一種新型油煙機(jī)的試驗(yàn)研究

夏正兵

(江蘇城市職業(yè)學(xué)院 南通校區(qū) 江蘇 南通：226000)

0 引言

油煙含有200余種成分，其主要污染物是油分和惡臭物質(zhì)[1]。油煙的有害成分很多，對(duì)人體健康有很大的影響(見表1)。油煙和蒸氣的性質(zhì)一樣，完全遵守布朗運(yùn)動(dòng)原理，也符合流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，油煙受到氣體動(dòng)力作用會(huì)滯留在室外空氣中，油煙被人體吸入身體后，人的呼吸道黏膜會(huì)大大受損，人體的免疫功能也會(huì)降低[2]。據(jù)相關(guān)研究資料顯示:引起肺癌的主要因素中,油煙因素排第二。餐飲業(yè)工作人員的鼻咽癌發(fā)病率遠(yuǎn)高于其他行業(yè)相關(guān)人員，若去除餐飲業(yè)油煙和吸煙的污染,會(huì)使肺癌的發(fā)病率大幅減少。大氣的擴(kuò)散會(huì)起到一定的稀釋作用,可消除部分油煙污染,但現(xiàn)實(shí)生活中，人們生活空間狹小,并且住房密度與高度也不斷增加,一定程度上影響了油煙的擴(kuò)散，稀釋也很困難,使得城市油煙污染不斷加劇[3-5]。

表1 油煙的主要有害化學(xué)成分表

1 目前幾種油煙機(jī)的性能比較

目前飲食業(yè)油煙凈化設(shè)備依據(jù)不同的治理技術(shù)方法，主要有機(jī)械式凈化設(shè)備、濕式凈化設(shè)備、靜電式凈化設(shè)備等幾種。表2是各種油煙處理方法技術(shù)性能比較，都存在一定缺陷2[6]。

從表2可以看出，各種油煙處理設(shè)備的凈化效率相差不大，水霧水膜洗滌法、運(yùn)水煙罩技術(shù)、靜電法的運(yùn)行本體阻力較小，但投資較大。

在運(yùn)行維護(hù)管理方面，旋風(fēng)分離法的費(fèi)用較小，蜂窩式凈化法的維修量較大，靜電法的清洗量大。水霧水膜洗滌法和運(yùn)水煙罩技術(shù)需配備專門的清洗液和定期收集油污、添加藥劑，易對(duì)環(huán)境造成二次污染，因此需對(duì)清洗液進(jìn)行后處理。

表2 幾種油煙處理技術(shù)性能比較

2 油煙氣內(nèi)油滴粒度分布

油煙粒度的分析采用的是英國(guó)MARVERN公司的Mastersizer型激光粒度儀。該儀器是利用光衍射的原理，測(cè)量的基本范圍是0.01-3000μm。該激光粒度儀的基本原理是:某種物質(zhì)已知吸收系數(shù)和光折射系數(shù)，物質(zhì)中不同粒徑的顆粒對(duì)光線會(huì)有不同的散射效果，大直徑微粒的折射角度小，而較小直徑的顆粒折射角度大，當(dāng)物質(zhì)的樣品放入粒度儀時(shí)，立即會(huì)衍射出各式各樣的衍射光環(huán)，這些光環(huán)明暗相間，在儀器接收區(qū)分布著46個(gè)光感受器，各個(gè)感受器會(huì)收集某一范圍的光線，然后感受器會(huì)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳給電腦端，最后經(jīng)過(guò)Mastersizer軟件相關(guān)處理，就可生成樣品的粒徑分布圖。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的油煙氣內(nèi)油滴粒度分布圖見圖1。

圖1 油煙內(nèi)油滴粒度體積分布與累積分布曲線

3 油煙旋流器的設(shè)計(jì)

3.1 旋流式油煙機(jī)的分離性能設(shè)計(jì)

分離效率指標(biāo)有總效率Ec，分割粒度x50,最小(臨界)粒徑xc等。

(1)分離效率

對(duì)于旋風(fēng)分離，常用凈化效率(亦即澄清效率)Ec作為總效率來(lái)衡量分離性能，即：

式中，Ci,C0分別為進(jìn)氣和溢流排氣中的顆粒含量。

根據(jù)上式，總效率可通過(guò)實(shí)測(cè)進(jìn)、出口氣體的顆粒濃度后計(jì)算得到。

(2)分割粒度x50

標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器的分割粒度x50是指在粒級(jí)效率曲線上對(duì)應(yīng)于 50%分離效率的粒度，可用下式計(jì)算：

式中D為旋風(fēng)分離器的直徑，即圓筒部分的直徑；Vi為進(jìn)風(fēng)速度；μ為氣體粘度；ρp,ρg為分別為顆粒和氣體的密度。

通過(guò)計(jì)算，若要95%以上的分離凈化效率，x50=2.6μm(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器的分割粒度公式求得，其中：大豆油油滴密度ρp取910kg/m3，40℃下空氣的密度ρg取1.0kg/m3，粘度μ取1.9×10-5Pa·s,試驗(yàn)用油煙粒度在16μm以內(nèi)，D=100mm，Vi=28m/s)。

(3) 最小(臨界)粒徑xc

最小(臨界)粒徑是指在粒級(jí)的效率曲線上的x100，該直徑是判別旋流分離器的分離效率的最重要依據(jù)。

假設(shè)：

①氣流嚴(yán)格按照螺旋流動(dòng)且保持與進(jìn)口氣速相同的切向速度；

②顆粒在分離內(nèi)作層流下的自由沉降；

③顆粒在器內(nèi)穿過(guò)厚度為整個(gè)進(jìn)氣寬度的氣層方能到達(dá)壁面，則顆粒的離心沉降速度為：

式中:Vi為進(jìn)口氣速；Rm為氣體平均旋轉(zhuǎn)半徑。

由假設(shè)③，顆粒到達(dá)器壁所需要的沉降時(shí)間為

式中：B為矩形入口寬度。

令氣流在旋風(fēng)分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N，則它在旋風(fēng)分離的周向運(yùn)行距離為2πRmN。這樣，顆粒的停留時(shí)間為：

若某種顆粒所需要的沉降時(shí)間正好等于停留時(shí)間，則該顆粒的直徑被定義為臨界粒徑，于是有：

由于B和D成正比，故D越大，油煙的分離效果便越差。如果氣體處理量很大，最有效方案是將多個(gè)小尺寸的旋風(fēng)分離器并聯(lián)起來(lái)使用，分離效率會(huì)大大提高。

3.2 功率計(jì)算

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D、初定的入口速度Vi，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，從而計(jì)算油煙機(jī)風(fēng)機(jī)的功率。

試驗(yàn)樣機(jī)如圖2所示，D=100mm,D0=50mm,L1=203mm,L2=200mm的旋風(fēng)分離器，取壓力降ΔP=4kPa，取Qi=216m3/h，此時(shí)旋流分離器上的計(jì)算功率為：

N1=ΔPQi=400×216/3600=24.0W

圖2 油煙脫排凈化機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

4 試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)裝置

采用獨(dú)特的雙旋流設(shè)計(jì)，使油滴在超重力場(chǎng)中得以分離。油煙凈化器樣圖見圖3、圖4。

4.2 油煙凈化效率與顆粒濃度關(guān)系研究

變化油鍋加熱的溫度，從而變化油煙濃度，得出試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)(表3)，再與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，得出出口油煙顆粒濃度、出口油煙質(zhì)量濃度、油煙去除率等核心指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。該技術(shù)在原來(lái)的基礎(chǔ)上有了很大的改進(jìn)，凈化效率達(dá)到了89%以上。

試驗(yàn)同時(shí)證明油煙機(jī)的吸口與烹飪油面的距離790mm時(shí)，最合適并且凈化效率最高。

圖3 正立面圖

圖4 側(cè)面圖

序號(hào)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/%18.430.6492.40210.680.9691.01312.591.3289.52412.701.2590.16

5 結(jié)論

分析了國(guó)內(nèi)外油煙機(jī)的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用了旋流油煙凈化技術(shù)。通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究結(jié)合的方式，對(duì)油煙處理效果進(jìn)行比較分析，得出如下結(jié)論:

(1)油煙機(jī)的吸口與烹飪油面的距離為790mm時(shí)，油煙凈化機(jī)的凈化效率高，去除率最低達(dá)89%。

(2)旋流油煙凈化機(jī)應(yīng)用旋流技術(shù)對(duì)油煙進(jìn)行脫排并凈化，葉輪是直接與凈化后的油煙相接觸，避免葉輪被油滴污染。油煙的流動(dòng)非常順暢，出現(xiàn)龍卷風(fēng)的抽吸效果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不會(huì)堵塞，不需要清洗。