JP7435285B2

JP7435285B2 - 燃焼排ガス処理装置

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Publication number: JP7435285B2
Application number: JP2020102875A
Authority: JP
Inventors: 聡比留間
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-06-15
Also published as: JP2021196110A

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

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。
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。
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。