（材料学专业论文）中国烧结砖制造过程环境负荷研究.pdf

摘要 摘要 烧结砖是基础设施建设中重要的建筑材料，在我国广泛生产和使用。而烧结 砖的生产过程，也消耗了大量的自然资源和能源，并产生大量废弃物，对环境造 成重大影响。我国目前还没有对这些影响进行系统的评价，缺少对烧结砖行业环 境负荷状态的准确认识。 针对这一现状，本文利用生命周期评价方法( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) ， 对占我国烧结砖产量7 0 的普通烧结砖生产进行环境负荷分析。结果表明，普通 烧结砖生产中，不可再生资源消耗( a d p ) 影响最为严重，其后依次是温室效应 ( g w p ) 、环境酸化( a p ) 、人体健康损害( h t ) 和光化学烟雾( p o c p ) 。 通过比较普通烧结砖生产和烧结空心砖生产环境负荷可知，与普通烧结砖生 产相同，烧结空心砖生产环境负荷中占首要地位的是不可再生资源的消耗，温室 效应、环境酸化、人体健康损害和光化学烟雾则影响较小。通过分析和比较，空 心砖生产的环境影响小于实心砖。由于空心砖空洞率的存在，使得其生产节约了 天然粘土资源和化石燃料，并减少了c 0 2 、s 0 2 等有害气体的排放。 对不同工艺、不同生产规模的企业进行了环境负荷分析结果表明，对于不同 工艺( 窑型) 的烧结砖生产，只要原料和燃料用量差异不大，其环境负荷亦基本 相同。而对于不同生产规模的企业来讲，规模较大的生产线明显较规模小的生产 线环境负荷轻。 最后，根据无机非金属建筑材料的特点，对l c a 中不可再生资源当量进行 了探讨，提出了硅为无机非金属建材产品生命周期评价中不可再生资源消耗影响 的当量；并就使用硅当量和铁当量的计算结果进行分析比较，数据表明，使用硅 当量对不可再生资源消耗进行评价时，其对于环境的影响明显减弱。 关键词：烧结砖生产；生命周期评价；工艺规模；硅当量 a b s 丁r a c t a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n tb u i l d i n gm a t e r i a lo ft h ei n f r a s t r u c t u r ec o n s t r u c t i o n ，s i n t e r e d b r i c k sa r ea taw i d er a n g eo fp r o d u c t i o na n du s eo fo u rc o u n t r y h o w e v e r , t h eb r i c k m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sc o n s u m e sal a r g ea m o u n to fn a t u r a lr e s o u r c e sa n de n e r g y , a n d g e n e r a t e ss u b s t a n t i a lw a s t e ；f i n a l l yr e s u l ti nas i g n i f i c a n ti m p a c to nt h ee n v i r o n m e n t c o m p a r e dw i t ht h es t a t u sa b o v e ，o u rc o u n t r yp r e s e n t l yf a i l e dt oc o n d u c tas y s t e m a t i c e v a l u a t i o no ft h ei m p a c t ，a n di sl a c ko fa c c u r a t er e o r g a n i z a t i o n so nt h ee n v i r o n m e n t a l l o a do fs i n t e r e db r i c ki n d u s t r y i nv i e wo ft h i ss i t u a t i o n ，t h i sp a p e ra p p l i e da ni m p o r t a n te n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n tt 0 0 】1 i f ec y c l ea s s e s s m e n tm e t h o d s ( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) t o c a _ r t yo u te n v i r o n m e n t a li m p a c ta s s e s s m e n tf o rc o m m o ns i n t e r e db r i c k ，w h i c ha c c o u n t f o ra p p r o x i m a t e l y7 0 o fs i n t e r e db r i c kp r o d u c t i o ni nt h ec o u n t r y t h er e s u l t ss h o w e d t h a tn o n - r e n e w a b l er e s o u r c ec o n s u m p t i o n ( a d p ) a c ta st h em o s ts e r i o u sc a t e g o r yo f e n v i r o n m e n t a li m p a c tt h r o u g h o u tt h ep r o d u c t i o np r o c e s s ，f o l l o w e db yt h eg r e e n h o u s e e f f e c t ( g w p ) ，a c i d i f i c a t i o no ft h ee n v i r o n m e n t ( a p ) ，d a m a g et oh u m a nh e a l t h ( h t ) a n dp h o t o c h e m i c a ls m o g ( p o c p ) s u b s e q u e n t l y , t h ep a p e rc a r r i e do ne n v i r o n m e n t a li m p a c ta s s e s s m e n to n t oh o l l o w b r i c ks i n t e r e d ，w h i c hi sa n o t h e ri m p o r t a n tp r o d u c to fs i n t e r e db r i c ki n d u s t r y a n do n t h eb a s i so fw h i c h ，c o m p a r i s o no fp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t a lb u r d e nw a sm a d e b e t w e e nc o m m o ns i n t e r e db r i c ka n dh o l l o wb r i c k b yt h er e s u l t s ，s a m ea sc o m m o n s i n t e r e db r i c kp r o d u c t i o n ，i nt h ef i v ee n v i r o n m e n tb u r d e n so fh o l l o wb r i c kp r o d u c t i o n ， a d pi st h em o s ti m p o r t a n tc a t e g o r y , f o l l o w e db yg 孵a p , h ta n dp o c et h r o u g h a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n ，t h ee n v i r o n m e n t a li m p a c to fh o l l o wb r i c kp r o d u c t i o ni sl e s s t h a nc o m m o ns i n t e r e db r i c k b e c a u s eo ft h ee x i s t e n c eo fe m p t yr a t e si nh o l l o wb r i c k ， i t sp r o d u c t i o nc o u l ds a v eal o to ft h en a t u r a lc l a yr e s o u r c e sa n df o s s i lf u e l sa n dr e d u c e c 0 2 ，s 0 2a n do t h e rh a r m f u lg a s e s i nt h et h e s e s ，e n v i r o n m e n t a ll o a do ns i n t e r i n gp r o c e s so fb r i c kp r o d u c t i o nw a s c a l c u l a t e da m o n gd i f f e r e n tp r o d u c t i o nt e c h n o l o g ya n dv a r i o u sp r o d u c t i o ns c a l e s ，t h e r e s u l t sw e r et h e na n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ，f o rd i f f e r e n tt e c h n o l o g y ( k i l nt y p e ) o fs i n t e r e db r i c kp r o d u c t i o n ，t h er e s u l t sw e r eb a s i c a l l yt h es a m ea sl o n ga st h e yu s e d s i m i l a rr a wm a t e r i a l sa n df u e lc o n s u m p t i o n b u tf o rt h ed i f f e r e n tp r o d u c t i o n c o m p a n i e si nt e r m so fs c a l e ，e n v i r o n m e n t a ll o a do fl a r g es c a l ep r o d u c t i o nl i n ew a s s i g n i f i c a n t l yl e s st h a nt h ep r o d u c t i o nl i n eo fs m a l ls c a l e f i n a l l y , r e s e a r c ho nn o n r e n e w a b l er e s o u r c e sd e p l e t i o nw a sc a r r i e do u t d u r i n g i i i t h el c ap r o c e s s ，t h e u s eo ft r a d i t i o n a le q u i v a l e n t o fa n t i m o n yo r1 1 0 no f n o n r e n e w a ：b l er e s o u r c e sw i l l a f f e c tt h er e s u l to fd e p l e t i o no ft h ea c c u r a c ya n d o b j e c t i v i 饥t h e r e f o r e ，w i t hc o m m o nb u i l d i n gm a t e r i a l s a sap l a t f o r m ，u s i n gc m l m e t h o d 州c l et o o ks t u d yo ns i l i c o ne q u i v a l e n t t h er e s u l t sw e r ec o m p a r e d b e 似e e n d i 彘r e n te q u i v a l e n t so fs ie q u i v a l e n ta n d f ee q u i v a l e n ta n ds h o w e dt h a t ：w h e ns i l i c o n e a u i v a l e mw a so nt h ea p p l i c a t i o nf o ra d p a s s e s s m e n t k e y w o r d s ：s i n t e r e db r i c kp r o d u c t i o n ；l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ；p r o d u c t i 。nt e c h n 。1 。g y a n ds c a l e ；s ie q u i v a l e n t ； i v 独创性声明 本人声明所呈交论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特另, j m 以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签字盟日期4 监 及关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 躲孥璋 导师签名： 日期：塑拿：厶：兰 第1 章绪论 _t!t 第1 章绪论 1 1 烧结砖发展概述 烧结砖是传统的主要建筑材料之一，在我国烧制和使用已有两千多年的历 史，它起于战国，经历了秦汉、隋唐、明清三个重要发展时期【l 】。烧结粘土砖是 各种建筑材料中最多的也是最有使用价值的建筑材料之一。砖结构提供了适宜居 住的住宅，其舒适性能是其他建筑材料所不具备的。“秦砖汉瓦”既古老又陌生， 它构造了中华民族建筑宝库中传奇的东方文化，是民族史上不可多得的艺术珍 品，也曾是华夏子孙赖以向世界表明的光辉和骄傲。以烧结粘土砖作为墙体材料 由于其原料易得、资源丰富、制造容易、成本低廉、砌筑灵活等优点，故历经两 千多年的漫长岁月而不衰。 烧结墙体材料主要包括烧结普通砖、多孔砖、空心砖和烧结空心砌块等几种。 由于普通砖工艺简单，容易生产和使用习惯影响，使其至今仍在烧结墙体材料中 占很大比重。 我国是粘土砖生产大国，1 9 5 2 年全国生产各种粘土砖只有1 4 9 亿块，1 9 7 8 年烧结砖产量达到1 1 0 0 亿块，其中烧结空心制品产量达到4 7 4 亿块。2 0 0 4 年烧 结砖产量达到了8 0 0 0 亿块以上，其中烧结粘土实心砖4 8 0 0 亿块，烧结空心制 品猛增到1 6 0 0 亿块，烧结制品为6 4 0 0 亿块，占墙材总量的8 0 左右【2 j 。2 0 0 6 年我国墙体材料年产总量是1 0 0 0 0 亿多块( 折标砖) ，其中烧结墙体材料占8 0 。 2 0 0 7 年我国墙体材料的年产量约8 0 0 0 亿块，其中粘土实心砖4 6 0 0 亿块，烧结 空心制品增加到1 8 0 0 亿块。烧结墙体材料历年产量、增长率见图1 1 、图1 2 所 示。 烧结墙体材料的窑型主要有隧道窑、轮窑，其中轮窑是我国砖瓦生产的主要 窑型，土砖窑产量仍占总产量1 0 左右，比较先进的是隧道窑，隧道窑生产砖 的产量大约占总产量1 0 左右。“十五”期间，我国砖瓦产品结构调整步伐加快， 企业组织结构有所变化。我国有近l o 万个砖瓦企业，其中年产5 0 0 0 万块以上标 准砖占1 5 ，年产3 0 0 0 5 0 0 0 万块标准砖占2 0 3 0 ，年产1 0 0 0 万块以下标 准砖占6 0 7 0 。新建烧结利废产品生产线规模一般在年产3 0 0 0 万块以上，最 大单线规模达到了年产1 2 0 0 0 万块，多为采用掺废渣生产利废烧结制品。浙江已 建成首条年产1 6 0 0 0 亿块( 折标砖) 的页岩烧结砌块生产线，是当今世界最大的 烧结空心砌块生产线。 北京工业大学工学硕十学位论文 图1 1 近1 0 年来我国烧结墙体材料的产量变化 f i g 1 - 1t h es i n t e r e db r i c ky i e l do fc h i n ai nr e c e n tt e ny e a r s 图1 2 近1 0 年来我国烧结墙体材料增长率 f i g 1 2t h ei n c r e a s i n gr a t eo fs i n t e r e db r i c ky i e l do fc h i n ai nr e c e n tt e ny e a r s 随着人口的增加和经济的发展，我国资源相对不足的矛盾日益突出。我国是 一个农业大国，耕地在经济社会中一直占有举足轻重的地位。由于近年来实一t l , 粘 土砖的产量基本维持在5 0 0 0 亿块左右，生产如此多的粘土砖，每年用土量约l o 亿m 3 。如果按采土深度1 m 计算的话，需耗用土地1 0 1 0 m 2 。这说明我国毁坏农 田，破坏土地己经到了相当严重的程度。自2 0 0 3 年起，国内1 7 0 个大中城市结 束上千年生产实心粘土砖用于住宅建设的历史1 4j 。2 0 0 5 年国家发展改革委员、国 土资源部、建设部、农业部又联合公布了第二批2 5 6 个城市在2 0 0 8 年底前禁止 使用实心粘土砖的城市名单掺j ，进一步限制烧结实心砖的生产，使得近年来的烧 结砖产量增长率明显低于以前水平。 1 2 我国烧结砖生产工艺简介 烧结砖的生产过程包括采掘、运输、制各、成型、干燥和焙烧等一系列操作 过程。就制备工艺而言，有千法制备和湿法制各之分。通常以制各物料的含水率 为分界线。物料含水率在1 2 ( 干基) 以下时，称为干制备；大于这一值时，称 为湿法制各。就成型工艺而言，有塑性成型和半干压成型之分。就干燥工艺而言， 按干燥方式可分为自然干燥和人工干燥；按干燥时间长短可分为慢速干燥和快速 干燥；按干燥介质的操作时间制度可分为节律干燥和连续干燥。就焙烧工艺而言， 也可以按燃料来源、操作方式、焙烧气氛等分为多种不同工艺。 根据行业现状，我国烧结砖企业使用的工艺大体可分为a 、b 、c3 种，三 种工艺类型所占的比例见图i - 3 ，企业不同生产规模结构比重见圈1 - 4 ，产品品 种结构见图l 一5 。 a 原料一租碎_ 筛分一细碎一陈化_ 搅拌一真空挤出成型一人工干燥一隧道窑烧成 b 原料一破碎一搅拌_ 真空挤出成型_ 人工或自然干燥一轮窑烧成 c 原料- 破碎_ 搅拌一非真空或低真空挤出成型_ 自然干燥_ + 轮窑或简易轮窑烧成 。鍪 图1 - 3 企业不同工艺型式结构比重 f 培1 4 t h e p r o p o r t i o n o f d i f f e r e t l t p r o c , e $ s e s o f v i a t e r p r i s e s 喃啊 ”。， _ ，弋、 图1 4 企业不同生产规模结构比重 f i g1 4 t h ep r o p o r t i o no f d i f f e r e n t p r o d u c t i o ns c a l e 口；孔砖、空 口堍镕普通砖 图1 - 5 产品结构比重 f i 9 1 5p r o p o r t i o no f t h e p r o d u c t $ i i - 1 1 c t l i f e 烧结砖所用的原料有许多种，过去主要是粘土、页岩，现在有煤矸石、粉煤 灰和各种废渣。但其矿物成分的主体仍然是石英、长石、粘土矿物r 高岭石、伊 利石、蒙脱石等) 、含铁矿物、碳酸盐矿物和有机质等，其主要化学成分仍然是 s i 0 2 、f e 2 0 3 、c a o 、m g o 、k 2 0 、n a 2 0 菩。 粘土岩是一种含有大量粘土矿物的沉积岩。疏松未固结者称为粘土，固结成 岩者称为泥岩和页岩。粘土矿种类齐全，分布面广，按性质和用途可分为陶瓷粘 土、耐火粘土、砖瓦粘土和水泥粘土。各地砖瓦粘土资源分布不均，西部地区粘 土资源丰富、东部地区则较少。特别是，几万年以来形成的世界上最大的黄土高 原，其含有丰富的砖瓦粘土矿资源。由于丰富的粘土资源几千年以来对传统砖 瓦的观念与情感，目前粘土仍是我国生产烧结砖的主要原料。 高岭土分布广泛，遍布全国六大区2 1 个省、市、区，但又相对集中，广东 省是探明高岭土储量最多的省，占全国总量3 09 。其次为陕西、福建、江西、 广西和湖南等省。大部分低品位的高岭土是生产烧结墙体材料的主要原料。 烧结砖的生产能耗主要是电耗和燃料消耗。由于各企业间原料、工艺、装备 条件，窑型、窑炉工作状态、操作技术和管理水平以及产品品种不同，其电耗、 燃料消耗也有所差别。 从目前行业的能源消耗现状看，烧结墙材企业大致可分为三类情况：一类是 以页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料，以多孔砖、空心砖或空心砌块为主要产品， 真空挤出成型，人工干燥、隧道窑烧成的企业，这些企业一般生产规模在3 0 0 0 万块年以上，工艺技术装备较为先进，由于烧砖主要依靠工业废渣中的残余热 量，一般燃料煤消耗不超过2 0 0 k g c e 万块，这类企业估计在行业约占至2 一3 ； 另一类是以页岩或粘土为主要原料，掺入劣质煤或炉渣、煤矸石、粉煤灰作内燃 料，使用真空或非真空挤出成型、人工干燥或自然干燥，轮窑烧成，主要生产烧 结多孔砖和普通砖一般煤耗在05 加7 t c e 万块，这类企业约占到1 5 - 2 0 ； 第1 章绪论 曼曼苎寰苎皇曼曼曼曼曼! 曼! 曼曼! ! ! ! ! 曼! ! 曼曼! ! ! 皂曼- - zc - - 鼍曼! 曼! 曼曼 再一类企业主要生产普通粘土砖或页岩砖，用煤、炉渣作内燃料或使用外燃烧砖， 使用自然干燥、非真空挤出成型和轮窑或简易轮窑烧成。这类企业般规模较小， 年产量在6 0 0 1 5 0 0 万块，主要分布在我国农村广大地区，一般煤耗在0 8 1 2 t c e 万块。在行业约占7 0 左右。 1 3 我国烧结砖环境负荷概况 材料自古是国民经济和社会发展的基础和先导，材料的制造和使用，是评价 一定阶段的社会生产力的标志。随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，人 们对材料及其产品的需求也日益增长。而人类的材料生产和使用过程，首先是从 自然资源中获得物质资源，然后又将使用过的材料及废弃物质返还自然环境，这 个过程参与了自然界的物质循环和能量循环，时刻影响着自然环境、对环境造成 负荷。 材料的制造和使用过程，包括材料的采矿、提取、制备、生产加工、运输、 使用和废弃等一系列工序，并排放出大量的废气、废水、废渣，污染着人类生存 的环境。因此可以说，材料既是社会生产力发展的推动者，也是环境负荷问题的 主要承担者。 1 3 1 烧结砖的资源消耗现状 烧结墙材生产使用的原料主要有粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰等，它是行业 最主要的资源性消耗材料。按每万块标砖消耗2 2 m 3 测算，其资源性消耗材料每 年约达1 4 - - 1 5 亿m 3 ，即约1 6 8 1 8 亿吨。由于国家“限实”政策的落实和全国近 上万家小规模企业的强行关闭，如西安市已关闭约2 0 0 家企业，且政府已布点保 留企业向塬区转移，全国多数省会城市也已开始逐步淘汰落后产能，因此，平地 取土资源性消耗已形成逐步下降的趋势。 利废是墙体材料的一个显著特点，更是烧结砖行业的一大优势，特别是一些 含热值的工业废渣的利用，是其他行业或产品所不能及的。这是因为一些含热值 的工业废渣如煤矸石、粉煤灰、炉渣等用于制砖，其本身含有的热值不仅可被全 部利用，减少甚至可完全替代其它燃料【6 ，7 j ，而且这些废渣甚至全部取代了制砖 原料，从而节约大量的粘土或其他矿物资源，可谓有百利无一害。 利废早在上世纪6 0 - - 7 0 年代在烧结砖行业就开始了，到目前为止，可以说 已覆盖到全行业的许多企业，成为行业节能、节材的一个主要亮点。 根据废渣存量、品质、内含热值大小以及制砖原料性能和热耗要求，掺用量 可达2 0 - 9 0 ，大多数企业掺量在1 5 一- - 3 5 之间，少数企业煤矸石、粉煤灰 的掺量达7 0 9 0 ，基本上不再使用原料土和其它燃料1 8 】。 据测算，烧结墙材行业由于使用各种工业废渣，每年可节约粘土、页岩等原 料约3 5 亿吨。当然，烧结墙材企业由于厂区建设也占用大量土地，特别是多数 北京工业大学工学硕士学位论文 企业自然干燥的坯场用地，但这只是临时性占用，预计随着落后企业的淘汰，企 业生产规模日益集中和生产工艺装备机械化程度的提高，烧结墙材企业的建设用 地也随之将大幅度减少。 1 3 2 能源消耗现状 烧结墙材企业的生产能耗主要是燃料消耗和电耗，由于各企业间原料、工艺、 装备条件，窑型、窑炉工作状态、操作技术和管理水平以及产品品种不同，其燃 料消耗和电耗的差别很大。如以粘土为原料，采用自然干燥和轮窑烧成，粘土处 理使用的设备较少，电耗相对较低；自然干燥和轮窑烧成作业方式原始，劳动强 度大，操作环境差且占用大量土地，但坯体干燥为自然晾晒，粘土的烧成温度也 较低，一般烧成温度在9 5 0 左右，燃料消耗也较少。如以页岩、煤矸石或粉煤 灰作主要原料，原料的破碎、混合等处理设备需用较多，动力增大，如果再配以 人工干燥和隧道窑烧成，除原料本身烧成温度较高( 1 0 0 0 以上) 热耗较高外， 还须增加大量的机械设备，因此，能源的消耗也相对增加。鉴于制砖业企业间原 料、产品和工艺装备的不同条件，我国在上世纪9 0 年代颁布实施了行业能耗定 额等级标准，2 0 0 8 年该标准重新修订实施，为企业控制能耗，实施节能改造提 出了依据。烧结墙材产品的单位能耗见表1 1 【9 j 。 表1 1 烧结墙材产品单位能源消耗 t a b l e1 - 1u n i te n e r g yc o n s u m p t i o no fs i n t e r e dw a l lp r o d u c t s 注：电耗逐年有所增加是由于企业改产空心砖和机械化程度提高、配套动力增加所致。 根据典型调查和综合测算，2 0 0 7 年烧结墙材行业总煤耗约7 2 0 0 万吨标煤， 综合能耗约7 9 0 0 万吨标煤。 1 3 3 其他辅材消耗 墙体材料企业在生产过程中，除使用煤、电等能源外，一般不消耗煤气、天 燃气和重油等燃料，但厂区内运送坯体、切坯等工艺过程须使用少量柴油，砖机 减速机、真空泵工作或保养也需消耗少量机油，但均属于正常消耗，且消耗量很 小。此外，坯体在成型时，一般还需加入5 1 0 的水份，据此测算，行业每 年耗水量约1 4 亿吨。 1 3 4 环境污染现状 烧结墙材企业生产过程中产生的排放物主要有粉尘、烟尘和烟气中含有的 s 0 2 、h f 、n o x 、c 0 2 等，由于各企业使用的原料、燃料煤煤质、装备水平不一， 第1 章绪论 排放量各异，对环境产生的污染程度不尽相同。 根据企业产品生产工艺流程，在物料破碎输送、坯体人工干燥和烧成工段产 生的排放物都会对环境产生一定污染。 1 3 4 1 原料破碎输送阶段这一工段多为粉尘排放，主要在使用页岩、煤矸石 和粉煤灰为原料的企业。由于原料在进入此工艺段时，一般自然含水率较低，加 之一些企业破碎设备陈旧，工房密闭性差( 有的为工棚) ，工作时作业段周围均 有程度不同的粉尘排放，但由于坯体成型前泥料要有足够的成型水份( 1 6 - - - 2 2 ) ，因此，只要采取相应的补救措施，一般不会对环境造成明显污染。特别 是大多数企业使用原料的自然含水率较高，在这一工段几乎无粉尘排放，更不会 对环境造成污染。 1 3 4 2 坯体干燥阶段这一工段主要是烟气排放，因而只有坯体使用人工干燥工 艺的企业才有可能，而绝大多数企业至今坯体仍使用自然晾晒，不存在烟气排放 问题。 所谓人工干燥工艺即通过风机抽取窑炉余热和烟热送至干燥室干燥坯体的 工艺过程。它是利用窑炉余热和烟热中的热量将坯体脱水烘干，随后将湿烟气排 出。这种湿烟气含有s 0 2 等有害气体，除对干燥设备产生腐蚀以外，还会对环境 造成一定污染，但其危害的程度取决于窑炉余热和烟气的质量且使用这一干燥工 艺的企业估计不会超过3 ，因此，总体对环境造成的危害性不大。 1 3 4 3 坯体烧成阶段焙烧是坯体由半成品转化为成品的最终实现过程，因此， 窑炉是烧结墙材企业不得缺少的一种热工装备，但它同时又是企业排放物最为集 中、对环境影响最为主要的一种污染源。 ， 在烧结墙材企业，将自然或人工干燥的坯体码入窑内( 轮窑) 或码至窑车上 送入窑内( 隧道窑) 焙烧，坯体使用外燃煤( 外投) 和内燃料( 泥料中加入) 燃烧产 生的热能加热，经预热、升温、保温和冷却几个阶段，在约9 5 0 1 0 5 0 高温 下烧成，并同时排出烟气。 根据行业实际状况，一般企业使用的原料和燃料中均会有硫等有害成分，且 大多数企业窑上未采取相应的消烟措施，因而窑炉排放的烟气对环境会造成程度 不同的污染危害。 1 4 环境负荷评价方法_ l c a 的研究及应用 近几年国内外已经开展了一些关于墙体材料生命周期或环境负荷评价的研 究。重庆大学材料科学与工程学院和长江大学城市建设学院的龚平和彭家惠提出 了具体的墙体材料绿色度评价模型，用量化的数值来表达墙体材料的绿色程度 i 】0 l 。不仅考虑了墙体材料在生命周期各阶段对环境的负面影响，也考虑到了墙 体材料在利废方面的积极作用，从而为墙材的绿色设计提供依据。 北京t 业大学工学硕士学位论文 建筑材料工业技术情报研究的徐洛屹以我国墙体材料为研究对象，将其划分 为内墙体系和外墙体系，结合综合评价原理从墙体材料产品的整个生命周期进行 质量评价和环境评价，确定了我国墙体材料的综合评价体系和评价指标【】。应用 专家法( 德尔菲法) 得出了墙体材料综合评价体系各层次评价指标的权重。选择了 1 5 种内墙产品、1 1 种外墙产品，通过专家调查打分法进行定性和定量分析。 但是，国内关于墙体材料环境负荷计算分析的研究还主要集中在评价体系构 建和国家、区域层次环境负荷评价咨询方面，利用具体评价方法指导和改进墙体 材料产品的设计和生产过程环境负荷的工作还处于空白阶段，未深入到利用环境 负荷评价方法指导产品设计和生产过程环境负荷改进的阶段。一方面是由于国内 关于材料生命周期评价的研究刚刚起步，还停留在基础性的研究水平；另一方面 是企业对环境负荷评价的思想和方法了解不够，影响了它在环境负荷分析和改善 中的应用。 基于上述现状和原因，本文引入目前在国际上应用广泛的、用于评价产品或 系统环境影响的方法一生命周期方法( l c a ) ，对我国烧结墙体砖的生产过程 进行环境负荷评价与分析。 l c a ( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ) 即生命周期评价【l2 1 ，又称为环境协调性评价 ( 以环境负荷大小来表征) ，是一种对产品、生产工艺从原材料的采集到产品生 产、使用直至废弃回收整个生命周期过程中能量消耗、物质消耗、环境损害等综 合环境负荷进行定量化评价的方法。通过定量评价产品生命周期中物质消耗、能 源消耗、废弃物排放所造成的环境影响，辨别和评估改善环境的机会。 环境协调性评价作为一种重要的环境管理工具，不仅能对产品全生命周期所 涉及的环境问题进行评价，更重要的价值在于运用生命周期思想为可持续发展决 策提供依据，具体体现为在制定政策、规划、计划和项目时，考虑产品、行业甚 至产业链的整个生命周期，对产业内部决策过程中的环境因素做出评价，这种评 价可以是战略性的，也可以是具体运营和细节操作方面的，从而促使产业内部行 为更符合可持续发展的原则。运用材料的环境协调性评价技术对材料的生产、制 造等工艺过程进行优化选择与设计，不仅是环境材料研究的核心内容之一，而且 能够为材料产业实现清洁生产、开展节能减排工作提供科学决策参考和技术咨 询。 1 4 1 生命周期评价的起源和发展 l c a 己有三十多年的研究发展历史，最早可追溯至二十世纪六十年代时“燃 料循环”之类的研究。将l c a 思想首先用于资源、能源和环境影响综合评价的是 美国可口可乐公司川。1 9 6 9 年该公司开展了一项对饮料包装进行从原材料开采 到产品最终废弃的全过程分析研究，将所有的原材料消耗、能源消耗和污染物排 第1 章绪论 放情况都进行量化。其目的在于了解各种材料使用中能耗之间的内在联系以及不 同包装材料的使用所带来的总体环境影响。 随着环境问题渗透到国际政治、经济、贸易和文化各个领域，l c a 得到了 显著发展，其中国际环境毒理与化学学会( s e t a c ) 和国际标准化组织i s o 起 着举足轻重的作用。s e t a c 是第一个认识到l c a 潜在价值的国际组织。在二十 世纪九十年代早期，s e t a c 就成立了一个l c a 顾问组，专门负责l c a 方法论 和应用方面的工作。1 9 9 0 年8 月在美国佛蒙特( v e r m o n t ) 召开的s e t a c 研讨 会中，与会者就l c a 的概念和理论框架取得了广泛的一致，并确定使用l i f e c y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) 这个术语，从而统一了国际上的l c a 研究。1 9 9 3 年 s e t a c 出版l c a 指南：实践准则( g u i d e l i n e sf o rl i f e - - c y c l ea s s e s s m e n t ： a “c o d eo f p r a c t i c e ”) ，取得了i s o 和欧洲标准化委员会( c e n ) 的认可。i s o 于 1 9 9 3 年6 月正式成立了“环境管理标准技术委员会”，即t c 。2 0 7 ，负责环境管理 工具及体系的国际标准化工作，其中s c 5 分委员会专门负责l c a 标准的制定。 t c 2 0 7 在i s 0 1 4 0 0 0 系列标准中为l c a 预留了1 0 个标准号，包括i s 0 1 4 0 4 0 ( 原 则和框架) 、i s 0 1 4 0 4 1 ( 编目分析分析) 、i s 0 1 4 0 4 2 ( 影响分析) 、i s 0 1 4 0 4 3 ( 结 果解析) 和i s 0 1 4 0 4 8 ( l c a 评价指标格式) 等，成为i s 0 1 4 0 0 0 系列标准中产 品评价标准的核心和确定环境标志与产品环境标准的基础。1 9 9 6 年，国际上正 式出版了有关l c a 评价的专业期刊“t h ei n t e r n a t i o n a lj o u m a lo fl i f ec y c l e a s s e s s m e n t ”，表明l c a 研究在国际上已占有很重要的位置【l4 l 。 工业技术的发展，使得环境以不同的方式转化，这种方式改变了工业行为所 产生的环境影响属性与内涵。资源枯竭，大气、水和土地的污染，就是环境问题 的明鉴。而这些问题日益增加，与这些行为有关联的问题或许不会在现场有一个 直接效果，某些现象已是全球性的问题，随着环境在时间和空间上的累积日益增 多其效果变得更为明显，例如温室气体的排放可能发生于某地，但温室效应却是 全球性的。 在过去的2 5 年间，环境的议题已引起公众社会和法学界的更大关注，人们 更加意识到产品的生产、使用和处理过程中对自然资源和环境质量的影响。越来 越多的企业也将目光从关注污染物的治理转向污染的防治，这种转移包括产品的 “绿色设计”和采用更多的环境友好材料取代原有的材料和传统的制作工艺。通过 这些努力，期望于相关企业能够戏剧性地削减污染程度，这种在产品使用和废弃 过程的环境影响过去通常不包括在环境预防程序中。 产业界认识到它们所生产的产品对环境的影响并不起止于产品的制作过程， 产品对环境的影响在全球范围内起始于设计阶段，终止于产品使用寿命完结的最 终废弃。产品最初设计阶段的考虑就已经影响着全程寿命的环境影响，并不仅仅 关注于产品制作阶段的环境影响问题，还要十分重视产品是如何影响环境以及产 北京工业大学t 学硕士学位论文 品的可再生回收能力。 生命周期分析的概念可以认为是一个产品或工艺的生命阶段的输入( 能源、 材料等) 和输出( 能源、废弃物、产品等) 的评价。这个周期开始于产品和工艺 的概念阶段( 设计) ，终止于产品的回收废弃过程，也称作为“从摇篮到坟墓”的 分析过程。 生命周期分析起源于“净能源分析”研究报告，公开发表于7 0 年代【l p l 7 j ，开 始它只考虑了产品或工艺的生命周期能源消耗，后来的研究包括了废弃物和排放 1 8 2 2 】，但这两者均没有超越于材料和能源的使用。最原始的分析案例是1 9 6 3 年 由h a r o l ds m i t h 在世界能源会议上提出的一个项目【2 3 | 。在他的报告中计算了化 学中间产品和最终产品的能耗累积量，后者产品的研究模型在“t h el i m i tt o g r o w t h ”( m e a d o w se ta 1 19 7 2 ) 幂 1 “ab l u e p r i n tf o rs u r v i v a l ”( c l u bo fr o m e ) q b 引用， 这些研究讨论了对有限的原材料和能源的需求情况。1 9 6 9 年，c o c a c o l a 公司 作了一个研究调查报告，形成了目前生命周期分析方法的基础。在7 0 年代初期， 美国和英国其他一些公司也完成了类似的分析，对所使用的原料和产品的环境排 放在美国最终定义为资源和环境概况分析( r e p a ) 。在8 0 年代，固体废弃物变 成一个世界范围内的课题时，生命周期分析作为分析环境问题的一种工具再一次 呈现出其生命力。 由h a r o l ds m i t h 在世界能源会议上提出的一个项引2 钔。在他的报告中计算 了化学中间产品和最终产品的能耗累积量，后者产品的研究模型在“t h el i m i tt o g r o w t h ( m e a d o w se ta 1 19 7 2 ) 矛d “ab l u e p r i n tf o rs u r v i v a l ”( c l u bo fr o m e ) q b 引用， 这些研究讨论了对有限的原材料和能源的需求情况。1 9 6 9 年，c o c a - c o l a 公司 作了一个研究调查报告，形成了目前生命周期分析方法的基础。在7 0 年代初期， 美国和英国其他一些公司也完成了类似的分析，对所使用的原料和产品的环境排 放在美国最终定义为资源和环境概况分析( i 也p a ) 。在8 0 年代，固体废弃物变 成一个世界范围内的课题时，生命周期分析作为分析环境问题的一种工具再一次 呈现出其生命力。 在石油危机时期，关于能源利用的生命周期评价方法，因该方法计算了减少 车体重量而产生的节能效果，而得到重视。这种方法充分考虑了从原材料的提取 到使用阶段的能量消耗情况，定量化累计计算了所使用的总, 月a 匕t 量消耗。通过计算， 详细地讨论了减少车体重量的有效途径。 在9 0 年代初期，“e c o b a l a n c e ”词开始广泛使用1 2 纠，不仅仅是关于能源问题， 而且对包括以环境行为为主题的评价也开始进行1 26 i 。在其他环境课题中，废气 排放问题，如c 0 2 、n o x 、c o 、h c 和s o x 以及固体废弃物总量，作为车辆使 用阶段的典型例子也被包括在研究范围内。从那时起，环境保护内容己在全世界 范围内为政治家广为讨论【2 7 j ，这是促进更科学的全程寿命评价方法发展的最强 第1 罩绪论 1iiii i 一l li l l i n - - 一。i l m i 曼i 曼! 曼曼曼 有力的动力。结果，自1 9 9 5 年以来，汽车工业部门和一些研究院所都报道了很 多实例研究结果【2 8 2 9 。 进入9 0 年代后，由于环境问题在国际政治、经济、贸易中的地位更加突出， 环境毒理学和化学学会( s e t a c ) 启动了对l c a 定义和通用方法的研究。此后 不久，国际标准化组织( i s o ) 相继讨论了l c a 的原则和框架，开展了与s e t a c 类似的工作，制订生命周期评价的规范化问题，尽管s e t a c 和i s o 各自独立 研究，但它们仅仅在细节上有所差别。国际标准化组织于9 4 年9 月和9 5 年2 月分别制订了“生命周期评价的一般原则和实践”、“环境管理生命周期评价 原则与方案”po ，3 1 】，将i s 0 1 4 0 4 0 标准中的l c a 原则和框架送交各国征求意 见，生命周期评价最终将成为各国普遍接受的原则。 在日本，l c a 研究与西方国家略有区别：大多数研究关注的是能源和c 0 2 排放评价，而西方国家大多数为生命周期编目分析( l c i ) ，很少进行生命周期 影响评价( l c i a ) 。其次，日本非常关注评价数据的质量和结果的有效性。这时 期，l c i 可靠的数据是能源和c 0 2 的数据，它对l c i a 的实用性是非常重要的。 如果数据质量差，而得到的l c i a 结果也就不可靠。因此，日本通产省于1 9 9 8 年4 月决定启动l c i 数据库的国家项目。 在提倡清洁生产和绿色产品的建议下，为了减轻环境的负担，a c k c h o i t 3 2 认为根据l c a