在燃煤电厂大气污染物治理的攻坚战中，湿法烟气脱硫（WFGD）系统一直是削减二氧化硫（SO₂）、实现超低排放的“主力军”。然而，随着对细颗粒物污染控制的日益严格，一种传统除尘设备难以捕集、会在烟道下游或大气环境中冷凝形成的“隐形”污染物——可凝结颗粒物（CPM），逐渐成为排放控制的难点。传统WFGD系统对CPM有一定的脱除作用，但效率有限且不稳定。如何让现有的脱硫“巨轮”也能高效“捕获”这些隐形的颗粒，成为行业亟待突破的技术瓶颈。
突破性思路：分级喷雾，四两拨千斤
近日，南京师范大学能源与机械工程学院吴昊副教授团队在《Separations》期刊上发表了一项颇具创新性的研究成果。该团队提出并验证了一种“分级喷雾”强化技术，通过在WFGD系统的不同位置，分别喷入特定条件的热碱雾滴和低温冷水雾滴，像一套精密的“组合拳”，在不改动主体工艺的前提下，显著提升了WFGD对CPM的协同脱除效率，降幅高达60-70%！这项研究为燃煤电厂低成本、高效控制CPM排放提供了全新的理论视角和极具应用潜力的技术方案。
核心机理：双管齐下，精准狙击CPM
该技术的核心智慧在于“分级”与“协同”：
第一级：喷淋层下部的“热碱雾狙击区”。在此区域均匀喷入60-90°C的细小碱性雾滴。这些雾滴扮演了双重角色：
凝结核与吸收剂：高温雾滴能调控烟气降温增湿过程，促使部分CPM前体物提前凝结析出，并以这些细颗粒为“核”，通过非均相凝结长大成更容易被捕集的微米级颗粒。同时，雾滴的碱性表面能高效吸收/溶解CPM中的酸性气态组分（如SO₃、HCl、HNO₃等），将其转化为盐类颗粒或直接吸收。
实验数据印证：如图1所示，当热碱雾滴液气比从0.05 L/m³提升至0.11 L/m³，CPM排放浓度下降19%，其中硝酸根（NO₃⁻）、硫酸根（SO₄²⁻）和氯离子（Cl⁻）浓度大幅下降41%-66.6%。如图2所示，雾滴温度从60°C升至90°C，CPM排放浓度进一步降低30%，SO₄²⁻和钙离子（Ca²⁺）浓度显著下降。这证明了热碱雾滴在促进凝结和化学吸收方面的关键作用。
第二级：喷淋层之间的“低温雾滴深度净化区”。在脱硫洗涤区喷入低温（如5-25°C）的细小冷水雾滴。这一步骤的妙处在于：
营造过饱和环境，抑制再释放：低温雾滴蒸发能对烟气进行深度降温和增湿，在整个洗涤区建立稳定的过饱和水汽环境。这不仅抑制了脱硫浆液滴的蒸发，防止了浆液中已溶解的CPM前体物重新释放到烟气中，还强化了水汽以CPM颗粒为凝结核的凝并长大过程。
实验数据印证：如图3所示，冷水喷雾液气比增加，CPM排放浓度降低17.4%，Ca²⁺、SO₄²⁻、NH₄⁺、Mg²⁺等关键离子浓度下降28.8%-42.8%。如图4所示，喷雾温度从25°C降至5°C，CPM排放浓度再降14.3%。这验证了低温喷雾通过抑制蒸发和促进凝结来“锁住”和“养大”颗粒的效果。
关键发现：SO₂浓度的影响与协同效能
研究还揭示了一个重要规律：入口SO₂浓度对CPM的排放有显著影响。如图5所示，当SO₂浓度从1500 mg/m³降至0时，CPM排放浓度惊人地降低了68.4%。这表明高浓度SO₂环境可能通过竞争反应或影响pH值等方式，抑制了WFGD对CPM的脱除。而分级喷雾技术，尤其是热碱雾滴的加入，能在不同SO₂浓度背景下（如图6所示）有效提升CPM脱除效率，显示出良好的适应性和协同强化作用。