一种新型油烟机的试验研究

夏正兵

(江苏城市职业学院 南通校区 江苏 南通：226000)

0 引言

油烟含有200余种成分，其主要污染物是油分和恶臭物质[1]。油烟的有害成分很多，对人体健康有很大的影响(见表1)。油烟和蒸气的性质一样，完全遵守布朗运动原理，也符合流体运动的规律，油烟受到气体动力作用会滞留在室外空气中，油烟被人体吸入身体后，人的呼吸道黏膜会大大受损，人体的免疫功能也会降低[2]。据相关研究资料显示:引起肺癌的主要因素中,油烟因素排第二。餐饮业工作人员的鼻咽癌发病率远高于其他行业相关人员，若去除餐饮业油烟和吸烟的污染,会使肺癌的发病率大幅减少。大气的扩散会起到一定的稀释作用,可消除部分油烟污染,但现实生活中，人们生活空间狭小,并且住房密度与高度也不断增加,一定程度上影响了油烟的扩散，稀释也很困难,使得城市油烟污染不断加剧[3-5]。

表1 油烟的主要有害化学成分表

1 目前几种油烟机的性能比较

目前饮食业油烟净化设备依据不同的治理技术方法，主要有机械式净化设备、湿式净化设备、静电式净化设备等几种。表2是各种油烟处理方法技术性能比较，都存在一定缺陷2[6]。

从表2可以看出，各种油烟处理设备的净化效率相差不大，水雾水膜洗涤法、运水烟罩技术、静电法的运行本体阻力较小，但投资较大。

在运行维护管理方面，旋风分离法的费用较小，蜂窝式净化法的维修量较大，静电法的清洗量大。水雾水膜洗涤法和运水烟罩技术需配备专门的清洗液和定期收集油污、添加药剂，易对环境造成二次污染，因此需对清洗液进行后处理。

表2 几种油烟处理技术性能比较

2 油烟气内油滴粒度分布

油烟粒度的分析采用的是英国MARVERN公司的Mastersizer型激光粒度仪。该仪器是利用光衍射的原理，测量的基本范围是0.01-3000μm。该激光粒度仪的基本原理是:某种物质已知吸收系数和光折射系数，物质中不同粒径的颗粒对光线会有不同的散射效果，大直径微粒的折射角度小，而较小直径的颗粒折射角度大，当物质的样品放入粒度仪时，立即会衍射出各式各样的衍射光环，这些光环明暗相间，在仪器接收区分布着46个光感受器，各个感受器会收集某一范围的光线，然后感受器会把光信号转换为电信号并传给电脑端，最后经过Mastersizer软件相关处理，就可生成样品的粒径分布图。本实验测得的油烟气内油滴粒度分布图见图1。

图1 油烟内油滴粒度体积分布与累积分布曲线

3 油烟旋流器的设计

3.1 旋流式油烟机的分离性能设计

分离效率指标有总效率Ec，分割粒度x50,最小(临界)粒径xc等。

(1)分离效率

对于旋风分离，常用净化效率(亦即澄清效率)Ec作为总效率来衡量分离性能，即：

式中，Ci,C0分别为进气和溢流排气中的颗粒含量。

根据上式，总效率可通过实测进、出口气体的颗粒浓度后计算得到。

(2)分割粒度x50

标准型旋风分离器的分割粒度x50是指在粒级效率曲线上对应于 50%分离效率的粒度，可用下式计算：

式中D为旋风分离器的直径，即圆筒部分的直径；Vi为进风速度；μ为气体粘度；ρp,ρg为分别为颗粒和气体的密度。

通过计算，若要95%以上的分离净化效率，x50=2.6μm(根据标准型旋风分离器的分割粒度公式求得，其中：大豆油油滴密度ρp取910kg/m3，40℃下空气的密度ρg取1.0kg/m3，粘度μ取1.9×10-5Pa·s,试验用油烟粒度在16μm以内，D=100mm，Vi=28m/s)。

(3) 最小(临界)粒径xc

最小(临界)粒径是指在粒级的效率曲线上的x100，该直径是判别旋流分离器的分离效率的最重要依据。

假设：

①气流严格按照螺旋流动且保持与进口气速相同的切向速度；

②颗粒在分离内作层流下的自由沉降；

③颗粒在器内穿过厚度为整个进气宽度的气层方能到达壁面，则颗粒的离心沉降速度为：

式中:Vi为进口气速；Rm为气体平均旋转半径。

由假设③，颗粒到达器壁所需要的沉降时间为

式中：B为矩形入口宽度。

令气流在旋风分离器内的旋转圈数为N，则它在旋风分离的周向运行距离为2πRmN。这样，颗粒的停留时间为：

若某种颗粒所需要的沉降时间正好等于停留时间，则该颗粒的直径被定义为临界粒径，于是有：

由于B和D成正比，故D越大，油烟的分离效果便越差。如果气体处理量很大，最有效方案是将多个小尺寸的旋风分离器并联起来使用，分离效率会大大提高。

3.2 功率计算

压力降是评价旋风分离器的一个重要性能指标，它是决定分离过程的能耗和合理选择风机的依据。

生产工艺上有压力降要求(通常为压力降上限值)，根据要求的压力降、所选旋风分离器形式、直径D、初定的入口速度Vi，查旋风分离器的操作性能表，得到该旋风分离器的处理量，从而计算油烟机风机的功率。

试验样机如图2所示，D=100mm,D0=50mm,L1=203mm,L2=200mm的旋风分离器，取压力降ΔP=4kPa，取Qi=216m3/h，此时旋流分离器上的计算功率为：

N1=ΔPQi=400×216/3600=24.0W

图2 油烟脱排净化机的内部结构

4 试验研究

4.1 试验装置

采用独特的双旋流设计，使油滴在超重力场中得以分离。油烟净化器样图见图3、图4。

4.2 油烟净化效率与颗粒浓度关系研究

变化油锅加热的温度，从而变化油烟浓度，得出试验相关数据(表3)，再与国家标准进行对比，得出出口油烟颗粒浓度、出口油烟质量浓度、油烟去除率等核心指标符合国家标准要求。该技术在原来的基础上有了很大的改进，净化效率达到了89%以上。

试验同时证明油烟机的吸口与烹饪油面的距离790mm时，最合适并且净化效率最高。

图3 正立面图

图4 侧面图

序号入口油烟质量浓度/(mg·m-3)出口油烟质量浓度/(mg·m-3)油烟去除率/%18.430.6492.40210.680.9691.01312.591.3289.52412.701.2590.16

5 结论

分析了国内外油烟机的现状，在此基础上运用了旋流油烟净化技术。通过理论分析和试验研究结合的方式，对油烟处理效果进行比较分析，得出如下结论:

(1)油烟机的吸口与烹饪油面的距离为790mm时，油烟净化机的净化效率高，去除率最低达89%。

(2)旋流油烟净化机应用旋流技术对油烟进行脱排并净化，叶轮是直接与净化后的油烟相接触，避免叶轮被油滴污染。油烟的流动非常顺畅，出现龙卷风的抽吸效果，远远不会堵塞，不需要清洗。