Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ выпускаемого озонаторного оборудования и технологий применения озона 13
1.1 Анализ озонаторного оборудования,
выпускаемого в Российской Федерации 13
1.2 Озонаторное оборудование, выпускаемое зарубежными фирмами 18
1.3 Области применения и перспективный рынок озонаторов 20
Глава 2 Теоретические основы создания высокопроизводительного озонаторного оборудования 26
2.1 Кинетика разложения и образования озона 26
2.2 Разряды в газах 28
2.3 Барьерный разряд 30
2.4 Эквивалентная схема озонатора 34
2.5 Вольтамперные характеристики озонаторов 35
2.6 Динамическая вольтамперная характеристика 38
2.7 Активная мощность озонаторов 40
2.8 Коэффициент мощности озонаторов 44
Глава 3 Экспериментальные исследования зависимости производительности от конструктивных и рабочих параметров озонатора 46
3.1 Зависимость электросинтеза озона от конструктивных параметров озонатора 46
3.1.1 Влияние свойств эмалей на электросинтез озона 47
3.1.2 Зависимость характеристик озонатора от величины разрядного промежутка 49
3.1.3 Зависимость характеристик озонатора от длины разрядной зоны 51
3.2 Зависимость производительности от рабочих параметров озонатора 53
3.2.1 Зависимость производительности озонатора от частоты тока 53
3.2.2 Зависимость производительности озонатора от напряжения питания 57
3.2.3 Влияние характеристик рабочего газа на производительность озонатора 59
3.2.3.1 Зависимость производительности озонатора
от состава, расхода и влажности рабочего газа 60
3.2.3.2 Влияние давления в разрядном промежутке на синтез озона 64
3.3 Методика расчета концентрации озона 66
Глава 4 Создание высокоэффективных озонаторных установок различной производительности 93
4.1 Озонаторная установка производительностью 0,25 кг/час 94
4.2 Озонаторные установки производительностью 2 и 5 кг/час 97
4.3 Источники питания озонаторов различной мощности 100
Глава 5 Примеры использования озона в промышленности, сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах 115
5.1 Обработка питьевой воды 115
5.2 Нейтрализация газовых стирольных выбросов при производстве каучука 120
5.3 Озоновая отбелка целлюлозы 124
5.3.1 Взаимодействие волокнистого полуфабриката с озоном, пути повышения эффективности отбелки 124
5.3.2 Отбелка целлюлозы озоном на ЦБК г. Кондопога 126
Выводы 129
Список использованных источников
- Озонаторное оборудование, выпускаемое зарубежными фирмами
- Вольтамперные характеристики озонаторов
- Зависимость характеристик озонатора от величины разрядного промежутка
- Озонаторные установки производительностью 2 и 5 кг/час
Введение к работе
В связи с постоянно ухудшающейся экологической обстановкой в России и в мире, растет интерес к использованию озона для обработки питьевой воды, очистки жидких и газовых токсичных выбросов, и во многих других технологических процессах различных отраслей промышленности. Существенным преимуществом окисляющих свойств озона перед хлором является отсутствие его отрицательного влияния на экологию окружающей среды. Озонирование является единственным универсальным методом обработки питьевой воды, поскольку уничтожает полностью все микробы, значительно уменьшает содержание в воде органики, очищает воду от загрязнения фенолами, железом, нитратами, марганцем, сероводородом, нефтепродуктами и другими вредными веществами. Озон используется и в сельском хозяйстве с целью уничтожения вредителей, возникающих при хранении зерна и других сельскохозяйственных продуктов.
Эффективным методом получения озона является его электросинтез в тихом (барьерном) разряде. Для высокопроизводительных озонаторов оптимальной является конструкция высокочастотных озонаторов с диэлектрическим барьером и двухсторонним охлаждением электродов.
Проведенные многочисленные исследования по очистке питьевой воды различных водоисточников во многих регионах России, имеющих высокий уровень загрязнения органическими и неорганическими веществами, показали, что без включения озона в процесс очистки воды невозможно обеспечить выполнение требований СанПиН 2.1.4.1074-01 [1] и получить воду требуемого качества [2]. В области очистки промышленных стоков разработаны технологические процессы по обезвреживанию фенола, гептана, красителей, поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов. Очищенные воды можно повторно использовать в технических целях.
Воронежский филиал ГП НИИСК совместно с ОАО «Воронеж-синтезкаучук» и ОАО КБХА разработал технологию очистки вентиляционного воздуха от органических (стирольных) соединений методом озонирования при
производстве синтетических каучуков [3]. Спектр реакции озона в газо-, жидко-и гетерофазных средах с другими веществами очень широк. Применение озона решает проблемы создания безотходных, экологически чистых производств [4]. В тоже время молекулы озона относительно нестабильны, и даже при отсутствии окисляемых веществ они со временем распадаются, образуя молекулярный кислород. Поэтому невозможно его длительное хранение и транспортирование на большие расстояния.
Для широкого внедрения озона в экологически чистых технологиях требуется создание отечественного высокопроизводительного озонаторного оборудования. Современные озонаторные установки имеют ряд недостатков:
высокое удельное энергопотребление на электросинтез озона (16+20 кВт-ч/кг озона);
низкая частота питающего напряжения (50-1000 Гц);
внутренние электроды выполнены из стекла, которое не соответствует современным электрическим и механическим требованиям к материалам и требуют частой замены;
- конструктивное решение системы охлаждения разрядного промежутка с
внешней или с внутренней стороны не позволяет обеспечить отвод тепла из
разрядного промежутка, что приводит к частичному разложению озона;
- низкий удельный выход озона с единицы площади поверхности электрода
(не более 0,9 г/дм -ч), что приводит к увеличению массы и габаритов
озонаторных установок.
Исходя из вышесказанного, автором диссертации была поставлена задача создания озонаторов с производительностью до 5 кг озона в час, имеющих низкое удельное энергопотребление 10+12 кВт-ч/кг озона при работе на воздухе и высокий удельный выход озона с единицы площади поверхности электрода до 17 г/дм2-ч. С этой целью требовалось разработать оптимальную конструкцию озонатора с металлическими эмалированными электродами, провести исследования влияния различных факторов на эффективность работы озонаторов, разработать высокочастотные источники питания к ним.
В первой главе представлен обзор литературы, в котором проведен анализ отечественных и зарубежных разработок, рассмотрены преимущества и недостатки выпускаемого озонаторного оборудования, технологии применения озона. Показано, что озон может быть использован для очистки питьевой воды, бытовых и промышленных стоков, различных газовых выбросов, в целлюлозно-бумажной промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине и во многих других технологических процессах различных отраслей промышленности. Более широкое использование озона при очистке в различных технологиях сдерживается высокими затратами энергии на его производство в существующих озонаторных установках.
Во второй главе приведены теоретические основы создания высокопроизводительного озонаторного оборудования. Показано, что основным методом получения озона является электросинтез озона в барьерном разряде, при этом эффективность синтеза озона зависит от многих физических факторов (активной мощности разряда, частоты электрического тока, состава диэлектрического барьера, конструкции озонатора и параметров рабочего газа).
В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований зависимости производительности озонаторов от конструктивных решений и рабочих параметров генераторов озона. Проведенные экспериментальные исследования позволили создать высокочастотные озонаторы со стеклоэмалевы-ми металлическими электродами большой мощности. Разработана методика расчета концентрации озона и производительности озонатора в зависимости от активной мощности, расхода и температуры рабочего газа. Проведен тепловой расчет и выбран оптимальный режим охлаждения озонаторов.
В четвертой главе приведены описание конструкций и технические характеристики различных типов озонаторных установок, а также источников питания к ним, обеспечивающих частоту электропитания до 10 кГц.
В пятой главе приведены технологии применения озона при обработке питьевой воды и воды плавательных бассейнов. Озонаторные установки производительностью 0,15 и 0,3 кг озона в час для обработки воды плавательных
бассейнов внедрены в 18 городах России.
Для нейтрализации газовых стирольных выбросов при производстве каучука создана опытно-промышленная установка и определены режимы ее работы в ОАО «Воронежсинтезкаучук». Разработана технологическая схема озоновой отбелки целлюлозы, которая прошла экспериментальную проверку на Кондопожском целлюлозно-бумажном комбинате.
Цель работы
Исследование процесса охлаждения электродов и его влияние на производительность озонатора. Разработка методики расчета концентрации озона и производительности озонатора в зависимости от активной мощности, расхода и температуры озоновоздушной смеси.
Исследование влияния конструктивных и рабочих параметров озонаторов на характеристики барьерного разряда и выход озона.
Создание высокоэффективных озонаторов с охлаждаемыми эмалированными электродами, имеющих низкое удельное энергопотребление и высокий удельный выход озона с единицы поверхности электрода.
Научная новизна работы
Проведены экспериментальные исследования процесса охлаждения электродов озонатора, позволившие разработать методику расчета концентрации озона и производительности озонатора, в которой учитывается изменение константы разложения озона при изменении температуры рабочего газа в разрядной зоне озонатора. Получены оптимальные расходы хладагента в зависимости от активной мощности, расхода и температуры озоновоздушной смеси.
Исследованы зависимости производительности от конструктивных и рабочих параметров озонаторов с охлаждаемыми стеклоэмалевыми электродами, работающие на электрическом токе высокой частоты, что позволило повысить удельный выход озона с единицы поверхности электрода и понизить удельные
энергозатраты.
Определены оптимальные конструктивные и рабочие параметры озонаторов со стеклоэмалевыми охлаждаемыми электродами (длина разрядной зоны, давление в озонаторе, напряжение и частота питания), послужившие основой для разработки озонаторов нового поколения.
Разработаны технологические процессы обработки озоном питьевой воды и воды плавательных бассейнов, очистки токсичных газовых выбросов и отбелки целлюлозы.
Практическая ценность
Проведенные экспериментальные исследования электросинтеза озона, процесса охлаждения электродов позволили разработать оптимальную базовую конструкцию озонатора с охлаждаемым эмалированным электродом.
Впервые созданы высокоэффективные озонаторы различной производительности (от 0,015 до 5 кг/час) с охлаждаемыми эмалированными электродами, которые нашли применение для обработки питьевой воды и воды плавательных бассейнов, нейтрализации вредных стирольных выбросов при производстве синтетического каучука в ОАО «Воронежсинтезкаучук», в процессе отбелки целлюлозы на Кондопож-ском целлюлозно-бумажном комбинате. Озонаторные установки прошли сертификационные испытания и имеют сертификат соответствия № РОСС RU. АЯ04. В14881. Созданные озонаторные установки по сравнению с зарубежными и отечественными, имеют:
низкие удельные энергозатраты 10-И 2 кВт-ч/кг при работе на воздухе и 8+10 кВгч /кг при работе на кислороде (озонаторы со стеклянными электродами имеют удельные энергозатраты 16+18 кВт-ч/кг);
высокий удельный выход озона с поверхности электрода до 17 г/дм^ч (стеклянные электроды имеют удельный выход озона 0,5-0,9 г/дм -ч), что позволяет уменьшить в 2,5 раза массу и габариты озонаторов;
меньшую стоимость (~ в 2 раза) и невысокие эксплуатационные затраты;
- более высокий ресурс работы и надежность установок (срок службы эмалированных электродов более 10 000 часов);
Созданы источники питания для озонаторов мощностью от 0,6 до 100 кВт, работающие на частоте тока до 10 кГц.
Разработаны и внедрены в 18 городах Российской Федерации технологические процессы обработки воды в плавательных бассейнах объемом от 50 до 2000 м3 методом озонирования. Качество воды в бассейнах соответствует требованиям СанПиН 2.1.2.1188-03 «Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды плавательных бассейнов». Озонаторные установки для обработки воды в плавательных бассейнах имеют гигиенический сертификат соответствия №52 от 13.10.94г.
Разработан и внедрен на ОАО «Воронежсинтезкаучук» технологический процесс очистки газовоздушных выбросов озонокаталитическим способом полного разрушения стирола, образующегося на стадии выделения каучука. В состав установки входят 3 озонатора производительностью 5 кг/ч озона каждый. Нейтрализация сти-рольных выбросов происходит в реакторе при температуре 6СН-80С, степень очистки от стирола и других органических соединений составляет 95-98%. Экономический эффект от внедрения технологии очистки вентиляционных выбросов составляет -21,5 млн. руб.
На Кондопожском целлюлозно-бумажном комбинате создана опытно-промышленная установка и отработан технологический процесс отбелки озоном 25 тонн целлюлозы в сутки. Отбелка озоном целлюлозы высокой концентрации 30-40 % в трубчатом реакторе позволила снизить расход озона на 20-30 % и уменьшить время обработки на 30-50 %.
Результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийском совещании «Пути перевода предприятий целлюлозно-бумажной промышленности на бесхлорные системы отбелки целлюлозы» (г. Москва, 1997г.), на конференции Всекитайской ассоциации по водоочистке (г. Гуанчжоу, 2005г.).
Озонаторное оборудование, выпускаемое зарубежными фирмами
В зарубежной практике существует вековой опыт по производству озонаторного оборудования. Озонирование природных вод осуществляется в настоящее время в 30 странах. В Европе, особенно во Франции, большая часть питьевой воды озонируется, там постоянно создается и внедряется новое озонаторное оборудование. В середине 90-х годов количество установок озонирования воды во Франции составило более 600, в Швейцарии - более 150, в Германии - более 130, Австрии - более 40, Канаде - более 25. На первом месте по производству озонаторных установок стоят швейцарская фирма «Озония» и французская фирма «Трелигаз». Большой опыт имеют немецкая фирма «Ведеко» и японская фирма «Сумитомо».
Швейцарская фирма «Озония» разработала и изготавливает большой ряд озонаторных установок производительностью от 0,004 до 9,5 кг/ч при работе на воздухе и до 200 кг/ч при работе на кислороде. В озонаторах этой фирмы используются как стеклянные диэлектрики, так и стеклоэмалевые, изготавливаемые по авангардной «АТ-технологии». Новая «АТ-технология» позволяет полу чать озон в широком диапазоне концентраций, строить установки единичной мощности от 1 г озона в час до 200 кг озона в час (при работе на кислороде), обеспечивает гибкость управления, значительно уменьшает энергетические затраты на 25 - 60 % и увеличивает удельный выход озона с единицы поверхности электрода до 1,2 г/дм2-ч. Генераторы озона малой производительности от 1 до 300 г озона в час серии TOG имеют воздушное охлаждение и предназначены для использования в плавательных бассейнах. Генераторы озона OZAT CFV производительностью от 1 до 20 кг озона в час предназначены для использования на станциях подготовки питьевой воды, а также в промышленности. Мощные генераторы озона производительностью до 200 кг озона в час используются для очистки питьевой воды, промстоков, отбелки целлюлозы и т. д. [14].
Французская фирма «Трелигаз» имеет установки широкого диапазона по производительности. Она одна из первых начала создавать моноблочные установки со стеклянными электродами. Основными недостатками генераторов фирмы «Трелигаз», по сравнению с производящими озонаторное оборудование Российскими фирмами, являются: - более высокие удельные энергозатраты (до 20 кВт-ч/кг), чем у озонаторов «Курганхиммаш»; - удельный выход озона с единицы площади электрода приблизительно на 10 % больше, чем у озонаторов «Курганхиммаш» (0,9 г/дм2-ч); - большие габариты и масса.
Количество диэлектрических трубок в озонаторе до 850 шт. При выходе из строя одной диэлектрической трубки требуются остановка генератора озона и достаточно трудоемкий ремонт. Но по показателям длительности работы озонаторы этой фирмы превосходят большинство озонаторов Российского производства, что подтверждает опыт работы озонаторной установки фирмы «Трелигаз» в г.Москве, на Рублевской и Восточной водопроводных станциях МГУП «Мосводоканал» [15].
Немецкая фирма «Wedeco» изготавливает озонаторные установки производительностью от 35 г до 12 кг озона в час. В установках этой фирмы, как и во многих других, используются стеклянные электроды с внутренней металлизацией. К сожалению, невозможно сделать вывод о металлоемкости и удельных энергозатратах аппаратов этой фирмы, из-за недостаточного количества информации.
Для сравнительного анализа озонаторного оборудования, производимого в Российской Федерации и за рубежом, все основные показатели сведены в одну общую таблицу 1 Приложения Б.
Рассматривая технические характеристики озонаторных установок основных иностранных фирм и сравнивая их с изготавливаемыми в Российской Федерации видно, что аналогичные установки производства ОАО КБХА, «Московские озонаторы» и ОАО «Курганхиммаш» не уступают зарубежным установкам, а по показателям металлоемкости и удельных энергозатрат установки ОАО КБХА более эффективны.
В последнее время вырос интерес к применению озона в промышленности, в медицине, в области сельского хозяйства и на бытовом уровне.
Проблема очистки питьевой воды сейчас стоит перед многими странами, так как источники водоснабжения загрязняются сточными водами, в составе которых имеются пестициды и агрохимикаты. Озонирование природных вод осуществляется в настоящее время в 30 странах. Более чем 1400 водопроводных станций широко применяют озонирование. Например, во Франции очистка воды на городских водопроводах полностью переведена на озонную технологию. В Китае внедрение технологий озонирования проводится на государственном уровне. Огромное количество населения требует огромного расхода воды, там сильно загрязнена окружающая среда. Мало в мире производителей озонаторов и нет
монополии больших предприятий, поэтому есть возможность выхода на этот рынок.
В России масштабы применения озона за последние годы увеличиваются и в настоящее время эксплуатируется около 10 водопроводных станций с озонатор-ным оборудованием общей производительностью по обрабатываемой воде до 3 млн. м3 в сутки. Водопроводные станции (в основном зарубежного производства) установлены в Москве и Нижнем Новгороде. Отечественные водопроводные станции установлены в г. Бирске (Башкортостан), Верхней Пышме (Свердловская область), г. Заволжье (Нижегородская область) и др.
Вольтамперные характеристики озонаторов
Электрические свойства разряда в газах, в виду сложности происходящего процесса, описывают с помощью ВАХ генератора озона. Начальный участок
ВАХ соответствует прямой зависимости тока от величины электрического поля. При дальнейшем увеличении напряженности поля наступает насыщение, когда плотность тока столь велика, что убыль ионов определяется процессом их нейтрализации на электродах, а рекомбинация не успевает произойти. Ток не зависит от разности потенциалов [30]. При высоких напряжениях кривая тока начинает резко идти вверх. Это лавинообразное возрастание тока связано с процессами ударной ионизации. Ускоренные полем электроны начинают ионизировать нейтральные молекулы газа. Затем наступает электрический пробой газа. При внесении диэлектрического барьера в разрядный промежуток характер ВАХ меняется. ВАХ озонатора состоит из двух пересекающихся прямых.
Первая прямая, проходящая через начало координат соответствует напряжению, когда разряд не происходит, а наклон отрезка определяется общей электрической емкостью озонатора C0g. Зная значение общей емкости C0Q, можно построить эту зависимость по формуле: I=U-co-Co6 (2.9)
По мере увеличения напряжения на поверхности электродов возрастает разность потенциалов, при которых происходит пробой разрядного промежутка (напряжение горения разряда иг). Напряжение горения разрядного промежутка будет равно: U2 = (q-drJ/fcS) , (2.10) где q - количество заряда на обкладках конденсатора разрядной зоны.
При пробое газа диэлектрическая проницаемость разрядной зоны SQ резко уменьшается, приводя к пропорциональному снижению зарядов q на обкладках конденсатора разрядной зоны. В результате напряжение Ц, на разрядном промежутке остается постоянным, независимо от величины тока, проходящего через озонатор. Это напряжение представлено в эквивалентной схеме озонатора источниками ЭДСЕ1 и Е2.
Ввиду того, что внутреннее сопротивление источника ЭДС и разрядного промежутка будут близкими к нулю, то общая емкость озонатора будет определяться только емкостью диэлектрического барьера. Ток разряда озонатора будет определяться формулой: I=U-co-C6. (2.11)
И, следовательно, наклон второй прямой ВАХ после достижения общего напряжения на озонаторе критического напряжения UK будет зависеть от емкости диэлектрического барьера. Зная значение диэлектрического барьера Cg, строится вторая часть ВАХ из точки на оси абсцисс равной значению напряжения горения разряда Ц.. Пересечение первой и второй прямой дает значение критического напряжения UK озонатора. Общий ток через озонатор при рабочем напряжении будет равен сумме токов в момент возникновения разряда и при переходе от критического напряжения к рабочему: / = (U- UK)-CO-C6 + UK-co- Соб,. (2.12)
Сопоставляя данные, можно сделать вывод, что наклоны ВАХ при разряде зависят лишь от емкости диэлектрических барьеров, поэтому характеристики для озонаторов с различными разрядными промежутками (вследствие различных напряжений разряда Щ проходят параллельно друг другу. Наклоны характеристик до возникновения разряда пропорциональны обратной величине разрядного промежутка. Так как давление и состав газа практически не влияют на емкостные характеристики озонаторов, то по характеру ВАХ можно контролировать состояние диэлектрических барьеров и равномерность расположения электродов (ширину разрядного промежутка), а также проводить анализ режима работы озонаторов.
Зависимость характеристик озонатора от величины разрядного промежутка
Величина разрядного промежутка оказывает влияние, как на электрические, так и на кинетические характеристики озонаторов. От него зависит электрическая емкость разрядного промежутка и напряжение на разрядном промежутке, при котором возникает разряд. При одинаковой активной мощности в озонаторе с различными промежутками разряда объемная плотность выделяющейся энергии будет также различна. Это приводит к изменению температурных режимов озонаторов. Чем больше разрядный промежуток, тем меньше удельная объемная мощность, которая приводит к снижению концентрации озона. Тепловыделение в разрядном промежутке не равномерное и сосредоточено в основном в пристеночных областях. С уменьшением разрядного промежутка увеличивается доля образования озона приэлектродных областей (рисунок 2.1). Эффект повышения напряженности поля в малых разрядных промежутках и его воздействие на синтез озона показан в работе [40].
На лабораторном плоском озонаторе была измерена эффективность синтеза озона на кислороде в зависимости от удельной энергии при различных величинах промежутков, при одинаковой температуре и давлении газа в разряде. Результаты испытаний приведены на рисунке 3.1.
Из рисунка видно, что при величине промежутка 0,1 мм концентрация озона достигла максимального значения 250 г/м3 , при этом удельная энергия составила 350 Ватт-л/мин. При величине промежутка 1 мм концентрация озона снижается до 150 г/м , а удельная энергия увеличивается приблизительно в два раза. Исследования синтеза озона в озонаторе с разрядным промежутком 2,1; 2,9; 4,2 мм проводились авторами работы [5]. Опыты проводились при изменении расхода кислорода от 3 до 340 л/ч и мощности от 2,5 до 205 Вт. Из полученных в работе [5] результатов следует, что при одинаковом режиме охлаждения концентрация озона снижается от 10 до 6,4 % с увеличением разрядного промежутка, тогда как уменьшение величины разрядного промежутка приводит к снижению температуры газа в разрядном промежутке и снижению энергетических затрат на получение озона. Автором настоящей работы проведены экспериментальные исследования на двух генераторах озона с разрядными промежутками в 1 и 2 мм. Результаты приведены на рисунке 3.2, где представлены зависимости концентрации озона от напряжения при различных величинах разрядного промежутка (1 и 2 мм). Кривые показывают что, концентрация озона значительно увеличивается при разрядном промежутке 1 мм при значениях напряжения в области 4,0 - 4,5 кВ. При движении рабочей газовой среды в разрядной зоне озонатора имеет место вытеснение и диффузия газа. В зависимости от длины разрядной зоны и скорости течения приоритетным может оказаться одно из этих явлений. При отсутствии диффузии (идеальное вытеснение) скорость реакции образования озона идет быстрее. При определении наиболее оптимального режима работы озонатора необходимо выбрать оптимальную длину разрядной зоны [41].
Для определения зависимости производительности озонатора от длины разрядной зоны проведены испытания генераторов озона 0.29.442.000.00 с длиной разрядной зоны - 350 мм, 0.26.1095.000.00 с длиной разрядной зоны -450 мм, 0.26.038.120.00 с длиной разрядной зоны - 880 мм. Во всех генераторах использованы внутренние электроды диаметром 59 мм со стеклоэмалевым покрытием 13Д5, величина разрядного промежутка составляет 1±0,1 мм. При испытаниях генератора выдерживались постоянными следующие параметры: напряжение питания U = 5,5 кВ; частота тока f = 2,5 кГц; расход воздуха Q = 6 м3/час. Результаты испытаний приведены на рисунке 3.3.
Озонаторные установки производительностью 2 и 5 кг/час
Проведенные маркетинговые исследования показали необходимость применения озона в больших количествах при обработке питьевой воды и воды промстоков, при отбелке целлюлозы, нейтрализации газовых стирольных выбросов в процессе производства синтетических каучуков. Это потребовало создания озонаторных установок производительностью 2 и 5 кг/час [55].
Основой создания озонаторных установок производительностью 2 и 5 кг/час послужил базовый генератор озона 9.29.6030.000.00 с металлическим эмалированным электродом, работающий на токе высокой частоты.
Озонаторная установка производительностью 2 кг/час состоит из двенадцати генераторов озона (рисунок К.1), а озонаторная установка производительностью 5 кг/час - из тридцати генераторов озона (рисунок К.2). Пневмогид-равлические схемы этих озонаторных установок идентичны друг другу и отличаются расходами рабочих сред (воздуха и воды охлаждения), потребляемой электроэнергией, габаритами, массой.
Рассмотрим устройство и работу озонаторной установки на примере установки ОУ.-5 производительностью 5 кг/час.
В состав озонаторной установки входят: - озонаторный модуль; - тиристорный преобразователь частоты СЧГ8-100/2,4; - трансформатор высоковольтный согласующий ТСВ 1-150/2,4; - пульт управления выносной ПУ-1 и комплект кабелей. Пневмогидравлическая схема озонаторной установки приведена в Приложении Л.
Сжатый воздух с расходом 200-250 м3/час и с точкой росы не выше минус 50 С подается в генераторы озонаторного модуля. Вода для охлаждения внутренних и наружных электродов генераторов озона подается от оборотной системы водоснабжения с расходом 8 м /час, а также, на охлаждение частотного генератора и трансформатора высоковольтного согласующего. Озоновоз душная смесь из генераторов озона направляется в технологическую систему для смешивания с питьевой (промсточной) водой и очистки от вредных соединений. Концентрация озоновоздушной смеси определяется прибором «Циклон 5-2», тарировка которого периодически производится химическим методом. Управление озонаторной установкой осуществляется с выносного пульта управления ПУ-1 (рисунок МЛ), на котором расположены необходимые приборы для контроля и управления.
Модуль озонаторный представляет собой шкаф, в котором размещены , 30 генераторов озона, два блока катушек сопротивления, трансформатор ТСВ 1-150/2,4 (рисунок И.2), блок блокировок 9.30.0931.00.00, система сбора информации 9.30.0941.000.00, система контроля силы тока в генераторе озона 9.28.0072.000.00, органы управления и контроля, коллекторы подвода и отвода рабочих сред.
Генератор частоты СЧГ8-100/2,4 (рисунок М.2) предназначен для преобразования частоты тока, подаваемого на электроды генераторов озона, и состоит из выпрямителя и инвертора. Электрический ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц подается в генератор частоты, где преобразуется в ток частотой 2,4 кГц и затем на трансформатор высоковольтный согласующий, в котором происходит повышение напряжения до 6000 В, и далее на внутренние стеклоэмалевые электроды генераторов озона. В разрядную полость генераторов озона подается воздух (кислород), возникает «барьерный» электрический разряд в газовой среде между электродами, где и происходит образование озона (электросинтез озона). Озонаторная установка оснащена системой блокировок 9.30.0931.000.00 для автоматического аварийного отключения, обеспечивающей прекращение подачи высокого напряжения на генераторы озона в следующих случаях: - при повышении силы тока более 2 А в цепи любого из 30 генераторов озона; - при превышении температуры озоновоздушной смеси более 55 С на выходе из озонаторной установки; - при снижении давления воды охлаждения генераторов озона и трансформатора согласующего ниже 1,5 кгс/см ; - при открытии дверей шкафа модуля озонаторного и двери помещения, где расположена озонаторная установка; - при повышении предельно-допустимой концентрации озона в помещении, где расположена озонаторная установка.
Система контроля тока в генераторах озона озонаторнои установки 9.28.0072.000.00. предназначена для контроля тока в генераторах озона и выдачи сигнала в систему аварийного отключения установки при превышении его предельного значения по каждому генератору.
На выносном пульте установлен амперметр для визуального контроля силы тока в каждом генераторе озона (дискретно). Озонаторная установка ОУ-5 прошла все виды стендовых испытаний (доводочные, контрольно-технологические, сертификационные), которые подтвердили ее работоспособность и соответствие рабочих характеристик требованиям технического задания. Результаты испытаний зависимости производительности и концентрации озона в озонаторнои установке от расхода воздуха представлены на рисунке 4.2.1.
