本發(fā)明涉及火電廠的能源及排放煙氣中二氧化碳利用，具體涉及火電廠低品質(zhì)熱量及排出煙氣中二氧化碳的有效利用的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

植物工廠是通過設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)對(duì)植物生育的溫度、濕度、光照、co2濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)控制，使設(shè)施內(nèi)植物生育不受或很少受自然條件制約的省力型生產(chǎn)。植物工廠是解決未來糧食問題的技術(shù)方法，受到世界矚目，發(fā)達(dá)國家已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。近年來我國植物工廠發(fā)展迅速，植物工廠的一些關(guān)鍵技術(shù)均取得了重大突破。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院在植物工廠領(lǐng)域各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方面獲得的具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果為核心，在工藝與系統(tǒng)構(gòu)成、環(huán)境控制系統(tǒng)、led人工光源系統(tǒng)、營養(yǎng)液栽培與控制系統(tǒng)、蔬菜品質(zhì)調(diào)控等方面取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。植物工廠可充分發(fā)揮作物的增產(chǎn)潛力，增加產(chǎn)量，由于有保護(hù)設(shè)施，防止了許多病蟲害的侵襲，在生產(chǎn)過程中不需要使用農(nóng)藥或很少使用農(nóng)藥，從而改善商品品質(zhì)，并能使作物反季節(jié)生長，在有限的空間中生產(chǎn)出高品質(zhì)的作物。因此，植物工廠也成為中國農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要舉措。

自2009年以來，我們經(jīng)過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在吉林雙遼、天津東北郊、山東聊城、山東石橫、山東費(fèi)縣、貴州安順、海南樂東等電廠周圍均大規(guī)模建設(shè)溫室大棚。然而，這些溫室大棚普遍采用燃煤或天然氣鍋爐、地源熱泵等方式供暖，與利用大型火電廠供熱相比較，其整體能耗明顯偏高，供熱成本非常高，存在熱源容量小、供熱不穩(wěn)定，在一定程度上制約植物生長；而且小型燃煤或燃?xì)忮仩t在污染物方面不滿足環(huán)保要求。而大型火電廠由于環(huán)保因素，距離城市一般數(shù)十公里，而且周圍很少有居民采暖或工業(yè)熱用戶。兩個(gè)行業(yè)形成鮮明的對(duì)比：一方面是電廠有大量低品位余熱供不出去，一方面植物工廠仍需要消耗大量燃料或電力獲得熱量；一方面是火電廠排放的煙氣中大量的co2作為污染物亟待處理，一方面植物工廠則需要燃燒重油或灌裝co2氣瓶等作為其必需肥料。因?yàn)槭卟藴厥腋采w嚴(yán)密，特別是到嚴(yán)冬，溫室內(nèi)的二氧化碳濃度僅為100ppm，而作物生長所需的濃度為800~2000ppm，作物經(jīng)常處于“饑餓”狀態(tài)，不能滿足正常生長發(fā)育的需要;co2供給成為制約設(shè)施栽培作物產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

近年來碳捕集技術(shù)（ccs）得到了廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展，尤其是在電力行業(yè)中的應(yīng)用。目前我國已建設(shè)了3套示范性碳捕集系統(tǒng)，其年捕集能力也分別從3千噸、1萬噸到10萬噸，碳捕集電廠發(fā)展受到國家地大力支持，未來具有很好的發(fā)展前景，但如何將捕集的二氧化碳合理利用已成為一個(gè)重要課題。具體見下表：

國內(nèi)碳捕集利用示范項(xiàng)目

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有火電廠發(fā)電技術(shù)中存在的缺陷。一方面提供一種能有效捕集火電廠煙氣中二氧化碳的方法。該發(fā)明能將燃煤、燃?xì)?、燃油，以煤矸石、生物質(zhì)、油頁巖、石油焦等燃燒過程中產(chǎn)生二氧化碳溫室氣體吸收利用；另一方面可解決火電廠能源利用率偏低問題。無論是鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)還是燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，燃料燃燒產(chǎn)生的熱量只有約40～60%轉(zhuǎn)換為電能，約40～60%熱能均不可避免地散失到周圍環(huán)境。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于植物工廠的火電廠能源及排放煙氣中二氧化碳利用方法，本發(fā)明方法通過將植物工廠建設(shè)在火電廠周邊，利用火電廠的直供熱水或蒸汽作為熱源向植物工廠供暖，或通過蒸汽驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)產(chǎn)生冷媒水對(duì)植物工廠降溫；并將火電廠排放的煙氣經(jīng)提純產(chǎn)生二氧化碳?xì)夥释ㄈ胫参锕S；同時(shí)火電廠對(duì)植物工廠補(bǔ)光系統(tǒng)直接供電。

具體方法包括：

（1）對(duì)植物工廠進(jìn)行溫度調(diào)控：當(dāng)植物工廠內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，采用火電廠的直供熱水通入植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)，或?qū)⒒痣姀S蒸汽通過換熱站產(chǎn)生熱水后通入植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)；當(dāng)植物工廠內(nèi)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，通過火電廠提供的蒸汽驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)產(chǎn)生冷媒水，通入植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)；

（2）火電廠向植物工廠提供氣肥：對(duì)植物工廠內(nèi)二氧化碳濃度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)二氧化碳濃度低于800ppm時(shí)，將火電廠排放的煙氣經(jīng)凈化提純產(chǎn)生的二氧化碳作為氣肥通入植物工廠內(nèi)；當(dāng)二氧化碳濃度高于2000ppm時(shí)，停止二氧化碳?xì)夥使?yīng)；

（3）利用電廠電能驅(qū)動(dòng)補(bǔ)光系統(tǒng)：在植物生長過程中，當(dāng)出現(xiàn)陰雨或霧霾天氣光照不足，或植物工廠直接建在山洞內(nèi)光照不足時(shí)，由火電廠對(duì)植物工廠的補(bǔ)光系統(tǒng)直接供電。

本發(fā)明還提供了一種采用上述方法的火電廠能源及二氧化碳利用系統(tǒng)，包括火電廠、植物工廠、吸收式制冷機(jī)、換熱站、煙氣凈化提純系統(tǒng)；吸收式制冷機(jī)采用火電廠蒸汽為熱源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生的冷媒水通入植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)；火電廠蒸汽通過換熱站產(chǎn)生的熱水或火電廠的直供熱水供給植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)；火電廠的排出煙氣通過煙氣凈化提純系統(tǒng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)夥释ㄈ胫参锕S內(nèi)；火電廠向植物工廠的補(bǔ)光系統(tǒng)供電。

其中，植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)包括溫度控制器和多個(gè)溫度傳感器、若干均勻分布在植物工廠內(nèi)相互連通的空調(diào)系統(tǒng)管道和各空調(diào)系統(tǒng)管道上的電控閥門；植物工廠內(nèi)設(shè)有多個(gè)均勻分布的溫控測(cè)點(diǎn)，各溫控測(cè)點(diǎn)處分別設(shè)有溫度傳感器，各溫控測(cè)點(diǎn)的溫度傳感器與溫度控制器相連接；冷媒水通過冷媒水管道連通空調(diào)系統(tǒng)管道；換熱站采用蒸汽換熱器，火電廠蒸汽通過蒸汽管道進(jìn)入換熱站，產(chǎn)生的熱水通過熱水管道連通空調(diào)系統(tǒng)管道；火電廠直供熱水通過熱水管道連通空調(diào)系統(tǒng)管道；冷媒水管道、熱水管道、蒸汽管道上均設(shè)有電控閥門及溫度檢測(cè)裝置；冷媒水管道、熱水管道、蒸汽管道、空調(diào)系統(tǒng)管道上的電控閥門及溫度壓力檢測(cè)裝置分別與植物工廠的溫度控制器相連。

煙氣凈化提純系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有碳捕集系統(tǒng)；火電廠的排出煙氣依次經(jīng)冷卻裝置、高壓風(fēng)機(jī)送入煙氣凈化提純系統(tǒng)中，通過碳捕集系統(tǒng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)夥省?/p>

上述植物工廠內(nèi)均勻分布有若干二氧化碳傳感器；植物工廠內(nèi)、每個(gè)二氧化碳傳感器設(shè)置的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置一個(gè)氣肥輸送支管；煙氣凈化提純系統(tǒng)通過氣體輸送管道分別與各氣肥輸送支管相連通；各氣肥輸送支管上設(shè)有電控閥門；植物工廠還設(shè)有氣肥控制器，氣肥控制器分別與各二氧化碳傳感器以及各氣肥輸送支管上的電控閥門相連。

煙氣凈化提純系統(tǒng)經(jīng)緩沖罐后與氣體輸送管道相連。

補(bǔ)光系統(tǒng)采用led點(diǎn)陣；植物工廠中均布若干光照強(qiáng)度檢測(cè)裝置；植物工廠設(shè)有光照控制器；補(bǔ)光系統(tǒng)、各光照強(qiáng)度檢測(cè)裝置分別連接光照控制器。。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：利用電廠直供熱水或蒸汽對(duì)植物工廠進(jìn)行供暖或利用電廠蒸汽驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)對(duì)植物工廠進(jìn)行降溫，均能有效利用電廠低品位余熱，可大幅度降低電廠發(fā)電煤耗，同時(shí)也能很好地控制植物工廠內(nèi)溫度。同時(shí)，利用火電廠處理過的凈煙氣生產(chǎn)co2補(bǔ)肥，通過植物進(jìn)行高效光合作用，從而改善植物生長條件，增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和提高農(nóng)作物品質(zhì)。同時(shí)，將植物工廠直接建于電廠周圍，電廠就近對(duì)植物工廠補(bǔ)光系統(tǒng)直接供電，減少了電力輸送損耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中火電廠與植物工廠的物質(zhì)與能量交互作用系統(tǒng)圖；

圖2為本發(fā)明中火電廠排出煙氣中二氧化碳作為植物工廠氣肥的系統(tǒng)圖。

圖2中，1-冷卻裝置，2-高壓風(fēng)機(jī)，3-煙氣凈化提純系統(tǒng)，4-緩沖罐，5-氣體輸送管道，6-氣肥輸送支管，7-電控閥門。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明基于植物工廠的火電廠能源及排放煙氣中二氧化碳利用系統(tǒng)包括植物工廠、火電廠、吸收式制冷機(jī)、換熱站、煙氣凈化提純系統(tǒng)。植物工廠內(nèi)設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、澆灌及營養(yǎng)液供給系統(tǒng)。吸收式制冷機(jī)采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)，利用火電廠提供的蒸汽作為熱源，產(chǎn)生的冷媒水通過冷媒水管道通入植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)。補(bǔ)光系統(tǒng)采用led燈點(diǎn)陣補(bǔ)光系統(tǒng)。需要升溫時(shí)利用蒸汽-水換熱站換熱，火電廠蒸汽通過蒸汽管道進(jìn)入換熱站，輸出熱水通過熱水管道向植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)供熱，或通過直供熱水通過熱水管道向植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)供熱；需要降溫時(shí)，則利用制冷機(jī)提供冷媒水供冷?；痣姀S排出的凈煙氣，即經(jīng)除塵、脫硫脫硝后的煙氣，再經(jīng)煙氣凈化提純系統(tǒng)通入植物工廠內(nèi)；火電廠向植物工廠的補(bǔ)光系統(tǒng)直接供電。

植物工廠的空調(diào)系統(tǒng)，包括溫度控制器、若干溫度傳感器、若干均勻分布在植物工廠內(nèi)相互連通的空調(diào)系統(tǒng)管道和各空調(diào)系統(tǒng)管道上的電控閥門。各溫度傳感器分布設(shè)于在植物工廠內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物工廠內(nèi)各區(qū)域溫度檢測(cè)。冷媒水管道、熱水管道、蒸汽管道上均設(shè)有電控閥門。各電控閥門、溫度傳感器均與溫度控制器相連。冬季，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)內(nèi)部溫度偏低，如低于18℃時(shí)，溫度控制器將控制開大通向空調(diào)系統(tǒng)管道的熱水管道或蒸汽管道上電控閥門的開度。該溫度可根據(jù)具體種植植物的最佳生長條件進(jìn)行調(diào)控（并可通過對(duì)各空調(diào)系統(tǒng)管道上的電控閥門的單獨(dú)控制，對(duì)各區(qū)域的溫度進(jìn)行調(diào)控）。夏季，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)內(nèi)部溫度高，如大于26℃時(shí)，綜合溫室內(nèi)二氧化碳濃度或通風(fēng)因素，將冷媒水管道的電控閥門由溫度控制器打開。

結(jié)合圖2所示，植物工廠內(nèi)均勻分布?xì)夥瘦斔椭Ч?和排放口，并在植物工廠內(nèi)各氣肥輸送支管的排放口位置附近各布置一個(gè)二氧化碳傳感器?；痣姀S排出的凈煙氣經(jīng)冷卻裝置1（即煙氣冷卻器）冷卻后，通過高壓風(fēng)機(jī)2輸送至煙氣凈化提純系統(tǒng)3，在煙氣凈化提純系統(tǒng)內(nèi)通過碳捕集系統(tǒng)，產(chǎn)生高純度的co2；如燃煤電廠煙氣中的汞等重金屬超標(biāo)，則應(yīng)利用吸附裝置進(jìn)行深度凈化；凈化后的煙氣作為氣肥通過緩沖罐4后，送入氣體輸送管道5，然后通過氣體輸送管道分別與各氣肥輸送支管6相連通；各氣肥輸送支管6上均設(shè)有電控閥門7；植物工廠還設(shè)有氣肥控制器，氣肥控制器分別與各二氧化碳傳感器以及各氣肥輸送支管上的電控閥門7相連。由二氧化碳傳感器檢測(cè)對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的二氧化碳濃度，如低于800ppm時(shí)，氣肥控制器控制對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)氣肥輸送支管6上的電控閥門7打開，氣肥通入該區(qū)域，直至該二氧化碳傳感器檢測(cè)到二氧化碳濃度高于2000ppm時(shí)，氣肥控制器控制電控閥門關(guān)閉，停止氣肥通入。

眾所周知，供熱改造是國家“十三五”節(jié)能規(guī)劃的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是降低火電廠能耗的一項(xiàng)重要技術(shù)措施等。例如一臺(tái)超超臨界1000mw凝汽機(jī)組，其發(fā)電煤耗也只有285g/kwh；而一臺(tái)亞臨界300mw供熱機(jī)組，其發(fā)電煤耗僅為260g/kwh，同樣發(fā)一億度電，后者就節(jié)約2500噸標(biāo)煤。為了進(jìn)一步提高對(duì)火電廠的能源利用率，完全可利用本發(fā)明的技術(shù)結(jié)合利用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)火電廠進(jìn)行供熱改造。

例如，針對(duì)燃煤電廠的空冷機(jī)組低位能供熱系統(tǒng)改造：該技術(shù)依據(jù)北方地區(qū)多為空冷供熱機(jī)組，利用空冷機(jī)組可以高背壓運(yùn)行的特點(diǎn)，增加低溫?zé)嵩椿厥占訜崞饔脕砦盏蛪焊着牌?，設(shè)置一個(gè)加熱器旁路系統(tǒng)、用來實(shí)現(xiàn)供熱初末和嚴(yán)寒期供熱參數(shù)控制和系統(tǒng)切換，改造供熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱能分級(jí)，冬季運(yùn)行背壓控制在30kpa，達(dá)到低壓缸乏汽熱量全部回收。在相同的主蒸汽量的條件下、一般多發(fā)電功率7%以上、增加供熱量30%以上、冬季發(fā)電煤耗下降到140g/kwh以下。

或采用針對(duì)燃煤電廠的濕冷機(jī)組低位能供熱系統(tǒng)改造：根據(jù)濕冷供熱機(jī)組，本項(xiàng)供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、根據(jù)有用能損失最小原則，改造低壓轉(zhuǎn)子使供熱參數(shù)顯著降低并達(dá)到低位能回收的要求，設(shè)置一個(gè)加熱器旁路系統(tǒng)、用來實(shí)現(xiàn)供熱初末和嚴(yán)寒期供熱參數(shù)控制和系統(tǒng)切換，改造供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)能量分級(jí)；冬季運(yùn)行背壓控制在35kpa以上，達(dá)到低壓缸乏汽熱量全部回收，在相同的主蒸汽量的條件下、一般多發(fā)電功率4%以上、增加供熱量40%以上、冬季發(fā)電煤耗下降到140g/kwh以下。

或結(jié)合采用機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子改造后高背壓供熱方式：該技術(shù)其核心設(shè)備改造設(shè)備是低壓轉(zhuǎn)子，一般有兩種方案：即單轉(zhuǎn)子方案和雙轉(zhuǎn)子方案，凝汽器也進(jìn)行部分改造，滿足機(jī)組在背壓4.9kpa和低真空35kpa下正常運(yùn)行。機(jī)組背壓供熱改造后，機(jī)組的低壓排汽全部用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，保證了冷源損失為零。在冬季采暖期間，機(jī)組高背壓運(yùn)行，將凝汽器改為供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)基本加熱器，而冷卻水直接用作熱網(wǎng)循環(huán)水，充分利用凝汽式機(jī)組排汽的汽化潛熱加熱熱網(wǎng)循環(huán)水至65℃左右，將冷源損失降低為零，提高機(jī)組循環(huán)熱效率；同時(shí)本機(jī)或臨機(jī)熱網(wǎng)加熱器作為尖峰加熱器對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行二次加熱，將熱網(wǎng)循環(huán)水溫度提高到90℃左右，以保證熱網(wǎng)供水溫度滿足供熱需求。

或結(jié)合采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)制冷技術(shù)：采用水為制冷劑，蒸發(fā)溫度在0℃以上,可用于空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和制備生產(chǎn)過程用的冷媒水。這種制冷機(jī)可用低壓水蒸汽或75℃以上的熱水作為熱源，如可利用鍋爐煙氣余熱和低壓蒸汽等低位熱能驅(qū)動(dòng)溴化鋰制冷機(jī)組，實(shí)現(xiàn)火電廠大規(guī)模供冷，也相當(dāng)于擴(kuò)大其供熱能力。電廠的循環(huán)水系統(tǒng)存在大量的低溫?zé)崮?，利用熱泵技術(shù)將低溫?zé)崮芴嵘秊楦邷責(zé)崮?，?duì)電廠周邊地區(qū)進(jìn)行冬季供暖、夏季制冷等。

以上針對(duì)火電廠側(cè)的現(xiàn)有供熱技術(shù)改造，僅用于結(jié)合本發(fā)明技術(shù)的使用舉例，但不局限于使用上述技術(shù)。