[发明专利]一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统及方法

权利要求书

1.一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统，其特征在于：包括提纯装置(1)、CH₄储气罐(2)、燃气锅炉(3)、CO₂储气罐(4)、烟气净化装置(5)、温室(6)、烟气冷凝换热器(7)、气水分离装置(8)、CO₂气肥增施喷管(9)、热水换热器(10)、集水槽(11)、储水箱(12)和沼气灯(13)，沼气通入提纯装置(1)提纯，或直接通入燃气锅炉(3)中燃烧，提纯装置(1)的出口与CH₄储气罐(2)和CO₂储气罐(4)相连通，燃气锅炉(3)与CH₄储气罐(2)相连通，烟气净化装置(5)与燃气锅炉(3)相连通，烟气冷凝换热器(7)与烟气净化装置(5)的出口相连通，气水分离装置(8)与烟气冷凝换热器(7)的出口相连，CO₂气肥增施喷管(9)与气水分离装置(8)的出口相连，气水分离装置(8)的出口也同时连通CO₂储气罐(4)和储水箱(12)，热水换热器(10)与燃气锅炉(3)相连通，集水槽(11)位于温室(6)底部，与储水箱(12)相连通，沼气灯(13)与CH₄储气罐(2)相连接，烟气冷凝换热器(7)、气水分离装置(8)、CO₂气肥增施喷管(9)、热水换热器(10)和沼气灯(13)均位于温室(6)内；

所述温室大棚增效系统还包括控制系统实现各参数实时监测和调整，该控制系统包括计算机(20)以及与计算机(20)连接的温度传感器(14)、光照传感器(15)、CO₂浓度检测仪(16)、第一CO₂控制阀门(17)、第二CO₂控制阀门(18)和热水换热器控制阀门(19)，第一CO₂控制阀门(17)位于气水分离装置(8)和CO₂气肥增施喷管(9)之间，第二CO₂控制阀门(18)位于气水分离装置(8)和CO₂储气罐(4)之间，热水换热器控制阀门(19)位于燃气锅炉(3)和热水换热器(10)之间。

2.根据权利要求1所述的一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统，其特征在于：所述烟气冷凝换热器(7)包括冷凝段和非冷凝段，冷凝段布置于温室(6)顶棚位置，非冷凝段布置在温室(6)侧壁面；热水换热器(10)位于温室(6)内地下。

3.根据权利要求1所述的一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统，其特征在于：提纯过程中分离出的CO₂和CH₄，经过处理满足温室对于温度、CO₂浓度、光照和水的要求；CO₂能够直接用于温室(6)增施CO₂气肥，沼气直燃或CH₄直燃产生热量为温室(6)增温，也能够融化温室顶部的积雪产生水，同时通过沼气灯(13)为温室提供光照，燃烧产生的CO₂和H₂O也能够为温室(6)提供CO₂气肥和水。

4.根据权利要求1所述的一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统的方法，其特征在于：所述计算机(20)中包含温度预设系统，根据天气预报情况对温室内所需热量进行预设，提前对温室(6)进行增温，一方面满足温室作物生长对所需温度稳定性的要求，另一方面也能够及时融化积雪，防止积雪对温室造成破坏。

5.根据权利要求1所述的一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统，其特征在于：所述温室(6)内的作物根据其生长特点的不同采用分层排布，位于底层的是对根系生长要求严格的作物，直接种植在温室地面上，其余作物在高度方向上均匀分布在温室空间内。

6.根据权利要求1所述的一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统的方法，其特征在于：所述温度传感器(14)安装在每层作物中部，光照传感器(15)和CO₂浓度检测仪(16)分别安装在每层作物的上方。

7.权利要求1至6任一项所述的一种集成沼气提纯应用的温室大棚增效系统的工作方法，其特征在于：将沼气发酵与酒精发酵集中布置，一方面满足发酵生物质原料来源的要求，另一方面，将沼气提纯过程和酒精发酵过程中产生的CH₄和CO₂气体进行集中处理和回收，酒精发酵产生的酒精出售；沼气发酵和酒精发酵产生的气体经提纯装置(1)提纯后，分离出的CO₂储存在CO₂储气罐(4)中；

温室(6)的热量由位于温室(6)中的烟气冷凝换热器(7)和位于温室(6)地下的热水换热器(10)两部分共同提供；生物质原料通过沼气发酵和酒精发酵产生的气体直接在燃气锅炉(3)中进行燃烧，或进入提纯装置(1)提纯，提纯后的CH₄储存在CH₄储气罐(2)中，储存在CH₄储气罐(2)中的CH₄在燃气锅炉(3)中进行燃烧，燃烧产生的烟气进入烟气净化装置(5)处理后进入烟气冷凝换热器(7)中冷凝散热，燃烧产生的热量用于热水换热器(10)，为温室提供热量；

在温室所需热量和CO₂负荷较低的情况下，燃气锅炉(3)中直接燃烧沼气，富余沼气进入提纯装置(1)提纯后储存在CH₄储气罐(2)和CO₂储气罐(4)中；在温室所需热量和CO₂负荷较高的情况下，直接在燃气锅炉(3)中燃烧储存在CH₄储气罐(2)的CH₄，保证温室热量和CO₂负荷的供应；沼气提纯后产生的CH₄热值较沼气高，对于温室热量供应的响应速度更快，避免暴雪情况下温室积雪；除此之外，分离出的CH₄也用于出售、供暖或工业生产；

燃烧产生的烟气在烟气冷凝换热器(7)中冷凝散热后进入气水分离装置(8)，分离得到CO₂和H₂O；CO₂一部分经CO₂气肥增施喷管(9)为温室作物提供CO₂气肥，剩余的部分储存在CO₂储气罐(4)中，用于出售或工业生产；

在寒冷的冬季，布置在温室顶棚和侧壁面的烟气冷凝换热器(7)通过散热融化温室顶部的积雪，产生的水被温室底部的集水槽(11)收集，与经过气水分离装置(8)产生的水一起储存在储水箱(12)中，供应温室的用水；

经气水分离装置(8)分离得到CO₂为温室作物提供CO₂气肥，当温室内的CO₂浓度低于温室作物所需浓度时，第一CO₂控制阀门(17)打开，第二CO₂控制阀门(18)关闭，为温室提供CO₂气肥，当温室内的CO₂浓度高于温室作物所需浓度时，关闭第一CO₂控制阀门(17)，打开第二CO₂控制阀门(18)，将产生的CO₂气体储存在CO₂储气罐(4)中；

通过控制温室(6)地下的热水换热器(10)来调节温室的热量供应，当温室内的温度低于作物正常生长所需的温度时，温度传感器(14)将信号传递给计算机(20)，计算机(20)通过控制系统打开热水换热器控制阀门(19)，为温室增温；反之，当温室内的温度高于作物正常生长所需的温室时，则关闭热水换热器控制阀门(19)。