JP4489536B2 - Carbon dioxide gas application method for greenhouse cultivation - Google Patents
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Description
本発明は、温室栽培される作物(栽培植物)に人工的に炭酸ガスを供給して生育を促進する炭酸ガス施与方法に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide gas application method for artificially supplying carbon dioxide gas to a greenhouse-grown crop (cultivated plant) to promote growth.
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が大気中の濃度を超える高濃度(700〜1500ppm程度)になるよう調整して、栽培作物の光合成を活性化して生育を促進し、品質と収穫量を高め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, and the carbon dioxide in the greenhouse is adjusted to a high concentration (about 700 to 1500 ppm) exceeding the concentration in the atmosphere, and cultivation is performed. It promotes the photosynthesis of crops to promote growth and enhances quality and yield.
温室内への炭酸ガス施与は、液化炭酸ガスを収容するガスボンベの純度の高い炭酸ガスや、可燃ガスや灯油を燃焼させて生じる排気ガス中の炭酸ガスを適度な濃度に希釈制御して、温室内に供給する方法、設備が公知である(例えば、特許文献1参照)。
ガスボンベの純度の高い炭酸ガスを温室内に補給する場合、補給する炭酸ガスのコストが高く(約100円/kg)、年間を通じて温室内に補給し、栽培作物の光合成の活性化を期待することが経済的に難しい。また、可燃ガスや灯油を燃焼させて生じる炭酸ガスは、ガスボンベの炭酸ガスに比べてコストが安い(約40円/kg)が、大規模温室に年間を通じて供給するとなると大量の炭酸ガスが必要となって、温室栽培のランニングコストに占める割合がかなり高くなる。 When replenishing high purity carbon dioxide gas in the greenhouse, the cost of replenishing carbon dioxide gas is high (about 100 yen / kg), and replenishing the greenhouse throughout the year to expect photosynthesis activation of cultivated crops Is economically difficult. Carbon dioxide gas produced by burning combustible gas and kerosene is cheaper than gas cylinder carbon dioxide gas (about 40 yen / kg), but a large amount of carbon dioxide gas is required when supplied to a large-scale greenhouse throughout the year. Therefore, the share of the running cost of greenhouse cultivation becomes considerably high.
本発明の目的とするところは、大規模温室にも経済的有利に炭酸ガス施与ができる温室栽培の炭酸ガス施与方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a greenhouse-grown carbon dioxide application method capable of economically advantageous carbon dioxide application even in a large-scale greenhouse.
本発明は、火力発電設備の煙道から排ガスを抽出し、この抽出した排ガスから温室栽培の作物生育に障害を及ぼす物質を除去した炭酸ガス含有の処理排ガスを温室内に適宜に供給するものであり、火力発電設備の煙道から排ガスを抽出するガス抽出工程と、このガス抽出工程で抽出した排ガスに含まれる窒素酸化物を接触還元式脱硝装置で除去する窒素酸化物除去工程と、この窒素酸化物除去工程で処理された排ガスに含まれる未反応アンモニアをアンモニア除去装置で除去するアンモニア除去工程と、このアンモニア除去工程で処理された排ガスを除湿器で温室栽培の作物生育に適する温度、湿度に冷却し除湿する冷却・除湿工程とを含み、冷却・除湿工程で処理された炭酸ガス含有の処理排ガスに温室内の空気を混入させて炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成が促進する濃度にすると共に、栽培作物への吹付速度を栽培作物の光合成が促進する速度になるように制御装置により制御しながら前記処理排ガスを温室内に供給することにより、上記目的を達成するものである。 The present invention extracts the flue gas from the flue of thermal power plants, intended for supplying a processing gas of carbon dioxide-containing material was removed on the failure to crop growth greenhouse grown from the extracted exhaust gas appropriately in the greenhouse Yes, a gas extraction process for extracting exhaust gas from the flue of a thermal power generation facility, a nitrogen oxide removal process for removing nitrogen oxides contained in the exhaust gas extracted in this gas extraction process by a catalytic reduction denitration device, and this nitrogen An ammonia removal process that removes unreacted ammonia contained in the exhaust gas treated in the oxide removal process with an ammonia removal device, and a temperature and humidity suitable for growing greenhouse crops in the dehumidifier after removing the exhaust gas treated in this ammonia removal process. The concentration of carbon dioxide gas by mixing air in the greenhouse into the treated exhaust gas containing carbon dioxide gas treated in the cooling / dehumidifying process. While the concentration of photosynthesis crops promotes, by supplying the process gas in a greenhouse under controlled by the controller so that the speed to accelerate the spray rate to cultivated crops photosynthesis cultivation crops, the It achieves its purpose.
ここで、火力発電設備の煙道は、火力発電所の煙突や、ガスタービン発電装置などのコジェネレーションシステムにおける排気ダクトである。この煙道からは年間を通じて大量の炭酸ガスを含む排ガスが大気中に放出されており、この大気中に放出されていた排ガスを抽出して、温室栽培される作物の光合成を促進する炭酸ガスとして有効利用することで、消費する炭酸ガスのコストが実質的にゼロとなり、大規模温室で炭酸ガスを大量に使用する場合でもランニングコストの大幅な低減が容易となる。また、煙道から大気中に放出される排ガスには炭酸ガスの他に、窒素酸化物などの栽培作物の生育に障害を及ぼす物質が含まれていることから、これら物質のみを除去して排ガスを炭酸ガス含有の処理排ガスとして温室に供給する。 Here, the flue of the thermal power generation facility is an exhaust duct in a cogeneration system such as a chimney of a thermal power plant or a gas turbine power generation device. From this flue, exhaust gas containing a large amount of carbon dioxide gas is released into the atmosphere throughout the year. By extracting the exhaust gas released into the atmosphere, carbon dioxide gas that promotes photosynthesis of crops grown in greenhouses. By using it effectively, the cost of the carbon dioxide to be consumed becomes substantially zero, and it becomes easy to greatly reduce the running cost even when a large amount of carbon dioxide is used in a large-scale greenhouse. In addition to carbon dioxide, the exhaust gas released into the atmosphere from the flue contains substances that impede the growth of cultivated crops, such as nitrogen oxides. Is supplied to the greenhouse as treated exhaust gas containing carbon dioxide.
ここでの煙道からの排ガス抽出は、煙道の一部と連通させたガス遮断ダンパ内蔵のガス抽出管(抽出ダクト)で行う。このガス抽出管に接触還元式脱硝装置とアンモニア除去装置と除湿器を直列に連接し、除湿器の排気口と温室内を連通する配管の途中に吸引ファンを設置して、吸引ファンで除湿器からの処理排ガスを温室に給送する。接触還元式脱硝装置は、アンモニアを還元剤として排ガスから窒素酸化物を除去する既存設備が適用でき、この脱硝装置で排ガスの還元処理に使用されずに排ガスに残留した未反応アンモニアをアンモニア除去装置で除去する。アンモニア除去装置は、例えば気体の未反応アンモニアを水の吸収媒体に通して除去するもので、ここで処理された排ガスは高温で湿度の高い炭酸ガス含有の処理排ガスであり、この処理排ガスを除湿器に送って冷却し除湿して温室内に適度な温度、湿度の炭酸ガス含有処理排ガスを供給し、温室内の栽培作物に炭酸ガスを施与する。 The exhaust gas extraction from the flue here is performed by a gas extraction pipe (extraction duct) with a built-in gas cutoff damper communicated with a part of the flue. A catalytic reduction denitration device, an ammonia removal device, and a dehumidifier are connected in series to this gas extraction pipe, and a suction fan is installed in the middle of the piping that connects the exhaust port of the dehumidifier and the greenhouse. The treated exhaust gas from is sent to the greenhouse. The catalytic reduction denitration device can be applied to existing equipment that removes nitrogen oxides from exhaust gas using ammonia as a reducing agent. This denitration device removes unreacted ammonia remaining in the exhaust gas without being used for exhaust gas reduction treatment. Remove with. The ammonia removal device is, for example, for removing gaseous unreacted ammonia through a water absorption medium. The exhaust gas treated here is a high-temperature, high-humidity carbon dioxide-containing treated exhaust gas, and this treated exhaust gas is dehumidified. It is sent to a vessel, cooled and dehumidified, and the treated exhaust gas containing carbon dioxide at an appropriate temperature and humidity is supplied into the greenhouse, and carbon dioxide is applied to the cultivated crops in the greenhouse.
本発明においては、火力発電設備の煙道の排ガス温度によっては、ガス抽出工程から窒素酸化物除去工程に供給される排ガスの温度に基づいて同排ガスを適宜に加温器で加温する加温工程を加えることができる。この加温工程で使用する加温器の熱源は、商用電源の他に火力発電設備の排熱を利用することができる。 In the present invention, depending on the flue gas temperature of the flue of the thermal power generation facility, heating is performed by appropriately heating the flue gas with a heater based on the temperature of the flue gas supplied from the gas extraction step to the nitrogen oxide removal step. Steps can be added. The heat source of the warmer used in this warming process can utilize the exhaust heat of the thermal power generation facility in addition to the commercial power source.
また、本発明においては、冷却・除湿工程で処理された炭酸ガス含有の処理排ガスを吸引ファンと配管,エアーダクトを介して温室内の上部空間に供給し、この上部空間から処理排ガスを温室内の下部空間に設置された栽培作物に向けて吹き付けるようにすることができる。 In the present invention, the treated exhaust gas containing carbon dioxide gas treated in the cooling / dehumidifying process is supplied to the upper space in the greenhouse via the suction fan, the piping, and the air duct, and the treated exhaust gas is supplied from the upper space to the greenhouse. It can be made to spray toward the cultivated crops installed in the lower space of.
温室栽培においては、温室内の床に形成した栽培畝に種蒔きして作物を栽培するのが通常であることから、栽培畝の上方の温室内上部空間に炭酸ガス含有の処理排ガスを供給すると、処理ガス中の比重の大きな炭酸ガスが下方の栽培畝の作物に向けて集中的に吹き付けられる。このように栽培作物に集中的にして効率よく炭酸ガスを施与をすることで、栽培作物の光合成の促進が効果的に行われて、よりよい生育促進、品質改善、収量増大が可能となる。 In greenhouse cultivation, it is normal to plant crops by cultivating crops by cultivating crops formed on the floor in the greenhouse, so if carbon dioxide-containing treated exhaust gas is supplied to the upper space in the greenhouse above the cultivation baskets The carbon dioxide gas having a large specific gravity in the processing gas is intensively sprayed toward the crop of the lower cultivation straw. In this way, by concentrating on the cultivated crops and efficiently applying carbon dioxide gas, the photosynthesis of the cultivated crops is effectively promoted, enabling better growth promotion, quality improvement, and yield increase. .
本発明によれば、火力発電設備の煙道から大気中に放出されていた排ガスを抽出して、温室栽培される作物の光合成を促進する炭酸ガスとして有効利用するため、温室栽培の炭酸ガス施与で消費する炭酸ガスのコストの大幅な低減ができて、年間を通じて温室内に炭酸ガスを補給し栽培作物の光合成を促進することが経済的に容易となり、特に、大規模温室で炭酸ガスを大量に使用する施設においてはランニングコストの大幅な低減が可能となる。また、火力発電設備の煙道から抽出した排ガスから窒素酸化物などの栽培作物の生育に障害を及ぼす物質を除去して、炭酸ガス含有の処理排ガスを温室に供給するため、温室内の栽培作物を障害を及ぼすことなく光合成を促進させることができて、作物の品質改善、収量増大を図ることができる。 According to the present invention, exhaust gas that has been released into the atmosphere from the flue of a thermal power generation facility is extracted and effectively used as carbon dioxide that promotes photosynthesis of greenhouse-grown crops. The cost of carbon dioxide to be consumed can be greatly reduced, and it becomes economically easy to replenish carbon dioxide in the greenhouse throughout the year and promote photosynthesis of cultivated crops, especially in large-scale greenhouses. In facilities used in large quantities, the running cost can be significantly reduced. In addition, in order to supply carbon dioxide-containing treated exhaust gas to the greenhouse by removing substances that interfere with the growth of cultivated crops such as nitrogen oxides from the exhaust gas extracted from the flue of the thermal power generation facility, the cultivated crop in the greenhouse It is possible to promote photosynthesis without causing damage, and to improve crop quality and increase yield.
本発明の実施の形態を図1に基づいて説明する。図1は、火力発電設備1の煙道2から排出される排ガス3aを処理して温室4内に供給するシステムの概要を示すもので、火力発電設備1と温室4の間に脱硝装置40とアンモニア除去装置50と除湿器60が直列に配置され、各々が適宜ダンパや配管10で直列に連結される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an outline of a system for processing
図1においては、火力発電設備の煙道2に連結された配管のガス抽出管10aの途中にガス遮断ダンパ20を設置し、ガス抽出管10aの後流側に加温器30を介して脱硝装置40を連結している。ガス抽出管10aは、ガス遮断ダンパ20の開閉操作により適量の排ガス3aを煙道2から抽出して加温器30に給送する。加温器30は、煙道2から給送された排ガス3aの温度が規定値より低い場合に作動して適温に加温する部所で、火力発電設備1の規模、種類などにより必要に応じ設置される。脱硝装置40は、アンモニアを還元剤として排ガス3aから窒素酸化物NOxを除去する接触還元式の設備で、規模の大小異なる複数種類の既存設備があり、この既存設備を適用することができる。
In FIG. 1, a
脱硝装置40とアンモニア除去装置50が配管10bで連結され、脱硝装置40で窒素酸化物の除去処理された排ガスがアンモニア除去装置50に給送されて、排ガス中の未反応アンモニアが吸収媒体である淡水51に吸収されて除去される。未反応アンモニアを吸収した処理済み水は排水処理部52へと排水される。アンモニア除去装置50の出口と除湿器60の入口が配管10cで連結されて、アンモニア除去装置50で処理された炭酸ガス含有で高湿度の処理排ガス3bが除湿器60に送られ、ここで温室栽培における炭酸ガス施与に適した温度と湿度に冷却・除湿される。この冷却・除湿された炭酸ガス含有の処理排ガス3cが吸引ファン70で吸引され、配管10dを通して温室4内の上部空間Maに供給される。
The
温室4は、例えば室内の下部空間Mbに多数条に設置した栽培畝6で大量の栽培作物5を栽培する大規模温室で、この室内の上部空間Maに栽培畝6と平行にエアーダクト(図示せず)が設置される。配管10dから温室4内に供給された炭酸ガス含有の処理排ガス3cは炭酸ガス濃度と栽培作物5への吹付速度を自動制御する制御装置80を介してエアーダクトに送風され、エアーダクトから下方の栽培作物5に向けて吹き付けられる。制御装置80は配管10dからの処理排ガス3bに温室内の空気を混入させて炭酸ガス濃度を栽培作物5の光合成を促進するに適切な濃度にし、かつ、エアーダクトから栽培作物5への吹付速度が光合成を促進するに適切な速度になるよう制御する。この制御装置80は、温室内に配備した図示しない炭酸ガス濃度センサーや温度センサー、湿度センサーなどの各種制御信号に基づいて作動する。
The greenhouse 4 is, for example, a large-scale greenhouse that grows a large amount of cultivated crops 5 with cultivating rods 6 installed in a large number of rows in the indoor lower space Mb, and an air duct (see FIG. (Not shown) is installed. The treated exhaust gas 3c containing carbon dioxide supplied from the
次に、上記した実施の形態による炭酸ガス施与動作を説明する。 Next, the carbon dioxide application operation according to the above-described embodiment will be described.
栽培作物5の光合成を促進する必要があるときにガス遮断ダンパ20を開き、吸引ファン70を作動させて、炭酸ガス施与の動作を開始させる。すなわち、煙道2から高温の排ガス3aをガス抽出管10aに抽出し(ガス抽出工程)、加温器30を通過させて接触還元式脱硝装置40に送り、脱硝装置40で排ガス中の窒素酸化物NOxを除去する。この窒素酸化物は温室4内の栽培作物5の生育に障害を及ぼす物質であり、これをアンモニアを用いて還元処理して除去する(窒素酸化物除去工程)。脱硝装置40のアンモニアによる窒素酸化物除去処理においては、未反応アンモニアが残留し、この未反応アンモニアも温室4内の栽培作物5の生育に障害を及ぼす物質であることから、これをアンモニア除去装置50で除去する(アンモニア除去工程)。
When the photosynthesis of the cultivated crop 5 needs to be promoted, the
煙道2からの高温の排ガス3aが脱硝装置40とアンモニア除去装置50を通過することで、炭酸ガス含有の処理排ガス3bとなり、この処理排ガス3bを除湿器60で冷却・除湿する(冷却・除湿工程)。除湿器60で除湿された処理排ガス3cを制御装置80を介して温室4内の上部空間Maのエアーダクトに供給し、エアーダクトから炭酸ガス混合空気として栽培作物5に向け吹き付ける。この空気吹き付けで栽培作物5の光合成が促進されると共に、栽培作物5で炭酸ガス拡散が行われて温室4内の下部空間Mbの炭酸ガス濃度が速やかに均一化される。そのため、大規模温室4の床面が大面積であり、栽培畝6が多数条あって多数の栽培作物5が平面的に分布していても、これら栽培作物5の全体を均一な炭酸ガス施与で均一的に光合成促進させることができる。また、大規模温室4には大量の炭酸ガス施与が必要となるが、これらの炭酸ガスは火力発電設備1で年中大量に発生する排ガスから得られるために、極めて低コストで炭酸ガス供与が得られて、年間を通しての炭酸ガス施与がランニングコスト少なくして経済的有利に行える。
The high-
火力発電設備1の煙道2から脱硝装置40に延びるガス抽出管10aが長大な場合、あるいは、冬季においては脱硝装置40に給送される排ガス3aの温度が下がり、脱硝処理などのガス処理を効率よく行うことが難しくなることがある。そこで、ガス抽出管10a内の排ガス温度を監視して、所定の低温まで下がると加温器30を作動させて適温まで加温して(加温工程)、脱硝装置40に給送する。
When the
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 火力発電設備
2 煙道
3a 排ガス
3b 処理排ガス
4 温室
5 栽培作物
6 栽培畝
10 配管
10a ガス抽出管
20 ガス遮断ダンパ
30 加温器
40 接触還元式脱硝装置
50 アンモニア除去装置
51 淡水
52 排水処理部
60 除湿器
70 吸引ファン
80 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal power generation equipment 2
Claims (3)
火力発電設備の煙道から排ガスを抽出するガス抽出工程と、このガス抽出工程で抽出した排ガスに含まれる窒素酸化物を接触還元式脱硝装置で除去する窒素酸化物除去工程と、この窒素酸化物除去工程で処理された排ガスに含まれる未反応アンモニアをアンモニア除去装置で除去するアンモニア除去工程と、このアンモニア除去工程で処理された排ガスを
除湿器で温室栽培の作物生育に適する温度、湿度に冷却し除湿する冷却・除湿工程とを含み、
冷却・除湿工程で処理された炭酸ガス含有の処理排ガスに温室内の空気を混入させて炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成が促進する濃度にすると共に、栽培作物への吹付速度を栽培作物の光合成が促進する速度になるように制御装置により制御しながら前記処理排ガスを温室内に供給することを特徴とする温室栽培の炭酸ガス施与方法。 Exhaust gas is extracted from the flue of the thermal power generation facility, and treated exhaust gas containing carbon dioxide from which the substances that impede the growth of greenhouse-grown crops are removed from the extracted exhaust gas is appropriately supplied into the greenhouse. In the given method ,
A gas extraction process for extracting exhaust gas from the flue of a thermal power generation facility, a nitrogen oxide removal process for removing nitrogen oxide contained in the exhaust gas extracted in the gas extraction process by a catalytic reduction denitration device, and the nitrogen oxide An ammonia removal step for removing unreacted ammonia contained in the exhaust gas treated in the removal step with an ammonia removal device, and an exhaust gas treated in the ammonia removal step
Including a cooling and dehumidifying process that cools and dehumidifies to a temperature and humidity suitable for greenhouse-grown crop growth in a dehumidifier
Air in the greenhouse is mixed with the treated exhaust gas containing carbon dioxide treated in the cooling and dehumidification process to adjust the carbon dioxide concentration to a concentration that promotes photosynthesis of the cultivated crop, and the spraying speed to the cultivated crop is increased. A carbon dioxide gas application method for greenhouse cultivation, characterized in that the treated exhaust gas is supplied into the greenhouse while being controlled by a control device so as to achieve a speed that promotes .
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