2013年新入厂大学毕业见习生转正定级论文课题名称臭氧发生器系统分析姓名陈伟单位宇航环境2014年 5 月 20 日目录1、大功率臭氧发生器概述 (2)1.1 大功率臭氧发生器研制背景 (2)1.2 臭氧的应用及生产臭氧的方式 (3)1.3、臭氧发生器工作原理 (7)2、臭氧发生器结构组成 (9)2.1、气源处理系统 (9)2.2、臭氧发生器冷却系统 (11)3.3、臭氧发生器电源系统 (12)3.4、臭氧合成发生系统 (13)3、臭氧发生器核心技术 (14)3.1、介质层厚度和介质材料对发生管性能的影响 (14)3.2、电极形状和材料的选择 (15)3.3、冷却系统对臭氧合成的影响 (15)3.4、中高频型臭氧电源方案 (16)4、臭氧发生器发展前景 (17)4.1 国内市场需求前景广阔 (17)4.2 国产大型中频大功率臭氧放生器的研制取得可喜成果 (18)4.3 大功率臭氧市场正迎来高增长期 (18)5、全文总结 (19)1、大功率臭氧发生器概述1.1 大功率臭氧发生器研制背景国外大型臭氧发生器应用于工业生产当中已有上百年历史，单机臭氧产量目前已有30kg/h、1000kg/h的超大型臭氧发生器的出现，广泛应用于水处理、化工氧化、包装、造纸等行业，在国民经济的诸多领域发挥着举足轻重的作用。

在上百年的发展中，技术水平不断进步，在臭氧产生机理、发生器材料、结构、系统、驱动电源、气源处理技术、检测，以及不同领域臭氧的应用等方面都建立了完善的理论与规范。

国产大型臭氧发生器的历史与现状我国臭氧技术起步较晚，上世纪七十年代中期才开始进行研究及开发应用，并在八十年代能生产出单机产量为1kg/h的工频臭氧发生器。

虽然当时的条件比较艰苦，工业基础也相对落后，但这是我国在研制大型臭氧设备方面发展比较快的一个历史时期。

在其后的十多年中，随着我国在瓶装水及桶装水生产中强制使用臭氧消毒政策的出台，以及一些家用臭氧空气消毒产品的推广应用，对整个臭氧行业的发展起到了巨大的推动作用，一些生产臭氧发生器及相关产品的企业如雨后春笋般的出现，中小型臭氧发生器及空气消毒产品在技术和性能上也日趋完善。

尽管这段时期臭氧及应用被越来越多的人所认识和了解，应用领域不断拓展，但是，国产大型臭氧发生器在技术上却没有明显的进步，还是以工频放电为主，尤其在单机产量上没有突破，直至目前，仍没有140kg/h以上的工频臭氧发生器在实际运行当中，这与我国工业目前对大型臭氧设备的巨大需求甚不相符。

国内目前运行的140kg/h以上大型臭氧设备，基本上依赖于进口，如昆明、上海、常州、桐乡等地自来水厂，采用的臭氧设备是瑞士OZONIA、德国VEDECO、法国TRILIGAZ等国外几个知名厂家的设备，在性能和节能方面具有非常突出的优势，使国内所生产的大型工频臭氧设备比较起来相形见拙。

1.2 臭氧的应用及生产臭氧的方式1.2.1 臭氧的性质及应用臭氧是氧的同素异形体，由3个氧原子构成（化学表达式为：O3），常温常压下是一种不稳定的淡蓝色气体，很容易被分解为洋气，发现与1840年的臭氧是一种基友极强氧化能力和杀菌性能的无毒强氧化剂，它的氧化能力仅次于氟，除了不能与铂，金，钵和氟发生反应外，机会可以与元素周期表中的任何一种元素发生作用。

因此，臭氧能出去水中的Fe.Mn.Pb.Ag.Cd.Hg和Ni等重金属离子；臭氧能氧化分解细菌的葡萄糖氧化酶和脱氢氧化酶，可直接与细菌发生作用，导致细菌物质代谢的氧化还原过程的破坏，从而破坏细菌的生长和繁殖过程，造成细菌死亡，且对细菌繁殖体，芽孢，病毒，真菌和原虫囊等具有杀灭作用，还可破坏肉毒杆菌毒素，它在水中的杀菌速度是氟的600-3000倍；臭氧还可以降解农药，化肥及其他有毒有害的有机物，因此，臭氧不仅能迅速和彻底地杀灭空气中，水中和物体表面的有害细菌和微生物，而且还能实现脱色，除臭和保险等功能。

另外臭氧可用作选择氧化和定量氧化剂，它的氧化温度低，能与常温常压下发生强氧化，且氧化后的残留臭氧可在极短时间内自行分解为氧气或氧原子，而不产生二次污染，属于一种无公害，无污染，无残留的氧化和消毒剂，因此臭氧被大量用于有机合成，无机化工，冶金，造纸，食品保鲜，医疗器具及餐具消毒等领域，涉及到人们生活中的各个方面，并被广泛用于自来水净化，以及工业和生活污废水的处理。

虽然，我国已经意识到臭氧在环境治理和其他领域应用中的重要性和迫切性，但与发达国家相比，我国的臭氧生产技术和应用层次还处在停留在一个较低的水平上。

以臭氧在水处理中的应用为例，欧美国家中已有数千家采用臭氧进行处理的水厂，且在欧洲已达普及的程度，其中法国己立法：“所有自来水厂都必须采用臭氧消毒、杀菌”；美国、加拿大、德国和日本等国也在大力发展臭氧处理自来水工程和臭氧处理污水工程．但是，我国目前绝大多数的臭氧制造企业都生产民用小家电企业，产品功能单一、单机臭氧设备容量小并且技术相对落后，难以生产出满足工业水处理所需的每小时生产几公斤甚至几十公斤的臭氧设备，严重地制约了臭氧技术在我国的应用。

因此发展大容量、高可靠性、高性价比的臭氧制造设备成为臭氧应用在我国广泛应用的关键。

1.2.2 目前国内外臭氧制备方法臭氧由于其具有极强的氧化性等优点，不仅在杀菌消毒方面得到广泛应用，而且日益成为工业合成的重要原料之一，如何产生臭氧和提高臭氧的产生效率和产量将成为广大科研人员研究的重点。

通常臭氧产生的机理如图１—１所示，在氧分子０２上施加能量，使氧分子分解成氧原子Ｏ，氧原子再与其它氧分子结合生成臭氧０３。

目前国内外制备臭氧常用的方法主要有电解法、紫外线照射法和高压放电法。

1、紫外线式法该类臭氧发生器是使用特定波长(185mm)的紫外线照射氧分子，使氧分子分解而产生臭氧。

由于紫外线灯管体积大、臭氧产量低、使用寿命短，所以这种发生器使用范围较窄，常见于消毒碗柜上使用。

2、电解式法该类臭氧发生器通常是通过电解纯净水而产生臭氧。

这种发生器能制取高浓度的臭氧水，制造成本低，使用和维修简单。

但由于有臭氧产量无法做大、电极使用寿命短、臭氧不容易收集等方面的缺点，其用途范围受到限制。

目前这种发生器只是在一些特定的小型设备上或某些特定场所内使用，不具备取代高压放电式发生器的条件。

臭氧发生器概述臭氧发生器概述臭氧发生器是用于制取臭氧的设备装置。

臭氧易于分解无法储存需现场制取现场使用（但是在特殊的情况下是可以进行短暂时间的储存），凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。

臭氧发生器在自来水，污水，工业氧化，空间灭菌等领域广泛应用。

臭氧是世界公认的广谱高效杀菌消毒剂。

采用空气或氧气为原料利用高频高压放电产生臭氧。

臭氧比氧分子多了一活泼的氧原子臭氧，化学性质特别活泼，是一种强氧化剂，在一定浓度下可迅速杀灭空气中的细菌。

没有任何有毒残留，不会形成二次污染，被誉为“最清洁的氧化剂和消毒剂”。

通电其反应的化学方程式为3O2 ==== 2O3臭氧浓度与作用臭氧为混合气体其浓度通常按质量比和体积比来表示。

质量比是指单位体积内混合气体中含有多少质量的臭氧，常用单位mg/L或g/m3等表示。

体积比是指单位体积内臭氧所占的体积含量或百分比含量，使用百分比表示如2%、5%、12%等。

卫生行业常用ppm表示臭氧浓度，即每立方臭氧混合气体中臭氧占该体积的百万分之一为1ppm。

臭氧浓度是衡量臭氧发生器技术含量和性能的重要指标。

同等的工况条件下臭氧输出浓度越高其品质度就越高。

影响臭氧浓度的主要因素有1、臭氧发生器的结构和加工精度；2、冷却方式和条件；3、驱动电压和驱动频率；4、介电体材料；5、原料气体中氧的含量及结净和干燥度。

臭氧产量是指臭氧发生器单位时间内臭氧的产出量；臭氧浓度数值与进入臭氧发生器总气量数值的乘积即为臭氧产量；通常使用mg/h,g/h,kg/h这些单位表示。

臭氧发生器标准中规定臭氧发生器规格型号使用臭氧产量表示和区分。

小型臭氧发生器使用g/h为单位，大型臭氧发生器使用kg/h为单位区分规格的大小。

3 高压放电法高压放电法，又称介质阻挡放电法（简称ＤＢＤ）。

该方法是使用一定频率的高压电产生高压电晕电场，电场中的自由高能电子使处于电场中的氧分子电离分解成氧原子，经碰撞与氧分子聚合为臭氧分子。

由于介质阻挡放电法具有相对耗能低、产量大、浓度高、易操控等优点成为工业生产臭氧的主要方法。

3.1介质阻挡放电法工作原理目前国内外文献广泛采用如图１—２所示板式结构臭氧发生器，发生器单元主要由高压电极、覆盖在电极上的绝缘介质层、气隙和地极构成。

当电极上通有高压交流电时，电场中的气体就会被强电场击穿，在气隙间形成微放电，电离氧气，产生臭氧。

绝缘介质层的作用是增加微放电的面积和均匀性，有效地抑制放电电流因不均匀而产生火花放电或弧光放电，使间隙内形成均匀而稳定的放电电流。

同时也减小了对放电室器件的损坏。

3.2介质阻挡放电法制备臭氧现状国外对臭氧技术的研究起步早，制备臭氧技术已趋成熟。

臭氧发生器设计者们在设计或改进介质阻挡放电臭氧发生器方面做出了许多研究，使臭氧的产生效率和浓度成倍提高，臭氧发生器体积也大大减小。

１９８７年，日本的增田闪一教授发明了“高频陶瓷沿面放电臭氧技术”，使臭氧发生器的体积大大减少，冷却也变得非常简单易行，臭氧的分解率也降低了，从而显著地提高臭氧生产率。

近年来，德国ＷＥＤＥＣＯ、法圈ＴＲＩＬＩＧＡＺ、瑞士０ＺＯＮＩＡ、日本富士和日本三菱等公司在臭氧发生器研究方面发展很快。

对臭氧发生器作了大量的改进，从电极结构和材料的选取、冷却方式的选取到供气源的选取，尤其是放电电源部分，利用开关逆变技术将传统的工频高压（５０Ｈｚ，１００００～２００００Ｖ）改为中高频中压（８００～２０ＫＨｚ，３０００～６０００Ｖ），降低了电压幅度，提高了臭氧产量，并节省了升压变压器体积和重量，总体上降低了臭氧发生器运行成本。

目前国外ＩＴＴ ＷＥＤＥＣ０公司己经生产出单机容量为６００3/hO Kg 的臭氧发生装置应用于巴西。

我国臭氧生产技术起步较晚，上世纪７０年代中期才开始进行研究及开发应用，并在８０年代能生产出单机产量为１Kg/h 的工频臭氧发生器。

随后１０年间，随着臭氧应用的扩大和国家的支持，臭氧制备技术有了很大的发展。

但是，国产大型臭氧发生器在技术上却没有明显的进步，还是以工频放电为主，尤其在单机产量上没有突破，直至２０００年，我国仍只能生产出单机产量为２ｋｇ／ｈ的工频臭氧发生器。

其存在的问题（１）工频电源体积大，耗能大，效率低；（２）臭氧浓度低、气体流量大；（3）放电介质已损坏，不易维护；（４）产品规格小，设备体积大而笨重；（５）自动化程度低。

近年来，许多科研单位和学者对中频臭氧发生器进行研究，并吸取国外先进的技术和经验，在研制中频臭氧发生器方面取得了可喜的成果。