大型臭氧發(fā)生器的研制與開發(fā)

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

鑒于國內(nèi)臭氧產(chǎn)品市場形勢，我公司的科研人員根據(jù)已有設(shè)備的運行狀況及國外同類產(chǎn)品技術(shù)的比較，經(jīng)過不懈努力研制成功，具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的大型高頻臭氧發(fā)生器。設(shè)計原理及主要特點為：

臭氧放電室：

臭氧發(fā)生管采用搪瓷介質(zhì)放電體，單個放電體臭氧產(chǎn)量大，適應(yīng)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(fā)生器運行過程中，由于發(fā)電體的損壞而導(dǎo)致整體停機的缺點，每個放電單元設(shè)置高壓保險裝置，保證了整個系統(tǒng)的可靠性。

放電室采用臥管式水冷結(jié)構(gòu)，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(fā)生器管板采用自動控制冷脹管技術(shù)，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(fā)生器電源一般根據(jù)適用介質(zhì)和放電室結(jié)構(gòu)來設(shè)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(shù)，頻率調(diào)整范圍0-5000HZ可調(diào)，逆變輸出電壓可調(diào)，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(qū)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(jié)構(gòu)簡化
　　
三相380V工頻交流電整流濾波后，變成單相0-500V可調(diào)直流電壓，然后該直流電壓經(jīng)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(shù)，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角而得到0-500V直流可調(diào)電壓，從而達到控制輸出功率與方便調(diào)試的目的。

臭氧電源的性能，特別是放電功率和穩(wěn)定性直接影響到臭氧產(chǎn)生的質(zhì)量和應(yīng)用效果。傳統(tǒng)的臭氧發(fā)生器電源采用可控硅為功率開關(guān)器件。但是用可控硅作為功率開關(guān)器件有很多弊端。因此項目設(shè)計的臭氧電源就采用了型的功率開關(guān)器件IGBT以取代傳統(tǒng)的可控硅電路。并采用準諧振開關(guān)特性，可實現(xiàn)零電壓、電流開通與關(guān)斷，而且開關(guān)器件的開關(guān)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(shè)計功率器件工作溫升監(jiān)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(wěn)定性。

電源運用數(shù)字PI閉環(huán)控制技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)給定量和反饋量的比較，閉環(huán)反饋，有效穩(wěn)定輸出電流。

高頻電源控制操作方面設(shè)計有獨立的LED顯示數(shù)字控制鍵盤和485通訊接口?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場操作和遠程通訊。兩種狀態(tài)下均可實現(xiàn)對臭氧電源的輸出電壓、輸出頻率進行設(shè)定?？刂凭?plusmn;1V、±1Hz。

高頻升壓變壓器的研制:

研制和生產(chǎn)大功率高頻高壓電源先必須突破高頻升壓變壓器的技術(shù)難關(guān)。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(cè)電壓是不準確的，此理論不太適用。造成了設(shè)計難度大，不易制造。同時由于我國沒有專業(yè)生產(chǎn)大功率高頻升壓變壓器的廠家。因而國內(nèi)不少臭氧企業(yè)因此而被拒之大型臭氧發(fā)生器門外。對于臭氧發(fā)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?lián)p耗小、有較高動態(tài)導(dǎo)磁率、電阻率低、溫度系數(shù)小的優(yōu)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(shù)難題我們采用組合技術(shù)。這經(jīng)過大量客戶現(xiàn)場運行的實踐證明這種技術(shù)是可行的、也是成功的。

變壓器的另一關(guān)鍵點就是線圈導(dǎo)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(yīng)，對導(dǎo)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(chǔ)上導(dǎo)線采用合成高頻導(dǎo)線。能適應(yīng)高頻工作條件要求，減少高頻電源的集膚效應(yīng)。降低了導(dǎo)線工作溫升，避免過熱過載，影響使用壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。并且高壓變壓器設(shè)計容量均有充足的容量，一般可達15-30%。

基于這兩項技術(shù)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(yōu)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(tǒng)：

系統(tǒng)控制采用先進的HMI人機界面?？蓪Τ粞醢l(fā)生器運行各類工況參數(shù)進行設(shè)定，監(jiān)測、報警和保護。（臭氧發(fā)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(diào)節(jié)，并實行遠、近程控制和觸摸屏顯示。實現(xiàn)在線檢測、自動調(diào)節(jié)。）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(jiān)測儀表，對臭氧發(fā)生器工作時的工作電流、臭氧功率、功率因數(shù)等近三十項參數(shù)進行監(jiān)視。

對于水處理應(yīng)用域，對于水中臭氧濃度在線監(jiān)測技術(shù)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(yīng)關(guān)系的原理。研制成功ORP在線監(jiān)控水中臭氧濃度監(jiān)測儀。以O(shè)RP值的變化反應(yīng)出水臭氧剩余臭氧濃度的變化，從而反饋臭氧發(fā)生器控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，自動投加臭氧的閉環(huán)控制技術(shù)。ORP閉環(huán)控制技術(shù)無論是硬件還是軟件均屬先進水平。

臭氧水處理工藝的關(guān)鍵是水溶解臭氧濃度，它是保證殺菌、去除化學(xué)污染物的根本條件。在這方面，國外應(yīng)用譜電儀器檢測，但由于價格昂貴，國內(nèi)基本無力應(yīng)用，只有少數(shù)公司在游泳池水臭氧處理中應(yīng)用ORP原理檢測水溶臭氧濃度，技術(shù)保密。大型臭氧發(fā)生器上采用ORP技術(shù)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(shù)的應(yīng)用可將我國臭氧水處理工程技術(shù)水平提高到一個嶄的高度。

該產(chǎn)品的成功研制標志著我國臭氧發(fā)生器設(shè)備制造與應(yīng)用技術(shù)有了突破性的進步。改變了我們國產(chǎn)臭氧設(shè)備技術(shù)落后的局面。也將推動我國臭氧技術(shù)在化工、制藥、水處理等域的高速發(fā)展！