| Главная » Статьи » Мои статьи |
| Нагнетание отходящих газов котельной 1. При нагнетании отходящих газов котельной (ОГК), отходящие от котла газы (дым) очищают с помощью палладиевых катализаторов или водяных скрубберов, охлаждают с частичным отделением водного конденсата, и затем подают в теплицу по распределительным газопроводам, нередко многократно разбавляя атмосферным воздухом. К растениям газы поступают через перфорированные полимерные рукава большого диаметра, которые отходят от распределительного газопровода внутри теплицы. Эта наиболее распространённая в мире группа технологий подкормки. 2. Подкормка производится частично осушенными продуктами сгорания природного газа с основным химическим составом: 87.2% N2, 10.6% CO2, 2.1% O2. Возможны значительные изменения состава продуктов сгорания, зависящие от режима работы теплового котла и от конструкции горелки; при этом содержание СО2 может на практике изменяться в диапазоне 6-11%. Недостатком данной технологии подкормки также является попадание в воздух теплицы сопутствующих продуктов сгорания топлива: окиси углерода (CO), оксидов азота (NO, NO2, N2O), диоксида серы (SO2), этилена (C2H4) и бенз(а)пирена (C20H12). Концентрация в дыме этих токсичных соединений сильно зависит от режимов работы горелки теплового котла (табл. 3). Степень очистки от тех же оксидов азота с помощью палладиевого катализатора составляет не более 40-75%; даже при многократном разбавление ОГК воздухом, ПДК токсичных компонентов в воздухе рабочей зоны может многократно превышать предельно допустимые концентрации для человека (по ГН 2.2.5.1313-03) и растений. При неполном осушении отходящих газов, обильно образующийся конденсат в распределительных рукавах часто создаёт проблемы с прохождением по ним газов и провоцирует развитие серой гнили на растениях, растущих под рукавом. Таблица 3 Концентрация основных токсичных соединений в отходящих газах отечественных котлов (на природном газе), мг/м³ СоединениеКласс опасностиМинимальная разовая ПДК Концентрация в отходящих газах для человекадля овощных растенийпри горячем дутьевом воздухепри холодном дутьевом воздухе Оксид углерода320125100-300300-10000 Диоксид серы3100,30-15000-1500 Оксиды азота350,8300-1500100-300 Диоксид азота320,340-12020-50 Бенз(а)пирен10,00015н/д0,03-0,050,03-0,05 3. Растения возможно подкармливать весь период выращивания – от появления всходов по прекращения вегетации. Система подачи отходящих газов через перфорированные полимерные рукава, в отличие от системы прямой газации, технически позволяет поддерживать определённый уровень СО2 и при открытых фрамугах в жаркую погоду. 4. Возможно дозировать СО2 весь световой день, соответствуя как изменению факторов окружающей среды (освещённость, температура и влажность), так и биологической (сортовой) суточной динамике фотосинтеза, но точность дозирования невысокая. Это происходит из-за того, что содержание СО2 в дыме: а) зависит от режима работы горелки котла, б) недостаточно велико (максимально 11%, на практике 4-5%) для устойчивого поддержания рекомендуемой концентрации в воздухе теплицы в случае увеличения вентилирования. Скачкообразные изменения концентрации СО2 в воздухе, окружающем растение, могут вызывать у них стресс, затормаживающий процесс фотосинтеза. 5. Изменяя высоту подвеса полимерных рукавов (если это предусмотрено), можно подавать отходящие газы по зонам – к точкам роста, в зону активных листьев, или в прикорневую зону. 6. Отходящие газы равномерно распределяется по всей площади теплицы через систему пластиковых рукавов. 7. Нагнетание осушенных отходящих газов с температурой, равной с температурой воздуха в теплице, мало влияет на температурно-влажностный режим в теплице. 8. Подкормку отходящими газами допустимо использовать при светокультуре только при условии их полной очистки от фитотоксичных газов. 9. С точки зрения охраны труда использование этой технологии безопасно, при условии качественной очистки отходящих газов. 10. Дополнительной хозяйственно-ценной функцией некоторых систем подкормки ОГК является возможность запасать в специальном тепловом аккумуляторе избыточное тепло от работающего котла, которое идёт на обогрев теплицы в то время, когда котёл не работает – это значительно экономит природный газ (около 500 тыс. м³/га в год). 11. Капитальные вложения при внедрении этой системы подкормки достаточно велики. Необходимо использовать специализированные котлы с возможностью отбора отходящих газов. Главное требование к горелкам подобных котлов – работать в постоянном режиме, неизменно обеспечивая полное сгорание топлива, с минимальным образованием побочных продуктов горения. Высокотехнологичные импортные газовые горелки имеют очень высокую стоимость, их возможно установить далеко не на все модели котлов. Палладиевые катализаторы для очистки отходящих газов весьма дороги. Потребуются смонтировать систему магистральных и распределительных газоходов, приобрести дорогие пластиковые рукава большого диаметра и высоконапорные вентиляторы. Минимальный набор оборудования также включает в себя датчик CO2 и набор датчиков токсичных газов, полнофункциональную систему управления (климат-компьютер). 12. Подача ОГК в теплицы является весьма энергоёмким процессом, так как при приоткрытых фрамугах системе газораспределения приходится в конечном итоге замещать весь воздух в теплице дымом из трубы (в 10 м³ неразбавленного воздухом дыма содержится не более 0,9 м³ СО2), поэтому применяются высоконапорные вентиляторы, потребляющие при эксплуатации очень много электроэнергии. При большой площади комбината и значительном удалении теплиц от котельной, также очень велики затраты электроэнергии на перекачку огромных объёмов дымовых газов по магистральным газоходам. Выделяющийся в значительных количествах из ОГК водяной конденсат (около 0,11-0,12 кг/кг), подкисленный частично растворёнными СО2, SO2 и NO2, вызывает постепенную коррозию металлических отводящих газоходов, а также может приводить к частому выходу из строя дорогостоящих высоконапорных вентиляторов. Поскольку в принципе отсутствует возможность сохранить и накопить дымовые газы для использования в нужный период, то летом для осуществления подкормки приходится специально пережигать большое количество топлива и амортизировать оборудование котельной, что экономически приемлемо лишь при условии высоких цен на тепличную продукцию. При этом наблюдается очень значительные потери тепловой энергии из-за отсутствия во многих хозяйствах эффективных систем её утилизации (тепловых аккумуляторов, тепловых насосов). 13. Для обслуживания системы подкормки ОГК не требуются никаких новых специалистов. 14. Для повышения эффективности подкормки и экономии природного газа исключительно важно снизить потери на вентиляцию, т.е. стремиться держать фрамуги в каждый момент времени минимально открытыми, и также избегать непроизводительных потерь CO2. Это можно достичь тремя различными способами. Во первых, охлаждением теплицы кровельными форсунками. Во вторых, использованием современной быстродействующей системы управления форточной вентиляцией, которая позволяет точно позиционировать фрамуги, незамедлительно реагируя на любые изменения погодных условий. (К сожалению, на многих комбинатах установлены ненадежные приводы форточной вентиляции теплиц. В таких теплицах нежелательно частое открытие форточек или изменение положения фрамуг на малую величину, так что для реальной экономии углекислого газа и тепла, может потребоваться реконструкция механизмов открывания.) При программировании климат-компьютера (на открытие фрамуг) следует учесть, что при систематических подкормках допустима более высокая температура в теплице, поскольку при повышенном содержании CO2 в воздухе температурный оптимум фотосинтеза у высших растений смещается вверх (на 1-4 ºC в зависимости от культуры, сорта и уровня освещённости). В третьих, используя системы мониторинга растений, контролировать реальную суточную динамику фотосинтеза – для выявления полуденной депрессии и более точного поддержания оптимальных концентраций CO2. Для повышения эффективности работы распределительной системы в теплице, предохранения металлических магистральных и распределительных газоходов от коррозии и предотвращения выхода из строя напорных вентиляторов вследствие попадания подкисленного водного конденсата, целесообразно устанавливать непосредственно за тепловым котлом «конденсационный утилизатор» тепла отходящих газов. Подобные недорогие устройства, изготовленные из коррозионностойких материалов, обеспечивают наряду со снижением температуры и влагосодержания ОГК, повышение КПД теплового котла на 5-7% и более за счёт использования скрытой теплоты конденсации паров воды. В ряде случаев экономически целесообразна модернизация системы подкормки ОГК путём подключения оборудования, использующего привозную жидкую углекислоту в изотермической цистерне, из которой восстановленный СО2 через устройства подогрева и регулирования подачи может подаваться в теплицу как в смеси с отходящими газами котельной, так и в чистом виде. Это решение позволяет не пережигать летом природный газ и снизить до минимума нагрузку на оборудование котельной, а также стабилизировать содержание СО2 в газовой смеси для подкормки. Для современных высоких теплиц рекомендуется применение группы специальных циркуляционных вентиляторов, создающих равномерное круговое движение воздуха внутри сооружения, на небольшой скорости – до 1 м/с. Подобное техническое решение, в частности, гарантирует равномерную концентрацию СО2 в воздухе (по площади теплицы) и улучшенный газообмен растений. Возможные направления будущего совершенствования технологии: а) заимствование из химической промышленности современных систем очистки отходящих газов от фитотоксичных примесей при любых режимах работы горелок тепловых котлов, и соответственно отказ от палладиевых катализаторов; б) концентрирование СО2 из отходящих газов до 50% и более, и подача очищенной концентрированной газовой смеси в теплицу (проект настоящей установки уже разработан); б) полное осушение отходящих газов в конденсационных утилизаторах или мембранных осушителях. Подача чистого углекислого газа 1. Подача к растениям в теплице: чистого углекислого газа, распределяемого по системе пластиковых рукавов малого диаметра (способ А); или воды, насыщенной чистым углекислым газом, распределяемой по системе полива или подкормки (способ Б) – наиболее совершенная на сегодня группа технологий. Традиционно, такой комплекс оборудования использует привозную низкотемпературную углекислоту (в изотермических цистернах), редко углекислоту высокого давления (в баллонах 24 кг), из которых восстановленный газ через устройства подогрева и регулирования подачи нагнетается под собственным давлением в теплицу к растениям по пластиковым рукавам. В зависимости от потребности в углекислоте и организации её доставки, практикуются различные варианты использования мобильных и стационарных цистерн (табл. 4). Как правило, устанавливают стационарную изотермическую цистерну для жидкой углекислоты большой ёмкости (20-40 т), время от времени пополняемую из автомобильных цистерн. От этого резервуара и снабжается вся система подкормки растений. Таблица 4 Варианты получения и способы подачи чистого углекислого газа №Вариант полученияМесто накопленияСпособ подачи к растениям 1Сторонний поставщик жидкой углекислотыизотермическая цистерна с жидкой углекислотойА. газ по системе пластиковых рукавов; Б. вода, насыщенная газом, по системе полива (подкормки) 2Собственное производство жидкой углекислоты Несмотря на удобство и относительную техническую простоту систем, работающих на привозной углекислоте, их эффективное применение в России осложняется следующим обстоятельством. Жидкая углекислота высшего сорта согласно ГОСТу 8050-85 должен иметь чистоту 99,8% и не содержать лабораторно определяемые примеси иных веществ, кроме воды. Подобный высокоочищенный продукт, который единственно подходит для подкормки тепличных растений и для использования в пищевой промышленности, стоит достаточно дорого (не менее 2,30 руб./кг). На практике часты случаи покупки дешёвой жидкой углекислоты (стоимостью немного более 1,00 руб./кг) не соответствующей ГОСТу, которая плохо очищена и пригодна лишь для технического использования. В ней могут содержаться значительные примеси сивушных масел, сероводорода и аммиака, этаноламинов, которые отрицательно сказываются на работоспособности людей и продуктивности растений, её не следует использоваться в пищевой промышленности. Самостоятельно каждый раз проверять в условиях тепличного комбината фактическое качество покупаемого продукта нереально. Очистка на месте значительного количества СО2 (2-5 т/сутки и более) до необходимой кондиции представляет собой отдельную дорогостоящую техническую задачу. Таким образом, при использовании привозной углекислоты придётся обратить особое внимание на организационные вопросы: выбор сертифицированного производителя СО2, выбор надёжного перевозчика жидкой углекислоты, контроль качества углекислоты. Перебои с доставкой отрицательно скажутся на урожайности растений. В ряде случаев при организации полноценной подкормки СО2 овощных культур на больших площадях (более 12 га), возникает значительная потребность в жидкой углекислоте (от 8 т/сутки), которая не может быть покрыта рентабельным образом путём привоза из других мест. Становится экономически целесообразно производить и накапливать жидкую углекислоту прямо в тепличных хозяйствах, имеющих собственную котельную на природном газе. Специальные промышленные установки различных типов, носящие собирательное название «углекислотные станции» выделяют СО2 из отходящих дымовых газов котельной, очищают его от всех примесей и сжижают. Можно использовать также станцию с узлом непосредственного сжигания природного газа, дизельного топлива и других углеродосодержащих веществ. Готовая жидкая углекислота накапливается в изотермической цистерне большой ёмкости, где она может сохраняться неограниченное время, подаваться в систему для подкормки растений, на устройство зарядки баллонов, в транспортные цистерны, или установку для производства сухого льда. Наличие достаточно большой накопительной ёмкости гарантирует, что в случае остановки станции, к примеру, на техническое обслуживание, всегда можно будет временно использовать привозную углекислоту. Если углекислотная станция проектируется без блока сжижения и накопительной цистерны, то ночью и пасмурным днём чистый углекислый газ должен будет выбрасываться в атмосферу, либо придётся регулярно отключать станцию, что снижает её ресурс. Для использования в системе подкормки растений при способе А, жидкую углекислоту превращают в газификаторе (испарителе) в подогретый углекислый газ, который под давлением поступает в магистральный трубопровод. Далее газ из магистрального трубопровода через специальное устройство подаётся в теплицу по распределительным газопроводам. К растениям газ поступает через перфорированные полимерные рукава, которые отходят от распределительного газопровода. Рукав имеет боковой двойной шов, за который он может быть подвешен на любом уровне. При большой площади комбината и значительном удалении теплиц от цистерны с жидким СО2 затраты электроэнергии на перекачку восстановленного углекислого газа по магистральным газопроводам до каждой теплицы (и по теплицам) ничтожны по сравнению с нагнетанием ОГК, поскольку объём перекачиваемого газа меньше в 10-20 раз и он уже находится под давлением. Могут применяться маломощные напорные вентиляторы (для регулировки потока), пластиковые газопроводы малого диаметра; коррозии металлических частей не наблюдается вследствие отсутствия воды в жидкой углекислоте. Использование поливной воды (питательного раствора), насыщенного чистым углекислым газом (способ Б), распределяемой по системе полива или подкормки – малораспространенная технология, перспективная для применения в плёночных теплицах, особенно при выращивании зеленных и выгоночных культур. Может использоваться при гидропонной (малообъёмной) культуре, при капельной поливе на грунтах, при поливе дождеванием. Насыщение воды СО2 (в концентрации 0,3…1,1 л/л) производится под давлением с помощью специальных аппаратов – сатураторов. 2. Подкормка производится, при обоих способах, чистым СО2 практически 100% концентрации. При условии использования углекислоты соответствующего качества, полностью исключено угнетение растений и отравление людей фитотоксичными газами. Само по себе насыщение воды углекислым газом (способе Б), не оказывает существенного влияния на рост и развитие растений, поскольку он слабо проникает в листья при транспорте воды корневой системой. К примеру, доля корневого поглощения СО2 растением огурца составляет не более 4% от общего. Собственно подкормка осуществляется только за счёт углекислого газа, выделившегося из раствора. 3. При обоих способах подачи СО2, растения возможно подкармливать весь период выращивания – от появления всходов по прекращения вегетации. Системы подачи чистого углекислого газа через перфорированные полимерные рукава и системы распределения воды, насыщенной чистым углекислым газом, работающие от стационарного источника, технически позволяет устойчиво поддерживать оптимальный уровень СО2 и при открытых фрамугах в жаркую погоду, если это оправдано высокими ценами на тепличную продукцию. 4. При способе А можно с высокой точностью и экономично дозировать углекислый газ весь световой день: не допуская скачкообразного изменения концентрации, и в соответствии как с изменением факторов окружающей среды (освещённости, температуры и влажности воздуха), и также реагировать на изменение суточной динамики фотосинтеза. При способе Б также возможно дозировать СО2 весь световой день: обогащение им воздуха в прикорневой зоне растений происходит плавно, потери на вентиляцию ограничены. К сожалению, содержание СО2 в воздухе достаточно сложно регулировать, трудно за короткий промежуток времени увеличить его содержание в воздухе теплицы. 5. При способе А, изменяя высоту подвеса перфорированных полимерных рукавов, можно подавать углекислый газ на любой высоте в непосредственной близости от растений – в прикорневую зону, в зону активных листьев, или к точкам роста. При способе Б, через систему полива (подкормки) вода, насыщенная СО2, обычно подаётся в прикорневую зону. 6. При обоих способах подачи, углекислый газ равномерно распределяется по всей площади теплицы. 7. Подкормка чистым углекислым газом через систему пластиковых рукавов (способ А) не влияет на температурно-влажностный режим в теплице. Подкормка с использованием воды, насыщенной чистым углекислым газом (способ Б), значительно влияет на температурно-влажностный режим в теплице, поскольку подкормка фактически совмещена с поливом (подкормкой) растений. 8. Подкормка чистым углекислым газом через систему прозрачных пластиковых рукавов малого диаметра – наиболее пригодная технология для использования при светокультуре. 9. С позиции охраны труда использование обеих способов подкормки совершенно безопасно, при условии использования углекислоты высшего сорта по ГОСТ 8050-85. 10. Дополнительной хозяйственно-ценной функцией оборудования для обеих способов подкормки является возможность использования на месте агрегатов для заморозки, охлаждения или переработки сельскохозяйственной продукции, которые заправляются непосредственно жидкой углекислотой из стационарной или мобильной цистерны. Плоды и овощи, подвергнутые быстрой заморозке и фасовке на месте, наиболее полно сохраняют вкусовые достоинства и питательную ценность, все витамины и биологически активные вещества. Немаловажно, что для приготовления дорогостоящих замороженных смесей может быть использована нестандартная плодоовощная продукция. При собственном производстве СО2 на углекислотной станции, возможно получать значительную выручку от продажи на сторону жидкой углекислоты, сухого льда и сжатого углекислого газа в баллонах, особенно во внесезонное время. Дополнительными хозяйственно-ценные функциями оборудования для подкормки по способу Б, можно считать снижение pH питательного раствора (поливной воды) при насыщении её СО2, что улучшает растворимость удобрений, повышает усвояемость кальция и магния растениями. Прекращается отложение известкового налёта в шлангах и капельницах, но в них усиливается рост водорослей. 11. При внедрении обеих способов подкормки чистым СО2 требуются значительные капитальные затраты на приобретение углекислотной станции и/или стационарного резервуара для жидкой углекислоты большой ёмкости. Углекислотную станцию следует конструировать по индивидуальному проекту, учитывающему особенности работы тепличного комбината, в первую очередь годовой и суточный графики работы котельной, требования по энергосбережению, коэффициент вентиляции теплиц. При внедрении подкормки по способу А, необходим газификатор с устройством подачи углекислого газа, централизованная система разводки газа по теплицам, набор специальных перфорированных полимерных рукавов. Процесс подкормки должен регулироваться высокопроизводительным климат-компьютером, получающим данные с системы тепличных датчиков СО2 и датчиков расхода восстановленного углекислого газа. В способе Б используется готовая система полива (подкормки) растений, с врезкой в неё нескольких сатураторов. Минимальный набор оборудования также включает в себя датчики CO2, датчики давления и климат-компьютер. 12. При обоих способах подкормки средний расход чистого СО2 при солнечной погоде составляет около 250 кг/га за световой день при закрытых фрамугах. При открытых фрамугах этот показатель может составить от 500 до 1 000 кг/га за световой день при ветреной погоде. (Обобщённые данные за весенне-летний период приведены для III световой зоны, с продолжительностью светового дня порядка 10-14 часов.) Подача углекислого газа в воде (в питательном растворе) в прикорневую зону растений позволяет значительно сократить этот расход, поскольку непроизводительные потери при вентиляции теплицы при этом способе подкормки существенно меньше. 13. При внедрении обоих способов подкормки, требуются новые специалисты для обслуживания системы хранения жидкой углекислоты и/или углекислотной станции. 14. Для повышения эффективности подкормки по обоим способам и максимальной экономии жидкой углекислоты необходимо до минимума снизить потери на вентиляцию и непроизводительные потери. Это достигается теми же тремя способами, которые были рекомендованы для технологий, использующие ОГК (см. выше). 15. Направления дальнейшего совершенствования данной группы технологий подразделятся на технические и организационные. Техническими направлениями является внедрение новых типов энергоэкономичных углекислотных станций, использующих дымовые газы котельных на природном газе и других видах углеводородного топлива. Наиболее перспективны для получения СО2 на тепличных комбинатах России в недалёком будущем углекислотные станции адсорбционно-десорбционного типа (на твёрдых сорбентах) и мембранные станции. Для крупных тепличных комбинатов, активно расширяющих площади под светокультурой, лучшим комплексным решением, по-видимому, будет являться установка собственной газопоршневой (газотурбинной) электростанции с утилизацией тепла и получением чистого диоксида углерода из отходящих газов криогенным способом. Организационным направлением, перспективным в условиях России, следует признать организацию Службы (созданной, возможно, при Ассоциации «Теплицы России») по централизованной закупке и доставке в тепличные комбинаты жидкого диоксида углерода высшего сорта (ГОСТ 8050-85) по экономически обоснованным расценкам. Объём сегодняшнего производства качественного диоксида углерода на химических комбинатах и спиртовых заводах на всей территории страны достаточен. Исходя из зарубежной практики, подобная централизованная служба, дополнительно поставляющая по оптовым ценам необходимое оборудование и приборы для хранения, перекачки и использования жидкого диоксида углерода, датчики СО2, консультационную помощь по организации подкормки, позволяет значительно снизить производственные затраты и облегчает повседневную работу инженерной службы тепличного комбината. Наиболее вероятным направлением совершенствования подкормки с использованием воды, насыщенной чистым углекислым газом (способ Б), будет создание систем, насыщающих воду чистым СО2, непосредственно отбираемым из отходящих газов котельной. Прототипы этих установок (мембранные интегрированные системы) уже существуют. Дальнейшее развитие технологий подкормки чистым углекислым газом требует применение более совершенных систем мониторинга растений, позволяющих кроме прочего, постоянно контролировать реальную суточную динамику фотосинтеза. Понадобятся дополнительные исследования, для того, чтобы для каждого сорта овощных и цветочных культур определить свою оптимальную концентрацию углекислого газа в воздухе, в комплексе с оптимизацией температурно-влажностного режима и режима минерального питания – в зависимости от изменения освещённости и фазы развития растения. Выбор технологии подкормки Система подкормки растений углекислым газом необходима на каждом тепличном комбинате, которое рассчитывает на экономический успех, а не существует за счёт бюджета. Существующая практика доказывает, что все три группы промышленных технологий подкормки имеют право на существование в условиях России. Даже подкормка прямой газацией, которая уже не отвечает современным потребностям технологии овощеводства защищённого грунта и требованиям ресурсо- и энергосбережения, тем не менее, прочно занимают свои узкие области применения. Для решения вопросов внедрения промышленных технологий подкормки растений, использования привозной жидкую углекислоту или постройки своей углекислотной станции, модернизировать с помощью современного оборудования уже существующей системы подкормки, следует проводить полное обследование тепличного комбината. Только изучение годового и суточных графиков работы котельной, коэффициента воздухообмена теплиц при различных погодных условиях, составление топливно-энергетического баланса предприятия, сравнение капитальных и эксплутационных затрат каждого варианта, и учёт требований по энергосбережению, позволит дать ответ, какая технология будет наиболее экономически целесообразна в каждом конкретном случае. | |
| Просмотров: 2545 | Рейтинг: 0.0/0 |
| Всего комментариев: 0 | |
 | AmarcoInc © 2024 |  |  |