铅酸蓄电池生产过程中含铅废气污染物治理技术现状

王宏亮， 马佳平， 孙 宁

(河北省环境科学研究院，河北 石家庄 050000)



铅酸蓄电池生产过程中含铅废气污染物治理技术现状

王宏亮， 马佳平， 孙 宁

(河北省环境科学研究院，河北 石家庄 050000)

指出了铅污染物危害较大，其中铅酸蓄电池生产企业属于涉铅行业中铅污染物排放大户，从铅酸蓄电池产污环节进行了分析，对其含铅废气污染物治理技术现状进行了探讨。

铅酸蓄电池； 含铅废气； 除尘器

1 引言

近年来，我国铅酸蓄电池生产处于快速增长阶段，据国家统计局统计数据，2014年，铅酸蓄电池总产量达22069.77万kVA，同比增长4.58%。同时，我国铅蓄电池出口量快速增长，2015年，铅酸电池出口额就达到了289.6亿美元，比2014年增长11.6%。铅做为铅酸蓄电池行业内的主要污染物，是一种广泛存在于生活环境中的重金属，人体摄入过多会引起中毒。随着铅蓄电池生产的快速增长，铅污染物的治理也逐渐受到关注。针对铅在不同工段的排放特性，国内外有多种治理措施，其治理效果也不近相同。

2 铅酸蓄电池企业生产工艺及大气中铅污染物的排放节点

铅酸蓄电池生产工艺比较成熟，但随着技术的进步和对节能减排的重视，近年来化成工序已由电池化成逐步代替极板化成，其余工艺无明显区别。蓄电池生产工艺主要为铅粉制造、合膏、铸板、涂板、分板、固化、化成、装配等工艺，具体流程见图1。

图1 生产工艺流程及排污节点

从中可以看出，熔铅、铅粉制造、合膏、铸板、涂板、分板等工序为极板生产工段，该工段主要以铅为原料，是铅污染物主要产生工段。

3 铅酸蓄电池企业含铅废气类型

铅酸蓄电池生产企业含铅废气大体上可分为铅尘和铅烟两种： 铅烟多是由熔融的铅蒸发后生成的气态物质的冷凝物，在生成过程中常伴有氧化反应，铅烟的粒子很小，粒径范围一般在0.01～1 μm。铅酸蓄电池生产企业外购电解铅、合金铅需经高温熔铅后方可作为后续生产原料，其中电解铅铅锅温度保持在480 ℃左右，合金铅铅锅温度保持在490～520 ℃，因此，熔铅炉是铅烟主要产生节点。

铅尘是在铅及铅矿物的破碎、分级和研磨等机械过程中形成的，其形态不规则，粒径相对较大，一般为1～200 μm，铅尘主要在涂板、分板、铅粉制造、装配等常温机加工中产生。

4 大气中铅污染物治理措施现状

4.1 铅烟治理措施

铅烟粒径小、温度高，蓄电池生产企业普遍采用湿法除尘来治理铅烟。湿法除尘基本原理为：废气与液体密切接触，利用液滴和尘粒的惯性碰撞或液体对粉尘的润湿作用等捕集尘粒或使小粒径聚集为大粒径，从而将粉尘有效脱离。目前国内常用的铅烟净化设施主要有冲击式除尘器、湿式静电除尘器、喷雾填料泡沫除尘器、湍球式吸收塔、HKE型高效铅烟净化装置等。

4.1.1 冲击式除尘器

冲击式除尘器是湿式除尘装置的一种，由通风机、除尘器、排灰装置和自控装置组成。按其清灰方式分为带有机械清灰装置的CCJ型和带有锥形灰斗的CCJ/A型。冲击式除尘器的工作原理为：含尘气流冲入水层中，粗尘粒由于惯性作用落入液体中，而较细尘粒随气流以18～35m/s的速度通过“S”形叶片通道，强烈地冲击液体，形成大量水花，使气液充分接触，尘粒就被液滴所捕获。净化后的气体通过气液分离室的挡水板，脱除水滴后排出，被捕集的尘粒沉入斗底定期排出。当铅烟与其他含铅尘气体混合时，铅烟气体的温度降低，同时粒径较大的铅尘可作为“晶核”，使铅烟中的细小烟尘凝聚，从而形成较大颗粒(图2)。

图2 冲击式除尘器工作原理

冲击式除尘器被普遍采用，风帆股份有限公司铅烟治理普遍采用该工艺，通过监测部门实地监测处理后铅烟均能达标排放。

4.1.2 静电除尘器

(1)湿式静电除尘器。铅烟粒径很小，但比电阻高，因此通过增湿器，使铅烟温度降低，水分增加，然后通过静电除尘器，除尘器电源电压30～40 kV，通过除尘器的烟气流速0.6～1.3 m/s，沉淀管直径0.2～0.3 m，长3～4 m。除尘器捕集的烟尘沿管壁的淋洗水冲下，进入贮水池。

(2)高压静电除尘器。该除尘器有两个极性相反的电极组成，其中一个是表面曲率很大的线装电极，即电晕极；另一个是管状或板状电极，即集尘极。一般电晕极接电源的负极，集尘极接电源的正极，两极之间形成高压电场，电极间的空气离子在电场作用下，向电极移动，形成电流，当电压升高到一定值时，大量的电子从电晕极不断逸出，电子碰撞电极间气体分子，使之产生电离，生成大量的自由电子和正离子，电子在电场力作用下，向正极运动，运动过程中与气体碰撞并使之离子化，产生更多的电子。铅烟颗粒在电场作用下带电，当尘粒所受静电力和其运动阻力相等时，尘粒向集尘极做匀速运动，最终被收集。

湿式静电除尘器、高压静电除尘器除尘效率较高，但由于其投资、运行费用较高，目前只适合在大型企业使用，普及率相对较低。

4.1.3 湍球式吸收塔

湍球式吸收塔上部是一脱水器，向下依次是喷液管、湍球填料层和空气层。吸收液通过喷液管向下喷淋，铅烟逆流向上通过吸收液，先与液滴在空气层中吸收反应，然后在湍球填料层中充分反应。净化后的烟气经脱水器脱水后排入大气。湍球选用耐磨、耐腐蚀、耐湿、耐压的小球，密度一般为0.15～0.65t/m3，直径为30或38mm。对于铅烟吸收，吸收液常采用稀醋酸和稀碱液，但由于醋酸腐蚀性较强，目前多采用稀碱液。

由于填料是塑料小球(PP球)，在高温烟气通过时，塑料小球受高温影响，长期使用会发生软化、变形、老化，从而使小球表面的液膜破坏，无法对烟气中的细小颗粒进行粘附等净化处理；另外，由于进入除尘器的风量不均匀，会导致塑料小球向一侧聚集，从而影响除尘净化效率，导致不能连续稳定达标排放，目前采用该类除尘设备较少被采用(图3)。

图3 湍球式吸收塔工作原理

4.1.4 HKE型高效铅烟净化装置

废气在风机吸引下吹入HKE系列净化装置，与泵喷出来的吸收液相互碰撞，通过湍流、填料条缝、焦碳吸附层等五级处理，除去废气中的铅烟尘及其它颗粒物质，然后将洁净的空气排入大气(图4)。

图4 HKE型高效铅烟净化装置工艺流程

净化器装置分五级处理：①铅烟尘进口采用环向进入，大颗粒烟尘被一级旋风去除下来甩入底部存水箱，经蜂窝斜管沉淀处理。②气体进入一级湍流多孔格栅，湍流进入填料层，气体与液膜进行充分接触，吸附颗粒物的液体自流至盛水箱。③气体进入条缝接触净化段，气体流动与液体流动方向不一致使液体流动减速，避免了气液并流造成的三角喷射，保证气液接触，内条缝维持低而均匀的液层，使气体与液体不断分散和聚集，从而达到良好的吸附效果。④气体流经条缝进入旋层塔板处理段，气液传质的核心部分选用旋流板，利用离心原理使气体通过后发生旋转，夹带的雾滴在离心力作用下甩向塔壁而分离，凝聚回流，气流继续经过反向旋转塔板使其以正反正段旋流接触。⑤气体通过焦炭吸附层，液雾被吸附，部分雾滴减速，被焦碳上层旋流板通过离心原理被去除。

4.2 铅尘治理措施

铅蓄电池生产企业中涂板、分板及装配生产线产生的铅尘普遍采用滤筒式除尘器；铅粉制造普遍采用布袋除尘器。

4.2.1 滤筒式除尘器

滤筒式除尘器工作原理与布袋除尘器相同，但其采取一种新型的滤料，该滤料的特点是把一层超亚微米级的超薄纤维粘附在一般滤料上，在该粘附层上纤维间排列非常紧密，其间隙仅为底层纤维的1/100(即间隙仅为0.12～0.6μm)。极小的筛孔可把大部分亚微米级的尘粒阻挡在滤料表面，使其不能深入底层纤维内部。因此，在除尘初期即可在滤料表面迅速形成透气性好的粉尘层，使其保持低阻、高效。在除尘初期其穿透率仅为一般滤料的1/10。由于尘粒不能深入滤料内部，因此具有低阻、便于清灰等有点。另外，由于滤筒采用星形多摺式结构，使其过滤面积大大增加，因此在同样的处理风量下，滤筒式除尘器的体型和占地面积可大大减小。滤筒按标准尺寸制作，采用快速拼装连接，使滤筒的安装、更换大大简化，减轻了工人的劳动强度。

滤筒除尘器目前是同行业采用较多的铅尘除尘器，上海德尔福蓄电池有限公司、风帆股份有限公司均采用了该除尘器(图5)。

图5 滤简式除尘器工作原理

4.2.2 脉冲式布袋除尘器

铅粉机对铅块进行研磨，对研磨后的铅粉需进行收集，因此布袋除尘器与铅粉机是密不可分的生产设备。河北省内较大的蓄电池生产企业如风帆集团、河北奥欣等普遍采用脉冲布袋除尘器。

脉冲式布袋除尘器也称为振打袋式除尘器，是目前最合理的脉冲离线式布袋除尘器，分10个互相隔离气室，出料为连续出料。打布袋时采用分室隔离负压、压缩空气顺序打击的方式，可降低脉冲用压缩空气，可最大限度的吹净布袋上的铅粉，以提高产量，使布袋寿命延长。布袋采用了国际最新材料，且经过特殊处理(美塔斯底料，表面覆聚四氟乙烯膜)，具有耐高温(最高达220 ℃)，防水、使用寿命长等特点，减少了布袋损坏率，降低使用成本，节约维修费用。排空尾气经第一级高效空气过滤器两级处理，二级过滤采用的高效空气过滤器过滤面积大、流量大、阻力小、滤芯采用进口滤纸为滤料(图6)。

4.2.3 其它

冲击式除尘器、HKE型高效铅烟净化装置等也可做铅尘污染物治理，但治理效果不明显。

图6 脉冲式布袋除尘器工作原理

5 结语

根据环境保护部于2013年12月27日发布的《电池工业污染物排放标准》(GB30484-2013)，2016年1月1日起现有企业和新建企业铅及其化合物排放限值执行0.5 mg/m3；低于原执行的《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)现有0.9 mg/m3、新建排放限值0.7 mg/m3。

铅酸蓄电池生产企业为了能够达标排放，可在原有湿法或干法单级处理基础上变为湿法+干法两级处理，从而减少铅及其化合物的排放浓度。

[1]黄 萍.大气中铅烟及铅尘的污染及研究现状[J].环境科学,2009.

[2]刘 芳， 丁毓文.含铅烟尘治理技术评述[J].中国卫生工程学,1993(2).

[3]中华人民共和国环境保护部.GB30484-2013.电池工业污染物排放标准[S].北京：中国标准出版社,2013.

2016-08-09

王宏亮(1981—)，男，工程师，主要从事环境保护科研，环境影响评价等工作。

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1674-9944(2016)18-0097-04