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臭氧發(fā)生器介紹

發(fā)布日期:2022-07-20 11:19:33

一、概念

       臭氧發(fā)生器是用于制取臭氧氣體(O3)的裝置。臭氧易于分解無法儲存,需現(xiàn)場制取現(xiàn)場使用(特殊的情況下可進行短時間的儲存),所以凡是能用到臭氧的場所均需使用臭氧發(fā)生器。臭氧發(fā)生器在飲用水,污水,工業(yè)氧化,食品加工和保鮮,醫(yī)藥合成,空間滅菌等領域廣泛應用。 臭氧發(fā)生器產生的臭氧氣體可以直接利用,也可以通過混合裝置和液體混合參與反應。

 

二、臭氧形成原理

       揮發(fā)性有機物(VOCs)和氮氧化物(NOx)可以在大氣中通過一系列光化學反應生成臭氧(O3),其屬于二次污染物,對人體健康和生態(tài)環(huán)境均產生較大影響?!董h(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—2012)將臭氧 8 h 濃度作為一項監(jiān)測指標,其參與空氣質量考核。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,近年來,我國重點城市顆粒物污染有所減緩,但臭氧污染問題日益嚴峻,尤其在京津冀地區(qū),O3 濃度不降反升,其與 PM2.5 并列成為影響空氣質量的重要污染物,高質量的臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù)對打贏我國大氣污染防治攻堅戰(zhàn)起到基礎保障作用。

1、電路

       臭氧發(fā)生器電路由三極管VT1、VT2與電感線圈L1一13、脈沖變壓器T、限流電阻器R1、充電電容器C3,雙向觸發(fā)二極管叨5等組成推挽振蕩電路;濾波電感線圈L0,整流二極管VD1與濾波電容器C1、C2等組成半波整流濾波電路。 接通電源,交流220V電壓經(jīng)LO濾波,VD1整流后,在C1兩端產生十280V左右的電壓,供給推挽振蕩電路。 在開機瞬間,VT1導通。由于C3的充電作用,雙向觸發(fā)二極管VD5截止。當C3兩端的充電電壓升至32V時,VD5被觸發(fā)而導通,使VT2導通。在VT2導通期間,C3逐漸放電,又使VT2截止。VTl導通后,在脈沖變壓器T的作用下,L1、L2上產生正反饋電壓,此電壓分別加至VTl和VT2的基極,使VTl和VT2交替導通與截止(即VTl導通時,VT2截止;VT2導通時,VTl截止),推挽振蕩電路振蕩工作。 推挽振蕩電路工作后,在脈沖變壓器T的二次側繞組L6上產生脈沖高壓,使臭氧發(fā)生片VG工作,產生臭氧。
       同時,發(fā)光二極管VD7也點亮工作。 元器件選擇 VTl、VT2選用2SC2653或BU406型硅NPN高反壓三極管。要求電流放大系數(shù)β>100。 VDl一VD4、VD6選用1 N4007型整流二極管;VD5選用DB3型雙向觸發(fā)二極管。 R1一R6全部選用RJ一1/8W型金屬膜電阻器。 L0為5mH的磁心電感線圈,可用Φ0.25mm的漆包線在骨架上繞210匝;L1一璐用Φ0.2mm的單心塑銅線在同一磁環(huán)上繞制而成,其中L1、L2分別繞3匝,L3繞9匝。脈沖變壓器T可使用14in(英寸)黑白電視機行輸出變壓器改制,改制時用高壓包作為L6,在低壓包骨架上用Φ0.45mm的漆包線繞168匝作為L4,用Φ0.23mm的漆包線繞4匝作為L5(在外層繞制)。 臭氧發(fā)生片VG選用Z二10或Z一15、Z一20等型號。 制作與調試 除臭氧發(fā)生片VG外所有電子元器件安裝在一塊自制的印制電路板上,并將其裝人大小合適的塑料或木制盒內。在盒面開孔固定發(fā)光二極管VD7,接上臭氧發(fā)生片VG,只要元器件良好、接線無誤,通電即能正常工作。

2、發(fā)生器與放電管

       臭氧系統(tǒng)的核心技術和設備是發(fā)生器中的放電管,直接影響設備的運行效率和可靠性。臭氧發(fā)生器采用微間隙介質阻擋放電設計,不僅大大提高了運行的效率,而且增加了系統(tǒng)連續(xù)運行的安全可靠性。設備的技術參數(shù)已經(jīng)達到國際先進水平。
       由于采用微間隙放電技術,使系統(tǒng)運行電壓降低為6-8 kV,遠低于玻璃管絕緣介質的耐壓水平,有效地避免了介質擊穿短路故障的發(fā)生,提高了運行可靠性。
       臭氧發(fā)生器放電單元所采用的模塊化設計方法,使設備的安裝,檢修和維護工作更加容易。在保證進氣氣源質量的條件下,臭氧發(fā)生器放電單元連續(xù)運行的免維護時間可以長達5年。

3、高頻高壓電源
       與傳統(tǒng)的臭氧中頻 (<1kHz) 電源不同,高頻高壓臭氧系統(tǒng)采用3-6kHz的高頻電源技術,結合微放電間隙設計可以有效提高臭氧生成的效率,減小發(fā)生器的體積和占地空間,從而減少土建設計及投資費用。逆變電源系統(tǒng)采用成熟的高頻電源技術,現(xiàn)場長期運行證明可以保證系統(tǒng)長期運行的穩(wěn)定性。高頻輸出經(jīng)升壓系統(tǒng)后產生正弦波高電壓,經(jīng)電纜與發(fā)生器相連,在高頻高壓的作用下,放電間隙產生冷態(tài)等離子體放電生成臭氧。

4、冷卻系統(tǒng)
雖然現(xiàn)代臭氧發(fā)生器的效率與傳統(tǒng)產品相比已經(jīng)明顯提高,但有90%左右的電能不是用來生成臭氧而是轉變成熱量,如果這部分熱量得不到有效的散失,臭氧發(fā)生器放電間隙的溫度會持續(xù)升高甚至超過設計的運行溫度。高溫不利于臭氧的產生但利于臭氧的分解,導致臭氧產量和濃度下降。我們設計單循環(huán)冷卻水單元;當冷卻水溫度超過系統(tǒng)設計溫度或水量不足時,系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信號。

 

三、參數(shù)
1、臭氧濃度
       臭氧為混合氣體其濃度通常按質量比和體積比來表示。質量比是指單位體積內混合氣體中含有多少質量的臭氧,常用單位mg/L、mg/m3或g/m3等表示。體積比是指單位體積內臭氧所占的體積含量或百分比含量,使用百分比表示如2%、5%、12%等。衛(wèi)生行業(yè)常用ppm表示臭氧濃度,即每立方臭氧混合氣體中臭氧占該體積的百萬分之一為1ppm。臭氧濃度是衡量臭氧發(fā)生器技術含量和性能的重要指標。同等的工況條件下臭氧輸出濃度越高其品質度就越高。

2、影響臭氧濃度的主要因素有:
       (1)臭氧發(fā)生器的結構和加工精度;
       (2)冷卻方式和條件;
       (3)驅動電壓和驅動頻率;
       (4)介電體材料;
       (5)原料氣體中氧的含量及潔凈和干燥度;
       (6)發(fā)生器電源系統(tǒng)的效率(效率高,熱量轉化少);

       臭氧是一種氧化性極強的不穩(wěn)定氣體,臭氧輸出濃度受多種因素的影響,其中腔體溫度是極重要的因素之一;臭氧在30度左右時會在1分鐘內衰減一半。在 40~50℃ 時衰減達到80%。超過60℃臭氧會馬上分解。

       臭氧產量是指臭氧發(fā)生器單位時間內臭氧的產出量;臭氧濃度數(shù)值與進入臭氧發(fā)生器總氣量數(shù)值的乘積即為臭氧產量;通常使用mg/h,g/h,kg/h這些單位表示。臭氧發(fā)生器標準中規(guī)定臭氧發(fā)生器規(guī)格型號使用臭氧產量表示和區(qū)分。小型臭氧發(fā)生器使用g/h為單位,大型臭氧發(fā)生器使用kg/h為單位區(qū)分規(guī)格的大小。

 

四、分類

       臭氧發(fā)生器工作原理 按臭氧產生的方式劃分,臭氧發(fā)生器主要有三種:高壓放電式、紫外線照射式、電解式。

1、高壓放電式發(fā)生器  
       該類臭氧發(fā)生器是使用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場,使電場內或電場周圍的氧分子發(fā)生電化學反應,從而制造臭氧。這種臭氧發(fā)生器具有技術成熟、工作穩(wěn)定、使用壽命長、臭氧產量大(單機可達1Kg/h)等優(yōu)點,所以是國內外相關行業(yè)使用廣泛的臭氧發(fā)生器。

       在高壓放電式臭氧發(fā)生器中又分為以下幾種類型:

       (1)按發(fā)生器的高壓電頻率劃分,有工頻(50-60Hz)、中頻(400-1000Hz)和高頻(>1000Hz)三種。工頻發(fā)生器由于體積大、功耗高等缺點,已基本退出市場。中、高頻發(fā)生器具有體積小、功耗低、臭氧產量大等優(yōu)點,是常用的產品。

       (2)按使用的氣體原料劃分,有氧氣型和空氣型兩種。氧氣型通常是由氧氣瓶或制氧機供應氧氣??諝庑屯ǔJ鞘褂脻崈舾稍锏膲嚎s空氣作為原料。由于臭氧是靠氧氣來產生的,而空氣中氧氣的含量只有21%,所以空氣型發(fā)生器產生的臭氧濃度相對較低,而瓶裝或制氧機的氧氣純度都在90%以上,所以氧氣型發(fā)生器的臭氧濃度較高。

       (3)按冷卻方式劃分,有水冷型和風冷型。臭氧發(fā)生器工作時會產生大量的熱能,需要冷卻,否則臭氧會因高溫而邊產生邊分解。水冷型發(fā)生器冷卻效果好,工作穩(wěn)定,臭氧無衰減,并能長時間連續(xù)工作,但結構復雜,成本稍高。風冷型冷卻效果不夠理想,臭氧衰減明顯??傮w性能穩(wěn)定的高性能臭氧發(fā)生器通常都是水冷式的。風冷一般只用于臭氧產量較小的中低檔臭氧發(fā)生器。在選用發(fā)生器時,應盡量選用水冷型的。

       (4)按介電材料劃分,常見的有石英管(玻璃的一種)、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等幾種類型。使用各類介電材料制造的臭氧發(fā)生器市場上均有銷售,其性能各有不同,玻璃介電體成本低性能穩(wěn)是人工制造臭氧使用較早的材料之一,但機械強度差。陶瓷和玻璃類似但陶瓷不宜加工特別在大型臭氧機中使用受到限制。搪瓷是一種新型介電材料,介質和電極于一體機械強度高、可精密加工精度較高,在大中型臭氧發(fā)生器中廣泛使用,但制造成本較高。

       (5)按臭氧發(fā)生器結構劃分,介質阻擋放電式(DBD)和開放式兩種。

       (6)按臭氧發(fā)生器放電室結構劃分,管式和板式兩種。

 

五、應用

       120kg/h大型臭氧發(fā)生器及其系列產品可廣泛應用于市政飲用水處理、污水處理、工業(yè)廢水處理、煙氣脫硝、紙漿漂白、精細化工氧化等領域,是國家“十二五”以及未來在飲用水安全、環(huán)境保護和節(jié)能減排等方面“轉方式,調結構”的重要發(fā)展方向,也是我國面向環(huán)保工程應用并可替代進口的重大技術裝備。