Разработка конструкции теплицы, обогреваемой с помощью попутного нефтяного газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка конструкции теплицы, обогреваемой с помощью попутного нефтяного газа

Выгузова М.А., Касаткин В.В., Кудряшова А.Г., Ильин А.П.

Камский институт гуманитарных и инженерных технологий

Аннотация

В статье рассмотрена актуальная для нефтедобывающих районов конструкция теплицы, которая обогревается с помощью попутного нефтяного газа. На сегодняшний момент большое значение для уменьшения выбросов парниковых газов имеет деятельность по сокращению факельного сжигания попутного нефтяного газа. В конструкции разработанной теплицы предусмотрены мини-электростанция, в состав которой входит блок подготовки газа; котельная установка, где происходит процесс сжигания газа в пиролизной печи. Разработанная конструкция достаточно проста в изготовлении и обслуживании, позволит выращивать продукцию закрытого грунта в регионах, неблагоприятных по метеорологическим условиям.

Ключевые слова: теплица, попутный нефтяной газ, утилизация, конструкция, разработка

Сельское хозяйство России в целом развивается быстрыми темпами и набирает обороты. В частности, развитие отрасли растениеводства представляется на сегодняшний день актуальным и перспективным, так как немалая часть сельхозпродукции производится тепличными хозяйствами. В последнее время государство активно поддерживает развитие многих отраслей сельского хозяйства, а также и малый бизнес: большие суммы ежегодно уходят на дотации и субсидии фермерам. Продукция больших и малых тепличных хозяйств пользуется повышенным спросом - в первую очередь, это овощные культуры. В весенне-летний период тепличные хозяйства, помимо получения основной продукции, занимаются выращиванием рассады овощных культур и декоративных растений. Данная продукция также имеет большой спрос у населения. Таким образом, грамотное составление культурооборота тепличных хозяйств гарантирует круглогодичную рентабельность.

С учетом климатических особенностей многих регионов нашей страны, выращивание овощей, зелени, а также цветов на рассаду и срез в тепличных хозяйствах является наиболее рентабельным. Но в связи с большими затратами на обогрев теплиц и, как следствие, высокой себестоимостью продукции тепличные хозяйства стремятся к уменьшению затрат энергии на отопление. Кроме того, в нефтедобывающих районах очень остро стоит проблема по утилизации попутного нефтяного газа. Согласно Постановлению Правительства № 1148 от 08.11.2012 «Об особенностях исчисления платы за выбросы загрязняющих веществ, образующихся при сжигании на факельных установках и (или) рассеивании попутного нефтяного газа», предельно допустимое значение показателя сжигания на факельных установках и (или) рассеивания попутного нефтяного газа составляет не более 5% объема добытого попутного нефтяного газа. Ведущие нефтяные компании по объемам добычи и использования нефтяного попутного газа утилизируют до 95% добытого попутного нефтяного газа. Большинство же нефтедобывающих компаний не готово к достижению таких показателей. Таким образом, основной задачей для исследований стала возможность снижения энергетических затрат тепличного хозяйства от использования попутного нефтяного газа.

Неоспоримым плюсом выращивания сельскохозяйственных и декоративных растений в теплицах является относительно малая площадь возделываемой земли. Для небольшого тепличного хозяйства может хватить приусадебного участка, обрабатываемого силами одной семьи.

Существующий в растениеводстве риск (неустойчивые метеорологические условия, болезни) в закрытом грунте сводится к минимуму, поэтому грамотно организованный тепличный бизнес довольно быстро окупается и начинает приносить стабильный доход.

В зависимости от региона, возделываемых культур, стоимости теплицы и других факторов срок окупаемости может колебаться от одного до трёх лет.

В развитых западных странах тепличные комплексы высокотехнологичны и автоматизированы настолько, что один работник может обрабатывать до трёх гектаров посевных площадей. Но их стоимость чрезмерно высока для большинства наших фермеров.

Имеются в продаже и отечественные аналоги: возможностей они имеют меньше, требуют большего использования ручного труда. Цены на такие комплексы заметно ниже компьютеризированных заграничных тепличных комплексов, но и их могут себе позволить только достаточно крупные хозяйства, имеющие возможность вложить крупные суммы в сооружение и запуск теплиц. У начинающих овощеводов и цветоводов зачастую бюджет невелик. Поэтому малые частные тепличные хозяйства часто пользуются технологиями конца прошлого века, но хорошую прибыль можно получить и в таких теплицах, несмотря на большие трудозатраты.

Заметим, что дешёвые сооружения не позволяют выращивать культуры круглый год, исключение - хозяйства в наиболее тёплых регионах. В основном, такие отапливаемые «весенние» теплицы помогают получить продукцию на 1-2 месяца раньше, чем с открытого грунта.

В неотапливаемых плёночных теплицах и парниках первый урожай можно получить на 2-3 недели раньше, чем на полях, то есть первые овощи и ягоды продаются по более высокой цене. Часто в бюджетных теплицах выращивают рассаду овощных и декоративных культур для последующей высадки в открытый грунт.

Владельцы этих рассадников получают большую часть своей годовой выручки в течение 2-3 недель. А освободившаяся площадь тут же засаживается заново, иногда и нераспроданными остатками рассады.

Теплицы позволяют снимать по несколько урожаев в год. К примеру, можно получать один урожай индетерминантных томатов (до полугода) в дешёвой плёночной теплице. А можно круглый год (до 15 урожаев) получать зелень в капитальном отапливаем сооружении.

Как известно, существует 3 основных способа подогрева грунта и обогрева теплиц: естественный, технический и биологический. Их реализация направлена на создание оптимальных для выращивания различных культур условий. Одним из основных таких условий является температура: дневная - от 16 до 25 єС, а ночная может уменьшаться на 4-8 єС.

Это стандартные параметры, но они могут колебаться и в других пределах. Все зависит от вида выращиваемых культур. К примеру, слишком высокие показатели температуры могут быть прекрасным стимулом для роста зеленой части растений, но от этого изменится качество плодов и снизится урожайность. Поэтому, выбирая вариант теплицы с подогревом, необходимо учитывать индивидуальные параметры и особенности каждого применяемого в конкретном случае способа подогрева грунта и обогрева всей теплицы, ориентируясь на определенный уровень.

Разработанная конструкция теплицы относится к средствам выращивания растений в закрытом грунте в условиях искусственно создаваемого микроклимата и может использоваться в сельском хозяйстве и тепличных хозяйствах для круглогодичного выращивания овощей, фруктов, цветов и другой продукции в нефтедобывающих районах Крайнего Севера.

Рассмотрим конструкции теплиц, аналогичные предлагаемой авторами.

Известна теплица с обогревом воздуха, содержащая прозрачный для солнечного излучения корпус, внутри которого установлено нагревательное устройство, а также выполнены система расположенных под почвой теплицы металлических труб и система обогрева шатра теплицы нагретым воздухом [1]. Недостатком данной теплицы является то, что источник тепла находится непосредственно во внутреннем пространстве теплицы, что опасно при возникновении нештатных ситуаций. Кроме того, такая теплица непригодна для круглогодичного выращивания растений (овощей, цветов, ягод и другой продукции) в районах с суровыми климатическими условиями, например, на Крайнем Севере, так как требует настолько значительных затрат электроэнергии, что названная продукция будет иметь очень высокую стоимость.

Известна теплица, выполненная из прозрачного материала, нагревательное устройство которой расположено в пристрое теплицы, а система обогрева шатра теплицы и почвы с помощью комплекса трубопроводов подведена к теплице [2]. Недостатками являются использование попутного нефтяного газа не в полном объеме и повышенный уровень загрязнения окружающей среды.

Предлагаемая разработка решает задачу создания теплицы, обогреваемой за счет попутного нефтяного газа, а также проблему качественной переработки газа.

Поставленная задача достигается в конструкции теплицы, включающей в себя каркас, светопроницаемые элементы и средство ее теплоснабжения в форме трубопровода, расположенного ниже или выше поверхности почвы, с протекающим по нему теплоносителем-газом, а также источник тепла, нагревающий названный теплоноситель в пиролизной печи, которая расположена вне объема теплицы.

Фасад теплицы выполнен в виде полусферы (рис. 1). Углекислый газ подается непосредственно в подшатерное пространство по трубопроводу и может распределяться по теплице с помощью вентилятора. Газопровод может быть выполнен из ПВХ. В качестве субстрата использован биогумус. Подпочвенная система обогрева расположена непосредственно в месте произрастания культуры. В устройстве подготовки газа установлена пиролизная печь.

В теплице установлена автоматизированная система управления параметрами микроклимата и концентрации углекислого газа.

На базе предлагаемой теплицы возможно комплектовать тепличный комплекс с общим источником тепла и средством улучшения роста культур.

Рис. 1. Общий вид теплицы

Примечания: 1 - мини-электростанция; 2 - блок подготовки газа; 3 - пиролизная печь; 4 - котельная установка; 5 - каркас; 6 - светопроницаемые элементы; 7 - газоход.

Теплица выполняет свою функцию следующим образом:

Через светопроницаемые элементы (6), которые крепятся на каркасе (5), в теплицу поступает солнечная энергия, нагревающая воздух в ее объеме. Попутный нефтяной газ поступает в мини-электростанцию (1), в состав которой входит блок подготовки газа (2). Далее подготовленный газ поступает в котельную установку (4), где происходит процесс сжигания в пиролизной печи (3). Для отвода продуктов сгорания используется дымоход. Котельная установка (4) предназначена для преобразования энергии, выделяющейся при сгорании газа, в тепловую энергию, которая используется для снабжения объема подшатерного пространства теплом, углекислым газом и теплой водой для орошения. В мини-электростанции осуществляется преобразование тепловой энергии в электрическую, которая используется для поддержания освещения тепличного комплекса в соответствии с требуемыми нормативами. Часть преобразованной энергии используется для поддержания работы систем автоматики и контроля параметров микроклимата.

Через систему теплообменников и пиролизную печь (3) теплом сгорания попутного газа нагревается воздух. Внутренний объем теплицы имеет воздушное и водяное отопление и систему контроля концентрации углекислого газа в подшатерном пространстве. Подогретый воздух и углекислый газ распределяются по теплице с помощью вентилятора. Подпочвенный обогрев осуществляется с помощью газохода (7).

Чтобы обеспечить обдув светопроницаемых элементов, равномерную температуру в объеме теплицы, а также оптимальную подвижность воздушных масс, на подающих отверстиях в газоходах ставят вентиляционные решетки.

Также для обогрева почвы теплицы в ней располагаются трубопроводы с теплоносителем, нагреваемым теплом от сгорания попутного газа. Эти трубопроводы могут быть выполнены, например, из поливинилхлоридных труб различных диаметров, и располагаются не по всему объему для того, чтобы обеспечить нагрев непосредственно в месте произрастания культуры с целью экономии материалов и уменьшения объема работ.

В качестве субстрата в тепличном комплексе целесообразно использовать биогумус, который является конечным продуктом процесса вермикомпостирования. Вермикомпостирование - процесс переработки органического материала с использованием дождевых червей. Черви интенсифицируют процесс переработки, минерализуют органические вещества. По данным исследователей наблюдается положительная динамика урожайности растений под влиянием биогумуса или его компонентов. Биогумус, полученный методом вермикомпостирования конского, овечьего или коровьего навоза, оказывает положительное влияние и снижает зараженность томатов фитофторой [3].

Для создания необходимого для растений микроклимата в объеме теплицы она должна иметь систему орошения. Нагрев воды для системы орошения в холодное время года также осуществляется теплом, получаемым от сгорания попутного нефтяного газа.

Пиролизная печь обеспечивает более качественную подготовку газа за счет создаваемых в ней высоких температур под давлением, в результате чего происходит отделение примесей и уменьшаются выбросы в окружающую среду.

Таким образом, предлагаемая теплица может работать круглогодично, используя тепло попутного нефтяного газа, что в совокупности позволяет выращивать необходимые овощи, фрукты, цветы и др. в районах с суровым климатом, например, в районах Крайнего Севера, улучшить экологическую ситуацию в этих районах и повысить рентабельность растениеводства.

Создание таких тепличных хозяйств приведет к обеспечению районов Крайнего Севера недорогими экологически чистыми овощами, являющимися дефицитными в данном месте, а также к значительному снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

растение теплица сельскохозяйственный газ

Список использованных источников

1. Аминов Р.И., Астафурова Т.П. Пат. RU 2283578 С2. Способ обогрева теплиц и теплица с обогревом для его осуществления. Опубл. 20.09.2006.

2. Врагова Е.В., Зельцер Р.И. Пат. RU 110911 U1. Теплица, обогреваемая с помощью попутного нефтяного газа. Опубл.01.10.2010.

3. Выгузова М.А. Разработка биотехнологии и установки для переработки отходов сельскохозяйственного производства на основе калифорнийского червя: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Башкирский государственный аграрный университет. - Ижевск. - 2013.

Размещено на Allbest.ru