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JP5073264B2 - Greenhouse cultivation system - Google Patents
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Description

本発明は温室栽培システムに関する。   The present invention relates to a greenhouse cultivation system.

温室内で野菜や果物の作物を土耕栽培、養液栽培する温室栽培(施設栽培、ハウス栽培)は、栽培作物の生育環境(温度、光、湿度、水、風、炭酸ガス)を良好に制御することができることから、園芸栽培にも普及している。温室栽培の場合、日中は温室の側窓や天窓を解放して外気の炭酸ガスを温室内に取り入れて、栽培作物の光合成を促進させることが行われているが、温室内の温度上昇や換気不足などが原因して炭酸ガス不足が生じ、作物の良好な生育が損なわれることがある。また、冬季などで温室を閉め切って栽培作物を光合成させると、温室内の炭酸ガス濃度が大気中の濃度(350ppm程度)より大幅に低下して、栽培作物の生育が抑制されることがある。このようなことから温室栽培においては、温室内に積極的に炭酸ガスを補給して温室内の炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成に適した濃度にすることが行われている。   Greenhouse cultivation (facility cultivation, house cultivation) in which the crops of vegetables and fruits are soil-cultivated and hydroponically cultivated in the greenhouse improves the growth environment (temperature, light, humidity, water, wind, carbon dioxide) of the cultivated crop Because it can be controlled, it is also popular in horticulture. In the case of greenhouse cultivation, during the day, the side windows and skylights of the greenhouse are released and carbon dioxide from the outside air is introduced into the greenhouse to promote photosynthesis of cultivated crops. Carbon dioxide shortage may occur due to lack of ventilation, etc., and good growth of crops may be impaired. In addition, when the greenhouse is closed and the cultivated crop is photosynthesized in winter, the concentration of carbon dioxide in the greenhouse is significantly lower than the concentration in the atmosphere (about 350 ppm), and the growth of the cultivated crop may be suppressed. For this reason, in greenhouse cultivation, carbon dioxide is actively replenished in the greenhouse to adjust the concentration of carbon dioxide in the greenhouse to a concentration suitable for photosynthesis of cultivated crops.

このため、温室栽培においては、温室へ、電気、熱、炭酸ガス等が供給される。一般には、電気は系統電源(電力会社が保有する商用の配電線網から供給される電源)にて供給され、熱は重油ボイラー等にて供給される。また、炭酸ガスはLPGまたは灯油焚きの加温機(温風発生器)等で排ガスを多量の空気で希釈し温室内に供給するものが主流である。   For this reason, in greenhouse cultivation, electricity, heat, carbon dioxide gas, etc. are supplied to a greenhouse. In general, electricity is supplied by a system power supply (power supplied from a commercial distribution network owned by an electric power company), and heat is supplied by a heavy oil boiler or the like. Carbon dioxide gas is mainly used by diluting exhaust gas with a large amount of air using an LPG or kerosene-fired heater (hot air generator) or the like and supplying it into the greenhouse.

ところで、エネルギーの有効利用を図るため、近年ではコージェネレーションシステムが使用される(特許文献1)。コージェネレーションシステムとは、一つのエネルギー源から熱と電気等、2つ以上の有効なエネルギー形態を取り出して利用するシステムである。すなわち、前記特許文献1に記載のコージェネレーションシステムは、ガスタービン発電機と排熱回収熱交換器とを組み合わせて、電力と温水等を同時に供給することができるシステムである。   By the way, in order to effectively use energy, a cogeneration system is used in recent years (Patent Document 1). A cogeneration system is a system that takes out and uses two or more effective energy forms such as heat and electricity from one energy source. That is, the cogeneration system described in Patent Document 1 is a system that can supply power, hot water, and the like simultaneously by combining a gas turbine generator and an exhaust heat recovery heat exchanger.

このため、エネルギー発生源としてガスタービンコージェネレーション設備を設置して、温室に電気(電力)と熱(温水)を供給した上、炭酸ガス源として排ガスを利用することが考えられる。
特開2005−69087号公報
For this reason, it is conceivable to install gas turbine cogeneration equipment as an energy generation source, supply electricity (electric power) and heat (hot water) to a greenhouse, and use exhaust gas as a carbon dioxide gas source.
JP 2005-69087 A

ところが、ガスタービンの排ガス中には、窒素酸化物(NOx)が含有されている。このため、窒素酸化物濃度を、大気汚染防止法および関係条例上のNOx規制値をクリアするために低減することになる。しかしながら、NOx規制値をクリアしたとしても、このままでは作物の育成に障害を及ぼす。   However, nitrogen oxides (NOx) are contained in the exhaust gas of the gas turbine. For this reason, the nitrogen oxide concentration is reduced in order to clear the NOx regulation value in the Air Pollution Control Law and related regulations. However, even if the NOx regulation value is cleared, it will hinder the cultivation of crops as it is.

植物に対するNOxの影響については、大規模温室で栽培されることが多いトマトが、2〜3ppm程度の低濃度でも成長阻害等の症状が現れる。これに対して、ガスタービンの排ガス濃度の低いものでも、排ガス中には15ppm程度のNOxが含まれており、しかも、このガスタービンの排ガスは、大気放出ではなく閉鎖環境への供給である。このため、温室中のNOx濃度が、植物に影響を与える可能性がある。   Regarding the effects of NOx on plants, symptoms such as growth inhibition appear in tomatoes that are often grown in large-scale greenhouses even at low concentrations of about 2-3 ppm. On the other hand, even if the exhaust gas concentration of the gas turbine is low, the exhaust gas contains about 15 ppm of NOx, and the exhaust gas of the gas turbine is not released into the atmosphere but supplied to a closed environment. For this reason, the NOx concentration in the greenhouse may affect plants.

特に、前記したように、従来の脱硝(窒素酸化物濃度を低下させる作業)は、人体への影響を前提とした環境規制をクリアすることを目的に開発されており、排ガスを温室栽培等に利用することを目的とした低濃度脱硝技術を備えたコージェネレーションシステムはない。   In particular, as described above, conventional denitration (operation to reduce the concentration of nitrogen oxides) has been developed for the purpose of clearing environmental regulations that are premised on the impact on the human body. There is no cogeneration system with low-concentration denitration technology that is intended to be used.

なお、他の技術分野で使用される脱硝技術も屋内環境下では取扱易さの観点から尿素水を用いたアンモニア還元法が主流である。しかしながら、還元媒体(尿素水)がアンモニアに分解する反応温度として380℃以上のガス温度が必要であり、再生器が装備されたガスタービンの排ガスは260℃程度であり、このような尿素水を還元媒体としては使用できない。   In addition, the denitration technology used in other technical fields is mainly an ammonia reduction method using urea water from the viewpoint of ease of handling in an indoor environment. However, a gas temperature of 380 ° C. or higher is required as a reaction temperature at which the reducing medium (urea water) is decomposed into ammonia, and the exhaust gas from the gas turbine equipped with the regenerator is about 260 ° C. It cannot be used as a reducing medium.

ところで、ガスタービンの排ガスを温室に供給すれば、窒素酸化物の植物に対する影響のうち、一酸化窒素による害兆は少なく、ピントビーン、トマトを用いて4および10ppmで接触中に光合成の働きが低下するが、接触を止めると直ちに回復するという報告がある。一般に、二酸化窒素のほうが一酸化窒素の5倍の毒性があると言われている。二酸化窒素については、2.5ppm〜3pmで2時間の接触によりピントビーン、トマトなど感受性の強い植物に害兆が現れる。その症状は、葉肉部における葉脈間や周縁部に白色または黄褐色の不定形の斑点が現れる。また、低濃度長期間接触では高濃度の時のような典型的な急性害兆は現れず、0.5ppm以下では、10〜22日間の連続接触により、トマトやピントビーンの生育が抑制されるが、イネでは0.3ppm程度で55日間の連続接触でも増収する場合もある。(大気汚染植物被害写真集:財団法人日本公衆衛生協会、農業公害ハンドブック、地人書館)しかし、従来の施用方法(LPGor灯油使用の温風発生器)では、燃料費が高くつき、光合成により使用される二酸化炭素を補給する程度(350ppm程度まで補給)かつ短時間施用のため、これらのNOx濃度も問題になっていなかったが、炭酸ガスを積極施用し高品質・多収量を狙うのなら、NOx、エチレン、一酸化炭素、SOxが問題となってくると考えられる。   By the way, if exhaust gas from a gas turbine is supplied to a greenhouse, among the effects of nitrogen oxides on plants, there are few signs of harm caused by nitric oxide, and photosynthesis works during contact at 4 and 10 ppm using pinto beans and tomatoes. There is a report that it decreases but recovers as soon as contact is stopped. In general, nitrogen dioxide is said to be five times more toxic than nitric oxide. As for nitrogen dioxide, signs of harm appear in sensitive plants such as pinto beans and tomatoes by contact at 2.5 ppm to 3 pm for 2 hours. As for the symptom, white or yellowish brown irregular shaped spots appear between the veins in the mesophyll and the peripheral part. In addition, typical acute signs of harm as in the case of a high concentration do not appear in a low concentration long-term contact, and at 0.5 ppm or less, the growth of tomatoes and pinto beans is suppressed by continuous contact for 10 to 22 days. However, in rice, the yield may increase even at 55 days of continuous contact at about 0.3 ppm. (Air pollution plant damage photo collection: Japan Public Health Association, Agricultural Pollution Handbook, Jinshokan) However, with the conventional application method (hot air generator using LPgor kerosene), the fuel cost is high and used by photosynthesis The amount of carbon dioxide to be replenished (supplemented to about 350 ppm) and for a short time of application, these NOx concentrations were not a problem, but if carbon dioxide is actively applied to aim for high quality and high yield, NOx, ethylene, carbon monoxide and SOx are considered to be problems.

本発明は、上記課題に鑑みて、エネルギーの有効利用を図ることができ、低コストで高品質、多収量の栽培を可能とする温室栽培システムを提供する。   In view of the above-described problems, the present invention provides a greenhouse cultivation system that enables effective use of energy and enables high-quality, high-yield cultivation at low cost.

本発明の温室栽培システムは、ガスタービンと、ガスタービンを動力源とする発電機と、ガスタービンの排ガスから熱を回収する排熱回収装置とを備えた温室栽培システムであって、前記ガスタービンの使用燃料を天然ガスとし、前記ガスタービンの排ガスの窒素酸化物濃度を温室栽培の作物育成を損なわない値にまで低下させる脱硝装置を、ガスタービンと排熱回収装置との間に配置し、該脱硝装置を、還元媒体にアンモニア水を用いるアンモニア還元式脱硝装置とし、該脱硝装置は、反応温度が170℃の温度域から使用可能な還元触媒が用いられ、且つ、排ガス温度が170℃を超えたときに、希釈したアンモニア水を圧縮空気によって微粒子化して噴出ノズルから排ガス中に噴射するように構成されており、作物育成を損なわない濃度にまで低下している濃度の窒素酸化物を含む排ガスを、排熱回収装置に供給して、この排熱回収装置から熱と炭酸ガスとを、前記作物育成を行う温室に供給するとともに、前記発電機からの電力をこの温室に供給するものである。 The greenhouse cultivation system of the present invention is a greenhouse cultivation system comprising a gas turbine, a generator using the gas turbine as a power source, and an exhaust heat recovery device for recovering heat from the exhaust gas of the gas turbine , the gas turbine The denitration device that reduces the nitrogen oxide concentration of the exhaust gas from the gas turbine to a value that does not impair the cultivation of greenhouse-grown crops, is disposed between the gas turbine and the exhaust heat recovery device, The denitration apparatus is an ammonia reduction type denitration apparatus that uses ammonia water as a reducing medium. The denitration apparatus uses a reduction catalyst that can be used from a temperature range of 170 ° C., and an exhaust gas temperature of 170 ° C. when it exceeds, and is configured to inject into the exhaust gas in the exhaust nozzle and atomized by the compressed air of ammonia water diluted, concentrated not impair the crop growing The exhaust gas containing nitrogen oxides having a concentration reduced to the above is supplied to the exhaust heat recovery device, and heat and carbon dioxide gas are supplied from the exhaust heat recovery device to the greenhouse for growing the crop, and The power from the generator is supplied to this greenhouse.

本発明の温室栽培システムでは、作物育成を行う温室には、電気、温水や蒸気での熱、さらには炭酸ガスが供給される。特に、窒素酸化物の濃度を作物育成を損なわない値にまで低下させることができ、しかも温室内の炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成に適した濃度とすることができる。   In the greenhouse cultivation system of the present invention, electricity, heat from hot water or steam, and further carbon dioxide gas are supplied to the greenhouse in which crops are grown. In particular, the concentration of nitrogen oxides can be reduced to a value that does not impair crop growth, and the carbon dioxide concentration in the greenhouse can be made suitable for the photosynthesis of cultivated crops.

脱硝装置が、還元媒体をアンモニア水とするアンモニア還元式脱硝装置であるのが好ましい。すなわち、アンモニアと混合された排ガス(NOx)は、脱硝装置内の還元触媒により、N2とH2Oに分解される。また、脱硝装置は、反応温度が170℃の温度域から使用可能な還元触媒が用いられ、且つ、排ガス温度が170℃を超えたときに、希釈したアンモニア水を圧縮空気によって微粒子化して噴出ノズルから排ガス中に噴霧するように構成される。これによって、温室内にほぼ均一に噴霧することができる。 The denitration apparatus is preferably an ammonia reduction type denitration apparatus using ammonia water as a reducing medium. That is, the exhaust gas (NOx) mixed with ammonia is decomposed into N 2 and H 2 O by the reduction catalyst in the denitration apparatus. Further, the denitration apparatus uses a reduction catalyst that can be used from a temperature range of 170 ° C., and when the exhaust gas temperature exceeds 170 ° C., the diluted ammonia water is atomized with compressed air to eject nozzles It is comprised so that it may spray in waste gas from. Thereby, it can spray almost uniformly in a greenhouse.

本発明の温室栽培システムによれば、栽培環境の温度、CO2濃度、日照量などの制御を行うことができ、高品質、多収量の栽培が可能となる。しかも、ガスタービンの排ガスを使用することによって、植物に有害であるエチレンや作業者に影響あるCO等を除去する系統を設ける必要がなく、装置全体のコンパクト化を図ることができるとともに、コスト低減が可能となる。   According to the greenhouse cultivation system of the present invention, it is possible to control the temperature of the cultivation environment, the CO2 concentration, the amount of sunlight, and the like, and high-quality, high-yield cultivation is possible. In addition, by using the exhaust gas of the gas turbine, it is not necessary to provide a system for removing ethylene harmful to plants, CO that affects workers, etc., and the overall apparatus can be made compact and the cost can be reduced. Is possible.

また、脱硝装置が、還元媒体をアンモニア水とするアンモニア還元式脱硝装置であれば、低温域(例えば170℃)から高温域(例えば500℃)において、高い脱硝率を得ることができるので、260℃程度のガスタービンの排ガスに対して高い脱硝率を発揮することができる。しかも設備費及びランニングコストの点においても有利である。   Further, if the denitration apparatus is an ammonia reduction type denitration apparatus using ammonia water as a reducing medium, a high denitration rate can be obtained from a low temperature range (for example, 170 ° C.) to a high temperature range (for example, 500 ° C.). A high denitration rate can be exhibited with respect to the exhaust gas of a gas turbine at about ° C. Moreover, it is advantageous in terms of equipment costs and running costs.

本発明に係る温室栽培システムの実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。   Embodiment of the greenhouse cultivation system which concerns on this invention is described based on FIGS.

図1に本発明に係る温室栽培システムの全体構成図を示す。この温室栽培システムは、コージェネレーションシステムの排気ガス中に含まれる二酸化炭素(炭酸ガス)を利用するトリジェネレーションシステムである。   The whole block diagram of the greenhouse cultivation system which concerns on FIG. 1 at this invention is shown. This greenhouse cultivation system is a trigeneration system that uses carbon dioxide (carbon dioxide) contained in the exhaust gas of a cogeneration system.

温室栽培システムは、ガスタービン1と、ガスタービン1を動力源とする発電機2と、ガスタービン1からの排ガスから熱を回収する排熱回収装置3とを備え、温室4に電力と熱(温水)と炭酸ガス(二酸化炭素)とを供給するものである。この場合、脱硝装置5を、ガスタービン1と排熱回収装置3との間に配置している。   The greenhouse cultivation system includes a gas turbine 1, a generator 2 that uses the gas turbine 1 as a power source, and an exhaust heat recovery device 3 that recovers heat from the exhaust gas from the gas turbine 1. Hot water) and carbon dioxide (carbon dioxide). In this case, the denitration device 5 is disposed between the gas turbine 1 and the exhaust heat recovery device 3.

ガスタービン1は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機6と、この圧縮機6にて加圧された燃焼用空気と燃料とを燃焼させる燃焼器7と、この燃焼器7より排出される燃料ガスを回転エネルギーに変換するタービン8とを備え、発電機2を駆動させて、この発電機2の駆動によって電力を得る。また、このガスタービン1の排ガスを、脱硝装置5を介して排熱回収装置3に供給する。排熱回収装置3は脱硝装置5を通過した排ガスの熱を回収して温水を生成する。   The gas turbine 1 includes a compressor 6 that compresses combustion air, a combustor 7 that combusts combustion air and fuel pressurized by the compressor 6, and a fuel gas discharged from the combustor 7. Is converted to rotational energy, and the generator 2 is driven, and electric power is obtained by driving the generator 2. Further, the exhaust gas of the gas turbine 1 is supplied to the exhaust heat recovery device 3 through the denitration device 5. The exhaust heat recovery device 3 recovers the heat of the exhaust gas that has passed through the denitration device 5 to generate hot water.

脱硝装置5はアンモニア還元式脱硝装置であって、図2に示すように、アンモニア水を貯めているタンク10と、脱硝反応塔11と、ガスタービン1の排ガスダクト12の脱硝装置入口に配置される噴出ノズル13と、圧縮空気を供給するコンプレッサ(圧縮機)14と、タンク10内のアンモニア水を噴出ノズル13に送るポンプ(パルスポンプ)15等を備える。   The denitration device 5 is an ammonia reduction type denitration device, and is disposed at the inlet of the denitration device of the tank 10 storing ammonia water, the denitration reaction tower 11 and the exhaust gas duct 12 of the gas turbine 1 as shown in FIG. A jet nozzle 13, a compressor 14 that supplies compressed air, a pump (pulse pump) 15 that sends ammonia water in the tank 10 to the jet nozzle 13, and the like.

アンモニア水としては精製水で10%に希釈したものを使用し、また、噴出ノズル13としては、噴射孔の孔径(直径)を例えば1.0mm程度とする。この際、噴出ノズル13の噴射孔からの噴射は制御手段9にて制御される。すなわち、排ガス温度が所定設定値(例えば170℃)を超えた時点で、排ガス(ガスタービン1から排ガスダクト12を介して脱硝反応塔11に供給されている排ガス)に対して、アンモニア水(コンプレッサ14から供給される圧縮空気にて微粒子化された還元媒体であるアンモニア水)を、噴出ノズル13より噴射(噴霧)する。ここで、精製水とは、日本薬局方に定められた水質基準に適合する水であって、常水(水道水)を蒸留・イオン交換・超濾過(逆浸透法/限界濾過)のいずれか、あるいはこれらを組み合わせた方法で処理した水である。   As the ammonia water, one diluted to 10% with purified water is used, and as the ejection nozzle 13, the diameter (diameter) of the ejection hole is set to about 1.0 mm, for example. At this time, the ejection from the ejection holes of the ejection nozzle 13 is controlled by the control means 9. That is, when the exhaust gas temperature exceeds a predetermined set value (for example, 170 ° C.), ammonia water (compressor) is supplied to the exhaust gas (exhaust gas supplied from the gas turbine 1 through the exhaust gas duct 12 to the denitration reactor 11). 14 (ammonia water, which is a reducing medium atomized by compressed air supplied from 14) is sprayed (sprayed) from the ejection nozzle 13. Here, purified water is water that complies with the water quality standards set by the Japanese Pharmacopoeia, and is either normal distillation (tap water), distillation, ion exchange, or ultrafiltration (reverse osmosis method / ultrafiltration). Or water treated by a combination of these methods.

すなわち、制御手段9は、温度検出器16(サーミスタ等)と、この温度検出器16にて検出された温度が設定値(この場合、170℃)を超えたとき、コンプレッサ14から圧縮空気を供給するように運転信号を発信する信号発生器17等を備える。   That is, the control means 9 supplies the compressed air from the compressor 14 when the temperature detected by the temperature detector 16 (such as a thermistor) and the temperature detected by the temperature detector 16 exceeds a set value (170 ° C. in this case). A signal generator 17 or the like for transmitting an operation signal is provided.

また、タンク10の蓋部材20は、図3に示すように、一対の貫孔18,18を有し、さらにベント管(通気管)19が設けられている。ベント管19は、蓋部材20から立ち上がる倒立Jの字状の管本体19aと、この管本体19aの下方に開口した開口部に設けられるフランジ部19bとからなり、内部に懸濁物侵入防止のためのフィータが配置されている。なお、蓋部材20の外周側には周方向に沿って所定ピッチで取付孔40が設けられている。このため、アンモニア水が収容される図示省略のタンク本体(有底円筒体)の上方開口部をこの蓋部材20にて塞いだ状態で、取付孔40を介してボルト部材をタンク本体に螺着することによって、蓋部材20をタンク本体に取り付けることができる。   Further, as shown in FIG. 3, the lid member 20 of the tank 10 has a pair of through holes 18, 18, and a vent pipe (vent pipe) 19. The vent pipe 19 includes an inverted J-shaped pipe main body 19a that rises from the lid member 20, and a flange portion 19b that is provided in an opening opened below the pipe main body 19a. A feeder is arranged. Note that mounting holes 40 are provided on the outer peripheral side of the lid member 20 at a predetermined pitch along the circumferential direction. For this reason, the bolt member is screwed to the tank body via the mounting hole 40 in a state where the upper opening of the tank body (bottomed cylindrical body) (not shown) in which ammonia water is accommodated is closed with the lid member 20. By doing so, the lid member 20 can be attached to the tank body.

タンク10へのアンモニア水供給は図4に示すような補給用タンク21から行う。すなわち、補給用タンク21には、一対のコック22a,22bが設けられ、一方(下方側)のコック22aには、アンモニア水供給用ホース23が接続され、他方(上方側)のコック22bには、エア用ホース24が接続されている。なお、この補給用タンク21としては、市販のポリタンク(ポリエチレン製タンク)を使用することができる。   Ammonia water is supplied to the tank 10 from a replenishment tank 21 as shown in FIG. That is, the replenishment tank 21 is provided with a pair of cocks 22a and 22b, one (lower side) cock 22a is connected to an ammonia water supply hose 23, and the other (upper side) cock 22b is connected to the other cock 22b. The hose 24 for air is connected. In addition, as this replenishment tank 21, a commercially available poly tank (polyethylene tank) can be used.

両コック22a、22bを開状態とすることによって、アンモニア水供給用ホース23を介して補給用タンク21内の補給用タンク21のアンモニア水がタンク10へ供給される。この際、供給されるアンモニア水に対応する分(量)のエアがエア用ホース24を介して補給用タンク21に入ることになる。また、アンモニア水供給用ホース23及びエア用ホース24にはそれぞれカップラー(導管接続)25、25が介設され、アンモニア水補給時の懸濁物の侵入を防止している。なお、タンク10の蓋部材20の一方の貫孔18aには、継手(竹の子継手)29を介して、アンモニア水供給用ホース23が接続され、一方の貫孔18bには、継手(竹の子継手)29を介して、エア用ホース24が接続されている。   By opening both the cocks 22 a and 22 b, the ammonia water in the replenishment tank 21 in the replenishment tank 21 is supplied to the tank 10 via the ammonia water supply hose 23. At this time, an amount (amount) of air corresponding to the supplied ammonia water enters the replenishment tank 21 via the air hose 24. In addition, couplers (conduit connections) 25 and 25 are interposed in the ammonia water supply hose 23 and the air hose 24, respectively, to prevent the suspension from entering when the ammonia water is replenished. In addition, an ammonia water supply hose 23 is connected to one through hole 18a of the lid member 20 of the tank 10 via a joint (bamboo joint) 29, and a joint (bamboo joint) is connected to one through hole 18b. An air hose 24 is connected through 29.

また、噴出ノズル13は噴射孔の孔径が小さいので、閉塞するおそれがある。このため、図5に示すように、アンモニア水供給路26にパージエア供給路27が接続され、エアパージを可能としている。すなわち、エア供給路28から前記パージエア供給路27を分岐し、このパージエア供給路27をアンモニア水供給路26に接続する。この場合、アンモニア水供給路26には開閉弁30が介装され、パージエア供給路27には開閉弁31と逆止弁32が介装され、エア供給路28には逆止弁33が介装される。   Moreover, since the jet nozzle 13 has a small hole diameter, the jet nozzle 13 may be blocked. For this reason, as shown in FIG. 5, a purge air supply path 27 is connected to the ammonia water supply path 26 to enable air purge. That is, the purge air supply path 27 is branched from the air supply path 28, and the purge air supply path 27 is connected to the ammonia water supply path 26. In this case, an opening / closing valve 30 is interposed in the ammonia water supply path 26, an opening / closing valve 31 and a check valve 32 are interposed in the purge air supply path 27, and a check valve 33 is interposed in the air supply path 28. Is done.

パージエア供給路27から噴出ノズル13へのパージエアの供給は、例えば、所定時間(1時間)毎に1回、10秒程度行う。すなわち、アンモニア水をノズル13に供給する場合は、開閉弁31を閉状態として、開閉弁30を開状態とする。これによって、パージエア供給路27から噴射ノズル13にパージエアが供給されず、アンモニア水供給路26からアンモニア水及びエア供給路28からエアが噴射ノズル13に供給される。また、エアパージ供給時には、開閉弁30を閉状態として、開閉弁31を開状態とする。これによって、アンモニア水供給路26からの噴射ノズル13へのアンモニア水の供給が停止され、パージエア供給路27からのエアが噴射ノズル13に供給される。なお、タービン1の駆動が停止している際には、排ガスダクト12内の排ガスの温度(前記温度センサ16にて検出した温度)が例えば100℃以下となるまで、パージエアの供給を連続して行うのが好ましい。   The supply of purge air from the purge air supply path 27 to the ejection nozzle 13 is performed, for example, once every predetermined time (1 hour) for about 10 seconds. That is, when supplying ammonia water to the nozzle 13, the on-off valve 31 is closed and the on-off valve 30 is opened. Thus, purge air is not supplied from the purge air supply path 27 to the injection nozzle 13, and ammonia water is supplied from the ammonia water supply path 26 and air is supplied from the air supply path 28 to the injection nozzle 13. At the time of air purge supply, the on-off valve 30 is closed and the on-off valve 31 is opened. Thereby, the supply of the ammonia water from the ammonia water supply path 26 to the injection nozzle 13 is stopped, and the air from the purge air supply path 27 is supplied to the injection nozzle 13. When the driving of the turbine 1 is stopped, the purge air is continuously supplied until the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas duct 12 (the temperature detected by the temperature sensor 16) becomes, for example, 100 ° C. or less. It is preferred to do so.

図1と図2に示すように、脱硝反応塔11と排熱回収装置3とがガス配管35を介して接続され、排熱回収装置3と温室4とが炭酸ガス供給配管36で接続されている。また、排熱回収装置3と温室4とは温水往き配管37と温水戻り配管38とで接続されている。なお、発電機2にて発電された電力はケーブル34を介して温室4に供給される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the denitration reaction tower 11 and the exhaust heat recovery device 3 are connected via a gas pipe 35, and the exhaust heat recovery device 3 and the greenhouse 4 are connected via a carbon dioxide supply pipe 36. Yes. Further, the exhaust heat recovery device 3 and the greenhouse 4 are connected by a hot water going-out pipe 37 and a hot water return pipe 38. The electric power generated by the generator 2 is supplied to the greenhouse 4 via the cable 34.

排熱回収装置3は熱交換器を備え、この熱交換器にて排ガスの熱と、この排熱回収装置3の水との熱交換を行い、温水を生成するものである。そして、この生成された温水が温水往き配管37を介して温室4に供給される。なお、温室4において熱供給に使用されて低温となった温水(低温水)が温水戻り配管38を介して排熱回収装置3に戻って、再度排ガスにて暖められる。   The exhaust heat recovery device 3 includes a heat exchanger, and heat exchange is performed between the heat of the exhaust gas and the water of the exhaust heat recovery device 3 in this heat exchanger to generate hot water. Then, the generated warm water is supplied to the greenhouse 4 via the warm water outlet pipe 37. In addition, the hot water (low temperature water) used for heat supply in the greenhouse 4 and having a low temperature returns to the exhaust heat recovery device 3 through the warm water return pipe 38 and is warmed again by the exhaust gas.

次にこの温室栽培システムにて温室4に電気、熱、炭酸ガスを供給する工程を説明する。ガスタービン1を駆動することによって、発電機2を駆動させて電力を得て、この電力を温室に供給する。また、ガスタービン1の排ガスは脱硝反応塔11に供給される。この脱硝反応塔11では、アンモニアを還元剤とする選択還元触媒法(SCR)に脱硝がおこなわれる。なお、この脱硝触媒には、酸化チタンにバナジウムもしくはタングステン単体を含むもの、あるいは両者を含むものを入れたものが使用される。   Next, the process of supplying electricity, heat and carbon dioxide gas to the greenhouse 4 in this greenhouse cultivation system will be described. By driving the gas turbine 1, the generator 2 is driven to obtain electric power, and this electric power is supplied to the greenhouse. The exhaust gas from the gas turbine 1 is supplied to the denitration reaction tower 11. In the denitration reaction tower 11, denitration is performed by a selective reduction catalyst method (SCR) using ammonia as a reducing agent. As the denitration catalyst, a catalyst containing titanium oxide containing vanadium or tungsten alone, or a catalyst containing both of them is used.

この場合、タンク10内のアンモニア水(精製水希釈10%)を、排ガス温度が一定温度(例えば、170℃)となったときに、ポンプ15にてノズル13側に送出し、また、コンプレッサ14から圧縮空気をノズル13側に送出して、ノズル13から、圧縮空気によって微粒子化した排ガスを脱硝反応塔11に噴射する。   In this case, the ammonia water in the tank 10 (10% purified water dilution) is sent to the nozzle 13 by the pump 15 when the exhaust gas temperature reaches a certain temperature (for example, 170 ° C.), and the compressor 14 Compressed air is sent out to the nozzle 13 side, and exhaust gas atomized by compressed air is injected from the nozzle 13 to the denitration reaction tower 11.

アンモニアと混合された排ガス(NOx)は、脱硝反応塔11内の還元触媒により、次の化1の反応式でわかるように、NとHOに分解される。この際、アンモニアと排ガス(NOx)との比は1:1である。 The exhaust gas (NOx) mixed with ammonia is decomposed into N 2 and H 2 O by the reduction catalyst in the denitration reaction tower 11 as can be seen from the following reaction formula 1. At this time, the ratio of ammonia to exhaust gas (NOx) is 1: 1.

Figure 0005073264
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これによって、作物育成を損なわない濃度にまで低下している濃度の窒素酸化物を含む排ガスの炭酸ガスが、排熱回収装置3から炭酸ガス供給配管36を介して温室4に供給される。また、排熱回収装置3にて生成された温水が温水往き配管37を介して温室4に供給され、温室4において熱供給に使用されて低温となった温水(低温水)が温水戻り配管38を介して排熱回収装置3に戻って、再度排ガスにて暖められる。すなわち、排熱回収装置3と、脱硝装置5との間に温水循環路が形成され、排熱回収装置3にて暖められた温水が温室4に供給され、温室4で低温となった温水が排熱回収装置3に戻ることになる。   Thereby, the carbon dioxide of the exhaust gas containing nitrogen oxides having a concentration that does not impair crop growth is supplied from the exhaust heat recovery device 3 to the greenhouse 4 through the carbon dioxide supply pipe 36. Further, the hot water generated by the exhaust heat recovery device 3 is supplied to the greenhouse 4 via the hot water going-out pipe 37, and the hot water (low temperature water) that has been used to supply heat in the greenhouse 4 and becomes a low temperature is supplied to the hot water return pipe 38. Is returned to the exhaust heat recovery device 3 and again warmed with exhaust gas. That is, a hot water circulation path is formed between the exhaust heat recovery device 3 and the denitration device 5, the warm water warmed by the exhaust heat recovery device 3 is supplied to the greenhouse 4, and the warm water having a low temperature in the greenhouse 4 is Returning to the exhaust heat recovery device 3.

本発明では、作物育成を行う温室には、電気、温水や蒸気での熱、さらには炭酸ガスが供給される。このため、栽培環境の温度、CO2濃度、日照量などの制御を行うことができ、高品質、多収量の栽培が可能となる。特に、温室内の炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成に適した濃度とすることができ、温室内の作物の安定した栽培が可能となる。   In the present invention, electricity, heat from hot water or steam, and carbon dioxide are supplied to a greenhouse for growing crops. For this reason, it is possible to control the temperature of the cultivation environment, the CO2 concentration, the amount of sunlight, etc., and high quality, high yield cultivation is possible. In particular, the carbon dioxide gas concentration in the greenhouse can be adjusted to a concentration suitable for the photosynthesis of the cultivated crop, and stable cultivation of the crop in the greenhouse is possible.

また、脱硝装置が、還元媒体をアンモニア水とするアンモニア還元式脱硝装置であるので、低温域(例えば170℃)から高温域(例えば500℃)において、高い脱硝率を得ることができる。このため、260℃程度のガスタービン1の排ガスに対して高い脱硝率を発揮することができる。しかも、設備費及びランニングコストの点においても有利である。 Further, since the denitration apparatus is an ammonia reduction type denitration apparatus using ammonia water as a reducing medium, a high denitration rate can be obtained from a low temperature range (for example, 170 ° C.) to a high temperature range (for example, 500 ° C.). For this reason, a high denitration rate can be exhibited with respect to the exhaust gas of the gas turbine 1 at about 260 ° C. Moreover, it is advantageous in terms of equipment costs and running costs.

また、タンク13へのアンモニア水の供給は、市販のポリタンク(ポリエチレン製タンク)(補給タンク)から簡単に供給することができ、タンク13に安定してアンモニア水を供給することができる。しかも、タンク13の蓋部材20のベント管19等にはフィールタが配置されており、アンモニア水に懸濁物が混入するのを有効に防止できる。排ガスへのアンモニア水の噴射を安定して行うことができる。   Further, the ammonia water can be supplied to the tank 13 easily from a commercially available poly tank (polyethylene tank) (replenishment tank), and the ammonia water can be stably supplied to the tank 13. Moreover, a filter is disposed on the vent pipe 19 of the lid member 20 of the tank 13 and the suspension of the aqueous ammonia can be effectively prevented. Ammonia water can be stably injected into the exhaust gas.

ところで、このような温室栽培システムにおいて、ガスエンジンで発電機を駆動して発電し、電力を供給すると同時に、排ガスの排熱を蒸気、温水の形態等で回収し、冷暖房、給湯などに利用するガスエンジンシステムを使用することができる。しかしながら、ガスエンジンによる炭酸ガスの供給では、排ガス中にNOxの他に植物に有害なエチレン、また作業者に影響があると考えられる高濃度COが含まれており、密閉された温室に供給する場合に、植物および作業者に影響が出る可能性がある。除去するには、NOxの除去系統に、エチレン、COを除去する系統が必要であり、装置が複雑かつコスト高となる。   By the way, in such a greenhouse cultivation system, a generator is driven by a gas engine to generate electric power and supply electric power. At the same time, exhaust heat of exhaust gas is recovered in the form of steam, hot water, etc., and used for air conditioning, hot water supply, etc. A gas engine system can be used. However, in the supply of carbon dioxide gas by a gas engine, exhaust gas contains ethylene harmful to plants in addition to NOx, and high-concentration CO that is thought to affect workers, and supplies it to a closed greenhouse. In some cases, plants and workers may be affected. In order to remove the NOx removal system, a system for removing ethylene and CO is required, and the apparatus becomes complicated and expensive.

これに対して、本発明では、ガスタービン1の排ガスを使用することによって、植物に有害であるエチレンや作業者に影響あるCO等を除去する系統を設ける必要がなく、装置全体のコンパクト化を図ることができるとともに、コスト低減が可能となる。 On the other hand, in the present invention, by using the exhaust gas of the gas turbine 1, it is not necessary to provide a system for removing ethylene harmful to plants, CO that affects workers, and the like, and the entire apparatus can be made compact. In addition, the cost can be reduced.

なお、マイクロガスタービン(小型ガスタービンであって、500kWくらい程度のもの)を使用する場合、温室内のCO2濃度を最適濃度(1000ppm〜1500ppm)とするためには、1ha規模の温室で、50kW級のマイクロガスタービン1台程度必要である。   When using a micro gas turbine (a small gas turbine of about 500 kW), in order to set the CO2 concentration in the greenhouse to the optimum concentration (1000 ppm to 1500 ppm), it is 50 kW in a 1 ha scale greenhouse. About one class-class micro gas turbine is required.

床面積1ha、軒高5mの温室に、MGT(マイクロガスタービン)50kW1台の排ガスを施用した場合のCO2濃度は次の表1に示すようになる。また、この排ガスを脱硝せずに温室に施用すれば、NOxの濃度は次の表2のようになる。   The following table 1 shows the CO2 concentration when exhaust gas of one MGT (micro gas turbine) 50 kW is applied to a greenhouse with a floor area of 1 ha and an eave height of 5 m. If this exhaust gas is applied to a greenhouse without denitration, the concentration of NOx is as shown in Table 2 below.

Figure 0005073264
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5時間〜6時間の施用で2ppm以上となり、害兆が現れるおそれがあり、長時間の炭酸ガス施用が難しくなる。濃度が、0.5ppmでも長期間接触により、育成の抑制等が考えられるため、1時間程度施用すると0.5ppmも上回るため、長時間の施用は問題がある。   When applied for 5 to 6 hours, it becomes 2 ppm or more, and there is a possibility that signs of harm appear, and it is difficult to apply carbon dioxide for a long time. Even if the concentration is 0.5 ppm, it is conceivable that the growth is suppressed by long-term contact. Therefore, if it is applied for about 1 hour, it exceeds 0.5 ppm.

このため、排ガスの炭酸ガスを利用する場合、低濃度の脱硝技術の適用が必要である。しかしながら、再生器を備え付けているガスタービンにおいては、排ガス温度は比較的低く、NOx濃度は比較的低濃度であるため、従来の技術を適用するためには下記の問題があった。   For this reason, when using the carbon dioxide gas of exhaust gas, it is necessary to apply a low concentration denitration technique. However, in a gas turbine equipped with a regenerator, the exhaust gas temperature is relatively low and the NOx concentration is relatively low, so there are the following problems in applying the conventional technology.

固定発生源のNOxの低減技術として次の表3のように燃焼改善、乾式脱硝法、湿式脱硝法がある。燃焼改善については、NOx低減率が比較的低い要求の場合(環境規制値をクリアする程度)に用いられ、温室内作物に障害を与えない濃度まで低減するのは難しい。また、ガスタービンの改造や開発費等のコストが大きく嵩むことが考えられるため、この方法の選択は不可能であった。なお、表3において、◎は優れていることを示し、○は良であることを示し、△はやや劣るを示し、×は劣るを示している。   As shown in Table 3 below, there are combustion improvement, dry denitration method, and wet denitration method as NOx reduction techniques for fixed sources. As for combustion improvement, it is used when the NOx reduction rate is a relatively low demand (to the extent that the environmental regulation value is cleared), and it is difficult to reduce the concentration to a level that does not hinder greenhouse crops. Further, since it is considered that the cost of remodeling and development costs of the gas turbine is increased, this method cannot be selected. In Table 3, ◎ indicates excellent, ◯ indicates good, Δ indicates slightly inferior, and × indicates inferior.

Figure 0005073264
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また、湿式脱硝方法は高価な酸化剤を必要とする上に、廃液に窒素酸化物が多く入り、その処理が複雑となるため、この方法の選択も困難であった。乾式脱硝法として、アンモニア接触還元法、無触媒アンモニア還元法、電子線照射法、活性炭吸着法がある。   In addition, the wet denitration method requires an expensive oxidizing agent, and a large amount of nitrogen oxide is contained in the waste liquid, which makes the treatment complicated, so that it is difficult to select this method. Dry denitration methods include ammonia catalytic reduction, non-catalytic ammonia reduction, electron beam irradiation, and activated carbon adsorption.

無触媒アンモニア還元法は脱硝率が低くリークアンモニアが多く、電子線照射法と活性炭吸着法は、ランニングコスト、設備費が高額となり汎用性を考慮すれば選択は難しい。アンモニア接触還元法は、触媒とアンモニアを用いて容易に高い脱硝率が得られかつ経済的にも見合う条件が揃っているが、今回の低濃度NOxの脱硝と言う点では例が無く、後述のとおり適用性に関し問題があり検証が必要であった。なお、他にも排ガス中の未燃HCを利用する脱硝方法やCOによる脱硝方法があるが、ガスタービンにおいては燃焼温度が高いため、未燃HCは発生しないため使用不可能であり、COによる脱硝方法についてもガスタービンでは排ガス中のO2の濃度が高すぎる(理論空気燃焼に対して16%)および、COの発生量も少ないため、適用が不可能である。   The non-catalytic ammonia reduction method has a low denitration rate and a large amount of leaked ammonia, and the electron beam irradiation method and the activated carbon adsorption method have a high running cost and equipment cost, and are difficult to select in consideration of versatility. In the ammonia catalytic reduction method, a high denitration rate can be easily obtained using a catalyst and ammonia, and the conditions suitable for the economy are met, but there is no example in terms of denitration of this low concentration NOx, which will be described later. As shown above, there was a problem with applicability and verification was necessary. There are other denitration methods using unburned HC in exhaust gas and denitration methods using CO. However, since the combustion temperature is high in a gas turbine, unburned HC is not generated and cannot be used. As for the denitration method, the gas turbine cannot be applied because the O2 concentration in the exhaust gas is too high (16% with respect to the theoretical air combustion) and the amount of generated CO is small.

また、NH3を使用したアンモニア還元方式が従来から固定発生源では採用されており、NH3−SCR(選択還元触媒:酸化チタンにバナジウムもしくはタングステン単体を含むものあるいは両者を含むものを入れたもの)では、反応温度は170℃〜350℃の温度域で使用可能な触媒があり280℃程度のタービンの排ガスにも適用可能である。(280℃〜420℃、380℃〜500℃程度に対応する触媒の種類もある)   In addition, the ammonia reduction method using NH3 has been conventionally adopted for fixed sources, and NH3-SCR (selective reduction catalyst: titanium oxide containing vanadium or tungsten alone or those containing both) is used. Further, there is a catalyst that can be used in a temperature range of 170 ° C. to 350 ° C., and the reaction temperature can be applied to a turbine exhaust gas of about 280 ° C. (There are also types of catalysts corresponding to about 280 ° C to 420 ° C and 380 ° C to 500 ° C)

これに対して、本発明では、使用燃料をS分のない天然ガスを想定しており、触媒の被毒物質である硫黄分(S分)が発生しないため、適用温度が170℃程度の低温から脱硝可能である。(C重油等では通常320℃以上が脱硝温度の適用範囲)   On the other hand, in the present invention, natural gas with no sulfur content is assumed in the present invention, and the sulfur content (S content) which is a poisoning substance of the catalyst is not generated. Denitration is possible. (For C heavy oil, etc., the denitration temperature is usually 320 ° C or higher)

また、従来では、一般に還元媒体においては取扱が容易でランニングコストの安い尿素水が良く使用されるが、所期の脱硝性能を維持するためには排ガス温度を上げ380℃(尿素使用下限温度)〜420℃(触媒上限、これ以上の温度に適用可能なものは脱硝効率が劣る。)の使用領域に制御する必要があり、この使用領域内(40℃)に出力変化および吸気温度の季節変化分(70℃程度)を、制御するのは困難であった。また、運用上380℃以下になった場合は、尿素がアンモニアと二酸化炭素に分解せず還元剤として機能しないだけでなく、シアヌル酸、ビュレットといった副生成物となり、触媒表面に白色結晶として付着し閉塞させ、脱硝後の排熱利用機器(排熱回収型冷温水機、排熱ボイラー等)やケーシングの腐食といったトラブルが発生する可能性がある。また、再生器前の高温で使用する場合は、ガスタービンの大幅な改造が必要であり、高温領域500℃以上では触媒の劣化が早くなり、その際、耐熱性の高い触媒に変更すると脱硝効率が低下する。(75%程度)一方、当該温度域(170℃〜300℃)では、還元媒体としてのアンモニアが有効であるが、アンモニアガスや高濃度のアンモニア水は取扱資格を保持した管理者が必要であり、アンモニアガスの場合消防署等への届けでも必要となる。   Conventionally, urea water is generally used as a reducing medium because it is easy to handle and low in running cost. However, in order to maintain the desired denitration performance, the exhaust gas temperature is raised to 380 ° C. (urea lower limit temperature). It is necessary to control within the use range of ~ 420 ° C (catalyst upper limit, applicable to temperatures higher than this, and denitration efficiency is inferior), and output change and seasonal change of intake air temperature within this use range (40 ° C) It was difficult to control the minute (about 70 ° C.). In addition, when the temperature falls below 380 ° C. in operation, urea does not decompose into ammonia and carbon dioxide and does not function as a reducing agent, but also becomes a by-product such as cyanuric acid and burette and adheres to the catalyst surface as white crystals. There is a possibility that troubles such as corrosion of the exhaust heat utilization equipment (exhaust heat recovery type chiller / heater, exhaust heat boiler, etc.) and casing after blocking will occur. Also, when used at a high temperature before the regenerator, the gas turbine needs to be significantly modified, and the catalyst deteriorates quickly at temperatures higher than 500 ° C. Decreases. On the other hand, ammonia as a reducing medium is effective in the temperature range (170 ° C. to 300 ° C.). However, an administrator who has qualifications for handling ammonia gas and high-concentration aqueous ammonia is required. In the case of ammonia gas, it is also necessary to send it to the fire department.

しかも、ガスタービン排ガスのNOx濃度が低濃度であるため、還元媒体であるNH3水の注入量(25%アンモニア水で、0.03リットル/h)が大変少なく、送出する際のポンプの制御が困難である。また、吹出が不均一である場合、脱硝効率が落ちる可能性がある。   Moreover, since the NOx concentration of the gas turbine exhaust gas is low, the injection amount of NH3 water as a reducing medium (25% ammonia water, 0.03 liter / h) is very small, and the pump can be controlled during delivery. Have difficulty. Further, when the blowout is not uniform, the denitration efficiency may be lowered.

なお、NH3−SCR(選択還元触媒:酸化チタンにバナジウムもしくはタングステン単体を含むものあるいは両者を含むものを入れたもの)では、反応温度は170℃の温度域から使用が可能であり280℃程度のタービンの排ガスにも適用可能であるため本発明に適用した。   In addition, NH3-SCR (selective reduction catalyst: titanium oxide containing vanadium or tungsten alone or containing both) can be used from a temperature range of 170 ° C. and about 280 ° C. Since it is applicable to the exhaust gas of a turbine, it was applied to the present invention.

また、問題となる還元媒体においては、尿素の使用領域が380℃以上であり、再熱器後のガスタービン排ガス温度では使用は不可能であり、このため、本発明では、ガスタービン排ガス温度(280℃程度)でも、還元媒体として機能するアンモニアを使用した。その際、アンモニアガスを使用した場合は、高圧ガスとなるため圧力が高く減圧して使用するため、アンモニア水に比較して取扱が難しくなる。また、液化アンモニアボンベは自然に気化する量がボンベ内の残液量により変化するので制御性に問題がある。さらに、残量の確認は圧力の変化を捉えるしか出来ない。   Further, in the reducing medium in question, the use area of urea is 380 ° C. or higher and cannot be used at the gas turbine exhaust gas temperature after the reheater. Therefore, in the present invention, the gas turbine exhaust gas temperature ( Even at about 280 ° C., ammonia that functions as a reducing medium was used. At that time, when ammonia gas is used, since it becomes a high-pressure gas, the pressure is high and the pressure is reduced, so that it is difficult to handle compared to ammonia water. In addition, the amount of the liquefied ammonia cylinder that is naturally vaporized varies depending on the amount of the remaining liquid in the cylinder, so that there is a problem in controllability. Furthermore, confirmation of the remaining amount can only catch changes in pressure.

このため、本発明では、取扱易いようにアンモニア水の濃度を10%として、ポンプによる送出量を増加させるようにしたものである。具体的には、少量のアンモニア水をパルスポンプ15にて送出し、排ガス配管内に設置したノズル13(噴出孔1.0mmΦ)よりコンプレッサ14から送られる圧縮空気により微粒子化し排ガス中に噴出するようにした。これによって、消防署等への届けも不要となり、しかも、アンモニア水を送出する際のポンプの制御を可能とし、脱硝効率の向上を図ることができる。   For this reason, in the present invention, the ammonia water concentration is set to 10% for easy handling, and the pumping amount is increased. Specifically, a small amount of ammonia water is sent out by a pulse pump 15 and is atomized by compressed air sent from a compressor 14 from a nozzle 13 (ejection hole 1.0 mmΦ) installed in the exhaust gas pipe so as to be ejected into the exhaust gas. I made it. This eliminates the need for delivery to a fire department or the like, and enables control of the pump when sending ammonia water, thereby improving the denitration efficiency.

また、ノズル内、ノズルチップが高温環境にさらされるため、わずかな懸濁物およびアンモニア水中のカルシウム等でノズルが閉塞するおそれがある。このため、本発明では、パージエア供給路27から噴出ノズル13へのパージエアの供給を行って、ノズルが閉塞するのを防止している。これによって、アンモニア水の供給が安定して行うことができ、脱硝を効率よく行うことができる。   Further, since the nozzle tip and the nozzle tip are exposed to a high temperature environment, the nozzle may be clogged with a slight suspension, calcium in ammonia water, or the like. For this reason, in the present invention, the purge air is supplied from the purge air supply path 27 to the ejection nozzle 13 to prevent the nozzle from being blocked. As a result, the ammonia water can be stably supplied, and denitration can be performed efficiently.

なお、農業へのソリューションを目的とするため、取扱が容易かつ安全で、劇物、毒物等の資格が不要なものが望ましい。上記脱硝方法によるアンモニアガスや高濃度のアンモニア水では、取扱上資格が必要であり温室等での仕様を念頭に置くと体制上問題がある。また、資格が不要な尿素水もMGT排ガス270℃程度では、反応が十分でなく、再熱器前の高温で脱硝使用とすると大幅なMGT(マイクロガスタービン)パッケージの改造が必要である。   In addition, for the purpose of a solution to agriculture, it is desirable that it is easy and safe to handle and does not require qualifications such as deleterious substances and poisonous substances. In the case of ammonia gas and high-concentration ammonia water by the above denitration method, qualification is necessary for handling, and there is a problem in the system if specifications in the greenhouse or the like are taken into consideration. Further, urea water that does not require qualification is not sufficiently reacted at about 270 ° C. of the MGT exhaust gas, and if the denitration is used at a high temperature before the reheater, a significant modification of the MGT (micro gas turbine) package is required.

また、植物の栽培環境において、アンモニアも悪影響を及ぼすことが考えられる。アンモニアは、数ppm程度で、作物の気孔から体内に入って細胞の酸素を奪うため、被害が急激で被害葉は黒ずんで萎凋するとされている。よって、脱硝出口における残留アンモニア濃度もNOxも同時に限りなくゼロにすることが必要である。   Ammonia can also have an adverse effect in the plant cultivation environment. Ammonia is about several ppm, and it enters the body from the pores of the crop and deprives the cells of oxygen, so the damage is sudden and the damaged leaves are darkened and wilted. Therefore, it is necessary to reduce the residual ammonia concentration and NOx at the denitration outlet to zero at the same time.

このため、本発明では、トリジェネシステムにおけるエネルギー源、炭酸ガス発生源をガスタービンとし、使用燃料を天然ガスとした。これによって、SOxの発生が防げ、前記したようにガスエンジン等で炭酸ガス施用を行った際問題となるエチレンや一酸化炭素の発生が防げ、当該有毒物質に対する除去装置の設置が不要として、装置の大型化を防止した。   Therefore, in the present invention, the energy source and carbon dioxide generation source in the trigeneration system are gas turbines, and the fuel used is natural gas. This prevents the generation of SOx, prevents the generation of ethylene and carbon monoxide, which are problematic when carbon dioxide is applied by a gas engine as described above, and eliminates the need for installing a removal device for the toxic substance. The increase in size was prevented.

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、脱硝装置5でのアンモニア水の濃度、送出量等は、作物育成を損なわない濃度にまで窒素酸化物の濃度を低下できる範囲で任意に変更できる。   As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the concentration of ammonia water in the denitration apparatus 5, the delivery amount, etc. The concentration can be arbitrarily changed within a range in which the concentration of nitrogen oxides can be reduced to a concentration that does not impair crop growth.

次に、脱硝装置の効果についての実施例を示す。脱硝装置の入口のNOx濃度、排ガス量による温室NOx濃度の想定の結果を次の表4に示す。この場合、脱硝装置の入口でのガス量は1400m/hであり、NOx濃度(16%換算)で17ppmである。 Next, the Example about the effect of a denitration apparatus is shown. Table 4 shows the results of the assumption of the NOx concentration at the inlet of the denitration device and the greenhouse NOx concentration according to the amount of exhaust gas. In this case, the gas amount at the inlet of the denitration apparatus is 1400 m 3 / h, and the NOx concentration (converted to 16%) is 17 ppm.

Figure 0005073264
Figure 0005073264

脱硝後のNOx濃度、排ガス量による温室NOx濃度の想定の結果を次の表5に示す。この場合、脱硝装置の出口でのガス量は1400m/hであり、NOx濃度(act)で0.2ppmである。 Table 5 shows the assumed results of NOx concentration after denitration and greenhouse NOx concentration based on the amount of exhaust gas. In this case, the amount of gas at the outlet of the denitration apparatus is 1400 m 3 / h, and the NOx concentration (act) is 0.2 ppm.

Figure 0005073264
Figure 0005073264

温室内濃度は、ほとんど0ppmに近く、大気中の濃度と比較しても遜色は無いと考えられる。また、NOxの環境規制値の0.04−0.06ppmを下回っている。   The greenhouse concentration is almost 0 ppm, and it is considered that there is no inferiority compared with the concentration in the atmosphere. Moreover, it is less than the environmental regulation value of NOx 0.04-0.06 ppm.

一酸化炭素の濃度、および温室内CO濃度を次の表6に示す。この場合、脱硝装置の出口でのガス量は1360m/hであり、CO濃度が13ppmである。一酸化炭素の濃度は、環境規制値の10ppmを大幅に下回るため、作業環境には影響を与えないと判断できる。 The concentration of carbon monoxide and the CO concentration in the greenhouse are shown in Table 6 below. In this case, the gas amount at the outlet of the denitration apparatus is 1360 m 3 / h, and the CO concentration is 13 ppm. Since the concentration of carbon monoxide is significantly lower than the environmental regulation value of 10 ppm, it can be determined that the work environment is not affected.

Figure 0005073264
Figure 0005073264

本発明の実施形態を示す温室栽培システムの簡略全体図である。1 is a simplified overall view of a greenhouse cultivation system showing an embodiment of the present invention. 前記温室栽培システムの脱硝装置の簡略ブロック図である。It is a simplified block diagram of the denitration apparatus of the greenhouse cultivation system. 前記温室栽培システムの脱硝装置のタンクを示し、(a)は蓋部材の平面図であり、(b)は蓋部材の側面図である。The tank of the denitration apparatus of the said greenhouse cultivation system is shown, (a) is a top view of a cover member, (b) is a side view of a cover member. 前記温室栽培システムの脱硝装置の補給用タンクの簡略斜視図である。It is a simple perspective view of the replenishment tank of the denitration apparatus of the said greenhouse cultivation system. 温室栽培システムの脱硝装置のアンモニア水供給回路を示す簡略図である。It is a simplified diagram showing an ammonia water supply circuit of a denitration apparatus of a greenhouse cultivation system.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガスタービン
2 発電機
3 排熱回収装置
4 温室
5 脱硝装置
13 噴出ノズル
38 配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine 2 Generator 3 Waste heat recovery apparatus 4 Greenhouse 5 Denitration apparatus 13 Injection nozzle 38 Piping

Claims (2)

ガスタービンと、ガスタービンを動力源とする発電機と、ガスタービンの排ガスから熱を回収する排熱回収装置とを備えた温室栽培システムであって、
前記ガスタービンの使用燃料を天然ガスとし、
前記ガスタービンの排ガスの窒素酸化物濃度を温室栽培の作物育成を損なわない値にまで低下させる脱硝装置を、ガスタービンと排熱回収装置との間に配置し、
該脱硝装置を、還元媒体にアンモニア水を用いるアンモニア還元式脱硝装置とし、
該脱硝装置は、反応温度が170℃の温度域から使用可能な還元触媒が用いられ、且つ、排ガス温度が170℃を超えたときに、希釈したアンモニア水を圧縮空気によって微粒子化して噴出ノズルから排ガス中に噴射するように構成されており、
作物育成を損なわない濃度にまで低下している濃度の窒素酸化物を含む排ガスを、排熱回収装置に供給して、この排熱回収装置から熱と炭酸ガスとを、前記作物育成を行う温室に供給するとともに、前記発電機からの電力をこの温室に供給することを特徴とする温室栽培システム。
A greenhouse cultivation system comprising a gas turbine, a generator using the gas turbine as a power source, and an exhaust heat recovery device for recovering heat from the exhaust gas of the gas turbine,
The fuel used in the gas turbine is natural gas,
A denitration device that reduces the nitrogen oxide concentration of the exhaust gas of the gas turbine to a value that does not impair the cultivation of greenhouse-grown crops is disposed between the gas turbine and the exhaust heat recovery device,
The denitration apparatus is an ammonia reduction type denitration apparatus that uses ammonia water as a reducing medium,
In the denitration apparatus, a reduction catalyst that can be used from a temperature range of 170 ° C. is used, and when the exhaust gas temperature exceeds 170 ° C., the diluted ammonia water is atomized by compressed air and discharged from an ejection nozzle. It is configured to inject into exhaust gas,
An exhaust gas containing nitrogen oxides at a concentration that does not impair crop growth is supplied to an exhaust heat recovery device, and heat and carbon dioxide gas are supplied from the exhaust heat recovery device to the greenhouse for growing the crop. A greenhouse cultivation system characterized by supplying power from the generator to the greenhouse.
前記噴出ノズルに対し閉塞防止のためのパージエアの供給を、前記ガスタービンの駆動時に行うことを特徴とする請求項に記載の温室栽培システム。 Greenhouse system according to claim 1, wherein the supply of the purge air for preventing clogging to jet nozzles, and carrying out at the time of driving of the gas turbine.
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