水泥脱硝行业分析报告.docx
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水泥脱硝行业分析报告
水泥脱硝行业分析报告
目录
一、水泥脱硝势在必行，新标准出台在即3
1、第三大NOx污染源，水泥行业脱硝势在必行3
2、水泥脱硝旧标准较宽松，现状基本满足4
3、为达十二五减排12%目标，新标准将比欧德日更严格5
4、若15年达新标，则十二五减排目标完成没有问题7
二、主流水泥脱硝技术：
低氮分级燃烧和SNCR7
1、脱硝技术分为炉内和炉外7
2、炉内主要是窑头低氮燃烧器和窑尾分级燃烧技术8
2、炉外主要推广SNCR，火电广泛使用的SCR不适用水泥10
三、新标准实施对水泥工业的影响12
1、现有企业需加装SNCR，新建需配低氮燃烧技术+SNCR12
2、吨熟料新增脱硝成本3~5元，幅度不大13
3、恐难加速落后淘汰，或削弱大企业成本优势15
四、弱复苏下去产能进入僵持阶段，分化将愈趋明显16
一、水泥脱硝势在必行，新标准出台在即
1、第三大NOx污染源，水泥行业脱硝势在必行
水泥窑煅烧熟料时会产生大量NOx，不仅会对生态环境造成严重危害，引起酸雨、光化学厌恶、臭氧建设等问题，还对身体健康有严重影响。
近年来我国水泥行业NOx排放量急剧增长，2006、2007、2008年分别为60、68、76万吨，2010、2011年大幅攀升至170、190万吨，一方面是由于水泥产量不断增长，2011年水泥产量较2008年增长约50%，另一方面也是由于新型干法比重的不断提升，2011年新型干法水泥产量比重由08年的61%提升至89%，而新型干法NOx排放量是立窑的2~3倍。
目前水泥行业已成为继火电、机动车尾气之后的第三大NOx排放源，占全国NOx总排放量的10%~12%，被列为十二五重点减排领域之一，脱硝势在必行。
资料来源：
《中国水泥年鉴》，2010年全国污染源普查动态更新数据，中国环境保护部
注：
前三行来源于中国建材科研总院和合肥水泥研究设计院09年对我国代表性9座干法窑监测结果；第四行来源于中国环境保护部
2、水泥脱硝旧标准较宽松，现状基本满足
《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2004所要求的800mg/m3的排放限值主要依据采用低氮燃烧器所能达到的基本水平而设定。
2008年以前由于存在大量立窑，吨熟料排放量为0.8kg，对应400mg/m3的水平。
在新型干法占比迅速提升的情况下，2010、2011年吨熟料排放量大幅上升至1.48kgNOx，对应740mg/m3的水平，行业整体上已符合旧限值标准。
2012年12月，我国已建成脱硝项目已达到100条以上。
2012年环保部对我国水泥窑NOx排放情况进行抽样调查，共有148个有效样本，其中45条线明确采用脱硝装备，统计结果显示：
我国水泥窑平均排放浓度在622mg/m3，95%的企业排放浓度都在800mg/m3限制以下。
不过根据天津水泥工业设计研究院对部分典型生产线氮氧化物排放数据的统计，我国水泥工业综合排放率在880mg/m3左右，略高于800的限制。
综合来看，目前我国水泥行业基本满足水泥脱硝旧标准。
资料来源：
环境保护部
资料来源：
环境保护部
资料来源：
《水泥工业适用的脱硝技术》
3、为达十二五减排12%目标，新标准将比欧德日更严格
2012年8月发布的《节能减排“十二五”规划》要求15年底全国水泥工业NOx排放量较2010年降低12%，控制在152万吨以内。
由于旧标准已基本达到，为加强减排力度达到十二五减排12%的目标，2012.11环保部发布《水泥工业大气污染物排放标准》（征求意见稿），将氮氧化物排放限值由800mg/m3降至450mg/m3（现有企业自2015.01.01起执行）和320mg/m3（新建企业自2013.07.01起执行）。
新标准甚至比发达国家如欧盟、德国、日本还要严格。
资料来源：
《水泥行业降氮脱硝措施及工程应用浅析》
资料来源：
环境保护部。
注：
意见稿中标准实施日期：
现有企业自2015.01.01起执行、新建企业自2013.07.01起执行
4、若15年达新标，则十二五减排目标完成没有问题
我们以15年排放浓度和未来三年熟料产量年均增速为变量，对15年较10年减排率进行测算。
所得组合结果如表12所示：
在8%的熟料产量年均增速下，若2015年NOx排放浓度分别达到380mg/m3（环保部SNCR案例）、450mg/m3（意见稿标准），那么2015年较2010年减排率分别为28%、15%。
即在前一种情况下，只需要65%以上的产线安装SNCR设备，即可达到12%的减排目标。
注：
实际上对单线而言，NOx排放量与烟气排放量呈线性关系，但烟气排放量与产量并非简单的线性关系，而与产线炉窑本身有关，不过从全国的角度考虑，我们认为可以近似以此测算。
二、主流水泥脱硝技术：
低氮分级燃烧和SNCR
1、脱硝技术分为炉内和炉外
脱硝技术可分为一次措施和二次措施。
一次措施即炉内脱硝，根据燃料燃烧过程中产生NOx的机理，通过改进燃烧技术来降低NOx排放，主要有：
低氮燃烧技术（低氮燃烧器、分级燃烧技术）、添加矿化剂、工艺优化控制，脱硝率约30%，相应NOx排放浓度可控制在500~800mg/m3。
二次措施即炉外脱硝，主要有SNCR（选择性非催化还原法）、SCR（选择催化还原法），其中SNCR脱硝率40~60%，排放浓度在400~500mg/m3；SCR脱硝率高达70%~90%，排放浓度大幅降至100~200mg/m3。
欧洲认为综合利用上述技术后，排放量应达200~500mg/m3。
2、炉内主要是窑头低氮燃烧器和窑尾分级燃烧技术
窑头—低氮燃烧器原理：
通过特殊设计的燃烧器结构，并改变燃烧器风煤比例，以尽可能降低氧气浓度，并适当降低着火区温度峰值，从而控制NOx产生。
在国内外已广泛使用，但脱硝效果受窑工况影响较大，很多水泥企业在成本压力下使用劣质煤，且回转窑热力负荷值较设计值有所提高，导致窑内低氮燃烧环境恶化，常常无法达到预期效果。
窑尾—分级燃烧技术原理：
分级燃烧技术分为空气分级燃烧和燃料分级燃烧。
即组织燃烧所需的空气和燃料在燃烧过程的不同部位供入参加燃烧，以降低燃烧温度和氧气浓度，一方面缺氧燃烧下抑制NOx产生，另一方面缺氧燃烧产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂，从而和窑尾烟气中的NOx反应，还原成N2等无污染的惰性气体。
资料来源：
《低氮燃烧技术改造在海螺集团水泥熟料生产线的成功应用》
2、炉外主要推广SNCR，火电广泛使用的SCR不适用水泥
反应原理一致，SCR由于使用催化剂脱硝率更高。
SNCR（选择性非催化还原法）、SCR（选择催化还原法）都是利用还原剂（氨水或尿素，由于使用氨水的运行成本较尿素低50%，且脱硝率高，因此首选氨水作为还原剂。
此外氨逃逸量低，对设备影响可忽略）将烟气中NOx还原为N2和H2O，不同的是SCR使用催化剂，而SNCR不使用催化剂。
正是由于催化剂的原因，SCR脱氮效率70%~90%，排放浓度大幅降至100~200mg/m3；而SNCR脱硝率40~60%，排放浓度在400~500mg/m3。
水泥窑多使用SNCR，而并不适用火电厂广泛应用的SCR技术。
SCR技术由于脱氮效率高，在电厂锅炉得到广泛应用（火电氮排放限制100/200mg/m3），但在水泥窑领域却很少应用，目前全球仅3条水泥线采用，主因：
（1）催化剂活性温度300~400oC，而水泥窑炉中适合安装SCR反应器的位置均无法满足反应温度要求；
（2）水泥窑炉废气中含有高浓度粉尘及重金属，易引起催化剂中毒失效；
（3）投资及运行成本高。
因此，在适合水泥窑的SCR催化剂研发出之前，SNCR还是水泥窑的首选炉外脱硝技术，目前西欧大部分水泥厂都已有安装。
三、新标准实施对水泥工业的影响
1、现有企业需加装SNCR，新建需配低氮燃烧技术+SNCR
在环保部145个有效调研样本中有17条线提供了原始NOx排放浓度，均值达929mg/m3，要使得最终排放浓度达到450/320mg/m3，则脱硝率必须达到65%/50%左右。
样本中有45条线明确表明采用NOx控制措施，其中单独使用低氮或分级燃烧技术脱硝率达28%、低氮和分级燃烧技术组合的脱硝率达37%、SNCR脱硝率59%、SNCR和低氮或分级的组合脱硝率分别达72%、75%。
综上现有企业必须采用SNCR、新建企业必须采用工艺控制+SNCR才能够达到征求意见稿中450/320mg/m3的限制标准。
其实意见征求稿中所要求的NOx排放限制正是基于SNCR和工艺控制的基本控制水平而设定，其中：
现有企业方面，考虑到炉内工艺改造难度大，基于采用末端治理（SNCR）方式，要求50%的脱硝率，而设定了450mg/m3的限值。
新建企业方面，要求进行工艺改进和末端处理相结合的脱硝措施，要求工艺改造30%的脱硝率，总体65%的脱硝率，而设定了320mg/m3的限制。
资料来源：
环境保护部
2、吨熟料新增脱硝成本3~5元，幅度不大
脱硝成本主要分为投资成本和运行成本。
投资成本指脱硝设备建设改造金额，现有生产线单线安装SNCR脱硝设备投资约300万元；新建线单线配低氮燃烧技术+SNCR脱硝设备投资约480万。
若按10年摊销，单线年均100万吨熟料的来计算，则新增脱硝投资成本0.3-0.48元/吨。
运行成本指运行时的消耗性成本，如还原剂成本（氨水/尿素）、压缩空气费、水电、人工等，其中还原剂成本占运行成本的90%。
通过国内部分SNCR脱硝实例的统计，年均脱硝新增运行成本约2-4元左右。
从统计数据来看，产线规模越大，SNCR脱硝运行成本越小（6000t/d的脱硝运行成本1.95元/吨熟料，2500t/d为3.6元/吨熟料，2000t/d为4.25元/吨）。
经了解，脱硝运行成本主要就是还原剂成本，而其用量主要和烟气量等炉窑参数有关，若产能翻倍而烟气量增长相对较少的话，那么均摊到吨熟料上，运行成本上就会比较小。
市场可能担心水泥脱硝对液氨需求的增加会推高液氨价格，从而提高脱硝运行成本，我们研究发现水泥脱硝的液氨需求在其总需求量中占比很小，并不会大幅抬高成本。
具体测算如下：
假设吨熟料消耗3KG氨水（25%的浓度），那么即使以全国12.8亿吨的熟料产量来计算，全年因为水泥脱硝而新增的液氨需求不到100万吨，占总液氨需求3%左右，对液氨价格影响很小，不会大幅抬高成本。
综上，标准提升后，将新增脱硝成本3-5元/吨熟料，相较于一般180元/吨的熟料生产成本，增幅并不大。
资料来源：
环境保护部
资料来源：
《“十二五”水泥行业氮氧化物控制技术的经济分析》
资料来源：
《水泥工业适用的脱硝技术》
3、恐难加速落后淘汰，或削弱大企业成本优势
市场一度有观点认为脱硝改造会增加吨水泥成本20-40元，成本的高门槛和规模优势将降低小规模产线的竞争力，从而利于行业格局改善。
实例证明脱硝改造新增成本不高，并且对每条线进行监管的难度较大，最终的约束条件可能仍是最终减排量达标即可，则或走上钢铁老路：
国企、大企业被重点照顾，小企业改造的少或者改造后实际运营的少，若如此并不利于落后淘汰。
四、弱复苏下去产能进入僵持阶段，分化将愈趋明显
环保标准的提高或难成为行业格局改善的推手，产能去化只有依靠3种方式达成：
1、技术升级；2、需求消化；3、市场淘汰。
在需求弱复苏下，我们认为短期行业去产能进入僵持阶段（为需求缓慢消化），东部部分区域很有可能尚未消化完毕，需求即出现负增长，则去化转为第3种方式。
未来水泥的区域和个股分化将愈趋明显，推荐低成本优势的全国龙头海螺水泥以及需求高速增长的甘肃龙头祁连山，未来可关注新疆区域的底部回升。
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