PCB廠揮發(fā)性有機(jī)廢氣改造工程案例

查紅平 吳昌興 徐福林 黃稱祥

（江西紅板科技股份有限公司，江西 吉安 343100）

0 前言

《涂料、油墨及膠黏劑工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 37824—2019）》中定義揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs，Volatile organic compounds）是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者根據(jù)有關(guān)規(guī)定確定的有機(jī)化合物。在表征VOCs總體排放情況時(shí)，根據(jù)行業(yè)特征和環(huán)境管理要求，可采用總揮發(fā)性有機(jī)物（以TVOC表示）、非甲烷總烴（以NMHC表示）作為污染物控制項(xiàng)目。

印制線路板（PCB）行業(yè)生產(chǎn)過程中使用的油墨、溶劑含多種揮發(fā)性有機(jī)物，公司目前使用噴淋+活性炭吸附工藝在滿足新標(biāo)準(zhǔn)前提下需要大量更換活性炭，產(chǎn)生次生危險(xiǎn)廢物，且活性炭層易堵塞失效，系統(tǒng)運(yùn)行成本高、效率低，對(duì)現(xiàn)有有機(jī)廢氣治理工藝升級(jí)改造降低污染物排放勢(shì)在必行。

1 PCB行業(yè)VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)、主要物料理化性質(zhì)和VOCs特性分析

1.1 印制線路板制作過程中VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)分析

印制線路板制作過程使用油墨、有機(jī)溶劑、含易揮發(fā)有機(jī)化學(xué)品和半固化樹脂的工序都會(huì)產(chǎn)生VOCs，具體如下。1）圖形線路轉(zhuǎn)移工序使用感光油墨、光固化油墨以及涂覆機(jī)保養(yǎng)使用有機(jī)溶劑等產(chǎn)生VOCs排放；2）孔內(nèi)化學(xué)沉銅工序使用甲醛還原銅離子過程產(chǎn)生甲醛排放；3）壓板工序使用樹脂塞孔油墨產(chǎn)生VOCs排放；4）壓板半固化片熱固化及抽真空過程產(chǎn)生VOCs排放；5）圖形線路轉(zhuǎn)移過程中使用菲林清潔劑清潔菲林時(shí)產(chǎn)生VOCs排放；6）線路板表面使用防焊油墨印刷、預(yù)烤、固化環(huán)節(jié)產(chǎn)生VOCs排放；7）字符絲印和固化環(huán)節(jié)油墨印刷、固化產(chǎn)生VOCs排放；8）噴錫前后處理環(huán)節(jié)助焊劑使用產(chǎn)生VOCs排放；9）絲網(wǎng)印刷后網(wǎng)板清洗、晾干等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的VOCs排放。其中化學(xué)沉銅工序甲醛溶于沉銅藥水中稀釋使用，且與沉銅線酸堿廢氣集中收集采用堿液噴淋治理，不需要單獨(dú)接入有機(jī)廢氣治理設(shè)施；壓板環(huán)節(jié)半固化片在真空壓機(jī)中產(chǎn)生的VOCs濃度低一般不單獨(dú)治理，直接排放；噴錫環(huán)節(jié)采用噴淋預(yù)處理+靜電除油煙方式進(jìn)行煙氣凈化，上述3個(gè)工序有機(jī)廢氣不納入該項(xiàng)目PCB廠VOCs治理工藝討論。

1.2 PCB行業(yè)主要含VOCs原料的物理化性質(zhì)分析

印制線路板行業(yè)各工序使用的揮發(fā)性有機(jī)物主要包括感光油墨、阻焊油墨、熱硬化文字油墨、塞孔油墨、有機(jī)溶劑、有機(jī)清洗劑等物料，主要性質(zhì)根據(jù)項(xiàng)目原料化學(xué)品安全技術(shù)說明書（MSDS）匯總見表1。

表1 含VOCs原料種類、主要成份、含量范圍及溶解性

1.3 PCB行業(yè)各工序排放的VOCs特性分析

PCB行業(yè)VOCs排放工序主要有內(nèi)層、防焊、字符、塞孔和洗網(wǎng)等，各工序采用的原料、工藝、設(shè)備影響VOCs排放量和收集率，根據(jù)工序在車間的布局將含VOCs廢氣分類收集，分析產(chǎn)生濃度、排放濃度和排放特性，結(jié)果見表2、表3。

由表2、表3可知，改造前內(nèi)層、防焊、字符、塞孔等工序采用密閉收集的烤箱、隧道爐VOCs收集率不低于90%；絲印環(huán)節(jié)設(shè)備密封性較差，廢氣收集率低；網(wǎng)房VOCs收集率最低約30%；改造過程通過增加并優(yōu)化絲印機(jī)、網(wǎng)板清洗臺(tái)面的抽風(fēng)罩，增加廢氣收集量提高廢氣收集率。各工序VOCs濃度從4.3 mg/m～417.5 mg/m，核算全廠加權(quán)平均濃度111.6 mg/m；表3中各廠房因原料、設(shè)備配置、布局和生產(chǎn)負(fù)荷差異，VOCs產(chǎn)生濃度從23 mg/m～135 mg/m；PCB行業(yè)各工序廢氣濃度、溫度波動(dòng)范圍大、烘烤廢氣含塵量較高，需要經(jīng)降溫、除塵才能滿足《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2026—2013）中界定的有機(jī)廢氣進(jìn)氣要求。

表2 VOCs產(chǎn)生源、設(shè)備特性、濃度和廢氣特征

表3 PCB廠VOCs物料平衡分析

2 PCB行業(yè)VOCs治理工藝選型

2.1 PCB行業(yè)VOCs預(yù)處理工藝選型

PCB行業(yè)各工序廢氣濃度、溫度波動(dòng)范圍大、含塵量較高，需要采取降溫、除塵、除霧措施進(jìn)行預(yù)處理?，F(xiàn)有預(yù)處理采用填料噴淋塔存在除塵效率不高、容易堵塞、不易維護(hù)等缺陷，設(shè)施保養(yǎng)停機(jī)頻率高和運(yùn)行風(fēng)阻大；填料噴淋塔預(yù)處理后廢氣中攜帶大量水霧，使活性炭潮濕失效，降低吸附效率，進(jìn)一步影響有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行，造成運(yùn)行成本大、去除率低。

旋流板塔能除塵、除霧的特點(diǎn)，替代填料噴淋塔用于除霧與除塵效率可達(dá) 98%～99%。多層塔板可以提高塔內(nèi)切向速度，對(duì)提高小顆粒分離效果有利，分離阻力?。ú淮笥?00Pa），負(fù)荷大。多級(jí)旋流板塔具有處理能力較大、壓降較低、操作彈性大、體積小、耗材少、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、不易堵塞、維護(hù)少以及運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，能較好地適應(yīng)PCB廠含VOCs廢氣風(fēng)量、塵霧含量變化及不同粒徑的處理。

PCB廠含VOCs廢氣經(jīng)旋流板塔預(yù)處理前后管道對(duì)照如圖1和圖2所示，圖1中旋流板塔進(jìn)氣口有大量毛絮物累積，處理后旋流板塔出氣口圖2中無毛絮物，管壁僅有油水混合物殘留。項(xiàng)目多級(jí)旋流板塔后配套混風(fēng)箱平衡現(xiàn)有多套前置風(fēng)機(jī)+多級(jí)旋流板塔預(yù)處理系統(tǒng)風(fēng)壓平衡；混風(fēng)箱后接初效、中效兩級(jí)干式過濾進(jìn)一步過濾廢氣中顆粒物和水霧，保護(hù)蜂窩活性炭床。

圖1 旋流板塔進(jìn)氣口管道雜物

圖2 旋流洗滌塔出口管道無毛絮物

2.2 PCB行業(yè)VOCs末端治理工藝選型

如圖3所示，VOCs治理工藝選擇與濃度、廢氣量有關(guān)。綜合考慮該項(xiàng)目單套設(shè)備廢氣處理量在2萬m/h～16萬m/h，廢氣平均濃度在23 mg/m～135 mg/m，最高濃度低于1000 mg/m；綜合考慮廢氣治理效率、經(jīng)濟(jì)性、適用性、安全性和項(xiàng)目地區(qū)氣溫、設(shè)備安裝場(chǎng)地等因素，吸附濃縮+脫附催化燃燒工藝是最適合該項(xiàng)目的VOCs治理工藝。

圖3 VOCs治理工藝選擇

項(xiàng)目吸附濃縮+脫附催化燃燒工藝優(yōu)點(diǎn)如下：1）適合較低濃度（項(xiàng)目VOCs平均濃度小于200 mg/m），且濃度范圍波動(dòng)較大的有機(jī)廢氣治理工藝，通過活性炭吸附濃縮廢氣中有機(jī)廢氣，在脫附過程中均勻釋放維持催化燃燒濃度、溫度，有利于提高效率、節(jié)約能源。2）操作費(fèi)用較低，活性炭脫附再生過程中第一次加熱催化爐預(yù)熱后，通過催化燃燒產(chǎn)生的熱量可以維持后續(xù)活性炭床再生，不需要持續(xù)輔助加熱。3）脫附和催化燃燒溫度較低，一般活性炭床脫附溫度不高于120℃，催化燃燒溫度在低于300℃，不產(chǎn)生氮氧化物等二次污染。4）系統(tǒng)采用PLC控制，設(shè)置了溫度、壓力、VOCs濃度等傳感器采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過氣動(dòng)閥切換和變頻控制風(fēng)機(jī)等維持最佳運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)化程度高，同時(shí)安裝了噴淋和氮?dú)鉁缁饍商紫缿?yīng)急設(shè)施，運(yùn)行安全。5）系統(tǒng)工藝適應(yīng)性強(qiáng)，投資相對(duì)較低。綜上所述，該項(xiàng)目選擇適用公司VOCs濃度、風(fēng)量、氣溫、塵霧含量和施工場(chǎng)地的旋流塔洗滌+干式過濾+活性炭吸附+催化燃燒工藝進(jìn)行VOCs治理改造；對(duì)一般車間的VOCs進(jìn)行旋流塔洗滌+干式過濾+活性炭吸附+催化燃燒工藝進(jìn)行治理；對(duì)無塵室VOCs通過空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)管抽風(fēng)經(jīng)初效、中效過濾+活性炭吸附+催化燃燒，吸附VOCs后氣體返回空調(diào)回風(fēng)口經(jīng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步凈化、調(diào)節(jié)溫濕度后返回?zé)o塵室，通過該系統(tǒng)降低無塵室絲印機(jī)無組織排放VOCs濃度，減少有組織廢氣系統(tǒng)抽風(fēng)帶走冷量，即實(shí)現(xiàn)了環(huán)境改善又不增加空調(diào)系統(tǒng)能耗。

3 VOCs改造工程減排效果及運(yùn)行費(fèi)用

3.1 改造前后減排效果

項(xiàng)目改造前單一活性炭吸附或噴淋+活性炭吸附進(jìn)行有機(jī)廢氣治理，存在活性炭飽和周期短、更換不及時(shí)、實(shí)際VOCs去除率低且設(shè)施易堵塞毛絮物，運(yùn)行阻力大、安全風(fēng)險(xiǎn)高等情況。通過現(xiàn)場(chǎng)考察，制定“一企一策”方案，增加收集罩和抽風(fēng)量提高廢氣收集率，采用旋流塔洗滌+干式過濾+活性炭吸附+催化燃燒工藝提高廢氣中水霧和粉塵去除率，減緩活性炭失效，通過熱脫附再生活性炭+催化燃燒維持了活性炭的吸附效率穩(wěn)定及VOCs去除率穩(wěn)定。對(duì)照改造前后VOCs治理效果見表4，改造后全廠VOC s收集率從62.26%提升至85.72%；去除率從30%提升至82.50%；績效評(píng)級(jí)從C級(jí)提升至B級(jí)；每年減排VOCs 82.00t以上。改造工程有效達(dá)成收集率、治理效率要求，減少了O超標(biāo)天氣情況下限產(chǎn)、停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

表4 改造前后揮發(fā)性有機(jī)物減排效果

3.2 工程運(yùn)行費(fèi)用

項(xiàng)目有機(jī)廢氣治理設(shè)施改造前采用單一活性炭吸附或填料噴淋塔+活性炭吸附工藝；改造后治理系統(tǒng)增加了旋流噴淋塔、干式過濾和催化燃燒以及二級(jí)總風(fēng)機(jī)等，運(yùn)行成本見表5、表6。

表5 VOCs治理系統(tǒng)能耗

表6 VOCs治理系統(tǒng)運(yùn)行成本

4 結(jié)語

PCB制造行業(yè)使用油墨、有機(jī)溶劑等物料，產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣溫度跨度大、濃度波動(dòng)大、顆粒物含量多。采用多級(jí)旋流板塔能有效去除噴涂和烘烤環(huán)節(jié)有機(jī)廢氣中油墨、樹脂、塵粒等雜質(zhì)、降低烘烤溫度；多級(jí)旋流板塔除霧效率高、不易堵塞、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，配合干式過濾能確保后段活性炭吸附處理穩(wěn)定運(yùn)行。采用旋流板+干式過濾+活性炭吸附+催化燃燒工藝適合線路板行業(yè)VOCs平均濃度較低、濃度波動(dòng)大、風(fēng)量大的特性。改造后全廠VOC s收集率從62.26%提升至85.72%；去除率從30%提升至82.50%；績效評(píng)級(jí)從C級(jí)提升至B級(jí)；每年減排82.00t以上。項(xiàng)目改造VOCs收集、預(yù)處理和治理設(shè)施，設(shè)計(jì)總風(fēng)量29萬m/h，投資640萬元，平均投入22萬元/萬m，實(shí)際運(yùn)行成本約448萬元/年，其中電費(fèi)約328萬元/年，耗材約120萬元/年。