CN102160505A - 为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法,包括以下步骤:通过管道将电厂烟气输送至烟气处理区;将所传输的烟气经过水洗去除杂质,并和水发生热交换;通过气体增压泵对水洗过的气体进行增压;将增压后的气体经管道输送至温室大棚,通过温室大棚内的管道上的喷头向温室大棚内提供含有二氧化碳的气体;以及将洗过烟气的水通过管道通入温室大棚内提供热量。本发明所提供的为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法和系统,采用生物质电厂的烟气为原料,将其进行水洗除杂和换热处理后输送到温室大棚为其供热和二氧化碳,不但提高了能量利用效率,同时减少煤炭的使用以及其带来的污染,也减少了温室气体的排放。

Description

为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法和系统
【技术领域】
本发明涉及电厂烟气回收利用领域,尤其涉及一种向温室大棚供热和供应二氧化碳的方法和系统。
【背景技术】
我国大陆性气候特征明显,冬季寒冷,降水稀少,而且冬季比世界上同纬度地区温度偏低5-20度,在长江中下游地区冬季为3~4个月,在华北地区为4~5个月,到了东北和西北,冬季可达半年以上。
为了保证冬季蔬菜的供应,温室大棚在中国非常普遍。这些温室大棚很多以煤作为燃料,燃烧形式粗放、热能效率不高,不但污染环境,造成能量的浪费,还经常发生煤气中毒等不幸事件。另外一些温室采用燃油锅炉提供热量。由于油价不断上涨,这种温室大棚通常只能种植价格较高的花卉,如兰花等。
二氧化碳是植物进行光合作用的原料。很多实验证明,如果光照和水肥适宜,随着空气中二氧化碳浓度在一定范围内增加,光合作用速率可大幅度增加,植物表现为叶面积增大,叶色浓绿,生长健壮,病虫害少,果实产量增加。经试验证明:南瓜施用800ppm的二氧化碳后,增产23%,含糖量提高14%。
然而,温室大棚一般比较密闭,在光合作用旺盛的晴天中午,二氧化碳的供应量往往不足,从而限制了植物生长。因此,增加二氧化碳供应是蔬菜大棚增产的一项重要措施。
目前,施用二氧化碳气肥的方法主要有以下几种:燃烧法,即通过燃烧产生二氧化碳;化学法,即通过硫酸和碳酸氢铵反应产生二氧化碳;发酵法,即施用有机质后利用微生物的活动产生二氧化碳气体。每种方法又有若干变形。
上述这些施用二氧化碳肥料的方法具有应用灵活的特点,适应现在中国大部分农村的小农经济方式。但是,随着土地整理和农村城镇化的进程,规模化的大棚将进入高速增长期,现有的二氧化碳气体肥料施用技术不能适应其规模大,智能控制的要求。
与此同时,生物质电厂基本都分布在农业区,距离蔬菜生产基地不远。生物质电厂的烟气排放带走了大量的热量(气体温度达140℃),而这些热量完全可以用于温室大棚采暖。不仅如此,生物质电厂烟气中含二氧化碳10~20%(体积分数),氧气5~6%,水蒸气10~20%,氮气为60~75%。这些烟气中的二氧化碳可以作为气肥在温室大棚中进行利用。因此,生物质电厂的烟气和烟气中热量的利用符合温室大棚发展的需要。
【发明内容】
有鉴于此,本发明提供一种利用生物质电厂烟气为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法。
一种为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法,包括以下步骤:通过管道将电厂烟气输送至烟气处理区;将所传输的烟气经过水洗去除杂质并和水发生热交换;通过气体增压泵对水洗过的气体进行增压;将增压后的气体经管道输送至温室大棚,通过温室大棚内的管道上的喷头向温室大棚内提供含有二氧化碳的气体;以及将洗过烟气的水通过管道通入温室大棚内提供热量。
优选地,所述方法还包括以下步骤:由智能监控单元根据设置在温室大棚内的二氧化碳浓度温度感应器所检测到的二氧化碳的浓度和温度来控制气体喷头和输水管道上的阀门。
优选地,在所述将所传输的烟气经过水洗进行去除杂质并和水发生热交换的步骤中,所述烟气使用喷淋法或水槽进行水洗。
有鉴于此,本发明还提供一种利用生物质电厂烟气为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统。
一种为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,包括对气体进行水洗除杂和换热处理的气体处理单元、暖气片组及气体喷头,所述暖气片组和所述气体喷头设置在温室大棚内,所述气体处理单元与生物质电厂的烟道相连通,所述气体喷头接收经过所述气体处理单元处理后的气体,所述暖气片组接收所述气体处理单元洗过烟气的水。
优选地,所述系统还包括设置在温室大棚内的二氧化碳浓度和温度感应器,所述二氧化碳浓度和温度感应器检测温室大棚内的二氧化碳浓度和温度。
优选地,所述系统还包括与所述二氧化碳浓度和温度感应器相连接的智能监控单元,所述智能监控单元根据所述二氧化碳浓度和温度感应器的检测结果控制所述气体喷头。
优选地,所述系统还包括与所述智能监控单元相连的第一阀门仪表、第二阀门仪表及第三阀门仪表,第一阀门仪表设置在生物质电厂的烟道与所述气体处理单元之间,所述第二阀门仪表设置在所述气体处理单元与所述暖气片组之间,所述第三阀门仪表设置在所述气体处理单元与所述气体喷头之间,所述智能监控单元根据所述二氧化碳浓度和温度感应器的检测结果控制所述第一阀门仪表、第二阀门仪表及第三阀门仪表。
优选地,所述暖气片组在温室大棚内均匀设置。
优选地,所述通过暖气片组出来的水通过管道循环至所述气体处理单元。
本发明所提供的为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法和系统,采用生物质电厂的烟气为原料,将其进行水洗除杂和换热处理后输送到温室大棚为其供热和二氧化碳,不但提高了能量利用效率,同时减少煤炭的使用以及其带来的污染,也减少了温室气体的排放。
【附图说明】
图1是本发明为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统的优选实施例的示意图。
【具体实施方式】
为了更好地理解本发明,以下将结合附图对发明的实施例进行详细的说明。
通常,从电厂烟气中回收二氧化碳需要投资设备对二氧化碳进行纯化,然后才能加以利用。而我们通过研究发现,仅经过简单的水洗,将烟气通入大棚中,将二氧化碳浓度控制在植物需要的600~1200ppm内,其它有害气体如一氧化碳、二氧化硫等的含量一般不超过1ppm,低于5mg/m3的有害浓度。并且,处理过的烟气中还含有氧气、水蒸气,与单纯施用二氧化碳相比,还补充了氧气和水分,更利于植物生长。
本发明提供一种利用生物质电厂烟气为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法。生物质电厂所排放的烟气经过水洗除杂降温和增压等工艺处理后,通过管道输送、在冬季温室大棚中进行利用。具体而言,该方法包含如下步骤:
1)气体输送:
通过管道将生物质电厂烟气输送至温室大棚基地气体处理区,等待处理。
2)气体除杂换热:
对步骤1)所传输的烟气,经过水洗处理,以将烟气中的粉尘、酸性气体等杂质去除并与水发生热量交换。在上述水洗处理工艺中,可采用喷淋式水洗,洗过的水可通过管道循环再进行喷淋,最终使水温达到60℃~90℃。
3)气体增压:
对步骤2)除杂后的气体,通过气体增压泵对气体增压到0.2MPa~1.0MPa。
4)向温室大棚供暖:
对步骤2)处理后60℃以上的水,经循环暖气管道输送至温室大棚。温室大棚内暖气管上每隔一定距离(如5米)安装一组暖气片组,通过暖气片组向棚内均匀供热,使温室大棚内温度控制在14℃~28℃。
5)向温室大棚供富含二氧化碳的气体:
在步骤3)处理后的气体,经输气管道送入温室大棚,于蔬菜生长季每天上午日出后1.0~1.5h向棚内喷施,维持棚内二氧化碳浓度600ppm~1200ppm,棚内封闭1.5h~2.0h后打开通风口适当通风除湿。
本发明旨在利用生物质电厂烟气中所含二氧化碳及热量为冬季温室大棚提供气肥和供热的方法,适于在生物质电厂周边环境中发展。
基于以上方法,为了减少烟气直接排放造成的能量浪费,也为了进一步减排烟气中的CO2,本发明还提供一种为冬季温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,如图1中所示。图中,单向实线箭头表示气体或液体的流向,双向虚线表示控制信号。
该为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统包括:第一阀门仪表10、气体处理单元20、温室大棚30、第二阀门仪表40、暖气片组50、第三阀门仪表60、气体喷头70、二氧化碳浓度和温度感应器80以及智能监控单元90。第一阀门仪表10与气体处理单元20通过管道连接,以将生物质电厂烟道所输出的烟气输送到气体处理单元20进行水洗除杂和换热处理。气体处理单元20的输出分为水路和气路两路,水路为温室大棚30提供热量,气路为温室大棚提供二氧化碳气肥。气体处理单元20、第二阀门仪表40、暖气片组50及气体处理单元20采用暖气管道连接,构成循环供热水路。气体处理单元20、第三阀门仪表60及气体喷头采用输气管道连接,构成气路。其中,暖气片组50和气体喷头70设置在温室大棚30内。温室大棚30内均匀设置有若干暖气片组50,以保证温室大棚30内的温度均衡。第一阀门仪表10、第二阀门仪表40以及第三阀门仪表60分别包括控制阀门、流量表和/或浓度表等,控制阀门可开启和关闭输送管道,流量表和浓度表分别显示输送管道内气体或液体的流量以及气体的浓度。
生物质电厂的烟气的烟道通过第一仪表和阀门10与气体处理单元20相通,将生物质电厂的烟气输送到气体处理单元20进行处理。气体处理单元20通过水洗除杂和换热工艺处理,使烟气中痕量的硫化物、氮氧化物、一氧化碳等对人体和蔬菜有害的气体进一步降低。经过气体处理单元20处理后的水和气体分别通过第二阀门仪表40和第三阀门仪表60输送到温室大棚30内的暖气片组50和气体喷头70。
为了更精确地控制温室大棚30内的二氧化碳的浓度和温度,在温室大棚30内均匀设置有二氧化碳浓度和温度感应器80,并通过连接智能监控单元90。通过智能监控单元90监测温室大棚30内二氧化碳浓度和温度,再根据监测数据计算出温室大棚30所需补充二氧化碳、热量。智能监控单元90同时连接第一阀门仪表10、第二阀门仪表40、第三阀门仪表60及气体喷头70。智能监控单元90根据检测得到的温室大棚30所需补充二氧化碳、热量,控制第一阀门仪表10、第二阀门仪表40、第三阀门仪表60及气体喷头70。
通过暖气片组50向温室大棚30内均匀供热,控制温室大棚内白天温度在20℃~28℃,晚上温度在14℃~18℃。气体喷头70于蔬菜生长季每天上午日出后1.0~1.5h向棚内喷施二氧化碳气肥,提升棚内二氧化碳浓度到600ppm~1200ppm,棚内封闭1.5h~2.0h后打开通风口适当通风除湿。
以下将通过实例来说明采用本发明的方法和系统的温室大棚的收益。
实例一:
利用不锈钢管(口径12×1/2)连接1吨生物质锅炉烟道,将烟气引入气体处理实验室。采用水槽洗涤除杂换热。处理后气体中二氧化碳浓度在14%~20%,再经管道将气体输送至100m2黄瓜种植温室大棚,控制温室大棚内白天温度在26℃~28℃,晚上温度在14℃~16℃;棚内安置二氧化碳浓度计,于每天上午9:00向棚内施放二氧化碳气体(阴雨天停施),使棚内二氧化碳浓度上升至600ppm,封闭两小时后适当通风;随瓜苗生长,气肥施放浓度逐步增加,黄瓜开花结实期,每天施放棚内浓度达到1000ppm。黄瓜生长季总共施肥27天(阴雨天除外),最终统计产量与对照温室大棚相比较平均单位面积产量增产26.6%。
实例二:
管道连接和气体处理方式同实例一,在玻璃温室大棚内种植蝴蝶兰,控制循环水使温室大棚内白天温度在20℃~25℃,晚上温度在14℃~16℃;棚内安置二氧化碳浓度计,每天向棚内增施二氧化碳气肥,施放时间和施放方式与上述方法相同,最终统计花蕾数量与对照温室大棚相比较平均单位面积增加31.2%。
实例三:
通过不锈钢管道(口径12×1/2)利用不锈钢管(口径12×1/2)连接1吨生物质锅炉烟道,再将烟气通过喷淋洗涤进行除杂换热,然后在连接气体增压泵,使气体增压到0.2MPa~0.3MPa,再经管道输送至100m2玻璃温室大棚,棚外管道安装气体调控阀门和气体流量表,棚内管道上安装气体喷头;换热后的水通入大棚内用暖气片向温室大棚供热,控制温室大棚内白天温度在24℃~28℃,晚上温度在14℃~16℃,棚内种植芹菜,最终产量与对照相比增加39.3%。
本发明的方法和系统通过除杂换热等工艺,然后通过智能化控制系统,将生物质电厂烟气中的CO2应用于冬季温室大棚,可使蔬菜、花卉等各种植物的产量增加20%以上。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法,包括以下步骤:
通过管道将电厂烟气输送至烟气处理区;
将所传输的烟气经过水洗去除杂质并和水发生热交换;
通过气体增压泵对水洗过的气体进行增压;
将增压后的气体经管道输送至温室大棚,通过温室大棚内的管道上的喷头向温室大棚内提供含有二氧化碳的气体;以及将洗过烟气的水通过管道通入温室大棚内提供热量。
2.根据权利要求1所述的为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法,其特征在于所述方法还包括以下步骤:
由智能监控单元根据设置在温室大棚内的二氧化碳浓度温度感应器所检测到的二氧化碳的浓度和温度来控制气体喷头和输水管道上的阀门。
3.根据权利要求1所述的为温室大棚提供二氧化碳和热量的方法,其特征在于:在所述将所传输的烟气经过水洗进行去除杂质并和水发生热交换的步骤中,所述烟气使用喷淋法或水槽进行水洗。
4.一种为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,其特征在于:所述系统包括对气体进行水洗除杂和换热处理的气体处理单元、暖气片组及气体喷头,所述暖气片组和所述气体喷头设置在温室大棚内,所述气体处理单元与生物质电厂的烟道相连通,所述气体喷头接收经过所述气体处理单元处理后的气体,所述暖气片组接收所述气体处理单元洗过烟气的水。
5.根据权利要求4所述的为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,其特征在于:所述系统还包括设置在温室大棚内的二氧化碳浓度和温度感应器,所述二氧化碳浓度和温度感应器检测温室大棚内的二氧化碳浓度和温度。
6.根据权利要求5所述的为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,其特征在于:所述系统还包括与所述二氧化碳浓度和温度感应器相连接的智能监控单元,所述智能监控单元根据所述二氧化碳浓度和温度感应器的检测结果控制所述气体喷头。
7.根据权利要求6所述的为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,其特征在于:所述系统还包括与所述智能监控单元相连的第一阀门仪表、第二阀门仪表及第三阀门仪表,第一阀门仪表设置在生物质电厂的烟道与所述气体处理单元之间,所述第二阀门仪表设置在所述气体处理单元与所述暖气片组之间,所述第三阀门仪表设置在所述气体处理单元与所述气体喷头之间,所述智能监控单元根据所述二氧化碳浓度和温度感应器的检测结果控制所述第一阀门仪表、第二阀门仪表及第三阀门仪表。
8.根据权利要求4所述的为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,其特征在于:所述暖气片组在温室大棚内均匀设置。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的为温室大棚提供二氧化碳和热量的系统,其特征在于:所述通过暖气片组出来的水通过管道循环至所述气体处理单元。
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