CN118860007A - 一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置及控制方法。本发明包括瓦斯气进气通道，瓦斯气进气通道上安装有瓦斯气体流量传感器、瓦斯进气温度传感器以及甲烷浓度传感器；空气进气通道，空气进气通道上安装有空气气体流量传感器以及空气进气温度传感器；混合器，将瓦斯气和空气混合；瓦斯发电机组，与混合器相连，混合器出口与瓦斯发电机组入口之间设置有进气节流阀；后处理系统，与瓦斯发电机组的排气管相连；冷却系统，与后处理系统相连；温室大棚，与出气管连通，温室大棚内布置有多个二氧化碳浓度传感器，每个二氧化碳浓度传感器用于采集温室大棚内不同位置的二氧化碳浓度。本发明能够实现精准控制温室大棚内的二氧化碳浓度。

Description

一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及瓦斯发电技术领域，尤其是指一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置及控制方法。
背景技术
植物体中含碳和水高达95%以上，含氮、磷、钾不到5%。几十年来，通过增施氮、磷、钾肥使作物增产50%以上。二氧化碳和水是植物光合作用的主要原料，水是农业的命脉，千百年来，兴修水利成为农业增产增效的主要措施，在农业生产中发挥了重要作用，用水浇灌作物可以增产3-5倍。二氧化碳作为植物生长的主要物质原料，是影响植物生长、发育和功能的关键因子之一，它既是光合作用的底物，也是初级代谢过程、光合同化物分配和生长的调节者，参与植物体内的一系列生化反应，对植物生长有直接影响。二氧化碳浓度升高不仅能显著提高植物的光合作用效率，同时还能通过扩大光源利用范围来促进植物的光合作用。二氧化碳在空气中的浓度比较稳定，变化不大，一般为0.03%-0.04%，这个浓度在温度25℃以下时，随着温度的提高，光合作用增强，创造的有机物质增多，作物表现出旺盛的生长状态；当温度超过30℃时，光合作用创造的有机物与作物呼吸作用消耗的有机物相同，甚至少于呼吸作用消耗的有机物，作物停止生长。冬季温室蔬菜生产为了保温的需要，常使大棚处于密闭的状态，造成棚内空气与外界空气相对阻隔，二氧化碳得不到及时的补充。日出后，随着蔬菜光合作用的加速，棚内二氧化碳浓度急剧下降，有时会降至二氧化碳补偿点（0.008%-0.01%）以下，蔬菜作物几乎不能进行正常的光合作用，影响了蔬菜的生长发育，造成病害和减产。
瓦斯发电技术是一种利用煤矿或油田等地下瓦斯资源进行发电的技术。瓦斯是一种主要由甲烷组成的可燃性气体，也是一种温室气体。如果瓦斯未能充分收集利用，不仅浪费资源，还会对环境造成严重的污染和安全隐患。瓦斯发电技术能够有效利用瓦斯资源，减少温室气体排放，达到节能减排的目的。我国拥有丰富的煤气层资源，瓦斯气资源量约35万亿立方米，与天然气资源量相当，具有很大的市场开发前景。
瓦斯发电技术主要分为两个环节：瓦斯捕集和瓦斯发电。在矿井或油田等地下瓦斯资源通过钻井系统采集到地面后，需要进行除水、除尘和除油等预处理，以确保瓦斯的纯度和稳定性。然后，瓦斯通过管道输送到瓦斯发电厂，进入燃气轮机或内燃机中进行燃烧。燃烧产生的高温高压气体推动轮盘转动，驱动发电机发电。燃烧产生的废气通过烟囱排放到大气中。瓦斯发电厂还可以利用烟囱废热进行余热发电，提高发电效率。
瓦斯发电技术具有以下优点：
资源利用高效：瓦斯是一种可再生资源，通过瓦斯发电技术能够有效利用煤矿和油田等地下瓦斯资源，减少资源浪费。
减少温室气体排放：瓦斯主要成分为甲烷，而甲烷是一种温室气体，对全球气候变暖有很大影响。通过瓦斯发电技术能够将瓦斯燃烧转化为电能，减少甲烷的排放。
安全环保：瓦斯排放到大气中不仅造成环境污染，还会形成爆炸性混合物，对周围环境和工人安全造成威胁。通过瓦斯发电技术能够将瓦斯固定收集，减少瓦斯泄露和安全隐患。
除了以上的优点，瓦斯发电技术也存在一些挑战和问题。瓦斯发电技术需要庞大的投资和良好的技术支持，对技术能力有一定要求。瓦斯发电技术在矿井和油田等地下环境中进行，工况复杂，对设备的可靠性和安全性要求较高。瓦斯在管道输送过程中容易泄露，需要进行有效的监测和维修。另外，瓦斯发电技术在燃烧过程中会产生废气排放，其主要成分为CO2、HC、CO和NOX，其中HC、CO和NOX对环境有较大污染。
发明内容
为此，本发明提供一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置及控制方法，能够实现精准控制温室大棚内的二氧化碳浓度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置，包括：
瓦斯气进气通道，用于通入瓦斯气，所述瓦斯气进气通道上安装有用于获取瓦斯气进气流量的瓦斯气体流量传感器、用于获取瓦斯气进气温度的瓦斯进气温度传感器以及用于获取瓦斯气的甲烷浓度的甲烷浓度传感器；
空气进气通道，用于通入空气，所述空气进气通道上安装有用于获取空气进气流量的空气气体流量传感器以及用于获取空气进气温度的空气进气温度传感器；
混合器，分别与所述瓦斯气进气通道和所述空气进气通道相连，以将瓦斯气和空气混合；
瓦斯发电机组，与所述混合器相连，所述瓦斯发电机组能够接收混合后的瓦斯气和空气以进行燃烧做功，并通过其排气管进行排气，所述混合器出口与所述瓦斯发电机组入口之间设置有进气节流阀；
后处理系统，与所述瓦斯发电机组的排气管相连，并对所述瓦斯发电机组的排气中的HC、CO和NOX进行处理；
冷却系统，与所述后处理系统相连，包括水泵、冷却水管、进气管、出气管、热交换腔，所述水泵与所述冷却水管连接，所述冷却水管穿过所述热交换腔，所述进气管和所述出气管分别与所述热交换腔连通，经所述后处理系统处理的排气通过所述进气管进入所述热交换腔，在所述热交换腔内将热量传递给所述冷却水管中的冷却水，降温之后排气从所述出气管排出；其中，所述出气管上安装有排气温度传感器；
温室大棚，与所述出气管连通，所述温室大棚内布置有多个二氧化碳浓度传感器，每个所述二氧化碳浓度传感器用于采集所述温室大棚内不同位置的二氧化碳浓度；
其中，所述温室大棚的总面积被划分为与所述二氧化碳浓度传感器数量相同的子区域，各所述二氧化碳浓度传感器布置于对应所述子区域的中心位置，所述温室大棚内的整体二氧化碳浓度由各所述二氧化碳浓度传感器获取对应所述子区域的浓度，并通过平均计算得出。
在本发明的一种实施方式中，所述后处理系统包括与所述瓦斯发电机组的排气管相连的MOC装置以及通过连接管道与所述MOC装置相连的SCR装置，所述MOC装置的出口与所述进气管相连，所述连接管道上布置有尿素喷嘴；
所述MOC装置包括含有Pt贵金属的氧化催化剂，用以消除包含HC和CO的气体污染物；
所述SCR装置包括铜基分子筛SCR催化剂，用以消除NOX气体污染物；
其中，所述尿素喷嘴能够定量将尿素水溶液喷入连接管道中，尿素水溶液分解产生NH3，NH3与排气中的NOX在铜基分子筛SCR催化剂的作用下反应生成N2和H2O。
在本发明的一种实施方式中，还包括控制器，所述控制器分别与所述瓦斯气体流量传感器、所述瓦斯进气温度传感器、所述甲烷浓度传感器、所述空气气体流量传感器、所述空气进气温度传感器、所述二氧化碳浓度传感器和所述进气节流阀相连。
在本发明的一种实施方式中，还包括与所述尿素喷嘴相连的尿素泵以及与所述尿素泵相连的尿素箱，所述尿素泵与所述控制器相连。
在本发明的一种实施方式中，所述进气管处布置有与所述控制器相连的NOX传感器。
本发明还提供一种温室大棚二氧化碳浓度控制方法，基于所述的温室大棚二氧化碳浓度控制装置，所述控制方法包括：
通过所述瓦斯气进气通道通入瓦斯气，通过所述空气进气通道通入空气；
控制所述进气节流阀的开度以控制进入所述瓦斯发电机组的总进气量，瓦斯气进气流量和空气进气流量比例固定，通过控制所述进气节流阀的开度以控制进入所述瓦斯发电机组的甲烷量，从而控制二氧化碳的生成速率v；
所述瓦斯气体流量传感器和所述空气气体流量传感器分别采集瓦斯气进气流量q 1 和空气进气流量q 2 ，所述瓦斯进气温度传感器和所述空气进气温度传感器分别采集瓦斯气进气温度t 1 和空气进气温度t 2 ，所述甲烷浓度传感器采集瓦斯气的甲烷浓度c7；其中，v、q 1 、q 2 、t 1 、t 2 、c 7 满足下述关系：
；
其中：v为二氧化碳的生成速率；
46是二氧化碳的摩尔质量，g/mol；
16是甲烷的摩尔质量，g/mol；
瓦斯气和空气在所述混合器里进行充分混合，混合后的瓦斯气和空气进入所述瓦斯发电机组进行燃烧做功，通过发电机转化成电能，并通过其排气管进行排气，所述瓦斯发电机组的排气中包括HC、CO和NOX；
通过所述MOC装置消除排气中的HC和CO；通过所述SCR装置消除排气中的NOX气体污染物；
经所述后处理系统处理的排气通过所述进气管进入所述热交换腔，在所述热交换腔内将热量传递给所述冷却水管中的冷却水，降温之后排气从所述出气管排出进入所述温室大棚；
获取所述温室大棚内的整体二氧化碳浓度c，根据所述整体二氧化碳浓度c来调整所述瓦斯发电机组的工作状态。
在本发明的一种实施方式中，根据所述二氧化碳浓度c来调整所述瓦斯发电机组的工作状态，包括：
当所述整体二氧化碳浓度c小于目标百分比时，开启所述瓦斯发电机组，通过所述发电机组产生的二氧化碳以提高所述整体二氧化碳浓度c；其中，
当所述整体二氧化碳浓度c小于或等于第一百分比时，发电机组以额定功率工作，以提高所述温室大棚内的二氧化碳浓度；
当所述整体二氧化碳浓度c大于第一百分比而小于目标百分比时，通过控制所述进气节流阀的开度，降低此时二氧化碳的生成速率，使所述温室大棚内的二氧化碳浓度逐渐达到目标百分比。
在本发明的一种实施方式中，还包括：
当所述整体二氧化碳浓度c大于第二百分比时，停止所述瓦斯发电机组的工作，通过温室大棚内农作物的光合作用使得所述整体二氧化碳浓度c逐渐降低；
当所述整体二氧化碳浓度c降低至目标百分比以下时，重新开启所述瓦斯发电机组进行二氧化碳的浓度补偿。
在本发明的一种实施方式中，还包括：
通过所述排气温度传感器获取排气温度t 3 ；
当所述排气温度t 3 小于第一目标温度时，所述冷却系统停止工作；当所述排气温度t 3 大于第二目标温度时，所述冷却系统开始工作。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置及控制方法，通过瓦斯发电机组产生的二氧化碳，并利用多个二氧化碳传感器实时监测温室内各区域的二氧化碳浓度，从而确保温室内的二氧化碳浓度维持在最佳范围内，最大程度提高作物的光合作用效率和产量。能够实时采集瓦斯气和空气的流量、温度以及甲烷浓度等关键参数，并通过控制器自动调节进气节流阀的开度，精确控制甲烷燃烧量和二氧化碳生成速率。该系统能够根据温室内二氧化碳浓度的变化，自动调节发电机组的工作状态，确保二氧化碳浓度始终保持在最佳范围内。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明温室大棚二氧化碳浓度控制装置的整体结构示意图。
图2是本发明后处理系统的结构示意图。
图3是本发明冷却系统的结构示意图。
说明书附图标记说明：
1、瓦斯气进气通道；11、瓦斯气体流量传感器；12、瓦斯进气温度传感器；13、甲烷浓度传感器；
2、空气进气通道；21、空气气体流量传感器；22、空气进气温度传感器；
3、混合器；
4、瓦斯发电机组；41、进气节流阀；
5、后处理系统；51、MOC装置；52、SCR装置；53、尿素喷嘴；
6、冷却系统；61、水泵；62、冷却水管；63、进气管；64、出气管；65、热交换腔；66、排气温度传感器；67、NOX传感器；
7、温室大棚；71、二氧化碳浓度传感器；
8、控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1至图3所示，本发明实施例中的一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置，包括：
瓦斯气进气通道1，用于通入瓦斯气，所述瓦斯气进气通道1上安装有用于获取瓦斯气进气流量的瓦斯气体流量传感器11、用于获取瓦斯气进气温度的瓦斯进气温度传感器12以及用于获取瓦斯气的甲烷浓度的甲烷浓度传感器13；
空气进气通道2，用于通入空气，所述空气进气通道2上安装有用于获取空气进气流量的空气气体流量传感器21以及用于获取空气进气温度的空气进气温度传感器22；
混合器3，分别与所述瓦斯气进气通道1和所述空气进气通道2相连，以将瓦斯气和空气混合；
瓦斯发电机组4，与所述混合器3相连，所述瓦斯发电机组4能够接收混合后的瓦斯气和空气以进行燃烧做功，并通过其排气管进行排气，所述混合器3出口与所述瓦斯发电机组4入口之间设置有进气节流阀41；
后处理系统5，与所述瓦斯发电机组4的排气管相连，并对所述瓦斯发电机组4的排气中的HC、CO和NOX进行处理；
冷却系统6，与所述后处理系统5相连，包括水泵61、冷却水管62、进气管63、出气管64、热交换腔65，所述水泵61与所述冷却水管62连接，所述冷却水管62穿过所述热交换腔65，所述进气管63和所述出气管64分别与所述热交换腔65连通，经所述后处理系统5处理的排气通过所述进气管63进入所述热交换腔65，在所述热交换腔65内将热量传递给所述冷却水管62中的冷却水，降温之后排气从所述出气管64排出；其中，所述出气管64上安装有排气温度传感器66；
温室大棚7，与所述出气管64连通，所述温室大棚7内布置有多个二氧化碳浓度传感器71，每个所述二氧化碳浓度传感器71用于采集所述温室大棚7内不同位置的二氧化碳浓度；
其中，所述温室大棚7的总面积被划分为与所述二氧化碳浓度传感器71数量相同的子区域，各所述二氧化碳浓度传感器71布置于对应所述子区域的中心位置，所述温室大棚7内的整体二氧化碳浓度由各所述二氧化碳浓度传感器71获取对应所述子区域的浓度，并通过平均计算得出。
需要说明的是，温室大棚7的总面积指的是大棚结构覆盖的地面总面积，以平方米（m²）为单位来表示。这个面积代表了温室大棚7内部的可用种植或操作空间的大小，包括种植床、通道以及其他用途的空间。
具体地，所述后处理系统5包括与所述瓦斯发电机组4的排气管相连的MOC装置51（氧化催化器）以及通过连接管道与所述MOC装置51相连的SCR装置52，所述MOC装置51的出口与所述进气管63相连，所述连接管道上布置有尿素喷嘴53；
所述MOC装置51包括含有Pt贵金属的氧化催化剂，用以消除包含HC和CO的气体污染物；当排气中的HC和CO与MOC中的氧化催化剂接触时，发生氧化反应，HC被转化为二氧化碳（CO2），CO被氧化为二氧化碳。通过这一过程，排气中的大部分碳氢化合物和一氧化碳被净化。
所述SCR装置52包括铜基分子筛SCR催化剂，用以消除NOX气体污染物；
其中，所述尿素喷嘴53能够定量将尿素水溶液喷入连接管道中，尿素水溶液分解产生NH3，NH3与排气中的NOX在铜基分子筛SCR催化剂的作用下反应生成N2和H2O。
SCR（Selective Catalytic Reduction）：即选择性催化还原技术，是一种消除发动机尾气中NOX污染物的技术手段，在催化剂的作用下，通过喷入还原剂（通常为尿素水溶液），把尾气中的NOX还原成N2和H2O。
具体地，还包括控制器8，所述控制器8分别与所述瓦斯气体流量传感器11、所述瓦斯进气温度传感器12、所述甲烷浓度传感器13、所述空气气体流量传感器21、所述空气进气温度传感器22、所述二氧化碳浓度传感器71和所述进气节流阀41相连。控制器8可采用嵌入式微处理器（MCU）或可编程逻辑控制器（PLC）。
具体地，还包括与所述尿素喷嘴53相连的尿素泵以及与所述尿素泵相连的尿素箱，所述尿素泵与所述控制器8相连。
具体地，所述进气管63处布置有与所述控制器8相连的NOX传感器67。通常需要使得NOX排放降低至50ppm以下，CO和HC降低至10ppm以下，排气在经后处理系统5处理后，NOX传感器67用以测量排气中的NOX浓度是否在控制目标范围内。
实施例2
本实施例提供一种温室大棚二氧化碳浓度控制方法，基于实施例1中所述的温室大棚二氧化碳浓度控制装置，所述控制方法包括：
步骤S1、通过所述瓦斯气进气通道1通入瓦斯气，通过所述空气进气通道2通入空气；
步骤S2、控制所述进气节流阀41的开度以控制进入所述瓦斯发电机组4的总进气量，瓦斯气进气流量和空气进气流量比例固定，通过控制所述进气节流阀41的开度以控制进入所述瓦斯发电机组4的甲烷量，从而控制二氧化碳的生成速率v；
所述瓦斯气体流量传感器11和所述空气气体流量传感器21分别采集瓦斯气进气流量q 1 和空气进气流量q 2 ，所述瓦斯进气温度传感器12和所述空气进气温度传感器22分别采集瓦斯气进气温度t 1 和空气进气温度t 2 ，所述甲烷浓度传感器13采集瓦斯气的甲烷浓度c7；其中，v、q 1 、q 2 、t 1 、t 2 、c 7 满足下述关系：
；
其中：v为二氧化碳的生成速率；
46是二氧化碳的摩尔质量，g/mol；
16是甲烷的摩尔质量，g/mol。
需要说明的是，由于瓦斯气与空气的进气流量比例是固定的，因此进入发电机组的混合气体中，瓦斯气和空气的比例不会随节流阀开度的变化而改变。瓦斯气中的甲烷含量是决定生成二氧化碳量的关键，甲烷在发电机组内燃烧时会生成二氧化碳和水蒸气。因此，通过保持瓦斯气与空气的比例固定，可以保证燃烧过程的稳定性。此外，通过调节进气节流阀41的开度，可以控制总的进气量，并控制瓦斯气中的甲烷量进入发电机组的量。因此，能够通过调节进气节流阀41的开度来控制甲烷的输入量，进而控制瓦斯发电机组4中二氧化碳的生成速率，确保温室大棚7内的二氧化碳浓度能够根据需求进行调整。
步骤S3、瓦斯气和空气在所述混合器3里进行充分混合，混合后的瓦斯气和空气进入所述瓦斯发电机组4进行燃烧做功，通过发电机转化成电能，并通过其排气管进行排气，所述瓦斯发电机组4的排气中包括HC、CO和NOX；
步骤S4、通过所述MOC装置51消除排气中的HC和CO；通过所述SCR装置52消除排气中的NOX气体污染物；
步骤S5、经所述后处理系统5处理的排气通过所述进气管63进入所述热交换腔65，在所述热交换腔65内将热量传递给所述冷却水管62中的冷却水，降温之后排气从所述出气管64排出进入所述温室大棚7；
步骤S6、获取所述温室大棚7内的整体二氧化碳浓度c，根据所述整体二氧化碳浓度c来调整所述瓦斯发电机组4的工作状态。
具体地，根据所述二氧化碳浓度c来调整所述瓦斯发电机组4的工作状态，包括：
当所述整体二氧化碳浓度c小于目标百分比时，开启所述瓦斯发电机组4，通过所述发电机组产生的二氧化碳以提高所述整体二氧化碳浓度c；其中，
当所述整体二氧化碳浓度c小于或等于第一百分比时，发电机组以额定功率工作，以提高所述温室大棚7内的二氧化碳浓度；
当所述整体二氧化碳浓度c大于第一百分比而小于目标百分比时，通过控制所述进气节流阀41的开度，降低此时二氧化碳的生成速率，使所述温室大棚7内的二氧化碳浓度逐渐达到目标百分比。
空气中的二氧化碳浓度一般为0.03%-0.04%，通常蔬菜作物的二氧化碳饱和点浓度为0.1%，在饱和点以下，蔬菜光合作用的速率随二氧化碳浓度的增大而提高，因此精准控制温室大棚7内的二氧化碳浓度是保证温室大棚7高产的关键技术手段。
本实施例中，例如设定温室大棚7内的目标百分比为0.1%，温室大棚7内实际的二氧化碳浓度（整体二氧化碳浓度）为c，当c＜0.1%时，开启瓦斯发电机组4，通过发电机组产生的二氧化碳提温室大棚7内的二氧化碳浓度，二氧化碳浓度的提高分为两个阶段，第一阶段，当c≤0.09%（第一百分比）时，发电机组将以额定功率工作，目的是快速产生大量的二氧化碳，二氧化碳的生成速v 1 ，v 1 的计算方法参照上述二氧化碳的生成速率v的计算公式，迅速提温室大棚7内的二氧化碳浓度；当0.09%＜c＜0.1%时，发电机组进入精准二氧化碳生成控制模式，通过控制器8控制进气节流阀41的开启，降低二氧化碳的生成速率至v 2 ，v 2 的计算方法参照上述二氧化碳的生成速率v的计算公式，缓慢升温室大棚7内的二氧化碳浓度，逐渐达到目标百分比0.1%。
具体地，还包括：
当所述整体二氧化碳浓度c大于第二百分比时，停止瓦斯发电机组4的工作，通过温室大棚7内农作物的光合作用使得所述整体二氧化碳浓度c逐渐降低；
当所述整体二氧化碳浓度c降低至目标百分比以下时，重新开启瓦斯发电机组4进行二氧化碳的浓度补偿。
通常情况下，二氧化碳的饱和浓度不高于0.15%，根据温室大棚7内种植的农作物不同，植物所需的二氧化碳饱和浓度有所区别，本实施例中，当c＞0.15%（第二百分比）时，可以暂时停止发电机组的工作，温室大棚7内农作物的光合作用会使得整体二氧化碳浓度c逐渐降低，当c降低至0.1%以下时则重新开启发电机组进行二氧化碳的浓度补偿，这样可以精准维持温室大棚7内的二氧化碳浓度始终处于农作物生长所需的饱和浓度条件，以最大程度提高农作物的产量。
具体地，还包括：
通过所述排气温度传感器66获取排气温度t 3 ；
当所述排气温度t 3 小于第一目标温度时，所述冷却系统6停止工作；当所述排气温度t 3 大于第二目标温度时，所述冷却系统6开始工作。
由于排气在经过后处理系统5后，温度依然处于较高水平（通常＞200℃），需要经过冷却系统6冷却后排入温室大棚7，一般将排气冷却至50℃以下。本实施例中，当t 3 ＜40℃时冷却系统6停止工作，当t 3 ＞50℃时冷却系统6开始工作。
本实施例中，温室大棚7内共布置了6个二氧化碳浓度传感器71，分别为C1至C6。每个二氧化碳浓度传感器71用于采集温室内不同位置的二氧化碳浓度，并将这些信号传输至控制器8。温室大棚7的总面积为S，将该面积均匀分为6个相同大小的子区域A1至A6，各区域的面积相同，分别为S 1 至S 6 ，满足
；
6个二氧化碳浓度传感器71（C1至C6）分别布置在区域A1至A6的中心位置，用于测量各自区域的二氧化碳浓度。
因此，温室大棚7的整体二氧化碳浓度c通过对各传感器测量的区域浓度进行平均计算得出，整体二氧化碳浓度c的计算如下：
；
其中，c 1 至c 6 分别为二氧化碳浓度传感器71（C1至C6）测量的二氧化碳浓度。
通过上述温室大棚7二氧化碳浓度控制方法，显著降低了瓦斯发电机组4的碳排放。以1MW发电机组为例，当发电机组在额定功率下运行时，发动机的排气流量为5878kg/h，排气中二氧化碳含量为6.7%，每小时可减少二氧化碳排放约394kg。按发电机组每天运行20小时计算，每年可减少二氧化碳排放约2876吨。该技术成为降低发电机组碳排放的有效手段。
而现有的温室大棚7二氧化碳控制技术主要通过在温室内布置二氧化碳气体施肥器，将碳铵热分解为二氧化碳和氨气，并将生成的二氧化碳释放到温室中以促进作物光合作用。相较于于现有技术，本发明提能够精准控制温室大棚7内的二氧化碳生成速率，实现温室内二氧化碳浓度的闭环控制，具备极高的控制精度。
此外，本发明的装置具备高效的二氧化碳生成能力，每小时可生成300kg以上的二氧化碳，能够支持大规模温室大棚7的二氧化碳施肥需求，具有显著的大规模应用价值，同时大幅降低了碳排放。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置，其特征在于，包括：
瓦斯气进气通道（1），用于通入瓦斯气，所述瓦斯气进气通道（1）上安装有用于获取瓦斯气进气流量的瓦斯气体流量传感器（11）、用于获取瓦斯气进气温度的瓦斯进气温度传感器（12）以及用于获取瓦斯气的甲烷浓度的甲烷浓度传感器（13）；
空气进气通道（2），用于通入空气，所述空气进气通道（2）上安装有用于获取空气进气流量的空气气体流量传感器（21）以及用于获取空气进气温度的空气进气温度传感器（22）；
混合器（3），分别与所述瓦斯气进气通道（1）和所述空气进气通道（2）相连，以将瓦斯气和空气混合；
瓦斯发电机组（4），与所述混合器（3）相连，所述瓦斯发电机组（4）能够接收混合后的瓦斯气和空气以进行燃烧做功，并通过其排气管进行排气，所述混合器（3）出口与所述瓦斯发电机组（4）入口之间设置有进气节流阀（41）；
后处理系统（5），与所述瓦斯发电机组（4）的排气管相连，并对所述瓦斯发电机组（4）的排气中的HC、CO和NOX进行处理；
冷却系统（6），与所述后处理系统（5）相连，包括水泵（61）、冷却水管（62）、进气管（63）、出气管（64）、热交换腔（65），所述水泵（61）与所述冷却水管（62）连接，所述冷却水管（62）穿过所述热交换腔（65），所述进气管（63）和所述出气管（64）分别与所述热交换腔（65）连通，经所述后处理系统（5）处理的排气通过所述进气管（63）进入所述热交换腔（65），在所述热交换腔（65）内将热量传递给所述冷却水管（62）中的冷却水，降温之后排气从所述出气管（64）排出；其中，所述出气管（64）上安装有排气温度传感器（66）；
温室大棚（7），与所述出气管（64）连通，所述温室大棚（7）内布置有多个二氧化碳浓度传感器（71），每个所述二氧化碳浓度传感器（71）用于采集所述温室大棚（7）内不同位置的二氧化碳浓度；
其中，所述温室大棚（7）的总面积被划分为与所述二氧化碳浓度传感器（71）数量相同的子区域，各所述二氧化碳浓度传感器（71）布置于对应所述子区域的中心位置，所述温室大棚（7）内的整体二氧化碳浓度由各所述二氧化碳浓度传感器（71）获取对应所述子区域的浓度，并通过平均计算得出。
2.根据权利要求1所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置，其特征在于，所述后处理系统（5）包括与所述瓦斯发电机组（4）的排气管相连的MOC装置（51）以及通过连接管道与所述MOC装置（51）相连的SCR装置（52），所述MOC装置（51）的出口与所述进气管（63）相连，所述连接管道上布置有尿素喷嘴（53）；
所述MOC装置（51）包括含有Pt贵金属的氧化催化剂，用以消除包含HC和CO的气体污染物；
所述SCR装置（52）包括铜基分子筛SCR催化剂，用以消除NOX气体污染物；
其中，所述尿素喷嘴（53）能够定量将尿素水溶液喷入连接管道中，尿素水溶液分解产生NH3，NH3与排气中的NOX在铜基分子筛SCR催化剂的作用下反应生成N2和H2O。
3.根据权利要求2所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置，其特征在于，还包括控制器（8），所述控制器（8）分别与所述瓦斯气体流量传感器（11）、所述瓦斯进气温度传感器（12）、所述甲烷浓度传感器（13）、所述空气气体流量传感器（21）、所述空气进气温度传感器（22）、所述二氧化碳浓度传感器（71）和所述进气节流阀（41）相连。
4.根据权利要求3所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置，其特征在于，还包括与所述尿素喷嘴（53）相连的尿素泵以及与所述尿素泵相连的尿素箱，所述尿素泵与所述控制器（8）相连。
5.根据权利要求3所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制装置，其特征在于，所述进气管（63）处布置有与所述控制器（8）相连的NOX传感器（67）。
6.一种温室大棚二氧化碳浓度控制方法，其特征在于，基于权利要求2-5任一项所述的温室大棚（7）二氧化碳浓度控制装置，所述控制方法包括：
通过所述瓦斯气进气通道（1）通入瓦斯气，通过所述空气进气通道（2）通入空气；
控制所述进气节流阀（41）的开度以控制进入所述瓦斯发电机组（4）的总进气量，瓦斯气进气流量和空气进气流量比例固定，通过控制所述进气节流阀（41）的开度以控制进入所述瓦斯发电机组（4）的甲烷量，从而控制二氧化碳的生成速率v；
所述瓦斯气体流量传感器（11）和所述空气气体流量传感器（21）分别采集瓦斯气进气流量q 1 和空气进气流量q 2 ，所述瓦斯进气温度传感器（12）和所述空气进气温度传感器（22）分别采集瓦斯气进气温度t 1 和空气进气温度t 2 ，所述甲烷浓度传感器（13）采集瓦斯气的甲烷浓度c7；其中，v、q 1 、q 2 、t 1 、t 2 、c 7 满足下述关系：
；
其中：v为二氧化碳的生成速率；
46是二氧化碳的摩尔质量，g/mol；
16是甲烷的摩尔质量，g/mol；
瓦斯气和空气在所述混合器（3）里进行充分混合，混合后的瓦斯气和空气进入所述瓦斯发电机组（4）进行燃烧做功，通过发电机转化成电能，并通过其排气管进行排气，所述瓦斯发电机组（4）的排气中包括HC、CO和NOX；
通过所述MOC装置（51）消除排气中的HC和CO；通过所述SCR装置（52）消除排气中的NOX气体污染物；
经所述后处理系统（5）处理的排气通过所述进气管（63）进入所述热交换腔（65），在所述热交换腔（65）内将热量传递给所述冷却水管（62）中的冷却水，降温之后排气从所述出气管（64）排出进入所述温室大棚（7）；
获取所述温室大棚（7）内的整体二氧化碳浓度c，根据所述整体二氧化碳浓度c来调整所述瓦斯发电机组（4）的工作状态。
7.根据权利要求6所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制方法，其特征在于，根据所述二氧化碳浓度c来调整所述瓦斯发电机组（4）的工作状态，包括：
当所述整体二氧化碳浓度c小于目标百分比时，开启所述瓦斯发电机组（4），通过所述发电机组产生的二氧化碳以提高所述整体二氧化碳浓度c；其中，
当所述整体二氧化碳浓度c小于或等于第一百分比时，发电机组以额定功率工作，以提高所述温室大棚（7）内的二氧化碳浓度；
当所述整体二氧化碳浓度c大于第一百分比而小于目标百分比时，通过控制所述进气节流阀（41）的开度，降低此时二氧化碳的生成速率，使所述温室大棚（7）内的二氧化碳浓度逐渐达到目标百分比。
8.根据权利要求6所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制方法，其特征在于，还包括：
当所述整体二氧化碳浓度c大于第二百分比时，停止所述瓦斯发电机组（4）的工作，通过温室大棚（7）内农作物的光合作用使得所述整体二氧化碳浓度c逐渐降低；
当所述整体二氧化碳浓度c降低至目标百分比以下时，重新开启所述瓦斯发电机组（4）进行二氧化碳的浓度补偿。
9.根据权利要求6所述的一种温室大棚二氧化碳浓度控制方法，其特征在于，还包括：
通过所述排气温度传感器（66）获取排气温度t 3 ；
当所述排气温度t 3 小于第一目标温度时，所述冷却系统（6）停止工作；当所述排气温度t 3 大于第二目标温度时，所述冷却系统（6）开始工作。
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