CN113262598A - 实现餐饮业油烟类污染物全面净化的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现餐饮业油烟类污染物全面净化的装置与方法，该装置的离心式油烟分离设备(3)安装在灶台或燃烧炉(1)的上方，离心式油烟分离设备(3)的输出端口与热催化氧化处理器(5)的EA管道接口段(5A)之间安装有转接管道(4A)；热催化氧化处理器(5)的EB管道接口段(5B)与管壳式气－水换热器(6)的下端连接，管壳式气－水换热器(6)的上端与烟气排出管道(7)连接，烟气排出管道(7)内安装有引流风机(8)。在灶台或燃烧炉(1)与转接管道(4A)之间连接有高温烟气导管(2)，转接管道(4A)内安装有管道内混合器(4)。本发明装置是在传统离心式油烟分离技术的基础上，增设了热催化氧化技术与油烟变折传输方式，从而实现对油烟中的气溶胶和VOCs氧化成CO2、H2O等无害物质的全面净化。

Description

实现餐饮业油烟类污染物全面净化的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种对厨房烟道进行净化的处理技术，更特别地说，是指一种实现厨房油烟类污染物全面净化的装置与方法，属于大气污染净化技术领域。
背景技术
最近10多年来，我国产生油烟类污染物的行业不断发展，尤其是餐饮业，产值年平均增速超过10％。与此同时，排放的油烟类污染物也不断增加，据《2015年中国环境统计年报》及生态环境部环保公益专项数据测算，2015年全国仅城镇餐饮业油烟颗粒物排放总量就达24.46万吨，占城镇生活烟(粉)尘总量的9.8％，随油烟排放的非甲烷总烃排放量也高达47.77万吨，约占全国排放总量的1.59％。烹饪食物或炒制过程是油烟类污染物产生的一大来源，产生的油烟类污染物主要包含液、固态颗粒物气溶胶和以非甲烷总烃为主要成分的VOCs(volatile organic compounds，挥发性有机物)。颗粒物气溶胶会极大加剧大气灰霾的产生，降低大气环境能见度，影响日常生活。而以非甲烷总烃为主要成分的VOCs成分复杂，不同烹饪或炒制方式产生的有机污染物种类不同。浓度高、组分复杂的油烟污染物可通过人类呼吸作用进入人体，长期暴露于油烟会对人体脏器、心血管及免疫系统造成极大损伤。因此，对于油烟类污染物的防止与治理逐渐成为环境工作者的关注焦点。
针对油烟类污染物的净化技术包含机械净化法、液体洗涤法和高压静电法等，各技术原理及净化效率不同，不同应用场景所投入使用的油烟类污染物净化设备也不同。然而，这些净化设备只能解决油烟中颗粒态污染物的去除问题，不能解决气态挥发性有机物的净化问题。因此，要想对餐饮业油烟类污染物全面净化，要求净化设备能同时处理颗粒物气溶胶与VOCs，本发明就提出一种实现餐饮业油烟类污染物全面净化的方法与装置。
发明内容
本发明公开了一种实现油烟类污染物全面净化的方法，属于大气污染净化技术领域。该方法是在传统离心式油烟分离技术和装置的基础上，增设了油烟加热和热催化氧化技术和装置，从而使离心分离后残留的微细气溶胶和挥发性有机物完全降解实现对油烟类污染物的全面净化。具体来说，烹饪和炒制等产生的油烟首先经过离心分离装置去除其中的大颗粒气溶胶。然后，采用与高温烟气直接混合换热的方式，或与催化氧化产生的热烟气间接换热的方式，或与导热油间接换热的方式，加热油烟至催化氧化反应的起燃温度。最后，在热催化氧化模块中，残留的微细气溶胶和VOCs被氧化成CO2和H2O等。其中，加热油烟至催化起燃温度可通过三种方式实现，一是燃料燃烧炉或灶台产生的高温烟气与油烟直接混合换热升温；二是先用燃料燃烧炉或灶台产生的高温烟气与油烟直接混合，后用催化燃烧产生的热烟气与油烟间接换热升温；三是先用燃料燃烧炉或灶台产生的高温烟气与油烟直接混合，后用蓄积热量的导热油与油烟间接换热升温。热催化氧化模块中，装载的对于微细油烟气溶胶和VOCs氧化的催化剂为负载型贵金属催化剂或金属氧化物型催化剂。贵金属组分包括铂和钯，载体可为活性氧化铝和分子筛；氧化氧化物催化剂包括氧化铜、氧化铬、氧化镍和氧化钴等。催化氧化起燃温度为150℃～200℃左右，催化氧化反应温度为200℃～400℃左右。
本发明还公开了实现油烟类污染物全面净化的装置，第一种装置包括有：灶台或燃烧炉(1)、离心式油烟分离设备(3)、烟气排出管道(7)和引流风机(8)；其特征在于还包括有：高温烟气导管(2)、管道内混合器(4)、热催化氧化处理器(5)、管壳式气－水换热器(6)。第二种装置与第一种装置的改进之处在于将管壳式气－水换热器(6)替换为多接口－管壳式气－水换热器(16)；并将所述的多接口－管壳式气－水换热器(16)安装在转接管道(4A)与热催化氧化处理器(5)之间；热催化氧化处理器(5)与烟气排出管道(7)之间设有能够抽拉的烟气挡板(11)。第三种装置与第一种装置的改进之处在于在热催化氧化处理器(5)的下方设有一级－管壳式气－水换热器(17)，在热催化氧化处理器(5)的上方设有二级－管壳式气－水换热器(18)。不论采用何种油烟加热和热催化氧化技术，高温和热烟气管道、换热器和催化反应器等均需进行隔热保温。所述的配高温烟气出口和流量调节阀的灶台或燃烧炉是指，在灶台或燃烧炉内设置一个高温烟气出口和流量调节阀，使燃料燃烧产生的部分高温烟气可通过此出口排出并调节流量，再输送至油烟离心分离器后接的管段或换热器中。高温烟气导管是指，从灶台或燃烧炉排出的高温烟气可通过此管道输送至离心式油烟分离设备之后的管段或换热器，而且可通过调节阀，调节通过此管道的烟气流量。其中，调节阀可根据检测显示的催化氧化模块之前的温度，手动或联动自动的方式，调节烟气流量大小，包括完全关闭。管道混合器是指，采用导流扰动或填料扰动强化高温烟气与油烟直接混合的模块。热催化氧化模块是指，以内嵌式装载蜂窝或颗粒状催化剂的不锈钢框架。管壳式气－水换热器是指，催化反应后的热烟气与水间接换热的换热器。油烟气体走壳程，而且壳程可采用不同的结构形式；水走管程，管程为并列布置的管束。管壳式气－水换热器采用耐腐蚀的材料加工制作。管壳式气－气换热器是指，催化反应后的烟气与催化反应前的油烟间接换热的换器。催化反应后的烟气走壳程，而且壳程可采用不同的结构形式；催化反应前的油烟走管程，管程为并列布置的管束。管壳式气－气换热器采用耐腐蚀的材料加工制作。管壳式油-气换热器是指，催化反应前的油烟和催化反应后的热烟气与导热油间接换热的换热器。催化反应前的油烟和催化反应后的热烟气走壳程，而且壳程可采用不同的结构形式；导热油走管程，管程为并列布置的管束。管壳式油－气换热器采用耐腐蚀的材料加工制作。
本发明提出的实现餐饮业油烟类污染物全面净化的方法和装置的优点在于：
(1)实现餐饮业油烟类污染物的全面净化
本发明方法在传统离心式油烟分离技术和装置的基础上，增设了热催化氧化技术和装置，以及油烟加热和热回收技术和装置，从而实现对油烟中的气溶胶和VOCs全面净化和燃料燃烧和催化氧化产生热量的合理利用。烹饪和炒制等作业过程产生的油烟类污染物先经过离心分离装置，去除其中的大颗粒气溶胶。然后，采用三种方法的任意一种加热油烟至催化氧化起燃温度。最后，在催化氧化模块，使残留的微细气溶胶和VOCs氧化成CO2、H2O等无害物质。
(2)避免烹饪产生的热量散失，造成环境污染
本发明提出的实现油烟类污染物全面净化的方法是利用灶台或燃烧炉燃烧产生的高温烟气将待处理油烟加热至催化氧化反应起燃温度，启动催化降解反应。避免除烹饪食物以外热量释放至环境空气升高厨房温度，减少烹饪人员的不适感，保证良好的操作环境。
(3)实现烟气有效循环，节约能源
本发明提出的实现油烟类污染物全面净化的三种换热方式，可采用与高温烟气直接混合换热的方式，或与催化氧化产生的热烟气间接换热的方式，或与导热油间接换热的方式，加热油烟至催化氧化反应的起燃温度，启动催化降解。可根据不同场景需求选择对应适合的换热技术，实现热量循环，节约能源。
附图说明
图1是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化方法的流程图。
图2是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化装置的结构图。
图3是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化装置中热催化氧化处理器的结构图。
图3A是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化装置中热催化氧化处理器沿X轴方向的剖视图，即A－A剖视图。
图3B是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化装置中热催化氧化处理器沿Y轴方向的剖视图，即B－B剖视图。
图3C是本发明热催化氧化处理器中承载催化剂的不锈钢多孔框架结构图。
图3D是本发明热催化氧化处理器的另一种结构图。
图3E是本发明热催化氧化处理器的另一种结构的正视图。
图3F是本发明热催化氧化处理器的另一种结构的右视图。
图4是本发明管壳式气－水换热器的结构图。
图4A是本发明未安装外管道的管壳式气－水换热器的结构图。
图4B是本发明管壳式气－水换热器中FA水箱的结构图。
图4C是本发明管壳式气－水换热器中FB水箱的结构图。
图5是本发明热催化氧化处理器与管壳式气－水换热器的装配结构图。
图5A是本发明热催化氧化处理器与管壳式气－水换热器的装配结构的剖视图。
图5B是本发明热催化氧化处理器与管壳式气－水换热器的装配结构的另一视角剖视图。
图6是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化的循环催化氧化的油烟净化装置的流程图。
图7是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化的循环催化氧化的油烟净化装置的结构图。
图8是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化的多级－循环催化氧化的油烟净化装置的流程图。
图9是本发明实现餐饮业油烟类污染物全面净化的多级－循环催化氧化的油烟净化装置的结构图。
Figure BDA0003075333970000051
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明提出了一种实现餐饮业油烟类污染物全面净化的方法，属于大气污染净化技术领域。该方法是在传统离心式油烟分离技术和离心式油烟分离设备3的基础上，增设了油烟加热和热催化氧化技术和热催化氧化处理器5，从而使离心分离后残留的微细气溶胶和挥发性有机物(VOCs)完全降解实现对餐饮业油烟类污染物的全面净化。具体来说：
(A)、灶台或燃烧炉1提供烹饪所需热源，一部分的灶台或燃烧炉1产生的高温烟气经高温烟气导管2引入安装有管道内混合器4的管道中；
(B)、烹饪和炒制等产生的油烟经离心式油烟分离设备3去除了其中的大颗粒气溶胶，剩余的油烟与高温烟气在管道内混合器4中混合；
(C)、催化－换热方式的选择；
(C1)采用热催化氧化处理器5产生的热烟气，加上管壳式气－水换热器6的导热间接换热的组合方式；或者
(C2)采用多接口－管壳式气－水换热器16的导热间接换热，加上热催化氧化处理器5产生的热烟气的组合方式；或者
(C3)采用一级－管壳式气－水换热器17的导热间接换热，加上热催化氧化处理器5产生的热烟气，加上二级－管壳式气－水换热器18的导热间接换热的组合方式；
(D)、净化后的油烟经引流风机8引导排出。
在本发明中，在热催化氧化处理器5中，残留的微细气溶胶和VOCs被氧化成CO2和H2O等。其中，加热油烟至催化起燃温度(150℃～200℃)可通过三种方式实现：
一是燃料在灶台或燃烧炉1中产生的高温烟气与油烟直接混合换热升温；
二是先用燃料在灶台或燃烧炉1中产生的高温烟气与油烟直接混合，后用设置在热催化氧化处理器5中的催化燃烧产生的热烟气与油烟间接换热升温；
三是先用燃料在灶台或燃烧炉1中产生的高温烟气与油烟直接混合，后用蓄积热量的导热油(设置在二级－管壳式气－水换热器18的毛细导管中)与油烟间接换热升温。
热催化氧化处理器5中，装载的对于微细油烟气溶胶和VOCs氧化的催化剂为负载型贵金属催化剂或金属氧化物型催化剂。贵金属组分包括铂和钯，载体可为活性氧化铝和分子筛；氧化氧化物催化剂包括氧化铜、氧化铬、氧化镍和氧化钴等。催化氧化起燃温度为150℃～200℃左右，催化氧化反应温度为200℃～400℃左右。
参见图2、图3、图4、图5所示，本发明设计的一种实现餐饮业油烟类污染物全面净化的装置，包括有：灶台或燃烧炉1、高温烟气导管2、离心式油烟分离设备3、管道内混合器4、热催化氧化处理器5、管壳式气－水换热器6、烟气排出管道7和引流风机8。
灶台或燃烧炉1
在本发明中，灶台或燃烧炉1提供烹饪所需热源。将厨具1A放置在灶台或燃烧炉1上，离心式油烟分离设备3保持一定距离(50cm～150cm)安装在灶台或燃烧炉1的上方。
在灶台或燃烧炉1内设置有一个高温烟气出口，利用所述高温烟气出口连接一高温烟气导管2的一端，高温烟气导管2的另一端连接在转接管道4A上。
通过在灶台或燃烧炉1内燃烧燃料产生热量，该热量一方面用于加热厨具1A内的食物；另一方面，燃料产生的高温烟气可以为热催化氧化处理器5提供热量。
高温烟气导管2
高温烟气导管2上安装高温烟气开关2A和流量调节阀2B。
在本发明中，高温烟气导管2用于使燃料燃烧产生的部分高温烟气输送至转接管道4A和热催化氧化处理器5中。
高温烟气导管2是指，从灶台或燃烧炉1排出的高温烟气可通过此管道输送至离心式油烟分离设备3之后的管段(即转接管道4A)和热催化氧化处理器5，而且可通过流量调节阀2B，调节通过此管道的烟气流量。其中，流量调节阀2B可根据检测显示的热催化氧化处理器5输入口端的入口温度，手动或自动的方式，调节高温烟气的流量大小，也可以通过高温烟气开关2A完全关闭。
离心式油烟分离设备3
离心式油烟分离设备3可以是市集抽油烟机。
管道内混合器4
在本发明中，管道内混合器4安装在转接管道4A内。管道内混合器4是指，采用导流扰动或填料扰动强化高温烟气与油烟直接混合的仪器。管道内混合器4可以是沿管道出油烟方向安装的搅拌器，用于将高温烟气与油烟进行充分混合。
热催化氧化处理器5
参见图3、图3A、图3B、图3C所示，在本发明中，热催化氧化处理器5由EA管道接口段5A、EB管道接口段5B、热催化氧化段5C和多个催化氧化模块5F组成。
所述的催化氧化模块5F是指以内嵌式装载蜂窝或颗粒状催化剂的不锈钢多孔框架，如图3C所示。所述催化剂为负载型贵金属催化剂或金属氧化物型催化剂。贵金属组分包括铂和钯，载体可为活性氧化铝和分子筛；氧化氧化物催化剂包括氧化铜、氧化铬、氧化镍和氧化钴。催化氧化起燃温度为150℃～200℃左右，催化氧化反应温度为200℃～400℃左右。
在本发明中，多个的催化氧化模块5F的搭接构型可以是如图3A、图3B所示的波浪型；通过固定在热催化氧化段5C壳体内部的带孔上支撑板5E与带孔下支撑板5D，将承载催化剂的不锈钢多孔框架构型后得到的催化氧化模块5F进行压紧固定。本发明采用模块化的设计催化剂承载框架，是为了方便更换承载催化剂的不锈钢多孔框架，同时也降低催化氧化的成本。热催化氧化段5C与EA管道接口段5A、EB管道接口段5B是可以分离的，并且热催化氧化段5C的壳体的侧面板，通过螺钉螺母配合进行组装与拆卸，达到方便更换承载催化剂的不锈钢多孔框架。
参见图3D、图3E、图3F所示，也可以是带孔上支撑板5E与带孔下支撑板5D之间安装的是承载催化剂的三角形蜂窝状框架，即带孔上支撑板5E的下方安装有阵列排布的倒三角形蜂窝状框架5E1，所述的倒三角形蜂窝状框架5E1上负载有催化剂；带孔下支撑板5D的上方安装有阵列排布的正三角形蜂窝状框架5D1，所述的正三角形蜂窝状框架5D1上负载有催化剂；所述的倒三角形蜂窝状框架5E1与所述的正三角形蜂窝状框架5D1交叉放置。
EA管道接口段5A与EB管道接口段5B的结构相同，为锥形空心桶形状。
热催化氧化段5C为矩形形状。热催化氧化段5C设置在EA管道接口段5A与EB管道接口段5B之间。催化氧化模块5F设置在热催化氧化段5C内。
在本发明中，是在传统离心式油烟分离技术和装置的基础上，增设了热催化氧化处理器5。从而实现对经离心式油烟分离设备3分离后的油烟中的气溶胶和VOCs全面净化，另一方面也是对燃料燃烧和催化氧化产生热量的合理利用。烹饪和炒制等作业过程产生的油烟类污染物先经离心式油烟分离设备3离心分离处理后，去除了其中的大颗粒气溶胶；然后，采用加热油烟至催化氧化到起燃温度进行催化降解反应；最后，在热催化氧化处理器5中使残留的微细气溶胶和VOCs氧化成CO2、H2O等无害物质。
管壳式气－水换热器6
参见图4、图4A、图5、图5A、图5B所示，管壳式气－水换热器6包括有水箱、外管道6A、内毛细管6B、半弧形多孔支撑板6C、上多孔板6D、下多孔板6E。半弧形多孔支撑板6C上设有用于内毛细管6B穿过的通孔，相邻的所述半弧形多孔支撑板6C相对放置，用于定位阵列排布的多支内毛细管6B。在本发明中，利用相邻相对放置的所述半弧形多孔支撑板6C实现高温油烟的弯折通过，而不是沿管道出口方向的直流方式通过，一方面有利于高温油烟的缓慢降温，另一方面有利于全面净化后的油烟外排时的烟气过大，造成不符合《北京市餐饮业大气污染排放标准，2018年》的排放。
参见图4、图4A、图4B、图4C所示，外管道6A上设有FA管接口6A1、FB管接口6A2。
FA管接口6A1的一端用于与外部的冷水管道连接，FA管接口6A1的另一端焊接在FA水箱6A1A上，FA水箱6A1A的另一面板上设有多个使冷水流出的FA导流口6A1B；所述FA导流口6A1B上连接有FA耐高温软管，FA耐高温软管的另一端连接在内毛细管6B的FC管接口6B1上。通过焊接在外管道6A内壁的FA水箱6A1A使得冷水经所述FA管接口6A1注入到多支阵列排布的内毛细管6B中，达到利用冷水降低高温油烟的目的。
FB管接口6A2的一端用于与外部的管道连接，通过所述管道实现将冷水降低的水排出，达到连续降温的效果，FB管接口6A2的另一端焊接在FB水箱6A2A上，FB水箱6A2A的另一面板上设有多个使降温的水流出的FB导流口6A2B；所述FB导流口6A2B上连接有FB耐高温软管，FB耐高温软管的另一端连接在内毛细管6B的FD管接口6B2上。通过焊接在外管道6A内壁的FB水箱6A2A使得降温的水经所述FB管接口6A2排出，达到冷水降温带走多支阵列排布的内毛细管6B的换热量，通过冷水的一进一出内毛细管6B的水走管程，解决了高温油烟的降温处理。
参见图4A所示，每一根内毛细管6B上设有FC管接口6B1、FD管接口6B2。
FC管接口6B1与FA水箱6A1A上的FA导流口6A1B之间连接有FA耐高温软管。
FD管接口6B2与FB水箱6A2A上的FB导流口6A2B之间连接有FB耐高温软管。
在本发明中，每一根内毛细管6B的管内用于冷水通过。相邻内毛细管6B之间的间隙用于高温油烟通过。
上多孔板6D与下多孔板6E的结构是相同的。上多孔板6D上的FA通孔6D1用于催化氧化后的全面净化后的油烟通过。下多孔板6E上的孔用于经热催化氧化处理器5后的高温油烟通过。
在本发明中，管壳式气－水换热器6是指催化反应后的热烟气与水间接换热。高温油烟气体走相邻内毛细管6B之间的管间隙壳程，降低高温油烟的冷水走水管程，所述水管程为并列布置的内毛细管6B的管束。管壳式气－水换热器6采用耐腐蚀的材料加工制作。
针对图1、图2所示的一种实现餐饮业油烟类污染物全面净化的装置(简称为基础型油烟净化装置)，其结构装配为：依据灶台或燃烧炉1的放置位置，将离心式油烟分离设备3安装在所述灶台或燃烧炉1的上方，并调节离心式油烟分离设备3相对灶台或燃烧炉1的高度；
为了实现节约能源，在灶台或燃烧炉1与转接管道4A之间连接有高温烟气导管2；高温烟气导管2上设有高温烟气开关2A和流量调节阀2B；
离心式油烟分离设备3的输出端口与热催化氧化处理器5的EA管道接口段5A之间安装有转接管道4A；所述转接管道4A内安装有管道内混合器4；所述管道内混合器4用于实现油烟与高温烟气的搅拌混合，达到提升油烟温度的目的。
热催化氧化处理器5的EB管道接口段5B与管壳式气－水换热器6的下端连接，管壳式气－水换热器6的上端与烟气排出管道7连接，烟气排出管道7内安装有引流风机8。
在本发明中，为了保证密封性及保暖，各处的连通管道的外部均需进行隔热且保温的加强处理。比如在管道的外部包覆隔热层材料，以及在管道的接合处采用高温发泡泡沫密封。
实施例1
基础型油烟净化装置
某小型饭店烹饪灶台配置本发明提供的实现油烟类污染物全面净化的装置，如图1－图5所示，整套装置包括有：灶台或燃烧炉1、高温烟气导管2、离心式油烟分离设备3、管道内混合器4、热催化氧化处理器5、管壳式气－水换热器6、烟气排出管道7和引流风机8。灶台1尺寸为600mm×600mm×800mm，灶台出气口通过连接件与高温烟气导管2连接。灶头数为2个，排放风量为5000m3/h。高温烟气导管2与管壳式气－水换热器6的外部换热管道断面尺寸为100mm×200mm，烟气排出管道7断面尺寸为350mm×260mm。经油烟分析仪检测，烹饪产生的油烟初始质量浓度为15.35mg/m3，非甲烷总烃初始质量浓度为65.20mg/m3。首先，烹饪产生的油烟进入离心式油烟分离设备3分离去除大颗粒气溶胶。然后，分离后的油烟与引自燃料炉的高温烟气在转接管道4A中的管道内混合器4处直接混合，升温至为185℃。升温后的油烟达到催化降解起燃温度进入热催化氧化处理器5中进行催化反应，热催化氧化处理器5采用蜂窝状Pt/Al2O3作催化剂对油烟中VOCs组分进行降解。最后，经催化氧化的高温油烟进入管壳式气－水换热器6中进行降温，降温后的油烟经烟气排出管道7外排至环境空气。由油烟分析仪测得全面净化后的油烟与非甲烷总烃质量浓度分别为0.65mg/m3和9.63mg/m3，净化效率分别为95.77％和85.23％。
实施例2
循环催化氧化的油烟净化装置
参见图6和图7所示，循环催化氧化的油烟净化装置包括有：灶台或燃烧炉1、高温烟气导管2、离心式油烟分离设备3、管道内混合器4、热催化氧化处理器5、烟气挡板11、多接口－管壳式气－水换热器16、烟气排出管道7和引流风机8。其结构装配为：
依据灶台或燃烧炉1的放置位置，将离心式油烟分离设备3安装在所述灶台或燃烧炉1的上方，并调节离心式油烟分离设备3相对灶台或燃烧炉1的高度；
为了实现节约能源，在灶台或燃烧炉1与转接管道4A之间连接有高温烟气导管2；高温烟气导管2上设有高温烟气开关2A和流量调节阀2B；
离心式油烟分离设备3的输出端口上连接有转接管道4A；所述转接管道4A内安装有管道内混合器4；
转接管道4A的另一端与多接口－管壳式气－水换热器16的下端连接，多接口－管壳式气－水换热器16的上端与热催化氧化处理器5的EA管道接口段5A连接；
热催化氧化处理器5的EB管道接口段5B与烟气排出管道7之间安装有烟气挡板11；
所述烟气挡板11的下方与多接口－管壳式气－水换热器16之间还连接有热净化烟气回流管12；
多接口－管壳式气－水换热器16与烟气排出管道7之间还连接有旁路排气管道13，旁路排气管道13上设有旁路开关13A；
烟气排出管道7内安装有引流风机8。
某中型饭店烹饪灶台配置本发明提供的实现油烟类污染物全面净化的循环催化氧化的油烟净化装置，如图6和图7所示。灶台1尺寸为1200mm×600mm×800mm，灶台出气口通过连接件与高温烟气导管2连接。灶头数为5个，排放风量为12000m3/h。高温烟气导管2与多接口－管壳式气－水换热器16的外部换热管道断面尺寸为150mm×300mm，烟气排出管道7断面尺寸为550mm×300mm。经油烟分析仪检测，烹饪产生的油烟初始质量浓度为23.26mg/m3，非甲烷总烃初始质量浓度为33.86mg/m3。首先，烹饪产生的油烟进入离心式油烟分离设备3分离大颗粒气溶胶。然后，分离后的油烟与燃烧炉产生的高温烟气直接混合，温度约为212℃。然后，混合后的油烟进入管道内混合器4管程进行进一步升温，升温后的油烟达到催化降解起燃温度进入热催化氧化处理器5开始反应。热催化氧化处理器5中的多个催化氧化模块采用蜂窝状Pd-Al2O3作催化剂对油烟中VOCs组分进行降解。完成催化氧化反应后的油烟温度为268℃，最后，净化后的烟气降温后由多接口－管壳式气－水换热器16的旁路排气管道13输送至烟气排出管道7排出。由油烟分析仪测得全面净化后的油烟与非甲烷总烃质量浓度分别为0.35mg/m3和2.92mg/m3，净化效率分别为98.50％和91.37％。
实施例3
多级－循环催化氧化的油烟净化装置
参见图8和图9所示，多级－循环催化氧化的油烟净化装置包括有：灶台或燃烧炉1、高温烟气导管2、离心式油烟分离设备3、管道内混合器4、热催化氧化处理器5、烟气挡板11、一级－管壳式气－水换热器17、二级－管壳式气－水换热器18、烟气排出管道7和引流风机8。其结构装配为：
依据灶台或燃烧炉1的放置位置，将离心式油烟分离设备3安装在所述灶台或燃烧炉1的上方，并调节离心式油烟分离设备3相对灶台或燃烧炉1的高度；
为了实现节约能源，在灶台或燃烧炉1与转接管道4A之间连接有高温烟气导管2；高温烟气导管2上设有高温烟气开关2A和流量调节阀2B；
离心式油烟分离设备3的输出端口上连接有转接管道4A；所述转接管道4A内安装有管道内混合器4；
转接管道4A的另一端与一级－管壳式气－水换热器17的下端连接，一级－管壳式气－水换热器17的上端与热催化氧化处理器5的EA管道接口段5A连接；
热催化氧化处理器5的EB管道接口段5B与二级－管壳式气－水换热器18的下端之间安装有烟气挡板11；
所述烟气挡板11的下方与一级－管壳式气－水换热器17之间还连接有热净化烟气回流管12；
一级－管壳式气－水换热器17与二级－管壳式气－水换热器18之间还连接有旁路排气管道13，旁路排气管道13上设有旁路开关13A；
二级－管壳式气－水换热器18的上端与烟气排出管道7的下端连接，烟气排出管道7内安装有引流风机8。
某大型饭店烹饪灶台配置本发明提供的实现油烟类污染物全面净化的多级－循环催化氧化的油烟净化装置，如图8和图9所示。灶台1尺寸为2000mm×600mm×800mm，灶台出气口通过连接件与高温烟气导管2连接。灶头数为8个，排放风量为18000m3/h。高温烟气导管2断面尺寸为600mm×450mm，一级－管壳式气－水换热器17和二级－管壳式气－水换热器18的外部换热管内直径为10mm圆管，烟气排出管道7断面尺寸为300mm×600mm。经油烟分析仪检测，烹饪产生的油烟初始质量浓度为15.89mg/m3，非甲烷总烃初始质量浓度为26.74mg/m3。
(A)，烹饪产生的油烟进入离心式油烟分离设备3分离大颗粒气溶胶；
(B)，分离后的油烟与燃烧炉产生的高温烟气直接混合(由管道内混合器4完成)形成一级待处理混合气，所述一级待处理混合气的温度为241℃；
(C)，一级待处理混合气在一级－管壳式气－水换热器17中进行管间隙壳程输送，并由内毛细管的管束的水管程降温，经一级－管壳式气－水换热器17处理后的前级混合烟气进入热催化氧化处理器5中的催化氧化模块进行催化降解。催化氧化模块采用蜂窝状Cu/Al2O3作催化剂对油烟中VOCs组分进行降解。
(D)，经催化氧化处理的油烟转变为温度更高的热净化烟气，进入二级－管壳式气－水换热器18的管间隙壳程输送，并由内毛细管的管束的水管程降温，将热量间接传递给管程的待处理油烟，使温度降低并经旁路排气管道13回流至一级－管壳式气－水换热器17中；
(E)，待全面净化满足排放标准后的烟气随烟气排出管道7排出。
在实施例3中，热催化氧化处理器5中可以添加导热油，在导热油加热待处理油烟的同时，以满足起燃为目标，逐步减少烟气导管的烟气量，直到完全关闭。由油烟分析仪测得全面净化后的油烟和非甲烷总烃质量浓度为0.52mg/m3和2.86mg/m3，净化效率分别为96.10％和89.30％。
实施例4
某小型饭店炒制燃烧炉配置本发明提供的实现油烟类污染物全面净化的装置，采用如图1和图2所示。炒制燃烧炉尺寸为800mm×600mm×800mm，燃烧炉出气口通过连接件与高温烟气导管连接。燃烧炉个数为2个，排放风量为4500m3/h。高温烟气导管与管壳式气－水换热器6外部换热管道断面尺寸为100mm×200mm，烟气排出管道7断面尺寸为400mm×260mm。经油烟分析仪检测，炒制产生的油烟初始质量浓度为14.35mg/m3，非甲烷总烃初始质量浓度为63.20mg/m3。首先，炒制产生的油烟进入离心式油烟分离设备3分离大颗粒气溶胶。然后，分离后的油烟与燃烧炉产生的高温烟气由管道混合器直接混合，温度约为230℃。混合后的油烟达到催化降解起燃温度进入5进行催化反应，催化氧化模块采用颗粒态Co/Al2O3作催化剂对油烟中VOCs组分进行降解。最后，经催化氧化的高温油烟进入6进行降温，冷却后的油烟经7外排至环境空气。由油烟分析仪测得全面净化后的油烟与非甲烷总烃质量浓度分别为0.55mg/m3和9.53mg/m3，净化效率分别为96.17％和84.92％。
实施例5
某中型饭店炒制燃烧炉配置本发明提供的实现油烟类污染物全面净化的装置，采用如图6和图7所示。炒制燃烧炉1尺寸为1600mm×600mm×800mm，燃烧炉出气口通过连接件与高温烟气导管2连接。炒制燃烧炉个数为5个，排放风量为12000m3/h。高温烟气导管2与16外部换热管道断面尺寸为150mm×300mm，7断面尺寸为600mm×350mm。经油烟分析仪检测，炒制产生的油烟初始质量浓度为15.26mg/m3，非甲烷总烃初始质量浓度为35.86mg/m3。首先，炒制产生的油烟进入离心式油烟分离设备3分离大颗粒气溶胶。然后，分离后的油烟与燃料燃烧产生的高温烟气直接混合，温度约为220℃。然后，混合后的油烟进入16管程进行进一步升温，升温后的油烟达到催化降解起燃温度进入5开始反应。催化氧化模块采用蜂窝状Ag/Al2O3作催化剂对油烟中VOCs组分进行降解。完成催化氧化反应后的油烟温度为286℃，由换热器外部管道输送至换热器壳程用于对经离心分离后待处理油烟的升温。最后，净化后的烟气降温后由6的壳程出口输送至7排出。由油烟分析仪测得全面净化后的油烟与非甲烷总烃质量浓度分别为0.69mg/m3和5.56mg/m3，净化效率分别为95.48％和84.49％。
实施例6
某大型饭店炒制燃烧炉配置本发明提供的实现油烟类污染物全面净化的装置，采用如图8和图9所示。炒制燃烧炉1尺寸为3200mm×600mm×800mm，炒制燃烧炉出气口通过连接件与高温烟气导管2连接。炒制燃烧炉个数为8个，排放风量为21000m3/h。高温烟气导管2断面尺寸为150mm×150mm，17和18的外部换热管内直径为10mm圆管，烟气排出管道7断面尺寸为800mm×500mm。经油烟分析仪检测，炒制产生的油烟初始质量浓度为13.89mg/m3，非甲烷总烃初始质量浓度为63.74mg/m3。首先，炒制产生的油烟进入离心式油烟分离设备3分离大颗粒气溶胶。然后，分离后的油烟与燃料燃烧产生的高温烟气直接混合，温度约为230℃。然后，混合后的油烟由4壳程升温后进入5进行催化降解。催化氧化模块采用蜂窝状Mn/Al2O3作催化剂对油烟中VOCs组分进行降解。最后，经催化氧化处理的油烟转变为温度更高的热净化烟气，进入18的壳程，将热量间接传递给管程的待处理油烟，使温度降低并经7外排，而油烟则升温至催化氧化起燃温度。在导热油加热待处理油烟的同时，以满足起燃为目标，逐步减少烟气导管的烟气量，直到完全关闭。由油烟分析仪测得全面净化后的油烟和非甲烷总烃质量浓度为0.32mg/m3和8.28mg/m3，净化效率分别为97.69％和87.01％。
本发明装置燃料燃烧炉产生的高温烟气与油烟直接混合换热升温是指，首先，利用燃料燃烧炉产生高温烟气，从灶台或燃烧炉高温烟气出口和流量调节阀排出后，通过高温烟气导管输送至离心分离装置与催化氧化模块之间管段的管道混合器中，以直接接触混合换热的方式，使经过离心分离的油烟升温至催化氧化起燃温度。然后，进入催化氧化模块，使颗粒物气溶胶和VOCs完全氧化为CO2和H2O等。最后，催化氧化产生的热烟气进入管壳式气-水换热器的壳程，与管程的水间接换热，实现烟气温度降低并经管道外排，而水温升高，供给厨房和其他场所使用。
本发明装置先用燃料燃烧炉产生的高温烟气与油烟直接混合，后用催化燃烧产生的热烟气与油烟间接换热升温是指，烹饪或炒制等加工刚开始时，利用燃料燃烧炉产生高温烟气，从灶台或燃烧炉高温烟气出口和流量调节阀排出后，通过高温烟气导管输送至离心分离装置与管壳气-气换热器之间的管段，以直接接触混合换热的方式，使经过离心分离的油烟升温至催化氧化起燃温度，启动催化氧化反应。经催化氧化处理的油烟转变为温度更高的热净化烟气，返回至管壳式气-气换热器的壳程，将热量间接传递给管程的待处理油烟，使温度降低并经管道外排，而油烟则升温至催化氧化起燃温度。在热净化烟气返回管壳式气-气换热器的同时，以满足起燃为目标，逐步减少烟气导管的烟气量，直到完全关闭。
本发明装置先用燃料燃烧炉产生的高温烟气与油烟直接混合，后用蓄积热量的导热油与油烟间接换热升温是指，烹饪或炒制等加工刚开始时，利用燃料燃烧炉产生高温烟气，从灶台或燃烧炉高温烟气出口和流量调节阀排出后，通过高温烟气导管输送至离心分离装置与管壳式油-气换热器之间的管段，以直接接触混合换热的方式，使经过离心分离的油烟升温至催化氧化起燃温度，再通过管壳式油-气换热器的壳程，进入催化氧化模块，启动催化氧化反应。经催化氧化处理的油烟转变为温度更高的热净化烟气，进入另一个管壳式油-气换热器的壳程，将热量间接传递给管程的待处理油烟，使温度降低并经管道外排，而油烟则升温至催化氧化起燃温度。在导热油加热待处理油烟的同时，以满足起燃为目标，逐步减少烟气导管的烟气量，直到完全关闭。

Claims (7)

1.一种实现餐饮业油烟类污染物全面净化的装置，包括有：灶台或燃烧炉(1)、离心式油烟分离设备(3)、烟气排出管道(7)和引流风机(8)；其特征在于还包括有：高温烟气导管(2)、管道内混合器(4)、热催化氧化处理器(5)、管壳式气－水换热器(6)；
在灶台或燃烧炉(1)内设置有一个高温烟气出口，利用所述高温烟气出口连接一高温烟气导管(2)的一端，高温烟气导管(2)的另一端连接在转接管道(4A)上；
高温烟气导管(2)上安装高温烟气开关(2A)和流量调节阀(2B)；
管道内混合器(4)安装在转接管道(4A)内；
热催化氧化处理器(5)由EA管道接口段(5A)、EB管道接口段(5B)、热催化氧化段(5C)和多个催化氧化模块(5F)组成；
所述的催化氧化模块(5F)是指以内嵌式装载蜂窝或颗粒状催化剂的不锈钢多孔框架；
催化氧化模块(5F)固定在热催化氧化段5C壳体内部的带孔上支撑板5E与带孔下支撑板5D之间；
EA管道接口段(5A)与EB管道接口段(5B)的结构相同，为锥形空心桶形状；
热催化氧化段(5C)为矩形形状；热催化氧化段(5C)设置在EA管道接口段(5A)与EB管道接口段(5B)之间；催化氧化模块(5F)设置在热催化氧化段(5C)内；
管壳式气－水换热器(6)包括有水箱、外管道(6A)、内毛细管(6B)、半弧形多孔支撑板(6C)、上多孔板(6D)、下多孔板(6E)；半弧形多孔支撑板(6C)上设有用于内毛细管(6B)穿过的通孔，相邻的所述半弧形多孔支撑板(6C)相对放置，用于定位阵列排布的多支内毛细管(6B)；
外管道(6A)上设有FA管接口(6A1)、FB管接口(6A2)；
FA管接口(6A1)的一端用于与外部的冷水管道连接，FA管接口(6A1)的另一端焊接在FA水箱(6A1A)上，FA水箱(6A1A)的另一面板上设有多个FA导流口(6A1B)；所述FA导流口(6A1B)上连接有FA耐高温软管，FA耐高温软管的另一端连接在内毛细管(6B)的FC管接口(6B1)上；
FB管接口(6A2)的一端用于与外部的管道连接，FB管接口(6A2)的另一端焊接在FB水箱(6A2A)上，FB水箱(6A2A)的另一面板上设有多个FB导流口(6A2B)；所述FB导流口(6A2B)上连接有FB耐高温软管，FB耐高温软管的另一端连接在内毛细管(6B)的FD管接口(6B2)上；
每一根内毛细管(6B)上设有FC管接口(6B1)、FD管接口(6B2)；
FC管接口(6B1)与FA水箱(6A1A)上的FA导流口(6A1B)之间连接有FA耐高温软管；
FD管接口(6B2)与FB水箱(6A2A)上的FB导流口(6A2B)之间连接有FB耐高温软管；
每一根内毛细管(6B)的管内用于冷水通过；相邻内毛细管(6B)之间的间隙用于高温油烟通过；
上多孔板(6D)与下多孔板(6E)的结构是相同的；上多孔板(6D)上的FA通孔(6D1)用于催化氧化后的全面净化后的油烟通过；下多孔板(6E)上的孔用于经热催化氧化处理器(5)后的高温油烟通过；
管壳式气－水换热器(6)中的相邻内毛细管(6B)之间形成管间隙壳程；管壳式气－水换热器(6)中的内毛细管(6B)用于冷水通过形成水管程。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：改进之处在于将管壳式气－水换热器(6)替换为多接口－管壳式气－水换热器(16)；并将所述的多接口－管壳式气－水换热器(16)安装在转接管道(4A)与热催化氧化处理器(5)之间；热催化氧化处理器(5)与烟气排出管道(7)之间设有能够抽拉的烟气挡板(11)；其中的连接关系为：
依据灶台或燃烧炉(1)的放置位置，将离心式油烟分离设备(3)安装在所述灶台或燃烧炉(1)的上方，并调节离心式油烟分离设备(3)相对灶台或燃烧炉(1)的高度；
在灶台或燃烧炉(1)与转接管道(4A)之间连接有高温烟气导管(2)；高温烟气导管(2)上设有高温烟气开关(2A)和流量调节阀(2B)；
离心式油烟分离设备(3)的输出端口上连接有转接管道(4A)；所述转接管道(4A)内安装有管道内混合器(4)；
转接管道(4A)的另一端与多接口－管壳式气－水换热器(16)的下端连接，多接口－管壳式气－水换热器(16)的上端与热催化氧化处理器(5)的EA管道接口段(5A)连接；
热催化氧化处理器(5)的EB管道接口段(5B)与烟气排出管道(7)之间安装有烟气挡板(11)；
所述烟气挡板(11)的下方与多接口－管壳式气－水换热器(16)之间还连接有热净化烟气回流管(12)；
多接口－管壳式气－水换热器(16)与烟气排出管道(7)之间还连接有旁路排气管道(13)，旁路排气管道(13)上设有旁路开关(13A)；
烟气排出管道(7)内安装有引流风机(8)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：改进之处在于在热催化氧化处理器(5)的下方设有一级－管壳式气－水换热器(17)，在热催化氧化处理器(5)的上方设有二级－管壳式气－水换热器(18)；其中的连接关系为：
依据灶台或燃烧炉(1)的放置位置，将离心式油烟分离设备(3)安装在所述灶台或燃烧炉(1)的上方，并调节离心式油烟分离设备(3)相对灶台或燃烧炉(1)的高度；
在灶台或燃烧炉(1)与转接管道(4A)之间连接有高温烟气导管(2)；高温烟气导管(2)上设有高温烟气开关(2A)和流量调节阀(2B)；
离心式油烟分离设备(3)的输出端口上连接有转接管道(4A)；所述转接管道(4A)内安装有管道内混合器(4)；
转接管道(4A)的另一端与一级－管壳式气－水换热器(17)的下端连接，一级－管壳式气－水换热器(17)的上端与热催化氧化处理器(5)的EA管道接口段(5A)连接；
热催化氧化处理器(5)的EB管道接口段(5B)与二级－管壳式气－水换热器(18)的下端之间安装有烟气挡板(11)；
所述烟气挡板(11)的下方与一级－管壳式气－水换热器(17)之间还连接有热净化烟气回流管(12)；
一级－管壳式气－水换热器(17)与二级－管壳式气－水换热器(18)之间还连接有旁路排气管道(13)，旁路排气管道(13)上设有旁路开关(13A)；
二级－管壳式气－水换热器(18)的上端与烟气排出管道(7)的下端连接，烟气排出管道(7)内安装有引流风机(8)。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于：所述催化剂为负载型贵金属催化剂或金属氧化物型催化剂；贵金属组分包括铂和钯，载体可为活性氧化铝和分子筛；氧化氧化物催化剂包括氧化铜、氧化铬、氧化镍和氧化钴；催化氧化起燃温度为150℃～200℃左右，催化氧化反应温度为200℃～400℃左右。
5.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于：多个的催化氧化模块(5F)的搭接构成波浪型催化氧化结构。
6.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于：催化氧化模块(5F)的构型是带孔上支撑板(5E)与带孔下支撑板(5D)之间安装的是承载催化剂的三角形蜂窝状框架，即带孔上支撑板(5E)的下方安装有阵列排布的倒三角形蜂窝状框架(5E1)，所述的倒三角形蜂窝状框架(5E1)上负载有催化剂；带孔下支撑板(5D)的上方安装有阵列排布的正三角形蜂窝状框架(5D1)，所述的正三角形蜂窝状框架(5D1)上负载有催化剂；所述的倒三角形蜂窝状框架(5E1)与所述的正三角形蜂窝状框架(5D1)交叉放置。
7.根据权利要求1、2或3所述的装置进行的餐饮业油烟类污染物全面净化的方法，其特征在于：该方法是在传统离心式油烟分离技术和装置的基础上，增设了油烟加热和热催化氧化技术和装置，从而使离心分离后残留的微细气溶胶和挥发性有机物完全降解实现对油烟类污染物的全面净化。具体来说，烹饪和炒制等产生的油烟首先经过离心分离装置去除其中的大颗粒气溶胶。然后，采用与高温烟气直接混合换热的方式，或与催化氧化产生的热烟气间接换热的方式，或与导热油间接换热的方式，加热油烟至催化氧化反应的起燃温度。最后，在催化氧化模块中，残留的微细气溶胶和VOCs被氧化成CO2和H2O等。其中，加热油烟至催化起燃温度可通过三种方式实现，一是燃料燃烧炉或灶台产生的高温烟气与油烟直接混合换热升温；二是先用燃料燃烧炉或灶台产生的高温烟气与油烟直接混合，后用催化燃烧产生的热烟气与油烟间接换热升温；三是先用燃料燃烧炉或灶台产生的高温烟气与油烟直接混合，后用蓄积热量的导热油与油烟间接换热升温。催化氧化模块中，装载的对于微细油烟气溶胶和VOCs氧化的催化剂为负载型贵金属催化剂或金属氧化物型催化剂。贵金属组分包括铂和钯，载体可为活性氧化铝和分子筛；氧化氧化物催化剂包括氧化铜、氧化铬、氧化镍和氧化钴等。催化氧化起燃温度为150℃～200℃左右，催化氧化反应温度为200℃～400℃左右。
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