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燃生物质颗粒工业锅炉系统的生命周期评价

摘要：为了研究生物质工业锅炉系统对环境影响和能源消耗情况，本文采用了生命周期(LCA)的研究方法，从该系统的原料生产制作，到系统建立运行进行全面分析。结果表明：处理每1t生物质颗粒，对环境的总影响负荷为16434.47毫人当量，资源耗竭系数为2.547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95.36％，各个过程中锅炉系统运行影响为98.55％，秸秆种植从环境中吸收CO22136.24kg，因此，燃生物质工业锅炉系统在减少温室气体排放上能起积极作用，与燃煤锅炉相比生物质锅炉是一种环境友好并且减少化石燃料消耗的项目。

引言

目前，化石资源逐渐枯竭，而作为高耗能设备的工业锅炉对能源及环境有着重要的影响，我国是一个以煤为主要能源的国家，燃煤工业锅炉占工业锅炉总量的80％以上，工业锅炉量大面广，平均容量小，能耗大，污染严重，寻找新的环境友好的替代能源以解决高耗能燃煤工业锅炉的污染及能耗成为我国现在面临的迫切问题。我国有着丰富的秸秆资源，因此充分利用生物质秸秆资源，发展生物质锅炉成为解决我国秸秆资源浪费及工业锅炉高耗能、高污染问题的一种良好途径，并为生物质成型燃料的大规模生产提供了必要条件。前人对生物质颗粒加工制造及生物质锅炉的制作工艺研究较多，现在已经有了比较成熟的生物质锅炉产品应用生产，而对其系统的全生命周期分析研究较少。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，本文就燃生物质成型颗粒工业锅炉系统进行生命周期评价。

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DZIA-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701kg／h。本文以系统每燃烧1t生物质成型颗粒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1t生物质颗粒。

由于生物质成型颗粒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。在系统运行过程中忽略秸秆收割堆积，以及工业生产对蒸汽品质波动要求的影响产生蒸汽均为额定状态下蒸汽，由于该系统使用年限很长，因此假设该系统使用运行年限为20年，忽略其他因素影响假定该系统建设所需要的原料制作以及报废所造成的影响均匀分布于系统运行时间内，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。对这5个子过程进行分析时，主要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CO2是从生命周期系统中吸收补充，生物质成型颗粒工业锅炉系统的生命周期系统边界分析如图1。

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。秸秆是一年生的作物，玉米产量为5154kg／hm2·a，玉米秸秆的产量系数为1：1.2，玉米C的吸收量是5.08t／(hm2·a)J。假设农作物吸收的C是被谷物籽实和其秸秆均匀吸收，秸秆制作生物质颗粒的烘干过程中所需燃料为生物质颗粒J，设秸秆生长需要的肥料量与土壤中养分相当，肥料为氨水、普钙、硫酸钾，根据生物质锅炉设计资料知所需钢材为28.1t，假设系统建设所需建材，钢材与水泥的比为3：1，系统建设运行20年，每年消耗生物质颗粒量为1000t。通过分析计算可以得出每消耗1t生物质颗粒所需要的及产生的各种物质的量如表2所示。

1.3清单分析

玉米秸秆种植过程对环境的影响和消耗的主要过程是秸秆光合作用吸收CO2的过程及化肥氮磷钾的生产的过程。运输过程假设秸秆的产生地与生物质颗粒生产厂的距离及生物质颗粒与生物质锅炉系统的运输半径均为100km，采用25t运输卡车，则该系统运输阶段对环境影响主要为柴油的生产及消耗排放。生物质颗粒制取阶段为秸秆粉碎，秸秆制粒，颗粒烘干等过程的排放。系统建设阶段主要为钢材，水泥等建材消耗。系统运行阶段包括本体燃烧及辅机运行的消耗。

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CO2是由整个生命周期过程中提供，故系统消耗1t生物质颗粒的生命周期排放清单如表3。

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，影响评价包括三个步骤：分类、特征化和加权评估。上述清单分析结果，只表达了各种输入和输出的相对值大小，因各种排放因子对生态系统和环境变化的贡献不同，所以需要进行生命周期影响评价，将清单分析的结果转化为既容易理解，又能反映环境影响潜值的指标。

根据1.3节清单分析的结果，生物质锅炉系统可能造成的资源耗竭和潜在环境影