2002年我國平板玻璃工業(yè)廢氣排放系數(shù)的研究

2002年我國平板玻璃工業(yè)廢氣排放系數(shù)的研究

平板玻璃作為中國不可或缺的基本原材料，在隨著經(jīng)濟的發(fā)展而變得越來越重要。2005年，我國的平板玻璃產(chǎn)量已達到38737萬重量箱，連續(xù)17年位居世界第一。然而平板玻璃行業(yè)是高能耗、高污染的行業(yè)，因此這勢必造成對環(huán)境的影響。我國平板玻璃生產(chǎn)大多以重油和煤焦油為燃料，只有少量企業(yè)以天然氣為燃料，然而重油和煤焦油的硫分較高，而且配合料揮發(fā)也會對環(huán)境產(chǎn)生影響，造成了大量氣態(tài)污染物（如CO2、SO2、NOx等）的排放，同時原料的消耗也會引起資源的耗竭。因此研究平板玻璃行業(yè)對環(huán)境造成的影響對我國平板玻璃業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。1平板玻璃節(jié)能技術(shù)的研究本研究的目的是計算2002年我國平板玻璃生產(chǎn)生命周期的氣態(tài)污染物排放和原料消耗清單，并進行特征化，指出了造成排放的主要階段和環(huán)境影響，為我國平板玻璃降低能耗、改進工藝和環(huán)境治理提供了參考依據(jù)。研究范圍是2002年我國平板玻璃業(yè)的氣態(tài)污染物的直接排放和能源生產(chǎn)造成的間接排放以及原料消耗，原料的生產(chǎn)過程中造成的污染物排放不包括在此范圍之內(nèi)。2清單分析2.1基本數(shù)據(jù)本研究所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有2002年我國平板玻璃業(yè)能源消耗總量以及單位能耗的污染物排放量，具體情況見下表。2.2廢氣的排放平板玻璃工業(yè)的污染有廢氣、廢水和噪音污染，其中尤以廢氣對環(huán)境的污染最為嚴重。廢氣的排放包括直接排放和間接排放兩部分。直接排放污染物是指在平板玻璃生產(chǎn)過程中，由于燃料的燃燒和配合料的揮發(fā)產(chǎn)生的污染物；間接排放污染物是指在生產(chǎn)所消耗的能源的過程中排放的污染物，這些能源包括原煤、燃料油、天然氣和電力。2.2.1玻璃的綜合排放粉塵、SO2、CO2和廢氣總量的計算采用排污系數(shù)與產(chǎn)量的乘積來計算。部分最初原始數(shù)據(jù)來源于文獻，具體情況見表3。SO3在SOx中所占的比例為3.77%，故SO3的量可通過SO2的量計算得到。2002年我國平板玻璃工業(yè)浮法生產(chǎn)比例占83%，引上取17%來計算，通過二者的加權(quán)平均可以得到我國平板玻璃的綜合排污系數(shù)。計算結(jié)果見表4。據(jù)資料統(tǒng)計，每熔化1t玻璃，在不加入碎玻璃時排放590kgCO2，每增加10%碎玻璃可減少5%CO2的排放，而我國，一般工廠利用碎玻璃的比例在10%～20%之間，取其平均值15%來計算，得到CO2的綜合排放系數(shù)為27.28kg/重箱。NOx和重金屬Pb通過其濃度和廢氣量的乘積得到。NOx在廢氣中的濃度為1500mg/Nm3，Pb在廢氣中的濃度為12mg/Nm3。在玻璃生產(chǎn)過程中，因為配合料的揮發(fā)并不產(chǎn)生CO，所以CO全部來源于燃料的燃燒。由于我國平板玻璃業(yè)一般采用重油作為燃料，所以在此近似采用重油消耗量與CO排放系數(shù)的乘積來計算。CO的排放系數(shù)為10.5kg/t。2.2.2間接功率生產(chǎn)間接排放量的計算較簡單，直接利用能源消耗總量與單位能耗的污染物排放量的乘積計算得到。2.3配合料用量的估算目前我國平板玻璃生產(chǎn)的原料主要有石英砂、砂巖、長石、白云石、石灰石、純堿、芒硝和煤粉，另外還要加入10%～20%的碎玻璃（熟料）。由于本研究的目的在于考察平板玻璃生產(chǎn)對資源耗竭性的影響，而碎玻璃是經(jīng)由生料轉(zhuǎn)化而來，所以其對資源耗竭性的影響已經(jīng)反映在生料的消耗上。所以在此并不考慮碎玻璃的消耗情況。據(jù)統(tǒng)計，玻璃的熔成率一般為（120～125）:100，即熔化100kg一般需要120～125kg配合料，玻璃的成品率一般為80%～85%。據(jù)此可推算出配合料的總用量。據(jù)文獻，硅質(zhì)原料用量占配合料總量的60%～70%，芒硝占1%，煤粉占芒硝的4%～6%，在此均取其中間值來估算，可得到硅質(zhì)原料（假設全部為石英砂）、芒硝和煤粉的用量。對于純堿，因為2002年的重箱耗量缺乏，而由中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒可查得，從1999年到2001年的變化幅度很小，所以在此采用2001年的數(shù)據(jù)來計算，即10.73kg/重箱，從而可得到2002年的純堿消耗總量。另外，對于石灰石、白云石和長石的用量，本文采用配合料計算的方法來獲得。2.4平板玻璃業(yè)污染物排放量由以上介紹的研究方法和相關(guān)參數(shù)，可以計算出2002年我國平板玻璃業(yè)污染物的直接排放量、間接排放量和排放總量，以及資源消耗總量。計算結(jié)果見表5和表6。3特征化3.1生命周期動態(tài)特征在生命周期評價中，特征化是生命周期影響評價中的一個必備要素，它是利用不同影響類型（如酸化、溫室效應等）的參數(shù)結(jié)果來共同展現(xiàn)產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期影響評價的特征。其計算過程包括利用特征化因子將生命周期清單結(jié)果換算成通用單位，并把同一影響類型的換算結(jié)果累加，得到量化的指標結(jié)果。本文采用當量模型作為特征化模型，利用當量因子將不同清單種類進行匯總，得到以當量因子為單位的影響潛力大小。3.1.1環(huán)境影響的類型為進行特征化首先要進行分類。在分類中，當清單分析結(jié)果只與一種影響類型有關(guān)時，就直接將其歸類，但當清單結(jié)果與多種環(huán)境影響類型相關(guān)時，就需要考慮清單結(jié)果的分配問題，即環(huán)境影響類型的并聯(lián)或串聯(lián)問題。依據(jù)本文中的清單結(jié)果，將環(huán)境影響類型分為溫室效應（GWP）、酸化效應（AP）、人類健康損害（HT）和光化學煙霧（POCP）四類。清單結(jié)果與影響類型的對應結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看到，SO2和NOx涉及多種影響類型，而且對環(huán)境的損害機制各不相同，因此需要將其在各影響類型之間進行分配。SO2在酸化和對人類健康損害之間為并聯(lián)機制，并假設分配系數(shù)為1/2;NOx在酸化和光化學煙霧之間為串聯(lián)機制，而這兩種影響類型和人類健康損害之間均為并聯(lián)機制，因此這三種影響類型之間的分配系數(shù)也取1/2。3.1.2潛在環(huán)境影響因素經(jīng)過分類之后就可以進行特征化計算了。污染物的特征化因子即當量因子如表7所示。采用當量模型的計算公式為：其中：EP(j）是產(chǎn)品系統(tǒng)對第j種潛在環(huán)境影響的類型參數(shù)；EP(j)i是第i種排放物質(zhì)對第j種潛在環(huán)境影響的類型參數(shù)；Qi是第i種排放物質(zhì)排放量；EF(j)i是第i種排放物質(zhì)對第j種潛在環(huán)境影響的當量因子。采用上述公式，經(jīng)過計算可以得到影響類型參數(shù)結(jié)果，如表8所示。3.2可再生資源耗竭因子對資源消耗特征化的計算，本文采用目前國際上應用較廣泛的模型，將各種資源耗竭因子用一種參照性不可再生資源耗竭因子來表示以便比較，該模型為：其中：IRi為資源i的特征化參數(shù)結(jié)果；Ri和Rref分別為資源i和參照性不可再生資源的儲量在此選用銻作為參照性不可再生資源，假設資源的開采量全部用于玻璃生產(chǎn)，各種資源和參照性資源的儲量來源于文獻。計算結(jié)果為2.88×108kg銻當量。4污染源的多環(huán)芳烴從表8我們可以看出，平板玻璃業(yè)的污染物絕大部分屬于直接排放，將造成各種環(huán)境影響的直接排放特征化結(jié)果與間接排放特征化結(jié)果的百分比作一對比，如圖2所示。從圖2中可以看出，75%左右的溫室效應的危害是由直接排放污染物造成的，這主要是由于直接排放物中含有大量CO2的緣故；而直接排放物造成了大約90%的酸化效應和人類健康損害及92%的光化學煙霧的危害。SO2和NOx是造成酸化效應的主要污染物，平板玻璃生產(chǎn)由于采用芒硝作澄清劑和采用含硫的重油作燃料，因此不可避免會產(chǎn)生大量SO2造成酸化和對人類健康的損害。同時由于采用空氣助燃的燃燒方式，空氣中的氮在高溫下會氧化生成氮氧化物，氮氧化物和碳氫化合物在紫外線照射下會發(fā)生反應產(chǎn)生光化學煙霧，對農(nóng)作物和人類造成危害。因此，