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(wú)法儲存,需現場(chǎng)制取現場(chǎng)使用(特殊的情況下可進(jìn)行短時(shí)間的儲存),所以凡是能用到臭氧的場(chǎng)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,醫藥合成,空間滅菌等領(lǐng)域廣泛應用。 臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體可以直接利用,也可以通過(guò)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(guò)一系列光化學(xué)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(chǎn)生較大影響?!董h(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095—2012)將臭氧 8 h 濃度作為一項監測指標,其參與空氣質(zhì)量考核。監測數據顯示,近年來(lái),我國重點(diǎn)城市顆粒物污染有所減緩,但臭氧污染問(wèn)題日益嚴峻,尤其在京津冀地區,O3 濃度不降反升,其與 PM2.5 并列成為影響空氣質(zhì)量的重要污染物,高質(zhì)量的臭氧監測數據對打贏(yíng)我國大氣污染防治攻堅戰起到基礎保障作用。
1、電路
臭氧發(fā)生器電路由三極管VT1、VT2與電感線(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)生十280V左右的電壓,供給推挽振蕩電路。 在開(kāi)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(shí),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(chǎn)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(shí),VT2截止;VT2導通時(shí),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(chǎn)生脈沖高壓,使臭氧發(fā)生片VG工作,產(chǎn)生臭氧。
同時(shí),發(fā)光二極管VD7也點(diǎn)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(xiàn)圈,可用Φ0.25mm的漆包線(xiàn)在骨架上繞210匝;L1一璐用Φ0.2mm的單心塑銅線(xiàn)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(shí)用高壓包作為L(cháng)6,在低壓包骨架上用Φ0.45mm的漆包線(xiàn)繞168匝作為L(cháng)4,用Φ0.23mm的漆包線(xiàn)繞4匝作為L(cháng)5(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(kāi)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(xiàn)無(wú)誤,通電即能正常工作。
2、發(fā)生器與放電管
臭氧系統的核心技術(shù)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(zhì)阻擋放電設計,不僅大大提高了運行的效率,而且增加了系統連續運行的安全可靠性。設備的技術(shù)參數已經(jīng)達到國際先進(jìn)水平。
由于采用微間隙放電技術(shù),使系統運行電壓降低為6-8 kV,遠低于玻璃管絕緣介質(zhì)的耐壓水平,有效地避免了介質(zhì)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(jìn)氣氣源質(zhì)量的條件下,臭氧發(fā)生器放電單元連續運行的免維護時(shí)間可以長(cháng)達5年。
3、高頻高壓電源
與傳統的臭氧中頻 (<1kHz) 電源不同,高頻高壓臭氧系統采用3-6kHz的高頻電源技術(shù),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。逆變電源系統采用成熟的高頻電源技術(shù),現場(chǎng)長(cháng)期運行證明可以保證系統長(cháng)期運行的穩定性。高頻輸出經(jīng)升壓系統后產(chǎn)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(chǎn)生冷態(tài)等離子體放電生成臭氧。
4、冷卻系統
雖然現代臭氧發(fā)生器的效率與傳統產(chǎn)品相比已經(jīng)明顯提高,但有90%左右的電能不是用來(lái)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(huì )持續升高甚至超過(guò)設計的運行溫度。高溫不利于臭氧的產(chǎn)生但利于臭氧的分解,導致臭氧產(chǎn)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(guò)系統設計溫度或水量不足時(shí),系統會(huì )自動(dòng)發(fā)出報警信號。
三、參數
1、臭氧濃度
臭氧為混合氣體其濃度通常按質(zhì)量比和體積比來(lái)表示。質(zhì)量比是指單位體積內混合氣體中含有多少質(zhì)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(wàn)分之一為1ppm。臭氧濃度是衡量臭氧發(fā)生器技術(shù)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(zhì)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(dòng)電壓和驅動(dòng)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)生器電源系統的效率(效率高,熱量轉化少);
臭氧是一種氧化性極強的不穩定氣體,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(shí)會(huì )在1分鐘內衰減一半。在 40~50℃ 時(shí)衰減達到80%。超過(guò)60℃臭氧會(huì )馬上分解。
臭氧產(chǎn)量是指臭氧發(fā)生器單位時(shí)間內臭氧的產(chǎn)出量;臭氧濃度數值與進(jìn)入臭氧發(fā)生器總氣量數值的乘積即為臭氧產(chǎn)量;通常使用mg/h,g/h,kg/h這些單位表示。臭氧發(fā)生器標準中規定臭氧發(fā)生器規格型號使用臭氧產(chǎn)量表示和區分。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為單位區分規格的大小。
四、分類(lèi)
臭氧發(fā)生器工作原理 按臭氧產(chǎn)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(xiàn)照射式、電解式。
1、高壓放電式發(fā)生器
該類(lèi)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(chǎng),使電場(chǎng)內或電場(chǎng)周?chē)难醴肿影l(fā)生電化學(xué)反應,從而制造臭氧。這種臭氧發(fā)生器具有技術(shù)成熟、工作穩定、使用壽命長(cháng)、臭氧產(chǎn)量大(單機可達1Kg/h)等優(yōu)點(diǎn),所以是國內外相關(guān)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(lèi)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(diǎn),已基本退出市場(chǎng)。中、高頻發(fā)生器具有體積小、功耗低、臭氧產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn),是常用的產(chǎn)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(lái)產(chǎn)生的,而空氣中氧氣的含量只有21%,所以空氣型發(fā)生器產(chǎn)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(fēng)冷型。臭氧發(fā)生器工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的熱能,需要冷卻,否則臭氧會(huì )因高溫而邊產(chǎn)生邊分解。水冷型發(fā)生器冷卻效果好,工作穩定,臭氧無(wú)衰減,并能長(cháng)時(shí)間連續工作,但結構復雜,成本稍高。風(fēng)冷型冷卻效果不夠理想,臭氧衰減明顯??傮w性能穩定的高性能臭氧發(fā)生器通常都是水冷式的。風(fēng)冷一般只用于臭氧產(chǎn)量較小的中低檔臭氧發(fā)生器。在選用發(fā)生器時(shí),應盡量選用水冷型的。
(4)按介電材料劃分,常見(jiàn)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(lèi)型。使用各類(lèi)介電材料制造的臭氧發(fā)生器市場(chǎng)上均有銷(xiāo)售,其性能各有不同,玻璃介電體成本低性能穩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(lèi)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(zhì)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(zhì)阻擋放電式(DBD)和開(kāi)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(chǎn)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(lǐng)域,是國家“十二五”以及未來(lái)在飲用水安全、環(huán)境保護和節能減排等方面“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(jìn)口的重大技術(shù)裝備。