电解铝工业设备运行因素综合生命周期评估

郭建红

（中国铝业股份有限公司连城分公司，甘肃 兰州 730000）

在传统电解铝工业中，一直伴随着高能耗和高污染的问题。为解决电解铝工业中的污染物问题，应该通过系统化、科学化的方法来对电解铝工业设备进行综合研究，找到关键问题，解决或降低环境污染的主要症结。而生命周期评价（LCA）是一种可以对整个设备运行因素进行综合评价的方法在环境保护、产品设计、设备运维及整个产业链都发挥着重要作用。因此，电解铝工业设备运行因素综合生命周期评估法对电解铝工业意义重大。

1 电解铝设备运行生命周期评估模型的建立

电解铝工业中，设备运行的生命周期评价过程主要包括系统边界的设定、生命周期清单构建和评价方法的确定等三个过程。

（1）生命周期评价的系统边界。在电解铝设备运行因素综合生命周期评价过程中，系统边界主要指电解铝设备生产整个过程包含的所有单元[1]。所以本文中的生命周期评价的系统边界主要包括铝原材料生产、设备生产与运输、电解法制铝生产过程、设备运维损耗以及设备污染物排放及废弃物处理。通过采集近年来相关研究的数据，我们可以确定更为详细的系统边界[2]。

（2）生命周期评价的清单构建。在对电解铝工业设备的生命周期评价过程中，生命周期清单可以实现对系统边界中的大量数据的输入和输出进行量化和汇总，因此，生命周期评价的清单构建至关重要。我们通过研究近年来的研究和企业实际生产设备数据，构建了细致的电解铝工业设备运行因素综合生命周期的生命周期清单[3]。结合实际电解铝工业设备的更新换代和结构改革，我们对采集的数据进行归纳分析，并采用泰勒系列展开式对所有数据进行评价，将不符合生命周期评价的因素去除，确保所有数据的准确性以降低评价方法的误差。本文采集的生命周期评价清单如表1所示。

表1 电解铝工业设备运行生命周期清单

（3）生命周期评价的评价方法。评价方法是判断生命周期评价模型是否准确的最重要过程，也是评价结果的主要影响因素。本文选择的电解铝工业设备生命周期评价方法为RECIPE方法。RECIPE通过选取生命周期清单中近年来的大量数据进行分析，通过与标准化数据进行对比，筛选出最为关键的影响因素，并把这些因素对模拟结果的影响量化，量化后的影响因素可以直接进行数值上的对比分析。

为了保证本文建立的生命周期评价的准确性，我们还进行了敏感性分析测试。通过对系统边界和生命周期评价清单一个参数的改变得到的结果与为改变参数时的结果的比较，观察参数变动对评价结果的影响程度，从而筛选出主要的影响因素，为解决电解铝设备中的问题提供针对方案。

2 电解铝设备运行生命周期评价实例研究

为了评估电解铝工业设备运行因素对实际生产生活情况的影响，我们对中国铝业连城分公司的电解铝工厂进行实例分析，进行系统的生命周期评价。

2.1 实例分析的数据采集

对甘肃地区的电解铝工厂的电解设备进行统计，主要的数据来自于相关文献和企业统计数据。根据中国铝业集团相关报表获取的电解铝生产设备运行的消耗和折损数据。

查阅资料后发现，兰州市电解铝行业全省占比较大，年产量达到90亿吨，电解铝设备接近2000台，电解铝排放污水达300吨。

2.2 实例分析的评价过程

为了对电解铝工业设备运行因素进行综合的生命周期评价，我们对兰州市电解铝工业设备进行完整的生命周期评价。首先我们根据兰州市电解铝企业的案例，筛选出电解铝工业设备的关键影响因子，然后通过本文建立的生命周期评价方法，确定实际评价模型的边界条件和生命周期清单。最后，将我们收集到的实际统计数据代入生命周期评价中去，对电解铝设备运行产生的环境影响进行评价。

2.3 实例分析的评价结果

我们通过对生命周期评价模型的计算，得到如表2的实验数据。

表2 生命周期评价结果

通过对兰州市电解铝工业设备的生命周期评价结果可以发现，电解铝工业的关键设备是电解槽和熔炼炉，造成的环境影响也主要与二者的熔炼、冷却水等相关。通过对采集数据的生命周期评价模拟结果，我们可以发现：电解铝设备生产1t原材料，对水资源、生态环境和金属资源耗竭的影响因子分别为27.45kg、37.65kg、9.71kg。将实验结果与全国层面的实际数据进行对比发现，本文对兰州市电解铝工业设备的评价结果符合兰州本地电解铝行业设备发展和影响规律，综合生命周期评价误差不大，该生命周期评价模型预测结果准确并能够较好的预测未来一段时间的电解铝行业设备的趋势。

3 结语

本文通过生命周期评价模型的建立，对我国电解铝工业设备运行因素进行了综合而全面的评价。为了确定该生命周期评价结果的准确性，我们对甘肃的电解铝工业设备进行了实例量化分析。通过对实际情况的LCA评价，实现了对电解铝工业设备对环境影响的分析目的。得到的主要结论有。

（1）本文通过边界条件选择、生命周期清单建立和评价方法的判定建立的电解铝工业设备运行因素综合生命周期评估系统与实际数据相吻合，说明该评价准确性较高。

（2）通过对甘肃地区的电解铝工业设备进行实际的生命周期评价，再次验证了本实验评价模型的准确性。同时从分析结果可知，电解铝工业设备对矿石资源耗尽、水资源污染有着巨大的影响。因此，在今后的电解铝工业设备的发展过程中，应该注重电解铝工业设备的改进创新，更加注重污染物的排放达标和治理，达到可持续、绿色发展的目的。