“十二五”水泥行业NOX总量减排形势分析及对策探讨

蒋春来 杨金田 金 玲, 钟悦之

（1．环境保护部环境规划院，北京 100012；2．中国环境科学研究院，北京 100012）

2012年8月6日国务院印发了《节能减排“十二五”规划》，对NOX减排的重点领域水泥行业提出了行业总量控制目标，要求到2015年NOX排放总量控制在150 万吨以内，比2010年的170万吨减少12%。水泥行业是NOX排放的第三大源，近年来随着水泥产能的不断扩张及落后产能淘汰工作的推进，新型干法窑的使用比例持续增加，在提高能源使用效率的同时，由于燃烧温度高等原因，NOX排放量显著增加，“十二五”开局之年在全国NOX排放总量上升5.73%的情况下，水泥行业NOX排放总量上升了12%，减排形势十分严峻。因此，结合水泥产业政策和环境管理要求，分析水泥行业“十二五”NOX减排形势、探讨积极应对措施，十分必要。

1 水泥行业NOX排放量增长迅速，减排形势严峻

“十一五”期间，我国水泥工业迅猛发展，水泥产量由“十五”末的10.6 亿吨增长到2010年的18.8 亿吨，至2011年年底全国水泥产量已突破20 亿吨，达到20.6 亿吨，平均年增长率在10%以上，每年新增水泥产量占世界新增产量的80%以上，其中新型干法水泥窑产量占总产量的86.3%，由此导致我国NOX排放量持续迅速增加，2007年—2010年年均增速为9%，2010年排放量达170万吨。

2011年水泥行业NOX排放总量虽纳入国家总量减排体系，但由于降氮脱硝等减排措施没有取得实质进展，水泥行业NOX排放总量已高达190万吨，占全国NOX排放总量的8%，排放主要集中在安徽、山东、四川、河南和河北五个新型干法水泥熟料产能较大的省份（图1），五省排放总量占全国总排放量的30%以上。因此，要完成“十二五”水泥行业削减12%的总体要求，2015年水泥行业NOX排放总量必须在2011年基础上削减20%，减排压力巨大。

图1 2011年全国各省水泥工业NOX排放分布图

2 减排政策措施不断推进，效果还未显现

2.1 排放标准逐步加严

我国水泥工业NOX排放现执行GB4915-2004标准，规定水泥厂NOX排放浓度不超过800mg/Nm3。从全国500多条水泥生产线在线监测数据来看，水泥窑NOX排放浓度分布范围比较广泛，其中80%集中在200~800mg/m3区间（图2），基本能满足我国现有的水泥行业NOX排放标准要求，新型干法窑每吨熟料约产生1.5kg~1.8kgNOX。从国际上来看，世界各国水泥行业排放标准由于地区的不同存在很大差异（表1），由于国际上水泥产量较少，控制标准相对较为宽松，我们国家现行的标准已经与大部分发达国家一致。针对我国水泥行业污染减排的严峻形势，国家正在修订水泥行业NOX排放标准，拟将NOX排放限值由现行的800mg/m3降低到300~400 mg/m3，新标准预计年内发布，污染物排放控制要求将大幅度提高，达到国际先进水平，标准将对削减行业NOX排放、优化产业结构、改善空气质量发挥重要作用。目前我国部分省市也已经率先制定了较为严格的地方限值，如：广东为550mg/m3，北京500mg/m3，福建400mg/m3，杭州最为严格为150mg/m3。

图2 2011年水泥窑NOX排放浓度（mg/Nm3）区间分布

表1 国外水泥窑NOX排放标准（mg/Nm3）

2.2 控制要求不断加大

为减少水泥行业的污染状况，推进NOX总量减排工作，国家不断加大对水泥行业的控制力度，先后出台了多项政策和文件，从行业准入、减排工程、排放总量等方面对水泥行业NOX排放控制做出了规定和要求。一是《水泥行业准入条件》（工原［2010］第127 号）中要求，从2011年1月1日起对水泥行业大气污染物实行总量控制，新建或改扩建水泥（熟料）生产线项目须配置脱除NOX效率不低于60%的烟气脱硝装置；二是2011年底环境保护部与全国31 个省（区、市）签订了《“十二五”主要污染物总量减排目标责任书》，规定了到2015年底全国各省（区、市）必须完成256 条（总规模126.8 万吨熟料/日）、规模在4000 吨熟料/日以上的现役新型干法水泥窑的降氮脱硝工作（图3），NOX去除率不低于30%；三是《“十二五”节能减排综合性工作方案》（国发［2011］26 号）要求新型干法水泥窑实施低氮燃烧技术改造，配套建设脱硝设施；四是《水泥工业“十二五”发展规划》（工信部规［2011］513 号）中明确指出水泥行业“十二五”主要发展目标之一是将行业NOX排放总量在2010年基础上降低10%。五是《节能减排“十二五”规划》（国发［2012］40 号）要求水泥行业2015年NOX在2010年基础上削减12%，控制在150万吨。

图3 《“十二五”主要污染物总量减排目标责任书》中水泥窑NOX治理项目

2.3 控制技术得到初步发展

目前水泥窑NOX减排技术主要包括一次减排技术和二次治理技术。一次减排技术主要包括采用低氮燃烧器、保持全窑系统稳定均衡运行和分解炉阶段燃烧，NOX削减率在5%~20%左右；二次治理技术包括选择性非催化还原技术（SNCR）和选择性催化还原技术（SCR））两种，NOX削减率分别在30%~40%和70%~90%之间。我国《水泥工业污染防治技术政策》（征求意见稿）和《水泥工业污染防治最佳可行技术指南》（征求意见稿）中提出，“水泥窑NOX排放控制应以低氮燃烧技术（低氮燃烧器、分段燃烧等）为基础，近期通过采用选择性非催化还原技术（SNCR）控制NOX排放浓度在500mg/m3以下；远期通过采用选择性催化还原技术（SCR）、SNCR－SCR 复合技术控制NOX排放浓度在200mg/m3以下。在国家控制政策的推动下，目前，我国水泥行业NOX控制技术得到了比较深入和广泛的研究，并且有了大量的工程应用示范，截至到2011年底，我国拥有新型干法水泥生产线1513条，且2011年全国安装建成水泥脱硝设施的生产线为6条，总规模为3.8万吨熟料/日，分布在北京、广东、湖南、四川、陕西、广西，但目前对各条线的投资、运行情况，脱硝效率等尚缺乏有效评估。

3 “十二五”水泥行业NOX减排情景分析

结合水泥行业现有的产业政策和环境管理要求，本文应用情景分析法，在对“十二五”水泥行业NOX新增排放量进行预测的基础上，分析了不同排放控制情景下，NOX可实现的减排目标以及相应的政策选择，为各地环保部门因地制宜地制定“十二五”期间水泥行业NOX减排政策提供参考。

3.1 排放量影响因素分析

2015年水泥行业NOX排放量是一个涉及多种因素的动态系统变量，主要取决于社会经济发展对水泥产品的需求、水泥生产技术结构、NOX减排技术及控制政策等。本研究基于以上因素，以2011年为基准年，参考《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》环发［2011］148 号，对2015年水泥行业NOX排放量进行测算，方法如下：

E2015=E2011+ΔP×ef×10 +（P淘汰×ef×10-E淘汰）-R工程

式 中：E2015、E2011分 别 为2015年 和2011年 我国水泥行业NOX排放量，吨；ΔP为2015年相对于2011年增加的水泥熟料产量，吨；ef为单位水泥熟料NOX排污系数，千克/吨熟料；P淘汰为淘汰的落后水泥产能；E淘汰为淘汰的落后水泥生产设施2011年的NOX排放量；R工程为现役机组实施降氮脱硝治理工程产生的减排量，吨。

式中第二项ΔP×ef×10 表示2015年相对于基准年水泥产量增加所导致的NOX新增排放量，采用排放系数法计算。这部分新增排放量与社会经济发展对水泥产品需求量密切相关；第三项P淘汰×ef×10-E淘汰表示等量替代落后产能新增的NOX排放量，由于新型干法水泥生产设施的NOX排放系数明显高于老旧立窑生产设施，因而增加了这部分NOX排放量，与国家产业结构调整政策，尤其是水泥行业落后产能淘汰力度直接相关，需要注意的是这里的ef为新建水泥生产设施的NOX排污系数；R工程为2011年至2015年期间，现役机组通过采取降氮脱硝治理工程所产生的减排量，采用项目累加法计算。这部分减排量的主要影响因素为政府对水泥行业实施治理工程的控制要求，包括要求的治理规模、减排技术和脱硝效率。

根据上述分析，2015年我国水泥行业NOX排放量的主要影响因素为：水泥产品需求增长状况、落后产能淘汰力度以及治理工程的政策要求，见图4。

图4 2015年水泥行业NOX减排目标实现的影响因素

3.2 排放控制情景设置

本研究在情景设置时，综合考虑了上述影响排放量的主要因素，其中对水泥产量增长状况和淘汰落后产能采用同一情景，而重点针对降氮脱硝治理工程，设置三个不同的控制情景。

3.2.1 “十二五”水泥行业NOX新增排放量预测

（1）水泥产品需求状况

依据《水泥工业“十二五”发展规划》中的预测，随着经济发展方式加快转变，国内市场对水泥总量需求将由高速增长逐步转为平稳增长，增速明显趋缓。预计水泥年均增长3%~4%，2015年国内水泥需求量为22亿吨左右。根据国家水泥产业区域布局，以满足区域市场需求和抑制产能过剩为目标，预测各省（区、市）2015年的水泥产品增量。根据国家对新建水泥窑的管理要求，按照60%的脱硝效率测算水泥行业NOX新增排放量，ef按照0.63千克/吨熟料取值。

（2）落后产能淘汰

建设资源节约型、环境友好型社会，以及应对气候变化，迫切需要水泥工业加快转变发展方式。根据《水泥工业“十二五”发展规划》的要求，到2015年基本淘汰落后产能，完成2.5 亿吨淘汰任务。依据水泥行业准入条件和淘汰落后产能计划，主要淘汰窑径3 米以下的立窑生产线、窑径2.5米以下水泥干法中空窑（生产高铝水泥的除外）、水泥湿法窑生产线（主要用于处理污泥、电石渣等的除外），以及无稳定熟料来源、单位产品能耗高、主要污染物超标排放的粉磨站。

综合以上两因素，测算2011—2015年水泥行业NO新增排放量为12.15万吨。

3.2.2 “十二五”水泥行业NOX治理工程的政策要求

实施降氮脱硝治理工程是降低我国水泥行业NOX排放量的主要途径，这就要求相关的控制政策必需经过科学合理的测算。哪些规模的生产线必须实施治理工程，采用何种治理技术，其脱氮效率达到多少才能完成“十二五”水泥行业的减排目标，这些都是政策制定者必须思考的问题。

本研究以2011年为基准年，根据不同的排放控制要求，设置了2012—2015年水泥行业NOX排放控制的三个情景：参考控制情景［REF］、较为严格的一般控制情景［PC1］和进行更大限度减排的加强控制情景［PC2］）。在情景设置时，综合考虑了《水泥工业污染防治技术政策》中提出的水泥行业NOX减排技术路线及技术经济可行性。

A．参考控制情景（REF）

参考情景充分考虑了国内水泥产业的发展空间，控制要求仅考虑目前正在实施的污染物控制法规及政策执行力度，NOX减排量按《“十二五”主要污染物总量减排目标责任书》中规定的全国各省（区、市）必须完成256条（总规模127万吨熟料/日）、规模在4000吨熟料/日以上的现役新型干法水泥窑的降氮脱硝工作，NOX去除率不低于30%进行测算。

B．一般控制情景（PC1）

一般控制情景要求水泥产业为我国“十二五” NOX减排做出更大贡献，进一步提高脱氮效率。控制要求根据目前控制政策的发展趋势，假设未来实行较为严格的排放控制，对已列入目标责任书的所有水泥生产线要求加强监管，NOX去除效率不低于60%。

C．加强控制方案（PC2）

加强控制情景考虑了不影响我国水泥产业发展情况下的控制措施，假设未来实行更加严格的排放控制，扩大政策要求的范围，在PC1基础上，要求其余水泥窑全部采用低氮燃烧技术，NOX去除率达到20%。

3.3 结果分析

3.3.1 排放总量预测结果

根据上述情景设置测算出在三种不同情景下我国水泥行业2015年NOX排放量和削减比例，见表2。结果显示，只有加强控制情景下才能实现减排目标。

表2 三种不同情景下我国水泥行业2015年NOX排放量预测结果

3.3.2 NOX新增排放量分析

若“十二五”期间，水泥产量严格控制在22亿吨且完成落后产能淘汰任务，2011—2015年间NOX新增排放量为12.15万吨，占现役源排放总量的6%以上，若要完成全国水泥行业12%的减排目标，在消化新增量的基础上，2011年现役源NOX排放总量至少需要削减27%。新增排放量排名前五位的省份依次为河北、江西、陕西、福建以及内蒙古，占全国新增排放量的58%，建议这些地区“十二五”期间适当控制产能，减少NOX新增排放量。

3.3.3 NOX减排压力分析

从测算结果来看，仅依靠重点减排工程很难实现水泥行业NOX减排目标。“十二五”我国只有加大现有工程减排力度，同时积极探索推动全行业减排的机制，在保障重点工程减排效果的同时，推动其他水泥窑采用低氮燃烧技术等相应的治理措施，来推进绿色建材、环保水泥的建设步伐，才能促进减排目标的实现。从能够实现减排目标的加强控制情景（PC2）的测算结果来看，通过实施脱硝降氮治理工程，产生减排量最大的五个省份依次为安徽、山东、河南、广西和四川（见图5、图6 ），占全国治理工程减排总量的42%，这五个省份也是我国水泥产业较为集中的省份，应列为“十二五”我国水泥行业NOX减排的重点地区。

图5 加强控制情景（PC2）下2015年我国各省水泥行业NOX减排情况

图6 加强控制情景（PC2）下2015年各省水泥行业NOX减排量占全国比例

4 对策建议

本文分析了“十二五”水泥行业NOX减排形势，形势严峻，减排压力巨大，了解了减排政策措施，政策虽不断推进但效果还未显现。为推进水泥行业NOX减排工作及实现减排目标，本研究在对水泥行业NOX排放控制现状分析的基础上，结合水泥行业产业政策和环境管理要求，采用情景分析法，对“十二五”水泥行业NOX新增排放量进行了预测，探讨了不同减排途径下水泥行业可实现的减排目标及面临的减排形势，并从激励机制、政策引导、循环经济、监督管理等方面提出了相应的对策和建议如下。

4.1 严格控制水泥行业NOX新增排放量

严格控制水泥行业NOX新增排放量是实现水泥行业减排目标的关键。“十二五”时期我国应严格控制水泥行业规模，提高行业准入门槛，把水泥行业污染物排放的总量指标作为环评审批的前置条件，实行污染物排放总量等量替代或减量替代。

4.2 深化污染减排工作的激励机制

“十二五”期间依靠工程措施，仍是实现水泥行业NOX减排的重要途径。为促进全行业脱硝技术的快速发展及应用，需要从财政资金上重点支持水泥企业的技术创新、技术推广应用，同时制定水泥企业脱硝补贴政策，保证减排企业获得一定经济回报，增强企业新上各种污染治理设施的积极性。

4.3 加强政策、标准的引导作用

尽快颁布修订后的水泥行业NOX排放标准，引导水泥全行业采取降氮脱硝措施，同时在《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》及年度核查中，加强对水泥企业采用低氮燃烧技术的减排效果的认定，推进4000吨熟料/日以下规模的现役新型干法水泥窑采用低氮燃烧技术。

4.4 开展水泥行业废弃物协同处置示范项目

利用水泥新型干法工艺协同处置废弃物可实现环境效益、经济效益和社会效益的统一，是实现水泥行业可持续发展和节能减排目标的有效途径。我国协同处置刚刚起步，二次燃料替代率接近于零，水泥行业协同处置废弃物潜力大，我国应尽快推动国内水泥行业废弃物协同控制技术的规模示范应用及产业化，为水泥行业NOX的排放控制提供技术支持及管理依据。

4.5 完善水泥行业NOX排放考核及监管体系

为落实减排的管理要求，各省（区、市）应因地制宜制定水泥行业的总量控制目标及控制实施方案，建立考核机制，将减排任务层层分解落到实处。同时按照国家核算的总体要求，加大对水泥窑NOX排放的监管力度，加强在线监控系统建设及运行维护，落实联网要求，并逐步建立水泥行业NOX全口径排放清单及减排台帐，推进水泥行业减排的精细化、定量化、规范化管理。

［1］工信部．2011年水泥工业运行情况和2012年发展预测［EB/OL］．（2012–02–29）．http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/n11368223/14481272.html

［2］环境保护部．大气NOX污染控制技术研讨会报告汇编［C］．2009–02–13.

［3］日本环境省．NOX减排对策技术手册［R］．北京：2011.

［4］郭薇．水泥行业将提高排放标准 促进NOX减排［N/OL］．中国环境报，2012–07–11.

［5］马泽民．水泥脱硝义不容辞 企业企盼三大支撑［J/OL］．数字水泥网， 2012–07–03.

［6］孔祥忠．水泥业NOX减排势在必行［N/OL］．中国环境报, 2012–02–08.

［7］王密，张铁军，何谋军．水泥行业二氧化碳排放统计［J］．环境与可持续发展，2012，37（4）:69–73．

［8］唐丁丁．全面推进可持续消费促进“十二五”环保目标实现［J］．环境与可持续发展，2011，36（4）:5–10．

［9］刘炳江．“十二五”主要大气污染物总量减排对策措施［J］．环境与可持续发展，2012，37（4）：5–10．

［10］李丽平，姜苹红，李雨青等．湘潭市“十一五”总量减排措施对温室气体减排协同效应评价研究［J］．环境与可持续发展，2012，37（1）：36–40．