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大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)的研制(zhì)與開(kāi)發
點擊次數(shù)：9713 更新時(shí)間(jiān)：2022-06-23
随着臭氧在各個(gè)行(xíng)業及域的廣泛應用，臭氧的發生(shēng)技(jì)術(shù)和(hé)應用技(jì)術(shù)得(de)到了快速發展，特别是的《城市供水(shuǐ)水(shuǐ)質标準》的實施，對水(shuǐ)質提出了更高(gāo)的要求，增加了水(shuǐ)的檢測項目和(hé)對消毒副産物的檢測項目。采用臭氧-活性炭技(jì)術(shù)将是水(shuǐ)廠消毒的發展趨勢，臭氧深度處理(lǐ)技(jì)術(shù)将得(de)到更加有(yǒu)力的發展。我國将會(huì)有(yǒu)更多(duō)的水(shuǐ)廠采用臭氧處理(lǐ)工藝。大(dà)産量、率的臭氧發生(shēng)器(qì)必将有(yǒu)廣闊的市場(chǎng)需求，目前國內(nèi)大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)設備主要依靠國外進口。因而研制(zhì)和(hé)開(kāi)發高(gāo)性能、大(dà)産量一代大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)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(lái)水(shuǐ)産業運用臭氧-活性炭工藝的普及具有(yǒu)重要的意義。
鑒于國內(nèi)臭氧産品市場(chǎng)形勢，我公司的科研人(rén)員根據已有(yǒu)設備的運行(xíng)狀況及國外同類産品技(jì)術(shù)的比較，經過不懈努力研制(zhì)成功，具有(yǒu)獨立自主知識産權的大(dà)型高(gāo)頻臭氧發生(shēng)器(qì)。設計(jì)原理(lǐ)及主要特點為(wèi)：
臭氧放電(diàn)室：
臭氧發生(shēng)管采用搪瓷介質放電(diàn)體(tǐ)，單個(gè)放電(diàn)體(tǐ)臭氧産量大(dà)，适應于運行(xíng)頻率5000HZ，電(diàn)壓3-5.0kV的工況,擊穿強度大(dà)于10kV。每兩支臭氧放電(diàn)管組成一個(gè)放電(diàn)單元。
為(wèi)解決大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)運行(xíng)過程中，由于發電(diàn)體(tǐ)的損壞而導緻整體(tǐ)停機的缺點，每個(gè)放電(diàn)單元設置高(gāo)壓保險裝置，保證了整個(gè)系統的可(kě)靠性。
放電(diàn)室采用卧管式水(shuǐ)冷結構，殼體(tǐ)均采用不鏽鋼闆材熱熔焊接而成，耐腐蝕，不易生(shēng)垢。外電(diàn)管與發生(shēng)器(qì)管闆采用自動控制(zhì)冷脹管技(jì)術(shù)，避免了熱焊接變形的缺陷。
大(dà)功率高(gāo)頻臭氧電(diàn)源的研制(zhì):
臭氧發生(shēng)器(qì)電(diàn)源一般根據适用介質和(hé)放電(diàn)室結構來(lái)設計(jì)與之相匹配的臭氧電(diàn)源。我們采用以IGBT為(wèi)功率器(qì)件的高(gāo)頻變頻技(jì)術(shù)，頻率調整範圍0-5000HZ可(kě)調，逆變輸出電(diàn)壓可(kě)調，輸出電(diàn)壓0-500V，高(gāo)壓輸出可(kě)達5KV。主要由高(gāo)頻逆變電(diàn)源主電(diàn)路，PWM控制(zhì)電(diàn)路，IGBT驅動電(diàn)路等幾部分組成。
大(dà)功率高(gāo)頻高(gāo)壓逆變臭氧電(diàn)源的整體(tǐ)結構簡化
三相380V工頻交流電(diàn)整流濾波後，變成單相0-500V可(kě)調直流電(diàn)壓，然後該直流電(diàn)壓經過逆變電(diàn)路逆變後，再由功率變壓器(qì)升壓輸出。電(diàn)路中整流部分采用三相全橋可(kě)控整流技(jì)術(shù)，通(tōng)過改變晶閘管的導通(tōng)角而得(de)到0-500V直流可(kě)調電(diàn)壓，從而達到控制(zhì)輸出功率與方便調試的目的。
臭氧電(diàn)源的性能，特别是放電(diàn)功率和(hé)穩定性直接影(yǐng)響到臭氧産生(shēng)的質量和(hé)應用效果。傳統的臭氧發生(shēng)器(qì)電(diàn)源采用可(kě)控矽為(wèi)功率開(kāi)關器(qì)件。但(dàn)是用可(kě)控矽作(zuò)為(wèi)功率開(kāi)關器(qì)件有(yǒu)很(hěn)多(duō)弊端。因此項目設計(jì)的臭氧電(diàn)源就采用了型的功率開(kāi)關器(qì)件IGBT以取代傳統的可(kě)控矽電(diàn)路。并采用準諧振開(kāi)關特性，可(kě)實現零電(diàn)壓、電(diàn)流開(kāi)通(tōng)與關斷，而且開(kāi)關器(qì)件的開(kāi)關功率損耗很(hěn)小(xiǎo)。
電(diàn)源除了具備完善的過載、自動限流、過電(diàn)壓、欠電(diàn)壓、短(duǎn)路斷相等多(duō)重保護功能外，還(hái)專門(mén)設計(jì)功率器(qì)件工作(zuò)溫升監控保護功能。也即通(tōng)過電(diàn)源的操作(zuò)鍵盤上(shàng)的顯示器(qì)可(kě)直接了解到IGBT的工作(zuò)溫升。從而有(yǒu)效保證電(diàn)源的工作(zuò)穩定性。
電(diàn)源運用數(shù)字PI閉環控制(zhì)技(jì)術(shù)。可(kě)實現給定量和(hé)反饋量的比較，閉環反饋，有(yǒu)效穩定輸出電(diàn)流。
高(gāo)頻電(diàn)源控制(zhì)操作(zuò)方面設計(jì)有(yǒu)獨立的LED顯示數(shù)字控制(zhì)鍵盤和(hé)485通(tōng)訊接口。可(kě)實現現場(chǎng)操作(zuò)和(hé)遠程通(tōng)訊。兩種狀态下均可(kě)實現對臭氧電(diàn)源的輸出電(diàn)壓、輸出頻率進行(xíng)設定。控制(zhì)精度±1V、±1Hz。
高(gāo)頻升壓變壓器(qì)的研制(zhì):
研制(zhì)和(hé)生(shēng)産大(dà)功率高(gāo)頻高(gāo)壓電(diàn)源先必須突破高(gāo)頻升壓變壓器(qì)的技(jì)術(shù)難關。大(dà)功率高(gāo)頻升壓變壓器(qì)不同于工頻電(diàn)力變壓器(qì)，由于其自身高(gāo)頻的特性以及負載的特殊性。因而變壓器(qì)的原、副邊繞組的電(diàn)壓按變比求高(gāo)壓側電(diàn)壓是不準确的，此理(lǐ)論不太适用。造成了設計(jì)難度大(dà)，不易制(zhì)造。同時(shí)由于我國沒有(yǒu)專業生(shēng)産大(dà)功率高(gāo)頻升壓變壓器(qì)的廠家(jiā)。因而國內(nèi)不少(shǎo)臭氧企業因此而被拒之大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)門(mén)外。對于臭氧發生(shēng)器(qì)變壓器(qì)在高(gāo)頻條件下工作(zuò)，磁芯我們選用錳-鋅鐵(tiě)氧體(tǐ)材料。由于鐵(tiě)氧體(tǐ)磁芯在高(gāo)頻條件下損耗小(xiǎo)、有(yǒu)較高(gāo)動态導磁率、電(diàn)阻率低(dī)、溫度系數(shù)小(xiǎo)的優點。大(dà)功率變壓器(qì)必需要大(dà)截面的磁芯骨架。為(wèi)很(hěn)好的解決了沒有(yǒu)大(dà)截面磁芯材料的技(jì)術(shù)難題我們采用組合技(jì)術(shù)。這經過大(dà)量客戶現場(chǎng)運行(xíng)的實踐證明(míng)這種技(jì)術(shù)是可(kě)行(xíng)的、也是成功的。
變壓器(qì)的另一關鍵點就是線圈導線材料的選擇。大(dà)功率變壓器(qì)必然工作(zuò)電(diàn)流大(dà)。加之電(diàn)壓高(gāo)、高(gāo)頻電(diàn)流的集膚效應，對導線材料的選用和(hé)制(zhì)造工藝都提出了更高(gāo)要求。在大(dà)量的比較試驗基礎上(shàng)導線采用合成高(gāo)頻導線。能适應高(gāo)頻工作(zuò)條件要求，減少(shǎo)高(gāo)頻電(diàn)源的集膚效應。降低(dī)了導線工作(zuò)溫升，避免過熱過載，影(yǐng)響使用壽命和(hé)系統的穩定性和(hé)可(kě)靠性。并且高(gāo)壓變壓器(qì)設計(jì)容量均有(yǒu)充足的容量，一般可(kě)達15-30%。
基于這兩項技(jì)術(shù)的運用，使此高(gāo)頻升壓變壓器(qì)具有(yǒu)體(tǐ)積小(xiǎo)、重量輕、工作(zuò)溫升低(dī)的優點。在沒有(yǒu)降溫冷卻措施狀況下，依靠自然冷卻也能滿足工作(zuò)要求。
自動控制(zhì)系統：
系統控制(zhì)采用先進的HMI人(rén)機界面。可(kě)對臭氧發生(shēng)器(qì)運行(xíng)各類工況參數(shù)進行(xíng)設定，監測、報警和(hé)保護。（臭氧發生(shēng)器(qì)進氣、出氣溫度，進水(shuǐ)、出口溫度，氣源露點，壓力，流量，臭氧濃度均可(kě)實行(xíng)在線檢測與調節，并實行(xíng)遠、近程控制(zhì)和(hé)觸摸屏顯示。實現在線檢測、自動調節。）臭氧電(diàn)源同樣可(kě)通(tōng)過485接口進行(xíng)通(tōng)訊控制(zhì)。同時(shí)安裝有(yǒu)智能綜合電(diàn)能監測儀表，對臭氧發生(shēng)器(qì)工作(zuò)時(shí)的工作(zuò)電(diàn)流、臭氧功率、功率因數(shù)等近三十項參數(shù)進行(xíng)監視(shì)。
對于水(shuǐ)處理(lǐ)應用域，對于水(shuǐ)中臭氧濃度在線監測技(jì)術(shù)有(yǒu)的突破。利用ORP（氧化還(hái)原電(diàn)位）值與水(shuǐ)中臭氧濃度存在特定的對應關系的原理(lǐ)。研制(zhì)成功ORP在線監控水(shuǐ)中臭氧濃度監測儀。以ORP值的變化反應出水(shuǐ)臭氧剩餘臭氧濃度的變化，從而反饋臭氧發生(shēng)器(qì)控制(zhì)系統實現自動調節，自動投加臭氧的閉環控制(zhì)技(jì)術(shù)。ORP閉環控制(zhì)技(jì)術(shù)無論是硬件還(hái)是軟件均屬先進水(shuǐ)平。
臭氧水(shuǐ)處理(lǐ)工藝的關鍵是水(shuǐ)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(diàn)儀器(qì)檢測，但(dàn)由于價格昂貴，國內(nèi)基本無力應用，隻有(yǒu)少(shǎo)數(shù)公司在遊泳池水(shuǐ)臭氧處理(lǐ)中應用ORP原理(lǐ)檢測水(shuǐ)溶臭氧濃度，技(jì)術(shù)保密。大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)上(shàng)采用ORP技(jì)術(shù)在線檢測水(shuǐ)溶臭氧濃度幾乎沒有(yǒu)。有(yǒu)很(hěn)強的實用性，具有(yǒu)廣的推廣價值。ORP控制(zhì)技(jì)術(shù)的應用可(kě)将我國臭氧水(shuǐ)處理(lǐ)工程技(jì)術(shù)水(shuǐ)平提高(gāo)到一個(gè)嶄的高(gāo)度。
該産品的成功研制(zhì)标志(zhì)着我國臭氧發生(shēng)器(qì)設備制(zhì)造與應用技(jì)術(shù)有(yǒu)了突破性的進步。改變了我們國産臭氧設備技(jì)術(shù)落後的局面。也将推動我國臭氧技(jì)術(shù)在化工、制(zhì)藥、水(shuǐ)處理(lǐ)等域的高(gāo)速發展！
鑒于國內(nèi)臭氧産品市場(chǎng)形勢，我公司的科研人(rén)員根據已有(yǒu)設備的運行(xíng)狀況及國外同類産品技(jì)術(shù)的比較，經過不懈努力研制(zhì)成功，具有(yǒu)獨立自主知識産權的大(dà)型高(gāo)頻臭氧發生(shēng)器(qì)。設計(jì)原理(lǐ)及主要特點為(wèi)：
臭氧放電(diàn)室：
臭氧發生(shēng)管采用搪瓷介質放電(diàn)體(tǐ)，單個(gè)放電(diàn)體(tǐ)臭氧産量大(dà)，适應于運行(xíng)頻率5000HZ，電(diàn)壓3-5.0kV的工況,擊穿強度大(dà)于10kV。每兩支臭氧放電(diàn)管組成一個(gè)放電(diàn)單元。
為(wèi)解決大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)運行(xíng)過程中，由于發電(diàn)體(tǐ)的損壞而導緻整體(tǐ)停機的缺點，每個(gè)放電(diàn)單元設置高(gāo)壓保險裝置，保證了整個(gè)系統的可(kě)靠性。
放電(diàn)室采用卧管式水(shuǐ)冷結構，殼體(tǐ)均采用不鏽鋼闆材熱熔焊接而成，耐腐蝕，不易生(shēng)垢。外電(diàn)管與發生(shēng)器(qì)管闆采用自動控制(zhì)冷脹管技(jì)術(shù)，避免了熱焊接變形的缺陷。
大(dà)功率高(gāo)頻臭氧電(diàn)源的研制(zhì):
臭氧發生(shēng)器(qì)電(diàn)源一般根據适用介質和(hé)放電(diàn)室結構來(lái)設計(jì)與之相匹配的臭氧電(diàn)源。我們采用以IGBT為(wèi)功率器(qì)件的高(gāo)頻變頻技(jì)術(shù)，頻率調整範圍0-5000HZ可(kě)調，逆變輸出電(diàn)壓可(kě)調，輸出電(diàn)壓0-500V，高(gāo)壓輸出可(kě)達5KV。主要由高(gāo)頻逆變電(diàn)源主電(diàn)路，PWM控制(zhì)電(diàn)路，IGBT驅動電(diàn)路等幾部分組成。
大(dà)功率高(gāo)頻高(gāo)壓逆變臭氧電(diàn)源的整體(tǐ)結構簡化
三相380V工頻交流電(diàn)整流濾波後，變成單相0-500V可(kě)調直流電(diàn)壓，然後該直流電(diàn)壓經過逆變電(diàn)路逆變後，再由功率變壓器(qì)升壓輸出。電(diàn)路中整流部分采用三相全橋可(kě)控整流技(jì)術(shù)，通(tōng)過改變晶閘管的導通(tōng)角而得(de)到0-500V直流可(kě)調電(diàn)壓，從而達到控制(zhì)輸出功率與方便調試的目的。
臭氧電(diàn)源的性能，特别是放電(diàn)功率和(hé)穩定性直接影(yǐng)響到臭氧産生(shēng)的質量和(hé)應用效果。傳統的臭氧發生(shēng)器(qì)電(diàn)源采用可(kě)控矽為(wèi)功率開(kāi)關器(qì)件。但(dàn)是用可(kě)控矽作(zuò)為(wèi)功率開(kāi)關器(qì)件有(yǒu)很(hěn)多(duō)弊端。因此項目設計(jì)的臭氧電(diàn)源就采用了型的功率開(kāi)關器(qì)件IGBT以取代傳統的可(kě)控矽電(diàn)路。并采用準諧振開(kāi)關特性，可(kě)實現零電(diàn)壓、電(diàn)流開(kāi)通(tōng)與關斷，而且開(kāi)關器(qì)件的開(kāi)關功率損耗很(hěn)小(xiǎo)。
電(diàn)源除了具備完善的過載、自動限流、過電(diàn)壓、欠電(diàn)壓、短(duǎn)路斷相等多(duō)重保護功能外，還(hái)專門(mén)設計(jì)功率器(qì)件工作(zuò)溫升監控保護功能。也即通(tōng)過電(diàn)源的操作(zuò)鍵盤上(shàng)的顯示器(qì)可(kě)直接了解到IGBT的工作(zuò)溫升。從而有(yǒu)效保證電(diàn)源的工作(zuò)穩定性。
電(diàn)源運用數(shù)字PI閉環控制(zhì)技(jì)術(shù)。可(kě)實現給定量和(hé)反饋量的比較，閉環反饋，有(yǒu)效穩定輸出電(diàn)流。
高(gāo)頻電(diàn)源控制(zhì)操作(zuò)方面設計(jì)有(yǒu)獨立的LED顯示數(shù)字控制(zhì)鍵盤和(hé)485通(tōng)訊接口。可(kě)實現現場(chǎng)操作(zuò)和(hé)遠程通(tōng)訊。兩種狀态下均可(kě)實現對臭氧電(diàn)源的輸出電(diàn)壓、輸出頻率進行(xíng)設定。控制(zhì)精度±1V、±1Hz。
高(gāo)頻升壓變壓器(qì)的研制(zhì):
研制(zhì)和(hé)生(shēng)産大(dà)功率高(gāo)頻高(gāo)壓電(diàn)源先必須突破高(gāo)頻升壓變壓器(qì)的技(jì)術(shù)難關。大(dà)功率高(gāo)頻升壓變壓器(qì)不同于工頻電(diàn)力變壓器(qì)，由于其自身高(gāo)頻的特性以及負載的特殊性。因而變壓器(qì)的原、副邊繞組的電(diàn)壓按變比求高(gāo)壓側電(diàn)壓是不準确的，此理(lǐ)論不太适用。造成了設計(jì)難度大(dà)，不易制(zhì)造。同時(shí)由于我國沒有(yǒu)專業生(shēng)産大(dà)功率高(gāo)頻升壓變壓器(qì)的廠家(jiā)。因而國內(nèi)不少(shǎo)臭氧企業因此而被拒之大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)門(mén)外。對于臭氧發生(shēng)器(qì)變壓器(qì)在高(gāo)頻條件下工作(zuò)，磁芯我們選用錳-鋅鐵(tiě)氧體(tǐ)材料。由于鐵(tiě)氧體(tǐ)磁芯在高(gāo)頻條件下損耗小(xiǎo)、有(yǒu)較高(gāo)動态導磁率、電(diàn)阻率低(dī)、溫度系數(shù)小(xiǎo)的優點。大(dà)功率變壓器(qì)必需要大(dà)截面的磁芯骨架。為(wèi)很(hěn)好的解決了沒有(yǒu)大(dà)截面磁芯材料的技(jì)術(shù)難題我們采用組合技(jì)術(shù)。這經過大(dà)量客戶現場(chǎng)運行(xíng)的實踐證明(míng)這種技(jì)術(shù)是可(kě)行(xíng)的、也是成功的。
變壓器(qì)的另一關鍵點就是線圈導線材料的選擇。大(dà)功率變壓器(qì)必然工作(zuò)電(diàn)流大(dà)。加之電(diàn)壓高(gāo)、高(gāo)頻電(diàn)流的集膚效應，對導線材料的選用和(hé)制(zhì)造工藝都提出了更高(gāo)要求。在大(dà)量的比較試驗基礎上(shàng)導線采用合成高(gāo)頻導線。能适應高(gāo)頻工作(zuò)條件要求，減少(shǎo)高(gāo)頻電(diàn)源的集膚效應。降低(dī)了導線工作(zuò)溫升，避免過熱過載，影(yǐng)響使用壽命和(hé)系統的穩定性和(hé)可(kě)靠性。并且高(gāo)壓變壓器(qì)設計(jì)容量均有(yǒu)充足的容量，一般可(kě)達15-30%。
基于這兩項技(jì)術(shù)的運用，使此高(gāo)頻升壓變壓器(qì)具有(yǒu)體(tǐ)積小(xiǎo)、重量輕、工作(zuò)溫升低(dī)的優點。在沒有(yǒu)降溫冷卻措施狀況下，依靠自然冷卻也能滿足工作(zuò)要求。
自動控制(zhì)系統：
系統控制(zhì)采用先進的HMI人(rén)機界面。可(kě)對臭氧發生(shēng)器(qì)運行(xíng)各類工況參數(shù)進行(xíng)設定，監測、報警和(hé)保護。（臭氧發生(shēng)器(qì)進氣、出氣溫度，進水(shuǐ)、出口溫度，氣源露點，壓力，流量，臭氧濃度均可(kě)實行(xíng)在線檢測與調節，并實行(xíng)遠、近程控制(zhì)和(hé)觸摸屏顯示。實現在線檢測、自動調節。）臭氧電(diàn)源同樣可(kě)通(tōng)過485接口進行(xíng)通(tōng)訊控制(zhì)。同時(shí)安裝有(yǒu)智能綜合電(diàn)能監測儀表，對臭氧發生(shēng)器(qì)工作(zuò)時(shí)的工作(zuò)電(diàn)流、臭氧功率、功率因數(shù)等近三十項參數(shù)進行(xíng)監視(shì)。
對于水(shuǐ)處理(lǐ)應用域，對于水(shuǐ)中臭氧濃度在線監測技(jì)術(shù)有(yǒu)的突破。利用ORP（氧化還(hái)原電(diàn)位）值與水(shuǐ)中臭氧濃度存在特定的對應關系的原理(lǐ)。研制(zhì)成功ORP在線監控水(shuǐ)中臭氧濃度監測儀。以ORP值的變化反應出水(shuǐ)臭氧剩餘臭氧濃度的變化，從而反饋臭氧發生(shēng)器(qì)控制(zhì)系統實現自動調節，自動投加臭氧的閉環控制(zhì)技(jì)術(shù)。ORP閉環控制(zhì)技(jì)術(shù)無論是硬件還(hái)是軟件均屬先進水(shuǐ)平。
臭氧水(shuǐ)處理(lǐ)工藝的關鍵是水(shuǐ)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(diàn)儀器(qì)檢測，但(dàn)由于價格昂貴，國內(nèi)基本無力應用，隻有(yǒu)少(shǎo)數(shù)公司在遊泳池水(shuǐ)臭氧處理(lǐ)中應用ORP原理(lǐ)檢測水(shuǐ)溶臭氧濃度，技(jì)術(shù)保密。大(dà)型臭氧發生(shēng)器(qì)上(shàng)采用ORP技(jì)術(shù)在線檢測水(shuǐ)溶臭氧濃度幾乎沒有(yǒu)。有(yǒu)很(hěn)強的實用性，具有(yǒu)廣的推廣價值。ORP控制(zhì)技(jì)術(shù)的應用可(kě)将我國臭氧水(shuǐ)處理(lǐ)工程技(jì)術(shù)水(shuǐ)平提高(gāo)到一個(gè)嶄的高(gāo)度。
該産品的成功研制(zhì)标志(zhì)着我國臭氧發生(shēng)器(qì)設備制(zhì)造與應用技(jì)術(shù)有(yǒu)了突破性的進步。改變了我們國産臭氧設備技(jì)術(shù)落後的局面。也将推動我國臭氧技(jì)術(shù)在化工、制(zhì)藥、水(shuǐ)處理(lǐ)等域的高(gāo)速發展！
