汞蒸氣燈工作原理

氣體放電燈的工作原理均基于放電管內(nèi)的電子、原子、離子之間的相互碰撞。燈管電流的產(chǎn)生依賴于電子碰撞引起的原子的電離，而原子或分子的激發(fā)是特征線光譜或譜帶的輻射所必需的過(guò)程，連續(xù)光譜的輻射主要是由于電子和離子復(fù)合的結(jié)果。汞的主要輻射光譜線在紫外、藍(lán)、綠、黃光區(qū)域。

汞蒸氣放電的發(fā)光效率隨汞蒸氣壓而改變，見(jiàn)圖1。在AB段光效隨汞蒸氣壓的升高而增加，這是由于隨著氣壓的升高有更多的汞原子處于6³P₁態(tài)，并被激發(fā)到更高的能級(jí)，在高能級(jí)之間躍遷而發(fā)出可見(jiàn)光。在BC段中汞蒸氣壓進(jìn)一步升高，由于汞原子濃度增大，電子和汞原子的彈性碰撞概率增加。電子通過(guò)頻繁的彈性碰撞將能量傳遞給原子，使汞蒸氣的溫度升高，造成所謂的“體積損耗”，發(fā)光效率下降。到C點(diǎn)以后，氣體的溫度已經(jīng)升得足夠高，使汞原子產(chǎn)生熱電離和熱激發(fā)。這時(shí)，有越來(lái)越多的汞原子被激發(fā)到較高的能級(jí)而發(fā)出可見(jiàn)光。所以隨氣壓的升高光效又開始上升。同時(shí)，由于管壁附近溫度較低，不足以產(chǎn)生熱激發(fā)和熱電離，發(fā)光電弧向燈的軸心收縮。汞蒸氣壓越高，這一收縮便越明顯，被稱為電弧的繩化現(xiàn)象。在DE段，汞蒸氣壓為1~5atm，電弧的軸心溫度約為5500K，此時(shí)汞蒸氣放電有較高的光效，也比較容易使燈的電參數(shù)與220 V市電相配合，因此一般的高壓汞燈就是工作在這一區(qū)域。EF段是超高氣壓放電 。

汞蒸氣燈是利用通電后燈管內(nèi)灼熱汞蒸氣發(fā)光的燈泡。汞蒸氣燈發(fā)出非連續(xù)光譜的光。在其光譜中，缺紅光成分，綠區(qū)、藍(lán)區(qū)和紫外區(qū)線光譜強(qiáng)烈，因此不宜用于彩色攝影的光源，多用于城市街道照明 。

汞蒸氣燈是利用汞蒸氣放電發(fā)光原理而制成的燈。按汞蒸氣壓和用途的不同，可分成低壓汞蒸氣燈、低壓水銀熒光燈、高壓汞蒸氣燈、超高壓汞蒸氣燈等。

汞蒸氣燈低壓汞蒸氣燈

低壓汞蒸氣燈在汞蒸氣壓比較低時(shí)，電流通過(guò)汞蒸氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)為253.7nm的共振輻射，這一波長(zhǎng)的輻射效率達(dá)60%，而可見(jiàn)輻射則很少，僅占輸入電能的2%左右。所以低壓汞蒸氣燈是效率很高的紫外線光源。一般紫外線燈具都是采用低壓汞蒸氣燈作光源 。

汞蒸氣燈高壓汞蒸氣燈

高壓汞蒸氣燈品種、規(guī)格比較多，主要有熒光高壓汞蒸氣燈、反射型高壓汞蒸氣燈、自鎮(zhèn)流熒光高壓汞蒸氣燈和管型高壓汞蒸氣燈。高壓汞蒸氣燈發(fā)光效率高，使用壽命長(zhǎng)，但紫外光多、紅光少，可用做曬圖機(jī)的光源；管壁涂熒光物質(zhì)后產(chǎn)生白光，即高壓水銀熒光燈，可用于廣場(chǎng)和街道的照明。高壓汞蒸氣燈的發(fā)光效率約為64lm/W，其中可見(jiàn)光成分較多，燈內(nèi)的氣壓有1~5Pa 。

汞蒸氣燈超高壓汞蒸氣燈

超高壓汞蒸氣燈主要有球形超高壓汞蒸氣燈和毛細(xì)管超高壓汞蒸氣燈。球形超高壓汞蒸氣燈工作氣壓在10~15個(gè)大氣壓，亮度達(dá)到10⁹cd/m²，發(fā)光效率為30~50lm/W。毛細(xì)管超高壓汞蒸氣燈的工作氣壓在50~200個(gè)大氣壓，燈管的溫度極高，必須用水或壓縮空氣冷卻 。

以熒光高壓汞蒸氣燈為例簡(jiǎn)要介紹汞蒸氣燈的主要結(jié)構(gòu)。熒光高壓汞蒸氣燈由放電管、電極、外玻璃殼和燈頭等主要零部件構(gòu)成。

汞蒸氣燈放電管

高壓汞蒸氣燈的放電管由耐高溫的透明石英管制造，管內(nèi)充有少量氬氣，啟動(dòng)時(shí)先建立主電極與輔助電極之間的放電，然后再建立主電極之間的弧光放電，放電管工作時(shí)管壁溫度可達(dá)到1000K，內(nèi)部汞蒸氣壓強(qiáng)高達(dá)0.2~0.4MPa，并要求放電管能夠透射紫外線以激發(fā)外玻璃殼內(nèi)壁上的熒光物質(zhì)而發(fā)光 。

汞蒸氣燈電極

放電管兩端各有一個(gè)放電電極，其結(jié)構(gòu)是在頂端磨尖的鎢桿外面套上雙層鎢絲螺旋，螺旋間涂覆鋇、鍶、鈣氧化物電子發(fā)射材料。內(nèi)層螺旋間隙繞制，螺旋之間可以充填盡可能多的電子發(fā)射物質(zhì)，外層螺旋密繞防止電子發(fā)射物質(zhì)脫落，同時(shí)減少離子轟擊 。

汞蒸氣燈外玻璃殼

熒光高壓汞蒸氣燈是一種雙層玻璃殼燈泡，石英放電管外面另有一個(gè)橢球形外玻璃殼。外玻璃殼中充入數(shù)百托（1托=133.32Pa）氮?dú)猓獨(dú)夥乐广f箔和金屬零部件氧化，并且保持放電管溫度穩(wěn)定。外玻璃殼還可以截?cái)嗍⒎烹姽艿淖贤饩€保證照明安全，熒光高壓汞蒸氣燈的外玻璃殼內(nèi)壁的熒光粉把紫外線轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色光，改善顯色性，提高發(fā)光效率。外玻璃殼多用熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的硬質(zhì)玻璃制成，避免室外使用時(shí)雨雪淋濺引起炸裂 。

汞蒸氣燈燈頭

熒光高壓汞蒸氣燈采用標(biāo)準(zhǔn)的E40螺口燈頭便于安裝使用。由于燈泡工作溫度很高，壽命很長(zhǎng)，所以多采用無(wú)焊泥的機(jī)械式夾緊燈頭 。

含汞爐氣降溫、汞冷凝和汞回收的過(guò)程。

1.影響汞蒸氣冷凝效果的因素

冷凝溫度是重要因素。將含汞爐氣溫度降到臨界點(diǎn)時(shí)，可冷凝氣體的蒸氣壓隨之相應(yīng)降低，開始凝結(jié)成液體。

除冷凝溫度外，保持冷凝系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)臍饬魉俣?、高的汞蒸氣濃度和合適的冷卻速度，均有利于汞蒸氣的凝結(jié)。

冷凝形成的小汞珠在冷凝管降落過(guò)程中和在水冷汞槽中流動(dòng)時(shí)，由于表層薄膜的破裂而匯合集結(jié)成金屬(活)汞。如煙氣含汞量少、含煙塵量多時(shí)，灰塵常常成為汞蒸氣凝結(jié)的晶核：以及在煙氣流速較大、冷卻很快的條件下冷凝，一般形成極細(xì)的金屬汞珠，表面蒙上一層汞的氧化物或硫化物形成的牢固的薄膜。汞珠不易集結(jié)而進(jìn)入沉降的礦塵、煤灰和碳粒中，生成汞臭。汞蒸氣在冷凝過(guò)程中也會(huì)與煙氣中的二氧化硫、三氧化硫氣體作用，生成硫酸汞塊和亞硫酸汞塊進(jìn)入汞炱，在不同的爐氣成分和不同的冷卻條件下，金屬汞產(chǎn)出率波動(dòng)在60%-90%內(nèi)，其余10%-40%的汞呈汞炱形態(tài)產(chǎn)出。

2.工藝

汞礦石豎爐焙燒、汞精礦回轉(zhuǎn)蒸餾爐焙燒和汞礦石回轉(zhuǎn)窯焙燒煉汞所產(chǎn)含汞護(hù)氣，都采用垂直型多級(jí)管狀冷凝器冷凝。這種冷凝器一般用鋼、鑄鐵或上釉陶瓷管作冷凝管，管徑為250-400mm，冷凝面積根據(jù)需要確定。汞礦石豎護(hù)倍燒煉汞日處理1t汞礦石所濡的冷凝面積為2.7-4.5m2，小爐取上限，大爐取下限。為使汞微粒在冷凝管內(nèi)有效沉集，管內(nèi)含汞護(hù)氣流度以4-6m/s為宜。中國(guó)在汞礦石流態(tài)化焙燒煉汞系統(tǒng)中，用文氏管冷凝系統(tǒng)取代龐大的管式冷凝器。含汞爐氣先通過(guò)文氏管快速降低溫度，使汞蒸氣冷凝，除去爐氣中大部分粉塵，粉塵進(jìn)入沉淀他，凝結(jié)的大粒汞珠進(jìn)入水封槽。被冷卻的含汞爐氣繼而進(jìn)入旋渦收汞器，使細(xì)粒汞珠、霧狀汞變成較大的汞珠降落在水封槽中。含汞爐氣再進(jìn)入列管式水套冷凝器，繼續(xù)降低溫度以冷凝收集汞。含汞爐氣最后引入淋洗塔，用循環(huán)水淋洗，進(jìn)一步降低其含汞量。

3.冷凝器

要用高導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和不易形成汞齊的材料制造。鋼鐵的導(dǎo)熱性較好，也不易與汞形成汞齊，但耐腐蝕性能較差。陶瓷的耐腐蝕性能較好，不易與汞形成汞齊，但導(dǎo)熱性較差。鎳鉻不銹鋼、鈦材的性能都可滿足要求 。

《電氣工程名詞》。

2100433B

汞蒸氣冷凝(condensation of mercury va-por)是指使含汞爐氣中的汞蒸氣冷凝成液態(tài)汞回收的過(guò)程，為火法煉汞流程的主要組成部分。包括爐氣除塵、冷凝收汞和汞炱處理三個(gè)主要環(huán)節(jié) 。