污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)選型成本因素分析

1、陳現(xiàn)明(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所,河北邯鄲056027污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)選型成本因素分析據(jù)住建部發(fā)布的關(guān)于全國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施2011年第四季度建設(shè)和運行情況的通報顯示,截至2011年底,全國已建成城鎮(zhèn)污水處理廠3135座,在建污水處理項目達(dá)1360個。根據(jù)不完全統(tǒng)計,在已建和在建的污水項目中,95%以上的城市污水處理和50%左右的工業(yè)廢水處理都采用活性污泥法,而活性污泥法中曝氣方式多采用鼓風(fēng)曝氣1。目前城市生活污水處理工藝已較為成熟,未來鼓風(fēng)機(jī)也將是污水處理中的核心設(shè)備之一。因此,采用合適的方法選擇鼓風(fēng)機(jī)對于指導(dǎo)污水處理廠的建設(shè)具有重要意義。在滿足風(fēng)量、風(fēng)壓等技術(shù)要求的前提下,如何合

2、理選用不同類型的鼓風(fēng)機(jī)需要考慮多種因素,如不同鼓風(fēng)機(jī)的采購成本、安裝難易度、運行維護(hù)成本等,涵蓋了前期投資和整個運營期投資,這種包含從投入使用直至報廢全過程的費用,稱之為全壽命周期成本。目前全壽命周期成本在設(shè)備選型中的應(yīng)用較少,事實上,因為覆蓋了設(shè)備的全過程費用,全壽命周期成本在設(shè)備選型中可以有更廣泛的應(yīng)用。為此,分析了全壽命周期成本的組成,旨在建立合理的判斷標(biāo)準(zhǔn),使之可以更好地為鼓風(fēng)機(jī)選型服務(wù)。1鼓風(fēng)機(jī)全壽命周期成本因素構(gòu)成投資最少和運營費用最低是選用鼓風(fēng)機(jī)時追求的理想目標(biāo),但事實上,投資最少的設(shè)備在運行時往往不一定經(jīng)濟(jì),大多數(shù)時候,投資多的設(shè)備在運行費用方面反而占有一定優(yōu)勢。在壓力一定、風(fēng)

3、量相同時,選用不同類型鼓風(fēng)機(jī)的投資額和運營期內(nèi)的運行費用是不同的,有時投資額高,有時運營費用高,而投資額和運營費用的總和可作為選擇鼓風(fēng)機(jī)的依據(jù)。對于污水處理廠來說,鼓風(fēng)機(jī)的初次投資和運營費用都視為鼓風(fēng)機(jī)的成本。該成本覆蓋了鼓風(fēng)機(jī)從設(shè)計到報廢的全過程,是鼓風(fēng)機(jī)的全壽命周期成本,包括了設(shè)計、采購、安裝、運行、維護(hù)、維修以及其它不可預(yù)知的成本等。可用公式表示為:摘要:鼓風(fēng)機(jī)是活性污泥工藝曝氣的關(guān)鍵設(shè)備。針對污水處理廠建設(shè)方和運營方在選擇鼓風(fēng)機(jī)時不同的關(guān)注點,分析了鼓風(fēng)機(jī)在建設(shè)期和運營期內(nèi)的各項成本因素,提出了全壽命周期成本分析可用于指導(dǎo)鼓風(fēng)機(jī)的選擇,并通過工程實例進(jìn)行了驗證。關(guān)鍵詞:鼓風(fēng)機(jī);成本;全

4、壽命周期中圖分類號:X703.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:%1009-2455(201303-0045-04Analysis on cost factors of air blower selection for sewagetreatment plantCHEN Xian-ming(The718Research Institute of CSIC,Handan056027,ChinaAbstract:Air blower is the key equipment of aeration in activated sludge process.According to the differ-en

5、t focus of construction unit and operation unit on air blower selection,the cost factors of air blower in con-struction period and operation period were analyzed.It was pointed out that whole life cycle cost analysis could be used to guide the selection of air blower,which was verified through engin

6、eering examples.Keywords:air blower;cost;whole life cycle表12種鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)對比Tab.1Parameters of two types of air blowers鼓風(fēng)機(jī)名稱規(guī)格型號風(fēng)量/(m 3·min -1功率/kW 轉(zhuǎn)速/(r ·min -1壓力/kPa 羅茨BK701833.8645115049離心式NX5034.6371200049C =D +P +F +R +K +M +S(1式中:C 鼓風(fēng)機(jī)全壽命成本,萬元;D 設(shè)計費用,萬元;P 鼓風(fēng)機(jī)采購費用,萬元;F 鼓風(fēng)機(jī)安裝費用,萬元;R 鼓風(fēng)機(jī)運行費用,萬元

7、;K 鼓風(fēng)機(jī)維護(hù)費用,萬元;M 鼓風(fēng)機(jī)維修費用,萬元;S 其它費用,萬元。2鼓風(fēng)機(jī)各項成本因素分析構(gòu)成不同污水處理廠的鼓風(fēng)機(jī)全壽命成本的各項因素不盡相同,但主要內(nèi)容基本一致。(1設(shè)計費用。鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計費用主要包括鼓風(fēng)機(jī)型號的選擇、安裝方式設(shè)計、配管設(shè)計、控制方式設(shè)計、所需廠房設(shè)計、通風(fēng)設(shè)計以及設(shè)計校核、出圖等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的費用。(2采購費用。鼓風(fēng)機(jī)采購費用是全壽命成本費用中的重點,是一次性投資最大的部分。鼓風(fēng)機(jī)采購費用包含的內(nèi)容主要有鼓風(fēng)機(jī)主機(jī)費用、大功率鼓風(fēng)機(jī)變頻器費用、鼓風(fēng)機(jī)降溫冷卻輔助設(shè)備費用和運輸保險等費用。(3安裝費用。安裝時需考慮的因素較多,包括水泥基礎(chǔ)的制作、鼓風(fēng)機(jī)安裝、地腳螺栓的澆注

8、、鼓風(fēng)機(jī)配管、變頻器的安裝接線、隔音罩的安裝以及鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)墻隔音材料的安裝。(4運行費用。運行費用指運行中的動力消耗費用。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)動力消耗量一般占全廠總電耗的30%50%,是全廠節(jié)能的關(guān)鍵2。一般污水處理廠設(shè)計壽命為50a ,而污水處理廠重要設(shè)備按10a 更換1次計算,由于是考核鼓風(fēng)機(jī)從設(shè)計到使用壽命結(jié)束的成本,運行費用的計算周期按10a 計。(5維護(hù)費用。鼓風(fēng)機(jī)維護(hù)費用指為保障鼓風(fēng)機(jī)正常運行所產(chǎn)生的費用,主要包括運行過程中的定期加油、換油、皮帶輪更換和濾網(wǎng)更換清洗等產(chǎn)生的費用。計算周期按10a 計。(6維修費用。維修費用指鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行大修需要開銷的費用。不同類型的鼓風(fēng)機(jī)大修周期不一樣。羅茨

9、鼓風(fēng)機(jī)大修周期為35a ,大修主要更換易損零部件,離心式鼓風(fēng)機(jī)軸承與回轉(zhuǎn)軸沒有物理接觸點,大修幾率要小得多。(7其它費用。其它費用主要指運行過程中的不可預(yù)見費用,如意外傷害、不可抗力造成的設(shè)備損壞、因噪聲超標(biāo)或排水不達(dá)標(biāo)造成的額外支出等,一般按照設(shè)備費用的5%計算。3鼓風(fēng)機(jī)選型中成本因素的應(yīng)用原則污水處理廠在選用鼓風(fēng)機(jī)時,應(yīng)該結(jié)合污水處理廠的實際情況進(jìn)行選擇。如果建設(shè)資金有限,希望一次性投入低,應(yīng)該選擇C 1=D +P +F 較小的鼓風(fēng)機(jī),常見于BT (Build+Transfer 建設(shè)模式;如果只看重運行費用,應(yīng)該選擇C 2=R +K +M 較小的鼓風(fēng)機(jī),這是第三方運營公司考察已建污水處理廠

10、的重要依據(jù);如果建設(shè)資金充足,注重鼓風(fēng)機(jī)從建設(shè)到運行的總體費用大小,應(yīng)該考慮C =D +P +F +R +K +M +S 較小的鼓風(fēng)機(jī),該種鼓風(fēng)機(jī)適合于追求總成本最小的污水處理廠,現(xiàn)階段流行的BOT (Build+Operate+Transfer 模式是其典型范例。4工程實例4.1工程概況南方某污水處理廠位于某旅游城市,二期工程建設(shè)規(guī)模為8000t /d ,申請國債資金約4000萬元,資金充裕。在該污水處理廠一期工程的運行過程中,暴露出了一些問題:一是羅茨鼓風(fēng)機(jī)的日常維護(hù)和維修頻繁,質(zhì)保期后設(shè)備故障檢修有諸多不便;二是旅游淡季時收取的排污費不足;三是噪聲擾民問題突出。二期工程在設(shè)計階段就以上問

11、題對鼓風(fēng)機(jī)的選型提出了分析和解決方案。4.2費用比較根據(jù)該污水處理廠的實際情況,應(yīng)該側(cè)重選擇維護(hù)工作量少、運行費用低和噪聲較小的鼓風(fēng)機(jī)。為此適合采用全壽命成本因素法進(jìn)行分析,即希望選擇C =D +P +F +R +K +M +S 較小的鼓風(fēng)機(jī)。按照設(shè)計院要求,設(shè)計鼓風(fēng)機(jī)3臺(2用1備,單臺鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為33.86m 3/min ,出口壓力為49kPa 。根據(jù)設(shè)計院推薦和污水處理廠工作人員考察結(jié)果,決定將某品牌羅茨鼓風(fēng)機(jī)和某空氣懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)納入比較范圍。2種鼓風(fēng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。陳現(xiàn)明:污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)選型成本因素分析表2鼓風(fēng)機(jī)市場采購價格對比Tab.2Market purchase p

12、rice of two types of air blowers鼓風(fēng)機(jī)名稱數(shù)量/臺單價/萬元附件/萬元總價/萬元羅茨35.0324.0離心式340.00120.0表3鼓風(fēng)機(jī)安裝費用對比Tab.3Installation cost s of two types of air blowers工序名稱數(shù)量/臺羅茨鼓風(fēng)機(jī)/萬元水泥基礎(chǔ)30.3設(shè)備安裝3 1.5澆注螺栓30.3配管3 2.5變頻器安裝30.8隔音罩安裝3 1.2內(nèi)墻隔音311.1合計17.7離心式鼓風(fēng)機(jī)/萬元備注0素混0.6吊裝、就位、人工3.80按200元/m2計算4.4表42種鼓風(fēng)機(jī)10a運行費用對比Tab.410-year run

13、ning cost s of two types of air blowers 鼓風(fēng)機(jī)名稱運行功率/kW運行時間/h單價/(萬元·(kW·h-1總價/萬元羅茨64876000.0001560.6離心式50876000.0001438.0表52種鼓風(fēng)機(jī)維護(hù)費用對比Tab.5Mainte n ance cost s of two types of air blowers項目羅茨鼓風(fēng)機(jī)/萬元離心式鼓風(fēng)機(jī)/萬元備注定期加油 6.00每3月加油1次換油 1.50每1a換油1次皮帶更換 1.00每1a換1次濾網(wǎng)換洗01.0每2a換1次合計8.51.04.2.1設(shè)計費用對比羅茨鼓風(fēng)機(jī)運行

14、時由于振動較大,需要采用地腳螺栓固定,所以要設(shè)計300mm高的水泥平臺,離心式鼓風(fēng)機(jī)運行時由于平穩(wěn)無振動,只需平放在地面上,無需固定;離心式鼓風(fēng)機(jī)自帶PLC系統(tǒng),只需輸出信號即可,羅茨鼓風(fēng)機(jī)需要設(shè)計配套的PLC和就地控制箱;由于羅茨鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音較離心式鼓風(fēng)機(jī)大得多,設(shè)計時要加隔音罩,對噪音敏感的地區(qū)還需要在鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)壁采用吸音降噪措施;較大功率的羅茨鼓風(fēng)機(jī)需要設(shè)計額外的水冷卻裝置對其進(jìn)行降溫。相對來說,羅茨鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計要略微復(fù)雜點,但總體差別不大。設(shè)計費用統(tǒng)一按0.5萬元計算。4.2.2采購費用對比離心式鼓風(fēng)機(jī)采用空氣冷卻方式,變頻調(diào)節(jié)器集成在一體化的設(shè)備內(nèi),而羅茨鼓風(fēng)機(jī)在功率較大時采用空

15、氣冷卻效果不明顯,需要安裝水冷裝置,同時需單獨采購變頻器安裝。按照市場采購價格,費用對比如表2所示。4.2.3安裝費用對比安裝時,羅茨鼓風(fēng)機(jī)要考慮水泥基礎(chǔ)的制作、鼓風(fēng)機(jī)的安裝、地腳螺栓的澆注、鼓風(fēng)機(jī)配管、變頻器的安裝接線、隔音罩的安裝以及鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)墻隔音材料的安裝,而懸浮鼓風(fēng)機(jī)無須制作水泥基礎(chǔ)、鼓風(fēng)機(jī)安裝重量較輕只需平放在室內(nèi)地面、鼓風(fēng)機(jī)配管向上延伸1m、無須另接變頻器、無須安裝隔音罩、無須采用內(nèi)墻隔音材料。按照機(jī)電設(shè)備安裝預(yù)算進(jìn)行核算,2種鼓風(fēng)機(jī)的安裝費用對比如表3所示。4.2.4運行費用對比運行費用指運行過程中產(chǎn)生的電費,按照當(dāng)?shù)毓I(yè)用電標(biāo)準(zhǔn),電費為1.0元/(kW·h。計算周期

16、按10a計。城市生活污水中的污染物濃度較低,控制氣水體積比為101即可達(dá)到較好的處理效果。按照污水處理廠設(shè)計規(guī)模8000t/d計算,需要的空氣量為55.6m3/min,此時運行2臺鼓風(fēng)機(jī)即可,單臺鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為27.8m3/min。一般羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比3。實際運行時風(fēng)量為全開時的82%,此時轉(zhuǎn)速約為950 1000r/min,根據(jù)廠家提供的樣本可查得此時功率為32kW,總運行功率為64kW?？諝鈶腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)可以直接在觸摸屏上通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)所需風(fēng)量4。按照該鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與風(fēng)量、功率之間的關(guān)系測試數(shù)據(jù),3臺鼓風(fēng)機(jī)開啟2臺,將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到92%即可滿足要求,此時2臺鼓風(fēng)機(jī)的功率為50

17、kW5。2種鼓風(fēng)機(jī)的運行費用對比如表4所示。4.2.5維護(hù)費用對比鼓風(fēng)機(jī)維護(hù)費用主要包括運行過程中的定期加油、換油、皮帶輪更換和濾網(wǎng)更換清洗等產(chǎn)生的費用6。計算周期按10a計。2種鼓風(fēng)機(jī)的維護(hù)費用對比如表5所示。工業(yè)用水與廢水INDUSTRIAL WATER &WASTEWATERVol .44No .3Jun.,2013表62種鼓風(fēng)機(jī)10a 全壽命成本費用對比Tab.610-year whole life cycle cost s of two types ofair blowers序號構(gòu)成羅茨鼓風(fēng)機(jī)/萬元離心式鼓風(fēng)機(jī)/萬元1設(shè)計(D 0.50.52采購(P 24.0120.03安裝

18、(F 17.7 4.44運行(R 560.6438.05維護(hù)(K 8.5 1.06維修(M 5.48.07其它(S 1.208全壽命成本(C 617.9571.94.2.6維修費用對比一般羅茨鼓風(fēng)機(jī)運行3a 后需要大修1次,主要是對設(shè)備進(jìn)行檢查檢修、更換齒輪和軸承,在10a 運行期內(nèi)預(yù)計大修3次,更換電機(jī)1次,預(yù)計每次大修費用為1萬元,更換45kW 電機(jī)費用為2.4萬元,共計5.4萬元。離心式鼓風(fēng)機(jī)的空氣懸浮軸承運行時回轉(zhuǎn)軸和軸承之間沒有物理接觸點,高速直聯(lián)電機(jī)由于沒有了齒輪增速,大大減少了機(jī)械傳動和機(jī)械摩擦,所以出故障的幾率較小,預(yù)計10a 內(nèi)大修1次,由于是進(jìn)口產(chǎn)品,大修時的配件和人工費較

19、高,按8萬元計算。4.2.7其它費用對比該污水處理廠一期工程因噪聲超標(biāo),與周邊居民引發(fā)了不少糾紛,調(diào)解費用按照羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備費用的5%計算。而空氣懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)正常運行時噪聲較小,距離鼓風(fēng)機(jī)1m 處,噪聲不超過78dBA 7。經(jīng)過污水處理廠工作人員的現(xiàn)場調(diào)研,在鼓風(fēng)機(jī)房外幾乎聽不到明顯的聲音,因此不考慮調(diào)解費。4.3全壽命成本匯總按照上述分析,匯總2種鼓風(fēng)機(jī)的全壽命成本,費用對比如表6所示。從2種鼓風(fēng)機(jī)全壽命周期內(nèi)的成本費用來看,選用進(jìn)口離心式鼓風(fēng)機(jī)的費用稍低于羅茨鼓風(fēng)機(jī),結(jié)合該廠一期運行中存在的問題和二期工程建設(shè)資金充裕的現(xiàn)狀,選用進(jìn)口離心式鼓風(fēng)機(jī)可以滿足設(shè)計要求。事實上,同樣的分析過程,關(guān)注點不同,選擇的結(jié)果就大不一樣。2009年建成的湖南某污水處理廠二期工程,處理工藝和建設(shè)規(guī)模與本工程實例相同,由于受建設(shè)資金限制,同時得益于污水處理廠工作人員專業(yè)配置較為合理,在選擇鼓風(fēng)機(jī)時只考慮了前