“十二五”水泥行業(yè)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(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；2．中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012）

2012年8月6日國務(wù)院印發(fā)了《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》，對NOX減排的重點領(lǐng)域水泥行業(yè)提出了行業(yè)總量控制目標(biāo)，要求到2015年NOX排放總量控制在150 萬噸以內(nèi)，比2010年的170萬噸減少12%。水泥行業(yè)是NOX排放的第三大源，近年來隨著水泥產(chǎn)能的不斷擴張及落后產(chǎn)能淘汰工作的推進，新型干法窯的使用比例持續(xù)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(yè)NOX排放總量上升了12%，減排形勢十分嚴峻。因此，結(jié)合水泥產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)境管理要求，分析水泥行業(yè)“十二五”NOX減排形勢、探討積極應(yīng)對措施，十分必要。

1 水泥行業(yè)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(yè)迅猛發(fā)展，水泥產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量占世界新增產(chǎn)量的80%以上，其中新型干法水泥窯產(chǎn)量占總產(chǎn)量的86.3%，由此導(dǎo)致我國NOX排放量持續(xù)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(yè)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(zhì)進展，水泥行業(yè)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(chǎn)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(yè)削減12%的總體要求，2015年水泥行業(yè)NOX排放總量必須在2011年基礎(chǔ)上削減20%，減排壓力巨大。

圖1 2011年全國各省水泥工業(yè)NOX排放分布圖

2 減排政策措施不斷推進，效果還未顯現(xiàn)

2.1 排放標(biāo)準逐步加嚴

我國水泥工業(yè)NOX排放現(xiàn)執(zhí)行GB4915-2004標(biāo)準，規(guī)定水泥廠NOX排放濃度不超過800mg/Nm3。從全國500多條水泥生產(chǎn)線在線監(jiān)測數(shù)據(jù)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(qū)間（圖2），基本能滿足我國現(xiàn)有的水泥行業(yè)NOX排放標(biāo)準要求，新型干法窯每噸熟料約產(chǎn)生1.5kg~1.8kgNOX。從國際上來看，世界各國水泥行業(yè)排放標(biāo)準由于地區(qū)的不同存在很大差異（表1），由于國際上水泥產(chǎn)量較少，控制標(biāo)準相對較為寬松，我們國家現(xiàn)行的標(biāo)準已經(jīng)與大部分發(fā)達國家一致。針對我國水泥行業(yè)污染減排的嚴峻形勢，國家正在修訂水泥行業(yè)NOX排放標(biāo)準，擬將NOX排放限值由現(xiàn)行的800mg/m3降低到300~400 mg/m3，新標(biāo)準預(yù)計年內(nèi)發(fā)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(biāo)準將對削減行業(yè)NOX排放、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改善空氣質(zhì)量發(fā)揮重要作用。目前我國部分省市也已經(jīng)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(qū)間分布

表1 國外水泥窯NOX排放標(biāo)準（mg/Nm3）

2.2 控制要求不斷加大

為減少水泥行業(yè)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(yè)的控制力度，先后出臺了多項政策和文件，從行業(yè)準入、減排工程、排放總量等方面對水泥行業(yè)NOX排放控制做出了規(guī)定和要求。一是《水泥行業(yè)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(yè)大氣污染物實行總量控制，新建或改擴建水泥（熟料）生產(chǎn)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(huán)境保護部與全國31 個?。▍^(qū)、市）簽訂了《“十二五”主要污染物總量減排目標(biāo)責(zé)任書》，規(guī)定了到2015年底全國各?。▍^(qū)、市）必須完成256 條（總規(guī)模126.8 萬噸熟料/日）、規(guī)模在4000 噸熟料/日以上的現(xiàn)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(jié)能減排綜合性工作方案》（國發(fā)［2011］26 號）要求新型干法水泥窯實施低氮燃燒技術(shù)改造，配套建設(shè)脫硝設(shè)施；四是《水泥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》（工信部規(guī)［2011］513 號）中明確指出水泥行業(yè)“十二五”主要發(fā)展目標(biāo)之一是將行業(yè)NOX排放總量在2010年基礎(chǔ)上降低10%。五是《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》（國發(fā)［2012］40 號）要求水泥行業(yè)2015年NOX在2010年基礎(chǔ)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(biāo)責(zé)任書》中水泥窯NOX治理項目

2.3 控制技術(shù)得到初步發(fā)展

目前水泥窯NOX減排技術(shù)主要包括一次減排技術(shù)和二次治理技術(shù)。一次減排技術(shù)主要包括采用低氮燃燒器、保持全窯系統(tǒng)穩(wěn)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(shù)包括選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）和選擇性催化還原技術(shù)（SCR））兩種，NOX削減率分別在30%~40%和70%~90%之間。我國《水泥工業(yè)污染防治技術(shù)政策》（征求意見稿）和《水泥工業(yè)污染防治最佳可行技術(shù)指南》（征求意見稿）中提出，“水泥窯NOX排放控制應(yīng)以低氮燃燒技術(shù)（低氮燃燒器、分段燃燒等）為基礎(chǔ)，近期通過采用選擇性非催化還原技術(shù)（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(shù)（SCR）、SNCR－SCR 復(fù)合技術(shù)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(yè)NOX控制技術(shù)得到了比較深入和廣泛的研究，并且有了大量的工程應(yīng)用示范，截至到2011年底，我國擁有新型干法水泥生產(chǎn)線1513條，且2011年全國安裝建成水泥脫硝設(shè)施的生產(chǎn)線為6條，總規(guī)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(yè)NOX減排情景分析

結(jié)合水泥行業(yè)現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)境管理要求，本文應(yīng)用情景分析法，在對“十二五”水泥行業(yè)NOX新增排放量進行預(yù)測的基礎(chǔ)上，分析了不同排放控制情景下，NOX可實現(xiàn)的減排目標(biāo)以及相應(yīng)的政策選擇，為各地環(huán)保部門因地制宜地制定“十二五”期間水泥行業(yè)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(yè)NOX排放量是一個涉及多種因素的動態(tài)系統(tǒng)變量，主要取決于社會經(jīng)濟發(fā)展對水泥產(chǎn)品的需求、水泥生產(chǎn)技術(shù)結(jié)構(gòu)、NOX減排技術(shù)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(huán)發(fā)［2011］148 號，對2015年水泥行業(yè)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(yè)NOX排放量，噸；ΔP為2015年相對于2011年增加的水泥熟料產(chǎn)量，噸；ef為單位水泥熟料NOX排污系數(shù)，千克/噸熟料；P淘汰為淘汰的落后水泥產(chǎn)能；E淘汰為淘汰的落后水泥生產(chǎn)設(shè)施2011年的NOX排放量；R工程為現(xiàn)役機組實施降氮脫硝治理工程產(chǎn)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(chǎn)量增加所導(dǎo)致的NOX新增排放量，采用排放系數(shù)法計算。這部分新增排放量與社會經(jīng)濟發(fā)展對水泥產(chǎn)品需求量密切相關(guān)；第三項P淘汰×ef×10-E淘汰表示等量替代落后產(chǎn)能新增的NOX排放量，由于新型干法水泥生產(chǎn)設(shè)施的NOX排放系數(shù)明顯高于老舊立窯生產(chǎn)設(shè)施，因而增加了這部分NOX排放量，與國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，尤其是水泥行業(yè)落后產(chǎn)能淘汰力度直接相關(guān)，需要注意的是這里的ef為新建水泥生產(chǎn)設(shè)施的NOX排污系數(shù)；R工程為2011年至2015年期間，現(xiàn)役機組通過采取降氮脫硝治理工程所產(chǎn)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(yè)實施治理工程的控制要求，包括要求的治理規(guī)模、減排技術(shù)和脫硝效率。

根據(jù)上述分析，2015年我國水泥行業(yè)NOX排放量的主要影響因素為：水泥產(chǎn)品需求增長狀況、落后產(chǎn)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(yè)NOX減排目標(biāo)實現(xiàn)的影響因素

3.2 排放控制情景設(shè)置

本研究在情景設(shè)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(chǎn)量增長狀況和淘汰落后產(chǎn)能采用同一情景，而重點針對降氮脫硝治理工程，設(shè)置三個不同的控制情景。

3.2.1 “十二五”水泥行業(yè)NOX新增排放量預(yù)測

（1）水泥產(chǎn)品需求狀況

依據(jù)《水泥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中的預(yù)測，隨著經(jīng)濟發(fā)展方式加快轉(zhuǎn)變，國內(nèi)市場對水泥總量需求將由高速增長逐步轉(zhuǎn)為平穩(wěn)增長，增速明顯趨緩。預(yù)計水泥年均增長3%~4%，2015年國內(nèi)水泥需求量為22億噸左右。根據(jù)國家水泥產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局，以滿足區(qū)域市場需求和抑制產(chǎn)能過剩為目標(biāo)，預(yù)測各?。▍^(qū)、市）2015年的水泥產(chǎn)品增量。根據(jù)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(yè)NOX新增排放量，ef按照0.63千克/噸熟料取值。

（2）落后產(chǎn)能淘汰

建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，以及應(yīng)對氣候變化，迫切需要水泥工業(yè)加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式。根據(jù)《水泥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的要求，到2015年基本淘汰落后產(chǎn)能，完成2.5 億噸淘汰任務(wù)。依據(jù)水泥行業(yè)準入條件和淘汰落后產(chǎn)能計劃，主要淘汰窯徑3 米以下的立窯生產(chǎn)線、窯徑2.5米以下水泥干法中空窯（生產(chǎn)高鋁水泥的除外）、水泥濕法窯生產(chǎn)線（主要用于處理污泥、電石渣等的除外），以及無穩(wěn)定熟料來源、單位產(chǎn)品能耗高、主要污染物超標(biāo)排放的粉磨站。

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

3.2.2 “十二五”水泥行業(yè)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(yè)NOX排放量的主要途徑，這就要求相關(guān)的控制政策必需經(jīng)過科學(xué)合理的測算。哪些規(guī)模的生產(chǎn)線必須實施治理工程，采用何種治理技術(shù)，其脫氮效率達到多少才能完成“十二五”水泥行業(yè)的減排目標(biāo)，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(jù)不同的排放控制要求，設(shè)置了2012—2015年水泥行業(yè)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(shè)置時，綜合考慮了《水泥工業(yè)污染防治技術(shù)政策》中提出的水泥行業(yè)NOX減排技術(shù)路線及技術(shù)經(jīng)濟可行性。

A．參考控制情景（REF）

參考情景充分考慮了國內(nèi)水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，控制要求僅考慮目前正在實施的污染物控制法規(guī)及政策執(zhí)行力度，NOX減排量按《“十二五”主要污染物總量減排目標(biāo)責(zé)任書》中規(guī)定的全國各?。▍^(qū)、市）必須完成256條（總規(guī)模127萬噸熟料/日）、規(guī)模在4000噸熟料/日以上的現(xiàn)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(chǎn)業(yè)為我國“十二五” NOX減排做出更大貢獻，進一步提高脫氮效率?？刂埔蟾鶕?jù)目前控制政策的發(fā)展趨勢，假設(shè)未來實行較為嚴格的排放控制，對已列入目標(biāo)責(zé)任書的所有水泥生產(chǎn)線要求加強監(jiān)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(chǎn)業(yè)發(fā)展情況下的控制措施，假設(shè)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(chǔ)上，要求其余水泥窯全部采用低氮燃燒技術(shù)，NOX去除率達到20%。

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 排放總量預(yù)測結(jié)果

根據(jù)上述情景設(shè)置測算出在三種不同情景下我國水泥行業(yè)2015年NOX排放量和削減比例，見表2。結(jié)果顯示，只有加強控制情景下才能實現(xiàn)減排目標(biāo)。

表2 三種不同情景下我國水泥行業(yè)2015年NOX排放量預(yù)測結(jié)果

3.3.2 NOX新增排放量分析

若“十二五”期間，水泥產(chǎn)量嚴格控制在22億噸且完成落后產(chǎn)能淘汰任務(wù)，2011—2015年間NOX新增排放量為12.15萬噸，占現(xiàn)役源排放總量的6%以上，若要完成全國水泥行業(yè)12%的減排目標(biāo)，在消化新增量的基礎(chǔ)上，2011年現(xiàn)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(nèi)蒙古，占全國新增排放量的58%，建議這些地區(qū)“十二五”期間適當(dāng)控制產(chǎn)能，減少NOX新增排放量。

3.3.3 NOX減排壓力分析

從測算結(jié)果來看，僅依靠重點減排工程很難實現(xiàn)水泥行業(yè)NOX減排目標(biāo)。“十二五”我國只有加大現(xiàn)有工程減排力度，同時積極探索推動全行業(yè)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(shù)等相應(yīng)的治理措施，來推進綠色建材、環(huán)保水泥的建設(shè)步伐，才能促進減排目標(biāo)的實現(xiàn)。從能夠?qū)崿F(xiàn)減排目標(biāo)的加強控制情景（PC2）的測算結(jié)果來看，通過實施脫硝降氮治理工程，產(chǎn)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(chǎn)業(yè)較為集中的省份，應(yīng)列為“十二五”我國水泥行業(yè)NOX減排的重點地區(qū)。

圖5 加強控制情景（PC2）下2015年我國各省水泥行業(yè)NOX減排情況

圖6 加強控制情景（PC2）下2015年各省水泥行業(yè)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(yè)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(xiàn)。為推進水泥行業(yè)NOX減排工作及實現(xiàn)減排目標(biāo)，本研究在對水泥行業(yè)NOX排放控制現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合水泥行業(yè)產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)境管理要求，采用情景分析法，對“十二五”水泥行業(yè)NOX新增排放量進行了預(yù)測，探討了不同減排途徑下水泥行業(yè)可實現(xiàn)的減排目標(biāo)及面臨的減排形勢，并從激勵機制、政策引導(dǎo)、循環(huán)經(jīng)濟、監(jiān)督管理等方面提出了相應(yīng)的對策和建議如下。

4.1 嚴格控制水泥行業(yè)NOX新增排放量

嚴格控制水泥行業(yè)NOX新增排放量是實現(xiàn)水泥行業(yè)減排目標(biāo)的關(guān)鍵。“十二五”時期我國應(yīng)嚴格控制水泥行業(yè)規(guī)模，提高行業(yè)準入門檻，把水泥行業(yè)污染物排放的總量指標(biāo)作為環(huán)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(xiàn)水泥行業(yè)NOX減排的重要途徑。為促進全行業(yè)脫硝技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，需要從財政資金上重點支持水泥企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)推廣應(yīng)用，同時制定水泥企業(yè)脫硝補貼政策，保證減排企業(yè)獲得一定經(jīng)濟回報，增強企業(yè)新上各種污染治理設(shè)施的積極性。

4.3 加強政策、標(biāo)準的引導(dǎo)作用

盡快頒布修訂后的水泥行業(yè)NOX排放標(biāo)準，引導(dǎo)水泥全行業(yè)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(yè)采用低氮燃燒技術(shù)的減排效果的認定，推進4000噸熟料/日以下規(guī)模的現(xiàn)役新型干法水泥窯采用低氮燃燒技術(shù)。

4.4 開展水泥行業(yè)廢棄物協(xié)同處置示范項目

利用水泥新型干法工藝協(xié)同處置廢棄物可實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一，是實現(xiàn)水泥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排目標(biāo)的有效途徑。我國協(xié)同處置剛剛起步，二次燃料替代率接近于零，水泥行業(yè)協(xié)同處置廢棄物潛力大，我國應(yīng)盡快推動國內(nèi)水泥行業(yè)廢棄物協(xié)同控制技術(shù)的規(guī)模示范應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，為水泥行業(yè)NOX的排放控制提供技術(shù)支持及管理依據(jù)。

4.5 完善水泥行業(yè)NOX排放考核及監(jiān)管體系

為落實減排的管理要求，各?。▍^(qū)、市）應(yīng)因地制宜制定水泥行業(yè)的總量控制目標(biāo)及控制實施方案，建立考核機制，將減排任務(wù)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(jiān)管力度，加強在線監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)及運行維護，落實聯(lián)網(wǎng)要求，并逐步建立水泥行業(yè)NOX全口徑排放清單及減排臺帳，推進水泥行業(yè)減排的精細化、定量化、規(guī)范化管理。

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