环保设备设计与应用

1、第八章 环保设备设计与应用技术经济分析 第一页，共五十六页。8.1 技术经济的基本含义所谓“技术”，通常被理解为包括劳动工具、劳动者的劳动方法、技能等内容的总称；而“经济”的含义，主要是指在社会生产和再生产的整个过程中所取得的节约和效果。经济效果是指在社会生产和再生产，即经济活动过程中劳动消耗和劳动占用同劳动成果的比较。所谓的劳动消耗，包括人力、物力、财力的消耗；而劳动占用是指厂房、设备、器具等的占用。技术经济是技术(或工程)与经济的交叉，它的产生是符合经济发展的客观需要。在国外，技术经济有许多类似的名称，如“工程经济”、“经济计算”、“经济性分析”等，而以 “工程经济”为常用，因为技术经济所

2、研究的主要内容是工程建设的经济性。 第二页，共五十六页。8.2环保设备费用的构成与估算 8.2.1设备工程费用的构成与估算 设备工程费用贯穿设备的整个寿命周期，即包括工程项目建设期和项目投产使用期。在环境工程项目建设期，环保设备费用包括环保设备的购置费（或自制费用）、安装费及管理费等费用；在环境工程项目投产使用期，环保设备费用主要包括环保设备的运行（操作）费、维修费及其它费用。其中，环保设备购置费 = 环保设备原价或进口设备的到岸价 + 设备运杂费 第三页，共五十六页。1.建设期设备工程费用的构成 第四页，共五十六页。2. 投产使用期设备工程费用的构成 第五页，共五十六页。3.设备工程费用的估

3、算 （1）逐项单价估算法这种方法是根据费用的构成，逐项估算。该方法估算精度较高，但往往因为项目的某些因素难以确定，会给估算带来一定的困难。此方法适宜不确定因素较少的设备工程。第六页，共五十六页。（2）费用系数法费用系数法是以设备的原始费用为基础，乘以某个系数来估算设备工程各项费用的方法。费用系数法的计算步骤如下：首先估算出设备主机费用A；估算设备安装后费用B，B=1.43A；根据流程的不同，用B乘以系数k1，计算安装工艺管道后的整个装置的费用C，即C=k1B，系数k1 与流程类型有关，见表1；估算整个工程的全部建设费用D，取D=1.5C；将全部建设费用D，乘以系数k2，估算其他费用E，E=Dk

4、2，系数k2与流程类型有关，见表8-2； 将D与E加总，得出工程的总费用T。 第七页，共五十六页。（3）0.6乘方法0.6乘方法比较适合用来估算成套设备的价格，一般同类的成套设备的价格是按其容量比的0.6次方变化的。根据这个规律，我们只要了解某种容量的成套设备的价格，就可以推算出其他容量的同类设备的费用.第八页，共五十六页。推算公式如下：式中 成套设备A 的生产能力； 成套设备B 的生产能力； 成套设备A 的建设费用； 成套设备B 的建设费用； a指数。指数a的取值，随设备的类型的不同而有所不同。有关专家对36套成套设备调查研究发现，大多数设备的a值为0.5、0.6、0.7或0.8，一般可取0

5、.60.7。 第九页，共五十六页。8.2.2国产设备原价的构成与计算8.2.2.1 国产标准设备原价 国产标准设备是指按照主管部门颁布的标准图纸和技术要求，由我国设备生产厂批量生产的，符合国家质量检验标准的设备。国产标准设备原价一般指的是设备制造厂的交货价，即出厂价。如设备由设备成套公司供应，则以订货合同价为设备原价。有的设备有两种出厂价，即带有备件的出厂价和不带备件的出厂价，在计算设备原价时，一般按带有备件的出厂价计算。 第十页，共五十六页。8.2.2.2国产非标准设备原价 非标准设备是指国家尚无定型标准，各设备生产厂不可能在工艺过程中采用批量生产，只能按一次订货，并根据具体的设计图纸制造的

6、设备。非标准设备原价有多种不同的计算方法，如成本计算估价法、系列设备插入估价法、分部组合估价法、定额估价法等。但无论哪种方法都应该使非标准设备计价接近实际出厂价，并且计算方法要简便。 单台设备出厂价格 = (材料费 + 加工费 + 辅助材料费) (1 + 专用工具费率)(1+ 废品损失费率) + 外购配套件费 (1 + 包装费率)(1 + 利润率)+ 增值税 + 非标准设备设计费 第十一页，共五十六页。2.国产非标设备的造价估算方法 （1）理论估价法：计算公式： (8-1) 计算设备的出厂价格(元/台) 计算设备的净重(吨/台) 理论价格(或指标)(元/吨) 第十二页，共五十六页。（2）用插入

7、法用插入法求取设备中一个或几个设备价格的方法，其计算公式： 式中 为邻近设备价格； 为邻近设备重量。要求 ， 。该方法的优点：在价格不全的情况下很适用；缺点：没有完整的价格数据，没有完整的各种取费计算，应用范围不广。 第十三页，共五十六页。（3）定额估价法该方法是套用现行的全国统一安装工程定额及配套取费标准。其优点是以实物量表示，对地区的适应性强，也比较准确，特别适应于现场制作的简单容器；其缺点是计算比较烦琐，并且只能作为现场制作的非标设备，不适应于其它工业企业的非标设备制作计价。（4）成本估价法该方法是计算设备制造成本的估价方法。构成非标设备的价格要素分为，成本、利润、税金。成本即为构成工程

8、实体的全部物化劳动的消耗；利润为行业利润；税金按国家税费规定计算。第十四页，共五十六页。8.2.2.3混凝土构筑物造价估算环境工程中的烟囱、水池、水塔、灰塔以及窑炉等钢筋混凝土构筑物的建造属于工程项目中的建筑工程，其造价一般包括直接工程费、间接费、计划利润和税金四部分。这四项费用的构成与计算方法见表8-4 .第十五页，共五十六页。表8-4 混凝土构筑物造价的构成与计算方法费用项目参考计算方法直接工程费直接费人工费材料费施工机械使用费人工工日概预算定额日工资单价实物工程量材料概预算定额材料预算价格实物工程量机械概预算定额机械台班预算价格实物工程量其他直接费（人工费 + 材料费 + 施工机械使用费

9、）取费率现场经费临时设施费现场管理费间接费企业管理费财务费用其他费用直接工程费取费率盈利计划利润（直接工程费 + 间接费）取费率税金（含营业税、城市建设税、教育费附加）（直接工程费 + 间接费 +计划利润）税率第十六页，共五十六页。1. 货价 货价指引进硬件、软件的原币价格，其采用根据依次为：（1）货价应采用与外商签订的合同价或协议价；（2）如未签订合同或协议，可向外商询价，根据外商报价资料，经分析研究后确定；（3）如无上述价格资料，也可根据已进口的类似设备价格资料或搜集国际市场类似设备的价格资料，经分析研究，作适当调整后选定。但应尽量避免这样做，以提高概算的准确性。 8.2.3引进技术、进口

10、设备费用的构成与计算 第十七页，共五十六页。货价应具备明确的价格条件。价格条件是指进口货物价格的构成和买卖双方有关手续费用、风险责任划分的界限。在国际贸易中，常用的价格条件有：FOB(Free On Board)离岸价(指定装货港口)，指装运港船上交货的价格，卖方负责支付货物出口税款，买方负担货物越过船舷后的一切费用和风险。 第十八页，共五十六页。装运港船上交货价(F.O.B)-是我国进口设备采用最多的一种货价。采用船上交货价时卖方的责任是：在规定的期限内，负责在合同规定的装运港口将货物装上买方指定的船只，并及时通知买方；负责货物装船前的一切费用和风险；负责办理出口手续；提供出口国政府或有关方

11、面签发的证件；负责提供有关装运单据。买方的责任是：负责租船或订舱，支付运费，并将船期、船名通知卖方；负担货物装船后的一切费用和风险；负责办理保险及支付保险费，办理在目的港的进口和收货手续；接受卖方提供的有关装运单据，并按合同规定支付货款。第十九页，共五十六页。CIF(Cost Insurance and Freight)到岸价(指定港口)，指离岸价加海运费、海运保险费的价格，卖方代办运输和保险，装船后一切风险仍由买方负担。 CFR(即C&F)(Cost and Freight)离岸价加海运费(指定港口)的价格。第二十页，共五十六页。2.从属费用从属费用亦称进口费用，应包括国外运输费、国外运输保

12、险费、进口关税、消费税、增值税、银行财务费、外贸手续费(或称公司手续费)、海关监管手续费、车辆购置附加费等。 第二十一页，共五十六页。8.3 环保设备设计的技术经济分析8.3.1环保设备的技术经济指标 技术经济学中的技术经济指标很多，但从环保设备或系统的特点出发，其技术经济指标大致可以分为三类：一类是反映已形成使用价值的收益类指标；二类是反映使用价值的消耗类指标；第三类是与上述两类指标相联系，反映技术经济效益的综合指标。 第二十二页，共五十六页。1.环保设备的收益类指标 (1)处理能力 指单位时间内能处理“三废”物质的量，例如水处理设备的流量大小，除尘设备的风量大小等。显然，环保设备的处理能力

13、与处理工艺、设备、体积消耗以及总造价密切相关。一般设备应按系列化要求，对处理能力进行合理分级，力求单位处理能力的总投资最少。 (2)处理效率 指通过处理后的污染物去除率。环保设备的处理效率与处理对象有关，如除尘设备的分级效率就对尘粒大小较为敏感，同时设备的处理效率又因所采用的处理工艺不同而不同。 (3)设备运行寿命 是指既能保证环境治理质量，又能符合经济运行要求的环保设备运行寿命。实质上也代表环保设备投资的有效期。 第二十三页，共五十六页。 (4)“三废”资源化能力 指通过环保设备对污染源进行治理后，变废为宝，从中获得直接经济价值的能力，如回收硫、回收贵金属、水循环、废渣制建材等。 (5)降低

14、损失水平 指通过环保设备对污染源进行治理后，改善了环境质量，减少或免交处理前的环境污染赔偿费，或减少生产资料损失。如改善了排水状况、降低对捕鱼量的影响等。(6)非货币计量效益 指通过环保设备对污染源进行治理后，产生的不能直接用货币计量的效益，如空气的净化、环境优雅舒适、社会稳定等。 第二十四页，共五十六页。 2.环保设备的耗费类指标 (1)投资总额 是指购置和制造环保设备支出的全部费用。含购买、制作、安装等直接费用和管理费、占地费等非直接费用（如管理费用等）。 (2)运行费用 是指让环保设备正常运行所需的全部费用。包括直接运行费(人工、水、电、材料)和间接运行费(管理、折旧费等)。 (3)设置

15、耗用时间 是指环保设备从开始投资到实际运行所耗用的时间，它反映了从购买到形成使用价值的速度。(4)有效运行时间 是指环保设备每年实际运行时间，常用有效利用率表示。它实际代表着环保设备不开动时间所造成的耗费。第二十五页，共五十六页。3.环保设备的综合指标(1) 寿命周期费用 环保设备的寿命周期费用，是指环保设备在整个寿命周期过程中所发生的全部费用。所谓寿命周期，是指从研究开发开始，经过制造和长期使用直到报废或被其他设备取代为止，所经历的整个时期(见图8-3)。 图8-3 环保设备的寿命周期和寿命周期费用 第二十六页，共五十六页。(1) 环境效益指数 环境效益指数是反映使用环保设备后环境质量改善的

16、综合指标。其计算公式为： 环境效益指数 = (1) 投资回收期 投资回收期是以环保设备的净收益(包括直接和间接的收益)抵偿全部投资所需的时间，一般以年为单位，是考核环保设备投资回收能力的重要指标。根据是否考虑货币资金的时间价值，投资回收期可分为静态投资回收期和动态投资回收期。 第二十七页，共五十六页。静态投资回收期的计算公式为： Nt = 式中：TI投资总额； Nt静态投资回收期，年； M年平均净收益。动态投资回收期的计算公式为： Nd = 式中 Nd动态投资回收期，年。 i年利率或投资回收期，%； 第二十八页，共五十六页。【例8-4】某污水处理设备，初始投资60万元，年运行费3万元，运行后每

17、年免交排污费15万元，即净收益为15-3=12万元。设投资收益率为15%，试分别计算静态和动态投资回收期。 解: 静态回收期为： Nt=TI/M=60/12=5(年) 动态回收期为： Nd 9.9(年) 由于考虑了货币资金的时间价值，动态投资回收期大于静态投资回收期。 第二十九页，共五十六页。8.3.2环保设备设计技术经济分析 8.3.2.1 影响环保设备设计的技术经济因素1.功能与成本 功能是产品所具有的能满足用户某种需要的特性，或者说是产品所具有的效能、用途、使用价值。就环保设备而言，其功能是对某一污染源进行治理，使之能够达到预定的排放标准（如国家标准、地方标准、行业标准或企业标准）。实现

18、环保设备的功能是设备设计师的首要任务，同时又要特别注重各种技术经济因素对设计方案的影响与制约。第三十页，共五十六页。在设计环保设备(特别是非标准设备)时，应将重点放在寻求以较低的成本(这里所说的成本是寿命成本，即寿命周期费用)来实现预定的目的设计方案上。某工程如欲除去d010m的尘粒，根据环境工程技术可知，很多类型除尘器均可达标，但惯性除尘器（如百叶窗式）成本最低，应优先考虑选用。 第三十一页，共五十六页。2.质量与成本 质量是反映产品在功能上满足用户需要的能力或程度，就环保设备而言，其功能是进行环境污染治理，使之达到要求的环境质量标准。因此环保设备质量最终应以能否达到预定的环境质量标准来衡量

19、，也就是说，选择适宜的环境质量设计标准，是降低环保设备寿命周期费用的关键。 第三十二页，共五十六页。图8-4 最佳环境质量模式 图8-4反映了环境质量(以污染物在环境中的残留浓度表示)与污染防治费D、污染损失费T以及总费用C(即上述两项之和)之间的关系。第三十三页，共五十六页。由图8-4可以看出, 污染防治费D越高, 环境中的污染物残留浓度越低，污染损失费T也越低；反之，污染防治费D越低, 环境中的污染物残留浓度越高，污染损失费T也越高。污染防治费D与污染损失费T之和，即总费用C在A点最低。图8-4中总费用最低的A点对应的环境质量即为理论上的最佳环境质量。如果此点对应的环境质量等于或高于有关的

20、环境质量标准，则这就是适宜的设计标准。 第三十四页，共五十六页。3. 设备制造（或建造）条件 应用产品设计经济学进行环保设备设计时，在追求较低设备成本及较短生产周期的同时，还必须充分考虑所设计环保设备未来的制造条件，以及市场上能否较为便利地提供的材料或零部件等因素。 4. 安全性、可靠性与经济性 安全性、可靠性与经济性是三个密切相关的概念，设计过程中需要统筹考虑。所谓可靠性，是指设备(或系统)在规定时间内，在规定使用条件下，完成规定功能的概率。这种定量化的可靠性称为可靠度。设备的可靠性在很大程度上是和保证及责任联系一起的。第三十五页，共五十六页。设备可靠性与费用关系曲线 第三十六页，共五十六页

21、。 在生产实践中，几乎很少有100%的可靠产品。图8-5描述了可靠性与费用的关系。从图中可以看出，设备的可靠性提高，将导致研制、设计和制造费用的增加，但使用和维修费用却随可靠性的提高而降低。反之，如果可靠性降低，就势必导致使用和维修费用大大增加，甚至造成报废，在经济上造成重大损失。一般有两点很值得设计时给予关注，一是总费用最低点A相应的可靠性，另一是单位费用可靠性最大的B点。 第三十七页，共五十六页。安全系数是表示组成设备(或系统)的某个零件承受荷载的安全程度。尽管安全系数与可靠度在描述设备的安全性、可靠性方面有很大的相似，但其内在的含义及应用却有很大的区别。安全系数(常用n表示)的范围为0n

22、。从理论上说，较大的安全系数意味着有较高的安全性。而可靠度(常用只表示)的范围却在01之间，即0R1。对串联的零部件来说见图8-6(a)，安全系数最小的零部件决定着整个装置的总安全系数。而串联装置的总可靠程度却等于所有零件可靠度的乘积见图8-6(b)。整个装置失效的原因，并不一定是可靠度较小的零件，也不一定是强度问题。 第三十八页，共五十六页。总安全系数 n=1.3 (a)串联装置的安全系数等于诸零件中最小安全系数的值 总可靠度 R=0.90.70.850.6=0.3123(b) 串联装置的可靠度等于各个零件可靠度的乘积 图8-6 串联装置的安全系数和可靠度 第三十九页，共五十六页。8.3.2

23、.2 设计费用的定义及构成 从环境治理工程的要求，到环保设备(或系统)设计工作完成，大致要经过方案论证、初步设计、施工图设计和竣工四个阶段。每个阶段又要花费一定人力、材料、实验、能源、设备和其他方面的费用。这些费用的总和被称为设计费用。第四十页，共五十六页。图8-7 设计费用与设备成本之间关系 对环保设备设计进行技术经济分析必然涉及到设计费用。设计费用与设备成本之间的关系见图8-7。由图8-7可见，设计费用较少时，设备成本较高。当设计费用达到一定数值后，设备成本下降缓慢，因此设计费用与设备成本之间存在一个最佳匹配关系。第四十一页，共五十六页。 一般而言如果设计费用花得太少，就难免出现一些本该可

24、以避免的设计缺陷，导致制造成本和使用成本上升，甚至有可能前功尽弃。但并不是设计费用花得越多越好，设计质量也越高。同时那种不准备进行改进的设计，要求工作图一次性准确无误的想法也是不切实际的，势必造成工程的不顺利及试制时间的拖延。 第四十二页，共五十六页。8.4 环保设备应用技术经济分析 环保设备应用包括从设备投资到设备运行的整个过程，它是环保设备寿命周期的重要阶段。对环保设备应用进行技术经济分析，最主要是进行投资分析与管理分析，以达到单位寿命周期成本创较好的环境效益。 第四十三页，共五十六页。8.4.1 环保设备投资分析 环保设备投资与生产投资不完全相同，后者的投资决策判据仅是成本与效益，前者则

25、需要综合考虑环境治理的基本要求、经济效益、环境效益等综合指标。环保设备投资分析的方法有投资回收期法、寿命周期费用法、环境效益指数费用分析法、边际分析法等。第四十四页，共五十六页。1.投资回收期法。 前面介绍了投资回收期的概念及计算方法，环境工程设备投资回收期法的基本原理是：若某项环保设备的投资回收期小于或等于基准投资回收期，则该方案在经济上可以考虑接受。例如初投资50万元，运行后每年免交排污费12万元，静态回收期为5年，若基准定为6年，则该项目可行。采用动态投资回收期来决策时，则应注意所选择的投资收益率对决策结果的影响。 第四十五页，共五十六页。投资回收期法应用简便，对于便于直接计量或换算计量

26、经济价值的独立(单一)环境工 程设备投资方案，可用这种方法来判断其可行性和该设备投资后的盈利能力。设备投资回收期法主要是从经济价值的角度来衡量环保设备运用的经济效果。对于有些环保设备投资，其目的主要是改善环境质量。这时，对于几个都能达到环境质量标准的环境工程设备投资方案，可通过寿命周期费用的比较来选择最优方案。 第四十六页，共五十六页。2.寿命周期费用法 环境工程设备投资回收期主要是从经济价值的角度来衡量环境工程设备应用的经济效果。对于有些环境工程设备投资，其目的主要是改善环境质量，这时，对于几个都能达到环境质量标准的环境工程设备投资方案，可通过寿命周期费用的比较来选择最优方案，具体方法参照下

27、例。第四十七页，共五十六页。【例8-5】有两个设备投资方案A与B，根据有关数据可作出的累计寿命周期费用曲线和年平均寿命周期费用曲线(如图所示)，由此可作如下判断：A、B两方案的盈亏平衡点BEP(Break Even Point)大约在6.5年处，它表明，若使用期大于6.5年，B方案较为经济；反之，若使用期小于6.5年，则A方案比较经济。如果使用期为10年，则方案B的累计寿命周期费用比方案A大约便宜1000万元。A方案的年平均寿命周期费用最低点对应的使用期为8年，B方案的年平均寿命周期费用最低点对应的使用期为9年。如果使用期为9年，方案B与A相比，平均每年可少花139万元。综合上述分析，B方案比

28、A方案经济，应优先选择。 第四十八页，共五十六页。3.环境效益指数费用分析法前面我们介绍了环境效益指数的概念。事实上，同样的环境效益指数可能由不同的环境工程设备投资来实现，或者同样的投资，由于环境工程设备的选型不同，可能导致不同的环境效益指数。因此，有必要将二者结合起来比较单位投资环境效益指数的大小。环境效益指数费用分析法的基本原理是：假定环境效益指数为Ie，环境工程设备投资为I，则单位投资的环境效益指数PI为： 显然，对于不同的环保设备（或系统）投资方案，单位投资的环境效益指数PI大者为先。第四十九页，共五十六页。4.边际分析法 如图8-8所示，将污染防治类比为一种商品的生产，并将达到某种环境要求(换算成污染物去除总量)所要付出的费用和所获得的收益，以及总费用、总收益等曲线列于图上，即可运用边际分析法进行费用和效益分析。第五十页，共五十六页。 从图中8-8可以看出，横坐标表示污染物去除总量(t)，图8-8上纵坐标表示总费用和总收益的货币值，下图纵坐标则表示 边际(去除)费用和边际(去除)收益，即去除单位污染物所增加的费用和所得的收