(57)【要約】【課題】燃料を燃焼した燃焼排ガス中の作物に有害な硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素及びエチレンを除去し、浄化した排ガスを作物生産用施設に植物成長を促進する二酸化炭素含有ガスとして供給することができる作物栽培ハウスへの二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給装置を提供する。【解決手段】本発明の供給装置は、排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する硫黄酸化物除去装置３と、排ガスに含まれる煤塵を捕集する集塵装置４と、排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去装置５と、排ガスに含まれる一酸化炭素とエチレンを酸化触媒により除去する一酸化炭素及びエチレン除去装置８と、浄化された排ガスを作物生産用施設１１へ供給する浄化ガス供給装置９と、一酸化炭素及びエチレン除去装置８の酸化触媒に付着したタールミストを除去する触媒活性回復手段３１，３２と、を備える。【選択図】  図３
2019107007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作物生産用施設へ二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給装置であって、
燃料を燃焼する燃焼炉と、
前記燃焼炉から排出された燃焼排ガスとの熱交換により熱を得て作物生産用施設へ熱を供給する熱交換器と、
燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する硫黄酸化物除去装置と、
燃焼排ガスに含まれる煤塵を捕集する集塵装置と、
燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去装置と、
燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素とエチレンを酸化触媒により除去する一酸化炭素及びエチレン除去装置と、
浄化された燃焼排ガスを作物生産用施設へ供給する浄化ガス供給装置と、
前記一酸化炭素及びエチレン除去装置から排出された循環ガスをガス加熱装置によって加熱し、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の上流側に戻し、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の前記酸化触媒に付着したタールミストを除去する触媒活性回復手段と、を備える二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置。
【請求項２】
作物生産用施設へ二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給装置であって、
燃料を燃焼する燃焼炉と、
前記燃焼炉から排出された燃焼排ガスとの熱交換により熱を得て作物生産用施設へ熱を供給する熱交換器と、
燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する硫黄酸化物除去装置と、
燃焼排ガスに含まれる煤塵を捕集する集塵装置と、
燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去装置と、
燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素とエチレンを酸化触媒により除去する一酸化炭素及びエチレン除去装置と、
浄化された燃焼排ガスを作物生産用施設へ供給する浄化ガス供給装置と、
浄化ガスの成分濃度を測定するガス成分濃度計と、
前記ガス成分濃度計による一酸化炭素及びエチレンの測定値に基づいて、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置から排出された浄化ガスの一部を前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の上流側に戻す循環ガス量を制御する制御装置と、を備える二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置。
【請求項３】
前記ガス加熱装置に反応用空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置。
【請求項４】
前記燃料がバイオマスであり、
前記硫黄酸化物除去装置が、燃焼排ガスに重曹粉末を吹込み、硫黄酸化物との反応生成物を生成し、反応生成物を前記集塵装置により煤塵とともに捕集可能とする除去装置であり、
前記窒素酸化物除去装置が、燃焼排ガスにアンモニアガスを吹込み、脱硝触媒により窒素酸化物を分解する除去装置であり、
前記浄化ガス供給装置が、浄化ガスを冷却する熱交換器を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置。
【請求項５】
作物生産用施設へ二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給方法であって、
燃焼炉で燃料を燃焼する工程と、
前記燃焼炉から排出された燃焼排ガスとの熱交換により熱を得て作物生産用施設へ熱を供給する工程と、
燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する硫黄酸化物除去工程と、
燃焼排ガスに含まれる煤塵を捕集する集塵工程と、
燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去工程と、
燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素とエチレンを酸化触媒により除去する一酸化炭素及びエチレン除去工程と、
浄化された排ガスを作物生産用施設へ供給する浄化ガス供給工程と、
前記一酸化炭素及びエチレン除去装置から排出された循環ガスをガス加熱装置によって加熱し、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の上流側に戻し、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の前記酸化触媒に付着したタールミストを除去する工程と、を備える二酸化炭素含有ガスと熱の供給方法。
【請求項６】
作物生産用施設へ二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給方法であって、
燃焼炉で燃料を燃焼する工程と、
前記燃焼炉から排出された燃焼排ガスとの熱交換により熱を得て作物生産用施設へ熱を供給する工程と、
燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する硫黄酸化物除去工程と、
燃焼排ガスに含まれる煤塵を捕集する集塵工程と、
燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去工程と、
燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素とエチレンを酸化触媒により除去する一酸化炭素及びエチレン除去工程と、
浄化された排ガスを作物生産用施設へ供給する浄化ガス供給工程と、
浄化ガスの成分濃度を測定するガス成分濃度計による一酸化炭素及びエチレンの測定値に基づいて、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置から排出された浄化ガスの一部を前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の上流側に戻す循環ガス量を制御する工程と、を備える二酸化炭素含有ガスと熱の供給方法。
【請求項７】
前記燃料がバイオマスであり、
前記硫黄酸化物除去工程が、燃焼排ガスに重曹粉末を吹込み、硫黄酸化物との反応生成物を生成し、反応生成物を前記集塵工程において煤塵とともに捕集可能とする除去工程であり、
前記窒素酸化物除去工程が、燃焼排ガスにアンモニアガスを吹込み、脱硝触媒により窒素酸化物を分解する除去工程であり、
前記浄化ガス供給工程が、浄化ガスを冷却する熱交換工程を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の二酸化炭素含有ガスと熱の供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物工場や作物栽培ハウス等の作物生産用施設に燃焼炉からの燃焼排ガスを供給して、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を作物に施用することにより、作物の収率及び品質の向上を可能とするとともに、燃焼排ガスの燃焼熱を回収し、作物生産用施設に熱供給する作物生産用施設への二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置及び供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物工場や作物栽培ハウス等の作物生産用施設では、温度管理のため重油や灯油を燃焼させて得た熱を温水や温風として供給している。また、作物の光合成を促進し、作物の生育促進、収率及び品質の向上のため、作物生産用施設内の二酸化炭素濃度を高める二酸化炭素施用技術があり、重油や灯油を燃焼させた燃焼排ガス中の二酸化炭素を作物生産用施設内に供給し、光合成を促進するようにしている。
【０００３】
例えば特許文献１には、作物生産用施設を温度管理し、また作物生産用施設に肥料としての二酸化炭素を供給するために、重油や灯油の燃焼によって得られた熱を温風として作物生産用施設に供給するとともに、燃焼排ガス中の二酸化炭素をタンクに貯留し、タンクに貯留した二酸化炭素を作物生産用施設に供給する二酸化炭素供給システムが開示されている。ボイラの燃焼排ガスには、作物の成長に悪影響を及ぼす硫黄酸化物及び窒素酸化物が含まれる。このため、特許文献１に記載の二酸化炭素供給システムでは、燃焼排ガスを水溜中にバブリングさせ、硫黄酸化物を除去し、高活性炭素繊維による触媒機能により窒素酸化物を除去している（段落００１３〜段落００１５参照）。
【０００４】
他方、二酸化炭素の排出抑制による温暖化防止、資源の有効利用、廃棄物の減量化を目的として、バイオマスの利活用が要望されている。バイオマスを燃料として使用することができれば、化石燃料の燃焼により排出される二酸化炭素をなくすことができるので、さらなる温暖化防止対策につながる。
【０００５】
特許文献２には、木質系バイオマスを炭化ガス化処理し、分解ガスを燃焼することによって得られた熱を利用して発電するとともに、分解ガスを燃焼することによって得られた二酸化炭素含有ガスを作物生産用施設に供給し、作物の成長を促進する二酸化炭素供給システムが開示されている（段落００１９〜段落００２３参照）。
【０００６】
特許文献３には、バイオマスを立型炉で燃焼し、バイオマスを燃焼することによって得られた熱を作物生産用施設に供給するとともに、バイオマスを燃焼することによって得られた二酸化炭素含有ガスを作物生産用施設に供給する二酸化炭素供給システムが開示されている。バイオマスを燃料として燃焼させた燃焼排ガスには、作物の成長に悪影響を与える硫黄酸化物、窒素酸化物が含まれる。特許文献３に記載の二酸化炭素供給システムでは、燃焼排ガス中の硫黄酸化物、窒素酸化物などの有害成分をスクラバーで予備的に洗い落とし、さらに多孔質吸着剤により吸着除去する燃焼排ガス処理を行い、処理済み燃焼排ガスを作物生産用施設へ供給している（段落００４１〜段落００４４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１６３２２号公報
【特許文献２】特開２００６−１９１８７６号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／０３８１０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、バイオマスの燃焼排ガスには、硫黄酸化物、窒素酸化物だけでなく、作物の成長に有害なエチレン、作物生産用施設内の作業者に有害な一酸化炭素が含まれる。エチレンは、蕾の脱落や葉や花の生育不良を招いたり、作物が熟すのを促進するため収穫時の作物が熟しすぎて出荷できないという事態を招く。また、一酸化炭素は、作物生産用施設内で働く作業者の中毒を招く。二次燃焼室を備える大規模な焼却炉では、一酸化炭素を十分に除去できるが、小規模の焼却炉では、二次燃焼室を備えないことが多く、一酸化炭素の除去が課題である。
【０００９】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、燃料を燃焼した燃焼排ガス中の作物に有害な硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素及びエチレンを除去し、浄化した排ガスを作物生産用施設に植物成長を促進する二酸化炭素含有ガスとして供給することができる作物生産用施設への二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給装置及び供給方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、作物生産用施設へ二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給装置であって、燃料を燃焼する燃焼炉と、前記燃焼炉から排出された燃焼排ガスとの熱交換により熱を得て作物生産用施設へ熱を供給する熱交換器と、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する硫黄酸化物除去装置と、燃焼排ガスに含まれる煤塵を捕集する集塵装置と、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去装置と、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素とエチレンを酸化触媒により除去する一酸化炭素及びエチレン除去装置と、浄化された燃焼排ガスを作物生産用施設へ供給する浄化ガス供給装置と、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置から排出された循環ガスをガス加熱装置によって加熱し、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の上流側に戻し、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の前記酸化触媒に付着したタールミストを除去する触媒活性回復手段と、を備える二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置である。
【００１１】
本発明の他の態様は、作物生産用施設へ二酸化炭素含有ガスと熱を供給する供給装置であって、燃料を燃焼する燃焼炉と、前記燃焼炉から排出された燃焼排ガスとの熱交換により熱を得て作物生産用施設へ熱を供給する熱交換器と、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する硫黄酸化物除去装置と、燃焼排ガスに含まれる煤塵を捕集する集塵装置と、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去装置と、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素とエチレンを酸化触媒により除去する一酸化炭素及びエチレン除去装置と、浄化された燃焼排ガスを作物生産用施設へ供給する浄化ガス供給装置と、浄化ガスの成分濃度を測定するガス成分濃度計と、前記ガス成分濃度計による一酸化炭素及びエチレンの測定値に基づいて、前記一酸化炭素及びエチレン除去装置から排出された浄化ガスの一部を前記一酸化炭素及びエチレン除去装置の上流側に戻す循環ガス量を制御する制御装置と、を備える二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、燃焼排ガス中の硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素、エチレンを効率よく除去できる。作物の成長に悪影響を与えることが無い燃焼排ガスを供給して、作物の成長促進に有効となる二酸化炭素を植物に与えることができる。また、燃焼排ガスから熱回収して、作物生産用施設内の温度管理に用いることができる。さらに、一酸化炭素及びエチレン除去装置の酸化触媒の触媒活性を回復させることができる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、燃焼排ガス中の硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素、エチレンを効率よく除去できる。作物の成長に悪影響を与えることが無い燃焼排ガスを供給して、作物の成長促進に有効となる二酸化炭素を植物に与えることができる。また、燃焼排ガスから熱回収して、作物生産用施設内の温度管理に用いることができる。さらに、浄化ガスに残存する一酸化炭素及びエチレンを再度酸化触媒と接触させ、一酸化炭素とエチレンをより低濃度に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施形態の二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置の模式図
【図２】図１の供給装置に制御系統を付加したものを示す模式図
【図３】本発明の第二の実施形態の二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１に基づいて、本発明の第一の実施形態の二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置（以下、単に供給装置という）を詳細に説明する。供給装置は、植物工場や作物栽培ハウス等の作物生産用施設１１に二酸化炭素含有ガスと熱を供給するもので、上流側から順番に燃焼炉１、熱交換器２、硫黄酸化物除去装置３、集塵装置４、窒素酸化物除去装置５、一酸化炭素及びエチレン除去装置８、及び浄化ガス供給装置９を備える。以下に、各構成要素を順番に説明する。
【００１６】
（燃焼炉）
燃焼炉１は、バイオマスの供給を受け、バイオマスを燃焼して排ガスを排出する。バイオマスには、木質系バイオマス（例えば木質チップ、木屑、間伐材、製材廃材、建築廃材等）が用いられる。典型的な燃焼炉１は、火格子式燃焼炉であり、火格子を有する燃焼室と、火格子上にバイオマスを供給するための供給口と、燃焼室に燃焼空気を供給する送風機と、を備える。火格子上のバイオマスに燃焼空気を供給して燃焼する火格子式燃焼炉は、燃焼効率が高く好ましいが、炉形式はこれに限定されるものではない。
【００１７】
（熱交換器）
熱交換器２は、燃焼炉１の燃焼排ガス（以下、単に排ガスという）と水との熱交換により水を加熱して温水を得て、暖房、温度管理のための熱を作物生産用施設１１に供給する。熱交換器２と作物生産用施設１１とは、温水配管１２で接続され温水が供給される。熱交換器２で得られた温水を別に設ける蓄熱槽に貯留することにより、作物生産用施設１１の熱需要により効果的に対応して熱を供給することができる。例えば、昼間に得られ貯留された温水（蓄熱された温熱）を、熱需要の大きい夜間に使用するようにするなど、柔軟な対応が可能となる。
【００１８】
熱交換器２は、排ガスと水との熱交換により水蒸気を得て、水蒸気を作物生産用施設１１へ供給してもよいし、水蒸気を蒸気タービンに送り、蒸気タービンにより発電し、電気エネルギーを作物生産用施設１１へ供給してもよい。また、燃焼炉１と熱交換器２とを一体化した燃焼ボイラを用いてもよいし、燃焼炉１と熱交換器２が別体のものを用いてもよい。
【００１９】
燃焼炉１の排ガスには、作物又は作業者に有害な硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素、エチレンが含まれる。硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）は、大気汚染の原因物質であり、植物の生育に悪影響を及ぼし、作物生産用施設１１で働く作業者にとって有害である。一酸化炭素（ＣＯ）は、作業者に一酸化炭素中毒をもたらす。エチレンは、作物の生育不良や作物の熟しすぎを招く。このため、これらの有害物は、以下の硫黄酸化物除去装置３、窒素酸化物除去装置５、一酸化炭素及びエチレン除去装置８によって除去される。
【００２０】
（硫黄酸化物除去装置）
硫黄酸化物除去装置３は、熱交換器２で熱回収された排ガスに重曹（炭酸水素ナトリウム）粉末を吹き込む重曹吹込み装置を備える。重曹吹込み装置は、重曹を貯留する重曹貯留槽と、重曹貯留槽から重曹粉末を切り出す切出し装置と、切り出された重曹粉末を圧縮空気とともに排ガス中に吹き込むノズルと、を備える。ノズルは、熱交換器２の下流側かつ集塵装置４の上流側のダクト１３に配置される。
【００２１】
排ガスに吹き込まれた重曹粉末は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）と反応して、反応生成物として硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）を生成する。硫黄酸化物（ＳＯｘ）と重曹粉末（ＮａＨＣＯ3）との反応式は、式１のとおりである。
（式１）
２ＮａＨＣＯ3＋ＳＯ2＋１／２Ｏ2→Ｎａ2ＳＯ4＋Ｈ2Ｏ＋２ＣＯ2
【００２２】
反応生成物粒子（Ｎａ2ＳＯ4）は、粉塵とともに集塵装置４により捕集され、排ガスから硫黄酸化物が除去される。硫黄酸化物を重曹粉末との反応により除去する際の温度は、反応効率を高くするため、１７０〜２００℃とすることが好ましい。排ガス温度をこの範囲とするように熱交換器２による熱交換を制御する。
【００２３】
（集塵装置）
集塵装置４は、排ガスに含まれる粉塵を捕集するとともに、重曹粉末と硫黄酸化物（ＳＯｘ）との反応生成物粒子を捕集する。バグフィルタ等の濾過式集塵装置を用いることが、粉塵と硫黄酸化物の反応生成物粒子を捕集する効率が高く好ましい。バグフィルタのフィルタ表面に付着した未反応の重曹粉末が、硫黄酸化物と反応することも行われる。
【００２４】
（窒素酸化物除去装置）
窒素酸化物除去装置５は、集塵装置４で粉塵が除去された排ガスにアンモニアガスを吹き込むアンモニア供給装置６と、脱硝触媒を収容した脱硝触媒装置７と、を備える。脱硝触媒装置７は、窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニアとの反応によりＮ２とＨ２Ｏとに分解し窒素酸化物を除去する。アンモニア（ＮＨ3）と窒素酸化物（ＮＯｘ）との反応式は、式２のとおりである。
（式２）
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
【００２５】
脱硝触媒は限定されないが、ＴｉＯ２を担体とし、Ｖ２Ｏ２、ＷＯ３等を活性体とするものが好ましく、触媒形状は圧力損失の少ないハニカム状や板状の並行流型を用いることが好ましい。窒素酸化物をアンモニアガスと脱硝触媒により除去する際の温度は特に限定されないが、硫黄酸化物除去を行う温度である１７０〜２００℃の温度範囲で運転することが再加熱を行う必要がないため好ましい。この温度範囲で好適な脱硝触媒を用いるようにする。
【００２６】
（一酸化炭素及びエチレン除去装置）
一酸化炭素及びエチレン除去装置８は、窒素酸化物除去装置５で窒素酸化物が除去された排ガスを、酸化触媒を収容した酸化触媒装置に導入し、触媒の作用により一酸化炭素とエチレンを酸化し、作物又は作業者に無害なＣＯ２、Ｈ2Ｏ等の物質にする。酸化に使用される酸素は、排ガスに含まれる酸素である。燃焼炉１には燃焼空気が吹き込まれるので、排ガスには十分な酸素が存在する。酸化触媒は限定されないが、担体に白金やロジウムを担持させた触媒を用いることが好ましい。一酸化炭素及びエチレンを酸化触媒により酸化して除去する際の温度は特に限定されないが、硫黄酸化物除去を行う温度である１７０〜２００℃の温度範囲で運転することが再加熱を行う必要がないため好ましい。この温度範囲で好適な酸化触媒を用いるようにする。
【００２７】
窒素酸化物除去装置５と一酸化炭素及びエチレン除去装置８との配置は、図１に示す順でも逆の順でもよい。すなわち、一酸化炭素及びエチレン除去装置８を上流側に配置し、窒素酸化物除去装置５を下流側に配置することもできる。
【００２８】
集塵装置４の下流側に窒素酸化物除去装置５と一酸化炭素及びエチレン除去装置８とを設置することにより、バイオマスの燃焼排ガスに含まれる脱硝触媒や酸化触媒に対する被毒成分を集塵装置４で予め除去できる。
【００２９】
（浄化ガス供給装置）
浄化ガス供給装置９は、上記の除去装置３，４，５，８によって浄化された燃焼排ガスを作物生産用施設１１へ供給する。浄化ガス供給装置９は、熱交換器１０を備える。一酸化炭素及びエチレン除去装置８で一酸化炭素及びエチレンが除去された排ガスは、熱交換器１０で例えば１００〜１３０℃まで冷却され、さらに空気で希釈され、例えば３０〜５０℃まで冷却され、作物生産用施設１１へ二酸化炭素含有ガスとして供給される。二酸化炭素含有ガスを常温に近い温度にすることで、作物生産用施設１１内の作物に悪影響を与えないようにする。熱交換器１０は、浄化ガスと水との熱交換により水を加熱して温水を得て、暖房、温度管理のための熱を作物生産用施設１１に供給するようにしてもよい。
【００３０】
上記の各構成要素の装置を備える供給装置により、燃焼排ガス中の作物又は作業者に有害な硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素、エチレンを効率よく除去でき、作物の成長に悪影響を与えることが無い燃焼排ガスを作物生産用施設１１に供給して、作物の成長促進に有効となる二酸化炭素を植物に与えることができ、さらに、燃焼排ガスから熱回収して、作物生産用施設内１１に熱を供給することができる。
【００３１】
また、作物生産用施設１１と供給装置の運転を制御する制御システムを設けて、作物生産用施設１１の二酸化炭素需要や熱需要に応じて、供給装置の起動及び停止や、運転時の燃料燃焼量を制御するようにしてもよい。例えば、制御システムは、作物生産用施設１１内の二酸化炭素や熱がより多く必要であると判断された場合に、供給装置を起動し、あるいは燃料燃焼量を増大し、需要に対応するように制御する。
【００３２】
図２は、排ガスに含まれる有害物の濃度を抑制するための制御系統を付加した供給装置の構成図を示す。燃焼炉１、熱交換器２、硫黄酸化物除去装置３、集塵装置４、窒素酸化物除去装置５、一酸化炭素及びエチレン除去装置８、及び浄化ガス供給装置９の構成は、図１に示すものと同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。
【００３３】
一酸化炭素及びエチレン除去装置８の下流側には、浄化ガスの成分濃度を測定するガス成分濃度計２１が配置される。制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の硫黄酸化物の測定値に基づいて、硫黄酸化物除去装置３の重曹供給量を制御する。例えば、制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の硫黄酸化物の測定値が所定の許容範囲値よりも高い場合には、重曹供給量を増大させ、低い場合には、重曹供給量を減少させる。
【００３４】
制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の窒素酸化物の測定値に基づいて、窒素酸化物除去装置５のアンモニアガス供給量を制御する。例えば、制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の窒素酸化物の測定値が所定の許容範囲値よりも高い場合には、アンモニアガス供給量を増大させ、低い場合には、アンモニアガス供給量を減少させる。
【００３５】
一酸化炭素及びエチレン除去装置８から排出された浄化ガスを熱交換器１０に送るダクトには、分岐して浄化ガスの一部を一酸化炭素及びエチレン除去装置８の上流側に戻す循環流路２３が設けられ、戻す循環ガス量を調整する調整弁２４が配置される。浄化ガスの一部を一酸化炭素及びエチレン除去装置８の上流側に戻すことにより、浄化ガスに残存する一酸化炭素及びエチレンを再度酸化触媒と接触させ、一酸化炭素とエチレンをより低濃度にまで除去する。制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の一酸化炭素及びエチレンの測定値に基づいて、調整弁２４の開度を調整し循環ガス量を制御する。例えば、制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の一酸化炭素及びエチレン除去装置８の測定値が一定時間以上にわたって所定の閾値以上の場合には、循環ガス量を増大させる。また、制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の一酸化炭素及びエチレンの測定値に基づいて、一酸化炭素及びエチレン除去装置８の酸化触媒の交換時期を判定する。例えば、制御装置２２は、ガス成分濃度計２１の一酸化炭素及びエチレン除去装置８の測定値が一定時間以上にわたって所定の閾値以上の場合には、酸化触媒の交換を促す警報を表示する。
【００３６】
図２に示す制御系統を付加した供給装置では、一酸化炭素及びエチレン除去装置８の下流側に、浄化ガスの成分濃度を測定するガス成分濃度計２１が配置され、制御装置２２により制御することとしているが、作物生産用施設１１内の各種ガス成分濃度を測定するガス成分濃度計２１を配置して計測し制御するようにしてもよい。すなわち、作物生産用施設１１内の各種ガス成分濃度の測定値に基づき、硫黄酸化物除去装置３の重曹供給量、窒素酸化物除去装置５のアンモニアガス供給量、浄化ガスの一部を一酸化炭素及びエチレン除去装置８の上流側に戻す循環ガス量を制御して、作物生産用施設１１の操業状況に応じて、供給装置のガス浄化機器を制御することも可能である。
【００３７】
図３は、本発明の第二の実施形態の二酸化炭素含有ガスと熱の供給装置（以下、単に供給装置という）の模式図である。燃焼炉１、熱交換器２、硫黄酸化物除去装置３、集塵装置４、窒素酸化物除去装置５、一酸化炭素及びエチレン除去装置８、浄化ガス供給装置９の構成は、図１に示すものと同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。
【００３８】
第二の実施形態の供給装置では、脱硝触媒装置７の脱硝触媒、並びに一酸化炭素及びエチレン除去装置８の酸化触媒に付着したタールミストを除去して、触媒活性を回復させる触媒活性回復手段を付加している点が、第一の実施形態の供給装置と異なる。この触媒活性回復手段は、循環流路３１と、ガス加熱装置３２と、を備える。
【００３９】
触媒活性回復手段を付加する理由は以下のとおりである。燃焼炉１でのバイオマス燃焼によって発生するタールのほとんどは集塵装置４により除去されるものの、排ガスが集塵装置４から脱硝触媒装置７、一酸化炭素及びエチレン除去装置８に流通するにつれて、排ガス温度がガス状タールの露点以下に低下し、ガス状タールが液化して微量のタールミストが発生する。このタールミストが脱硝触媒装置７の脱硝触媒、並びに一酸化炭素及びエチレン除去装置８の酸化触媒に付着すると、これらの触媒活性が低下する。
【００４０】
触媒に付着したタールミストを除去する方法として、触媒を触媒装置から取り外し、触媒を加熱炉で空焼きすることによってタールを除去することが知られている。しかし、触媒装置から触媒を出し入れするのは煩雑であり、さらに触媒装置を一定期間停止する必要があることから望ましい除去方法とはいえない。
【００４１】
一方、発明者は、上記のように発生する微量のタールミストの形態を詳しく調べた結果、触媒に付着しても比較的除去しやすい形態であることを見出した。そこで、発明者は、触媒を触媒装置から取り外す必要がない触媒活性回復手段を創案した。すなわち、本実施形態においては、一酸化炭素及びエチレン除去装置８から排出された浄化ガスの一部をガス加熱装置３２によって加熱し、脱硝触媒装置７の上流側、並びに一酸化炭素及びエチレン除去装置８の上流側に戻し、脱硝触媒装置７の脱硝触媒、並びに一酸化炭素及びエチレン除去装置８の酸化触媒を加熱する。これにより、脱硝触媒及び酸化触媒に付着したタールミストを揮発・除去し、これらの触媒活性を回復させる。
【００４２】
具体的には、一酸化炭素及びエチレン除去装置８から排出された浄化ガスを熱交換器１０に送るダクトを分岐して、浄化ガスの一部を脱硝触媒装置７の上流側、並びに一酸化炭素及びエチレン除去装置８の上流側に戻す循環流路３１を設ける。そして、循環流路３１に浄化ガスの一部（以下、循環ガスという）を加熱するガス加熱装置３２を配設する。ガス加熱装置３２により加熱された循環ガスにより、脱硝触媒装置７の脱硝触媒、並びに一酸化炭素及びエチレン除去装置８の酸化触媒を加熱し、これにより、脱硝触媒及び酸化触媒に付着したタールミストを揮発・除去する。
【００４３】
ガス加熱装置３２としては、電気ヒーター式ガス加熱装置が好ましい。ガス加熱装置として電気ヒーター式ガス加熱装置を用いる場合には、触媒から揮発して循環ガスに含まれるタールを燃焼するために反応用空気を必要に応じて供給し、タールを燃焼する。
【００４４】
脱硝触媒及び酸化触媒を昇温する温度は、１６０〜５００℃の温度範囲とすることが好ましく、１８０〜３００℃の温度範囲とすることがさらに好ましい。付着したタールミストを揮発・除去するために、脱硝触媒及び酸化触媒の温度を、集塵装置４の運転温度以上であって、タールミストの露点より高い温度にする必要があるからである。
【００４５】
脱硝触媒及び／又は酸化触媒の触媒活性の低下が認められた場合に、加熱した循環ガスを戻す運転を行い、触媒活性を回復させる操作を行う。本実施形態によれば、脱硝触媒装置７並びに一酸化炭素及びエチレン除去装置８の運転中でも、各装置を停止させることなく触媒活性回復操作を行うことができる。もちろん各装置の停止中でも触媒活性回復操作を行うことができる。
【００４６】
（実施例）
以下に本発明の実施例を比較例と比較しつつ説明する。燃焼炉から排出される排ガスを作物生産用施設に供給する際に、作物の生育に悪影響を及ぼさないような排ガス中の成分の許容上限濃度を以下の表１に示すように定めた。
【表１】
2019107007.tif 000003
【比較例】
【００４７】
木質チップを燃焼炉で燃焼させる実験を実施した。木質チップは水分３０％、３〜１０ｃｍの寸法であり、燃焼炉に供給量１２０ｋｇ／ｈｒで供給し燃焼した。
【００４８】
排ガスは、燃焼炉と一体となった熱交換器に送られ、約１８０℃まで冷却されるとともに、水との熱交換により約８５℃の温水を得た。 排ガス発生量はおよそ１２００Ｎｍ3／ｈｒであり、温水として得られる熱量はおよそ２８０ＫＷであった。
【００４９】
冷却された排ガスを、サイクロン式集塵機で除塵した。
【００５０】
除塵された排ガス中の成分測定結果を以下の表２に示す。
【表２】
2019107007.tif 000004
【００５１】
表２のとおり、排ガスに含まれる硫黄酸化物、窒素酸化物、およびエチレンの濃度は、いずれも作物生産用施設に供給できる許容上限濃度以上であり、このまま供給すると作物の成長に悪影響を与える。
【実施例１】
【００５２】
比較例と同様にして木質チップを燃焼させ、サイクロン式集塵機で除塵された排ガスについてさらに下記の処理を実施した。
【００５３】
サイクロン式集塵機で除塵された約１８０℃の排ガスに重曹粉末を供給量４０ｇ／ｈｒで供給混合し、反応生成物と煤塵をバグフィルタで除塵した。 次いで、排ガスにアンモニアガスを供給量１Ｌ／ｍｉｎで供給混合し、脱硝触媒装置に空間速度（ＳＶ値）を４１００／ｈｒで供給した。 脱硝触媒としてバナジウム、タングステンを含む触媒を用いた。さらに排ガスを酸化触媒装置に空間速度（ＳＶ値）を２２０００／ｈｒで供給した。酸化触媒として白金を含む触媒を用いた。
【００５４】
上記処理後の排ガス中の成分測定結果を表３に示す。
【表３】
2019107007.tif 000005
【００５５】
表３のように、硫黄酸化物、窒素酸化物、およびエチレンのいずれも作物生産用施設に供給できる許容上限濃度以下に低減しており、作物の成長に悪影響を与えることなく、作物の成長促進に有効となる二酸化炭素を作物に与えることができる。一酸化炭素の濃度も作業者に悪影響を与えることのない２５ｐｐｍ以下に低減した。浄化処理後の排ガスを希釈して作物生産用施設に供給すれば、作物にも作業者にも悪影響を与えることのない二酸化炭素含有ガスを供給できる。
【符号の説明】
【００５６】
１…燃焼炉
２…熱交換器
３…硫黄酸化物除去装置
４…集塵装置
５…窒素酸化物除去装置
６…アンモニア供給装置
７…脱硝触媒装置
８…一酸化炭素及びエチレン除去装置
９…浄化ガス供給装置
１０…熱交換器
１２…温水配管
１３…ダクト
２１…ガス成分濃度計
２２…制御装置
２３…循環流路
２４…調整弁
３１…循環流路（触媒活性回復手段）
３２…ガス加熱装置（触媒活性回復手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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