JP7435285B2 - 燃焼排ガス処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、燃焼排ガス処理装置に関する。
ボイラ等の燃焼装置から大気に排気される燃焼排ガスの窒素酸化物、硫黄酸化物等の特定物質の濃度、および、大気に排気される燃焼排ガスの流量が大気汚染防止法等で規定されている。
したがって、燃焼装置を備える燃焼設備には、特定物質の濃度が濃度基準値を下回るように、脱硝装置、除塵装置、脱硫装置が設けられている(例えば、特許文献1)。また、燃焼装置は、燃焼排ガスの排気流量が流量基準値を下回るように設計、運用される。
特開2004-167332号公報
上記したように、燃焼装置は、所定の燃料を用いて所望のエネルギー(熱量)を得つつ、燃焼排ガスの排気流量が流量基準値未満となるように設計、運用される。しかし、燃焼装置の運転条件によっては、排気流量が増加するおそれがある。
そこで、本開示は、このような課題に鑑み、燃焼排ガスの排気流量を低減することが可能な燃焼排ガス処理装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る燃焼排ガス処理装置は、植物が栽培される栽培室と、燃焼装置において生じた燃焼排ガスの少なくとも一部を抽出し、抽出排ガスとして栽培室に供給する抽出排ガス供給部と、栽培室内のガスの少なくとも一部を再循環ガスとして燃焼装置に返送する再循環ガス返送部と、燃焼装置に返送される再循環ガスの流量が第2所定値以下となるように、再循環ガス返送部を制御する返送制御部と、を備える。
また、燃焼排ガス処理装置は、燃焼装置から煙突に導かれる燃焼排ガスの流量が第1所定値未満となるように、抽出排ガス供給部によって抽出される抽出排ガスの量を制御する抽出制御部を備えてもよい。
また、燃焼排ガス処理装置は、栽培室を複数備え、複数の栽培室のうち、少なくとも1の栽培室における栽培条件を満たすように、抽出排ガス供給部によって複数の栽培室に供給される抽出排ガスの分配量を制御する分配制御部を備えてもよい。
本開示によれば、燃焼排ガスの排気流量を低減することが可能となる。
実施形態の燃焼システムを説明する図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
[燃焼システム100]
図1は、本実施形態の燃焼システム100を説明する図である。図1中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。図1中、破線の矢印は、信号の流れを示す。なお、図1中、理解を容易にするために、中央制御部340から流量調整機構318a~318cの信号の流れを示す破線の矢印、および、中央制御部340から流量調整機構334a~334cへの信号の流れを示す破線の矢印を省略する。図1に示すように、燃焼システム100は、燃焼設備110と、燃焼排ガス処理装置120とを含む。
[燃焼設備110]
燃焼設備110は、押込通風機210と、燃焼装置220と、脱硝装置230と、除塵装置240と、誘引通風機250と、脱硫装置260と、排ガス測定部280と、煙突290とを含む。
押込通風機(Forced Draft Fan)210は、吸入側が配管212を通じて、空気(酸化剤)の供給源に接続される。押込通風機210は、吐出側が配管214を通じて燃焼装置220に接続される。押込通風機210は、空気、または、空気および後述する再循環ガスを燃焼装置220に供給する。
燃焼装置220は、空気、または、空気および再循環ガスで燃料を燃焼させる。燃焼装置220は、例えば、火力ボイラ、ガスタービン、または、ディーゼルエンジンである。燃料は、例えば、石油、重油、石炭、バイオマス、LNG(Liquefied Natural Gas)、LPG(Liquefied Petroleum Gas)等である。燃焼装置220において生じた燃焼排ガスは、配管222を通じて脱硝装置230に導かれる。
脱硝装置230は、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を除去する。脱硝装置230は、配管232を通じて除塵装置240に接続される。除塵装置240は、燃焼排ガスに含まれる粉塵(ダスト)を除去する。除塵装置240は、例えば、電気集塵機、バグフィルタである。
誘引通風機(Induced Draft Fan)250は、吸入側が配管242を通じて、除塵装置240に接続される。誘引通風機250は、吐出側が配管252を通じて脱硫装置260に接続される。誘引通風機250は、除塵装置240から燃焼排ガスを吸引し、脱硫装置260に導く。
脱硫装置260は、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物(SOx)を除去する。脱硫装置260は、配管262を通じて煙突290に接続される。なお、配管222、232、242、252、262は、保温材によって保温される。
排ガス測定部280は、配管262における接続管312と煙突290との間を流れる燃焼排ガスの窒素酸化物の濃度、硫黄酸化物の濃度、および、燃焼排ガスの流量を測定する。煙突290は、配管262から導かれた燃焼排ガスを大気に放散する。
[燃焼排ガス処理装置120]
燃焼排ガス処理装置120は、流量測定部302と、抽出排ガス供給部310と、栽培室320a~320cと、再循環ガス返送部330と、中央制御部340とを含む。
流量測定部302は、配管262内の燃焼排ガスの流量を測定する。
抽出排ガス供給部310は、燃焼装置220において生じた燃焼排ガスの少なくとも一部を抽出し、抽出排ガスとして後述する栽培室320a~320cに供給する。抽出排ガス供給部310は、接続管312と、抽出機構314と、分配管316a~316cと、流量調整機構318a~318cとを含む。
接続管312は、配管262における脱硫装置260と排ガス測定部280との間と、分配管316a~316cとを接続する。接続管312は、保温材によって保温される。
抽出機構314は、接続管312に設けられる。抽出機構314は、配管262を流れる燃焼排ガスを、抽出排ガスとして抽出する。抽出機構314は、例えば、誘引通風機、および、弁(バルブ)またはダンパで構成される。抽出機構314は、後述する抽出制御部342によって制御される。
分配管316aは、接続管312と栽培室320aとを接続する。分配管316bは、接続管312と栽培室320bとを接続する。分配管316cは、接続管312と栽培室320cとを接続する。流量調整機構318aは、分配管316aに設けられる。流量調整機構318aは、分配管316aに形成される流路の開度を調整する。流量調整機構318bは、分配管316bに設けられる。流量調整機構318bは、分配管316bに形成される流路の開度を調整する。流量調整機構318cは、分配管316cに設けられる。流量調整機構318cは、分配管316cに形成される流路の開度を調整する。流量調整機構318a~318cは、例えば、弁またはダンパで構成される。
栽培室320a~320cは、植物が栽培される、略密閉された空間である。栽培室320a~320cは、例えば、植物工場または温室である。栽培室320a~320cには、不図示の空気供給装置が設けられている。栽培室320a~320cには、空気供給装置から空気が供給される。また、栽培室320a~320cは、栽培室320a~320c内の植物に適した湿度、気圧、風量、光量、光の波長に維持される。
抽出排ガス供給部310から栽培室320a~320cに抽出排ガス(燃焼排ガス)が供給されると、抽出排ガスに含まれる二酸化炭素が、栽培室320a~320c内の植物によって酸素に変換される。こうして、栽培室320a~320cにおいて、抽出排ガスよりも酸素濃度の高いガスが生成される。
再循環ガス返送部330は、栽培室320a~320c内のガスの少なくとも一部を再循環ガスとして燃焼装置220に返送する。再循環ガス返送部330は、集合管332a~332cと、流量調整機構334a~334cと、返送管336とを含む。集合管332aは、栽培室320aと返送管336とを接続する。集合管332bは、栽培室320bと返送管336とを接続する。集合管332cは、栽培室320cと返送管336とを接続する。流量調整機構334aは、集合管332aに設けられる。流量調整機構334aは、集合管332aに形成される流路の開度を調整する。流量調整機構334bは、集合管332bに設けられる。流量調整機構334bは、集合管332bに形成される流路の開度を調整する。流量調整機構334cは、集合管332cに設けられる。流量調整機構334cは、集合管332cに形成される流路の開度を調整する。流量調整機構334a~334cは、例えば、誘引通風機、および、弁またはダンパで構成される。返送管336は、集合管332a~332cと、配管212とを接続する。
中央制御部340は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部340は、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部340は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して燃焼排ガス処理装置120全体を管理および制御する。
本実施形態において、中央制御部340は、抽出制御部342、分配制御部344、返送制御部346として機能する。
抽出制御部342は、燃焼装置220から煙突290に導かれる燃焼排ガスの流量が第1所定値未満となるように、抽出排ガス供給部310によって抽出される抽出排ガスの量を制御する。つまり、抽出制御部342は、排ガス測定部280によって測定される燃焼排ガスの流量が第1所定値未満となるように、抽出排ガス供給部310を制御する。
具体的に説明すると、抽出制御部342は、流量測定部302によって測定された燃焼排ガスの流量が第1所定値以上であると、抽出機構314を駆動させる。なお、第1所定値は、大気汚染防止法等で規定された流量基準値以下の所定の値である。
分配制御部344は、栽培室320a~320cのうち、少なくとも1の栽培室320a~320cにおける栽培条件を満たすように、抽出排ガス供給部310によって栽培室320a~320cに供給される抽出排ガスの分配量を制御する。なお、栽培条件は、例えば、栽培室320a~320cにおいて栽培されている植物に適した二酸化炭素濃度である。具体的に説明すると、分配制御部344は、栽培室320a~320cにおいて栽培されている植物に適した二酸化炭素濃度範囲内となるように、流量調整機構318a~318cのいずれか1または複数を調整する。また、この際、分配制御部344は、空気供給装置を制御してもよい。
なお、分配制御部344は、栽培室320a~320cのうち、収穫中の栽培室320a~320cに接続された流量調整機構318a~318cを閉にする。つまり、栽培室320a~320cは、収穫中の栽培室320a~320c以外の栽培室320a~320cにおいて植物が栽培されるように構成される。
返送制御部346は、燃焼装置220に返送される再循環ガスの量が第2所定値以下となるように、再循環ガス返送部330を制御する。具体的に説明すると、返送制御部346は、焼装装置220に返送される再循環ガスの量が第2所定値以下となるように、流量調整機構334a~334cを調整する。なお、第2所定値は、燃焼装置220が燃焼を継続可能な再循環ガスの最大値である。
以上説明したように、本実施形態にかかる燃焼排ガス処理装置120は、配管262における排ガス測定部280の上流側から燃焼排ガスを抽出し、植物によって燃焼排ガス(抽出排ガス)中の二酸化炭素を酸素に変換させる。そして、燃焼排ガス処理装置120は、植物によって変換された酸素が含まれる再循環ガスを燃焼装置220に返送する。したがって、燃焼排ガス処理装置120は、燃焼排ガスを燃焼装置220に再循環させることができ、煙突290から放散される燃焼排ガスの量を結果的に減少させることが可能となる。
これにより、仮に、運転条件が好ましくない場合であっても、燃焼システム100は、所望のエネルギーを得つつ、煙突290から放散される燃焼排ガスの量を低減することができる。
また、上記したように燃焼排ガス処理装置120は、配管262から燃焼排ガスを抽出する。つまり、燃焼排ガス処理装置120は、脱硫装置260の後段から燃焼排ガスを抽出して、栽培室320a~320cに供給する。したがって、燃焼排ガス処理装置120は、窒素酸化物、粉塵、および、硫黄酸化物が低濃度の燃焼排ガスを抽出排ガスとして栽培室320a~320cに供給することができる。これにより、燃焼排ガス処理装置120は、栽培室320a~320cにおいて植物を効率よく栽培することが可能となる。
また、燃焼排ガス処理装置120は、抽出制御部342を備える。これにより、燃焼排ガス処理装置120は、煙突290から放散される燃焼排ガスの流量を流量基準値未満にすることが可能となる。
また、燃焼排ガス処理装置120は、分配制御部344を備える。これにより、燃焼排ガス処理装置120は、栽培室320a~320cにおいて植物の光合成を促進させることができる。したがって、燃焼排ガス処理装置120は、栽培室320a~320cにおいて植物を効率よく栽培することが可能となる。
また、燃焼排ガス処理装置120は、返送制御部346を備える。これにより、燃焼排ガス処理装置120は、燃焼装置220の燃焼を維持することができる。
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態において、燃焼排ガス処理装置120が栽培室320a~320cを備える場合を例に挙げた。しかし、燃焼排ガス処理装置120は、少なくとも1の栽培室を備えていればよい。
また、上記実施形態において、栽培条件として二酸化炭素濃度を例に挙げた。しかし、栽培条件は、栽培室320a~320cにおいて栽培されている植物に適した温度であってもよい。
また、上記実施形態において、燃焼排ガス処理装置120が抽出制御部342を備える構成を例に挙げた。しかし、抽出制御部342は、必須の構成ではない。つまり、抽出排ガス供給部310が抽出する燃焼排ガスの流量は、固定値であってもよい。この場合、固定値は、煙突290から排気される燃焼排ガスが、常時第1所定値未満となるように設定されるとよい。
また、上記実施形態において、燃焼排ガス処理装置120が分配制御部344を備える構成を例に挙げた。しかし、分配制御部344は、必須の構成ではない。つまり、抽出排ガス供給部310によって栽培室320a~320cに供給される抽出排ガスの量は固定値であってもよい。
また、上記実施形態において、燃焼排ガス処理装置120が返送制御部346を備える構成を例に挙げた。しかし、返送制御部346は、必須の構成ではない。つまり、再循環ガス返送部330が返送する再循環ガスの流量は、固定値であってもよい。この場合、固定値は、燃焼装置220に返送される再循環ガスの流量が、常時第2所定値以下となるように設定されるとよい。
また、上記実施形態において、燃焼設備110が、脱硝装置230、除塵装置240、および、脱硫装置260を備える構成を例に挙げた。しかし、燃焼排ガスの性状によって、燃焼設備110は、脱硝装置230、除塵装置240、および、脱硫装置260のうち、いずれかを省略することもできる。
また、上記実施形態において、抽出排ガス供給部310が、脱硝装置230、除塵装置240、および、脱硫装置260で処理された燃焼排ガスを抽出する場合を例に挙げた。しかし、抽出排ガス供給部310は、燃焼装置220において生じた燃焼排ガスの少なくとも一部を抽出すればよい。例えば、抽出排ガス供給部310は、脱硝装置230で処理される前の燃焼排ガスを抽出してもよい。つまり、接続管312が配管222に接続されてもよい。また、抽出排ガス供給部310は、脱硝装置230で処理された燃焼排ガスを抽出してもよい。つまり、接続管312が配管232に接続されてもよい。また、抽出排ガス供給部310は、除塵装置240で処理された燃焼排ガスを抽出してもよい。つまり、接続管312が配管242または配管252に接続されてもよい。
本開示は、燃焼排ガス処理装置に利用することができる。
120 燃焼排ガス処理装置
310 抽出排ガス供給部
320a 栽培室
320b 栽培室
320c 栽培室
330 再循環ガス返送部
342 抽出制御部
344 分配制御部
346 返送制御部

Claims (3)

  1. 植物が栽培される栽培室と、
    燃焼装置において生じた燃焼排ガスの少なくとも一部を抽出し、抽出排ガスとして前記栽培室に供給する抽出排ガス供給部と、
    前記栽培室内のガスの少なくとも一部を再循環ガスとして前記燃焼装置に返送する再循環ガス返送部と、
    前記燃焼装置に返送される前記再循環ガスの流量が第2所定値以下となるように、前記再循環ガス返送部を制御する返送制御部と、
    を備える燃焼排ガス処理装置。
  2. 前記燃焼装置から煙突に導かれる前記燃焼排ガスの流量が第1所定値未満となるように、前記抽出排ガス供給部によって抽出される前記抽出排ガスの量を制御する抽出制御部を備える請求項1に記載の燃焼排ガス処理装置。
  3. 前記栽培室を複数備え、
    複数の前記栽培室のうち、少なくとも1の前記栽培室における栽培条件を満たすように、前記抽出排ガス供給部によって複数の前記栽培室に供給される前記抽出排ガスの分配量を制御する分配制御部を備える請求項2に記載の燃焼排ガス処理装置。
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