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大型臭氧发生器的研制与开发

点击次数:6519 发布时间:2016-03-31

  随着臭氧在各个行业及域的广泛应用,臭氧的发生技术和应用技术得到了快速发展,特别是的《城市供水水质标准》的实施,对水质提出了更高的要求,增加了水的检测项目和对消毒副产物的检测项目。采用臭氧-活性炭技术将是水厂消毒的发展趋势,臭氧深度处理技术将得到更加有力的发展。我国将会有更多的水厂采用臭氧处理工艺。大产量、率的臭氧发生器必将有广阔的市场需求,目前国内大型臭氧发生器设备主要依靠国外进口。因而研制和开发高性能、大产量一代大型臭氧发生器替代进口是我国臭氧企业的要任务。对于加快实现我国自来水产业运用臭氧-活性炭工艺的普及具有重要的意义。
  
  鉴于国内臭氧产品市场形势,我公司的科研人员根据已有设备的运行状况及国外同类产品技术的比较,经过不懈努力研制成功,具有独立自主知识产权的大型高频臭氧发生器。设计原理及主要特点为:
  
  臭氧放电室:
  
  臭氧发生管采用搪瓷介质放电体,单个放电体臭氧产量大,适应于运行频率5000HZ,电压3-5.0kV的工况,击穿强度大于10kV。每两支臭氧放电管组成一个放电单元。
  
  为解决大型臭氧发生器运行过程中,由于发电体的损坏而导致整体停机的缺点,每个放电单元设置高压保险装置,保证了整个系统的可靠性。
  
  放电室采用卧管式水冷结构,壳体均采用不锈钢板材热熔焊接而成,耐腐蚀,不易生垢。外电管与发生器管板采用自动控制冷胀管技术,避免了热焊接变形的缺陷。
  
  大功率高频臭氧电源的研制:
  
  臭氧发生器电源一般根据适用介质和放电室结构来设计与之相匹配的臭氧电源。我们采用以IGBT为功率器件的高频变频技术,频率调整范围0-5000HZ可调,逆变输出电压可调,输出电压0-500V,高压输出可达5KV。主要由高频逆变电源主电路,PWM控制电路,IGBT驱动电路等几部分组成。
  
  大功率高频高压逆变臭氧电源的整体结构简化
  
  三相380V工频交流电整流滤波后,变成单相0-500V可调直流电压,然后该直流电压经过逆变电路逆变后,再由功率变压器升压输出。电路中整流部分采用三相全桥可控整流技术,通过改变晶闸管的导通角而得到0-500V直流可调电压,从而达到控制输出功率与方便调试的目的。
  
  臭氧电源的性能,特别是放电功率和稳定性直接影响到臭氧产生的质量和应用效果。传统的臭氧发生器电源采用可控硅为功率开关器件。但是用可控硅作为功率开关器件有很多弊端。因此项目设计的臭氧电源就采用了型的功率开关器件IGBT以取代传统的可控硅电路。并采用准谐振开关特性,可实现零电压、电流开通与关断,而且开关器件的开关功率损耗很小。
  
  电源除了具备完善的过载、自动限流、过电压、欠电压、短路断相等多重保护功能外,还专门设计功率器件工作温升监控保护功能。也即通过电源的操作键盘上的显示器可直接了解到IGBT的工作温升。从而有效保证电源的工作稳定性。
  
  电源运用数字PI闭环控制技术。可实现给定量和反馈量的比较,闭环反馈,有效稳定输出电流。
  
  高频电源控制操作方面设计有独立的LED显示数字控制键盘和485通讯接口。可实现现场操作和远程通讯。两种状态下均可实现对臭氧电源的输出电压、输出频率进行设定。控制精度±1V、±1Hz。
  
  高频升压变压器的研制:
  
  研制和生产大功率高频高压电源先必须突破高频升压变压器的技术难关。大功率高频升压变压器不同于工频电力变压器,由于其自身高频的特性以及负载的特殊性。因而变压器的原、副边绕组的电压按变比求高压侧电压是不准确的,此理论不太适用。造成了设计难度大,不易制造。同时由于我国没有专业生产大功率高频升压变压器的厂家。因而国内不少臭氧企业因此而被拒之大型臭氧发生器门外。对于臭氧发生器专用变压器在高频条件下工作,磁芯我们选用锰-锌铁氧体材料。由于铁氧体磁芯在高频条件下损耗小、有较高动态导磁率、电阻率低、温度系数小的优点。大功率变压器必需要大截面的磁芯骨架。为很好的解决了没有大截面磁芯材料的技术难题我们采用组合技术。这经过大量客户现场运行的实践证明这种技术是可行的、也是成功的。
  
  变压器的另一关键点就是线圈导线材料的选择。大功率变压器必然工作电流大。加之电压高、高频电流的集肤效应,对导线材料的选用和制造工艺都提出了更高要求。在大量的比较试验基础上导线采用合成高频导线。能适应高频工作条件要求,减少高频电源的集肤效应。降低了导线工作温升,避免过热过载,影响使用寿命和系统的稳定性和可靠性。并且高压变压器设计容量均有充足的容量,一般可达15-30%。
  
  基于这两项技术的运用,使此高频升压变压器具有体积小、重量轻、工作温升低的优点。在没有降温冷却措施状况下,依靠自然冷却也能满足工作要求。
  
  自动控制系统:
  
  系统控制采用先进的HMI人机界面。可对臭氧发生器运行各类工况参数进行设定,监测、报警和保护。(臭氧发生器进气、出气温度,进水、出口温度,气源露点,压力,流量,臭氧浓度均可实行在线检测与调节,并实行远、近程控制和触摸屏显示。实现在线检测、自动调节。)臭氧电源同样可通过485接口进行通讯控制。同时安装有智能综合电能监测仪表,对臭氧发生器工作时的工作电流、臭氧功率、功率因数等近三十项参数进行监视。
  
  对于水处理应用域,对于水中臭氧浓度在线监测技术有的突破。利用ORP(氧化还原电位)值与水中臭氧浓度存在特定的对应关系的原理。研制成功ORP在线监控水中臭氧浓度监测仪。以ORP值的变化反应出水臭氧剩余臭氧浓度的变化,从而反馈臭氧发生器控制系统实现自动调节,自动投加臭氧的闭环控制技术。ORP闭环控制技术无论是硬件还是软件均属国内先进水平,并填补国内大型臭氧发生器在水处理应用场所实现的臭氧投加自动调节功能的空白。
  
  臭氧水处理工艺的关键是水溶解臭氧浓度,它是保证杀菌、去除化学污染物的根本条件。在这方面,国外应用谱电仪器检测,但由于价格昂贵,国内基本无力应用,只有少数公司在游泳池水臭氧处理中应用ORP原理检测水溶臭氧浓度,技术保密。大型臭氧发生器上采用ORP技术在线检测水溶臭氧浓度几乎没有。有很强的实用性,具有广的推广价值。ORP控制技术的应用可将我国臭氧水处理工程技术水平提高到一个崭的高度。
  
  该产品的成功研制标志着我国臭氧发生器设备制造与应用技术有了突破性的进步。改变了我们国产臭氧设备技术落后的局面。也将推动我国臭氧技术在化工、制药、水处理等域的高速发展!

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