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    行业分析之六——大气处理行

      发布时间:2018-03-18 18:13

      大气是我们每个人都无法避免会接触的,空气中各种各样的物质都会伴随着我们的呼吸进入体内,目前已知的大气污染物就有100多种,造成大气污染的原因有两方面,一是自然灾害(火山喷发、森林火灾等),二是人为污染(汽车尾气、工业废气等),这两方面中后者为主要。目前我国大气污染物主要包括:S02、NOX、粉尘、CO2、PM2.5(细颗粒物)等,其中引起雾霾的主要物质就是PM2.5,PM2.5的产生又与S02、NOX、粉尘有很大的关系。CO2主要引起的是全球变暖和温室效应,虽然对不具有害性,但对气候的影响很大。

      大气污染的危害涉及到很多方面,不仅是对我们自身有一定的危害,对我们的工农业生产以及对我们生活居住的气候环境都有很大的威胁。相信生活在一二线城市的人们都有所体会: 长时间灰暗的天空、尘土飞扬的空气还有不舒服的鼻腔和“摘不下”的口罩。我们生活在这样一个劣质的环境中,无可避免的会产生身体不适。空气质量的恶化会对的遗传物质引起突变,对我们的子孙后代有严重的健康隐患,而我们自己本身也可能因为空气的污染患癌或肿瘤等疾病。大气中的酸性物质会形成酸雨,雨水的降落也许在一定程度上产生了净化作用,但酸雨本身会对土壤和植被造成破坏,影响农业发展,空气中的粉尘也会使精密仪器产生偏差,酸性物质在长时间中会对设备产生腐蚀,增加工业发展的成本。最严重的是大气污染对气候的影响,悬浮的颗粒物使能见度变低,日光减少,甚至破坏臭氧层。大气中二氧化碳的浓度过高会引发温室效应,这些是大家都知晓的危害。

      上图显示了大气污染的几个来源,其中工业源是最主要的,工业废气排放中又有很多行业,最重要的三个行业代表是电热生产供应业、黑色金属冶炼及加工业、非金属矿物制品业,每个行业又再细分,从具体的工厂上治理。我国大气污染治理的主要脉络大至是这样。

      “十二五”大力推进节能减排政策,到如今“十三五”规划的出台,在大气治理方面总的来说已经取得了一些成效,特别是减排方面。

      上图是SO2的排放量和排放增速,工业源仍占SO2排放量的最重,工业SO2排放量在2006年达到最高之后,增速已连续7年为负,工业SO2的排放已受到了较好的控制。而城市生活中SO2的排放由于相对分散不宜控制,很多时候还得靠人们自身的自觉,因此排放量一直忽上忽下并没有很好的控制,但毕竟只占少数,SO2总体排放量已在慢慢下降。

      上图是NOX的排放量和排放增速,同SO2一样,工业源是占大头的,在2010年进入“十二五”规划后,NOX被列为主要的大气污染物,可以看出从2010年后NOX的排放量开始逐渐下降,工业和城市生活源的增速都为负。但从2011年开始新增了一项“机动车”,机动车在2011年之前是归入城市生活源的,但后来将其分离出来,并且可以看到在工业和城市生活源增速都为负的情况下,机动车的增速虽然在下降但仍为正,说明机动车是NOX排放的又一重要来源,需予以更多的重视。

      上图是粉尘排放及其增速情况: 2005年粉尘排放达到最高,此后进入了一段大幅下降的时期,“十二五”期间处于平台期。近年来由于雾霾问题,使得粉尘排放备受关注,工业粉尘排放已得到较好控制,进入平台期,城市生活源一样由于过分散的原因不好控制,其增速一直在上下浮动,而机动车粉尘的排放却在减少,说明我国近年来对机动车粉尘排放的规定(如提升油质、淘汰黄标车等)已产生一定效果。

      前面提过我国大气治理的主要脉络,SO2、NOX、粉尘的主要来源都是工业废气,而工业细分下来有三个主要的污染行业,分别是电热生产供应业、黑色金属冶炼及加工业和非金属矿物制品业,这三个行业是SO2、NOX、粉尘最集中排放的来源。

      对于SO2来说,占其排放量最多的行业是电力、热力生产和供应业,三个行业的SO2排放总量在2006年后开始下降,特别是占大头的电力、热力生产和供应业的增速持续为负,对减排的贡献最大,在排放量和增速上的减幅都较大,而另外两个行业在量上虽然得到一定的控制,但增速方面却不是特别理想。

      NOX的排放中依然是电力、热力生产和供应业占比最大,也是在“十二五”后控制的最好的,NOX排放量的下降主要得利于其另两个行业的排放量几乎没有变化,不过增速放缓,还应加大控制力度。

      粉尘排放中三大行业所占比重都差不多,在减排方面做得最好的是非金属矿物制品业,排放减幅最大,但经过一幅度下降后有一点反弹,趋于稳定状态。电力、热力生产和供应业的粉尘排放反弹幅度最大,之前提到粉尘排放处于平台期,这时候正是需要技术创新和监管持续的时期,不应放松。

      各国都有工业发展,当然工业和经济的发展会带来环境污染的代价,但不得不承认,我国的大气污染是比较严重的,这背后的原因可以追溯到我国特殊的能源结构。长期以来,我国的能源消耗以煤炭为主,煤的生产占了70%以上,而石油、天然气、可再生能源占的比例比较小。虽然我国在努力增加新能源的比例,但新能源的比例还是很少,由于我国资源禀赋的限制,能源结构中天然气的占比也很小,总的来说,我国以煤为主的能源结构短时间内变化不会很大。如下图

      工业和经济发展需要煤炭,随着煤炭消耗量的增加,最明显的是CO2的增加,而为了使SO2、NOX的排放达到标准,我们需要对其进行脱硫脱硝处理,在这处理的过程中又会产生一定的CO2,可以说为了治理大气污染不可能回避CO2增加的问题。

      这张图显示2010年我国CO2排放的来源80%是煤炭的消费,而煤炭的消费又主要来自于电力、热力生产和供应业。说明要从根本上治理我国的大气污染,最主要的就是想办法替换掉煤炭的使用,加大对电力、热力生产和供应业的废气排放控制。

      但目前我国的新能源还处于研发和推广的阶段,并不能撑起整个能源结构的一片天。新能源主要有页岩气,虽然我国的页岩气储量为世界第一,但是开发难度相对美国来说很大,储存地太深,开发技术不成熟,可能会涉及到浪费水资源、污染地下水、引起地震等不利方面,所以一直没能有效的利用。而水电在我国的应用基本已饱和,风电和太阳能对气候的依赖程度较大,稳定性不强,我国的天然气消费量又大于生产量,对外进口的依赖在不断加大,唯一可控没依赖的核能在日本核电厂出事之后都担心安全问题,即使目前核电像高铁一样实施“走出去”战略,说明安全方面已经得到很好的把控,但心理这关只能是个缓慢改变的过程。因此总体看来我国目前的煤炭生产量和消费量还暂时无法下降太多。

      国土资源部指出:必须减少煤炭的使用量,在2025年天然气和石油占能源结构的比例达到50%,从根本上治理雾霾。也就是说这是个十年计划,虽然我们不能短时间内完全改变我国的能源结构,但可以用最安全最平稳的方法(如推进煤炭清洁化利用)通过一个较长的时间来治理大气污染。

      前文中提到了SO2、NOX和粉尘排放量最多的三大行业,现在我们再来看看如何在这三大行业中进行控制来达到我国2025年的能源结构目标。

      电力、热力生产与供应业是SO2和NOX排放的主要行业,也是节能减排的主力军,分为独立的火电厂和各个工业企业的自备电厂两类。先来看看独立火电厂

      独立火电厂的脱硫设备数量上升已趋于平稳,脱硝设备处于快速增长时期,而除尘设备大的数量较为稳定。正在除尘方面效率较高,接近100%,虽然去除率也较高,但排放量也在同步上升。脱硫方面,排放量在稳步降低,相应的去除量和去除率都在提升,去除率最终趋于平稳饱和,说明独立火电厂的脱硫效果显著但上升空间不大。脱硝方面,设备处于快速增多的状态,去除率也在渐渐上升,而去除量及其增速处于快速增长状态,“十二五”将NOX列为大气污染的主要物质,促使脱硝的市场空间还很大,还未饱和。

      各企业工业的自备电厂中脱硫设施基本和电厂数量持平,而脱硝设备的数量比起电厂数量来说还有很大的缺口。2013年SO2 的排放量比起2012年略有下降,去除量也有所提升,去除率更是处于增长状态,氮氧化物的去除量没有什么变化(因为脱硫设备数量缺口),而排放量有一定增加,因此导致去除率下降很多。而粉尘的设备多,排放量少,因而去除率也接近100%。自备电厂比起独立的火电厂来说减排工作做得并不好,不够规范,还需加强监管,特别是在脱硝方面,市场还有待开发。

      2013年比2012年来说,钢铁冶炼厂的数量有明显的下降,钢铁冶炼厂在进行整合,增加单厂的产能,实现规模化生产,从而可以更加集中的推进污染治理工作。相反的是,排污设备、脱硫设施和除尘设施都增加了,说明钢铁冶炼厂数量削减后再减排方面的自觉性有所提高。SO2的排放量这两年基本没什么变化,基本受到控制,而去除量明显增加,对应的去除率也在上升。而NOX近年来才受到重视,排放量没变化已受控,去除量有显著提高,但总体来说去除率还是偏低,只有10%左右。在粉尘方面去除率虽高,但去除量比电力、热力生产和供应业的去除量还是差很多。可以说在钢铁冶炼厂脱硫和脱硝都处于起步阶段,正在快速发展,未来还有一定的市场空间,毕竟去除率比起其他行业或均值来说都还较低。

      水泥企业的数量在增加,这与城镇化建设加快有关,从数量上可以看出脱硝处于该行业的起步阶段,脱硝设备数量开始增加,但除尘设施数量却有所降低。同上两个行业一样,脱硝都处于一个起步阶段,氮氧化物的去除量在快速增加,去除率也在大幅度增加,虽然依然不高,但市场已经打开,还有一定空间。粉尘是水泥业的最大问题,可以看到虽然除尘设备数量减少了,但去除率并没有跟着下降,说明设备的处理质量和效率都更高了。

      上文对三个行业中的各类企业的污然物排放量及其去除率进行了简要的说明,工业废气是产生大气污染物主要的源头,这些年来我国对工业废气减排十分重视,从而使工业废气排放量受控并且下降,这使得工业废气治理的市场需求增速放缓,市场无法进一步扩展,运行费用也在快速增加,说明治理和监管都在加强,如下图

      可以看到SO2的排放量在2006年后有很大下降,如今处于平台期,工业废气大的排放量增速放缓,基本已受控。治理设施数量在不断增加,运行费用更是在快速增加,说明“建而不运”的现象有很大的改善,各企业的自觉性都在提高。面对宏观经济的不景气,工业发展自然受限,这也是造成工业废气排放降低的一个原因,大家不能忽视,我国目前对新兴行业支持很大,自然会冷落传统行业,但这不代表我国对传统行业的污染治理就放下了,我国依然会加大治理力度,让我国的环境跟上经济的发展。

      可以在上文的很多图里看到,从2006年后SO2的排放量都开始降低,减排力度开始加大。2001年到2005年是“十五”规划的五年,“十五”已明确了要减排,但最终并没有达到目标,因此从2006年开始,国家减排力度开始加大,SO2减排行业呈现爆发性的增长,但行业陷入了恶性竞争,最终导致中小企业纷纷退出该行业。2008年脱硫特许经营权出台,**改善了脱硫工程的质量,运行也渐入稳定,各方面的政策规定都在不断完善,监管力度不断加大,脱硫的标准在不断提升,“气十条”的出台使得减排成为刚需。今后脱硫行业的主要问题也依然是提标,2014 年 9 月的《煤电节能减排升级与改造行动计划》 ,提出超洁净排放,二氧化硫排放限值进一步提升为 35 mg/m 3,各企业也都在加紧配合中。

      脱硝从2007年才开始初步发展,但一直标准宽,监管松,2007至2010并没有进入“十一五”的环保指标中,于是氮氧化物的排放量没有受到较好控制,超过了“十一五”的排放限制,政府开始蓄力准备加大监管力度。2011年氮氧化物才进入“十二五”的主要环保指标,频繁出台各种政策和新标,监管越来越严,行业开始迅速增长,目前空间仍未饱和。

      2013年国务院发布了《大气污染防治行动计划》十条措施,给予了大气治理市场强力的后续支撑。“大气十条”要求减少污染物排放,加快重点行业脱硫脱硝除尘改造,推进清洁生产,主要污染物的排放强度到 2017 年底下降 30%以上,此项包括 SO2、NOx、除尘,为行业提出速度指标,打开 1.7 亿大气治理市场。2016年1月1日开始实行的《中华人民共和国大气污染防治法》是对新环保法的延伸,强调源头治理和全面参与,对大气污染的违法行为处罚提供参考依据,提高可执行性,强化大气市场的刚性需求地位,保障新增市场空间,还有环保税的征收和排污权交易制度,使得大气治理体系更加经济化。

      我国的脱硫主要指烟气脱硫,烟气脱硫指除去烟气中的硫及化合物的过程,主要指烟气中的SO、SO2,以达到环境要求。而烟气脱硫的技术有很多种,按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态,烟气脱硫分为:湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺,湿法脱硫技术较为成熟,效率高,操作简单,因此我国主要的脱硫技术便是湿法脱硫技术。下面是各种工艺的一个比较图

      脱硝处理分为燃烧前脱硝、燃烧过程脱硝和燃烧后脱硝。燃烧前,减少燃料中的氮量;燃烧中,发展低氮燃烧技术,对燃烧过程进行控制;最后燃烧后脱硝,也就是我们一般意义上的脱硝——烟气脱硝,对烟气中的NOX进行处理。烟气脱硝的技术有很多,在我国SCR(选择性催化还原技术)占主导地位,采用较多。下图是各种脱硝技术的对比。

      简介一下SCR技术的原理。在催化剂的作用下,向温度约为280~420摄氏度的烟气中喷入氨,将NOX还原为N2和H2O。

      所谓除尘,就是利用一定的外力作用使粉尘从空气中分离出来,是一个物理过程,其中使粉尘从空气中分离出来的作用力主要有:机械力(重力、离心力、惯性力)、阻留作用(介质的筛滤作用、尘气绕流的接触阻留作用、扩散接触阻留作用)、凝聚作用(加湿、蒸汽凝结、)、静电力和扩散。根据以上机理,除尘器分为四大类:机械除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器和电除尘器。更具净化的要求又有四大类:粗净化(第一级净化)、中净化(用于通风除尘系统)、细净化(净化后浓度=1~2mg/m3)和超净化(1微米以下)。下图为各类除尘器的比较

      公司的主营为燃煤电厂烟气脱硫脱硝装置的建造和运营,公司集脱硫技术研发、系统设计、装置建造和特许经营为一体,在大气治理市场上有较高地位。公司自主创新、研发了高效湿法湍流塔脱硫技术,其核心技术“旋汇耦合脱硫装置”取得国家专利,同时取得国家专利的还有“喷淋设备”。在技术拥有方面,公司同时拥有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)以及SCR/SNCR混合法等烟气脱硝技术,为燃煤烟气脱硝工程提供技术支持、系统设计优化、关键设备供货、安装调试等服务。

      龙净环保是我国除尘行业的首家上市公司,也是国内机电一体化专业设计制造除尘装置和烟气脱硫装置等大气污染治理设备及其他环保产品的大型研发生产基地,企业实力和产品的产销量位居行业龙头地位。公司先后引进美国、德国、澳大利亚等国家最先进的环保技术,开发生产除尘、脱硫、脱硝、物料环保输送、电控设备等五大系列产品,可以提供工业烟气多污染物治理的一揽子解决方案和BOT模式的运营,公司产品在电力、冶金、建材、轻工和化工等行业得到广泛应用。

      菲达环保是全国最大的环保机械科研生产企业,环保业中唯一的国家重大技术装备国产化基地。主要从事电除尘、烟气净化、气力输送等方面的开发、生产、销售、安装及其他工程服务。

      SO2、NOX处理工程:龙净环保 、国电清新 、九龙电力 、永清环保 、龙源技术 、盛运股份 、燃控科技

      总体来说,和水污染治理和固废治理相比,大气治理是最早开始的,特别是脱硫方面,在2006年就开始大力度控制,脱硫市场的上升空间不大。而脱硝是在“十二五”才正式提出,目前处于快速成长阶段,还有一定的市场空间。已经污染的大气很难控制治理,因此只能从源头上下手,所以节能减排在长时间内会是我国大气治理的主线方案。大气污染的主要来源工业废气已处于一个平台期,减排工作会继续加强,但考虑经济发展需要不会有更大的减少,所以要做的是加强监管保持控制。城市生活废气主要是北方冬天的小锅炉,国家目前正在全面治理阶段,科学供暖,使用优质煤炭,加快集中供暖设施建设等,机动车废气排放目前正加强洁净能源的研究。“气十条”的出台给了大气治理一波动力,但今后更多的是靠监管的完善加强和每个人心中环保意识的加强。

      这篇帖子统计数据只到2013年,有些跟不上形势了。脱硝是十二五重点,所以在2014与2015年这两年快速发展,目前是否还有快速发展空间还需确认,从清新环境的年报来看,他们已经将关注点转向超低排放了,可能也从侧面说明脱硝的发展已经减缓。而十三五主要重点会在VOC的控制上,脱硫脱硝将退居配角

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