CN108870492B - 一种中央油烟净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中央油烟净化装置，依次由油气分离装置、吸脱附装置和催化燃料装置组成；油气分离装置依次由离心分离模块、初效过滤模块、中效过滤模块、静电模块和/或高效过滤模块组成；吸脱附装置设有排气口I、排气口II、进气口I和进气口II，油气分离装置的排出口与吸脱附装置的进气口I连接，吸脱附装置在排气口I处设有排放风机，排气口I与外界大气连通，脱吸附装置的排气口II与催化燃料装置的进气口连通，排气口II与催化燃料装置的进气口之间设有脱附风机，催化燃料装置排气端设有高温气体旁路，高温气体旁路与吸脱附装置的进气口II连通；高温气体旁路上设有补风风机和流量控制阀，旁路出口与外界大气连通；高温气体旁路将催化燃料装置中产生的一部分高温气体回送至吸脱附装置中。

Description

一种中央油烟净化装置
技术领域
本发明涉及一种中央油烟净化装置，属于环保技术领域。
背景技术
据统计，中国厨房每天向大气排放油烟超过4000亿立方米，油烟成分复杂，分气、液、固三相，且含许多有毒有害成分。居民年消耗植物油约5.57×104t，餐饮油烟实验拟合排放系数约为PM15.7mg/kg和VOCs287.2mg/kg(以葵花籽油炒菜为例)，则每年家庭烹饪可产生VOCs5.1×104t，VOCs的排放强度范围为1.6～11.1mg·(kg·min)-1，PM2.5颗粒物的排放浓度为600～5000μg/m3。饮食业排放油烟已成为颗粒物及VOCs重要来源之一，油烟对大气PM2.5的贡献接近20％，VOCs贡献达33％。油烟颗粒物主要为脂肪酸，二羧酸、甾固醇，其中脂肪酸占73～90％；VOCs的成分多达300多种，以典型的川系烹饪油烟分析，前14种VOCs组分质量浓度占比往往超过90％，主要为苯系物、烃类和含氧有机物，其中，烃类物质占检出浓度约80％。
食物的烹饪多式多样，其排放成分复杂且多变、粘度大、难清理。受食用油、烹饪方式、菜品、菜系等多因素影响，餐饮服务行业排放的油烟属于风量较大、浓度较低、含油粘性颗粒物、水汽较高的复合有机废气，几乎不能全部净化处理。根据《饮食业油烟排放标准》GB18483-2001，要求餐饮油烟排放浓度要低于2mg/m3。
餐饮服务行业对油烟废气常见的处理方法有：惯性分离方法、过滤填料方法、静电方法和吸收吸附方法，惯性分离方法指金属纺织网罩、格栅，设备简单，压降较小，静电法指使用静电方法将油气进行分离，得到油分和气体，分离效率较高，过滤净化方法是采用过滤填料对油烟废气过滤，油粒子在滤料的孔隙中被截留，吸收吸附方法是用溶剂的表面物理作用对油烟废气进行清洗，油烟中的油粒子被吸收截留至溶剂中。
目前对于中央油烟净化技术上，主要是过滤分离技术，只对油烟进行分离操作，对油粒子和部分粉尘物理截留，但在废气后处理工艺(称为VOCs后处理工艺)上，现有技术中没有相关的解决方案。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种中央油烟净化装置，该净化装置不仅对油烟分离具有很好的效果，同时还能对油烟产生的有机废气进行净化治理。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：
一种中央油烟净化装置，依次由油气分离装置、吸脱附装置和催化燃料装置组成；所述油气分离装置依次由离心分离模块、初效过滤模块、中效过滤模块、静电模块和/或高效过滤模块组成；所述吸脱附装置设有排气口I、排气口II、进气口I和进气口II，所述油气分离装置的排出口与吸脱附装置的进气口I连接，所述吸脱附装置在排气口I处设有排放风机，排气口I与外界大气连通，所述脱吸附装置的排气口II与催化燃料装置的进气口连通，排气口II与催化燃料装置的进气口之间设有脱附风机，所述催化燃料装置排气端设有高温气体旁路，所述高温气体旁路与吸脱附装置的进气口II连通；所述高温气体旁路上设有补风风机和流量控制阀，旁路出口与外界大气连通；高温气体旁路将催化燃料装置中产生的一部分高温气体回送至吸脱附装置中。
上述中央油烟净化装置的中央油烟净化方法，油烟废气经收集后依次通过油气分离装置，有效拦截油烟废气中的油烟颗粒物、分离油雾滴(可采取梯度过滤技术、动态旋转网离心分离以及静电分离技术，油气分离装置拦截效率在95％以上，从而可有效防止对后续吸附、催化材料发生封堵问题)，经分离后剩余的油烟VOCs成分，通过后续的吸附材料吸附去除(吸附温度控制在60℃以内、吸附风速为0.3～1.5m/s、吸附停留时间1～3s)，吸附处理后的达标尾气经排气口直接排空。吸附饱和后利用少量热空气(温度在80～250℃之间)反吹扫吸附材料，实现所吸附的VOCs成分解吸脱附，脱附气体VOCs成分浓度浓缩至5～20倍(根据吸附废气进气量和脱附热空气进气量的比例控制浓缩比)，脱附的浓缩VOCs气体送至催化燃料装置，经换热器、加热器等升温至180～350℃后，VOCs浓缩气体在催化剂处实现催化燃烧，氧化分解成CO2和H2O。
其中，待净化油烟进入油气分离装置后，油气分离装置对油粒子和VOCs废气进行截留分离，物理分离后的VOCs废气在吸脱附装置中通过物理吸附作用吸附在吸附剂表面，净化后的气体从吸脱附装置的排气口I排放出装置外，从催化燃料装置回流回来的高温气体把吸附剂中的VOCs成分脱附出来进行浓缩，浓缩后的VOCs成分进入催化燃料装置中，先通过换热模块进一步加热，然后在催化剂表面发生高温催化氧化作用，把VOCs成分催化分解成二氧化碳和水。
其中，所述离心分离模块为金属离心丝网装置，静电分离模块为静电集油装置。
其中，所述吸脱附装置为固定床活性炭吸脱附装置、分子筛转轮吸脱附装置、滚筒式吸脱附装置、流化床吸脱附装置或移动床吸脱附装置，本发明优选固定床活性炭吸脱附装置。
其中，所述固定床活性炭吸脱附装置中活性炭吸附填料由如下质量份数的组分混制而成：60～80份活性炭粉、20～30份改性凹凸棒土、10～15份氧化锌、5～15份四氧化三铁、5～7份活性污泥粉末、4～6份植物纤维、3～6份石灰石粉、3～5份膨胀土、1～2份氨基树脂、0.5～1份十二烷基磺酸钠、1～2份氯化钠以及8～10份淀粉胶胶体。
其中，所述催化燃料装置由换热模块和催化反应模块组成，催化反应模块处含有催化剂；脱附后的浓缩气体依次经过换热模块和催化反应模块后被氧化分解成二氧化碳和水蒸气。
其中，所述换热模块为废气换热器，包括冷端和热端，其中，冷端流体为脱附后的浓缩气体，热端流体为催化燃烧后的高温气体。即换热模块主要通过废气换热器实现换热功能，其包括冷端流体和热端流体，冷端流体为脱附后的浓缩气体，热端流体为催化燃烧后的高温气体，两端流体通过废气换热器实现连续的热交换，利用热量传递性质，热端流体的热量经过壁传热、对流传热过程传递到冷端流体中，从而使得整个催化燃料装置保持连续运作。
其中，废气换热器的设置中需在热交换管内外安装耐温翅热片，换热效果会明显增加。另外热交换管进出口两侧分别对应高温和低温，气体温差较大，对材料抗热应力性能要求较高，因此生产制造中需要采用抗热应力材料。此外，考虑到废气换热器的密封性，在换热器冷端进口处与换热器气体进口之间、热端出口与换热器气体出口之间用金属直角挡板进行密封焊接。
其中，催化反应模块中的关键是催化剂的选择。本装置所使用的催化剂为铝金属基整体催化剂(金属铝整体式载体催化剂)，由于其具有较好的导热性能，加热后的气体经过金属催化剂床层后，催化剂活性组分可以迅速被起燃，催化效率很高。此外，在催化剂的装填过程中，考虑到紧实性，在整体式催化剂层与层间以及催化剂床层边缘处可以适当的添入多孔耐高温绵，既可以避免由于层间孔道的错位、边缘空隙导致的气流上的不均匀性和避效应导致的气体沟流、短流等现象，同时添入之后会起到一定的保温效果。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：
本发明中央油烟净化装置采用物理分离、吸脱附以及催化燃烧工艺对油烟废气进行深度分离和降解，能够实现在对油烟进行良好分离的同时还能对油烟产生的有机废气进行净化治理，进而完成达标排放；采用催化燃烧的方法将VOCs转化为二氧化碳及水蒸气，不产生如氮氧化物等对环境造成二次污染的污染物；另外，在进入催化燃烧装置前对VOCs气体进行浓缩，能够有效利用能源，降低装置的运行成本；本发明净化装置适合用于大型餐饮油烟废气、小区餐饮油烟集中处理净化的场合。此外，本发明固定床活性炭吸脱附装置可实现吸、脱附过程的连续化操作，其中的活性炭吸附填料对物理分离后的VOCs废气具有良好的吸附效果，吸附率在5～10分钟内即可达到95％以上，且还具有长的使用寿命，不需要频繁更换；同时脱附效率也很高，即在5～10分钟内即可达到脱附率90％以上。
附图说明
图1为本发明中央油烟净化装置的工艺流程图；
图2为本发明中央油烟净化装置的结构示意图；
图3为本发明中央油烟净化装置的侧视图；
图4为油气分离装置的连接示意图；
图5为本发明中央油烟净化装置的的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。
如图1～4所示，本发明中央油烟净化装置，依次由油气分离装置8、吸脱附装置7和催化燃料装置3组成；油气分离装置8依次由离心分离模块9、初效过滤模块10、中效过滤模块11、静电模块12和/或高效过滤模块13组成，离心分离模块9为金属离心丝网装置，静电分离模块12为静电集油装置；吸脱附装置7设有排气口I1、排气口II、进气口I和进气口II，油气分离装置8的排出口与吸脱附装置2的进气口I连接，吸脱附装置7在排气口I1处设有排放风机2，排气口I1与外界大气连通，脱吸附装置7的排气口II与催化燃料装置3的进气口连通，排气口II与催化燃料装置3的进气口之间设有至少一台脱附风机6，催化燃料装置3排气端设有高温气体旁路4，高温气体旁路4与吸脱附装置7的进气口II连通；高温气体旁路4上设有补风风机13和流量控制阀14，旁路出口与外界大气连通；高温气体旁路4将催化燃料装置3中产生的一部分高温气体回送至吸脱附装置7中，吸脱附装置7利用高温气体(二氧化碳)的温度将吸附剂中的VOCs成分脱附出来进行浓缩；催化燃料装置3由换热模块和催化反应模块组成，催化反应模块处含有催化剂；脱附后的浓缩气体依次经过换热模块和催化反应模块进行处理，换热模块包括冷端和热端，其中，冷端流体为脱附后的浓缩气体，热端流体为催化燃烧后的高温气体。催化燃料装置3中还设有加热器5，加热器5起到一个辅助加热冷端流体至催化反应温度的作用，当整个装置刚启动或换热模块的热端流体热量不足以将冷端流体的温度提升至200～300度时，加热器5将待处理的VOCs废气温度升温至催化反应温度，催化反应温度为200～300℃。
待净化油烟进入油气分离装置8后，油气分离装置8对油粒子和VOCs废气进行截留分离，物理分离后的VOCs废气在吸脱附装置7中通过物理吸附作用吸附在吸附剂表面，净化后的气体从吸脱附装置的排气口I1排放出装置外，从催化燃料装置3回流回来的高温气体把吸附剂中的VOCs成分脱附出来进行浓缩，浓缩后的VOCs成分进入催化燃料装置3中，先通过换热模块进一步加热，然后在催化剂表面发生高温催化氧化作用，把VOCs成分催化分解成二氧化碳和水。
实施例1
实施例1中的油气分离装置由离心分离模块9、初效过滤模块10、中效过滤模块11、静电模块12和高效过滤模块13组成，离心分离模块9为金属离心丝网装置，气体中的油粒子在离心分离模块9中受到离心作用被截留在离心网上，从而对于大颗粒的油粒子得以被去除，大粒子油分去除后的废气再依次经过初效过滤模块10和中效过滤模块11，此时废气中的中等直径大小的油粒子也被过滤截留，细微颗粒的油分废气从中效过滤模块11中排出，进入静电模块12，细微油粒子在静电作用下，被电场力作用截留到静电极板上，最后经过高效过滤模块13，对废气彻底的进行清除油质。
根据试验检测结果，在处理风量3000m3/h、296mg/L的含油量，实施例1中的油气分离装置去油效率为99％，其中离心分离模块9除油率为30％，初效过滤模块10除油率为30％(以离心分离模块9出口废气含油量为计算基准)，中效过滤模块11除油率为30％(以初效过滤模块10出口废气含油量为计算基准)，静电过滤模块12除油率为80％(以中效过滤模块11出口废气含油量为计算基准)，高效过滤模块13除油率为99％(以静电过滤模块12出口废气含油量为计算基准)。
改变试验条件进行重新检测结果，在处理风量6000m3/h、296mg/L的含油量，实施例1中的油气分离装置去油效率为99％，其中离心分离模块9除油率为20％，初效过滤模块10除油率为20％(离心分离模块9出口废气含油量为计算基准)，中效过滤模块11除油率为30％(初效过滤模块10出口废气含油量为计算基准)，静电过滤模块12除油率为80％(以中效过滤模块11出口废气含油量为计算基准)，高效过滤模块13除油率为99％(以静电过滤模块12出口废气含油量为计算基准)。风量越大，气体的流速越大，VOCs的吸脱附能力变弱、油颗粒与油气分离装置的接触效果变差，处理净化效率会下降。
废气经过油气分离装置8后，进入吸脱附装置7，吸脱附装置7排气口I1处设置一台排放风机2，排放风机2的进口与吸脱附装置7干净气体排放口相连接，排放风机2的运行模式为离心风机。催化燃烧装置3出口位置与吸脱附装置7进气口II之间设置一个补风风机13，补风风机13的进口与催化燃烧装置3的热端气体出口相连，补风风机13的出口与吸脱附装置7的脱附进口相连。吸脱附装置7为固定床活性炭吸脱附工艺。催化燃烧装置3进口位置与吸脱附装置7的出口位置(排气口II)之间设置一个脱附风机6，脱附风机6的进口与吸脱附装置7的排气口II相连接，脱附风机6的出口与催化燃烧装置3进气端相连接。
不含油分的废气进入吸脱附装置7，废气中VOCs分子通过物理吸附作用吸附在吸附剂表面，干净气体直接被排至室外环境中。催化燃烧装置3的高温出口气分为两部分，一部分直接排放至大气中，一部分在补风风机13补充冷风混合作用下，将高温气体进行降温至80-120℃，其过程通过流量控制阀14调节。降温气为VOCs脱附气，脱附气从脱附区中进入，从脱附区出口流出。
脱附出的VOCs浓缩气体依次经过换热模块和催化剂处理，换热模块的两端冷端流体为脱附后的VOCs气体，两端热端流体为催化燃烧后的高温气体，升温后的VOCs气体进入催化燃烧床层，在催化剂表面发生催化氧化放热反应，释放出热量。
对装置进行在线检测，该装置对中、高浓度的餐饮油烟废气具有很好的优势，在处理风量3000m3/h、500ppm浓度的甲苯废气、296mg/L的含油量，装置对甲苯的净化率为99％，去油效率为99％。在处理风量6000m3/h、500ppm浓度的甲苯废气、296mg/L的含油量，装置对甲苯的净化率为99％，去油效率为99％。
实施例2
实施例2中的油气分离装置由离心分离模块9、初效过滤模块10、中效过滤模块11和高效过滤模块13组成，离心分离模块9为金属离心丝网装置，气体中的油粒子在离心分离模块9中受到离心作用被截留在离心网上，从而对于大颗粒的油粒子得以被去除，大粒子油分去除后的废气再依次经过初效过滤模块10和中效过滤模块11，此时废气中的中等直径大小的油粒子也被过滤截留，细微颗粒的油分废气从中效过滤模块11中排出，进入高效过滤模块13，高效过滤模块13对废气彻底的进行清除油质。
根据试验检测结果，在处理风量3000m3/h、296mg/L的含油量，整体的油气分离装置去油效率为99％，其中离心分离模块9除油率为30％，初效过滤模块10除油率为30％(以离心分离模块9出口废气含油量为计算基准)，中效过滤模块11除油率为30％(以初效过滤模块10出口废气含油量为计算基准)，高效过滤模块13除油率为85％(以中效过滤模块12出口废气含油量为计算基准)。
改变试验条件进行重新检测结果，根据试验检测结果，在处理风量6000m3/h、296mg/L的含油量，整体的油气分离装置去油效率为99％，其中离心分离模块除油率为30％，初效过滤模块10除油率为30％(以离心分离模块9出口废气含油量为计算基准)，中效过滤模块11除油率为30％(以初效过滤模块10出口废气含油量为计算基准)，高效过滤模块13除油率为80％(以中效过滤模块12出口废气含油量为计算基准)。
废气经过油气分离装置8后，进入吸脱附装置7，吸脱附装置7排气口I处设置两台排放风机，排放风机的进口与吸脱附装置干净气体排放口相连接，排放风机的运行模式为离心风机。催化燃烧装置3出口位置与吸脱附装置进气口II之间设置两个补风风机，补风风机的进口与催化燃烧装置3的热端气体出口相连，补风风机的出口与吸脱附装置2的脱附进口相连。吸脱附装置7为固定床活性炭吸脱附工艺。催化燃烧装置3进口位置与吸脱附装置2的出口位置(排气口II)之间设置两个脱附风机，脱附风机的进口与吸脱附装置7的排气口II相连接，脱附风机的出口与催化燃烧装置3进气端相连接。
不含油分的废气进入吸脱附装置7，废气中VOCs分子通过物理吸附作用吸附在吸附剂表面，干净气体直接被排至室外环境中。催化燃烧装置3的高温出口气分为两部分，一部分直接排放至大气中，一部分在补风风机补充冷风混合作用下，将高温气体进行降温至80-120℃，其过程通过流量控制阀14调节。降温气为VOCs脱附气，脱附气从脱附区中进入，从脱附区出口流出。
脱附出的VOCs浓缩气体依次经过换热模块和催化剂处理，换热模块的两端冷端流体为脱附后的VOCs气体，两端热端流体为催化燃烧后的高温气体，升温后的VOCs气体进入催化燃烧床层，在催化剂表面发生催化氧化放热反应，释放出热量。
对装置进行在线检测，该装置对中、高浓度的餐饮油烟废气具有很好的优势，在处理风量3000m3/h、500ppm浓度的甲苯废气、296mg/L的含油量，装置对甲苯的净化率为95％，去油效率为95％。在处理风量6000m3/h、500ppm浓度的甲苯废气、296mg/L的含油量，装置对甲苯的净化率为95％，去油效率为95％。
实施例1和实施例2说明对油气分离装置的调整会影响整体装置的去油效果，也会影响整体装置对油烟中有机废气的净化处理效果。

Claims (7)

1.一种中央油烟净化装置，其特征在于：依次由油气分离装置、吸脱附装置和催化燃料装置组成；所述油气分离装置依次由离心分离模块、初效过滤模块、中效过滤模块、静电模块和/或高效过滤模块组成；所述吸脱附装置设有排气口I、排气口II、进气口I和进气口II，所述油气分离装置的排出口与吸脱附装置的进气口I连接，所述吸脱附装置在排气口I处设有排放风机，排气口I与外界大气连通，所述吸脱 附装置的排气口II与催化燃料装置的进气口连通，排气口II与催化燃料装置的进气口之间设有脱附风机，所述催化燃料装置排气端设有高温气体旁路，所述高温气体旁路与吸脱附装置的进气口II连通；所述高温气体旁路上设有补风风机和流量控制阀，旁路出口与外界大气连通；高温气体旁路将催化燃料装置中产生的一部分高温气体回送至吸脱附装置中；其中，所述吸脱附装置为固定床活性炭吸脱附装置；固定床活性炭吸脱附装置中活性炭吸附填料由如下质量份数的组分混制而成：60~80份活性炭粉、20~30份改性凹凸棒土、10~15份氧化锌、5~15份四氧化三铁、5~7份活性污泥粉末、4~6份植物纤维、3~6份石灰石粉、3~5份膨胀土、1~2份氨基树脂、0.5~1份十二烷基磺酸钠、1~2份氯化钠以及8~10份淀粉胶胶体；
上述中央油烟净化装置的中央油烟净化方法，油烟废气经收集后依次通过油气分离装置，油气分离装置有效拦截油烟废气中的油烟颗粒物、分离油雾滴，油气分离装置拦截效率在95%以上，经分离后剩余的油烟VOCs成分，通过后续的吸附材料吸附去除，吸附温度控制在60℃以内、吸附风速为0.3~1.5m/s、吸附停留时间1~3s，吸附处理后的达标尾气经排气口直接排空，吸附材料吸附饱和后利用热空气反吹扫吸附材料，热空气温度为80~250℃，吸附材料将所吸附的VOCs成分解吸脱附，脱附气体VOCs浓度浓缩至5~20倍，脱附的浓缩VOCs气体送至催化燃料装置，经换热器、加热器升温至180~350℃后， VOCs浓缩气体在催化剂处实现催化燃烧，氧化分解成CO2和H2O。
2.根据权利要求1所述的中央油烟净化装置，其特征在于：所述离心分离模块为金属离心丝网装置，静电分离模块为静电集油装置。
3.根据权利要求1所述的中央油烟净化装置，其特征在于：所述催化燃料装置由换热模块和催化反应模块组成，催化反应模块处含有催化剂；脱附后的浓缩气体依次经过换热模块和催化反应模块后被氧化分解成二氧化碳和水蒸气。
4.根据权利要求3所述的中央油烟净化装置，其特征在于：所述换热模块为废气换热器，包括冷端和热端，其中，冷端流体为脱附后的浓缩气体，热端流体为催化燃烧后的高温气体。
5.根据权利要求3所述的中央油烟净化装置，其特征在于：所述催化反应模块中的催化剂为金属铝整体式载体催化剂，在金属铝整体式催化剂层与层间以及在催化剂床层边缘处放置有多孔耐高温绵。
6.根据权利要求4所述的中央油烟净化装置，其特征在于：所述废气换热器的热交换管内外安装有耐温翅热片。
7.根据权利要求4所述的中央油烟净化装置，其特征在于：所述废气换热器冷端进口处与换热器气体进口之间以及废气换热器热端出口与换热器气体出口之间均采用金属直角挡板进行密封焊接。
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