印刷涂布生产线废气治理
恩国环保企业有限公司
应用行业：包装印刷工业
背景介绍
贝迪集团（Brady Corp.）是一家世界的标签生产商，在此行业有60多年的生产经验。并且贝迪公司一直对环境保护有着高度的责任感。每条产线的废气控制都要求符合环保规范要求的。但是其位于密尔沃基的涂料工厂决定安装一套全新的节能废气控制系统时，废气治理为题显的尤为重要。该工厂拥有三条主要生产线，将不间断地生产200种不同的涂料配方。其中两台涂布机设置在“无尘室（white rooms）”内工作，以便生产出特殊洁净的产品。在一些底层表面使用粘合剂、亮光漆、胶膜（cast films）以及其它涂料前必须先加上一层含有混合化学物的溶解型涂料。此工艺中所使用的部份溶剂有: 甲苯（toluene）、甲乙酮（MEK）、甲基异丁基酮（MIBK）、庚烷（heptane）、己烷（hexane）、乙酸乙酯（ethyl acetate）、IPA、硝基乙烷（nitroethane）、核基质蛋白（nMP）、环己酮（cyclohexanone）、1,3-dioxolane。在排除了溶剂回收的可能性后，如此复杂的工艺废气给公司废气控制带来很大的挑战。
采取行动
如果不进行精心挑选合适的废气排放控制设备，将可能导致设备运行成本比前期投资成本付出更多。随着天然气价格的飙升，公司将目标放在如何使提高焚烧炉设备的效率。自1990年代初期起，为了符合美国环保署（EPA）针对涂料产业特别的规范，该公司已花费数百万美元在空气污染控制设备上。包括直燃式和蓄热式焚烧炉炉以及浓缩转轮系统，仅在密尔沃基（Milwaukee）地区该公司就采购了12套系统，第13套也已经订购了。焚烧炉用来处理所有遍布在设备内因生产涂料所散发出的各种废气。由于天然气价格从1990年后期就开始上涨，废气控制设备的成本也逐渐升高，因此该公司寻找zui适当的方法来降低每年的操作及维修成本。
操作及维修成本是一项非常巨大的费用。当其中一台旧式的电热式RTO出现故障时，通常需要花上一周的时间来更换低温区的支撑栅栏及电加热组件，然后再将设备升温至操作的温度。由于故障发生的频率太高，维修部门还专门搭了一个雨蓬以便在下雨或下雪的时期可以立即进行维修。现场的直燃式焚化炉的热交换器也经常出现故障，因此，该公司特别安装了了一套滚轮系统以移动体积庞大的风管，以便在焊接管板时不需要调用吊车。
解决方案
基于以上观念，因此当听说Anguil公司推荐其中西部的涂装工厂采用蓄热式焚烧炉（Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO）时，Silgan的反应是相当怀疑的: “他们推荐什么? 这个RTO显然是不适用的。”当然依照Silganzui初采用直燃式焚烧炉时获得到的技术信息，这样的反应是可以理解的。但是这也提供了一个理想的框架来研究过去这十年来焚烧炉在设计上有了什么样的改变，足以扭转如此激烈的zui初反应:
●直燃式焚烧炉不再具有投资成本的优势
●拥有热气旁通（hot gas bypass）管及向前供给的技术，RTO目前的爆炸下限已确定在25%以上。
●由于燃料成本一直不稳定且持续上升，每一个百分比的热回收都具有重大意义。
●VOC捕集及去除的新需求使得直接热回收逐渐被边缘化，而直燃式与蓄热式焚烧炉两者的操作费用差距也愈来愈大。
Silgan目前现有的直燃式焚烧炉当初是依据风量、有机蒸气浓度、及期待的去除效率来设计。运转时，VOCs废气进入系统风机然后再排放至热交换器中。废气通过热交换器管面时先被预热然后再进入燃烧器，在此受污染的空气被加温到热燃烧温度（1,200~1,800℉ / 650~1,000℃）。当含VOCs的废气被加温到热燃烧温度并停留特定的时间（0.5~2.0秒）后，即发生放热的反应。空气中的VOCs转换成二氧化碳及水蒸汽。高温且净化的空气于是通过热交换器的壳面，在此处被释出的热能则用来预热进入的含溶剂的空气，以减少系统燃料的消耗。zui后，再将无污染的空气排放到大气中。
所有的直燃式焚烧炉在设计上有一个弱点，就是热交换器内的钢铁是曝露在燃烧室的高温下（通常超过1,600℉ / 871℃）。Silgan厂内设备的这个区块历年来都需要不断的维修，因此造成费用的增加并且影响到生产力。Silgan的工程人员必须修理这老旧的系统，更换一台类似的设备或者寻找替代的方案。
经过几种选项的评估后，RTO因为其投资成本的优势及操作费用的节省而被选中。这是一套客制化的治理系统，特别针对他们高风量及高浓度所设计的。Anguil负责设计、制造及安装这套40,000 SCFM的蓄热式焚烧炉（RTO）及热交换器、热气旁通管及炉内清洗设备。
设备应用
Silgan新RTO的运作如下: 含溶剂的制程废气经由一进气管进入焚烧炉，流量控制，Poppet valves将气体引导到其中一个热回收槽，在此制程废气被预热。制程废气及污染物在流向燃烧室前于入口陶瓷床慢慢加热。VOCs在燃烧室中燃烧，然后在燃烧室出口流向的陶瓷床上释出热能。出口陶瓷床被加热而废气是冷的，所以出口气体温度只会稍微高于制程废气入口温度。经由流量控制及Poppet Valves 规则地切换气流进入陶瓷床的方向以便增加焚化炉的热能回收量至zui大极限。焚化炉的VOC燃烧及高热能回收减少了辅助燃料的需求并节省了操作费用。例如，在95%的热回收状况下，RTO出口的温度可能只高于入口的制程废气约40℃（70℉）。此焚烧炉可以自我供应能源的方式运作，而在正常作业浓度时不需要任何辅助燃料。
Silgan工厂所排放的制程废气及炉火区的温度带来了一些挑战，同时也意味着某些契机。
由于制程的爆炸下限高达14%，RTO的高温因此受到关注。一个热旁通阀可以让RTO反应炉过多的热气直接排放至排气管，或者当进入的VOCs量提供超过维持设定温度所需的热能时回到燃烧炉的入口管。因为焚烧炉不需要太多的燃料即可达到理想的温度，这个原始的热回收节省了数千元的操作费用。按照Anguil的设计不会有任何温度滞留时间上的损失，可以确保去除率并消除设备过热的忧虑。不论旁通管是否开放，VOCs去除效率都是可以保证的。
Silgan同时还研究其他的节能策略，利用一个二次热交换器来回收RTO排放烟囱额外的热气。初步估计显示，在焚烧炉排气管使用热交换器可以回收额外6.5 million btu/hr的热气。新鲜空气（平均室外温度8℃）经过单一通行、效率达50%的热交换器，空气会被加热到大约177℃（350℉）。这个回收热能可以使用在生产上或冬季所需的暖气，如此达到显著的节约效果。
此RTO也包含一个高温bake-out系统，相当于燃烧炉内自行清洗的功能。这项功能可移除热交换蓄热材冷却面上的有机集结物。在bake-out模式下，RTO与制程呈脱机状态。风量减少时，出口温度在气流方向改变前会升高。此热空气将有机微粒物蒸发，*清除蓄热床上的阻塞物。气流方向切换，相对的冷却面也被清洗干净。标准的bake-out会在343℃（650℉）时发生，Silgan系统的蓄热材支撑架及poppet valves都采用不锈钢材质，因此bake-out温度可以允许达到427℃（800℉），如此更加确保了*清洗的效果。设定好的RTO bake-out可以减少热回收槽的压降。因此，当建议装置bake-out时，Anguil会加装必要的传送器来监控蓄热床的压降，同时也提供操作人员连续的记录数据及相关数据。
Silgan的制造Dan Gallo对这个结果非常满意。”我们选择Anguil是因为他们的技术及对服务的承诺，”他说。”Anguil不仅有能力解决自己设备的问题，还能够对别家所制造的焚化炉提出操作解决方案。我们非常欣赏他们对的追求也非常高兴能成为Anguil生意上的好伙伴。”
