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HID光源內(nèi)的含汞量分析 |
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1、前言
高強(qiáng)度氣體放電燈（ＨＩＤ）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。ＨＩＤ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ＨＩＤ光源如高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展。 ＨＩＤ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(duì)汞危害認(rèn)識(shí)的提高，對(duì)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(píng)價(jià)ＨＩＤ光源中的汞？從環(huán)保角度看含汞燈的汞含量是多少可以接受？如何評(píng)價(jià)無汞的ＨＩＤ光源？ 這些問題在社會(huì)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(tái)限制含汞光源的措施。 為此，本文就ＨＩＤ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(shí)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(duì)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１kWh的電能，發(fā)電廠的排汞量，而這取決于每千克煤炭?jī)?nèi)的含汞量、每發(fā)1kWh電的耗煤量以及火力發(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０．０９６~２．６７ｐｐｍ，綜合值為０．５５ｐｐｍ，即每燃燒１ｋｇ煤就有０．５５ｍｇ汞排向大氣。 火力發(fā)電煤耗為０．３３７ｋｇ/kWh標(biāo)煤（６００ＭＷ機(jī)組）到０．４０６ｋｇ/kWh標(biāo)煤（１００ＭＷ機(jī)組），平均標(biāo)煤耗量為０．３７５ｋｇ/kWh。 目前，中國(guó)火力發(fā)電占總發(fā)電量的比例為７３．７％，（水力占２４．５５％，其他占１．７５％），這三者的乘積為： ｃ＝０．５５×０．３７５×７３．７％＝０．１５２ｍｇ/ｋＷｈ 當(dāng)然在不同的國(guó)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(shì)。 為了能夠比較不同類型的光源，我們引入一個(gè)參數(shù)Ｍ，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：Ｍ＝Ｈ/ＬＴ＋ｃ/ｅ 式中:Ｈ—燈內(nèi)的含汞量； Ｌ—該光源壽命期間的平均總光通量（ｋLｍ）； Ｔ—光源的壽命（ｋｈ）； ｃ—每發(fā)1kWh電發(fā)電廠向大氣排放的汞量為０．１５２ｍｇ/ｋＷｈ； ｅ—光源最基本的一個(gè)參數(shù)“發(fā)光效能”（Lｍ/Ｗ）。 3、不同類型的ＨＩＤ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(zhǎng)壽命ＨＩＤ燈可近似看作無汞光源 在總釋汞公式中，當(dāng)Ｈ/ＬＴ?。迹迹?ｅ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Ｈ＜＜ｃｐＴ。 只要燈的功率ｐ足夠大，壽命Ｔ足夠長(zhǎng)，這個(gè)條件總能滿足。對(duì)功率為２５０Ｗ，壽命為１２０００h的任何ＨＩＤ光源，ｃｐＴ＝５００ｍｇ，燈內(nèi)含汞量小于５０ｍｇ，比它低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以忽略不計(jì)。 這時(shí)總釋汞量為Ｍ＝ｃ/ｅ，因此大功率長(zhǎng)壽命的ＨＩＤ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ｅ。 從上表中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ＨＩＤ中，自鎮(zhèn)流高壓汞燈的汞污染最高； （4）總的來說，ＨＩＤ對(duì)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(píng)價(jià)新的無汞ＨＩＤ光源？ 首先，無汞光源應(yīng)該代表ＨＩＤ光源特別是小功率的ＨＩＤ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)Ｍ＝Ｈ/ＬＴ＋ｃ/ｅ，當(dāng)Ｈ＝０時(shí)，公式變成Ｍ＝ｃ/ｅ，得出無汞燈應(yīng)達(dá)到的最低光效： ｅ＝ｃ/Ｍ 對(duì)于無汞高壓鈉燈，ｅ＝０．１５２/０．００１６＝９５Lｍ/Ｗ； 對(duì)于無汞金鹵燈，ｅ＝０．１５２/０．００２３＝６6Lｍ/Ｗ。 然而，市場(chǎng)上某些自詡封為綠色ＨＩＤ燈的市售無汞高壓鈉燈，光效還不到８０Lｍ/Ｗ。 6 該企業(yè)最新標(biāo)識(shí)商學(xué)院  
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