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电晕放电法 臭氧发生器
 
慧聪网   2005年12月1日15时9分      

电晕放电合成臭氧是目前世界上应用最多的臭氧制取技术,此技术能够使臭氧产量单台达 500 kg/h 以上。

电晕放电法(无声放电或辉光发电法)就是一种干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法。常用的原料气体有:氧气空气以及含有氮、二氧化碳,或许还有其他惰性稀释气体的含氧混合气体。

臭氧的产生机理:

虽然有若干机理可能同电晕内臭氧的形成有关,但 ① 式特殊反应途径被认为是主要的

e+O2 →2O + e         ①

利用高速电子轰击氧气,其分解成氧原子。高速电子具有足够的动能( 6 ~ 7eV ) , 紧接着通过三体碰撞反应形成臭氧。

O+O2 +M→O3 + M       ②

式中 M 是气体中任何其它气体分子,不过与此同时,原子氧和电子也同样同臭氧反应形成氧气。

O+O3 →2O2            ③

e+O3 →O+O2 +e        ④

此外,电晕内的气体是处于可促进臭氧分解反应的高温下,所以净臭氧产量或出口产气组成是形成和分解臭氧所有反应的总和。净产率依众多因素而变,包括:原料气的氧气含量和温度、原料气含的污染物、达到的臭氧浓度、电晕中的功率密度、冷却剂的温度和流量及冷却系统的效率。这些因素都影响着实用的、经济上有吸引力的臭氧发生器和系统的设计。  

1.1 沿面放电 – 臭氧发生器

 沿面放电型发生器原理属于电晕放电,其放电区发生在高压电极边缘表面,由高压闪络形成。沿面放电区空气电晕能量集中,功率密度较高,需要良好的冷却。

此型发生器有充惰性气体氖( Ne )或( Ar )的玻璃放电管和陶瓷片两种,其结构简图如下:

臭氧发生器

    充气玻璃放电管发生器国外称作臭氧灯,八十年代初外国远洋食品冷藏船仓杀菌防霉就使用这种臭氧发生器。我国邯郸、大连灯船舶工业相关单位首先研制了这种产品,做成 5g/h 的发生器用于鸡蛋、果蔬冷库消毒与保鲜。由于结构简单、工艺要求低,我国很快发展了这种用于医疗行业和消毒柜的微型管式发生器,数量很大,价格便宜。但经多年实践检验,该种发生器大多数寿命极短,一般连续工作几百小时后产生的臭氧量即所剩无几了。

臭氧陶瓷片资料见于七十年代日本专利文献,八十年代鞍山静电技术研究院与日方合作引进生产技术,北方交通大学与重庆师范学院同期也合作研制过同类陶瓷片臭氧产品。九十年代,一批公司推出几种规格臭氧陶瓷片,并有以“等离子体发生器”冠名。陶瓷片结构简单,工艺标准化后价格也会比较低廉,其寿命比充气玻璃管要长。鞍山静电研究院与成都正邦公司的产品采用地极被封闭陶瓷、高压极防氧化涂膜工艺,对提高质量、延长寿命大有好处。

沿面放电器件作为医疗、家电产品微型发生器的臭氧源具有很大优势,其电耗在 40kw · h/kgO3 上下,由于产量在克级以下,电耗高点影响不大。作为工业应用产品困难很多,电耗将更高。

沿面放电器件产生臭氧浓度低,作水净化应用的臭氧源较为困难。

1.2 气隙放电

气隙放电臭氧发生器

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气隙放电臭氧发生器是目前工业应用最多,单机产量最大,技术较成熟臭氧产品。它分为板式结构和管式结构两种。板式结构如图 1 。

管式结构

板式结构臭氧发生器以俄罗斯为代表,采用冲压盘式搪瓷技术,放电气隙小,加工精度高,臭氧浓度高,运行较稳定,工业己有规模应用。我国己有企业开始研究此项技术要达到工业应用还需要作很多工作。

板式结构适合中小型臭氧产品,大型臭氧需要多个放电室串联和并联来实现对系统要求较高。

管式结构如图:

 

管式结构

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管式结构臭氧发生器是目前臭氧市场广泛采用、最为成熟技术以奥宗尼亚和威德高两公司产品为代表,占据我国大部分大型机臭氧市场,在我国已有单机 45kg/h 产品应用,国际上己有单台臭氧产量 500kg/h 的产品在运行。

    管式臭氧发生器一般采用玻璃和非玻璃两种介质,电源采用可控硅和 IGBT ,频率 800hz—5000hz 。国内己有企业采用上述技术生产大型臭氧设备单机产量达 20kg/h 。
 
作者:张学志 
 
 
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