Газовый котел как источник тепла и генератор CO₂ в тепличных комплексах

Для достижения высоких урожаев сельскохозяйственной продукции в теплицах создаются особые условия. Чтобы растения хорошо росли, необходимо поддерживать оптимальное соотношение тепла, света, влажности и углекислого газа.

Углекислый газ CO₂ — это незаменимый источник чистого углерода для растений, который необходим им для полноценного роста и развития. Двуокись углерода играет важнейшую роль в процессе фотосинтеза, позволяя растительным организмам увеличивать зелёную массу, ускорять созревание плодов и повышать урожайность.

В окружающей среде концентрация CO₂ в среднем составляет около 400 ppm. Экспериментальные исследования показывают, что большинство растений достигают точки насыщения углекислым газом при концентрации от 1000 до 1300 ppm.

Для таких культурных растений, как огурцы, помидоры и перец, рекомендуемый уровень углекислого газа составляет от 800 до 1000 частей на миллион.

Увеличение уровня углекислого газа в теплицах способствует повышению урожайности на 50%.

В небольших теплицах углекислый газ можно получить несколькими способами:

Однако, несмотря на преимущества этих методов, возникает сложность в точном регулировании количества поступающего газа.

Крупные тепличные комплексы нуждаются в значительном объеме углекислого газа, и возможность точно настраивать его подачу становится крайне важной.

Для решения этой задачи можно использовать водогрейные котельные или газопоршневые двигатели, которые способны вырабатывать углекислый газ в требуемых объемах.

Одним из наиболее распространенных и эффективных способов получения углекислого газа является использование отходящих газов от водогрейных котлов. Для этого необходимо наличие котла, низкоэмиссионной горелки и конденсатора для охлаждения дымовых газов.

Водогрейные котлы для теплиц имеют конструктивную особенность, которая заключается в том, что в трубках котла проходят топочные газы, которые методом конвективного теплообмена отдают тепло воде.

Газы проходят точку росы после котла в конденсаторе и остывают от температуры 160 градусов на входе до 60 градусов на выходе. Конденсат стекает в дренажную систему, а осушенный, охлажденный и очищенный от окислов серы углекислый газ направляется в дымоход. С помощью вентиляторов происходит распределение CO₂ по магистралям теплицы.

Нагретый теплоноситель поступает в буферную емкость для использования на обогрев теплиц.

Минусом такого решения является необходимость сжигать природный газ в летний период, когда не требуется большое количество тепловой энергии.

Другим вариантом получения углекислого газа является использование газопоршневых двигателей оснащенных каталитическим конвертером COdiNOx. С помощью реакций окисления и восстановления выхлопные газы очищаются и на выходе получается CO₂, пригодный для использования в теплицах.

Минусом данного способа являются инвестиции на приобретение каталитического реактора и реагентов к нему.

При сжигании одного и того же количества природного газа для получения CO₂ при использовании котла получится только тепловая энергия, а при применении газопоршневых установок кроме тепловой будет получена еще электрическая энергия, которая может быть использована на досветку теплиц.

Нет однозначного мнения о рациональности использования того или другого способа получения CO₂.

В летние месяцы потребности в тепловой и электрической энергии минимальны.

Если тепличный комплекс имеет централизованное электроснабжение, то применение газопоршневых двигателей в качестве источника электроэнергии нецелесообразно.

В зимний период необходимо отопление всего парникового хозяйства, но в то же время, при температуре наружного воздуха в пределах -5°С, для поддержания климатических параметров достаточно будет тепловой энергии от газопоршневых двигателей.

Пример графика выработки CO₂

Чтобы обеспечить стабильное производство углекислого газа и тепла в течение всего года, обычно устанавливают водогрейный котел и газопоршневую установку в сочетании друг с другом.

Второй немаловажной составляющей успешной работы тепличного комплекса является поддержание оптимальных климатических условий.

Огромные прозрачные поверхности теплиц обладают высокой теплопроводностью, они отдают внутреннее тепло в холодное время года и поглощают излишки тепла в летнее, микроклимат внутри помещений во многом зависит от погоды и времени суток за стенами теплицы.

Теплично-парниковые комплексы являются одними из наиболее энергоемких производств. В себестоимости продукции затраты на обогрев составляют 40-80%.

Качественная система создания микроклимата включает в себя не только подогрев воздуха, но и грунта.

На поддержания оптимальных климатических условий зимой в теплицах площадью 1 Га расходуется более 200 тонн условного топлива за сезон. Для обогрева до +15 градусов 1 га теплицы в Москве необходимо ориентировочно 4490 кВт тепловой энергии в год.

Потребление тепловой энергии в течение года и времени суток неравномерно и происходит скачками. Основной задачей здесь является создание равномерной и постоянной нагрузки на тепловое оборудование.

Для выработки необходимого количества горячей воды для нужд тепличного хозяйства используют водогрейные котлы с большим водяным объемом. Чем больше производительность такого агрегата, тем больше расход природного газа для его работы, тем больше потребление электроэнергии для обслуживания котла, в том числе для дополнительного перемешивающего насоса.

Если площади теплиц большие, то производительности водогрейного котла может не хватать, тогда устанавливают специальные баки аккумуляторы, в которых накапливается горячая вода.

Потребность парникового хозяйства в тепловой энергии определяют на основании расчета, в котором принимают во внимание габариты теплицы, материал ограждающих конструкций, регион, расчетную температуру холодного периода, необходимую температуру воздуха и грунта, которую необходимо поддерживать, культуры, выращиваемые в теплице.

На основании этого расчета выбирается емкость баков-аккумуляторов. Обычно их устанавливают два для устойчивой работы системы.

Особенностью конструкции баков для теплиц является наличие внутренней системы трубопроводов с двумя распределительными коллекторами и системой подмешивания воды. Благодаря этому поступающая горячая вода перемешивается с накопленной и внутри бака сохраняется постоянная температура.

Толщина изоляции стенок баков-аккумуляторов составляет 100-200 мм, что позволяет сохранять тепло длительное время.

Для предотвращения появления отложений и коррозии в баках-аккумуляторах применяют барботирование азота через слой воды и создания газового слоя над поверхностью. Такая технология позволяет удалить кислород и углекислый газ из воды, а поддержание инертной атмосферы азота над емкостью препятствует проникновению этих агрессивных газов.

Отопление теплицы можно обустроить различными способами, выбор оборудования очень богат, поэтому подобрать подходящее не составит труда.

Предприятие “МКС” имеет опыт по оснащению предприятий агропромышленного комплекса котельными и газопоршневыми установками собственного производства.

Так на тепличном комплексе “Подмосковье” в г. Воскресенске для производственных и технологических нужд была установлена водогрейная котельная мощностью 196 МВт.

В качестве основного оборудования были задействованы восемь водогрейных котлов CLW 350S. Основным топливом является природный газ, дополнительным — дизельное топливо.

Для выработки CO₂ на выходе из дымовых труб он охлаждается и подается в теплицы.

Это один из примеров применения продукции компании для нужд сельского хозяйства.

Специалисты предприятия грамотно рассчитают и подберут необходимое оборудования для любых потребностей заказчика.

Вопрос: Углекислый газ не мешает росту растений?

Ответ: Нет, углекислый газ стимулирует рост растений

Работаем там, где другие отказываются.

Читайте актуальные новости у нас в телеграм-канале