一种利用常压热水锅炉向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法与流程

本发明属于煤炭燃烧设备领域，涉及一种向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法，尤其涉及一种利用常压热水锅炉向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法。

背景技术：

蔬菜和花卉等植物的生长90％～95％来自光合作用，光合作用的主要原料是二氧化碳。空气中的二氧化碳浓度通常只有300微升/升左右，不能满足作物的需要。特别是在封闭的保护地条件下，比如在蔬菜花卉大棚里，因大棚内外空气交换少，常造成二氧化碳缺乏，影响植物的正常生长。因此，提高大棚环境中二氧化碳的浓度，是提高光合作用效率、增加产量的一个重要途径，但现有技术中普遍存在成本高和资源浪费等缺点。

cn102210247a公开了一种利用电厂烟气为蔬菜和/或藻类提供热量和二氧化碳的方法和设备，包括：将烟气引到一级热交换站，与空气进行第一次热交换，为蔬菜大棚和/或藻类养殖房提供热空气；将一部分经过一级热交换站降温的烟气引到二级热交换站，与空气进行第二次热交换，使烟温降到适合二氧化碳提取的程度；提取烟气中的二氧化碳；根据需要将二氧化碳补充到蔬菜大棚和/或藻类养殖房的微藻吸碳池中。该方法主要是将电厂排出烟气中的二氧化碳进行收集后，再向养殖房提供需要的二氧化碳。但该方法仅仅涉及了烟气中二氧化碳的收集，对于烟气中其他污染物无法有效的进行去除和净化，仍存在着烟气中污染物超标等问题。

目前，花卉蔬菜大棚等经常需要用常压水热锅炉等提供热量，保证温室满足植物生长必须的温度，而烟气直接排入大气，其在产生污染的同时，也造成热量及co2的浪费。

因此，研究开发一种可同时回收锅炉烟气中热量以及co2，同时对烟气进行净化的系统，是解决上述问题的良好途径之一。

技术实现要素：

针对现有温室大棚中常压水热锅炉产生的烟气易造成污染且无法合理利用的问题，以及现有温室大棚中补充co2过程中存在的问题，本发明提供了一种一种利用常压热水锅炉向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法。本发明利用热水锅炉系统排出的烟气，通过废气高效利用，为植物生长提供必需的co2；同时，也对热水锅炉排出的烟气进行了处理，实现了烟气的清洁处理和利用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种向温室大棚施加二氧化碳的系统，所述系统包括依次连接的常压热水锅炉、除尘装置、烟气净化装置和co转化装置。

本发明利用温室大棚中的供热设备-常压热水锅炉中产生的烟气，通过对其进行除尘和净化后，使烟气指标达到烟尘、so2和nox等的超低排放标准，同时co浓度＜500mg/nm³，co2的体积浓度为10％～15％；进而当温室大棚中需要补充co2时，可以将烟气中的co转化为所需浓度的co2，以达到为温室大棚内补充co2气肥的目的，并有效的对常压热水锅炉产生的废气进行再利用。

同时，经除尘和烟气净化装置处理后的烟气温度为100℃～150℃，满足co净化装置中的温度需求。

本发明中，经co转化装置处理后烟气，不仅co2可以达到温室大棚所需浓度，同时co含量也降低至安全浓度，消除了co中毒的安全风险。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述常压热水锅炉为分级燃烧常压热水锅炉。

优选地，所述常压热水锅炉的炉膛内纵向设置隔板将炉膛分为底部连通的两个腔室，即第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中部的炉体上设一次风管，一次风管上部的炉体上开设进料门，从进料门加入的燃煤的高度大于一次风管的高度，使一次风管上方的燃煤形成热解区，一次风管下方的燃煤形成半焦燃烧区，半焦燃烧区下方设水冷炉排，第一腔室和第二腔室下部为燃尽区；所述第二腔室为换热区，换热区内设置换热管。

本发明中所述分级常压热水锅炉中的燃煤进行分级燃烧，加入常压热水锅炉的燃煤依次经过热解区、半焦燃烧区和燃尽区后进入换热区进行换热，进而为温室大棚提供热空气。

作为本发明优选的技术方案，所述除尘装置内置除尘网栅。本发明中，可根据烟尘的粒径范围，选择不同指标的除尘网栅。

经除尘装置处理后，烟气中的粉尘排放浓度降至＜5mg/nm³，例如4mg/nm³、3mg/nm³、2mg/nm³或1mg/nm³等以及更低，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述除尘网栅至少为2段，例如2段、3段、4段、5段或6段等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述烟气净化装置为静置式固定床，固定床中填充脱硫脱硝剂，该脱硫脱硝剂为常温脱硫脱硝剂，其选优常规的常温脱硫脱硝剂即可，只要使烟气中so2和nox等污染物达到超低排放标准即可。

本发明所述的烟气净化烟气装置，通过内部填充的常温脱硫脱硝剂，在烟气自身温度下进行催化反应，对多污染物进行协同处理，使so2和nox等污染物达到超低排放标准，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³；同时co浓度＜500mg/nm³，co2浓度达到10％～15％，满足后续各个操作的处理需求。

本发明中，若在co转化装置前不进行烟气的净化处理，烟气中所含的so2和nox等污染物会造成co脱除效率下降，催化活性失活，转化后的烟气co浓度无法用于大棚温室补碳。

作为本发明优选的技术方案，所述烟气净化装置的出口管路上设有引风机。

优选地，所述烟气净化装置的出口管路经引风机后分为两路，一路排空，另一路与co净化装置连通。

优选地，从烟气净化装置经引风机引出的两路管路上均独立地设置阀门，以调节管路的开合。

本发明中，通过将烟气净化装置经引风机引出的管路分为两路，可以在温室大棚植物不需要补充co2时，将锅炉超低排放的烟气通过排入大气；在温室大棚植物需要补充co2时，将锅炉超低排放的烟气切入烟气co转化反应器，转化为所需浓度的co2。

作为本发明优选的技术方案，所述系统还包括于co转化装置相连的补氧装置，为co转化为co2提供所需要的氧气。

优选地，所述co转化装置内置催化剂，其为高效的co脱除转化催化剂，其催化温度为60℃～180℃。

本发明中，所述co净化装置在100℃～200℃的条件下(例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用)，通过补充的氧气，在催化剂的作用下，将co完成到co2的转化，转化率高达95％，以达到为温室大棚内补充co2的目的。

作为本发明优选的技术方案，所述系统还包括气体增压装置和布风装置，所述co转化装置的气体出口与气体增压装置和布风装置依次相连。

本发明中，在co转化装置中产生的高co2浓度洁净烟气通过增压装置和布风装置，以合理有效的速度喷入温室大棚内，达到补co2的目的。

作为本发明优选的技术方案，所述系统包括依次连接的分级燃烧常压热水锅炉、除尘装置、烟气净化装置、co转化装置、气体增压装置和布风装置；

其中，所述分级燃烧常压热水锅炉的炉膛内纵向设置隔板将炉膛分为底部连通的两个腔室，即第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中部的炉体上设一次风管，一次风管上部的炉体上开设进料门，从进料门加入的燃煤的高度大于一次风管的高度，使一次风管上方的燃煤形成热解区，一次风管下方的燃煤形成半焦燃烧区，半焦燃烧区下方设水冷炉排，第一腔室和第二腔室下部为燃尽区；所述第二腔室为换热区，换热区内设置换热管；

所述除尘装置内置至少2段的除尘网栅；烟气净化装置为静置式固定床，固定床中填充脱硫脱硝剂；烟气净化装置的出口管路上设有引风机，出口管路经引风机后分为两路，一路排空，另一路与co净化装置连通，两路管路上均独立地设置阀门；co转化装置与补氧装置相连，co转化装置内置催化剂。

第二方面，本发明提供了上述系统的处理方法，所述方法包括以下步骤：

常压热水锅炉产生的烟气经除尘和净化处理后得到的烟气，进入co转化装置，将烟气中的co转化为所需浓度的co2后送入温室大棚。

作为本发明优选的技术方案，所述常压热水锅炉产生的烟气的温度为150℃～200℃，例如150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，常压热水锅炉产生的烟气经除尘后，烟气中粉尘的浓度＜5mg/nm³，例如4mg/nm³、3mg/nm³、2mg/nm³或1mg/nm³等以及更低，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述净化处理的温度为100℃～150℃，例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述净化处理为脱硫脱硝处理。

优选地，所述经除尘和净化处理后得到的烟气中粉尘的浓度＜5mg/nm³，例如4mg/m³、3mg/m³、2mg/m³或1mg/m³等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；so2＜10mg/m³，例如10mg/m³、9mg/m³、7mg/m³或5mg/m³等以及更低，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；nox＜50mg/m³，例如45mg/m³、40mg/m³、35mg/m³、30mg/m³、25mg/m³、20mg/m³、15mg/m³或10mg/m³等以及更低，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；co浓度＜500mg/nm³，例如490mg/nm³、450mg/nm³、400mg/nm³、350pmg/nm³、300mg/nm³、250mg/nm³、200mg/nm³、150mg/nm³或100mg/nm³等以及更低，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；co2体积浓度为10％～15％，例如10％、11％、12％、13％、14％或15％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述经除尘和净化处理后得到的烟气的温度为100℃～150℃，例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述co转化装置中所用催化剂为co脱除转化催化剂。

优选地，所述co脱除转化催化剂包括锰系催化剂。

优选地，所述co脱除转化催化剂的催化温度为60℃～180℃，例如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述co脱除转化催化剂的空速为900h^-1～1100h^-1，例如900h^-1、950h^-1、1000h^-1、1050h^-1或1100h^-1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，将烟气中的co转化为所需浓度的co2后经过加压和布风后送入温室大棚。

优选地，经co转化装置处理后的烟气中co浓度小于10mg/nm³。

本发明中，烟气经co转化装置处理后，co2的浓度满足温室大棚的需求，同时co含量也降低至10mg/nm³，消除了co中毒风险。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

(a)常压热水锅炉产生的温度为150℃～200℃的烟气经除尘装置进行除尘和烟气净化装置净化处理后得到净化后烟气，其中粉尘的浓度＜5mg/nm³，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³，co浓度＜500mg/nm³，co2体积浓度为10％～15％，烟气温度为100℃～150℃；

(b)步骤(a)得到的净化后烟气进入co转化装置，将烟气中的co转化为所需浓度的co2后，再经气体增压装置进行增压，布风装置均匀分布后，送入温室大棚，co转化装置处理后的烟气中co浓度小于10mg/nm³。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用温室大棚中的供热设备-常压热水锅炉中产生的烟气，通过对其进行净化，再进行转化，可以为温室大棚提供需要浓度的co2；同时，可以有效的对常压热水锅炉产生的废气进行再利用；

(2)本发明对常压热水锅炉中产生的烟气进行除尘净化和转化处理，最终烟气中烟尘、so2和nox等达到超低排放标准，粉尘的浓度＜5mg/nm³，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³；同时，co浓度降低至10mg/nm³以下，消除了co中毒风险。

附图说明

图1是本发明实施例1中所述向温室大棚施加二氧化碳的系统的结构示意图；

图2是本发明实施例1中所述常压热水锅炉的结构示意图；

其中，1-常压热水锅炉，2-除尘装置，3-烟气净化装置，4-co转化装置，5-引风机，6-阀门，7-补氧装置，8-气体增压装置，9-布风装置，10-一次风管，11-水冷炉排，12-换热管，13-进料口。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种向温室大棚施加二氧化碳的系统，所述系统包括依次连接的常压热水锅炉1、除尘装置2、烟气净化装置3和co转化装置4。

所述系统的处理方法包括以下步骤：常压热水锅炉1产生的烟气经除尘和净化处理后得到的烟气，进入co转化装置4，将烟气中的co转化为所需浓度的co2后送入温室大棚。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法，如图1所示，所述系统包括依次连接的分级燃烧常压热水锅炉1、除尘装置2、烟气净化装置3、co转化装置4、气体增压装置8和布风装置9；

其中，所述分级燃烧常压热水锅炉的结构，如图2所示，其炉膛内纵向设置隔板将炉膛分为底部连通的两个腔室，即第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中部的炉体上设一次风管10，一次风管10上部的炉体上开设进料口13，从进料口13加入的燃煤的高度大于一次风管10的高度，使一次风管10上方的燃煤形成热解区，一次风管10下方的燃煤形成半焦燃烧区，半焦燃烧区下方设水冷炉排11，第一腔室和第二腔室下部为燃尽区；所述第二腔室为换热区，换热区内设置换热管12；

所述除尘装置2内置3段的除尘网栅；烟气净化装置3为静置式固定床，固定床中填充脱硫脱硝剂；烟气净化装置3的出口管路上设有引风机5，出口管路经引风机5后分为两路，一路排空，另一路与co净化装置连通，两路管路上均独立地设置阀门6；co转化装置4与补氧装置7相连，co转化装置4内置催化剂，该催化剂为锰系催化剂，催化温度为60℃～180℃，空速为900h^-1～1100h^-1。

采用本实施例所述系统为温室大棚提供所需co2，其处理方法包括以下步骤：

(a)常压热水锅炉产生的温度为180℃的烟气经除尘装置2进行除尘和烟气净化装置3净化处理后得到净化后烟气，其中粉尘的浓度＜5mg/nm³，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³，co体积浓度＜500mg/nm³，co2体积浓度为10％～15％，烟气温度约为130℃；

(b)步骤(a)得到的净化后烟气进入co转化装置4，将烟气中的co转化为所需浓度的co2后，再经气体增压装置8进行增压，布风装置9均匀分布后，送入温室大棚。

本实施例中，最终烟气中烟尘、so2和nox等达到超低排放标准，粉尘的浓度＜5mg/nm³，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³；同时，co浓度降低至10mg/m³，消除了co中毒风险。

实施例2：

本实施例提供了一种向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法，所述系统的结构参照实施例1中结构，区别仅在于：除尘装置2内置2段除尘网栅；烟气净化装置的固定床中填充脱硫脱硝剂；co转化装置内置的co脱除转化催化剂。

所述系统的处理方法参照实施例1中所述方法，区别仅在于：步骤(a)中常压热水锅炉产生烟气的温度为150℃，进行除尘和烟气净化装置3净化处理后得到净化后烟气的温度约为100℃。最终烟气中烟尘、so2和nox等达到超低排放标准，粉尘的浓度＜5mg/nm³，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³；同时，co浓度降低至10mg/nm³，消除了co中毒风险。

实施例3：

本实施例提供了一种向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法，所述系统的结构参照实施例1中结构。

所述系统的处理方法参照实施例1中所述方法，区别仅在于：步骤(a)中常压热水锅炉产生烟气的温度为200℃，进行除尘和烟气净化装置3净化处理后得到净化后烟气的温度约为150℃。最终烟气中烟尘、so2和nox等达到超低排放标准，粉尘的浓度＜5mg/nm³，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³；同时，co浓度降低至10mg/nm³，消除了co中毒风险。

对比例1：

本对比例提供了一种向温室大棚施加二氧化碳的系统及其处理方法，所述系统结构和处理方法参照实施例1中系统结构和方法，区别在于：所述系统中不包括烟气净化装置3，烟气经除尘后直接进入co转化装置4进行转化。

本对比例中，由于在co转化装置4未设置烟气净化装置3，会造成co催化活性失活，co脱除效率下降，进而是最终烟气中co浓度高，无法用于温室大棚补碳。

对比例2：

本对比例提供了一种向温室大棚施加二氧化碳的系统，所述系统结构和处理方法参照实施例1中系统结构和方法，区别在于：所述系统产生的烟气温度较低，低于100℃。

本对比例中，由于所述系统中烟气温度较低，无法满足烟气净化装置2和co转化装置4中的处理温度，进而使得脱除效率降低，无法满足烟气净化需要。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明利用温室大棚中的供热设备-常压热水锅炉中产生的烟气，通过对其进行净化，再进行转化，可以为温室大棚提供需要浓度的co2；同时，可以有效的对常压热水锅炉产生的废气进行再利用；

同时，本发明对常压热水锅炉中产生的烟气进行除尘净化和转化处理，最终烟气中烟尘、so2和nox等达到超低排放标准，粉尘的浓度＜5mg/nm³，so2＜10mg/m³，nox＜50mg/m³；同时，co浓度降低至10mg/nm³，消除了co中毒风险。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。