DE10221797B4

DE10221797B4 - Energie-, Wärme- und Kohlendioxid-Versorgungseinrichtung für Gewächshäuser

Info

Publication number: DE10221797B4
Application number: DE2002121797
Authority: DE
Inventors: Oliver Mehler; Detlef Wüsthoff
Original assignee: Enginion AG
Current assignee: Amovis GmbH
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: NL1023408C2; DE10221797A1; NL1023408A1

Abstract

Vorrichtung zum Versorgen von Gewächshäusern (10) mit zusätzlichem Kohlendioxid, enthaltend
(a) einen schadstoffarmen oder schadstofffreien Brenner (20) zum Erzeugen von Kohlendioxid-haltigem Gas aus einem oder mehreren Brennstoffen (16),
(b) Mittel zum Auffangen und Einleiten des in diesem Brenner erzeugten Kohlendioxid-haltigen Gases in ein Gewächshaus (10),
(c) Mittel zum Überführen wenigstens eines Teils der in diesem Brenner (20) erzeugten Wärme in einen zu beheizenden Raum, und
(d) einen von diesem Brenner (20) beaufschlagten Dampferzeuger (24) einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine (26).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versorgen von Gewächshäusern mit zusätzlichem Kohlendioxid, enthaltend einen Brenner zum Erzeugen von Kohlendioxidhaltigem Gas aus einem oder mehreren Brennstoffen, Mittel zum Auffangen und Einleiten des Kohlendioxid-haltigen Gases in ein Gewächshaus und Mittel zum Überführen wenigstens eines Teils der im Brenner erzeugten Wärme in einen zu beheizenden Raum.
Die Einleitung von zusätzlichem Kohlendioxid (CO₂) in ein Gewächshaus hat den Vorteil verbesserten Wachstums der in dem Gewächshaus befindlichen Pflanzen. Außerdem kann die Energie-Kohlendioxid-Bilanz verbessert werden, wenn das bei der Energieerzeugung anfallende Kohlendioxid weiterverwendet wird. Es ist daher vorteilhaft, die Erzeugung von Wärme und Strom für Gewächshäuser mit der Nutzung des anfallenden Kohlendioxids zu verbinden. Dies erfolgt zum Beispiel bei der Verwendung von Blockheizkraftwerken für Gewächshäuser.

Die Verwendung von zusätzlichen Kohlendioxid-Quellen ist aus der DE 43 36 081 A1 bekannt. Dort ist ein Verfahren zur Gewächshausluftkonditionierung beschrieben, bei welchem die Gewächshausatmosphäre einer Behandlung mit photokatalytisch aktivierten Halbleiteroxiden unterzogen wird. Das Verfahren zeichnet sich durch einen besonders niedrigen Energieaufwand und eine CO₂ Produktion bei niedrigem Schadstoffgehalt aus. Das Verfahren ist jedoch nicht zur Heizung des Gewächshauses geeignet.

Aus der DE 41 26 503 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Gewächshauskulturen mit CO₂ versorgt werden, indem methanverwertende Mikroorganismen aerob auf Erdgas kultiviert werden. Das nach der Kultivierung verbleibende gasförmige Abprodukt wird verbrannt und dem Gewächshaus zugeführt. Auch dieses Verfahren zeichnet sich durch einen niedrigen Schadstoffgehalt bei dem zugeführten Kohlendioxid aus. Das beschriebene Verfahren ist jedoch aufwendig.

In der DE 39 37 012 A1 ist ein Verfahren zur Anreicherung der Gewächshausluft mit CO₂ beschrieben, bei welchem die Rauchgase von schwefelarmen und schwefelfreien Verbrennungen genutzt werden. Das für diesen Prozess verwendete Rauchgas wird hierbei mittels des Gießwassers abgekühlt. Der Schadstoffgehalt des CO₂-haltigen Rauchgases ist hierbei insbesondere in Bezug auf Kohlenmonoxid und Stickoxide nicht verringert und es sind schwefelarme Verbrennungen erforderlich.

Aus einer Dokumentation der Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. in Kaiserslautern, welche am 24.4.2002 im Internet unter www.asue.de öffentlich zugänglich war, ist ein Gartenbaubetrieb bekannt, welcher ein erdgasbetriebenes Blockheizkraftwerk beschreibt. Das Kraftwerk produziert Strom und Wärme für ein Gewächshaus und die anfallenden Abgase werden zur Düngung von Tomatenpflanzen mit CO₂ verwendet. Eine Aussage über die bei den Emissionen anfallenden Schadstoffe ist nicht gemacht.

In der US 6,205,704 A wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem das auf einer Müllkippe entstehende Gas für Betrieb von Gewächshäusern verwendet wird. Dabei wird das Gas aufgefangen und aufgeteilt. Ein erster Gasanteil wird einem Verbrennungssystem zugeführt. In dem Verbrennungssystem ist ein Wärmeübertrager vorgesehen, dessen Flüssigkeit zur Heizung des Gewächshauses dient. Bei dieser Verbrennung kann optional eine Turbine zwischengeschaltet werden, um zusätzlich Energie zu „gewinnen". Ein zweiter Gasanteil wird unabhängig von dem ersten Gasanteil einem CO₂-System zugeführt. Aus diesem Anteil werden zunächst der nicht-Methan-Anteil und reduzierte Schwefelanteile durch Adsorption oder Filter entfernt. Danach wird der gereinigte Gasanteil einer Verbrennung zugeführt. Dadurch wird Methan aus dem Gas entfernt und sauberes CO₂ erzeugt, welches in dem Gewächshaus verwendet werden kann. Die beschriebene Anordnung verwendet zwei unabhängige Brenner und ist daher aufwendig bei gleichzeitiger Nutzung nur eines Teils des entstehenden Kohlendioxids.

Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche kostengünstig, umweltfreundlich und universal einsetzbar ist. Insbesondere soll die Vorrichtung Kohlendioxid erzeugen, wobei das Abgas sonst einen besonders niedrigen Schadstoffgehalt, wie Stickoxide und Kohlenmonoxid aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, enthaltend

(a) einen schadstoffarmen oder schadstofffreien Brenner zum Erzeugen von Kohlendioxid-haltigem Gas aus einem oder mehreren Brennstoffen,
(b) Mittel zum Auffangen und Einleiten des in diesem Brenner erzeugten Kohlendioxid-haltigen Gases in ein Gewächshaus,
(c) Mittel zum Überführen wenigstens eines Teils der in diesem Brenner erzeugten Wärme in einen zu beheizenden Raum, und
(d) einen von diesem Brenner (20) beaufschlagten Dampferzeuger (24) einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine (26).

Die erfindungsgemäße Lösung zur Erzeugung von Wärme und Kohlendioxid arbeitet mit einer Kraftmaschine, die keinerlei Schadstoffe produziert. Der Dampfkreislauf kann als geschlossener Kreislauf ausgebildet sein, der keine schädlichen Emissionen erzeugt. In Kombination mit einem schadstoffarmen Brenner können auf diese Weise besonders niedrige Schadstoffkonzentrationen im Abgas erreicht werden. Zusätzliche Filter oder eine Abgas-Nachbehandlung sind nicht erforderlich.

Als solche dampfbetriebenen Expansionskraftmaschine ist zum Beispiel die aus der DE 201 10 553 U1 bekannte Maschine geeignet. Dort ist ein Dampfmotor mit einer Kolbenmaschine beschrieben, die eine Antriebswelle aufweist und Teil eines geschlossenen Dampfkreislaufs ist, der zumindest einen Dampferzeuger aufweist. Der in dem Brenner entstehende Heißgasstrom dient zum Heizen des Dampferzeugers.

Vorzugsweise ist der schadstoffarme Brenner als Porenbrenner ausgestaltet. Porenbrenner weisen extrem niedrige Werte für Abgas-Schadstoffemissionen auf. Insbesondere die Stickoxid- und Kohlenmonoxidkonzentrationen sind besonders gering. Porenbrenner haben den Vorteil, daß sie mit vielen verschiedenen Brennstoffen arbeiten können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Expansions-Kraftmaschine mit einem stromerzeugenden Generator verbunden. Dann kann neben der Heizung des Gewächshauses auch die Stromversorgung über die Vorrichtung erfolgen. Dies ist besonders in solchen Zeiten interessant, in denen viel Kohlendioxid und wenig Heizleistung abgefragt wird. Dann kann zumindest dieser Teil der Energie genutzt oder in ein öffentliches Stromnetz eingespeist werden.

Vorzugsweise sind Mittel zum Einleiten der Abwärme der Expansions-Kraftmaschine in das Gewächshaus vorgesehen. Wenn zum Beispiel im Winter viel Heizleistung erforderlich ist, kann die Stromerzeugung entsprechend gedrosselt und mehr Wärme erzeugt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt schematisch ein Gewächshaus mit einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine zur seiner Versorgung
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In 1 ist mit 10 ein Gewächshaus bezeichnet. In dem Gewächshaus 10 befinden sich Pflanzen 12. Die Pflanzen machen eine erhöhte CO₂-Zufuhr erforderlich. Weiterhin muß das Gewächshaus 10 beleuchtet, berieselt und beheizt werden. In oder in der Nähe des Gewächshauses befindet sich eine allgemein mit 14 bezeichnete Versorgungseinheit. Die Versorgungseinheit ist mit einem Brennstofftank 16 über ein Verbindungsrohr 18 verbunden. Statt eines Brennstofftanks kann auch ein Anschluß an ein öffentliches Gasnetz vorgesehen sein.
Das Verbindungsrohr 18 mündet in der Brennstoffaufnahme eines Porenbrenners 20. Der Porenbrenner arbeitet flammenfrei und hat ein sehr homogenes genau kontrolliertes Temperaturfeld. Dadurch lässt sich die Schadstoff-Emission auf einem sehr niedrigen Niveau halten. Dem Porenbrenner wird über ein Gebläse Luft zugeführt. Dies ist durch einen Pfeil 22 dargestellt. Beim Verbrennungsprozess entsteht heißes, Kohlendioxidhaltiges Rauchgas. Das Rauchgas dient zum Beheizen eines Dampferzeugers 24. In dem Dampferzeuger 24 wird Wasserdampf erzeugt, welcher in einer Expansions-Kraftmaschine 26 unter Arbeitsleistung expandiert wird. Das abgekühlte Rauchgas wird weiter abgekühlt. Die hierbei anfallende Wärme kann zur Heizung des Gewächshauses verwendet werden. Dies ist durch einen Pfeil 30 dargestellt. Das Kohlendioxid-haltige Rauchgas kann dann dem Gewächshaus zur Düngung der Pflanzen zugeführt werden.
Die Expansions-Kraftmaschine 26 ist auf bekannte Weise mit einem stromerzeugenden Generator 32 verbunden. Der Generator 32 erzeugt Strom, welcher den Verbrauchern des Gewächshauses, zum Beispiel der Berieselungsanlage für die Pflanzen und der Beleuchtung zugeführt wird. Dies ist durch einen Pfeil 34 dargestellt. Weiterhin ist vorgesehen, daß mit dem Generator 32 erzeugter Strom in ein Netz, z.B. das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Dies ist durch einen Pfeil 35 dargestellt.
Der expandierte Dampf wird in einem Kondensator 29 kondensiert, abgekühlt und wieder einem Reservoir zugeführt. Von dort aus kann das Wasser erneut mittels einer Pumpe 28 dem Dampferzeuger 24 zugeführt werden. Die Kondensationswärme kann dabei ebenfalls zur Heizung des Gewächshauses und/oder Brauchwassererwärmung genutzt werden. Dies ist durch einen Pfeil 36 dargestellt. Der geschlossene Dampfkreislauf hat den Vorteil, daß keine Schadstoffe frei werden, die das Rauchgas mit Schadstoffen belasten, welche sich in den Pflanzen ablagern könnten oder das Personen, die in dem Gewächshaus tätig sind, schädigen könnten. Die einzigen frei werdenden Schadstoffe werden brennstoff-bedingt vom Brenner erzeugt. Durch die Ausgestaltung des Brenners als schadstoffarmer Porenbrenner wird jedoch die HC-, CO und No_x-Entstehung fast völlig unterbunden, so daß sich insgesamt eine energieeffiziente und schadstoffarme Versorgungseinheit für Gewächshäuser ergibt.
Es versteht sich aber, daß statt eines Porenbrenners auch jeder andere geeignete schadstoffarme Brenner verwendet werden kann.

Claims

Vorrichtung zum Versorgen von Gewächshäusern (10) mit zusätzlichem Kohlendioxid, enthaltend (a) einen schadstoffarmen oder schadstofffreien Brenner (20) zum Erzeugen von Kohlendioxid-haltigem Gas aus einem oder mehreren Brennstoffen (16), (b) Mittel zum Auffangen und Einleiten des in diesem Brenner erzeugten Kohlendioxid-haltigen Gases in ein Gewächshaus (10), (c) Mittel zum Überführen wenigstens eines Teils der in diesem Brenner (20) erzeugten Wärme in einen zu beheizenden Raum, und (d) einen von diesem Brenner (20) beaufschlagten Dampferzeuger (24) einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine (26).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansions-Kraftmaschine mit einem stromerzeugenden Generator (32) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (20) als Porenbrenner ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (20) mit Erdgas arbeitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (35) zum Einspeisen von Strom in ein öffentliches Stromnetz vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Einleiten der Abwärme der Expansions-Kraftmaschine in das Gewächshaus (10).
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator vorgesehen ist, in dem das in dem Dampferzeuger erhitzte Medium kondensierbar ist und Mittel zur Nutzung der Kondensationswärme zur Heizung von Räumen oder Wasser vorgesehen sind.