CN102088842A - 用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置(1)，所述装置包括：在至少一个操作室(3)内部的至少一个烟气进气管道(2)；和用于所处理的气体的至少一个排出管道(4)。至少一个操作室(3)包括至少一株植物(10)，所述至少一株植物沿着在进气管道(2)和排出管道(4)之间的烟气路径布置。烟气在烟气循环期间冲击植物(10)的表面。

Description

用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置

技术领域

本发明涉及一种用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置，所述装置尤其适用于有机物质的燃烧烟气，并且因此也适于用在焚烧炉、垃圾发电装置和其它燃烧装置的下游。

背景技术

垃圾发电装置实际上是一种垃圾焚烧炉，所述垃圾焚烧炉能够开发垃圾自身的热含量以用于产生热，加热水(或者其它流体)，并且最终产生电能或者朝向待变暖的房间和区域传送已加热的水。因此，所述垃圾焚烧炉与老式焚烧炉不同，所述老式焚烧炉仅热破坏垃圾而没有产生能量。垃圾发电装置的使用看起来是一种解决已经过度填充的垃圾堆问题的解决方案。

焚烧炉是主要通过高温燃烧处理(焚烧)而用于垃圾处置的装置，所述高温燃烧处理(焚烧)的最终产物是气态排出物、灰粉和灰尘。这些装置中的每个都确定排放到大气中的烟气(燃烧废气、较小百分比的挥发性的和/或悬浮的未燃烧产物、二氧化碳和其它较小百分比的成分)：实际上，这些排放物构成垃圾发电装置和焚烧炉的主要问题。

可以归因于这些排放物的大气污染实际上是难以克服的问题。

尤其，存在有适于去除炉渣(挥发性的和/或悬浮的未燃烧产物)的若干过滤单元，但是不能即时减少二氧化碳(CO₂)的水平。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置。

在该技术目的的范围内，本发明的另一个目的是提供一种容易管理和维护的用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置。

本发明的又一个目的是提供一种用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置，所述装置适于促进用于商业或工业/农业/食品目的的植物的快速开发和生长。

本发明的又一个目的是提供一种用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置，所述装置具有有限的成本、较简单的实际实施例和安全的应用。

本发明通过所述用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置实现所述目的和目标，所述装置包括：在至少一个操作室内部的至少一个烟气进气管道；和用于所处理的气体的至少一个排出管道，其特征在于，所述至少一个室包括至少一株植物，所述至少一株植物沿着从进气管道到排出管道的烟气路径布置，所述烟气在烟气循环期间冲击所述植物的表面。

附图说明

进一步的细节将从用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置的优选的、但非限制性的实施例的详细说明而更加明显，所述实施例在附图中以非限制的示例示出，其中：

-图1是根据本发明的用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置的示意性俯视图；

-图2是特定装置的透视图。

具体实施方式

尤其参照附图，附图标记1总体上表示用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置。

装置1包括：在至少一个操作室3内部的至少一个烟气进气管道2；和用于所处理的气体的至少一个排出管道4。

至少一个室3包括至少一株植物10，所述植物10沿着从进气管道2到排出管道4的烟气路径布置。

植物10布置成使得沿着室3自身流动的烟气在烟气循环期间冲击植物10的表面。

烟气的高含量的CO₂是使植物10的叶绿素(chlorophyllian)光合作用易于尤其高效和快速地进行的因素。

叶绿素光合作用是一组化学反应，在所述化学反应期间绿色植物在存在有光的情况下从CO₂和水开始产生有机物质。通过叶绿素，太阳能(光)转变成化学能的形式，所述化学能可被植物体使用以用于植物体的生存。这些植物体是所谓的自养生物。

生氧光合作用的有机产物是葡萄糖(C₆H₁₂O₆)，葡萄糖是最普遍的单糖碳水化合物。然后，由此形成多种其它的大分子，例如淀粉(植物中的碳的集结)和蔗糖(植物中的碳的主要载体)。分别由来自大气的二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)提供待转化为有机物质的碳和氢。生氧光合作用几乎全部由从水(H₂O)获得氢的植物和藻类进行。在该情况下，总结该过程的化学反应是：

6 CO₂+6 H₂O+686千卡/摩尔→C₆H₁₂O₆+6 O₂

为了深入地分析，可以说对于1Kg吸收的CO₂，每个叶片都使用0.409Kg的水，放出0.727Kg的O₂，并且其淀粉体增加了0.682Kg。

产生CO₂的工业处理是两种不同类型的燃烧：

a)在缺少氮的情况下，烟气几乎全部由CO₂构成；

b)在大气中，其中CO₂的浓度是大约10％/15％，烟气的量高于前一种情况。

虽然根据本发明的装置1适于与任何“燃烧器”相关联，但是装置1尤其适用于在项目a)中所限定的燃烧(以后，称为a)型燃烧)。所述至少一株植物10是具有生长的表面叶片的类型的；事实上，重要的是布置到室3中的每株植物10的寿命、生长和发展活动都基于叶绿素光合作用。所述至少一株植物10使其根部处于惰性基质中，并且根据所谓的溶液培养的技术，用由水和带来必需元素所需要的化合物构成的营养液灌溉所述至少一株植物10，所述必需元素通常为矿质营养的形式。这种技术已知名称为水栽法。根据特定实际和应用目的的实施方案，有多株植物10，所述多株植物10相互并排地沿着与烟气路径对准的线5，所述烟气路径完全占据相应的操作室3。适当地，为了增大烟气中二氧化碳的减少效率，有彼此平行的多条线5，所述多条线5完全占据相应的操作室3。为了达到在烟气已经完全穿过装置1之后最小化烟气中残余的二氧化碳的目的，适当的是制成这样的装置1，即，在所述装置1中有多个操作室3，所述多个操作室3相互地串联布置，以便使第一室3的烟气排出管道4与下一个室的进气管道2一致。连续的室3相互地布置，像容纳相应植物10的相继的通道6的迷宫。这种迷宫限定强迫路线，所述强迫路线与植物10干涉，用于使烟气流冲击植物10。烟气(富有二氧化碳)冲击植物10的事实使植物10非常容易带走光合作用过程所需要的全部二氧化碳，释放氧分子。通过定义为CO₂的吸收系数的数量R在存在光的情况下限定叶绿素光合作用的效能，CO₂的吸收系数表示为(吸收的CO₂的kg数)/(每m²叶片表面的h数)，其中h是以小时表示的暴露时间。

R＝吸收的CO₂的kg数/m²的叶片表面的h数

该数量R实际上表示CO₂的吸收系数，并且直接取决于光强度I和烟气中存在的二氧化碳的浓度C，通常：

$\begin{array}{cc}\frac{\∂R}{\∂I}>0& \frac{\∂R}{\∂C}>0\end{array}$

两个导数实际上对于I和C的极限值减小至零，即，对于I＝Iasint，并且对于C＝Casint，吸收系数R在这些极限值下达到定义为Rasint的最大值。连续的室3的数量限定由结构要求所影响的宽度为B和高度为H的通道6，并且总长L可以通过以下方程式确定：

$L=F\frac{\mathrm{Qm}}{200\mathrm{SHRa}\sin t}\left(m\right)$

其中，

●Rasint是用(吸收的CO₂的kg数)/(每m²叶片表面的h数)表示的CO₂的最大吸收系数，

●H、B、L分别是用米表示的所述通道6的高度、宽度和长度，

●S是用(叶片m²数)/(通道6的侧面m²数)表示的比叶片表面，

●Qm是用kg/h表示的CO₂的质量容量，

●Qv是用m³/h表示的CO₂的体积容量，

●F是CO₂的减少系数。

根据本发明的装置1的典型的减少系数F是90％的量级。至少一个室3包括用于对相应的至少一株植物10照明的至少一个光源11，这种照明将适于帮助光合作用过程。确切地，该至少一个光源11可以是冷光类型的，并且所述至少一个光源11的形状基本设定成细长的管以用于光的均匀分布。还适当地注意到，装置1可以包括适当的阀组7和8，所述阀组7和8截阻进气管道2和所述排出管道4，用于使烟气流反向并且结果使所述两个管道2和4的功能交换。

能够使装置1中的烟气流反向带来以下优点，即，尤其富含二氧化碳的烟气首先碰撞位于入口处的植物10，使其进行尤其强烈的活动(与叶绿素光合作用相关)，并且当反向时，位于出口处(并且因此到目前为止已经被二氧化碳含量减少的烟气冲击)的植物10也是如此。该交换帮助理想地利用植物10，并且从而确保获得装置1自身的最大效率。

根据本发明的装置1可以有利地包括两个同样的交叠的迷宫(所述迷宫继而包括一系列室3)，以便对于每个迷宫将照明步骤转变成黑暗步骤，用于允许植物使所形成(从葡萄糖(C₆H₁₂O₆)获得)的淀粉新陈代谢。通过示例的方式，以下是根据本发明的装置1的可能实施例的详细说明。

以下说明涉及的装置1可应用到a)型的加热器，大约3t/h的处理容量，并且二氧化碳的输出流量Q_M＝3200kg/h(Qv≈1600m³/h)。

原型研究已经确定值SHRasint＝0.6。

设定吸收等于二氧化碳的90％(2880kg/h)，通过72个室3获得L＝2640m，每个室0.5m宽并且38.4m长。

因此，装置1具有边长为38m且高为5m的正方形表面。为了简单，气体流在形成基组9的4条通路(限定在每个室3的侧壁和包含在其中的平行的线5之间)中传送：在该示例中，装置1包括彼此串联的18个组9，如图1中所示。

线5由适当的面板构成，具有多个叶片发展的攀缘植物10用溶液培养生长在所述面板的两个表面上。面板通过具有型材杆的适当的金属结构支撑，所述型材杆并排地形成各自38.4米长的入口门(portal)，并且面板每6.4米通过5m高的金属型材杆的柱子支撑。入口门通过在顶部和底部处栓接的横型材杆彼此连接。每个入口门12都支撑并排的3.2m长和5m高的面板，所述面板由例如30mm厚的合成材料构成，所述面板设置在两个面上具有彼此相距例如100mm的小孔，所述小孔设计以用于构成用于攀缘植物的最优的锚定表面。每个面板都在底部处设有适当的管，所述管容纳用于根部的溶液培养支持材料，并且所述管适于通过位于面板的端部处的塑性材料的竖直管道被液体地(hydrically)滴灌，并且所述竖直管道通过位于顶部处的导管供料。

每个入口门的面板都通过多个铰链金属联接器横向地彼此连接，而边缘用半圆柱状的橡胶密封件或者类似物覆盖，所述半圆柱状的橡胶密封件或者类似物确保空隙的气体密封。在从顶部取出一排或者多排面板之后，通过约12m高的桥式起重机从相对应的入口门进行定期维修。

36个相同的门并排，彼此相距0.5m。入口门通过在顶部和底部处栓接的横型材杆彼此连接。

并排的每对面板线处的每个入口门之间的间隔通过一系列与面板的材料类似材料的“顶盖”覆盖，每个“顶盖”都可通过所述桥式起重机提升并且尺寸设定成3.2×1.0米。双竖直冷光灯管被刚性地悬吊到每个“顶盖”，使用总共1824个单管和约92kW电功率，每个管都具有50瓦的电功率。通过导管系统和3个气体偏向阀(阀组7和8)，能够使气体流动自身反向，从而用最后一个叶子区域周期地替换使用更多的初始叶片区域，以便使进气导管2和排出导管4二者位于装置1的同一侧上。

应注意，根据本发明的装置1可以确保烟气中含有的二氧化碳的非常高的减少水平，并且允许装置1容易操作以及最优维护装置1的部件。然而，所述装置1也可以例如使用在装置1中所使用的植物的快速生长来用于不同的目的。

快速生长(通过植物所处于的最优环境条件所确保)允许在较短的时间中获得具有有益商业尺寸的植物(与在大气条件下在温室中的标准培养相比较)。因此，能够使用根据本发明的装置1以用于借助多种商业利益的植物的培养(用于出售目的)将二氧化碳的减少效果结合到排放烟气中。实际上，能够考虑到，培养装饰植物，用于食用目的(供给人类或者动物)。植物在室3中的生长加速事实上允许这些植物快速地从非常小的尺寸长成商业尺寸。因而，已经看到，本发明获得期望的目的。本发明从而可以设想到若干改变和变型，所述若干改变和变型全部落入本发明概念的范围内。此外，本发明的所有细节可以通过其它技术等同元素替换。在所述的示例性实施例中，相对于具体的示例所说明的各个特征实际上可以与存在于其它示例性实施例中的其它不同的特征相互交换。此外，应当注意到，在本专利发布程序期间应当已知发现的任何事物，并且这些事物应当理解为没有被要求并且从权利要求书放弃权利。

应当在最严格遵守具有与本发明的或者与本发明相关的产品目的的法律和规章规定的情况下来执行本发明的实施例，并且如果必要，本发明从相关的主管当局授权，尤其参照与安全、环境污染和健康相关的规章。

实际上，所使用的材料以及形状和尺寸可以根据要求是任何材料以及形状和尺寸，而没有脱离所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于减少燃烧烟气中含有的二氧化碳的装置，所述装置包括：在至少一个操作室(3)内部的至少一个烟气进气管道(2)；和用于所处理的气体的至少一个排出管道(4)，其特征在于，所述至少一个操作室(3)包括至少一株植物(10)，所述至少一株植物沿着在所述进气管道(2)和所述排出管道(4)之间的烟气路径布置，所述烟气在烟气循环期间冲击所述植物(10)的表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一株植物(10)是具有生长的表面叶片的类型的，所述至少一株植物(10)的寿命、生长和发展活动基于叶绿素光合作用。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一株植物(10)使其根部处于惰性基质中，并且根据所谓的溶液培养的技术，所述至少一株植物(10)用由水和带来必需元素所需要的化合物构成的营养液灌溉，所述必需元素通常由自然界中的植物以矿质营养而摄取。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括多株所述植物(10)，所述植物(10)相互并排地沿着与所述烟气路径对准的线(5)，完全占据相应的操作室(3)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置包括多条线(5)，所述多条线(5)彼此平行，完全占据相应的操作室(3)。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有多个所述操作室(3)，所述多个所述操作室(3)相互地串联布置，以便使第一室(3)的烟气排出管道(4)与下一个室的进气管道(2)一致。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述连续的室(3)相互地布置为容纳相应植物(10)的相继的通道(6)的迷宫，所述迷宫限定强迫路线，所述强迫路线与所述植物(10)干涉，用于使烟气流冲击所述植物(10)自身。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述连续的室(3)的数量限定具有由结构要求所影响的宽度和高度的通道(6)，并且总长能够通过以下方程式确定：

$L=F\frac{\mathrm{Qm}}{200\mathrm{SHRa}\sin t}\left(m\right)$

●其中，Rasint是用(吸收的CO₂的kg数)/(每m²的叶片表面的h数)表示的CO₂的最大吸收系数，

●H、B、L分别是用米表示的所述通道(6)的高度、宽度和长度，

●S是用(叶片的m²数)/(所述通道(6)的侧表面的m²数)表示的比叶片表面，

●Qm是用kg/h表示的CO₂的质量容量，

●Qv是用m³/h表示的CO₂的体积容量，

●F是CO₂的减少系数。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个室(3)包括至少一个光源(11)，用于对相应的至少一株植物(10)照明，所述照明能够用于帮助光合作用过程。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少一个光源(11)是冷光类型的，所述至少一个光源(11)的形状基本设定成细长管的形状以用于光的均匀分布。

11.根据以上权利要求中一项或者多项所述的装置，其特征在于，所述装置包括适当的阀组(7，8)，所述阀组截阻所述至少一个进气管道(2)和所述至少一个排出管道(4)，用于使所述烟气流反向，并且结果使所述两个管道(8，7)的功能交换。

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