“十二五”水泥行業NOX總量減排形勢分析及對策探討

蔣春來 楊金田 金 玲, 鐘悅之

（1．環境保護部環境規劃院，北京 100012；2．中國環境科學研究院，北京 100012）

2012年8月6日國務院印發了《節能減排“十二五”規劃》，對NOX減排的重點領域水泥行業提出了行業總量控制目標，要求到2015年NOX排放總量控制在150 萬噸以內，比2010年的170萬噸減少12%。水泥行業是NOX排放的第三大源，近年來隨著水泥產能的不斷擴張及落后產能淘汰工作的推進，新型干法窯的使用比例持續增加，在提高能源使用效率的同時，由于燃燒溫度高等原因，NOX排放量顯著增加，“十二五”開局之年在全國NOX排放總量上升5.73%的情況下，水泥行業NOX排放總量上升了12%，減排形勢十分嚴峻。因此，結合水泥產業政策和環境管理要求，分析水泥行業“十二五”NOX減排形勢、探討積極應對措施，十分必要。

1 水泥行業NOX排放量增長迅速，減排形勢嚴峻

“十一五”期間，我國水泥工業迅猛發展，水泥產量由“十五”末的10.6 億噸增長到2010年的18.8 億噸，至2011年年底全國水泥產量已突破20 億噸，達到20.6 億噸，平均年增長率在10%以上，每年新增水泥產量占世界新增產量的80%以上，其中新型干法水泥窯產量占總產量的86.3%，由此導致我國NOX排放量持續迅速增加，2007年—2010年年均增速為9%，2010年排放量達170萬噸。

2011年水泥行業NOX排放總量雖納入國家總量減排體系，但由于降氮脫硝等減排措施沒有取得實質進展，水泥行業NOX排放總量已高達190萬噸，占全國NOX排放總量的8%，排放主要集中在安徽、山東、四川、河南和河北五個新型干法水泥熟料產能較大的省份（圖1），五省排放總量占全國總排放量的30%以上。因此，要完成“十二五”水泥行業削減12%的總體要求，2015年水泥行業NOX排放總量必須在2011年基礎上削減20%，減排壓力巨大。

圖1 2011年全國各省水泥工業NOX排放分布圖

2 減排政策措施不斷推進，效果還未顯現

2.1 排放標準逐步加嚴

我國水泥工業NOX排放現執行GB4915-2004標準，規定水泥廠NOX排放濃度不超過800mg/Nm3。從全國500多條水泥生產線在線監測數據來看，水泥窯NOX排放濃度分布范圍比較廣泛，其中80%集中在200~800mg/m3區間（圖2），基本能滿足我國現有的水泥行業NOX排放標準要求，新型干法窯每噸熟料約產生1.5kg~1.8kgNOX。從國際上來看，世界各國水泥行業排放標準由于地區的不同存在很大差異（表1），由于國際上水泥產量較少，控制標準相對較為寬松，我們國家現行的標準已經與大部分發達國家一致。針對我國水泥行業污染減排的嚴峻形勢，國家正在修訂水泥行業NOX排放標準，擬將NOX排放限值由現行的800mg/m3降低到300~400 mg/m3，新標準預計年內發布，污染物排放控制要求將大幅度提高，達到國際先進水平，標準將對削減行業NOX排放、優化產業結構、改善空氣質量發揮重要作用。目前我國部分省市也已經率先制定了較為嚴格的地方限值，如：廣東為550mg/m3，北京500mg/m3，福建400mg/m3，杭州最為嚴格為150mg/m3。

圖2 2011年水泥窯NOX排放濃度（mg/Nm3）區間分布

表1 國外水泥窯NOX排放標準（mg/Nm3）

2.2 控制要求不斷加大

為減少水泥行業的污染狀況，推進NOX總量減排工作，國家不斷加大對水泥行業的控制力度，先后出臺了多項政策和文件，從行業準入、減排工程、排放總量等方面對水泥行業NOX排放控制做出了規定和要求。一是《水泥行業準入條件》（工原［2010］第127 號）中要求，從2011年1月1日起對水泥行業大氣污染物實行總量控制，新建或改擴建水泥（熟料）生產線項目須配置脫除NOX效率不低于60%的煙氣脫硝裝置；二是2011年底環境保護部與全國31 個省（區、市）簽訂了《“十二五”主要污染物總量減排目標責任書》，規定了到2015年底全國各省（區、市）必須完成256 條（總規模126.8 萬噸熟料/日）、規模在4000 噸熟料/日以上的現役新型干法水泥窯的降氮脫硝工作（圖3），NOX去除率不低于30%；三是《“十二五”節能減排綜合性工作方案》（國發［2011］26 號）要求新型干法水泥窯實施低氮燃燒技術改造，配套建設脫硝設施；四是《水泥工業“十二五”發展規劃》（工信部規［2011］513 號）中明確指出水泥行業“十二五”主要發展目標之一是將行業NOX排放總量在2010年基礎上降低10%。五是《節能減排“十二五”規劃》（國發［2012］40 號）要求水泥行業2015年NOX在2010年基礎上削減12%，控制在150萬噸。

圖3 《“十二五”主要污染物總量減排目標責任書》中水泥窯NOX治理項目

2.3 控制技術得到初步發展

目前水泥窯NOX減排技術主要包括一次減排技術和二次治理技術。一次減排技術主要包括采用低氮燃燒器、保持全窯系統穩定均衡運行和分解爐階段燃燒，NOX削減率在5%~20%左右；二次治理技術包括選擇性非催化還原技術（SNCR）和選擇性催化還原技術（SCR））兩種，NOX削減率分別在30%~40%和70%~90%之間。我國《水泥工業污染防治技術政策》（征求意見稿）和《水泥工業污染防治最佳可行技術指南》（征求意見稿）中提出，“水泥窯NOX排放控制應以低氮燃燒技術（低氮燃燒器、分段燃燒等）為基礎，近期通過采用選擇性非催化還原技術（SNCR）控制NOX排放濃度在500mg/m3以下；遠期通過采用選擇性催化還原技術（SCR）、SNCR－SCR 復合技術控制NOX排放濃度在200mg/m3以下。在國家控制政策的推動下，目前，我國水泥行業NOX控制技術得到了比較深入和廣泛的研究，并且有了大量的工程應用示范，截至到2011年底，我國擁有新型干法水泥生產線1513條，且2011年全國安裝建成水泥脫硝設施的生產線為6條，總規模為3.8萬噸熟料/日，分布在北京、廣東、湖南、四川、陜西、廣西，但目前對各條線的投資、運行情況，脫硝效率等尚缺乏有效評估。

3 “十二五”水泥行業NOX減排情景分析

結合水泥行業現有的產業政策和環境管理要求，本文應用情景分析法，在對“十二五”水泥行業NOX新增排放量進行預測的基礎上，分析了不同排放控制情景下，NOX可實現的減排目標以及相應的政策選擇，為各地環保部門因地制宜地制定“十二五”期間水泥行業NOX減排政策提供參考。

3.1 排放量影響因素分析

2015年水泥行業NOX排放量是一個涉及多種因素的動態系統變量，主要取決于社會經濟發展對水泥產品的需求、水泥生產技術結構、NOX減排技術及控制政策等。本研究基于以上因素，以2011年為基準年，參考《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》環發［2011］148 號，對2015年水泥行業NOX排放量進行測算，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 別 為2015年 和2011年 我國水泥行業NOX排放量，噸；ΔP為2015年相對于2011年增加的水泥熟料產量，噸；ef為單位水泥熟料NOX排污系數，千克/噸熟料；P淘汰為淘汰的落后水泥產能；E淘汰為淘汰的落后水泥生產設施2011年的NOX排放量；R工程為現役機組實施降氮脫硝治理工程產生的減排量，噸。

式中第二項ΔP×ef×10 表示2015年相對于基準年水泥產量增加所導致的NOX新增排放量，采用排放系數法計算。這部分新增排放量與社會經濟發展對水泥產品需求量密切相關；第三項P淘汰×ef×10-E淘汰表示等量替代落后產能新增的NOX排放量，由于新型干法水泥生產設施的NOX排放系數明顯高于老舊立窯生產設施，因而增加了這部分NOX排放量，與國家產業結構調整政策，尤其是水泥行業落后產能淘汰力度直接相關，需要注意的是這里的ef為新建水泥生產設施的NOX排污系數；R工程為2011年至2015年期間，現役機組通過采取降氮脫硝治理工程所產生的減排量，采用項目累加法計算。這部分減排量的主要影響因素為政府對水泥行業實施治理工程的控制要求，包括要求的治理規模、減排技術和脫硝效率。

根據上述分析，2015年我國水泥行業NOX排放量的主要影響因素為：水泥產品需求增長狀況、落后產能淘汰力度以及治理工程的政策要求，見圖4。

圖4 2015年水泥行業NOX減排目標實現的影響因素

3.2 排放控制情景設置

本研究在情景設置時，綜合考慮了上述影響排放量的主要因素，其中對水泥產量增長狀況和淘汰落后產能采用同一情景，而重點針對降氮脫硝治理工程，設置三個不同的控制情景。

3.2.1 “十二五”水泥行業NOX新增排放量預測

（1）水泥產品需求狀況

依據《水泥工業“十二五”發展規劃》中的預測，隨著經濟發展方式加快轉變，國內市場對水泥總量需求將由高速增長逐步轉為平穩增長，增速明顯趨緩。預計水泥年均增長3%~4%，2015年國內水泥需求量為22億噸左右。根據國家水泥產業區域布局，以滿足區域市場需求和抑制產能過剩為目標，預測各省（區、市）2015年的水泥產品增量。根據國家對新建水泥窯的管理要求，按照60%的脫硝效率測算水泥行業NOX新增排放量，ef按照0.63千克/噸熟料取值。

（2）落后產能淘汰

建設資源節約型、環境友好型社會，以及應對氣候變化，迫切需要水泥工業加快轉變發展方式。根據《水泥工業“十二五”發展規劃》的要求，到2015年基本淘汰落后產能，完成2.5 億噸淘汰任務。依據水泥行業準入條件和淘汰落后產能計劃，主要淘汰窯徑3 米以下的立窯生產線、窯徑2.5米以下水泥干法中空窯（生產高鋁水泥的除外）、水泥濕法窯生產線（主要用于處理污泥、電石渣等的除外），以及無穩定熟料來源、單位產品能耗高、主要污染物超標排放的粉磨站。

綜合以上兩因素，測算2011—2015年水泥行業NO新增排放量為12.15萬噸。

3.2.2 “十二五”水泥行業NOX治理工程的政策要求

實施降氮脫硝治理工程是降低我國水泥行業NOX排放量的主要途徑，這就要求相關的控制政策必需經過科學合理的測算。哪些規模的生產線必須實施治理工程，采用何種治理技術，其脫氮效率達到多少才能完成“十二五”水泥行業的減排目標，這些都是政策制定者必須思考的問題。

本研究以2011年為基準年，根據不同的排放控制要求，設置了2012—2015年水泥行業NOX排放控制的三個情景：參考控制情景［REF］、較為嚴格的一般控制情景［PC1］和進行更大限度減排的加強控制情景［PC2］）。在情景設置時，綜合考慮了《水泥工業污染防治技術政策》中提出的水泥行業NOX減排技術路線及技術經濟可行性。

A．參考控制情景（REF）

參考情景充分考慮了國內水泥產業的發展空間，控制要求僅考慮目前正在實施的污染物控制法規及政策執行力度，NOX減排量按《“十二五”主要污染物總量減排目標責任書》中規定的全國各省（區、市）必須完成256條（總規模127萬噸熟料/日）、規模在4000噸熟料/日以上的現役新型干法水泥窯的降氮脫硝工作，NOX去除率不低于30%進行測算。

B．一般控制情景（PC1）

一般控制情景要求水泥產業為我國“十二五” NOX減排做出更大貢獻，進一步提高脫氮效率。控制要求根據目前控制政策的發展趨勢，假設未來實行較為嚴格的排放控制，對已列入目標責任書的所有水泥生產線要求加強監管，NOX去除效率不低于60%。

C．加強控制方案（PC2）

加強控制情景考慮了不影響我國水泥產業發展情況下的控制措施，假設未來實行更加嚴格的排放控制，擴大政策要求的范圍，在PC1基礎上，要求其余水泥窯全部采用低氮燃燒技術，NOX去除率達到20%。

3.3 結果分析

3.3.1 排放總量預測結果

根據上述情景設置測算出在三種不同情景下我國水泥行業2015年NOX排放量和削減比例，見表2。結果顯示，只有加強控制情景下才能實現減排目標。

表2 三種不同情景下我國水泥行業2015年NOX排放量預測結果

3.3.2 NOX新增排放量分析

若“十二五”期間，水泥產量嚴格控制在22億噸且完成落后產能淘汰任務，2011—2015年間NOX新增排放量為12.15萬噸，占現役源排放總量的6%以上，若要完成全國水泥行業12%的減排目標，在消化新增量的基礎上，2011年現役源NOX排放總量至少需要削減27%。新增排放量排名前五位的省份依次為河北、江西、陜西、福建以及內蒙古，占全國新增排放量的58%，建議這些地區“十二五”期間適當控制產能，減少NOX新增排放量。

3.3.3 NOX減排壓力分析

從測算結果來看，僅依靠重點減排工程很難實現水泥行業NOX減排目標。“十二五”我國只有加大現有工程減排力度，同時積極探索推動全行業減排的機制，在保障重點工程減排效果的同時，推動其他水泥窯采用低氮燃燒技術等相應的治理措施，來推進綠色建材、環保水泥的建設步伐，才能促進減排目標的實現。從能夠實現減排目標的加強控制情景（PC2）的測算結果來看，通過實施脫硝降氮治理工程，產生減排量最大的五個省份依次為安徽、山東、河南、廣西和四川（見圖5、圖6 ），占全國治理工程減排總量的42%，這五個省份也是我國水泥產業較為集中的省份，應列為“十二五”我國水泥行業NOX減排的重點地區。

圖5 加強控制情景（PC2）下2015年我國各省水泥行業NOX減排情況

圖6 加強控制情景（PC2）下2015年各省水泥行業NOX減排量占全國比例

4 對策建議

本文分析了“十二五”水泥行業NOX減排形勢，形勢嚴峻，減排壓力巨大，了解了減排政策措施，政策雖不斷推進但效果還未顯現。為推進水泥行業NOX減排工作及實現減排目標，本研究在對水泥行業NOX排放控制現狀分析的基礎上，結合水泥行業產業政策和環境管理要求，采用情景分析法，對“十二五”水泥行業NOX新增排放量進行了預測，探討了不同減排途徑下水泥行業可實現的減排目標及面臨的減排形勢，并從激勵機制、政策引導、循環經濟、監督管理等方面提出了相應的對策和建議如下。

4.1 嚴格控制水泥行業NOX新增排放量

嚴格控制水泥行業NOX新增排放量是實現水泥行業減排目標的關鍵。“十二五”時期我國應嚴格控制水泥行業規模，提高行業準入門檻，把水泥行業污染物排放的總量指標作為環評審批的前置條件，實行污染物排放總量等量替代或減量替代。

4.2 深化污染減排工作的激勵機制

“十二五”期間依靠工程措施，仍是實現水泥行業NOX減排的重要途徑。為促進全行業脫硝技術的快速發展及應用，需要從財政資金上重點支持水泥企業的技術創新、技術推廣應用，同時制定水泥企業脫硝補貼政策，保證減排企業獲得一定經濟回報，增強企業新上各種污染治理設施的積極性。

4.3 加強政策、標準的引導作用

盡快頒布修訂后的水泥行業NOX排放標準，引導水泥全行業采取降氮脫硝措施，同時在《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》及年度核查中，加強對水泥企業采用低氮燃燒技術的減排效果的認定，推進4000噸熟料/日以下規模的現役新型干法水泥窯采用低氮燃燒技術。

4.4 開展水泥行業廢棄物協同處置示范項目

利用水泥新型干法工藝協同處置廢棄物可實現環境效益、經濟效益和社會效益的統一，是實現水泥行業可持續發展和節能減排目標的有效途徑。我國協同處置剛剛起步，二次燃料替代率接近于零，水泥行業協同處置廢棄物潛力大，我國應盡快推動國內水泥行業廢棄物協同控制技術的規模示范應用及產業化，為水泥行業NOX的排放控制提供技術支持及管理依據。

4.5 完善水泥行業NOX排放考核及監管體系

為落實減排的管理要求，各省（區、市）應因地制宜制定水泥行業的總量控制目標及控制實施方案，建立考核機制，將減排任務層層分解落到實處。同時按照國家核算的總體要求，加大對水泥窯NOX排放的監管力度，加強在線監控系統建設及運行維護，落實聯網要求，并逐步建立水泥行業NOX全口徑排放清單及減排臺帳，推進水泥行業減排的精細化、定量化、規范化管理。

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