1、臭氧发生器可行性报告大型臭氧发生器项目可行性报告编制：郭炎鹏校核：审定：时间：2016-9-27编号章节名称修订内容简述修订日期修订前版本号修订后版本号修订人批准人一、 立项项目基本要素立项部门项目名称及版本号立项申请人申请时间研发部大功率臭氧发生器郭炎鹏2016-9-28二、 项目评审成员姓名职务来源三、 项目内容说明3.1 行业简介臭氧不稳定，易分解，不象氧气、氮气等常用气体那样在气源厂压缩装瓶待用，只能边生成边使用。人工产生臭氧的装置统称为臭氧发生器。1845年德.拉.里韦利用氧气与电火花作用产生臭氧即是臭氧发生器的雏形；1857年冯.西门子研制的玻璃管式臭氧发生装置成为现代化发生器的原
2、型;1886梅里坦斯在法国开始使用臭氧装置作消毒杀菌试验; 1893年，最早利用臭氧发生器作为消毒装置的试验水厂在荷兰投入运行，处理水里为3m3/h。臭氧技术产品行业作为一个新兴的产业，其应用范围之广是其他行业不多见的。臭氧广泛应用于环保产业、医疗产业、美容业等主要领域。首先，就治理空气污染而言，臭氧会分解有机化合物气体，可有效降低室内的毒性，特别是分解甲醛和苯类气体持续散发出的有害气体，目前在欧美国家和北上广深等大城市已经有国外设备在治理VOCs废气上的应用。烟气脱硫脱硝方面臭氧作为强氧化剂，可以快速有效地将NO，SO2氧化成高价态，相比于电子束法和脉冲电晕法产生自由基，臭氧的生存周期相对较
3、长，将少量氧气和空气电离后产生的臭氧，然后送入烟气中，可显著降低能耗。目前利用臭氧进行脱硫脱硝在国内外已有工程应用实例，但现阶段臭氧的制备费用较高，制约了该技术的推广使用，随着臭氧发生装置的逐步改进，臭氧氧化同时脱硫脱硝技术应该有有广阔的应用前景。就治理水污染而言，我国20世纪80年代初期，已开始采用臭氧对饮用水消毒和工业废水浓度处理，但整体应用发展缓慢。臭氧水处理技术是目前国际上最先进的环境保护型水处理技术之一，与传统的水处理技术相比，具有诸多优势。它可以去除水中的异常物质，也能减少水中所含有的有机物，被处理过的水几乎无色，更无异味。该技术能够在自来水深度处理领域制造出安全的自来水，在再生水
4、领域也能通过绿地景观的灌溉、洗车、洁厕等多种途径被更好地应用开来。利用臭氧处理自来水, 在欧洲已经有相当程度的普及, 现在在美国、加拿大、中国市场开始慢慢推广，因此应用前景广阔。同时，臭氧发生器正逐步广泛应用于医疗产业。臭氧治疗的三个主要可能应用领域是感染、血管性疾病、癌症。经权威的医学情报机构检索证明，至今未见有臭氧疗法在医学临床应用方面有副作用的报道，根据欧盟臭氧医疗协会和古巴国家科学研究中心的报告，医生在使用各式臭氧疗法治疗上百种疾病。对于农牧渔等养殖业，臭氧可防治暖棚中多种病菌虫害，还有促进生长等效果，可用于农产品、养殖产品的保鲜，杀灭细菌、病毒等。在食品加工厂，高浓度、高纯度的臭氧亦
5、具备保鲜、洗涤、消毒、清洁等功能。在欧美一些国家，应用臭氧美容法已广泛盛行，即“氧疗”。英国女王应用臭氧美容已有电视媒体报道，这是因为臭氧可使肌肤洁白、光滑柔嫩，同时促进血液循环，防止老化。在生态环保和大健康产业蓬勃发展的21世纪，高浓度、高纯度的洁净臭氧及其应用将广泛惠及各个行业，对提高企业的核心竞争力和实现绿色发展产生不可估量的作用。3.2 国内外发展概况及主要厂商美国PCI公司是世界最大的臭氧企业，产品种类较全，侧重于大型设备，其最大水处理设备臭氧装机容量450kg/h。加拿大YANCO工业有限公司以生产医用臭氧机为主，同时提供各种配套产品如臭风扇、沐浴头、桑拿箱、臭氧油等。美国兰宝石技
6、术公司成产于十多年前，生产小型水处理用臭氧设备。加拿大Cystalari空气质量制公司主要生产用于农业、食品行业的臭氧机。美国OZONET公司生产饮用水处理及游泳池水处理设备。NEVADA环保公司生产水处理系统、可移动水处理设备、污水处理设备。我国臭氧技术研究及应用起步较晚，七十年代中期由华东华工学院、北京环保所、清华大学水处理技术人员借鉴国外技术进行试验性研究，并在北京上海等地建立了用于水处理的臭氧发生器生产企业。八十年代在蛋果蔬菜等食品防霉保鲜、食品加工、杀菌净化领域有一定的发展。九十年代，臭氧技术进入医疗、家电行业。到目前约有一百多家机构或企业研究生产使用研制用于水处理、食品加工、杀菌储
7、藏防霉保鲜、医疗卫生家庭消毒等方面臭氧产品，生产企业分散，规模小。国内年产值过千万元的臭氧产品生产厂家主要有青岛国林、福建新大陆、清华同方、北京乾、江苏康尔、济南三康环保等几家公司。以下分别介绍：（1） 青岛国林实业股份有限公司由1994年成立的青岛国林实业有限责任公司改制而成，专业从事臭氧产生机理研究、臭氧设备设计与制造、臭氧应用工程方案设计与臭氧系统设备安装、调试、运行及维护是国内臭氧行业的代表企业，正逐渐成为全球臭氧系统供应商。国内首家掌握10kg/h级以上大型臭氧发生器制造技术的企业。全球第三家能够制造50kg/h臭氧发生器并具有应用业绩的企业。全球第三家能够制造120kg/h臭氧发生
8、器的企业。亚洲最大的臭氧装备专业化生产企业。（2） 新大陆科技集团1994年由18科技人员创办于福建省福州市。公司自成立以来坚持自主创新，以科技创新引领实业发展，发展成为一个综合性高科技产业集团，走出一条具有中国特色的价值成长之路。新大陆产业横跨物联网、数字电视和环保科技三大领域：是国内领先的集物联网核心技术、核心产品、行业应用和商业模式创新于一身的综合性物联网企业，数字电视综合业务供应商和无线通信设备供应商，和中国唯一掌握紫外C消毒技术与大功率臭氧发生器技术自主核心技术的环境设备及综合服务提供商；旗下的新大陆电脑股份有限公司于2000年在深圳证券交易所上市。在环保领域大功率臭氧发生器实现突破
9、并出口海外市场。（3） 同方环境股份有限公司是由清华同方股份有限公司、城市能源集团有限责任公司、太平洋发展控股有限公司（英国）、中国机械工业建设总公司4家股东联合出资成立的中外合资的有限责任公司。同方环境有限责任公司以高新技术为先导，以环境服务为己任，致力于发展大气环境保护与能源有效利用产业。依托清华大学的人才与科技优势，公司现已拥有具备自主知识产权并被列入国家级重点环保项目的烟气脱硫、脱硝、粉尘净化与资源化利用以及垃圾焚烧处理等多项核心技术。在环保工程与装置方面，通过多年的设计与实施积累了丰富的工程与产品的技术经验，目前在国内已建立几十套环保设施在运行；通过收购兼并建立大型设备生产基地目前已
10、投入使用；同时粉煤灰处理与综合化利用也已开发出高价值产品并也正在向规模化生产发展。同方环境坚持一贯的“技术先导，资本驱动”发展模式，逐步拓展各项业务的份额，以严格的质量承诺和维护品牌的诚信态度赢得公众的认可，坚持合作与发展的原则，通过与国内外知名企业进行交流与合作，不断创新和积累，为社会提供环保与能源利用的全方位服务。在“技术+资本”战略方针下，清华同方以自主核心技术为基础，充分结合资本运作能力，在不断推动高新科技成果产业化的进程中，逐步形成了紧密依托清华大学的人才、技术优势，以“技术先导，资本驱动”为核心的独特的“创新孵化”模式。信息产业和能源与环境产业是清华同方的两大主营产业。（4） 江苏
11、康尔臭氧有限公司是国内最早、最专业的臭氧发生器生产厂家，高新技术企业，拥有48项专利技术（其中发明专利5项）,拥有国内著名臭氧专家与大批中青年科技人员，掌握国内最领先的臭氧技术。公司拥有完善的生产工艺，从臭氧发生单元AT电极的生产、臭氧发生室制造、高频电源、高压变压器制造、电气控制柜的安装均在工厂内完成，并在工厂内进行整 个系统的一体化安装调试，运行七十二小时合格后，出厂交给客户。可根据客户需要设计制造3g/h50kg/h不同规格臭氧发生器。自实施水处理用臭氧发生器新标准后，首家通过住建部科技成果评估的臭氧发生器生产厂家。所提供的大型高频臭氧发生器，具有能耗低、臭氧产量大、浓度高、性能稳定等特
12、点。（5） 北京乾润开元环保科技有限公司，注册资金7100万元，是集研发设计、生产制造、安装调试、技术服务于一体的国家高新技术企业和北京市中关村科技园区高新技术企业，拥有国内外一流的臭氧装备研发、制造及应用专家组和技术团队。公司独创的模块集成板式臭氧发生器，拥有完全自主知识产权，可通过模块化组合实现任意规模的臭氧产量要求，在臭氧发生技术指标、运行能耗、长期运行安全性、稳定性和可靠性等方面具有卓越的优势。公司模块集成板式臭氧发生器产品，填补了国内外空白，技术性能达到国际领先水平。2013年初，公司日产50kgO3/h臭氧发生器的全球最大规模的现代化生产线建成投产。（6） 哈尔滨久久电化学工程技术
13、有限公司是国内臭氧行业的龙头企业，是黑龙江省高新技术企业。公司总部位于哈尔滨高新技术开发区，主要从事低温等离子体、臭氧、负离子、光催化电化学、新能源科技等前沿课题的开发研究，在工业、农业、军工、医疗、卫生、环保和节能、粮食仓储、净菜生产及保鲜、水处理、家电配套等产业化方面科技成果突出，产品的科技水平位居国内领先水平，是集科、工、贸于一体的专业化公司。久久公司下设上海久久净化技术研究所、哈尔滨久久臭氧技术研究所，现有十九个专业的臭氧研究室，有装备先进的气体分离实验室，有配置美国先进检测设备的臭氧检测室和理化实验室，有进行量化控制的臭氧发生器研究室和产品设计室，整机实验室。公司生产已具相当规模，现
14、有上海、广州、江门、深圳、吉林五个大型生产基地，总占地面积四十五万平方米，建筑面积十二万平方米，现代化生产车间生产能力在国内同行业中位居前列。3.3 项目市场环境分析臭氧发生器及其系列产品可广泛应用于市政饮用水处理、污水处理、工业废水处理、烟气脱硝、精细化工氧化，食品加工，医疗卫生等领域，是国家“十二五”以及未来在饮用水安全、环境保护和节能减排等方面“转方式、调结构”的重点发展方向，也是我国面向环保工程应用并可替代进口的重大技术装备。因此其市场容量难以估量，保守估计国内臭氧行业近几年市场容量超10亿/每年。总体来说我国大型臭氧产品技术相对比较落后，在产品设计技术指标上与国外存大较大的差距。一是
15、单机容量小，我国目前最大的臭氧发生器为100kg/h150kg/h,而国外臭氧发生器单机容量可达300450kg/h，臭氧发生器还不能完全适应市场需求。二是配套功率大，国外以氧为进气源的臭氧产生效率可达200g/kwh,国内臭氧发生装置远远低于此效率，运行费用高，增加了用户使用负担。三是自动化程度低，操作不方便。四是产品质量还存在不足，没有严格按国家相关标准进行检测，给用户带来了一定的影响。3.4 国内外技术发展趋势产生臭氧的主要方法：（1）紫外照射法利用紫外线照射干燥的氧气, 使一部分氧分子被激活离解成氧原子, 进而形成臭氧。紫外照射法产生臭氧的缺点是能耗高、臭氧浓度低, 因此紫外照射法用于
16、大量生产臭氧是不现实的。对只适合于少量低浓度要求的各种试验, 空气消毒、灭菌、除臭等。此方法是利用光波中的紫外光使氧气分子O2分解并聚合成臭氧O3, 大气上空的臭氧层即是由此产生的。波长入=1 8 5 n m的紫外光效率最高。此时, 光量子被O2吸收率最大。反应基本过程为:O2+ hr O + O O2 + O + M O3+M hr 紫外光量子M 存在的任何惰性物质, 如反应器器壁、氮二氧化碳气体分子等。使用1 8 5n m 紫外光产生臭氧的光效率130g / Kwh是比较高的。但目前低压汞紫外灯的电一光能转换效率很低, 只为 % , 则紫外法产生臭氧的电耗高达600Kwh / 1kg O3
17、 , 即O3效率1.5g /Kwh , 工业应用价值不大。（2）电解法利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧。八十年代以前, 电解液多为水内填加酸、盐类电解质, 电解面积比较小, 臭氧产量低, 运行费用高。经过人们对极板材料、电解液与电解机理、过程方面的大量研究, 电解法制臭氧技术有了很大的进步。近来发展的SPE( 固态聚合物电解质) 电极与金属氧化催化技术, 使电解纯净水得到14%以上的高浓度臭氧。电解法产生臭氧具有浓度较高、成份纯净、水中溶解度高的优势. 经过进一步改进, 设法降低成本和电耗后, 有可能与目前广泛使用的介质阻挡放电法相竞争。国内应用此技术典型企业为烟台森特膜电极技术有限公司。（
18、3）介质阻挡电晕法, 也称无声放电法( 简称DBD法) , 通过交变高压电场在气体中产生电晕, 电晕中的自由高能电子离解氧气分子, 经碰撞聚合为臭氧分子。介质阻挡放电法具有能耗相对较低、单机臭氧产量大, 气源可用干燥空气、氧气或含氧浓度较高的富氧气体等优点, 因此工业上合成臭氧大多采用此法。实际工程应用中产生臭氧的DBD 型臭氧发生装置的系统组成框图如图3 所示, 主要由气源系统、电源系统、冷却系统和控制系统组成。在DBD 臭氧发生装置中气源有空气源与氧气源之分, 图中绘出了空气源与氧气源时的气体的传输路径. 气源系统提供的气体是臭氧产生的原料, 气源系统的作用就是为产生臭氧提供干燥、洁净的空
19、气或氧气气源。臭氧发生器对气源系统有一定的技术要求, 具体体现在一些技术指标上, 在此不做详细介绍。冷却系统是为臭氧发生器产生臭氧时的散热而设计, 对于大功率系统通常采用水冷, 冷却方式有低压电极单冷式和高、低压电极的双冷式, 单冷式常为直通式的, 双冷式采用循环式. 控制系统负责整个臭氧发生系统的控制功能, 如系统的起动顺序等, 通常采用PLC 实现。电源系统为臭氧发生器产生臭氧提供能量, 其性能的好坏直接影响到产生臭氧的效率, 即电能的利用效率, 这也正是近年来障碍臭氧技术发展的主要原因。因此研制性能优良的DBD 型臭氧发生器供电电源是整个臭氧发生系统的重点。3.5 项目研究主要内容及关键
20、技术根据公司目前所处的领域，天明电子研发大功率臭氧发生器主要应用在污水处理及烟气治理等环保方面，因此研究的主要方向为：（1） 研究新型电极方式及介质材料提高臭氧产生浓度。臭氧浓度是臭氧产生技术中最重要的技术指标之一, 通常应用介质阻挡放电方法产生臭氧浓度在40g/ m3以下。臭氧技术研究人员正在努力提高臭氧浓度的研究, 近期有了重大进展, 可以把臭氧浓度提高到250g/ m3 当介质阻挡放电间隙的折合电场强度大于300Td 时, 可得到大于200g/ m3臭氧浓度。为了取得强电离放电电场, 只有采用窄放电间隙和高介电常数、高电阻率的薄电介质层方法,它可取得大于300Td 的强电场。应用高频化的
21、强电离放电是现代产生高浓度臭氧的有效办法之一。（2） 研究新型的供电方式提高臭氧产生效率。窄脉冲供电, 应用前沿陡峭的窄脉冲作为介质阻挡放电产生臭氧的供电电源。力图降低产生臭氧的能耗, 以便提高臭氧的产生效率。浙大实验室数据产生效率可达到400g/kwh远大于目前商用100200g/kwh。（3） 研究大功率高可靠性整机电源提高单机产量。研制适应高产量臭氧发生器用的性能优良的大功率供电电源, 提高臭氧发生系统的单机产量, 满足与适应大规模臭氧处理工艺的工业发展需要。3.6 项目计划和目标根据天明电子目前在高频电源及脉冲电源的的技术积累和人才储备情况，项目分两部实施，第一步主要以研究本体材料为主
22、采用高介电强度介质材料的本体配合高频供电方式以产生高浓度的臭氧为目标。第二步以研究供电方式为主，采用前沿陡峭脉冲电源供电以达高的产生臭氧效率为目标。阶段时间目标备注第一阶段以产生高浓度臭氧并提高单机容量为目标2017-1 _完成本体结构及压力容器的搭建，完善整个生产工艺及供应商体系，研发生产臭氧发生器用大功率高频电源产量浓度和产氧率达到国内领先第二阶段以产生臭氧高效率为目标 _在一期工艺流程上进行完善，研发完成臭氧发生器上用大功率脉冲电源产氧效率达到甚至领先国际水平3.7 项目资源配置1）人力资源研发部目前有研发人员13人，同时要兼故等离子电源等多个项目的研发，因此为保证臭氧发生器与其它项目研
23、发能同时进行，需引进行业资深人才同时配备一定的辅助人员。岗位名称目前人选学历备注项目经理待招本科臭氧行业内技术负责人硬件开发组杨天勇本科负责人郑伯先硕士电路板开发杨辉本科测试软件开发组李开旭本科负责人待招本科以上电子信息、自动化、电力电子变压器金理剑本科负责人檀杰文本科变压器设计黄军本科变压器设计结构本体及工艺待招本科本体机械结构张永锋本科电源机械结构胡杰红本科支撑体系奚永新硕士协调公司资源孔春林本科环保配合项目负责人郭炎鹏硕士研发负责人，协调内外部资源2）设备资源设备名称品牌/型号数量说明臭氧浓度测试仪1流量测试仪1氧气源10笔记本联想X2013示波器泰克1新增信号发生器1新增调温烙台936
24、B2新增热风枪1游标卡尺1吸锡器1其他工具镊子、刀片、胶枪等万用表FLUKE/17B23）公司资源资源名称提供方备注极配实验天明环保进口同类设备天明电子引进技术或者采用合作代理3.8 费用预算和考核1）基本预算：名称费用项金额（万）备注第一期同类进口产品￥国内外同类产品变压器研制￥功率开关研制￥IGBT串联谐振技术压力容器￥氧气源￥极线及介质材料￥低值品消耗￥元器件、PCB加工、零部件、机械壳体、外协等试验费用￥包括型式试验、可靠性试验，中试材料费等及实验器材其他￥10人，6个月，￥人月小计￥1732017年7月1日前发生，第I期考核项第二期变压器研制￥功率开关研制￥IGBT串并联技术及磁开关
25、技术压力容器￥氧气源￥极线及介质材料￥低值品消耗￥元器件、PCB加工、零部件、机械壳体、外协等试验费用￥包括型式试验、可靠性试验，中试材料费等及实验器材其他￥10人，8个月，￥人月小计￥1602018年1月1日前发生，第II期考核项总计： ￥233万3.9 验收标准第一阶段达产臭氧浓度及产臭氧效率达到国内领先。 产生臭氧浓度 100g/m3 产生臭氧效率 100g/kwh第二阶段达产臭氧浓度及产臭氧效率达到国际领先。 产生臭氧浓度 200g/m3 产生臭氧效率 200g/kwh注：以上指标均在氧气源的情况下3.10 风险及对策1.关键核心器件开发失败解决：积极保持与合作单位及供应商的技术交流，对于上游关键配件可委托外包开发，同时公司可引进国外进口同类产品，这对缩短开发周期富有极大意义。2.实施方案论证可行性失败解决：积极与高校及研究机构合作，对原理性内容展开学术交流及产学研合作。3.极配材料及电源匹配度测试设备验证需要有极配测试，需要天明电子自行搭建本体设备。
