淺析蓄電池項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)與環(huán)保、節(jié)能的關(guān)系

張建華

（上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司 工藝設(shè)計(jì)二所，上海200040）

高容量全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景的新型綠色能源體系。國(guó)家對(duì)環(huán)保、節(jié)能方面提出更高的要求后，社會(huì)和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)具有高性能、全密封、免維護(hù)、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)的蓄電池需求量更大。

蓄電池行業(yè)是一個(gè)同時(shí)具備高技術(shù)含量、高污染、高能耗的“三高”行業(yè)。因此，蓄電池項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)中，將清潔生產(chǎn)、環(huán)保、節(jié)能作為重點(diǎn)，選用先進(jìn)的工藝技術(shù)及裝備，從源頭上解決或減少污染的產(chǎn)生，并達(dá)到節(jié)能效果至關(guān)重要［1－2］。

1 項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

浙江江森蓄電池項(xiàng)目工程一次規(guī)劃，分兩期實(shí)施。第一期形成400萬(wàn)只／年（總?cè)萘考s為3.072GVA·h）高容量全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池規(guī)模能力；第二期形成800萬(wàn)只／年（總?cè)萘考s為6.144GVA·h）。所有建筑物、公用設(shè)施、廠區(qū)（一次建成）、工藝設(shè)備及環(huán)保設(shè)施（分兩期實(shí)施）總建筑面積46 925m2，投資總額15 930萬(wàn)美元，主要設(shè)備為進(jìn)口，達(dá)277臺(tái)。

總體設(shè)計(jì)也是圍繞著環(huán)保、節(jié)能的理念展開(kāi)。為保證生產(chǎn)工段之間的緊密聯(lián)系和節(jié)省建筑面積，把主廠房及輔助用房組合成一個(gè)聯(lián)合廠房，主廠房為全封閉（全室換氣6次／h），呈弱負(fù)壓，確保生產(chǎn)過(guò)程中不可避免產(chǎn)生的鉛塵、鉛煙、酸霧不會(huì)逸出，避免對(duì)廠區(qū)及外界的污染。這種形式的聯(lián)合廠房既起到對(duì)外界環(huán)保的效果，又節(jié)約了用地，減少了管線的長(zhǎng)度，降低了能耗，起到節(jié)能的效果。

聯(lián)合廠房（見(jiàn)圖1）中的生產(chǎn)過(guò)程由氧化制粉、鉛帶及極板制造、和膏、固化、裝配、總裝及化成等組成，所產(chǎn)生的鉛塵、鉛煙、酸霧通過(guò)相應(yīng)治理手段得以解決。

圖1 聯(lián)合廠房工藝布置圖

2 采用新工藝、新技術(shù)、新裝備

本項(xiàng)目是一個(gè)高容量全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池工程項(xiàng)目。依據(jù)2012年7月1日新的《鉛蓄電池行業(yè)準(zhǔn)入條件》的要求，設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)過(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或消除對(duì)人類健康和環(huán)境的危害。為此工藝設(shè)計(jì)方面盡最大可能采用清潔生產(chǎn)工藝，采用機(jī)械化、自動(dòng)化、密閉性程度高的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)［2－3］。主要特點(diǎn)如下。

（1）鉛粉生產(chǎn)采用全套自動(dòng)、密閉、負(fù)壓鉛粉生產(chǎn)線和鉛粉密閉輸送系統(tǒng)，集中貯存、輸送；保證生產(chǎn)出的鉛粉在負(fù)壓系統(tǒng)中的輸送；且在磨粉機(jī)、鉛粉儲(chǔ)罐、反應(yīng)爐上方配有濾筒除塵系統(tǒng)。

（2）和膏、涂膏生產(chǎn)采用進(jìn)口全密封式和膏機(jī)及涂片機(jī)，保證生產(chǎn)過(guò)程中鉛塵和酸霧不會(huì)外泄，這對(duì)減少鉛塵污染起到良好的作用。和膏、涂板、烘干一次性完成，減少了工序和80%的勞動(dòng)量，并相應(yīng)地減少鉛接觸與鉛膏的二次污染。

（3）正極板柵采用世界上最新的制造工藝——“動(dòng)力構(gòu)造”——一種先進(jìn)的、高效率且環(huán)保的沖壓成型工藝［2，4－5］。與傳統(tǒng)工藝相比，它至少減少了10%的鉛塵污染；每個(gè)電池能減少用鉛量10%；動(dòng)力構(gòu)造工藝制作的極板更具抗硫化，使用壽命延長(zhǎng)到2年，更長(zhǎng)的電池壽命能顯著地減少?gòu)U棄電池?cái)?shù)量，這樣減少了熔鉛能源消耗和廢棄電池的鉛處理量，對(duì)節(jié)能、環(huán)境的改善起到了積極作用。

（4）使用冰酸＋冷卻水化成工藝，酸被冷卻到5℃，水溫保持在31～36℃。化成工藝采用先進(jìn)冰酸內(nèi)化成［4］，降低了充電溫度，減少酸霧排放。較之外化成，內(nèi)化成的出品率高，生產(chǎn)過(guò)程中的控制條件較外化成工藝更為嚴(yán)格。此項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)是：① 內(nèi)化成時(shí)酸揮發(fā)濃度僅為0.1mg／mL（外化成酸揮發(fā)濃度為1.5mg／mL）；② 內(nèi)化成可消除酸從電池中溢出，避免工人接觸有害酸霧的危害，改善了工作環(huán)境，因無(wú)酸液溢出，外殼無(wú)需用水擦洗，可減少10%廢水（含酸）處理量，減少中和酸需要的化學(xué)品；③ 采用此工藝可降低能源消耗15%。

（5）化成過(guò)程使用硫酸作為電解液，第一次化成后的硫酸經(jīng)廢酸過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾，重新配置后重復(fù)利用，減少?gòu)U酸的排放量。

（6）整個(gè)電池組裝工段多數(shù)采用美國(guó)、英國(guó)進(jìn)口全自動(dòng)設(shè)備，在焊接、熱封等產(chǎn)生粉塵處裝有吸風(fēng)裝置，配備除塵器，達(dá)到除塵效果。

（7）使用二級(jí)過(guò)濾器，該過(guò)濾器僅允許少于10%的廢氣排出。另外其過(guò)濾袋不易破損，降低了鉛塵顆粒泄漏的潛在危險(xiǎn)。

采用新工藝、新技術(shù)、新裝備對(duì)節(jié)能、環(huán)保效果而言是最直接的、最合理的，也是最主動(dòng)的措施。

3 項(xiàng)目環(huán)保特點(diǎn)

本項(xiàng)目盡管采用新工藝、新技術(shù)、新裝備，已經(jīng)在一定程度上減少了污染源（量），但難免還會(huì)產(chǎn)生廢水（含酸、鉛）、廢氣（鉛煙、鉛塵及微量酸霧）等污染物。設(shè)計(jì)注重對(duì)污染物的治理，使其排放達(dá)標(biāo)。

3.1 廢水處理及回用水

（1）廢水來(lái)源及成份

在固化區(qū)、綠色組裝配區(qū)、混酸區(qū)、電池化成區(qū)、總裝區(qū)等區(qū)域所產(chǎn)生的廢水中主要含酸和鉛，水質(zhì)指標(biāo)如下：鉛含量（Pb）＝10mg／L，pH＝0～2；洗衣房廢水中主要含化學(xué)耗氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、表面活性劑和鉛，COD Cr（用K2Cr207作氧化劑測(cè)試的化學(xué)耗氧量）：400（含表面活性劑）。

（2）廢水治理

建立廢水處理站負(fù)責(zé)生產(chǎn)區(qū)域廢水和洗衣房廢水的處理。工藝流程如下：生產(chǎn)區(qū)域廢水→調(diào)pH→加藥反應(yīng)→斜板沉淀槽→機(jī)濾→活性炭吸附→排放或回用。

生產(chǎn)區(qū)域廢水采用連續(xù)處理的流程，廢水經(jīng)處理達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—19）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即Pb在生產(chǎn)區(qū)域廢水處理站出口達(dá)到第一類污染物最高允許排放濃度，即P（Pb）≤1.0mg／L（依據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)要求），而設(shè)計(jì)實(shí)際可達(dá)0.1mg／L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放濃度要求。處理后70%水回用或作為制備純水的原水。

（3）廢水回用［2］

用原水制備純水，工藝流程如下：經(jīng)處理后的生產(chǎn)區(qū)域廢水及自來(lái)水→多介質(zhì)過(guò)濾器→活性炭吸附→超濾→反滲透→出水送往用水點(diǎn)。

通過(guò)處理，廢水（含酸、鉛）即達(dá)到允許排放濃度，又有70%水可以回用，符合“環(huán)保、節(jié)能”精神。

3.2 氣、塵治理及通風(fēng)

（1）鉛煙、鉛塵、酸霧來(lái)源及濃度

鉛煙及鉛塵：鉛煙主要產(chǎn)生于綠色組裝、熔化工段，鉛塵主要產(chǎn)生于鉛帶制造、和膏區(qū)和極板制造區(qū)及氧化粉造工段，如表1所示。

硫酸霧：主要產(chǎn)生于電池化成工段，揮發(fā)濃度僅為0.1mg／mL。

表1 工藝設(shè)備產(chǎn)生鉛煙、鉛塵匯總

（2）廢氣治理

為保證聯(lián)合廠房外良好的環(huán)境，整個(gè)生產(chǎn)區(qū)域略呈負(fù)壓，避免廢氣逸出廠房。設(shè)計(jì)采用將鉛煙、鉛塵分別通過(guò)抽風(fēng)系統(tǒng)收集后，經(jīng)高效過(guò)濾除塵器除塵后，16m排氣筒高空排放。

高效除塵器由初過(guò)濾（紙質(zhì)濾筒）、高效過(guò)濾（HEPA高效板式過(guò)濾器）、超高效過(guò)濾（ULPA過(guò)濾器）構(gòu)成，除塵器的凈化效率可達(dá)99.9%。含鉛廢氣經(jīng)濾筒初過(guò)濾后，進(jìn)入高效板式過(guò)濾器，再經(jīng)超高效過(guò)濾器，通過(guò)風(fēng)機(jī)排出室外。濾筒除塵器采用壓縮空氣自動(dòng)反吹清灰。含鉛廢氣處理流程如圖2所示。

圖2 鉛廢氣處理流程

通過(guò)以上治理措施，鉛塵排放濃度小于0.003mg／m3，排放速率小于0.64g／h，滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297—1996）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）硫酸霧處理

本項(xiàng)目采用冰酸電池化成，整個(gè)工段硫酸霧揮發(fā)較少，車間頂部排風(fēng)方式，進(jìn)行無(wú)組織排放，硫酸霧排放濃度為0.1mg／m3，排放速率為0.204kg／h。比大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 16297—1996）硫酸霧排放濃度45mg／m3，排放速率1.5kg／h低得多。

（4）車間通風(fēng)

蓄電池項(xiàng)目對(duì)環(huán)境保護(hù)要求極高，為此聯(lián)合廠房通風(fēng)設(shè)計(jì)原則是氣流從相對(duì)清潔的區(qū)域流向次清潔區(qū)，再流向非清潔區(qū)域，最終經(jīng)過(guò)HEPA過(guò)濾后室外高空排放。非清潔區(qū)域呈相對(duì)的負(fù)壓區(qū)域，清潔的區(qū)域呈相對(duì)的正壓區(qū)域。

對(duì)于產(chǎn)生不同污染物區(qū)域采用區(qū)域之間設(shè)置氣流緩沖區(qū)域，使緩沖區(qū)域的氣流分別流向2個(gè)不同的區(qū)域，在氣流組織上對(duì)其流向進(jìn)行分隔。

整個(gè)聯(lián)合廠房對(duì)于外界環(huán)境處于負(fù)壓狀態(tài)，并且廠房不設(shè)窗戶，避免產(chǎn)生無(wú)組織排放，也避免了外界氣流的干擾。

聯(lián)合廠房通風(fēng)采用全面和局部相結(jié)合的形式，生產(chǎn)設(shè)備排風(fēng)總量大于聯(lián)合廠房的補(bǔ)風(fēng)量，保持整個(gè)生產(chǎn)區(qū)域?yàn)樨?fù)壓［1］，確保廢氣不從門處逸出。

聯(lián)合廠房補(bǔ)風(fēng)采用組合式空氣處理機(jī)組，室外新風(fēng)經(jīng)過(guò)2道過(guò)濾后通過(guò)區(qū)域送風(fēng)口送入車間。

3.3 噪聲來(lái)源及治理

項(xiàng)目噪聲源主要來(lái)源于聯(lián)合廠房氧化制粉區(qū)、動(dòng)力構(gòu)造區(qū)以及空壓站、柴油發(fā)電機(jī)房等公用配套設(shè)施。

將帶有噪聲污染的設(shè)備布置在一個(gè)獨(dú)立的建筑隔間內(nèi)。同時(shí)，對(duì)振動(dòng)設(shè)備采取減振措施，以降低振動(dòng)向外傳遞。隔間的門窗采用隔聲門（隔聲量＞30dB（A））、雙層窗，減小設(shè)備噪聲對(duì)車間其他區(qū)域以及外界環(huán)境的影響。

通過(guò)以上的噪聲治理措施，工廠噪聲源對(duì)廠界環(huán)境的影響可以達(dá)到《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）中的有關(guān)要求，即3類標(biāo)準(zhǔn)：白天≤65dB（A）、晚上≤55dB（A）（其中，北側(cè)廠界執(zhí)行4類標(biāo)準(zhǔn)：白天≤70dB（A）、晚上≤55dB（A））。

3.4 固體廢棄物

本項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物均為危險(xiǎn)固廢，主要包括：鉛泥、鉛塵、鉛渣、含鉛廢料、廢產(chǎn)品、廢極板、除塵器過(guò)濾材料、廢酸等。

固廢多為含鉛危險(xiǎn)固廢，企業(yè)委托有含鉛廢物經(jīng)營(yíng)資質(zhì)的專業(yè)公司處理，化成產(chǎn)生的含酸廢液委托有含酸危廢處理資質(zhì)的企業(yè)處理。故項(xiàng)目各項(xiàng)固廢不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成不利影響。

通過(guò)上述專項(xiàng)處理措施，本項(xiàng)目污染物達(dá)標(biāo)排放，大氣污染因子鉛塵、硫酸霧等對(duì)環(huán)境影響濃度很小，空氣環(huán)境仍能滿足其功能區(qū)要求。生產(chǎn)區(qū)域廢水達(dá)標(biāo)處理后進(jìn)管網(wǎng)，生活廢水直接納管。生產(chǎn)噪聲對(duì)周圍敏感點(diǎn)影響很小。

4 項(xiàng)目節(jié)能特點(diǎn)

減少?gòu)U品就是一種節(jié)能理念，項(xiàng)目采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少?gòu)U品、提高產(chǎn)品壽命，從而減少了因廢品多所消耗的能源，也為社會(huì)節(jié)省資源，間接地起到了節(jié)能效果。

4.1 工藝部分

本著節(jié)能理念選擇工藝技術(shù)及裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）正極板采用“動(dòng)力構(gòu)造”制造工藝，能減少每個(gè)電池用鉛量10%，同時(shí)減少了熔鉛能源消耗。

（2）使用冰酸＋冷卻水化成工藝，酸被冷卻到5℃。化成工藝采用先進(jìn)冰酸內(nèi)化成，降低充電溫度，減少酸霧排放，即減少酸霧治理能耗。

化成過(guò)程中因無(wú)酸液溢出，外殼無(wú)需用水擦洗，減少了用水量，減少了廢水10%（含酸）處理量，減少中和酸需要的化學(xué)品，可降低能源消耗15%。

（3）采用鉛粉機(jī)、沉淀式集粉器、正極板和膏機(jī)、涂片機(jī)、旋轉(zhuǎn)式拉網(wǎng)機(jī)、極耳成型機(jī)、快速固化爐、極板疊片機(jī)等清潔高效節(jié)能設(shè)備。與傳統(tǒng)設(shè)備相比，該系統(tǒng)減少了近22kW正壓風(fēng)機(jī)1臺(tái)，折標(biāo)煤23.2tce。

沉淀式集粉器可根據(jù)正負(fù)鉛粉視密度和氧化度的不同，通過(guò)負(fù)壓風(fēng)機(jī)和高效過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)正負(fù)鉛粉分離。低密度高氧化度鉛粉生產(chǎn)的正極板容量高；高密度低氧化度鉛粉生產(chǎn)的負(fù)極板強(qiáng)度大。因此，可以大大提高蓄電池充放電循環(huán)次數(shù)，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。

4.2 電氣部分

本項(xiàng)目安排5個(gè)變電所（選用低損耗、高效率的SCB9節(jié)能型變壓器）分別設(shè)置在設(shè)備用電負(fù)荷中心附近，既縮短低壓供電線路的長(zhǎng)度，又降低線路損耗。

聯(lián)合廠房采用采光帶起到節(jié)電目的。

4.3 給排水部分

設(shè)計(jì)考慮“中水回用”，將生產(chǎn)廢水經(jīng)過(guò)處理后，用于制備去離子水的原水、綠化澆灌、沖洗廁所、道路及清洗車輛等，可節(jié)約可觀的水量。節(jié)約用水既有利于環(huán)境，也有利于企業(yè)降低生產(chǎn)成本。

4.4 能耗對(duì)比分析

表2 達(dá)綱年能耗與行業(yè)內(nèi)先進(jìn)比較

從表2比較可看出，某同能級(jí)企業(yè)在產(chǎn)量基本一致時(shí)，由于本項(xiàng)目采用當(dāng)今先進(jìn)工藝設(shè)備，其總能耗、單位產(chǎn)量綜合能耗等低于已投產(chǎn)的“同能級(jí)同規(guī)模企業(yè)”，因此本項(xiàng)目是節(jié)能的。

4.5 節(jié)能小結(jié)

本項(xiàng)目一期生產(chǎn)綱領(lǐng)為年產(chǎn)400萬(wàn)只高容量全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。

2012 年達(dá)綱年預(yù)計(jì)總銷售產(chǎn)值為122 259萬(wàn)元；總綜合能耗16 046.35tce；綜合用能單耗40.12 tce／萬(wàn)只；消耗每噸標(biāo)準(zhǔn)煤凈產(chǎn)值7.6萬(wàn)元；萬(wàn)元產(chǎn)值能源消耗指標(biāo)0.13tce／萬(wàn)元較（項(xiàng)目所在省）2010年GDP能耗目標(biāo)0.72tce／萬(wàn)元及（項(xiàng)目所在市）GDP能耗目標(biāo)0.944tce／萬(wàn)元都要低［6］。達(dá)綱年工業(yè)增加值能耗0.38tce／萬(wàn)元也低于“十一五”（項(xiàng)目所在省）工業(yè)增加值能耗1.192tce／萬(wàn)元的數(shù)值［6］。

本項(xiàng)目對(duì)（項(xiàng)目所在地）平均萬(wàn)元產(chǎn)值、工業(yè)增加值能耗的降低能做出有益的貢獻(xiàn)（本章節(jié)比對(duì)浙江省的數(shù)據(jù)，是2008年10月由浙江省發(fā)改委收集）。

5 結(jié) 語(yǔ)

高容量全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池是一個(gè)高技術(shù)含量、高污染、高能耗的行業(yè)，如何處理好“國(guó)家鼓勵(lì)類項(xiàng)目”與“節(jié)能、環(huán)保”之間的關(guān)系，這就需要作為一個(gè)規(guī)劃周全、設(shè)計(jì)合理的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在項(xiàng)目總體規(guī)劃及設(shè)計(jì)總結(jié)如下：① 工程設(shè)計(jì)中采用先進(jìn)的工藝技術(shù)及裝備與節(jié)能、環(huán)保有著密切的關(guān)系，一個(gè)先進(jìn)的工藝技術(shù)及裝備可以從源頭上避免（或減少）污染的產(chǎn)生，可以節(jié)能；② 工程設(shè)計(jì)應(yīng)將國(guó)家極其關(guān)注的“節(jié)能、環(huán)保”問(wèn)題，從總體布局、公配設(shè)施設(shè)置（盡量布置在用能負(fù)荷中心附近），采用節(jié)能公配設(shè)備、采用節(jié)能建筑物等著手，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)；③ 盡量做到“變廢為寶”，這樣既有利于環(huán)境，也有利于企業(yè)降低生產(chǎn)成本，符合“清潔生產(chǎn)”及國(guó)家環(huán)保法。

在符合以上條件因素的前提下，高容量全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池項(xiàng)目無(wú)疑將會(huì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)等各方面的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)定位為一項(xiàng)鼓勵(lì)推動(dòng)型的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目。

［1］陳其玨，李雁爭(zhēng).鉛蓄電池行業(yè)準(zhǔn)入條件出臺(tái)［N］.經(jīng)濟(jì)參考報(bào)，2012－06－04（A07）.

［2］姚炎中，單一良.鉛蓄電池如何成為“綠色能源”？［N］.中國(guó)產(chǎn)經(jīng)新聞報(bào)，2012－06－07（D04）.

［3］呂成森.鉛蓄電池行業(yè)怎樣健康發(fā)展？［N］.中國(guó)環(huán)境報(bào)，2012－06－29（2）.

［4］劉曉星.環(huán)保不怠 求生有門［N］.中國(guó)環(huán)境報(bào)，2011－10－17（6）.

［5］郎婧婧.電池行業(yè)清潔生產(chǎn)推行方案即將出臺(tái)［N］.經(jīng)濟(jì)參考報(bào)，2011－04－11（A07）.