一种立体农场的生态循环系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种立体农场的生态循环系统，包括多层立体农场、间壁回转窑、二氧化碳储能供能单元、制氧机、发电装置和干馏气分离单元。多层立体农场设有1～1000层支架、营养液供应口、秸秆收集发送单元和二氧化碳入口。秸秆收集发送单元连接到间壁回转窑，间壁回转窑的出料环连接到固体燃料燃烧器，干馏气体出口连接到干馏气分离单元，干馏气分离单元的凝结水出口连接到营养液配制槽，发电装置的烟气出口连接到二氧化碳入口。燃烧器灰渣出口连接到溶解槽，溶解槽出口连接到营养液配制槽，营养液供应口与营养液配制槽连接。本发明循环使用立体农场的各种资源，有效提高了资源的利用率，有利于增加立体农场粮食和其他植物产量，并降低农业生产成本。
【专利说明】
一种立体农场的生态循环系统
技术领域
[0001]本发明属于农作物栽培技术领域，涉及一种立体农场生态循环系统。
【背景技术】
[0002]长期以来世界粮食总产量一直徘徊在每年20亿吨左右。而世界人口却以每年1.3%的速度增长。尽管1996年的世界粮食首脑会议和2000年的联合国千年峰会，都提出了在2015年之前将世界饥饿人口减半的目标，但是本世纪以来，全球饥饿人口数量有增无减。2000年全球有8亿人处于饥饿状态，2007年达到9.23亿，2009年突破了 10亿。人口的不断增长与可种植土地面积的日益减少存在着不可调和的矛盾。
[0003]在农作物产量的提高过程中通过改进栽培措施所占的比例达60%以上，为解决世界粮食安全问题做出了突出贡献。但是多层立体栽培技术生产粮食的高成本一直没有重大突破。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种立体农场生态循环系统，综合利用秸杆为农作物生长提供充足的二氧化碳和营养成分，同时有效利用太阳能和风能，提高立体农场粮食和其他植物的产量，并降低农业生产成本。
[0005]本发明技术方案是:立体农场的生态循环系统，包括多层立体农场和营养液配制槽，多层立体农场为封闭体系，以回收农作物蒸腾作用所释放的水汽。立体农场设有I?1000层支架、控制系统、配电中心和营养液供应口。支架上设有种植盘，营养液供应口与营养液配制槽连接，立体农场设有秸杆收集发送单元和二氧化碳入口，生态循环系统设有间壁回转窑、发电装置、灰分溶解槽、干馏气分离单元和秸杆清洗烘干单元，间壁回转窑设有进料环、出料环和燃烧器，出料环的上部设有干馏气体出口，燃烧器设有固体燃料烧嘴、液体燃料烧嘴和气体燃料烧嘴，燃烧器助燃气体为空气、富氧或纯氧。秸杆收集发送单元经秸杆清洗烘干单元连接到进料环，稻杆清洗烘干单元的凝结水出口连接到营养液配制槽。出料环连接到燃烧器的固体燃料烧嘴，干馏气体出口连接到干馏气分离单元。干馏气分离单元设有凝结水出口、木焦油出口和可燃性气体出口，凝结水出口连接到营养液配制槽，木焦油出口连接到木焦油罐，可燃性气体出口连接到气体燃料烧嘴。窑膛通过烟气出口连接到发电装置，发电装置的烟气出口连接到二氧化碳入口。燃烧器的灰渣出口连接到溶解槽，溶解槽出口连接到营养液配制槽。
[0006]立体农场设有太阳能板和风力发电装置，太阳能板覆盖在立体农场的顶部和侧壁，风力发电装置安装在立体农场的顶部。间壁回转窑由同轴安装的耐材制成的外环和内环构成，内环和外环之间为环形物料膛，环形物料膛设有耐材支撑，内环的中心为窑膛。生态循环系统设有烟气冷凝水回收单元，发电装置的烟气出口经冷凝水回收单元连接到二氧化碳入口。生态循环系统设有二氧化碳补充口，二氧化碳补充口位于二氧化碳入口管路。营养液配制槽设有补水口和营养液补充口，灰分溶解槽设有加酸口，通过加酸口先后加入硝酸、硫酸，用酸消化灰渣，消化后的灰渣溶液进入营养液配制槽制备营养液。
[0007]生态循环系统设有制氧机，立体农场的上部设有制氧机原料气口，制氧机原料气口连接到制氧机，制氧机连接到燃烧器的助燃气体入口，保证立体农场内氧气浓度不超过30%。发电装置电路连接到配电中心、制氧机、秸杆清洗烘干单元和间壁回转窑的驱动设备。发电装置发的电为上述设备提供电力。生态循环系统设有二氧化碳储能供能单元，二氧化碳储能供能单元通过配电中心与发电装置连接。立体农场的农作物包括水稻、玉米、小麦、大麦、大豆、小米、高粱、棉花、蔬菜和水果。种植盘内的营养成分为营养液或土壤。秸杆清洗烘干单元清洗用水为循环系统回收的水。控制系统控制立体农场内的温度、湿度、光照时间、光照强度、氧气浓度及二氧化碳浓度，可根据农作物不同品种及同一品种农作物不同生长阶段的需求进行调节。
[0008]本发明立体农场生态循环系统通过立体农场与间壁回转窑，利用秸杆干馏生成的生物质和从干馏气分离出的可燃性气体为间壁回转窑干馏提供燃料，燃料燃烧后的余热用于发电装置发电，烟气经脱水后为农作物生长提供充足的二氧化碳，燃烧后的灰渣通过处理制备农作物生长的营养液。发电装置发的电结合太阳能和风能发电用于驱动间壁回转窑、立体农场用电和其它辅助设备用电，循环使用立体农场的各种资源，有效提高了资源的利用率，有利于增加立体农场粮食和其他作物产量，并降低农业生产成本。发电装置发的电过剩时，将富余的电能通过二氧化碳储能供能单元储存，电力不足时二氧化碳储能供能单元放出电能补充生态循环系统用电，有效的存储并利用富余的能量，实现了能量的灵活调节利用。
【附图说明】
[0009]图1为本发明立体农场生态循环系统的流程示意图；
其中:I一多层立体农场、2—控制系统、3—太阳能板、4一风力发电装置、5—营养液配制槽、6—间壁回转窑、7—发电装置、8—灰分溶解槽、9 一干馏气分离单元、10—配电中心、11 一电路、12 一制氧机、13—进料环、14 一出料环、15 一二氧化碳储能供能单兀、16 一燃烧器、17一环形物料腾、18—窖腾、19_稻杆收集发送单兀、20一支架、21 一二氧化碳入口、22—营养液供应口、23—烟气冷凝水回收单元、24—秸杆清洗烘干单元、25—加酸口、26—补水口、27—营养液补充口。
【具体实施方式】
[0010]下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
[0011]本发明立体农场的生态循环系统如图1所示，包括多层立体农场1、营养液配制槽
5、间壁回转窑6、发电装置7、灰分溶解槽8、干馏气分离单元9、秸杆清洗烘干单元24、制氧机
12、烟气冷凝水回收单元23、二氧化碳储能供能单元15、太阳能板3和风力发电装置4。多层立体农场为封闭体系，以回收农作物蒸腾作用所释放的水汽，立体农场设有5层支架20、控制系统2、配电中心10、营养液供应口 22、秸杆收集发送单元19、制氧机原料气口和二氧化碳入口 21。支架上设有种植盘，种植盘内的营养成分为营养液，营养液供应口与营养液配制槽连接。间壁回转窑6由同轴安装的耐材制成的外环和内环构成，内环和外环之间为环形物料膛17，环形物料膛设有耐材支撑，内环的中心为窑膛18。间壁回转窑设有进料环13、出料环14和燃烧器16，出料环的上部设有干馏气体出口，燃烧器设有固体燃料烧嘴、液体燃料烧嘴和气体燃料烧嘴，燃烧器助燃气体为纯氧。秸杆收集发送单元经秸杆清洗烘干单元连接到进料环，秸杆清洗烘干单元的凝结水出口连接到营养液配制槽。出料环连接到燃烧器的固体燃料烧嘴，干馏气体出口连接到干馏气分离单元。干馏气分离单元设有凝结水出口、木焦油出口和可燃性气体出口，凝结水出口连接到营养液配制槽，木焦油出口连接到木焦油罐，可燃性气体出口连接到气体燃料烧嘴。窑膛通过烟气出口连接到发电装置，发电装置的烟气出口连接到二氧化碳入口。燃烧器的灰渣出口连接到溶解槽，溶解槽出口连接到营养液配制槽。
[0012]太阳能板覆盖在立体农场的顶部和侧壁，风力发电装置安装在立体农场的顶部。发电装置7的烟气出口经冷凝水回收单元连接到二氧化碳入口 21。生态循环系统设有二氧化碳补充口，二氧化碳补充口位于二氧化碳入口管路，用于调节立体农场封闭体系的二氧化碳浓度。营养液配制槽5设有补水口 26和营养液补充口 27，用于营养成分不足或水分不足时补充营养液和水。灰分溶解槽8设有加酸口 25，用于消化处理灰渣，制备营养液。生态循环系统设有制氧机12，立体农场的上部设有制氧机原料气口，制氧机原料气口连接到制氧机，制氧机连接到燃烧器的助燃气体入口。发电装置7电路与配电中心10、制氧机12、秸杆清洗烘干单元24、间壁回转窖6的驱动设备和二氧化碳储能供能单元15连接，立体农场的农作物为玉米、小麦和大豆。
[0013]本发明立体农场的生态循环系统的循环过程为，立体农场的秸杆收集发送单元19收集秸杆，粉碎后经秸杆清洗烘干单元24清洗烘干后经进料口 13输送到间壁回转窑6的环形物料膛17进行干馏。干馏后的干馏气经出料环上干流气体出口到干馏气分离单元9，分离出的可燃气体到燃烧器的气体燃料烧嘴作燃料，凝结水到营养液配制槽5做营养液用水，分离出的木焦油到木焦油罐做化工原料。干馏后的生物质经出料环14到燃烧器的固体燃料烧嘴作燃料。及时抽出立体农场封闭体系的氧气到制氧机制备氧气，制氧机制备的氧气用作燃烧器的助燃气体以控制立体农场内氧浓度不大于30%(v)。生物质经固体燃料烧嘴燃烧后的灰渣进入灰分溶解槽8，通过加酸口 25先后加入硝酸、硫酸，用酸消化灰渣，消化后的灰渣溶液进入营养液配制槽5制备营养液。营养液经营养液供应口22进入立体农场I，由控制系统2控制分配到各层种植盘。发电装置发的电为立体农场的生态循环系统用电设备提供电力，电力过剩时，一部分电力通过二氧化碳储能供能单元转化为干冰进行储能，系统电力不足时二氧化碳储能供能单元将干冰转化为电能，补充系统用电。烟气冷凝水回收单元23的凝结水和秸杆清洗烘干单元24秸杆烘干过程的凝结水也进入营养液配制槽5。
[0014]立体农场的生态循环系统太阳能板和风力发电装置发的电供立体农场使用。控制系统2控制农场内的温度、湿度、光照时间、光照强度、氧气浓度及二氧化碳浓度，可根据农作物不同品种及同一品种农作物不同生长阶段的需求进行调节。
【主权项】
1.一种立体农场的生态循环系统，包括多层立体农场(I)和营养液配制槽(5)，所述多层立体农场为封闭体系，立体农场设有I?1000层支架(20)、控制系统(2)、配电中心(10)和营养液供应口( 22);所述支架上设有种植盘，所述营养液供应口与营养液配制槽连接，其特征是:所述立体农场设有秸杆收集发送单元(19)和二氧化碳入口(21)，所述生态循环系统设有间壁回转窑(6)、发电装置(7)、灰分溶解槽(8)、干馏气分离单元(9)和秸杆清洗烘干单元(24)，所述间壁回转窑设有进料环(13)、出料环(14)和燃烧器(16)，所述出料环的上部设有干馏气体出口，所述燃烧器设有固体燃料烧嘴、液体燃料烧嘴和气体燃料烧嘴;所述秸杆收集发送单元经秸杆清洗烘干单元连接到进料环，所述秸杆清洗烘干单元的凝结水出口连接到营养液配制槽;所述出料环连接到燃烧器的固体燃料烧嘴，所述干馏气体出口连接到干馏气分离单元;所述干馏气分离单元设有凝结水出口、木焦油出口和可燃性气体出口，凝结水出口连接到营养液配制槽，木焦油出口连接到木焦油罐，可燃性气体出口连接到气体燃料烧嘴;所述窑膛通过烟气出口连接到发电装置，发电装置的烟气出口连接到二氧化碳入口 ；所述燃烧器的灰渣出口连接到溶解槽，溶解槽出口连接到营养液配制槽。2.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述立体农场(I)设有太阳能板(3)和风力发电装置(4)，所述太阳能板覆盖在立体农场的顶部和侧壁，所述风力发电装置安装在立体农场的顶部。3.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述间壁回转窑(6)由同轴安装的耐材制成的外环和内环构成，内环和外环之间为环形物料膛(17)，环形物料膛设有耐材支撑，内环的中心为窑膛(18)。4.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述生态循环系统设有烟气冷凝水回收单元(23)，所述发电装置(7)的烟气出口经冷凝水回收单元连接到二氧化碳入口(21)。5.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述生态循环系统设有二氧化碳补充口，所述二氧化碳补充口位于二氧化碳入口管路;所述营养液配制槽(5)设有补水口(26)和营养液补充口(27)，所述灰分溶解槽(8)设有加酸口(25)。6.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述生态循环系统设有制氧机(12)，所述立体农场的上部设有制氧机原料气口，所述制氧机原料气口连接到制氧机，制氧机连接到燃烧器的助燃气体入口。7.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述发电装置(7)电路连接到配电中心(10)、制氧机(12)、秸杆清洗烘干单元(24)和间壁回转窑(6)的驱动设备。8.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述生态循环系统设有二氧化碳储能供能单元(15)，所述二氧化碳储能供能单元通过配电中心(10)与发电装置(7)连接。9.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述立体农场的农作物包括水稻、玉米、小麦、大麦、大豆、小米、高粱、棉花、蔬菜和水果;所述种植盘内的营养成分为营养液或土壤。10.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述秸杆清洗烘干单元(24)清洗用水为循环系统回收的水。11.根据权利要求1所述的立体农场的生态循环系统，其特征是:所述控制系统(2)控制立体农场内的温度、湿度、光照时间、光照强度、氧气浓度及二氧化碳浓度，可根据农作物不同品种及同一品种农作物不同生长阶段的需求进行调节。
【文档编号】A01G9/02GK105830772SQ201610193624
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】贾会平
【申请人】石家庄新华能源环保科技股份有限公司