淺析蓄電池項目工程設計與環保、節能的關系

張建華

（上海市機電設計研究院有限公司 工藝設計二所，上海200040）

高容量全密封免維護鉛酸蓄電池產業是21世紀最有發展前途和應用前景的新型綠色能源體系。國家對環保、節能方面提出更高的要求后，社會和國內市場對具有高性能、全密封、免維護、長壽命等特點的蓄電池需求量更大。

蓄電池行業是一個同時具備高技術含量、高污染、高能耗的“三高”行業。因此，蓄電池項目工程設計中，將清潔生產、環保、節能作為重點，選用先進的工藝技術及裝備，從源頭上解決或減少污染的產生，并達到節能效果至關重要［1－2］。

1 項目方案設計簡介

浙江江森蓄電池項目工程一次規劃，分兩期實施。第一期形成400萬只／年（總容量約為3.072GVA·h）高容量全密封免維護鉛酸蓄電池規模能力；第二期形成800萬只／年（總容量約為6.144GVA·h）。所有建筑物、公用設施、廠區（一次建成）、工藝設備及環保設施（分兩期實施）總建筑面積46 925m2，投資總額15 930萬美元，主要設備為進口，達277臺。

總體設計也是圍繞著環保、節能的理念展開。為保證生產工段之間的緊密聯系和節省建筑面積，把主廠房及輔助用房組合成一個聯合廠房，主廠房為全封閉（全室換氣6次／h），呈弱負壓，確保生產過程中不可避免產生的鉛塵、鉛煙、酸霧不會逸出，避免對廠區及外界的污染。這種形式的聯合廠房既起到對外界環保的效果，又節約了用地，減少了管線的長度，降低了能耗，起到節能的效果。

聯合廠房（見圖1）中的生產過程由氧化制粉、鉛帶及極板制造、和膏、固化、裝配、總裝及化成等組成，所產生的鉛塵、鉛煙、酸霧通過相應治理手段得以解決。

圖1 聯合廠房工藝布置圖

2 采用新工藝、新技術、新裝備

本項目是一個高容量全密封免維護鉛酸蓄電池工程項目。依據2012年7月1日新的《鉛蓄電池行業準入條件》的要求，設計采用先進的工藝技術與設備、改善管理等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產過程中污染物的產生和排放，以減輕或消除對人類健康和環境的危害。為此工藝設計方面盡最大可能采用清潔生產工藝，采用機械化、自動化、密閉性程度高的設備進行生產［2－3］。主要特點如下。

（1）鉛粉生產采用全套自動、密閉、負壓鉛粉生產線和鉛粉密閉輸送系統，集中貯存、輸送；保證生產出的鉛粉在負壓系統中的輸送；且在磨粉機、鉛粉儲罐、反應爐上方配有濾筒除塵系統。

（2）和膏、涂膏生產采用進口全密封式和膏機及涂片機，保證生產過程中鉛塵和酸霧不會外泄，這對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%的勞動量，并相應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——“動力構造”——一種先進的、高效率且環保的沖壓成型工藝［2，4－5］。與傳統工藝相比，它至少減少了10%的鉛塵污染；每個電池能減少用鉛量10%；動力構造工藝制作的極板更具抗硫化，使用壽命延長到2年，更長的電池壽命能顯著地減少廢棄電池數量，這樣減少了熔鉛能源消耗和廢棄電池的鉛處理量，對節能、環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℃。化成工藝采用先進冰酸內化成［4］，降低了充電溫度，減少酸霧排放。較之外化成，內化成的出品率高，生產過程中的控制條件較外化成工藝更為嚴格。此項工藝的優點是：① 內化成時酸揮發濃度僅為0.1mg／mL（外化成酸揮發濃度為1.5mg／mL）；② 內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，改善了工作環境，因無酸液溢出，外殼無需用水擦洗，可減少10%廢水（含酸）處理量，減少中和酸需要的化學品；③ 采用此工藝可降低能源消耗15%。

（5）化成過程使用硫酸作為電解液，第一次化成后的硫酸經廢酸過濾系統過濾，重新配置后重復利用，減少廢酸的排放量。

（6）整個電池組裝工段多數采用美國、英國進口全自動設備，在焊接、熱封等產生粉塵處裝有吸風裝置，配備除塵器，達到除塵效果。

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

采用新工藝、新技術、新裝備對節能、環保效果而言是最直接的、最合理的，也是最主動的措施。

3 項目環保特點

本項目盡管采用新工藝、新技術、新裝備，已經在一定程度上減少了污染源（量），但難免還會產生廢水（含酸、鉛）、廢氣（鉛煙、鉛塵及微量酸霧）等污染物。設計注重對污染物的治理，使其排放達標。

3.1 廢水處理及回用水

（1）廢水來源及成份

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

（2）廢水治理

建立廢水處理站負責生產區域廢水和洗衣房廢水的處理。工藝流程如下：生產區域廢水→調pH→加藥反應→斜板沉淀槽→機濾→活性炭吸附→排放或回用。

生產區域廢水采用連續處理的流程，廢水經處理達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—19）三級標準，即Pb在生產區域廢水處理站出口達到第一類污染物最高允許排放濃度，即P（Pb）≤1.0mg／L（依據環境影響評價要求），而設計實際可達0.1mg／L，遠遠低于排放濃度要求。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：經處理后的生產區域廢水及自來水→多介質過濾器→活性炭吸附→超濾→反滲透→出水送往用水點。

通過處理，廢水（含酸、鉛）即達到允許排放濃度，又有70%水可以回用，符合“環保、節能”精神。

3.2 氣、塵治理及通風

（1）鉛煙、鉛塵、酸霧來源及濃度

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

硫酸霧：主要產生于電池化成工段，揮發濃度僅為0.1mg／mL。

表1 工藝設備產生鉛煙、鉛塵匯總

（2）廢氣治理

為保證聯合廠房外良好的環境，整個生產區域略呈負壓，避免廢氣逸出廠房。設計采用將鉛煙、鉛塵分別通過抽風系統收集后，經高效過濾除塵器除塵后，16m排氣筒高空排放。

高效除塵器由初過濾（紙質濾筒）、高效過濾（HEPA高效板式過濾器）、超高效過濾（ULPA過濾器）構成，除塵器的凈化效率可達99.9%。含鉛廢氣經濾筒初過濾后，進入高效板式過濾器，再經超高效過濾器，通過風機排出室外。濾筒除塵器采用壓縮空氣自動反吹清灰。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準》（GB 16297—1996）二級標準的要求。

（3）硫酸霧處理

本項目采用冰酸電池化成，整個工段硫酸霧揮發較少，車間頂部排風方式，進行無組織排放，硫酸霧排放濃度為0.1mg／m3，排放速率為0.204kg／h。比大氣污染排放標準（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

蓄電池項目對環境保護要求極高，為此聯合廠房通風設計原則是氣流從相對清潔的區域流向次清潔區，再流向非清潔區域，最終經過HEPA過濾后室外高空排放。非清潔區域呈相對的負壓區域，清潔的區域呈相對的正壓區域。

對于產生不同污染物區域采用區域之間設置氣流緩沖區域，使緩沖區域的氣流分別流向2個不同的區域，在氣流組織上對其流向進行分隔。

整個聯合廠房對于外界環境處于負壓狀態，并且廠房不設窗戶，避免產生無組織排放，也避免了外界氣流的干擾。

聯合廠房通風采用全面和局部相結合的形式，生產設備排風總量大于聯合廠房的補風量，保持整個生產區域為負壓［1］，確保廢氣不從門處逸出。

聯合廠房補風采用組合式空氣處理機組，室外新風經過2道過濾后通過區域送風口送入車間。

3.3 噪聲來源及治理

項目噪聲源主要來源于聯合廠房氧化制粉區、動力構造區以及空壓站、柴油發電機房等公用配套設施。

將帶有噪聲污染的設備布置在一個獨立的建筑隔間內。同時，對振動設備采取減振措施，以降低振動向外傳遞。隔間的門窗采用隔聲門（隔聲量＞30dB（A））、雙層窗，減小設備噪聲對車間其他區域以及外界環境的影響。

通過以上的噪聲治理措施，工廠噪聲源對廠界環境的影響可以達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB 12348—2008）中的有關要求，即3類標準：白天≤65dB（A）、晚上≤55dB（A）（其中，北側廠界執行4類標準：白天≤70dB（A）、晚上≤55dB（A））。

3.4 固體廢棄物

本項目建成投產后，生產過程中產生的固體廢棄物均為危險固廢，主要包括：鉛泥、鉛塵、鉛渣、含鉛廢料、廢產品、廢極板、除塵器過濾材料、廢酸等。

固廢多為含鉛危險固廢，企業委托有含鉛廢物經營資質的專業公司處理，化成產生的含酸廢液委托有含酸危廢處理資質的企業處理。故項目各項固廢不會對周圍環境造成不利影響。

通過上述專項處理措施，本項目污染物達標排放，大氣污染因子鉛塵、硫酸霧等對環境影響濃度很小，空氣環境仍能滿足其功能區要求。生產區域廢水達標處理后進管網，生活廢水直接納管。生產噪聲對周圍敏感點影響很小。

4 項目節能特點

減少廢品就是一種節能理念，項目采用新工藝、新技術、新設備，以提高產品的質量、減少廢品、提高產品壽命，從而減少了因廢品多所消耗的能源，也為社會節省資源，間接地起到了節能效果。

4.1 工藝部分

本著節能理念選擇工藝技術及裝備進行設計。

（1）正極板采用“動力構造”制造工藝，能減少每個電池用鉛量10%，同時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℃。化成工藝采用先進冰酸內化成，降低充電溫度，減少酸霧排放，即減少酸霧治理能耗。

化成過程中因無酸液溢出，外殼無需用水擦洗，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品，可降低能源消耗15%。

（3）采用鉛粉機、沉淀式集粉器、正極板和膏機、涂片機、旋轉式拉網機、極耳成型機、快速固化爐、極板疊片機等清潔高效節能設備。與傳統設備相比，該系統減少了近22kW正壓風機1臺，折標煤23.2tce。

沉淀式集粉器可根據正負鉛粉視密度和氧化度的不同，通過負壓風機和高效過濾器實現正負鉛粉分離。低密度高氧化度鉛粉生產的正極板容量高；高密度低氧化度鉛粉生產的負極板強度大。因此，可以大大提高蓄電池充放電循環次數，延長蓄電池使用壽命。

4.2 電氣部分

本項目安排5個變電所（選用低損耗、高效率的SCB9節能型變壓器）分別設置在設備用電負荷中心附近，既縮短低壓供電線路的長度，又降低線路損耗。

聯合廠房采用采光帶起到節電目的。

4.3 給排水部分

設計考慮“中水回用”，將生產廢水經過處理后，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，可節約可觀的水量。節約用水既有利于環境，也有利于企業降低生產成本。

4.4 能耗對比分析

表2 達綱年能耗與行業內先進比較

從表2比較可看出，某同能級企業在產量基本一致時，由于本項目采用當今先進工藝設備，其總能耗、單位產量綜合能耗等低于已投產的“同能級同規模企業”，因此本項目是節能的。

4.5 節能小結

本項目一期生產綱領為年產400萬只高容量全密封免維護鉛酸蓄電池。

2012 年達綱年預計總銷售產值為122 259萬元；總綜合能耗16 046.35tce；綜合用能單耗40.12 tce／萬只；消耗每噸標準煤凈產值7.6萬元；萬元產值能源消耗指標0.13tce／萬元較（項目所在省）2010年GDP能耗目標0.72tce／萬元及（項目所在市）GDP能耗目標0.944tce／萬元都要低［6］。達綱年工業增加值能耗0.38tce／萬元也低于“十一五”（項目所在省）工業增加值能耗1.192tce／萬元的數值［6］。

本項目對（項目所在地）平均萬元產值、工業增加值能耗的降低能做出有益的貢獻（本章節比對浙江省的數據，是2008年10月由浙江省發改委收集）。

5 結 語

高容量全密封免維護鉛酸蓄電池是一個高技術含量、高污染、高能耗的行業，如何處理好“國家鼓勵類項目”與“節能、環保”之間的關系，這就需要作為一個規劃周全、設計合理的工程設計項目，在項目總體規劃及設計總結如下：① 工程設計中采用先進的工藝技術及裝備與節能、環保有著密切的關系，一個先進的工藝技術及裝備可以從源頭上避免（或減少）污染的產生，可以節能；② 工程設計應將國家極其關注的“節能、環保”問題，從總體布局、公配設施設置（盡量布置在用能負荷中心附近），采用節能公配設備、采用節能建筑物等著手，優化工程設計；③ 盡量做到“變廢為寶”，這樣既有利于環境，也有利于企業降低生產成本，符合“清潔生產”及國家環保法。

在符合以上條件因素的前提下，高容量全密封免維護鉛酸蓄電池項目無疑將會推動產業以及國家經濟等各方面的發展，應當定位為一項鼓勵推動型的產業項目。

［1］陳其玨，李雁爭.鉛蓄電池行業準入條件出臺［N］.經濟參考報，2012－06－04（A07）.

［2］姚炎中，單一良.鉛蓄電池如何成為“綠色能源”？［N］.中國產經新聞報，2012－06－07（D04）.

［3］呂成森.鉛蓄電池行業怎樣健康發展？［N］.中國環境報，2012－06－29（2）.

［4］劉曉星.環保不怠 求生有門［N］.中國環境報，2011－10－17（6）.

［5］郎婧婧.電池行業清潔生產推行方案即將出臺［N］.經濟參考報，2011－04－11（A07）.