CN218590158U - 一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统。该系统包括：用于烟气脱硫脱碳的氨法脱硫脱碳装置，氨法脱硫脱碳装置包括尾气出口；植物工厂，植物工厂包括种植系统，尾气出口与种植系统连接以向种植系统提供尾气。上述系统利用氨法脱硫脱碳装置对烟气进行处理，处理后得到的尾气通入植物工厂的种植系统，为种植系统的植物补充光合作用所需的二氧化碳，同时补充空气湿度，当该尾气的温度高于环境温度还可以补充热量。可见，本申请的烟气处理系统实现了尾气中二氧化碳、水分和余热的充分利用，且达到了种植系统的二氧化碳浓度、和/或空气湿度和/或空气温度的低成本调控，促进植物工厂更大规模的推广应用，保证了国家粮食安全。

Description

一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统

技术领域

本申请涉及环境保护领域，具体涉及一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统。

背景技术

目前，用于脱除工业气体中的二氧化硫的方法很多，其中氨法脱硫工艺由于不产生废水和废渣，并且投入的脱硫剂氨能被转化成硫酸铵化肥，变废为宝，备受关注。副产的硫酸铵化肥可以作为氮、硫肥，促进植物生长。

氨同时具有较强CO₂吸收能力，且腐蚀性较弱，价格适中，因此氨法脱碳技术受到科研工作者的青睐。氨法碳捕集技术在脱除二氧化碳的同时可副产碳酸氢铵化肥，这不仅省略了CO₂再生工序，缩短了碳捕集工艺流程，大幅降低投资和运行成本，而且可替代我国主要使用的高氮尿素，降低化肥使用成本，提高农民种粮积极性；同时还可解决高氮尿素使用过程中氮利用率低和氮流失造成的水体及大气污染问题，有利于实现我国氮肥产业绿色转型。

申请号为201710865004.X的中国专利申请公开了超洁净氨法脱硫技术应用于碳捕集过程的方法，该方法为超洁净氨法脱硫后烟气直接送入碳捕集装置进行后续处理，实现超洁净排放及脱硫脱碳的一体化，可大幅降低碳捕集的投资及运行成本。通过分级溶液成分控制和反应条件控制，实现超洁净脱硫除尘，脱硫出口SO₂含量可降至≤1ppm，尘≤2mg/Nm³，氨逃逸≤1mg/Nm³，去后续碳捕集装置捕集二氧化碳，以实现超洁净排放。该工艺氨法脱硫后直接接入碳捕集，实现脱硫和脱碳。经过氨法脱硫脱碳后的尾气满足排放要求，但是由于脱碳后的气体仍具有一定CO₂浓度、饱和湿度和温度，其中的CO₂、饱和水及余热直接排放到大气就会造成资源浪费。

申请号为201710399322.1的中国专利申请公开了一种基于植物工厂的火电厂能源和二氧化碳利用方法及系统，该方法就是将植物工厂建设在火电厂附近，采用火电厂的低品质热量，如热水或蒸汽向植物工厂供暖，或通过蒸汽驱动制冷机产生冷媒水对植物工厂降温；并将火电厂烟气中的二氧化碳作为气肥通入植物工厂吸收利用；火电厂也可对植物工厂补光系统直接供电。该工艺将火电厂低品质热量用于植物工厂供热或降温，脱硫后烟气进行碳捕集再生得到的二氧化碳作为气肥通入植物工厂吸收利用，而碳捕集后的尾气没有进行利用。

申请号为202110547361.8的中国专利申请公开了利用燃煤机组排放的CO₂为植物大棚提供气肥的方法及系统，该方法利用引风机在燃煤机组尾部烟道内抽取部分烟气，通入活性炭脱除重金属装置进行脱除重金属处理，处理后的烟气通入氨法脱硫装置进行脱除酸性气体处理，将净化后的烟气通过出口烟道、气肥母管以及气肥支管送入植物大棚内，通过观察植物大棚内CO₂浓度监测装置以及植物生长状况，以调节气肥支管上流量调节阀门的方式使植物大棚内达到合适的CO₂浓度。该工艺仅利用了脱硫后烟气中的CO₂，未利用到其中的热量和水分；尾气也未进行脱碳处理，尾气中二氧化碳含量高，植物工厂对烟气中碳利用率低，碳排放问题依然存在。

实用新型内容

本申请提供了一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，以解决烟气中的二氧化碳无法有效利用的问题。

本申请的第一方面提供了一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，包括：用于烟气脱硫脱碳的氨法脱硫脱碳装置，氨法脱硫脱碳装置包括尾气出口；植物工厂，植物工厂包括种植系统，尾气出口与种植系统连接以向种植系统提供尾气。

进一步地，上述尾气出口与种植系统通过第一引风机连接。

进一步地，上述植物工厂还包括：监测系统，监测系统包括用于监测种植系统中二氧化碳浓度的二氧化碳浓度监测器、用于监测种植系统的湿度的湿度检测器和/或用于监测种植系统中空气温度的温度检测器；控制系统，控制系统包括二氧化碳浓度控制单元、湿度控制单元和/或温度控制单元；二氧化碳浓度控制单元与二氧化碳浓度监测器、第一引风机分别连接，用于接收二氧化碳浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值并根据二氧化碳浓度值向第一引风机发出调控风量的第一指令；和/或湿度控制单元与湿度监测器、第一引风机分别连接，用于接收湿度监测器的湿度值并根据湿度值向第一引风机发出调控风量的第二指令；和/或温度控制单元与温度监测器、第一引风机分别连接，用于接收温度监测器的温度值并根据温度值向第一引风机发出调控风量的第三指令。

进一步地，上述控制系统还包括判断单元，判断单元与二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元分别连接，用于在同一时间内第一指令、第二指令和第三指令不同时向二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元发出优先执行第一指令、其次执行第二指令的终指令。

进一步地，上述各植物工厂还包括：用于调整种植系统温度的换热系统，尾气出口与换热系统通过第二引风机连接以向换热系统提供换热介质。

进一步地，上述温度控制单元与温度监测器、第二引风机分别连接，用于接收温度监测器的温度值并根据温度值向第二引风机发出调控风量的第四指令。

进一步地，上述控制系统还包括判断单元，判断单元与二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元分别连接，用于在同一时间内第一指令、第二指令和第三指令不同时向二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元发出同时优先执行第一指令和第四指令、然后执行第二指令的终指令。

进一步地，上述换热系统还包括第一冷凝水收集设备；和/或尾气出口与种植系统通过烟道连接以向种植系统提供尾气，第一引风机设置在烟道上，烟道的最低位置设置有第二冷凝水收集设备以收集烟道的冷凝水。

进一步地，上述种植系统还设置有向植物供水的供水设备，第一冷凝水收集设备和/或第二冷凝水收集设备与供水设备连接。

进一步地，上述氨法脱硫脱碳装置包括：氨法脱硫单元，氨法脱硫单元包括脱硫烟气出口；氨法脱碳单元，氨法脱碳单元包括氨供应设备、脱硫烟气入口和尾气出口，脱硫烟气出口和脱硫烟气入口连接。

进一步地，上述二氧化碳浓度控制单元与二氧化碳浓度监测器、氨供应设备分别连接，用于接收二氧化碳浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值并根据二氧化碳浓度值向氨供应设备发出调控氨气供应量的指令。

进一步地，上述氨法脱硫单元还具有硫铵盐出口，氨法脱碳单元还具有碳铵盐出口，植物工厂还包括营养液系统，营养液系统包括：营养液供应单元，硫铵盐出口、碳铵盐出口分别与营养液供应单元通过管道连接，管道上设置有液体泵和/或流量调节阀，营养液供应单元的营养液出口与种植相同连接；监测系统还包括营养液浓度监测器；控制系统还包括营养液控制单元，营养液控制单元与液体泵和/或流量调节阀、营养液浓度监测器分别连接，以接收营养液浓度监测器的营养元素浓度值并根据营养元素浓度值向液体泵和/或流量调节阀发出流量调控的指令。

上述系统利用氨法脱硫脱碳装置对烟气进行处理，处理后得到的尾气通入植物工厂的种植系统，从而为种植系统的植物补充光合作用所需的二氧化碳，同时尾气的湿度较大因此可以为种植系统补充空气湿度，当该尾气的温度高于环境温度时还可以为种植系统补充热量，从而促进植物生长。可见，本申请的烟气处理系统实现了尾气中二氧化碳、水分和余热的充分利用，且通过向种植系统引入尾气达到了种植系统的二氧化碳浓度、和/或空气湿度和/或空气温度的低成本调控。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1示出了根据本申请一种典型实施方式提供的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统的结构框图。

图2示出了根据本申请一种实施方式提供的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统的结构框图。

图3示出了根据本申请一种典型实施方式提供的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法的流程图。

图4示出了根据本申请一种实施方式提供的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法的流程图。

图5示出了根据本申请一种实施例提供的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂系统中氨法脱硫塔和氨法脱碳塔的结构示意图。

图6示出了根据本申请一种实施例提供的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂系统中植物工厂的结构示意图。

在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。

附图标记说明：

氨法脱硫脱碳装置1、氨法脱硫单元11、脱硫浓缩段111、脱硫吸收段112、颗粒物控制段113、氧化循环槽114、浓缩循环泵115、脱硫吸收循环泵一116、脱硫吸收循环泵二117、颗粒物控制循环泵118、硫酸铵排出泵119；

氨法脱碳单元12、脱碳冷却段121、脱碳吸收段122、氨逃逸控制段123、脱碳冷却循环泵124、脱碳吸收循环泵125、氨逃逸控制循环泵126、碳酸氢铵排出泵127、冷却换热器128；

植物工厂2、种植系统21、监测系统22、控制系统23、换热系统24、营养液系统25；

第一引风机01、第二引风机02。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

本领域技术人员应该理解的是，本申请所述的“第一”、“第二”并不表示顺序；另外，本申请中的“连接”可以是管线连接、电连接或信号连接，本领域技术人员可以根据具体应用场景选择相应的连接方式。

如本申请背景技术所分析的，现有技术含有二氧化碳的烟气无法充分有效利用，导致二氧化碳未被充分利用。为了解决该问题，本申请提供了一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统。

为了使本领域技术人员更便利地实施上述方法，在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，如图1所示，该基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统包括：用于烟气脱硫脱碳的氨法脱硫脱碳装置1和植物工厂2，氨法脱硫脱碳装置1包括尾气出口；植物工厂2包括种植系统21，尾气出口与种植系统21连接以向种植系统21提供尾气。

上述系统利用氨法脱硫脱碳装置对烟气进行处理，处理后得到的尾气通入植物工厂2的种植系统21，从而为种植系统21的植物补充光合作用所需的二氧化碳，同时尾气的湿度较大因此可以为种植系统21补充空气湿度，当该尾气的温度高于环境温度时可以为种植系统21补充热量，从而促进植物生长。可见，本申请的烟气处理系统实现了尾气中二氧化碳、水分和余热的充分利用，且通过向种植系统21引入尾气达到了种植系统21的二氧化碳浓度、空气湿度和/或空气温度的低成本调控。

本申请的植物工厂2为本领域常规的植物工厂模式，比如为温室大棚、集装箱式种植工厂等，上述种植系统21可以为本领域植物工厂常规的种植系统，比如多层立体式种植系统。当植物工厂2为多个时，上述各植物工厂2是相对独立的，其结构、组成和种植模式可以相同也可以不同，但是本申请的各实施方式均适用于各植物工厂2。

在本申请的一些实施方式中，为了便于对通入种植系统21的尾气通入量的灵活调整，如图2所示，将尾气出口与种植系统21通过第一引风机01相连。通过调整第一引风机01的风量即可实现对尾气通入量的调整。

如图2所示，在本申请的一些实施方式中，上述各植物工厂2还包括监测系统22和控制系统23，监测系统22包括用于监测种植系统21中二氧化碳浓度的二氧化碳浓度监测器、用于监测种植系统21的空气湿度的湿度检测器和/或用于监测种植系统21的空气温度的温度检测器；控制系统23包括二氧化碳浓度控制单元、湿度控制单元和/或温度控制单元。以便于及时对种植系统21的二氧化碳浓度、空气温度和空气湿度进行调整，以满足植物不同生长阶段或不同植物的生长需求，更好地促进植物生长。在一些实施方式中设置监测系统22以等间隔周期性地对种植系统21的二氧化碳浓度、空气温度和空气湿度进行检测，比如每小时监测一次得到相应的二氧化碳浓度值、温度值和湿度值。

在一些实施方式中，二氧化碳浓度控制单元与二氧化碳浓度监测器、第一引风机01分别连接，用于接收二氧化碳浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值并根据二氧化碳浓度值向第一引风机01发出调控风量的第一指令。通过上述实施方式，在二氧化碳浓度值低于目标浓度时，二氧化碳浓度控制单元将向第一引风机01发出增大风量的第一指令，以满足植物需要，促进植物生长；反之则向第一引风机01发出减小第一风量的第一指令，以避免尾气的浪费。

在一些实施方式中，上述湿度控制单元与湿度监测器、第一引风机01分别连接，用于接收湿度监测器的湿度值并根据湿度值向第一引风机01发出调控风量的第二指令。通过上述实施方式的设置，在湿度值低于目标空气湿度时，湿度控制单元将向第一引风机01发出增加风量的第二指令，以提高尾气对种植系统21的增湿效率，提高种植系统21空气湿度，促进植物生长；反之则向第一引风机01发出减小第一风量的第二指令，以避免尾气带来过多的水蒸汽。

在一些实施方式中，上述温度控制单元与温度监测器、第一引风机01分别连接，用于接收温度监测器的温度值并根据温度值向第一引风机01发出调控风量的第三指令。通过上述实施方式的设置，在温度值低于目标温度时，温度控制单元将向第一引风机01发出增加风量的第三指令，以提高尾气向种植系统21的传热效率，提高种植系统21温度，促进植物生长(该调整方式以尾气温度高于环境温度为前提，如无特殊说明，本申请均假设尾气温度高于环境温度)；反之则向第一引风机01发出减小第一风量的第三指令，以避免尾气带来过多的热量，实现对种植系统21的降温。

由于尾气通入种植系统21时，会同时影响种植系统21的二氧化碳浓度、空气温度和空气湿度，而且上述二氧化碳浓度、空气温度和空气空气湿度相互之间也不具有统一性，因此在同一时间内上述第一指令、第二指令和第三指令可能会不同导致指令执行存在问题，在一些实施方式中，第一指令包括以T1值增大第一引风机01的风量的第一增加指令、以T2值减小第一引风机01的风量的第一减小指令，第二指令包括以T3值增大第一引风机01的风量的第二增加指令、以T4值减小第一引风机01的风量的第二减小指令，第三指令包括以T5值增大第一引风机01的风量的第三增加指令、以T6值减小第一引风机01的风量的第三增加指令，上述T1、T2、T3、T4、T5和T6各自独立地大于或等于0，上述指令不同包括第一增加指令和第二减小指令同时发出、第一增加指令和第三减小指令同时发出、第一减小指令和第二增加指令同时发出、第一减小指令和第三增加指令同时发出、第二减小指令和第三增加指令同时发出、第二增加指令和第三减小指令同时发出、第一增加指令和第二增加指令同时发出且T1≠T3、第一增加指令和第三增加指令同时发出且T1≠T5、第二增加指令和第三增加指令同时发出且T3≠T5、第一减小指令和第二减小指令同时发出且T2≠T4、第一减小指令和第三减小指令同时发出且T2≠T6、第二减小指令和第三减小指令同时发出且T4≠T6，为了解决可能存在的上述不同导致的问题，在一些实施方式中，上述控制系统23还包括判断单元，判断单元与二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元分别连接，用于在同一时间内第一指令、第二指令和第三指令不同时向二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元发出优先执行第一指令、其次执行第二指令的终指令。利用上述判断单元去解决上述矛盾所导致的问题，即以调控种植系统21的二氧化碳浓度为首要任务，以调控种植系统21的空气湿度为次要任务。上述判断单元采用具有类似功能的常规模块即可实现。

举例来说，当执行第一指令后，导致种植系统21的空气温度和/或空气湿度更加偏离目标温度和目标空气湿度时，利用种植系统21自配的温度和湿度调节设备进行调节。即种植系统21的二氧化碳浓度调整主要以来第一引风机01的风量调整，而种植系统21的空气温度和空气湿度调整主要以来植物工厂2自配的温度和湿度调节设备来调整，第一引风机01的风量调整作为辅助调节手段。植物工厂2自配的空气温度和空气湿度调节设备可以参考现有技术，本申请不再赘述。

在一些实施方式中，如图2所示，上述各植物工厂2还包括用于调整种植系统21温度的换热系统24，尾气出口与换热系统24通过第二引风机02连接以向换热系统24提供换热介质。

在利用第一引风机01将尾气送入种植系统21能够实现与种植系统21的直接换热之外，通过第二引风机02将尾气送入换热系统24作为换热介质与种植系统21进行间接换热也可以实现对种植系统21的温度调整，而且该调整不影响种植系统21的二氧化碳浓度，该方式实现了尾气的余热利用。当然，在换热后，如果需要也可以将换热后的尾气送入种植系统21中进一步利用，比如有多个植物工厂或者植物工厂有多个种植系统，那么将一部分尾气利用第二引风机送入一个需要换热的植物工厂的换热系统中、或送入一个需要换热的种植系统对应的换热系统中进行换热使尾气进行降温，然后将降温后的尾气再送入另一个需要补充二氧化碳的植物工厂的种植系统中或同一个植物工厂中的需要补充二氧化碳的种植系统中。

为了利用尾气对种植系统21的空气温度进行更精确更及时的调整，在一些实施方式中，如图2所示，上述温度控制单元与温度监测器和第二引风机02分别连接，用于接收温度监测器的温度值并根据温度值向第二引风机02发出调控风量的第四指令。通过上述实施方式的设置，在温度值低于目标空气温度时，温度控制单元将向第二引风机02发出增加风量的第四指令，以提高尾气向种植系统21的传热效率，提高种植系统21温度，促进植物生长；反之则向第二引风机02发出减小风量的第四指令，以避免尾气带来过多的热量，实现对种植系统21的降温。

在一些实施方式中，上述控制系统23还包括判断单元，判断单元与二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元分别连接，用于在同一时间内第一指令、第二指令和第三指令不同时，向二氧化碳浓度控制单元、温度控制单元、湿度控制单元发出同时优先执行第一指令和第四指令、然后执行第二指令的终指令。该实施方式的“同一时间内第一指令、第二指令和第三指令不同”和前述实施方式中的“同一时间内第一指令、第二指令和第三指令不同”含义相同，在此不再赘述。上述实施方式基于尾气可以独立地作为换热介质进入换热系统24对种植系统21的温度进行单独调整，因此当上述第一指令、第二指令和第三指令不同时第一指令和第四指令可同时执行，实现对二氧化碳浓度和温度的同时调整。

尾气在换热系统24中与种植系统21换热后，其中的饱和水蒸汽冷凝形成冷凝水，在一些实施方式中，上述换热系统24还包括第一冷凝水收集设备；和/或尾气出口与种植系统通过烟道连接以向种植系统提供尾气，第一引风机设置在烟道上，烟道的最低位置设置有第二冷凝水收集设备以收集烟道的冷凝水，比如烟道的最低位置开口并设置与开口连通的冷凝管用于收集烟道的冷凝水。

上述收集的冷凝水可外送用于其他途径，为了降低冷凝水的再利用成本，在一些实施方式中，上述种植系统21还设置有向植物供水的供水设备，第一冷凝水收集设备和/或第二冷凝水收集设备与供水设备连接。即将冷凝水作为植物生长用水，实现了冷凝水的近距离再利用。

在本申请的一些实施方式中，如图2所示，上述氨法脱硫脱碳装置包括氨法脱硫单元11和氨法脱碳单元12，氨法脱硫单元11包括脱硫烟气出口；氨法脱碳单元12包括氨供应设备、脱硫烟气入口和尾气出口，脱硫烟气出口和脱硫烟气入口连接。

本申请上述实施方式的氨法脱硫单元可以为现有技术常用的氨法脱硫装置，在一些实施方式中，其中的氨法脱硫单元11包括自下而上依次设置的脱硫浓缩单元、脱硫吸收单元和颗粒物控制单元，脱硫浓缩单元、脱硫吸收单元和颗粒物控制单元均设置有第一喷淋设备，脱硫浓缩单元、脱硫吸收单元和颗粒物控制单元中相邻两个单元设置有只允许气体通过的第一集液器，颗粒物控制单元与脱硫烟气排出设备相连，脱硫浓缩单元与硫铵盐排出设备相连。利用其中的脱硫浓缩单元浓缩硫铵盐，并通过调整工艺条件调整所形成的硫酸铵和硫酸氢铵的浓度。利用其中的脱硫吸收单元，通过氨、氧化空气和待处理气体之间的逆流接触实现对待处理其他中硫氧化物(主要是二氧化硫)的捕获和转化，形成硫铵盐。利用其中的颗粒物控制单元控制脱硫烟气中的颗粒物浓度，比如通过喷淋阻止颗粒物随脱硫烟气溢出。

本申请的氨法脱碳单元12可以为现有技术常用的氨法脱碳装置，氨法脱碳单元包括自下而上依次设置的碳冷却单元、脱碳吸收单元和氨逃逸控制单元，碳冷却单元、脱碳吸收单元和氨逃逸控制单元均设置有第二喷淋设备，碳冷却单元、脱碳吸收单元和氨逃逸控制单元中相邻两个单元设置有只允许气体通过的第二集液器，待处理气体入口设置在碳冷却单元上，脱碳吸收单元与碳铵盐排出设备相连，氨逃逸控制单元与尾气排出设备相连。通过碳冷却单元对进入氨法脱碳单元的待处理气体进行冷却，避免其温度过高导致的过多的氨逃逸并且提高了脱碳效果；在脱碳吸收单元中氨和碳氧化物逆流接触反应实现对碳氧化物的吸收形成碳铵盐；在氨逃逸控制单元中，利用喷淋方式将氨液化控制其随尾气逸出。

上述氨供应设备也可以同时为氨法脱硫单元供应氨源，只需要利用两个可以独立控制的管路将氨供应设备的氨源独立供应即可。

在一些实施方式中，二氧化碳浓度控制单元与二氧化碳浓度监测器、氨供应设备分别连接，用于接收二氧化碳浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值并根据二氧化碳浓度值向氨供应设备发出调控氨气供应量的指令以控制氨法脱碳单元的脱碳效率。通过上述实施方式的设置，在二氧化碳浓度值低于目标浓度时，二氧化碳浓度控制单元将向氨供应设备发出减小氨气供应量的指令，以减小脱碳效率增加尾气中二氧化碳的含量，进而满足植物需要，促进植物生长；反之则向氨供应设备发出增加氨气供应量的指令，以增加脱碳效率减小尾气中二氧化碳的含量，以避免未能被植物利用的多余二氧化碳排空导致的温室效应。

在一些实施方式中，氨法脱碳单元还具有碳铵盐出口，氨法脱硫单元还具有硫铵盐出口，如图2所示，上述植物工厂2还包括营养液系统25，该营养液系统25包括：营养液供应单元，监测系统22还包括营养液浓度监测器，硫铵盐出口、碳铵盐出口分别与营养液供应单元通过管道连接，管道上设置有液体泵和/或流量调节阀；控制系统23还包括营养液控制单元，营养液控制单元与液体泵和/或流量调节阀、营养液浓度监测器分别连接，以接收营养液浓度监测器的营养元素浓度值并根据营养元素浓度值向液体泵和/或流量调节阀发出流量调控的指令。利用上述实施方式将脱硫过程产生的硫铵盐直接作为硫肥和碳肥、脱碳过程产生的碳铵盐直接作为氮肥和碳肥送入营养液供应单元作为营养液使用，且通过营养液控制单元发出的指令调控其流量，实现对相应营养元素浓度的实时调整。其中的碳铵盐和碳铵盐均为溶液形式，且其浓度可以根据脱硫和脱碳工艺进行调整，其具体调整方式均为现有技术，在此不再赘述。

为了提高植物光合作用能力，在一些实施方式中，上述监测系统22还包括用于监测种植系统21光照强度的光照强度监测器，种植系统21中设置有光照设备，控制系统23还包括光照控制单元，光照控制单元与光照强度监测器、光照设备分别相连，以接收光照强度监测器提供的光照强度值并根据光照强度值向光照设备发出调节光照强度的指令。以根据植物生长规律设定光照强度，并据此调整光照设备的光照强度，提高光照的利用率和植物的光合作用能力。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的系统的功能，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法，该方法可利用上述系统来实现，如图3所示，该基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法包括：对烟气进行氨法脱硫脱碳处理，得到尾气；将尾气送入植物工厂的种植系统中以调节植物工厂的运行参数，运行参数包括二氧化碳浓度、空气湿度和空气温度中的一个或多个。

上述方法将脱硫脱碳产生的尾气通入植物工厂的种植系统，从而为种植系统的植物补充光合作用所需的二氧化碳，同时尾气的湿度较大因此可以为种植系统补充空气湿度，而且当尾气的温度高于环境温度时可以为种植系统补充热量，从而促进植物生长。可见，本申请的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法实现了尾气中二氧化碳、水分和余热的充分利用，且通过向种植系统引入尾气达到了种植系统的二氧化碳浓度、空气湿度和/或空气温度的低成本调控。

在一些实施方式中，为了提高植物的生长效率，优选种植系统的目标二氧化碳浓度为500～2500ppm，优选为700～1500ppm；和/或种植系统的目标温度为10～40℃，优选为18～30℃；和/或种植系统的目标空气湿度为20～80％，优选为50～75％。

在一些实施方式中，基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括：调整方式1)，根据种植系统的实时二氧化碳浓度和目标二氧化碳浓度的差值调整尾气向种植系统的送入量；调整方式2)，根据种植系统的实时空气湿度与目标空气湿度的差值调整尾气向种植系统的送入量；和/或调整方式3)，根据种植系统的实时空气温度与目标空气温度的差值调整尾气向种植系统的送入量。通过上述实施方式的调整，调整方式1)在实时二氧化碳浓度高于目标二氧化碳浓度时，减小尾气向种植系统的送入量，反之增加向种植系统的送入量。调整方式2)在实时空气湿度高于目标空气湿度时，减小尾气向种植系统的送入量，反之增加向种植系统的送入量。调整方式3)在实时空气温度高于目标空气温度时，减小尾气向种植系统的送入量，反之增加向种植系统的送入量(该调整方式以尾气温度高于环境温度为前提，如无特殊说明，本申请均假设尾气温度高于环境温度)。上述实时监测的结果可以以设定时间间隔进行采集，比如每小时对种植系统的二氧化碳浓度、温度和空气湿度进行一次检测，得到实时二氧化碳浓度值、实时空气温度和实时空气湿度。

由于尾气通入种植系统时，会同时影响种植系统的二氧化碳浓度、温度和空气湿度，而且上述二氧化碳浓度、温度和空气湿度相互之间也不具有统一性，因此在同一时间内的调整方式1)的送入量、调整方式2)的送入量和调整方式3)的送入量不同会导致调整方式执行存在问题，在一些实施方式中，其中，调整方式1)包括以T1值增大送入量、以T2值减小送入量，调整方式2)包括以T3值增大送入量、以T4值减小送入量，调整方式3)包括以T5值增大送入量、以T6值减小送入量，上述不同包括以T1值增大送入量和以T4值减小送入量的调整方式需同时进行、以T1值增大送入量和以T6值减小送入量的调整方式需同时进行、以T2值减小送入量和以T3值增大送入量的调整方式需同时进行、以T2值减小送入量和以T5值增大送入量的调整方式需同时进行、以T1值增大送入量和以T3值增大送入量的调整方式需同时进行且T1≠T3、以T1值增大送入量和以T5值增大送入量的调整方式需同时进行且T1≠T5、以T3值增大送入量和以T5值增大送入量的调整方式需同时进行且T3≠T5、以T2值减小送入量和以T4值减小送入量的调整方式需同时进行且T2≠T4、以T2值减小送入量和以T6值减小送入量的调整方式需同时进行且T2≠T6、以T4值减小送入量和以T6值减小送入量的调整方式需同时进行且T4≠T6，上述T1、T2、T3、T4、T5和T6各自独立地大于或等于0。

为了解决上述调整方式1)的送入量、调整方式2)的送入量和调整方式3)的送入量不同导致的问题，在一些实施方式中，优先实施调整方式1)，其次实施调整方式2)。即以调控种植系统的二氧化碳浓度为首要任务，以调控种植系统的空气湿度为次要任务。最后再根据需要决定是否需要执行调整方式3)，比如采用种植系统自行配置的温度调节设备完成对温度的调节后，即可不进行调整方式3)。

在一些实施方式中，如图4所示，上述基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括：使至少部分尾气与种植系统间接换热。在将尾气送入种植系统能够实现与种植系统的直接换热之外，将尾气送入换热系统作为换热介质与种植系统进行间接换热也可以实现对种植系统的温度调整，而且该调整不影响种植系统的二氧化碳浓度，该方式实现了尾气的余热利用。

当然，在换热后，如果需要也可以将换热后的尾气送入种植系统中进一步利用，比如有多个植物工厂或者植物工厂有多个种植系统，那么将一部分尾气送入一个需要换热的植物工厂的换热系统中、或送入一个需要换热的种植系统对应的换热系统中进行换热使尾气进行降温，然后将降温后的尾气再送入另一个需要补充二氧化碳的植物工厂的种植系统中或同一个植物工厂中的需要补充二氧化碳的种植系统中。

为了利用尾气对种植系统的温度进行更精确更及时的调整，在一些实施方式中，上述基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括调整方式4)：根据种植系统的实时温度与目标温度的差值调整与种植系统换热的尾气的流量。通过上述实施方式，在实时温度值低于目标温度时，增加与种植系统间接换热的尾气的流量，以提高尾气向种植系统的传热效率，提高种植系统温度，促进植物生长；反之减小与种植系统间接换热的尾气的流量，以避免尾气带来过多的热量，实现对种植系统的降温。

在一些实施方式中，当同一时间内调整方式1)的送入量、调整方式2)的送入量和调整方式3)的送入量不同时，优先同时实施调整方式1)和调整方式4)，然后实施调整方式2)。该实施方式的“同一时间内调整方式1)的送入量、调整方式2)的送入量和调整方式3)的送入量不同”和前述实施方式中的“同一时间内调整方式1)的送入量、调整方式2)的送入量和调整方式3)的送入量不同”含义相同，在此不再赘述。上述实施方式基于尾气可以独立地作为间接换热介质对种植系统的空气温度进行单独调整，因此当上述调整方式1)、调整方式2)和调整方式3)不同时，调整方式1)和调整方式4)可同时执行，实现对二氧化碳浓度和空气温度的同时调整。

尾气冷却后，其中的饱和水蒸汽冷凝形成冷凝水，在一些实施方式中，尾气在与种植系统间接换热后产生第一冷凝水，和/或尾气在送入种植系统时产生第二冷凝水。

上述冷凝水收集后可外送用于其他途径，为了降低冷凝水的再利用成本，在一些实施方式中，上述基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括将第一冷凝水和/或第二冷凝水送入种植系统作为种植系统的至少部分水源。即将冷凝水作为植物生长用水，实现了冷凝水的近距离再利用。

在一些实施方式中，如图4所示，上述氨法脱硫脱碳处理包括：对烟气进行氨法脱硫处理，得到脱硫烟气；对脱硫烟气进行氨法脱碳处理，得到尾气。对烟气先进行氨法脱硫后进行氨法脱碳，既实现了充分的脱硫和脱碳，而且提高了对氨的利用效率。

经过调整氨法脱硫处理的方法条件，得到的脱硫烟气中，二氧化硫浓度≤50mg/Nm³，优选≤35mg/Nm³；和/或脱硫烟气中尘浓度≤10mg/Nm³，优选≤5mg/Nm³；和/或氨法脱硫过程中氨逃逸≤8mg/Nm³，优选≤3mg/Nm³。具体的氨法脱硫处理条件可以参考现有技术，本申请不再赘述。

经过调整氨法脱碳处理的方法条件，得到的尾气中二氧化硫浓度≤20mg/Nm³，优选≤10mg/Nm³；和/或尘浓度≤5mg/Nm³，优选≤3mg/Nm³；和/或二氧化碳的体积含量为0.5～10％，优选为1～6％；和/或尾气的温度为10～60℃，优选为15～50℃；和/或控制氨法脱碳过程中氨逃逸≤5mg/Nm³，优选≤3mg/Nm³。具体的氨法脱碳处理条件可以参考现有技术，本申请不再赘述。其中，尾气中硫氧化物浓度(主要为二氧化化硫浓度)、碳氧化物浓度(主要为二氧化碳浓度)和尘浓度均低于脱硫尾气中相应浓度。

上述各参数通过在脱硫烟道尾部和脱碳烟道尾部安装的成分监测器来获取。

在一些实施方式中，上述基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括根据种植系统的实时二氧化碳浓度和目标二氧化碳浓度的差值调整氨法脱碳处理的脱碳效率。氨法脱碳处理的脱碳效率受氨供应量、操作温度、操作压力、吸收液的循环次数和循环速率等有关，因此可以通过调整氨供应量、操作温度、操作压力、吸收液的循环次数和循环速率来对脱碳效率进行调控，在一些实施方式中，调整氨法脱碳处理的脱碳效率的方法包括调整氨法脱碳处理的氨供应量。以对氨法脱碳的脱碳效率进行控制，节约脱碳运行成本，比如调控氨法脱碳的脱碳效率在20～98％之间变化。具体地，在二氧化碳浓度值低于目标浓度时，减小氨气供应量，以减小脱碳效率增加尾气中二氧化碳的含量，进而满足植物需要，促进植物生长；反之则增加氨气供应量，以增加脱碳效率减小尾气中二氧化碳的含量，以避免未能被植物利用的多余二氧化碳排空导致的温室效应。

在氨法脱硫处理过程中还产生硫铵盐，该硫铵盐包括硫酸铵和/或硫酸氢铵，在氨法脱碳处理还产生碳铵盐，该碳铵盐包括碳酸铵和/或碳酸氢铵，且以溶液形式存在，其浓度可以根据脱碳工艺进行调整，其具体调整方式均为现有技术，在此不再赘述。在一些实施方式中，如图4所示，上述基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括：将硫铵盐和/或碳铵盐送入种植系统作为植物生长的营养液使用。实现了氨法脱硫脱碳副产品的低成本有效利用。

为了提高营养元素的准确供应，在一些实施方式中，上述种植系统采用营养液为植物提供营养元素，该基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括：根据营养液中实时的营养元素浓度值和目标营养元素浓度值的差值实时调整硫铵盐和/或碳铵盐被送入种植系统的送入量，营养元素浓度值包括硫元素浓度值、氮元素浓度值和/或碳元素浓度值。

此外，本申请的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的方法还包括在植物生长过程中，对光照强度进行调整，以满足不同阶段的植物生长需要和/或不同生活习性的植物生长需要。

以下以举例方式对本申请的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统进行说明。

实施例1

该实施例的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统如图4所示，该烟气处理系统包括氨法脱硫单元11、氨法脱碳单元12、植物工厂2，氨法脱硫单元11、氨法脱碳单元12、植物工厂2的种植系统21沿烟气方向依次连接。氨法脱硫单元11产生硫酸铵和氨法脱碳单元12产生碳酸氢铵供给植物工厂2的种植系统21，作为氮肥、硫肥、碳肥。

利用该系统实现了以下流程：烟气经过氨法脱硫后产生脱硫烟气和硫铵盐；对脱硫烟气进行氨法脱碳处理得到脱硫和脱碳的尾气和碳铵盐，将尾气送入植物工程的种植系统中作为植物光合作用的至少部分二氧化碳气源，而且利用尾气的余热向种植系统提供至少部分热量，利用余热中的饱和蒸汽向种植系统补偿空气湿度。其中，硫铵盐包括硫酸盐和/或硫酸氢铵，碳铵盐包括碳酸铵和碳酸氢铵，将硫铵盐和碳铵盐送入植物工厂的营养液系统作为营养液使用。具体地，

图2中的氨法脱硫塔和氨法脱碳塔的结构示意图可参考图5，含SO₂、CO₂的烟气进入图5所示的脱硫塔，脱硫塔包括脱硫浓缩段111、脱硫吸收段112和颗粒物控制段113，它们从下向上依次布置，相邻两层通过仅允许气体通过的集液器隔开。用浓缩循环泵115进行喷淋循环，烟气降温的同时提浓硫酸铵溶液，提浓的硫酸铵溶液经硫酸铵排出泵119送至植物工厂2的种植系统。用脱硫吸收循环泵一116、脱硫吸收循环泵二117、氧化循环槽114进行吸收喷淋循环，吸收尾气中的二氧化硫。利用颗粒物控制循环泵118进行洗涤喷淋循环，减少颗粒物排放。氨经计量后去氧化循环槽114加氨。氧化空气去氧化循环槽114将亚硫酸铵溶液氧化。通过调控工艺参数使氨法脱硫后的尾气中二氧化硫浓度≤25mg/Nm³，尘浓度≤3mg/Nm³，氨逃逸≤3mg/Nm³，温度45℃，饱和湿度，CO2的含量为12％。

脱硫烟气进入图5所示脱碳塔，脱硫塔包括脱碳冷却段121、脱碳吸收段122和氨逃逸控制段123，它们从下向上依次布置，相邻两层通过仅允许气体通过的集液器隔开。用脱碳冷却循环泵124、冷却换热器128进行吸收喷淋循环降低烟气温度。用脱碳吸收循环泵125进行吸收喷淋循环，吸收尾气中的二氧化碳。利用氨逃逸控制循环泵126进行洗涤喷淋循环，减少氨排放。氨经计量后去脱碳吸收段122加氨。用碳酸氢铵溶液通过碳酸氢铵排出泵127送至植物工厂。脱碳尾气一部分利用第一引风机送入植物工厂的种植系统，一部分利用第二引风机送入与种植系统换热的换热器中。通过调控工艺参数使氨法脱碳后的尾气中二氧化硫浓度≤8mg/Nm³，尘浓度≤1mg/Nm³，氨逃逸≤2mg/Nm³，温度25℃，饱和湿度，CO₂的含量为5.6％。氨法脱碳效率为58％。

植物工厂2形式采用冰箱式，如图6所示，内部采用多层结构形式，各层可控制不同生长环境参数和养分供应，不同层可种植不同植物。包括种植系统21、监测系统22、控制系统23、换热系统24、营养液系统25，监测系统22包括二氧化碳浓度检测器、光照监测器、空气湿度监测器、温度监测器、营养液浓度监测器，种植系统21内设有多层植物生长托盘，每层设有光照设备、通风设备、光照监测器、二氧化碳浓度检测器、空气湿度监测器、温度监测器、营养液浓度监测器，上述各监测器监测植物生长环境的参数，包括二氧化碳浓度参数、营养液参数、光照参数、空气湿度参数、温度参数。控制系统23包括存储有各种植物生长环境参数的数据库，控制系统23通过将监测系统提供的检测数据和数据库进行对比，自动控制光照设备增加光照，控制通风设备改善二氧化碳浓度和空气湿度，同时通过向第一引风机和第二引风机发送风量调整信号调整送入种植系统的尾气的量以及进入换热系统的尾气的量，进而实现对二氧化碳浓度、空气湿度和温度的辅助调整；同时通过营养液系统25通过控制系统自动按需供应所需养分，其中利用控制系统调整硫酸铵排出泵119和碳酸氢铵排出泵127的泵速调整硫铵和碳酸氢铵向营养液系统25的流量。尾气与换热系统换热后得到冷凝水经收集后再需要的时候作为水源供应种植系统。其中，控制植物工厂CO₂浓度为700-1500ppm，温度为18-30℃，湿度为50-75％。

该实施例由于氨法脱硫脱碳处理后的尾气含有少量CO₂、饱和水及余热，将其送入植物工厂作为碳源、水源和热源，达到了植物工厂的温度、湿度、CO₂浓度的低成本控制，同时利用烟气中的冷凝水和脱硫脱碳副产的硫酸铵、碳酸氢铵化肥供植物生长使用，大幅度降低了植物工厂的生产成本。

Claims (12)

1.一种基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，包括：

用于烟气脱硫脱碳的氨法脱硫脱碳装置，所述氨法脱硫脱碳装置包括尾气出口；

植物工厂，所述植物工厂包括种植系统，所述尾气出口与所述种植系统连接以向所述种植系统提供尾气。

2.根据权利要求1所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述尾气出口与所述种植系统通过第一引风机连接。

3.根据权利要求2所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述植物工厂还包括：

监测系统，所述监测系统包括用于监测所述种植系统中二氧化碳浓度的二氧化碳浓度监测器、用于监测所述种植系统的空气湿度的湿度监测器和/或用于监测所述种植系统中空气温度的温度监测器；

控制系统，所述控制系统包括二氧化碳浓度控制单元、湿度控制单元和/或温度控制单元；

所述二氧化碳浓度控制单元与所述二氧化碳浓度监测器、所述第一引风机分别连接，用于接收所述二氧化碳浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值并根据所述二氧化碳浓度值向所述第一引风机发出调控风量的第一指令；

和/或所述湿度控制单元与所述湿度监测器、所述第一引风机分别连接，用于接收所述湿度监测器的湿度值并根据所述湿度值向所述第一引风机发出调控风量的第二指令；

和/或所述温度控制单元与所述温度监测器、所述第一引风机分别连接，用于接收所述温度监测器的温度值并根据所述温度值向所述第一引风机发出调控风量的第三指令。

4.根据权利要求3所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述控制系统还包括判断单元，所述判断单元与所述二氧化碳浓度控制单元、所述温度控制单元、所述湿度控制单元分别连接，用于在同一时间内所述第一指令、所述第二指令和所述第三指令不同时向所述二氧化碳浓度控制单元、所述温度控制单元、所述湿度控制单元发出优先执行第一指令、其次执行第二指令的终指令。

5.根据权利要求3所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，各所述植物工厂还包括：

用于调整所述种植系统温度的换热系统，所述尾气出口与所述换热系统通过第二引风机连接以向所述换热系统提供换热介质。

6.根据权利要求5所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述温度控制单元与所述温度监测器、所述第二引风机分别连接，用于接收所述温度监测器的温度值并根据所述温度值向所述第二引风机发出调控风量的第四指令。

7.根据权利要求6所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述控制系统还包括判断单元，所述判断单元与所述二氧化碳浓度控制单元、所述温度控制单元、所述湿度控制单元分别连接，用于在同一时间内所述第一指令、所述第二指令和所述第三指令不同时向所述二氧化碳浓度控制单元、所述温度控制单元、所述湿度控制单元发出同时优先执行第一指令和第四指令、然后执行第二指令的终指令。

8.根据权利要求5所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述换热系统还包括第一冷凝水收集设备；和/或所述尾气出口与所述种植系统通过烟道连接以向所述种植系统提供尾气，所述第一引风机设置在所述烟道上，所述烟道的最低位置设置有第二冷凝水收集设备以收集所述烟道的冷凝水。

9.根据权利要求8所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，

所述种植系统还设置有向植物供水的供水设备，所述第一冷凝水收集设备和/或所述第二冷凝水收集设备与所述供水设备连接。

10.根据权利要求3所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述氨法脱硫脱碳装置包括：

氨法脱硫单元，所述氨法脱硫单元包括脱硫烟气出口；

氨法脱碳单元，所述氨法脱碳单元包括氨供应设备、脱硫烟气入口和所述尾气出口，所述脱硫烟气出口和所述脱硫烟气入口连接。

11.根据权利要求10所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，

所述二氧化碳浓度控制单元与所述二氧化碳浓度监测器、所述氨供应设备分别连接，用于接收所述二氧化碳浓度监测器监测到的二氧化碳浓度值并根据所述二氧化碳浓度值向所述氨供应设备发出调控氨气供应量的指令。

12.根据权利要求10所述的基于氨法脱硫脱碳后尾气用于植物工厂的系统，其特征在于，所述氨法脱硫单元还具有硫铵盐出口，所述氨法脱碳单元还具有碳铵盐出口，所述植物工厂还包括营养液系统，所述营养液系统包括：

营养液供应单元，所述硫铵盐出口、所述碳铵盐出口分别与所述营养液供应单元通过管道连接，所述管道上设置有液体泵和/或流量调节阀，所述营养液供应单元的营养液出口与所述种植系统连接；

所述监测系统还包括营养液浓度监测器；

所述控制系统还包括营养液控制单元，所述营养液控制单元与所述液体泵和/或流量调节阀、所述营养液浓度监测器分别连接，以接收所述营养液浓度监测器的营养元素浓度值并根据所述营养元素浓度值向所述液体泵和/或流量调节阀发出流量调控的指令。

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