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行业知识

基于LCA的生物质燃烧机工业锅炉系统研究

基于LCA的生物质燃烧机工业锅炉系统研究

[摘要]本文为应用生命周期(LCA)方法对生物质燃烧机工业锅炉系统进行环境影响和能源消耗的分析。结果表明:处理每产生1t蒸汽,对环境的总影响负荷为3693 68毫人当量,资源耗竭系数为0 477毫人当量,燃生物质工业锅炉系统对环境影响主要为全球变暖为95.03%,各个过程中锅炉系统运行影响为92.13%,秸秆种植从环境中吸收CO:428.85kg,因此,生物质燃烧机工业锅炉系统代替燃油气锅炉在减少温室气体排放上能起积极作用。

    0.引言

    随着化石资源逐渐枯竭,价格不断上涨,燃油气的工业锅炉的运行成本逐渐提高,并对能源和环境有着重要的影响,寻找新的成本低廉环境友好的替代能源以解决高耗能燃油气工业锅炉成为现在面临的迫切问题。我国有着丰富的秸秆资源,为了充分利用生物质秸秆资源,解决燃油气锅炉成本高,环境影响大的问题,现在有了代替卧式内燃炉燃烧机的生物质燃烧机。为了掌握燃生物质成型颗粒工业锅炉系统的资源消耗和环境影响全面的数据,本文就生物质燃烧机工业锅炉系统进衙生命周期评价。

1.jpg

    1.燃生物质成型颗粒工业锅炉系统的生命周期清单分析

    1.1研究目标与研究范围

    本文以型号为WNS4-1.25-BMF的生物质成型颗粒工业锅炉系统为研究对象,该系统锅炉设计效率为81%,额定蒸发量为4t/h,燃料消耗量为803kg/h。生物质成型颗粒工业锅炉系统如图1所示,本文以系统每燃烧生物质成型颗粒产生It蒸汽对环境造成的影响进行分析和计算,即环境影响评价的功能单位为It蒸汽。

    由于生物质燃烧机工业锅炉系统相当复杂,因此在进行生命周期分析时忽略次要因素,考虑主要因素。假设该系统使用运行年限为20年,忽略其它因素,其主要过程有秸秆种植、运输阶段、生物颗粒生产、系统建设及系统运行等5个子过程。从环境影响和能源消耗两个方面进行分析。其中,秸秆种植过程中需要的二氧化碳是从生命周期系统中吸收补充,生物质燃烧机工业锅炉系统的生命周期系统边界分析如

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    图2生物质燃烧机工业锅炉系统的生命周期系统边界

    1.2系统物料计算

    本文以玉米秸秆制取生物质颗粒为系统原料进行分析,生物质颗粒的元素分析如表1所示。假设系统建设运行20年,每年消耗生物质颗粒量为lOOOt。通过分析甘算可以得出每产生It蒸汽所需要的及产生的各种物质的量如表2所示。

表1生物质颗粒元素分析

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┃Car%  ┃Har%  ┃Oar%    ┃Nar%    ┃Sar%    ┃Aar%    ┃Mar%    ┃Qnet kj/kg  ┃

┣━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━┫

┃46.90 ┃ 5.30 ┃ 37.94  ┃  0.15  ┃  0.05  ┃  1.75  ┃  7.91  ┃    16830   ┃

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表2系统产生It蒸汽的物料量(kg)

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┃生物质颗粒量  ┃秸秆量      ┃吸收CO:量  ┃钢材    ┃  水泥    ┃蒸汽    ┃

┣━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━┫

┃    200.75    ┃    284.79  ┃    428.85  ┃  0.30  ┃    0.08  ┃  1000  ┃

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  1.3清单分析

  在研究该系统的资源消耗与环境影响中,假设秸秆种植阶段所吸收的CO:是由整个生命周期过程中提供,故系统产生It蒸汽的生命周期排放清单如表3。

表3产生It蒸汽的生命周期排放清单

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┃                ┃          ┃运输阶    ┃颗粒  ┃系统    ┃系统      ┃          ┃

┃    项目        ┃秸秆种植  ┃          ┃      ┃        ┃          ┃合计      ┃

┃                ┃          ┃  段      ┃生产  ┃建设    ┃运行      ┃          ┃

┣━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫

┃    COz(kg)     ┃-3 81.30  ┃ 0.09322  ┃42.41 ┃  2.53  ┃34531.19  ┃ 34194.93 ┃

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┃    CO(kg)      ┃          ┃0.00002   ┃      ┃  0.03  ┃  o.oo    ┃  0.03    ┃

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┃    NOx(kg)     ┃  0.04    ┃ 0.00042  ┃ 0.14 ┃  o.oo  ┃  0.18    ┃  0.37    ┃

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┃    SOz(kg)     ┃  0.38    ┃ 0.00017  ┃ 1.15 ┃  0.02  ┃  0.24    ┃  1.79    ┃

┣━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫

┃    CH4(kg)     ┃  0.04    ┃          ┃ 0.13 ┃  O.Ol  ┃  0.03    ┃  0.20    ┃

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┃  NMVOC(kg)     ┃          ┃0.00492   ┃      ┃        ┃          ┃    O.Ol  ┃

┣━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫

┃  烟尘(kg)      ┃  0.03    ┃          ┃ 0.08 ┃  0.09  ┃  2.48    ┃  2.68    ┃

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┃圊体废弃物(kg)  ┃  2.29    ┃          ┃ 7.32 ┃  3.51  ┃  3.51    ┃  16.63   ┃

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┃  煤(kg标煤)    ┃  23.41   ┃ 0.05197  ┃15.56 ┃  0.40  ┃  3.26    ┃  42.68   ┃

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┃    油(kg)      ┃  0.20    ┃          ┃ 0.64 ┃  0.03  ┃  0.13    ┃  1.01    ┃

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    2.生命周期的影响评价

    2.1环境影响评价

    环境影响评价包括定量和定性评价。按照国际标准化组织的IS014040的框架【Ⅵ,影响评价包括三个步骤:分类、特征化和加权评估。根据1.3节清单分析的结果,生物质燃烧机系统可能造成的资源耗竭和潜在环境影响有能源耗竭、全球变暖( cw)、光化学臭氧(PO)、酸化(AC)、富营养化(NE)、烟尘和灰尘(SA)、固体废弃物(sw)。

  2.2资源耗竭系数

  资源耗竭系数通过一次能源消耗来表征,在此将能源作为资源进行评价,采用资源消耗基准i,进行标准化得出煤、油等资源消耗潜值,见表4。其单位为毫人当量,反映了生物质工业锅炉系统所耗资源占人均资源消耗量的比重(以1990年为基准)。经标准化与加权分析之后的资源消耗各值如表4所示。

表4标准化后产生It蒸汽的资源消耗

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┃        ┃标准化后的资源消耗  ┃可供应期z, ┃  加权后的资源消耗  ┃

┃  资源  ┃                    ┃            ┃                    ┃

┃        ┃    (mPEwo)         ┃    (a)     ┃    (mPR90)         ┃

┣━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫

┃  油    ┃    1.71            ┃    43      ┃    0.04            ┃

┣━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫

┃  燥    ┃    74.36           ┃    170     ┃    0.44            ┃

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    标准化后煤炭的消耗依然是主要部分,占97.75%,油的消耗为2.25%,考虑了资源的稀缺性,标准化加权后,煤的消耗比重降为91.68%,而油则升为8.32%。我国能源结构中煤的消耗占据主要地位,经过该系统处理污泥并对其进行资源化利用后,有效的遏制了煤炭资源的消耗。该系统产生It蒸汽的资源消耗系数为0.477×10-3人当量。

2.3环境影响负荷评价

2.3.1环境影响潜值计算

为了方便直观的表示出各种环境影响类型的影响潜值,全球变暖以CO:为参考物,同理酸化,富营养化,光化学臭氧分别以s0:,N03,C:H。为参考物。根据各种排放物的效应当量因子可以计算出各种物质在各个过程中的环境影响潜值,如表5所示。

    表5各种排放物的环境影响潜值

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┃环境影响  ┃  全球变暖  ┃  酸化    ┃富营养化  ┃光化学    ┃姻尘和    ┃  固体    ┃

┃          ┃            ┃          ┃          ┃  臭氧    ┃灰尘      ┃废弃物    ┃

┃  类型    ┃  (gCOzeq)  ┃(gSOzeq)  ┃(gN03-eq) ┃          ┃          ┃          ┃

┃          ┃            ┃          ┃          ┃(gC2H4eq) ┃  (曲    ┃  (曲    ┃

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┃秸秆种植  ┃-366327.14  ┃ 414.26   ┃  58.97   ┃  0.28    ┃  34.53   ┃ 2288.74  ┃

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┃运输阶段  ┃    227.50  ┃  0.46    ┃  0.57    ┃  2.95    ┃  o.oo    ┃  o.oo    ┃

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┃颗粒生产  ┃  90323.60  ┃ 1248.86  ┃  188.69  ┃    0.89  ┃  80.02   ┃ 7322.95  ┃

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┃系统建设  ┃2479292.93  ┃  18.93   ┃    6.67  ┃    1.10  ┃  89.19   ┃ 3509.04  ┃

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┃系统运行  ┃34589409.70 ┃  3 67.01 ┃  242.79  ┃    0.19  ┃ 2475.95  ┃ 3509.04  ┃

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┃  合计    ┃36792926.60 ┃ 2049.53  ┃  497.68  ┃    5.41  ┃ 2679.70  ┃16629.78  ┃

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2.3.2环境影响潜值的标准化

表6产生It蒸汽环境影响潜值标准化并加权(mPETzooo)

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┃                  ┃秸秆    ┃运输    ┃颗粒    ┃系统    ┃系统      ┃          ┃

┃环境影响类型      ┃        ┃        ┃        ┃        ┃          ┃合计      ┃

┃                  ┃种植    ┃阶段    ┃生产    ┃建设    ┃运行      ┃          ┃

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┃全球变暖(cw)      ┃-34.95  ┃  0.02  ┃  8.62  ┃ 236.53 ┃ 3299.91  ┃ 3510.13  ┃

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┃  酸化(AC)        ┃  8.40  ┃  O.Ol  ┃  25.32 ┃  0.38  ┃  7.44    ┃  41.56   ┃

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┃  富营养化(NE)    ┃  0.69  ┃  O.Ol  ┃  2.22  ┃  0.08  ┃  2.86    ┃  5.86    ┃

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┃光化学臭氧(PO)    ┃  0.22  ┃  2.32  ┃  0.70  ┃  0.86  ┃  0.15    ┃  4.24    ┃

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┃烟尘和灰尘(SA)    ┃  1.17  ┃  o.oo  ┃  2.71  ┃  3.02  ┃  83.91   ┃  90.81   ┃

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┃  圊体废弃物(sw)  ┃  5.65  ┃  o.oo  ┃  18.09 ┃  8.67  ┃  8.67    ┃  41.08   ┃

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┃    合计          ┃-18.81  ┃  2.35  ┃  57.66 ┃ 249.55 ┃ 3402.93  ┃ 3693.68  ┃

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  对以上所计算的各类环境影响潜值采用其相应的标准化基准进行标准化,比较其相对大小。因标准化是以1990年为基准,因此利用权重因子izijj[]权将标准化值转换为2000年为基准,故各种环境影响潜值标准化并加权的值如表6所示。

  2.3.3加权评估及环境影响负荷

  对上述标准化后的影响潜值进行加权,并计算其总环境影响负荷每产生It蒸汽为3693.68毫人当量。系统各个过程中的相对贡献表明生物质锅炉系统过程对环境影响的贡献最大为92.13%,秸秆种植过程为-0.51%,表明该过程可以优化改良环境影响。各种环境影响类型的相对贡献表明,生物质锅炉系统在整个生命周期中对环境的主要影响为全球变暖f95.03%),光化学臭氧f0.11%)最小。即说明,燃生物质锅炉系统中,全球性影响占据首位,其次是局地性影响,而地区性影响则最小。

  3.结论

  本文用生命周期的方法对生物质燃烧机工业锅炉系统进行了环境影响和资源消耗的全面分析,通过分析可知以下结果。

    (1)每产生It燕汽的生物质燃烧机工业锅炉系统的资源消耗系数为0.477×10-3人当量,折算后加权资源消耗煤占91.68%,油为8.32%,生物质燃烧机系统运行过程对整个生命周期环境影响的贡献最大,为92.13%,各种环境类型的影响中全球变暖对环境影响贡献最大为95.03%。

    (2)该系统从环境中吸收C02428.85kg,有效的抑制全球变暖的加剧,因此该系统环境性完善,是一种环境友好的系统项目。

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点击次数:  更新时间:2018-06-08 20:49:42  【打印此页】  【关闭