一種新型油煙凈化設(shè)備研討

12/12一種新型油煙凈化設(shè)備的研究夏正兵第一作者：夏正兵，男，1982年生，研究方向?yàn)槎嘞嗔髋c分離技術(shù)。＃通訊作者。第一作者：夏正兵，男，1982年生，研究方向?yàn)槎嘞嗔髋c分離技術(shù)。＃通訊作者。（江蘇工業(yè)學(xué)院分離工程研究所，江蘇常州213016）摘要分析了飲食業(yè)油煙污染的危害和油煙凈化設(shè)備的現(xiàn)狀，介紹了一種新型的油煙凈化設(shè)備——旋流式油煙凈化機(jī)，闡述了該技術(shù)的基本原理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在旋流式油煙凈化機(jī)處理氣量為50～240m3/h時(shí)，出口油煙質(zhì)量濃度為0.45～0.94mg/m3，油煙去除率為94.7％～95.2％，符合國(guó)家飲食業(yè)油煙凈化設(shè)備技術(shù)要求。關(guān)鍵詞油煙凈化旋流技術(shù)Researchonanew-typedequipmentforcookingfumedepurationXiaZhengbing，YuanHuixin.(InstituteofSeparationEngineering，JiangsuPolytechnicUniversity，ChangzhouJiangsu213016)Abstract:Thispaperanalyzedtheharmsandthepresentsituationofthecookingfumepurificationofthefood,andintroducedanew-typedequipmentforcookingfumedepuration——cyclonicequipmentforcookingfumedepuration.Thebasicworkingprincipleandoptionaldesignparameterofequipmentwerestated.Theresearchresultsshowedthatwhenit’stolerancewas50-240m3/h,andtheconsistencewas0.45-0.94mg/m3,thepurificationefficiencyofthedevicecouldreach94.7％-95.2％，anditaccordedwiththedieteticdemandaboutcookingfumepurificationofchina.Keywords:cookingfume;purification;technologyofcyclone烹飪油煙、汽車尾氣及噪音已經(jīng)成為城市的三大公害。為了改善城市的生態(tài)環(huán)境，保護(hù)居民的身體健康，開(kāi)發(fā)效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、投資少、占地小、運(yùn)行費(fèi)用低、操作維護(hù)簡(jiǎn)單的油煙凈化技術(shù)和設(shè)備是我國(guó)控制油霧污染的研究重點(diǎn)之一。1油煙凈化技術(shù)現(xiàn)狀目前，市場(chǎng)上的油煙機(jī)有脫排油煙機(jī)和油煙凈化機(jī)兩種?，F(xiàn)用于居民廚房的脫排油煙機(jī)，通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)，一方面產(chǎn)生簡(jiǎn)單的慣性分離，另一方面產(chǎn)生氣力輸送，通過(guò)過(guò)濾對(duì)油煙起到一定的凈化作用。這種油煙機(jī)主要存在4方面的問(wèn)題：（1）機(jī)型主要是扁方淺型，片面強(qiáng)調(diào)美觀，不符合空氣動(dòng)力學(xué)原理，無(wú)法形成高效的負(fù)壓通道，油煙外溢現(xiàn)象嚴(yán)重，廚房?jī)?nèi)油煙濃度大大超標(biāo)；（2）葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性分離，效果較差，原因是葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流場(chǎng)尚未發(fā)展成旋流場(chǎng)，油煙在期間的停留時(shí)間太短，來(lái)不及沉降分離；（3）由于煙油粘附性強(qiáng)，過(guò)濾介質(zhì)很容易被堵塞而失去過(guò)濾作用；（4）污染的過(guò)濾介質(zhì)無(wú)法循環(huán)再用，造成新的污染；葉輪與原油煙接觸，使用一段時(shí)間后，葉輪上粘滿煙油，清洗困難。因此，這種油煙機(jī)使用一段時(shí)間后，脫排、凈化效果惡化，廚房甚至廚房以外的家具物品表面出現(xiàn)厚厚的油垢。癌癥等一些疾病的發(fā)病率居高不下，與廚房油煙不無(wú)關(guān)系[1]。表1是各種油煙凈化機(jī)油煙處理技術(shù)性能的比較。表1各種油煙處理技術(shù)性能比較油煙處理技術(shù)油煙去除率/////%/%壓力降/Pa投資運(yùn)行費(fèi)用過(guò)濾法75～80100～500小較大活性碳吸附法75～80100～500大較大蜂窩式凈化法變化大200～300小大水霧水幕洗滌法75～85200～300適中需耗電、加水運(yùn)水煙罩75～85200～300大較大靜電法75～85100～200較大主要耗電費(fèi)用大2旋流式油煙凈化機(jī)的原理及凈化效果2.1原理含油煙氣從進(jìn)口切線方向進(jìn)入旋風(fēng)筒，在筒內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，逐漸沿筒壁螺旋運(yùn)動(dòng)下降，強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力把油霧拋向筒體內(nèi)表面，集積在壁面的油霧相互粘連形成大的油滴，在重力作用下逐漸降至筒體底部，定期排放。由于離心作用及油煙中油的粘性，使氣體中的油滴極易附在筒壁上，凈化油煙效果更好。90%以上的油霧在旋風(fēng)分離過(guò)程中被除去，經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除油后的煙氣被風(fēng)機(jī)吸入，未凈化的油煙及油煙中的氣態(tài)污染物經(jīng)過(guò)此部分，除去余下的油和油煙中的異味，凈化后的煙氣通過(guò)排氣筒直接排入大氣。利用氣液兩相分離技術(shù)，旋流式油煙凈化機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。圖1旋流式油煙凈化機(jī)的結(jié)構(gòu)1—風(fēng)機(jī)；2—三通管；3—軟管；4—旋流器；5—油杯2.2主要特點(diǎn)與其他油煙凈化機(jī)相比，旋流式油煙凈化機(jī)的最大改進(jìn)就是采用了旋風(fēng)分離器（旋流器），它產(chǎn)生高速旋流，使油煙、廢氣、異味吸排更徹底，凈化效率高，同時(shí)還具備了旋流器的一些優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積適當(dāng)，安裝方便，工作連續(xù)可靠，適應(yīng)性好，具有剪切、洗滌作用，易于清洗，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，成本低；外觀獨(dú)特，靠墻安裝，節(jié)省更多空間，無(wú)碰頭、滴油之慮，無(wú)壓抑之感。2.3主要技術(shù)指標(biāo)凈化效率>94％，全壓損失<80Pa額定電壓220V；單機(jī)功率<40W絕緣電阻>2000MΩ;主機(jī)噪音<40dB處理風(fēng)量0～420m3/h;工作電壓105V2.4凈化效果變換旋流式油煙凈化機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，對(duì)應(yīng)測(cè)得一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2），表明經(jīng)處理后，出口油煙質(zhì)量濃度等主要指標(biāo)符合國(guó)家飲食業(yè)油煙凈化設(shè)備技術(shù)要求[2，3]。表2設(shè)備實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況實(shí)驗(yàn)序號(hào)處理氣量(m3·h－1)入口油煙質(zhì)量濃度/(mg·m－3)出口油煙質(zhì)量濃度/(mg·m－3)油煙去除率/％壓力降/Pa1508.510.4594.717829010.650.5195680.6895.04126417014.560.7195.11361521018.770.9495.01288624019.120.9295.173023旋流式油煙凈化機(jī)兩相流場(chǎng)分析油滴在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力包括自身重力、離心力、流動(dòng)阻力等（見(jiàn)圖2）。圖2油滴在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力油滴顆粒受到的重力:（1）油滴顆粒受到的離心力：（2）油滴顆粒受到的浮力：（3）流體介質(zhì)阻力：（4）式中：為顆粒相對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)徑向速度，m/s；v為氣流相對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)徑向速度，m/s；為油煙中兩相徑向相對(duì)速度，m/s；x為油煙的顆粒直徑，μm；r為油煙顆粒所在位置半徑，mm；μ為液體介質(zhì)動(dòng)力粘度，m2/s；為連續(xù)相流體的密度，kg/m3；為分散相顆粒的密度，kg/m3；d為油滴直徑，μm；g為重力加速度，m/s2。油滴顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng)可表示為： （5）在離心力場(chǎng)中，顆粒自身的重力忽略不計(jì)。由此，油滴顆粒受力方程可表示為：（6）解之，得：（7）離心力作用總是使連續(xù)相與分散相產(chǎn)生速度差，當(dāng)顆粒的受力達(dá)到平衡時(shí)，，則運(yùn)動(dòng)相對(duì)速度為： （8）式中：k為系數(shù)；ve為平均進(jìn)料速度，m/s；、為與旋流器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；為兩相的密度差，kg/m3；vt為連續(xù)相的切向速度，m/s；vtow為均衡速度，m/s；D為旋風(fēng)分離器的直徑，即圓筒部分的直徑，μm。4油煙凈化機(jī)的性能及影響因素油煙凈化機(jī)是基于旋流場(chǎng)中液滴受離心力作用發(fā)生離心沉降而分離的，其性能包括分離性能和操作性能。4.1分離性能分割粒度（m）可用下式計(jì)算：（9）式中：為進(jìn)口氣速，m/s；μi為氣體粘度，Pa·s。旋流式油煙凈化機(jī)在進(jìn)風(fēng)量Q=420m3/h，T（室內(nèi)溫度）=30℃，μ=1.90×10-5Pa·s，=10m/s，ρ=922.8kg/m3（大豆油），ρm=1.165kg/m3時(shí)，=2.5m。而利用激光粒度分析儀測(cè)得油煙中油滴的粒度范圍在1～10μm，可見(jiàn)旋流式油煙機(jī)用于廚房油煙脫排凈化是可行的。影響分離性能的因素：（1）旋風(fēng)分離器的直徑（筒體直徑）一般情況下，直徑越小，旋轉(zhuǎn)半徑越小，油煙顆粒所受離心力越大，除油煙的效率也就越高；但過(guò)小的筒體直徑，由于旋風(fēng)分離器的器壁與排氣管太近，造成較大直徑顆粒有可能反彈至中心氣流而被帶走，使效率降低。（2）旋風(fēng)分離器的高度通常，較高的旋風(fēng)分離器，都有較大的長(zhǎng)度比例，它不但使進(jìn)入筒體內(nèi)的油煙顆粒停留時(shí)間增長(zhǎng)，有利于分離，且能使尚未到達(dá)排氣管的顆粒有更多的機(jī)會(huì)從旋流核心中分離出來(lái)，減少二次夾帶，提高效率。（3）進(jìn)風(fēng)速度在一定范圍內(nèi)，進(jìn)口氣速越高，效率越高。但過(guò)高的氣速又對(duì)顆粒起分散作用，所以，在設(shè)計(jì)分離器的截面時(shí)，必須使進(jìn)口氣速為一適宜值。（4）氣體的粘度及密度對(duì)于油煙物質(zhì)，由于溫度升高，油煙粘度增加，當(dāng)進(jìn)口流量等條件保持不變時(shí)，效率會(huì)降低。旋風(fēng)分離器能實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、小流量下的分離，操作、維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低廉[4].因?yàn)橛偷臒燑c(diǎn)為240℃，低溫正好有利于減少油煙的產(chǎn)生、促進(jìn)分離。氣體的密度越大，分離效率就越低。4.2操作性能壓力降是評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器的一個(gè)重要性能指標(biāo)，它是決定分離過(guò)程的能耗和合理選擇風(fēng)機(jī)的依據(jù)。生產(chǎn)工藝上有壓力降要求（通常為壓力降上限值），根據(jù)要求的壓力降、所選旋風(fēng)分離器形式、直徑、初定的進(jìn)風(fēng)速度，查旋風(fēng)分離器的操作性能表，得到該旋風(fēng)分離器的處理量。旋風(fēng)分離器的壓力降可用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：（10）式中：ζ為壓降系數(shù)。旋流式油煙凈化機(jī)在T＝30℃時(shí)的ρ=1.165kg/m3，=10m/s，時(shí)，=483.5Pa。可見(jiàn)該油煙凈化器能耗低(小)，易于推廣。5結(jié)語(yǔ)（1）旋流式油煙凈化機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便易行，樣機(jī)已經(jīng)制成，制造成本低廉，如果生產(chǎn)，用戶易于接受；（2）設(shè)備的凈化效率高，油煙去除率可達(dá)94％以上，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放要求；（3）清洗頻率小，提高了油煙凈化效率，使設(shè)備能長(zhǎng)期正常運(yùn)行。今后，