鉛酸蓄電池生產(chǎn)過程中含鉛廢氣污染物治理技術(shù)現(xiàn)狀

王宏亮， 馬佳平， 孫 寧

(河北省環(huán)境科學(xué)研究院，河北 石家莊 050000)

?

鉛酸蓄電池生產(chǎn)過程中含鉛廢氣污染物治理技術(shù)現(xiàn)狀

王宏亮， 馬佳平， 孫 寧

(河北省環(huán)境科學(xué)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(chǎn)企業(yè)屬于涉鉛行業(yè)中鉛污染物排放大戶，從鉛酸蓄電池產(chǎn)污環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，對(duì)其含鉛廢氣污染物治理技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)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(chǎn)處于快速增長階段，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2014年，鉛酸蓄電池總產(chǎn)量達(dá)22069.77萬kVA，同比增長4.58%。同時(shí)，我國鉛蓄電池出口量快速增長，2015年，鉛酸電池出口額就達(dá)到了289.6億美元，比2014年增長11.6%。鉛做為鉛酸蓄電池行業(yè)內(nèi)的主要污染物，是一種廣泛存在于生活環(huán)境中的重金屬，人體攝入過多會(huì)引起中毒。隨著鉛蓄電池生產(chǎn)的快速增長，鉛污染物的治理也逐漸受到關(guān)注。針對(duì)鉛在不同工段的排放特性，國內(nèi)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(yè)生產(chǎn)工藝及大氣中鉛污染物的排放節(jié)點(diǎn)

鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝比較成熟，但隨著技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)節(jié)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(qū)別。蓄電池生產(chǎn)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(chǎn)工藝流程及排污節(jié)點(diǎn)

從中可以看出，熔鉛、鉛粉制造、合膏、鑄板、涂板、分板等工序?yàn)闃O板生產(chǎn)工段，該工段主要以鉛為原料，是鉛污染物主要產(chǎn)生工段。

3 鉛酸蓄電池企業(yè)含鉛廢氣類型

鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)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(fā)后生成的氣態(tài)物質(zhì)的冷凝物，在生成過程中常伴有氧化反應(yīng)，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(chǎn)企業(yè)外購電解鉛、合金鉛需經(jīng)高溫熔鉛后方可作為后續(xù)生產(chǎn)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(chǎn)生節(jié)點(diǎn)。

鉛塵是在鉛及鉛礦物的破碎、分級(jí)和研磨等機(jī)械過程中形成的，其形態(tài)不規(guī)則，粒徑相對(duì)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(jī)加工中產(chǎn)生。

4 大氣中鉛污染物治理措施現(xiàn)狀

4.1 鉛煙治理措施

鉛煙粒徑小、溫度高，蓄電池生產(chǎn)企業(yè)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(duì)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(nèi)常用的鉛煙凈化設(shè)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(fēng)機(jī)、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(jī)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(xì)塵粒隨氣流以18～35m/s的速度通過“S”形葉片通道，強(qiáng)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(dāng)鉛煙與其他含鉛塵氣體混合時(shí)，鉛煙氣體的溫度降低，同時(shí)粒徑較大的鉛塵可作為“晶核”，使鉛煙中的細(xì)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(fēng)帆股份有限公司鉛煙治理普遍采用該工藝，通過監(jiān)測(cè)部門實(shí)地監(jiān)測(cè)處理后鉛煙均能達(dá)標(biāo)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(jìn)入貯水池。

(2)高壓靜電除塵器。該除塵器有兩個(gè)極性相反的電極組成，其中一個(gè)是表面曲率很大的線裝電極，即電暈極；另一個(gè)是管狀或板狀電極，即集塵極。一般電暈極接電源的負(fù)極，集塵極接電源的正極，兩極之間形成高壓電場(chǎng)，電極間的空氣離子在電場(chǎng)作用下，向電極移動(dòng)，形成電流，當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，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(chǎn)生電離，生成大量的自由電子和正離子，電子在電場(chǎng)力作用下，向正極運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中與氣體碰撞并使之離子化，產(chǎn)生更多的電子。鉛煙顆粒在電場(chǎng)作用下帶電，當(dāng)塵粒所受靜電力和其運(yùn)動(dòng)阻力相等時(shí)，塵粒向集塵極做勻速運(yùn)動(dòng)，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(yùn)行費(fèi)用較高，目前只適合在大型企業(yè)使用，普及率相對(duì)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(yīng)，然后在湍球填料層中充分反應(yīng)。凈化后的煙氣經(jīng)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(duì)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(qiáng)，目前多采用稀堿液。

由于填料是塑料小球(PP球)，在高溫?zé)煔馔ㄟ^時(shí)，塑料小球受高溫影響，長期使用會(huì)發(fā)生軟化、變形、老化，從而使小球表面的液膜破壞，無法對(duì)煙氣中的細(xì)小顆粒進(jìn)行粘附等凈化處理；另外，由于進(jìn)入除塵器的風(fēng)量不均勻，會(huì)導(dǎo)致塑料小球向一側(cè)聚集，從而影響除塵凈化效率，導(dǎo)致不能連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，目前采用該類除塵設(shè)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(fēng)機(jī)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(jí)處理，除去廢氣中的鉛煙塵及其它顆粒物質(zhì)，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(jí)處理：①鉛煙塵進(jìn)口采用環(huán)向進(jìn)入，大顆粒煙塵被一級(jí)旋風(fēng)去除下來甩入底部存水箱，經(jīng)蜂窩斜管沉淀處理。②氣體進(jìn)入一級(jí)湍流多孔格柵，湍流進(jìn)入填料層，氣體與液膜進(jìn)行充分接觸，吸附顆粒物的液體自流至盛水箱。③氣體進(jìn)入條縫接觸凈化段，氣體流動(dòng)與液體流動(dòng)方向不一致使液體流動(dòng)減速，避免了氣液并流造成的三角噴射，保證氣液接觸，內(nèi)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(dá)到良好的吸附效果。④氣體流經(jīng)條縫進(jìn)入旋層塔板處理段，氣液傳質(zhì)的核心部分選用旋流板，利用離心原理使氣體通過后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，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(xù)經(jīng)過反向旋轉(zhuǎn)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(chǎn)企業(yè)中涂板、分板及裝配生產(chǎn)線產(chǎn)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(diǎn)是把一層超亞微米級(jí)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(jí)的塵粒阻擋在濾料表面，使其不能深入底層纖維內(nèi)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(nèi)部，因此具有低阻、便于清灰等有點(diǎn)。另外，由于濾筒采用星形多摺式結(jié)構(gòu)，使其過濾面積大大增加，因此在同樣的處理風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)尺寸制作，采用快速拼裝連接，使濾筒的安裝、更換大大簡(jiǎn)化，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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

圖5 濾簡(jiǎn)式除塵器工作原理

4.2.2 脈沖式布袋除塵器

鉛粉機(jī)對(duì)鉛塊進(jìn)行研磨，對(duì)研磨后的鉛粉需進(jìn)行收集，因此布袋除塵器與鉛粉機(jī)是密不可分的生產(chǎn)設(shè)備。河北省內(nèi)較大的蓄電池生產(chǎn)企業(yè)如風(fēng)帆集團(tuán)、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(gè)互相隔離氣室，出料為連續(xù)出料。打布袋時(shí)采用分室隔離負(fù)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(chǎn)量，使布袋壽命延長。布袋采用了國際最新材料，且經(jīng)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(dá)220 ℃)，防水、使用壽命長等特點(diǎn)，減少了布袋損壞率，降低使用成本，節(jié)約維修費(fèi)用。排空尾氣經(jīng)第一級(jí)高效空氣過濾器兩級(jí)處理，二級(jí)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(jìn)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(jié)語

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部于2013年12月27日發(fā)布的《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484-2013)，2016年1月1日起現(xiàn)有企業(yè)和新建企業(yè)鉛及其化合物排放限值執(zhí)行0.5 mg/m3；低于原執(zhí)行的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)現(xiàn)有0.9 mg/m3、新建排放限值0.7 mg/m3。

鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)為了能夠達(dá)標(biāo)排放，可在原有濕法或干法單級(jí)處理基礎(chǔ)上變?yōu)闈穹?干法兩級(jí)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(xiàn)狀[J].環(huán)境科學(xué),2009.

[2]劉 芳， 丁毓文.含鉛煙塵治理技術(shù)評(píng)述[J].中國衛(wèi)生工程學(xué),1993(2).

[3]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.GB30484-2013.電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

2016-08-09

王宏亮(1981—)，男，工程師，主要從事環(huán)境保護(hù)科研，環(huán)境影響評(píng)價(jià)等工作。

X327

A

1674-9944(2016)18-0097-04