電解鋁工業設備運行因素綜合生命周期評估

郭建紅

（中國鋁業股份有限公司連城分公司，甘肅 蘭州 730000）

在傳統電解鋁工業中，一直伴隨著高能耗和高污染的問題。為解決電解鋁工業中的污染物問題，應該通過系統化、科學化的方法來對電解鋁工業設備進行綜合研究，找到關鍵問題，解決或降低環境污染的主要癥結。而生命周期評價（LCA）是一種可以對整個設備運行因素進行綜合評價的方法在環境保護、產品設計、設備運維及整個產業鏈都發揮著重要作用。因此，電解鋁工業設備運行因素綜合生命周期評估法對電解鋁工業意義重大。

1 電解鋁設備運行生命周期評估模型的建立

電解鋁工業中，設備運行的生命周期評價過程主要包括系統邊界的設定、生命周期清單構建和評價方法的確定等三個過程。

（1）生命周期評價的系統邊界。在電解鋁設備運行因素綜合生命周期評價過程中，系統邊界主要指電解鋁設備生產整個過程包含的所有單元[1]。所以本文中的生命周期評價的系統邊界主要包括鋁原材料生產、設備生產與運輸、電解法制鋁生產過程、設備運維損耗以及設備污染物排放及廢棄物處理。通過采集近年來相關研究的數據，我們可以確定更為詳細的系統邊界[2]。

（2）生命周期評價的清單構建。在對電解鋁工業設備的生命周期評價過程中，生命周期清單可以實現對系統邊界中的大量數據的輸入和輸出進行量化和匯總，因此，生命周期評價的清單構建至關重要。我們通過研究近年來的研究和企業實際生產設備數據，構建了細致的電解鋁工業設備運行因素綜合生命周期的生命周期清單[3]。結合實際電解鋁工業設備的更新換代和結構改革，我們對采集的數據進行歸納分析，并采用泰勒系列展開式對所有數據進行評價，將不符合生命周期評價的因素去除，確保所有數據的準確性以降低評價方法的誤差。本文采集的生命周期評價清單如表1所示。

表1 電解鋁工業設備運行生命周期清單

（3）生命周期評價的評價方法。評價方法是判斷生命周期評價模型是否準確的最重要過程，也是評價結果的主要影響因素。本文選擇的電解鋁工業設備生命周期評價方法為RECIPE方法。RECIPE通過選取生命周期清單中近年來的大量數據進行分析，通過與標準化數據進行對比，篩選出最為關鍵的影響因素，并把這些因素對模擬結果的影響量化，量化后的影響因素可以直接進行數值上的對比分析。

為了保證本文建立的生命周期評價的準確性，我們還進行了敏感性分析測試。通過對系統邊界和生命周期評價清單一個參數的改變得到的結果與為改變參數時的結果的比較，觀察參數變動對評價結果的影響程度，從而篩選出主要的影響因素，為解決電解鋁設備中的問題提供針對方案。

2 電解鋁設備運行生命周期評價實例研究

為了評估電解鋁工業設備運行因素對實際生產生活情況的影響，我們對中國鋁業連城分公司的電解鋁工廠進行實例分析，進行系統的生命周期評價。

2.1 實例分析的數據采集

對甘肅地區的電解鋁工廠的電解設備進行統計，主要的數據來自于相關文獻和企業統計數據。根據中國鋁業集團相關報表獲取的電解鋁生產設備運行的消耗和折損數據。

查閱資料后發現，蘭州市電解鋁行業全省占比較大，年產量達到90億噸，電解鋁設備接近2000臺，電解鋁排放污水達300噸。

2.2 實例分析的評價過程

為了對電解鋁工業設備運行因素進行綜合的生命周期評價，我們對蘭州市電解鋁工業設備進行完整的生命周期評價。首先我們根據蘭州市電解鋁企業的案例，篩選出電解鋁工業設備的關鍵影響因子，然后通過本文建立的生命周期評價方法，確定實際評價模型的邊界條件和生命周期清單。最后，將我們收集到的實際統計數據代入生命周期評價中去，對電解鋁設備運行產生的環境影響進行評價。

2.3 實例分析的評價結果

我們通過對生命周期評價模型的計算，得到如表2的實驗數據。

表2 生命周期評價結果

通過對蘭州市電解鋁工業設備的生命周期評價結果可以發現，電解鋁工業的關鍵設備是電解槽和熔煉爐，造成的環境影響也主要與二者的熔煉、冷卻水等相關。通過對采集數據的生命周期評價模擬結果，我們可以發現：電解鋁設備生產1t原材料，對水資源、生態環境和金屬資源耗竭的影響因子分別為27.45kg、37.65kg、9.71kg。將實驗結果與全國層面的實際數據進行對比發現，本文對蘭州市電解鋁工業設備的評價結果符合蘭州本地電解鋁行業設備發展和影響規律，綜合生命周期評價誤差不大，該生命周期評價模型預測結果準確并能夠較好的預測未來一段時間的電解鋁行業設備的趨勢。

3 結語

本文通過生命周期評價模型的建立，對我國電解鋁工業設備運行因素進行了綜合而全面的評價。為了確定該生命周期評價結果的準確性，我們對甘肅的電解鋁工業設備進行了實例量化分析。通過對實際情況的LCA評價，實現了對電解鋁工業設備對環境影響的分析目的。得到的主要結論有。

（1）本文通過邊界條件選擇、生命周期清單建立和評價方法的判定建立的電解鋁工業設備運行因素綜合生命周期評估系統與實際數據相吻合，說明該評價準確性較高。

（2）通過對甘肅地區的電解鋁工業設備進行實際的生命周期評價，再次驗證了本實驗評價模型的準確性。同時從分析結果可知，電解鋁工業設備對礦石資源耗盡、水資源污染有著巨大的影響。因此，在今后的電解鋁工業設備的發展過程中，應該注重電解鋁工業設備的改進創新，更加注重污染物的排放達標和治理，達到可持續、綠色發展的目的。