魚澎,包戈,余小軍,劉明軍,馮謙
(中國啟源工程設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710018)
綠色工廠是綠色制造的實施主體和核心支撐單元,側(cè)重于生產(chǎn)過程的綠色化、生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化、能源低碳化、用地集約化等特點。為了推動綠色制造,國家相繼發(fā)布了《中國制造 2025》《關(guān)于開展綠色制造體系建設(shè)的通知》《綠色工廠評價通則》等文件,指導(dǎo)綠色工廠的建設(shè)。實現(xiàn)工廠產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)的途徑有:采用綠色建筑技術(shù)建設(shè)廠房;綜合可再生能源應(yīng)用;合理布局廠區(qū)內(nèi)能量流、物質(zhì)流路徑;采用先進適用的清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備和高效末端治理裝備;建立資源回收循環(huán)利用機制等。雖然經(jīng)過技術(shù)不斷更新,已經(jīng)出現(xiàn)鉛炭電池、卷繞電池、雙極性電池等新型鉛蓄電池[1],但是鉛蓄電池屬于高能耗產(chǎn)品。因此,建設(shè)綠色工廠,實現(xiàn)綠色生產(chǎn)是鉛蓄電池行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
對比《綠色工廠評價通則》的評價標準,鉛蓄電池綠色工廠設(shè)計要從基礎(chǔ)設(shè)施、能源與管理投入、管理體系、產(chǎn)品、環(huán)境排放、績效這 6 個方面進行[2]。結(jié)合鉛蓄電池行業(yè)的特點,鉛蓄電池綠色工廠的設(shè)計側(cè)重于基礎(chǔ)設(shè)施、能源與管理投入、管理體系、環(huán)境排放、產(chǎn)品這幾方面。當上述 5 個一級指標達到設(shè)計要求時,績效也會達到理想的標準。
基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計包括建筑、照明、專用設(shè)備、通用設(shè)備、計量設(shè)備、污染物處理設(shè)備設(shè)施[3]。
2.1.1 建筑
建筑設(shè)計包括廠區(qū)選址、總平面設(shè)計、建構(gòu)筑物設(shè)計。
廠區(qū)選址應(yīng)符合《鉛蓄電池行業(yè)規(guī)范條件(2015 年本)》中規(guī)定的要求。新建、改擴建項目應(yīng)在依法批準設(shè)立的縣級以上工業(yè)園區(qū)內(nèi)建設(shè),以便利用工業(yè)園區(qū)的集聚優(yōu)勢來降低生產(chǎn)成本和物流運輸成本等。并且,廠區(qū)選址應(yīng)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、園區(qū)總體規(guī)劃和規(guī)劃環(huán)評。廠區(qū)與居民區(qū)等之間的防護距離應(yīng)符合《鉛蓄電池廠衛(wèi)生防護距離標準》(GB 11659—1989)。根據(jù)風(fēng)速防護距離分為400 m、500 m、800 m 三檔。
廠區(qū)總平面設(shè)計應(yīng)符合《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(GBZ 1—2010)的要求。廠區(qū)應(yīng)一次性整體規(guī)劃,按功能分為生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、非生產(chǎn)區(qū)。生產(chǎn)區(qū)宜選在大氣污染物擴散條件好的地段,布置在當?shù)厝曜钚☆l率方向的上風(fēng)側(cè)。非生產(chǎn)區(qū)域布置在當?shù)厝曜钚☆l率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。輔助生產(chǎn)區(qū)布置在兩者之間。為了合理用地、縮短運輸距離、減少污染,盡量設(shè)計蓄電池聯(lián)合廠房,可將極板生產(chǎn)、電池裝配、電池化成等工序集中在一個大廠房內(nèi)。將變電所、鍋爐房、空壓站就近貼建在負荷中心,以便使管線最短,能耗最少。這樣的布局能夠在滿足生產(chǎn)需求的情況下盡可能地最大化利用有限的土地面積,并且便于生產(chǎn)管理,降低運行成本,節(jié)約建設(shè)投資。通過合理的總平面設(shè)計,使廠區(qū)物流、交通更加便捷。建筑系數(shù)、容積率、綠化率等指標應(yīng)滿足表1 中列出的規(guī)劃需求。
表1 工業(yè)項目建設(shè)用地控制指標
建構(gòu)筑物設(shè)計以蓄電池生產(chǎn)工藝為核心進行廠房的工藝布局。根據(jù)《鉛蓄電池行業(yè)規(guī)范條件(2015 年本)》要求,鉛粉工序、鑄板工序、分板工序、裝配工序、化成工序均設(shè)在封閉的隔間內(nèi),并保持微負壓條件。各工序之間可設(shè)置快開卷簾門,避免不同工序的污染物交叉污染。車間地坪設(shè)計為易清潔、耐磨混凝土地坪,并做防滲處理,避免鉛塵、硫酸污染土壤和地下水。采用傳熱系數(shù)低的維護材料和節(jié)能構(gòu)造,提高建筑本身的保溫隔熱性能。廠房的維護結(jié)構(gòu)選用易清潔的維護結(jié)構(gòu),不易吸附灰塵的材料,盡量避免鉛煙塵吸附在圍墻上。生產(chǎn)廠房、原料庫、成品庫之間可設(shè)置帶頂棚的連廊,便于原輔料、產(chǎn)品運輸,以及人員通行。固廢庫、危廢庫等,均需設(shè)在獨立隔間內(nèi),并做好防腐、防滲措施。
2.1.2 照明
工廠廠區(qū)及各房間或場所的照明應(yīng)盡量利用自然光,減少人工照明的使用。在屋面設(shè)置采光帶(3 %~15 %)。在外墻設(shè)置高側(cè)窗采光。人工照明應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《建筑照明設(shè)計標準》(GB 50034—2020)的要求。當采用人工照明光源時,設(shè)置可調(diào)解的照明控制系統(tǒng)??赏ㄟ^分區(qū)、分組、定時、自動調(diào)光等措施,節(jié)約運行成本。如果有條件,最好采用智能照明系統(tǒng)。智能照明系統(tǒng)可通過照明控制軟件進行本地化和遠程的參數(shù)配置,實現(xiàn)多樣化和多模式的控制,對照明設(shè)備的工作狀態(tài)實時監(jiān)控、能耗監(jiān)控和生成工作報表,支持網(wǎng)頁端控制、移動終端控制(手機或平板電腦)等多種操控方式。
建筑物內(nèi)的照明宜采取分區(qū)、分組、定時、場景控制、自動調(diào)光等節(jié)能措施,在考慮顯色性的基礎(chǔ)上,選用發(fā)光效率高、壽命長的光源和高效率的節(jié)能燈具及鎮(zhèn)流器。根據(jù)不同生產(chǎn)區(qū)域的工作環(huán)境選擇不同類型燈具,如在化成工序可選擇防爆燈。照明燈具效率及效能需滿足表2 和表3 中的要求。
表2 燈具效率
表3 燈具效能
2.1.3 專用設(shè)備、通用設(shè)備
鉛蓄電池生產(chǎn)所需的設(shè)備絕大部分屬于專用設(shè)備?!躲U蓄電池行業(yè)規(guī)范條件(2015 年本)》和《電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》均對生產(chǎn)設(shè)備和工藝有一定要求(參見表4)。在進行綠色工廠設(shè)計時,應(yīng)采用技術(shù)先進的工藝設(shè)備或技術(shù),從源頭減少能源消耗、原輔料消耗、污染物排放量[4]。
表4 鉛蓄電池生產(chǎn)專用設(shè)備要求
通用設(shè)備主要包括變壓器、鍋爐、空壓機、空調(diào)機組、冷凍機、泵等。各通用設(shè)備和技術(shù)盡量選用《國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄(2015 年本,節(jié)能部分)》和《節(jié)能機電設(shè)備(產(chǎn)品)推薦目錄》等文件中推廣、推薦的技術(shù)和產(chǎn)品,不得選用《高耗能落后機電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄》和《淘汰落后生產(chǎn)能力、工藝和產(chǎn)品的目錄》等文件中所列應(yīng)淘汰的技術(shù)和設(shè)備。而且通用設(shè)備應(yīng)達到表5 中規(guī)范所要求的能效等級。
表5 通用設(shè)備能效
2.1.4 計量設(shè)備
鉛蓄電池生產(chǎn)廠家應(yīng)依據(jù) GB 17167—2006、GB 24789—2022 等要求配備、使用和管理能源、水以及其它資源的計量器具和裝置??傮w上設(shè)置三級計量。對水、暖、氣、電等能源進行分區(qū)、分級、分類計量,并將數(shù)據(jù)送往廠區(qū)能耗管理系統(tǒng)后臺,進行數(shù)據(jù)分析,對廠區(qū)后期運行及用能做出指導(dǎo)和改進。
所有內(nèi)部計量的電表都是數(shù)字網(wǎng)絡(luò)型的,通過總線接入能耗計量管理系統(tǒng),以控制用電量,并制定節(jié)電措施。計量裝置采用數(shù)字式電子表計,并配置數(shù)字通訊接口和 RVS 通信線,以便于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。能源管控系統(tǒng)應(yīng)具有向當?shù)刂鞴懿块T監(jiān)管平臺傳輸數(shù)據(jù)的功能。能源管控系統(tǒng)采用精度等級不低于 1.0 的電能表。在變壓器低壓側(cè)總進線處的計量裝置應(yīng)滿足多功能電能表的要求,至少具有監(jiān)測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)、有功電能、最大需求、總諧波含量和 2~31 次各次諧波分量的功能。數(shù)據(jù)采集器設(shè)置在變電所值班室內(nèi),并預(yù)留網(wǎng)絡(luò)傳輸接口。分項計量系統(tǒng)可提供所有能耗節(jié)點的電耗數(shù)據(jù)。其中一級能耗節(jié)點包括室內(nèi)外公共及非公共場所照明插座用電、電梯用電、給排水系統(tǒng)用電、非空調(diào)用通風(fēng)用電及特殊場所的用電均采用直接計量,而二級能耗節(jié)點采用拆分法獲取能耗數(shù)據(jù)。
根據(jù)水平衡測試的要求安裝分級計量水表。按使用用途,對生產(chǎn)設(shè)備、廚房、衛(wèi)生間、循環(huán)水系統(tǒng)補水、綠化、景觀、環(huán)保設(shè)施等用水分別設(shè)置用水計量裝置。水表計量率符合現(xiàn)行國家標準《節(jié)水型企業(yè)評價導(dǎo)則》(GB/T 7119—2018)的要求。
2.1.5 污染物處理設(shè)備設(shè)施
鉛蓄電池工廠中鉛煙、鉛塵、酸霧等不同廢氣應(yīng)分類處理。排放濃度、排放速率、排放總量應(yīng)符合或優(yōu)于國家現(xiàn)行標準。鉛塵凈化系統(tǒng)可采取濾筒和高效過濾器實施兩級處理。第一級濾筒過濾器能有效處理粒徑在 1 μm 以上的鉛塵。第二級高效過濾器主要處理粒徑不小于 0.1 μm 的鉛塵。鉛塵凈化系統(tǒng)的綜合除塵效率可達 99.9 %。鉛煙凈化系統(tǒng)中有可能夾雜少量火星或酸性廢氣,所以采取兩級濕式除塵器處理。第一級采取物理法,讓含鉛廢氣和吸收液相互接觸,通過湍流、填料接觸、條縫液膜、焦炭吸附等處理過程,除去空氣中的大部分鉛煙塵及其他有害物質(zhì)和氣體。第二級采取化學(xué)法,使剩余的小顆粒鉛煙和堿液發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生產(chǎn)亞鉛酸鹽沉淀。鉛煙凈化系統(tǒng)的綜合除塵效率可達99 %。采用化學(xué)法吸收處理酸霧,通過多級填料層使堿液和酸霧發(fā)生堿中和反應(yīng)。酸霧處理效率可達99 %。
管理體系包括質(zhì)量管理體系、職業(yè)健康安全管理體系、環(huán)境管理體系、能源管理體系。
2.2.1 職業(yè)健康安全管理
鉛蓄電池工廠的職業(yè)健康安全管理體系應(yīng)該滿足《職業(yè)健康安全管理體系要求》。而且,工廠的設(shè)計和施工需要滿足《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(G B Z 1—2010)、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ 2—2007)和《工作場所職業(yè)衛(wèi)生監(jiān)督管理規(guī)定》等的要求。如果工廠內(nèi)勞動者大于 100 人,就應(yīng)設(shè)置職業(yè)衛(wèi)生管理機構(gòu)或者組織,并且配備專職的職業(yè)衛(wèi)生管理人員、安全管理人員。在生產(chǎn)廠房、原料庫的主要出入口,以及產(chǎn)生危害因素的工序設(shè)備旁無遮擋處設(shè)置鉛煙塵、硫酸、噪聲等職業(yè)病危害警示標識。
企業(yè)應(yīng)建立有效的職業(yè)衛(wèi)生管理制度,實施有專人負責(zé)的職業(yè)病危害因素日常監(jiān)測,并定期對工作場所進行職業(yè)病危害因素檢測、評價,確保職工的職業(yè)健康。場所建設(shè)、生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)符合職業(yè)病防治的相關(guān)要求。員工生活區(qū)與生產(chǎn)區(qū)域應(yīng)嚴格分開,加強管理。禁止員工穿著工作服離開生產(chǎn)區(qū)域。如果員工休息室設(shè)在廠區(qū)內(nèi),應(yīng)禁止員工家屬等非生產(chǎn)人員居住。員工下班前,應(yīng)督促其洗手和洗澡。應(yīng)為員工提供有效的個人防護用品。在員工離開生產(chǎn)區(qū)域前,應(yīng)收回手套、口罩、工作服、帽子等,進行統(tǒng)一處理,不得讓員工帶出生產(chǎn)區(qū)域。應(yīng)對每班次使用過的工作服等進行統(tǒng)一清洗。
在生產(chǎn)區(qū)和辦公區(qū)之間設(shè)計浴室。浴室包括更衣間、淋浴間、洗衣房、風(fēng)淋通道、洗手池等。員工上下班必須經(jīng)過風(fēng)淋、洗手、換工服、淋浴,避免將鉛煙塵帶出生產(chǎn)區(qū)。淋浴廢水、洗手廢水需接入廢水處理站處理達標后排放,不得與生活污水混合排放。
濃酸站、配酸間、電池化成區(qū)等需設(shè)置應(yīng)急沖淋洗眼器。酸罐四周設(shè)置耐酸地溝,以防突發(fā)情況。濃酸站可設(shè)計為半地下結(jié)構(gòu)或設(shè)計圍堰,以防濃酸罐泄漏。
學(xué)習(xí)目標是教學(xué)的起點與最終的歸宿,明確的學(xué)習(xí)目標應(yīng)貫穿于學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié),它也是教師設(shè)計合作學(xué)習(xí)、學(xué)生開展合作學(xué)習(xí)的重要依據(jù)。教師可以充分利用小班化教學(xué)的優(yōu)勢,將學(xué)習(xí)目標的制定作為小組合作學(xué)習(xí)的一個環(huán)節(jié),讓學(xué)生在小組內(nèi)討論挖掘本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標,在每組代表發(fā)言以后由教師與學(xué)生共同討論修正。這樣的做法,一方面可以在教師給每個小組結(jié)論的點評過程中,給予新課標提倡的情感、態(tài)度、價值觀三方面學(xué)習(xí)目標以同樣的關(guān)注,使學(xué)生獲得積極的引導(dǎo)。另一方面,學(xué)生還參與了學(xué)習(xí)目標的確立,強化對學(xué)習(xí)目標的理解,使學(xué)生明確本次合作學(xué)習(xí)要求他們掌握什么內(nèi)容,完成什么任務(wù),可以使學(xué)生更好地開展合作學(xué)習(xí)。
2.2.2 環(huán)境管理體系
鉛蓄電池工廠應(yīng)建立、實施和保持環(huán)境管理體系,并滿足《環(huán)境管理體系要求及使用指南》(GB/T 24001—2016)的要求。鉛蓄電池工廠內(nèi)所有生產(chǎn)區(qū)域的地坪都應(yīng)做防滲處理,特別是電池化成區(qū)、灌酸區(qū)還應(yīng)做防腐處理,以防止鉛塵、酸滲入地下,污染環(huán)境。
應(yīng)將鉛粉工序、鑄板及鉛零件工序、分板刷耳工序、化成充電工序均設(shè)在封閉的車間內(nèi),并使車間環(huán)境保持微負壓。封閉車間的設(shè)計要求參見表6。在不同工序之間設(shè)快開門,以免不同工序之間不同類型的污染物交叉擴散。鉛蓄電池工廠應(yīng)安裝送新風(fēng)系統(tǒng),并保持適宜的風(fēng)速。封閉式車間人均新風(fēng)量宜為 30~50 m3/h。送新風(fēng)系統(tǒng)的進風(fēng)口應(yīng)設(shè)在室外空氣潔凈處,不得設(shè)在車間內(nèi)。禁止使用工業(yè)電風(fēng)扇代替送新風(fēng)系統(tǒng)或進行降溫。
表6 封閉車間微小氣候參數(shù)設(shè)計要求
生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境必須滿足《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(GBZ 1—2010)、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1 部分:化學(xué)有害因素》(GBZ 2.1—2019)和《鉛作業(yè)安全衛(wèi)生規(guī)程》(G B 13746—2008)的要求。作業(yè)場所的空氣中鉛塵濃度不得超過 0.05 mg/m3,且鉛煙濃度不得超過 0.03 mg/m3。
2.2.3 能源管理體系
目前,中國對固定資產(chǎn)投資項目能耗實行一票否決制,所以在設(shè)計時應(yīng)選擇鉛錠冷切造粒工藝、一鍋多機鑄板工藝、鉛帶沖網(wǎng)/擴網(wǎng)工藝、連鑄連軋工藝、充放電能回饋利用等工藝,減少能源損耗,并建立能源監(jiān)管系統(tǒng)。單位產(chǎn)品能耗應(yīng)優(yōu)于《鉛蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》和《電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》中設(shè)定的指標(參見表7)。
表7 鉛蓄電池產(chǎn)品資源和能源消耗指標 kgce/(kV·A·h)
2.3.1 能源投入
在能源投入方面,應(yīng)充分利用太陽能、風(fēng)能、地源熱泵、空氣源熱泵等新能源。利用鉛蓄電池工廠屋面較大的特點,設(shè)置屋面光伏系統(tǒng),并配套儲能設(shè)施,充分利用峰谷電價差。將電池化成時的電量充分利用,通過微電網(wǎng)將放出電量循環(huán)用于電池充電。
2.3.2 鉛資源投入
由于鉛是鉛蓄電池主要的原料及成本要素,因此控制單位產(chǎn)品的鉛耗尤為重要。應(yīng)采用合理的板柵設(shè)計方案,廢板柵、沖網(wǎng)余料等回收利用工藝,封閉式刮板線或氣力輸送鉛粉系統(tǒng),多級斜皮帶輸送鉛粒機等減少鉛損耗。單位產(chǎn)品鉛耗應(yīng)優(yōu)于《電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》中規(guī)定的指標(參見表8)。
表8 鉛蓄電池產(chǎn)品鉛資源消耗指標 kg/(kV·A·h)
2.3.3 水資源投入
單位產(chǎn)品廢水產(chǎn)量是指企業(yè)生產(chǎn)單位產(chǎn)品排出的沒有使用功能的污水的量,包括與生產(chǎn)有直接關(guān)系或間接關(guān)系的各種外排廢水[5]。根據(jù)《電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》和《鉛酸蓄電池單位產(chǎn)品能源消耗限額》(JB/T 12345—2015),以及設(shè)計經(jīng)驗數(shù)據(jù),對生產(chǎn)過程中資源進行再利用后,水資源利用指標可達到或優(yōu)于表9 中所給的基準值。
表9 鉛蓄電池產(chǎn)品水資源消耗指標
大氣污染物的排放濃度、排放速率和無組織排放濃度應(yīng)符合或優(yōu)于國家現(xiàn)行有關(guān)污染物排放標準的規(guī)定。排放廢氣中有關(guān)污染物排放總量應(yīng)符合或優(yōu)于國家現(xiàn)行污染物總量控制指標的規(guī)定。鉛蓄電池工廠中鉛煙、鉛塵、酸霧等不同廢氣應(yīng)分類處理,而且排放濃度、排放速率、排放總量符合或優(yōu)于國家現(xiàn)行標準。鉛蓄電池污染物控制指標包括:
(1)大氣污染物排放限值—鉛及其化合物:指企業(yè)在生產(chǎn)電池過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)環(huán)保設(shè)施處理后尾氣中鉛及其化合物的含量。《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB 30484—2013)中規(guī)定排放限值為 0.5 mg/m3。
(2)水污染物排放限值—總鉛:指企業(yè)在生產(chǎn)電池過程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)污水處理設(shè)施處理后廢水中鉛及其化合物的總量?!峨姵毓I(yè)污染物排放標準》(GB 30484—2013)中規(guī)定排放限值為 0.5 mg/L。
(3)單位產(chǎn)品廢氣總鉛控制量:指企業(yè)的廢氣排放口中鉛及其化合物的年許可排放量?!杜盼墼S可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 電池工業(yè)》(HJ 967—2018)中規(guī)定排放限值為 0.1 g/(kV·A·h)。
(4)單位產(chǎn)品廢水產(chǎn)生量:指企業(yè)生產(chǎn)單位產(chǎn)品鉛蓄電池廢水的年許可排放量?!峨姵匦袠I(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》中規(guī)定排放限值為 0.07 m3/(kV·A·h)。
(5)工作環(huán)境中—鉛塵:在標準《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1 部分 化學(xué)有害因素》(GBZ 2.1—2019)中規(guī)定排放限值為 0.05 mg/m3。
(6)工作環(huán)境中—鉛煙:在標準《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1 部分 化學(xué)有害因素》(GBZ 2.1—2019)中規(guī)定排放限值為 0.03 mg/m3[6]。
鉛蓄電池行業(yè)已經(jīng)從原先的粗獷式生產(chǎn),轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂瞥杀?、質(zhì)量的精細化生產(chǎn)。為了更好促進行業(yè)發(fā)展,應(yīng)通過集約化用地,引進先進工藝設(shè)備、分級計量設(shè)備,以及構(gòu)建職業(yè)健康設(shè)施、環(huán)保設(shè)施、能源管理設(shè)施等,建設(shè)節(jié)能環(huán)保的鉛蓄電池綠色工廠。通過綠色工廠的建設(shè),能提升企業(yè)生產(chǎn)自動化水平、降低人工成本,改善車間生產(chǎn)環(huán)境,減少原、輔料消耗,減少污染排放、減少能源消耗,推動整個鉛蓄電池行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展,同時也為蓄電池行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標做出貢獻。