船舶油煙凈化設備工作原理與故障分析

趙玉文，王剛毅

（中國地質調查局 青島海洋地質研究所，山東青島 266071）

0 引言

目前，關于各類型船舶油煙凈化設備工作原理的描述模糊不清，各類型之間在工作原理、組成等方面的差異無準確的論述，沒有對各類型油煙凈化設備的功能和特性進行總結和歸納。本文利用對比、歸納和圖表等方法，對不同類型的油煙凈化設備進行了研究，得出其共性和不同之處；利用圖表和假設等方法，對BD6000型油煙凈化器無法凈化油煙的故障，進行了分析和研究，得出是由電極頂針引起的故障。3種類型油煙凈化設備的研究，對現有的工業用或家用油煙凈化設備的改進具有重要意義；提出3種類型油煙凈化設備研究的重要意義。

1 基本原理

1.1 油煙凈化設備的類型

油煙凈化設備種類繁多，主要有機械式、過濾吸附式、濕法凈化式、靜電沉積式、紫外光解式和等離子式等[1]，在船舶使用中主要是高壓靜電式和等離子式。根據電場的不同，高壓靜電式分為板式和蜂窩式2種。主要研究板式、蜂窩式和等離子式3種類型油煙凈化設備。

1.2 3 種類型油煙凈化設備的組成和各部件功能

板式煙油凈化設備主要是由前端濾網、高壓電離板、低壓收集板、末端濾網和風機組成。各部件的主要功能是：前端濾網是采用多目不銹鋼絲網，具有較強的油煙吸附能力，能夠吸附和過濾油煙中大的油滴顆粒，降低油霧濃度。同時，濾網還具有自動瀝油的特性，不易發生黏連和堵塞，減少了保養工作；高壓電離板是將油煙顆粒和其他物質等電離和分解，使得油煙顆粒失去電子變為帶正電荷的離子，為進入低壓收集板做好準備；低壓收集板的作用是產生電場，在電場力的作用下，使得帶正電荷的油煙離子吸附和部分炭化，同時，高壓靜電場有效地降解有害成分，起到消毒、除味作用，達到凈化油煙的目的；末端濾網的作用是：對剩余極小粒徑的粒子二次過濾攔截，徹底清除油粒子，從而得到干凈的空氣。風機是給油煙的流動提供動力源，見圖1。

圖1 板式油煙器組成

蜂窩式油煙凈化設備主要是由：均風板、陽極筒、陰極針、絕緣子、陰極架、活性炭濾網和風機。各部件的主要功能是：均風板是用來攔截和捕集較大油滴和油霧顆粒，同時，也保證了氣流能均勻地流入到高壓電場；陽極筒是與陰極配合產生高壓電場，收集荷電油霧顆粒和粉塵等，起到了吸附凈化作用；陰極針的作用是：尖端處產生暈流，使得油霧顆粒極化和荷電，同時，與陽極配合產生密度為1 億/cm3電子，來捕捉、吸附極化的油霧顆粒和離子，使得油霧顆粒和離子帶電；陰極架是對陰極針起支撐固定作用；活性炭濾網的作用是：過濾和吸附最后剩余的物質和去除異味；風機是給油煙流動提供動力源（見圖2）。

圖2 蜂窩式油煙器組成

高壓等離子油煙凈化設備主要是由：粗過濾器、等離子源板、分解收集板、活性炭過濾器或者消音器。各部件的功能是：粗過濾器的作用是攔截和粗過濾的作用；等離子源板的作用是通過輝光放電、微波放電、電暈放電等產生等離子體；分解收集板的作用是將經過等離子源板后，發生了氧化等一系列復雜的化學反應后的物質，進行收集和吸附；活性炭是用來吸附油氣中夾雜的異味和粉塵；消音器用來減小噪音，見圖3。

圖3 等離子式油煙器組成

1.3 3 種類型油煙凈化設備的工作原理

1.3.1 板式油煙凈化器的工作原理

板式的工作原理分為：均流過濾（階段1）、電離（階段2）、吸附收集（階段3）、末端過濾（階段4）。

在風機5的作用下，油煙顆粒經過均流過濾階段1后，大顆粒的油滴因慣性作用與多目不銹鋼絲網碰撞而被攔截和過濾，使得油霧濃度大大降低，同時，也使得油煙氣流變得更加平穩，油煙顆粒大小更加均勻，其中，多目不銹鋼絲網具有自動瀝油特性。

經過均流過濾階段1處理后，油霧濃度明顯降低，粒徑變小，在電離階段2，低濃度小粒徑的油煙粒子被電離，使得油煙粒子荷電，其中，大部分油煙粒子得以降解碳化，少部分微小的帶電油煙離子進入到吸附收集階段3。

在吸附收集階段3內，帶電荷的油煙離子受到集板電場的作用下，向電場的正負集板運動，在集板上慢慢聚集成大的油滴，靠重力作用流到集油盤內，經過泄油通道排出，一部分微米級油霧被高壓電場降解成二氧化碳和水，余下的其他物質，再經過末端過濾階段4去除掉，最終排出清潔空氣（見圖4）。

圖4 板式工作原理

1.3.2 蜂窩式油煙凈化器的工作原理

蜂窩式的工作原理分為：預處理（階段1）、暈流（階段2）、吸附收集（階段3）、末端過濾（階段4）。

在風機的作用下，油煙顆粒進入預處理階段1后與慣性粗濾器碰撞聚集，去除大的油滴顆粒，同時，使油煙顆粒變得大小更加均勻，提高了凈化的效率。

暈流階段2處的結構為蜂窩狀電極柵5，能夠產生暈流，油煙顆粒經過后，使得大部分的油顆粒極化、荷電和降解，同時在高壓電場中的陰極鎢針發射高密度電子，捕捉極化后的油煙離子，使得油離子完全地荷電。在吸附收集階段3中，荷電離子進入到陰極針和陽極筒形成的電場中，利用電場力的作用，使得荷電離子吸附在陽極筒上，油煙離子在陽極筒內聚合成大的顆粒，然后經過集油盤后排出。

在末端過濾階段4中，余下極少的微米級的油煙氣體進入活性炭濾網，去除剩余的微量氣體和異味，從而得到干凈的空氣。有的蜂窩式油煙器在末端安裝高壓發生器，在高壓發生器的作用下，將空氣電離后產生臭氧，用于除去了油煙中的異味，得到干凈的空氣（見圖5）。

圖5 等離子式工作原理

圖5 蜂窩式工作原理

通過對板式和蜂窩式油煙凈化設備的對比研究，可以得到的結論是：兩種凈化方式的基本原理相同，都是利用機械過濾和靜電吸附的原理，都是物理過程，即油煙顆粒經過機械過濾和高壓電場的荷電以及吸附收集后，得到干凈空氣。

兩者的不同之處：1）板式工作原理。利用高壓電場使得油煙粒子失去電子，變為帶正電荷的離子，在電場中被吸附聚集后排出；2）蜂窩式工作原理。利用針尖端處產生暈流，使油煙顆粒有效極化和荷電，然后利用陰極鎢針在高壓電場下，發射出的高密度電子，使得極化后的油煙離子，進一步有效的荷電，荷電后的油煙離子被吸附和收集在陽極筒上，達到凈化油煙的目的。

1.3.3 等離子式油煙凈化器的工作原理

等離子式工作原理是：離心（階段1）、預處理（階段2）、等離子體產生（階段3）、分離收集（階段4）、消音（階段5）。

在風機的作用下，油煙顆粒在經過分離階段1時，與葉輪盤和葉片相撞聚集成大的油滴，然后在葉輪離心的作用下，油滴被拋向風機內壁，在機壁上匯集后排出機體，剩余的油煙氣體進入預處理階段2。

在預處理階段2中，粒徑大的油煙顆粒與粗濾器碰撞后，聚集成大的油滴后排出系統，剩余粒徑小的油煙粒子進入等離子體產生階段3。

在等離子體產生階段3處，采用輝光放電、微波放電、脈沖電暈放電等方法產生等離子體。一般采用脈沖高壓高頻等離子體電源和齒板放電裝置，使其產生高強度、高濃度、高電能的活性自由基（等離子體），等離子體以極高的速度反復轟擊發生異味的分子，去激活、電離、裂解油煙氣體中的各成分，使之發生氧化等一系列復雜的化學反應，直接打開有機氣體分子間的分子鍵，使有害氣體分解，最終排放CO2、H2O等無害物質，同時產生的大量負離子可以清新空氣。同時，使小粒徑油滴霎時固結并聚集成大顆粒而在電場的作用下吸附在集油板上，通過聚合后沉降到油槽內，與此同時，油煙廢氣中大部分的μm級油污微粒、VOC、有機物質和焦油味、辛辣味等多種異味則被等離子體降解[2]，達到除去異味的功效，經過階段3的處理后，油煙氣體基本去除，余下微量的荷電粒子，進入到分離收集階段4。

在分離收集階段4中，剩余的微量荷電粒子受到電場的作用被分離和收集，從而得到干凈的空氣，干凈的空氣進入到消音階段5。

在消音階段5中，采用內孔網架結構的優質玻璃纖維做成的消聲材料，以盡可能消除設備的噪音，得到無污染的清潔空氣。

等離子式油煙凈化設備的研究，可以得到的結論是：等離子式是用等離子體使油煙分子或者油煙中其他物質發生裂解、氧化等一系列復雜的化學反應，產生CO2、H2O等無害物質，同時產生的負氧離子有利于空氣的凈化，最終排出無污染的清潔空氣。

通過對3種類型的油煙凈化設備的研究，可以得到的結論是：高壓靜電式和高壓等離子式基本工作原理不同。高壓靜電式是發生的物理反應，利用庫倫定律，使油煙顆粒極化、荷電和吸附收集后，達到對油煙凈化的目的；高壓等離子式是發生一系列復雜的化學反應，利用微波放電等方法，產生高濃度、高能量的等離子體，在等離子體的作用下，使油煙或者其他物質的分子結構發生裂分解，再在電場中聚集后沉降在集板上，達到凈化油煙的效果。

2 組成結構、性能與故障分析

2.1 主要組成和各部件功能

BD型油煙凈化器主要是由風機、均風板、蜂窩電場（陽極筒和陰極針）、絕緣子、陰極針、陽極筒、陰極針架組成。

風機為油煙的流動提供動力；均風板是將油煙中大粒徑的油顆粒去除和均衡氣流的作用；蜂窩電場使油煙顆粒極化、荷電和吸附收集作用；絕緣子用來支撐和隔離陽極筒和陰極針架；陰極針架是用來支撐陰極針的作用（見圖6）。

圖6 BD6000 型油煙器的組成

2.2 船舶BD6000 型油煙凈化器的故障分析

故障描述、分析和排除：在廚房風筒的排出口發現有油漬噴出，油漬黏稠且清潔困難；在油煙凈化器的控制面板上，報警指示燈響起，顯示凈化故障（見圖7）。

圖7 故障現象

通過以上故障現象可知：油煙經過均風板的碰撞攔截、極化、荷電以及吸附收集程序后，油煙顆粒基本沒有受到油煙凈化器的處理，而是被風機直接抽送到風筒外。利用實際經驗法，打開凈化器的道門，檢查均風板下的集油盤，發現有集油的存在，可以斷定均風板工作正常；然后將高壓靜電場拉出檢查，發現陰極針和陽極筒的配合間隙偏差在允許范圍內，并且陽極筒內和陰極針非常的干凈，不存在故障的可能。目測檢查絕緣子的絕緣性，發現外表絕緣瓷正常；在正常的工作的狀態下，用萬用表檢測電極頂針與電場的接觸情況，發現電場的輸入工作電壓為零，而在電場正常工作時，電場的輸入電壓應該為幾千伏，不應該為零，由此可以得出：輸入電場的線路發生斷路，即電極頂針與電場的接觸故障（見圖8）。

圖8 故障檢查

故障的排除：拆解電極頂針，順時針旋緊內部螺母2圈～3圈，裝復電極頂針，經調節和測試后，油煙凈化器恢復正常工作（見圖9）。

圖9 故障排除

3 BD6000 型油煙凈化器的維護保養

在實際使用，針對BD6000型油煙凈化器，提出了以下維護保養計劃。

1）進行設備維護保養前，務必切斷設備的總電源并對電場手動放電。

2）均流板和電場需要每月清洗檢查1次。

3）定期檢查設備下面的集油情況，并泄放底部的積油。

4）電場的清洗注意事項：電場的清洗可用高壓水槍清洗，也可用堿液浸泡。浸泡的堿液與熱水按1∶25的重量比混合可達到較好的效果；絕緣子的清洗必須用洗潔精，嚴禁使用純堿之類的電解質清洗，如果有殘留存在絕緣子上，會形成爬電現象，影響設備的正常運行；用洗潔精清洗4個絕緣子后，絕緣子務必擦去水分，以便保持干燥；用洗潔精清洗機箱內的表面油污，結束后用空氣吹干機箱，保持機箱的干燥。同時，做好清洗后廢水的收集，避免造成二次的污染[3]。

5）電場陰極針的校正

把電場按照其安裝在設備里的方向擺好，用電極檢查器放在每一個陽極簡里，如果極針的一端剛好在檢查器中間的小孔中，說明該極針沒有偏差，否則就要用電極校正器來校正。

極針校正方法：觀察極針偏離的方向，將校正器適合的岔口套在極針上，使之往偏離方向的反向移動，用校正器檢查，反復校正直到極針在允許的偏差范圍之內。

6）每次清洗時檢查道門密封條的完整性，如果發現門邊的密封條破損或密封性不好時，請立刻更換密封膠貼（見圖10）。

圖10 各部分的名稱

4 結論

通過對3種類型油煙凈化設備的研究，可以得出結論：對3種類型油煙凈化設備的工作原理更加清晰明了；借用各類型的工作原理，可以為重組新型油煙凈化設備的研發提供思想借鑒，如靜電式工作原理和等離子式工作原理的組合使用；設備的故障分析和排除以及維護保養，可以為相同或者不同類型油煙機的故障解決提供幫助。