鉛酸蓄電池生產過程中含鉛廢氣污染物治理技術現狀

王宏亮， 馬佳平， 孫 寧

(河北省環境科學研究院，河北 石家莊 050000)

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鉛酸蓄電池生產過程中含鉛廢氣污染物治理技術現狀

王宏亮， 馬佳平， 孫 寧

(河北省環境科學研究院，河北 石家莊 050000)

指出了鉛污染物危害較大，其中鉛酸蓄電池生產企業屬于涉鉛行業中鉛污染物排放大戶，從鉛酸蓄電池產污環節進行了分析，對其含鉛廢氣污染物治理技術現狀進行了探討。

鉛酸蓄電池； 含鉛廢氣； 除塵器

1 引言

近年來，我國鉛酸蓄電池生產處于快速增長階段，據國家統計局統計數據，2014年，鉛酸蓄電池總產量達22069.77萬kVA，同比增長4.58%。同時，我國鉛蓄電池出口量快速增長，2015年，鉛酸電池出口額就達到了289.6億美元，比2014年增長11.6%。鉛做為鉛酸蓄電池行業內的主要污染物，是一種廣泛存在于生活環境中的重金屬，人體攝入過多會引起中毒。隨著鉛蓄電池生產的快速增長，鉛污染物的治理也逐漸受到關注。針對鉛在不同工段的排放特性，國內外有多種治理措施，其治理效果也不近相同。

2 鉛酸蓄電池企業生產工藝及大氣中鉛污染物的排放節點

鉛酸蓄電池生產工藝比較成熟，但隨著技術的進步和對節能減排的重視，近年來化成工序已由電池化成逐步代替極板化成，其余工藝無明顯區別。蓄電池生產工藝主要為鉛粉制造、合膏、鑄板、涂板、分板、固化、化成、裝配等工藝，具體流程見圖1。

圖1 生產工藝流程及排污節點

從中可以看出，熔鉛、鉛粉制造、合膏、鑄板、涂板、分板等工序為極板生產工段，該工段主要以鉛為原料，是鉛污染物主要產生工段。

3 鉛酸蓄電池企業含鉛廢氣類型

鉛酸蓄電池生產企業含鉛廢氣大體上可分為鉛塵和鉛煙兩種： 鉛煙多是由熔融的鉛蒸發后生成的氣態物質的冷凝物，在生成過程中常伴有氧化反應，鉛煙的粒子很小，粒徑范圍一般在0.01～1 μm。鉛酸蓄電池生產企業外購電解鉛、合金鉛需經高溫熔鉛后方可作為后續生產原料，其中電解鉛鉛鍋溫度保持在480 ℃左右，合金鉛鉛鍋溫度保持在490～520 ℃，因此，熔鉛爐是鉛煙主要產生節點。

鉛塵是在鉛及鉛礦物的破碎、分級和研磨等機械過程中形成的，其形態不規則，粒徑相對較大，一般為1～200 μm，鉛塵主要在涂板、分板、鉛粉制造、裝配等常溫機加工中產生。

4 大氣中鉛污染物治理措施現狀

4.1 鉛煙治理措施

鉛煙粒徑小、溫度高，蓄電池生產企業普遍采用濕法除塵來治理鉛煙。濕法除塵基本原理為：廢氣與液體密切接觸，利用液滴和塵粒的慣性碰撞或液體對粉塵的潤濕作用等捕集塵粒或使小粒徑聚集為大粒徑，從而將粉塵有效脫離。目前國內常用的鉛煙凈化設施主要有沖擊式除塵器、濕式靜電除塵器、噴霧填料泡沫除塵器、湍球式吸收塔、HKE型高效鉛煙凈化裝置等。

4.1.1 沖擊式除塵器

沖擊式除塵器是濕式除塵裝置的一種，由通風機、除塵器、排灰裝置和自控裝置組成。按其清灰方式分為帶有機械清灰裝置的CCJ型和帶有錐形灰斗的CCJ/A型。沖擊式除塵器的工作原理為：含塵氣流沖入水層中，粗塵粒由于慣性作用落入液體中，而較細塵粒隨氣流以18～35m/s的速度通過“S”形葉片通道，強烈地沖擊液體，形成大量水花，使氣液充分接觸，塵粒就被液滴所捕獲。凈化后的氣體通過氣液分離室的擋水板，脫除水滴后排出，被捕集的塵粒沉入斗底定期排出。當鉛煙與其他含鉛塵氣體混合時，鉛煙氣體的溫度降低，同時粒徑較大的鉛塵可作為“晶核”，使鉛煙中的細小煙塵凝聚，從而形成較大顆粒(圖2)。

圖2 沖擊式除塵器工作原理

沖擊式除塵器被普遍采用，風帆股份有限公司鉛煙治理普遍采用該工藝，通過監測部門實地監測處理后鉛煙均能達標排放。

4.1.2 靜電除塵器

(1)濕式靜電除塵器。鉛煙粒徑很小，但比電阻高，因此通過增濕器，使鉛煙溫度降低，水分增加，然后通過靜電除塵器，除塵器電源電壓30～40 kV，通過除塵器的煙氣流速0.6～1.3 m/s，沉淀管直徑0.2～0.3 m，長3～4 m。除塵器捕集的煙塵沿管壁的淋洗水沖下，進入貯水池。

(2)高壓靜電除塵器。該除塵器有兩個極性相反的電極組成，其中一個是表面曲率很大的線裝電極，即電暈極；另一個是管狀或板狀電極，即集塵極。一般電暈極接電源的負極，集塵極接電源的正極，兩極之間形成高壓電場，電極間的空氣離子在電場作用下，向電極移動，形成電流，當電壓升高到一定值時，大量的電子從電暈極不斷逸出，電子碰撞電極間氣體分子，使之產生電離，生成大量的自由電子和正離子，電子在電場力作用下，向正極運動，運動過程中與氣體碰撞并使之離子化，產生更多的電子。鉛煙顆粒在電場作用下帶電，當塵粒所受靜電力和其運動阻力相等時，塵粒向集塵極做勻速運動，最終被收集。

濕式靜電除塵器、高壓靜電除塵器除塵效率較高，但由于其投資、運行費用較高，目前只適合在大型企業使用，普及率相對較低。

4.1.3 湍球式吸收塔

湍球式吸收塔上部是一脫水器，向下依次是噴液管、湍球填料層和空氣層。吸收液通過噴液管向下噴淋，鉛煙逆流向上通過吸收液，先與液滴在空氣層中吸收反應，然后在湍球填料層中充分反應。凈化后的煙氣經脫水器脫水后排入大氣。湍球選用耐磨、耐腐蝕、耐濕、耐壓的小球，密度一般為0.15～0.65t/m3，直徑為30或38mm。對于鉛煙吸收，吸收液常采用稀醋酸和稀堿液，但由于醋酸腐蝕性較強，目前多采用稀堿液。

由于填料是塑料小球(PP球)，在高溫煙氣通過時，塑料小球受高溫影響，長期使用會發生軟化、變形、老化，從而使小球表面的液膜破壞，無法對煙氣中的細小顆粒進行粘附等凈化處理；另外，由于進入除塵器的風量不均勻，會導致塑料小球向一側聚集，從而影響除塵凈化效率，導致不能連續穩定達標排放，目前采用該類除塵設備較少被采用(圖3)。

圖3 湍球式吸收塔工作原理

4.1.4 HKE型高效鉛煙凈化裝置

廢氣在風機吸引下吹入HKE系列凈化裝置，與泵噴出來的吸收液相互碰撞，通過湍流、填料條縫、焦碳吸附層等五級處理，除去廢氣中的鉛煙塵及其它顆粒物質，然后將潔凈的空氣排入大氣(圖4)。

圖4 HKE型高效鉛煙凈化裝置工藝流程

凈化器裝置分五級處理：①鉛煙塵進口采用環向進入，大顆粒煙塵被一級旋風去除下來甩入底部存水箱，經蜂窩斜管沉淀處理。②氣體進入一級湍流多孔格柵，湍流進入填料層，氣體與液膜進行充分接觸，吸附顆粒物的液體自流至盛水箱。③氣體進入條縫接觸凈化段，氣體流動與液體流動方向不一致使液體流動減速，避免了氣液并流造成的三角噴射，保證氣液接觸，內條縫維持低而均勻的液層，使氣體與液體不斷分散和聚集，從而達到良好的吸附效果。④氣體流經條縫進入旋層塔板處理段，氣液傳質的核心部分選用旋流板，利用離心原理使氣體通過后發生旋轉，夾帶的霧滴在離心力作用下甩向塔壁而分離，凝聚回流，氣流繼續經過反向旋轉塔板使其以正反正段旋流接觸。⑤氣體通過焦炭吸附層，液霧被吸附，部分霧滴減速，被焦碳上層旋流板通過離心原理被去除。

4.2 鉛塵治理措施

鉛蓄電池生產企業中涂板、分板及裝配生產線產生的鉛塵普遍采用濾筒式除塵器；鉛粉制造普遍采用布袋除塵器。

4.2.1 濾筒式除塵器

濾筒式除塵器工作原理與布袋除塵器相同，但其采取一種新型的濾料，該濾料的特點是把一層超亞微米級的超薄纖維粘附在一般濾料上，在該粘附層上纖維間排列非常緊密，其間隙僅為底層纖維的1/100(即間隙僅為0.12～0.6μm)。極小的篩孔可把大部分亞微米級的塵粒阻擋在濾料表面，使其不能深入底層纖維內部。因此，在除塵初期即可在濾料表面迅速形成透氣性好的粉塵層，使其保持低阻、高效。在除塵初期其穿透率僅為一般濾料的1/10。由于塵粒不能深入濾料內部，因此具有低阻、便于清灰等有點。另外，由于濾筒采用星形多摺式結構，使其過濾面積大大增加，因此在同樣的處理風量下，濾筒式除塵器的體型和占地面積可大大減小。濾筒按標準尺寸制作，采用快速拼裝連接，使濾筒的安裝、更換大大簡化，減輕了工人的勞動強度。

濾筒除塵器目前是同行業采用較多的鉛塵除塵器，上海德爾福蓄電池有限公司、風帆股份有限公司均采用了該除塵器(圖5)。

圖5 濾簡式除塵器工作原理

4.2.2 脈沖式布袋除塵器

鉛粉機對鉛塊進行研磨，對研磨后的鉛粉需進行收集，因此布袋除塵器與鉛粉機是密不可分的生產設備。河北省內較大的蓄電池生產企業如風帆集團、河北奧欣等普遍采用脈沖布袋除塵器。

脈沖式布袋除塵器也稱為振打袋式除塵器，是目前最合理的脈沖離線式布袋除塵器，分10個互相隔離氣室，出料為連續出料。打布袋時采用分室隔離負壓、壓縮空氣順序打擊的方式，可降低脈沖用壓縮空氣，可最大限度的吹凈布袋上的鉛粉，以提高產量，使布袋壽命延長。布袋采用了國際最新材料，且經過特殊處理(美塔斯底料，表面覆聚四氟乙烯膜)，具有耐高溫(最高達220 ℃)，防水、使用壽命長等特點，減少了布袋損壞率，降低使用成本，節約維修費用。排空尾氣經第一級高效空氣過濾器兩級處理，二級過濾采用的高效空氣過濾器過濾面積大、流量大、阻力小、濾芯采用進口濾紙為濾料(圖6)。

4.2.3 其它

沖擊式除塵器、HKE型高效鉛煙凈化裝置等也可做鉛塵污染物治理，但治理效果不明顯。

圖6 脈沖式布袋除塵器工作原理

5 結語

根據環境保護部于2013年12月27日發布的《電池工業污染物排放標準》(GB30484-2013)，2016年1月1日起現有企業和新建企業鉛及其化合物排放限值執行0.5 mg/m3；低于原執行的《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)現有0.9 mg/m3、新建排放限值0.7 mg/m3。

鉛酸蓄電池生產企業為了能夠達標排放，可在原有濕法或干法單級處理基礎上變為濕法+干法兩級處理，從而減少鉛及其化合物的排放濃度。

[1]黃 萍.大氣中鉛煙及鉛塵的污染及研究現狀[J].環境科學,2009.

[2]劉 芳， 丁毓文.含鉛煙塵治理技術評述[J].中國衛生工程學,1993(2).

[3]中華人民共和國環境保護部.GB30484-2013.電池工業污染物排放標準[S].北京：中國標準出版社,2013.

2016-08-09

王宏亮(1981—)，男，工程師，主要從事環境保護科研，環境影響評價等工作。

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1674-9944(2016)18-0097-04