Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт, тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование

Экспертиза

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 м2 площади диэлектрика при частоте тока 50 Гц и температуре охлаждающей воды 15°С. В 1 м3 озонированного 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.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики