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【発明の名称】 ボイラ
【発明者】 【氏名】田中 収

【氏名】徳永 幸博

【氏名】岡本 裕介

【氏名】安井 賢志

【要約】 【課題】窒素酸化物の排出量を限りなく零に近く低減でき、一酸化炭素排出量を許容範囲に低減する。

【構成】予混合バーナ1と、予混合バーナにて生成されるガスとの熱交換により、ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する水管群2と、水管群を通過後のガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒4と、予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段28とを備え、予混合バーナおよび水管群は、空気比を設定空気比としたとき、酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、記酸化触媒は、濃度比を所定濃度比としたとき酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、空気比調整手段により設定空気比に制御することにより所定濃度比を一定に保持する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラ。
【請求項2】
炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kが基準所定濃度比K0となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比Kを前記基準所定濃度比K0としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラ。
【請求項3】
炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kが第一所定濃度比K1となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比Kを前記第一所定濃度比K1としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラ。
【請求項4】
前記基準所定濃度比K0を判定する式を次式(1)とし、前記基準所定濃度比KOが次式(2)を満たし、前記第一所定濃度比K1を前記基準濃度比K0より小さくしたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のボイラ。
([NOx]+2[O])/[CO]=K …(1)
1.0≦K=K0≦2.0 …(2)
(式(1)において、[CO]、[NOx]および[O]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O]>0の条件を満たす。)
【請求項5】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴とするボイラ。
【請求項6】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−NOx・CO特性を有することを特徴とするボイラ。
【請求項7】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴とするボイラ。
【請求項8】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比が次式(3)を満たすように構成されることを特徴とするボイラ。
([NOx]+2[O])/[CO]≦2.0 …(3)
(式(3)において、[CO]、[NOx]および[O]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O]>0の条件を満たす。)
【請求項9】
前記設定空気比を実質的に1.0とすることを特徴とする請求項5〜請求項8に記載の燃焼装置。
【請求項10】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比1.0の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−NOx・CO特性を有し、
前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−NOx・CO特性を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−NOx・CO特性を有し、
前記空気比調整手段は、前記二次側の空気比−NOx・CO特性のNOx・CO低減領域において前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度濃度を実質的に零とする設定空気比にて前記予混合バーナの空気比を制御することを特徴とするボイラ。
【請求項11】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群通過後の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触される酸化触媒と、
前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整する空気比調整手段とを備え、
前記酸化触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準濃度比として、前記濃度比を前記基準濃度比とすると、前記酸化触媒二次側の酸素濃度,窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、
前記空気比調整手段は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および/または一酸化炭素濃度に基づき前記空気比を調整することにより、前記酸化触媒一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または低減することを特徴とするボイラ。
【請求項12】
前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する窒素酸化物生成抑制手段を備えたことを特徴とする請求項1〜3,5〜8,10,11のいずれか1項に記載のボイラ。
【請求項13】
前記酸化触媒の二次側に給水予熱器を備えたことを特徴とする請求項1〜3,5〜8,
10,11のいずれか1項に記載のボイラ。
【請求項14】
前記触媒または前記センサの異常を検出するための第二のセンサと、
報知手段と、
前記第二のセンサの検出値に基づき前記異常を判定して前記報知手段によりその異常を報知する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1〜3,5〜8,10,11のいずれか1項に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、水管ボイラ,蒸気ボイラ,温水ボイラなどに適用されるおよびボイラに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、NOxの発生の抑制原理として、火炎(燃焼ガス)温度の抑制,高温燃焼ガスの滞留時間の短縮などが知られている。そして、これらの原理を応用した種々の低NOx化技術がある。たとえば、2段燃焼法,濃淡燃焼法,排ガス再循環燃焼法,水添加燃焼法,蒸気噴射燃焼法,水管群による火炎冷却燃焼法などが提案され実用化されている。
【0003】
ところで、水管ボイラなどの比較的容量の小さいNOx発生源についても環境への影響が高まり、一層の低NOx化が求められるようになってきている。この低NOx化においては、NOxの生成を低減するとCOの排出量が増加するので、NOxとCOを同時に削減することが難しい。
【0004】
その原因は、低NOx化と低CO化とが相反する技術的課題であることにある。すなわち、低NOxを推し進めるために燃焼ガス温度を急激に低下させ、900℃以下の低い温度に抑制すると、COが多量に発生すると共に発生したCOが酸化されないまま排出され、CO排出量が増大してしまう。逆に、COの排出量を少なくするために、燃焼ガス温度を高めに抑制すると、NOxの生成量の抑制が不十分となる。
【0005】
この課題を解決するために、出願人は、低NOx化に伴い発生するCO量をできるだけ少なくするように、また発生したCOが酸化するように燃焼ガス温度を抑制する低NOxおよび低CO技術を提案し、製品化している(特許文献1,2参照)。しかしながら、この特許文献1,2記載の低NOx化技術は、現実には生成NOx値が25ppm程度にとどまっていた。
【0006】
この課題の解決案として、出願人は、NOx発生の抑制を排出CO値の低減に優先するように燃焼ガス温度を抑制して生成NOx値を所定値以下とする低NOx化ステップを行い、その後に前記低NOx化ステップからの排出CO値を所定値以下とする低CO化ステップを行う低NOx燃焼方法を提案している(特許文献3,4参照)。この特許文献3,4記載の技術によれば、10ppmを下回る低NOx化が可能となるが、5ppmを下回る低NOx化を実現することは難しい。これは、燃焼の特性により、5ppm以上のNOxの生成が避けられないことによる。
【0007】
そして、特許文献3,4記載の低NOx化技術は、図17に示すように、空気比が1.38以上の所謂高空気比燃焼領域Z1に属するものである。一方、空気比1.1以下(以下、「低空気比」という。)の燃焼領域Z2では窒素酸化物の発生量が増えて、低NOx、低COが困難であること,および空気比が1以下となるとバックファイヤーを起こすなど安定燃焼制御が困難なことから、低空気比燃焼の領域Z2は、これまで殆ど研究開発の対象とされていなかった。図17において、ラインF,Eは、それぞれこの発明の燃焼装置による一次側のNOx特性およびCO特性を模式的に示し、ラインU,Jは、それぞれこの発明の燃焼装置による触媒二次側のNOx特性およびCO特性を模式的に示している。前記特許文献3,4の低NOx化技術は、いずれも基本的には高空気比領域Z1にてバーナを燃焼させることでNOx生成を抑制し、酸化触媒(特許文献3,4)にて発生COを除去する技術である。
【0008】
一方、時代背景として、ボイラに対して一層の低NOx化が求められるとともに、省エネルギーとなる低空気比運転が求められるようになってきている。
【0009】
こうした背景のもとに、この出願の発明者らは、酸化触媒を用いて窒素酸化物を限りなく零に近く低減できる燃焼方法の研究開発を行ってきた。
【0010】
ところで、バーナの燃焼により生ずる窒素酸化物含有ガスの処理方法としては、特許文献5が知られている。
【0011】
前記特許文献5の排気ガス処理方法は、第一ステップにおいて、バーナを空気比1.0未満(理論空気量より少ない量の燃焼空気量)で燃焼させることにより燃焼排気ガス中に酸素を含まず、CO,HC(炭化水素)の未燃成分を含ませ、窒素酸化還元触媒において未燃成分により窒素酸化物を還元して、窒素酸化物を浄化する。そして、第二ステップにおいて、その浄化後の排気ガスに空気を添加して酸化触媒にて未燃成分を浄化するものである。
【0012】
この特許文献5の処理方法は、酸素の存在下で、一酸化炭素および窒素酸化物を低減するものではない。また、この特許文献5によれば、未燃焼の炭化水素が多量に排出されるので、酸化触媒により排出窒素酸化濃度および排出一酸化炭素濃度を実質的に零とするのは困難である。また、炭化水素の存在下で、窒素酸化物の還元の効率が低下する特性の酸化触媒は、利用することができない。また、窒素酸化物の還元ステップと未燃成分の酸化ステップとを別の触媒を用いて行うので、処理が複雑となる。
【0013】
また、ガスエンジンからの窒素酸化物含有ガスの浄化方法が特許文献6にて知られている。この特許文献6は、三元触媒を用いて窒素酸化物および一酸化炭素を浄化するものであるが、ガス中に炭化水素の存在が必須であるとともに、過剰酸素が存在しない理論空気比のガスにしか適用できない。よって、特許文献6の処理方法は、バーナの燃焼により生じ、過剰の酸素を含有するボイラの燃焼ガス処理には適さない。
【0014】
さらに、酸化触媒を用いて焼却炉の排気ガス中の窒素酸化物を一酸化炭素により還元する技術が特許文献7にて知られている。この特許文献7の技術は、排気ガス中に酸素が存在すると窒素酸化物の還元が進行しないので、一次燃焼において、燃料過濃(空気比1未満)燃焼させることで、排気ガスを無酸素状態とするものである。この特許文献7では、燃料過濃燃焼という制約を受けるので、バーナを用いたボイラのような排気ガス中に酸素を含む燃焼装置には適用が困難である。
【0015】
【特許文献1】特許第3221582号公報
【特許文献2】米国特許第5353748号明細書
【特許文献3】特開2004−125378号公報
【特許文献4】米国特許第6792895号明細書
【特許文献5】特開2001−241619号公報
【特許文献6】特開平5−38421号公報
【特許文献7】特開平2003−275543号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
この発明が解決しようとする主たる課題は、簡易な装置により、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近い値まで低減、または許容範囲に低減するとともに、安定した有害物質低減効果を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
この出願の発明者等は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特許文献3,4に記載の一酸化炭素を低減するための酸化触媒を備えたボイラにおいてこれまで殆ど研究が行われていなかった限りなく1に近い低空気比での予混合バーナの燃焼領域(図17の領域Z2)において、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を実質的に零とするポイントを見出した。そして、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を実質的に零とすることができた原因を追及した結果、酸化触媒一次側の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比とすることで、酸化触媒を用いて窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近く低減できるとともに、前記濃度比を前記基準所定濃度比の近傍で調整することにより、有害物質(窒素酸化物および一酸化炭素)の排出量を実質的に零または許容値まで低減可能であるいう新たな知見を得た。この発明は、この知見に基づき完成したものである。この発明によれば、有害物質の排出濃度を実質的に零とすることができるだけではなく、これが限りなく1.0に近い空気比にて実現できるので、顕著な省エネルギーを実現することができる。
以下、単に濃度比という場合、酸化触媒の一次側の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を意味する。前記酸化触媒は、公知の酸化触媒を用いても良く、新規な酸化触媒を用いても良い。
【0018】
すなわち、この出願の発明者等は、特許文献7に記載のように、酸化触媒作用のもとで、一酸化炭素により窒素酸化物を還元するには、酸素が障害となるという技術常識を破り、酸素を活用することにより、酸化触媒一次側における酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度の関係を所定の関係(所定濃度比)に調整するという新規な技術手段を採用することにより前記課題を解決するに至ったものである。
【0019】
前記課題には、つぎの副課題がある。第一の副課題は、前記酸化触媒の有害物質(NOxおよびCO)の低減を阻害する炭化水素を予混合バーナにて生成されるガス中に含ませないことである。これは、内燃機関のような急激な冷却を行わない燃焼とすることにより、炭化水素除去手段を用いることなく、解決できる。
【0020】
第二の副課題は、前記ガスの濃度比をいかにして前記基準所定濃度比とするかである。前記予混合バーナを単に燃焼させただけでは、前記基準所定濃度を得ることはできない。この副課題に対しては、前記予混合バーナの前記濃度比特性を生かしながら、酸素濃度を調整することで、前記基準所定濃度比に調整することで解決できる。予混合バーナを用いることで、安定した燃焼をさせながら前記濃度比の調整が比較的容易にできる濃度比特性が得られる。前記酸素濃度の調整は、前記予混合バーナへ供給する燃料量と燃焼空気量との割合を調整する空気比調整にて行うことで、簡易にしかも低空気比領域において実現できる。この発明の前記空気比調整は、単に燃料量と燃焼空気量との割合を調整するだけでなく、前記濃度比を調整するものであり、従来の空気比制御とは異なる新規な調整である。
【0021】
また、前記濃度比の調整において、前記ガス中の窒素酸化物濃度が高すぎると、必要とする一酸化炭素の量も多くなり、前記予混合バーナの濃度比特性では安定的に必要とする一酸化炭素濃度を得られない場合がある。そこで、この発明では、水管群による燃焼ガス温度の抑制により、発生する窒素酸化物濃度を抑制して、濃度比の調整を容易にすることができる。
【0022】
第三の副課題は、この発明が有害物質排出濃度を実質的に零、またはそれに近い値を狙うものであるから、外気温の変動などにより前記濃度比が変化すると、排出濃度が増加し、安定した低減効果を得られないことである。この副課題に対しては、濃度比一定制御により解決した。この濃度比一定制御は、前記濃度比を調整する手段としての空気比調整手
段を用い、空気比を検出して、空気比のフィードバック制御を行うことで解決できる。
【0023】
以上のように、この発明は、従来のバーナ,酸化触媒および空気比制御を用いるか、またはその延長線上の技術を用いても零NOxボイラと称し得る有害物質低減効果において顕著であり、省エネルギーを実現できる地球環境に優しいボイラを提供できる画期的な発明である。
【0024】
請求項1に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴としている。本発明および以下の説明において、「水管群を通過後」とは、「水管群全体を通過後」および「水管群の一部を通過後」を含むものとする。
【0025】
ここで、窒素酸化物濃度が実質的に零とは、好ましくは、5ppm,さらに好ましくは、3ppm,さらに好ましくは、零である。一酸化炭素濃度が実質的に零とは、30ppm,さらに好ましくは、10ppmである。また、以下の説明で、酸素濃度が実質的に零とは、100ppm以下とするが、好ましくは、計測限界値以下とする。さらに、窒素酸化物濃度,一酸化炭素濃度が所定値以下とは、各国、各地域で定める排出基準濃度以下を意味するが、限りなく実質的に零に近い値に設定することが好ましいのはいうまでもない。このように排出基準値という意味において、「所定値」以下を「許容値」,「排出基準値」と称することができる。
【0026】
請求項1に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の特性を活かして前記バーナの空気比を設定空気比とし前記ガスの濃度比を前記所定濃度比とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とすることができる。また、前記酸化触媒二次側の酸素濃度は、実質的に零となるので、前記予混合バーナを低空気比にて燃焼させることとなり、省エネルギーを実現できる。また、前記ガス中に炭化水素を排出しないように前記予混合バーナを燃焼させるので、特許文献7のような炭化水素を排出するように燃焼させる方法と比較して前記予混合バーナの燃焼制御を容易に行える。前記酸化触媒に流入するガス中に炭化水素を含まないので、特許文献5のような複雑な手法を用いることなく、前記酸化触媒による窒素酸化物および一酸化炭素の低減を効果的に行うことができるとともに、炭化水素による反応を考慮することなく、前記所定濃度比の調整を容易に行える。また、前記空気比調整手段により前記所定濃度をほぼ一定値に保持するので、外気温の変動などによる前記所定濃度比の変動を抑制することができ、安定した有害物質の低減効果を発揮することができるとともに、前記空気比調整手段と別に前記所定濃度比を一定に制御するための手段が不要であり、装置の構成を簡素化できる。また、予混合バーナを用いているので、低空気比領域で前記所定濃度比を比較的容易に得ることができる。
【0027】
請求項2に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記
予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kが基準所定濃度比K0となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Kを前記基準所定濃度比K0としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴としている。
【0028】
請求項2に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の濃度比特性を活かして前記バーナの空気比を基準設定空気比とし前記ガスの濃度比Kを前記基準所定濃度比K0とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度および排出一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができる。また、請求項2に記載の発明においても、前記した請求項1により得られるその他効果を同様に奏することができる。
【0029】
請求項3に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kが第一所定濃度比K1となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Kを前記第一所定濃度比K1としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴としている。
【0030】
請求項3に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の濃度比特性を活かして前記バーナの空気比を第一設定空気比とし前記ガスの濃度比Kを前記第一所定濃度比K1とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を所定値以下とすることができる。また、請求項3に記載の発明においても、前記した請求項1により得られるのその他効果を同様に奏することができる。
【0031】
請求項4に記載の発明は、請求項2または請求項3において、前記基準所定濃度比K0を判定する式を次式(1)とし、前記基準所定濃度比KOが次式(2)を満たし、前記第一所定濃度比K1を前記基準濃度比K0より小さくしたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のボイラ。
([NOx]+2[O])/[CO]=K …(1)
1.0≦K=K0≦2.0 …(2)
(式(1)において、[CO]、[NOx]および[O]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O]>0の条件を満たす。)
【0032】
請求項4に記載の発明によれば、請求項2〜請求項3と同様な効果を奏する。
【0033】
請求項5に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記
酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴としている。ここにおいて、本請求項および以下の請求項において、前記検出空気比(前記センサにより検出される空気比)および前記設定空気比は、それぞれ検出空燃比,設定空燃比または検出酸素濃度,設定酸素濃度に置き換えることができる。
【0034】
請求項6に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−NOx・CO特性を有することを特徴としている。
【0035】
請求項7に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴としている。
【0036】
請求項8に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比が次式(3)を満たすように構成されることを特徴としている。
([NOx]+2[O])/[CO]≦2.0 …(3)
(式(3)において、[CO]、[NOx]および[O]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O]>0の条件を満たす。)
【0037】
請求項5〜請求項8に記載の発明によれば、請求項1と同様な効果を奏することができる。
【0038】
請求項9に記載の発明は、請求項5〜請求項8において、前記設定空気比を実質的に1.0とすることを特徴としている。
【0039】
請求項9に記載の発明によれば、請求項5〜請求項8に記載の発明による効果に加えて、限りなく1に近い低空気比燃焼による省エネルギーを実現できるという効果を奏する。
【0040】
請求項10に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比1.0の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−NOx・CO特性を有し、前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−NOx・CO特性を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−NOx・CO特性を有し、前記空気比調整手段は、前記二次側の空気比−NOx・CO特性のNOx・CO低減領域において前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度濃度を実質的に零とする設定空気比にて前記予混合バーナの空気比を制御することを特徴としている。
【0041】
請求項10に記載の発明によれば、前記設定空気比に制御することにより、前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とすることができる。その他の効果は、前記請求項5〜8と同様である。
【0042】
請求項11に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群通過後の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触される酸化触媒と、前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整する空気比調整手段とを備え、前記酸化触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比として、前記濃度比を前記基準所定濃度比とすると、前記酸化触媒二次側の酸素濃度,窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、前記空気比調整手段は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および/または一酸化炭素濃度に基づき前記空気比を調整することにより、前記酸化触媒一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または低減することを特徴としている。
【0043】
請求項11に記載の発明によれば、前記設定空気比に制御することにより、前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下に低減することができる。その他の効果は、前記請求項5〜8と同様である。
【0044】
請求項12に記載の発明は、請求項1〜3,5〜8,10,11において、前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する窒素酸化物生成抑制手段を備えたことを特徴としている。
【0045】
請求項12に記載の発明によれば、請求項1〜3,5〜8,10,11に記載の発明による効果に加えて、NOxの生成を所定値以下に抑制しているので、前記酸化触媒の使用量を低減することができるという効果を奏する。
【0046】
請求項13に記載の発明は、請求項1〜3,5〜8,10,11において、前記酸化触媒の二次側に給水予熱器を備えたことを特徴としている。
【0047】
請求項13に記載の発明によれば、請求項1〜3,5〜8,10,11に記載の発明による効果に加えて、前記酸化触媒にて生じた熱を前記給水予熱器にて回収でき、一層の省エネルギー化を実現できるという効果を奏する。また、窒素酸化物の排出量を実質的に零とすることにより、前記給水予熱器の腐食を抑制することができる。
【0048】
請求項14に記載の発明は、請求項1〜3,5〜8,10,11において、前記触媒または前記センサの異常を検出するための第二のセンサと、報知手段と、前記第二のセンサの検出値に基づき前記異常を判定して前記報知手段によりその異常を報知する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【0049】
請求項14に記載の発明によれば、請求項1〜3,5〜8,10,11に記載の発明による効果に加えて、前記酸化触媒または前記センサの異常の報知により、ボイラの管理者などが異常の対応を行うことにより、多量の一酸化炭素の排出を防止することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【0050】
この発明によれば、前記空気比調整手段により前記濃度比を前記所定濃度比に調整することにより、前記酸化触媒を用いて、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近く低減できる。また、有害物質の低減を安定して実現することができる。また、濃度比一定制御のための手段を別個に必要とせず、装置構成を簡易化することができる。また、先混合バーナと比較して、燃焼空気と燃料とを均一混合して燃焼することができ、理論空気比近傍であっても炭化水素やCOの発生量が少なく、前記所定濃度比のガスの生成を比較的容易に安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0051】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態を説明する前に、この出願において使用する用語について説明する。「ガス」とは、バーナから酸化触媒(酸化・還元触媒と称することができる。以下。単に「触媒」と称することができる。)を通過し終わるまでのガスをいい、触媒を通過した後のガスを「排ガス」という。したがって、ガスは、燃焼反応中(燃焼過程)のガスと燃焼反応が完結したガスとを含み、燃焼ガスと称することができる。ここにおいて、前記触媒がガスの流れに沿って多段に設けられている場合、「ガス」は、最終段の触媒を通過し終わるまでのガスをいい、「排ガス」は、最終段の触媒を通過した後のガスをいう。
【0052】
「触媒の一次側」とは、触媒に対しバーナが設けられている側であって、特に断らない限り、ガスがこの触媒を通過する直前をいい、「触媒の二次側」とは、触媒の一次側の反対側をいう。
【0053】
また、「炭化水素を含まない」とは、燃焼反応の過程で全く炭化水素が生成されないことを意味するのではなく、燃焼反応の過程では、若干の炭化水素が生成されるが、燃焼反応が終了する段階,すなわち前記触媒に流入するガス中に窒素酸化物を還元する炭化水素が実質的に含まれていない(測定限界以下である)ことを意味している。
【0054】
さらに、空気比mは、m=21/(21−[O])と定義する。ただし、 [O]は、触媒二次側の排ガス中の酸素濃度を表すが、空気比を求める際に用いる[O]は、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素などの未燃ガスを空気比m=1で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す。
【0055】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、小型貫流ボイラなどの水管ボイラ,給湯器,吸収式冷凍機の再生器などの燃焼装置(熱機器または燃焼機器と称
しても良い。)に適用される。
【0056】
(実施の形態1)
この発明の実施の形態1は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。この実施の形態1は、つぎの二つの実施の形態2,3を含む。
【0057】
(実施の形態2)
前記実施の形態2は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kが基準所定濃度比K0となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Kを前記基準所定濃度比K0としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。
【0058】
(実施の形態3)
また、前記実施の形態3は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kが第一所定濃度比K1となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Kを前記第一所定濃度比K1としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。
【0059】
前記基準所定濃度比K0,前記第一所定濃度比K1は、それぞれ前記基準設定空気比,前記第一設定空気比に制御することにより、次の調整0,調整1がなされる。
調整0:前記濃度比Kを前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする基準所定濃度比K0に調整する。
調整1:前記濃度比Kを、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とする第一所定濃度比K1に調整する。
【0060】
そして、前記触媒は、前記調整0を行うと、それぞれ前記触媒二次側の窒素酸化物濃度
および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記調整1を行うと前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下する特性を有している。
【0061】
これらの実施の形態2,3において、濃度比とは、一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度の相互の関係を意味する。前記調整0における基準所定濃度比K0は、次式(1)の判定式にて判定され、好ましくは、次式(2)を満たし、前記第一所定濃度比K1を前記基準所定濃度比K0より小さくするように設定される。
([NOx]+2[O])/[CO]=K …(1)
1.0≦K=K0≦2.0 …(2)
(式(1)において、[CO]、[NOx]および[O]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O]>0の条件を満たす。)
【0062】
すなわち、前記基準所定濃度比K0は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度,窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする前記酸化触媒の一次側の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比である。前記式(1)は、前記基準所定濃度比K0を判定するための判定式であり、式(2)は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度,窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする条件を示している。理論的には、K0=1.0の条件で、各濃度を零とすることができる。しかしながら、実験結果によると、前記式(2)の範囲で各濃度を実質的に零とすることが確認されているが、前記K0の上限2.0は、前記触媒の特性によっては、2.0より大きい値をとることが考えられる。
【0063】
前記基準所定濃度比K0の値を下回るように,すなわち式(1)のKがK0よりも小さい前記第一所定濃度比K1となるように前記酸化触媒の一次側の濃度比Kを調整する(前記調整1)と、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および窒素酸化物濃度が実質的に零となるとともに一酸化炭素濃度が所定値以下となる。この一酸化炭素濃度の所定値は、好ましくは、排出基準値(この値は、国により異なるので、国ごとに変更することが可能である。)以下に設定する。この所定値を決めると、実験的に前記第一所定濃度比K1を定めることができる。前記濃度比Kの値がK0よりも小さい前記第一所定濃度比K1となるような濃度比Kの調整は、具体的には、前記酸化触媒一次側の一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合を、前記基準所定濃度比K0を満たす一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合よりも少なくすることで実現可能である。
【0064】
以上の実施の形態1〜3においては、まず、前記酸化触媒の一次側に酸素が存在するように、前記予混合バーナで燃焼する。この燃焼により、酸素と、窒素酸化物および一酸化炭素とを含み、炭化水素を含まないガスが生成される。そして、前記触媒の一次側の前記ガスにおける酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kは、前記予混合バーナおよび前記水管群により、それぞれ前記基準所定濃度比K0,前記第一所定濃度比K1に調整される。そして、前記触媒にて、前記ガスが前記触媒と接触して前記ガス中の酸素により一酸化炭素が酸化され、一酸化炭素により窒素酸化物が還元される。前記調整0または前記調整1が行われた場合の酸素の役割は、一酸化炭素濃度の調整,すなわち窒素酸化物を還元してその濃度を実質的に零とするのに必要な量以上に存在する一酸化炭素量を消費して低減するものである。この前記調整0,前記調整1後に前記触媒との接触により、前記ガス中の窒素酸化物の排出量が実質的に零に低減され、一酸化炭素の排出量が実質的に零または所定値以下に低減される。また、前記濃度比一定制御により、前記各所定濃度比K0,K1の値の変動が抑制され、窒素酸化物排出量および一酸化炭素排出量の低減効果を安定して発揮することができる。特に、前記調整0において、窒素酸化物排出量を実質的に零とするには、前記濃度比一定制御が重要である。
【0065】
前記調整0の基準所定濃度比K0および前記調整1の第一所定濃度比K1は、次式(3
)で包含して表現される。すなわち、式(3)を満たすと、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零とするか、低減する。一酸化炭素濃度の低減を前記所定値以下とするには、式(3)の左辺の値がK0よりも小さい値となるように前記酸化触媒一次側の前記濃度比Kを調整し、前記第一所定濃度比K1とする。
([NOx]+2[O2])/[CO]=K≦2.0 …(3)
(式(3)において、[CO]、[NOx]および[O2]はそれぞれCO濃度、NOx濃度およびO2濃度を示し、[O2]>0の条件を満たす。)
【0066】
(実施の形態4)
この発明は、つぎの実施の形態4を含む。この実施の形態4は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴とするボイラである。
【0067】
前記設定空気比は、好ましくは、1.0の設定空気比に制御するが、前記触媒での反応の結果、1.0の設定空気比を満たし得る前記触媒の一次側の酸素濃度が所定濃度となるように空気比を制御するように構成することもできる。
【0068】
この発明の実施の形態4においては、前記バーナは、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に制御されて燃焼する。燃焼により生成されるガスは、前記水管群にて吸熱作用を受けた後、前記触媒により一酸化炭素が酸化され、窒素酸化物が還元される。その結果、前記ガス中の窒素酸化物の排出量が5ppm以下の零に近い値に低減される。また、一酸化炭素の排出量が低減される。
【0069】
この発明の実施の形態4によれば、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に制御することにより、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側における酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が得られる。
【0070】
低空気比制御においては、安定的な空気比制御が難しいが、前記空気比調整手段に、前記空気比を安定的に制御する電気的制御手段および/または機械的制御手段を含ませることにより、安定した空気比制御を行うことができる。
【0071】
前記触媒の一次側の濃度比調整は、好ましくは、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化(第一反応)により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元(第二反応)により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように制御される。
【0072】
ここで、有害物質(窒素酸化物および一酸化炭素)の低減作用についてさらに説明する。この低減作用は、つぎのようにして行われると考えられる。HC(炭化水素)を含まないガスにおいて、前記触媒では、主反応として、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じている。そして、前記触媒における反応(触媒反応)において、酸素存在下では、前記第一反応が前記第二反応よりも優位であり、前記第一反応に基づき一酸化炭素は、酸素により消費されて、濃度調整された後
、前記第二反応により窒素酸化物を還元する。この説明は、簡略化したものである。実際は、前記第一反応は、前記第二反応と競合反応であるが、一酸化炭素と酸素との反応が酸素存在下において前記第二反応と比較し見かけ上速く起こるため、第一段階で前記第一反応が行われ、第二段階で前記第二反応が行われると考えられる。
【0073】
要するに、前記触媒において、酸素の存在下では、CO+1/2O→COなる前記第一反応により、酸素が消費され、残りのCOを用いて、2CO+2NO→N2+2COなる前記第二反応により、窒素酸化物を還元して、排出窒素酸化物濃度を低減する。
【0074】
ここで、前記の反応式の説明において、NOxを用いることなく、NOを用いているのは、高温場での生成窒素酸化物の組成は、主成分がNOであり、NOが数%に過ぎないので、近似的に説明することができるからである。NOは、存在してもNOと同様にCOにより還元されると考えられる。
【0075】
前記バーナおよび前記水管群は、両者によって前記濃度比の調整を行う,すなわち前記バーナおよび前記水管群の濃度比特性を利用して濃度比の調整を行うものである。この濃度比特性とは、前記バーナを空気比を変化させて燃焼させることにより生成される前記水管群の全部または一部を通過後の一酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度が変化する特性である。また、この濃度比特性は、基本的には前記バーナによる濃度比特性により決まり、前記水管群は、典型的には、前記バーナの濃度比特性を一部変化させるか、またはその濃度比特性を保持する機能を有する。前記水管群の形態としては、前記バーナの直近に燃焼空間を殆ど有さず、燃焼空間内に水管群を配置した第一の態様(前記特許文献1〜4に相当)と、前記バーナと水管群との間に燃焼空間を有する第二の態様とを含む。前記第一の態様では、水管管の隙間で燃焼反応が進行する。前記水管群を前記第一の態様とする場合は、燃焼反応中のガスの冷却により、一酸化炭素濃度の増加をもたらすとともに、窒素酸化物濃度を抑制する。前記水管群を前記第二の態様とする場合は、典型的には、前記バーナによる濃度比特性を殆ど変更することなく、保持するものである。
【0076】
そして、前記バーナおよび前記水管群は、つぎの空気比―NOx・CO特性を有する。この空気比―NOx・CO特性は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側のガスにおける酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が得られるものである。前記空気比―NOx・CO特性は、好ましくは、前記触媒一次側における前記窒素酸化物の濃度を300ppm以下とする。こうすることにより、前記触媒の使用量を低減できる。
【0077】
また、前記バーナと前記水管群とによる前記濃度比調整は、実験的なデータに基づいて空気比―NOx・CO特性(濃度比特性)を求めることにより行われる。この濃度比調整により、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上とする。ここで、この発明では、前記濃度比調整に関与する構成要素として、水管群以外の要素を含む場合もこの発明に包含される。
【0078】
この濃度比調整において、空気比を実質的に1.0の設定空気比に制御すれば、省エネルギーを達成するうえで好ましい。また、この濃度比調整は、好ましくは、燃焼温度の調整,すなわち前記バーナからの燃焼反応中のガスを冷却することにより窒素酸化物量および一酸化炭素量を所定量以下に抑制するとともに、ガス温度を保持して得られた一酸化炭素濃度を低減させないことにより行われる。一酸化炭素は、ガス温度が約900℃以上となると酸化されやすいので、好ましくは、前記触媒の一次側におけるガス温度が600℃以下に保持されるように前記バーナおよび前記水管群とが構成される。
【0079】
前記濃度比の範囲を表す式は、前記の式(3)にて表現することができる。 ここで、([NOx]+2[O])/[CO]の値(濃度比の値)は、2.0以下とするが、好ましくは、1.5以下とする。また、窒素酸化物濃度([NOx])は、一酸化窒素濃度([NO])と二酸化窒素濃度([NO])との合計濃度である。また、前記式(3)を満たす一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度の濃度比を所定濃度比という。
【0080】
前記所定濃度比の値が1.0の場合は、理論上は、前記触媒から排出される酸素濃度,窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を零とすることができる。しかしながら、実験上は、僅かに一酸化炭素が排出されることが分かっている。前記式(1)における([NOx]+2[O])/[CO]=1は、実験結果を考慮して、前記第一反応および第二反応から理論的に導き出したものである。
【0081】
ここで、([NOx]+2[O2])/[CO]=1を如何にして導き出したかを説明する。この式は、前記基準所定濃度比K0を典型的に満足する式であるので、基準所定濃度充足式と称する。
前記触媒内では、前記第一反応(I)が主反応として起こることが知られている。
CO +1/2O2 → CO2 …(I)
また、Pt等の貴金属触媒を用いた触媒内では、酸素が存在しない雰囲気で前記第二反応(II)によるCOによるNO還元反応が進行する。
CO +NO → CO2 +1/2N2 …(II)
そこで、前記第一反応(I)、前記第二反応(II)の反応に寄与する物質の濃度に着目し、前記基準濃度充足式を導きだした。
すなわち、CO濃度,NO濃度,O2濃度をそれぞれ[CO]ppm,[NO]ppm,[O2]ppmとすると、前記式(I)よりCOにより除去できる酸素濃度は、次式(III)で表される。
2[O2]= [CO]…(III)
また、前記式(II)の反応を起こすためには、COがNOの等量必要であり、次式(IV)の関係がいえる。
[CO] =[NO] …(IV)
前記式(I)、(II)の反応を前記触媒内で連続して起こす場合、前記式(III)と前記式(IV)を足し合わせることで得られる次式(V)の濃度関係が必要となる。
[CO] +[CO] =2[O2]+ [NO] …(V)
[CO] +[CO]は、同一成分であるため、前記触媒二次側のガス中のCO濃度として[CO]で表すことができる。
よって、前記基準所定濃度比充足式,
すなわち[CO]=2[O2]+[NO]の関係を導くことができる。
【0082】
前記所定濃度比の値が1.0よりも小さい場合は、一酸化炭素の濃度が前記窒素酸化物の還元に必要な濃度以上に存在するので、排出酸素濃度が零で、前記触媒通過後のガス中に一酸化炭素が残留する。このため前記式(3)における濃度比の下限値を設けていない。前記触媒通過後に、一酸化炭素が含まれる場合は、この残留一酸化炭素を酸化する酸化手段を更に設けることが好ましい。この酸化手段は、前記触媒と別個の触媒を設け、この触媒の上流側へ酸素を投入して一酸化炭素を酸化するように構成することができる。
【0083】
また、前記濃度比の値の1.0を越える2.0は、実験的に得られた値であるが、つぎの理由によると考えられる。前記触媒中で生じている反応は、完全に解明されておらず、前記第一反応および前記第二反応の主反応以外に、副反応が生じていることが考えられる。この副反応の一つとして、蒸気と一酸化炭素との反応により水素が生じ、この水素により窒素酸化物および酸素が還元される反応が考えられる。
【0084】
つぎに、この発明の実施の形態の構成要素についてさらに説明する。前記バーナは、好ましくは、ガス燃料を予混合燃焼させる全一次空気式の予混合バーナとする。前記触媒にて、前記第一反応および前記第二反応を効果的に生じさせるには、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素に関する前記(2)(3)式で示すような濃度比が重要である。前記バーナを予混合バーナとすることにより、低空気比領域で前記所定濃度比を比較的容易に得ることができる。
【0085】
また、前記式(3)を満たすという条件下で前記触媒の一次側の酸素濃度Oを0%<O≦1.00%とすると、空気比はほぼ1.0となり、排出濃度が零に近い低NOxと低COに加えて省エネルギーが実現され、低公害で、省エネルギーの燃焼装置を提供することができる。
【0086】
また、前記水管群は、燃焼装置がボイラの場合は、水管とし、再生器の場合は、吸収液濃縮管とする。そして、前記水管群は、前記触媒へ流入するガス温度を前記触媒の活性化温度近くに制御する機能をも有する。すなわち、ガス温度を前記第一反応および前記第二反応を効果的に生じさせ、かつ温度による劣化を抑制し、耐久性を考慮した温度に制御する。前記水管群は、前記バーナからのガスと熱交換する複数の水管であるが、給湯器の水管のように1本の水管を蛇行させることで複数の水管を構成することができる。
【0087】
前記触媒は、前記ガス中にHCが含まれない状態において効率よく前記窒素酸化物を還元する機能を有する触媒で、前記水管群の後流または前記水管群の途中に設けられ、通気性を有する基材に触媒活性物質を担持した構成とし、構造は特定のものに限定されない。前記基材としては、ステンレスなどの金属,セラミックが用いられ、排ガスとの接触面積を広くするような表面処理が施される。触媒活性物質としては、一般的に白金が用いられるが、実施に応じて、白金に代表される貴金属(Ag,Au,Rh,Ru,Pt,Pd)または金属酸化物を用いることができる。前記触媒を前記水管群の途中に設ける場合は、複数の水管間の隙間に設けるか、前記水管を基材として、その表面に触媒活性物質を担持した構成とすることができる。
【0088】
前記空気比調整手段は、流量調整手段と、この流量調整手段を駆動するモータと、このモータを制御する制御手段とを含む。前記流量調整手段は、前記バーナの燃焼空気量および燃料量いずれか一方,または両方を変えることで両者の比率を変え、前記バーナの空気比を調整するための手段である。前記燃焼空気量を調整するものの場合、好ましくは、ダンパ(弁の意味を含む)とする。このダンパの構造としては、回転軸を中心に回転する弁体により流路の開度を変える回転タイプのもの、流路の断面開口に対してスライドすることにより流路の開度を変えるスライドタイプのものとすることができる。
【0089】
この流量調整手段を燃焼空気量を変えるものとする場合には、好ましくは、送風機と燃料供給手段との間の空気流路に設けるが、前記送風機の吸い込み口など前記送風機の吸い込み口側に設けることができる。
【0090】
前記モータは、好ましくは、前記流量調整手段を駆動する手段であり、前記流量調整手段の開度量を駆動量に応じて制御でき、かつ単位時間当たりの駆動量を調整できるモータとする。このモータは、前記空気比を安定的に制御する「機械的制御手段」の一部を構成する。この「開度量を駆動量に応じて制御できる。」とは、駆動量が決まれば、前記流量調整弁の開度を特定の位置に停止制御できることを意味する。また、「単位時間当たりの駆動量を調整できる。」とは、位置制御の応答性を調整できることを意味する。
【0091】
このモータは、好ましくは、ステッピングモータ(ステップモータと称することができ
る。)とするが、ギヤモータ(ギヤドモータと称することができる。)やサーボモータなどとすることができる。前記ステッピングモータとした場合は、前記駆動量は駆動パルスにより決まり、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から駆動パルスの数に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。また、前記ギヤモータまたは前記サーボモータとした場合は、前記駆動量が開閉駆動時間であり、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から開閉駆動時間に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。
【0092】
前記センサとしては、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素等の未燃ガスを空気比m=1.0で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す酸素濃度計を好適に用いることができる。
また、前記センサとしては、酸素濃度センサと一酸化炭素濃度センサとを組み合わせ、近似的に空気比を求めることもできる。
【0093】
以上のようなセンサの取付位置は、好ましくは、前記触媒の二次側とするが、これに限定されるものではなく、前記触媒の一次側や、前記触媒の下流側に排熱回収器を設けた場合は、この下流側とすることができる。
【0094】
前記空気比調整手段は、予め記憶した空気比制御プログラムに基づき、前記センサの検出値を入力して、前記モータの駆動量をフィードバック制御して、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように、または、前記式(3)を満たすように、前記空気比を1の設定空気比に制御(濃度比Kの一定制御)する。
【0095】
前記空気比制御プログラムは、好ましくは、前記検出空気比と前記設定空気比との差に応じて前記モータの単位時間当たり駆動量(1駆動単位当たりの時間で表現することができる。)を変える第一制御帯と、この第一制御帯の外側において単位時間当たりの前記駆動量を固定の所定値とする第二制御帯とを設けて、前記モータの駆動量を制御するように構成する。この制御は、前記検出空気比が前記設定空気比を中心にした設定範囲内に収まるように制御する前記電気的制御手段を構成する。なお、この空気比制御プログラムは、この制御方式に限定されるものではなく、種々のPID制御とすることができる。前記第一制御帯における制御量は、検出空気比と設定空気比との差と設定ゲインとの積の式により制御することができる。こうした制御により、設定空気比に速やかに制御できるととともに、オーバーシュートおよびハンチングの少ない制御を行うことができる効果を奏することができる。
【0096】
前記バーナおよび前記水管群による濃度比調整は、前記水管群以外の前記バーナから前記触媒までのガス通路を構成する要素およびこのガス通路に含まれる要素によりおこなう形態を含むものである。
【0097】
また、前記機械的制御手段は、燃焼空気の給気通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。また、機械的制御手段は、燃料供給通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。
【0098】
前記空気比調整手段の流量調整手段は、送風機のモータをインバータにより制御するもととすることができる。このインバータは、周知の構成のものを利用できる。このインバ
ータを用いる場合も、ダンパ制御に用いる前記空気比制御プログラムにより制御することができる。
【0099】
(実施の形態5)
この発明は、前記ボイラの実施の形態1〜5に限定されるものではなく、つぎの実施の形態5〜7を含んでいる。
【0100】
前記実施の形態5は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−NOx・CO特性を有することを特徴とするボイラである。
【0101】
前記実施の形態6は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴とするボイラである。
【0102】
前記実施の形態7は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比が次式(3)を満たすように構成されることを特徴とするボイラである。
([NOx]+2[O])/[CO]≦2.0 …(3)
(式(3)において、[CO]、[NOx]および[O]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O]>0の条件を満たす。)
【0103】
以上の実施の形態5〜7のボイラは、前記実施の形態4と同様な作用効果を奏する。この発明は、つぎの実施の形態8を含む。
【0104】
(実施の形態8)
前記実施の形態8は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化
炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比1.0の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−NOx・CO特性を有し、前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−NOx・CO特性(一次特性)を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−NOx・CO特性(二次特性)を有するように構成され、前記空気比調整手段は、前記二次側の空気比−NOx・CO特性のNOx・CO低減領域の設定空気比であって、前記二次特性における窒素酸化物濃度(排出NOx濃度)を実質的に零とする値に設定される。この窒素酸化物濃度を実質的に零とするのは、好ましくは、前記予混合バーナの空気比を実質的に1.0に制御することにより実現される。この制御は、好ましくは、前記酸化触媒の二次側の空気比により行うが、前記触媒での反応の結果、実質的に1.0の設定空気比を満たし得る前記触媒の一次側の酸素濃度(O2濃度)が所定濃度となるように一次側のO2濃度により行うように構成することもできる。前記一次特性は、この発明の前記バーナおよび前記水管群による濃度比特性であり、空気比−NOx特性と空気比−CO特性とを含む。また、前記二次特性は、前記触媒による特性(触媒特性)であり、空気比−NOx特性と空気比−CO特性とを含む。
【0105】
この実施の形態8において、前記バーナの燃焼により生成されるガスは、前記水管群にて吸熱作用を受け、所定濃度比で酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスとなる。そして、前記バーナの空気比を低空気比の領域で変化させると、前記バーナおよび前記水管群による濃度比特性である前記一次特性と前記触媒の特性による前記二次特性が得られる。
【0106】
(実施の形態9)
前記実施の形態8は、つぎのボイラ実施の形態9にて表現することができる。この実施の形態9は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱を行う水管群と、この水管群を通過後の前記ガスと接触され、このガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比がNOx非低減領域のとき一酸化炭素を低減し、窒素酸化物を低減せず、前記濃度比がNOx低減領域のとき、一酸化炭素および窒素酸化物を低減する触媒と、前記予混合バーナへ供給する空気量および/または燃料量の割合を調整する空気比調整手段とを備え、前記空気比調整手段は、前記濃度比が前記NOx低減領域となるように、空気量および/または燃料量の割合を調整するものであって、前記調整は、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするように構成する。この実施の形態9の前記濃度比の調整は、前記調整0および前記調整1を含むものである。さらに、前記濃度比の調整は、好ましくは、前記酸化触媒二次側の酸素濃度を実質的に零とするように構成する。前記触媒における一酸化炭素の低減は、酸化により、窒素酸化物の低減は一酸化炭素による還元によりなされる。
【0107】
また、この実施の形態9において、好ましくは、前記予混合バーナおよび前記水管群による濃度比調整は、生成される有害物質濃度を設定濃度以下に抑制するように構成する。ここで、有害物質(公害物質と称することもできる。)とは、窒素酸化物および一酸化炭素である。この設定濃度は、有害物質を窒素酸化物とした場合、たとえば300ppmとすることができる。すなわち、前記濃度比調整により生成される有害物質濃度を設定濃度以下に抑制しておくことにより、前記酸化触媒における処理量,すなわち前記触媒の量を少なくすることができる。前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する手段を窒素酸化物生成抑制手段と称する。この窒素酸化物抑制手段としては、水管群により燃焼反応中のガスを冷却する手段、排ガスを再循環させる手段、燃焼反応中のガス中に水または蒸気を添加する手段、これらの複数の手段を組み合わせたものを含む。この窒素酸
化物生成抑制手段は、この実施の形態9だけでなく、他の実施の形態においても適用することができる。
【0108】
(実施の形態10)
さらに、この発明は、つぎのボイラの実施の形態10を含む。この実施の形態10は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群通過後の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触され、前記ガス中の酸素により一酸化炭素を酸化する第一反応と、前記ガス中の一酸化炭素により窒素酸化物を還元する第二反応とを主反応として行う触媒と、前記予混合バーナの燃焼空気と燃料との割合を調整する制御手段(濃度比調整手段)とを備え、前記触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側のガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比として、前記濃度比を前記基準所定濃度比とすると、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準所定濃度比に対応する基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を高くすると、前記触媒二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とし、窒素酸化物濃度を低減し、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記触媒の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、前記濃度比調整手段は、前記触媒の特性を利用して、前記触媒の二次側の酸素濃度に基づき前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整することにより、前記触媒の一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を低減することを特徴とするボイラである。ここにおける調整は、前記調整0および前記調整1を含む。
【0109】
前記実施の形態8,9は、前記触媒二次側の酸素濃度および/または一酸化炭素濃度などにより求められる空気比に対する前記予混合バーナおよび水管群の前記一次特性と前記二次特性とに基づいて表現したものである。これに対して、この実施の形態10は、前記触媒の一次側の酸素濃度に対する前記予混合バーナおよび前記水管群の前記一次特性と前記触媒の特性とに基づいて表現したものである。
【0110】
この触媒特性とは、つぎのような特性である。すなわち、図7の模式図に示すように、前記触媒一次側の前記濃度比の特性ラインL(二次側[NOx]=0,[CO]=0ライン)を有している。このラインL上に前記触媒一次側の前記濃度比Kが位置すると、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度が実質的に零となる。このラインLは、理論的には前記式(3)の前記所定濃度比Kが1.0(前記式(2)ではK0=1.0)に対応している。しかしながら、前述のように、実験的に前記濃度比Kが1.0を越える2.0までの範囲で、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができることが確認されているので、前記二次側の特性ラインLは、図7のラインに限定されない。
【0111】
そして、前記バーナおよび前記水管群の前記一次特性のラインMと、前記二次側側の特性ラインLとの交点における酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Kを仮に特異基準所定濃度比K0X(以下、特異基準濃度比という。)と称する。前記触媒の一次側の前記濃度比Kを前記特異基準濃度比K0Xに調整する(前記調整0)と、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。そして、前記特異基準濃度比K0Xに対応する基準酸素濃度SKよりも一次側酸素濃度を高くする,すなわち前記空気比調整手段により一次側酸素濃度を高くすると前記触媒二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の窒素
酸化物濃度が一次側の窒素酸化物濃度よりも低減し、かつ二次側の一酸化炭素濃度が実質的に零となる。また、前記特異基準濃度比K0Xよりも一次側酸素濃度を低くする(前記調整1)と前記触媒の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零となり、かつ二次側の一酸化炭素濃度が低減する。
【0112】
こうした前記触媒の特性と前記予混合バーナおよび前記水管群の前記一次特性とを利用すると、前記触媒の二次側の酸素濃度および/または一酸化炭素濃度を零に制御する,すなわち空気比を1.0に制御することで、簡易に排出NOx濃度および排出CO濃度を実質的に零に制御することができる。すなわち、前記触媒の二次側の酸素濃度および/または一酸化炭素濃度の制御により、空気比1.0で燃焼することによる省エネルギーと、排出NOx濃度および排出CO濃度が実質的に零の超低公害化とを同時に実現することができる。
【0113】
また、前記触媒の二次側の酸素濃度および/または一酸化炭素濃度を零の近傍にてその量を制御することにより、排出NOx濃度が実質的に零とすることができないまでも零に近い低い値に低減することができる。
【0114】
以上の実施の形態1〜9において、好ましくは、前記触媒の二次側(後流側)に排熱回収器としての給水予熱器を設け、前記触媒における一酸化炭素の酸化による多量の発熱を給水に回収できるように構成する。また、前記触媒は、好ましくは、前記水管群の後流の煙道であって、前記排熱回収器からの凝縮水落下による汚れを回避するように設け、前記排熱回収器から落下する凝縮水により前記触媒が汚されることが防止するように構成する。
【0115】
また、以上の実施の形態1〜9において、好ましくは、前記触媒または前記センサ(第一センサ)の異常を検出するための第二のセンサ(第二センサ)と、報知手段と、前記第二センサの検出値に基づき前記異常を検出して前記報知手段によりその異常を報知する異常時制御プログラムを実行する制御手段とを備える。
【0116】
前記実施の形態1〜9においては、前記触媒が劣化するなどして本来の機能を果たさなくなると、前記触媒の二次側のガス中に設定値以上の一酸化炭素が含まれるようになる。前記制御手段は、前記第二センサの検出値が異常値を示すと、前記触媒または前記第一センサが異常と判定して、前記報知手段にて異常を報知する。この異常報知により、ボイラの管理者や保守業者は、前記触媒または前記第一センサを点検して前記触媒の交換などの保守を行うことができる。
【0117】
前記第二センサは、前記触媒または前記第一センサ異常を検出するセンサである。前記第二センサを前記触媒の異常を検出するセンサとする場合、好ましくは、前記触媒の二次側において一酸化炭素濃度が増加することを検出するCOセンサとする。しかしながら、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度が増加することを検出するNOxセンサとすることができる。また、COセンサとNOxセンサとの二つのセンサで前記第二センサを構成することができる。
【0118】
前記第二センサを前記第一センサの異常を検出するセンサとする場合、前記第二センサを前記第一センサと同じ空気比を検出するセンサとすることができる。
【0119】
前記報知手段は、前記触媒の異常を視覚的および/聴覚的に報知するものであればよく、特定のものに限定されない。また、この報知手段は、前記制御手段を構成する制御器に付設するか、燃焼装置と離れた位置で通信回線を介して報知するように構成することがで
きる。
【0120】
前記異常時制御プログラムは、前記触媒または前記第一センサが正常に機能しない場合であっても前記触媒二次側の一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすべく、前記触媒の一次側の一酸化炭素濃度が排出基準値以下の第二設定値となるように前記空気比を第二設定空気比λ2(たとえば、1.25)に制御するプログラムを含む。
【0121】
この異常時制御プログラムは、つぎのように構成できる。前記第二センサが前記触媒の異常を検出するためのセンサである場合、前記制御手段は、前記第二センサの検出値が異常判定の基準値である設定値を越えると、前記報知手段を駆動して異常を報知するとともに、前記第一設定空気比λ1の燃焼から前記第二設定空気比λ2の燃焼へ移行する。この第二設定空気比λ2の燃焼は、応急的な運転であるが、前記触媒一次側のガス中の一酸化炭素濃度が排出基準値である300ppm以下であるので、仮に前記触媒が全く機能しなかったとしても排出一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすることができる。
【0122】
また、前記第二センサが前記第一センサの異常を検出するためのセンサである場合、前記制御手段は、前記第二センサが正常値,すなわち設定空気比を検出しているのに、前記第一センサが異常値,すなわち前記設定空気比を検出していないとき、前記設定空気比を変更する。そして、前記第一センサが変更した空気比を検出せず、前記第二センサが変更した空気比を検出したとき、前記第一センサを異常と判定し、前記第二センサによる空気比制御に切り替えるように構成される。
【0123】
前記報知手段の報知に基づき、燃焼装置の管理者またはメンテナンス員は、前記触媒の交換や手入れを行い、前記触媒の機能を正常化させる。その後、前記第一設定空気比λ1による燃焼を開始する。
【0124】
以上説明した実施の形態において、好ましくは、前記空気比調整手段の流量調整手段に自らの異常を検出する異常検出手段を備える。前記第二センサによる異常検出時、異常の原因として前記触媒,前記第一センサおよび前記流量調整手段などが考えられるが、この異常検出手段を備えることにより、異常原因の特定を容易に行うことができる。
【実施例1】
【0125】
ついで、この発明の燃焼装置を蒸気ボイラに適用した実施例を図面に従い説明する。図1は、本実施例1の蒸気ボイラの縦断面の説明図であり、図2は、図1のII−II線に沿う断面図であり、図3は、図2の酸化触媒を排ガスの流れ方向から見た要部構成を示す図であり、図4は、本実施例1の空気比−NOx・CO特性を説明する図であり、図5は、同実施例1のダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図6は、ダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図7は、本実施例1のバーナおよび吸熱手段特性および触媒の特性を説明する模式図であり、図8は、本実施例1のセンサの出力特性を説明する図であり、図9は、本実施例1のモータ制御特性を説明する図であり、図10は、本実施例1のNOxおよびCO低減特性を説明する図である。
【0126】
まず、本実施例1の蒸気ボイラについて説明する。この蒸気ボイラは、バーナ1と、このバーナ1から生成されるガスの吸熱を行う吸熱手段としての伝熱管(水管)群2を含む缶体3と、前記伝熱管群2通過後の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素をそれぞれ所定濃度比で含むガスが接触して通過し、一酸化炭素を酸化させるとともに窒素酸化物を還元させる酸化触媒(以下、単に「触媒」と称することもできる。)4と、前記バーナ1へガス燃料を供給する燃料供給手段5と、前記バーナ1へ燃焼空気を供給するとともに燃焼空気および燃料を予混合する燃焼空気供給手段6と、前記触媒4の下流において酸素濃度を検出するセンサ7と、このセンサ7などの信号を入力して前記燃料供給手段5および前記燃
焼空気供給手段6などを制御するボイラ制御器としての制御器8とを主要部として備えている。
【0127】
前記バーナ1は、平面状の燃焼面(予混合気の噴出面)を有する完全予混合式バーナである。このバーナ1は、特許文献1に記載のバーナと同様の構成である。
【0128】
前記缶体3は、上部管寄せ9および下部管寄せ10を備え、この両管寄せ間に前記水管群2を構成する複数の内側水管11,11,…を配置している。そして、図2に示すように、前記缶体3の長手方向の両側部に外側水管12,12,…を連結部材13,13,…で連結して構成した一対の水管壁14,14を設け、この両水管壁14,14と前記上部管寄せ9および前記下管寄せ10との間に前記バーナ1からのガスがほぼ直線的に流通する第一ガス通路15を形成している。前記第一ガス通路15の一端には前記バーナ1が設けられ、他端の排ガス出口16には排ガスが流通する第二ガス通路(煙道)17が接続されている。この実施例1においては、前記バーナ1および前記缶体3は、公知のものを用いている。
【0129】
前記第二ガス通路17は水平部18と垂直部19とを含み、前記水平部18には、前記触媒4が装着されている。前記垂直部19には、前記触媒4の下流側に位置するように排熱回収器としての給水予熱器20が装着され、前記触媒4および前記給水予熱器20の間に前記センサ7が配置されている。
【0130】
前記バーナ1,前水管群2を含む前記バーナ1から前記触媒4に至る構成要素(特にバーナ1と水管群2がその主要部)は、前記触媒4の一次側のガスにおける前記濃度比Kを前記所定濃度比K0,K1に調整する機能をなすものである。すなわち、後述する空気比調整手段28により設定空気比に調整したとき、図4に示す空気比―NOx・CO特性が得られるように構成されている。この空気比―NOx・CO特性は、前記空気比調整手段28を制御して、空気比を変化して燃焼させた時に得られる前記触媒4の一次側の空気比―NOx・CO特性(以下、一次特性という。)である。そして、前記触媒4は、前記一次特性を有する前記ガスを前記触媒4に接触させることにより得られる前記触媒4の二次側空気比―NOx・CO特性(以下、二次特性という。)を有している。前記一次特性は、前記バーナ1から前記触媒4に至る構成要素による特性であり、前記二次特性は、前記触媒4による濃度比特性である。前記一次特性は、前記設定空気比を1.0に調整したとき、前記触媒4の二次側のNOx濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。このとき、前記触媒4の一次側のガスにおける基準所定濃度比K0は、特異基準濃度比(以下、特異基準濃度比という。)K0Xとなる(図7参照)。
【0131】
図4は、縦軸,横軸の目盛りの付け方は異なるが、図17の低空気比領域Z2を引き延ばした模式図である。この図4において、第一ライン(特性線)Eは、前記触媒4一次側のCO濃度を示し、第二ラインFは、同じく一次側のNOx濃度を示している。また、第三ラインJは、前記触媒4二次側のCO濃度を示し、空気比1.0以上でCO濃度が実質的に零となり、空気比が1.0より小さくなるに従い、濃度が急激に増加する特性を有している。また、第四ラインUは、前記触媒4二次側のNOx濃度を示し、空気比1.0以下の所定の領域でNOx濃度が実質的に零となり、空気比が1.0を越えるに従い、実質的に零から濃度が増加し、やがて前記触媒4の一次側の濃度と等しくなる特性を有している。この前記触媒4の二次側NOx濃度が、一次側の濃度と等しくなる空気比以下の領域をNOx・CO低減領域と称する。このNOx・CO低減領域の下限は、前記触媒4の二次側のCO濃度が300ppm(日本のCO排出基準)となる空気比とすることができる。この低空気比領域の空気比―NOx・CO特性は、これまで研究されてこなかった新規な特性である。
【0132】
前記触媒4は、前記水管群2を通過後の炭化水素を含まない前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する(第一反応)とともに窒素酸化物を還元する(第二反応)機能を有し、本実施例1では、触媒活性物質を白金とした触媒を用いている。前記「発明を実施するための最良の実施の形態」の欄で説明したように、実験結果を考慮して理論的に考察すると、前記式(3)の濃度比式を満たす前記ガスと前記触媒4の触媒活性物質との接触により、主に一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じると考えられる。前記第一反応は、酸素濃度により反応が進行するか、しないかが決定され、この触媒4においては、前記第一反応が前記第二反応に対して優位であると考えられる。
【0133】
前記触媒4をより具体的に説明すると、この触媒は、図3に示すような構造のもので、たとえば,つぎのようにして形成される。前記基材としての共にステンレス製の平板21および波板22のそれぞれの表面に多数の微小凹凸を形成し、その表面に触媒活性材料(図示省略)を担持する。ついで、所定幅の前記平板21および波板22を重ね合わせたうえで、螺旋状に巻回してロール状に形成する。このロール状のものを側板23にて包囲し固定して形成している。前記触媒活性材料としては、白金を用いている。なお、図3においては、前記平板21および前記波板22の一部のみを示している。
【0134】
この触媒4は、低温域で酸化活性を有し、前記第二ガス通路17の途中の前記水平部18であって、排ガス温度が約100℃〜350℃,好ましくは、150℃〜350℃程度の位置に配置されている。そして、この触媒4は、性能が劣化した場合に交換可能なように、前記第二ガス通路17に対して着脱自在に装着されている。
【0135】
前記燃料供給手段5は、ガス燃料供給管24と、このガス燃料供給管24に設けた燃料流量を調整する流量調整弁25とを含んで構成されている。前記流量調整弁25は、燃料供給量を高燃焼用流量と低燃焼用流量とに制御する機能を有する。
【0136】
前記燃焼空気供給手段6は、送風機26と、この送風機26から前記バーナ1へ燃焼空気を供給する給気通路27と、この給気通路27を流れる燃焼空気量を調整することで前記バーナ1の空気比を調整する空気比調整手段28を含んで構成されている。前記給気通路27内へは、前記ガス燃料供給管24が燃料ガスを噴出するように接続されている。
【0137】
前記空気比調整手段28は、前記給気通路27の開度(流路断面積)を調整する流量調整手段としてのダンパ29と、このダンパ29の開度位置を調整するためのダンパ位置調整装置30と、このダンパ位置調整装置30の作動を制御する前記制御器8とを含んで構成されている。
【0138】
前記ダンパ位置調整装置30は、図5に示すように、前記ダンパ29の回転軸31に着脱自在に連結される駆動軸32を備え、この駆動軸32は、減速機33を介してモータ34にて回転可能である。このモータ34としては、回転停止位置を任意に調整可能なモータが使用される。本実施例ではステッピングモータ(パルスモータ)が使用される。
【0139】
前記駆動軸32は、前記ダンパ29の回転軸31と、カップリング35を介して連結されることで、略同一軸線上で一体回転可能とされる。前記カップリング35は、段付き円柱形状とされ、その中央部には軸方向に貫通して小径穴36および大径穴37が形成されている。その小径穴36には前記駆動軸32が挿入され、この駆動軸32は取付ネジ38にて前記カップリング35と一体化される。一方、前記大径穴37には前記ダンパ29の回転軸31が挿入可能とされ、この回転軸31はキー39にて前記カップリング35と一体回転可能とされる。そのために、前記回転軸31および前記カップリング35の前記大径穴37には、それぞれキー溝40,41が形成されている。
【0140】
このようなカップリング35は、一端部に前記駆動軸32が挿入された状態で、他端部が軸受42を介して前記ダンパ位置調整装置30の外ケース43に回転可能に保持される。この外ケース43には、一端部に前記減速機33および前記モータ34が保持され、他端部に前記カップリング35のキー溝41付きの前記大径穴37を露出した状態で、前記カップリング35や回転異常検出手段44を内部に密閉する構造である。
【0141】
前記回転異常検出手段44は、被検出板45と検出器46とを備える。前記被検出板45は、前記カップリング35の軸方向中央部の段付き部に、半径方向外側へ延出して固定される。この被検出板45は、前記カップリング35や前記駆動軸32と同心に設けられる。前記被検出板45の外周部の一部には、周方向等間隔に多数のスリット47,47…を形成したスリット形成領域48が設けられる。本実施例では、四分の一(90度)の円弧分だけ、前記スリット形成領域48が設けられる。このスリット形成領域48に形成される前記各スリット47は、同一の形状および大きさである。本実施例では、前記被検出板45の半径方向に沿った細長い矩形状の溝が、周方向に沿って等間隔に打ち抜き形成されている。
【0142】
前記スリット47を検出するための前記検出器46は、前記外ケース43に固定される。この検出器46は、透過型フォトインタラプタからなり、発光素子49と受光素子50との間に前記被検出板45の外周部が介在された状態に取り付けられる。前記検出器46の前記発光素子49と前記受光素子50との間に前記被検出板45を介在させることで、前記検出器46と対応した位置(前記発光素子49から前記受光素子50への光路と対応した位置)に前記被検出板45の前記スリット47が配置されるか否かにより、前記受光素子50における前記発光素子49からの受光の有無が切り替えられる。これにより、前記ダンパ29の開度位置の検出が可能とされる。
【0143】
前記ダンパ位置調整装置30は、図6において前記スリット形成領域48の時計方向の端部スリット51が、前記検出器46と対応した位置に配置された状態で、前記ダンパ29が前記給気通路路27を全閉状態とするように位置決めされて、前記ダンパ29の前記回転軸31に取り付けられる。
【0144】
そして、前記スリット形成領域48は、前記被検出板45の90度分だけ形成しているので、このスリット形成領域48の時計方向の端部スリット51が、前記検出器46と対応した位置に配置された状態では、上述したように前記ダンパ29が前記給気通路27を全閉する一方、前記スリット形成領域48の反時計方向の端部スリット52が、前記検出器46と対応した位置に配置された状態では、前記ダンパ29が前記給気通路27を全開することになる。
【0145】
前記ダンパ位置調整装置30は、前記モータ34と前記検出器46とが前記制御器8と接続され、前記ダンパ29の回転異常を監視しつつ、前記モータ34の回転を制御することができるように構成されている。すなわち、前記モータ34を制御するために、このダンパ位置調整装置30は、前記モータ34への駆動パルスを含む制御信号の作成回路を有し、その作成した制御信号を前記モータ34へ出力可能である。これにより、前記モータ34は、正転または逆転と、駆動量,すなわち駆動パルスの数に対応してその回転角が任意に制御される。また、駆動パルスの間隔(送り速度)を変えることで、回転速度を制御可能に構成されている。
【0146】
実際に前記ダンパ29を開閉制御するに際し、前記制御器8は、まず前記ダンパ29の全閉位置を原点とするために原点検出動作を行う。まず図5において、反時計方向へ前記被検出板45を回転させる。いま、この被検出板45の前記スリット形成領域48内に前
記検出器46が配置されているとすれば、前記被検出板45の回転に伴い前記検出器46は定期的に前記スリット47を検出するので、その検出パルスが検出信号として前記制御器8へ入力される。そして、前記検出器46が前記スリット形成領域48外に配置されるまで前記被検出板45が回転されると、パルスが検出されなくなる。所定時間パルスが検出されないと、前記制御器8は、前記検出器46が前記スリット形成領域48外にあると認識し、回転方向を逆方向へ切り替える。すなわち、本実施例では、前記被検出板45を時計方向へ逆転させ、最初にパルス(時計方向の端部スリット51)が検出された位置を原点とする。この時計方向への回転による原点確認は、回転方向切替え前の反時計方向の回転よりも低速でなされる。
【0147】
このようにして検出された原点は、前記ダンパ29の全閉位置と対応しているので、この状態を基準として、前記制御器8は、前記モータ34へ駆動信号を出力し、前記ダンパ29を開閉制御することができる。前記制御器8は、前記ダンパ29の開閉のために前記モータ34を駆動すれば、それに伴い前記検出器46から前記スリット47の検出信号がパルスとして取得される。従って、前記制御器8は、前記検出器46からの検出信号を前記モータ34への制御信号と比較して、前記ダンパ29の回転異常を監視することができる。具体的には、前記モータ34への駆動パルスからなる制御信号と、前記検出器46による前記スリット47の検出パルスからなる検出信号とを比較し、回転異常の有無を監視する。
【0148】
たとえば、前記モータ34へ駆動パルスを送ったにもかかわらず、前記検出器46から検出パルスが検出されない場合に、前記制御器8は、回転異常と判定する。この際、前記検出器46からの検出パルスは、前記モータ34への駆動パルスの周波数と異なるのが通常であるから、この相違を考慮して制御する。たとえば、駆動信号の所定パルス分の時間が経過しても、なお検出信号のパルスが一つも検出されない場合に、はじめて回転異常と判断するよう制御する。前記制御器8は、回転異常と判定した場合、異常の報知や燃焼を停止させるなどの処置を行う。また逆に、前記モータ34へ駆動パルスを送っていないのに、前記検出器46からパルスが検出された場合にも、回転異常を検知することができる。
【0149】
前記制御器8は、予め記憶した空気比制御プログラムにより、前記センサ7の検出信号に基づき、前記バーナ1の空気比が設定空気比となるように(第一制御条件)、かつこの設定空気比において前記触媒4の一次側の前記ガスの濃度比Kが次式(3)を満たすように(第二制御条件)、前記モータ34を制御するように構成されている。
([NOx]+2[O])/[CO]≦2.0 …(3)
(式(3)において、[CO]、[NOx]および[O]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O]>0の条件を満たす。)
この実施例1においては、直接制御しているのは、前記第一制御条件であり、この第一制御条件を満たすことにより、自動的に前記第二制御条件が満たされるように構成している。この点を図4および図7に基づき以下に説明する。
【0150】
図4の空気比―NOx・CO特性は、前記バーナ1および前記水管群2を含む構成要素の前記一次特性と前記触媒4による前記二次特性とに基づいて表現したものであるが、図7は、これを前記触媒4一次側の酸素濃度に対する前記構成要素の前記一次特性と前記触媒4の特性とに基づいて表現したものである。
【0151】
前記触媒4の特性は、図7に示すように、前記触媒4一次側の前記基準所定濃度比K0に関する第五ラインL(二次側[NOx]=0,[CO]=0ライン)にてその特徴を表している。この第五ラインLは、そのライン上に前記触媒4一次側の前記濃度比Kが位置する(載る)と、前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に
零とする,すなわち前記基準所定濃度比K0を満たすラインである。この第五ラインLは、前記式(3)の前記所定濃度比が1の場合に対応している。すなわち、この第五ラインLは、次式(3A)を表したラインである。
[NOx]+2[O2]=[CO] …(3A)
【0152】
ここで、[NOx]は、図10に示すように[CO]の1/30〜1/50程度であるので、図7においては、酸素濃度に対するNOx濃度特性を省略するとともに、式(3A)における[NOx]を無視できるものとしている。この第五ラインLにおいて、一次側酸素濃度をX1とした場合、一次側一酸化炭素濃度Y1は、Y1=2X1+[NOx]となる。なお、前記濃度比Kの値が1.0を越える2.0までの範囲で、前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記基準所定濃度比K0とすることができることが確認されているので、前記第五ラインLは、図示のラインLに限定されず、前記式(2)を満たすラインとすることができる。
【0153】
そして、前記バーナ1および前記水管群2の前記一次特性曲線を表す第六ラインMと、前記第五ラインLとの交点における酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の基準所定濃度比K0が前記特異基準濃度比K0Xである。前記触媒4は、その一次側の前記濃度比Kを前記特異基準濃度比K0Xとした場合、前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有している。この前記基準濃度比K0Xとする調整が、この発明の調整0に相当する。
【0154】
そして、前記触媒4は、前記特異基準濃度比K0Xに対応する基準酸素濃度SKよりも一次側酸素濃度を高くすると前記触媒4二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒4の二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度を還元反応により一次側の窒素酸化物濃度よりも低減する特性を有している。この前記触媒4二次側において酸素が検出されるとともに、一次側の窒素酸化物濃度よりも低減する特性の領域を二次側NOx漏れ領域R1と称する。この二次側NOx漏れ領域R1では、前記バーナ1の空気比は、1.0を越える。
【0155】
また、前記基準酸素濃度SKよりも一次側酸素濃度を低くすると前記触媒4の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度SKの差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに、所定の範囲で前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする特性を有している。この前記触媒4二次側において一酸化炭素が検出されるとともに、窒素酸化物濃度を実質的に零とする特性の領域を二次側CO漏れ領域R2と称する。この二次側CO漏れ領域R2は、この発明の調整1を実現する領域であり、前記バーナ1の空気比が1.0未満である。前記バーナ1の空気比は、1.0未満に設定される場合でも、前記触媒4の一次側で、炭化水素を含まず、酸素を含む範囲で設定される。前記二次側NOx漏れ領域R1と前記二次側CO漏れ領域R2とを合わせた領域をNOx・CO低減領域R3と称する。
【0156】
こうした図7に示す触媒4の特性は、図4に示す空気比―NOx・CO特性に符合するものである。この図7から明らかなように、前記触媒4の二次側の酸素濃度および/または一酸化炭素濃度を検出し、この酸素濃度および/または一酸化炭素濃度が零となるように前記空気比調整手段28を制御すると、前記触媒4の一次側における前記濃度比Kが前記特異基準濃度比K0Xに制御され、前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零に制御できる。こうして、前記第一制御条件を満たすと前記第二制御条件が満たされることになる。
【0157】
前記第一制御条件は、これが満たされないと、炭化水素などの未燃分が生成される。そ
うなると、エネルギーのロスとなるとともに、前記触媒4におけるNOx低減が効果的に行われないことになる。
【0158】
前記第二制御条件は、排出窒素酸化物濃度をほぼ零とするために必要な条件である。前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度,一酸化炭素濃度を零とするには、前記第一反応と前記第二反応とから、([NOx]+2[O])/[CO]なる濃度比Kをほぼ1.0とすればよいことを実験および理論的考察により見出した。しかしながら、前記濃度比Kが1以上の1.0〜2.0でも排出窒素酸化物濃度をほぼ零とすることができることが確認されている。
【0159】
前記センサ7として、排出酸素濃度の分解能が50ppmで応答時間2sec以下の応答性の良好なジルコニア式空燃比センサを用いている。このセンサ7の出力特性は、図8に示すように、出力Eが正側で酸素濃度に関係する出力となり、負側で一酸化炭素濃度等に関係する出力となる。すなわち、測定される酸素濃度(酸素過剰領域)および一酸化炭素濃度等(燃料過剰領域)から空気比mを算出し、この空気比mに対応した電流または電圧の出力を得ている。図8において、Q1は、酸素濃度検出帯を示し、Q2は、一酸化炭素濃度検出帯を示している。
【0160】
そして、前記空気比制御プログラムは、前記センサ7の出力信号に基づき、前記バーナの空気比mが基準設定空気比m0になるように制御するものであるが、具体的には、つぎのように構成されている。すなわち、図9に示すように、前記センサ7からの出力値Eと基準設定空気比m0に対応する設定値との差に応じて前記モータ34の送り速度V(単位時間当たりの駆動量)を変える第一制御帯C1と、この第一制御帯C1の外側において送り速度Vをそれぞれ第一設定値V1,第二設定値V2とする第二制御帯C2A,C2Bとを設けて、前記モータ34の駆動量を制御する制御手順が含まれている。図9において、P1は、ダンパ開領域,P2は、ダンパ閉領域を示す。
【0161】
前記第一制御帯C1の設定範囲は、酸素濃度N1(たとえば100ppm)と一酸化炭素濃度等N2(たとえば50ppm)とで設定され、空気比を実質的に1の設定空気m0(前記基準酸素濃度SKに対応)とすべく制御される。
【0162】
前記第一制御帯C1における送り速度Vは、次式(4)で計算される。前記送り速度Vは、単位時間当たりの駆動量である。本実施例1の前記モータ34の1ステップによる回転角度は、0.075度で、Oに換算すると約30ppmの変動に相当する。
【0163】
V=K×△X …(4)
(但し、Kはゲインであり、△Xは、(前記センサ7の前記出力値)−(前記設定値)との差である。)
【0164】
つぎに、以上の構成の前記蒸気ボイラの動作を説明する。まず、蒸気ボイラの概略的動作について、前記送風機26から供給される燃焼空気(外気)は、前記ガス燃料供給管24から供給される燃料ガスと前記給気通路27内において予混合される。この予混合気は前記バーナ1から前記缶体3内の前記第一ガス通路15へ向けて噴出される。予混合気は、着火手段(図示しない)により着火され、燃焼する。この燃焼は、1.0の近傍低空気比にて行われる。
【0165】
この燃焼に伴い生ずるガスは、上流側の水管群2と交叉して冷却された後、下流側の水管群2と熱交換して吸熱されて約100℃〜350℃のガスとなる。このガスは、炭化水素を含まず、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素を含み、前記触媒4にて、処理され、窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度がほぼ零とされた後、排ガスとして前記第二ガス通路
17から大気中へ排出される。
【0166】
つぎに、前記空気比調整手段28による空気比制御について説明する。本実施例のボイラは、高燃焼と低燃焼とを切り替えて運転する。そのために、前記ダンパ29は、高燃焼風量位置と低燃焼風量位置のいずれかを選択して位置決めされる。
【0167】
このダンパ29の位置調整は、前記制御器8からの指令により前記ダンパ位置調整装置30により行う。すなわち、前記制御器8は、高燃焼か低燃焼かの選択信号と、前記センサ7の検出空気比に対応した出力値を入力して、前記モータ34の駆動信号を出力して、前記ダンパ29の開度位置を調整させる。前記制御器8は、高燃焼時と低燃焼時の各基準設定空気比m0に対応した設定値となる前記ダンパ29の設定開度位置を原点からのパルス数でそれぞれ初期値として記憶している。
【0168】
まず、高燃焼時の制御について説明する。前記制御器8は、現在の前記ダンパ29の開度位置が前記設定開度位置に対して開放側(閉じる方向へ制御しなければいけない側)か、閉鎖側(開く方向へ制御しなければいけない側)かを判定するとともに、前記モータ34の駆動パルス数を演算する。併せて、前記出力値が図9において、前記第一制御帯C1および前記第二制御帯C2A,C2Bのいずれに属するかを判定する。
【0169】
前記第二制御帯C2Aに属する場合には、第一設定送り速度V2で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ34を駆動し、早い速度で前記ダンパ29を閉じる。前記第二制御帯C2Bに属する場合には、第二設定送り速度V1で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ34を駆動し、早い速度で前記ダンパ29を開く。こうして、基準設定空気比m0に対応した設定値から比較的離れている場合は、早い速度で検出空気比に対応した出力値を基準設定空気比m0に対応した設定値に近づける制御を行うので、応答性の良い空気比制御を行うことができる。
【0170】
また、前記第一制御帯C1に属する場合は、回転方向を判定したうえで、前記式(4)に基づいて、前記モータ34の送り速度を演算し、演算した送り速度と演算した駆動パルスで前記モータ34を駆動する。この第一制御帯C1における制御は、基準設定空気比m0に対応した設定値から遠ざかるにつれて送り速度を早くする。こうした制御により、目標とする基準設定空気比m0に対応した設定値に速やかに近づけることができる。また、回転位置制御を確実に行えるステッピングモータにより行っていることと、検出空気比に対応した出力値が設定空気比m0に対応した設定値に近づくにつれて送り速度を遅くする制御としていることとにより、基準設定空気比m0に対応した設定値の近傍における空気比のオーバーシュートおよびハンチングを抑制することができる。
【0171】
こうした空気比制御により、前記バーナ1の空気比を1.0に近い低空気比とし、かつ前記触媒4の一次側のガスの濃度比変化幅が少なく制御され、前記式(2)を安定的に満たすことができる。その結果、前記触媒4の二次側の窒素酸化物濃度をほぼ零にするとともに、一酸化炭素濃度をほぼ零低減することができる。設定空気比m0を1.0未満とすると、二次側の窒素酸化物濃度をほぼ零にするとともに、一酸化炭素濃度を実用範囲の所定値以下に低減する。
(実験例1)
【0172】
単位時間当たり蒸発量を800kgの缶体3(出願人が製造の型式:SQ―800と称される缶体)で、燃焼量45.2m3N/hの予混合バーナ1で燃焼させ、触媒活性物質としてPtを2.0g/Lの割合で担持した体積10L、内径360mmの触媒とした場合の実験結果について説明する。前記基準設定空気比m0を1とした場合、前記触媒4の一次側(前記触媒4通過前)の一酸化炭素濃度,窒素酸化物濃度,酸素濃度がそれぞれ10分間
の平均値で2295ppm,94ppm,1655ppmに調整され、前記触媒4の二次側(前記触媒4通過後)のそれぞれの濃度が10分間の平均値で13ppm,0.3ppm,100ppm未満となった。ここで、前記触媒4の二次側の酸素濃度100ppmは、酸素濃度の測定限界である。また、前記触媒4の前後でのガスの温度は、それぞれ、302℃,327℃であった。本実験例1および以下の実験例2,3においては、前記触媒4を前記給水予熱器20のやや上流に配置し、その前後に測定装置を配置し、前記触媒4の通過後の各濃度およびガスの温度は、株式会社堀場製作所製PG−250を用い、通過前の各濃度は、株式会社堀場製作所製COPA−2000を用いて計測した。勿論、前記触媒4を図1に示す位置に配置しても測定濃度値は殆ど変わらないと考えられる。
(実験例2)
【0173】
実験例1と同じバーナ1および缶体3を用い、燃焼量を実験例1と同じとし、触媒活性物質としてPdを2.0g/Lの割合で担持した体積10L、内径360mmの触媒とした場合の一酸化炭素濃度,窒素酸化物濃度,酸素濃度の各濃度比Kにおける値を図10に示す。ここで、触媒通過後の酸素濃度を実験例1と同様の酸素濃度センサを用いて測定したので、実際は100ppm以下の値であっても100ppmで示した。前記触媒4の前後でのガスの温度は、それぞれ、約323℃〜325℃,約344℃〜346℃であった。
【0174】
前記実施例1によれば、燃焼空気と燃料の割合を調整するダンパ位置調整手段(空気比調整手段)30により、空気比を1.0に制御することで、前記触媒4の一次側の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を前記特異基準濃度比K0Xに制御(前記調整0)することができ、排出NOx濃度および排出CO濃度を実質的に零に低減できる。したがって、水/蒸気添加による低NOx化技術や、脱硝剤の投入による低NOx化技術と比較して、空気比調整手段と触媒を用いた簡易な構成にて低NOxおよび低COを実現できる。
【0175】
また、空気比を実質的に1.0としているので、省エネ運転を行える。ちなみに、通常のボイラにおける酸素濃度4%(空気比約1.235)の運転と、酸素濃度0%(空気比約1.0)の運転とを比較すると、ボイラ効率約1〜2%アップを達成することができる。地球温暖化対策が叫ばれている昨今において、このボイラ効率アップ達成は、産業的価値が多大である。
【0176】
さらに、前記触媒4の二次側に前記センサ7を設けて、空気比を制御しているので、前記触媒4の一次側にセンサを設けて制御するものと比較して制御を安定化することができる。また、酸素濃度100ppm以下の分解能で空気比を制御しているので、CO量が多く、かつ空気比−CO特性においてCO増加率の高い領域での空気比制御を応答性よく、安定的に行うことができる。
【0177】
また、この実施例1によれば、前記触媒4により排出窒素酸化物濃度がほぼ零とされるので、前記給水予熱器20の窒素酸化物による腐食を抑制できる。そして、前記バーナ1を予混合ガスバーナとしていることにより、生成ガスに硫黄酸化物が殆ど含まれないので、硫酸による腐食が少ないとともに、加えて前記触媒4により硝酸腐食が抑制される。その結果、前記給水予熱器20の排ガスによる腐食が少ないボイラを提供することができる。また、前記触媒4においては、約2000ppm以上の一酸化炭素が酸化、還元作用を行うので、そ
の発熱量は、前記特許文献2(約400ppm程度の一酸化炭素を酸化)と比較して、多大である。この実施例によれば、この多量の熱を前記給水予熱器20により、効果的に回収することができる。
【実施例2】
【0178】
この発明の他の実施例2を図11および図12に従い説明する。この実施例2は、酸素
濃度を検出するセンサ7を前記触媒4の二次側でなく、一次側に設けたものである。このセンサ7は酸素濃度のみを検出するセンサとしている。そして、このセンサ7に基づく前記モータ34の制御特性を図12に示す。以下、前記実施例1と異なるところのみを説明し、共通箇所は説明を省略する。
【0179】
この実施例2では、基準設定空気比m0を1(前記触媒4の二次側の酸素濃度を零)とするように、前記センサ7により、前記触媒4の一次側の酸素濃度を検出して間接的に空気比を制御するものである。種々の実験結果に基づき、前記触媒4の一次側の酸素濃度Oを0%<O≦1.00%の値に制御すると、前記式(2)を満たして、前記触媒4の二次側の酸素濃度をほぼ零にする,すなわち空気比をほぼ1にすることが可能であることが分かっている。
【0180】
そこで、この実施例2の空気比制御プログラムには、図12に示すように、前記センサ7からの検出値E(酸素濃度信号)に基づき、この検出値と設定酸素濃度値との差に応じて前記モータ34の送り速度V(単位時間当たりの駆動量)を変える第一制御帯C1と、この第一制御帯C1の外側において送り速度Vをそれぞれ第一設定値,第二設定値とする第二制御帯C2A,C2Bとを設けて、前記モータ34の駆動量を制御する制御手順が含まれている。
【0181】
前記第一制御帯の設定範囲は、酸素濃度N1と酸素濃度N2とで設定される範囲に収まるように制御される。前記第一制御帯における送り速度Vは、前記実施例1と同様に、前記式(4)で計算される。
【実施例3】
【0182】
この実施例3は、図13を参照して、前記空気比制御手段28を、前記送風機26を駆動する送風機用モータ52、このモータ52の回転数を制御するインバータ53とを含んで構成したものである。この実施例4では、空気比制御と前記濃度比一定制御とを前記ダンパ29を用いて行うのではなく、前記インバータ53を用いて行うように構成している。前記制御器8による前記送風機用モータ52の制御は、前記実施例1の図9に示すオーバーシュートおよびハンチングを抑制する制御とすることができる。前記ダンパ29は、着火時は開度を低くし、着火後の定常燃焼に入ると、開度を大きくして、高燃焼および低燃焼の風量制御を行う。この風量制御は、前記インバータ53を用いて行うことができるが、これに限定されることなく、前記ダンパ29および前記インバータ53のいずれか一方で着火時などの風量制御を行うように構成することができる。この実施例3において、その他の構成は、前記実施例1と同様であるので、その説明を省略する。
【実施例4】
【0183】
つぎに、前記実施例1において、前記空気比制御プログラムに前記触媒4の異常時に多量の一酸化炭素の排出を防止する異常時制御プログラムを含む実施例4につき、図14および図15に基づき説明する。以下、前記実施例1と異なる構成を中心に説明する。
【0184】
図14を参照して、前記触媒4の二次側に前記触媒4の異常を検出する第二センサ54を備えている。この第二センサ54は、一酸化炭素濃度を検出するセンサである。さらに、前記制御器8に付設して、報知手段としての表示器55を備えている。また、前記異常時制御プログラムは、前記触媒4が正常に機能しない場合であっても前記触媒4二次側の一酸化炭素濃度を排出基準値(300ppm)以下とすべく、前記触媒4の一次側の一酸化炭素濃度が排出基準値以下の第二設定値となるように前記空気比を第二設定空気比λ2(たとえば、1.25)に制御するプログラムを含む。
【0185】
この異常時制御プログラムは、つぎのように構成されている。前記制御手段は、前記第
二センサ54の検出値が異常判定基準値である設定値(たとえば300ppm)を越えると、まず、前記報知器55にて異常を報知するとともに、前記第一設定空気比λ1の燃焼から前記第二設定空気比λ2の燃焼へ移行する。
【0186】
この実施例4の動作を図15に基づき説明する。処理ステップS1(以下、処理ステップSNは、単にSNという。)にいては、前記バーナ1は、第一設定空気比λ1にて燃焼を行っている。この状態で、S2において、前記第二センサ54の検出値が前記設定値を越えたかどうかを判定する。S2において、NOが判定されると、S1に戻る。
【0187】
前記触媒4の性能が低下した結果、前記検出値が設定値を超えると、YESが判定され、S3へ移行する。前記制御器8は、報知手段としての前記表示器55へ信号を送り、異常を報知する。そして、S4へ移行して、前記第一設定空気比λ1の燃焼から前記第二設定空気比λ2の燃焼を開始する。この第二設定空気比λ2の燃焼により、前記触媒4の一次側のガス中に含まれる一酸化炭素濃度は、前記排出基準以下(たとえば100〜50ppm)となる。その結果、仮に前記触媒4が全く機能しなかったとしても排出一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすることができる。
【0188】
この実施例4のボイラの管理者またはメンテナンス員は、前記表示器55による報知に基づき、前記触媒4が異常であることを知り、その交換や手入れを行うことで前記触媒の機能を正常化させる。その後、前記第一設定空気比λ1による燃焼を開始することができる。
【実施例5】
【0189】
この発明の実施例5を図16に基づき説明する。この実施例5は、前記第二センサ54を前記第一センサ7の異常を検出するためのセンサとしている。この第二センサ54は、前記第一センサ7と同じ空気比を検出するセンサである。
【0190】
この実施例5の異常時制御プログラムは、図16に示す制御手順により実行される。すなわち、S11にて、前述のように、前記第一センサ7による空気比制御が行われる。S12にて、前記第一センサ7の異常判定が行われる。この判定には、つぎの処理が含まれる。まず、前記第二センサ54の検出値と前記第一センサ7の検出値とを比較する。ついで、前記第二センサ54が正常値,すなわち設定空気比を検出しているのに、前記第一センサ7が異常値,すなわち前記設定空気比を検出していないとき、前記設定空気比を変更する。そして、前記第一センサ7が変更した空気比を検出せず、前記第二センサ54が変更した空気比を検出したとき、前記第一センサ7が異常であると判定する。
【0191】
S12にて、異常が判定されると、S13にて前記第二センサ54による空気比制御を行う。こうして、前記第一センサ7の異常時は、前記第二センサ54により空気比が制御されるので、前記第一センサ7の異常により、前記触媒4の処理能力を超えた一酸化炭素が生成されることが防止でき、結果として多量の一酸化炭素の排出が防止される。
【0192】
この発明は、前記実施例1〜5に限定されるものではない。たとえば、図4に示す空気比−NOx・CO特性は、燃焼装置の前記バーナ1および前記缶体3の構造に応じて曲線および濃度値が異なるので、異なった特性を用いることができる。また、前記実施例1,2では、設定空気比を1.0以上としているが、燃焼性を損なわず、炭化水素を含まない範囲で、空気比1.0より低い値とすることができる。
【0193】
また、前記実施例2において、前記センサ7をO2濃度センサとしているが、CO濃度センサとすることができる。また、前記ダンパ位置調整装置30の構造は、種々変形可能である。また、前記モータ34は、ステッピングモータ以外の、たとえばギヤモータ(図
示省略)とすることができる。さらに、前記ダンパ位置調整装置30を単一の制御器(ボイラ制御用の制御器)8にて制御しているが、この制御器8と別に前記ダンパ位置調整装置30用の別の制御器(図示省略)を設け、この制御器と前センサ7,前記制御器8を接続して、空気比制御を行うように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0194】
【図1】本実施例1の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図2】図1のII−II線に沿う断面図である。
【図3】図2の酸化触媒を排ガスの流れ方向から見た要部構成を示す図である。
【図4】本実施例1の空気比−NOx・CO特性を示す図である。
【図5】本実施例1のダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図である。
【図6】同ダンパ位置調整装置の要部の断面説明図である。
【図7】本実施例1のバーナおよび吸熱手段の特性および触媒の特性を説明する模式図である。
【図8】本実施例1のセンサの出力特性を説明する図である。
【図9】本実施例1のモータ制御特性を説明する図である。
【図10】本実施例1のNOxおよびCO低減特性を説明する図である。
【図11】本実施例2の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図12】本実施例2のモータ制御特性を説明する図である。
【図13】本実施例3の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図14】本実施例4の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図15】本実施例4の制御手順を説明するフローチャート図である。
【図16】本実施例4の制御手順を説明するフローチャート図である。
【図17】この発明によるNOx・CO一次特性および二次特性を説明する図である。
【符号の説明】
【0195】
1 バーナ
2 水管群(伝熱管群)
4 酸化触媒
7 センサ
8 制御器
28 空気比調整手段
29 ダンパ
30 ダンパ位置調整装置
34 モータ
【出願人】 【識別番号】000175272
【氏名又は名称】三浦工業株式会社
【識別番号】504143522
【氏名又は名称】株式会社三浦プロテック
【出願日】 平成19年4月13日(2007.4.13)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−57956(P2008−57956A)
【公開日】 平成20年3月13日(2008.3.13)
【出願番号】 特願2007−106261(P2007−106261)