 |
||||||||||||
|
||||||||||||
Генераторы озона
В лабораториях Чувашского госуниверситета проводятся исследования и разработка озонаторных установок, направленные на увеличение их ресурса работы и производительности озона.
В течении нескольких последних лет мы проводим работы по применению озона в целях охраны окружающей среды и рационального использования материальных ресурсов. Разработан ряд технологий на базе проведенных экспериментальных исследований и научных данных. Объем работ охватывает более десятка направлений промышленности и сельском хозяйстве. Имеются положительные отзывы и заключения об эффективности применения озона от организаций и республиканского и городского центров Госсанэпиднадзора.
ВОЗМОЖНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ГЕНЕРАТОРОВ ОЗОНА,
РАЗРАБОТАННЫХ В ЧУВАШСКОМ ГОСУНИВЕРСИТЕТЕ
1. Введение
Озон используется в различных отраслях: химической, нефтяной, фармацевтической, текстильной промышленности, обеззараживание питьевой воды, очистки промышленных и сточных вод, газовых выбросов, в сельском хозяйстве. Стремительно расширяется применение озона в медицине и биотехнологии.
В настоящее время наиболее эффективно и энергетически выгодным способом получения озона является его генерация в барьерном разряде. Озонаторные установки, разработанные на этом принципе, могут обеспечить требуемую производительность по озону, как для промышленных, так и для бытовых целей. Основной недостаток большинства озонаторных установок, как отечественного производства, так и зарубежного — низкий ресурс работы. В связи с этим повышение ресурса и упрощение эксплуатации озонаторных установок является актуальной проблемой. Кроме этих проблем, важными являются эффективность и стоимость озонаторных установок.
2. Блок-схема озонатора.
На рисунке представлена блок-схема озонатора
1 – блок подготовки воздуха;
2 – устройства ввода озона;
3 – система охлаждения;
4 – источник питания;
5 – озонаторная камера.
2.1. Блок подготовки воздуха.
Блок подготовки воздуха в общем случае состоит из 4 узлов: первый узел — компрессор; второй узел — очистка воздуха от пыли, как правило, состоит из фильтра третий узел — осушка, состоит из колонок, наполненных силикагелем или цеолитом. После насыщения влагой колонка осушается нагревом или за счет перепада давления. В качестве четвертого узла используется концентратор кислорода. В лаборатории Чувашского госуниверситета блоком подготовки воздуха занимались нецеленаправленно. Блок подготовки был выполнен упрощенным без концентратора кислорода, состоял из компрессора, фильтра, одной колонки с силикагелем и осушителя. Осушитель выполнен из электрофена. Режим работы был следующим: озонатор работал 1,5 часа, затем он отключался и 30 мин. работал осушитель. Далее процесс повторялся. Блок подготовки воздуха использовался в озонаторах производительностью свыше 10 грамм озона в час. Озонаторы меньшей производительности использовались без блока подготовки воздуха.
В целом, блоки подготовки воздуха выпускаются рядом предприятий и лучше их приобретать готовыми.
2.2. Устройство ввода озона.
Для дезинфекции воздушной среды в качестве этого блока используется обычный шланг, выполненный из материала, стойкого к озону. При обработке воды применялись эжектор и барбатер. Такие известные устройства рассчитывались и были изготовлены в лабораториях университета.
2.3. Система охлаждения.
Использовались все три вида охлаждения: естественное, для озонаторных установок производительностью до 10 граммов озона в час; свыше 10 грамм как воздушное, так и водяное. Последние разработки по снижению температуры микроразрядов позволили обойтись только воздушным охлаждением более простым, практически для любой мощности генератора озона.
2.4. Источники питания
Большинство исследований осуществлялось с высоковольтными источниками питания на промышленной частоте 50 Гц. Основным элементом таких простейших источников был высоковольтный трансформатор. Часть экспериментов была проведена на частоте 400 Гц от электромеханического источника питания.
Ранние озонаторные установки питались от источников на частоте 50 Гц. После основных разработок по озонаторным камерам усилия были сосредоточены на источниках питания повышенной частоты. За основу была выбрана простая известная схема на тиристорах, которая была дополнена несколькими элементами. В результате были созданы источники питания частотой 1 — 2 кГц, мощностью от 100 ВА до нескольких кВА. Испытания показали их надежную и стабильную работу. Источники получились очень дешевые, количество элементов 10 штук. Для получения высокого напряжения использовались трансформаторы НОМ-6 и НОМ-10.
2.5. Озонаторные камеры
Это основной элемент озонаторной установки. В озонаторной камере осуществляется синтез озона. В классическом варианте озонаторная камера состоит из двух электродов, одного или двух диэлектрических барьеров. Между электродами (барьерами) имеется разрядный промежуток (0,5 — 2 мм) длиной. Озонаторные камеры изготавливают цилиндрическими или пластинчатыми. В нашем случае, в основном, исследовались и изготавливались пластинчатые камеры, как наиболее технологичные. Самым уязвимым элементом камеры являются барьеры. Тепловое воздействие микроразрядов приводит к эрозии, а затем наступает электрический пробой.
В практической эксплуатации генераторов озона проявились следующие тенденции по увеличению ресурса: быстрая замена, вышедших из строя кассет (есть патенты); резкое уменьшение рабочего напряжения и компенсация производительности за счет увеличения частоты источника питания; изготовление барьеров из короностойких материалов (керамические барьеры). В лабораториях Чувашского госуниверситета с целью увеличения ресурса проводились многолетние исследования и разработки. В этом плане совершенствовались методы синтеза озона (озонаторы с вращающимися барьерами) и создавались короностойкие барьеры.
Последний вариант получился наиболее эффективным. Барьеры выполнялись двух- и трёхслойными. Основной слой из обычного диэлектрического материала (стеклотекстолит, гетинакс и т.д.), поверхности которых покрывались термо и короностойким слоем. Его состав разработан и испытан в университете (получен патент). Как экспериментальные исследования, так и длительная эксплуатация, показали высокую работоспособность таких барьеров.
Кроме этого были проведены исследования по повышению эффективности синтеза озона. Применены электроды с повышенным сопротивлением (имеется приоритет), при которых уменьшилась температура барьерного разряда и, соответственно повысился выход озона почти в 2 раза.
3. Стоимость и спрос
Из сравнения следует вывод, что основные блоки озонаторной установки: озонаторная камера, система охлаждения и источник питания, разработанные в лабораториях Чувашского госуниверситета самые дешевые по сравнению с озонаторами известных отечественных и зарубежных фирм. Действительно, озонаторная камера в основном выполняется из листового стеклотекстолита или лавсанового гетинакса. Стягивающие струбцины из текстолита. Короностойкие слои и высокоумные электроды крайне дёшевы, поэтому основная часть стоимости составляет фонд зарплаты.
Новые разработки позволили использовать дешевую систему охлаждения — воздушную с вентилятором. Разработанный высокочастотный источник питания, содержит минимум деталей и в качестве высоковольтного устройства используется измерительные трансформаторы НОМ-6 или НОМ-10. Все это определяет низкую цену источника питания системы охлаждения.
Приближенный расчет показал, что себестоимость генератора производительностью до 50 грамм озона в час без системы подготовки воздуха составляет около 25 тысяч рублей. Подобные аналоги других фирм имеют цену свыше 100 тысяч рублей. Необходимо отметить, что кроме низкой стоимости данный генератор озона обладает высоким ресурсом работы не менее десяти тысяч часов и нетрудоемкой эксплуатацией.
Озонаторы малой производительности до 10 грамм озона в час используются в быту и медицине. Очень много как отечественных, так и зарубежных фирм (в основном китайские) выпускают подобные озонаторы. Длительность работы таких озонаторов составляет не более 2 часов в сутки и поэтому не возникает особых проблем в эксплуатации.
Мощные озонаторы производительностью свыше 1 кг применяются для обработки питьевой воды на больших водозаборах, для очистки сточных вод больших очистных сооружений и, в крайне редких случаях, для промышленных целей. Здесь генераторы озона работают практически круглосуточно и естественно проявляются их недостатки (в основном, выход из строя озонаторных камер). Поэтому мощные генераторы озона работают в режиме регулярной профилактики и обслуживаются высококвалифицированным персоналом, который всегда на таких больших предприятиях необходим.
В то же время малые очистные сооружения и водозаборы, плавательные бассейны различные овощехранилища не имеют такого высококвалифицированного персонала для обслуживания и профилактики генераторов озона. Здесь тоже, как правило, необходима круглосуточная работа. С учетом таких обстоятельств генераторы озона (озонаторы средней производительности от 10 грамм до 1 кг озона в час) должны иметь высокий ресурс, упрощенную эксплуатацию и относительно низкую стоимость. Всем этим условиям удовлетворяют генераторы озона, разработанные в лабораториях Чувашского госуниверситета.
Необходимо отметить, что малых очистных сооружений и плавательных бассейнов в среднем в каждом регионе России имеются около сотни.
4. Заключение
4.1. Основной недостаток большинства озонаторных установок, как отечественного производства, так и зарубежного — низкий ресурс работы, причем самым уязвимым элементом озонаторной камеры являются диэлектрические барьеры.
4.2. Короностойкие барьеры являются наиболее эффективными узлами для продления ресурса озонаторных установок.
4.3. Использование в генераторах озона электродов с повышенным сопротивлением повышает производительность по озону и снижает затраты на охлаждение.
4.4. Основные блоки озонаторных установок: озонаторная камера, источник питания и система охлаждения самые дешевые по сравнению с аналогами известных отечественных и зарубежных фирм.
4.5. Наиболее эффективно можно организовать производство генераторов озона средней производительности для малых очистных сооружений, водозаборов и плавательных бассейнов.
Руководитель научно-исследовательской лаборатории Чувашского
госуниверситета «Генераторы озона и озонные технологии»,
к.т.н., доцент Ю.П. Пичугин
тел. (8352) 45-82-78
8-919-657-12-79
Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова | Кафедра ЭМТЭП | 2008 - 2016