Получение co2 для теплиц

Получение СО2 в тепличном комплексе

Для продуктивной работы тепличного комплекса (ТК) совершенно необходим углекислый газ в достаточном количестве. Современными методами получения углекислого газа являются:

— выработка СО­₂ за счет водогрейных котлов и газопоршневых двигателей энергоцентра ТК;

Основываясь на 10-летнем опыте работы в тепличном секторе, мы рассмотрим возможности и преимущества двух упомянутых выше вариантов.

Использование отходящих газов от котлов является распространенным и эффективным вариантом получения углекислого газа для повышения урожайности растений в современных тепличных хозяйствах. Этот вариант предполагает наличие котлов специальной конструкции, низкоэмиссионной горелки и конденсора для охлаждения дымовых газов, что в принципе является стандартизированным решением для теплиц и не требует дополнительных вложений. Очевидным минусом этого решения является необходимость летом сжигать газ для получения СО₂, в период, когда тепло не требуется.

Другим вариантом решения, который широко применяется в ТК, имеющих собственный Энергоцентр на базе газопоршневых двигателей, является оснащение двигателя каталитическим конвертером COdiNOx. С помощью реакций окисления и восстановления катализатор очищает выхлопные газы после газопоршневого двигателя и на выходе дает углекислый газ, который можно использовать в теплице. Данный вариант связан с инвестициями на каталитический реактор, его обслуживание, а также с затратами на реагент.

Для сравнения двух вариантов получения углекислого газа рассмотрим Рис. 1, где приведена упрощенная модель процесса использования 10 м 3 природного газа.

Рисунок 1. Получение СО₂ от котла и от газопоршневого двигателя

Из рис.1 ясно, при сжигании одного и того же количества природного газа и выработке одного и того же количества СО₂, в качестве основного продукта от котлов мы получаем только тепловую энергию, а от двигателя — и электрическую и тепловую. Какой вариант является оптимальным? Данный вопрос является особенно актуальным при проектировании и строительстве новых тепличных Энергоцентров, когда обоснование того или иного варианта становится необходимым.

Существует мнение, что использование катализатора не является целесообразным и экономически оправданным решением, и как следствие такой точки зрения, некоторые современные Энергоцентры оснащены ГПА, но не имеют катализаторов, что делает использование выхлопа для получения СО₂ невозможным. Насколько это оправдано?

Практика показывает, что судить о преимуществах и недостатках при выборе оптимального варианта необходимо с учетом ряда факторов, а именно, стоимости дополнительного оборудования, расходных материалов, технического обслуживания, а также сезонности. Прежде всего, необходимости дать ответ на следующий вопрос:насколько совпадают график потребления CO₂ с графиками производства и потребления тепла и электроэнергии?

Данную ситуацию мы попытались разъяснить ниже, используя в качестве модели тепличный комплекс площадью 6 Га, с характерным для этой площади потреблением тепловой энергии и энергии на достветку, для чего на одном графике отразили количество потребляемого тепла, электроэнергии и CO₂ на протяжении года (Рис.2). В этом графике значение CO₂ указано в МВт, в пересчете на необходимое количество природного газа (1м 3 п.г. = 9,5 кВт час = 1,8 кг СО₂).

При подготовке материалов по данному вопросу нам стало понятно, почему до сих пор по нему нет единого мнения. При анализе в поле зрения сразу попадает летний период, видимо из-за того, что он наиболее проблемный с точки зрения загрузки оборудования, поскольку потребности ни в тепловой, ни в электрической энергии в этот период нет, а подкормку растений углекислым газом осуществлять необходимо. Определяющим фактором для выбора варианта здесь является наличие или отсутствие доступа к сетевой электроэнергии. В первом случае использование летом газопоршневых двигателей не актуально и получать необходимое количество углекислого газа лучше с помощью котлов. Во втором случае один из двигателей вынужден работать для обеспечения электроэнергией собственных нужд ТК, и CO₂ имеет смысл получать из выхлопных газов. К сожалению, оба варианта влекут за собой необходимость решения следующей задачи: что делать с избыточной тепловой энергией, которая в летний период не нужна.

Поскольку издержки в обоих вариантах летом являются сопоставимыми и вынужденными, мы решили летний период в нашем анализе вообще не рассматривать, согласившись с тем, что у второго варианта, в общем случае, нет преимуществ перед первым.

Другой характерный период, который показан на графике (рис.2), – это зима, когда работа котлов связана с необходимостью покрытия нужд в тепловой энергии. Соответственно, вариант с использованием CO₂ от котлов зимой абсолютно обоснован, но с одной оговоркой: он не имеет альтернативы при температуре воздуха ниже -5 °С. По нашему наблюдению, приблизительно при этой температуре в Энергоцентрах, оснащенных и котлами с конденсорами и ГПА с каталитическим реактором осуществляется запуск котлов. При температуре выше, чем -5 °С в использовании котлов нет необходимости, так как попутного тепла от ГПА достаточно для тепличного комплекса, ведь речь идет о периоде времени с активной досветкой и практически полной загрузкой ГПА.

Рисунок 2. График досветки, потребления тепла и CO₂ (годовой)

Таким образом, для обоснования целесообразности применения каталитического реактора остаются весенний и осенний периоды, а также та часть зимы, когда температура выше -5 °С, и которые отражены в графике с середины февраля по май и с августа по середину ноября. В эти периоды потребность в тепловой энергии снижается (см. кривую потребности в тепловой энергии на рис.2), и газопоршневые двигатели без котлов могут покрыть необходимую тепловую нагрузку. При этом, если хотя бы один из ГПА оснащен каталитическим реактором, углекислого газа будет достаточно для тепличного комплекса, и использовать котел также нет необходимости. И наоборот, если каталитического реактора в Энергоцентре нет, то использование котлов в этот период становится необходимым с целью производства только СО₂, а тепловая энергия вырабатывается необоснованно, что имеет прямое отношение к объемам потребления газа. Следовательно, в варианте Энергоцентра с каталитическими реакторами предприятие может экономить топливные ресурсы (природный газ). Однако, как эта экономия соотносится с дополнительными затратами на оборудование, его сервис и реагенты?

Ниже приведена сравнительная таблица, где все затраты по первому и по второму вариантам за период весна/осень (расчет выполнен для ТК площадью 6 Га):

Получение СО₂ при использовании

Получение СО₂ при использовании

Расход природного газа — 776 Нм 3 /ч

для ГПА GE Jenbacher JMS 620 3,36 МВт, при 100 % N_эл

Расход природного газа – 376 м 3 /ч

для водогрейного котла 3,5 МВт (тепличного исполнения)

Содержание СО₂ в природном газе

1 м 3 (газа) = 1,8 кг CO₂

Содержание СО₂ в газах после ГПУ

776 Нм 3 /ч·1,8 кг CO₂/ м 3 = 1 397 кг CO₂/ч

Содержание СО₂ в газах после котла

376 м 3 /ч ·1,8 кг CO₂/м 3 = 677 СО₂/ч

Затраты на получение СО₂

Затраты на запасные части, техническое обслуживание и реагент (не включая стоимость оборудования) — 332 руб./час*

376 м 3 /ч · 5,5 руб./м 3 = 2 068 руб./ч

1 кг CO₂ = 0,24 руб. при 100% N_эл ГПА

1 кг CO₂ = 3,05 руб.

затраты на COdiNOx весна/осень

(18 час · 30 дней · 6 мес.)

332 · 18 · 30 · 6 = 1 075 000 руб.

затраты на котел весна/осень

(18 час · 30 дней · 6 мес.)

2068 · 18 · 30 · 6 = 6 700 000 руб.

Разница в затратах (без учета стоимости COdiNOx) в год (весна и осень)

Стоимость оборудования COdiNOx

13,7 млн. руб.

Окупаемость COdiNOx

менее 3 лет

*Данное значение обосновано дополнительным расчетом, который может быть предоставлен

Таким образом, годовая экономия при использовании катализатора в весенний и осенний периоды для тепличного комплекса площадью 6 Га составляет примерно 5,6 млн. рублей (существенно зависит от стоимости природного газа). Это позволяет окупить COdiNOx за период менее, чем 3 года, что открывает возможности для экономии ресурсов ТК.

Кратким итогом изложенного выше является следующее:

— в зимний период при активной досветке и температуре ниже -5 °С, когда тепловой энергии от ГПА не хватает на покрытие нагрузок, оптимальным решением для получения CO₂ является использование котлов;

— в летний период, ни один из указанных методов не является энергоэффективным;

— в весенний/осенний период и теплой зимой прослеживается явный экономический эффект при использовании катализатора для получения CO₂, при этом, за счет экономии природного газа, данного периода достаточно для окупаемости установки каталитического реактора менее чем за 3 года.

Описание процесса работы каталитического конвертера COdiNOx

Принцип работы системы основан на том, чтобы снизить удельные затраты на используемые реагенты и добиться максимального качества очистки CO₂ от вредных примесей. Так, выхлопные газы из двигателя поступают в катализатор, в который, через распылительную форсунку с пневмоприводом подается реагент – раствор карбамида в воде. Выпрыснутый раствор попадает в поток выхлопных газов и равномерно распределяется в нем микшером, после чего, эта смесь попадает в форкамеру реактора, где она, перемещаясь через каталитические реакторы, проходит стадии окисления и восстановления.

Рисунок 3. Принципиальная схема

На участке к восстановительному катализатору, так называемом гидролизном участке, карбамид распадается на аммиак и углекислый газ. В восстановительном катализаторе аммиак вступает в реакцию с оксидами азота, образуя азот и воду.

Карбамид, как твердое соединение, растворимое в воде, имеет ряд преимуществ, по сравнению с аммиаком в плане транспортировки, хранения и обращения, кроме того, использование мочевины дешевле, чем применение аммиака.

На стадии окисления газ CO проходит через керамические ячейки, покрытые благородными металлами (катализаторами), вступая с ними в реакцию и превращаясь в пар и углекислый газ.

Так же, как и выбросы NOx, эмиссии окиси углерода CO и углеводородов CnHm контролируются системой управления.

Затем, очищенный газ охлаждается в теплообменнике до примерно 50-55 °C и подаются в воздух теплиц и/или распределяется непосредственно над устьицами растений через специальные рукава.

Для непрерывного мониторинга состава выхлопных газов и защиты урожая при превышении указанных значений в выхлопных газах в составе системы очистки установлен стационарный газоанализатор COditheen, осуществляющий непрерывное отслеживание параметров и обеспечивающий отключение подачи выхлопных газов в коллектор СО₂ при превышении допустимых концентраций NOx, эмиссии окиси углерода CO, этилена С₂H₄ и других углеводородов CnHm.

Рисунок 4. Каталитический конвертер COdiNOx

Таким образом, к преимуществам использования COdiNOx можно отнести:

• Возможность отслеживать и регулировать необходимую концентрацию этилена и NOx, которые не регулируются в дымовых г3азах от котлов. Например, в дымовых газах после котла содержание NOx ≈ 50 мг/м 3 , а в COdiNOx может быть задано любое значение NOx, начиная с 0 мг/м 3 ;
• Высокий экономический эффект и короткие сроки окупаемости;
• Компактность и легкость подключения;

Одним словом, система COdiNOx одновременно является как эффективным способом для увеличения роста растений, так и безопасным решением для персонала, работающего в теплицах. Повышение производительности, снижение расходов на углекислый газ, безопасные условия производства – вот основные преимущества применения данных катализаторов.

Установки COdiNOx используются в тепличном секторе во всех ведущих странах мира. И с каждым годом на территории России все больше и больше современных тепличных комплексов начинают использовать решения на базе системы COdiNOx, что подтверждает, что это устойчивое решение, которое наглядно увеличивает урожайность при соблюдении последних требований экологических стандартов.

В течение последних 10 лет АО «ВАПОР» успешно выполняет поставки и сервис ГПА GE Jenbacher, катализаторов COdiNOx, котлов и горелок для тепличных комплексов. При этом все большее количество наших Заказчиков считают, что комплексный сервисный договор на техобсуживание всего оборудования энергоцентра/котельной с одним сервис-партнером является оптимальным решением.

Источник статьи: http://vapor.ru/otraslevye_resheniya/teplichnye_hozyajstva_2

CO2 для теплиц и гроубоксов

Жизнедеятельность растений, человека и животных прочно взаимосвязана. При выдохе воздух, поступивший в организм, преобразовывается в диоксид углерода и поступает в атмосферу. Бесцветный газ в небольших количествах есть в окружающей среде. При высокой концентрации он опасен для здоровья, однако, для растений — это необходимый элемент питания, без которого невозможен фотосинтез.

В агропромышленной сфере деятельности коэффициент урожайности зависит от многих факторов, и важную роль играет диоксид углерода. Чем выше насыщенность СО2, тем растения быстрее наполняются энергией, растут, развиваются, дают плоды.

Почему нужен СО2 в теплицах и гроубоксах?

Приятно насладиться вкусом свежих огурцов, помидоров, ягод в зимнее время, или почувствовать аромат любимых цветов, не дожидаясь тепла. Теплицы и груобоксы позволяют выращивать растения в любое время года, создать правильный микроклимат, благоприятно влияющий на процесс дозревания плодов. Без насыщения диоксидом углерода системы освещения, подачи и вентиляции воздуха, увлажнения не дадут желаемый результат.

СО2 находится в структуре каждого растения и обеспечивает фотосинтез. Сложный процесс преобразования солнечной энергии в органические соединения требует затрат огромного количества воды и углекислого газа. Средний показатель газа в атмосфере — 350 ppm. Деревья, кустарники, травы способны поглощать объем до 1500 ppm. Растительные ткани наполняются газом способом пассивной диффузии: молекулы проникают из воздуха с концентрированным содержанием диоксида углерода в менее насыщенные участки (растение). Полученный газ преобразовывается в сахарозу, что является строительным материалом. При увеличении концентрации СО2 рассада, цветы быстрее растут, плоды дозревают сочными и ароматными.

5 вариантов подачи СО2: преимущества и недостатки

В традиционных теплицах, стандартных груобоксах, груокомпактах, стелсах (компьютерном или акустическом) не сложно организовать подачу диоксида углерода. В закрытом грунте легко контролировать количество газа и определить максимально благоприятный период подачи газа. Существуют разнообразные варианты подачи СО2: генераторные, балонные системы, методика применения органики, компостирования, брожения, сухого люда. Стоимость оборудования, расходных материалов, комплектация и способ установки зависят от разновидности применяемой системы.

Балонные системы CO2.

Оксид углерода подается в чистом виде, отсутствует возникновение водяного пара, тепловой энергии. Система проста в управлении: достаточно разместить в помещении, повернуть кран. Оборудование рассчитано на теплицы, груобоксы с огромной площадью насаждений. В комплект входит:

• баллон;
• редуктор;
• регулятор подачи газа;
• электромагнитный клапан для установки периода отключения системы.

Оборудование подключается к устройствам контроля микроклимата. При достижении нужной концентрации или истечении установленного времени система отключает подачу электропитания, клапан перекрывает выход углекислоты.

К недостаткам относятся:

• необходимость периодически заправлять баллон;
• огне-, взрывоопасные свойства.

Генераторы.

Принцип работы заключается в сжигании топлива, в результате чего выделяется оксид углерода. В качестве горючего используется пропан/этиловый спирт. Эффективно насыщает большие площади закрытого грунта.



• с экономической точки зрения покупка оборудования обходится дорого;
• появление тепла при сжигании топливного материала;
• влажность внутри помещения, что опасно возникновением плесени, грибкового поражения.

Способ брожения.

Чаще всего в данном методе применяется сахар с дрожжами, как основные ингредиенты. Компоненты помещаются в емкость с теплой водой. Возникает реакция, вследствие которой выделяется углекислота. Ферментация является альтернативой для компактных груобоксов. В процессе брожения небольшие участки с насаждениями хорошо насыщаются углекислым газом.


• сложно проконтролировать процесс, скорость, количество выделяемого вещества;
• неприятный запах, привлекающий насекомых-вредителей;
• нестабильное распространение газа;
• необходимость постоянно обновлять емкость с ингредиентами.

Использование сухого льда.

Метод основан на применении угольного ангидрида в виде твердого льда. После нагревания вещество переходит в газообразное состояние. Отличный вариант при необходимости резкого подъема количества газа в теплице, груобоксе.



Способ использование сухого льда имеет ряд недостатков:

• на выполнение процедуры необходимо много времени;
• высокая цена на сухой лед;
• действующее вещество негативно сказывается на здоровье человека;
• концентрацию двуокиси углерода сложно проверить;
• необходимость ежедневно пополнять запасы сухого льда.

1. Применение органики.

   Органика — популярное средство удобрения диоксидом углерода в Канаде и странах Европы. Действующие компоненты расфасованы в пластиковые бутылки. Вещество поставляется в сухом виде. Способ эксплуатации довольно простой, не требует специальных навыков и умений. Сначала нужно заполнить емкость теплой водой. Далее устранить стикер с отверстия и встряхнуть. При контакте жидкости со смесью начинает происходить реакция и выделяться углекислый газ. Период действия препарата — 3-4 недели.

   • емкость нужно периодически встряхивать, не менее 1 раза в 2 суток;
   • высокая стоимость составов зарубежного производства;
   • отсутствие датчика контроля консистенции газа.

   Полезные советы: как правильно использовать диоксид углерода

   1. При концентрации СО2 меньше 250 ppm процессы жизнедеятельности замедляются, прекращается рост и растение может погибнуть.
   2. Оксид углерода увеличивает количество жидкости в растительных тканях, вследствие чего повышается уровень влажности в закрытом пространстве. Высокая влажность способствует развитию грибков, гнили, поражающих насаждения. Содержание СО2 в боксе должно быть менее 2000 ppm.
   3. Регулировка подачи двуокиси углерода, влажности должна осуществляться с помощью датчиков. Это позволит избежать негативного воздействия внешних факторов на развитие растения.
   4. Ночью растения не потребляют углеродный газ. Подачу СО2 нужно начинать через пол часа после включения осветительного прибора и за пол часа до его выключения.

   Комплекты систем CO2 улучшают урожайность в несколько раз. С правильной подпиткой темп роста, дозревания плодов ускоряется. Дозревшие овощи порадуют приятным вкусом, а бутоны — удивительной красотой, запахом.

   В агросфере урожайность зависит от многих факторов, и важную роль играет диоксид углерода. Чем выше насыщенность СО2, тем растения быстрее наполняются энергией, растут, развиваются, дают плоды.

   Источник статьи: http://co2-shop.ru/stati/co2-dlya-teplits-i-grouboksov.html