Принципиальные технологические схемы озонирования

Для получения озона, идущего на нужды водоподготовки, используются генераторы двух типов — пластинчатые и трубчатые.

Пластинчатые генераторы представляют собой совокупность диэлектриков и плоских металлических электродов, помещенных в закрытую емкость, снабженную системой охлаждения. Электроды чередуются в определенной последовательности: электрод высокого напряжения, диэлектрик, электрод низкого напряжения и т. д.

Трубчатые генераторы состоят из концентрических электродов и трубчатых диэлектриков, установленных в герметичной емкости, оборудованной системой водяного охлаждения. Конструкции трубчатых озонаторов отличаются друг от друга расположением электродов (вертикальное или горизонтальное), а также положением диэлектрика по отношению к системе подачи охлаждающей воды. В настоящее время наибольшее распространение в зарубежной практике водоподготовки нашли трубчатые озонаторы с электродами в горизонтальном исполнении, зарекомендовавшие себя как высокоэффективные и экономичные.

Трубчатыми озонаторами оборудованы практически все новые средние и большие станции озонирования природных и сточных вод, а также установки по дезинфекции вод плавательных бассейнов. Пластинчатые генераторы используются в основном на небольших давно построенных станциях (например, Бофор) пропускной способностью 200 м3/сут в г. Сен-Мало (Франция).

Для синтеза озона через генераторы пропускается кислород или воздух в зависимости от возможности поставки чистого кислорода на рассматриваемый объект. Применение кислорода предпочтительней, так как при этом удваивается производительность генераторов, а также снижаются стоимость оборудования поста озонирования и потребление электроэнергии.

В промышленных масштабах при использовании для синтеза озона воздуха оптимальная производительность генераторов по озону составляет 1—1,5% (по весу) количества обработанного воздуха. До поступления в генератор воздух подвергается тщательной обработке, включающей обеспыливание, удаление масел, обезвоживание. Температура воздуха на входе в озонаторы составляет около 20°С.

При эксплуатации озонаторов на чистом кислороде оптимальная производительность их по озону может быть увеличена до 2% (по весу) количества проходящего через электроды газа. Требования к кислороду те же, что и для воздуха.

Производительность современных трубчатых генераторов по озону составляет до 200 г/ч на 1 м2площади диэлектрика при частоте тока 50 Гц и температуре охлаждающей воды 15°С. В 1 м3озонированного воздуха в среднем содержится 12—20 г озона. Энергозатраты поста озонирования в среднем составляют 20—30 Вт/ч на 1 г вырабатываемого озона. Каждый генератор потребляет в среднем 13—18 Вт/ч на 1 г озона.

Производительность генератора прямо пропорциональна потребляемой мощности, однако на их коэффициент полезного действия оказывают значительное влияние физические свойства используемых для синтеза озона кислорода или воздуха (влажность, температура, давление), а также температура охлаждающей электроды воды.

Присутствие влаги в межэлектродном пространстве существенным образом влияет на производительность и срок использования генераторов. Это объясняется тем, что находящиеся с воздухе окислы азота, реагируя с водой, образуют азотную кислоту, которая в свою очередь взаимодействует с металлом электрода, выводя последний из строя. Наличие влаги приводит также к искрению электродов, ускоряющему их разрушение. Для предотвращения этого воздух подвергается либо прямой сушке при высоком давлении, либо обезвоживанию в две стадии при низком давлении.

В первом случае воздух под давлением 0,4 — 0,7 МПа пропускается через теплообменник и влагопоглотительные фильтры, представляющие собой колонны, заполненные мелкой крошкой активированной окиси алюминия, являющейся эффективным сорбентом. Такой метод обезвоживания позволяет относительно легко и быстро получить точку росы 50°С. Перед влагопоглотительными колоннами (одна эксплуатируется, а другая находится в стадии регенерации) установлены воздушный и масляный фильтры, которые позволяют задержать 99,9% частиц размером 1 мкм и 98% частиц средним диаметром 0,4 мкм. Давление газа на входе в генератор поддерживается в оптимальных пределах для обеспечения наивысшей производительности озонаторов — 0,055 и 0,08 МПа соответственно для генераторов с частотой тока 50 и 600 Гц. Температура газа на входе в генератор не должна превышать 35°С. Электроды охлаждаются водой с температурой 15° С. Такая температура является наиболее оптимальной. Увеличение температуры охлаждающей воды ведет к снижению номинальной производительности озонаторов. Преимущество системы сушки при высоком давлении состоит в относительной простоте технологической схемы обработки воздуха. К недостатку следует отнести значительное потребление энергии на компримирование воздуха.

При сушке воздуха в две стадии с давлением газовой смеси 0,08—0,1 МПа достигается высокая стабильность физических характеристик поступающего в озонатор воздуха независимо от изменения качества забираемого компрессорами атмосферного воздуха. В данной схеме обработки воздух обычно проходит две ступени охлаждения — водяные теплообменники и фреоновую холодильную установку. По завершении процесса охлаждения воздух пропускается через влагопоглотительные фильтры, идентичные упомянутым выше. Для задержки частиц сорбента, попавших в воздух при прохождении им влагопоглотительных колонн, устанавливаются дополнительные воздушные фильтры.

Озонаторные установки питаются током частотой 50/60 или 600 Гц. При использовании переменного тока частотой 50/60 Гц производительность генераторов регулируется изменением приложенного напряжения, например, через автотрансформатор. Величина cos tp при питании генераторов током 50/60 Гц не превышает 0,4. Преимущества использования переменного тока с частотой 600 Гц состоят в следующем: а) возрастает мощность аппаратов, что позволяет уменьшить их габариты (сократить число или размеры трубчатых диэлектриков); б) достигается повышение cos cp до 0,9, т. е. увеличивается активная мощность; в) упрощается обслуживание и регулирование аппаратов; г) обеспечивается возможность эксплуатации озонаторов при более низком напряжении с одновременным повышением их коэффициента полезного действия.

Опыт долголетней эксплуатации различных систем электропитания озонаторных установок показывает, что по экономическим соображениям для станций малой производительности (до 7 кг/ч по озону) более выгодно использовать напряжение с частотой тока 50/60 Гц, а для больших станций — 600 Гц.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>