印刷有机废气无害化处理及能量回收系统的制作方法

本实用新型涉及印刷工业干燥过程产生的有机废气的处理，特别涉及一种印刷有机废气无害化处理及能量回收系统。

背景技术：

印刷是将文字、图画、照片、防伪等原稿经制版、施墨、加压等工序，使油墨转移到纸张、织品、塑料品、皮革等材料表面上，批量复制原稿内容的技术。印刷技术已经成为与工业生产、人们生活密不可分的技术，尤其是彩色印刷，其最常见的代表就是各种各样的包装材料的生产过程。

油墨是用于印刷的重要材料，它通过印刷或喷绘将图案、文字表现在承印物上。油墨中包括主要成分和辅助成分，由树脂、颜料、填料、助剂和溶剂组成。其中的溶剂主要是挥发性溶剂，完成印制的印刷品需要进行充分的烘干，油墨中的溶剂被蒸发出来，从而使油墨附着在承印物上，完成印刷过程。

烘干过程产生大量含挥发性有机溶剂的废气，直接排放会对印刷工业的从业人员健康产生极大危害，并存在爆炸的风险，还会对周围环境产生严重污染，因此需要对其进行无害化处理。目前，对印刷行业的废气主要采用燃烧法进行治理，将烘干过程产生的废气直接通入旋转式蓄热焚烧炉，或者使用沸石转轮或者活性炭吸附浓缩，经过吸附后的气体直接外排，再用少量热气进行脱附，脱附下来的高浓度有机废气再通入旋转式蓄热焚烧炉。上述处理方法存在日常维护繁琐、一次性投资大、运行不稳定、需频繁启动从而消耗较多外加燃料、余热利用率低等问题。

综上所述，目前的印刷有机废气的处理过程存在日常维护繁琐、消耗燃料多、运行不稳定、余热利用率低等问题，因此需要发明一种印刷有机废气无害化处理及能量回收系统，以减少维护工作量，降低运行成本，增强系统运行稳定性，提高余热利用效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种印刷有机废气无害化处理及能量回收系统，采用该系统能够减少维护工作量，降低运行成本，增强系统运行稳定性和安全性，提高余热利用效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种印刷有机废气无害化处理及能量回收系统，如图1所示，该印刷有机废气无害化处理及能量回收系统包括印刷系统、蓄热焚烧炉、换热单元、储水箱、水泵。

印刷系统包括烘干单元，烘干单元包括气水换热器。烘干单元用于印刷品油墨的烘干，其中的气水换热器用于烘干气体的加热，加热后的烘干气体能够更快速地将油墨中的溶剂蒸发出来。

蓄热焚烧炉(RTO)是利用蓄热体储存有机废气分解时产生的热量，并用蓄热体储存的热能分解未被处理的有机废气，除启动过程中消耗少量外加染料外，正常运行过程中无需消耗外加燃料，主要用于有机废气浓度较低但废气量较大的情况，其有机废气的净化效率高达99.5％。蓄热焚烧炉分为旋转式蓄热焚烧炉、二床式蓄热焚烧炉、三床式蓄热焚烧炉，以及多床式蓄热焚烧炉。

本实用新型优选的蓄热焚烧炉包括三床式蓄热焚烧炉。

发明人发现，选择三床式蓄热焚烧炉具有较大的优势。首先，三床式蓄热焚烧炉维护方便，其需要日常维护的主要是常规阀门，操作简单，维护成本低，而现有技术中使用的旋转式蓄热焚烧炉的主要部件是旋转多通阀，作用原理是依靠旋转多通阀中两个部件的相对运动，实现不同管路的通断，需要极为精密的端面密封，其维护繁琐，成本较高；其次，三床式蓄热焚烧炉采用闷炉式设计，保温效果好，停机再启动时，只需少量外加燃料即可，而旋转式蓄热焚烧炉再启动时需要消耗较多的外加燃料。

换热单元包括气水换热器和气气换热器。蓄热焚烧炉出气口出来的气体温度较高，首先进入气水换热器，将热量从气体传递到水中，由于水的比热容较大，能够将其中大部分热量交换到水中，并且能够使水上升到较高的温度，这部分被转移到水中的能量属于高质热能，易于利用。从气水换热器出来的气体进入气气换热器。从蓄热焚烧炉出气口出来的气体经气水换热器后，热能含量相对较小，若还采用比热容较大的水作为接受热量的介质，则水温较低，属于低质热能，难以高效利用，因此选择比热容较小的空气作为接收热量的介质，这样还可以得到温度较高的气体，能够被高效利用。

换热单元使用过程中温度变化的一个示例如下：气水换热器进气口的气体温度为350℃，出气口的气体温度100℃，进水口的液体温度为70℃，出水口的液体温度为90℃，气水换热器的余热回收率为73％。气气换热器焚烧废气进气口的气体温度为100℃，焚烧废气出气口的气体温度40℃，待加热气体进气口的温度为0℃，待加热气体出气口的温度为20℃，气气换热器的余热回收率60％。总的余热回收率为89％。

进一步优选的，气水换热器和气气换热器采用逆流换热，如图3所示，用于接收热量的水和空气的总体流动方向与蓄热焚烧炉出来的废气的流动方向相反，这样总体的传热推动力最大，能够加快热量传递，减少换热器的换热面积，提高余热回收率。

所述印刷有机废气无害化处理及能量回收系统中设置有储水箱。印刷系统的烘干单元启动时，产生的废气中挥发性有机物的浓度较低，并不适合进入蓄热焚烧炉处理，即此时蓄热焚烧炉并不能产生高温废气，而烘干单元开始工作前就需要将其中的气体加热到设定的温度。由此可知，烘干单元需要热量加热气体与蓄热焚烧炉产生热量并不同步。此外，某一时段内蓄热焚烧炉产生的热量较多，而该时段内烘干单元的热量需求量较小，其热量产生量和需求量也不相同。为解决该问题，发明人在所述印刷有机废气无害化处理及能量回收系统中设置了储水箱，以水作为携带和储存热量的介质，这样就可以调和热量产生和需求之间不同步、不匹配的矛盾，达到高效利用印刷有机废气无害化处理产生的余热的目的。

进一步优选的，储水箱包括但不限于不锈钢储水箱、玻璃钢储水箱等。储水箱的表面还设置有保温层。

储水箱设置有第一出水口、第一进水口、第二出水口和第二进水口。

所述印刷有机废气无害化处理及能量回收系统的各组成部分的连接关系如下：印刷系统的有机废气出口与蓄热焚烧炉的进气口连接，蓄热焚烧炉的出气口依次设置有气水换热器和气气换热器，储水箱的第一出水口与气水换热器的进水口连接，气水换热器的进水口和储水箱的第一出水口之间设置有水泵，气水换热器的出水口与储水箱的第一进水口连接，储水箱的第二出水口与烘干单元中气水换热器的进水口连接，储水箱的第二出水口和烘干单元中气水换热器的进水口之间设置有水泵，烘干单元中气水换热器的出水口与储水箱的第二进水口连接。

进一步优选的，储水箱内还可以设置有隔板，如图4所示，隔板将储水箱的内部空间分为相互连通的两部分，隔板的下端与储水箱的下底面和侧面密封连接，隔板的上端与储水箱的上底面之间有间隙。

储水箱中设置隔板的目的是将储水箱内的空间分为相互连通的两部分，一部分设置为高温区，储水箱的第二进水口和第一出水口设置在该高温区，气水换热器的出水口连接在储水箱的第一进水口，因此经高温废气加热的高温水进入该高温区，烘干单元中气水换热器的进水口连接在储水箱的第二出水口，高温水可进入烘干单元中气水换热器中加热烘干气体，转变为低温水。另一部分设置为低温区，储水箱的第一出水口和第二进水口设置在该低温区，烘干单元中气水换热器的出水口连接在储水箱的第二进水口，因此经烘干单元中气水换热器后将热量传递到烘干单元后的低温水进入该低温区，气水换热器的进水口连接在储水箱的第一出水口，低温水可进入气水换热器中吸收热量，转变为高温水。

储水箱中设置隔板后，可有效防止储水箱中不同温度水的返混，避免高温水全部或部分进入气水换热器中，同时还可以避免低温水全部或部分进入烘干单元中气水换热器中，导致温差减小、传热推动力降低，影响传热效率。

更进一步优选的，所述隔板设置有保温层，或者隔板由隔热材料组成。

进一步优选的，如图2所示，在气水换热器的进水口和储水箱的第一出水口之间再增设一台水泵，且与原有水泵并联设置。

在气水换热器的进水口和储水箱的第一出水口之间设置两台水泵和是为了避免因水泵故障而导致意外停泵。因蓄热焚烧炉排出的废气温度较高，若水泵因故障停止运行，则无法及时将气水换热器中的热量带走，其中的水会过热而形成蒸汽，压力升高，若其中的压力升高到气水换热器的承受极限，就会有爆裂的危险。

两台水泵可以采用人工控制，若一台水泵发生故障导致停泵，人工将另一台水泵及相关阀门打开，保持气水换热器中的水处于流动状态；也可以采用自动控制方式，在管道上设置流量监测装置，当流量降低到设定值以下时，监测装置发出电信号，启动备用的水泵及相关阀门，以保持管道内水的流量。

所述印刷有机废气无害化处理及能量回收系统的印刷系统的有机废气出口与蓄热焚烧炉的进气口之间还设置有引风机。

所述印刷有机废气无害化处理及能量回收系统的气气换热器还连接有采暖风机和供暖单元，用于车间的供暖。

本实用新型提供的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统，克服了现有技术印刷有机废气处理过程中存在的日常维护繁琐、消耗燃料多、运行不稳定、余热利用率低等缺陷，能够为印刷有机废气无害化处理提供较好的装置。

附图说明

图1为印刷有机废气无害化处理及能量回收系统示意图；

图2为优选的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统示意图；

图3为换热器逆流换热示意图；

图4为设置有隔板的储水箱示意图；

其中：

1、蓄热焚烧炉，2、换热单元，3、储水箱，5、引风机，6、印刷系统，7、采暖风机，8、供暖单元；

1-1、蓄热焚烧炉的进气口，1-2、蓄热焚烧炉的出气口；

2-1、第一气水换热器，2-2、气气换热器；

3-1、储水箱的第一出水口，3-2、储水箱的第一进水口，3-3、储水箱的第二出水口，3-4、储水箱的第二进水口；

4-1、第一水泵，4-2、第二水泵，4-3、第三水泵；

6-1、烘干单元，6-1-1、第二气水换热器本实用新型的效果

采用本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统的有益效果是：①采用的三床式蓄热焚烧炉的维护简便，减少了维护费用；②三床式蓄热焚烧炉的保温效果好，停机再启动时仅需要较少外加燃料即可，减少了能源消耗；③换热单元同时设置了气水换热器和气气换热器，使有机废气焚烧产生的余热得以分级利用，提高了利用率；④增加了储水箱，解决了有机废气处理产生热量及热量利用两个过程中不同步、不匹配的矛盾，提高系统的调节能力，增加了热量的利用效率；⑤在气水换热器的进水口前设置了两套用于水循环的泵系统，提高了系统的安全系数及可靠性。

具体实施方式

实施例1

采用如图1所示的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统对印刷有机废气进行处理，蓄热焚烧炉1选用三床式蓄热焚烧炉，储水箱3为不锈钢储水箱。

进入蓄热焚烧炉1的印刷有机废气的浓度约为6000mg/Nm³，蓄热焚烧炉1的出气口1-2的焚烧废气温度为350℃，进入第一气水换热器2-1的水的温度为70℃，流出第一气水换热器2-1的水的温度为90℃，流出第一气水换热器2-1的废气的温度为100℃，在第一气水换热器2-1中，约73％的热量从焚烧废气转移到水中。

从储水箱3的第二出水口3-3流出的水的温度为86℃，从烘干单元6-1的第二气水换热器6-1-1的出水口流出的水的温度为70℃，烘干单元6-1从第二气水换热器 6-1-1中得到的能量占其总耗能的58％，因此采用本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统可以节省烘干单元6-1的58％的能耗。

与现有技术的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统还设置了气气换热器2-2。进入气气换热器2-2的焚烧废气的温度为100℃，流出气气换热器2-2的焚烧废气的温度为40℃，进入气气换热器2-2的空气的温度约为0℃，流出气气换热器2-2的空气温度约为25℃，在气气换热器2-2中，约60％的热量从焚烧废气转移到空气中。增加设置气气换热器2-2后使热能利用率从73％提高到89％。

与现有技术中采用旋转式蓄热焚烧炉的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统采用三床式蓄热焚烧炉，能够节省维护时间80％，节省维护成本85％，单次重新启动能够节省外加燃料75％。

与现有技术中未设置储水箱的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统中设置了储水箱3，使整个系统运行更加稳定，较好地调节了热量产生与消耗的不同时，热量产生量与需求量不匹配的矛盾，使热能利用率提高了20个百分点。

实施例2

采用如图2所示的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统对印刷有机废气进行处理，蓄热焚烧炉1选用三床式蓄热焚烧炉，储水箱3为带保温层的不锈钢储水箱。

在储水箱的第一出水口3-1处设置了第一水泵4-1和第二水泵4-2，第一水泵4-1 正常运行，第二水泵4-2作为备份，可随时启动。当第一水泵4-1出现故障而意外停止液体输送时，作为备份的第二水泵4-2启动，保持第一气水换热器2-1中水的正常循环，将热量及时带出，防止第一气水换热器2-1中热量积累，使水气化为水蒸气，导致第一气水换热器2-1爆裂，提高了系统的安全系数及可靠性。

进入蓄热焚烧炉1的印刷有机废气的浓度约为6040mg/Nm³，蓄热焚烧炉1的出气口1-2的焚烧废气温度为351℃，进入第一气水换热器2-1的水的温度为71℃，流出第一气水换热器2-1的水的温度为94℃，流出第一气水换热器2-1的废气的温度为102℃，在第一气水换热器2-1中，约74％的热量从焚烧废气转移到水中。

从储水箱3的第二出水口3-3流出的水的温度为91℃，从烘干单元6-1的第二气水换热器6-1-1的出水口流出的水的温度为72℃，烘干单元6-1从第二气水换热器 6-1-1中得到的能量占其总耗能的65％，因此采用本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统可以节省烘干单元6-1的65％的能耗。

与现有技术的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统还设置了气气换热器2-2。进入气气换热器2-2的焚烧废气的温度为100℃，流出气气换热器2-2的焚烧废气的温度为40℃，进入气气换热器2-2的空气的温度约为0℃，流出气气换热器2-2的空气温度约为25℃，在气气换热器2-2中，约60％的热量从焚烧废气转移到空气中。增加设置气气换热器2-2后使热能利用率从74％提高到91％。

与现有技术中采用旋转式蓄热焚烧炉的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统采用三床式蓄热焚烧炉，能够节省维护时间80％，节省维护成本85％，单次重新启动能够节省外加燃料75％。

与现有技术中未设置储水箱的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统中设置了带保温层的储水箱3，使整个系统运行更加稳定，较好地调节了热量产生与消耗的不同时，热量产生量与需求量不匹配的矛盾，同时减少了储水箱3的热损耗，使热能利用率提高了22个百分点。

实施例3

采用如图2所示的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统对印刷有机废气进行处理，蓄热焚烧炉1选用三床式蓄热焚烧炉，储水箱3为带保温层的不锈钢储水箱，换热单元2采用如图3所示的逆流换热的连接方式。

在储水箱的第一出水口3-1处设置了第一水泵4-1和第二水泵4-2，第一水泵4-1 正常运行，第二水泵4-2作为备份，可随时启动。当第一水泵4-1出现故障而意外停止液体输送时，作为备份的第二水泵4-2启动，保持第一气水换热器2-1中水的正常循环，将热量及时带出，防止第一气水换热器2-1中热量积累，使水气化为水蒸气，导致第一气水换热器2-1爆裂，提高了系统的安全系数及可靠性。

进入蓄热焚烧炉1的印刷有机废气的浓度约为6100mg/Nm³，蓄热焚烧炉1的出气口1-2的焚烧废气温度为360℃，进入第一气水换热器2-1的水的温度为68℃，流出第一气水换热器2-1的水的温度为93℃，流出第一气水换热器2-1的废气的温度为92℃，在第一气水换热器2-1中，约79％的热量从焚烧废气转移到水中。

从储水箱3的第二出水口3-3流出的水的温度为90℃，从烘干单元6-1的第二气水换热器6-1-1的出水口流出的水的温度为68℃，烘干单元6-1从第二气水换热器 6-1-1中得到的能量占其总耗能的66％，因此采用本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统可以节省烘干单元6-1的66％的能耗。

与现有技术的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统还设置了气气换热器2-2。进入气气换热器2-2的焚烧废气的温度为92℃，流出气气换热器2-2的焚烧废气的温度为30℃，进入气气换热器2-2的空气的温度约为0℃，流出气气换热器2-2的空气温度约为27℃，在气气换热器2-2中，约64％的热量从焚烧废气转移到空气中。增加设置气气换热器2-2后使热能利用率从79％提高到92％。

与现有技术中采用旋转式蓄热焚烧炉的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统采用三床式蓄热焚烧炉，能够节省维护时间80％，节省维护成本85％，单次重新启动能够节省外加燃料75％。

与现有技术中未设置储水箱的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统中设置了带保温层的储水箱3，使整个系统运行更加稳定，较好地调节了热量产生与消耗的不同时，热量产生量与需求量不匹配的矛盾，同时减少了储水箱3的热损耗，使热能利用率提高了23个百分点。

实施例4

采用如图2所示的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统对印刷有机废气进行处理，蓄热焚烧炉1选用三床式蓄热焚烧炉，储水箱3为带保温层的不锈钢储水箱，储水箱3中按照如图4所示增加隔板3-5，并按照图4所示进行相关连接。

在储水箱的第一出水口3-1处设置了第一水泵4-1和第二水泵4-2，第一水泵4-1 正常运行，第二水泵4-2作为备份，可随时启动。当第一水泵4-1出现故障而意外停止液体输送时，作为备份的第二水泵4-2启动，保持第一气水换热器2-1中水的正常循环，将热量及时带出，防止第一气水换热器2-1中热量积累，使水气化为水蒸气，导致第一气水换热器2-1爆裂，提高了系统的安全系数及可靠性。

进入蓄热焚烧炉1的印刷有机废气的浓度约为6040mg/Nm³，蓄热焚烧炉1的出气口1-2的焚烧废气温度为351℃，进入第一气水换热器2-1的水的温度为68℃，流出第一气水换热器2-1的水的温度为95℃，流出第一气水换热器2-1的废气的温度为101℃，在第一气水换热器2-1中，约76％的热量从焚烧废气转移到水中。

储水箱3中增加隔板3-5后，防止高温水与低温水在储水箱3中混合，使储水箱的第一出水口3-1与储水箱的第二出水口3-3的温差由20℃提高到26℃，同时提高了换热单元2的第一气水换热器2-1和印刷系统6的第二气水换热器6-1-1传热速率，增加了系统的热量利用率。

从储水箱3的第二出水口3-3流出的水的温度为94℃，从烘干单元6-1的第二气水换热器6-1-1的出水口流出的水的温度为68℃，烘干单元6-1从第二气水换热器 6-1-1中得到的能量占其总耗能的69％，因此采用本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统可以节省烘干单元6-1的69％的能耗。

与现有技术的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统还设置了气气换热器2-2。进入气气换热器2-2的焚烧废气的温度为101℃，流出气气换热器2-2的焚烧废气的温度为38℃，进入气气换热器2-2的空气的温度约为0℃，流出气气换热器2-2的空气温度约为26℃，在气气换热器2-2中，约63％的热量从焚烧废气转移到空气中。增加设置气气换热器2-2后使热能利用率从76％提高到90％。

与现有技术中采用旋转式蓄热焚烧炉的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统采用三床式蓄热焚烧炉，能够节省维护时间80％，节省维护成本85％，单次重新启动能够节省外加燃料75％。

与现有技术中未设置储水箱的技术方案相比，本实用新型的印刷有机废气无害化处理及能量回收系统中设置了带保温层的储水箱3，使整个系统运行更加稳定，较好地调节了热量产生与消耗的不同时，热量产生量与需求量不匹配的矛盾，同时减少了储水箱3的热损耗，使热能利用率提高了23个百分点。