铅蓄电池绿色工厂设计

鱼澎，包戈，余小军，刘明军，冯谦

（中国启源工程设计研究院有限公司，陕西 西安 710018）

0 引言

绿色工厂是绿色制造的实施主体和核心支撑单元，侧重于生产过程的绿色化、生产洁净化、废物资源化、能源低碳化、用地集约化等特点。为了推动绿色制造，国家相继发布了《中国制造 2025》《关于开展绿色制造体系建设的通知》《绿色工厂评价通则》等文件，指导绿色工厂的建设。实现工厂产品的绿色生产的途径有：采用绿色建筑技术建设厂房；综合可再生能源应用；合理布局厂区内能量流、物质流路径；采用先进适用的清洁生产工艺技术装备和高效末端治理装备；建立资源回收循环利用机制等。虽然经过技术不断更新，已经出现铅炭电池、卷绕电池、双极性电池等新型铅蓄电池[1]，但是铅蓄电池属于高能耗产品。因此，建设绿色工厂，实现绿色生产是铅蓄电池行业健康、可持续发展的必由之路。

1 铅蓄电池绿色工厂设计理念

对比《绿色工厂评价通则》的评价标准，铅蓄电池绿色工厂设计要从基础设施、能源与管理投入、管理体系、产品、环境排放、绩效这 6 个方面进行[2]。结合铅蓄电池行业的特点，铅蓄电池绿色工厂的设计侧重于基础设施、能源与管理投入、管理体系、环境排放、产品这几方面。当上述 5 个一级指标达到设计要求时，绩效也会达到理想的标准。

2 铅蓄电池绿色工厂的设计

2.1 基础设施设计

基础设施设计包括建筑、照明、专用设备、通用设备、计量设备、污染物处理设备设施[3]。

2.1.1 建筑

建筑设计包括厂区选址、总平面设计、建构筑物设计。

厂区选址应符合《铅蓄电池行业规范条件（2015 年本）》中规定的要求。新建、改扩建项目应在依法批准设立的县级以上工业园区内建设，以便利用工业园区的集聚优势来降低生产成本和物流运输成本等。并且，厂区选址应符合产业发展规划、园区总体规划和规划环评。厂区与居民区等之间的防护距离应符合《铅蓄电池厂卫生防护距离标准》（GB 11659—1989）。根据风速防护距离分为400 m、500 m、800 m 三档。

厂区总平面设计应符合《工业企业设计卫生标准》（GBZ 1—2010）的要求。厂区应一次性整体规划，按功能分为生产区、辅助生产区、非生产区。生产区宜选在大气污染物扩散条件好的地段，布置在当地全年最小频率方向的上风侧。非生产区域布置在当地全年最小频率风向的下风侧。辅助生产区布置在两者之间。为了合理用地、缩短运输距离、减少污染，尽量设计蓄电池联合厂房，可将极板生产、电池装配、电池化成等工序集中在一个大厂房内。将变电所、锅炉房、空压站就近贴建在负荷中心，以便使管线最短，能耗最少。这样的布局能够在满足生产需求的情况下尽可能地最大化利用有限的土地面积，并且便于生产管理，降低运行成本，节约建设投资。通过合理的总平面设计，使厂区物流、交通更加便捷。建筑系数、容积率、绿化率等指标应满足表1 中列出的规划需求。

表1 工业项目建设用地控制指标

建构筑物设计以蓄电池生产工艺为核心进行厂房的工艺布局。根据《铅蓄电池行业规范条件（2015 年本）》要求，铅粉工序、铸板工序、分板工序、装配工序、化成工序均设在封闭的隔间内，并保持微负压条件。各工序之间可设置快开卷帘门，避免不同工序的污染物交叉污染。车间地坪设计为易清洁、耐磨混凝土地坪，并做防渗处理，避免铅尘、硫酸污染土壤和地下水。采用传热系数低的维护材料和节能构造，提高建筑本身的保温隔热性能。厂房的维护结构选用易清洁的维护结构，不易吸附灰尘的材料，尽量避免铅烟尘吸附在围墙上。生产厂房、原料库、成品库之间可设置带顶棚的连廊，便于原辅料、产品运输，以及人员通行。固废库、危废库等，均需设在独立隔间内，并做好防腐、防渗措施。

2.1.2 照明

工厂厂区及各房间或场所的照明应尽量利用自然光，减少人工照明的使用。在屋面设置采光带（3 %～15 %）。在外墙设置高侧窗采光。人工照明应符合现行国家标准《建筑照明设计标准》（GB 50034—2020）的要求。当采用人工照明光源时，设置可调解的照明控制系统。可通过分区、分组、定时、自动调光等措施，节约运行成本。如果有条件，最好采用智能照明系统。智能照明系统可通过照明控制软件进行本地化和远程的参数配置，实现多样化和多模式的控制，对照明设备的工作状态实时监控、能耗监控和生成工作报表，支持网页端控制、移动终端控制（手机或平板电脑）等多种操控方式。

建筑物内的照明宜采取分区、分组、定时、场景控制、自动调光等节能措施，在考虑显色性的基础上，选用发光效率高、寿命长的光源和高效率的节能灯具及镇流器。根据不同生产区域的工作环境选择不同类型灯具，如在化成工序可选择防爆灯。照明灯具效率及效能需满足表2 和表3 中的要求。

表2 灯具效率

表3 灯具效能

2.1.3 专用设备、通用设备

铅蓄电池生产所需的设备绝大部分属于专用设备。《铅蓄电池行业规范条件（2015 年本）》和《电池行业清洁生产评价指标体系》均对生产设备和工艺有一定要求（参见表4）。在进行绿色工厂设计时，应采用技术先进的工艺设备或技术，从源头减少能源消耗、原辅料消耗、污染物排放量[4]。

表4 铅蓄电池生产专用设备要求

通用设备主要包括变压器、锅炉、空压机、空调机组、冷冻机、泵等。各通用设备和技术尽量选用《国家重点节能低碳技术推广目录（2015 年本，节能部分）》和《节能机电设备（产品）推荐目录》等文件中推广、推荐的技术和产品，不得选用《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》和《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录》等文件中所列应淘汰的技术和设备。而且通用设备应达到表5 中规范所要求的能效等级。

表5 通用设备能效

2.1.4 计量设备

铅蓄电池生产厂家应依据 GB 17167—2006、GB 24789—2022 等要求配备、使用和管理能源、水以及其它资源的计量器具和装置。总体上设置三级计量。对水、暖、气、电等能源进行分区、分级、分类计量，并将数据送往厂区能耗管理系统后台，进行数据分析，对厂区后期运行及用能做出指导和改进。

所有内部计量的电表都是数字网络型的，通过总线接入能耗计量管理系统，以控制用电量，并制定节电措施。计量装置采用数字式电子表计，并配置数字通讯接口和 RVS 通信线，以便于构成网络。能源管控系统应具有向当地主管部门监管平台传输数据的功能。能源管控系统采用精度等级不低于 1.0 的电能表。在变压器低压侧总进线处的计量装置应满足多功能电能表的要求，至少具有监测和计量三相电流、电压、有功功率、功率因数、有功电能、最大需求、总谐波含量和 2～31 次各次谐波分量的功能。数据采集器设置在变电所值班室内，并预留网络传输接口。分项计量系统可提供所有能耗节点的电耗数据。其中一级能耗节点包括室内外公共及非公共场所照明插座用电、电梯用电、给排水系统用电、非空调用通风用电及特殊场所的用电均采用直接计量，而二级能耗节点采用拆分法获取能耗数据。

根据水平衡测试的要求安装分级计量水表。按使用用途，对生产设备、厨房、卫生间、循环水系统补水、绿化、景观、环保设施等用水分别设置用水计量装置。水表计量率符合现行国家标准《节水型企业评价导则》（GB/T 7119—2018）的要求。

2.1.5 污染物处理设备设施

铅蓄电池工厂中铅烟、铅尘、酸雾等不同废气应分类处理。排放浓度、排放速率、排放总量应符合或优于国家现行标准。铅尘净化系统可采取滤筒和高效过滤器实施两级处理。第一级滤筒过滤器能有效处理粒径在 1 μm 以上的铅尘。第二级高效过滤器主要处理粒径不小于 0.1 μm 的铅尘。铅尘净化系统的综合除尘效率可达 99.9 %。铅烟净化系统中有可能夹杂少量火星或酸性废气，所以采取两级湿式除尘器处理。第一级采取物理法，让含铅废气和吸收液相互接触，通过湍流、填料接触、条缝液膜、焦炭吸附等处理过程，除去空气中的大部分铅烟尘及其他有害物质和气体。第二级采取化学法，使剩余的小颗粒铅烟和碱液发生化学反应，生产亚铅酸盐沉淀。铅烟净化系统的综合除尘效率可达99 %。采用化学法吸收处理酸雾，通过多级填料层使碱液和酸雾发生碱中和反应。酸雾处理效率可达99 %。

2.2 管理体系

管理体系包括质量管理体系、职业健康安全管理体系、环境管理体系、能源管理体系。

2.2.1 职业健康安全管理

铅蓄电池工厂的职业健康安全管理体系应该满足《职业健康安全管理体系要求》。而且，工厂的设计和施工需要满足《工业企业设计卫生标准》（G B Z 1—2010）、《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ 2—2007）和《工作场所职业卫生监督管理规定》等的要求。如果工厂内劳动者大于 100 人，就应设置职业卫生管理机构或者组织，并且配备专职的职业卫生管理人员、安全管理人员。在生产厂房、原料库的主要出入口，以及产生危害因素的工序设备旁无遮挡处设置铅烟尘、硫酸、噪声等职业病危害警示标识。

企业应建立有效的职业卫生管理制度，实施有专人负责的职业病危害因素日常监测，并定期对工作场所进行职业病危害因素检测、评价，确保职工的职业健康。场所建设、生产设备应符合职业病防治的相关要求。员工生活区与生产区域应严格分开，加强管理。禁止员工穿着工作服离开生产区域。如果员工休息室设在厂区内，应禁止员工家属等非生产人员居住。员工下班前，应督促其洗手和洗澡。应为员工提供有效的个人防护用品。在员工离开生产区域前，应收回手套、口罩、工作服、帽子等，进行统一处理，不得让员工带出生产区域。应对每班次使用过的工作服等进行统一清洗。

在生产区和办公区之间设计浴室。浴室包括更衣间、淋浴间、洗衣房、风淋通道、洗手池等。员工上下班必须经过风淋、洗手、换工服、淋浴，避免将铅烟尘带出生产区。淋浴废水、洗手废水需接入废水处理站处理达标后排放，不得与生活污水混合排放。

浓酸站、配酸间、电池化成区等需设置应急冲淋洗眼器。酸罐四周设置耐酸地沟，以防突发情况。浓酸站可设计为半地下结构或设计围堰，以防浓酸罐泄漏。

学习目标是教学的起点与最终的归宿，明确的学习目标应贯穿于学习的各个环节，它也是教师设计合作学习、学生开展合作学习的重要依据。教师可以充分利用小班化教学的优势，将学习目标的制定作为小组合作学习的一个环节，让学生在小组内讨论挖掘本节课的学习目标，在每组代表发言以后由教师与学生共同讨论修正。这样的做法，一方面可以在教师给每个小组结论的点评过程中，给予新课标提倡的情感、态度、价值观三方面学习目标以同样的关注，使学生获得积极的引导。另一方面，学生还参与了学习目标的确立，强化对学习目标的理解，使学生明确本次合作学习要求他们掌握什么内容，完成什么任务，可以使学生更好地开展合作学习。

2.2.2 环境管理体系

铅蓄电池工厂应建立、实施和保持环境管理体系，并满足《环境管理体系要求及使用指南》（GB/T 24001—2016）的要求。铅蓄电池工厂内所有生产区域的地坪都应做防渗处理，特别是电池化成区、灌酸区还应做防腐处理，以防止铅尘、酸渗入地下，污染环境。

应将铅粉工序、铸板及铅零件工序、分板刷耳工序、化成充电工序均设在封闭的车间内，并使车间环境保持微负压。封闭车间的设计要求参见表6。在不同工序之间设快开门，以免不同工序之间不同类型的污染物交叉扩散。铅蓄电池工厂应安装送新风系统，并保持适宜的风速。封闭式车间人均新风量宜为 30～50 m3/h。送新风系统的进风口应设在室外空气洁净处，不得设在车间内。禁止使用工业电风扇代替送新风系统或进行降温。

表6 封闭车间微小气候参数设计要求

生产作业环境必须满足《工业企业设计卫生标准》（GBZ 1—2010）、《工作场所有害因素职业接触限值 第1 部分：化学有害因素》（GBZ 2.1—2019）和《铅作业安全卫生规程》（G B 13746—2008）的要求。作业场所的空气中铅尘浓度不得超过 0.05 mg/m3，且铅烟浓度不得超过 0.03 mg/m3。

2.2.3 能源管理体系

目前，中国对固定资产投资项目能耗实行一票否决制，所以在设计时应选择铅锭冷切造粒工艺、一锅多机铸板工艺、铅带冲网/扩网工艺、连铸连轧工艺、充放电能回馈利用等工艺，减少能源损耗，并建立能源监管系统。单位产品能耗应优于《铅蓄电池行业规范条件》和《电池行业清洁生产评价指标体系》中设定的指标（参见表7）。

表7 铅蓄电池产品资源和能源消耗指标 kgce/(kV·A·h)

2.3 能源与资源投入

2.3.1 能源投入

在能源投入方面，应充分利用太阳能、风能、地源热泵、空气源热泵等新能源。利用铅蓄电池工厂屋面较大的特点，设置屋面光伏系统，并配套储能设施，充分利用峰谷电价差。将电池化成时的电量充分利用，通过微电网将放出电量循环用于电池充电。

2.3.2 铅资源投入

由于铅是铅蓄电池主要的原料及成本要素，因此控制单位产品的铅耗尤为重要。应采用合理的板栅设计方案，废板栅、冲网余料等回收利用工艺，封闭式刮板线或气力输送铅粉系统，多级斜皮带输送铅粒机等减少铅损耗。单位产品铅耗应优于《电池行业清洁生产评价指标体系》中规定的指标（参见表8）。

表8 铅蓄电池产品铅资源消耗指标 kg/(kV·A·h)

2.3.3 水资源投入

单位产品废水产量是指企业生产单位产品排出的没有使用功能的污水的量，包括与生产有直接关系或间接关系的各种外排废水[5]。根据《电池行业清洁生产评价指标体系》和《铅酸蓄电池单位产品能源消耗限额》（JB/T 12345—2015），以及设计经验数据，对生产过程中资源进行再利用后，水资源利用指标可达到或优于表9 中所给的基准值。

表9 铅蓄电池产品水资源消耗指标

2.4 环境排放

大气污染物的排放浓度、排放速率和无组织排放浓度应符合或优于国家现行有关污染物排放标准的规定。排放废气中有关污染物排放总量应符合或优于国家现行污染物总量控制指标的规定。铅蓄电池工厂中铅烟、铅尘、酸雾等不同废气应分类处理，而且排放浓度、排放速率、排放总量符合或优于国家现行标准。铅蓄电池污染物控制指标包括：

（1）大气污染物排放限值—铅及其化合物：指企业在生产电池过程中产生的废气经环保设施处理后尾气中铅及其化合物的含量。《电池工业污染物排放标准》（GB 30484—2013）中规定排放限值为 0.5 mg/m3。

（2）水污染物排放限值—总铅：指企业在生产电池过程中产生的废水经污水处理设施处理后废水中铅及其化合物的总量。《电池工业污染物排放标准》（GB 30484—2013）中规定排放限值为 0.5 mg/L。

（3）单位产品废气总铅控制量：指企业的废气排放口中铅及其化合物的年许可排放量。《排污许可证申请与核发技术规范 电池工业》（HJ 967—2018）中规定排放限值为 0.1 g/(kV·A·h)。

（4）单位产品废水产生量：指企业生产单位产品铅蓄电池废水的年许可排放量。《电池行业清洁生产评价指标体系》中规定排放限值为 0.07 m3/(kV·A·h)。

（5）工作环境中—铅尘：在标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1 部分 化学有害因素》（GBZ 2.1—2019）中规定排放限值为 0.05 mg/m3。

（6）工作环境中—铅烟：在标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1 部分 化学有害因素》（GBZ 2.1—2019）中规定排放限值为 0.03 mg/m3[6]。

3 结束语

铅蓄电池行业已经从原先的粗犷式生产，转变为控制成本、质量的精细化生产。为了更好促进行业发展，应通过集约化用地，引进先进工艺设备、分级计量设备，以及构建职业健康设施、环保设施、能源管理设施等，建设节能环保的铅蓄电池绿色工厂。通过绿色工厂的建设，能提升企业生产自动化水平、降低人工成本，改善车间生产环境，减少原、辅料消耗，减少污染排放、减少能源消耗，推动整个铅蓄电池行业的绿色可持续发展，同时也为蓄电池行业实现“双碳”目标做出贡献。