家庭抽油烟机的油烟净化技术

2023-01-10田连辉

现代制造技术与装备 2022年12期

田连辉

（广东康美风通风设备有限公司，惠州 511500）

2013年，中国科学院发布“大气灰霾追因与控制”的专项研究。该研究结果表明，餐饮油烟排放、机车排放以及采暖排污等逐渐成为北京市强霾污染的主要污染源[1]。家庭烹饪油烟量大、面积范围广且高度分散。控制家庭油烟排放可保护大气环境，减少城市雾霾。现阶段我国家庭厨房的抽油烟机只是将厨房污染物转移至室外，利用叶轮旋转产生的离心力，使大颗粒油烟和水滴分离，但无法处理细颗粒物和挥发性有机化合物。因此，需要提高抽油烟机净化技术水平，确保人们的生活质量[2]。

1 家庭厨房油烟

1.1 油烟产生过程

我国传统饮食讲究色香味俱全，其中炒、炸、烤等烹饪技术应用较多，而食物烹饪过程将产生大量油烟。现今，人们的饮食水平不断提升，餐饮业发展迅速，油烟污染问题得到了社会的重点关注[3]。家庭烹饪具有油烟量大、面积范围广以及高度分散的特征，增加了油烟治理管控难度。厨房油烟主要是指食物烹饪过程中挥发的油脂、有机质以及热氧化与热裂解的产物。家庭烹饪时温度逐步升高，油脂分解速度逐步加快，食品内部含有的水分急剧汽化膨胀，冷凝成雾和油烟共同形成油烟雾。高温下，挥发物、食用油、食品的分解物和各种反应产物混合在一起形成油烟，同时伴随着刺激性气味。

1.2 家庭厨房油烟成分

厨房油烟主要由细颗粒物、可沉降颗粒物以及挥发性有机物等构成。从形态组成方面来看，油烟主要是由颗粒物和气态污染物构成。颗粒物分为固态颗粒和液态颗粒两种。家庭厨房油烟中的化学成分有20多种，包括油脂、颗粒物、烃类、醛酮类、醇类、酯类以及一些杂环类化合物等。烃类污染物的主要成分是烷烃和烯烃。醛酮类污染物的主要成分是甲醛、乙醛以及丙酮等。

1.3 厨房油烟危害

1.3.1 对周围环境的危害

家庭烹饪油烟是细颗粒物和挥发性有机化合物的重要来源，是导致强霾污染的关键性因素。厨房油烟的挥发性有机物与环境中的氮氧化物发生反应，可加速二次颗粒物的形成。油烟污染物的排放会直接影响大气能见度。油烟通过排烟管道排出，上升过程中会与周围的冷空气换热，向四周逐步扩散，与空气中悬浮的颗粒物和其他有害气体结合，经由紫外线的照射产生大量羟基自由基和臭氧，继而产生光化学烟雾污染。油烟产生的污染物大面积飘散在空气，受到气体分子间力的作用表现出一定的黏性，导致空气中油烟气凝聚物数量逐步增加，甚至部分油烟会附着在建筑物的表面，影响建筑物的美观性，大大增加了火灾等安全事故的发生概率，给人们的日常生活带来了极大的安全隐患。

1.3.2 对身体健康的危害

大量研究结果表明，长期性吸入油烟有损人体器官，易使人们患呼吸系统疾病，大大增加了患癌风险。

第一，呼吸系统疾病。人体呼吸道长时间受到厨房油烟的刺激，会出现疲乏无力、精神不佳以及食欲减退等情况，导致人体出现心烦和嗜睡等症状，也被称为“油烟综合征”。食用油加热至150 ℃会产生丙烯醛等挥发性物质，有着强烈的辛辣味，会对人的鼻子、眼睛以及黏膜细胞带来极大损伤。倘若未能妥善防护，将会诱发鼻炎、咽喉炎等疾病，大大增加了患哮喘和肺癌的概率。

第二，致癌性和遗传毒性。厨房油烟还会产生致癌物苯并芘，主要产生于高温处理过的食物和被污染的环境。苯并芘的存在会损伤人体细胞染色体，长期吸入会诱发人们肺腑组织癌变、基因突变以及染色体损伤等。

第三，肝脏损伤。厨房烹调油烟成分大多是脂溶性物质，经由呼吸道后进入血液循环至人体内的肝组织。有害物质参与肝脏代谢活动后将会产生肝毒性物质，给肝脏造成极大的损伤。

2 家庭抽油烟机的油烟净化技术分析

2.1 油烟净化技术优化设计

家庭抽油烟机油烟净化技术的优化能够保障人们的生活质量。研究表明，对环吸控烟技术、风机性能优化技术、颗粒物多级净化技术以及挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）净化技术进行优化，可大大提高抽烟机的净化效果。

2.1.1 环吸控烟技术优化

传统油烟机净化技术主要依靠集烟腔的缓冲实现控烟，但无法全面控制爆炒阶段产生的大流量油烟，会出现家庭烹饪油烟污染物在室内大面积聚集的情况。结合油烟与大气耦合的运动特征，将抽油烟机进风口扩压，引入一块中间高、周边低的扩压引流控烟板，可有效改善抽油烟机下侧和边缘的压力程度。

2.1.2 风机性能技术优化

风机系统是抽油烟机运行的核心动力系统，系统结构及仿真如图1所示。现阶段应用的抽油烟机风机主要是离心风机，运行过程中会产生噪声。为了提高风机的降噪水平，可利用流体机械原理“速度三角形”，借助计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）优化风机系统的进风结构。应用双向倾斜的蜗舌，确保应用装置倾斜曲面分布，满足双进风叶轮气流速度的需求，利用蜗舌运行产生的噪声源抵消风机运行的原噪声。

图1 风机系统结构及仿真

开发风机叶轮能有效降低噪声，优化风机性能，如图2所示。叶片出口端设置波浪形锯齿状结构，能改善叶片尾缘尾迹脱落的区域，有效降低脱落涡对尾迹流动的影响。通过限制锯齿的高度和宽度降低风机的噪声，可减少锯齿对风机压力和风量的影响。

图2 风机低噪高效叶轮设计

2.1.3 颗粒物多级净化技术优化

家庭烹饪油烟中的颗粒物成分复杂，粒径分布广泛，单一化的油烟净化技术无法获得高效率的净化效果，需要借助高质量的油烟颗粒物多级净化技术进行油烟净化。传统抽油烟机的油烟颗粒物过滤主要是由前端油网冷凝吸附和叶轮离心过滤实现，无法彻底处理油烟颗粒物。现阶段的家庭抽油烟机主要是在进风口区域设置油网，使大部分气流从靠近进风口的中部通过，大大提高了油网的中部负压水平。家庭烹饪产生的油烟在负压较低区域，无法有效过滤家庭烹饪产生的油烟，需要设置多个叶片。每一个叶片需要沿着边框的宽度方向，平稳均匀地过滤油网的油烟气流，大大提高油烟的过滤效率。

2.1.4 VOCs净化技术优化

活性炭吸附手段是VOCs净化技术常应用的净化措施。家用抽油烟机后端受到安装空间和烟管截面小等因素影响，需将烟管内的平均气流速度控制在10 m·s-1。较大的气流速度会增大油烟过滤阻力，也会影响活性炭本身的吸附效果，大大降低VOCs净化效果。所以，需要合理降低气流速度，最大限度地提高活性炭的吸附净化效率。家庭抽烟机设计一款放置于厨房吊顶内部的净化箱体，净化箱体一端需要与抽油烟机后端出风烟管相连接，另一层与公共烟道相连接。在净化箱的内部需要放置一层或是多层的活性炭滤网和滤料。抽油烟机排出的废气经过箱体的前半段扩散后，均匀进入净化箱体中端进行活性炭过滤吸附，进而完成烹饪油烟的净化工作。