双筒式静电除尘器（W-Cylinder）在船用柴油颗粒物治理中的应用与优势

富士电气、神奈川工科大学与东京城市大学等联合实证：针对低电阻柴油PM的再悬浮抑制与粒径分级收集研究

关键词
静电除尘器; 船舶柴油颗粒物; 低电阻颗粒; 再悬浮; W-Cylinder; 排放达标; 运行维护成本

随着海运和离岸发电规模扩大，船舶及柴油发电机组排放的细颗粒物（PM）成为大气环境和港口空气质量治理的重要挑战。低电阻颗粒物通常容易在传统静电除尘器（ESP）上发生感应电荷导致脱落（再悬浮），使得除尘效率下降，尤其对大粒径颗粒治理更为棘手。基于此背景，来自富士电气系统株式会社（Fuji Electric Systems Co., Ltd.）、神奈川工科大学与东京城市大学的研究团队开展了双筒式（W-Cylinder）静电除尘器的系统性实验验证，研究作者包括H. Kawakami、M. Yoshida、A. Zukeran、Y. Ehara、T. Inui与T. Yamamoto等人。

实验以一台排量约6,278 cc、转速1,200 rpm的柴油发动机为排放源，采用重油A燃料，在220–334°C的烟气温度与约10 m/s的气速条件下进行对比试验。用SMPS（40–500 nm）与气溶胶光谱仪（300–17,000 nm）测定粒径分布，并用低流量采样器测量质量收集量。两种结构分别为传统单筒（S-Cylinder）与新型双筒（W-Cylinder），后者通过在放电电极与接地壳体之间设置带孔接地电极，将“电荷区（charging space）”和“收集区（collecting space）”分隔开来，施加负直流高压约−4.8至−6.1 kV进行离子充电。设计使得再悬浮粒子在差压作用下被导入气速仅为充电区1/3或更低的收集区，从而降低剪切应力并实现二次捕集，抑制再悬浮。

结果显示：对40–300 nm的细颗粒，两种ESP均能保持较高的收集率（S-Cylinder在约100 nm处表现优良），但在约150 nm处出现效率最低值，归因于介于扩散与场电荷机制之间的电荷获得下降。对于大粒径（>1000 nm），传统S-Cylinder出现明显再悬浮，出口浓度甚至高于入口；而W-Cylinder在该粒径段表现出显著改善，表明双筒结构有效抑制了大粒子的脱落。质量测量亦支持此结论：S-Cylinder在启动15分钟时质量收集率约34%，随时间显著下降；W-Cylinder虽亦有下降，但整体保持更高的质量截留能力。滤纸目视对比也显示W-Cylinder处理后滤色更淡，表明净化效果优于单筒方案。

结合行业视角，该成果对中国的造纸、钢铁、水泥和化工等高排放行业具有重要参考价值：通过抑制再悬浮，W-Cylinder可提升ESP在高温、高粉尘负荷下的稳定达标率，减少二次投运清灰频率，从而降低运行维护成本并节约能源。国内厂商如艾尼科（Enelco）在极板材质、极线张力设计与电场优化方面积累了丰富经验，可将W-Cylinder思路与公司在极板、极线、电场分布优化及EHD辅助技术的工程化方案结合，推进在水泥窑尾、烧结烟气与热电厂尾气等场景的试点与推广。

展望未来，面向更严格的港口与航运排放法规，兼顾PM2.5及超细颗粒治理的静电除尘系统将朝向多段分区控制、EHD（电流体力学）增强与在线监测集成化方向发展。W-Cylinder所体现的“分区减速、二次再捕集”设计理念，可与低频AC或脉冲电源、加湿/凝聚预处理以及在线清灰策略结合，以实现高效、稳定且成本可控的船舶与工业燃烧废气治理解决方案。

本文研究由富士电气系统株式会社、神奈川工科大学与东京城市大学联合完成，作者联系方式见原文。作为行业服务商，艾尼科可提供基于电极材料优化、极线配置与电场仿真的定制化升级方案，协助企业在满足排放限值的同时降低能耗与运维成本。

参考文献
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[9] (重复条目同[8]) Yamamoto T., et al., IEEE Trans. Ind. Appl., Vol.46, No.4, pp.1606-1612, 2010.
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