鉛蓄電池綠色工廠設計

魚澎，包戈，余小軍，劉明軍，馮謙

（中國啟源工程設計研究院有限公司，陜西 西安 710018）

0 引言

綠色工廠是綠色制造的實施主體和核心支撐單元，側重于生產過程的綠色化、生產潔凈化、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，國家相繼發布了《中國制造 2025》《關于開展綠色制造體系建設的通知》《綠色工廠評價通則》等文件，指導綠色工廠的建設。實現工廠產品的綠色生產的途徑有：采用綠色建筑技術建設廠房；綜合可再生能源應用；合理布局廠區內能量流、物質流路徑；采用先進適用的清潔生產工藝技術裝備和高效末端治理裝備；建立資源回收循環利用機制等。雖然經過技術不斷更新，已經出現鉛炭電池、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品。因此，建設綠色工廠，實現綠色生產是鉛蓄電池行業健康、可持續發展的必由之路。

1 鉛蓄電池綠色工廠設計理念

對比《綠色工廠評價通則》的評價標準，鉛蓄電池綠色工廠設計要從基礎設施、能源與管理投入、管理體系、產品、環境排放、績效這 6 個方面進行[2]。結合鉛蓄電池行業的特點，鉛蓄電池綠色工廠的設計側重于基礎設施、能源與管理投入、管理體系、環境排放、產品這幾方面。當上述 5 個一級指標達到設計要求時，績效也會達到理想的標準。

2 鉛蓄電池綠色工廠的設計

2.1 基礎設施設計

基礎設施設計包括建筑、照明、專用設備、通用設備、計量設備、污染物處理設備設施[3]。

2.1.1 建筑

建筑設計包括廠區選址、總平面設計、建構筑物設計。

廠區選址應符合《鉛蓄電池行業規范條件（2015 年本）》中規定的要求。新建、改擴建項目應在依法批準設立的縣級以上工業園區內建設，以便利用工業園區的集聚優勢來降低生產成本和物流運輸成本等。并且，廠區選址應符合產業發展規劃、園區總體規劃和規劃環評。廠區與居民區等之間的防護距離應符合《鉛蓄電池廠衛生防護距離標準》（GB 11659—1989）。根據風速防護距離分為400 m、500 m、800 m 三檔。

廠區總平面設計應符合《工業企業設計衛生標準》（GBZ 1—2010）的要求。廠區應一次性整體規劃，按功能分為生產區、輔助生產區、非生產區。生產區宜選在大氣污染物擴散條件好的地段，布置在當地全年最小頻率方向的上風側。非生產區域布置在當地全年最小頻率風向的下風側。輔助生產區布置在兩者之間。為了合理用地、縮短運輸距離、減少污染，盡量設計蓄電池聯合廠房，可將極板生產、電池裝配、電池化成等工序集中在一個大廠房內。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，并且便于生產管理，降低運行成本，節約建設投資。通過合理的總平面設計，使廠區物流、交通更加便捷。建筑系數、容積率、綠化率等指標應滿足表1 中列出的規劃需求。

表1 工業項目建設用地控制指標

建構筑物設計以蓄電池生產工藝為核心進行廠房的工藝布局。根據《鉛蓄電池行業規范條件（2015 年本）》要求，鉛粉工序、鑄板工序、分板工序、裝配工序、化成工序均設在封閉的隔間內，并保持微負壓條件。各工序之間可設置快開卷簾門，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。采用傳熱系數低的維護材料和節能構造，提高建筑本身的保溫隔熱性能。廠房的維護結構選用易清潔的維護結構，不易吸附灰塵的材料，盡量避免鉛煙塵吸附在圍墻上。生產廠房、原料庫、成品庫之間可設置帶頂棚的連廊，便于原輔料、產品運輸，以及人員通行。固廢庫、危廢庫等，均需設在獨立隔間內，并做好防腐、防滲措施。

2.1.2 照明

工廠廠區及各房間或場所的照明應盡量利用自然光，減少人工照明的使用。在屋面設置采光帶（3 %～15 %）。在外墻設置高側窗采光。人工照明應符合現行國家標準《建筑照明設計標準》（GB 50034—2020）的要求。當采用人工照明光源時，設置可調解的照明控制系統?？赏ㄟ^分區、分組、定時、自動調光等措施，節約運行成本。如果有條件，最好采用智能照明系統。智能照明系統可通過照明控制軟件進行本地化和遠程的參數配置，實現多樣化和多模式的控制，對照明設備的工作狀態實時監控、能耗監控和生成工作報表，支持網頁端控制、移動終端控制（手機或平板電腦）等多種操控方式。

建筑物內的照明宜采取分區、分組、定時、場景控制、自動調光等節能措施，在考慮顯色性的基礎上，選用發光效率高、壽命長的光源和高效率的節能燈具及鎮流器。根據不同生產區域的工作環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 專用設備、通用設備

鉛蓄電池生產所需的設備絕大部分屬于專用設備?！躲U蓄電池行業規范條件（2015 年本）》和《電池行業清潔生產評價指標體系》均對生產設備和工藝有一定要求（參見表4）。在進行綠色工廠設計時，應采用技術先進的工藝設備或技術，從源頭減少能源消耗、原輔料消耗、污染物排放量[4]。

表4 鉛蓄電池生產專用設備要求

通用設備主要包括變壓器、鍋爐、空壓機、空調機組、冷凍機、泵等。各通用設備和技術盡量選用《國家重點節能低碳技術推廣目錄（2015 年本，節能部分）》和《節能機電設備（產品）推薦目錄》等文件中推廣、推薦的技術和產品，不得選用《高耗能落后機電設備（產品）淘汰目錄》和《淘汰落后生產能力、工藝和產品的目錄》等文件中所列應淘汰的技術和設備。而且通用設備應達到表5 中規范所要求的能效等級。

表5 通用設備能效

2.1.4 計量設備

鉛蓄電池生產廠家應依據 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上設置三級計量。對水、暖、氣、電等能源進行分區、分級、分類計量，并將數據送往廠區能耗管理系統后臺，進行數據分析，對廠區后期運行及用能做出指導和改進。

所有內部計量的電表都是數字網絡型的，通過總線接入能耗計量管理系統，以控制用電量，并制定節電措施。計量裝置采用數字式電子表計，并配置數字通訊接口和 RVS 通信線，以便于構成網絡。能源管控系統應具有向當地主管部門監管平臺傳輸數據的功能。能源管控系統采用精度等級不低于 1.0 的電能表。在變壓器低壓側總進線處的計量裝置應滿足多功能電能表的要求，至少具有監測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數、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。數據采集器設置在變電所值班室內，并預留網絡傳輸接口。分項計量系統可提供所有能耗節點的電耗數據。其中一級能耗節點包括室內外公共及非公共場所照明插座用電、電梯用電、給排水系統用電、非空調用通風用電及特殊場所的用電均采用直接計量，而二級能耗節點采用拆分法獲取能耗數據。

根據水平衡測試的要求安裝分級計量水表。按使用用途，對生產設備、廚房、衛生間、循環水系統補水、綠化、景觀、環保設施等用水分別設置用水計量裝置。水表計量率符合現行國家標準《節水型企業評價導則》（GB/T 7119—2018）的要求。

2.1.5 污染物處理設備設施

鉛蓄電池工廠中鉛煙、鉛塵、酸霧等不同廢氣應分類處理。排放濃度、排放速率、排放總量應符合或優于國家現行標準。鉛塵凈化系統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。鉛塵凈化系統的綜合除塵效率可達 99.9 %。鉛煙凈化系統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和氣體。第二級采取化學法，使剩余的小顆粒鉛煙和堿液發生化學反應，生產亞鉛酸鹽沉淀。鉛煙凈化系統的綜合除塵效率可達99 %。采用化學法吸收處理酸霧，通過多級填料層使堿液和酸霧發生堿中和反應。酸霧處理效率可達99 %。

2.2 管理體系

管理體系包括質量管理體系、職業健康安全管理體系、環境管理體系、能源管理體系。

2.2.1 職業健康安全管理

鉛蓄電池工廠的職業健康安全管理體系應該滿足《職業健康安全管理體系要求》。而且，工廠的設計和施工需要滿足《工業企業設計衛生標準》（G B Z 1—2010）、《工作場所有害因素職業接觸限值》（GBZ 2—2007）和《工作場所職業衛生監督管理規定》等的要求。如果工廠內勞動者大于 100 人，就應設置職業衛生管理機構或者組織，并且配備專職的職業衛生管理人員、安全管理人員。在生產廠房、原料庫的主要出入口，以及產生危害因素的工序設備旁無遮擋處設置鉛煙塵、硫酸、噪聲等職業病危害警示標識。

企業應建立有效的職業衛生管理制度，實施有專人負責的職業病危害因素日常監測，并定期對工作場所進行職業病危害因素檢測、評價，確保職工的職業健康。場所建設、生產設備應符合職業病防治的相關要求。員工生活區與生產區域應嚴格分開，加強管理。禁止員工穿著工作服離開生產區域。如果員工休息室設在廠區內，應禁止員工家屬等非生產人員居住。員工下班前，應督促其洗手和洗澡。應為員工提供有效的個人防護用品。在員工離開生產區域前，應收回手套、口罩、工作服、帽子等，進行統一處理，不得讓員工帶出生產區域。應對每班次使用過的工作服等進行統一清洗。

在生產區和辦公區之間設計浴室。浴室包括更衣間、淋浴間、洗衣房、風淋通道、洗手池等。員工上下班必須經過風淋、洗手、換工服、淋浴，避免將鉛煙塵帶出生產區。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、電池化成區等需設置應急沖淋洗眼器。酸罐四周設置耐酸地溝，以防突發情況。濃酸站可設計為半地下結構或設計圍堰，以防濃酸罐泄漏。

學習目標是教學的起點與最終的歸宿，明確的學習目標應貫穿于學習的各個環節，它也是教師設計合作學習、學生開展合作學習的重要依據。教師可以充分利用小班化教學的優勢，將學習目標的制定作為小組合作學習的一個環節，讓學生在小組內討論挖掘本節課的學習目標，在每組代表發言以后由教師與學生共同討論修正。這樣的做法，一方面可以在教師給每個小組結論的點評過程中，給予新課標提倡的情感、態度、價值觀三方面學習目標以同樣的關注，使學生獲得積極的引導。另一方面，學生還參與了學習目標的確立，強化對學習目標的理解，使學生明確本次合作學習要求他們掌握什么內容，完成什么任務，可以使學生更好地開展合作學習。

2.2.2 環境管理體系

鉛蓄電池工廠應建立、實施和保持環境管理體系，并滿足《環境管理體系要求及使用指南》（GB/T 24001—2016）的要求。鉛蓄電池工廠內所有生產區域的地坪都應做防滲處理，特別是電池化成區、灌酸區還應做防腐處理，以防止鉛塵、酸滲入地下，污染環境。

應將鉛粉工序、鑄板及鉛零件工序、分板刷耳工序、化成充電工序均設在封閉的車間內，并使車間環境保持微負壓。封閉車間的設計要求參見表6。在不同工序之間設快開門，以免不同工序之間不同類型的污染物交叉擴散。鉛蓄電池工廠應安裝送新風系統，并保持適宜的風速。封閉式車間人均新風量宜為 30～50 m3/h。送新風系統的進風口應設在室外空氣潔凈處，不得設在車間內。禁止使用工業電風扇代替送新風系統或進行降溫。

表6 封閉車間微小氣候參數設計要求

生產作業環境必須滿足《工業企業設計衛生標準》（GBZ 1—2010）、《工作場所有害因素職業接觸限值 第1 部分：化學有害因素》（GBZ 2.1—2019）和《鉛作業安全衛生規程》（G B 13746—2008）的要求。作業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，中國對固定資產投資項目能耗實行一票否決制，所以在設計時應選擇鉛錠冷切造粒工藝、一鍋多機鑄板工藝、鉛帶沖網/擴網工藝、連鑄連軋工藝、充放電能回饋利用等工藝，減少能源損耗，并建立能源監管系統。單位產品能耗應優于《鉛蓄電池行業規范條件》和《電池行業清潔生產評價指標體系》中設定的指標（參見表7）。

表7 鉛蓄電池產品資源和能源消耗指標 kgce/(kV·A·h)

2.3 能源與資源投入

2.3.1 能源投入

在能源投入方面，應充分利用太陽能、風能、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，設置屋面光伏系統，并配套儲能設施，充分利用峰谷電價差。將電池化成時的電量充分利用，通過微電網將放出電量循環用于電池充電。

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，因此控制單位產品的鉛耗尤為重要。應采用合理的板柵設計方案，廢板柵、沖網余料等回收利用工藝，封閉式刮板線或氣力輸送鉛粉系統，多級斜皮帶輸送鉛粒機等減少鉛損耗。單位產品鉛耗應優于《電池行業清潔生產評價指標體系》中規定的指標（參見表8）。

表8 鉛蓄電池產品鉛資源消耗指標 kg/(kV·A·h)

2.3.3 水資源投入

單位產品廢水產量是指企業生產單位產品排出的沒有使用功能的污水的量，包括與生產有直接關系或間接關系的各種外排廢水[5]。根據《電池行業清潔生產評價指標體系》和《鉛酸蓄電池單位產品能源消耗限額》（JB/T 12345—2015），以及設計經驗數據，對生產過程中資源進行再利用后，水資源利用指標可達到或優于表9 中所給的基準值。

表9 鉛蓄電池產品水資源消耗指標

2.4 環境排放

大氣污染物的排放濃度、排放速率和無組織排放濃度應符合或優于國家現行有關污染物排放標準的規定。排放廢氣中有關污染物排放總量應符合或優于國家現行污染物總量控制指標的規定。鉛蓄電池工廠中鉛煙、鉛塵、酸霧等不同廢氣應分類處理，而且排放濃度、排放速率、排放總量符合或優于國家現行標準。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：指企業在生產電池過程中產生的廢氣經環保設施處理后尾氣中鉛及其化合物的含量?！峨姵毓I污染物排放標準》（GB 30484—2013）中規定排放限值為 0.5 mg/m3。

（2）水污染物排放限值—總鉛：指企業在生產電池過程中產生的廢水經污水處理設施處理后廢水中鉛及其化合物的總量?！峨姵毓I污染物排放標準》（GB 30484—2013）中規定排放限值為 0.5 mg/L。

（3）單位產品廢氣總鉛控制量：指企業的廢氣排放口中鉛及其化合物的年許可排放量?！杜盼墼S可證申請與核發技術規范 電池工業》（HJ 967—2018）中規定排放限值為 0.1 g/(kV·A·h)。

（4）單位產品廢水產生量：指企業生產單位產品鉛蓄電池廢水的年許可排放量?！峨姵匦袠I清潔生產評價指標體系》中規定排放限值為 0.07 m3/(kV·A·h)。

（5）工作環境中—鉛塵：在標準《工作場所有害因素職業接觸限值 第1 部分 化學有害因素》（GBZ 2.1—2019）中規定排放限值為 0.05 mg/m3。

（6）工作環境中—鉛煙：在標準《工作場所有害因素職業接觸限值 第1 部分 化學有害因素》（GBZ 2.1—2019）中規定排放限值為 0.03 mg/m3[6]。

3 結束語

鉛蓄電池行業已經從原先的粗獷式生產，轉變為控制成本、質量的精細化生產。為了更好促進行業發展，應通過集約化用地，引進先進工藝設備、分級計量設備，以及構建職業健康設施、環保設施、能源管理設施等，建設節能環保的鉛蓄電池綠色工廠。通過綠色工廠的建設，能提升企業生產自動化水平、降低人工成本，改善車間生產環境，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的綠色可持續發展，同時也為蓄電池行業實現“雙碳”目標做出貢獻。