PM10形成探讨

    可吸入颗粒物指空气动力学当量直径≤10微米的颗粒物，又称为PM10。

    可吸入颗粒物的形成主要有两个途径：其一，各种工业过程（燃煤、冶金、化工、内燃机等）直接排放的超细颗粒物；其二，大气中二次形成的超细颗粒物与气溶胶等。其中，第一种途径是可吸入颗粒物的主要形成源，也是可吸入颗粒物污染控制的重要对象。

    以煤炭利用领域为例。

    中国一次能源以煤炭为主，大量煤炭燃烧已对生态环境造成严重危害，并影响到资源与环境的可持续发展。除控制SO2和NOx的排放外，悬浮颗粒物的排放亦不容忽视。据统计，在全国粉煤灰的排放量已达1.5亿吨，虽然现有除尘装置的除尘效率可高达99%以上，但静电除尘器对超细飞灰的捕获率较低，约有1%的飞灰进入大气，构成大气气溶胶的主要部分。这部分飞灰以粒径小于2.5微米甚至亚微米级超细颗粒为主，其数量可达到飞灰总数的90%以上，且表面往往富集煤中微量重金属元素及有机污染物，危害甚大。另外，超细飞灰的形成也导致锅炉内炉壁的结渣与沾污程度的增加，影响锅炉的安全经济运行。因此，研究燃煤过程中超细飞灰的形成机制，降低其形成与排放量，意义重大。七十年代以来，鉴于世界各国燃煤吨位的剧增，煤炭燃烧过程中无机组分的转化行为其对锅炉设备和环境的影响受到普遍关注，有关燃煤飞灰的物理化学特性、形成机制及其利用途径，国内外已进行不同程度的研究，但对于超细飞灰的形成机制，尚无定论。M. Shibaoka & A. R. Ramsden利用特殊取样装置观察到煤粉燃烧过程中无机组分的形态变化，认为高灰分及高惰性组含量的煤，容易形成大量细粒飞灰。Quann R.J. and Sarofim A. J.利用电子显微镜研究了褐煤燃烧过程中灰粒的形成过程与数量。Erickson T. A. etc研究了在有Na、S和Si存在的煤粉火焰中飞灰的演变过程。H.M ten Brink揭示出煤粉燃烧过程中，超细硅烟雾的形成。

    美国麻省理工学院的研究结果表明，该类飞灰形成的数量主要与煤中矿物分布赋存特征有关，而与煤级关系不大。一般认为，亚微米级颗粒主要由挥发的元素均相凝聚而成，主要为碱金属或碱土金属的盐类（K2SO4、Na2SO4、CaSO4）。日本学者利用低变质烟煤与褐煤进行研究表明，亚微米级颗粒主要来自于与有机质结合的钙离子，燃烧过程中未能充分聚结。可见，不同学者由于采用煤种与试验条件的差异，得出的结论并非一致。

    中国也有少数学者涉足该领域的研究，王伯春（1997）等的研究发现，细粒飞灰形成的数量随着煤中Fe、K、Na等元素的蒸发量的增加而增加。中国动力用煤煤种齐全，今后针对不同煤种的煤质特性及不同锅炉类型，研究超细飞灰的形成机制是十分必要的。