本发明涉及一种用于高原地区的卤水加速蒸发方法及装置。
背景技术：
高原上分布有资源丰富的盐湖，但是盐湖地区的自然条件比较恶劣，工业基础更是薄弱。现有的开采技术主要以晒盐为主，即利用高原地区的日照、自然风吹等自然条件对盐湖水进行浓缩。这种操作需要构建防渗效果好的盐池，同时需要有较好的保温措施，盐池的结构复杂，建造难度较大，防渗层的寿命相对不足，建筑成本居高不下。
晒盐制卤浓缩的过程中，卤水温度变化频繁，会有大量的盐沉淀析出，同时夹带析出一些其他的矿物元素。由于卤水浓缩周期长，析出的盐分无法及时的分离，会在盐池底部板结成块状盐层。受夹带析出矿物元素的干扰，块状盐层的开采难度增加，流程变长，效率变低，造成了资源的大量浪费，同时会影响其他矿物元素的综合开发利用。此外，盐层的板结会大大缩短盐池的适用寿命，加速盐池的报废，增加了晒盐的成本。
传统的晒盐法在制卤的过程中，会蒸发大量的水，这些蒸发的水无法回收，长此以往，会打破盐湖地区的水平衡，湖面水位下降，对当地的局部生态环境造成不可逆的影响。随着环保要求的日益提高，对盐湖的开采也提出了更高的要求，可持续开发或保护式开发越来越得到人们的重视。
开发出一种成本较低，蒸发速度较快的卤水蒸发方法及装置，具有非常实际的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工业上可实施、加速高原盐湖卤水蒸发的方法及装置。
本发明所采取的技术方案是：
一种加速高原盐湖卤水蒸发的方法，包括在卤水表面引入向下的风，待风接触卤水表面后，使风转为向外平流，加速卤水蒸发。
作为上述方法的进一步改进，向下的风与卤水表面所成角在45～90°之间。优选的，向下的风与卤水表面所成角在60～90°之间。
作为上述方法的进一步改进，向下的风的风速不低于3m/s，优选不低于4m/s，更佳为5m/s～15m/s。
作为上述方法的进一步改进，收集交换后的风进行集水处理。
作为上述方法的进一步改进，通过在卤水表面设置导风板来收集交换后的风进行集水处理。
一种加速卤水蒸发的装置，包括支架，支架上设有向下的出风口。
作为上述装置的进一步改进，支架还设有环绕出风口的导风板。
作为上述装置的进一步改进，导风板环绕出风口形成一个具有排气口的半封闭空间。
作为上述装置的进一步改进，排气口后连接有抽风机。
作为上述装置的进一步改进，抽风机连接有冷凝器。
作为上述装置的进一步改进，还设有引风管，引风管与出风口相连通。
作为上述装置的进一步改进，支架下方设置有若干保持支架漂浮的浮筒。
作为上述装置的进一步改进，支架还设置有锚定器。
作为上述装置的进一步改进，还设有用于加热卤水和/或风的换热器。
另一种加速卤水蒸发的装置，包括中央风道，围绕中央风道设置有逐渐降低的水流通道，水流通道具有进水口和出水口，上下层间的水流通道间具有用于通风的空隙；中央风道侧壁设有出风口，出风口设有使出风向下吹向周围水流通道的挡风板。
作为上述装置的进一步改进，水流通道螺旋于中央风道外侧。特别的，水流通道阶梯式螺旋于中央风道外侧。
作为上述装置的进一步改进，水流通道设有溢流板。
作为上述装置的进一步改进，水流通道外设有抽风装置。
本发明的有益效果是：
发明人在实验过程中意外发现，通过将平行水面的风转化为向下吹向水平的风时，同样风速的风可以更好地促进水的蒸发，基于该意外发现，发明人开发了加速卤水蒸发的方法及装置。
本发明方法，操作简单，可以很好地加速卤水的蒸发，可以低成本的实现工业化制卤，制卤单位能耗低。卤水蒸发速度快，析出的盐可以及时的分离，不易形成板结的盐垢或盐层，避免了盐块沉积带来的不利影响；同时可以有效的筛分夹带析出的其他矿物元素，有利于盐湖的综合开发利用，大大减少了资源损失。因此，本发明的方法特别适合制备含锂卤水。本发明方法，使得低成本、环保地连续化、工业化制卤得以实现，使盐湖的开发基本摆脱了“靠天吃饭”的局面。
通过设置一定的机械结构，如设置引风管，使基本平行于水面的自然风改变风向向下吹向水面，可以在不消耗外来能量的情况下，加速水的蒸发，提高制卤效率，特别适合偏远的盐湖地区。
本发明装置，结构简单可靠，制造、使用和维护成本低，加速卤水蒸发的效果好，利于在高原盐湖地区使用。本发明装置可以方便地移动位置，卤水与装置的接触面极小，装置表面基本不存在形成盐垢的可能。卤水因浓缩而析出在卤水中的盐颗粒，也可以方便地排出。
通过进行集水处理，能够回收大量水蒸气，为后续的生产与生活提供淡水。同时也方便将部分水回湖，避免对盐湖地区的局部生态造成不利影响，有利于高原盐湖的可持续开发。
附图说明
图1是本发明装置的一种结构示意图；
图2是本发明装置另一种结构水流通道单元的示意图；
图3是本发明装置另一种结构中央风道单元的示意图；
图4是本发明装置另一种结构的整体示意图。
具体实施方式
一种加速高原盐湖卤水蒸发的方法，包括在卤水表面引入向下的风，待风接触卤水表面后，使风转为横向风向外平流，加速卤水蒸发。
向下的风既可以使用风机产生，也可以通过机械结构改变自然风向获得。如使用导风管集中自然风，利用弯管结构使风转为向下吹。
作为上述方法的进一步改进，向下的风与卤水表面所成角在45～90°之间，优选60～90°之间，最佳为90°。
作为上述方法的进一步改进，收集交换后的风进行集水处理。一方面可以有效回收其中的水，二可以避免湿度过大的空气聚集在卤水上方，影响水的蒸发。作为上述方法的进一步改进，通过在卤水表面设置导风板来收集交换后的风进行集水处理。
作为上述方法的进一步改进，向下的风的风速不低于3m/s，优选不低于4m/s，更佳为5m/s～15m/s。风速过低，虽然能耗相对较低，但是蒸发速度也相对较慢；风速越高，蒸发速度越快，但是能耗也随之相应增加；当风速超过一定值后，会达到该温度和空气湿度下卤水的蒸发极限。综合考虑，向下的风的风速不低于3m/s，优选不低于4m/s，更佳为5m/s～15m/s，5m/s～10m/s。当然，也可以根据实际生产的需要，对风速进行相应的调节，如在能源供给充足的情况下，提高风速，加速卤水的蒸发，更快的获得合格的卤水。
风越干燥，越有利于卤水的蒸发。作为上述方法的进一步改进，风的相对湿度不高于50％。
条件允许的情况下，通过对风和/或卤水进行加热，可以进一步提高蒸发速度。
参照图1，一种加速卤水蒸发的装置，包括支架1，支架1上设有向下的出风口2。
作为上述装置的进一步改进，支架1下方设置有若干保持支架1漂浮的浮筒3。
作为上述装置的进一步改进，支架1还设有环绕出风口2的导风板4。
作为上述装置的进一步改进，导风板4环绕出风口4形成一个具有排气口的半封闭空间。
作为上述装置的进一步改进，排气口连接至冷凝器。这样可以方便将在其中的水蒸汽回收，为后续的生产生活提供淡水。同时也可以避免盐湖地区的水过多散失在大气中，对周边的环境造成不利影响。
作为上述装置的进一步改进，支架还设置有锚定器。以便将装置基本固定在水面的特定位置。
作为上述装置的进一步改进，排气口设有抽风机。这样可以更快的将装置中的湿空气排出。抽风机可以进一步和冷凝器联用，将蒸汽转化为淡水。
作为上述装置的进一步改进，装置还设有用于加热卤水和/或风的换热器。在条件允许的情况下，可以利用换热器对卤水和/或空气进行加热，进一步提高卤水的蒸发速度。
参照图2～4，另一种加速卤水蒸发的装置，包括中央风道21，围绕中央风道21设置有逐渐降低的水流通道22，水流通道22具有进水口和出水口，上下层间的水流通道间具有用于通风的空隙；中央风道21侧壁设有出风口，出风口设有使出风向下吹向周围水流通道的挡风板211。
作为上述装置的进一步改进，水流通道螺旋于中央风道外侧。特别的，水流通道阶梯式螺旋于中央风道外侧。这样可以使水流更为平缓，便于蒸发。阶梯式螺旋可以使水流通道在局域具有一定的平面，进一步延长其停留时间，使得蒸发更为充分。螺旋式的水流通道可以多层螺旋，可以有效提高整体的有效蒸发面积。
作为上述装置的进一步改进，水流通道22设有溢流板221。溢流板可以使水流通道中保持一定的液位高度。
作为上述装置的进一步改进，水流通道外设有抽风装置。这样可以更快的将装置中的湿空气排出。抽风机可以进一步和冷凝器联用，将蒸汽转化为淡水。
同时，可以根据需要使用循环泵将卤水循环蒸发，直至满足要求。也可以根据需要，将2个或多个装置串联或并联使用。
下面结合实验，进一步说明本发明的技术方案。
实验采用调速器来调节直流高速风机的功率，产生不同风速的风。由于直流电源和调速器消耗了一部分的功率，当实测系统总功率分别为10、20、30、40w时，风机的实际功率分别为2、7.7、14.6、27w。不同功率风机产生的风对应的风速见表1。实验中，风机与液面的距离为10～12cm。
在实际应用中，选定合适功率的风机满负荷工作，可省去调速器，降低直流电源的平均损耗，使系统的功率与风机功率一致。
表1、风机功率与风速对照表
注：风机出风口的直径为12cm，风速1测量仪通风口的直径为6.5cm，风速2测量仪通风口的直径为2.5cm。
实施例1：不同蒸发面积下的蒸发实验
表2为本发明方法和装置在不同的地区和不同的蒸发面积下进行的浓缩实验。实验蒸发的液体为淡水，采用的风机功率为7.7w，进风与液面的夹角为90°。
表2、不同面积下的蒸发实验
注：蒸发面积为0.25和0.35m2的实验，用重量变化来监测液体的蒸发过程；蒸发面积为0.85和2.4m2的实验，用液体高度变化来监测液体的蒸发过程。
实验数据表明，在不同蒸发面积下，本发明方法或装置作用时的蒸发速率比水平风作用时快30％左右，效果明显，有效的提高了液体的蒸发效率，降低了单位质量液体的蒸发能耗。一定范围内继续增大蒸发面积，本发明方法或装置依然能够有效提高液体的蒸发效率。本发明方法或装置在高海拔地区(拉萨)可以正常有效的运行，而且蒸发效果更佳，非常适用于盐湖卤水的蒸发浓缩。
实施例2：进风角度对蒸发效果的影响
表3是不同的进风角度与液体蒸发的关系。实验蒸发的液体为淡水，采用的风机功率为7.7w，设备蒸发面积为2.4m2。
表3、液体蒸发速率随进风角度的变化
实验数据表明，当进风与液面夹角为90°时，本发明方法或装置的有益效果最好。当进风角度逐渐减少至45°时，本发明方法或装置下的蒸发效果依然优于自然风，但是蒸发速率会相对有所降低。因此，本发明优选的进风角度为60°～90°。
实施例3：风机功率(风速)对蒸发效果的影响
表4是不同的风机功率(风速)作用下的蒸发效果。实验蒸发的液体为淡水，设备蒸发面积为2.4m2，进风与液面的夹角为90°。
表4、不同风机功率作用下的蒸发效果
实验结果表明，不同风速下，本发明方法或装置均可一定程度的提高蒸发速度，降低液体蒸发能耗。当风速较小(<3m/s)时，垂直进风的蒸发效果与水平进风的差距并不明显，二者蒸发速率都较小。风速不断增加，本发明的有益效果越明显；当风速较大(≈10m/s)时，自然风作用下的蒸发速率也随之提高，本发明的蒸发速率从相对自然风高35％降低至相对高12％左右。同时，液体的蒸发速率不随风速线性增加，高风速虽有利于提高蒸发效果，但相应的蒸发能耗会有所增加。因此，本发明方法中，向下的风的风速不低于3m/s，优选不低于4m/s，更佳为5m/s～15m/s，5m/s～10m/s。
实施例4：空气温、湿度对蒸发效果的影响
表5为不同空气温度和湿度下液体的蒸发效果。实验蒸发的液体为淡水，设备蒸发面积为0.353m2，进风与液面的夹角为90°。
表5不同空气温度和湿度下液体的蒸发效果
实验51、52和53的对比，验证了实施例3中的结论，风机功率越大，本发明方法或装置作用下水的蒸发速度越快。当风机功率大到一定程度，水的蒸发效率达到了该温度下的极限，再增加风机功率就会造成能源的浪费。
实验51、54和55对比说明了随着空气湿度的降低，本发明方法或装置的作用效果越好。高原地区的空气湿度很低，不需要人为降低空气湿度，会进一步减少蒸发所需要的能耗。因而，本发明方法或装置在高原实际应用时蒸发效果会更好，十分适用于高原盐湖卤水的蒸发。
实验51和56对比说明了本发明方法或装置在常温下能够有效蒸发液体中的水，随着温度升高效果越明显。实际应用中，通过利用工厂车间的废热和余热对卤水和/或进气升温，其蒸发效果会进一步提升。
实施例5：卤水的蒸发实验
表6为卤水与淡水蒸发的区别。实验设备蒸发面积为0.353m2，进风与液面的夹角为90°。
表6、卤水与淡水蒸发的区别
实验结果表明，与淡水的蒸发相比，卤水的蒸发需要消耗更多的能量，但是两者的趋势基本相同，具有可比性。
实施例6：另一种蒸发装置的实验结果
蒸发装置的基本结构如图2～4所示，设备截面积为60cm×60cm，中央风道的尺寸为12cm×12cm，每一层有4个出风口，液体沿水槽阶梯式往下流，层间距为3.2cm，共计17层。溢流板高8mm，水流通道板高16mm，使用风机通过中央风道向下送风。
循环水泵的功率为7w，流量为1000l/h。本实验装置的横截面积和层数都较小，没有完全发挥出水泵的功效，在能耗计算中暂未考虑水泵的功耗，仅计算风机的能耗。在实际应用中，生产设备的横截面积和层数会大幅提高，卤水集中抽取到一定高度的缓存容器中，通过流量控制供给多个生产装置，大大降低卤水的循环次数，水泵功耗可控制在风机功耗的1％以下，可以忽略不计。
实验结果如表7表所示。
表7、另一装置的蒸发实验结果
实验72和74的蒸发速率为1.046和1.535kg/h，比实验71和73的0.686和1.039kg/h分别增加了0.36和0.496kg/h，提高了52％和47％，说明本发明方法在本装置中仍然有效，能够大幅度的提高液体的蒸发效率。
实验76和77对比实验75，说明本装置同样能够加速卤水的蒸发。环境温度32℃，相对湿度33％时，卤水的蒸发速率达到0.917kg/h，而风机的能耗仅为0.008kwh/kg，工业应用的前景巨大。
本装置运行过程中，液体的蒸发受环境温度、湿度、液体温度和风机功率的影响规律与本发明实施例1～5中一样，说明了本发明方法的广泛适用性。
实验74的蒸发速率1.535kg/h是实验47中1.099kg/h的1.4倍。实验47中发明装置应用的面积为2.4㎡，而实验74中本实施例装置的横截面积仅为0.36㎡，等效于前述发明装置应用于3.35㎡的蒸发面积上，有效的减少了设备的占地面积，十分适用于工业化生产。