CN109740833A - 一种稀土钢生命周期环境影响评价方法 - Google Patents
一种稀土钢生命周期环境影响评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种稀土钢生命周期环境影响评价方法,采用过程清单分析方法对稀土钢生命周期环境影响因子进行汇编和量化,定量描述稀土钢生命周期环境影响因子对终点环境影响类型的破坏程度,通过层次分析法计算在稀土钢生命周期所带来的环境影响中终点环境影响类型的权重值,最后通过加权求和得出稀土钢生命周期的总环境影响潜值。采用以上方案,本发明的稀土钢生命周期环境影响评价方法,可以科学、客观、综合的评价整个稀土钢生产过程中的环境负荷,分析得到稀土钢产品的清单指标环境负荷以及环境影响潜值在生命周期各阶段的分布情况,为稀土钢的绿色制造提供了一种科学有效的指导方法。
Description
技术领域
本发明涉及稀土钢生产领域和生命周期评价领域,尤其涉及一种稀土钢生命周期环境影响评价方法。
背景技术
随着国家对绿色制造、绿色设计产品评价等工作的不断深入开展,可持续发展观的不断深入,产品环境性能已成为人们关注的焦点。生命周期评价(Life CycleAssessment,LCA)是定量计算产品生命周期环境负荷和环境影响的方法,LCA可以从产品生产全过程考察其环境性能,指出减少产品环境影响的方向和途径,制定提高产品环境性能的决策方案,从而实现循环经济和清洁生产的目标。尤其是最近几年,LCA这一评价产品环境负荷的通用方法具有越来越重要的地位。
钢铁产品是现代工业应用最广、产量最大的重要基础材料,钢铁制造涉及的资源开采、产品生产、使用和废弃过程伴随着大量资源、能源的消耗和各种污染物的排放,涉及多种原料、能源、副产品和废弃物的输入和输出,要完整地反映这一系列过程对生态环境的影响,对钢铁产品进行生命周期评价是最为有效的方法。稀土钢是在钢中添加稀土元素到钢种,比普通钢在强度、硬度、耐磨性等特殊性能方面都有明显提高。通过研究稀土钢产品的生命周期评价方法对稀土钢的绿色制造具有重要参考价值。
现有技术中,在CN101894329A、CN103226730A、CN105808952A等专利文献中,公开了生命周期以及其环境影响的评价方法,在钢铁产品生产过程生命周期评价相关研究有相关文献公开,但稀土钢生命周期评价方法相关研究还未见有文献公开。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种稀土钢生命周期环境影响评价方法,用于评价在整个稀土钢生产过程中的环境负荷,分析稀土钢产品的清单指标环境负荷以及环境影响潜值在生命周期各阶段的分布情况,为稀土钢的绿色制造及绿色产品设计提供技术支持。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是制定稀土钢生命周期环境影响评价方法,为稀土钢的绿色制造及绿色产品设计提供技术支持。
为实现上述目的,本发明提供了一种稀土钢生命周期环境影响评价方法,包括以ISO14040提供的生命周期评价技术框架为依据,采用过程清单分析方法对稀土钢生命周期环境影响因子进行汇编和量化,选取终点环境影响类型,分别采用资源消耗、能源消耗、大气排放物、水体排放物、副产品和固体废弃物、能耗六个指标定量描述稀土钢生命周期环境影响因子对终点环境影响类型的破坏程度,并通过层次分析法计算在稀土钢生命周期所带来的环境影响中终点环境影响类型的权重值,最后通过加权求和得出稀土钢生命周期的总环境影响潜值。
进一步地,所述稀土钢生命周期环境影响评价方法,包括以下步骤:
步骤1、列出稀土钢生命周期环境影响清单;
步骤2、采用资源消耗、能源消耗、大气排放物、水体排放物、副产品和固体废弃物、能耗六个指标量化评价稀土钢生命周期环境影响;
步骤3、计算八类终点环境影响类型的权重值,加权求和评价稀土钢生命周期的总环境影响潜值;
进一步地,所述步骤1中,所述稀土钢生命周期环境影响清单包括:
步骤1-1、将稀土钢生命周期过程划分为若干个便于清单分析的单元过程
将生产系统划分为能源系统和主生产系统,生命周期阶段为从“摇篮”到“大门”,包括上游阶段、运输阶段、生产阶段和副产品循环再利用阶段;
步骤1-2、列出稀土钢生命周期环境影响清单
通过对各单元过程输入、输出的各种物料、能源和环境排放数据进行收集计算,然后将所有单元过程的清单数据进行分类汇总,得到稀土钢生命周期环境影响清单列表;
进一步地,所述步骤2中,所述量化评价稀土钢生命周期环境影响包括:
步骤2-1、确定生命周期清单计算方法
生命周期清单数据是基本流在所定义的生命周期过程的累积,基本流是以功能单位为基准的环境负荷。生命周期清单因子g(如CO2的排放)的累积基本流按式(1)计算:
bT,F,g=bF,g+∑aT,ibi,g (1)
式中:
bT,F,g是以功能单位F为基准的基本流g的累积量;
bF,g是以功能单位F为基准的基本流g在产品生产过程的直接流量;
aT,i是原辅料、能源等在产品系统中单元过程i每功能单位的直接消耗量;
∑aT,ibi,g是以功能单位为基准的基本流g在上游过程和下游过程的累积量,主要视研究边界所包含的单元过程而定;
步骤2-2、定量计算稀土钢生命周期环境影响对八类终点环境影响类型的影响潜值
选取资源消耗、能源消耗、全球变暖、酸化、富营养化、光氧化剂形成、人体毒性和生态毒性8个环境终点影响类型,其中全球性环境影响类型指标3个,区域性3个,局地性2个;将清单分析结果划归到各种影响类型中,再对稀土钢生命周期环境影响因子所在的影响类型进行统一单位换算;计算稀土钢生命周期环境影响因子对八类终点环境影响类型的影响潜值;
分类评价按式(2)计算:
式中:
Cj是影响类型j的计算结果;
Qji是生命周期清单因子i对影响类型j的特征化因子,特征化因子计算方法如表1所示;
mi是生命周期清单因子i的清单结果;
表1
进一步地,所述步骤3中,所述计算八类终点环境影响类型的权重值,加权求和评价稀土钢生命周期的总环境影响潜值,通过优化矩阵对资源消耗、能源消耗、全球变暖、酸化、富营养化、光氧化剂形成、人体毒性和生态毒性8类环境影响类型的重要程度进行比较分析,得到不同环境影响类型的结果;
采用以上方案,本发明的稀土钢生命周期环境影响评价方法,可以科学、客观、综合的评价整个稀土钢生产过程中的环境负荷,分析得到稀土钢产品的清单指标环境负荷以及环境影响潜值在生命周期各阶段的分布情况,为稀土钢的绿色制造提供了一种科学有效的指导方法。
以下将结合附图和实施例对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是稀土钢产品生命周期系统边界图;
图2是稀土钢产品典型生产流程示意图。
具体实施方式
以下参考本发明优选实施例对本发明技术方案做进一步描述,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,这些实施例为示例性描述,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例
本实施例以包钢集团轨梁厂生产的稀土钢轨为例做详细说明,具体步骤如下:
1.列出稀土轨生命周期环境影响清单:
稀土轨生命周期清单分析是进行影响评价的基础,主要是对稀土轨生命周期的影响因子进行汇编和量化;
(1)将稀土轨生命周期过程划分为若干个便于清单分析的单元过程:
如图1所示,根据稀土钢生命周期环境影响的一般特点,将稀土轨生命周期划分为上游阶段、运输阶段、生产阶段和循环再利用四个阶段。其中,上游阶段(upstream)包括原料(如外购铁矿石)、能源(如煤)和辅料(如石灰石)的开采或生产;运输阶段(transportation)定义为外购的原料和能源的厂外运输过程与中间产品的厂内运输过程的环境负荷,包括铁矿石、石灰石、煤等原、燃料的厂外运输与焦炭、烧结矿、生石灰、白云石、钢坯等中间产品的厂内运输;生产阶段(on-sites)包括产品在包钢生产系统中经过的生产工序,包钢生产系统分为主生产系统和能源生产系统两类,主生产系统包括了矿山采选系统及冶炼、轧制等钢铁生产工艺;循环再利用阶段(recovery or credits)包括产品废弃后稀土钢废钢的循环再利用、包钢向系统外出售副产品(如高炉渣)的再利用。本发明中提到的“循环再利用阶段”均指在包钢外部产生的环境收益。
(2)列出稀土轨生命周期环境影响清单:
通过对各单元过程输入、输出的各种物料、能源和环境排放数据进行收集计算,然后将所有单元过程的清单数据进行分类汇总,得到稀土轨生命周期环境影响清单列表(表2所示)。
表2
2、量化评价稀土轨生命周期环境影响:
(1)生命周期清单计算方法
生命周期清单数据是基本流在所定义的生命周期过程的累积,基本流是以功能单位为基准的环境负荷。生命周期清单因子g(如CO2的排放)的累积基本流按式(1)计算:
bT,F,g=bF,g+∑aT,ibi,g (1)
式中:
bT,F,g是以功能单位F为基准的基本流g的累积量;
bF,g是以功能单位F为基准的基本流g在产品生产过程的直接流量;
aT,i是原辅料、能源等在产品系统中单元过程i每功能单位的直接消耗量;
∑aT,ibi,g是以功能单位为基准的基本流g在上游过程和下游过程的累积量,主要视研究边界所包含的单元过程而定;
(2)定量计算稀土轨生命周期环境影响对八类终点环境影响类型的影响潜值
确定了环境影响指标,依据稀土轨生产过程对环境影响的特点,选取资源消耗、能源消耗、全球变暖、酸化、富营养化、光氧化剂形成、人体毒性和生态毒性8个环境终点影响类型,其中全球性环境影响类型指标3个,区域性3个,局地性2个;将清单分析结果划归到各种影响类型中,再对稀土钢生命周期环境影响因子所在的影响类型进行统一单位换算;计算稀土钢生命周期环境影响因子对八类终点环境影响类型的影响潜值;
(3)分类评价按式(2)计算:
式中:
Cj是影响类型j的计算结果;
Qji是生命周期清单因子i对影响类型j的特征化因子,特征化因子来源于表1所列特征化模型;
mi是生命周期清单因子i的清单结果;
3、计算八类终点环境影响类型的结果:
稀土轨生命周期环境影响中,通过优化矩阵对资源消耗、能源消耗、全球变暖、酸化、富营养化、光氧化剂形成、人体毒性和生态毒性8类环境影响类型的重要程度进行比较分析,得到不同环境影响类型的结果(表3);
表3
通过上述实施例所示,建立了稀土轨产品生命周期评价模型,分析计算获得稀土轨产品的清单指标环境负荷以及环境影响潜值在生命周期各阶段的分布情况,有利于使得最后稀土轨产品生命周期结果科学合理,并且具有一定的优势。有利于指导整个稀土钢产品生产时对各个环节阶段的环境负荷影响进行平衡,实现可持续发展。为稀土钢的绿色制造及绿色产品设计提供技术支持,具有推广的可行性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种稀土钢生命周期环境影响评价方法,其特征在于,包括采用过程清单分析方法对稀土钢生命周期环境影响因子进行汇编和量化,选取终点环境影响类型,分别采用资源消耗、能源消耗、大气排放物、水体排放物、副产品和固体废弃物、能耗六个指标定量描述稀土钢生命周期环境影响因子对终点环境影响类型的破坏程度,并通过层次分析法计算在稀土钢生命周期所带来的环境影响中终点环境影响类型的权重值,最后通过加权求和得出稀土钢生命周期的总环境影响潜值。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、列出稀土钢生命周期环境影响清单;
步骤2、采用资源消耗、能源消耗、大气排放物、水体排放物、副产品和固体废弃物、能耗六个指标量化评价稀土钢生命周期环境影响;
步骤3、计算八类终点环境影响类型的权重值,加权求和评价稀土钢生命周期的总环境影响潜值。
3.如权利要求2所述方法,其特征在于,所述步骤1包括:
步骤1-1、将稀土钢生命周期过程划分为若干个便于清单分析的单元过程
将生产系统划分为能源系统和主生产系统,生命周期阶段为从“摇篮”到“大门”,包括上游阶段、运输阶段、生产阶段和副产品循环再利用阶段;
步骤1-2、列出稀土钢生命周期环境影响清单
通过对各单元过程输入、输出的各种物料、能源和环境排放数据进行收集计算,然后将所有单元过程的清单数据进行分类汇总,得到稀土钢生命周期环境影响清单列表。
4.如权利要求2所述方法,其特征在于,所述步骤2包括:
步骤2-1、确定生命周期清单计算方法;
步骤2-2、定量计算稀土钢生命周期环境影响对八类终点环境影响类型的影响潜值。
5.如权利要求4所述方法,其特征在于,所述步骤2-1,
生命周期清单数据是基本流在所定义的生命周期过程的累积,基本流是以功能单位为基准的环境负荷。生命周期清单因子g(如CO2的排放)的累积基本流按式(1)计算:
bT,F,g=bF,g+∑aT,ibi,g (1)
式中:
bT,F,g是以功能单位F为基准的基本流g的累积量;
bF,g是以功能单位F为基准的基本流g在产品生产过程的直接流量;
aT,i是原辅料、能源等在产品系统中单元过程i每功能单位的直接消耗量;
∑aT,ibi,g是以功能单位为基准的基本流g在上游过程和下游过程的累积量,主要视研究边界所包含的单元过程而定。
6.如权利要求4所述方法,其特征在于,所述步骤2-2,定量计算稀土钢生命周期环境影响对八类终点环境影响类型的影响潜值为选取资源消耗、能源消耗、全球变暖、酸化、富营养化、光氧化剂形成、人体毒性和生态毒性8个环境终点影响类型,其中全球性环境影响类型指标3个,区域性3个,局地性2个;将清单分析结果划归到各种影响类型中,再对稀土钢生命周期环境影响因子所在的影响类型进行统一单位换算;计算稀土钢生命周期环境影响因子对八类终点环境影响类型的影响潜值;
分类评价按式(2)计算:
式中:
Cj是影响类型j的计算结果;
Qji是生命周期清单因子i对影响类型j的特征化因子;
mi是生命周期清单因子i的清单结果。
7.如权利要求2所述方法,其特征在于,所述步骤3,计算八类终点环境影响类型的权重值,加权求和评价稀土钢生命周期的总环境影响潜值,通过优化矩阵对资源消耗、能源消耗、全球变暖、酸化、富营养化、光氧化剂形成、人体毒性和生态毒性8类环境影响类型的重要程度进行比较分析,得到不同环境影响类型的结果。
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