HID光源内的含汞量 |
1、前言 高强度气体放电灯(HID)是继白炽灯、荧光灯后的第三代光源,是电光源发展史上的一大革命。HID使光源的光效得到大幅度提高,功率范围也显著扩大。几十年来,各种HID光源如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯都得到了长足的进展。 HID光源离不开汞的使用,或者说现代光源包括高压汞灯、高压钠灯、金卤灯,乃至超高压汞灯在内的各种HID无一不是汞蒸汽的杰出效应。随着人们对汞危害认识的提高,对HID光源的使用也提出了疑问。并引出一系列相关问题:如何全面评价HID光源中的汞?从环保角度看含汞灯的汞含量是多少可以接受?如何评价无汞的HID光源? 这些问题在社会上甚至在业界内引起了很大反响,有些学者把灯内无汞作为绿色光源的首要标志而不谈光效与寿命,某些权威部门甚至想出台限制含汞光源的措施。 2、HID光源中汞的来源 污染环境的汞来自两个方面,一个当然是制灯消耗和灯废弃时灯内的汞;另一个未被大众所认识的来源是点灯耗电时,火电厂燃烧煤炭燃料中也有汞释放到大气中。而电光源在全寿命期间造成环境污染的总汞量为这二者之和。 为了定量分析灯中对环境造成污染的汞主要来源,我们必须先计算电光源每消耗1kWh的电能,发电厂的排汞量,而这取决于每千克煤炭内的含汞量、每发1kWh电的耗煤量以及火力发电的比例(基本上认为非火力发电不存在汞的散发)。 汞是煤炭中的伴生杂质,各种煤炭的汞含量也不尽相同,通常含量为0.096~2.67ppm,综合值为0.55ppm,即每燃烧1kg煤就有0.55mg汞排向大气。 火力发电煤耗为0.337kg/kWh标煤(600MW机组)到0.406kg/kWh标煤(100MW机组),平均标煤耗量为0.375kg/kWh。 目前,中国火力发电占总发电量的比例为73.7%,(水力占24.55%,其他占1.75%),这三者的乘积为: 当然在不同的国家有不同的值。随着发电技术的进步和燃煤电站比例的减少,此值呈下降趋势。 为了能够比较不同类型的光源,我们引入一个参数M,表示一个灯在单位时间内发出单位光通量的总释汞量。笔者用每千流明每千小时释汞的毫克数表示,称为总释汞度。 总释汞度公式:M=H/LT+c/e 3、不同类型的HID有不同的总释汞度 我们分别计算不同灯(也包括了无汞的白炽灯和荧光灯作为参照)的释汞度,结果如下表所示。 4、大功率长寿命HID灯可近似看作无汞光源 在总释汞公式中,当H/LT <<c/e时,可以近似地把灯看成无汞光源,这样“无汞光源”的条件是H<<cpT。 只要灯的功率p足够大,寿命T足够长,这个条件总能满足。对功率为250W,寿命为12000h的任何HID光源,cpT=500mg,灯内含汞量小于50mg,比它低了一个数量级,可以忽略不计。 这时总释汞量为M=c/e,因此大功率长寿命的HID灯可以近似地看成无汞光源,它的首要环保目标不是降低灯内的汞,而是提高光效e。 从上表中最右一列可以清楚地看出: 5、无汞光源必须达到的光效 如何评价新的无汞HID光源?
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