油煙余熱回收裝置的典型方案及其應用特性

周長明陳東謝繼紅樊佳琪

（天津科技大學機械工程學院)

油煙余熱回收裝置的典型方案及其應用特性

周長明*陳東謝繼紅樊佳琪

（天津科技大學機械工程學院)

餐廚油煙中不但含有多種有害物質，同時也含有豐富的余熱。給出了可用于回收油煙余熱的四種裝置：水強制循環式油煙余熱回收裝置、水自然循環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構、工作原理和基本特點。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，對油煙中有害成分實現較好的凈化，具有較好的綜合優勢。

油煙余熱回收熱管熱水節能

0 背景

在我國的飲食方式中，大多數食物需要在高溫下進行煎、炒、烹、炸等加工過程，在此過程中會產生大量的油煙。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生成的復雜有機物、水蒸氣以及灶臺燃料燃燒產生的尾氣等，其溫度可達60℃左右。油煙直接排入環境，不但會造成環境污染，也造成熱能浪費[1-3]。

目前對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、生物法及復合方法[4-6]，但對油煙中余熱的回收利用研究較少。

基于此，本文給出了對油煙中余熱進行回收利用的四種技術方案，對其結構、工作原理和應用特性進行了較系統的介紹。

1 水強制循環式油煙余熱回收裝置

水強制循環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：水循環單元和油煙處理單元。水循環單元由熱水箱、循環泵、翅片管換熱器、調節閥及管道構成，水在其中循環流動來帶走油煙余熱；油煙處理單元由煙道及翅片管換熱器構成，油煙在其中流動時被吸熱冷卻。

圖1 水強制循環式油煙余熱回收裝置原理

水強制循環式油煙余熱回收裝置的工作過程為：當排油煙機開始工作時，裝置中的循環泵也同時啟動，油煙廢氣經過煙道中的翅片管換熱器，與翅片管換熱器管內的水進行逆流換熱，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，通過循環泵驅動進入熱水箱；如此連續循環，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：熱水箱的位置布置比較靈活，油煙和熱水的換熱強度比較好，但是水的循環需要靠循環泵來驅動運行，循環泵增加了裝置成本，安裝和維護要求也較高。

2 水自然循環式油煙余熱回收裝置

水自然循環式油煙余熱回收裝置原理如圖2所示。

圖2 水自然循環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、調節閥及管道構成，換熱管和熱水箱連通；油煙處理單元由煙道和換熱管構成，換熱管布置在煙道內。

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

該裝置工作時無需循環泵，但是熱水箱的位置必須設置在煙道上方，同時換熱管內熱水與油煙的換熱強度相對較弱。

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、調節閥及管道構成，熱管的放熱端設置在熱水箱內，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成，熱管的吸熱端設置在煙道中。

熱管-水箱型油煙余熱回收裝置的工作過程為：排油煙機工作時，排出油煙流經煙道，油煙在煙道內流過熱管時將熱量傳給熱管內的工質，油煙被吸熱降溫，油煙中油蒸氣及水蒸氣被凝結為油水混合液，經排油口流出收集；熱管內的工質吸收油煙熱量后氣化，工質蒸氣在熱管內上升到達水箱內的放熱端凝結放熱，將熱量傳給熱管外的水并凝結為液態，再沿熱管內壁流下；如此通過熱管內工質的不斷相變和循環，連續把油煙的熱量傳遞給熱水箱內的水，熱水箱內的水溫不斷升高，獲得廚房清洗等所需熱水。

該裝置可解決水自然循環式油煙余熱回收裝置換熱管與油煙換熱強度不高的缺點，同時該裝置運行也無需循環泵來驅動，但是熱水箱需設置在煙道的上方，同時熱管和熱水箱的接觸面的密封要求較高，加工較復雜。

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、調節閥和管道構成，熱管的放熱端位于夾套內，調節閥、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成，熱管的吸熱端位于煙道內。

熱管-夾套型油煙余熱回收裝置的工作過程為：當排油煙機工作時，排出油煙進入煙道，與熱管內的工質進行換熱，油煙被吸熱冷卻，油煙中油蒸氣及水蒸氣被凝結為油水混合液，經排油口流出收集；熱管內工質吸收油煙的熱量氣化上升到放熱端加熱夾套內的水，工質放熱冷凝后沿管內壁再流回煙道內的吸熱端，如此循環流動，實現油煙熱量連續傳給夾套內的水；自來水經調節閥先進入末排熱管的夾套，依次向前在夾套內流動，通過控制調節閥的開度和自來水流量，可使自來水流出末排熱管夾套時，其溫度即可達到廚房清洗所需溫度，然后直接排入熱水箱內，即該裝置對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，無需設置在煙道上方。同時，由于水是通過夾套依次由末排熱管向首排熱管流動，可以實現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到廚房清洗所需熱水溫度；煙道內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最大限度被凝結排出，使排出煙道油煙中的有害物質含量大幅度減少。此外，由于夾套內水和熱管工質是強制流動換熱，其換熱強度也較高。

以油煙排放量500 m3/h家庭廚房為例，當進入煙道的油煙溫度為60℃，當地自來水的溫度為15℃，需制取的廚房熱水溫度為50℃時，利用該裝置每小時可制取熱水量約125 kg。

5 結論及建議

四種回收油煙余熱的技術方案各具特點。水強制循環式油煙余熱回收裝置熱水箱的布置比較靈活，水和油煙的換熱強度也較好，但必須設置循環泵。水自然循環式油煙余熱回收裝置可不需要循環泵，但是熱水箱必須設置在煙道上方，同時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置較靈活，無需泵驅動，而且通過熱管水與油煙的換熱強度較高，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，同時油煙中有害物質的凝結清除效果也較佳，因此可進一步對該裝置進行更加系統深入的研究。

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

[2]夏正兵.新型油煙脫排凈化機的研究[J].潔凈與空調技術，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.餐飲業油煙污染及其控制方法[J].化學工程與裝備，2009（5）：199-201.

[5]范宗明，蔣達華.廚房油煙污染凈化技術應用探討[J].環境保護與循環經濟，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研究進展[J].化學工業與工程，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)

*周長明，男，1990年生，碩士研究生。天津市，300222。