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大型臭氧發生器的研制與開發

點擊次數:7273 發布時間:2016-03-31

  隨著臭氧在各個行業及域的廣泛應用,臭氧的發生技術和應用技術得到了快速發展,特別是的《城市供水水質標準》的實施,對水質提出了更高的要求,增加了水的檢測項目和對消毒副產物的檢測項目。采用臭氧-活性炭技術將是水廠消毒的發展趨勢,臭氧深度處理技術將得到更加有力的發展。我國將會有更多的水廠采用臭氧處理工藝。大產量、率的臭氧發生器必將有廣闊的市場需求,目前國內大型臭氧發生器設備主要依靠國外進口。因而研制和開發高性能、大產量一代大型臭氧發生器替代進口是我國臭氧企業的要任務。對于加快實現我國自來水產業運用臭氧-活性炭工藝的普及具有重要的意義。

鑒于國內臭氧產品市場形勢,我公司的科研人員根據已有設備的運行狀況及國外同類產品技術的比較,經過不懈努力研制成功,具有獨立自主知識產權的大型高頻臭氧發生器。設計原理及主要特點為:

臭氧放電室:

臭氧發生管采用搪瓷介質放電體,單個放電體臭氧產量大,適應于運行頻率5000HZ,電壓3-5.0kV的工況,擊穿強度大于10kV。每兩支臭氧放電管組成一個放電單元。

為解決大型臭氧發生器運行過程中,由于發電體的損壞而導致整體停機的缺點,每個放電單元設置高壓保險裝置,保證了整個系統的可靠性。

放電室采用臥管式水冷結構,殼體均采用不銹鋼板材熱熔焊接而成,耐腐蝕,不易生垢。外電管與發生器管板采用自動控制冷脹管技術,避免了熱焊接變形的缺陷。

大功率高頻臭氧電源的研制:

臭氧發生器電源一般根據適用介質和放電室結構來設計與之相匹配的臭氧電源。我們采用以IGBT為功率器件的高頻變頻技術,頻率調整范圍0-5000HZ可調,逆變輸出電壓可調,輸出電壓0-500V,高壓輸出可達5KV。主要由高頻逆變電源主電路,PWM控制電路,IGBT驅動電路等幾部分組成。

大功率高頻高壓逆變臭氧電源的整體結構簡化
  
三相380V工頻交流電整流濾波后,變成單相0-500V可調直流電壓,然后該直流電壓經過逆變電路逆變后,再由功率變壓器升壓輸出。電路中整流部分采用三相全橋可控整流技術,通過改變晶閘管的導通角而得到0-500V直流可調電壓,從而達到控制輸出功率與方便調試的目的。

臭氧電源的性能,特別是放電功率和穩定性直接影響到臭氧產生的質量和應用效果。傳統的臭氧發生器電源采用可控硅為功率開關器件。但是用可控硅作為功率開關器件有很多弊端。因此項目設計的臭氧電源就采用了型的功率開關器件IGBT以取代傳統的可控硅電路。并采用準諧振開關特性,可實現零電壓、電流開通與關斷,而且開關器件的開關功率損耗很小。

電源除了具備完善的過載、自動限流、過電壓、欠電壓、短路斷相等多重保護功能外,還專門設計功率器件工作溫升監控保護功能。也即通過電源的操作鍵盤上的顯示器可直接了解到IGBT的工作溫升。從而有效保證電源的工作穩定性。

電源運用數字PI閉環控制技術。可實現給定量和反饋量的比較,閉環反饋,有效穩定輸出電流。

高頻電源控制操作方面設計有獨立的LED顯示數字控制鍵盤和485通訊接口。可實現現場操作和遠程通訊。兩種狀態下均可實現對臭氧電源的輸出電壓、輸出頻率進行設定。控制精度±1V、±1Hz。

高頻升壓變壓器的研制:

研制和生產大功率高頻高壓電源先必須突破高頻升壓變壓器的技術難關。大功率高頻升壓變壓器不同于工頻電力變壓器,由于其自身高頻的特性以及負載的特殊性。因而變壓器的原、副邊繞組的電壓按變比求高壓側電壓是不準確的,此理論不太適用。造成了設計難度大,不易制造。同時由于我國沒有專業生產大功率高頻升壓變壓器的廠家。因而國內不少臭氧企業因此而被拒之大型臭氧發生器門外。對于臭氧發生器變壓器在高頻條件下工作,磁芯我們選用錳-鋅鐵氧體材料。由于鐵氧體磁芯在高頻條件下損耗小、有較高動態導磁率、電阻率低、溫度系數小的優點。大功率變壓器必需要大截面的磁芯骨架。為很好的解決了沒有大截面磁芯材料的技術難題我們采用組合技術。這經過大量客戶現場運行的實踐證明這種技術是可行的、也是成功的。

變壓器的另一關鍵點就是線圈導線材料的選擇。大功率變壓器必然工作電流大。加之電壓高、高頻電流的集膚效應,對導線材料的選用和制造工藝都提出了更高要求。在大量的比較試驗基礎上導線采用合成高頻導線。能適應高頻工作條件要求,減少高頻電源的集膚效應。降低了導線工作溫升,避免過熱過載,影響使用壽命和系統的穩定性和可靠性。并且高壓變壓器設計容量均有充足的容量,一般可達15-30%。

基于這兩項技術的運用,使此高頻升壓變壓器具有體積小、重量輕、工作溫升低的優點。在沒有降溫冷卻措施狀況下,依靠自然冷卻也能滿足工作要求。

 自動控制系統:

系統控制采用先進的HMI人機界面。可對臭氧發生器運行各類工況參數進行設定,監測、報警和保護。(臭氧發生器進氣、出氣溫度,進水、出口溫度,氣源露點,壓力,流量,臭氧濃度均可實行在線檢測與調節,并實行遠、近程控制和觸摸屏顯示。實現在線檢測、自動調節。)臭氧電源同樣可通過485接口進行通訊控制。同時安裝有智能綜合電能監測儀表,對臭氧發生器工作時的工作電流、臭氧功率、功率因數等近三十項參數進行監視。

對于水處理應用域,對于水中臭氧濃度在線監測技術有的突破。利用ORP(氧化還原電位)值與水中臭氧濃度存在特定的對應關系的原理。研制成功ORP在線監控水中臭氧濃度監測儀。以ORP值的變化反應出水臭氧剩余臭氧濃度的變化,從而反饋臭氧發生器控制系統實現自動調節,自動投加臭氧的閉環控制技術。ORP閉環控制技術無論是硬件還是軟件均屬先進水平,并填補國內大型臭氧發生器在水處理應用場所實現的臭氧投加自動調節功能的空白。

臭氧水處理工藝的關鍵是水溶解臭氧濃度,它是保證殺菌、去除化學污染物的根本條件。在這方面,國外應用譜電儀器檢測,但由于價格昂貴,國內基本無力應用,只有少數公司在游泳池水臭氧處理中應用ORP原理檢測水溶臭氧濃度,技術保密。大型臭氧發生器上采用ORP技術在線檢測水溶臭氧濃度幾乎沒有。有很強的實用性,具有廣的推廣價值。ORP控制技術的應用可將我國臭氧水處理工程技術水平提高到一個嶄的高度。

該產品的成功研制標志著我國臭氧發生器設備制造與應用技術有了突破性的進步。改變了我們國產臭氧設備技術落后的局面。也將推動我國臭氧技術在化工、制藥、水處理等域的高速發展!

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