專利名稱：沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)的制作方法
沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于沼氣工程產(chǎn)物綜合利用系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
至2010年底，我國(guó)有國(guó)家支持的大中型沼氣工程14000多個(gè)，這些沼氣工程受產(chǎn)物市場(chǎng)波動(dòng)的影響，特別是沼液受運(yùn)送成本制約，一般只適合本地消化。另外還受原料穩(wěn)定性和運(yùn)營(yíng)隊(duì)伍技術(shù)水平的影響，以及其本身投資收益率偏低，特別是中小規(guī)模的沼氣工程常出現(xiàn)虧損的狀況，造成了大量的資源浪費(fèi)。如何提高沼氣工程的綜合利用率，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用成為了當(dāng)務(wù)之急。
名稱為“厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)”(專利:201220419558.X)的專利提出了通過(guò)將沼氣生產(chǎn)與溫室大棚種植相結(jié)合，為大棚種植提供保溫、有機(jī)肥、氣肥CO2，通過(guò)充分體現(xiàn)其產(chǎn)品的商品性，解決了沼氣工程的普遍收益率偏低的問(wèn)題，但其前提條件為沼氣工程周邊有大面積溫室大棚。以一畝大棚固定投資至少需20000元計(jì)算，如果新建設(shè)300畝的話，將需要超過(guò)600萬(wàn)元的巨額資金。
在沼氣工程產(chǎn)物綜合利用中也有通過(guò)管道灌溉將沼液施用于各類種植作物的，并且也取得了相當(dāng)?shù)某尚?，但由于只是作為肥料使用，廉價(jià)的替代肥料非常多，所以與傳統(tǒng)種植方式相比雖有少量減少肥料成本的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于沼氣工程增產(chǎn)增收的優(yōu)勢(shì)并不明顯，并且也伴有沼液輸送至種植地的成本問(wèn)題，普及率并非很高。
因此開發(fā)出一種經(jīng)濟(jì)可行，并能夠全面充分利用沼氣工程產(chǎn)物中的熱能、有機(jī)肥、氣肥CO2的沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，通過(guò)充分體現(xiàn)其產(chǎn)品的綜合價(jià)值，產(chǎn)生充分的經(jīng)濟(jì)效益成為了盤活沼氣工程產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)。
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的:一種沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，包括生產(chǎn)沼氣的厭氧發(fā)酵罐和設(shè)有管道灌溉系統(tǒng)的若干農(nóng)作物種植地，所述厭氧發(fā)酵罐中頂層的沼氣被收集并存儲(chǔ)在沼氣罐中，沼氣經(jīng)脫硫裝置脫硫處理后供給燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的循環(huán)冷卻水和高溫?zé)煔夥謩e與熱電聯(lián)產(chǎn)裝置換熱，熱電聯(lián)產(chǎn)裝置制取 的高溫?zé)崴统醮螣峤粨Q后的中高溫?zé)煔夥謩e與厭氧發(fā)酵罐中反應(yīng)液換熱，對(duì)厭氧發(fā)酵罐中的反應(yīng)液進(jìn)行保溫，以保持厭氧發(fā)酵罐中反應(yīng)液的最佳溫度，二次換熱后的中溫?zé)煔饨?jīng)冷卻裝置冷卻后由煙氣管道上的煙氣閥控制著進(jìn)入農(nóng)作物種植地的灌溉系統(tǒng)管道內(nèi)。
作為優(yōu)選，為更加便捷充分利用其沼渣、沼液等產(chǎn)物，所述厭氧發(fā)酵罐中上層的發(fā)酵液進(jìn)入固液分離器，經(jīng)固液分離器分離制取固體產(chǎn)物沼渣肥和液體產(chǎn)物沼液，沼液進(jìn)入曝氣裝置與空氣接觸改良后存儲(chǔ)在沼液池內(nèi)，沼液池中的沼液經(jīng)流出管道上的沼液閥進(jìn)入農(nóng)作物種植地的灌溉系統(tǒng)管道內(nèi)。
作為優(yōu)選，所述曝氣裝置為大面積濾網(wǎng)的淋浴系統(tǒng)，沼液經(jīng)過(guò)大面積的濾網(wǎng)淋浴到沼液池中，過(guò)濾掉沼液中可能堵塞管道的固體物，并且與空氣中的氧氣增大接觸面和增加接觸時(shí)間，以快速改善沼液對(duì)農(nóng)作物有害的還原性。曝氣裝置還可以是空氣壓力注入式的或其他的沼液過(guò)濾方式的，為保持沼液的溫度，壓力注入的空氣最好為熱空氣。
作為優(yōu)選，所述農(nóng)作物種植地上覆有地膜，灌溉系統(tǒng)的管道從地膜下方通過(guò)，通過(guò)地膜阻擋可以減緩煙氣的氣流速度，起到緩釋效果，避免空氣中CO2濃度急劇變化，并且使得煙氣與地面充分接觸，用于改善農(nóng)作物地表溫度。
作為優(yōu)選，所述沼液閥和煙氣閥和管道灌溉系統(tǒng)中的水閥為電控閥，農(nóng)作物種植地的土壤表層里設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器，溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器的電信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)后用于控制沼液閥、煙氣閥和管道灌溉系統(tǒng)中的水閥。
一種沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，其使用方法為:在農(nóng)作物需要施CO2氣肥時(shí)，關(guān)閉水閥和沼液閥，打開煙氣閥，沼氣工程產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)燃燒發(fā)電，燃燒產(chǎn)生的煙氣冷卻至50°c以下，通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道排入農(nóng)作物根部，然后經(jīng)對(duì)流上升擴(kuò)散至農(nóng)作物的葉部，在其周圍形成一個(gè)相對(duì)高于空氣CO2濃度0.03%的高CO2濃度區(qū)，作為氣肥被農(nóng)作物吸收，可以提高作物產(chǎn)量，也可幫助調(diào)節(jié)農(nóng)作物周邊的溫度，氣肥的施用最佳時(shí)間為日出以后，此時(shí)作物光合作用盛行，可充分提高氣肥的利用效率，排入種植地的煙氣溫度可根據(jù)氣溫狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，如氣溫較低需要提溫時(shí)，以對(duì)農(nóng)作物無(wú)副作用的較高溫度，比如50°C 以下，將煙氣排入種植地，在無(wú)需對(duì)種植地提溫的情況下，煙氣排入種植地的溫度應(yīng)在30°C以下，如在夏季需降溫的情況下，還可以作為降溫手段，將煙氣冷卻至更低的溫度，比如20°C以下，再排入種植地中；在農(nóng)作物需要保溫時(shí)，關(guān)閉水閥和煙氣閥，打開沼液閥，厭氧發(fā)酵罐中30-40°C的發(fā)酵液經(jīng)固液分離器分離出沼液，沼液經(jīng)曝氣裝置與空氣接觸改良后臨時(shí)存儲(chǔ)于沼液池中，調(diào)整至所需濃度后在冷卻之前通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道灌溉至農(nóng)作物根部；在農(nóng)作物只需要施沼液肥而無(wú)需保溫時(shí)，關(guān)閉水閥和煙氣閥，打開沼液閥，將曝氣過(guò)的沼液調(diào)制至所需濃度在冷卻后通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道灌溉至農(nóng)作物根部；在農(nóng)作物需要澆水時(shí)，關(guān)閉沼液閥和煙氣閥，打開水閥，通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道將水灌溉入農(nóng)作物根部。
本發(fā)明中熱電聯(lián)產(chǎn)裝置所生產(chǎn)的熱水可用于對(duì)厭氧發(fā)酵液保溫，當(dāng)需對(duì)作物提溫時(shí)，也可在一定水溫范圍內(nèi)，比如35°C以下，用于灌溉農(nóng)作物來(lái)提高地表溫度以及氣溫，或者用于稀釋沼液，通過(guò)沼液灌溉農(nóng)作物來(lái)提高地表溫度以及氣溫。
本發(fā)明中將煙氣和沼液輸送至農(nóng)作物種植地的管道上，在需對(duì)作物提溫時(shí)，為防止這些管道對(duì)煙氣和沼液過(guò)度冷卻，可對(duì)其覆蓋保溫材料。
本發(fā)明中農(nóng)作物種植地在高溫季節(jié)時(shí)，可以采用在種植地周邊由氣密性物體包圍，上部由防蟲網(wǎng)、遮陽(yáng)網(wǎng)等網(wǎng)狀物覆蓋的方式，以提高整體的種植效果。二氧化碳比空氣重，其能夠逃逸的方向只有上方，并且緩慢逃逸也會(huì)被農(nóng)作物的葉片充分捕獲用于光合作用。
本發(fā)明中農(nóng)作物種植地在低溫季節(jié)時(shí)，可以采用在種植地覆蓋氣密性物體，再覆蓋其他保溫性能更好的保溫材料。
本發(fā)明中沼氣工程所產(chǎn)生的沼渣肥可全部用于種植地做底肥使用，沼液肥在做追肥時(shí)，根據(jù)作物的需肥情況，還可在肥水灌溉過(guò)程中加入各類其他可溶性肥料，以提高其肥效。
本發(fā)明中最佳農(nóng)作物種植地面積需根據(jù)沼氣工程的所產(chǎn)生的沼氣量、有機(jī)肥量來(lái)確定，Im3的沼氣燃燒后產(chǎn)生Im3的二氧化碳，而要保持農(nóng)作物所需0.1-0.15%最佳二氧化碳濃度的話，一畝地每天至少需1-1.5m3的二氧化碳，一般種植面積畝數(shù)應(yīng)小于日產(chǎn)氣量立方數(shù)的70%。一畝地在有機(jī)無(wú)公害種植的情況下，年種一季需2.5噸以上的有機(jī)肥，如無(wú)其他補(bǔ)充有機(jī)肥的條件下，一般種植面積畝數(shù)應(yīng)小于年產(chǎn)沼渣噸數(shù)的40%，如每年種植兩季的話，可種植面積應(yīng)減半。因此最佳種植面積應(yīng)小于上述兩者中較小者。
采用上述技術(shù)方案后，使得本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn): 1、沼氣工程中的產(chǎn)物沼氣轉(zhuǎn)化為電能和熱能以及二氧化碳，并都被充分利用，其中電能可自用或接入電網(wǎng)銷售，熱能一部分用于厭氧發(fā)酵罐的保溫以提高發(fā)酵效率，另一部分可以用于保持和提高種植地的地溫和氣溫，以保障生產(chǎn)，防止冷害，提高產(chǎn)量；二氧化碳作為氣肥，安全、高效、便捷地用于種植，以提高農(nóng)作物產(chǎn)量；沼氣工程中的產(chǎn)物沼渣和沼液作為有機(jī)肥用于種植，可以節(jié)省種植成本，提高種植品質(zhì)。
2、由于農(nóng)作物種植面積和沼氣工程產(chǎn)物產(chǎn)量是數(shù)量配套后各自進(jìn)行生產(chǎn)的，所以對(duì)于沼氣工程來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)了其產(chǎn)物的最大價(jià)值，而對(duì)于種植來(lái)說(shuō)，也實(shí)現(xiàn)了其最大種植效率。
3、沼氣工程通過(guò)提高農(nóng)作物種植效益充分實(shí)現(xiàn)其價(jià)值，穩(wěn)定了沼氣工程的運(yùn)行收益，沼氣工程的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行得到保障，沼氣工程廢污物處理的功能得到充分發(fā)揮和保障。
4、由于溫室大棚的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在保溫、保水、保肥、保二氧化碳?xì)獾确矫?，本系統(tǒng)中的種植方式能夠體現(xiàn)上述效果，與傳統(tǒng)的溫室大棚相比效果均等甚至更佳，尤其在光合作用促進(jìn)方面尤佳，而且設(shè)備簡(jiǎn)易，投資少，使用成本低廉，省人工，產(chǎn)量高，因此最終凈收益高。
5、該系統(tǒng)通過(guò) 施肥、施水、施氣肥共用灌溉系統(tǒng)，既提高了灌溉系統(tǒng)的使用效率，也節(jié)省了氣肥、沼肥的施用設(shè)備投資。
6、由于產(chǎn)地和消費(fèi)地相同，所產(chǎn)生的沼氣、沼液、沼渣可就地消費(fèi)，減少運(yùn)輸成本，解決了沼氣工程中沼液難處理的問(wèn)題，同時(shí)還充分安全地利用了沼液中的肥力和熱量。
7、由于施肥、施水、施氣肥大多通過(guò)管道輸送，免去了施用的人工成本，也最大程度獲得收益。
8、農(nóng)作物種植產(chǎn)生大量的作物秸桿，如按每畝產(chǎn)I噸計(jì)算，可占沼氣工程原料總量的50%，在沼氣工程的廢料原料不足的情況下，可以為其提供原料，以保障其正常運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
實(shí)施例:參看圖1，本發(fā)明包括生產(chǎn)沼氣的厭氧發(fā)酵罐I和設(shè)有灌溉系統(tǒng)21的若干農(nóng)作物種植地23，其中厭氧發(fā)酵罐I中上層的發(fā)酵液2進(jìn)入固液分離器3，經(jīng)固液分離器3分離制取固體產(chǎn)物為沼渣肥4，液體產(chǎn)物為沼液5，沼液5進(jìn)入曝氣裝置6與空氣接觸改良后存儲(chǔ)在沼液池7內(nèi)，沼液池7中的沼液經(jīng)流出管道上的沼液電控閥8進(jìn)入農(nóng)作物種植地灌溉系統(tǒng)21的管道內(nèi)；所述厭氧發(fā)酵罐I中頂層的沼氣9被收集并存儲(chǔ)在沼氣罐10中，沼氣9經(jīng)脫硫裝置11脫硫處理后供給燃?xì)獍l(fā)電機(jī)12，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)12的循環(huán)冷卻水13和高溫?zé)煔?5分別與熱電聯(lián)產(chǎn)裝置14換熱，熱電聯(lián)產(chǎn)裝置14制取的高溫?zé)崴?6和初次熱交換后的中高溫?zé)煔?7分別與厭氧發(fā)酵罐I中反應(yīng)液換熱，對(duì)厭氧發(fā)酵罐I中的反應(yīng)液進(jìn)行保溫，以保持厭氧發(fā)酵罐I中反應(yīng)液的最佳溫度，二次換熱后的中溫?zé)煔?8經(jīng)冷卻裝置19冷卻后由煙氣管道上的煙氣閥20控制著進(jìn)入農(nóng)作物種植地灌溉系統(tǒng)21的管道內(nèi)。
優(yōu)選地，曝氣裝置6為大面積濾網(wǎng)的淋浴系統(tǒng)，沼液經(jīng)過(guò)大面積的濾網(wǎng)淋浴到沼液池中，過(guò)濾掉沼液中可能堵塞管道的固體物，并且與空氣中的氧氣增大接觸面和增加接觸時(shí)間，以快速改善沼液對(duì)農(nóng)作物有害的還原性。曝氣裝置還可以是空氣壓力注入式的或其他的沼液過(guò)濾方式的，為保持沼液的溫度，壓力注入的空氣最好為熱空氣。所述農(nóng)作物種植地上覆有地膜，灌溉管道從地膜下方通過(guò)，通過(guò)地膜阻擋可以減緩煙氣的氣流速度，起到緩釋效果，避免空氣中CO2濃度急劇變化，并且使得煙氣與地面充分接觸，用于改善農(nóng)作物地表溫度。農(nóng)作物種植地23的土壤表層里設(shè)有溫度傳感器24、濕度傳感器25和CO2濃度傳感器26,溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器的電信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)后用于控制沼液閥8、煙氣閥20和灌溉系統(tǒng)中的水閥22。
本發(fā)明沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，其使用方法為:在農(nóng)作物需要施CO2氣肥時(shí)，關(guān)閉水閥和沼液閥，打開煙氣電控閥，沼氣工程產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)燃燒發(fā)電，燃燒產(chǎn)生的煙氣冷卻至50°c以下，通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道排入農(nóng)作物根部，然后經(jīng)對(duì)流上升擴(kuò)散至農(nóng)作物的葉部，在其周圍形成一個(gè)相對(duì)高于空氣CO2濃度0.03%的高CO2濃度區(qū)，作為氣肥被農(nóng)作物吸收，可以提高作物產(chǎn)量，也可幫助調(diào)節(jié)農(nóng)作物周邊的溫度，氣肥的施用最佳時(shí)間為日出以后，此時(shí)作物光合作用盛行，可充分提高氣肥的利用效率，排入種植地的煙氣溫度可根據(jù)氣溫狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，如氣溫較低需要提溫時(shí)，以對(duì)農(nóng)作物無(wú)副作用的較高溫度，比如50°C以下，將煙氣排入種植地，在無(wú)需對(duì)種植地提溫的情況下，煙氣排入種植地的溫度應(yīng)在30°`C以下，如在夏季需降溫的情況下，還可以作為降溫手段，將煙氣冷卻至更低的溫度，比如20°C以下，再排入種植地中；在農(nóng)作物需要保溫時(shí)，關(guān)閉水閥和煙氣閥，打開沼液閥，厭氧發(fā)酵罐中30-40°C的發(fā)酵液經(jīng)固液分離器分離出沼液，沼液經(jīng)曝氣裝置與空氣接觸改良后臨時(shí)存儲(chǔ)于沼液池中，調(diào)整至所需濃度后在冷卻之前通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道灌溉至農(nóng)作物根部；在農(nóng)作物只需要施沼液肥而無(wú)需保溫時(shí)，關(guān)閉水閥和煙氣閥，打開沼液閥，將曝氣過(guò)的沼液調(diào)制至所需濃度在冷卻后通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道灌溉至農(nóng)作物根部；在農(nóng)作物需要澆水時(shí)，關(guān)閉沼液閥和煙氣閥，打開水閥，通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道將水灌溉入農(nóng)作物根部。
本發(fā)明中熱電聯(lián)產(chǎn)裝置所生產(chǎn)的熱水可用于對(duì)厭氧發(fā)酵液保溫，當(dāng)需對(duì)作物提溫時(shí)，也可在一定水溫范圍內(nèi)，比如35°C以下，用于灌溉農(nóng)作物來(lái)提高地表溫度，或者用于稀釋沼液，通過(guò)沼液灌溉農(nóng)作物來(lái)提高地表溫度。
本發(fā)明中將煙氣和沼液輸送至農(nóng)作物種植地的管道上，在需對(duì)作物提溫時(shí)，為防止這些管道對(duì)煙氣和沼液過(guò)度冷卻，可對(duì)其覆蓋保溫材料。
本發(fā)明中農(nóng)作物種植地在高溫季節(jié)時(shí)，可以采用在種植地周邊由氣密性物體包圍，上部由防蟲網(wǎng)、遮陽(yáng)網(wǎng)等網(wǎng)狀物覆蓋的方式，以提高整體的種植效果。二氧化碳比空氣重，其能夠逃逸的方向只有上方，并且緩慢逃逸也會(huì)被農(nóng)作物的葉片充分捕獲用于光合作用。
本發(fā)明中農(nóng)作物種植地在低溫季節(jié)時(shí)，可以采用在種植地覆蓋氣密性物體，再覆蓋其他保溫性能更好的保溫材料。
本發(fā)明中沼氣工程所產(chǎn)生的沼渣肥可全部用于種植地做底肥使用，沼液肥在做追肥時(shí)，根據(jù)作物的需肥情況，還可在肥水灌溉過(guò)程中加入各類其他可溶性肥料，以提高其肥效。
例舉:設(shè)定一標(biāo)準(zhǔn)大中型沼氣工程，作為一家8000頭豬的養(yǎng)殖場(chǎng)污物處理配套，每天排污量為90噸，厭氧發(fā)酵罐發(fā)酵容量1800M3，日產(chǎn)沼氣1000 M3，年產(chǎn)沼渣1500噸，沼液11000噸，有機(jī)負(fù)荷為8%-10%，水利停留HRT為20天，每天需排出90 M3沼液。
首先計(jì)算該沼氣工程的最佳配套種植面積為:從日產(chǎn)沼氣量來(lái)看，按每天每畝地消耗1.5 M3計(jì)算，應(yīng)小于700畝；從沼渣肥來(lái)看，如無(wú)外來(lái)補(bǔ)充有機(jī)肥的條件下，按每畝地需年施入2.5噸的有機(jī)肥底肥計(jì)算，應(yīng)小于600畝，兩者取其小者，最佳配套種植面積設(shè)為600畝，多余煙氣可空排或用于其他作物的種植，在另外補(bǔ)充有機(jī)肥的情況下，可種植面積可以大些，如每年種 植兩季的話，可種植面積應(yīng)減半，由于在每畝中施加沼液追肥7噸的條件下能得到增產(chǎn)的結(jié)果，所以該配套種植面積可消化約40%的沼液，多余部分可用于調(diào)節(jié)發(fā)酵原料濃度，或用于其他大田作物的種植，或用于魚塘飼料，或用做種子浸泡液等其他綜合利用。
在冬季保溫種植時(shí)，種植地由高為I米，寬2米的簡(jiǎn)易竹架塑料小棚覆蓋，并且配套相應(yīng)面積的草氈進(jìn)行保溫覆蓋，配套灌溉系統(tǒng)的管道通入每個(gè)小棚中，由地膜覆蓋，根據(jù)農(nóng)作物株距設(shè)定灌溉管道上滴頭的距離。
在臨近夏季高溫種植時(shí)，種植地根據(jù)適宜面積，由高為1-2米的塑料薄膜包圍，上部覆蓋可透光透風(fēng)的防蟲網(wǎng)，在日照強(qiáng)烈的時(shí)候還可以進(jìn)一步覆蓋遮陽(yáng)網(wǎng)。
由于上述塑料小棚的畝容積為320 M3,所以如需達(dá)到0.1%的CO2濃度的話，靜態(tài)需求量約為200 M3，但由于CO2時(shí)刻處于消耗狀態(tài)，因日照等條件不同而光合作用速度也不同，所以為維持最佳濃度，每天總需氣量應(yīng)為其3-4倍，也即需沼氣600-800 M3，所產(chǎn)沼氣足夠供給。
該沼氣工程日產(chǎn)氣1000 M3，配套200kw的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，每M3沼氣可發(fā)電1.6-1.8度電，因此該沼氣工程日可發(fā)電1600-1800kwh的電量，除自用外，多余可并入電網(wǎng)銷售，每天可持續(xù)發(fā)電8-9小時(shí)，如每天從8點(diǎn)開始發(fā)電的話，同時(shí)可為種植地提供氣肥8-9小時(shí)，此時(shí)接近日落時(shí)間，光合作用趨于停止，供氣可以結(jié)束。在發(fā)電供氣的同時(shí)，還可以產(chǎn)生電量1.3-1.4倍的熱量，也即140 -160萬(wàn)kcal的熱量，相當(dāng)于6000kcal標(biāo)煤240-260公斤/天，足夠用于厭氧發(fā)酵罐的保溫加熱。多余熱量可存儲(chǔ)于熱水中，用于保溫時(shí)稀釋沼液肥時(shí)使用。
在使用沼液肥對(duì)種植地進(jìn)行保溫時(shí)，沼液先通過(guò)略小于沼液池口面積的不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，濾網(wǎng)孔大小取決于灌溉系統(tǒng)中滴頭孔的大小，以不堵塞為準(zhǔn)，并且可設(shè)置孔徑不同的多層濾網(wǎng)，并進(jìn)一步延長(zhǎng)曝氣時(shí)間，本例中取10目、80目、200目等三層過(guò)濾網(wǎng)。過(guò)濾后在沼液池底部吹入高壓空氣，進(jìn)行曝氣，曝氣時(shí)間以不超過(guò)2小時(shí)為宜，等充分曝氣無(wú)害化改良后，立即輸送至種植地。假設(shè)外部環(huán)境溫度為2°C，需將小棚內(nèi)氣溫提高10°C，空氣比熱容為1.4kJ/ M3，每畝320 M3，共600畝，共需50萬(wàn)kcal。發(fā)酵反應(yīng)液最佳反應(yīng)溫度設(shè)為37°C，37°C的沼液灌溉至種植地，然后降至環(huán)境溫度10°C時(shí)溫差為27°C，按水比熱為lkcal/kg/°C計(jì)算，每公斤沼液在灌溉過(guò)程中能為種植地釋放熱量27kcal，另外加約同等溫度同等量的熱水進(jìn)行稀釋，所以共需約18M3沼液。另外所需熱量50萬(wàn)kcal，低于每天發(fā)電余熱160-180萬(wàn)kcal，所以可以提高保溫標(biāo)準(zhǔn)，如提高至15°C，可以更好得讓作物生長(zhǎng)。沼液肥輸送過(guò)程可通過(guò)溫度傳感器的電信號(hào)進(jìn)行控制，電信號(hào)可通過(guò)zigbee等無(wú)線協(xié)議傳送控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)指令至沼液電控閥，在種植地溫度低于10°C時(shí)，開啟沼液電控閥輸送沼液肥，高于15°C時(shí)關(guān)閉沼液電控閥，這樣可以避免沼液肥施用過(guò)度，造成熱量的浪費(fèi)以及過(guò)量的施肥造成的肥害。
在上述的種植條件下，可以滿足冬季西紅柿等喜熱作物的成長(zhǎng)，達(dá)到或超過(guò)傳統(tǒng)溫室的種植效果，而投資量大幅減少。所產(chǎn)沼渣有機(jī)肥全部被利用，為每畝地節(jié)約2.5-5噸有機(jī)肥的成本，并通過(guò)施入足量的CO2氣肥，能使產(chǎn)量增加30-50%，總體上通過(guò)減少成本，增加收益，大幅提高種植的收益率。最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明的技術(shù)方案并不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，包括生產(chǎn)沼氣的厭氧發(fā)酵罐和設(shè)有管道灌溉系統(tǒng)的若干農(nóng)作物種植地，其特征在于所述厭氧發(fā)酵罐中頂層的沼氣被收集并存儲(chǔ)在沼氣罐中，沼氣經(jīng)脫硫裝置脫硫處理后供給燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的循環(huán)冷卻水和高溫?zé)煔夥謩e與熱電聯(lián)產(chǎn)裝置換熱，熱電聯(lián)產(chǎn)裝置制取的高溫?zé)崴统醮螣峤粨Q后的中高溫?zé)煔夥謩e與厭氧發(fā)酵罐中反應(yīng)液換熱，對(duì)厭氧發(fā)酵罐中的反應(yīng)液進(jìn)行保溫，以保持厭氧發(fā)酵罐中反應(yīng)液的最佳溫度，二次換熱后的中溫?zé)煔饨?jīng)冷卻裝置冷卻后由煙氣管道上的煙氣閥控制著進(jìn)入農(nóng)作物種植地的灌溉系統(tǒng)管道內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述厭氧發(fā)酵罐中上層的發(fā)酵液進(jìn)入固液分離器，經(jīng)固液分離器分離制取固體產(chǎn)物沼渣肥和液體產(chǎn)物沼液，沼液進(jìn)入曝氣裝置與空氣接觸改良后存儲(chǔ)在沼液池內(nèi)，沼液池中的沼液經(jīng)流出管道上的沼液閥進(jìn)入農(nóng)作物種植地的灌溉系統(tǒng)管道內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述曝氣裝置為大面積濾網(wǎng)的淋浴系統(tǒng)，沼液經(jīng)過(guò)大面積的濾網(wǎng)淋浴到沼液池中，過(guò)濾掉沼液中可能堵塞管道的固體物，并且與空氣中的氧氣增大接觸面和增加接觸時(shí)間，以快速改善沼液對(duì)農(nóng)作物有害的還原性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述農(nóng)作物種植地上覆有地膜，灌溉系統(tǒng)管道從地膜下方通過(guò)，通過(guò)地膜阻擋可以減緩煙氣的氣流速度，起到緩釋效果，避免空氣中CO2濃度急劇變化，并且使得煙氣與地面充分接觸，用于改善農(nóng)作物地表溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1或2所述沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述沼液閥和煙氣閥和管道灌溉系統(tǒng)中的水閥為電控閥，農(nóng)作物種植地的土壤表層里設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器，溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器的電信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)后用于控制沼液閥、煙氣閥和管道灌溉系統(tǒng)中的水閥。
6.一種權(quán)利要求1 5任一所述沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)的使用方法為: 在農(nóng)作物需要施CO2氣肥時(shí)，關(guān)閉水閥和沼液閥，打開煙氣閥，沼氣工程產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)燃燒發(fā)電，燃燒產(chǎn)生的煙氣冷卻至50°c以下，通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道排入農(nóng)作物根部，然后經(jīng)對(duì)流上升擴(kuò)散至農(nóng)作物的葉部，在其周圍形成一個(gè)相對(duì)高于空氣CO2濃度0.03%的高CO2濃度區(qū)，作為氣肥被農(nóng)作物吸收； 在農(nóng)作物需要保溫時(shí)，關(guān)閉水閥和煙氣閥，打開沼液閥，厭氧發(fā)酵罐中30-40°C的發(fā)酵液經(jīng)固液分離器分離出沼液，沼液經(jīng)曝氣裝置與空氣接觸改良后臨時(shí)存儲(chǔ)于沼液池中，調(diào)整至所需濃度后在冷卻之前通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道灌溉至農(nóng)作物根部； 在農(nóng)作物只需要施沼液肥而無(wú)需保溫時(shí)，關(guān)閉水閥和煙氣閥，打開沼液閥，將曝氣過(guò)的沼液調(diào)制至所需濃度在冷卻后通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道灌溉至農(nóng)作物根部； 在農(nóng)作物需要澆水時(shí)，關(guān)閉沼液閥和煙氣閥，打開水閥，通過(guò)灌溉系統(tǒng)的管道將水灌溉入農(nóng)作物根部。
全文摘要
一種沼氣工程產(chǎn)物與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的綜合利用系統(tǒng)，包括生產(chǎn)沼氣的厭氧發(fā)酵罐和設(shè)有管道灌溉系統(tǒng)的若干農(nóng)作物種植地，厭氧發(fā)酵罐中上層的發(fā)酵液分離出的沼液存儲(chǔ)在沼液池內(nèi)，再經(jīng)流出管道上的沼液閥進(jìn)入農(nóng)作物種植地灌溉系統(tǒng)的管道內(nèi)；厭氧發(fā)酵罐中頂層的沼氣經(jīng)脫硫裝置脫硫處理后供給燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的循環(huán)冷卻水和高溫?zé)煔獾挠酂岜粺犭娐?lián)產(chǎn)裝置吸收并用于厭氧發(fā)酵罐中的反應(yīng)液進(jìn)行保溫，二次換熱后的中溫?zé)煔饨?jīng)冷卻裝置冷卻后由煙氣管道上的煙氣閥控制著進(jìn)入農(nóng)作物種植地灌溉系統(tǒng)的管道內(nèi)。農(nóng)作物種植面積和沼氣工程產(chǎn)物產(chǎn)量是數(shù)量配套后各自進(jìn)行生產(chǎn)，沼氣工程實(shí)現(xiàn)了其產(chǎn)物的最大價(jià)值，農(nóng)作物種植也實(shí)現(xiàn)了其最大種植效率。
文檔編號(hào)C12M1/02GK103194377SQ20131012209
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者涂維浩, 洪鋒, 王海生, 梁紅莉 申請(qǐng)人:涂維浩