060复合式厨房油烟净化设备中过滤段的实验研究正文

复合式厨房油烟净化设备中过滤段的实验研究张宝刚1由世俊1刘鸣2（1.天津大学环境科学与工程学院，天津,300072；2.天津大学建筑学院，天津,300072）摘要：研究厨房油烟复合式净化设备中过滤吸附段的最优结构布置方式，开发出一种新型高效油烟气净化设备．从降低能耗和提高油烟捕集效率的角度出发，进行过滤吸附段的研制，利用SPSS软件按照正交设计布置试验，进行因子方差分析，利用统计学方法建立数学模型，实现产品的结构优化测试．试验通过进一步的理论进行寻优验证，得出最优结构布置方式为：过滤材料A选用YGL－2过滤毡，过滤器挡风板宽度B为20mm，气道深度C为200mm．采用复合方法获得各种独特的处理效果是油烟污染治理技术的一个主要发展方向，本设备将两种或多种除油机理综合运用，达到提高油烟气净化效率、减少阻力、降低能耗的作用，具有明显的社会效益和环境效益．关键词：净化效率，过滤吸附，正交设计，方差分析，结构优化饮食业油烟含有许多有毒有害成分，主要有烷烃、烯烃、醛、酮、脂肪酸等化合物,其中许多为致癌物质[1，2]．目前油烟的净化技术主要有惯性分离、静电沉降、织物过滤、液体洗涤等，这些方法均存在能耗高、设备复杂特别是造成二次污染的缺陷[3]．公共厨房油烟气净化设备性能的好坏直接关系到排油烟的效果和整个系统的初投资、运行费用与能耗．本文在分析已有净化方法的基础之上，利用控制油烟气的特点，提出一种新型高效的油烟净化技术，并研制开发出公共厨房油烟的复合式净化设备．1实验方法1.1实验装置实验台采用三眼灶台，长、宽、高尺寸为1400mm×800mm×810mm．整个实验台平面布置如图1所示：主要包括灶台、排气罩、复合过滤净化段、排风机和风管等．151.调节阀2.送风机3.采样孔4.倾斜微压计5.复合过滤吸附段6.平行采样仪7.爆炒炉灶8.灶台9.排油烟罩10.下水管11.转子流量计12.吸油插板式隔油池13.水泵14.上水管15.除油阀图1设备安装示意图2.厨房油烟复合式过滤设备中过滤吸附段的研制采用特殊的滤料布置形式——折叠型气流布置方式，滤料的布置方式采用竖向布置，并在设备底部设置收集槽，为便于产品的维护和更换,采用旁插式的结构型式，设备总体由框架式结构加过滤元件构成见图2．过滤元件制成抽屉形式，滤料布置形式可随意改变，设备由镀锌钢板制成，因而重量较轻，便于各种型式的安装．设备工作心脏的过滤元件中的滤料采用通过试验研究所建立的新型布置方式充填，设备底部设置收集槽，将现场的维护工作降低到最少，便于滤料的更换．78786423511.滑道2.挡板3.框架4.过滤吸附段5.除油阀6.油烟分离区7.洁净气体8.进气图2插式抽屉型框架结构示意图3.过滤材料的选择本实验首先对市售若干种过滤材料进行目测，初步选择了10种天然及合成高分子材料：木棉MMX＃、聚苯乙烯PSZ＃、聚乙烯PEX＃、聚丙烯PPWF＃、改性聚丙烯GXPP＃、YGL－1过滤毡、YGL－2过滤毡、SF1＃无纺布试制品、SF2＃无纺布试制品，鸡绒毛．在高浓度油烟雾作用下，就滤材增重（滤料吸附油雾后增加的重量与油雾发生器中油蒸发量相比较可以粗略地确定滤料净化效率,小试采用该法）、材料的使用寿命（即穿透时间）、滤层压降（以气流通过过滤器前后的压差表示过滤设备的动力消耗）进行了实验记录，实验时采用单张、垂直气流的布置形式，过滤风速为0.8m／s，过滤时间为5min．并从消除油雾的结果来看，YGL－2过滤毡、改性聚丙烯GXPP＃、聚丙烯PPWF＃过滤材料，在一定的时间内仍有效果，因此确定为进一步试验的研究对象．4.厨房油烟复合式过滤设备中过滤吸附段的正交试验设计正交试验设计方法是一种解决多因子对比试验问题的重要数学方法，主要使用正交表进行整体设计、综合比较、统计分析．具体地说，也就是利用正交表从所有可能搭配中挑出若干必需的试验，然后再用统计分析方法对试验结果进行综合处理，选出最优因子和水平[5]．本实验最终目的是从理论提出的过滤器规格中，通过对实验测试结果的分析，根据相应指标（试验需要考查的结果）得出最优结构尺寸．就过滤器结构本身而言，影响空气过滤器效率和阻力的最直接因子是过滤材料、过滤面积和过滤风速，当实验所用过滤风速、风量已定时，可确定实验因子为过滤材料（用A表示）、挡板宽度（用B表示）、气道深度（用C表示）．为了消除系统误差和人为因子的干扰，在确定各因子的水平号时，采用随机抽样法确定出各因子的水平号．将上述影响因子和水平总结如表1．表1过滤段结构主要影响因子和水平因子水平过滤材料A挡板宽度B/mm气道深度C/mm1YGL－2202002GXPP＃251503PPWF＃152505.SPSS统计软件正交设计过程5.1SPSS统计软件安排实验设计本实验采用SPSS进行正交试验设计数据处理．根据SPSS数据编程产生9个组合（即9次实验），将组合进行整理，采取随机抽签的方法确定因子的排序，并根据排序进行表头设计和安排实施实验，该试验是一个三因子三水平试验．此方案在保证各因子与各水平间均匀搭配的基础上仅制造和试验9次就能达到试验目的．如果采用全面试验需33次．而这9次试验，既能代表33次试验的最优结果，又可以大大减少试验次数、试验时间和费用．可见在多因子多水平试验中正交设计的重要性．一般来说各因子取三个水平即可看出其变化规律．5.2SPSS软件输出正交试验结果及单变量方差分析将理化指标测定结果输入SPSS系统进行分析、对输出的结果进行评价，SPSS软件通过单变量方差分析可以处理各种不同设计，包括随机区组设计、析因设计．在输出结果中每一个响应有2个表，见表2、表3，即方差分析表和估计边缘均数表．（效率输出表省略）表2阻力方差分析表方差来源平均和自由度均方F值显著性截距583670.5341583670.53482877.7920.000直径A353.6002176.80025.1050.038宽度B1373.8442686.92297.5390.010角度C1876.9232938.462133.2560.007误差14.08527.043总和587288.9859表3阻力估计边缘均数表95%的置信区间因子水平均值/Pa标准误差/Pa阻力下界值/Pa阻力上界值/PaYGL－2249.2471.532242.654255.839GXPP＃251.2901.532244.698257.882过滤材料PPWF＃263.4471.532256.854270.03915mm266.7471.532260.154273.33920mm237.6901.532231.098244.282挡板宽度25mm259.5471.532252.954266.139150mm274.4571.532267.864281.049200mm240.4131.532233.821247.006气道深度250mm249.1131.532242.521255.7065.3结果分析1．方差分析表对三个因子作出了方差分析，该表各列的意义分别是方差来源、平方和、自由度、均方、F值及显著值．由表中的方差分析结果可知：（1）阻力影响次序：C＞B＞A其中深度C的显著值为0.007、宽度B的显著值为0.010、材料A的显著值为0.038，三个因子均有显著意义（显著值小于0.05）；（2）净化效率影响次序：C＞A＞B其中深度C的显著值为0.029、材料A的显著值为0.030、宽度B的显著值为0.037，三个因子均有显著意义（显著值小于0.05）．2．估计边缘均数表给出了每个因子三个水平的均值，标准误差和95％的置信区间．由单因子统计量表分析可知，材料A应选水平1：YGL-2、宽度B选水平1：20mm、深度C选水平1：200mm．3．根据实验结果通过进一步的评价标准进行寻优验证，评价标准有两种：一是在相同过滤效率，油烟过滤器阻力最小；二是在相同的过滤效率前提下，综合指标最佳．过滤吸附段最佳结构组合为A1B1C1．6结论1．在复合式厨房油烟过滤设备中过滤段结构参数设计中，正交设计的应用可以定量地分析结构参数的大小对净化效率、阻力的影响，以及这种影响随因子水平的变化．从而得出设计合理、性能可靠的改造产品．使用计算机统计分析软件处理实验数据，不仅运算速度快，而且结果准确，并通过原始数据可获得数据的图像表示，以揭示其内在含义．2.为了更有效的优化高效厨房用复合油烟过滤器的产品性能，过滤吸附段最佳结构组合为：过滤材料选用YGL－2过滤毡，该材料是一种新型高吸油材料，由吸油性的聚合高分子材料纤维制成，制造成本很低．过滤器的挡风板宽度为20mm、气道深度为200mm时，系统的运行工况为最佳．3．采用复合方法获得各种独特的处理效果是油烟污染治理技术的一个主要发展方向，本设备将两种或多种除油机理综合运用，达到提高油烟气净化效率、减少阻力、降低能耗的作用，具有明显的社会效益和环境效益．参考文献：[1]WuMT,LeeLH,HoCK,etal.Environmentalexposuretocookingoilfumesandcervicalintraepithelialneoplasm[J].EnvironmentalResearch.2004,94(1):25-32.[2]Yang.Ji,Jia.Jinping,etal.,TreatmentOfCookingOilFumeByLowTemperatureCatalysis[J].,AppliedCatalysisB:Environmental,2005,58:23-131.[3]李刚，冯国会，张宝刚等．公共厨房油烟气控制技术现状与展望[J].沈阳建筑工程学院学报，2002,18(3):210~214．[4]国家环保总局，GB18483-2001，饮食业油烟排放标准（试行）[s]．北京：中国环境科学出版社，2002[5]聂雪丽,曹家枞,正交试验法在袋式高效空气过滤器设计中的应用[J],建筑热能通风空调,2002,(4):53~55.[6]高健,金义翠,简易过滤法对饮食业油烟雾的净化处理[J],重庆环境科学，2003，25（2）：45-49.[7]FengL,ZhongyiZH,MaiZ,etal,ASuper-hydrophobicandSuper-oleophilicCoatingMeshFilmfortheSeparationofOilandWater[J].Angew,Chem.Int.Ed.,2004,43(15):2012-2014.[8]韩永龙，王浩，付丽佳,SPSS软件用于药学研究中的正交设计数据处理[J],药学进展,2002.26(3):179-182.[9]Kazen,J.K.,Otani,H.,1996,AnSPSSprogramtocomputesubjectiveorganization[J].BehaviorResearchMethods,Instruments,&Computers,1996,28(3):476-478.[10]许钟麟．空气洁净技术原理[M]．上海：同济大学出版社，1998，4.张宝刚，男，1975年4月生，讲师，地址：天津大学环境科学与工程学院建筑环境与设备工程系，邮政编码：300072，电话：[phone]，E-mail:[e-mail]ntheFiltrationandAdsorptionSectionfromtheCompoundOilFumePurifyingDeviceinKitchensZHANGBao-gang1,YOUShi-jun1,LIUMing2(1.SchoolofEnvironmentScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin,China,300072;2.SchoolofArchitecture,TianjinUniversity,Tianjin,China,300072)Abstract:Theexperi