简易设施农业节能环保供暖技术制作方法

戴传啓

2013年2月6日

2011年4月24日

2011年4月24日

戴传啓, 杨志恒

A01G9/24GK102907284SQ20121027972

供暖 简易 节能 设施 环保 农业 技术

1.一种涉及简易设施农业生产的节能环保供暖技术，技术装置由燃烧炉(I)、热风炉(II)和净化器(III)组成，三部分装置全在棚内，其中燃烧炉底进风管伸至棚外，燃烧炉与热风炉由其管头承插对接，热风炉与净化器由烟火管道承插连接，其特征是在引风机的驱动下，棚外空气经炉底进风管进入燃烧炉供氧助燃，从燃烧炉出来的烟火依次通过热风炉、烟火管道和末端的净化器，经净化的气体从净化器排气管排出棚外，鼓风机将棚内空气送入热风炉加热后，沿两路热风管道吹入棚内，构成辐射、兑流复合供暖系统2.根据权利要求I所述的燃烧炉，其特征是炉内衬为砖砌体，炉顶盖为钢筋砖拱结构，顶盖装有翻板阀的烟囱通至棚外，炉齿由钢板条焊接而成3.根据权利要求I所述的热风炉，其特征是炉身分前后两段由法兰连接，前段主要由外筒、圆柱形喇叭口内筒、空腔隔板、环形封底、进出口风管和风机组成，后端主要由同径外筒、穿火管架平行的若干根火管、进出口风管和风机组成，热风炉卧装4.根据权利要求I所述的净化器，其特征是内外筒为装置结构主体，内筒为长圆柱形，上封头与外筒顶盖空开(12cm)左右，与外筒壁间水平装环形阻水百叶，下封底为多孔圆板，进内筒穿外筒壁开口焊接，净化器内注入含淋滤石灰膏的淡水为烟尘、SO2的吸收剂，外筒内壁和筒内部件刷防腐蚀材料

本发明涉及简易设施农业生产的节能环保供暖技术，较适合于新疆、内蒙、东北高寒地区的简易设施农业生产，用于设施水果早熟、留树保鲜更有优势背景技术我国设施农业占世界总量的四分之三，以设施、设备(多无设备)简陋，造价低廉的简易设施农业为主，多系农户个体投资，分散经营，中原、华北大部分地区、兰州以东甘宁地区无供暖设备，除中原外，多未能经受住2009、2010年-17°C低温的考验和连续九天阴冷天气的考验，菜价猛涨，一时成为国务院关注的民生问题，教训是冬季大棚菜生产，无供暖设备风险大北方须供暖的温棚约500万亩，因效益不高，到目前为止，基本都是棚内加火炉的原始供暖方式，热能利用率不足50%，燃烧致棚内氧气消耗殆尽(夜间和阴冷天不能通风换气)，棚内农作物多受CO、过量C02、NO毒害多病甚至绝收，夜间加火炉中毒倒在棚内的农户不乏其例，严重制约了冬季蔬菜生产，至五月初菜价仍居高不下，依然是亟待解决的民生问题2005年后用于简易设施农业的热风炉问世，究其结构类型是立式内胆锅炉的改型，煤火炉内燃烧，把内胆加热，烟火向上冒出棚外，鼓风机将棚内空气鼓入炉外筒与内胆之间的空腔，被内胆烤热从炉底开口处排出，经热风管道(一般不长)送入棚内，因立装在棚内，炉高多在三米以下，热能利用率不高，尽管有的在内胆内壁周边焊接十几根风管与空腔沟通，热效率仍不理想，设备寿命短，增加耗电，无明显节煤效果，燃烧仍消耗棚内氧气，烟囱出棚高则不安全(不便拉线固定)，低了引力不够，炉火不能充分燃烧，排出的烟尘、有害气体增加，炉下未燃尽的碎煤火块释放出CO等有害气体从掏灰渣口溢出进入棚内，寒潮突袭倒风(俗称戗风)烟火从炉门喷出，污染棚内空气，还有可能引发火灾，偶有停电、机械故障，风机不转，炉火不清出易烧坏内胆，清火需事先有准备并要有一定时间，清出的火向棚内释放有害气体，在场半小时即中毒昏厥……总之，在供电尚无保证，机电技术尚未普及的简易设施农业区，使用该装置隐患甚多，加之造价偏高，供暖能力受质疑，不能普及中国作为负责任的大国，已向世界宣布治理大气污染，，减少温室气体排放的指标和时间表，城市采取集中供暖，关闭一批小火电厂、水泥厂、造纸厂、化工厂等高污染企业，从长远全局考虑，设施农业生产的污染治理、节能减排也须明确列入农业GDP考核，不根治供暖污染，不能生产高质量的绿色食品发明内容鉴于我国简易设施农业生产中的供暖现状，立足我国国情条件，放眼全球低碳环保大局，本发明的目的是设计一种结构简单，便于操作，适应我国农村水电设施现况，供暖效果好，节能达标，基本消除农田供暖污染，使用寿命相对长，造价用户能接受的简易设施农业供暖装置，将防污治污、节能减排指标主动纳入农业生产GDP考核，为兑现我国向世界的承诺作贡献本发明的技术方案是技术装置由燃烧炉(I)、热风炉(II)和净化器(III)组成，三部分装置全在棚内，其中燃烧炉底进风管伸至棚外，燃烧炉与热风炉由其管头承插对接，热风炉与净化器由烟火管道承插连接，其特征是在引风机的驱动下，棚外空气经炉底进风管进入燃烧炉供氧助燃，从燃烧炉出来的烟火依次通过热风炉、烟火管道和末端的净化器，经净化的气体从净化器排气管排出棚外，鼓风机将棚内空气送入热风炉加热后，沿两路热风管道吹入棚内，构成辐射、兑流复合供暖系统现行简易设施农业的温棚建设多设计为一棚一亩(种植面积)，供暖装置的热负荷能力也多设计为一棚一台套，设备装置一般是两条供暖线，即燃烧炉、热风炉、等于棚长70%左右的烟火管道和净化器组装成一字形为一道供暖线，这条供暖线以辐射散热供暖为主，两台风机的吸风有辅助兑流供暖作用；由前段热风管道(40-1)和后段热风管道(40-2)组成的热风供暖管线，这条管线以管道辐射和管径开口处吹出的热风兑流供暖，组成复合式供暖管线，两条供暖线布于棚纵向两侧的种植空档中，若散热装置或管道距作物太近，应加保温材料保护，以防高温灼伤作物，两条供暖线的供暖能力可根据需要，用选择匹配风机(37-1)、(37-2)功率的办法调整为基本一致或一大一小，以保证棚内各处温度均匀为目的包括烟火管道、热风管道全套供热装置都在棚内，保证燃烧生成的全部热量都散发在棚内，热能最终得到充分利用，为节能减排提供基础保证，供暖时燃烧炉的出灰渣门(4)、捅火清齿门(7_1)、加火口(7_2)都是关闭的，在引风机(37_3)的驱动下，只能通过炉底进风管(I)吸入棚外空气给炉膛通风供氧促火势熊熊，保证燃烧不消耗棚内氧气，引风机每小时至少将1200m3的棚外空气吸进燃烧炉，其中含氧252m3，重328公斤，燃烧的化学·反应式是C+02 = CO2,分子量之比是12 32 = 44，即3公斤煤消耗8公斤氧气，生成11公斤CO2气体，_40°C气温条件下，每小时燃煤30公斤可保证棚温，燃烧消耗80公斤氧气，还剩下248公斤氧气,再考虑不足1%的硫消耗氧气，生成微量SO2，耗氧量仅为供氧量的30%，绝对是富氧燃烧，理论上不生成CO有害气体，在引风机的驱动下，高温烟火依次通过热风炉、占棚长的70%左右的烟火管道，行程五十米以上，进入净化器前风温降至40°C左右，燃烧炉、热风炉、烟火管道辐射散热可保半边棚温达设定数值因烟火气体管道内封闭内吸运行，值班记录表明，只要风机运转，闻不到煤气味，更无烟气、烟尘缝隙溢出，从来都是安全的棚内加火炉，多因烟管锈蚀老化漏风，烟囱引力不够，人不勤快，炉内结礁，通风不好，缺氧燃烧生成CO，炉灰中小块煤火也生成CO，多因素致棚内有害气体过量，故人员中毒事故常有发生，花卉对C0、C02有害气体敏感，有枯叶花落风险，辣椒因气体中毒过早枯死的也有发生，又因供暖成本高，因而北方高寒地区温棚冬季闲置率高，其中阴冷天数占半数以上的天山北坡片区温棚冬季闲置率基本是100%下面对装置主要部件的工能及结构特征说明于下燃烧炉⑴由钢板外筒⑶、炉内衬(9)、烟囱(14)、炉齿(6)、顶盖(12)、(13)组成炉的结构主体，安装时座于砖砌环形灰渣仓(3)上其特征是炉内衬为砖砌体，炉顶盖为钢筋砖拱结构，顶盖装有翻板阀(15)的烟囱通至棚外，炉齿由钢板条焊接而成供暖运行时关闭翻板阀(15)，让棚外空气集中由炉底进风管(I)进入燃烧室供氧促烈火熊熊，引风机(37-3)不运转时，开启翻板阀(15)，靠烟囱自引力把烟气排出棚外，出棚的烟囱应高过棚顶；炉膛内衬(9)为泥浆砖砌体，选材方便；厚度15-18cm，出火口(10)处外筒板开口焊出火管头(11)准备安装时与热风炉的喇叭口进火管头(20)承插对接，炉顶盖采用钢筋砖拱结构可防止烈火烧红炉顶散热过多或引发火险，在出火口(10)的对面自上而下依次留加火门(7-2)捅火清齿门(7-1)，灰渣仓留出灰渣门⑷，都装门扇，炉外筒⑶为钢板，安装时应高出地坪(5)，炉齿(6)为钢板条焊接而成，比铸铁炉齿通风面积大3倍以上，因通风好而寿命长，造价较低热风炉(II)，其特征是炉身分前后两段由法兰(26)连接，前段主要由外筒、圆柱形喇叭口内筒、空腔隔板、环形封底、进出口风管和风机组成，后段主要由同径外筒、穿火管架平行的若干根火管、进出口风管和风机组成前后两段外筒(23)直径相等，便于以法兰(26)组装对接，两法兰片之间抹石灰膏草泥，上紧螺栓即密封合格，经热风烘干，经久耐用，能耐着一般雨水冲刷，前段内筒(24)为火道，高温烟火先进入内筒火道，经喇叭口(24)，再经分火花盘(27)，较均匀地进入后段各火管(30)、(30-1)，在喇叭口变径段(34)汇集后进入烟火管道(36)内筒(24)直筒段中线对称焊空腔隔板(25)两片，将环形空腔的圆柱段分成两半，内外筒由环形封底(29-1)焊接密封，近(29-1)左右对称焊前段进风管头(21)和前段出热风管头(21-1)，功率较小的风机(37-1)与前段进风管头(21)对接，生火启动风机(37-1)，棚内常温风被鼓入进风管一侧的半环形空腔，从上部喇叭口(24)的空隙间进入另一侧半环形空腔，被内筒烤热升温250°C以上，从前段出热风管头(21-1)经与之对接的前段热风管道(41-1)吹出，给温棚的前段一侧供暖，供暖方式为辐射、兑流复合式；后段距法兰(26)约5cm处，有分火花盘(27)，连接板(28) —头焊于外筒(23)内壁，一头与分火花盘(27)螺接，距分火花盘12-15cm,由后段封底(29)与若干根火管头段(30)焊接，若干根火管后段(30_1)穿火管架(32)平行筒内安装，末端与后段封头(33)焊接，火管架用f 6-8钢筋在开孔的后段封底(29)上套孔放样划线制作焊接，外大圆圈略小于外筒直径，点焊在外筒内壁上，防设备运输、装卸颤动损伤火管高温烟火先在前段内筒运行被强风冷却，经花盘分火稍降温后均匀进入高温火管头段，温度降低150-200°C，可有效延长封底和火管的寿命，经试验热风炉封底(29)直接座在火炉上，火管头寿命不超过15天，封底板随即塌落，按本结构制作，风机匹配，寿命就长多了分火花盘平面开多孔，孔径不宜大，且大小错位开孔，材料要耐高温抗氧化，封底(29)为普通中厚钢板，火管头(30)选耐高温抗氧化管材，长30cm即可，火管的剩余段为一般薄壁钢管，封头板(33)处温度不高，4-5_厚普通钢板即可，为提高炉内热交换效率，炉身长一般4-5米，因而棚内只能卧装，炉身一侧纵向中线在两根火管中间一边装后段进风管(31)焊90°弯头向封头(33)方向延伸而不到顶，在炉身另一侧对称中线近封底(29)处装后段出热风管(31-1)与后段热风管道(40-2)承插对接，较大功率的风机(37-2)的出风口与后段进风管对接，生炉启动风机(37-2)，棚内空气被鼓入炉内空腔，被火管加热后，从后段出热风管(31-1)经后段热风管道(40-2)吹出，给温棚的一侧供暖，仍是辐射兑流复合供暖方式，热风管道(40-1)的Cd段和热风管道(40-2)的BC段应在一条顺棚走向的纵向直线上，形成系统的另一条复合供暖线热风管道多用薄铁皮管多节承插安装，市场多有低价供货烟火管道(36)较长，是辐射供暖线的重要供暖部分，一头的坡降管与热风炉的烟火口(35)承插对接，管道距地面50-60cm为宜，向棚的另一头净化器(III)的风机(37_3)方向延伸，平行或上坡与引风机(37-3)的吸风口对接烟火管道材质要求较高，购买工业产品薄壁钢管法兰对接组装净化器(III)装在最后，烟火进入净化器风温一般不超过40°C，净化器的功能是净化烟火管道排出气体中的烟尘、SO2、实现农田环保供暖其特征是内外筒为装置结构主体，内筒为长圆柱形，上封头与外筒顶盖空开12cm左右，与外筒壁间平装环形阻水百叶，封底为多孔圆板，进内筒风管穿外筒壁板与内筒壁开口焊接，净化器内注入含淋滤石灰膏的淡水为烟尘、SO2的吸收剂，外筒内壁部件刷防腐材料引风机(37-3)的吸风口与烟火管道(36)的末端出口承插对接，若引风机(37-3)的吸风口高于烟火管道(36)，可折弯承插对接，引风机(37-3)的吹风管与净化器的进风管(58)用法兰(54-2)对接，为安装维修方便，内外筒之间的风管(58) —段断开，中间以法兰(54-1)对接，内筒用四腿圆圈支撑固定在外筒内壁上，外筒装液面阀(48) 2个，一上一下错位安装，一般情况下，注水至下阀溢出即可，若风机(37-3)压力过大，则关闭下阀(48)，提高液面(56)，至上阀溢出为设定液面高度，供暖运行中风机(37-3)，以设定压力将温度不高的烟气吹入净化器内筒(57)，烟气从内筒底板(59)的孔眼钻入液面下，从内筒周边冒出，按设定水位高度，液面以上、内筒上封头以下空间下部只是冒水泡，燃烧尾烟气中的烟尘为碳粒，被水吸附，SO2气体溶于水，生成了硫酸，与石灰膏反应，生成硫酸I丐溶解在液体中，化学反应式IH2CHSO2 = H2S04+H2,因烟火管道中有充足的氧气，氢在原子状态时即被氧化生成水2H2+02 = 2H20，这个反应过程在液面以上，内筒上封头以下的空间完成，Ca(H0)2+H2S04 = CaS04+2H20, CaSO4是常用化肥，烟尘被水吸附，10分钟后会沉淀，根据当地燃煤的烟尘量、S含量，摸索出加水，加石灰膏间隔天数和彻底放掉桶内溶液清筒天数，天山北坡的农区以大煤(优质民用无烟煤)为燃料，一次加淡水350公斤，加淋滤石灰膏5公斤，烧掉7-8吨煤清筒换液一次经以上化学反应，从净 化器排出的气体已无烟尘、SO2，符合环保要求因风机(37-3)压力较大，水过滤后冲出的气流裹挟水汽，在内桶上顶水平安装环形阻水百叶(49)，可减少水汽随气流从出气管(53)逸出北方高寒严冬滴水成冰，净化器装在棚内才能正常运行排出的废液为中性，可用于灌溉，有化肥效应装置安装本发明装置安装简单，以实例落地式钢拱双膜农用温棚内安装为例说明于下选择一个种植空挡(如果树行距)布置装置，一、将净化器运至远入口的“山墙”(实为双层棚膜)内口 3-4米处，偏空挡中一些放置，二、将热风炉运至近入口的“山墙”内口 13米(中点)处空挡中间放置三、将燃烧炉运至近入口的“山墙”内口 10米(中点)处空挡中间放置四、确定10米中点，照图I砌灰渣仓底座，燃烧炉就位五、用钢管三角架或简易龙门吊架，挂小吊葫芦起吊法兰对接好的两段热风炉体，热风炉的进火管头(20)与燃烧炉的出火管头(11)承插对接，调好方向，找好水平，装上支腿(22)，为防浇水下沉，支腿地脚板下垫砖灌砼固定，热风炉前段装风机(37-1)，后段装风机(37-2)，风机与支腿(38)的上架框螺接固定，支脚板埋地坪以下；前段热风管道(40-1)，后段热风管道(40-2)的安装前述已说明六、放线组装烟火管道(36)，因热风炉烟火出口(35)较高，先将近…形坡降管的一头与烟火出口(35)承插对接，降至距地坪50-60cm高度，坡降管的另一头与第一节烟火管头承插对接，剩余烟火管道法兰密封对接，最后一节承插对接近…形上坡管，再以90°弯头与引风机(37-3)的吸风口承插密封对接，引风机(37-3)已与净化器的进风管(54-2)法兰对接好了，烟火管道法兰对接完毕烟火管道支腿(36-1)用f 6钢筋折成，缺边矩形插地支撑即可，照图I放炉齿、砌内衬和顶盖；装带翻板阀的烟囱(14)，从棚的入口“山墙”穿两层棚膜(裹保温材料)后竖直向上，棚内外的烟囱栽支柱(16)固定，近炉处垫保温材料，照图3向净化器内注淡水，加水重量1-2%的淋滤石灰膏搅匀，装好出气管道(53)，从另一侧棚的“山墙”穿二层棚膜(塞严周边空缝)出棚，上排、平排均可棚内湿度较棚外大得多，温度也较棚外高，全套装置应刷银粉，每年春天，拆掉烟火管道、热风管道、烟 、排气管放于干燥通风处保管，排净废液清洗净化器内液体及沉淀物，晚秋使用前对(I)、(II)、(III)风机部件检修，更换不能继续使用的管道，组装好试运行后待用本发明的有益效果主要有1、农田供暖燃煤不消耗棚内氧气，棚内无烟尘、CO、CO2, SO2, NO有害气体，棚内气体流动，不断被高温灭菌杀病毒，减少病害，甚至无发病条件，人和作物都安全；2、燃烧烟火净化处理，烟尘、SO2被完全吸收，排出的温室气体不污染大气；排放的废液(吸收剂)为中性且有化肥效应；3、全套供暖装置每亩I. 6万元，为锅炉暖气供暖设备投资的I. 5-2%，不计设备折旧、维修费用，运行成本为锅炉暖气的5% ;4、只要不停电即为无故障运行，供暖炉人员不需专门培训；5、棚内升温快，各片区温度均匀，比棚内加火炉供暖节煤30%，节能即减排，有条件将简易设施农业生产的节能减排、环保指标纳入农业⑶P考核，为保护地球家园作贡献(四)图面说明下面结合附图对发明装置的结构、工作原理作进一步说明图I是燃烧炉(I)的纵剖图，示出了炉身、底座(灰渣仓)的全部结构，其顶盖的做法是将焊好的钢筋拱放在预定高度上，在其上泥浆砌砖即可，厚度一般为12cm，上面 再抹3cm厚水泥砂浆防雨水冲刷，外筒(8)直径860-900mm为宜，为保证圆度，上下内口焊环板，齿托和内衬砖托共用，用边角料焊于外筒内壁图2是热风炉(II)之卧倒剖面图，同时示出两头对接情况，内部构件布置已表示清楚，，图5是前段横剖图，示出内筒(24)与空腔隔板的布置，图6是后段头上的分火花盘(27)，主要示出开孔布局与连接板位置，图7是后段前头的封底(29)，本图示出开管孔七个，是常见数，最少的五孔，多的有十几孔的，嵌焊于炉外筒内底部，每孔穿火管一根，火管头采用耐高温抗氧化钢管与孔边焊严，图8为火管后段(30-1)穿火管架(32)的情况，火管架的内小圆略大于火管直径，外大圆略小于外筒内径，点焊于外筒内壁，也示出后段进风管(31)筒内段延伸管的位置应在两火管之间大空隙处，后段出热风管侧对称安装图3是净化器(III)的纵剖图，也示出引风机(37-3)与进风管(58)的法兰对接情况，内外两筒主结构与阻水百叶的安装关系已表示清楚，净化器桶身高一般I. 3米，考虑与烟火管道对接高度，挖坑放在地坪(5)以下，支腿(45)承受较大压力，也应垫砖灌砼固定，放水阀(46)应为f 50球阀，因桶底有沉淀物(碳泥为主)，平时放水时开阀捅个泄水孔f 30，放完关闭，待除桶内沉淀物，清洗时才能开阀彻底放出液体，上盖(50)是活盖，用翻转螺栓(52)固定或取盖，内筒(57)、阻水百叶(49)都是拆装方便的结构方式图4为系统安装示意图，部件对接顺序，组装方法前述已说清楚，图示也形象明了，本图是发明用于葡萄留树保鲜方法(专利号2004，10028522. 9)的一个实施例，经几年实践，已是成熟技术具体实施例方式本发明的特征之一是设备、管道全安装在棚内，比较适合落地式钢拱双膜农用温棚的水果早熟、留树保鲜供暖，最适合宽窄行相间的小棚架葡萄早熟、留树保鲜供暖，附图4就是发明用于葡萄留树保鲜的安装方案建棚、定植都应与供暖安装衔接，如棚内宽12米，四行葡萄I与2行对爬，3与4行对爬形成两路小棚架，行距4. 4米，2与3行行距I. 6米，为通风采光行距，棚内口距边行O. 8米，棚内长58米，两“山墙”边各留通道宽I米，一路棚架内装设备(I)、(II)、(III)和烟火管道(36)，另一路棚架内装两路热风管道(40-1)、(40-2)，(40-1)的Cd段与(40_2)的BC段布置与另一路棚架中间，高O. 5-0. 6米，因棚短，供暖效果好，，该棚的土地利用率100%，应予推广老式的蔬菜大棚三面厚墙，棚面单坡采光接受日照，内宽8米能种菜的宽6. 5米，果树就不好定植了，一亩棚设计长100米，不宜装本发明装置供暖一亩加火炉十个，三九天一夜烧煤500-600公斤，煤运入，灰渣运出人背均钻小门洞，加火劳动强度大，一户一亩忙不过来，该棚的土地利用率37%，不合国情，不再讨论农用大棚应尽量利用日光照升温，对作物生长有利，连续阴冷天白天也得供暖，棚温达设定上限，停止供暖，降至下限启动供暖，称间歇供暖，供暖间隔时间与棚的保温能力有关，与棚外气温有关，如葡萄留树保鲜大棚的保温层是两层棚膜夹空气保温层厚平均O.5米，外覆草帘，最外层为防雨雪膜，-20°c时，棚温从上限降至下限约I小时，-40°c时夜间不能停火，但仍可安全供暖，2010年-(30-40) V的夜间有一个月，葡萄树上保鲜仍获成功，至2011年元月28日采完果实，一个保鲜期一亩棚烧煤15吨，扣除电费，比加火炉供暖节能30%，2011年棉被保温节煤40%，因确无烟尘污染，备受关注，亩效益十万元以上，是大棚菜的十倍，轰动全市，2012年州人大讨论通过——发展葡萄留树保鲜产业，让农民尽快致富，报纸、电视(农牧天地向全国播报)不断宣传昌吉州政府已拨专款资助发展烧火人要勤掏炉底灰渣，积灰会烧坏炉齿,急升温时加小块煤,气温_20°C以内加大块煤可延长一.炉火的供暖时间，风机匹配是(37-1) I. 1KW，(37-2) 3KW, (37_3)1.5KW压力风机(离心引风安装)，风量大，风温低，热风供暖量大了，风量小，风温高，热风供暖量·小了，热风炉寿命短了，应按上述要求匹配风机，农户多不懂供电、机电，总配电箱装保护原件，还应备用风机，农网改造升级一定要验收达标，尽量降低停电冻坏鲜果损失(农户备用发电机没条件)，为提高温棚内气体兑流效果，风机(37-1)、(37-2)的吸风口可对接PVC吸风管，伸向相对低温区吸风切合我国简易设施农业的国情，按节能环保大局要求设计实施，逐步改善设施农业条件，是技术方案必须体现的宗旨