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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。HID光源內(nèi)的含汞量分析-HID光源內(nèi)的含汞量分析1、前言高強(qiáng)度氣體放電燈()是繼白熾燈、熒光燈后的第三代光源,是電光源發(fā)展史上的一大革命。使光源的光效得到大幅度提高,功率范圍也顯著擴(kuò)大。幾十年來,各種光源如高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈都得到了長足的進(jìn)展。光源離不開汞的使用,或者說現(xiàn)代光源包括高壓汞燈、高壓鈉燈、金鹵燈,乃至超高壓汞燈在內(nèi)的各種HID無一不是汞蒸汽的杰出效應(yīng)。隨著人們對汞危害認(rèn)識的提高,對HID光源的使用也提出了疑問。并引出一系列相關(guān)問題:如何全面評價(jià)光源中的汞?從環(huán)保角度看含汞燈的
2、汞含量是多少可以接受?如何評價(jià)無汞的光源?這些問題在社會上甚至在業(yè)界內(nèi)引起了很大反響,有些學(xué)者把燈內(nèi)無汞作為綠色光源的首要標(biāo)志而不談光效與壽命,某些權(quán)威部門甚至想出臺限制含汞光源的措施。為此,本文就光源及其汞含量問題進(jìn)行如下分析。2、HID光源中汞的來源污染環(huán)境的汞來自兩個(gè)方面,一個(gè)當(dāng)然是制燈消耗和燈廢棄時(shí)燈內(nèi)的汞;另一個(gè)未被大眾所認(rèn)識的來源是點(diǎn)燈耗電時(shí),火電廠燃燒煤炭燃料中也有汞釋放到大氣中。而電光源在全壽命期間造成環(huán)境污染的總汞量為這二者之和。為了定量分析燈中對環(huán)境造成污染的汞主要來源,我們必須先計(jì)算電光源每消耗kWh的電能,發(fā)電廠的排汞量,而這取決于每千克煤炭內(nèi)的含汞量、每發(fā)1kWh電的
3、耗煤量以及火力發(fā)電的比例(基本上認(rèn)為非火力發(fā)電不存在汞的散發(fā))。汞是煤炭中的伴生雜質(zhì),各種煤炭的汞含量也不盡相同,通常含量為,綜合值為,即每燃燒煤就有汞排向大氣?;鹆Πl(fā)電煤耗為/kWh標(biāo)煤(機(jī)組)到/kWh標(biāo)煤(機(jī)組),平均標(biāo)煤耗量為/kWh。目前,中國火力發(fā)電占總發(fā)電量的比例為,(水力占,其他占),這三者的乘積為:/當(dāng)然在不同的國家有不同的值。隨著發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步和燃煤電站比例的減少,此值呈下降趨勢。為了能夠比較不同類型的光源,我們引入一個(gè)參數(shù),表示一個(gè)燈在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出單位光通量的總釋汞量。筆者用每千流明每千小時(shí)釋汞的毫克數(shù)表示,稱為總釋汞度。總釋汞度公式:/式中:燈內(nèi)的含汞量;該光源壽命期
4、間的平均總光通量(L);光源的壽命();每發(fā)1kWh電發(fā)電廠向大氣排放的汞量為/;光源最基本的一個(gè)參數(shù)“發(fā)光效能”(L/)。3、不同類型的有不同的總釋汞度我們分別計(jì)算不同燈(也包括了無汞的白熾燈和熒光燈作為參照)的釋汞度,結(jié)果如下表所示。4、大功率長壽命燈可近似看作無汞光源在總釋汞公式中,當(dāng)/時(shí),可以近似地把燈看成無汞光源,這樣“無汞光源”的條件是。只要燈的功率足夠大,壽命足夠長,這個(gè)條件總能滿足。對功率為,壽命為h的任何光源,燈內(nèi)含汞量小于,比它低了一個(gè)數(shù)量級,可以忽略不計(jì)。這時(shí)總釋汞量為/,因此大功率長壽命的燈可以近似地看成無汞光源,它的首要環(huán)保目標(biāo)不是降低燈內(nèi)的汞,而是提高光效。從上表中
5、最右一列可以清楚地看出:(1)環(huán)境總的汞污染不能只看燈內(nèi)的含汞量,無汞的白熾燈實(shí)際上比任何光源的汞污染都高;(2)與熒光燈(包括緊湊熒光燈)的汞污染相比,標(biāo)準(zhǔn)高壓汞燈與之相當(dāng),而高壓鈉燈、金鹵燈要好得多;(3)在中,自鎮(zhèn)流高壓汞燈的汞污染最高;(4)總的來說,對環(huán)境總汞污染最低。5、無汞光源必須達(dá)到的光效如何評價(jià)新的無汞光源?首先,無汞光源應(yīng)該代表光源特別是小功率的燈的一個(gè)發(fā)展方向,真正有意義的無汞光源必須達(dá)到一定的發(fā)光效能。上面我們計(jì)算了每種燈的總釋汞度,相應(yīng)的無汞燈的總釋汞度至少不能比這個(gè)數(shù)值高。根據(jù)/,當(dāng)時(shí),公式變成/,得出無汞燈應(yīng)達(dá)到的最低光效:/對于無汞高壓鈉燈,/L/;對于無汞金鹵
6、燈,/6L/。然而,市場上某些自詡封為綠色燈的市售無汞高壓鈉燈,光效還不到L/。6、含汞燈的回收燈的使用范圍一直在不斷擴(kuò)大,已從室外照明延伸到室內(nèi)照明和汽車照明,因此,生產(chǎn)量以極快的速度發(fā)展著,到年我國年產(chǎn)量就已經(jīng)超過1億只。因?yàn)槊恐粺舻慕^對用汞量依然比較高,所以,如果能夠回收壽命終了的含汞光源中的汞,對環(huán)境保護(hù)非常有利。其實(shí)關(guān)于含汞廢光源的回收,世界上已有較成熟的工藝設(shè)備,其原理無外乎高溫蒸發(fā)、過濾收集和水沖擊沉淀收集幾種方法。汞的回收率接近,并且回收分離出來的玻璃和金屬仍具有利用價(jià)值。對于雙層玻殼的,由于燈中的汞只存在于放電管內(nèi),回收設(shè)備的原理其實(shí)并不太復(fù)雜。占總重量以上的玻璃的回收率可高達(dá)。但是,目前在我國還沒有那個(gè)企業(yè)設(shè)立了廢光源的回收線,這與回收成本
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