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大气环保产业全产业链—除尘、脱硫、脱硝、VOCs、汽车尾气治理等现状及问题

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发布日期:2019-07-25 10:22:09【
来源:中环资讯

            摘要:大气环保产业竞争力的提升需要全产业链角度的优化和提升。在界定大气环保产业全产业链概念的基础上,从上游供应链、中游生产链、下游服务链分别分析了除尘、脱硫、脱硝、VOCs、汽车尾气治理等大气环保产业细分领域产业链的发展现状及问题。提出从纵向上促进产业链各环节的平衡发展,在横向上拓宽大气环保产业领域及丰富产品类别的总体对策,具体包括拓展上游各行业环保材料与药剂的研发、加快上游各行业关键零部件的研发设计、加快上游关键技术的突破、加强中游大气污染检测设备的生产能力等。

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引言

           近年来我国大气环境质量持续改善,到2017年“大气十条”确定的目标如期实现,产业结构逐步优化,尤其是大气污染治理行业(本文称:大气环保产业)发展迅速。2018年,随着《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的实施,大气环保产业进入快速发展期。但从产业链角度来看,大气环保产业仍存在链条不完善、发展不平衡等问题,尤其是除尘、脱硫、脱硝、VOCs治理等不同行业产业链发展存在的问题也不同,需要从全产业链构建的角度进行优化。目前国内外学者逐步开始关注大气环保产业的发展,但从产业链角度对大气环保产业进行研究的较少,更鲜有对大气环保产业全产业链的分析及理论探讨。关于全产业链构建的理论分析,国外学者也鲜有涉足,但从全产业链的主旨思想看,与国外学者所讨论的产业链纵向一体化是一致的。如Geyskens从交易费用角度对纵向一体化的效用问题进行了研究,表明产量和行为不确定性鼓励企业选择纵向一体化,技术不确定性降低了企业纵向一体化的兴趣。Noriaki Matsushima和Tomomichi Mizuno研究提出纵向一体化有助于实现产品的差异化和企业间的产品战略互补,并且发现大企业更倾向于纵向一体化。国内学者则主要集中在对农业(包括食品级生物制药)、纺织业、电信业、能源产业、汽车业和文化创意等产业全产业链构建的研究中。关注的重点包括全产业链利益分配、全产业链价值增值等。学者们普遍认为全产业链具有分散风险,提供附加值的显著特点,因此探索大气环保产业全产业链的构建和优化对于提升大气环保产业的竞争力,促进其发展有重要作用。本研究首次对大气环保产业全产业链的概念进行了界定,并详细分析了大气环保产业各细分领域行业全产业链构建的情况,针对不同行业的问题提出优化全产业链的对策。研究成果一方面是对大气环保产业理论的深化,另一方面为我国大气环保产业全产业链的构建和优化提供借鉴。

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大气环保产业全产业链相关概念界定

2.1 大气环保产业链

目前,学术界鲜有研究以大气环保产业、大气环保产业链为对象,少数研究中称大气污染治理产业。本研究提出的大气环保产业链为:由提供大气污染治理的技术、产品、设备、信息、服务等多部门组成,以产品和技术为投入,向用户提供大气污染治理的产品、服务,以价值增值为导向,以满足用户对大气环境质量改善为目标的链式结构

2。2 全产业链

据考证,产业链一词最早是由我国学者提出的,但国内学者对于产业链的概念尚未形成统一的认识,有学者通过对比分析国内学者提出的定义,给出产业链的科学定义为同一产业或不同产业的企业,以产品为对象,以投入产出为纽带,以价值增值为导向,以满足用户需求为目标,依据特定的逻辑联系和时空布局形成的上下关联的、动态的链式中间组织。

而关于全产业链的概念是较新的概念,全产业链一词最早见于中粮集团于2009年提出的“全产业链”发展战略,此后中粮集团由主要以农副食品进出口贸易为主业务开始向农产品领域的源头和终端进军,并将农作物种植、加工、运输及销售等多种产业环节组成一个完整的产业链系统[。最初的全产业链主要针对农业而且是一家企业实现。此后,全产业链概念和战略在农业及各种农产品的发展中兴起,还拓展到纺织、服装、电子信息等产业中。目前学术界对于全产业链的概念尚未有较权威的界定。本研究在梳理文献基础上提出,全产业链是企业以价值增值为目标,一方面不断向产业链的上下游延伸和扩展;另一方面不断扩充产品多样性和相关性,并最终形成一个产业网络结构。基于本研究提出的全产业链概念,全产业链有两方面的内涵,一是在纵向上从产业链源头做起,涵盖原材料设计、产品研发、生产、销售等产业链各个环节;二是在横向上不断丰富产品类别和产业类型。所以说全产业链是产业链在纵向和横向上实现的拓展和延伸。

2。3 大气环保产业全产业链

根据大气环保产业链、全产业链等概念,本研究将大气环保产业全产业链的概念界定为:以价值增值为导向,以满足用户对大气环境质量改善为目标,涵盖大气污染治理技术研发、产品、设备生产、运营服务等产业链各环节,以及各环节类别不断丰富的产业链网。其内涵主要是在纵向上包含大气环保产业链上游、中游、下游各环节,在横向上其包含除尘、脱硫、脱硝、VOCs治理、机动车尾气治理等各领域的产业链网。

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大气环保产业链发展现状分析

大气环保产业链由上游供应链、中游生产链、下游服务链三个环节组成。按照产业类型可以将大气环保产业链分为脱硫行业产业链、脱硝行业产业链、除尘行业产业链、汽车尾气治理行业产业链、VOCs治理行业产业链等。从除尘、脱硫、脱硝、VOCs、汽车尾气处理等几大产业细分领域的供应链、生产链和服务链的发展现状、规模等进行分析。

3.1 除尘(固定源)产业链分析

3.1.1 上游供应链

整体来看,我国的电除尘、袋式除尘技术已达到国际先进水平,已完全具备依靠自有技术和实力完成大气污染治理项目EPC的能力。我国的电除尘技术广泛应用于燃煤电站、水泥、钢铁、有色等各工业行业。袋式除尘在整体性能、大型化、专用纤维和滤料方面均取得了显著进步,并已在燃煤电厂、水泥窑、垃圾焚烧烟气净化,火电厂脱硫除尘等领域大面积应用。大型脉冲袋式除尘器及滤袋缝制技术已达国际先进水平。

近年来随着排放标准趋严,涌现出许多先进的除尘技术。电除尘新技术主要有:低温、低低温、湿式、旋转电极式、电凝聚、电除尘供电电源新技术(高频电源、中频电源和三相电源)等。袋式除尘器的核心纤维和滤料的改进体现了袋式除尘行业技术的显著进步,近年来核心纤维和滤料,包括芳纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺和聚四氟乙烯等实现国产化,促进了袋式除尘行业的发展。

我国袋式除尘单机最大设计处理风量由原来的100万m3/h提高到250万m3/h,单项工程最大处理风量达到了560万m3/h,各项技术性能指标都能达到国际先进水平。我国在低阻、高效袋式除尘器新结构创新方面开展了重点研究,开发了直通式袋式除尘器、电袋除尘器、气流分布和表面超细纤维滤料等应用新技术,设备运行阻力大幅降低。设备大型化设计是袋式除尘技术进步最为显著的标志,我国已经在大型袋式除尘器的结构安全、应力计算、气流分布、模块化设计、运输与安装、滤料制造及滤袋缝制技术等关键技术方面取得突破。

3。1。2 中游生产链

从2000~2015年电除尘行业市场分析可知,除2009年受全球金融危机影响市场下降,其余年份电除尘行业市场持续增长。电除尘如今已成为装备精良、配套齐全的一个行业,目前我国从事电除尘器生产的企业有200多家,已经成为世界电除尘器生产大国,生产、使用电除尘器的数量均居全球首位,我国生产的电除尘器不仅能满足国内需求,还有相当部分出口至几十个国家和地区,电除尘行业是我国环保产业中能与国外厂商相抗衡且最具竞争力的行业之一[18、19]。2014年,随着环保要求的提高,电除尘市场需求持续增加,电除尘销售收入214.0亿元,出口额13.6亿元,2015年全国的电除尘销售收入约为143.4亿元。

袋式除尘器的应用已覆盖至全工业领域,产品系列丰富,是我国主要大气污染物控制,尤其是PM2.5排放控制的主要除尘设备。但由于袋式除尘行业产能过剩竞争过于激烈,近年来行业的总产值持续下降,国外工程总包和设备成套项目减少,出口也呈下降趋势。袋式除尘设备行业市场较为分散,集中度也不高,企业的竞争优势以及创新驱动力并不是特别明显,但袋式除尘的主要耗材——高温滤料的总产值及利润有所增长。

3。1。3 下游服务链

袋式除尘器的运行管理需要非常专业化的技术,很多使用袋式除尘器的企业都配套有很好的袋式除尘器,却缺乏长期可靠的管理和运行维护,我国袋式除尘的骨干企业都具有向包括发达国家在内的国际市场提供袋式除尘装备和环保工程总承包的资质,以及提供袋式除尘技术、装备和配件的能力。除尘产业链见图1。


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3。2 脱硫、脱硝产业链

3.2.1 上游供应链

烟气脱硫技术按照反应物的状态可分为湿法烟气脱硫和干法烟气脱硫。我国的湿法脱硫技术来源于20世纪90年代的技术引进,在原国家经济贸易委员会的指导下,电力部门陆续从国外引进了比较先进和成熟的脱硫工艺,应用在大机组上的湿法脱硫技术主要有喷淋塔技术和液柱塔技术,且以单塔为主,即湿法脱硫单塔强化技术。该类技术目前应用较多的包括旋汇耦合湿法脱硫技术、沸腾式泡沫脱硫技术、双循环湿法脱硫技术[20、21]。在烟气脱硫领域,我国已拥有30万千瓦火电机组自主知识产权的烟气脱硫主流工艺技术,但在大型火电机组脱硫工艺技术方面还缺乏自主知识产权。干式烟气脱硫技术主要有喷雾干燥法、炉内喷钙法和循环流化床排烟脱硫法。

干式烟气脱硫技术适用于硫含量低于2%,场地及资金受限制的情况,目前循环流化床排烟脱硫法(CFB)在国内电厂的应用较广,仅次于石灰石湿法的应用[20、21]。

脱硝技术方面,主要是低氮燃烧技术、选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)。近年,主要趋势是进一步优化低氮燃烧系统,并在超低排放中进行技术的组合应用,如低氮燃烧+SNCR+SCR脱硝,低氮燃烧+SCR脱硝(增加催化剂层数)。我国的烟气脱硝技术主要为引进,缺乏拥有自主知识产权的技术,以上脱硝技术在工程建设中已经得到广泛应用。

3.2.2 中游生产链

中游生产链主要是脱硫、脱硝相关设备的生产制造,脱硫、脱硝设施的安装等。脱硫设备制造业分为通用类设备(例如:风机、循环泵、阀门、球磨机等)和专用类设备(例如:除雾器、喷淋系统、收料器、布料器)通用类设备生产规模大、货源充足、价格稳定;专用类设备大部分以脱硫公司定制方式配套供给烟气脱硫行业,由于产业的互补效应,价格和供应量相对稳定[20、21]。目前国内脱硫设备生产企业较多,产品类别丰富,市场格局竞争比较充分,但是可生产多类别脱硫设备的企业相对较少,因此总体看脱硫设备生产企业多但相对分散。

截至2016年年底,全国已投运火电厂烟气脱硫机组容量约84 800万千瓦,占全国火电机组容量的80。5%,占全国煤电机组容量的90。0%,已投运火电厂烟气脱硝机组容量约86 400万千瓦,占全国火电机组容量的82%,占全国煤电机组容量的91。7%。从2016年钢铁行业脱硫脱硝现状来看,脱硫脱硝设施的安装率在90%以上,但市场混乱,简单模仿、低质低价、恶性竞争现象普遍;防腐、外保温、副产物处理等环节缺失;设施运行效果不好,普遍缺乏有效的运营维护,设备故障率高,投运率低。从2016年水泥行业脱硫脱硝现状来看,水泥行业脱硝装置安装率超过85%,但是排放标准宽松,SNCR技术设备在水泥行业脱硝应用广泛,但脱硝效率不高[20、21]。2014年国内脱硫、脱硝产业规模统计见表1。

3.2.3 下游服务链

下游服务链主要是脱硫、脱硝设备的运营管理。脱硫的特许经营模式已经开始由EPC模式逐渐向BOT模式转变,具有运营管理经验且具备BOT资质的企业将迎来良好的市场局面。目前脱硝的特许经营市场规模较小,参与的企业不足10家,随着火电脱硝行业的发展,特许经营市场规模有望迅速扩大。脱硫、脱硝行业产业链上下游关系及市场技术情况见表2。

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3.3 VOCs治理产业链

3。3。1 上游供应链

挥发性有机化合物(VOCs)的治理技术主要包括吸附回收、吸附浓缩、催化燃烧和高温焚烧、蓄热燃烧、低挥发性有机溶剂等技术,同时,低温等离子体和生物治理技术发展较快。吸附回收技术目前在包装印刷行业应用最为广泛。吸附浓缩技术在汽车制造等喷涂行业应用广泛,蓄热式热力焚烧技术和蓄热式催化燃烧技术,逐步替代传统的催化燃烧和高温焚烧技术。目前,多项技术组合应用得较多,因VOCs成分极其复杂,化合物性质各异,采用单一的治理技术往往难以满足排放要求,需多项组合技术,如吸附浓缩+焚烧/吸收技术、低温等离子体+吸收/催化焚烧,活性炭吸附回收+沸石转轮吸附浓缩技术+冷凝回收技术等。目前,VOCs治理的技术较多,但技术水平参差不齐,与二氧化硫、氮氧化物、烟尘等治理水平相比还较低,行业内尚未培育形成具有带动能力的龙头骨干企业,低质低价恶性竞争问题较突出。

3.3.2 中游生产链

目前,全国从事VOCs治理的企业为200~300家,其中约一半企业是近3年内新注册成立或由除尘、脱硫、脱硝等其他治理行业兼顾VOCs治理。2014年,VOCs治理行业的总产值约70亿元,利润为10%~15%。2015年全球VOCs治理行业市场规模为240亿~270亿元,其中中国占37%~42%的市场份额,美国占17%~19%,欧盟占19%~20%,2015年中国VOCs治理行业市场容量已达100亿元。VOCs治理装备市场潜力巨大,目前成熟的治理技术(如吸附法、热力燃烧法、蓄热式催化燃烧法等)都有配套的设备产业化。整个“十三五”期间,随着排污收费试点和标准的陆续出台,VOCs治理规模将超过1500亿元。

3.3.3 下游服务链

从“十二五”到“十三五”,VOCs政策体系经历了从无到有的进程,相关政策进入密集出台期。“十三五”规划纲要提出,在重点区域、重点行业推进VOCs排放总量控制,排放总量下降10%以上。随着VOCs治理的排污费收费政策和补贴政策逐渐落地,将利于VOCs监测设备和第三方运营服务行业的发展。整体来看,“十三五”期间VOCs监测市场空间为57亿元,其中:VOCs监测设备市场空间为33.5亿元,第三方运营服务市场空间为23.5亿元。

VOCs治理产业链示意见图2。

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3.4 机动车(移动源)污染治理产业链

3。4。1 上游供应链

机动车污染治理产业链的上游主要是各类机动车污染防治技术的研发。包括机内净化技术和机外净化技术。机内净化技术主要包括废气再循环技术、电控燃油喷射系统,针对不同的机动车略有差异,如国五汽油车排放控制技术(发动机系统、车载诊断系统OBD性能优化、车载加油油气回收系统ORVR)[22]。机外净化技术主要是尾气催化净化技术,其中催化剂是核心,目前贵金属催化剂、非贵金属催化剂得到了最为广泛的应用,稀土催化剂是研发的新方向。

3.4.2 中游生产链

主要是机动车治理装备的生产,包括在用车环保装备、新车环保装备、新能源汽车及相关产品。对于新车增长,轻中型柴油车、重型柴油车和轻型汽油车分别以170万辆/年、180万辆/年和1500万辆/年增长计算,新车环保装备每年分别需540亿元、900亿元和3000亿元,这些新车成为在用车后,每年至少有300亿元的后处理市场。

3。4。3 下游服务链

下游服务链主要包括机动车尾气排放检测、监测服务。目前尾气检测、监测技术相对成熟,除有专门的机动车尾气检测机构外,还有环境综合服务提供企业,监测要素覆盖废气、空气等。

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全产业链优化对策

根据大气环保产业全产业链的定义,要对大气环保产业全产业链进行优化,要在纵向上促进上游、中游、下游各环节的平衡发展,在横向上拓宽大气环保产业的产业领域,丰富产业领域的产品类别。

4。1 促进产业链各环节平衡发展

大气环保产业链上、中、下游三个环节的发展不平衡,尤其是处于价值链顶端的下游服务链还较弱,因此,需要提升大气环境服务业的综合服务能力,促进不同类别服务业的发展。提高大气环境工程建设与运营的市场化、标准化、规范化和现代化水平,完善大气环境咨询服务业,鼓励大气环保产品认证咨询等的发展,促进大气环境贸易与金融服务业的发展,鼓励大气环保相关产品的专业营销、进出口贸易。

4.2 拓展上游各行业环保材料与药剂的研发

对于除尘行业重点发展布袋除尘器专用滤料和覆膜滤袋,主要为低阻高效耐用的芳纶、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺、聚四氟乙烯PTFE、防静电纤维及滤料、改性玻纤/PTFE、复合纤维及滤料如P84玻璃纤维复合针刺毡、PTFE玻璃纤维复合针刺毡和Nomex玻璃纤维复合针刺毡等,静电除尘材料主要为耐腐蚀耐磨损的钢材材料。脱硫行业主要发展脱硫石膏和废水中Hg等重金属螯合剂、稳定剂等脱硫药剂。VOCs治理材料主要为活性炭、沸石等分子筛、陶瓷等蓄热体、生物菌剂和填料、水性涂料等的研发。机动车尾气治理材料主要为抗硫性好的选择性催化还原(SCR)催化剂、炭罐用活性炭等。

4。3 加快上游各行业关键零部件的研发设计

除尘行业重点是加快布袋除尘关键设备清灰系统的喷吹电磁阀的改良,静电除尘器关键设备旋转电极、配套供电电源(高频高压电源、脉冲高压电源、电源和三相高压电源)等的研发。脱硫行业重点是加强关键设备包括:耐腐蚀耐磨损的浆液循环泵、真空皮带脱水机、增压风机等的供应。脱硝行业重点是加快还原剂添加喷射设备、催化还原反应器、催化剂再生关键设备等的生产供应。VOCs治理行业关键设备主要为吸附浓缩与回收装置、催化蓄热燃烧设备、生物反应器、低温等离子体反应器等。机动车尾气净化关键设备包括:柴油车(含非道路移动机械)主要为稀NOx催化器LNC、NOx捕集器 LNT、细颗粒物过滤器DPF、微粒氧化催化转化器POC、催化氧化转化DOC等;汽油车主要为发动机、车载诊断系统OBD、车载加油油气回收ORVR装置等;摩托车主要为化油、电喷、催化转化器和炭罐等。

4.4 加快上游关键技术的突破

除尘行业重点研发静电除尘器低温、低低温、湿式、旋转电极式、电凝聚、电除尘配套供电电源新技术等,重点研发袋式除尘器的节能清灰技术、布袋破损的在线检测与更换技术、低阻高效耐用的滤料及涂层技术,特别是对PM2.5高效过滤的滤料及涂层技术。此外还要加快研发电袋复合除尘器防止臭氧腐蚀耐用的滤料、长期低阻力运行技术等。脱硫行业重点研究低阻力二级串联循环吸收技术、吸收塔内增加托盘等技术,脱硝行业重点研究应用于钢铁、有色、水泥等行业的低温选择性催化还原烟气脱硝催化剂、SCR催化剂再生技术、工业锅炉与窑炉低氮燃烧技术等。

4.5 加强中游大气污染检测设备的生产能力

重点加强满足超低排放监测要求的低浓度高含湿烟气细、超细颗粒物、NOx、SO2、SO3以及硫酸雾、Hg、NH3等在线监测、检测设备的生产,还有固定污染源VOCs、恶臭气体等关键污染物排放在线监测、检测技术设备、VOCs气相色谱-质谱快速监测、检测技术设备的生产能力。同时,还要加快超细颗粒物和VOCs等在线监测、检测技术设备以及移动污染源超标排放快速识别技术设备。

此外,包括大气低浓度挥发性、半挥发性和颗粒态有机物高灵敏在线监测、检测设备;大气颗粒物源识别在线监测、检测技术设备;大气污染多平台天空地一体化实时监测技术包括大气污染多参数地基高分辨在线集成测量技术设备、车(船)载和机载走航观测技术设备、自由对流层与边界层物质能量交换的探测技术设备、卫星遥测技术设备等都是今后需要重点加快研发生产的设备。

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结论与讨论

大气环保产业细分领域行业包括除尘、脱硫、脱硝、VOCs、汽车尾气治理等,通过分析除尘、脱硫、脱硝行业的产业链相对完整,VOCs、汽车尾气治理行业的产业链仍存在各环节不匹配,主要产品类别不丰富等问题,构建全产业链的潜力较大。基于各领域产业链的详细分析,提出了各行业产业链价值增值的关键环节和节点,指出了构建全产业链的重点方向。研究以定性分析为主,今后在定性分析基础上对产业链绩效进行评价,识别提升绩效的关键环节,并在评价基础上提出更有针对性的构建全产业链的对策建议是值得深入分析和探讨的方向。

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