铅酸蓄电池企业的节能减排方向

陈玉芬

（福建省环安检测评价有限公司，福建 厦门 361011）

关键字：铅酸蓄电池企业；清洁生产；清洁生产审核；节能减排；绿色设计

引言

随着能源消费日益增长，能源消耗产生直接排放或间接排放的温室气体以及其它污染物越来越多。铅酸蓄电池生产企业生产工序繁复、流程长、污染物多，在其生产中通过生产工艺设备提升、产品设计改进，可从源头上实现节能降耗。在生产管理中通过优化用能结构、使用再生资源、零碳管理理念亦可实现节能减排的目的。

1 企业三轮清洁生产审核提出的中高费方案情况分析

以某铅酸蓄电池生产企业持续所进行的三轮清洁生产中提出的中高费方案，筛选具有显著节能减排效益的方案进行探讨分析。

1.1 三轮清洁生产审核中提出的中高费方案情况

第一轮清洁生产审核中共提出并实施完成8项中高费方案，分别为：“生产车间内照明用灯改用LED节能灯”“生产用盛装极板用纸箱改用塑料箱”“新增生活废水处理工程”“QHJ12节能环保型铅合金生产线替代方案”“负极板烘干木糖醇烟气处理设施方案”“磨片及分片车间除尘设备改造方案”“铸板实现集中式供铅方案”以及“铅酸蓄电池极板进行改良方案”。

第二轮清洁生产审核中共提出并实施完成7项中高费方案，分别为：“极板自动化滚切机刷方案”“电池组装自动化生产专线方案”“极板负极烘干设备增加无氧干燥机2台方案”、“铅粉机熔铅造粒改用全自动铅锭冷切造粒机方案”“电池组装封盖用点胶机方案”“电池充电设备改造方案”以及“污水处理增加过滤+反渗透方案”。

第三轮清洁生产审核中共提出并实施完成4项中高费方案，分别为：“铸板车间一锅多机改造方案”“GH30自动化极板固化干燥室替换原固化室方案”“合金车间、铸板车间废气处理设施改造方案”以及“柴油叉车改为使用电动叉车及平衡式叉车方案”。

1.2 三轮清洁生产审核中具有显著的节能减排效益的中高费方案情况

对该企业三轮清洁生产审核的中高费方案进行筛选，从工艺装备改进及产品设计两个方面，筛选出具有显著的节能减排效益的方案如下：“铸板实现集中式供铅方案”“铅粉机熔铅造粒改用全自动铅锭冷切造粒机方案”“GH30 自动化极板固化干燥室替换原固化室方案”“铸板车间一锅多机改造方案”以及“ 铅酸蓄电池极板进行改良方案”。

2 铅酸蓄电池企业的节能减排方向探讨

根据《电池行业清洁生产评价指标体系》，企业清洁生产水平评价分析主要从6个方面进行评价：生产工艺及设备要求、资源和能源消耗指标、资源综合利用指标、产品特征指标、污染物控制指标及清洁生产管理指标[1]。综合几家铅酸蓄电池生产企业的生产情况，企业的生产工艺及设备水平基本决定了企业的资源和能源消耗指标、资源综合利用指标乃至污染物控制指标水平。因此该行业清洁生产水平提升方向应重点落实在生产工艺及设备水平的提升方面。

2.1 生产工艺及设备提升的节能减排效益分析

起动型铅酸蓄电池的生产工序主要有：铅粉制造、和膏、涂膏、板栅制造、化成、极板分离、组装、配酸和灌酸（配胶和灌胶）[1]。

以企业第二轮清洁生产审核的各工序能耗分析结果为例，固化工序使用蒸汽进行极板烘干能耗占比最高，其次为外化成工序、制粉工序、铸板工序、充电工序及装配工序。以企业第二轮清洁生产审核的各工序用电量分析结果为例，用电占比最大的工序为外化成工序，其余工序耗电较大的依次为制粉工序、铸板工序、充电工序、装配工序。因此，从制粉、铸板、充电、装配及化成提升工艺及设备水平，有显著的节能效益。

2.1.1 铸板工序的节能减排方向

企业第一轮清洁生产审核前，铸板工序设备为一锅一机设备，铸板车间电耗占比达到13.32%。审核中提出“铸板实现集中式供铅方案”，设备提升为一锅双机，熔铅炉的技术参数特点对比情况，见表1。

表1 一锅一机与一锅双机熔铅炉技术参数对比

由表1对比分析可见，铅炉最大允许容量由800 kg提升至1 300 kg，实现了集中供铅。因熔铅炉容量增加，保温效果更好，可降低能耗，且铅液面与空气接触面减少了50%，可减少铅炉铅渣及铅烟的产生量，具有显著的节能减排效果。

企业第三轮清洁生产审核中对该工序进行了持续提升，提出了“铸板车间一锅多机改造方案”，将一锅双机改为一锅2机并加装自动加料、自动回料装置。根据设备能耗分析，企业原铸板车间9台熔铅炉，每个铅炉22 kW，9个铅炉共198 kW。更换成2套集中供铅，每套60 kW，共120 kW。以每天24小时生产时间来计算，技改为一锅九机后每年可节省电量56.16万 kW。铅渣产生量也有所削减。

对照《电池行业清洁生产评价指标体系》中的板栅铸造工序的I级基准值要求“采用连铸辊式、拉网式板栅和卷绕式电极等先进技术”[1]为企业今后在板栅铸造工序的持续提升的方向。

2.1.2 制铅粉的节能减排方向

企业在第二轮清洁生产审核中提出了“ 铅粉机熔铅造粒改用全自动铅锭冷切造粒机方案”，并在第三轮清洁生产审核前全部改为自动铅锭冷切造粒机。

铅锭冷加工造粒技术是节能减排的新型铅锭冷切造粒机械，在冷态状态下，无需加热熔化电解铅，而直接将铅锭加工成铅粒，整个工作过程，智能输送，自动翻转，进给切片，对滚出粒，故障报警，缺料提示等功能，并可实现铅粒定量供给，从而实现铅粉全过程自动化。

根据方案的效益评估，全自动铅锭冷切造粒机，采用剪切力对铅锭进行切割成铅粒，切割过程不产生铅烟、铅渣。熔铅技术，生产过程采用电热管进行，电热管加热熔铅、铅锅、电热管设备需维修更换，熔铅铸粒机每台总功率为48.2 kW，另铅烟环保设备5kW，两项合计：53.2 kW。免熔铅切粒机总功率为23.75 kW。生产一吨铅粒的耗电量分别为44.33 kWh及13.19 kWh，技改后可显著降低设备能耗水平。

对照《电池行业清洁生产评价指标体系》中的铅粉制造工序的I级及II级基准值要求“铅锭冷加工造粒技术”[1]，企业目前已可达到I级及II级基准值要求。部分起动型铅酸蓄电池生产企业仍在继续使用原熔铅造粒技术，因此，该技改方向已成为企业的节能减排方向。

2.1.3 固化烘干的节能减排方向

企业在第三轮清洁生产审核中提出了“GH30自动化极板固化干燥室替换原固化室方案”，由于企业第三轮审核仍以燃煤锅炉为固化工序提供蒸汽，则固化烘干产生的节能效益，可带来削减燃煤产生的二氧化硫、氮氧化物及颗粒物等污染物的减排效益，因此该方案也具有显著的节能减排效益。

GH30自动化极板固化干燥室与原有固化室的区别，主要在于固化室内的布风方式的不同，根据方案评估，GH30自动化极板固化干燥室采用立体布风方式，原SHX-GIV固化室采用横向布风。立体布风方式可实现无布风死区，确保室内各点温湿度一致性，且二侧进出风口的温差很小，减少因温差造成的加温加湿需求，节约能源。

另外，GH30的喷雾原理采用恒压喷雾，并且是直接汽化，因此每台每小时的最大用水量不到30 kg，并设计有独到的排湿结构，干燥时间短。

根据方案实施前后的能耗对比分析，GH30自动化极板固化干燥室较原固化室吨极板固化可节能8%，可相应削减煤耗及燃煤产生的污染物排放，因此具有显著的节能减排效益。

2.2 产品设计的节能减排方向

铅酸蓄电池的生产过程中，每道工序产生了不同的中间产品，铅粉制造产生铅粉，板栅铸造产生板栅，和膏、涂膏产生生极板，化成产生熟极板（大片），极板分离产生组装需要的小片熟极板，电池组装后产生电池半成品，电池充电后产生成品电池，产品设计对各工序的物耗及能耗水平均可产生影响。

2.2.1 电池极板改良的节能减排方向

公司已在第一轮清洁生产审核中提出了“铅酸蓄电池极板进行改良”的中高费方案。第一轮审核前，公司的铅酸蓄电池正负极有效利用率在电池充放电时存在改善空间。

在充分保证摩托车蓄电池性能符合GB/T23636-2009铅酸蓄电池用极板、GB/T23638-2009摩托车用铅酸蓄电池标准要求的前提下，通过试生产及小批量生产，确定可减少部分型号电池极板的重量，几个类型电池产品的平均节铅率可达到2.43%。该方案从源头上削减了铅原辅材料的消耗，减少生产工艺过程的能源消耗及污染物产生排放，并减少产品流通后报废产品的重量，具有显著的节能减排效益。

2.2.2 板栅铸造的节能减排方向

该企业在第二轮清洁生产审核中，为从板栅的设计角度达成节能减排，提出了“更换10个规格的板栅模具设计”无低费方案。原来板栅挂耳重量占板栅的20%～25%，对板栅模具设计进行更改，变更设计后挂耳重量占15%～17%，降低了5%的挂耳重量。减少挂耳可提高原材料的一次利用率水平，降低能耗，减少挂耳的再回炉量，改造前后生产的板栅，见图1。

图1 板栅挂耳改造前后对比图

2.2.3 产品的绿色设计

参考《绿色设计产品评价技术规范 铅酸蓄电池》表1中铅酸蓄电池评价指标要求的资源属性中的要求“产品再生铅使用率达到35%”[2]，该企业三轮清洁生产审核中，原材料主要为电解铅及合金铅，未使用再生铅。

因此，从产品的绿色设计角度分析，企业仍存在一些节能减排的潜力，可从原辅材料的选取、包装及包装材料等方面持续提升。

可见，在各生产工序中，均有可能产生从产品设计角度的改善方案，从而减少产品生产过程中的物料消耗及能耗水平。

2.3 未来的节能减排方向

铅酸蓄电池生产企业在近十年来，随着国家环保政策的严格执行、行业准入等相关政策的贯彻和实施，成熟、先进、适用的清洁生产新技术、新工艺已大部分得到推广。随着国家碳中和目标的提出，绿色低碳是碳达峰碳中和的主要实现方式，铅酸蓄电池也应逐步实现“零碳工厂”。

企业应对自身的碳排放情况进行盘查，以盘查结果为基准，设定目标实现零碳工厂。参考《零碳工厂评价规范》[3]附录B中表B.2零碳工厂评价要求，对于企业在能源和资源使用以及温室气体减排实施方面的要求，主要有以下几点可供铅酸蓄电池企业今后的持续节能改造：

2.3.1 工厂优化用能结构，使用低碳清洁能源

以铅酸蓄电池企业达到起动型铅蓄电池单位产品综合能耗II级基准值核算，产能超过110万 kVAh的企业为省级重点用能单位，优化用能结构以及使用低碳清洁能源可降低企业的生产用能成本。如使用天然气替换燃煤、光伏发电部分替换电网用电。在福建省还可通过购买核电、风电等低碳清洁能源，降低单位产品碳排放量。

2.3.2 工厂使用回收料、可回收材料替代原生材料、不可回收材料

铅酸蓄电池生产过程产生的含铅废物以及电池产品报废后的铅物料，电池产品塑料外壳等均为可回收再利用物资，工厂应逐步提高再生铅产品的使用替代铅矿冶炼铅，提高再生塑料米生产的塑料外壳产品质量，实现产品的资源循环再利用。

2.3.3 工厂采用管理、技术节能措施进行有效节能

管理方面的节能措施主要在于能源管理系统的建设及应用，能源管理系统是对能源消耗的监控管理，能够实时监控各类型能源应用情况，自动分析各种装置的功率、效率运行工况并给出调整参数，以便管理人员对装置进行优选设置，达到企业对能源应用的最优化运行。

铅酸蓄电池企业能源管理系统通过对能源数据的实时采集、计算、统计，对企业生产经营活动中各项能耗指标的变化情况进行全面分析，可以准确掌握能源消耗情况，从而为节能减排工作提供依据。企业需要根据实际情况选择合适的能源管理系统应用方式，通过能耗数据计算结果以及生产状况，了解企业的生产、运输成本，结合各单位工序能耗水平进行对比分析，找出存在的问题，制定相应改善措施。铅酸蓄电池企业需要建立一套完善、规范的管理制度，对各项数据及时进行处理、更新。通过数据分析技术不断优化生产流程及节能减排策略和方法，通过技术创新降低能源消耗率和排放浓度[4]。

随着工业4.0发展概念以及中国制造2025目标的推进，铅酸蓄电池企业应逐步由传统制造模式向智能化制造模式转型，同时，加快数字化、网络化管理系统的创新应用，加速生产过程高效化、自动化、智能化以及清洁化，向智能工厂方向迈进。

3 结语

铅酸蓄电池生产企业随着相应的生产设备的提升，仍存在一些节能减排空间，企业仍需持续的根据最新的生产工艺设备的趋势，及时对设备进行更替，通过节能减排达到增加效益的目的。还应加大科研投入，以产品的生态设计理念为指导思想，降低产品生产过程的物料消耗、能源消耗水平，加强废物的回收再利用等，提升产品的竞争力。