復(fù)合式油煙凈化器除油煙、除味實(shí)驗(yàn)

米俊鋒，裴登明，杜勝男，董美，潘一，李小玲

（1遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2南京科創(chuàng)環(huán)境工程發(fā)展有限公司，江蘇 南京 211000）

復(fù)合式油煙凈化器除油煙、除味實(shí)驗(yàn)

米俊鋒1，裴登明2，杜勝男1，董美1，潘一1，李小玲1

（1遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2南京科創(chuàng)環(huán)境工程發(fā)展有限公司，江蘇 南京 211000）

隨著我國(guó)餐飲業(yè)的迅速發(fā)展，大量含有有害氣體和致癌物質(zhì)的烹調(diào)油煙直接排放到空中，亟需治理，而傳統(tǒng)方法凈化效率不高，無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這一問題，本文利用離心技術(shù)、過濾技術(shù)、電暈放電技術(shù)和光解技術(shù)組合成復(fù)合式油煙凈化器，并對(duì)其凈化效率、放電電流和臭氧濃度進(jìn)行了相關(guān)研究。研究結(jié)果表明，隨著工作時(shí)間的增加，離心技術(shù)、過濾技術(shù)和電暈放電技術(shù)組合的凈化效率最為平穩(wěn)，保持在 95%左右；有過濾層時(shí)，靜電段放電電流隨工作時(shí)間的增加衰減的較慢，且相同電壓下，負(fù)電暈放電時(shí)放電電流隨工作時(shí)間衰減的更慢；有靜電段時(shí)，油煙凈化器的臭氧濃度最高，且添加過濾層技術(shù)后臭氧量減少趨勢(shì)最慢?？傮w而言，過濾技術(shù)有效地提高了凈化效率，減小了放電電流和臭氧濃度的衰減。

復(fù)合式油煙凈化器；凈化效率；放電電流；臭氧濃度

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提升，餐飲業(yè)迅速發(fā)展，導(dǎo)致大量烹調(diào)油煙排放。油煙中不但含有SO2、NOx等有害氣體和懸浮性顆粒物，更由于高溫燃燒產(chǎn)生了大量多環(huán)芳烴等致癌物質(zhì)，嚴(yán)重地危害到了居住環(huán)境和人體健康[1-3]。我國(guó)于 2001年發(fā)布了《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18483—2001）對(duì)其排放進(jìn)行了嚴(yán)格地限制[4]。因此，如何高效地凈化油煙成為目前的研究熱點(diǎn)。

油煙的凈化技術(shù)主要分為物理方法和化學(xué)方法兩類。物理法包括機(jī)械分離法、過濾法、吸附法、洗滌法和靜電法，化學(xué)法包括熱氧化法與催化燃燒法，目前我國(guó)以物理方法為主，可能存在凈化效率不高和應(yīng)用場(chǎng)合受限的問題。而復(fù)合式油煙凈化器采用全新的物理與化學(xué)相結(jié)合的方法，很大程度上提高了凈化效率，具有廣闊的發(fā)展前景[5-11]。

南京科創(chuàng)環(huán)境工程發(fā)展有限公司開發(fā)了一種復(fù)合式油煙凈化器，將離心技術(shù)、過濾技術(shù)、靜電技術(shù)、光解技術(shù)等很好地組合在一起，既提高了油煙的凈化效率，還有效地將油煙中的味道除掉，已經(jīng)在遼寧某公司食堂得到了成功應(yīng)用。本文對(duì)幾種技術(shù)組合情況下的凈化效率、放電電流和臭氧濃度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)其相關(guān)理論進(jìn)行了探索。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1為復(fù)合式油煙凈化器示意圖，首先油煙在離心風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)入裝置，并對(duì)大顆粒的油煙進(jìn)行一定的分離，之后進(jìn)入開孔棉過濾層，可以有效地將一部分油煙顆粒去除。接下來進(jìn)入到靜電段進(jìn)一步的去除，凈化后的油煙進(jìn)入到光解區(qū)，未被去除的氣態(tài)污染物與光解管產(chǎn)生O3進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)而將油煙中異味去除，凈化后的干凈空氣通過一個(gè)消音器和活性炭網(wǎng)排出設(shè)備。

圖1 復(fù)合式油煙凈化器示意圖

實(shí)驗(yàn)中所用的復(fù)合式油煙凈化器外形尺寸為2080mm×1105mm×860mm，離心風(fēng)機(jī)功率為4.0kW，利用變頻器調(diào)節(jié)圖1中風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，使風(fēng)量在0～8000m3/h之間變化，開孔棉厚度為50mm。靜電段由如圖2所示的4個(gè)模塊拼合而成，模塊為兩段式，分別為荷電段和集塵段，模塊尺寸為520mm×380mm×475mm，放電形式為鋸齒-板式，鋸齒和板間距為25mm，收塵集間距為10mm，材質(zhì)為不繡鋼，兩級(jí)之間用瓷片絕緣，光解段由6根德國(guó)進(jìn)口光解管組成，每根功率為290W。

圖2 靜電段模塊

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將圖1中的設(shè)備安裝到某職工食堂，分別測(cè)量不同技術(shù)組合條件下該裝置的凈化效率、放電電流、臭氧濃度等參數(shù)。為了方便對(duì)比，選取以下組合：①離心技術(shù)和過濾技術(shù)組合；②離心技術(shù)和電暈放電技術(shù)組合；③離心技術(shù)、過濾技術(shù)和電暈放電技術(shù)三者結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)過程中的進(jìn)出口油煙濃度利用油煙檢測(cè)儀器來檢測(cè)，進(jìn)而得到凈化效率。風(fēng)量大小通過變頻器控制：首先利用風(fēng)速儀測(cè)量風(fēng)速，然后通過式（1）計(jì)算風(fēng)量，確保各種技術(shù)組合的情況下，風(fēng)量前后不變；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將靜電段模塊拿回實(shí)驗(yàn)室，通過電壓表和電流表測(cè)量電壓和電流。

式中，Q為風(fēng)量，m3/h；Qv為風(fēng)速，m/s；S為設(shè)備橫截面積，m2。

光解管可以產(chǎn)生臭氧，臭氧的濃度直接影響著復(fù)合式油煙凈化器對(duì)味道的去除效果，為此，測(cè)量了以上3種組合與光解技術(shù)結(jié)合的復(fù)合油煙凈化器產(chǎn)生臭氧濃度隨時(shí)間變化的曲線，其中，臭氧的體積濃度利用臭氧分析儀來檢測(cè)，質(zhì)量濃度根據(jù)式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中，X為臭氧的質(zhì)量濃度，mg/m3；C為臭氧的體積分?jǐn)?shù)，cm3/m3；M為臭氧的相對(duì)分子質(zhì)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同油煙凈化技術(shù)組合情況下的凈化效率

固定實(shí)驗(yàn)的風(fēng)量為 8000m3/h，工作電壓為12kV，分別測(cè)量3種技術(shù)組合情況下凈化效率隨時(shí)間的變化，如圖3所示。從圖3中可以看出，離心技術(shù)和電暈放電技術(shù)組合的最初油煙凈化效率可以達(dá)到90%，高于離心技術(shù)和過濾技術(shù)的組合。但是在應(yīng)用的過程中凈化效率逐漸下降，4個(gè)月后凈化效率只有31%左右，分析原因主要是電暈放電技術(shù)在處理油煙的過程中容易使放電極和集塵極表面黏附一層油煙，隨著外層黏附油煙厚度的增加，使其放電電流變小，影響了煙氣中油煙的荷電。而后者隨著工作時(shí)間的增加，使過濾層的微孔逐漸縮小，所以對(duì)油煙的過濾效果就更好了，凈化效率隨時(shí)間的變化有所提高。離心技術(shù)、過濾技術(shù)和靜電技術(shù)相結(jié)合的油煙凈化器由于具有上述兩種油煙凈化器的優(yōu)點(diǎn)，所以凈化效率隨著工作時(shí)間的增加變化不大，保持在95%左右。

圖3 3種組合油煙凈化器的凈化效率隨時(shí)間的變化曲線

2.2 電暈放電電流隨工作時(shí)間的變化

為了研究過濾層對(duì)靜電段的保護(hù)程度，不定期地將離心技術(shù)和靜電技術(shù)組成的油煙凈化器中的靜電段取出，同時(shí)將離心技術(shù)、過濾技術(shù)和靜電技術(shù)組成的靜電段取出，將這兩種情況下靜電段拿到實(shí)驗(yàn)室中，利用圖4中的電路對(duì)這兩種情況下的靜電段進(jìn)行測(cè)量，圖中虛框內(nèi)整體代表圖2中的靜電段，利用高壓電壓表測(cè)量鋸齒電極和板電極之間的電壓，利用電流表測(cè)量電暈放電電流。

圖4 靜電段放電電流測(cè)量的示意圖

當(dāng)電壓分別為12kV和15kV的時(shí)候，得到了放電電流隨使用時(shí)間的變化規(guī)律，如圖5所示。根據(jù)圖 5，有過濾層的時(shí)候，靜電段放電電流隨工作時(shí)間的增加衰減的較慢，過濾層對(duì)靜電段電流衰減起到了一定的減緩作用，保持了靜電段的有效工作。圖3和圖5說明了離心技術(shù)和電暈放電技術(shù)組成的油煙凈化器不能保持長(zhǎng)期高效的原因，主要是因?yàn)橛蜔煂?duì)靜電段電極的黏附使電暈放電電流減弱，進(jìn)而降低了靜電段的凈化效率。

用正高壓電源代替圖4中的負(fù)高壓電源，得到了正電暈放電時(shí)放電電流隨工作時(shí)間的變化曲線，如圖6所示。根據(jù)圖5和圖6，可以看出無論正電暈放電還是負(fù)電暈放電，過濾層都對(duì)靜電段起到了保護(hù)作用，使其能夠更長(zhǎng)時(shí)間地正常放電。

圖5 負(fù)電暈放電時(shí)放電電流隨工作時(shí)間的變化

圖6 正電暈放電時(shí)放電電流隨工作時(shí)間的變化

2.3 正負(fù)電暈放電電流對(duì)比

為了研究過濾層對(duì)正負(fù)電暈放電的保護(hù)效果，將圖 5和圖 6中的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了整理，得到了12kV時(shí)離心技術(shù)、過濾技術(shù)和靜電技術(shù)組合的油煙凈化器靜電段放電電流衰減百分比隨時(shí)間變化的曲線，如圖7所示。

圖7 有過濾層時(shí)放電電流衰減百分比隨工作時(shí)間的變化曲線

根據(jù)圖 7，離心技術(shù)、過濾技術(shù)和電暈放電技術(shù)組成的油煙凈化器在現(xiàn)場(chǎng)工作一段時(shí)間后（現(xiàn)場(chǎng)采用的是負(fù)電暈放電的形式），將靜電段定期取出，當(dāng)電壓為12kV的時(shí)候，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量正負(fù)電暈放電的電流，整理出放電電流隨使用時(shí)間的衰減規(guī)律，表明負(fù)電暈放電放電電流隨工作時(shí)間衰減的更慢，分析原因可能是負(fù)電暈放電產(chǎn)生的空間電荷對(duì)放電極附近的電場(chǎng)有加強(qiáng)作用[12]，因此，一定程度上彌補(bǔ)了油煙對(duì)電極表面覆蓋引起的電場(chǎng)減弱情況。

2.4 臭氧濃度隨工作時(shí)間的變化情況

當(dāng)風(fēng)量為8000m3/h時(shí)，測(cè)量了以下3種復(fù)合油煙凈化器產(chǎn)生臭氧濃度隨時(shí)間變化的曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 幾種復(fù)合式油煙凈化器工作時(shí)臭氧濃度隨時(shí)間變化的曲線

在復(fù)合式油煙凈化器使用初期，有靜電段的油煙凈化器產(chǎn)生的臭氧濃度更高，原因是靜電段的電暈放電產(chǎn)生了低溫等離子體，電離空氣中的氧氣生成臭氧。另外，隨著使用時(shí)間的增加，不含過濾技術(shù)的油煙凈化器凈化效率明顯下降，未被捕集的油煙顆粒黏附到了光解管上，影響了光解管對(duì)空氣的電離，所以產(chǎn)生的臭氧量明顯下降。與離心技術(shù)、電暈放電技術(shù)和光解技術(shù)組成的油煙凈化器相比，離心技術(shù)、過濾技術(shù)和光解技術(shù)組成的油煙凈化器產(chǎn)生臭氧量隨使用時(shí)間衰減較慢，主要原因是其對(duì)油煙顆粒物的凈化效率更高，導(dǎo)致油煙對(duì)后面光解管的粘附程度減小，所以臭氧濃度衰減速度較慢；同理，離心技術(shù)、過濾技術(shù)、電暈放電技術(shù)和光解技術(shù)組成的油煙凈化器的臭氧濃度下降最為緩慢。

2.5 對(duì)比分析

通過以上實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，過濾層有效地提高了靜電段和光解段前的凈化效率，保證收塵電極和光解管不輕易被油煙黏附，減小了放電電流和臭氧濃度的衰減，使復(fù)合式油煙凈化器的凈化效率穩(wěn)定在95%左右，免于頻繁地清洗和保養(yǎng)。

本設(shè)備與常用的油煙凈化設(shè)備對(duì)比見表 1[7]。從表1中可以看出，本設(shè)備具有凈化效率高、易于保養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與常用油煙凈化設(shè)備性能對(duì)比

3 結(jié) 論

（1）離心技術(shù)和電暈放電技術(shù)組合的油煙凈化器在應(yīng)用的過程中凈化效率逐漸下降，離心技術(shù)和過濾技術(shù)組合的油煙凈化器則隨著使用時(shí)間有所提高，而離心技術(shù)、過濾技術(shù)和靜電技術(shù)相結(jié)合的油煙凈化器由于具有上述兩種油煙凈化器的優(yōu)點(diǎn)，凈化效率隨著工作時(shí)間的增加變化不大，保持在95%左右。

（2）有過濾層的時(shí)候，靜電段放電電流隨工作時(shí)間的增加衰減得較慢，過濾層對(duì)靜電段電流衰減起到了一定的減緩作用，保持了靜電段的有效工作。相同電壓下，負(fù)電暈放電時(shí)放電電流隨工作時(shí)間衰減得更慢。

（3）復(fù)合式油煙凈化器使用初期，有靜電段的油煙凈化器產(chǎn)生的臭氧濃度更高。隨著使用時(shí)間的增加，離心技術(shù)、電暈放電技術(shù)和光解技術(shù)組成的油煙凈化器產(chǎn)生的臭氧量減少最快，而添加了過濾技術(shù)后，產(chǎn)生臭氧量隨使用時(shí)間衰減最慢。

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·征訂啟事·

Experiments on removing fume and smell of cooking fume composite purifier

MI Junfeng1，PEI Dengming2，DU Shengnan1，DONG Mei1，PAN Yi1，LI Xiaoling1
（1College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，Liaoning，China；2Nanjing Kechuang Environment Engineering Develop Co.，Ltd.，Nanjing 211000，Jiangsu，China）

With the rapid development of catering industry in China，a large number of cooking fumes containing harmful gases and carcinogens have been emitted directly into the air，which need to be treated urgently. However，the purification efficiency of traditional methods is low and cannot meet the emission standard. To solve this problem，a composite cooking fume purifier was developed using technologies of centrifuge，filtration，corona discharge and photolysis. The purification efficiency，discharge current，and ozone concentration were studied. The results showed that when using the technologies of centrifuge，filtration and corona discharge，the purification efficiency was the most stable and kept about 95% with the increase of working hours. When there were filter layers，the discharge current in the electrostatic section decreased slowly over time，and it was more slowly at the negative corona discharge at the same voltage. When there was electrostatic section，the ozone concentration of cooking fume purifier was the highest，and it decreased most slowly after adding filter layers. Overall，the filtration technology could effectively improve the purification efficiency，slow down the decline of discharge current and ozone concentration.

cooking fume composite purifier；purification efficiency；discharge current；ozone concentration

X 511

A

1000-6613（2015）12-4403-05

10.16085/j.issn.1000-6613.2015.12.045

2015-07-03；修改稿日期：2015-08-14。

及聯(lián)系人：米俊鋒（1980—），男，講師，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榈蜏氐入x子體應(yīng)用研究。E-mail bsmi2007@sina.com。