河北冠宇環保 提高臭氧發生器放電室效率的研究

       河北冠宇環保 提高臭氧發生器放電室效率的研究 

         根據管式臭氧發生器放電室的電暈放電功率方程式，分析了臭氧發生器的發展趨勢。設計了搪瓷介電體的臭氧發生器放電室。對玻璃和搪瓷材料進行了電性能參數測試。對玻璃和搪瓷介電體的臭氧發生器產率和電耗參數進行了比較。結果表明：結構合理的搪瓷介電體臭氧發生器比玻璃介電體臭氧發生器臭氧產率提高了44%，電耗降低了42%。
[關鍵詞]臭氧發生器，搪瓷介電體
   臭氧作為一種強氧化劑，具有消毒、殺菌、除臭、脫色等作用，現已廣泛應用于水處理、化工、食品保鮮、醫療衛生等許多領域。但由于臭氧的生產效率低、生產成本高，在一定程度上影響了臭氧的應用。尤其在水處理工業上，一臺大型臭氧發生裝置只能達到每小時幾十甚至上百千克，消耗的電能**。
      

電暈放電臭氧發生器基本原理

   目前工業上臭氧的生產主要是采用電暈放電法，基本原理如圖1所示。在一對電極間隔以介電體（通常采用玻璃）和氣隙（通常含氧氣體）。當外加交流高壓時，隨著電壓值的升高，氣隙中發生電暈放電，氣體被電離，間隙中的含氧離子化濃度急劇增加，氧離子同氧分子以及氧離子相互之間反應生成臭氧，反應過程如下：

 O2+高能量電子 →2O+低能量電子（1）

 O+O2+M →O3+M+熱 （2）式中M是間隙中的任何其他氣體分子。同時，原子氧和電子也同臭氧反應生成氧：
O+O3 →2O2（3）
O3+e-1 →O2+O+e-1（4）

    因此，生成臭氧的反應是可逆反應，當臭氧生成與分解處于相對平衡時，電暈內臭氧濃度達到某一限值，一般用空氣源時為1%-4%（重量），氧氣源時為4%-8%。

    生成臭氧的反應是吸熱反應：3O2→2O3 （5）所吸收的熱量為：△H=+144.8kj/mol

    所以理論上耗電1kwh可生成1220g臭氧，即臭氧電耗為0.82kW·h/kg·O3。但當前典型的電暈放電臭氧發生器，用空氣源時產生1kg臭氧（濃度1%）約需16kwh電能，電能利用率很低，只有5%左右，其余都以熱、聲、光等形式消散了。

    因此，探討提高大型水處理用臭氧發生器效率的方法，有很大的經濟*。

2.提高臭氧發生器放電室效率的方法

    臭氧發生器主要有供氣系統、冷卻系統、供電電源和電暈放電室等部分組成，合理地選擇各部分參數不同程度地提高臭氧發生器的效率。從電工學科來進行研究，我們把**放在了電暈放電室的結構尺寸和供電電源上。

    在放電室中，電暈放電過程產生臭氧是電能在電暈內耗散的結果，因此，放電室的放電功率參數能合理地反應出臭氧產量參數。放電室內電暈放電的功率方程式可表示為：P=4CdVsf[V0-（Cd+Cg）Vs/Cd]（6）

式中：P-電暈元件放電功率，W；
     Cd-介電體電容，F；
     Cg-放電間隙電容，F；
     Vo-外加驅動電壓（峰值），V；
     Vs-間隙間的電暈起始電壓（峰值），V；
     f-外加驅動電壓頻率，Hz。

    對于管式臭氧發生器，介電體和放電間隙的電容計算公式為：C=2πεrεol /㏑(D2/D1)（7）

    式中，εr為介質的相對介電常數，εo為**介電常數，l為放電室有效放電長度，D2、D1分別為內外徑。

    從公式（6）、（7）可以看出，通過改進放電室結構和供電電源來提高臭氧發生器的效率，可以從以下幾方面著手：

（1）在較高頻率下運行；
（2）采用較薄且介電常數高的介電材料；
（3）在較高的峰值驅動電壓下運行；
（4）采用較窄的放電間隙。