我国水泥行业脱硝设施投资分析与预测

辛 璐 赵云皓 逯元堂 马春晖 卢 然

(环境保护部环境规划院，北京 100012)

气态污染物转化所形成的二次颗粒物约占我国大气PM2.5 浓度的一半，而氮氧化物又是PM2.5 中二次硝酸盐颗粒物的重要来源，因此大力削减氮氧化物排放总量是确保我国城市PM2.5 达标的必要条件。然而，《2011年中国环境状况公报》显示，2011年四项主要污染物中，氮氧化物排放总量不降反增，比上年上升5.73%。水泥工业氮氧化物排放量占工业系统总排放量10%，是居火力发电和汽车尾气排放之后的氮氧化物排放的第三大源，是“十二五”氮氧化物减排的重要领域之一。《国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》中明确提出“十二五”氮氧化物减排10%的约束性要求，《节能减排“十二五”规划》提出，到2015年，水泥行业氮氧化物排放量在2010年的基础上削减12%。通过分析水泥行业氮氧化物排放与控制现状，本研究提出“十二五”期间水泥行业脱硝设施建设与运行任务及投资需求，对明确投资方向与重点，促进水泥行业氮氧化物减排，具有重要的现实意义。

1 水泥行业氮氧化物排放与控制现状

1.1 水泥行业氮氧化物排放量不降反增

“十一五”期间，我国水泥工业迅猛发展，熟料产量由2006年的7.6 亿吨增加到2010年的11.5 亿吨，年均增长率为15%，水泥产量由2006年的12.4 亿吨增长到2010年的18.8 亿吨，年均增长率约12%。随着水泥产量的持续增加，氮氧化物排放量持续上升，由2006年的59.84 亿吨，增加到2010年的169.96 亿吨，平均增长率达到20%。2006-2010年水泥产量与氮氧化物排放量变化情况详见图1。根据《水泥工业“十二五”发展规划》， “十二五”期间，水泥工业年均增长3%～4%，2015年国内水泥需求量为22 亿吨左右。通常情况下，生产1 吨水泥将消耗0.64 吨熟料，按照1.584 千克氮氧化物/吨. 熟料的产污系数测算，水泥行业2015年氮氧化物的产生量将达到223 万吨，是2010年排放量的1.31 倍。

图1 2006-2010年水泥产量与氮氧化物排放量变化情况

1.2 水泥行业氮氧化物排放标准日趋严格

我国水泥企业氮氧化物的排放标准为800mg/Nm3(GB4915－2004)，《水泥厂设计规范》(GB50259－2008)规定水泥厂焚烧废弃物氮氧化物排放标准为500mg/Nm3。针对水泥行业氮氧化物减排的严峻形势，环境保护部正在制订水泥工业大气污染物排放标准。《水泥工业大气污染物排放标准》(征求意见稿)要求现有企业氮氧化物排放标准为450mg/Nm3，新建水泥厂氮氧化物排放标准为320mg/Nm3，重点地区企业全部执行320mg/Nm3的排放标准。同时，环境保护部也在组织制定水泥工业污染防治技术政策等一系列指导性技术文件。

1.3 水泥行业低氮燃烧+SNCR 脱硝技术成熟

水泥行业主要的脱硝工艺技术有低氮燃烧技术、选择性非催化氧化还原脱硝技术(SNCR)和选择性催化氧化还原脱硝技术(SCR)。低氮燃烧技术在我国已普遍使用，近几年新上的新型干法生产线基本上都采用低氮燃烧技术。SCR 法虽脱硝效率高，但由于水泥企业废弃的粉尘浓度高、碱金属含量较高，易使催化剂中毒和堵塞，一次性成本和运行成本均较高，因此SCR 法的成功工程实例较少，仍处于工程试验阶段。相对于SCR技术，SNCR 技术具有一次性投资较低(相当于SCR 系统投资的25%～30%)、运行成本低(相当于SCR 法的40%～50%)、受烟气流量等因素影响较小的优势，在国外水泥工业脱硝设施中应用率达90%以上。目前，低氮燃烧+SNCR 脱硝组合技术是较为成熟稳定的水泥行业脱硝技术，在拉法基等水泥企业已获得成功应用，可逐步推广应用。

1.4 水泥行业“十二五”期间脱硝任务明确出台

我国各项规划已相继明确“十二五”期间水泥行业脱硝设施建设任务。 《国家环境保护“十二五”规划》指出，“十二五”期间新型干法水泥窑需进行低氮燃烧技术改造，新建水泥生产线需安装效率不低于60%的脱硝设施。《水泥工业“十二五”发展规划》指出，重点推进水泥行业氮氧化物治理，削减大气污染物排放总量，对已建成的日产4000 吨及以上熟料生产线，应尽快实施烟气脱硝改造。 《水泥行业准入条件》(工原［2010］第127 号文件)提出“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氮氧化物效率不低于60%的烟气脱硝装置”。环境保护部与各省签署的《“十二五”主要污染物减排目标责任书》明确对重点减排项目未按目标责任书落实的地区和企业，环境将根据《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》(国发〔2011〕26 号)第(三十七)条的规定，实行阶段性环评限批，即企业集团中某水泥厂未完成减排项目的，整个企业集团面临环评限批。

2 “十二五”水泥行业脱硝设施建设与运行任务量分析

2.1 新建水泥生产线配套脱硝设施建设任务量

依据《水泥工业“十二五”发展规划》，2010年水泥产量18.8 亿吨，2015年国内水泥需求量为22 亿吨左右，五年间将累计淘汰落后产能2.5 亿吨。水泥行业准入条件要求新建水泥(熟料)生产线采用新型干法生产工艺，即“十二五”期间新型干法水泥新增产能为5.7亿吨。按照生产1 吨水泥将消耗0.64 吨熟料折算，“十二五”期间需要为新建的3.65 亿吨水泥熟料生产线配套建设烟气脱硝装置。

2.2 现有日产4000 吨及以上熟料生产线脱硝改造任务量

依据统计数据，2010年全国新型干法水泥窑生产线共有1330 条，总规模达到393.3 万吨/日，其中，日产4000 吨及以上熟料生产线381 条，总规模195.8 万吨/日。2010年新型干法水泥窑生产线分布情况详见表1。相关政策要求对现有4000 吨及以上熟料新型干法水泥窑生产线进行烟气脱硝改造。对环境保护部与各省签订的“十二五”减排目标责任书中新型干法水泥窑生产线脱硝改造项目进行统计，全国需进行脱硝改造的熟料生产线共计256 条，总规模为126.8 万吨/日，其中，安徽、河南、广西和山东脱硝设施建设总规模超过10万吨/日。各省4000 吨/日新型干法水泥窑生产线与“十二五”脱硝改造任务分布情况详见图2，全国新型干法水泥窑生产线脱硝改造年度任务详见图3。由此可见，全国脱硝设施改造将主要集中在2013年和2014年，年度建设总规模分别为65.76 万吨/日和87.06 万吨/日，占到“十二五”总规模的61%。

表1 2010年新型干法水泥窑生产线分布情况单位:吨/日;条

2.3 “十二五”期间水泥行业脱硝设施运行任务量

“十二五”初期，基本没有水泥生产企业建设脱硝设施。依据本研究结论，“十二五”期间新建的3.65 亿吨水泥熟料生产线将配套建设烟气脱硝装置，即新增产能110.6 万吨/日;另有总规模126.8 万吨/日的现有新型干法水泥生产线需进行脱硝改造(采用目标责任书统计数据)，预计到“十二五”末期，水泥行业烟气脱硝装置总运行规模约为240 万吨/日。

3 “十二五”水泥行业脱硝设施建设与运行投资预测

依据工程经验，用于4000 吨/日熟料生产线的低氮燃烧器投资约为100 万元，SNCR 脱硝设施建设投资约为300 万元/条。4000 吨. 熟料/日新型干法水泥生产线采用低氮燃烧+SNCR 集成技术脱硝，采用氨水作为还原剂，当脱硝效率达到60%时，脱硝设施运行费用约为4 元/吨. 熟料。考虑到“十二五”期间计划改造的现有生产线规模50%以上为4000 吨. 熟料/日，且水泥行业脱硝设施投资受生产线规模影响较小，本研究对新型干法水泥生产线低氮燃烧+SNCR 脱硝设施建设费用取400 万元/条;脱硝设施运行费用取4 元/吨. 熟料。

依据本研究提出的水泥行业脱硝设施建设与运行投资参考标准测算，“十二五”期间新建水泥生产线配套建设脱硝设施投资约为12 亿元;现有4000 吨/日及以上熟料生产线脱硝改造投资约为10.24 亿元(采用目标责任书数据计算)，合计22.24 亿元。预计2015年全国水泥脱硝设施运行费用将达到31.3 亿元(按照年运行330 天计算)。

预计2015年水泥行业氮氧化物产生量约为223 万吨。按照“十二五”期间，改造原有水泥生产线脱硝设施126.8 万吨/日，新建水泥生产线配套建设脱硝设施110.6 万吨/日，脱硝效率为60%，“十二五”末期，脱硝设施氮氧化物削减量约为75 万吨。据此测算，到2015年，水泥行业氮氧化物排放量约为148 万吨(2010年约为170 亿吨)。各年水泥行业脱硝设施运行投资及氮氧化物去除量见图4。

图2 4000 吨/日水泥生产线与“十二五”脱硝改造任务分布

图3 2011－2015年水泥行业脱硝改造年度任务

图4 水泥行业脱硝设施建设年度投资与环境效益预测

4 结论与建议

气态污染物转化所形成的二次颗粒物约占我国大气PM2.5 浓度的一半，而氮氧化物又是PM2.5 中二次硝酸盐颗粒物的重要来源，因此大力削减氮氧化物排放总量是确保我国城市PM2.5 达标的必要条件。

我国水泥工业氮氧化物排放量占工业系统总排放量10%，是居火力发电和汽车尾气排放之后的氮氧化物排放的第三大源，是“十二五”氮氧化物减排的重要领域之一。本研究在分析水泥行业氮氧化物排放与控制现状的基础上，根据减排目标与任务，对“十二五”期间我国水泥行业氮氧化物污染治理设施的投资需求作出了相应预测。研究表明，近年来，由于水泥行业尚未大规模建设脱硝设施，氮氧化物排放量不降反增。为加快脱硝设施建设，推进污染减排工作，各项规划已相继明确“十二五”期间水泥行业脱硝设施建设任务，水泥行业氮氧化物排放标准也即将出台。分析与预测结果显示，“十二五”期间新建水泥生产线配套建设脱硝设施投资需求约为12 亿元，现有4000 吨/日及以上熟料生产线脱硝改造投资约需求为10.24 亿元，共计22.24 亿元;“十二五”末全国水泥脱硝设施运行费用将达到31.3 亿元/年。“十二五”期间完成计划投资，确保脱硝设施稳定运行的情况下，2015年能够有效削减氮氧化物75 万吨，控制水泥行业氮氧化物排放量在150 万吨以内，较2010年削减13%。

建议加大政策支持力度，进一步加快脱硝设施建设;同时，借鉴国外水泥行业污染物防控经验，强化火焰冷却、分段燃烧、中窑烧制、矿化熟料等过程控制方法/技术的应用，并兼顾水泥行业粉尘、二氧化硫、碳氧化物、总有机碳、二恶英/呋喃、金属汞及其化合物、多环芳烃(PAH)等污染物的防控;重视微生物脱硝、电子束法等减少还原剂应用、避免氨逃逸、脱硝效率较高的氮氧化物控制技术研发，推进水泥行业先进污染防治技术尤其是氮氧化物控制技术示范推广以及产业化发展，为水泥行业污染减排提供有力支撑。

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