油煙余熱回收裝置的典型方案及其應(yīng)用特性

周長(zhǎng)明陳東謝繼紅樊佳琪

（天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院)

油煙余熱回收裝置的典型方案及其應(yīng)用特性

周長(zhǎng)明*陳東謝繼紅樊佳琪

（天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院)

餐廚油煙中不但含有多種有害物質(zhì)，同時(shí)也含有豐富的余熱。給出了可用于回收油煙余熱的四種裝置：水強(qiáng)制循環(huán)式油煙余熱回收裝置、水自然循環(huán)式油煙余熱回收裝置、熱管-水箱型油煙余熱回收裝置和熱管-夾套型油煙余熱回收裝置。介紹了四種油煙余熱回收裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理和基本特點(diǎn)。分析表明，熱管-夾套型油煙余熱回收裝置可在回收油煙余熱的同時(shí)，對(duì)油煙中有害成分實(shí)現(xiàn)較好的凈化，具有較好的綜合優(yōu)勢(shì)。

油煙余熱回收熱管熱水節(jié)能

0 背景

在我國(guó)的飲食方式中，大多數(shù)食物需要在高溫下進(jìn)行煎、炒、烹、炸等加工過程，在此過程中會(huì)產(chǎn)生大量的油煙。油煙的主要成分有油蒸氣、食材、食用油中部分組分在高溫作用下反應(yīng)生成的復(fù)雜有機(jī)物、水蒸氣以及灶臺(tái)燃料燃燒產(chǎn)生的尾氣等，其溫度可達(dá)60℃左右。油煙直接排入環(huán)境，不但會(huì)造成環(huán)境污染，也造成熱能浪費(fèi)[1-3]。

目前對(duì)油煙的處理主要集中在污染物的處理上，如熱氧化焚燒法、催化凈化法、慣性分離法、靜電沉積法、過濾吸附法、生物法及復(fù)合方法[4-6]，但對(duì)油煙中余熱的回收利用研究較少。

基于此，本文給出了對(duì)油煙中余熱進(jìn)行回收利用的四種技術(shù)方案，對(duì)其結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用特性進(jìn)行了較系統(tǒng)的介紹。

1 水強(qiáng)制循環(huán)式油煙余熱回收裝置

水強(qiáng)制循環(huán)式油煙余熱回收裝置原理如圖1所示。

由圖1可見，該裝置分兩部分：水循環(huán)單元和油煙處理單元。水循環(huán)單元由熱水箱、循環(huán)泵、翅片管換熱器、調(diào)節(jié)閥及管道構(gòu)成，水在其中循環(huán)流動(dòng)來帶走油煙余熱；油煙處理單元由煙道及翅片管換熱器構(gòu)成，油煙在其中流動(dòng)時(shí)被吸熱冷卻。

圖1 水強(qiáng)制循環(huán)式油煙余熱回收裝置原理

水強(qiáng)制循環(huán)式油煙余熱回收裝置的工作過程為：當(dāng)排油煙機(jī)開始工作時(shí)，裝置中的循環(huán)泵也同時(shí)啟動(dòng)，油煙廢氣經(jīng)過煙道中的翅片管換熱器，與翅片管換熱器管內(nèi)的水進(jìn)行逆流換熱，油煙被吸熱冷卻，油煙中油蒸氣及水蒸氣被凝結(jié)為油水混合液，并通過煙道下方的排油口流出收集；翅片管換熱器管中的水被油煙加熱，通過循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入熱水箱；如此連續(xù)循環(huán)，熱水箱中的水的溫度不斷上升，從而獲得廚房清洗等所需熱水。

該裝置具有如下特點(diǎn)：熱水箱的位置布置比較靈活，油煙和熱水的換熱強(qiáng)度比較好，但是水的循環(huán)需要靠循環(huán)泵來驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，循環(huán)泵增加了裝置成本，安裝和維護(hù)要求也較高。

2 水自然循環(huán)式油煙余熱回收裝置

水自然循環(huán)式油煙余熱回收裝置原理如圖2所示。

圖2 水自然循環(huán)式油煙余熱回收裝置原理

由圖2可見，該裝置分為水加熱單元和油煙處理單元。水加熱單元由熱水箱、換熱管、調(diào)節(jié)閥及管道構(gòu)成，換熱管和熱水箱連通；油煙處理單元由煙道和換熱管構(gòu)成，換熱管布置在煙道內(nèi)。

水自然循環(huán)式油煙余熱回收裝置的工作過程為：當(dāng)排油煙機(jī)開始工作時(shí)，排出的油煙廢氣流經(jīng)煙道，與換熱管內(nèi)的水進(jìn)行換熱，油煙廢氣被吸熱冷卻，油煙中油蒸氣及水蒸氣被凝結(jié)為油水混合液，經(jīng)排油口流出收集；換熱管內(nèi)的水被油煙加熱，水溫升高，水的密度變小，密度變小的水沿?fù)Q熱管的側(cè)壁向上方的熱水箱內(nèi)流動(dòng)，同時(shí)熱水箱內(nèi)的水沿?fù)Q熱管的中心部位向換熱管的下部流動(dòng)，從而在換熱管與熱水箱之間形成自然循環(huán)，使熱水箱內(nèi)的水溫不斷升高，從而獲得廚房清洗等所需熱水。

該裝置工作時(shí)無需循環(huán)泵，但是熱水箱的位置必須設(shè)置在煙道上方，同時(shí)換熱管內(nèi)熱水與油煙的換熱強(qiáng)度相對(duì)較弱。

3 熱管-水箱型油煙余熱回收裝置

熱管-水箱型油煙余熱回收裝置原理圖如圖3所示。

圖3 熱管-水箱型油煙余熱回收裝置原理

由圖3可見，該裝置分為熱管水箱單元和油煙處理單元。熱管水箱單元由熱水箱、熱管、調(diào)節(jié)閥及管道構(gòu)成，熱管的放熱端設(shè)置在熱水箱內(nèi)，熱管與熱水箱的接觸處一般通過焊接密封；油煙處理單元由煙道和熱管構(gòu)成，熱管的吸熱端設(shè)置在煙道中。

熱管-水箱型油煙余熱回收裝置的工作過程為：排油煙機(jī)工作時(shí)，排出油煙流經(jīng)煙道，油煙在煙道內(nèi)流過熱管時(shí)將熱量傳給熱管內(nèi)的工質(zhì)，油煙被吸熱降溫，油煙中油蒸氣及水蒸氣被凝結(jié)為油水混合液，經(jīng)排油口流出收集；熱管內(nèi)的工質(zhì)吸收油煙熱量后氣化，工質(zhì)蒸氣在熱管內(nèi)上升到達(dá)水箱內(nèi)的放熱端凝結(jié)放熱，將熱量傳給熱管外的水并凝結(jié)為液態(tài)，再沿?zé)峁軆?nèi)壁流下；如此通過熱管內(nèi)工質(zhì)的不斷相變和循環(huán)，連續(xù)把油煙的熱量傳遞給熱水箱內(nèi)的水，熱水箱內(nèi)的水溫不斷升高，獲得廚房清洗等所需熱水。

該裝置可解決水自然循環(huán)式油煙余熱回收裝置換熱管與油煙換熱強(qiáng)度不高的缺點(diǎn)，同時(shí)該裝置運(yùn)行也無需循環(huán)泵來驅(qū)動(dòng)，但是熱水箱需設(shè)置在煙道的上方，同時(shí)熱管和熱水箱的接觸面的密封要求較高，加工較復(fù)雜。

4 熱管-夾套型油煙余熱回收裝置

熱管-夾套型油煙余熱回收裝置原理圖如圖4所示。

圖4 熱管-夾套型油煙余熱回收裝置原理

由圖4可知，該裝置分熱管夾套單元和油煙處理單元。熱管夾套單元由熱水箱、夾套、調(diào)節(jié)閥和管道構(gòu)成，熱管的放熱端位于夾套內(nèi)，調(diào)節(jié)閥、熱管夾套和熱水箱之間通過管路依次連接；油煙處理單元由煙道和熱管構(gòu)成，熱管的吸熱端位于煙道內(nèi)。

熱管-夾套型油煙余熱回收裝置的工作過程為：當(dāng)排油煙機(jī)工作時(shí)，排出油煙進(jìn)入煙道，與熱管內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行換熱，油煙被吸熱冷卻，油煙中油蒸氣及水蒸氣被凝結(jié)為油水混合液，經(jīng)排油口流出收集；熱管內(nèi)工質(zhì)吸收油煙的熱量氣化上升到放熱端加熱夾套內(nèi)的水，工質(zhì)放熱冷凝后沿管內(nèi)壁再流回?zé)煹纼?nèi)的吸熱端，如此循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油煙熱量連續(xù)傳給夾套內(nèi)的水；自來水經(jīng)調(diào)節(jié)閥先進(jìn)入末排熱管的夾套，依次向前在夾套內(nèi)流動(dòng)，通過控制調(diào)節(jié)閥的開度和自來水流量，可使自來水流出末排熱管夾套時(shí)，其溫度即可達(dá)到廚房清洗所需溫度，然后直接排入熱水箱內(nèi)，即該裝置對(duì)自來水的加熱為一次性加熱形式。

該裝置與熱管-水箱型油煙余熱回收裝置相比較，水箱位置布置可較靈活，無需設(shè)置在煙道上方。同時(shí)，由于水是通過夾套依次由末排熱管向首排熱管流動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)水與油煙之間完全逆流換熱，從而可使出熱管的熱水直接達(dá)到廚房清洗所需熱水溫度；煙道內(nèi)出末排熱管的油煙廢氣溫度很低，從而可以使油煙中的油蒸氣和水蒸氣等有害物質(zhì)最大限度被凝結(jié)排出，使排出煙道油煙中的有害物質(zhì)含量大幅度減少。此外，由于夾套內(nèi)水和熱管工質(zhì)是強(qiáng)制流動(dòng)換熱，其換熱強(qiáng)度也較高。

以油煙排放量500 m3/h家庭廚房為例，當(dāng)進(jìn)入煙道的油煙溫度為60℃，當(dāng)?shù)刈詠硭臏囟葹?5℃，需制取的廚房熱水溫度為50℃時(shí)，利用該裝置每小時(shí)可制取熱水量約125 kg。

5 結(jié)論及建議

四種回收油煙余熱的技術(shù)方案各具特點(diǎn)。水強(qiáng)制循環(huán)式油煙余熱回收裝置熱水箱的布置比較靈活，水和油煙的換熱強(qiáng)度也較好，但必須設(shè)置循環(huán)泵。水自然循環(huán)式油煙余熱回收裝置可不需要循環(huán)泵，但是熱水箱必須設(shè)置在煙道上方，同時(shí)熱水與油煙的換熱較弱。熱管-水箱型油煙余熱回收裝置可解決油煙和水換熱弱的問題，但是水箱位置也必須設(shè)置在煙道上方。熱管-夾套型油煙余熱回收裝置不但熱水箱的位置設(shè)置較靈活，無需泵驅(qū)動(dòng)，而且通過熱管水與油煙的換熱強(qiáng)度較高，自來水可一次性被加熱為熱水，油煙也可被冷卻到接近自來水溫度。也就是說，不但油煙中余熱的回收效率較高，同時(shí)油煙中有害物質(zhì)的凝結(jié)清除效果也較佳，因此可進(jìn)一步對(duì)該裝置進(jìn)行更加系統(tǒng)深入的研究。

[1]施超峰.飲食業(yè)油煙污染及抽排設(shè)計(jì)[J].科技縱橫, 2004（10）：25-27.

[2]夏正兵.新型油煙脫排凈化機(jī)的研究[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2015（4）：31-33.

[3]馬煥煥，王安.餐飲油煙污染危害及治理建議[J].綠色科技，2015（1）：199-201.

[4]黃小琴.餐飲業(yè)油煙污染及其控制方法[J].化學(xué)工程與裝備，2009（5）：199-201.

[5]范宗明，蔣達(dá)華.廚房油煙污染凈化技術(shù)應(yīng)用探討[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010（3）：46-49.

[6]姚鑫，陳猛，范澤云，等.烹飪油煙污染及其控制技術(shù)研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2015（3）：53-58.

Typical Scheme and Application Characteristics of Fume Waste Heat Recovery Device

Zhou ChangmingChen DongXie JihongFan Jiaqi

Kitchen fume contains not only a variety of harmful substances,but also rich waste heat.Four devices for recovering the waste heat in fume are offered:forced water circulation system,natural water circulation system,heat pipe-tank system,and heat pipe-jacket system.The structures,working principles and basic characteristics of the four kinds of waste heat recovery devices are introduced.The analysis shows that the heat pipe-jacket system for fume waste heat recovery has good comprehensive advantages,with high fume waste heat recovery and harmful components removing efficiency.

Fume;Waste heat recovery;Heat pipe;Heat water;Energy conservation

TK 11+5

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.12.001

2016-07-28)

*周長(zhǎng)明，男，1990年生，碩士研究生。天津市，300222。