船舶油烟净化设备工作原理与故障分析

赵玉文，王刚毅

（中国地质调查局 青岛海洋地质研究所，山东青岛 266071）

0 引言

目前，关于各类型船舶油烟净化设备工作原理的描述模糊不清，各类型之间在工作原理、组成等方面的差异无准确的论述，没有对各类型油烟净化设备的功能和特性进行总结和归纳。本文利用对比、归纳和图表等方法，对不同类型的油烟净化设备进行了研究，得出其共性和不同之处；利用图表和假设等方法，对BD6000型油烟净化器无法净化油烟的故障，进行了分析和研究，得出是由电极顶针引起的故障。3种类型油烟净化设备的研究，对现有的工业用或家用油烟净化设备的改进具有重要意义；提出3种类型油烟净化设备研究的重要意义。

1 基本原理

1.1 油烟净化设备的类型

油烟净化设备种类繁多，主要有机械式、过滤吸附式、湿法净化式、静电沉积式、紫外光解式和等离子式等[1]，在船舶使用中主要是高压静电式和等离子式。根据电场的不同，高压静电式分为板式和蜂窝式2种。主要研究板式、蜂窝式和等离子式3种类型油烟净化设备。

1.2 3 种类型油烟净化设备的组成和各部件功能

板式烟油净化设备主要是由前端滤网、高压电离板、低压收集板、末端滤网和风机组成。各部件的主要功能是：前端滤网是采用多目不锈钢丝网，具有较强的油烟吸附能力，能够吸附和过滤油烟中大的油滴颗粒，降低油雾浓度。同时，滤网还具有自动沥油的特性，不易发生黏连和堵塞，减少了保养工作；高压电离板是将油烟颗粒和其他物质等电离和分解，使得油烟颗粒失去电子变为带正电荷的离子，为进入低压收集板做好准备；低压收集板的作用是产生电场，在电场力的作用下，使得带正电荷的油烟离子吸附和部分炭化，同时，高压静电场有效地降解有害成分，起到消毒、除味作用，达到净化油烟的目的；末端滤网的作用是：对剩余极小粒径的粒子二次过滤拦截，彻底清除油粒子，从而得到干净的空气。风机是给油烟的流动提供动力源，见图1。

图1 板式油烟器组成

蜂窝式油烟净化设备主要是由：均风板、阳极筒、阴极针、绝缘子、阴极架、活性炭滤网和风机。各部件的主要功能是：均风板是用来拦截和捕集较大油滴和油雾颗粒，同时，也保证了气流能均匀地流入到高压电场；阳极筒是与阴极配合产生高压电场，收集荷电油雾颗粒和粉尘等，起到了吸附净化作用；阴极针的作用是：尖端处产生晕流，使得油雾颗粒极化和荷电，同时，与阳极配合产生密度为1 亿/cm³电子，来捕捉、吸附极化的油雾颗粒和离子，使得油雾颗粒和离子带电；阴极架是对阴极针起支撑固定作用；活性炭滤网的作用是：过滤和吸附最后剩余的物质和去除异味；风机是给油烟流动提供动力源（见图2）。

图2 蜂窝式油烟器组成

高压等离子油烟净化设备主要是由：粗过滤器、等离子源板、分解收集板、活性炭过滤器或者消音器。各部件的功能是：粗过滤器的作用是拦截和粗过滤的作用；等离子源板的作用是通过辉光放电、微波放电、电晕放电等产生等离子体；分解收集板的作用是将经过等离子源板后，发生了氧化等一系列复杂的化学反应后的物质，进行收集和吸附；活性炭是用来吸附油气中夹杂的异味和粉尘；消音器用来减小噪音，见图3。

图3 等离子式油烟器组成

1.3 3 种类型油烟净化设备的工作原理

1.3.1 板式油烟净化器的工作原理

板式的工作原理分为：均流过滤（阶段1）、电离（阶段2）、吸附收集（阶段3）、末端过滤（阶段4）。

在风机5的作用下，油烟颗粒经过均流过滤阶段1后，大颗粒的油滴因惯性作用与多目不锈钢丝网碰撞而被拦截和过滤，使得油雾浓度大大降低，同时，也使得油烟气流变得更加平稳，油烟颗粒大小更加均匀，其中，多目不锈钢丝网具有自动沥油特性。

经过均流过滤阶段1处理后，油雾浓度明显降低，粒径变小，在电离阶段2，低浓度小粒径的油烟粒子被电离，使得油烟粒子荷电，其中，大部分油烟粒子得以降解碳化，少部分微小的带电油烟离子进入到吸附收集阶段3。

在吸附收集阶段3内，带电荷的油烟离子受到集板电场的作用下，向电场的正负集板运动，在集板上慢慢聚集成大的油滴，靠重力作用流到集油盘内，经过泄油通道排出，一部分微米级油雾被高压电场降解成二氧化碳和水，余下的其他物质，再经过末端过滤阶段4去除掉，最终排出清洁空气（见图4）。

图4 板式工作原理

1.3.2 蜂窝式油烟净化器的工作原理

蜂窝式的工作原理分为：预处理（阶段1）、晕流（阶段2）、吸附收集（阶段3）、末端过滤（阶段4）。

在风机的作用下，油烟颗粒进入预处理阶段1后与惯性粗滤器碰撞聚集，去除大的油滴颗粒，同时，使油烟颗粒变得大小更加均匀，提高了净化的效率。

晕流阶段2处的结构为蜂窝状电极栅5，能够产生晕流，油烟颗粒经过后，使得大部分的油颗粒极化、荷电和降解，同时在高压电场中的阴极钨针发射高密度电子，捕捉极化后的油烟离子，使得油离子完全地荷电。在吸附收集阶段3中，荷电离子进入到阴极针和阳极筒形成的电场中，利用电场力的作用，使得荷电离子吸附在阳极筒上，油烟离子在阳极筒内聚合成大的颗粒，然后经过集油盘后排出。

在末端过滤阶段4中，余下极少的微米级的油烟气体进入活性炭滤网，去除剩余的微量气体和异味，从而得到干净的空气。有的蜂窝式油烟器在末端安装高压发生器，在高压发生器的作用下，将空气电离后产生臭氧，用于除去了油烟中的异味，得到干净的空气（见图5）。

图5 等离子式工作原理

图5 蜂窝式工作原理

通过对板式和蜂窝式油烟净化设备的对比研究，可以得到的结论是：两种净化方式的基本原理相同，都是利用机械过滤和静电吸附的原理，都是物理过程，即油烟颗粒经过机械过滤和高压电场的荷电以及吸附收集后，得到干净空气。

两者的不同之处：1）板式工作原理。利用高压电场使得油烟粒子失去电子，变为带正电荷的离子，在电场中被吸附聚集后排出；2）蜂窝式工作原理。利用针尖端处产生晕流，使油烟颗粒有效极化和荷电，然后利用阴极钨针在高压电场下，发射出的高密度电子，使得极化后的油烟离子，进一步有效的荷电，荷电后的油烟离子被吸附和收集在阳极筒上，达到净化油烟的目的。

1.3.3 等离子式油烟净化器的工作原理

等离子式工作原理是：离心（阶段1）、预处理（阶段2）、等离子体产生（阶段3）、分离收集（阶段4）、消音（阶段5）。

在风机的作用下，油烟颗粒在经过分离阶段1时，与叶轮盘和叶片相撞聚集成大的油滴，然后在叶轮离心的作用下，油滴被抛向风机内壁，在机壁上汇集后排出机体，剩余的油烟气体进入预处理阶段2。

在预处理阶段2中，粒径大的油烟颗粒与粗滤器碰撞后，聚集成大的油滴后排出系统，剩余粒径小的油烟粒子进入等离子体产生阶段3。

在等离子体产生阶段3处，采用辉光放电、微波放电、脉冲电晕放电等方法产生等离子体。一般采用脉冲高压高频等离子体电源和齿板放电装置，使其产生高强度、高浓度、高电能的活性自由基（等离子体），等离子体以极高的速度反复轰击发生异味的分子，去激活、电离、裂解油烟气体中的各成分，使之发生氧化等一系列复杂的化学反应，直接打开有机气体分子间的分子键，使有害气体分解，最终排放CO2、H2O等无害物质，同时产生的大量负离子可以清新空气。同时，使小粒径油滴霎时固结并聚集成大颗粒而在电场的作用下吸附在集油板上，通过聚合后沉降到油槽内，与此同时，油烟废气中大部分的μm级油污微粒、VOC、有机物质和焦油味、辛辣味等多种异味则被等离子体降解[2]，达到除去异味的功效，经过阶段3的处理后，油烟气体基本去除，余下微量的荷电粒子，进入到分离收集阶段4。

在分离收集阶段4中，剩余的微量荷电粒子受到电场的作用被分离和收集，从而得到干净的空气，干净的空气进入到消音阶段5。

在消音阶段5中，采用内孔网架结构的优质玻璃纤维做成的消声材料，以尽可能消除设备的噪音，得到无污染的清洁空气。

等离子式油烟净化设备的研究，可以得到的结论是：等离子式是用等离子体使油烟分子或者油烟中其他物质发生裂解、氧化等一系列复杂的化学反应，产生CO2、H2O等无害物质，同时产生的负氧离子有利于空气的净化，最终排出无污染的清洁空气。

通过对3种类型的油烟净化设备的研究，可以得到的结论是：高压静电式和高压等离子式基本工作原理不同。高压静电式是发生的物理反应，利用库伦定律，使油烟颗粒极化、荷电和吸附收集后，达到对油烟净化的目的；高压等离子式是发生一系列复杂的化学反应，利用微波放电等方法，产生高浓度、高能量的等离子体，在等离子体的作用下，使油烟或者其他物质的分子结构发生裂分解，再在电场中聚集后沉降在集板上，达到净化油烟的效果。

2 组成结构、性能与故障分析

2.1 主要组成和各部件功能

BD型油烟净化器主要是由风机、均风板、蜂窝电场（阳极筒和阴极针）、绝缘子、阴极针、阳极筒、阴极针架组成。

风机为油烟的流动提供动力；均风板是将油烟中大粒径的油颗粒去除和均衡气流的作用；蜂窝电场使油烟颗粒极化、荷电和吸附收集作用；绝缘子用来支撑和隔离阳极筒和阴极针架；阴极针架是用来支撑阴极针的作用（见图6）。

图6 BD6000 型油烟器的组成

2.2 船舶BD6000 型油烟净化器的故障分析

故障描述、分析和排除：在厨房风筒的排出口发现有油渍喷出，油渍黏稠且清洁困难；在油烟净化器的控制面板上，报警指示灯响起，显示净化故障（见图7）。

图7 故障现象

通过以上故障现象可知：油烟经过均风板的碰撞拦截、极化、荷电以及吸附收集程序后，油烟颗粒基本没有受到油烟净化器的处理，而是被风机直接抽送到风筒外。利用实际经验法，打开净化器的道门，检查均风板下的集油盘，发现有集油的存在，可以断定均风板工作正常；然后将高压静电场拉出检查，发现阴极针和阳极筒的配合间隙偏差在允许范围内，并且阳极筒内和阴极针非常的干净，不存在故障的可能。目测检查绝缘子的绝缘性，发现外表绝缘瓷正常；在正常的工作的状态下，用万用表检测电极顶针与电场的接触情况，发现电场的输入工作电压为零，而在电场正常工作时，电场的输入电压应该为几千伏，不应该为零，由此可以得出：输入电场的线路发生断路，即电极顶针与电场的接触故障（见图8）。

图8 故障检查

故障的排除：拆解电极顶针，顺时针旋紧内部螺母2圈～3圈，装复电极顶针，经调节和测试后，油烟净化器恢复正常工作（见图9）。

图9 故障排除

3 BD6000 型油烟净化器的维护保养

在实际使用，针对BD6000型油烟净化器，提出了以下维护保养计划。

1）进行设备维护保养前，务必切断设备的总电源并对电场手动放电。

2）均流板和电场需要每月清洗检查1次。

3）定期检查设备下面的集油情况，并泄放底部的积油。

4）电场的清洗注意事项：电场的清洗可用高压水枪清洗，也可用碱液浸泡。浸泡的碱液与热水按1∶25的重量比混合可达到较好的效果；绝缘子的清洗必须用洗洁精，严禁使用纯碱之类的电解质清洗，如果有残留存在绝缘子上，会形成爬电现象，影响设备的正常运行；用洗洁精清洗4个绝缘子后，绝缘子务必擦去水分，以便保持干燥；用洗洁精清洗机箱内的表面油污，结束后用空气吹干机箱，保持机箱的干燥。同时，做好清洗后废水的收集，避免造成二次的污染[3]。

5）电场阴极针的校正

把电场按照其安装在设备里的方向摆好，用电极检查器放在每一个阳极简里，如果极针的一端刚好在检查器中间的小孔中，说明该极针没有偏差，否则就要用电极校正器来校正。

极针校正方法：观察极针偏离的方向，将校正器适合的岔口套在极针上，使之往偏离方向的反向移动，用校正器检查，反复校正直到极针在允许的偏差范围之内。

6）每次清洗时检查道门密封条的完整性，如果发现门边的密封条破损或密封性不好时，请立刻更换密封胶贴（见图10）。

图10 各部分的名称

4 结论

通过对3种类型油烟净化设备的研究，可以得出结论：对3种类型油烟净化设备的工作原理更加清晰明了；借用各类型的工作原理，可以为重组新型油烟净化设备的研发提供思想借鉴，如静电式工作原理和等离子式工作原理的组合使用；设备的故障分析和排除以及维护保养，可以为相同或者不同类型油烟机的故障解决提供帮助。