本發(fā)明屬于鹵水富集，特別涉及一種太陽能煙囪鹽湖鹵水富集系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、我國的鹽湖資源豐富，鹽湖鹵水中蘊含多種化學組分，如li,?k,?na,?mg,?br等，具有極高的開發(fā)價值，其中，青藏高原地區(qū)的鹽湖尤為集中。這些地區(qū)海拔高，地勢平坦開闊，常年干旱，日照豐富，非常適宜利用太陽能進行鹽湖鹵水資源的提取利用。目前主要通過就地建立鹽田，利用太陽能進行鹽田灘曬的方法獲取富集老鹵，即通過自然蒸發(fā)實現(xiàn)鹵水的濃縮和析鹽后，再進行下一步的深度化工處理以制取精鹽。

2、上述普通鹽田灘曬技術是利用天然風能和太陽能實現(xiàn)對鹽湖鹵水進行富集，具有低能耗、且工藝簡單的優(yōu)勢。但也有很多不足，主要體現(xiàn)在以下四個方面：

3、（1）鹽田建設面積大，成礦周期長。鹵水匯集在指定的鹽田中形成鹵水池中灘曬，鹵水只在鹽田表面進行自然蒸發(fā)，且液面空氣流速較低，因而蒸發(fā)效率低，導致鹽田建設面積大，由此還會引發(fā)鹵水的滲漏，引起資源浪費。使用該技術，成礦周期往往長達一年以上，在整個生產(chǎn)周期占比巨大，使得整個生產(chǎn)過程效率低下。

4、（2）鹵水的蒸發(fā)過程受氣象條件變化影響大,蒸發(fā)過程不可控性大。鹽湖多集中于高海拔地區(qū)，具有晝夜及年平均氣溫變化大的特點。環(huán)境條件的變化如晝夜的溫度波動，及太陽輻照的波動，或表面風速的差異都會使得鹵水的蒸發(fā)環(huán)境受到極大影響，而由于鹵水成分復雜，往往極其需要保證蒸發(fā)環(huán)境的穩(wěn)定性才能使得鹵水的結晶路線符合預期，故普通日曬工藝中最后成礦獲得的產(chǎn)物往往質(zhì)量不高，增加了深加工的難度與復雜度。

5、（3）后續(xù)還需進行單獨的鹽顆粒篩選過程。鹵水的濃縮最終目標是提取出目標精鹽，而將其真正運用到工業(yè)生產(chǎn)中，不僅需要滿足成分的要求，還需將其控制在一定的尺寸范圍內(nèi)，普通灘曬過程根本無法對精鹽的尺寸進行控制。如碳酸鋰，其在鋰電池等領域具有廣泛的應用，碳酸鋰粒徑的大小對鋰鹽的性能和應用有著重要的影響。粒徑越小，比表面積越大，化學反應速率越快，電化學性能也越好。

6、（4）由于鹵水處于開放式的環(huán)境，鹵水的蒸發(fā)過程會使得本就干旱的鹽湖地區(qū)水資源減少，破壞生態(tài)環(huán)境的平衡。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能煙囪鹽湖鹵水富集系統(tǒng)及方法，以解決上述問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種太陽能煙囪鹽湖鹵水富集系統(tǒng)，包括集熱棚、煙囪、基底、噴霧裝置和隔板；集熱棚設置在基底的上方，集熱棚的中心處設置有開口，開口上連接有煙囪，若干噴霧裝置設置在集熱棚的內(nèi)側下表面；隔板設置在基底上，將基底分隔為若干個鹵水蒸發(fā)腔室；集熱棚和隔板內(nèi)均填充有相變材料。

4、進一步的，基底包括鹵水池、隔熱材料、濾網(wǎng)和蓄熱土壤，鹵水池設置在蓄熱土壤上，鹵水池側面由隔熱材料包裹；濾網(wǎng)覆蓋在鹵水池的正上方。

5、進一步的，若干個隔板將鹵水池分隔為若干個鹵水蒸發(fā)腔室，噴霧裝置位于各個鹵水蒸發(fā)腔室上方。

6、進一步的，集熱棚包括透明玻璃和透明相變材料，透明玻璃為雙層中空結構，透明相變材料填充在透明玻璃內(nèi)。

7、進一步的，隔板包括相變材料和金屬板，金屬板為雙層中空結構，相變材料填充在金屬板內(nèi)。

8、進一步的，集熱棚和煙囪的連接處設置有風力透平，風力透平連接蓄電池，蓄電池連接噴霧裝置。

9、進一步的，煙囪的頂部設置有冷凝收水裝置，用于收集淡水。

10、進一步的，冷凝收水裝置包括冷凝器、收水池、輸水管道和淡水池；冷凝器設置在煙囪的出口處，冷凝器的下方連接收水池，收水池通過輸水管道連接到淡水池。

11、進一步的，噴霧裝置為噴霧粒徑可調(diào)節(jié)的噴霧裝置。

12、一種太陽能煙囪鹽湖鹵水富集系統(tǒng)的操作方法，包括以下步驟：

13、白天，陽光照射后集熱棚和隔板吸熱升溫，當輻照量過高時，集熱棚和隔板中嵌入的相變材料吸收多余熱量轉化為自身的相變潛熱，保持集熱棚和隔板的溫度穩(wěn)定在相變溫度以內(nèi)，鹵水蒸發(fā)腔室內(nèi)空氣溫度升高；

14、煙囪的存在引發(fā)煙囪效應，鹵水蒸發(fā)腔室內(nèi)的氣流會不斷從集熱棚邊緣進口吸入，并流經(jīng)各個鹵水蒸發(fā)腔室，在煙囪進口匯集，匯集后的氣流一同推動風力透平的轉動，產(chǎn)生電能存儲在蓄電池；

15、待鹵水蒸發(fā)腔室內(nèi)空氣溫度及流速穩(wěn)定后，將原鹵抽入噴霧裝置內(nèi)，鹵水被霧化成液滴與鹵水蒸發(fā)腔室內(nèi)的氣流充分接觸并蒸發(fā)，隨著鹵水進入濃縮后期，濃度達到一定值時蒸發(fā)過程中會析出一部分鹽顆粒，粒徑過小的鹽顆粒或未蒸發(fā)成核的鹵水則落入本級鹵水池中，以待進入下一級鹵水蒸發(fā)腔室進行進一步蒸發(fā)；

16、隨著鹵水的不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)形成的水蒸汽被氣流攜帶流進煙囪入口直至煙囪上方冷凝器處，氣流與冷凝器充分換熱，其攜帶的水蒸汽冷凝后匯集入收水池中，并通過輸水管道將回收的淡水引入淡水池中；

17、夜間，集熱棚和隔板間嵌入的相變材料會釋放巨大恒溫相變潛熱來維持鹵水蒸發(fā)腔室壁面的溫度，從而穩(wěn)定鹵水蒸發(fā)腔室內(nèi)的溫度。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下技術效果：

19、本發(fā)明提供的這種基于相變材料及噴霧裝置的太陽能煙囪鹽田鹵水富集系統(tǒng)，整體為太陽能煙囪結構，該結構可利用煙囪效應和溫室效應提高鹽田鹵水的蒸發(fā)速率，從而縮短成礦周期；同時，在由集熱棚與隔板形成的幾個腔室內(nèi)分別安裝噴霧裝置，實現(xiàn)鹵水的霧化，鹵水以液滴的形式與空氣接觸，增加了鹵水與空氣之間的接觸面積，提高鹵水與空氣間的換熱效率，從而減少鹽田建設的面積。

20、本發(fā)明由于鹽湖多集中于高海拔地區(qū)，具有晝夜及年平均氣溫變化大的特點，鹵水蒸發(fā)過程極易受氣象條件變化的影響，故在集熱棚和隔板中嵌入相變材料，相變材料能在白天高溫時吸熱將能量轉化為相變潛熱，夜間低溫時則釋放相變潛熱，即利用相變材料在相變時產(chǎn)生的巨大恒溫潛熱來維持鹵水蒸發(fā)腔室壁面的溫度在相變溫度附近，從而穩(wěn)定各級腔室內(nèi)部的氣流溫度在一定溫度范圍內(nèi)；同時由于系統(tǒng)內(nèi)部氣流的流動，與內(nèi)部腔室與外部環(huán)境之間形成的溫差從而形成的氣體密度差密切相關，故也能削弱腔室內(nèi)部風速的波動；集熱棚在下雨時還能充當遮雨棚，避免雨水進入鹵水池影響鹵水成分。本系統(tǒng)可實現(xiàn)減弱外界環(huán)境變化對鹵水蒸發(fā)過程干擾的目的，從而提升了鹵水濃縮質(zhì)量。

21、本發(fā)明中安裝的噴霧裝置，除了能將鹵水霧化成液滴以提高鹵水與空氣間的換熱效率，還能通過控制霧化的液滴的尺寸，配合趨于穩(wěn)定的蒸發(fā)環(huán)境，蒸發(fā)濃縮得到符合粒徑要求的目標精鹽，將一定目數(shù)的濾網(wǎng)覆蓋在鹵水池上方，能夠直接篩出并提取出符合要求的鹽分，實現(xiàn)鹽顆粒的析出與篩選過程一體化。

22、由于普通鹽田灘曬工藝，鹵水處于開放式蒸發(fā)的狀態(tài)，蒸發(fā)過程無法回收淡水，會使得本就干旱的鹽湖地區(qū)水資源減少，破壞生態(tài)環(huán)境的平衡。在煙囪出口處內(nèi)側設置冷凝器，可以將濕空氣中攜帶的水分冷凝，實現(xiàn)在富集鹵水的同時回收淡水，減小了鹵水富集過程對于生態(tài)環(huán)境的破壞。

23、本發(fā)明提出的在集熱棚與系統(tǒng)基底之間加入嵌有相變材料隔板的方法，有以下三個優(yōu)點：將分級鹽田集成在一個太陽能煙囪結構內(nèi)，避免了修建多個太陽能煙囪裝置，節(jié)約了煙囪結構的建設成本。第二，各個隔板與集熱棚依次形成各級鹵水蒸發(fā)腔室，可以避免不同腔室內(nèi)的鹵水液滴被氣流吹拂后相互摻混；第三，增加氣流與嵌入相變材料即溫度可控的壁面的接觸，提升了氣流溫度的穩(wěn)定性。

24、本發(fā)明的環(huán)境適應性強，可以根據(jù)不同鹽湖地區(qū)的鹵水成分、氣候環(huán)境，及相應的鹵水蒸發(fā)結晶路線，選取需要嵌入的合適相變溫度的相變材料；系統(tǒng)中隔板相對位置可以變動，各級鹽田的面積可以根據(jù)實際所需進行制定。

25、總體而言，本系統(tǒng)結構簡單適應性強，且保留了普通鹽田灘曬工藝低能耗的優(yōu)點，還能縮短成礦周期，減少鹽田面積，提升鹵水濃縮質(zhì)量，實現(xiàn)鹽分析出與篩選過程的一體化，并回收淡水減少鹵水富集過程對生態(tài)環(huán)境的破壞。