可以根據印刷版面(miàn)特點選擇不同的幹燥風量和幹燥溫度。

　　②采用并聯式減風，每個烘箱的溶劑濃度相同，在減風效果相同的情況下，每個烘箱的溶劑濃度都(dōu)能(néng)達到串聯式減風的最高濃度，相對(duì)應地在烘箱洩漏狀況相同時(shí)，對(duì)外洩漏的溶劑量要顯著大于串聯式減風。

　　③采用LEL自動調節控制，必須在每個烘箱的排風管路上配置1個VOCs濃度檢測裝置。VOCs濃度檢測裝置價格不菲，進(jìn)口品牌價格大概在1.5萬元/套(中等價格)，一台8色印刷機僅這(zhè)項就(jiù)需要投入10多萬元，且使用壽命大概3～5年，同時(shí)在使用過(guò)程中爲了保證檢測精度，需要經(jīng)常維護，維護費用也不低。目前市場上采用并聯式減風方案(包括并聯式的變種(zhǒng)方案)的産品很多，在選擇時(shí)要重點關注減風的基本原理和安全保障措施，尤其是安全方面(miàn)，很多産品爲了降低成(chéng)本，并沒(méi)有給每個烘箱都(dōu)配置VOCs濃度檢測裝置或者配置一些低廉的VOCs濃度檢測裝置，這(zhè)些産品都(dōu)存在著(zhe)非常大的安全隐患。

　　3.平衡式減風

　　圖4爲平衡式減風原理圖。平衡式減風也稱串并聯減風，其技術特征是將(jiāng)各個烘箱的進(jìn)排風管路都(dōu)連接到同一個排風總管上，每個烘箱可以保持相對(duì)獨立，可以有不同的幹燥風量、幹燥溫度，同時(shí)烘箱的排風可以全部或者部分進(jìn)入相鄰的下一個烘箱内，各烘箱内幹燥氣體的溶劑濃度依次遞增。

圖4 平衡式減風原理圖

　　平衡式減風的技術特點如下。

　　①安全容易保證。從左至右各烘箱内幹燥氣體的溶劑濃度依次遞增，最後(hòu)一段烘箱内幹燥氣體的溶劑濃度最高，因此可通過(guò)控制新風的進(jìn)入量和在最後(hòu)一段烘箱安裝VOCs濃度監測裝置，控制不超過(guò)25%LEL來保證生産安全。

　　②相對(duì)串聯式減風，各烘箱相互獨立，相互幹擾小，可以根據印刷版面(miàn)特點選擇不同的幹燥風量和幹燥溫度。

　　③相對(duì)于采用“LEL自動調節控制”的并聯式減風，一台平衡式減風設備隻需要一套VOCs濃度檢測裝置，這(zhè)方面(miàn)的成(chéng)本大幅度降低。

　　④采用平衡式減風，新風是從排風管新風口集中進(jìn)入烘箱，且新風量由溶劑揮發(fā)總量決定，因此溶劑揮發(fā)總量可以通過(guò)經(jīng)驗、數據統計等确定一個較準确的值，可有效避免因VOCs濃度檢測裝置故障導緻的安全風險，這(zhè)是平衡式減風的本質安全。

　　⑤平衡式減風設備對(duì)系統的設計要求較高，尤其是在其内部的風壓平衡裝置及控制精度方面(miàn)。

以10色印刷機爲例，第10色爲滿版，假定3種(zhǒng)減風模式的減風效果相當，烘箱洩漏狀況相同，從圖5中可以看出針對(duì)10個烘箱洩漏的溶劑總量，串聯式減風和平衡式減風相當，而并聯式減風則是其兩(liǎng)倍以上。綜合對(duì)比這(zhè)3種(zhǒng)減風增濃技術，平衡式減風綜合了串聯式減風和并聯式減風的優點，同時(shí)又在一定程度上避免了這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)減風方式的缺點，優勢非常明顯。

圖5 3種(zhǒng)減風增濃技術的烘箱溶劑洩漏量

　　LEL與ESO的優劣勢對(duì)比

　　1.LEL與ESO的由來

　　①“LEL”指爆炸下限，它是針對(duì)可燃氣體的一個技術詞語。可燃氣體在空氣中遇明火爆炸的最低濃度，稱爲爆炸下限，簡稱“LEL”。

　　LEL是由并聯式減風技術演變而來的，國(guó)内最早配置并聯式減風設備的印刷機是博斯特凹印機，目的在于節能(néng)和安全。并聯式減風需要解決的一個最大難點就(jiù)是安全問題，爲了保證每個烘箱以及幹燥設備的濃度不超過(guò)溶劑爆炸下限(LEL)的25%，需要在每個單元配置一套VOCs濃度檢測裝置，配置了VOCs濃度檢測裝置的平衡式減風設備在行業内被(bèi)稱爲LEL，所以LEL的關鍵在于VOCs濃度檢測裝置的可靠性。目前，公認可靠的VOCs濃度檢測裝置均爲進(jìn)口品牌，價格非常高昂。

　　②ESO是節能(néng)型熱風輸出及廢氣預處理設備(Energy-Saving Optimization)的英文縮寫，是環葆嘉用近5年時(shí)間針對(duì)包裝印刷行業研發(fā)的一款節能(néng)型減風增濃節能(néng)專利産品。ESO最開(kāi)始是在串聯式減風技術基礎上深入研究衍生出來的平衡式減風技術，初始的設計目标便是減風增濃與節能(néng)。2016年第一台成(chéng)型的ESO産品在上海靈博塑料包裝有限公司問世，并形成(chéng)了相關的企業标準，随後(hòu)，ESO在整個包裝印刷行業被(bèi)廣泛使用。

　　2.LEL與ESO的優劣勢對(duì)比

　　(1)安全方面(miàn)

　　LEL爲了保證每個烘箱及熱風幹燥單元的安全，需要在每個幹燥單元配置一套VOCs濃度檢測裝置，通過(guò)VOCs濃度檢測裝置來調整各單元調節閥的開(kāi)度，從而調節二次循環風量。當某單元廢氣濃度過(guò)高時(shí)，調小二次循環風量，這(zhè)樣整台設備的安全性依賴于VOCs濃度檢測裝置，所以VOCs濃度檢測裝置的準确性、精度、可靠性就(jiù)非常重要，然而市場上的VOCs濃度檢測裝置性能(néng)參差不齊，性能(néng)相對(duì)好(hǎo)的VOCs濃度檢測裝置一般價格不菲。同時(shí)，VOCs濃度檢測裝置的性能(néng)受濕度、環境中顆粒物(比如灰塵、雜質等)的影響，需要經(jīng)常校準。隻要有一套VOCs濃度檢測裝置出現問題，將(jiāng)影響整台LEL設備的正常工作，并且存在較大的安全隐患。

　　而采用ESO的VOCs濃度從第一個烘箱開(kāi)始，逐級遞增，所以隻要控制最後(hòu)一個單元的VOCs濃度在安全範圍内，整台設備就(jiù)是安全的，可以根據每個印刷/複合産品的溶劑使用情況計算安全風量，這(zhè)樣隻需要同時(shí)保證最後(hòu)一個烘箱的幹燥風量以及新風風量不小于安全風量，即使不裝VOCs濃度檢測裝置也能(néng)夠保證安全，當然也可以在最後(hòu)一個單元配置一套VOCs濃度檢測裝置，更直觀地檢測設備的VOCs濃度最高點。

　　(2)幹燥性能(néng)指标

　　幹燥性能(néng)指标直接體現爲溶劑殘留不超标，此項與烘箱的性能(néng)關聯較大，如果要客觀考核，可以要求溶劑殘留水平不高于改造前，改造前後(hòu)在相同工況下檢測對(duì)比。幹燥性能(néng)的間接指标可以分爲送風的溫度、風壓或風量。

　　配套ESO的印刷/複合産品的溶劑殘留量遠比配套傳統型熱風幹燥設備的低，部分配套ESO的印刷企業甚至實現了産品的殘留量免檢。如何通過(guò)風道(dào)優化設計降低溶劑殘留量，由于涉及内容及專業知識點較多，在此不再介紹。

　　(3)氣味指标(微負壓控制與烘箱洩漏)

　　氣味指标最難确定，但也最能(néng)體現減風增濃設備的技術水平，對(duì)于相同狀态的烘箱，不同的減風增濃設備因爲濃度的變化方式、微負壓控制的能(néng)力存在差異，導緻洩漏溶劑量的不同，進(jìn)而感受到周邊氣味的大小不同。

　　在相同減風效果下，ESO比LEL的溶劑洩漏量要少得多。如果要保證溶劑洩漏量一樣，LEL的排風量需要加大，所以ESO的減風增濃效果要優于LEL。

(4)設備的投入成(chéng)本

　　在幹燥風量、加熱方式及加熱溫度相同的情況下，通過(guò)分析一台10色印刷機配套LEL與配套ESO的設備投入，得出LEL與ESO所配置的風機、風閥、加熱器主要部件成(chéng)本相當。另外，ESO有一個密封的箱體，比LEL的箱體在加工工藝上要複雜，這(zhè)部分成(chéng)本會(huì)比LEL高出30%，約爲1.5萬元，而LEL需要配置10套VOCs濃度檢測裝置，假設ESO也配置1套VOCs濃度檢測裝置，在此方面(miàn)，LEL的成(chéng)本比ESO高約13.5萬元。所以一台10色印刷機配套LEL的設備投入比配套ESO高出10萬元以上。在保證生産安全，即VOCs濃度檢測裝置性能(néng)可靠的前提下，相同品質的LEL比ESO的設備投入高30%～40%。

　　(5)設備維護

　　LEL與ESO的設備相比，主要需要維護的核心部件包括風機、風閥、過(guò)濾器、加熱器以及VOCs濃度檢測裝置，假設兩(liǎng)種(zhǒng)設備選擇相同檔次的風機、風閥、過(guò)濾器、加熱器，那麼(me)這(zhè)部分維護成(chéng)本一樣，但LEL需要更多的VOCs濃度檢測裝置，VOCs濃度檢測裝置需要進(jìn)行的最基本維護包括定期使用标氣校準儀器進(jìn)行校準、定期清潔PID燈泡、定期對(duì)煙囪至粉塵過(guò)濾器管道(dào)進(jìn)行吹掃。VOCs濃度檢測裝置正常使用情況下大概需要每半年甚至更短的時(shí)間維護一次，每次維護費用大概爲3000～5000元/套，其中不包含每次維護時(shí)，拆裝儀器所需要的人工費用。同時(shí)，每次校準需要時(shí)間，所以爲了保證連續生産可能(néng)需要準備多套VOCs濃度檢測裝置備用。

　　(6)其他方面(miàn)

　　ESO相比LEL還(hái)有以下優勢：ESO通過(guò)一個密封的箱體包裹核心部件(風機、加熱器、風管等)，集中進(jìn)入排風管的新風可以將(jiāng)所有風機發(fā)熱産生的熱量收集起(qǐ)來，進(jìn)一步節能(néng);ESO的密封箱體結構利于地排風的收集，能(néng)實現無組織VOCs廢氣的集中收集，將(jiāng)高濃度的氣體作爲新風供給ESO使用，這(zhè)是LEL所不具備的功能(néng)。

　　ESO相比LEL存在以下缺點及解決辦法：ESO由于逐級串并聯，所以在溫度方面(miàn)，中間單元不能(néng)有突變的降溫(10℃以内的降溫可以接受)。當中間單元出現降溫時(shí)，ESO隻能(néng)通過(guò)烘箱以及薄膜的自然散熱來實現，所以降溫幅度不能(néng)太大。經(jīng)過(guò)兩(liǎng)年多的技術優化，ESO最終在降溫突變方面(miàn)有了突破性的進(jìn)展，通過(guò)在原加熱器内增設冷水降溫模塊，即可應對(duì)某個幹燥單元突變降溫的情況。爲了保證冷水降溫模塊内壓力的穩定，一般情況下，隻要前一級幹燥溫度不超過(guò)130℃即可。該項技術方案解決了煙包印刷行業凹印機配套的問題。由于煙包印刷行業凹印機溫度突變的情況較爲普遍，減風增濃設備的配套需要謹慎選擇。

　　此處并未提到兩(liǎng)者的節能(néng)率以及減風率的性能(néng)對(duì)比，原因是在未設定嚴格的前提條件下，減風率、節能(néng)率都(dōu)是與設備性能(néng)無關的概念，完全不能(néng)用來表征設備的性能(néng)。如果要設定嚴格的前提條件，如特定的工藝條件、工作環境等，來對(duì)比兩(liǎng)種(zhǒng)不同減風增濃設備的節能(néng)率，則存在較大難點，首先需要有兩(liǎng)台相同型号、相同工藝的生産設備，統計一段時(shí)間内兩(liǎng)台生産設備原熱風設備的能(néng)耗情況，統計時(shí)間越長(cháng)越好(hǎo)，然後(hòu)再用減風增濃設備替換原熱風設備，統計減風增濃設備的能(néng)耗情況。值得注意的是，兩(liǎng)台生産設備的工藝條件及工況條件必須完全一緻，比如印刷速度、生産産品、加熱溫度、溶劑/油墨使用量、車間進(jìn)排風情況等;同時(shí)，需要保證兩(liǎng)台減風增濃設備本身的工藝條件完全一緻，比如進(jìn)風量、加熱溫度、排風量、車間内氣味情況等。要想得到精準的節能(néng)率，就(jiù)必須進(jìn)行嚴格的試驗測試，所以說(shuō)在沒(méi)有任何邊界條件時(shí)談節能(néng)率是沒(méi)有意義的。而單純談減風率就(jiù)更加無意義，因爲在不考慮車間氣味對(duì)于操作人員的影響以及安全爆炸下限的情況下，減風率可以做到百分之百。

　　ESO産品的實際性能(néng)展示

　　在此著(zhe)重介紹一下ESO産品的實際性能(néng)，以下爲鄭州某印刷企業現場實際情況。

　　1.減風增濃實際效果

　　表1爲ESO實際減風增濃效果，配套ESO設備後(hòu)，風量降低67.8%，廢氣濃度提升400%。

　　2.節能(néng)效果

　　表2爲ESO實際節能(néng)效果，配套ESO設備後(hòu)，節能(néng)率達到74.3%。

　　3.溶劑殘留量

　　表3爲配套ESO後(hòu)溶劑殘留量實測值，配套ESO設備後(hòu)，抽樣印刷産品的溶劑殘留量基本上小于0.8mg/m2。

來源：科印網作者：鄒霞