路俊斗，郎小川，李建光

（安徽理士電源技術(shù)有限公司，安徽 淮北 235100）

0 前言

近十多年來(lái)，隨著全民環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐步提高，鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)存在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境相協(xié)調(diào)，行業(yè)內(nèi)企業(yè)越來(lái)越重視環(huán)境保護(hù)和職業(yè)衛(wèi)生狀況的改善。鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料，其質(zhì)量占電池總質(zhì)量的 70%左右，鉛是高毒性物質(zhì)，鉛蓄電池生產(chǎn)過(guò)程存在著較高的鉛污染風(fēng)險(xiǎn)；鉛酸蓄電池以硫酸為電解質(zhì)，因此生產(chǎn)過(guò)程中還存在酸污染的風(fēng)險(xiǎn)[1]。鉛蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中可能擴(kuò)散到大氣中的主要污染物包括鉛煙、鉛塵、硫酸霧等，管理和處理不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。因此需要嚴(yán)格控制污染源及其擴(kuò)散途徑，從污染物的源頭開(kāi)始，組織氣流經(jīng)專(zhuān)用環(huán)保設(shè)備處理后，達(dá)到相應(yīng)的職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)之后再進(jìn)行排放。

1 鉛煙、鉛塵、硫酸霧的定義[1]

1.1 鉛煙

熔融狀態(tài)的鉛具有一定的揮發(fā)性，鉛液表面會(huì)有少量鉛以蒸氣形式進(jìn)入空氣中 ，隨即被空氣中的氧氣氧化為氧化鉛，形成細(xì)小的微粒，其直徑小于等于 0.1 μm。此細(xì)小的含鉛微粒稱(chēng)為鉛煙。

1.2 鉛塵

鉛塵是指在鉛蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的漂浮于空氣中的含鉛固體微粒，其直徑大于 0.1 μm。

1.3 硫酸霧

硫酸霧通常指懸浮于空氣中微小的含硫酸液滴。由于硫酸不易揮發(fā)，在鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝條件下，不具備通過(guò)蒸發(fā)—凝結(jié)途徑形成硫酸霧的條件。但是在化成或電池充電過(guò)程中，會(huì)有電解水的副反應(yīng)發(fā)生，電解水產(chǎn)生的氣體從硫酸電解液中逸出形成氣泡，氣泡的液態(tài)膜是硫酸，即使破裂，形成的液滴也非常微小，可在空氣中懸浮，形成硫酸霧。

2 蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中污染源分析

2.1 極板生產(chǎn)工序

2.1.1 鉛粉制造工序

鉛粉制造有氣相氧化法和球磨法兩種，目前國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)采用球磨法。球磨法鉛粉制造設(shè)備主要由溶鉛爐、造粒機(jī)、鉛粉機(jī)、鉛粉輸送裝置、集粉器、儲(chǔ)粉倉(cāng)等組成。過(guò)去鉛粉制造是鉛蓄電池行業(yè)產(chǎn)生鉛煙、鉛塵污染的主要工序。近幾年來(lái)，隨著企業(yè)對(duì)設(shè)備機(jī)械化、自動(dòng)化和環(huán)保要求的逐步提高，一些較先進(jìn)的密閉式全自動(dòng)鉛粉制造系統(tǒng)相繼在行業(yè)中推廣應(yīng)用，冷切機(jī)的采用更是減少了在鑄粒時(shí)產(chǎn)生的鉛煙和鉛渣，整個(gè)系統(tǒng)更密閉，鉛粉制造過(guò)程中鉛的污染得到了有效的控制。目前在鉛粉制造工序，污染源主要來(lái)自經(jīng)集粉器過(guò)濾布袋排除的含鉛塵廢氣。

2.1.2 板柵鑄造工序

板柵生產(chǎn)的方式主要有兩種，一種是澆鑄板柵，另一種是連續(xù)板柵。按制造技術(shù)可分為重力鑄造、連續(xù)鑄造、拉網(wǎng)和沖壓等。傳統(tǒng)的澆鑄板柵工藝主要采用的是重力澆鑄的方式，并且由傳統(tǒng)的一鍋一機(jī)大多改為了一鍋多機(jī)集中供鉛系統(tǒng)。無(wú)論以哪種方式生產(chǎn)，在合金熔化過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生鉛煙和鉛渣，重力澆鑄時(shí)在澆注口也產(chǎn)生鉛煙。

2.1.3 和膏工序

鉛膏是由一定氧化度和表觀密度的鉛粉和水、稀硫酸以及添加劑通過(guò)機(jī)械攪拌混合并發(fā)生物理、化學(xué)變化而制成的可塑性膏狀混合物。含有氧化鉛、堿式硫酸鉛、金屬鉛、氫氧化鉛、水和添加劑。近幾年來(lái)，隨著環(huán)保要求和設(shè)備自動(dòng)化要求的提高，大部分企業(yè)使用了自動(dòng)加酸、自動(dòng)加水、自動(dòng)加料的密閉式和膏機(jī)。但在和膏過(guò)程中，仍然會(huì)產(chǎn)生少量鉛塵和酸霧等混合類(lèi)氣體，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些廢鉛膏和沖洗設(shè)備的含鉛廢水。真空和膏機(jī)密封可靠，隨著其國(guó)產(chǎn)化，未來(lái)一旦成熟推廣，和膏工序可能不再產(chǎn)生污染。

2.1.4 分刷板工序

分刷板是將多片連在一起的極板分成單片，或者把單片極板的工藝極耳去除，然后把極耳上的鉛膏或邊框上的毛刺清理干凈的過(guò)程，極板四邊及四角不能有尖棱或細(xì)尖毛邊，以免造成蓄電池短路。極耳必須清潔干凈，露出金屬光澤，便于焊接。該工序產(chǎn)生含鉛粉塵和含鉛固體廢料。

2.2 電池組裝工序

2.2.1 配組工序

配組是將正負(fù)極板和隔板按照規(guī)定的片數(shù)疊放在一起的過(guò)程。配組分手工配組和自動(dòng)包板配組，手工配組由于生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染比較嚴(yán)重，已經(jīng)逐步被自動(dòng)配組代替。自動(dòng)配組機(jī)實(shí)現(xiàn)了包板、疊片的自動(dòng)化作業(yè)。無(wú)論是手工配組還是自動(dòng)配組，該工序都產(chǎn)生含鉛粉塵。但是采用自動(dòng)配組方式時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了包板、疊片在封閉的設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，更有利于鉛塵的收集和處理，改善了作業(yè)環(huán)境。

2.2.2 極群焊接工序

通過(guò)匯流排將多片同性極板與極柱焊接起來(lái)就是極群，正極群和負(fù)極群配到一起形成極群組。極群焊接分為手工焊接和機(jī)械自動(dòng)焊接兩類(lèi)，機(jī)械自動(dòng)焊接又分為自動(dòng)燒焊和自動(dòng)鑄焊兩種。手工燒焊和機(jī)械自動(dòng)燒焊都是利用可燃性氣體與氧氣混合燃燒的火焰所產(chǎn)生的高溫通過(guò)熔化焊條和極耳而實(shí)現(xiàn)金屬連接的一種熔焊方法，在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的鉛煙，污染環(huán)境。鑄焊是把配組完成后極群的板耳倒插入裝有熔融鉛的鑄焊模具中，冷卻后將極耳熔焊在一起。該工序主要產(chǎn)生鉛煙和鉛渣。

2.2.3 極群入槽工序

極群入槽就是把組焊完成的極群組按規(guī)定的方向和位置裝入電池槽內(nèi)部的過(guò)程。本工序主要產(chǎn)生含鉛粉塵。

2.2.4 單體連接和焊端子工序

極群正確入槽后，為實(shí)現(xiàn)串聯(lián)成不同的額定電壓并且端子極性無(wú)誤的蓄電池組。單格之間的連接一般采用穿壁焊焊接和跨橋焊接，無(wú)論是哪種焊接，都會(huì)產(chǎn)生鉛煙。焊端子工序主要是通過(guò)燒焊把鉛套和端子焊接在一起，同時(shí)起到一定的密封作用。該工序產(chǎn)生的污染物主要是鉛煙。

2.3 加酸、充電工序

加酸過(guò)程就是將一定密度的稀硫酸加入電池內(nèi)部的過(guò)程。電池加酸靜置后給電池充電。在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生少量的硫酸霧，硫酸霧的形成機(jī)理主要有兩種，一種是酸液表面蒸發(fā)，硫酸分子進(jìn)入空氣，與空氣中的水分凝結(jié)而形成硫酸霧滴，另一種是硫酸溶液內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)，形成氣泡上浮到液面后爆破，將小液滴帶出。

3 蓄電池生產(chǎn)過(guò)程廢氣處理

3.1 鉛粉制造

鉛酸蓄電池涉及的“鉛粉”通常是指微小顆粒的 PbO 與 Pb 的混合物，是一種表面覆蓋氧化鉛的金屬鉛顆粒粉狀物，它是有純鉛在鉛粉機(jī)中經(jīng)過(guò)特定的熱氧化過(guò)程而形成的，鉛粉顆粒的平均直徑一般為 50 μm 左右[2]。一般來(lái)說(shuō)，鉛粉制造工序產(chǎn)生的鉛塵粒徑較大，宜采用干式過(guò)濾的方式處理[3]，例如布袋加濾筒二級(jí)過(guò)濾，主要處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 鉛粉制造工序廢氣處理流程圖

3.2 鑄板工序

圖2 鑄板工序廢氣處理流程圖

鑄板工序的處理工藝流程如圖2所示。該工序主要產(chǎn)生鉛煙，由于產(chǎn)生的鉛煙含油容易堵塞濾材，并且有時(shí)會(huì)帶入火花，容易燒壞濾材，再加上鉛煙粒徑較小，不建議采用干式過(guò)濾，宜采用濕式二級(jí)處理。

3.3 和膏工序

由于在和膏過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生少量鉛塵和酸霧等混合類(lèi)氣體，并且廢氣濕度較大，所以行業(yè)內(nèi)一般采用濕式二級(jí)除塵方式，具體處理工藝流程如圖3所示。

圖3 和膏工序廢氣處理流程圖

3.4 分刷板工序

分刷板過(guò)程產(chǎn)生大量的含鉛粉塵，是蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中鉛粉塵污染最嚴(yán)重的工序之一，嚴(yán)重危害職工的健康。由于分板產(chǎn)生的鉛粉塵粒徑較大，再加上為有效收集粉塵，一般設(shè)計(jì)風(fēng)量較大，風(fēng)速較高，所以如果第一級(jí)使用濾筒，很容易把濾筒穿破，影響除塵效果[4]，所以建議第一級(jí)采用布袋除塵方式，第二級(jí)采用高效方框過(guò)濾，處理工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 分刷板工序廢氣處理流程圖

3.5 組裝工序

電池組裝過(guò)程中在包板工序產(chǎn)生鉛塵，在燒焊匯流排和跨橋焊接工序產(chǎn)生鉛煙，具體處理工藝流程見(jiàn)圖5。由于組裝工序產(chǎn)生的鉛煙不含油和火星，所以經(jīng)集氣罩收集后，采用濾筒除塵器加高效過(guò)濾器進(jìn)行處理含鉛廢氣。

圖5 組裝工序廢氣處理流程圖

3.6 充電工序

電池在充放電過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生硫酸霧。硫酸霧的處理方式一般采取物理捕捉與堿噴淋相結(jié)合的二級(jí)處理系統(tǒng)。物理捕捉就是在廢氣通過(guò)的路徑上，設(shè)置大面積固體表面（如多層濾網(wǎng)），液滴碰到濾網(wǎng)時(shí)被捕集，缺點(diǎn)是漏網(wǎng)概率較高。堿噴淋就是在堿液吸收塔中，液體在比表面積很大的填料層中流過(guò)，形成眾多形狀和排列方向都不規(guī)則的液膜，廢氣在填料層中通過(guò)時(shí)，霧滴與液膜一旦接觸，就被捕集，從廢氣中分離出來(lái)，填料層越密、越厚，流過(guò)填料層的液體對(duì)填料層的浸潤(rùn)越充分，廢氣中液滴漏捕概率越低，但阻力會(huì)隨之增大。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際實(shí)際情況選擇填料規(guī)格、填料層厚度及下行液體流量等參數(shù)。另外，連續(xù)填料層厚度過(guò)大，液體下行穿過(guò)填料層時(shí)易產(chǎn)生偏流。采取多層填料的結(jié)購(gòu)，可以解決液體偏流的問(wèn)題。硫酸霧處理工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 充電工序廢氣處理流程圖

4 廢氣的形成與傳輸

前面講到了廢氣的產(chǎn)生和處理方式，那么怎樣組織廢氣，使廢氣有組織的進(jìn)行傳輸呢？面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們需要做好兩件事：①組織氣流，形成廢氣；②將污染物從廢氣中分離出來(lái)，讓凈化后的空氣排放到大氣中。

組織氣流的目的是避免含有污染物的氣體在車(chē)間內(nèi)擴(kuò)散，危害身體健康。組織氣流的手段：從產(chǎn)生污染物的源頭開(kāi)始，給予含污染物的氣體以動(dòng)力，用物理隔離的方法（通風(fēng)管道）將其控制在指定范圍內(nèi)，令其沿指定的方向運(yùn)動(dòng)。組織氣流的結(jié)果是，污染物與大量氣體混合，形成廢氣。

為組織氣流提供動(dòng)力的設(shè)備稱(chēng)之為風(fēng)機(jī)。這些氣體所需要的能量包括：自身的動(dòng)能，克服通風(fēng)管道及分離污染物與氣體的設(shè)備所產(chǎn)生的阻力所需能量。也就是說(shuō)，空氣要順利完成污染物收集—管道輸送—污染物分離—達(dá)標(biāo)排放這一過(guò)程，必須從風(fēng)機(jī)獲得足夠的能量。風(fēng)機(jī)一般由電機(jī)拖動(dòng)，經(jīng)過(guò)電機(jī)—風(fēng)機(jī)—?dú)怏w能量這一系列能量轉(zhuǎn)換。在風(fēng)機(jī)選型基本合理的情況下，總的轉(zhuǎn)換效率一般為 70%左右[5]。

例如：某廢氣處理系統(tǒng)，空氣密度 1.2 kg/m3，流量 30000 m3/h，最高風(fēng)速為 22 m/s，通風(fēng)管道阻力壓強(qiáng)為 1300 Pa，污染物分離設(shè)備的阻力壓強(qiáng)1100 Pa。為該系統(tǒng)選一臺(tái)合適的風(fēng)機(jī)，并匹配合適的電機(jī)。

首先計(jì)算每立方米空氣的動(dòng)能：

根據(jù)單位換算，可知 290 J = 290 N·m = 290(Pa·m2)·m= 290 Pa·m3，所以每立方米空氣的動(dòng)壓為290 Pa。系統(tǒng)所需風(fēng)機(jī)全壓為動(dòng)壓、通風(fēng)管道阻力壓強(qiáng)和污染物分離設(shè)備阻力壓強(qiáng)的總和，即：

根據(jù)計(jì)算出的風(fēng)機(jī)全壓值選擇 4–72 型離心通風(fēng)機(jī)，機(jī)號(hào) No.8（表示葉輪直徑 800 mm），傳動(dòng)方式 C（表示帶輪傳動(dòng)），轉(zhuǎn)速 1800 r/min，性能曲線(xiàn)見(jiàn)圖7。

圖7 4–72–8C 離心風(fēng)機(jī) 1800 r/min 性能曲線(xiàn)

從圖7性能曲線(xiàn)上可以看出，該風(fēng)機(jī)在流量30 000 m3/h 時(shí)，全壓 2800 Pa，略大于系統(tǒng)所需的2690 Pa，能滿(mǎn)足要求。接著，估算該風(fēng)機(jī)需要匹配多大功率的電機(jī)。

空氣獲得能量的功率為：

如果風(fēng)機(jī)效率為 70%，則需要電機(jī)輸出軸功率為：

根據(jù)電機(jī)型譜，若使電機(jī)功率不小于 33.3 kW，該風(fēng)機(jī)最小應(yīng)匹配 37 kW 的電機(jī)。輸出軸功率 33.3 kW，按電機(jī)效率 95%計(jì)，該電機(jī)耗電（有功）功率為：

3 結(jié)論

防止污染物的擴(kuò)散，必須要有效地控制污染源，設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)管道（風(fēng)速、流量等），選擇合理的風(fēng)機(jī)（風(fēng)量、全壓）和電機(jī)（轉(zhuǎn)速和功率），根據(jù)不同的污染物，選擇合理的除塵方式，做到污染源可控，污染物可有效收集和處理，最終達(dá)標(biāo)排放。

[1] 環(huán)境保護(hù)部.鉛蓄電池行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)察指南（試行）(環(huán)辦[2011]122號(hào)).2011–09.

[2] 王金良, 胡信國(guó), 等.鉛蓄電池行業(yè)準(zhǔn)入實(shí)施技術(shù)指南[M].北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2012.

[3] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T327–2006 環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求 袋式除塵器 濾袋[S].

[4] JB/T10341–2002 濾筒式除塵器[S].

[5] 續(xù)魁昌.風(fēng)機(jī)手冊(cè)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1999.