DD279140A3

DD279140A3 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR ENRICHING THE HOUSEHOOD AIR WITH CARBON DIOXIDE

Info

Publication number: DD279140A3
Application number: DD32205588A
Authority: DD
Inventors: Georg Bell; Martin Dietzel; Dietmar Bauer; Rossiza Boehme; Alfred Martin; Heinz Dehnz
Original assignee: Energieversorgung Ingbetrieb
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1990-05-30
Also published as: DE3937012A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Anreicherung der Gewaechshausluft mit Kohlendioxid unter Ausnutzung der bei der Verbrennung von schwefelarmen und schwefelfreien Gasen entstehenden Rauchgase. Ziel der Erfindung ist es, mit einfachen und in Gewaechshausanlagen vorhandenen Mitteln die Pflanzenproduktion in Gewaechshaeusern zu erhoehen und zusaetzliche Energietraeger einzusparen. Die bei der Verbrennung anfallenden Rauchgase sind so aufzuarbeiten, dass sie unter Ausnutzung des Kohlendioxidgehaltes zur Anreicherung der Gewaechshausluft und zur Verbesserung der Giesswasserqualitaet verwendet werden koennen. Dem Hauptrauchgasstrom wird ein Teilvolumenstrom entnommen und im indirekten Gaskuehler, in welchem als Kuehlmittel Giesswasser eingesetzt wird, abgekuehlt. Waehrend des Kuehlungsprozesses wird das Giesswasser erwaermt und durch die Zufuhr von Frischluft mit Sauerstoff angereichert. Das abgekuehlte Rauchgas wird ueber eine Rauchgasleitung und Verteilungseinrichtungen in das Gewaechshaus geleitet.The invention relates to a method and an arrangement for enriching the Gewächshshausluft with carbon dioxide using the resulting in the combustion of low-sulfur and sulfur-free gases flue gases. The aim of the invention is to increase the plant production in greenhouses with simple and existing in Gewächshausanlagen resources and save additional energy carrier. The flue gases that accumulate during combustion must be worked up in such a way that they can be used to enrich the greenhouse air and improve the quality of the cast water by utilizing the carbon dioxide content. The main flue gas flow is taken from a partial flow and cooled in the indirect gas cooler, in which is used as coolant water, cooled. During the cooling process, the irrigation water is heated and enriched by the supply of fresh air with oxygen. The cooled flue gas is directed via a flue gas pipe and distribution facilities into the greenhouse.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid, unter Ausnutzung der bei der Verbrennung von schwefelarmen bzw. schwefelfreien Energieträger entstehenden Rauchgase.The invention relates to a method and an arrangement for enriching the greenhouse air with carbon dioxide, taking advantage of the resulting during the combustion of low-sulfur or sulfur-free energy sources of flue gases.

Characteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß das Absinken der CO₂-Konzentration in der Gewächshausluft unter das Niveau der Außenatmosphäre von 320VoI. ppm erhebliche Wachstumsverluste bei Kulturpflanzen verursacht. Unterhalb einer CO₂-Konzentration von 140 Vol. ppm ist selbst bei genügend Wärme, Licht und Nährstoffen kein Pflanzenwachstum mehr möglich.It is known that the decrease of the CO ₂ concentration in the greenhouse air below the level of the external atmosphere of 320VoI. ppm caused significant growth losses in crops. Below a CO ₂ concentration of 140 ppm by volume, no plant growth is possible even with sufficient heat, light and nutrients.

Üblicherweise benutzt man die in den Gewächshäusern angebrachten Lüftungsklappen, um einen C0₂-Konzentrationsausgleich mit der Außenatmosphäre zu erreichen. Aus heiztechnischer Sicht bringt dieses einfache Verfahren allerdings erhebliche Wärmeve^rluste mit sich. Andererseits ist mit solchen Verfahren nur eine CO₂-Anreicherung der Gewächshausluft bis auf das Niveau der Außenaimosphäre mögiich. Berechnungen und Vürsuchn haben bowitJcdn, daß erheblich höhere CG₂-Konzentrationen das Wachstum der Kulturpflanzen stark positiv beeinflussen und damit wesentlich höhere Erträge zulassen.Usually used in the greenhouses mounted ventilation flaps to achieve a C0 ₂ concentration compensation with the outside atmosphere. From heiztechnischer perspective, however, considerable Wärmeve brings this simple procedure ^r losses with them. On the other hand, up to the level of Außenaimosphäre possibIe with such a method, only one CO ₂ enrichment of the greenhouse air. Calculations and expectations have shown that significantly higher CG ₂ concentrations have a strong positive influence on the growth of crops and thus allow much higher yields.

Aus diesen Gründen wurden auf diesem Gebiet verschiedene Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen. So wird in der DE 3614387, vorgeschlagen, einen COyGenerator, der geregelt CO₂ in das Gewächshaus einströmen läßt, zu verwenden. Die Regelung erfolgt durch einen Meßgasstrom. Das Meßgas wird verbrannt und die Flamme auf ihre örtliche Verlagerung bzw. ihr Erlöschen hin überwacht und dient damit als Steuerungsgröße.For these reasons, various methods and devices have been proposed in this field. Thus, in DE 3614387, it is proposed to use a COyGenerator, which allows regulated CO ₂ to flow into the greenhouse. The regulation takes place by a measuring gas flow. The gas to be measured is burned and the flame is monitored for its local displacement or extinction and thus serves as a control variable.

Gemäß DE-OS 3114 23 57 ist das Gießwasser der Pflanzen mit Kohlendioxid zu imprägnieren und die Kohlendioxidfreisetzung in Pflanzennähe über die Temperatur und den Druck des Gießwassers zu steuern.According to DE-OS 3114 23 57, the irrigation water of the plants to be impregnated with carbon dioxide and to control the release of carbon dioxide near the plant via the temperature and pressure of the irrigation water.

Weitere technische Lösungen werden in der GB-PS 1143403 und in der GB-PS 1199 278 vorgeschlagen. Obwohl beide Lösungen unterschiedliche Meßverfahren zur Bestimmung der CO₂-Konzentration vorschlagen, wird bei beiden Lösungen technisch reines Kohlendioxid-Gas als CO_rQuelle benutzt.Further technical solutions are proposed in GB-PS 1143403 and GB-PS 1199 278. Although both solutions propose different measurement methods for determining the CO ₂ concentration, both solutions use technically pure carbon dioxide gas as CO _r source.

In der technischen Lösung gemäß DD-WP 243422 wird aus der Pflanzengröße, der aktuellen Beleuchtungsstärke und der Temperatur, computergestützt, der CO₂-Bedarf ermittelt und durch einen CO₂-Generator für Erdgas oder Biogas erzeugt. Der entsprechende Brenner befindet sich im Gewächshaus.In the technical solution according to DD-WP 243422, the CO ₂ requirement is determined from the plant size, the current illuminance and the temperature, computer-aided, and generated by a CO ₂ generator for natural gas or biogas. The corresponding burner is located in the greenhouse.

In der DE 2649G42 wird zur Deckung des CO₂-8edarfs der Pflanzen ebenfalls ein CO₂-Brenner verwendet.In DE 2649G42, a CO ₂ burner is also used to cover the CO ₂ demand of the plants.

Dio bisherigen bekannten technischen Lösungen haben den Nachteil, daß durch Öffnen der Gewächshausklappen eine Anreicherung der Luft im Gewächshaus mit Kohlendioxid nicht mehr möglich istund hohe Wärmeverluste im GewächshausDio previous known technical solutions have the disadvantage that by opening the greenhouse flaps an enrichment of the air in the greenhouse with carbon dioxide is no longer possible and high heat losses in the greenhouse

entstehen. Die Erzeugung des zur Anreicherung benötigten Kohlendioxid erfolgt durch die Verbrennung von technisch reinem CO₂-GaS. Der Umgang mit offenen Brennerflammen erfordert aufwendige brandschutztechnische und sicherheitstechnische Maßnahmen.arise. The production of the carbon dioxide required for enrichment takes place by the combustion of technically pure CO ₂ -GaS. Dealing with open burner flames requires expensive fire protection and safety measures.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung vorzuschlagen, die es ermöglichen, mit einfachen und in Gewächshausanlagen vorhandenen Mitteln die Pflanzenproduktion in Gewächshäusern zu erhöhen und zusätzliche Energieträger einzusparen.The object of the invention is to propose a method and an arrangement which make it possible to increase plant production in greenhouses and to save additional energy sources with simple means and greenhouse facilities.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe d6r Erfindung besteht darin, die bei der Verbrennung von schwefelarmen oder schwefelfreien Gasen entstehenden Rauchgase so aufzuarbeiten, daß s^:e unter Ausnutzung des Kohlendioxidgehaltes zur Anreicherung der Gewächshausluft und zur Verbesserung der Gießwasserquaütät verwendet werden können.The object D6R invention is to work up the flue gases produced during the combustion of low-sulfur or sulfur-free gases that ^s: s can be used by utilizing the carbon dioxide content for enriching the greenhouse air and to improve the Gießwasserquaütät.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Hauptrauchgasstrom der Verbrennungsanlage ein Teilvolumenstrom entzogen wird, der nach dem Kohlendioxidbedarf der Pflanzen im Gewächshaus bemessen und durch Kühlung aufbereitet wird.According to the invention, this object is achieved in that the main flue gas stream of the incinerator, a partial volume flow is withdrawn, which is measured according to the carbon dioxide demand of the plants in the greenhouse and processed by cooling.

Der Teilvolumenstrom des Rauchgases wird in einem indirekten Gaskühler, in welchem als Kühlmittel das in den Gewächshäusern benötigte Gießwasser verwendet wird, auf etwa 30°C erwärmt und mit Sauerstoff angereichert. Bei Überschreitung der Hauchgastemperatur we. Jen Frischwasser und Frischluft in den indirekten Gaskühler geleitet und die Rauchgaszuführung in das Gewächshaus unterbrochen. Der abgekühlte Teilvolumenstrom des Rauchgases wird über einen Verdichter und über die im Gewächshaus vorhandenen Verteilungseinrichtungen zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid über die Konzentration der Außenatmosphäre bereitgestellt. Eine Kontrolle der im Teilvolumenstrom dds Rauchgases vorhandenen Schadstoffkonzentrationen erfolgt an mehreren Meßstellen durch die Infrarot-Absorptionsmethode. Als obere Grenzwerte der im Teilvolumenstrom des Rauchgases enthaltenen Schadstoffe wurden folgende Konzentrationen ermittelt:The partial volume flow of the flue gas is heated to about 30 ° C. in an indirect gas cooler, in which the water used in the greenhouses is used as coolant, and enriched with oxygen. When exceeding the gas temperature we. The fresh water and fresh air are passed into the indirect gas cooler and the flue gas supply into the greenhouse is interrupted. The cooled partial volumetric flow of the flue gas is provided via a compressor and via the distribution facilities provided in the greenhouse for enriching the greenhouse air with carbon dioxide over the concentration of the outside atmosphere. A control of the partial volume flow dds flue gas pollutant concentrations is carried out at several measuring points by the infrared absorption method. The following concentrations were determined as upper limit values of the pollutants contained in the partial volume flow of the flue gas:

CO₂ 4550ppmCO ₂ 4550ppm

CO 0,15ppmCO .15ppm

SO₂ 0,15ppmSO ₂ 0.15ppm

NO_x 0,20 ppmNO _x 0.20 ppm

Bei Überschreitung der Schadstoffkonzentrationen von einem oder mehren Grenzwerten wird die Einleitung des Teilvolumenstromes des Rauchgases in das Gewächshaus unterbrochen und Frischluft in das Gewächshaus geleitet. Über eine Rauchgasleitung, in dem ein Frischluftfilter angeordnet ist, wiro dom Hauptrauchgosstrom ein Teilvolumenstrom entzogen. Der Teilvolumenstrom des Rauchgases wird über einen Rauchgasfilter in einen indirekten Gaskühler geleitet, in dem ein Rauchgas-Luft-Wasser-Wärmetauscher und Sprühwasserdüsen angeordnet sind. Der indirekte Gaskühler ist über eine GießwasserpumpeExceeding the pollutant concentrations of one or more limits, the introduction of the partial volume flow of the flue gas is interrupted in the greenhouse and fresh air passed into the greenhouse. Through a flue gas line, in which a fresh air filter is arranged, wiro dom main flue gas stream is deprived of a partial volume flow. The partial volume flow of the flue gas is passed through a flue gas filter in an indirect gas cooler, in which a flue gas-air-water heat exchanger and spray water nozzles are arranged. The indirect gas cooler is via a watering pump

eine Verbindung zur Atmosphäre her, durch die die Abluft entweichen kann. Am unteren Ausgang des indirekten Gaskühlers wird das mit Sauerstoff angereicherte Gießwasser in das Gießwasserbecken zurückgeführt. Zur Regulierung der Gießwassertemperatur stent der indirekte Gaskühler mit einer Temperaturmeßstelle und einer Frischwasserzuführung in Verbindung, in der ein Frischwasserventil angeordnet ist. Eine Rauchgasleitung verbindet den indirekten Gaskühler mit dem Gewächshaus. In der Rauchgasleitung sind eine Temperaturmeßstelle, ein Kondensatabscheider, ein Rauchgasventil und ein Verdichter angeordnet. Zur Regulierung der Rauchgastemperatur steht die Rauchgasleitung mit einem Frischluftventil und einem Frischluftfilter in Verbindung. Die Rauchgasleitung mündet im Gewächshaus, indem die Verteilereinrichtungen für das Rauchgas und Meßstellen zur Überwachung der Schadstoffkonzentrationen der Rauchgase angeordnet sind.a connection to the atmosphere, through which the exhaust air can escape. At the lower outlet of the indirect gas cooler, the oxygenated irrigation water is returned to the irrigation water basin. To regulate the Gießwassertemperatur stent the indirect gas cooler with a Temperaturmeßstelle and a fresh water supply in connection, in which a fresh water valve is arranged. A flue gas line connects the indirect gas cooler with the greenhouse. In the flue gas line a Temperaturmeßstelle, a Kondensatabscheider, a flue gas valve and a compressor are arranged. To regulate the flue gas temperature, the flue gas line communicates with a fresh air valve and a fresh air filter. The flue gas line opens in the greenhouse, by the distribution devices for the flue gas and measuring points for monitoring the pollutant concentrations of the flue gases are arranged.

Ausführungsbfiispiel

An einem Ausführungsbeispiel soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden.In one embodiment, the subject of the invention will be explained in more detail.

Fig. 1 zeigt ein technologisches Schema, das die wesentlichen Funktionen der Rauchgasaufbereitungsanlage darstellt.Fig. 1 shows a technological diagram illustrating the essential functions of the flue gas treatment plant.

Über eine Rauchgasleitung wird mittels eines Verdichters 20 ein Teilvolumenstrom des Rauchgases dem Hauptrauchgasstrom 1 entzogen. Dieser Teilvolumenstrom des Rauchgases wird in einem Rauchgasfilter 2 gereinigt und anschließend in den indirekten Gaskühler 4 geleitet. Hier erfolgt die Abkühlung des Rauchgases mittels Gießwasser 13, das durch eine Gießwasserpumpe 11 über einen Gießwasserfilter 12 gefördert und anschließend mittels Sprühwasserdüsen 6 im indirekten Gaskühler 4 verteilt, und das so mit Luftsauerstoff angereicherte Gießwasser 14 in das Gießwasserbecken zurückgeführt wird. Durch einen Rauchges-Luft-Wasser-Wärmetauscher 7 wird das Rauchgas auf eine Maximaltemperatur von 30⁰C gekühlt. Über ein Gebläse 3 wird Frischluft 10 in den indirekten Gaskühler 4 geblasen, um dadurch den Rauchgaswärmeentzug zu begünstigen. Die Abluft 6 entweicht aus dem indirekten Gaskühler 4 gegen Atmosphäre. Bei Einhaltung der Gießwasser-Maximaltemperatur von 30⁰C bleibt das Frischwasserventil 9 für die Frischwasserzufuhr 10 geschlossen. Steigt die Temperatur an der Temperaturmeßstelle 8 an, öffnet das Frischwasserventil 9 und mischt das Gießwasser 13 mit dem Frischwasser 10. Wird dadurch keine Temperaturabsenkung an der Temperaturmeßstelle 8 erreicht, schaltet die Gießwasserpumpe 11 ab, wobei das Frischwasserventil 9 geöffnet bleibt und damit der indirekte Gaskuhler 4 nur noch mit Frischwasser 10 und Frischluft 3 beaufschlagt wird. Erfolgt nunmehr die Temperaturabsenkung an der Temperatiirmeßstelle 8 unter 30°C, wird das Frischwasserventil 9 wieder geschlossen.A partial volume flow of the flue gas is removed from the main flue gas flow 1 by means of a compressor 20 via a flue gas line. This partial volume flow of the flue gas is purified in a flue gas filter 2 and then passed into the indirect gas cooler 4. Here, the cooling of the flue gas by means of irrigation water 13, which is conveyed by a watering pump 11 via a Gießwasserfilter 12 and then distributed by Sprühwasserdüsen 6 in the indirect gas cooler 4, and thus enriched with atmospheric oxygen irrigation water 14 is returned to the irrigation water tank. By a Rauchges air-water heat exchanger 7, the flue gas is cooled to a maximum temperature of 30 ⁰ C. Fresh air 10 is blown into the indirect gas cooler 4 via a blower 3, in order thereby to favor the smoke gas heat removal. The exhaust air 6 escapes from the indirect gas cooler 4 against the atmosphere. When maintaining the maximum irrigation water temperature of 30 ⁰ C, the fresh water valve 9 is closed for the fresh water supply 10. If the temperature rises at the temperature measuring point 8, the fresh water valve 9 opens and mixes the pouring water 13 with the fresh water 10. If no temperature drop at the temperature measuring point 8 is achieved, the pouring water pump 11 switches off, leaving the fresh water valve 9 open and thus the indirect gas cooler 4 only fresh water 10 and fresh air 3 is applied. If now the temperature is lowered at the temperature measuring point 8 below 30 ° C, the fresh water valve 9 is closed again.

Durch eine Rauchgasleitung mit Kondensatabscheider 16 wird das nunmehr abgekühlte Rauchgas aus dem indirekten Gaskühler 4 entnommen und über eine Temperaturmoßstelle 15 geleitet. Hier erfolgt die Temperaturmessung des abgekühlten Rauchgases. Steigt diese über die Maximaltemperatur von +30⁰C, wird das, der Temperaturmeßstelle 15 nachgeschalteten Rauchgasventil 17 geschlossen und damit die Einleitung c ργ Rauchgase in das Gewächshaus 21 unterbrochen. Sinkt die Rauchgastemperatur an der Temperaturmeßstelle 15 unter 3O⁰C, wird die Rauchgaseinleitung in das Gewächshaus 21 durch Öffnen des Rauchgasventil 17 fortgesetzt. Schließt das Rauchgasventil 17, so wird das Frischluftventil 18 geöffnet, wobei nunmehr Frischluft über den Frischluftfilter 19 durch den Verdichter 20 über Verteilungsvorrichtungen 22 (z. B. Wirbelstromdüsen der Kaltnebenanlage) im Gewächshaus 21 verteilt wird, die zur Absenkung der Schadstoffkonzentration in der Gewächshausluft beiträgt. Die zulässigen Soll-Grenzwerte der Schadstoffkonzentration im Gewächshaus 21 werden an der Meßstelle 23 eingestellt, die kontinuierlich mit den vorhandenen Schadstoffkonzentrationen verglichen werden. Bei Überschreitung der zulässigen Schadstoffkonzentrationen im Gewächshaus 21 wird generell die Räuchgaszufuhr durch Schließen des Rauchgasventil 17 unterbrochen. Gleichzeitiges Öffnen des Frischluftventiles 18 sowie der im Gewächshaus vorhandene natürliche Luftwechsel als auch die vorhandanen Belüftungssysteme wie z. B. Deckenluftheizgeräte sichern die sofortige Absenkung der im Gewächshaus vorhandenen Schadstoffkonzentrationen bis zu dem an der Meßstelle 23 voreingestelltem unteren Grenzwert, welcher bei Erreichung die Wiedereinleitung von Rauchgasen in beschriebener Weise in das Gewächshaus 21 bewirkt.Through a flue gas line with Kondensatabscheider 16, the now cooled flue gas is removed from the indirect gas cooler 4 and passed through a Temperaturmoßstelle 15. Here the temperature measurement of the cooled flue gas takes place. If it increases over the maximum temperature of +30 ⁰ C, that is, the temperature measuring point 15 downstream flue gas valve 17 is closed and thereby interrupt the introduction c ργ flue gases in the greenhouse 21st Decreases the flue gas temperature at the temperature measuring point 15 at 3O ⁰ C, the flue gas introduction is continued in the greenhouse 21 by opening the flue gas valve 17th If the flue gas valve 17 closes, the fresh air valve 18 is opened, whereby fresh air is now distributed via the fresh air filter 19 through the compressor 20 via distribution devices 22 (eg eddy current nozzles of the cold secondary system) in the greenhouse 21, which contributes to lowering the pollutant concentration in the greenhouse air , The permissible target limit values of the pollutant concentration in the greenhouse 21 are set at the measuring point 23, which are continuously compared with the existing pollutant concentrations. When exceeding the permissible pollutant concentrations in the greenhouse 21, the Räuchgaszufuhr is generally interrupted by closing the flue gas valve 17. Simultaneous opening of the fresh air valve 18 and existing in the greenhouse natural air exchange as well as the existing ventilation systems such. B. ceiling air heaters ensure the immediate reduction of existing in the greenhouse pollutant concentrations up to the preset at the measuring point 23 lower limit, which causes the reintroduction of flue gases in the manner described in the greenhouse 21 upon achievement.

Claims

1. A method for enrichment of the greenhouse air with carbon dioxide on the level of the outside atmosphere, characterized in that a Teilvolurrienstrom the flue gas removed from the main flue gas stream, cooled in an indirect gas cooler containing water as cooling, cooled, the irrigation water and enriched by fresh air with oxygen Refrigerated flue gas is distributed through a piping system and distribution facilities in the greenhouse.

2. Arrangement for enriching the greenhouse air with carbon dioxide above the level of the outside atmosphere, characterized in that a partial volume flow of the flue gas is withdrawn via a compressor (20) the main flue gas flow (1), which via a flue gas filter (2), a flue gas air Water heat exchanger (7) a Temperaturmeßstelle (15), a Kondensatabscheider (16), a smoke valve (17) with a greenhouse (21), in which a measuring point (23) and distribution means (22) are arranged, wherein the flue gas duct via a fresh air filter (19) and a fresh air valve (18) communicating with the atmosphere and the flue gas air-water heat exchanger (7) in an indirect gas cooler (4), in which the spray water nozzles (6) for the irrigation water (13 ) are arranged, which with both the fresh air (3) and the exhaust air (5) and with the fresh water (10) via a fresh water valve (9) and a Temperaturmsßstel le (8) is in communication and with the pouring water (13) via a Gießwasserfilter (12) and a Gießwasserpumpe (11) and for discharging the enriched with atmospheric oxygen pouring water (14) is connected to a irrigation water tank.

3. Arrangement for enrichment of the greenhouse air with carbon dioxide according to claim 2, characterized in that the distributing means (22) in the greenhouses verhandenen cold mist systems and / or ceiling air heater and static and dynamic ventilation systems or their combination can be used.