铅酸蓄电池工艺技术方案.doc

1 4 工艺技术方案4.1 工艺技术方案的选择4.1.1 工艺技术来源及方案设计原则4.1.1.1 技术来源本项目拟采用XXX关于高能量全密封免维护铅酸蓄电池技术，该公司在高能量密封免维护铅酸蓄电池和氢化物二次电池领域拥有100多项发明专利和科研成果，其中数十项技术获得国家级省部级科研成果。 4.1.1.2 方案设计原则(1)电动自行车用电池满足大电流放电条件下可持续160min。(2)对于串联使用的电池应严格电池一致性。(3)电力、通讯、新能源用电池需在-45至70温度范围内正常工作。(4)电力、通讯、新能源用电池需很高的密封反应效率。(5)提高电池的充电接受能力。(6)新能源(太阳能专用)电池应有良好的波动式充电接受能力。(7)太阳能专用电池、UPS用电池需良好的过放电恢复能力。4.1.2 工艺技术方案的比较和选择从正、负极板栅材料及活性物质、电解液的配制、工艺设计等方面，对内蒙古奕方科技发展有限公司蓄电池专利技术与其它技术进行如下比较，最终本项目拟采用内蒙古奕方蓄电池专利技术(以下简称奕方技术)。(1)电池正极板栅材料正极板栅合金的腐蚀，是电池失效的最主要原因之一。奕方技术采用最新的研究成果，生产的太阳能、电力、通讯系统用电池正极板栅合金材料的性能有显著提高，各项指标居国际先进水平。各公司正极板栅合金材料如下表：各公司正极板栅合金材料基本性能比较 电池公司性能指标美 国 霍 克中国代表性工厂奕方技术布氏硬度12.4kgf/mm212.2kgf/mm214.8kgf/mm2抗拉强度4.86kgf/mm24.66kgf/mm26.3kgf/mm2析氢过电位1.48V1.46V1.56V腐蚀电流4.610-6g/d.mm28.210-6g/d.mm26.910-6g/d.mm2腐蚀产物S含量4.2%8%0%腐蚀产物PbSO412.3%14.1%2%有毒元素无无无正极板栅材料的创新克服了由于产生PbSO4而造成的“电池早期容量下降”这一国际性难题。(2)负极板栅合金材料太阳能、电力、通讯系统电池的一个重要指标是电池的密封反应效率，密封反应效率不仅与电池氧循环系统有关，最重要的影响因素是负极板栅合金材料的析氢过电位。日本工业SBA标准、JISC标准、国际IEC标准以及中国标准的密封反应效率定为90%，这是和负极板栅合金的析氢过电位相对应的。内蒙古奕方科技发展有限公司研制生产的新型负极板栅合金材料具有很高的析氢过电位，所生产的太阳能、电力、通讯系统方阵电池的密封反应效率达99.6%，各公司负极板栅合金材料的析氢过电位表如下：各公司负极板栅合金材料析氢过电位电池公司性能指标日本电池中国某著名企业奕方电池析氢过电位V1.461.481.56密封反应效率%969899.6(3)正极活性物质电池的正极是电池容量的控制要素，电池活性物质的软化和脱落又是电池失效的主要原因之一，因此提高活性物质的利用率，可以提高单位电池的容量，改进活性物质的性能可以防止活性物质的软化、脱落，延长电池的使用寿命，奕方公司研制出的新型的电池正极活性物质组合物，使电池的活性物质利用率提高26%，电池的实际容量提高35%，保证了电池的可靠性。(4)电池负极活性物质电池的负极决定了电池的低温放电性能、高温放电性能和电池的高倍率放电性能。内蒙古奕方科技发展有限公司经过深入研究后，做出了重要突破，电池的使用温度范围从-45至70，尤为突出的是电池的高倍率放电性能有了明显提高。如日本JISC标准要求一倍率放电时间在27分钟，即放出容量的45%。奕方电池一倍率放电时间达54分钟，放出容量的90%，对特殊要求的电池在不改变电池其它性能的基础上，一倍率放电时间在60分钟以上，放出容量的100%。这一特性对于通讯要求的1小时率放电放出容量的60%指标是非常有益的。 在不同倍率条件下放电时间与美国电池的比较 单 位放电倍率奕方电池美国电池放电时间放电容量放电时间放电容量0.1CA13h36min136%11h110%0.2CA6h15min125%4h84%0.5CA2h8min107%1h12min60%1CA54min90%28min48%3CA12min40s63.4%6min36s33%5CA6min23s53.2%3min25%7CA3min55s45.7%1min32s18%(5)电解液的配制电解液是电池的重要组成部分，目前国内外的电解液主要为胶体电解液和硫酸电解液，就电池高倍率放电时电池的有效容量而言，硫酸电解液的优势是突出的，胶体电解质对电池的寿命有益，为综合两种电解液的优点，XXXXX已成功研制出一种新型硫酸电解液，不仅保持了硫酸电解液的优点，而且可延长电池使用寿命。(6)电池的优化设计电池的优化设计涉及电池正负极的配比，电解液的选择、外壳及安全阀的选择设计，这些组件的优化组合，才能使电池的各部分发挥其优势，使电池的性能提高，奕方电池采用优化合理的正负极配比，使氧复合率达到最优，选用含硼隔膜、优质电解液以及专利板栅合金材料和活性物质，使电池的使用寿命延长，奕方电池采用美国ADT公司电池寿命模拟实验，在超高温条件下加速极板腐蚀，超过美国ADT公司标准的50%以上。4.1.3 工艺技术概述将化验合格的铅加工成一定尺寸的铅段，将铅段放入铅粉机内氧化生成氧化铅；将纯铅加入合金元素，在铸板机中铸成不同尺寸的板栅。将化验合格的铅粉、稀硫酸、添加剂用和膏机制成铅膏，将铅膏用双面涂片机填涂到板栅上，再将填涂后的极板进行固化、干燥，即得到生极板；将化验合格的生极板按工艺要求装入电池槽密封并将一定浓度的稀硫酸灌入电池槽，然后通直流电，即可成为电池装配所用正负极板。最后将不同型号不同片数极板根据不同的需要组装成各种不同类型的蓄电池，检测合格后即是成品。4.2 工艺流程和消耗定额4.2.1 工艺流程概述4.2.1.1 装置规模和年操作时数本项目规模为500万kWh/a高能量全密封免维护铅酸蓄电池，装置建成后年操作时间为300天，共计7200小时。4.2.1.2 装置组成本项目工艺生产装置主要分为七个阶段，即合金铅铸锭阶段、电解液的配制阶段、铅粉制造阶段、板栅铸造阶段、极板制造阶段、极板化成阶段、装配工艺阶段。同时还需配置相应的环保装置，回收处理生产过程中的产生的铅尘、酸雾，具体处理工艺详见第9章。4.2.1.3 工艺流程说明(1)合金铅铸锭工序将铅锭投放到熔铅炉中，升温至480左右，搅拌1.5h，待渣全部变成干状时停止搅拌，升温至500后加入适量合金金属，搅拌10min后，取样分析合格后铸锭。(2)电解液配制工序铅酸蓄电池电解液是用纯水和浓硫酸配制而成的，配制电解液时,应先将纯水装入配制罐内,然后用浓硫酸输送泵将浓硫酸缓慢打入配制罐内,并需进行监控，如果温度过高应停止加酸。(3)铅粉制造工序将化验合格的铅块放入铅粉机内，经过氧化生成氧化铅粉，化验合格后可进入下一工序。(4)板栅铸造工序板栅是活性物质的载体，也是导电的集流体。免维护蓄电池板栅一般用铅锑合金或铅钙合金铸造，将合金铅放入铅炉内加热熔化，达到工艺要求后将铅液铸入各种金属模具，冷却出模后铸出不同类型的板栅，修整后即可转入下一工序。(5)极板制造工序极板是蓄电池的核心部分，其质量直接影响着蓄电池各种性能指标。根据生产的不同类型的蓄电池，将化验合格的铅粉、稀硫酸、添加剂按各工艺要求配比，用和膏机制成铅膏，然后用涂片机将铅膏涂到板栅上，再进行固化、干燥，即得到不同型号的生极板。(6)极板化成工序将化验合格的不同类型生极板按工艺要求装入电池槽密封，各极板之间需用隔板分开，然后将配制好的稀硫酸灌入电池槽内，通直流电后即可成为电池装配所用不同型号的正负极板。(7)装配工艺工序根据不同类型的蓄电池的需要，将化验合格的不同类型极板按各型号电池组装要求配组焊接，检测合格后装入电池外壳内进行封壳检查，注入电解液进行充放电，包装出成品。熔铅炉 铅块 铸板 熔化 合金铅 制粉 硫酸 配酸 和膏 涂板 固化干燥 化成 分板 纯水 注液 气密检查 封壳 装壳 检验 焊接 配组 充放电 成品 隔板 工艺流程方块示意图4.2.2 工艺消耗定额原材料及动力消耗定额序号名 称单位消耗量(以kWh产品计)消耗量(以小时计)年耗量备 注一原 材 料1铅 块t0.016.9450000制铅粉用2铅 块t0.0074.8635000制铅合金用3合金添加剂t0.00030.20815004浓 硫 酸t0.0010.6945000制电解液二公用工程1新 鲜 水t0.072150.073605002蒸 汽t0.0288201440000.8MPa3生产用电kWh6.354408.39317404004.3 主要设备选择主 要 设 备 一 览 表序号名 称规 格 型 号单位数量备 注1浓硫酸罐=15002500,=16台2耐酸材质2浓硫酸输送泵Q=4.5t/h,N=5.5kW台4两开两备3电解液配制槽=30005000,=16台4耐酸材质4电解液储罐=40006000,=16台2耐酸材质5电解液输送泵Q=60t/h,N=37kW台4两开两备6铅合金炉及铸锭机Q=10t/h,N=110kW台2015开5备7切断机处理量110t/h,N=45kW台32开1备8铅粉机处理量24t/d,N=130kW台107开3备9铅粉输送机N=2.2kW台107开3备10铅粉储存仓100010002000台1011铸板机产量7-12片/分，N=58kW台7012和膏机HG-1000，N=45kW台1413涂板机产量70-140片/分，N=75kW台1414化成机HC-150，N=75kW台147开7备15固化器N=6kW,380V台14016表面干燥器三段式温度控制，N=75kW台147开7备17注液机N=3kW,380V台7018充放电机380V-20A台98019穿壁焊机100-120只/h,N=60kW台7020打标机120只/h,N=400W台2021检测机N=2kW,380V-50Hz台2021铅尘净化成套装置净化效率95%套722酸雾净化装置填料规格1.5-2.52，初始吸附效率98%套34.4 自动控制4.4.1 概 述为了确保安全生产，根据本项目的生产规模、流程特点、工艺操作要求，对主要生产装置分别进行监视和控制。4.4.2 仪表选型4.4.2.1 仪表选型原则(1)所选仪表及控制设备均是先进、适用、可靠并可以保证工艺装置长周期、稳定、安全操作。(2)安装在爆炸危险区的仪表使用防爆型或隔爆型。(3)现场仪表的材质满足工艺介质和现场环境的要求。4.4.2.2关键仪表选择(1)温度仪表一般采用万向型双金属温度计，刻度盘直径为=100；温度计保护套管根据工艺介质性质选择，一般选用不锈钢；在工艺管道上温度计的连接一般选用法兰连接。(2)压力仪表根据工况的不同一般选用弹簧式压力表或膜盒式压力表，易发生堵塞的地方采用隔膜式压力表，泵出口一般选用耐震压力表，刻度盘直径为=100。(3)流量仪表一般采用涡街流量计或质量流量计。(4)物位仪表一般采用单/双法兰差压液位计。(5)称重仪表板栅、基板制造采用电子秤；给煤仓、灰仓采用称重传感器；铅块、燃料煤等采用地中衡。4.4.3 控制室设置各控制室分别为独立空间，根据工艺特点的不同，分布于不同的装置区内，控制室内放置仪表控制柜，监视系统等。公用工程就地控制室设置于装置区内。控制室内采用有温度和湿度调节的空调，无腐蚀性气体；设有火灾报警和消防设备；吊顶、墙面、门采用吸音防火材料；地面采用抗静电活动地板；室内照度500700LX，并设有事故照明。4.4.4 仪表供电仪表的控制系统电源选用双回路自动切换的独立供电回路，电压等级为220VAC，三相，50Hz。 4.4.5 标准和规范 (1)控制室设计规定HG/T20508-