JP2012211764A - Combustion device - Google Patents

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Takashi Shindo
貴志 新藤
Kohei Yamaguchi
浩平 山口
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Miura Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low NOx combustion device capable of performing safe combustion operation while preventing abnormal low-Ocombustion.SOLUTION: The combustion device comprises a burner 1, an air ratio control means 28, an oxidation catalyst 4 using oxygen for oxidizing carbon monoxide in gas from the burner 1 and using carbon monoxide for reducing nitrogen oxide, and a sensor 7 for detecting an air ratio. The burner 1 has such characteristics that the concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide to one another in the gas on the primary side of the oxidation catalyst 4 is a predetermined concentration ratio when a set air ratio is established. The oxidation catalyst 4 has such characteristics as to make the concentration of the nitrogen oxide on the secondary side of the oxidation catalyst to be substantially zero or a predetermined value or smaller and to make the concentration of carbon monoxide to be substantially zero or a predetermined value or smaller when a predetermined concentration ratio is established. The air ratio control means 28 stops the combustion in the burner 1 and informs about abnormal combustion when the output of the sensor 7 is a set value or smaller.

Description

この発明は、水管ボイラ，吸収式冷凍機の再生器などに適用される燃焼装置に関する。   The present invention relates to a combustion apparatus applied to a water tube boiler, a regenerator of an absorption chiller, and the like.

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。   In general, as a principle for suppressing the generation of NOx, suppression of flame (combustion gas) temperature, shortening of residence time of high-temperature combustion gas, and the like are known. There are various NOx reduction technologies that apply these principles. For example, a two-stage combustion method, a concentration combustion method, an exhaust gas recirculation combustion method, a water addition combustion method, a steam injection combustion method, a flame cooling combustion method using a water tube group, and the like have been proposed and put into practical use.

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。   By the way, the influence on the environment is increasing even for a relatively small capacity NOx generation source such as a water tube boiler, and a further reduction in NOx has been demanded. In this reduction in NOx, if the generation of NOx is reduced, the amount of CO emissions increases, so it is difficult to simultaneously reduce NOx and CO.

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。   The cause is that there is a technical problem in which NOx reduction and CO reduction are contradictory. That is, if the combustion gas temperature is drastically lowered to promote low NOx and suppressed to a low temperature of 900 ° C. or less, a large amount of CO is generated and the generated CO is discharged without being oxidized, resulting in an increase in CO emission. End up. Conversely, if the combustion gas temperature is suppressed to be high in order to reduce the amount of CO emission, the amount of NOx produced will be insufficiently suppressed.

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１参照）。しかしながら、この特許文献１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。   In order to solve this problem, the applicant has developed a low NOx and low CO technology that suppresses the combustion gas temperature so as to minimize the amount of CO generated with the reduction of NOx and to oxidize the generated CO. Proposed and commercialized (see Patent Document 1). However, the NOx reduction technology described in Patent Document 1 actually has a generated NOx value of only about 25 ppm.

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値低減に優先するように燃焼ガス温度を抑制し生成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２参照）。この特許文献２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。   As a solution to this problem, the applicant performs a NOx reduction step that suppresses the combustion gas temperature and lowers the generated NOx value to a predetermined value or less so that the suppression of NOx generation takes priority over the reduction of the exhausted CO value, and thereafter A low NOx combustion method that performs a low CO reduction step in which the CO emission value from the low NOx reduction step is set to a predetermined value or less has been proposed (see Patent Document 2). According to the technique of Patent Document 2, it is possible to reduce NOx below 10 ppm, but it is difficult to achieve NOx below 5 ppm. This is because the production of NOx of 5 ppm or more is inevitable due to the characteristics of combustion.

そして、特許文献２に記載の低ＮＯx化技術は、図１３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。）の予混合燃焼領域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１３において、ラインＦ，Ｅは、それぞれ本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、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２の低ＮＯx化技術は、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、生じたＣＯを酸化触媒にて除去する技術である。   And the NOx reduction technology described in Patent Document 2 belongs to a so-called high air ratio combustion region Z1 having an air ratio of 1.38 or more as shown in FIG. On the other hand, in the premixed combustion zone Z2 where the air ratio is 1.1 or less (hereinafter referred to as “low air ratio”), the amount of nitrogen oxides generated increases, making it difficult to achieve low NOx and low CO, and the air ratio. Since it is difficult to control stable combustion, such as causing a backfire when it becomes 1 or less, the low air ratio combustion region Z2 has hardly been the subject of research and development so far. In FIG. 13, lines F and E schematically show the primary side NOx characteristics and CO characteristics of the combustion apparatus of the present invention, and lines U and J indicate NOx characteristics of the catalyst secondary side of the combustion apparatus of the present invention. And schematically show the CO characteristics. The technique for reducing NOx in Patent Document 2 is basically a technique for suppressing NOx generation by burning a burner in a high air ratio region Z1 and removing generated CO with an oxidation catalyst.

この発明の出願人は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特許文献２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バーナの燃焼領域（図１３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。この知見に基づき、これまで殆ど研究が行われていなかった限りなく１に近い低空気比の燃焼領域において、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できるとともに、低空気比による省エネルギーを実現できる業界初の燃焼装置の発明を創出し、これを先に出願した（特願２００５−３００３４３）。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the applicant of the present invention has so far conducted almost no research on a boiler provided with an oxidation catalyst for reducing carbon monoxide described in Patent Document 2. In the burner combustion region (region Z2 in FIG. 13) at a low air ratio close to 1 as much as possible, a point was found at which nitrogen oxide and carbon monoxide emissions were substantially zero. As a result of pursuing the cause of the fact that the emission amounts of nitrogen oxides and carbon monoxide could be substantially zero, the concentration ratio of oxygen, nitrogen oxides and carbon monoxide on the primary side of the oxidation catalyst was determined as a reference predetermined concentration. By setting the ratio, the emission amount of nitrogen oxides and carbon monoxide can be reduced to almost zero using an oxidation catalyst, and by adjusting the concentration ratio in the vicinity of the reference predetermined concentration ratio, harmful substances can be obtained. A new finding was obtained that the emission amount of (nitrogen oxide and carbon monoxide) can be reduced to substantially zero or an allowable value. Based on this knowledge, the amount of nitrogen oxide emissions can be reduced to almost zero in the combustion region with a low air ratio as close to 1 as possible with little research, and carbon monoxide emissions are allowed. The invention of the industry's first combustion apparatus that can achieve energy savings with a low air ratio can be created, and this was filed earlier (Japanese Patent Application No. 2005-300343).

特許第３２２１５８２号公報（対応米国特許：米国特許第５３５３７４８号明細書）Japanese Patent No. 3221582 (corresponding US Patent: US Pat. No. 5,353,748) 特開２００４−１２５３７８号公報（対応米国特許：米国特許第６７９２８９５号明細書）JP 2004-125378 A (corresponding US patent: US Pat. No. 6,792,895)

この出願の発明者等は、先の出願の発明の商品化のための開発過程において、異常な低Ｏ2燃焼により、ＣＯが多量に排出されたり、異常燃焼を生じる虞があるという課題を見出した。
この発明が解決しようとする課題は、異常な低Ｏ2燃焼を防止し、安全な燃焼運転を行える有害物質の排出量を低減した燃焼装置を提供することにある。 The inventors of this application have found a problem that, in the development process for commercialization of the invention of the previous application, a large amount of CO may be discharged or abnormal combustion may occur due to abnormal low O 2 combustion. It was.
The problem to be solved by the present invention is to provide a combustion apparatus that prevents abnormal low O 2 combustion and reduces the amount of harmful substances that can be safely operated.

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、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、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バーナと、 前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、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、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記バーナは、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または所定値以下とし、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は、前記センサの出力が設定値以下のとき、前記バーナの燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知することを特徴としている。   This invention was made in order to solve the said subject, and the invention of Claim 1 burns the hydrocarbon containing fuel, and produces | generates the gas containing oxygen, a nitrogen oxide, and carbon monoxide. A burner, an air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the burner, an oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas with oxygen and reducing nitrogen oxide with carbon monoxide, and an air ratio of the burner. A sensor for detecting, wherein the burner has a predetermined concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst when the air ratio is a set air ratio. The oxidation catalyst has a nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst that is substantially zero or a predetermined value or less when the concentration ratio is the predetermined concentration ratio, and the carbon monoxide concentration is substantially Zero or below specified value Have the property of that, the air-ratio adjusting device, when the output of the sensor is equal to or less than the set value, is characterized by notifying the abnormal combustion stops the combustion of the burner.

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」と称することができる。   Here, the nitrogen oxide concentration being substantially zero is preferably 5 ppm, more preferably 3 ppm, and still more preferably zero. The carbon monoxide concentration is substantially zero is 30 ppm, more preferably 10 ppm. Further, in the following description, the oxygen concentration substantially zero is 100 ppm or less, but is preferably less than the measurement limit value. Furthermore, the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration below the predetermined values mean below the emission standard concentration determined in each country and each region, but it is preferable to set the values to almost zero as much as possible. Needless to say. Thus, in the meaning of the discharge reference value, “predetermined value” or less can be called “allowable value”.

請求項１に記載の発明によれば、前記センサが設定値以下を検出すると、前記バーナの燃焼を停止するとともに異常燃焼を報知するので、異常な低Ｏ2燃焼を防止できるとともに、異常の原因を追及することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the sensor detects a value equal to or lower than the set value, the combustion of the burner is stopped and the abnormal combustion is notified, so that abnormal low O 2 combustion can be prevented and the cause of the abnormality Can be pursued.

この発明によれば、異常な低Ｏ2燃焼を防止し、安全な燃焼運転を行え、有害物質の排出量を低減した燃焼装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a combustion apparatus that can prevent abnormal low O 2 combustion, perform safe combustion operation, and reduce the amount of harmful substances discharged.

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。   Next, an embodiment of the present invention will be described. Before describing the embodiments of the present invention, terms used in this application will be described. “Gas” refers to the gas from the burner to the end of passing through the oxidation catalyst (which can be referred to as “oxidation / reduction catalyst”, hereinafter referred to as “catalyst”). Gas is called "exhaust gas". Therefore, the gas includes a gas in the combustion reaction (combustion process) and a gas in which the combustion reaction is completed, and can be referred to as a combustion gas. Here, when the catalyst is provided in multiple stages along the gas flow, “gas” refers to the gas until it has passed through the final stage catalyst, and “exhaust gas” refers to the final stage catalyst. The gas after it is done.

「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。   The “primary side of the catalyst” is the side on which the burner is provided with respect to the catalyst. Unless otherwise specified, the gas immediately before passing through the catalyst, and the “secondary side of the catalyst” The opposite side of the primary side.

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。前記「炭化水素を含まない」は、「炭化水素を除去する」と言い換えることができる。   Also, “not containing hydrocarbons” does not mean that no hydrocarbons are produced in the course of the combustion reaction, but some hydrocarbons are produced in the course of the combustion reaction, This means that the gas that flows into the catalyst, that is, the gas flowing into the catalyst is substantially free of hydrocarbons that reduce nitrogen oxides (below the measurement limit). The phrase “does not contain hydrocarbons” can be rephrased as “removes hydrocarbons”.

さらに、空気比ｍは、ｍ＝２１／（２１−[Ｏ2]）と定義する。ただし、 [Ｏ2]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[Ｏ2]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。 Further, the air ratio m is defined as m = 21 / (21− [O 2 ]). However, [O 2] is an oxygen concentration in the exhaust gas of the catalyst secondary side, used to obtain the air ratio [O 2] represents the excess oxygen concentration in the oxygen-excess region, one in the fuel excess region The deficient oxygen concentration required to burn unburned gas such as carbon oxide at an air ratio m = 1 is expressed as a negative value.

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。   Next, an embodiment of the present invention will be described. The present invention is applied to a combustion apparatus (which may be referred to as a thermal device or a combustion device) such as a water tube boiler such as a small once-through boiler, a water heater, or a regenerator of an absorption refrigerator.

（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、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バーナと、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段（制御手段と称することができる。）と、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触媒と、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記バーナは、前記空気比を設定空気比としたとき、前記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、前記触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零または所定値以下とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段は、つぎの異常燃焼時制御を行うことを特徴とする燃焼装置である。この異常燃焼時制御は、前記センサの出力が設定値以下のとき、前記バーナが前記設定空気比にて燃焼するＮＯx低減燃焼かどうかを判定し、ＮＯx低減燃焼の場合は、前記設定空気比より高い設定空気比として前記バーナを燃焼させるとともに燃焼異常を報知し、ＮＯx低減燃焼でない場合は、前記バーナの燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知する。 (Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention is a burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and an air ratio adjusting means that adjusts the air ratio of the burner ( A catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and an air ratio adjusting means that adjusts the air ratio of the burner. A sensor that detects an air ratio of the burner, and the burner has a concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst when the air ratio is a set air ratio. The catalyst has a characteristic of a predetermined concentration ratio, and the catalyst has a nitrogen oxide concentration on the catalyst secondary side substantially zero or a predetermined value or less when the concentration ratio is the predetermined concentration ratio, and a carbon monoxide concentration Substantially zero or Has a characteristic of a predetermined value or less, the air-ratio adjusting device is a combustion apparatus which is characterized in that the abnormal combustion when control of the next. In the abnormal combustion control, when the output of the sensor is equal to or lower than a set value, it is determined whether the burner is NOx reduction combustion that burns at the set air ratio. When the burner is burned at a high set air ratio, a combustion abnormality is notified, and when it is not NOx reduction combustion, combustion of the burner is stopped and a combustion abnormality is notified.

この実施の形態１によれば、まず、前記バーナで燃焼する。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は、前記空気比調整手段による前記設定空気比に制御することにより、前記バーナの特性に基づいて調整される。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、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零または所定値以下とされ、一酸化炭素濃度が実質的に零または所定値以下とされる。この有害物質低減燃焼において、前記センサの検出値が設定値以下となると、前記空気比調整手段は、ＮＯx低減燃焼のステージかどうかを判定し、ＮＯx低減燃焼と判定すると、前記バーナの空気比を前記設定空気比よりも高い空気比に調整して燃焼を継続するとともに燃焼異常を報知する。これにより、前記バーナの燃焼を継続しながら、前記報知に基づき、保守管理が可能なときに異常原因を調べて、異常を復旧することができる。ＮＯx低減燃焼でない場合は、異常な燃焼として、前記バーナの燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知し、速やかに異常の対応を行うことができる。   According to the first embodiment, first, the burner burns. By this combustion, a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide and not containing hydrocarbons is generated. The concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst is adjusted based on the characteristics of the burner by controlling the set air ratio by the air ratio adjusting means. The Then, in the catalyst, the gas comes into contact with the catalyst, carbon monoxide is oxidized by oxygen in the gas, nitrogen oxides are reduced by carbon monoxide, and the concentration of nitrogen oxides on the catalyst secondary side Is substantially zero or below a predetermined value, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or below a predetermined value. In this harmful substance reduction combustion, when the detection value of the sensor becomes a set value or less, the air ratio adjusting means determines whether it is a NOx reduction combustion stage, and if NOx reduction combustion is determined, the air ratio of the burner is determined. The combustion is continued while adjusting to an air ratio higher than the set air ratio, and a combustion abnormality is notified. As a result, while the burner continues to burn, the cause of the abnormality can be investigated and the abnormality can be recovered when maintenance management is possible based on the notification. When the combustion is not NOx reduction combustion, the combustion of the burner is stopped and the combustion abnormality is notified as abnormal combustion, so that the abnormality can be quickly dealt with.

（実施の形態２）
この実施の形態１は、好ましくは、つぎの実施の形態２に適用される。この実施の形態２は、バーナと、このバーナの燃焼量を変更するように燃料供給量を変更可能とした燃料供給手段と、前記バーナへ燃焼空気を供給する送風機を含む燃焼空気供給手段と、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、前記送風機の回転数を可変とするインバータと、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記空気比調整手段は、つぎの通常燃焼時制御を行うことを特徴とする燃焼装置である。この通常燃焼時制御は、前記センサから信号に基づき、フィードバック制御により前記設定空気比（ＮＯx低減燃焼時空気比であって、以下、低減時空気比と称する。）とするように前記インバータを制御するＮＯx低減燃焼時制御（以下、低減時制御と称するが、定常時制御と称することもできる。）と、低減時空気比より高い定格燃焼時空気比（以下、定格時空気比と称するが、変更時空気比と称することもできる。）とするように前記インバータを制御する定格燃焼時制御（以下、定格時制御と称するが、変更時制御と称することもできる。）とを選択可能としている。この実施の形態２および以下に説明する実施の形態３〜７において、前記燃料供給手段は、燃焼量の変更を段階的または連続的に行うように構成することができる。この実施の形態２および以下に説明する実施の形態３〜７においても前記実施の形態と同様な異常燃焼時制御を行うが、以下の説明ではその説明を省略している。 (Embodiment 2)
This Embodiment 1 is preferably applied to the following Embodiment 2. The second embodiment includes a burner, a fuel supply means capable of changing a fuel supply amount so as to change a combustion amount of the burner, a combustion air supply means including a blower for supplying combustion air to the burner, The air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the burner, an inverter for changing the rotational speed of the blower, and a sensor for detecting the air ratio of the burner, wherein the air ratio adjusting means comprises the following normal combustion A combustion apparatus characterized by performing time control. This normal combustion control is based on a signal from the sensor, and controls the inverter so as to achieve the set air ratio (NOx reduction combustion air ratio, hereinafter referred to as a reduction air ratio) by feedback control. NOx reduction combustion control (hereinafter referred to as reduction control but also referred to as steady control) and rated combustion air ratio higher than the reduction air ratio (hereinafter referred to as rated air ratio) It is possible to select rated combustion control (hereinafter referred to as rated control but also referred to as change control) for controlling the inverter so that the air ratio can be changed). . In the second embodiment and the third to seventh embodiments described below, the fuel supply means can be configured to change the combustion amount stepwise or continuously. In the second embodiment and the third to seventh embodiments described below, the abnormal combustion control similar to that of the above embodiment is performed, but the description thereof is omitted in the following description.

この実施の形態２においては、好ましくは、前記定格時制御が燃焼量変更に対応する燃焼空気量の変更時に行われ、前記低減時制御が燃焼空気量の変更後に行われる。変更後の前記低減時制御への移行は、好ましくは、変更が終了して所定時間後とする。こうした構成とすることで、前記バーナの燃焼量を変更，たとえば高燃焼から低燃焼へ、また低燃焼から高燃焼への変更時は、前記空気比調整手段は、前記定格時制御を行い、空気比が高い前記定格時空気比にて前記バーナを燃焼させ、燃焼量変更時の不安定燃焼による一酸化炭素の発生を防止することができる。また、燃焼量の変更が終了すると、好ましくは、所定時間経過後に前記空気比調整手段は、前記低減時制御を行い、空気比が低い前記低減時空気比にて前記バーナを燃焼させ、前記低減時空気比をフィードバック制御により一定に保持する。これにより、空気比の変動による一酸化炭素の発生が防止される。前記低減時空気比は、好ましくは、１．１〜１．０とし、さらに好ましくは、１．０とする。この実施の形態１および以下の実施の形態２〜６における前記定格時制御は、好ましくは、フィードバック制御を行うが、フィードバック制御を行わないように構成することもできる。フィードバック制御をかけると、加減速に時間がかかるが、フィードバック制御をかけないことにより加減速の時間を短くでき、空気比を低減時空気比とするまでに排出されるＮＯxの量を低減できる。   In the second embodiment, the rated time control is preferably performed when the combustion air amount corresponding to the change in the combustion amount is changed, and the reduction time control is performed after the change in the combustion air amount. The shift to the reduction time control after the change is preferably after a predetermined time after the change is completed. With such a configuration, when the burner combustion amount is changed, for example, when changing from high combustion to low combustion or from low combustion to high combustion, the air ratio adjusting means performs the rated time control, The burner is burned at the rated air ratio having a high ratio, and generation of carbon monoxide due to unstable combustion when changing the combustion amount can be prevented. Further, when the change of the combustion amount is completed, preferably, after a predetermined time has elapsed, the air ratio adjusting means performs the control at the time of reduction, burns the burner at the air ratio at the time of reduction when the air ratio is low, and reduces the reduction. The air ratio is kept constant by feedback control. This prevents the generation of carbon monoxide due to fluctuations in the air ratio. The air ratio during reduction is preferably 1.1 to 1.0, and more preferably 1.0. The rated-time control in the first embodiment and the following second to sixth embodiments preferably performs feedback control, but may be configured not to perform feedback control. When feedback control is applied, it takes time to accelerate / decelerate, but by not applying feedback control, the acceleration / deceleration time can be shortened, and the amount of NOx discharged before the air ratio is reduced can be reduced.

また、前記設定空気比を定格時空気比から低減時空気比へ変更する時、すなわち低燃焼時において前記定格時空気比に対応する周波数（通常周波数）から前記低減時空気比に対応する周波数（低ＮＯx周波数）へ落とす（移行する）時には、急速に減速するとアンダーシュートを生じ、低燃焼時の低減時空気比を下回り、燃焼が不安定となったり、一酸化炭素の排出量が増大する虞もある。これに対しては、つぎの制御が効果的である。すなわち、燃焼装置の電源投入後の初めて低燃焼時に通常周波数から低ＮＯx周波数へ移行するとき、フィードバック制御により前記インバータの周波数を徐々に変更し、低減時空気比による燃焼に入ると、その低減時空気比に対応する周波数を記憶（以下、記憶周波数という。）する。そして、２回目に前記設定空気比を定格時空気比から低減時空気比へ変更する時には、フィードバック制御をかけることなく、前記インバータの周波数を前記記憶周波数まで一気に下げる。このとき、前記センサの応答遅れを考慮して、しばらくはフィードバック制御を行わず、所定時間経過後にフィードバック制御を行うように構成する。こうした、制御を行うことにより、１回目を除き、２回目以降は短時間で低減時制御に移行することができ、アンダーシュートによる不都合を解消できるとともに、ＮＯx排出量を低減できる。前記の制御において、アンダーシュートを防止するために、前記記憶周波数に制御するのではなく、先ず、前記記憶周波数に１．０を越える係数（たとえば、１．０１〜１．１０）を乗じた周波数に制御し、ついでフィードバック制御により前記記憶周波数に制御するように構成することができる。なお、高燃焼時において通常周波数から低ＮＯx周波数へ移行する時も低燃焼時と同様に最初の移行時の低減時空気比に対応する周波数を記憶して、２回目の移行時からはその記憶した周波数に基づき、インバータを制御するように構成することができる。   Further, when the set air ratio is changed from the rated air ratio to the reduced air ratio, that is, at the time of low combustion, the frequency corresponding to the rated air ratio (normal frequency) to the frequency corresponding to the reduced air ratio ( When dropping to (low NOx frequency), if you decelerate rapidly, undershoot will occur, lower than the reduced air ratio at low combustion, and combustion may become unstable, or carbon monoxide emissions may increase There is also. For this, the following control is effective. That is, when shifting from a normal frequency to a low NOx frequency during low combustion for the first time after turning on the power to the combustion device, the frequency of the inverter is gradually changed by feedback control. A frequency corresponding to the air ratio is stored (hereinafter referred to as a storage frequency). Then, when the set air ratio is changed from the rated air ratio to the reduced air ratio for the second time, the frequency of the inverter is lowered to the storage frequency without performing feedback control. At this time, considering the response delay of the sensor, the feedback control is not performed for a while, and the feedback control is performed after a predetermined time. By performing such control, it is possible to shift to the control at the time of reduction in a short time after the first time except for the first time, and it is possible to eliminate inconvenience due to undershoot and to reduce the NOx emission amount. In the control described above, in order to prevent undershoot, the frequency is not first controlled to the storage frequency but first multiplied by a coefficient exceeding 1.0 (for example, 1.01 to 1.10). Then, the storage frequency can be controlled by feedback control. When shifting from the normal frequency to the low NOx frequency during high combustion, the frequency corresponding to the reduced air ratio at the first transition is stored in the same manner as during low combustion, and the memory is stored from the second transition. The inverter can be controlled based on the frequency thus determined.

前記実施の形態２は、典型的には、つぎの実施の形態３の燃焼装置に適用される。この実施の形態３は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、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バーナと、このバーナの燃焼量を変更するように燃料供給量を変更可能とした燃料供給手段と、前記バーナへ燃焼空気を供給する送風機およびこの送風機の回転数を可変とするインバータを含む燃焼空気供給手段と、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触媒と、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記バーナは、前記空気比を低減時空気比としたとき、前記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、前記触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零または所定値以下とし、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することを特徴とする燃焼装置である。この実施の形態３において、前記空気比調整手段は、前記センサから信号に基づき、フィードバック制御により前記低減時空気比とするように前記インバータを制御することで前記濃度比を所定濃度比とする低減時制御と、前記低減時空気比より高い定格時空気比とするように前記インバータを制御する定格時制御とを選択可能とする。この実施の形態３は、つぎの三つの実施の形態４〜６を含む。   The second embodiment is typically applied to the combustion apparatus according to the third embodiment. In the third embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the fuel supply amount is changed so as to change the combustion amount of the burner. Fuel supply means made possible, a blower for supplying combustion air to the burner, and a combustion air supply means including an inverter for changing the rotation speed of the blower, and carbon monoxide contained in the gas oxidized with oxygen and nitrogen A catalyst for reducing oxides with carbon monoxide; air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the burner; and a sensor for detecting the air ratio of the burner, wherein the burner reduces the air ratio when air is reduced. The ratio of oxygen, nitrogen oxides and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst has a predetermined concentration ratio, and the catalyst has the concentration ratio as the predetermined concentration ratio. A combustion apparatus characterized in that the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero or a predetermined value or less, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or a predetermined value or less. . In the third embodiment, the air ratio adjusting means reduces the concentration ratio to a predetermined concentration ratio by controlling the inverter so that the reduced air ratio is set by feedback control based on a signal from the sensor. It is possible to select the time control and the rated time control for controlling the inverter so that the rated air ratio is higher than the reduced air ratio. The third embodiment includes the following three fourth to sixth embodiments.

（実施の形態４）
前記実施の形態４は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、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バーナと、このバーナの燃焼量を変更するように燃料供給量を変更可能とした燃料供給手段と、前記バーナへ燃焼空気を供給する送風機およびこの送風機の回転数を可変とするインバータを含む燃焼空気供給手段と、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触媒と、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記バーナは、前記空気比を低減時空気比としたとき、前記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することを特徴とする燃焼装置である。この実施の形態４において、前記空気比調整手段は、前記センサから信号に基づき、フィードバック制御により前記低減時空気比とするように前記インバータを制御することで前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０とする低減時制御と、前記低減時空気比より高い定格時空気比とするように前記インバータを制御する定格時制御とを選択可能とする。 (Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the fuel supply amount is changed to change the combustion amount of the burner. Fuel supply means made possible, a blower for supplying combustion air to the burner, and a combustion air supply means including an inverter for changing the rotation speed of the blower, and carbon monoxide contained in the gas oxidized with oxygen and nitrogen A catalyst for reducing oxides with carbon monoxide; air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the burner; and a sensor for detecting the air ratio of the burner, wherein the burner reduces the air ratio when air is reduced. Ratio, the concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxides and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst has a reference predetermined concentration ratio K0, and the catalyst uses the concentration ratio K as the base ratio. A combustion apparatus characterized by having the property of substantially zero concentration of nitrogen oxides and carbon monoxide concentration of the catalyst secondary side when a predetermined concentration ratio K0. In the fourth embodiment, the air ratio adjusting means controls the inverter so as to obtain the reduced air ratio by feedback control based on a signal from the sensor, thereby setting the concentration ratio K to the reference predetermined concentration ratio. The control at the time of reduction set to K0 and the control at the time of rating that controls the inverter so that the rated air ratio is higher than the air ratio at the time of reduction can be selected.

（実施の形態５）
また、前記実施の形態５は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、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バーナと、このバーナの燃焼量を変更するように燃料供給量を変更可能とした燃料供給手段と、前記バーナへ燃焼空気を供給する送風機およびこの送風機の回転数を可変とするインバータを含む燃焼空気供給手段と、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触媒と、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記バーナは、前記空気比を前記実施の形態４の低減時空気比よりも低い値の低減時空気比としたとき、前記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とする特性を有することを特徴とする燃焼装置である。この実施の形態５において、前記空気比調整手段は、前記センサから信号に基づき、フィードバック制御により前記低減時空気比とするように前記インバータを制御することで前記濃度比Ｋを前記第一定濃度比Ｋ１とする低減時制御と、前記低減時空気比より高い定格時空気比とするように前記インバータを制御する定格時制御とを選択可能とする。 (Embodiment 5)
In the fifth embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the fuel supply amount is changed so as to change the combustion amount of the burner. The fuel supply means that can be changed, the blower that supplies combustion air to the burner, and the combustion air supply means that includes an inverter that makes the rotation speed of the blower variable, and the carbon monoxide contained in the gas is oxidized by oxygen And a catalyst for reducing nitrogen oxide with carbon monoxide, an air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the burner, and a sensor for detecting the air ratio of the burner, wherein the burner is configured to reduce the air ratio to the air ratio. When the reduced air ratio is lower than the reduced air ratio in the fourth embodiment, the concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst is the first predetermined concentration ratio K1. The catalyst has the following characteristics, and when the concentration ratio K is the first predetermined concentration ratio K1, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is a predetermined value or less. It is a combustion apparatus characterized by having the characteristic of In the fifth embodiment, the air ratio adjusting means controls the inverter so as to obtain the reduced air ratio by feedback control based on a signal from the sensor, thereby adjusting the concentration ratio K to the first constant concentration. The control at the time of reduction to be the ratio K1 and the control at the time of rating to control the inverter so that the air ratio at the time of rating higher than the air ratio at the time of reduction can be selected.

（実施の形態６）
また、前記実施の形態６は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、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バーナと、このバーナの燃焼量を変更するように燃料供給量を変更可能とした燃料調整弁を有する燃料供給手段と、前記送風機の回転数を可変とするインバータと、前記バーナへ燃焼空気を供給する送風機およびこの送風機の回転数を可変とするインバータを含む燃焼空気供給手段と、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触媒と、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記バーナ
は、前記空気比を前記実施の形態４の低減時空気比よりも高い値の低減時空気比としたとき、前記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が第二所定濃度比Ｋ２となる特性を有し、前記触媒は、前記濃度比Ｋを前記第二所定濃度比Ｋ２としたとき前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を所定値以下とし、一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有することを特徴とする燃焼装置である。この実施の形態６において、前記空気比調整手段は、前記センサからの信号に基づき、フィードバック制御により前記設定空気比とするように前記インバータを制御することで前記濃度比Ｋを前記第二定濃度比Ｋ２とする。 (Embodiment 6)
In the sixth embodiment, a burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and a fuel supply amount so as to change the combustion amount of the burner. Including a fuel supply means having a fuel adjustment valve that can be changed, an inverter that makes the rotational speed of the blower variable, a blower that supplies combustion air to the burner, and an inverter that makes the rotational speed of the blower variable An air supply means, a catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas with oxygen and reducing nitrogen oxide with carbon monoxide, an air ratio adjusting means for adjusting an air ratio of the burner, and an air ratio of the burner The burner is configured to reduce the air ratio in the gas on the primary side of the catalyst when the air ratio is a reduced air ratio that is higher than the reduced air ratio in the fourth embodiment. The concentration ratio K of elemental, nitrogen oxide and carbon monoxide has a characteristic that the second predetermined concentration ratio K2 is obtained, and the catalyst has a characteristic that the catalyst secondary when the concentration ratio K is the second predetermined concentration ratio K2. The combustion apparatus is characterized in that the nitrogen oxide concentration on the side is set to a predetermined value or less and the carbon monoxide concentration is substantially zero. In the sixth embodiment, the air ratio adjusting means controls the inverter so as to obtain the set air ratio by feedback control based on a signal from the sensor, thereby setting the concentration ratio K to the second constant concentration. The ratio is K2.

すなわち、前記基準所定濃度比Ｋ０，前記第一所定濃度比Ｋ１，前記第二所定濃度比Ｋ２は、前記低減時空気比をそれぞれ基準設定空気比，第一設定空気比，第二設定空気比に制御することにより、次の調整がなされる。
調整０：前記濃度比Ｋを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、前記基準所定濃度比Ｋ０より低く、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とする第一所定濃度比Ｋ１に調整する。
調整２：前記濃度比Ｋを、前記触媒二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とするとともに窒素酸化物濃度を所定値以下とする第二所定濃度比Ｋ２に調整する。 That is, the reference predetermined concentration ratio K0, the first predetermined concentration ratio K1, and the second predetermined concentration ratio K2 are set such that the reduced air ratio is changed to the reference set air ratio, the first set air ratio, and the second set air ratio, respectively. By controlling, the following adjustments are made.
Adjustment 0: The concentration ratio K is adjusted to a reference predetermined concentration ratio K0 in which the nitrogen oxide concentration and carbon monoxide concentration on the catalyst secondary side are substantially zero.
Adjustment 1: The first predetermined concentration in which the concentration ratio K is lower than the reference predetermined concentration ratio K0, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is not more than a predetermined value. Adjust to the ratio K1.
Adjustment 2: The concentration ratio K is adjusted to a second predetermined concentration ratio K2 in which the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero and the nitrogen oxide concentration is not more than a predetermined value.

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とし、前記調整２を行うと前記触媒二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とするとともに窒素酸化物濃度を所定値以下とする特性を有している。   When the adjustment 0 is performed, the catalyst makes the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the catalyst secondary side substantially zero, and when the adjustment 1 is performed, the nitrogen oxidation on the catalyst secondary side is performed. When the adjustment 2 is performed, the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero and the nitrogen oxide concentration is predetermined. It has the characteristic of being below the value.

これらの実施の形態４〜６において、濃度比Ｋ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より小さくし、前記第二所定濃度比Ｋ２を前記基準所定濃度比Ｋ０より大きくするように設定される。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ2］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０
…（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ2］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、［Ｏ2］＞０の条件を満たす。） In these Embodiments 4 to 6, the concentration ratio K means the mutual relationship between the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration. The reference predetermined density ratio K0 in the adjustment 0 is determined by a determination formula of the following formula (1), and preferably satisfies the following formula (2), and the first predetermined density ratio K1 is determined from the reference predetermined density ratio K0. The second predetermined density ratio K2 is set to be smaller than the reference predetermined density ratio K0.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (1)
1.0 ≦ K = K0 ≦ 2.0
... (2)
(In the formula (1), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate a carbon monoxide concentration, a nitrogen oxide concentration and an oxygen concentration, respectively, and satisfy the condition of [O 2 ]> 0.)

すなわち、前記基準所定濃度比Ｋ０は、前記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。   That is, the reference predetermined concentration ratio K0 is such that the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration, and monoxide concentration on the primary side of the catalyst, where the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration, and carbon monoxide concentration on the catalyst secondary side are substantially zero, respectively. It is the concentration ratio of carbon. The equation (1) is a determination equation for determining the reference predetermined concentration ratio K0, and the equation (2) substantially represents the oxygen concentration, the nitrogen oxide concentration, and the carbon monoxide concentration on the catalyst secondary side. This shows the condition of zero. Theoretically, each concentration can be made zero under the condition of K0 = 1.0. However, according to the experimental results, it has been confirmed that each concentration is substantially zero within the range of the formula (2). However, the upper limit of K0 is 2.0 depending on the characteristics of the catalyst. It is conceivable to take a value greater than zero.

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となるように前記触媒の一次側の濃度比Ｋを調整する（前記調整１）と、前記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。   The concentration ratio K on the primary side of the catalyst is adjusted so as to be lower than the value of the reference predetermined concentration ratio K0, that is, the first predetermined concentration ratio K1 that is smaller than K0 in the equation (1) (see above). In the adjustment 1), the oxygen concentration and the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst become substantially zero, and the carbon monoxide concentration becomes a predetermined value or less. The predetermined value of the carbon monoxide concentration is preferably set to an emission standard value or less (this value varies depending on the country and can be changed for each country). When the predetermined value is determined, the first predetermined concentration ratio K1 can be determined experimentally. The adjustment of the concentration ratio K such that the value of the concentration ratio K is the first predetermined concentration ratio K1 smaller than K0, specifically, the ratio of the oxygen concentration to the carbon monoxide concentration on the primary side of the catalyst, This can be realized by reducing the ratio of the oxygen concentration to the carbon monoxide concentration satisfying the reference predetermined concentration ratio K0.

また、前記濃度比ＫがＫ０よりも大きい前記第二所定濃度比Ｋ２となるように前記触媒の一次側の濃度比Ｋを調整する（前記調整２）と、前記触媒二次側の一酸化炭素濃度が実質的に零となるとともに窒素酸化物濃度が所定値以下となる。この場合、前記触媒の二次側の酸素濃度は、所定濃度となる。この窒素酸化物濃度の所定値は、一酸化炭素濃度の前記所定値とは異なる値であり、好ましくは、各国で定められる排出基準値以下とする。この所定値を決めると、実験的に前記第二濃度比Ｋ２を定めることができる。前記第二所定濃度比Ｋ２とするための濃度比Ｋの調整は、具体的には、前記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多くすることで実現可能である。   Further, when the concentration ratio K on the primary side of the catalyst is adjusted so that the concentration ratio K becomes the second predetermined concentration ratio K2 larger than K0 (the adjustment 2), carbon monoxide on the catalyst secondary side The concentration becomes substantially zero and the nitrogen oxide concentration becomes a predetermined value or less. In this case, the oxygen concentration on the secondary side of the catalyst becomes a predetermined concentration. The predetermined value of the nitrogen oxide concentration is a value different from the predetermined value of the carbon monoxide concentration, and is preferably equal to or less than the emission standard value determined in each country. When this predetermined value is determined, the second concentration ratio K2 can be determined experimentally. Specifically, the adjustment of the concentration ratio K to obtain the second predetermined concentration ratio K2 is performed by setting the ratio of the oxygen concentration to the carbon monoxide concentration on the primary side of the catalyst to carbon monoxide satisfying the reference predetermined concentration ratio K0. This can be realized by increasing the ratio of the oxygen concentration to the concentration.

以上の実施の形態３〜６においては、まず、前記バーナで燃焼する。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、前記空気比調整手段による低減時空気比に制御することにより、前記バーナの特性に基づいて、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後のガスと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、前記調整２後のガスと前記触媒との接触により、前記ガス中の一酸化炭素の排出量が実質的に零とされ、窒素酸化物濃度が所定値以下に低減される。また、前記低減時制御は、フィードバック制御であるので、前記各所定濃度比Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２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、前記低減時制御が重要である。 In the above third to sixth embodiments, first, the burner burns. By this combustion, a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide and not containing hydrocarbons is generated. And the concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst is controlled based on the characteristics of the burner by controlling the air ratio at the time of reduction by the air ratio adjusting means. They are adjusted to the reference predetermined density ratio K0 and the first predetermined density ratio K1, respectively. In the catalyst, the gas comes into contact with the catalyst, carbon monoxide is oxidized by oxygen in the gas, and nitrogen oxides are reduced by carbon monoxide. The role of oxygen when the adjustment 0 or the adjustment 1 is performed is more than the amount necessary to adjust the carbon monoxide concentration, that is, to reduce the nitrogen oxides so that the concentration becomes substantially zero. The amount of carbon monoxide to be consumed is reduced. Due to the contact between the gas after the adjustment 0 and the adjustment 1 and the catalyst, the emission amount of nitrogen oxide in the gas is substantially reduced to zero, and the emission amount of carbon monoxide is substantially zero or It is reduced below a predetermined value. Further, due to the contact between the gas after the adjustment 2 and the catalyst, the emission amount of carbon monoxide in the gas is substantially zero, and the nitrogen oxide concentration is reduced to a predetermined value or less. Further, since the control at the time of reduction is feedback control, fluctuations in the values of the predetermined concentration ratios K0, K1, and K2 are suppressed, and the reduction effect of the nitrogen oxide emission amount and the carbon monoxide emission amount is stabilized. It can be demonstrated. In particular, in the adjustment 0, the reduction control is important in order to make the nitrogen oxide emission substantially zero.

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。） The reference predetermined density ratio K0 of the adjustment 0 and the first predetermined density ratio K1 of the adjustment 1 are expressed by being included by the following equation (3). That is, when the expression (3) is satisfied, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or reduced. In order to reduce the carbon monoxide concentration below the predetermined value, the concentration ratio K on the primary side of the catalyst is adjusted so that the value on the left side of Equation (3) is smaller than K0, and the first The predetermined concentration ratio is K1.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K ≦ 2.0 (3)
(In Expression (3), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate the CO concentration, NOx concentration and O 2 concentration, respectively, and satisfy the condition of [O 2 ]> 0.)

（［ＮＯx］＋２［Ｏ2］）／［ＣＯ］の値（濃度比の値）は、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（［ＮＯ2］）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。 The value of ([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] (concentration ratio value) is preferably 1.5 or less. The nitrogen oxide concentration ([NOx]) is the total concentration of the nitric oxide concentration ([NO]) and the nitrogen dioxide concentration ([NO 2 ]). Further, the concentration ratio of the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration satisfying the expression (3) is referred to as a predetermined concentration ratio.

前記所定濃度比の値が１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［Ｏ2］）／［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。 When the value of the predetermined concentration ratio is 1, theoretically, the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration, and carbon monoxide concentration discharged from the catalyst can be made zero. However, experiments have shown that a small amount of carbon monoxide is emitted. ([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = 1 in the formula (1) is theoretically derived from the first reaction and the second reaction in consideration of experimental results.

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前記触媒内では、酸素が存在しない雰囲気で前前記第二反応（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］ａ …（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］ｂ ＝[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］ａ ＋［ＣＯ］ｂ＝２［Ｏ2］＋ ［ＮＯ］ …（V）
［ＣＯ］ａ ＋［ＣＯ］ｂ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。 Here, how [(NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = 1 is derived will be described. Since this expression typically satisfies the reference predetermined density ratio K0, it is referred to as a reference predetermined density sufficient expression.
In the catalyst, it is known that the first reaction (I) occurs as a main reaction.
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (I)
Further, in the catalyst using a noble metal catalyst such as Pt, the NO reduction reaction by CO in the second reaction (II) proceeds in an atmosphere in which no oxygen exists.
CO + NO → CO 2 + 1 / 2N 2 (II)
Therefore, paying attention to the concentration of substances contributing to the reaction of the first reaction (I) and the second reaction (II), the reference concentration satisfaction formula was derived.
That is, assuming that the CO concentration, NO concentration, and O 2 concentration are [CO] ppm, [NO] ppm, and [O 2 ] ppm, respectively, the oxygen concentration that can be removed by CO from the above formula (I) is the following formula (III): It is represented by
2 [O 2 ] = [CO] a (III)
Further, in order to cause the reaction of the above formula (II), an equal amount of NO is required for CO, and the relationship of the following formula (IV) can be said.
[CO] b = [NO] (IV)
When the reactions of the formulas (I) and (II) occur continuously in the catalyst, the concentration relationship of the following formula (V) obtained by adding the formula (III) and the formula (IV) is necessary. It becomes.
[CO] a + [CO] b = 2 [O 2 ] + [NO] (V)
Since [CO] a + [CO] b is the same component, it can be expressed as [CO] as the CO concentration in the gas on the catalyst secondary side.
Therefore, the standard predetermined concentration ratio satisfaction formula,
That is, the relationship of [CO] = 2 [O 2 ] + [NO] can be derived.

前記所定濃度比の値が１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。   When the value of the predetermined concentration ratio is smaller than 1, the concentration of carbon monoxide is higher than the concentration necessary for the reduction of the nitrogen oxides, so the exhaust oxygen concentration is zero and the gas in the gas after passing through the catalyst Carbon monoxide remains on the surface. For this reason, the lower limit of the concentration ratio in the formula (3) is not provided. When carbon monoxide is contained after passing through the catalyst, it is preferable to further provide an oxidizing means for oxidizing the residual carbon monoxide. The oxidation means can be configured to provide a catalyst separate from the catalyst and oxidize carbon monoxide by introducing oxygen upstream of the catalyst.

また、前記濃度比の値の１．０を越え、２．０までは、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。   Moreover, although the value of the concentration ratio exceeds 1.0 and reaches 2.0, it is an experimentally obtained value, which is considered to be due to the following reason. The reaction occurring in the catalyst has not been completely elucidated, and it is considered that a side reaction occurs in addition to the main reaction of the first reaction and the second reaction. As one of these side reactions, hydrogen is generated by the reaction between steam and carbon monoxide, and a reaction in which nitrogen oxides and oxygen are reduced by this hydrogen is considered.

（実施の形態７）
前記実施の形態３は、つぎの実施の形態７にて表現できる。この実施の形態７は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、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バーナと、このバーナの燃焼量を段階的に変更するように燃料供給量を変更可能とした燃料供給手段と、前記バーナへ燃焼空気を供給する送風機およびこの送風機の回転数を可変とするインバータを含む燃焼空気供給手段と、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触媒と、前記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バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記バーナは、前記空気比調整手段により前記空気比を低減時空気比に調整したとき、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零または所定値以下とし、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、前記空気比調整手段は、前記センサから信号に基づき、フィードバック制御により前記低減時空気比とするように前記インバータを制御することで前記濃度比を所定濃度比とする低減時制御と、前記低減時空気比より高い定格時空気比とするように前記インバータを制御する定格時制御とを選択可能としたことを特徴とする燃焼装置である。 (Embodiment 7)
The third embodiment can be expressed by the following seventh embodiment. In the seventh embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and a fuel supply amount so as to change the combustion amount of the burner stepwise. The fuel supply means that can be changed, the blower that supplies combustion air to the burner, and the combustion air supply means that includes an inverter that makes the rotation speed of the blower variable, and the carbon monoxide contained in the gas is oxidized by oxygen A catalyst for reducing nitrogen oxides with carbon monoxide, a sensor for detecting the air ratio of the burner, and an air ratio adjusting means for controlling the burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor. The burner, when the air ratio is adjusted to the reduced air ratio by the air ratio adjusting means, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero or a predetermined value or less, It is configured to obtain a predetermined concentration ratio of oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide on the primary side of the catalyst so that the carbon oxide concentration is substantially zero or less than a predetermined value, and the air ratio adjusting means is Based on the signal from the sensor, the inverter is controlled so as to obtain the reduced air ratio by feedback control, thereby reducing the concentration ratio to a predetermined concentration ratio, and the rated air ratio higher than the reduced air ratio. The combustion apparatus is characterized in that the control at the rated time for controlling the inverter can be selected.

以上の実施の形態３〜７において、前記低減時空気比は、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。   In the above Embodiments 3 to 7, the reduced air ratio is preferably controlled to a set air ratio of 1.0, but as a result of the reaction with the catalyst, the set air ratio of 1.0 can be satisfied. The air ratio may be controlled so that the oxygen concentration on the primary side of the catalyst becomes a predetermined concentration.

ここで、前記実施の形態３〜７における有害物質（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詳しく説明する。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）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。   Here, the action of reducing harmful substances (nitrogen oxides and carbon monoxide) in Embodiments 3 to 7 will be described in more detail. This reduction action is considered to be performed as follows. In the gas not containing HC (hydrocarbon), in the catalyst, as the main reaction, a first reaction for oxidizing carbon monoxide and a second reaction for reducing nitrogen oxide with carbon monoxide are generated. In the reaction in the catalyst (catalytic reaction), in the presence of oxygen, the first reaction is superior to the second reaction, and based on the first reaction, carbon monoxide is consumed by oxygen, After the concentration is adjusted, nitrogen oxides are reduced by the second reaction. This description is simplified. Actually, the first reaction is a competitive reaction with the second reaction, but the reaction between carbon monoxide and oxygen occurs apparently faster than the second reaction in the presence of oxygen. It is considered that the first reaction is performed and the second reaction is performed in the second stage.

要するに、前記触媒において、酸素の存在下では、ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2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＋２ＣＯ2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。 In short, in the catalyst, in the presence of oxygen, oxygen is consumed by the first reaction of CO + 1 / 2O 2 → CO 2, and by the second reaction of 2CO + 2NO → N 2 + 2CO 2 using the remaining CO. Reduce nitrogen oxides by reducing nitrogen oxides.

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、ＮＯ2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。ＮＯ2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。 Here, in the description of the above reaction formula, NO is used without using NOx. The composition of the generated nitrogen oxide in a high temperature field is NO as the main component, and NO 2 is several percent. This is because it can be described approximately. Even if NO 2 is present, it is considered that it is reduced by CO in the same manner as NO.

つぎに、前記調整０，前記調整１および前記調整２を行う濃度比調整手段について説明する。前記濃度比調整手段は、前記触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の前記濃度比Ｋの調整を前記バーナの濃度比特性のみを利用して構成することができるが、好ましくは、前記バーナおよび前記吸熱手段の濃度比特性に基づき、前記バーナの空気比調整手段を用いて前記所定濃度比に制御することにより、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零から所定値以下に、一酸化炭素濃度を実質的に零から所定値以下に調整するものである。そして、この濃度比調整は、つぎの第一，第二濃度比調整手段を用いて行うことができる。いずれの調整手段も好ましくは、前記空気比調整手段による濃度比の調整を行うものである。   Next, density ratio adjusting means for performing the adjustment 0, the adjustment 1 and the adjustment 2 will be described. The concentration ratio adjusting means can be configured to adjust the concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide on the primary side of the catalyst using only the concentration ratio characteristics of the burner. Based on the concentration ratio characteristics of the burner and the endothermic means, the nitrogen ratio on the secondary side of the catalyst is controlled from substantially zero to a predetermined value by controlling the predetermined concentration ratio using the air ratio adjusting means of the burner. Below the value, the carbon monoxide concentration is adjusted from substantially zero to a predetermined value or less. The density ratio adjustment can be performed using the following first and second density ratio adjusting means. Any of the adjusting means preferably adjusts the concentration ratio by the air ratio adjusting means.

前記第一濃度比調整手段は、前記濃度比Ｋの調整を前記バーナの特性を利用するとともに、前記バーナおよび前記触媒の間に配置され前記ガスから吸熱する吸熱手段との特性を利用して、すなわち前記バーナおよび前記吸熱手段の濃度比特性を利用して行うものである。この濃度比特性とは、前記バーナの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吸熱手段の全部または一部を通過後の一酸化炭素量および窒素酸化物量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、前記吸熱手段は、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、その濃度比特性を保持する機能を有する。前記吸熱手段を後記の第一の態様とする場合は、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。前記吸熱手段を後記の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。   The first concentration ratio adjusting means uses the characteristics of the burner to adjust the concentration ratio K, and uses the characteristics of the endothermic means disposed between the burner and the catalyst to absorb heat from the gas, That is, it is performed using the concentration ratio characteristics of the burner and the endothermic means. This concentration ratio characteristic is a characteristic in which the amount of carbon monoxide and the amount of nitrogen oxide after passing through all or part of the heat absorbing means generated by burning with the air ratio of the burner changed. The concentration ratio characteristic is basically determined by the concentration ratio characteristic of the burner, and the endothermic device typically changes or maintains the concentration ratio characteristic of the burner. It has the function to do. When the endothermic means is the first aspect described later, the carbon monoxide concentration is increased and the nitrogen oxide concentration is suppressed. When the endothermic means is a second embodiment described later, typically, the concentration ratio characteristic by the burner is held with almost no change.

前記第二濃度比調整手段は、前記濃度比Ｋの調整が、前記バーナと、前記バーナおよび前記触媒の間に配置され前記ガスから吸熱する吸熱手段との濃度比特性を利用するとともに、前記バーナおよび前記触媒の間に配置され前記補助調整手段を用いて行うものである。   The second concentration ratio adjusting means uses the concentration ratio characteristics of the burner and an endothermic means that is disposed between the burner and the catalyst and absorbs heat from the gas to adjust the concentration ratio K. And between the catalyst and using the auxiliary adjusting means.

前記補助調整手段は、前記バーナと前記触媒との間にあって、一酸化炭素を注入したり、酸素を吸着除去することにより、酸素濃度に対する一酸化炭素濃度の割合を増加させることにより前記調整を補助的に行う機能を有するものである。この補助調整手段としては、ＣＯ発生器や、排ガスの酸素またはＣＯの量を調整可能な補助的バーナとすることができる。   The auxiliary adjustment means is located between the burner and the catalyst and assists the adjustment by increasing the ratio of the carbon monoxide concentration to the oxygen concentration by injecting carbon monoxide or removing oxygen by adsorption. It has the function to perform automatically. As this auxiliary adjusting means, a CO generator or an auxiliary burner capable of adjusting the amount of oxygen or CO in the exhaust gas can be used.

この第二濃度比調整手段を用いて前記濃度比の調整を行う場合には、前記濃度比調整を前記バーナおよび前記吸熱手段の濃度比特性に加えて前記補助調整手段を利用して行うので、特定の構造のバーナに限定されることなく、前記バーナおよび前記吸熱手段の適用範囲を拡げることができる。   When adjusting the concentration ratio using the second concentration ratio adjusting means, the concentration ratio adjustment is performed using the auxiliary adjusting means in addition to the concentration ratio characteristics of the burner and the endothermic means. The application range of the burner and the heat absorbing means can be expanded without being limited to a burner having a specific structure.

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。しかしながら、前記触媒一次側のガス中における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素が均一に混合され、それぞれの濃度を前記所定濃度比とする制御が可能であれば、予混合バーナ以外のバーナとすることができる。   Next, the components of the embodiment of the present invention will be further described. The burner is preferably an all-primary air premix burner that premixes and burns gas fuel. In order to effectively cause the first reaction and the second reaction to occur in the catalyst, the concentration ratio as shown in the equations (2) and (3) relating to oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide is important. is there. By using the premix burner as the burner, the predetermined concentration ratio can be obtained relatively easily in a low air ratio region. However, if oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst are uniformly mixed and each concentration can be controlled to the predetermined concentration ratio, a burner other than the premix burner is used. be able to.

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Ｏ2を０％＜Ｏ2≦１．００％とすると、空気比はほぼ１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。 In addition, when the oxygen concentration O 2 on the primary side of the catalyst is 0% <O 2 ≦ 1.00% under the condition that the expression (3) is satisfied, the air ratio is almost 1, and the exhaust concentration is close to zero. Energy saving is realized in addition to low NOx and low CO, and a low pollution and energy saving combustion apparatus can be provided.

前記吸熱手段は、好ましくは、ボイラなどの缶体を構成する水管群とする。この吸熱手段の形態としては、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１，２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。前記吸熱手段は、前記バーナにて生成されるガスから吸熱してその熱を利用するとともに、前記ガスの温度を前記触媒の活性化温度近くに制御し、かつ熱的な劣化を防止する温度以下に抑制する，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機能を持たせることができる。また、前記吸熱手段に前記ガスの温度が約９００℃以上に上昇するのを抑制して一酸化炭素の酸化を抑制し、前記バーナからのガスの濃度比が変化しないための手段として機能させることができる。   The heat absorbing means is preferably a water tube group constituting a can such as a boiler. As a form of this heat absorption means, there is a first aspect (corresponding to Patent Documents 1 and 2) in which there is almost no combustion space in the immediate vicinity of the burner and a water tube group is arranged in the combustion space, and the burner and water pipe. And a second embodiment having a combustion space between the groups. The endothermic means absorbs heat from the gas generated in the burner and uses the heat, controls the temperature of the gas close to the activation temperature of the catalyst, and prevents the thermal deterioration or less. In other words, the gas temperature can be effectively caused to cause the first reaction and the second reaction, the deterioration due to temperature can be suppressed, and the temperature can be controlled in consideration of durability. In addition, the endothermic means is prevented from increasing the temperature of the gas to about 900 ° C. or more, thereby suppressing the oxidation of carbon monoxide and functioning as a means for preventing the concentration ratio of the gas from the burner from changing. Can do.

前記触媒は、前記ガス中にＨＣが含まれない状態で効率良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。   The catalyst is a catalyst having a function of efficiently reducing the nitrogen oxides in a state where HC is not contained in the gas, and is provided in the downstream of the water pipe group or in the middle of the water pipe group and has air permeability. The structure is such that a catalytically active substance is supported on a substrate, and the structure is not limited to a specific one. As the base material, a metal such as stainless steel or ceramic is used, and a surface treatment is performed to increase the contact area with the exhaust gas. As the catalytically active substance, platinum is generally used, but noble metals represented by platinum (Ag, Au, Rh, Ru, Pt, Pd) or metal oxides can be used depending on the implementation. When the catalyst is provided in the middle of the water pipe group, it can be provided in a gap between a plurality of water pipes, or the water pipe can be used as a base material and a catalytically active substance can be supported on the surface thereof.

この触媒は、つぎのような特性を有している。すなわち、図５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］＝０，二次側［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、図５では、この前記所定濃度比Ｋが１．０の場合の式（３）を図示している。しかしながら、前述のように、実験的に前記所定濃度比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、前記ラインＬは、図５のラインに限定されない。   This catalyst has the following characteristics. That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 5, the concentration ratio characteristic line L (secondary side [NOx] = 0, secondary side [CO] = 0 line) on the primary side of the catalyst is provided. When the concentration ratio K on the primary side of the catalyst is located on the line L, the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst become substantially zero. The line L theoretically corresponds to the predetermined concentration ratio K of the equation (3) being 1.0 (K0 = 1.0 in the equation (2)). In FIG. Expression (3) when K is 1.0 is illustrated. However, as described above, the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst are substantially zero in the range where the predetermined concentration ratio K is experimentally in the range up to 2.0 exceeding 1.0. Therefore, the line L is not limited to the line shown in FIG.

そして、前記バーナおよび前記吸熱手段の前記一次特性のラインＭと、前記ライン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（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（前記調整２），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。   Then, the concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide at the intersection of the primary characteristic line M of the burner and the endothermic means and the line L is assumed to be a specific reference predetermined concentration ratio (hereinafter referred to as a specific reference concentration). Called ratio). When the concentration ratio K on the primary side of the catalyst is adjusted to the specific reference concentration ratio K0X (the adjustment 0), the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst are substantially zero. . Then, when the primary oxygen concentration is set higher than the reference oxygen concentration SK corresponding to the specific reference concentration ratio K0X (the adjustment 2), that is, when the primary oxygen concentration is increased by the air ratio adjusting means, the catalyst secondary side A concentration of oxygen corresponding to the difference between the primary oxygen concentration and the reference oxygen concentration is detected, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is lower than the nitrogen oxide concentration on the primary side, and the secondary side The carbon monoxide concentration becomes substantially zero. Further, when the primary oxygen concentration is made lower than the specific reference concentration ratio K0X (adjustment 1), carbon monoxide having a concentration corresponding to the difference between the primary oxygen concentration and the reference oxygen concentration is detected on the secondary side of the catalyst. In addition, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst becomes substantially zero, and the carbon monoxide concentration on the secondary side is reduced.

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超省エネルギーと、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。   By utilizing the characteristics of the catalyst and the primary characteristics of the premix burner and the water tube group, the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst is controlled to zero, that is, the air ratio is set to 1. By controlling to 0.0, the exhaust NOx concentration and the exhaust CO concentration can be easily controlled to substantially zero. That is, by controlling the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst, super energy saving by burning at an air ratio of 1.0, and the exhaust NOx concentration and the exhaust CO concentration exceed substantially zero. Low pollution can be achieved at the same time.

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。   Further, by controlling the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst in the vicinity of zero, the exhaust NOx concentration is close to zero until it cannot be substantially zero. It can be reduced to a low value.

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。   The sensor represents oxygen concentration in an oxygen excess region, and oxygen in a fuel excess region represents a deficient oxygen concentration required for burning unburned gas such as carbon monoxide at an air ratio m = 1 as a negative value. A densitometer can be used suitably. Further, as the sensor, an oxygen ratio sensor and a carbon monoxide concentration sensor can be combined to obtain an air ratio approximately.

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。   The mounting position of the sensor as described above is preferably the secondary side of the catalyst, but is not limited thereto, and an exhaust heat recovery device is provided on the primary side of the catalyst or on the downstream side of the catalyst. When provided, it can be on the downstream side.

前記空気比調整手段は、好ましくは、前記バーナへ燃焼空気を送風する送風機と、この送風機を駆動するモータと、このモータの回転数を制御するインバータと、このインバータを制御する制御手段とを含む。この場合、前記インバータを制御することで前記バーナの燃料量に対する燃焼空気量の割合を変えることで、前記バーナの空気比を調整する。   The air ratio adjusting means preferably includes a blower that blows combustion air to the burner, a motor that drives the blower, an inverter that controls the rotation speed of the motor, and a control means that controls the inverter. . In this case, the air ratio of the burner is adjusted by changing the ratio of the combustion air amount to the burner fuel amount by controlling the inverter.

前記空気比調整手段は、前記送風機の回転数をインバータにより制御するものに限定されることなく、前記バーナへの燃焼用空気量をダンパにより調整するものとすることができる。   The air ratio adjusting means is not limited to the one in which the rotation speed of the blower is controlled by an inverter, and the amount of combustion air to the burner can be adjusted by a damper.

前記制御手段は、予め記憶した空気比制御プログラムに基づき、前記バーナの空気比を制御する。この空気比制御プログラムは、通常燃焼時制御と異常燃焼時制御とを行うように構成されている。前記通常燃焼時制御は、前記センサからの信号に基づき、フィードバック制御により前記低減時空気比とするように前記インバータを制御することで前記濃度比を所定濃度比とする低減時制御と、前記低減時空気比より高い定格時空気比とするように前記インバータを制御する定格時制御とを選択可能とするものである。そして、前記定格時制御が燃焼量変更に対応する燃焼空気量の変更時および変更前に行われ、前記低減時
制御が燃焼空気変更後に行われる。 The control means controls the air ratio of the burner based on an air ratio control program stored in advance. This air ratio control program is configured to perform normal combustion control and abnormal combustion control. The normal combustion time control is based on a signal from the sensor, and the inverter is controlled so that the air ratio at the time of reduction is controlled by feedback control, thereby reducing the control at the time of reducing the concentration ratio to a predetermined concentration ratio by controlling the inverter It is possible to select the rated time control for controlling the inverter so that the rated air ratio is higher than the rated air ratio. The rated time control is performed before and after the change of the combustion air amount corresponding to the combustion amount change, and the reduction time control is performed after the combustion air change.

前記異常燃焼時制御は、前記センサの出力が設定値以下のとき、前記バーナが前記低減時空気比にて燃焼するＮＯx低減燃焼かどうかを判定し、ＮＯx低減燃焼の場合は、前記低減時空気比より高い定格時空気比として前記バーナを燃焼させるとともに燃焼異常を報知し、ＮＯx低減燃焼でない場合は、前記バーナの燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知するものである。前記実施の形態２〜７における前記定格時制御は、好ましくは、フィードバック制御を行うが、フィードバック制御を行わないように構成することもできる。この異常燃焼時制御は、前記調整０または前記調整１を行う燃焼装置において好適である。その理由は、前記調整０または前記調整１を行う燃焼装置では、低減時空気である設定空気比が実質的に１．０近くに制御されるので、異常燃焼を生じ易いからである。   In the abnormal combustion control, when the output of the sensor is equal to or lower than a set value, it is determined whether the burner is NOx reduction combustion in which combustion is performed at the reduced air ratio. When the burner is burned as a rated air ratio higher than the ratio, a combustion abnormality is notified, and when it is not NOx reduction combustion, combustion of the burner is stopped and a combustion abnormality is notified. The rated time control in the second to seventh embodiments is preferably feedback control, but may be configured not to perform feedback control. This abnormal combustion control is suitable for a combustion apparatus that performs the adjustment 0 or the adjustment 1. The reason is that in the combustion apparatus that performs the adjustment 0 or the adjustment 1, the set air ratio that is the air at the time of reduction is controlled to be substantially close to 1.0, and thus abnormal combustion is likely to occur.

前記異常判定基準値は、瞬時値やある時間の平均値や移動平均値とすることができる。また、判定時間を設けて、前記異常判定基準値以下という異常条件が前記判定時間継続したとき、異常と判定するように構成することができる。さらに、前記異常判定値は、前記センサ出力の下限値であるが、上限値を設けて、前記センサ出力が前記下限値と前記上限値との範囲に有るときを正常とし、その範囲を超えると異常と判定するように構成することができる。   The abnormality determination reference value may be an instantaneous value, an average value for a certain time, or a moving average value. In addition, a determination time may be provided so that the abnormality is determined to be abnormal when the abnormality condition equal to or less than the abnormality determination reference value continues for the determination time. Furthermore, although the abnormality determination value is a lower limit value of the sensor output, an upper limit value is provided, and when the sensor output is in a range between the lower limit value and the upper limit value, the normal value is exceeded. It can be configured to determine that there is an abnormality.

前記低減時制御における前記異常判定基準値の下限値は、つぎの３点を考量して実験により求めることができる。第一にはＣＯが大量排出される前で遮断できること、第二には定格燃焼から低減燃焼に移行する際に発生する若干のアンダーシュート、第三には警報の乱発を防止である。これらの点から前記下限値の空気比は、好ましくは、０．９５〜０．９８程度に設定する。その理由は、０．９８以上の設定値では第一の条件はクリアできるが、第二、第三の条件のクリアが難しく０．９５以下では第一の条件のクリアが難しいからである。しかしながら、この数値範囲に限定されるものではない。   The lower limit value of the abnormality determination reference value in the control at the time of reduction can be obtained by experiments taking into consideration the following three points. First, it can be shut off before a large amount of CO is discharged, second is a slight undershoot that occurs when shifting from rated combustion to reduced combustion, and third is prevention of alarm overshoot. From these points, the lower limit air ratio is preferably set to about 0.95 to 0.98. The reason is that although the first condition can be cleared with a setting value of 0.98 or more, it is difficult to clear the second and third conditions, and it is difficult to clear the first condition at 0.95 or less. However, it is not limited to this numerical range.

また、前記定格時制御における異常判定基準値を定めて、前記センサの出力がこの異常判定基準値以下の場合異常燃焼と判定するように構成することができる。この場合の異常判定基準値は、定格燃焼時の酸素濃度の大幅なズレ防止と、警報の乱発防止とを考慮して設定する。これらの点から前記下限値の空気比は、好ましくは、１．０５〜１．１７程度に設定するが、これに限定されない。   In addition, an abnormality determination reference value in the rated time control may be determined, and the abnormal combustion may be determined when the output of the sensor is equal to or less than the abnormality determination reference value. In this case, the abnormality determination reference value is set in consideration of prevention of significant deviation of oxygen concentration during rated combustion and prevention of alarm alarms. From these points, the air ratio of the lower limit value is preferably set to about 1.05 to 1.17, but is not limited thereto.

前記実施の形態１〜７における前記低減時空気比は、好ましくは、省エネルギーの観点から１．１〜１．０とし、さらに好ましくは、１．０とする。また、前記定格時空気比は、好ましくは、１．２７（排ガスＯ2：４．５％）以上とするが、これに限定されるものではない。 The reduced air ratio in the first to seventh embodiments is preferably 1.1 to 1.0, and more preferably 1.0 from the viewpoint of energy saving. The rated air ratio is preferably 1.27 (exhaust gas O 2 : 4.5%) or more, but is not limited thereto.

また、前記空気比調整手段によるフィードバック制御は、好ましくは、周知のＰＩＤ制御とするが、これに限定されるものではない。また、前記モータへ周波数出力の供給は、つぎのふたつの態様をとることができる。第一の態様は、前記センサからの酸素濃度信号を直接前記インバータへ入力して、前記インバータ内で操作量を演算して、周波数出力に変換し、前記モータへ供給するものである。第二の態様は、前記センサからの酸素濃度信号を前記制御器へ入力して、前記制御器内で操作量を演算して、周波数指令信号に変換して、前記インバータへ出力し、前記インバータは、モータへ前記周波数出力を供給するものである。   The feedback control by the air ratio adjusting means is preferably a well-known PID control, but is not limited to this. Further, the supply of the frequency output to the motor can take the following two modes. In the first aspect, an oxygen concentration signal from the sensor is directly input to the inverter, an operation amount is calculated in the inverter, converted into a frequency output, and supplied to the motor. In a second aspect, an oxygen concentration signal from the sensor is input to the controller, an operation amount is calculated in the controller, converted into a frequency command signal, output to the inverter, and the inverter Supplies the frequency output to the motor.

（実施の形態８）
この発明は、前記実施の形態１〜７に限定されるものではなく、つぎの実施の形態８を含む。この実施の形態８は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、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バーナと、前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、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、前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、前記バーナは、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または所定値以下とし、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は、前記センサの出力が設定値以下のとき、前記バーナの燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知することを特徴とする燃焼装置である。 (Embodiment 8)
The present invention is not limited to the first to seventh embodiments, but includes the following eighth embodiment. The eighth embodiment includes a burner for burning a hydrocarbon-containing fuel to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, an air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the burner, An oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas with oxygen and reduces nitrogen oxide with carbon monoxide; and a sensor that detects an air ratio of the burner, wherein the burner sets the air ratio. The concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst has a predetermined concentration ratio, and the oxidation catalyst has the concentration ratio as the predetermined concentration ratio. The air ratio adjusting means has a characteristic that the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero or a predetermined value or less, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or a predetermined value or less. Of the sensor When the force is equal to or less than the set value, a combustion apparatus characterized by notifying the abnormal combustion stops the combustion of the burner.

この実施の形態８と前記実施の形態１と異なるのは、前記空気比調整手段は、前記センサの出力が設定値以下のとき、前記バーナの燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知する点である。すなわち、この実施の形態８では、異常燃焼が判定されたとき、前記定格時燃焼を行うことなく、前記バーナを直ちに停止し、異常燃焼の警報を行う。この実施の形態８は、安全性を優先した制御を行うことができるが、燃焼停止による経済的なダメージを受ける点で、前記実施の形態１と比較して不利となる。   The difference between the eighth embodiment and the first embodiment is that the air ratio adjusting means stops combustion of the burner and reports a combustion abnormality when the output of the sensor is not more than a set value. . That is, in the eighth embodiment, when abnormal combustion is determined, the burner is immediately stopped without performing the rated-time combustion, and an abnormal combustion alarm is issued. The eighth embodiment can perform control giving priority to safety, but is disadvantageous compared to the first embodiment in that it is economically damaged due to combustion stop.

また、この発明は、燃料供給手段を前記バーナの燃焼量を段階的に変更するように燃料供給量を変更可能に構成した燃焼装置だけではなく、前記バーナの燃焼量を連続的に変更するように燃料供給量を変更可能に構成した燃焼装置にも適用可能である。   In addition, the present invention is not limited to a combustion apparatus in which the fuel supply means is configured to change the fuel supply amount so as to change the combustion amount of the burner stepwise, but also to continuously change the combustion amount of the burner. Further, the present invention can be applied to a combustion apparatus configured to be able to change the fuel supply amount.

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、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６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７は、本実施例１の通常燃焼時制御における空気比制御を説明するタイムチャート図であり、図８は、本実施例１の異常燃焼時制御の動作を説明するフローチャート図であり、図９は、本実施例１のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図であり、図１０は、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。   Next, an embodiment in which the combustion apparatus of the present invention is applied to a steam boiler will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a longitudinal section of the steam boiler of the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a flow of exhaust gas through the catalyst in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an air ratio-NOx / CO characteristic of the first embodiment, and FIG. 5 is a burner and heat absorption characteristic of the first embodiment. 6 is a schematic diagram for explaining the characteristics of the catalyst, FIG. 6 is a diagram for explaining the output characteristics of the sensor of the first embodiment, and FIG. 7 shows the air ratio control in the normal combustion control of the first embodiment. FIG. 8 is a time chart for explaining the operation of the abnormal combustion control of the first embodiment, and FIG. 9 is a diagram for explaining the NOx and CO reduction characteristics of the first embodiment. FIG. 10 is a diagram for explaining the NOx / CO primary characteristics and secondary characteristics according to the present invention.

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触媒（以下、単に「触媒」と称する。）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。   First, the steam boiler according to the first embodiment will be described. The steam boiler includes a burner 1, a can body 3 including a heat transfer tube (water tube) group 2 as heat absorption means for absorbing heat generated from the burner 1, and oxygen and nitrogen after passing through the heat transfer tube group 2. A catalyst (hereinafter simply referred to as “catalyst”) 4 that allows gas containing oxides and carbon monoxide to pass through in contact with each other to oxidize carbon monoxide and reduce nitrogen oxides, and the above. A fuel supply means 5 for supplying gas fuel to the burner 1, a combustion air supply means 6 for supplying combustion air to the burner 1 and premixing the combustion air and fuel, and an oxygen concentration detected downstream of the catalyst 4. The main part includes a sensor 7 and a controller 8 as a boiler controller that inputs signals from the sensor 7 and the like to control the fuel supply means 5 and the combustion air supply means 6.

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。   The burner 1 is a complete premix burner having a flat combustion surface (a premixed gas ejection surface). This burner 1 has the same configuration as the burner described in Patent Document 1.

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，…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，…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。   The can body 3 includes an upper header 9 and a lower header 10, and a plurality of inner water tubes 11, 11,... Constituting the water tube group 2 are disposed between the headers. As shown in FIG. 2, a pair of water pipe walls 14, 14 are provided on both sides in the longitudinal direction of the can body 3 and connected by outer water pipes 12, 12,. A first gas passage 15 through which the gas from the burner 1 flows almost linearly is formed between the water pipe walls 14 and 14 and the upper header 9 and the lower header 10. The burner 1 is provided at one end of the first gas passage 15, and a second gas passage (smoke) 17 through which exhaust gas flows is connected to the exhaust gas outlet 16 at the other end. In the first embodiment, the burner 1 and the can 3 are known ones.

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。この第二ガス通路１７は、従来の一般的なものでは、複数に分割され、分割したものをフランジ接続して一体化する。しかしながら、この実施例１においては、異常燃焼時には、前記第二ガス通路１７を流れる排ガス中の濃度が高くなる虞があるので、溶接による一体構造のものとして、排ガスの洩れが生じない構造としている。   The second gas passage 17 includes a horizontal portion 18 and a vertical portion 19, and the catalyst 4 is attached to the horizontal portion 18. A feed water preheater 20 as an exhaust heat recovery device is mounted on the vertical portion 19 so as to be located downstream of the catalyst 4, and the sensor 7 is disposed between the catalyst 4 and the feed water preheater 20. ing. In the conventional general gas, the second gas passage 17 is divided into a plurality of parts, and the divided parts are integrated by flange connection. However, in the first embodiment, there is a possibility that the concentration in the exhaust gas flowing through the second gas passage 17 may be increased during abnormal combustion, so that the exhaust gas leakage does not occur as an integral structure by welding. .

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、特異基準所定濃度比（以下、特異基準濃度比という。）Ｋ０Ｘとなる（図５参照）。   The components from the burner 1 including the burner 1 and the front water pipe group 2 to the catalyst 4 (particularly, the main part of the burner 1 and the water pipe group 2) have the concentration ratio K in the gas on the primary side of the catalyst 4 It functions to adjust the predetermined concentration ratios K0 and K1. That is, the air ratio-NOx / CO characteristic shown in FIG. 4 is obtained when the air ratio adjusting means 28 described later adjusts the air ratio. The air ratio-NOx / CO characteristic is obtained by controlling the air ratio adjusting means 28 to change the air ratio and burning the primary side air ratio-NOx / CO characteristic of the catalyst 4 (hereinafter, referred to as "the air ratio-NOx / CO characteristic"). Called primary characteristics). The catalyst 4 has a secondary air ratio-NOx / CO characteristic (hereinafter referred to as a secondary characteristic) of the catalyst 4 obtained by bringing the gas having the primary characteristic into contact with the catalyst 4. doing. The primary characteristic is a characteristic due to components from the burner 1 to the catalyst 4, and the secondary characteristic is a concentration ratio characteristic due to the catalyst 4. The primary characteristic is that the NOx concentration and carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 are substantially zero when the set air ratio is adjusted to 1.0. At this time, the reference predetermined concentration ratio K0 in the primary gas of the catalyst 4 becomes a specific reference predetermined concentration ratio (hereinafter referred to as a specific reference concentration ratio) K0X (see FIG. 5).

図４は、図１３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。この空気比−ＮＯx・ＣＯ特性は、これまで研究されてこなかった低空気比領域の新規な特性である。   FIG. 4 is a schematic diagram in which the low air ratio region Z2 of FIG. 13 is extended. In FIG. 4, a first line (characteristic line) E indicates the CO concentration on the primary side of the catalyst 4, and a second line F similarly indicates the NOx concentration on the primary side. The third line J indicates the CO concentration on the secondary side of the catalyst 4. When the air ratio is 1.0 or more, the CO concentration becomes substantially zero, and the concentration rapidly increases as the air ratio becomes smaller than 1.0. It has an increasing characteristic. The fourth line U indicates the NOx concentration on the secondary side of the catalyst 4, and the NOx concentration becomes substantially zero in a predetermined region where the air ratio is 1.0 or less, and as the air ratio exceeds 1.0, It has a characteristic that the concentration increases substantially from zero and eventually becomes equal to the concentration on the primary side of the catalyst 4. A region where the secondary NOx concentration of the catalyst 4 is equal to or lower than the air ratio where the secondary side NOx concentration is equal to the primary side concentration is referred to as a NOx / CO reduction region. The lower limit of the NOx / CO reduction region can be an air ratio at which the CO concentration on the secondary side of the catalyst 4 is 300 ppm (Japanese CO emission standard). This air ratio-NOx / CO characteristic is a novel characteristic in a low air ratio region that has not been studied so far.

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、実験結果に基づい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。   The catalyst 4 has a function of oxidizing nitrogen monoxide (second reaction) as well as oxidizing carbon monoxide contained in the gas not containing hydrocarbons after passing through the water tube group 2 (second reaction). In Example 1, a catalyst in which the catalytically active substance is platinum is used. As described in the section of “Best Mode for Carrying Out the Invention”, when theoretically considered based on experimental results, the gas and the catalyst 4 satisfying the concentration ratio formula of the formula (3) are described. It is considered that the first reaction for mainly oxidizing carbon monoxide and the second reaction for reducing nitrogen oxides with carbon monoxide are caused by the contact with the catalytically active substance. Whether or not the reaction proceeds in the first reaction is determined depending on the oxygen concentration. In the catalyst 4, the first reaction is considered to be superior to the second reaction.

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。   The catalyst 4 will be described more specifically. This catalyst has a structure as shown in FIG. 3 and is formed as follows, for example. A large number of fine irregularities are formed on the surfaces of both the stainless steel flat plate 21 and the corrugated plate 22 as the base material, and a catalytically active material (not shown) is carried on the surfaces. Next, the flat plate 21 and the corrugated plate 22 having a predetermined width are superposed and then wound spirally to form a roll. The roll-shaped material is surrounded and fixed by the side plate 23. Platinum is used as the catalytically active material. FIG. 3 shows only a part of the flat plate 21 and the corrugated plate 22.

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℃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。   The catalyst 4 has oxidation activity in a low temperature region, and is disposed in the horizontal portion 18 in the middle of the second gas passage 17 at a position where the exhaust gas temperature is about 100 to 350 ° C. The catalyst 4 is detachably attached to the second gas passage 17 so that it can be replaced when the performance deteriorates.

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燃料調整弁２５とを含んで構成されている。前記燃料調整弁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。この燃料調整弁２５は、単一の弁で構成しても、また互いに並列接続される複数の弁にて構成することができる。この実施例１では、後者の低燃弁と高燃弁（いずれも図示省略）とを並列接続したものとしている。   The fuel supply means 5 includes a gas fuel supply pipe 24 and a fuel adjustment valve 25 for adjusting the fuel flow rate provided in the gas fuel supply pipe 24. The fuel adjustment valve 25 has a function of controlling the fuel supply amount to a high combustion flow rate and a low combustion flow rate. The fuel adjustment valve 25 can be composed of a single valve or a plurality of valves connected in parallel to each other. In the first embodiment, the latter low fuel valve and high fuel valve (both not shown) are connected in parallel.

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。   The combustion air supply means 6 adjusts the amount of combustion air flowing through the air supply passage 27 and the air supply passage 27 for supplying combustion air from the air blower 26 to the burner 1. An air ratio adjusting means 28 for adjusting the air ratio is included. The gas fuel supply pipe 24 is connected to the supply passage 27 so as to eject the fuel gas.

前記空気比調整手段２８は、前記バーナ１へ燃焼空気を送風する前記送風機２６と、この送風機２６を駆動するモータ２９と、このモータ２９の回転数を制御するインバータ３０と、このインバータ３０を制御する前記制御手段８とを含んで構成されている。また、この空気比調整手段２８は、燃焼空気量を補助的に制御するためのダンパ３１を備えている。   The air ratio adjusting means 28 controls the inverter 26 for controlling the rotational speed of the blower 26, a motor 29 for driving the blower 26, a motor 29 for driving the blower 26, and the air blower 26. And the control means 8 to be configured. The air ratio adjusting means 28 is provided with a damper 31 for assisting in controlling the amount of combustion air.

前記制御器８は、予め記憶した空気比制御プログラムに基づき、前記バーナ１の空気比を制御する。この空気比制御プログラムは、図７に示すような通常燃焼時制御と図８に示すような異常燃焼時制御を行う。前記通常燃焼時制御は、前記センサ７から信号に基づき、フィードバック制御により前記低減時空気比とするように前記インバータ３０を制御することで前記濃度比Ｋを基準所定濃度比Ｋ０とする低減時制御と、前記フィードバック制御を行わず、前記低減時空気比より高い定格時空気比とするように前記インバータを制御する定格時制御とを選択可能とするように構成されている。   The controller 8 controls the air ratio of the burner 1 based on a prestored air ratio control program. The air ratio control program performs normal combustion control as shown in FIG. 7 and abnormal combustion control as shown in FIG. The normal combustion time control is based on the signal from the sensor 7 and controls the inverter 30 so that the reduced air ratio is obtained by feedback control, thereby reducing the concentration ratio K to a reference predetermined concentration ratio K0. In addition, the feedback control is not performed, and the rated time control for controlling the inverter so as to have a higher rated air ratio than the reduced air ratio can be selected.

また、異常燃焼時制御は、前記センサ７の出力が設定値（判定基準下限値）ＯＬ以下のとき、前記バーナ１が前記低減時空気比にて燃焼するＮＯx低減燃焼かどうかを判定し、ＮＯx低減燃焼の場合は、前記低減時空気比より高い定格時空気比として前記バーナ１を燃焼させるとともに燃焼異常を報知し、ＮＯx低減燃焼でない場合は、前記バーナ１の燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知するように構成されている。本実施例１の前記低減時空気比は、１．０とし、前記定格時空気比は、好ましくは、１．２７（排ガスＯ2：４．５％）としている。 In the abnormal combustion control, when the output of the sensor 7 is equal to or less than a set value (determination reference lower limit value) OL, it is determined whether or not the burner 1 is NOx reduction combustion that burns at the reduced air ratio. In the case of reduced combustion, the burner 1 is combusted with a rated air ratio higher than the reduced air ratio and a combustion abnormality is notified, and when it is not NOx reduced combustion, combustion of the burner 1 is stopped and a combustion abnormality is reported. It is comprised so that it may alert | report. In the first embodiment, the reduced air ratio is 1.0, and the rated air ratio is preferably 1.27 (exhaust gas O 2 : 4.5%).

前記燃焼異常の報知は、前記制御器８に付設の報知器３２にて行われるように構成されている。前記異常燃焼の報知信号は、前記制御器８以外の管理装置（図示省略）やボイラの所有者の保守管理者の携帯電話などの端末や保守管理業者のメンテナンス員の端末に送信して警報と点検指示とを行うように構成することができる。   The notification of the combustion abnormality is configured to be performed by a notification device 32 attached to the controller 8. The abnormal combustion notification signal is transmitted to a management device other than the controller 8 (not shown), a terminal of a maintenance manager of the boiler owner, a terminal of a maintenance manager of a maintenance manager, and an alarm. It can be configured to provide inspection instructions.

また、低減時制御は、前記触媒４の一次側の前記ガスの濃度比Ｋが次式（３）を満たす制御である。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ2］）／［ＣＯ］≦２．０ …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ2］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、［Ｏ2］＞０の条件を満たす。）
この低減時制御を図４および図７に基づき以下に説明する。 The reduction control is control in which the gas concentration ratio K on the primary side of the catalyst 4 satisfies the following expression (3).
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] ≦ 2.0 (3)
(In Formula (3), [CO], [NOx], and [O 2 ] indicate the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration, and oxygen concentration, respectively, and satisfy the condition of [O 2 ]> 0.)
This reduction control will be described below with reference to FIGS.

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二次特性とに基づいて表現したものであるが、図５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。   The air ratio-NOx / CO characteristics in FIG. 4 are expressed based on the primary characteristics and the secondary characteristics of the components including the burner 1 and the water pipe group 2, and FIG. This is expressed based on the primary characteristics of the constituent elements and the characteristics of the catalyst 4 with respect to the oxygen concentration on the primary side of the catalyst 4.

前記触媒４の特性は、図５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］＝０，二次側［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） As shown in FIG. 5, the characteristic of the catalyst 4 is that the fifth line L (secondary side [NOx] = 0, secondary side [CO] = 0 line with respect to the reference predetermined concentration ratio K0 on the primary side of the catalyst 4). ) Represents its characteristics. In the fifth line L, when the concentration ratio K on the primary side of the catalyst 4 is positioned (placed) on that line, the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 are substantially increased. The line is zero, that is, the line satisfies the reference predetermined density ratio K0. The fifth line L corresponds to the case where the predetermined concentration ratio of the formula (3) is 1. That is, the fifth line L is a line representing the following expression (3A).
[NOx] +2 [O 2 ] = [CO] (3A)

ここで、［ＮＯｘ］は、図８に示すように［ＣＯ］の１／３０〜１／５０程度であるので、図５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、前記所定濃度比の値が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（３）を満たすラインとすることができる。   Here, since [NOx] is about 1/30 to 1/50 of [CO] as shown in FIG. 8, in FIG. 5, the NOx concentration characteristic with respect to the oxygen concentration is omitted, and the equation (3A) [NOx] is ignored. In the fifth line L, when the primary oxygen concentration is X1, the primary carbon monoxide concentration Y1 is Y1 = 2X1 + [NOx]. The reference predetermined concentration that makes the nitrogen oxide concentration and carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 substantially zero within the range of the predetermined concentration ratio value exceeding 2.0 exceeding 1.0. Since it has been confirmed that the ratio K0 can be obtained, the fifth line L is not limited to the illustrated line L, and can be a line that satisfies the equation (3).

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、前記調整０に相当する。   And the reference predetermined concentration ratio K0 of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide at the intersection of the sixth line M representing the primary characteristic curve of the burner 1 and the water tube group 2 and the fifth line L is the unique The reference concentration ratio is K0X. The catalyst 4 has a characteristic that the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 are substantially zero when the concentration ratio K on the primary side is the specific reference concentration ratio K0X. Have. The adjustment to the reference density ratio K0X corresponds to the adjustment 0.

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。   The catalyst 4 has a concentration corresponding to the difference between the primary oxygen concentration and the reference oxygen concentration on the secondary side of the catalyst 4 when the primary oxygen concentration is set higher than the reference oxygen concentration SK corresponding to the specific reference concentration ratio K0X. Is detected, the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 is made substantially zero, and the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 is reduced by the reduction reaction. It has the characteristic to reduce more. A region in which oxygen is detected on the secondary side of the catalyst 4 and the concentration is lower than the nitrogen oxide concentration on the primary side is referred to as a secondary NOx leakage region R1. In the secondary NOx leakage region R1, the air ratio of the burner 1 exceeds 1.0.

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、前記調整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。 Further, when the primary oxygen concentration is made lower than the reference oxygen concentration SK, carbon monoxide having a concentration corresponding to the difference between the primary oxygen concentration and the reference oxygen concentration SK is detected on the secondary side of the catalyst 4, and the predetermined oxygen concentration is determined. In this range, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 is substantially zero. A region where carbon monoxide is detected on the secondary side of the catalyst 4 and the nitrogen oxide concentration is substantially zero is referred to as a secondary CO leakage region R2. This secondary side CO leakage region R2 is a region for realizing the adjustment 1, and the air ratio of the burner 1 is less than 1.0. Even when the air ratio of the burner 1 is set to be less than 1.0, it is set in a range including oxygen on the primary side of the catalyst 4 without containing hydrocarbons.

こうした図５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４，５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、前記低減時制御が実現される。   The characteristics of the catalyst 4 shown in FIG. 5 are consistent with the air ratio-NOx / CO characteristics shown in FIG. As apparent from FIGS. 4 and 5, the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 is detected, and the air concentration is adjusted so that the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration becomes zero. When the ratio adjusting means 28 is controlled, the concentration ratio K on the primary side of the catalyst 4 is controlled to the specific reference concentration ratio K0X, and the nitrogen oxide concentration and carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 are substantially reduced. Can be controlled to zero. Thus, the reduction control is realized.

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６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６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。   As the sensor 7, a zirconia air-fuel ratio sensor having a good response response with a resolution of exhaust oxygen concentration of 50 ppm and a response time of 2 seconds or less is used. As shown in FIG. 6, the output characteristic of the sensor 7 is an output related to the oxygen concentration on the positive side and an output related to the carbon monoxide concentration on the negative side. That is, the air ratio m is calculated from the measured oxygen concentration (oxygen excess region), carbon monoxide concentration, etc. (fuel excess region), and a current or voltage output corresponding to the air ratio m is obtained. In FIG. 6, Q1 indicates an oxygen concentration detection zone, and Q2 indicates a carbon monoxide concentration detection zone.

そして、前記空気比制御プログラムは、前記低減時制御においては、前記センサ７の出力信号に基づき、前記バーナ１の空気比ｍが前記低減時空気比（基準設定空気比）ｍ０になるように、前記インバータ３０をフィードバック制御するものである。また、前記定格時制御においては、前記空気比ｍが前記定格時空気比となるように制御するように構成されている。   The air ratio control program is configured so that, in the reduction control, the air ratio m of the burner 1 becomes the reduction air ratio (reference air ratio) m0 based on the output signal of the sensor 7. The inverter 30 is feedback-controlled. In the rated time control, the air ratio m is controlled to be the rated air ratio.

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、低空気比にて行われる。   Next, the operation of the steam boiler having the above configuration will be described. First, regarding the schematic operation of the steam boiler, the combustion air (outside air) supplied from the blower 26 is premixed in the supply air passage 27 with the fuel gas supplied from the gas fuel supply pipe 24. The premixed gas is ejected from the burner 1 toward the first gas passage 15 in the can body 3. The premixed gas is ignited by an ignition means (not shown) and burns. This combustion takes place at a low air ratio.

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。   The gas generated by the combustion is cooled by crossing with the upstream water tube group 2 and then is heat-exchanged with the downstream water tube group 2 to become a gas of about 100 to 350 ° C. This gas does not contain hydrocarbons, contains oxygen, nitrogen oxides and carbon monoxide, and is treated with the catalyst 4 so that the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration are substantially zero, and then, as exhaust gas. The gas is discharged from the second gas passage 17 into the atmosphere.

（通常燃焼時制御）
つぎに、前記空気比調整手段２８による通常燃焼時制御における空気比制御を図７に基づき説明する。図７は、後記「メイントライ」制御段階（以下、ステージという。）より後のステージを図示している。本実施例１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開度の大きいＨ、開度の小さいＬとに切り換えられる。 (Normal combustion control)
Next, the air ratio control in the normal combustion time control by the air ratio adjusting means 28 will be described with reference to FIG. FIG. 7 illustrates a stage after a “main trie” control stage (hereinafter referred to as a stage) described later. The boiler according to the first embodiment operates by switching between high combustion and low combustion. For this purpose, the damper 29 is switched between H with a large opening and L with a small opening by selecting either a high combustion air flow position or a low combustion air flow position.

まず、「プレパージ」ステージでは、前記モータ２９がＯＮ，前記インバータ３０からの出力周波数が前記定格時空気比対応の周波数とされ、フィードバック制御がＯＦＦされ、前記ダンパがＨとされ、周知のプレパージが行われる。   First, in the “pre-purge” stage, the motor 29 is turned on, the output frequency from the inverter 30 is set to the frequency corresponding to the rated air ratio, the feedback control is turned off, the damper is set to H, and the known pre-purge is performed. Done.

ついで、「プレイグニッション」ステージでは、前記ダンパ３１をＬとして、点火トランス（図示省略）が駆動される。その後、パイロット弁（図示省略）をＯＮし、前記パイロット弁に点火する。着火が完了すると、点火トランスの作動を停止し、「パイロットオンリ」ステージへ移行する。その後、前記バーナ１の燃焼要求があると、前記低燃弁を開き、「メイントライ」ステージを行う。   Next, at the “pre-ignition” stage, the damper 31 is set to L and an ignition transformer (not shown) is driven. Thereafter, a pilot valve (not shown) is turned on to ignite the pilot valve. When ignition is completed, the operation of the ignition transformer is stopped and the process proceeds to the “pilot only” stage. Thereafter, when there is a combustion request for the burner 1, the low fuel valve is opened and a "main try" stage is performed.

このように「プレパージ」から「メイントライ」の間は、前記定格時制御が行われるので、従来と同様な、燃焼制御が支障無く行われる。   As described above, since the control at the rated time is performed between “pre-purge” and “main trie”, the combustion control similar to the conventional one is performed without any trouble.

図７を参照して、前記「メイントライ」終了後、「低燃焼」ステージに入ると、このステージ開始から前記触媒４の温度が約１５０℃以上となるまでの間Ｔ１（Ｔ１は温度検出により制御するか、時間計測により制御することができる）は、前記定格時制御が継続され、その後、前記制御器８は、前記低減時制御へ切り換える。この低減時制御は、前記センサ７からの信号を受けてのフィードバック制御により行われる。すなわち、前記制御器８は、前記低減時空気比ｍ０を保持するように前記インバータ３０へ信号を出力する。その出力信号は、前記センサ７の信号が図６のように変化するので、この信号を受けて、前記制御器８は、空気比ｍが、ｍ０に集束するように、フィードバック制御により、前記インバータ３０へ信号を出力する。このフィードバック制御による前記低減時制御により、外気温の変動などによる空気比の変動を最小限に抑えることができる。その結果、一酸化炭素の発生により、前記触媒４の処理能力を超えることが抑制され、一酸化炭素や窒素酸化物がボイラ外へ漏れることが抑制され、安定した有害物質低減効果が保証される。特に、この実施例１では、空気比１を１．０に設定しているので、僅かの空気比の変動でも多量の一酸化炭素の生成を生ずる虞があるので、この低減時制御は、効果が大きい。   Referring to FIG. 7, after entering the “low combustion” stage after completion of the “main trie”, T1 (T1 is detected by temperature detection) from the start of this stage until the temperature of the catalyst 4 reaches about 150 ° C. or more. The control at the rated time is continued, and then the controller 8 switches to the control at the time of reduction. This reduction control is performed by feedback control in response to a signal from the sensor 7. That is, the controller 8 outputs a signal to the inverter 30 so as to maintain the reduced air ratio m0. Since the output signal of the sensor 7 changes as shown in FIG. 6, the controller 8 receives the signal, and the controller 8 performs feedback control so that the air ratio m converges to m0. A signal is output to 30. By the control at the time of reduction by this feedback control, fluctuations in the air ratio due to fluctuations in the outside air temperature can be minimized. As a result, the generation of carbon monoxide prevents the catalyst 4 from exceeding its processing capacity, and carbon monoxide and nitrogen oxides are prevented from leaking out of the boiler, thus ensuring a stable harmful substance reduction effect. . In particular, in the first embodiment, since the air ratio 1 is set to 1.0, there is a possibility that a large amount of carbon monoxide is generated even if the air ratio is slightly changed. Is big.

つぎに、高燃焼の要求を受けると、「高燃焼」ステージの制御を行う。前記制御器８は、まず、前記フィードバック制御をＯＦＦとして、前記インバータ３０の出力周波数が前記低減時空気比ｍ０から定格時制御の空気比へ変更するように指令を発する。その結果、前記インバータ３０からは、前記トリップが生じないように、図７に示すように徐々に上昇する周波数が出力される。定格時空気比に対応する周波数となり、前記「高燃焼」ステージ開始から所定時間Ｔ２が経過すると、まず、前記高燃弁を開き、所定時間遅れ，すなわち「高燃焼」ステージ開始から所定時間Ｔ３が経過すると、前記ダンパ２９をＨとする。そして、「高燃焼」ステージ開始から所定時間Ｔ４、前記定格時制御による高燃保持を行った後に、前記低減時制御へ切り換える。   Next, when a request for high combustion is received, the "high combustion" stage is controlled. First, the controller 8 issues a command to turn off the feedback control and change the output frequency of the inverter 30 from the reduced air ratio m0 to the rated air ratio. As a result, the inverter 30 outputs a gradually increasing frequency as shown in FIG. 7 so that the trip does not occur. When a predetermined time T2 has elapsed from the start of the "high combustion" stage and the frequency corresponds to the rated air ratio, first, the high combustion valve is opened, and a predetermined time is delayed, that is, the predetermined time T3 from the start of the "high combustion" stage. When the time has elapsed, the damper 29 is set to H. Then, after the “high combustion” stage is started, the high fuel holding by the control at the rated time is performed for a predetermined time T4, and then the control at the reduction time is switched.

再び、低燃焼の要求を受けると、前記制御器８は、「低燃焼」ステージの制御を行う。前記フィードバック制御をＯＦＦとして、前記インバータ３０の出力周波数が前記低減時空気比ｍ０から定格時制御の空気比へ変更するように指令を発する。その結果、前記インバータ３０からは、図７に示すように徐々に上昇する周波数が出力される。定格時空気比に対応する周波数となり、前記「低燃焼」ステージ開始から所定時間Ｔ６が経過すると、まず、前記ダンパ２９をＨとし、所定時間遅れ，すなわち「低燃焼」ステージ開始から所定時間Ｔ５が経過すると、前記高燃弁を閉じる。そして、「低燃焼」ステージ開始から所定時間Ｔ７、前記変動時制御による低燃保持を行った後に、前記フィードバック制御をＯＮとする前記低減時制御へ切り換える。   When the low combustion request is received again, the controller 8 controls the “low combustion” stage. The feedback control is turned off, and a command is issued so that the output frequency of the inverter 30 is changed from the reduced air ratio m0 to the rated control air ratio. As a result, the inverter 30 outputs a gradually increasing frequency as shown in FIG. When the predetermined time T6 has elapsed from the start of the “low combustion” stage and the frequency corresponds to the rated air ratio, first, the damper 29 is set to H, and the predetermined time T5 from the start of the “low combustion” stage is delayed by a predetermined time. When the time has elapsed, the high combustion valve is closed. Then, after the low fuel holding by the fluctuation control is performed for a predetermined time T7 from the start of the “low combustion” stage, the control is switched to the reduction time control in which the feedback control is turned on.

以上のインバータ３０による空気比の制御において、一般的にはインバータ制御は、ダンパと比較して応答性が悪いと考えられている。その理由は、スリップが生ずるような操作量が大きい場合、出力周波数の増減勾配を小さくするためである。しかしながら、本願発明のように、空気比１．０近傍で操作量が少ない制御においては、増減勾配を小さくする必要がないので、ダンパと比較して応答性に差はない。   In the air ratio control by the inverter 30 described above, it is generally considered that the inverter control is less responsive than the damper. The reason for this is to reduce the increase / decrease gradient of the output frequency when the operation amount causing slipping is large. However, in the control in which the operation amount is small in the vicinity of the air ratio of 1.0 as in the present invention, there is no difference in responsiveness compared to the damper because there is no need to reduce the increase / decrease gradient.

ここで、前記低減時制御による有害物質低減効果について説明する。
（実験例１）
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１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１の二次側（前記触媒１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１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、約３０２℃，約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。 Here, the harmful substance reduction effect by the reduction control will be described.
(Experimental example 1)
The catalyst is burned with a premix burner 1 having a combustion amount of 45.2 m 3 N / h in a can 3 having an evaporation amount of 800 kg per unit time (model manufactured by Applicant: SQ-800). An experimental result in the case of a catalyst having a volume of 10 L and an inner diameter of 360 mm carrying Pt at a rate of 2.0 g / L as an active substance will be described. When the reference air ratio m0 is 1, the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration on the primary side of the catalyst 1 (before passing through the catalyst 4) are 2295 ppm, 94 ppm as average values for 10 minutes, respectively. The concentration was adjusted to 1655 ppm, and the respective concentrations on the secondary side of the catalyst 1 (after passing through the catalyst 1) were less than 13 ppm, 0.3 ppm, and 100 ppm on average for 10 minutes. Here, the oxygen concentration of 100 ppm on the secondary side of the catalyst 1 is the measurement limit of the oxygen concentration. The gas temperatures before and after the catalyst 4 were about 302 ° C. and about 327 ° C., respectively. In the present Experimental Example 1 and the following Experimental Examples 2 and 3, the catalyst 4 is disposed slightly upstream of the feed water preheater 20, and measuring devices are disposed before and after the catalyst 4. The temperature of the gas was measured using PG-250 manufactured by Horiba, Ltd., and each concentration before passing was measured using COPA-2000 manufactured by Horiba, Ltd. Of course, even if the catalyst 4 is disposed at the position shown in FIG.

（実験例２）
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９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。 (Experimental example 2)
When the same burner 1 and can body 3 as in Experimental Example 1 are used, the combustion amount is the same as in Experimental Example 1, and a catalyst having a volume of 10 L and an inner diameter of 360 mm carrying Pd at a rate of 2.0 g / L as the catalytic active FIG. 9 shows values of the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration, and oxygen concentration at each concentration ratio K. Here, since the oxygen concentration after passing through the catalyst was measured using the same oxygen concentration sensor as in Experimental Example 1, even if the value was actually 100 ppm or less, it was indicated as 100 ppm. The gas temperatures before and after the catalyst 4 were about 323 ° C. to 325 ° C. and about 344 ° C. to 346 ° C., respectively.

つぎに、この発明の特徴とする異常燃焼時制御を図８に基づき説明する。図８を参照して、処理ステップＳ１（以下、処理ステップＳＮは、単にＳＮと称する。）において、前記センサ７の出力値が前記判定基準下限値ＯＬ以下かどうかを判定する。Ｓ１でＹＥＳが判定されると、処理がＳ２へ移行して、低減時燃焼（ＮＯx低減燃焼）かどうかを判定する。   Next, the abnormal combustion control characteristic of the present invention will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 8, in process step S1 (hereinafter, process step SN is simply referred to as SN), it is determined whether or not the output value of the sensor 7 is equal to or less than the determination reference lower limit value OL. If YES is determined in S <b> 1, the process proceeds to S <b> 2 and it is determined whether or not combustion at the time of reduction (NOx reduction combustion).

Ｓ２において、ＹＥＳが判定されると、Ｓ４へ移行して、前記定格時空気比による定格時燃焼で燃焼を継続する。その結果、前記バーナ１は、高空気比で燃焼するので、前記バーナ１からのガス中に含まれるＣＯ量が例えば数十ppm以下のレベルに減少し、前記触媒４内にて消費される。このＳ４の処理を行わない場合は、前記バーナ１の爆発燃焼などの不安定燃焼を生ずるとともに、前記バーナ１から多量のＣＯが排出される。このＣＯは、前記触媒４にて一部処理されるのみで、多量のＣＯが大気中に排出されることとなり、前記第二ガス通路１７から大気中に排出されることになる。しかしながら、この実施例１によれば、このような危険な状態を回避し、しかもボイラを停止することなく、燃焼を継続できるので、ボイラを停止することによる経済的損失を被ることがなくなる。前記Ｓ４においては、異常燃焼の警報が、前記報知器３２にて報知されるので、ボイラの所有者の管理者やメンテナンス業者による点検を行うことにより、異常を解消することができる。   If YES is determined in S <b> 2, the process proceeds to S <b> 4, and combustion is continued with rated-time combustion based on the rated-time air ratio. As a result, since the burner 1 burns at a high air ratio, the amount of CO contained in the gas from the burner 1 is reduced to a level of, for example, several tens of ppm or less, and is consumed in the catalyst 4. When the process of S4 is not performed, unstable combustion such as explosion combustion of the burner 1 occurs, and a large amount of CO is discharged from the burner 1. The CO is only partially treated by the catalyst 4, and a large amount of CO is discharged into the atmosphere, and is discharged from the second gas passage 17 into the atmosphere. However, according to the first embodiment, such a dangerous state can be avoided, and combustion can be continued without stopping the boiler. Therefore, there is no economic loss caused by stopping the boiler. In S4, since the alarm for abnormal combustion is notified by the notification device 32, the abnormality can be eliminated by performing inspection by the manager of the boiler owner or a maintenance contractor.

Ｓ２にて、ＮＯが判定されると、Ｓ３へ移行して、前記バーナ１の燃焼を停止するとともに、前記報知器３２にて異常燃焼の警報を行う。このＳ２にてＮＯが判定される場合は、前記バーナ１の空気比を前記定格時空気比としているので、前記センサ７の出力値が前記判定基準下限値ＯＬ以下となることはあり得ないので、直ちに前記バーナ１の燃焼を停止し、安全確保を優先し、直ちに異常燃焼の対策を行う。   If NO is determined in S2, the routine proceeds to S3, where the combustion of the burner 1 is stopped and an alarm for abnormal combustion is given by the alarm device 32. If NO is determined in S2, the air ratio of the burner 1 is set to the rated air ratio, so the output value of the sensor 7 cannot be less than the determination reference lower limit value OL. Immediately stop the combustion of the burner 1, give priority to ensuring safety, and immediately take measures against abnormal combustion.

前記Ｓ４の処理にものかかわらず、Ｓ１にてＹＥＳが判定される場合は、Ｓ２へ移行して、ここで、ＮＯが判定され、Ｓ３へ移行して、前記バーナ１の燃焼を停止して、安全確保を行う。   Regardless of the process of S4, if YES is determined in S1, the process proceeds to S2, where NO is determined, the process proceeds to S3, and combustion of the burner 1 is stopped. Ensure safety.

以上のように、この実施例１の空気比制御によれば、前記センサ７の検出値が前記判定基準下限値ＯＬ以下となると、前記制御器８は、低減時燃焼のステージかどうかを判定し、低減時燃焼と判定すると、前記バーナ１の空気比を前記低減時空気比よりも高い定格時空気比に調整して燃焼を継続するとともに前記報知器３２により燃焼異常を報知する。その結果、前記バーナ１の燃焼を継続しながら、前記報知に基づき、ボイラを停止して保守管理が可能なときに異常原因を調べて、異常を復旧することができる。また、低減時燃焼でない場合は、異常な燃焼として、前記バーナ１の燃焼を停止して、安全確保を優先するとともに、燃焼異常を報知するので、異常の対応を速やかに行うことができる。   As described above, according to the air ratio control of the first embodiment, when the detection value of the sensor 7 becomes equal to or less than the determination reference lower limit value OL, the controller 8 determines whether or not the reduction combustion stage. If it is determined that the combustion at the time of reduction is performed, the air ratio of the burner 1 is adjusted to a higher rated air ratio than the air ratio at the time of reduction to continue combustion, and the alarm 32 notifies the combustion abnormality. As a result, while the combustion of the burner 1 is continued, the cause of the abnormality can be investigated and the abnormality can be recovered based on the notification when the boiler is stopped and maintenance management is possible. Further, when the combustion is not reduced, the combustion of the burner 1 is stopped as abnormal combustion to give priority to ensuring safety, and the abnormality of combustion is notified, so that the abnormality can be dealt with promptly.

また、この実施例１によれば、燃焼量変更時は、前記定格時制御により不安定な燃焼による不都合を回避できるとともに、定常燃焼時は、前記低減時制御により、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（３）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。なお、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ことができる。   Further, according to the first embodiment, when the combustion amount is changed, inconvenience due to unstable combustion can be avoided by the rated time control, and at the time of steady combustion, the air ratio of the burner 1 is set by the reduction time control. A low air ratio close to 1.0 is controlled, and the concentration ratio change width of the gas on the primary side of the catalyst 4 is controlled to be small, so that the formula (3) can be satisfied stably. As a result, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 can be made substantially zero, and the carbon monoxide concentration can be reduced by almost zero. If the set air ratio m0 is less than 1.0, the nitrogen oxide concentration on the secondary side can be made substantially zero, and the carbon monoxide concentration can be reduced to a predetermined value or less in the practical range.

また、前記実施例１によれば、前記空気比調整手段２８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。   Further, according to the first embodiment, the air ratio adjusting means 28 controls the air ratio to 1.0, so that the concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide on the primary side of the catalyst 4 is increased. The specific reference concentration ratio K0X can be controlled (the adjustment is 0), and the exhaust NOx concentration and the exhaust CO concentration can be reduced to substantially zero. Therefore, compared with the NOx reduction technology by water / steam addition and the NOx reduction technology by introduction of a denitration agent, low NOx and low CO can be realized with a simple configuration using the air ratio adjusting means and the catalyst.

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。   Further, since the air ratio is substantially 1.0, energy saving operation can be performed. By the way, comparing the operation of an ordinary boiler with an oxygen concentration of 4% (air ratio about 1.235) and an operation with an oxygen concentration of 0% (air ratio of about 1.0), the boiler efficiency is increased by about 1 to 2%. Can be achieved. In recent years when countermeasures against global warming have been screamed, the achievement of increased boiler efficiency has great industrial value.

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。   Further, since the sensor 7 is provided on the secondary side of the catalyst 4 to control the air ratio, the control is stabilized as compared with the control by providing a sensor on the primary side of the catalyst 4. Can do. In addition, since the air ratio is controlled with a resolution of oxygen concentration of 100 ppm or less, the air ratio control in a region where the amount of CO is large and the CO increase rate in the air ratio-CO characteristic is high is responsive and stable. be able to.

この発明の他の実施例２を図１０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だけで、その他は、前記実施例１と同様であるので、説明を省略する。   Another embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. In Example 2, the sensor 7 for detecting the oxygen concentration is provided not on the secondary side of the catalyst 4 but on the primary side. The sensor 7 is only a sensor that detects only the oxygen concentration, and the rest is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

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Ｏ2を０％＜Ｏ2≦１．００％の値に制御すると、前記式（３）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１．０にすることが可能であることが分かっている。 In Example 2, the sensor 7 detects the primary side oxygen concentration of the catalyst 4 so that the reference set air ratio m0 is 1 (the secondary side oxygen concentration of the catalyst 4 is zero). The air ratio is indirectly controlled. Based on various experimental results, when the oxygen concentration O 2 on the primary side of the catalyst 4 is controlled to a value of 0% <O 2 ≦ 1.00%, the above equation (3) is satisfied and the secondary of the catalyst 4 It has been found that the oxygen concentration on the side can be made substantially zero, that is, the air ratio can be made nearly 1.0.

この実施例３は、前記設定空気比を、図１１に示すように、前記二次特性におけるＮＯx濃度が実質的に零を越え、前記一次特性におけるＮＯx濃度より低くなる値に設定した例である。この値は、前記設定空気比が、実質的に１．０を越える前記二次特性の二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１の空気比である。この実施例３における濃度比Ｋの調整は、前記調整２である。   Example 3 is an example in which the set air ratio is set to a value at which the NOx concentration in the secondary characteristic substantially exceeds zero and lower than the NOx concentration in the primary characteristic, as shown in FIG. . This value is the air ratio of the secondary side NOx leakage region R1 of the secondary characteristic where the set air ratio substantially exceeds 1.0. The adjustment of the density ratio K in Example 3 is the adjustment 2.

この実施例３における制御範囲の中心（目標空気比）、たとえば空気比１．００５（Ｏ2濃度：約１０００ppm）とした場合である。これを図７にて説明すると、前記触媒４一次側の酸素濃度が前記基準酸素濃度ＳＫよりも高い前記二次側ＮＯx漏れ領域（前記調整２を実現する領域）Ｒ１にて空気比制御を行うことになる。 This is a case where the center of the control range (target air ratio) in the third embodiment, for example, an air ratio of 1.005 (O 2 concentration: about 1000 ppm) is used. This will be described with reference to FIG. 7. The air ratio control is performed in the secondary NOx leakage region (region where the adjustment 2 is realized) R1 in which the oxygen concentration on the primary side of the catalyst 4 is higher than the reference oxygen concentration SK. It will be.

つぎにこの発明の実施例４を図１２に基づき説明する。この実施例４は、前記空気比制御手段２８を、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３１と、このダンパ３１の開度位置を調整するためのダンパ位置調整装置３３と、このダンパ位置調整装置３３の作動を制御する前記制御器８とを含んで構成している点で前記実施例１と異なる。すなわち、この実施例４では、空気比の調整，すなわち燃焼用空気量の割合を前記ダンパ３１の開度を調整することにより行うものである。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。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the air ratio control means 28 adjusts the damper 31 as a flow rate adjusting means for adjusting the opening degree (flow passage sectional area) of the air supply passage 27 and the opening position of the damper 31. The second embodiment is different from the first embodiment in that it includes a damper position adjusting device 33 for controlling the damper position adjusting device 33 and the controller 8 that controls the operation of the damper position adjusting device 33. That is, in the fourth embodiment, the air ratio is adjusted, that is, the ratio of the combustion air amount is adjusted by adjusting the opening degree of the damper 31. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.

この発明は、前記実施例１〜４に限定されるものではない。たとえば、図４および図１１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、炭化水素を生成しない範囲で、空気比１．０より低い値とすることができる。   The present invention is not limited to the first to fourth embodiments. For example, the air ratio-NOx / CO characteristics shown in FIG. 4 and FIG. 11 have different curves and concentration values depending on the structure of the burner 1 and the can 3 of the combustion apparatus, so that different characteristics can be used. . In the first and second embodiments, the set air ratio is set to 1.0 or more. However, the air ratio can be set to a value lower than 1.0 within a range in which the combustibility is not impaired and hydrocarbons are not generated.

また、前記インバータ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と別に前記インバータ３０用の別の制御器（図示省略）を設け、この制御器８と前記センサ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。   In addition, the inverter 30 is controlled by a single controller (controller for boiler control) 8, but another controller (not shown) for the inverter 30 is provided separately from the controller 8. The controller 8, the sensor 7, and the controller 8 can be connected to perform air ratio control.

本実施例１の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。It is explanatory drawing of the longitudinal cross-section of the steam boiler of the present Example 1. FIG. 図１のII−II線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the II-II line of FIG. 図２の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。It is a figure which shows the principal part structure which looked at the catalyst of FIG. 2 from the flow direction of waste gas. 本実施例１の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を示す図である。It is a figure which shows the air ratio -NOx * CO characteristic of the present Example 1. FIG. 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。It is a schematic diagram explaining the characteristic of the burner of this Example 1, an endothermic means, and the characteristic of a catalyst. 本実施例１のセンサの出力特性を説明する図である。It is a figure explaining the output characteristic of the sensor of the present Example 1. 本実施例１の空気比制御による燃焼制御を説明する図である。It is a figure explaining the combustion control by the air ratio control of the first embodiment. 本実施例１の異常燃焼時制御を説明するフローチャート図である。It is a flowchart figure explaining the control at the time of abnormal combustion of the present Example 1. 本実施例１のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図である。It is a figure explaining the NOx and CO reduction characteristic of the present Example 1. 本実施例２の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。It is explanatory drawing of the longitudinal cross-section of the steam boiler of the present Example 2. 本実施例３のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図である。It is a figure explaining the NOx and CO reduction characteristic of the present Example 3. 本実施例４の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。It is explanatory drawing of the longitudinal cross-section of the steam boiler of the present Example 4. 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。It is a figure explaining the NOx * CO primary characteristic and secondary characteristic by this invention.

１ バーナ
４ 触媒
７ センサ
８ 制御器
２５ 燃料調整弁
２８ 空気比調整手段
２９ モータ
３０ インバータ
３２ 報知器 1 Burner 4 Catalyst 7 Sensor 8 Controller 25 Fuel Adjustment Valve 28 Air Ratio Adjustment Means 29 Motor 30 Inverter 32 Alarm

Claims (1)

炭化水素含有の燃料を燃焼させて、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バーナと、
前記バーナの空気比を調整する空気比調整手段と、
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、
前記バーナの空気比を検出するセンサとを備え、
前記バーナは、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または所定値以下とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする特性を有し、
前記空気比調整手段は、前記センサの出力が設定値以下のとき、前記バーナの燃焼を停止するとともに燃焼異常を報知することを特徴とする燃焼装置。
A burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas with oxygen and reducing nitrogen oxide with carbon monoxide;
A sensor for detecting the air ratio of the burner,
The burner has a characteristic that, when the air ratio is a set air ratio, a concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst is a predetermined concentration ratio,
In the oxidation catalyst, when the concentration ratio is the predetermined concentration ratio, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero or a predetermined value or less, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or a predetermined value. It has the following characteristics:
When the output of the sensor is equal to or lower than a set value, the air ratio adjusting means stops combustion of the burner and notifies a combustion abnormality.
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