典型玻璃生產(chǎn)線的生命周期評價研究

1、典型玻璃生產(chǎn)線的生命周期評價研究發(fā)布者： chiefway   發(fā)布時間： 2009-12-04 15:51     瀏覽次數(shù)： 10 典型玻璃生產(chǎn)線的生命周期評價研究張群龔先政王志宏王為聶祚仁（北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院環(huán)境協(xié)調(diào)性評價中心北京100124）摘要：本文以華東與華中兩家典型玻璃企業(yè)的350td和500td兩條生產(chǎn)線為研究對象，采用生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）的方法對其2004年2007年資源、能源消耗及廢棄物排放等生產(chǎn)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境影響評價，計算得到4年間兩條生產(chǎn)線不可再生資源消耗、溫室效應(yīng)等方面的環(huán)境負(fù)荷情況，結(jié)果

2、表明：華東玻璃企業(yè)的兩條生產(chǎn)線不可再生資源消耗等環(huán)境影響值整體上略有下降，但趨勢不太明顯。華中500td生產(chǎn)線不可再生資源消耗降低了5.78，而光化學(xué)煙霧影響則增加了2.7 3，酸化等環(huán)境影響基本不變。華中玻璃企業(yè)在不可再生資源消耗上要遠(yuǎn)高于華東玻璃企業(yè)，04、05年分別高275.6、316.3。關(guān)鍵詞：玻璃，LCA，環(huán)境影響評價引言玻璃是一種重要的建筑材料，以其美觀，實用等特點廣泛應(yīng)用于國民生活和生產(chǎn)中。目前我國是世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的平扳玻璃生產(chǎn)國，玻璃產(chǎn)量逐年攀升，據(jù)統(tǒng)計，2007年我國平板玻璃產(chǎn)量達(dá)到5.32億重量箱，相比2006年增長21.18。其中，浮法工藝是目前主要的玻璃生產(chǎn)工藝，

3、2007年浮法玻璃產(chǎn)量所占的比重達(dá)到了83，比2006年上升了一個百分點。玻璃的生產(chǎn)消耗大量的硅質(zhì)原材料，純堿等原材料和電力、重油及煤焦油等能源物質(zhì)，隨著原材料及能源價格的上漲，平扳玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到極大的挑戰(zhàn)。今年4月份發(fā)布的平扳玻璃單位產(chǎn)品能源消耗限額國家標(biāo)準(zhǔn)則給平扳玻璃的節(jié)能技術(shù)改進(jìn)及節(jié)能管理提出了新的要求。此外，玻璃的生產(chǎn)向外排出二氧化碳和氧化硫等有害氣體，帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染，與此同時我國玻璃產(chǎn)業(yè)環(huán)境影響方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尚未形成影響評價及污染控制的有效體系。生命周期評價方法是目前國際上通用的環(huán)境管理工具，可以全面評價材料在整個生命周期內(nèi)由于資源、能源的消耗及廢棄物的排放而給環(huán)境帶

4、來的影響，彌補了傳統(tǒng)材料研究中單純追求材料性能而忽視環(huán)境協(xié)調(diào)性的不足。這在資源能源短缺，環(huán)境污染嚴(yán)重的今大具有相當(dāng)積極的意義。應(yīng)用生命周期評價方法對玻璃產(chǎn)業(yè)進(jìn)行環(huán)境影響評價，辨識出玻璃生產(chǎn)中重大的環(huán)境熱點問題，并據(jù)此提出減少環(huán)境影響的可行性建議，既是緩和玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與資源能源緊張之間矛盾的良好舉措，同時也是引導(dǎo)玻璃產(chǎn)業(yè)走向節(jié)能、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展道路的重要舉措，具有非常重要的意義。2LCA概述根據(jù)ISO14040國際標(biāo)準(zhǔn)，生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）是對一個產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編與評價。其中，產(chǎn)品系統(tǒng)指通過物質(zhì)和能量聯(lián)系起來的

5、，具有一種或多種特定功能的單元過程的集合。生命周期則指產(chǎn)品系統(tǒng)中前后銜接的一系列階段，從原材料的獲取或自然資源的生成，直至最終處置。從技術(shù)框架上看，主要包括目標(biāo)與范圍的確定、清單分析，影響評價與結(jié)果解釋四部分，如下圖1所示，分別對應(yīng)了研究對象的確定、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集與整理、環(huán)境影響分析、結(jié)果討論及環(huán)境熱點的辨識等幾個主要步驟。具體操作過程通過后面的實例給出。 3玻璃生產(chǎn)的LCA評價3.1目標(biāo)與范圍的確定本文研究目標(biāo)是根據(jù)具體企業(yè)玻璃生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按照LCA方法計算出生命周期清單，應(yīng)用環(huán)境影響評價方法計算不同環(huán)境影響的相對大小，辨識出玻璃生產(chǎn)中環(huán)境負(fù)荷相對較大的部分，對典型玻璃企業(yè)的環(huán)

6、境負(fù)荷進(jìn)行有效評價，并給出可行的改進(jìn)建議。研究對象選定為華東及華中兩家典型玻璃企業(yè)（文中分別設(shè)為A廠、B廠）的特定生產(chǎn)線，其中A廠為350td與500td兩條生產(chǎn)線，B廠為500td一條生產(chǎn)線。年份上A廠為20042007年，B廠為2004年與2005年。研究的范圍為下圖2中所劃定的系統(tǒng)邊界。 如圖所示，將配合料制備等四個階段設(shè)定為研究的系統(tǒng)邊界，理由是該邊界涵蓋了玻璃生產(chǎn)中幾乎全部且主要的原料能源的輸入及廢棄物的排放。而原材料的開采與運輸及后期使用與廢棄兩個階段由于數(shù)據(jù)收集相對困難而可信度不高，且目前企業(yè)通常不直接從事原料開采。為了保證評價研究的可以準(zhǔn)確反映玻璃企業(yè)生產(chǎn)的實際情況，

7、故將原材料的開采及運輸?shù)葍蓚€階段排除在系統(tǒng)邊界外。3.2數(shù)據(jù)的收集與清單計算通過設(shè)定系統(tǒng)邊界，可以著手收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文中數(shù)據(jù)皆來自實際廠家調(diào)研，經(jīng)過核實對照后確認(rèn)可以采集的數(shù)據(jù)。原料輸入包括砂巖、石灰石、長石、白云石、純堿（芒硝用量極少，可忽略不計），能源輸入主要是煤焦油、重油和電力，向外排放的廢棄物有CO2、SO2等氣體，可參見圖2。以A廠2007年500td浮法線為例，得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表如表1所示。表1A廠2007年玻璃生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表項目單位數(shù)量項目單位數(shù)量原料輸入砂巖t90621廢棄物排放CO2kg-長石6300CO-石灰石7533NOX1229.2白云石23669SO2-純堿29504S

8、O3mg/Nm3廢氣量-能源輸入重油t1526粉塵t-電力kwh14302-生命周期清單是指生產(chǎn)功能單位的產(chǎn)品所具有的輸入輸出項目及數(shù)量，設(shè)定功能單位為1t玻璃所具有的使用性能，則可通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和該年度的玻璃產(chǎn)量計算得到其輸入輸出清單。需要說明的是，由于企業(yè)排放物監(jiān)測的滯后，大部分排放數(shù)據(jù)缺欠，需要根據(jù)經(jīng)驗公式予以估算。本文采用北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境協(xié)調(diào)性中心曾做過的平板玻璃的評價研究中的通用公式進(jìn)行估算，以得到排放物的近似值。此外，由于玻璃生產(chǎn)中消耗的重油、煤焦油及電力等都屬于二次能源，是由原煤、天然氣等初級能源轉(zhuǎn)化而來，計算時需要考慮到生產(chǎn)重油等所帶來的初級能源消耗及廢棄物的排放，本文能源生產(chǎn)的

9、部分?jǐn)?shù)據(jù)參考北京工業(yè)大學(xué)狄向華和袁寶榮博士所研究的電力生命周期清單及化石能源產(chǎn)業(yè)的生命周期清單中的相關(guān)結(jié)果，其中，重油以燃料油的數(shù)據(jù)近似替代，煤焦油以柴油的數(shù)據(jù)近似替代。分別計算A廠兩條生產(chǎn)線2004年2007年及B廠2004年與2005年的輸入輸出清單，可得結(jié)果如下表2所示。表典型玻璃生產(chǎn)線的生命周期清單（單位：kg/t）項目A廠350t/dA廠500t/dB廠500t/d2004年2005年2006年2007年2004年2005年2006年2007年2004年2005年砂巖6.07E+025.99E+024.55E+024.97E+026.07E+025.99E+024.55E+024.9

10、7E+026.46E+026.21E+02長石4.14E+014.32E+013.15E+013.45E+014.14E+014.32E+013.15E+013.45E+014.16E+014.04E+01石灰石4.70E+013.98E+013.33E+014.13E+013.92E+013.98E+013.33E+014.13E+011.77E+021.66E+02白云石1.64E+021.62E+021.26E+021.30E+021.64E+021.62E+021.26E+021.30E+022.88E+012.84E+01純堿1.85E+021.83E+021.50E+021.62E

11、+021.85E+021.83E+021.50E+021.62E+021.97E+021.95E+02原煤6.42E+015.82E+015.14E+013.11E+021.44E+025.82E+015.14E+015.43E+016.10E+015.90E+01原油2.36E+022.38E+022.15E+027.07E-012.36E+022.38E+022.67E+022.67E+022.17E+022.79E+02天然氣1.75E+001.55E+001.36E+001.37E+001.75E+001.55E+001.36E+001.38E+001.67E+001.52E+00CO

12、27.34E+027.23E+026.54E+026.29E+027.34E+027.23E+026.63E+026.73E+026.82E+026.83E+02CO2.10E+002.27E+001.44E+002.94E+002.10E+002.10E+001.44E+009.66E-001.93E+002.44E+00NOx1.50E+011.50E+011.49E+011.47E+011.50E+011.50E+011.49E+011.23E+011.50E+011.50E+01SO25.66E+005.55E+005.43E+005.25E+005.66E+005.55E+005.4

13、3E+005.48E+005.60E+005.57E+00SO31.70E-011.70E-011.70E-011.70E-011.70E-011.70E-011.70E-011.70E-011.70E-011.70E-01粉塵5.36E+005.14E+004.90E+004.64E+005.36E+005.15E+004.90E+004.99E+005.25E+005.16E+003.3玻璃生產(chǎn)的環(huán)境影響評價 生命周期評價方法中，環(huán)境影響評價是最重要，同時也是最復(fù)雜的一個步驟，涉及到很多環(huán)境影響類型的定性和環(huán)境負(fù)荷大小定量的判別等，帶有很強(qiáng)的主觀性。主要的步驟是首先將各種輸入輸出類別按照環(huán)

14、境影響的種類進(jìn)行分類，其次根據(jù)特征化因子大小來量化各物質(zhì)所帶來的環(huán)境負(fù)荷的大小，即進(jìn)行特征化計算。然后根據(jù)歸一化基準(zhǔn)將其轉(zhuǎn)化成相當(dāng)一之間可比較的，無量綱的環(huán)境負(fù)荷值。最后根據(jù)一定的權(quán)重系數(shù)將各無量綱的環(huán)境負(fù)荷值計算成單一的環(huán)境影響指標(biāo)值。本文采用生態(tài)指數(shù)法（Eco-indicator）方法的分類原則，將環(huán)境影響類型分為不可再生資源消耗ADP、溫室效應(yīng)GWP、酸化AP、人體健康損害HT和光化學(xué)煙霧POCP五類，其中原材料消耗及能源消耗歸為不可再生資源消耗，CO2帶來溫室效應(yīng)，帶來酸化的物質(zhì)有NOX、SO2和SO3，帶來人體健康損害的物質(zhì)有NOX、SO2和粉塵，帶來光化學(xué)煙霧的物質(zhì)有CO、NOX。

15、顯然，有些物質(zhì)帶來多種環(huán)境影響，且造成影響的機(jī)制不盡一樣，存在串聯(lián)與并聯(lián)的分配問題，如SO2在帶來酸化和人體健康損害上是并聯(lián)的，分配系數(shù)各為0.5，NOX在酸化和光化學(xué)煙霧之間為串聯(lián)機(jī)制，這兩種影響類型和人體健康損害之間均為并聯(lián)機(jī)制，故分配系數(shù)皆為0.5。根據(jù)這個原則，結(jié)合北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境協(xié)調(diào)性評價中心相關(guān)課題的研究，可給出玻璃生產(chǎn)的生命周期評價的特征化因子表，如下表3，表4所示。表3  玻璃生命周期評價的特征化因子表（ADP）類型砂巖長石石灰石白云石純堿原煤原油天然氣ADP2.28E-052.82E-059.80E-013.93E-043.77E-076.95E-091.29E-0

16、44.39E-09 表玻璃生命周期評價的特征化因子表（其他）類型CO2CONOXSO2SO3粉塵類型CO2CONOXSO2SO3粉塵GWP100000HT001.20.09608.20E-01AP000.710.80POCO00.0270.028000 結(jié)合表2、表3與表4的數(shù)據(jù)，輸入輸出類別與其相應(yīng)的特征化因子相乘，可以計算得到玻璃生產(chǎn)的特征化結(jié)果如表5所示。表玻璃生命周期評價的特征化結(jié)果表影響類別單位A廠350t/dA廠500t/dB廠500t/d2004年2005年2006年2007年2004年2005年2006年2007年2004年2005年ADP銻當(dāng)量4.62E+

17、013.91E+013.28E+014.05E+013.85E+013.91E+013.28E+014.05E+011.73E+021.63E+02GWPCO2當(dāng)量7.34E+027.23E+026.54E+026.29E+027.34E+027.23E+026.63E+026.73E+026.82E+026.83E+02APSO2當(dāng)量1.63E+011.62E+011.60E+011.57E+011.63E+011.62E+011.60E+011.43E+011.62E+011.62E+01HT1,4二氯笨當(dāng)量2.30E+012.27E+012.24E+012.20E+012.30E+012

18、.27E+012.24E+011.94E+012.28E+012.27E+01POCP乙烯當(dāng)量4.77E-014.80E-014.55E-014.92E-014.77E014.76E-014.55E-013.72E-014.72E-014.85E-01依據(jù)上表數(shù)據(jù)，可得到A廠350td及500td生產(chǎn)線各環(huán)境影響類型大小的時間序列分析圖、2004年及2005年A廠與B廠500td生產(chǎn)線的各環(huán)境影響類型大小的對比圖，分別如圖3圖6所示。 特征化結(jié)果表示特定環(huán)境負(fù)荷值的絕對大小值，為了辨別各環(huán)境負(fù)荷的相對大小，通常需要將特征化結(jié)果用表示國家或某特定區(qū)域總體影響的歸一化基準(zhǔn)值加以轉(zhuǎn)換，得到

19、不可再生資源消耗等五種環(huán)境負(fù)荷的歸一化值。此外，由于不同的環(huán)境負(fù)荷在特定區(qū)域內(nèi)的重要性是不一樣的，具有一定的權(quán)重值，因此需要在歸一化計算的基礎(chǔ)上，通過權(quán)重計算將各環(huán)境負(fù)荷值匯總為單一的總體環(huán)境影響，以便于比較。目前國際上常用的加權(quán)方法有專家打分法和層次分析法等。本文的歸一化計算和權(quán)重分析采用北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境協(xié)調(diào)性評價中心所做的我國平板玻璃工業(yè)的生命周期評價中相關(guān)數(shù)據(jù)和計算原則，歸一化基準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)表如表6所示。歸一化計算的原則是特征化結(jié)果除以其歸一化基準(zhǔn)值得到歸一化結(jié)果，權(quán)重計算的原則是將各歸一化計算結(jié)果乘以其權(quán)重系數(shù)計算得到加權(quán)值。結(jié)合本文中的特征化結(jié)果計算得到A廠與B廠的玻璃生產(chǎn)線的環(huán)境影

20、響值如表7所示，計算結(jié)果如圖7所示。表6各環(huán)境影響的歸一化基準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)表影響類別ADPGWPAPHTPOCP單位銻當(dāng)量CO2當(dāng)量SO2當(dāng)量1,4二氯苯當(dāng)量乙烯當(dāng)量歸一化基準(zhǔn)1.24E+143.86E+132.99E+114.98E+134.55E+10權(quán)重系數(shù)0.4660.1700.2340.0440.086表7各年度典型玻璃生產(chǎn)線的環(huán)境影響評價結(jié)果環(huán)境影響A廠350t/dA廠500t/dB廠500t/d2004年2005年2006年2007年2004年2005年2006年2007年2004年2005年環(huán)境影響值1.71E-111.69E-111.64E-111.62E-111.71E-11

21、1.69E-111.64E-111.50E-111.73E-111.72E-11  4結(jié)果解釋與討論結(jié)合表3數(shù)據(jù)，從圖3和圖4可以看出，對于A廠，不管是350t/d生產(chǎn)線還是500和t/d生產(chǎn)線，溫室效應(yīng)是最主要的環(huán)境影響類型，占有絕大部分比重。從時間序列上看，隨著時間的推移，各環(huán)境影響值整體上呈小幅下降，說明該企業(yè)的玻璃生產(chǎn)在資源、能源消耗和污染物排放的控制上略有進(jìn)步，但是并不十分明顯，其中兩條生產(chǎn)線2007年所造成的不可再生資源消耗甚至要高于往年。B廠中溫室效應(yīng)及不可再生資源消耗是最主要的環(huán)境影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他環(huán)境影響類型。其500t/d生產(chǎn)線在2004及2005兩年的

22、環(huán)境負(fù)荷狀況變化趨勢不明顯，具體為不可再生資源消耗降低了5.78，而光化學(xué)煙霧影響則增加了2.73，酸化等影響則基本保持不變。從地域上看，對比A廠與B廠500t/d浮法生產(chǎn)線在各環(huán)境影響值的大小，從圖5及圖6可以看出，B廠的不可再生資源消耗要明顯高于A廠，其中2004年高275.6，2005年高316.3。分析清單數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)A廠的石灰石用量要遠(yuǎn)少于B廠的用量，而石灰石的特征化因子又相對其他原材料要大，因此造成了不可再生資源消耗差異很人。因此，在今后的生產(chǎn)線改造時，要注意采用替代原料，以有效降低不可再生資源消耗。在溫室效應(yīng)上，A廠要比B廠略高，其中2004年高7.66，2005年高5.77，酸化

23、等其余三種環(huán)境影響值基本接近。對經(jīng)過歸一化計算和權(quán)重計算得到的匯總的環(huán)境影響值進(jìn)行比較可以知道，如圖7所示，A廠350t/d生產(chǎn)線的總體環(huán)境影響值逐年下降，20042007年間年均下降率為1.36%，A廠500t/d生產(chǎn)線的環(huán)境影響值同樣呈下降趨勢，四年間年均降幅為3.03，特別是2006年與2007年之間降幅最大，達(dá)8.72。2004年與2005年B廠500t/d生產(chǎn)線的總體環(huán)境影響值基本沒有變化。綜合可知，近幾年華東及華中兩家典型企業(yè)的玻璃生產(chǎn)帶來的環(huán)境負(fù)荷略有減少，但是并沒有實質(zhì)性的進(jìn)步。特別是在酸化、光化學(xué)煙霧和人體健康損害方面，基本上沒有明顯的改進(jìn)。一方面說明企業(yè)在降低環(huán)境負(fù)荷上潛力巨大，另一方面表明需要在資源消耗上及廢棄物的排放上做大量的工作，在提高資源利用率的同時，要發(fā)展富氧、全氧燃燒工藝、脫硫脫銷等技術(shù)來減少有害廢氣的排放，以有效減少玻璃生產(chǎn)所帶來的環(huán)境影響。此外，政府決策部門應(yīng)該綜合考察各個區(qū)域玻璃生產(chǎn)線的環(huán)境負(fù)荷狀況，將具有較低環(huán)境負(fù)荷的企業(yè)的先進(jìn)工藝或管理模式