JP4254880B2 - boiler - Google Patents
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Description
この発明は、水管ボイラ，蒸気ボイラ，温水ボイラなどに適用されるおよびボイラに関する。 The present invention relates to a boiler applied to a water tube boiler, a steam boiler, a hot water boiler, 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１，２参照）。しかしながら、この特許文献１，２記載の低ＮＯx化技術は、現実には生成ＮＯx値が２５ppm程度にとどまっていた。 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 Documents 1 and 2). However, the NOx reduction techniques described in Patent Documents 1 and 2 actually have 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値の低減に優先するように燃焼ガス温度を抑制して生成ＮＯx値を所定値以下とする低ＮＯx化ステップを行い、その後に前記低ＮＯx化ステップからの排出ＣＯ値を所定値以下とする低ＣＯ化ステップを行う低ＮＯx燃焼方法を提案している（特許文献３，４参照）。この特許文献３，４記載の技術によれば、１０ppmを下回る低ＮＯx化が可能となるが、５ppmを下回る低ＮＯx化を実現することは難しい。これは、燃焼の特性により、５ppm以上のＮＯxの生成が避けられないことによる。 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 precedence over the reduction of the exhausted CO value. In addition, a low NOx combustion method is proposed in which a CO reduction step in which the exhaust CO value from the NOx reduction step is set to a predetermined value or less (see Patent Documents 3 and 4). According to the techniques described in Patent Documents 3 and 4, 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３，４記載の低ＮＯx化技術は、図１７に示すように、空気比が１．３８以上の所謂高空気比燃焼領域Ｚ１に属するものである。一方、空気比１．１以下（以下、「低空気比」という。）の燃焼領域Ｚ２では窒素酸化物の発生量が増えて、低ＮＯx、低ＣＯが困難であること，および空気比が１以下となるとバックファイヤーを起こすなど安定燃焼制御が困難なことから、低空気比燃焼の領域Ｚ２は、これまで殆ど研究開発の対象とされていなかった。図１７において、ラインＦ，Ｅは、それぞれこの発明の燃焼装置による一次側のＮＯx特性およびＣＯ特性を模式的に示し、ラインＵ，Ｊは、それぞれこの発明の燃焼装置による触媒二次側のＮＯx特性およびＣＯ特性を模式的に示している。前記特許文献３，４の低ＮＯx化技術は、いずれも基本的には高空気比領域Ｚ１にてバーナを燃焼させることでＮＯx生成を抑制し、酸化触媒（特許文献３，４）にて発生ＣＯを除去する技術である。 Further, the NOx reduction techniques described in Patent Documents 3 and 4 belong 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 combustion zone Z2 where the air ratio is 1.1 or less (hereinafter referred to as “low air ratio”), the amount of nitrogen oxide generated increases, making it difficult to achieve low NOx and low CO, and the air ratio is 1. Since it is difficult to control stable combustion, such as causing a backfire when the following conditions are satisfied, the low air ratio combustion region Z2 has hardly been the subject of research and development so far. In FIG. 17, 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 respectively represent NOx on the secondary side of the catalyst by the combustion apparatus of the present invention. The characteristics and CO characteristics are schematically shown. The techniques for reducing NOx in Patent Documents 3 and 4 basically suppress NOx generation by burning a burner in a high air ratio region Z1, and are generated in an oxidation catalyst (Patent Documents 3 and 4). This is a technique for removing CO.
一方、時代背景として、ボイラに対して一層の低ＮＯx化が求められるとともに、省エネルギーとなる低空気比運転が求められるようになってきている。 On the other hand, as the background of the times, further reduction in NOx is required for boilers, and low air ratio operation that saves energy is required.
こうした背景のもとに、この出願の発明者らは、酸化触媒を用いて窒素酸化物を限りなく零に近く低減できる燃焼方法の研究開発を行ってきた。 Against this background, the inventors of this application have been researching and developing a combustion method that can reduce nitrogen oxides to almost zero using an oxidation catalyst.
ところで、バーナの燃焼により生ずる窒素酸化物含有ガスの処理方法としては、特許文献５が知られている。 By the way, Patent Document 5 is known as a method for treating a nitrogen oxide-containing gas generated by combustion of a burner.
前記特許文献５の排気ガス処理方法は、第一ステップにおいて、バーナを空気比１．０未満（理論空気量より少ない量の燃焼空気量）で燃焼させることにより燃焼排気ガス中に酸素を含まず、ＣＯ，ＨＣ（炭化水素）の未燃成分を含ませ、窒素酸化還元触媒において未燃成分により窒素酸化物を還元して、窒素酸化物を浄化する。そして、第二ステップにおいて、その浄化後の排気ガスに空気を添加して酸化触媒にて未燃成分を浄化するものである。 In the exhaust gas treatment method of Patent Document 5, in the first step, oxygen is not included in the combustion exhaust gas by burning the burner at an air ratio of less than 1.0 (a combustion air amount less than the theoretical air amount). , CO, HC (hydrocarbon) unburned components are contained, and nitrogen oxides are reduced by the unburned components in the nitrogen redox catalyst to purify the nitrogen oxides. And in a 2nd step, air is added to the exhaust gas after the purification | cleaning, and an unburned component is purified with an oxidation catalyst.
この特許文献５の処理方法は、酸素の存在下で、一酸化炭素および窒素酸化物を低減するものではない。また、この特許文献５によれば、未燃焼の炭化水素が多量に排出されるので、酸化触媒により排出窒素酸化濃度および排出一酸化炭素濃度を実質的に零とするのは困難である。また、炭化水素の存在下で、窒素酸化物の還元の効率が低下する特性の酸化触媒は、利用することができない。また、窒素酸化物の還元ステップと未燃成分の酸化ステップとを別の触媒を用いて行うので、処理が複雑となる。 The processing method of Patent Document 5 does not reduce carbon monoxide and nitrogen oxides in the presence of oxygen. According to Patent Document 5, since a large amount of unburned hydrocarbon is discharged, it is difficult to make the exhaust nitrogen oxidation concentration and the exhaust carbon monoxide concentration substantially zero by the oxidation catalyst. In addition, an oxidation catalyst having such a characteristic that the efficiency of reduction of nitrogen oxides decreases in the presence of hydrocarbons cannot be used. Moreover, since the reduction step of nitrogen oxides and the oxidation step of unburned components are performed using different catalysts, the processing becomes complicated.
また、ガスエンジンからの窒素酸化物含有ガスの浄化方法が特許文献６にて知られている。この特許文献６は、三元触媒を用いて窒素酸化物および一酸化炭素を浄化するものであるが、ガス中に炭化水素の存在が必須であるとともに、過剰酸素が存在しない理論空気比のガスにしか適用できない。よって、特許文献６の処理方法は、バーナの燃焼により生じ、過剰の酸素を含有するボイラの燃焼ガス処理には適さない。 Patent Document 6 discloses a method for purifying nitrogen oxide-containing gas from a gas engine. This Patent Document 6 purifies nitrogen oxides and carbon monoxide using a three-way catalyst, but the existence of hydrocarbons in the gas is essential, and a gas having a theoretical air ratio without excess oxygen. Only applicable to Therefore, the processing method of Patent Document 6 is caused by combustion of the burner and is not suitable for the combustion gas treatment of a boiler containing excess oxygen.
さらに、酸化触媒を用いて焼却炉の排気ガス中の窒素酸化物を一酸化炭素により還元する技術が特許文献７にて知られている。この特許文献７の技術は、排気ガス中に酸素が存在すると窒素酸化物の還元が進行しないので、一次燃焼において、燃料過濃（空気比１未満）燃焼させることで、排気ガスを無酸素状態とするものである。この特許文献７では、燃料過濃燃焼という制約を受けるので、バーナを用いたボイラのような排気ガス中に酸素を含む燃焼装置には適用が困難である。 Further, Patent Document 7 discloses a technique for reducing nitrogen oxide in exhaust gas from an incinerator with carbon monoxide using an oxidation catalyst. In the technique of Patent Document 7, since the reduction of nitrogen oxides does not proceed when oxygen is present in the exhaust gas, the exhaust gas is in an oxygen-free state by burning the fuel richly (less than 1 in the air ratio) in the primary combustion. It is what. In this patent document 7, since it is restricted by fuel rich combustion, it is difficult to apply to a combustion apparatus that contains oxygen in exhaust gas such as a boiler using a burner.
この発明が解決しようとする主たる課題は、簡易な装置により、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近い値まで低減、または許容範囲に低減するとともに、安定した有害物質低減効果を得ることである。 The main problem to be solved by the present invention is that the emission of nitrogen oxides and carbon monoxide is reduced to a value close to zero as much as possible by a simple device, or reduced to an allowable range, and a stable harmful substance reduction effect is achieved. Is to get.
この出願の発明者等は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特許文献３，４に記載の一酸化炭素を低減するための酸化触媒を備えたボイラにおいてこれまで殆ど研究が行われていなかった限りなく１に近い低空気比での予混合バーナの燃焼領域（図１７の領域Ｚ２）において、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を実質的に零とするポイントを見出した。そして、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を実質的に零とすることができた原因を追及した結果、酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比とすることで、酸化触媒を用いて窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近く低減できるとともに、前記濃度比を前記基準所定濃度比の近傍で調整することにより、有害物質（窒素酸化物および一酸化炭素）の排出量を実質的に零または許容値まで低減可能であるいう新たな知見を得た。この発明は、この知見に基づき完成したものである。この発明によれば、有害物質の排出濃度を実質的に零とすることができるだけではなく、これが限りなく１．０に近い空気比にて実現できるので、顕著な省エネルギーを実現することができる。
以下、単に濃度比という場合、酸化触媒の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を意味する。前記酸化触媒は、公知の酸化触媒を用いても良く、新規な酸化触媒を用いても良い。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of this application have made almost no research until now on boilers equipped with an oxidation catalyst for reducing carbon monoxide described in Patent Documents 3 and 4. In the combustion region (region Z2 in FIG. 17) of the premixed burner at a low air ratio that is almost as low as 1 that has not been found, 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. The present invention has been completed based on this finding. According to the present invention, not only the emission concentration of harmful substances can be made substantially zero, but also this can be realized at an air ratio close to 1.0, so that significant energy saving can be realized.
Hereinafter, when simply referred to as the concentration ratio, it means the concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide on the primary side of the oxidation catalyst. The oxidation catalyst may be a known oxidation catalyst or a novel oxidation catalyst.
すなわち、この出願の発明者等は、特許文献７に記載のように、酸化触媒作用のもとで、一酸化炭素により窒素酸化物を還元するには、酸素が障害となるという技術常識を破り、酸素を活用することにより、酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度の関係を所定の関係（所定濃度比）に調整するという新規な技術手段を採用することにより前記課題を解決するに至ったものである。 In other words, as described in Patent Document 7, the inventors of this application break the technical common sense that oxygen is an obstacle to reducing nitrogen oxides with carbon monoxide under the action of oxidation catalyst. By using oxygen, the above-mentioned problem is achieved by adopting a novel technical means for adjusting the relationship of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide concentrations on the primary side of the oxidation catalyst to a predetermined relationship (predetermined concentration ratio). It came to solve.
前記課題には、つぎの副課題がある。第一の副課題は、前記酸化触媒の有害物質（ＮＯxおよびＣＯ）の低減を阻害する炭化水素を予混合バーナにて生成されるガス中に含ませないことである。これは、内燃機関のような急激な冷却を行わない燃焼とすることにより、炭化水素除去手段を用いることなく、解決できる。 The problem has the following sub-tasks. The first sub-problem is that hydrocarbons that inhibit the reduction of harmful substances (NOx and CO) of the oxidation catalyst are not included in the gas produced by the premix burner. This can be solved without using hydrocarbon removal means by using combustion without rapid cooling as in an internal combustion engine.
第二の副課題は、前記ガスの濃度比をいかにして前記基準所定濃度比とするかである。前記予混合バーナを単に燃焼させただけでは、前記基準所定濃度を得ることはできない。この副課題に対しては、前記予混合バーナの前記濃度比特性を生かしながら、酸素濃度を調整することで、前記基準所定濃度比に調整することで解決できる。予混合バーナを用いることで、安定した燃焼をさせながら前記濃度比の調整が比較的容易にできる濃度比特性が得られる。前記酸素濃度の調整は、前記予混合バーナへ供給する燃料量と燃焼空気量との割合を調整する空気比調整にて行うことで、簡易にしかも低空気比領域において実現できる。この発明の前記空気比調整は、単に燃料量と燃焼空気量との割合を調整するだけでなく、前記濃度比を調整するものであり、従来の空気比制御とは異なる新規な調整である。 The second sub-task is how to set the gas concentration ratio to the reference predetermined concentration ratio. The reference predetermined concentration cannot be obtained simply by burning the premix burner. This sub-problem can be solved by adjusting the oxygen concentration while adjusting the concentration ratio characteristic of the premix burner to adjust the reference predetermined concentration ratio. By using the premix burner, it is possible to obtain a concentration ratio characteristic in which the concentration ratio can be adjusted relatively easily while performing stable combustion. The adjustment of the oxygen concentration can be realized easily and in a low air ratio region by adjusting the air ratio for adjusting the ratio of the amount of fuel supplied to the premix burner and the amount of combustion air. The air ratio adjustment according to the present invention is not only a simple adjustment of the ratio of the fuel amount and the combustion air amount, but also the concentration ratio, and is a new adjustment different from the conventional air ratio control.
また、前記濃度比の調整において、前記ガス中の窒素酸化物濃度が高すぎると、必要とする一酸化炭素の量も多くなり、前記予混合バーナの濃度比特性では安定的に必要とする一酸化炭素濃度を得られない場合がある。そこで、この発明では、水管群による燃焼ガス温度の抑制により、発生する窒素酸化物濃度を抑制して、濃度比の調整を容易にすることができる。 Further, in the adjustment of the concentration ratio, if the nitrogen oxide concentration in the gas is too high, the amount of carbon monoxide required increases, and the concentration ratio characteristic of the premix burner is one that is stably required. The carbon oxide concentration may not be obtained. Therefore, in the present invention, the concentration of nitrogen oxides generated can be suppressed and the concentration ratio can be easily adjusted by suppressing the combustion gas temperature by the water tube group.
第三の副課題は、この発明が有害物質排出濃度を実質的に零、またはそれに近い値を狙うものであるから、外気温の変動などにより前記濃度比が変化すると、排出濃度が増加し、安定した低減効果を得られないことである。この副課題に対しては、濃度比一定制御により解決した。この濃度比一定制御は、前記濃度比を調整する手段としての空気比調整手
段を用い、空気比を検出して、空気比のフィードバック制御を行うことで解決できる。
The third sub-problem is that the present invention aims at a toxic substance emission concentration of substantially zero or a value close thereto, so when the concentration ratio changes due to fluctuations in the outside temperature, the emission concentration increases, A stable reduction effect cannot be obtained. This sub-problem was solved by a constant concentration ratio control. This constant concentration ratio control can be solved by using air ratio adjusting means as means for adjusting the concentration ratio, detecting the air ratio, and performing feedback control of the air ratio.
以上のように、この発明は、従来のバーナ，酸化触媒および空気比制御を用いるか、またはその延長線上の技術を用いても零ＮＯxボイラと称し得る有害物質低減効果において顕著であり、省エネルギーを実現できる地球環境に優しいボイラを提供できる画期的な発明である。 As described above, the present invention is remarkable in the harmful substance reduction effect that can be referred to as a zero NOx boiler even if a conventional burner, an oxidation catalyst and an air ratio control are used or a technique on its extension line is used. This is an epoch-making invention that can provide a global environment-friendly boiler.
請求項１に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋ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Ｋを前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記空気比を、前記濃度比Ｋが次式（１）および（２）を満たす前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１）
Ｋ≦２．０ …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
本発明および以下の説明において、「水管群を通過後」とは、「水管群全体を通過後」および「水管群の一部を通過後」を含むものとする。
The invention according to claim 1 is a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas generated in this way, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio, and the premix burner and the water tube group include oxygen, nitrogen oxides in the gas on the primary side of the oxidation catalyst when the air ratio is a set air ratio, and The concentration ratio K of carbon monoxide has a predetermined concentration ratio, and the oxidation catalyst substantially has a nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst when the concentration ratio K is the predetermined concentration ratio. Zero and actual carbon monoxide concentration To have the property of a zero or a predetermined value or less, the air ratio by the air-ratio adjusting device, by the concentration ratio K is controlled to the set air ratio that satisfies the following equation (1) and (2) The predetermined concentration ratio is kept constant.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (1)
K ≦ 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.)
In the present invention and the following description, “after passing through the water tube group” includes “after passing through the entire water tube group” and “after passing through a part of the water tube group”.
ここで、窒素酸化物濃度が実質的に零とは、好ましくは、５ppm，さらに好ましくは、３ppm，さらに好ましくは、零である。一酸化炭素濃度が実質的に零とは、３０ppm，さらに好ましくは、１０ppmである。また、以下の説明で、酸素濃度が実質的に零とは、１００ppm以下とするが、好ましくは、計測限界値以下とする。さらに、窒素酸化物濃度，一酸化炭素濃度が所定値以下とは、各国、各地域で定める排出基準濃度以下を意味するが、限りなく実質的に零に近い値に設定することが好ましいのはいうまでもない。このように排出基準値という意味において、「所定値」以下を「許容値」，「排出基準値」と称することができる。 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 emission standard value, “predetermined value” or less can be referred to as “allowable value” and “emission standard value”.
請求項１に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の特性を活かして前記バーナの空気比を設定空気比とし前記ガスの濃度比Ｋを前記所定濃度比とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とすることができる。また、前記酸化触媒二次側の酸素濃度は、実質的に零となるので、前記予混合バーナを低空気比にて燃焼させることとなり、省エネルギーを実現できる。また、前記ガス中に炭化水素を排出しないように前記予混合バーナを燃焼させるので、特許文献７のような炭化水素を排出するように燃焼させる方法と比較して前記予混合バーナの燃焼制御を容易に行える。前記酸化触媒に流入するガス中に炭化水素を含まないので、特許文献５のような複雑な手法を用いることなく、前記酸化触媒による窒素酸化物および一酸化炭素の低減を効果的に行うことができるとともに、炭化水素による反応を考慮することなく、前記所定濃度比の調整を容易に行える。また、前記
空気比調整手段により前記所定濃度をほぼ一定値に保持するので、外気温の変動などによる前記所定濃度比の変動を抑制することができ、安定した有害物質の低減効果を発揮することができるとともに、前記空気比調整手段と別に前記所定濃度比を一定に制御するための手段が不要であり、装置の構成を簡素化できる。また、予混合バーナを用いているので、低空気比領域で前記所定濃度比を比較的容易に得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, the air ratio of the burner is set as a set air ratio and the gas concentration ratio K is set as the predetermined concentration ratio by utilizing the characteristics of the premixed burner and the water tube group. Using the oxidation catalyst, the exhaust nitrogen oxide concentration can be made substantially zero, and the exhaust carbon monoxide concentration can be made substantially zero or below a predetermined value. Further, since the oxygen concentration on the secondary side of the oxidation catalyst becomes substantially zero, the premix burner is burned at a low air ratio, and energy saving can be realized. Further, since the premixed burner is burned so as not to discharge hydrocarbons in the gas, combustion control of the premixed burner is performed in comparison with the method of burning so as to discharge hydrocarbons as in Patent Document 7. Easy to do. Since the gas flowing into the oxidation catalyst does not contain hydrocarbons, it is possible to effectively reduce nitrogen oxides and carbon monoxide by the oxidation catalyst without using a complicated technique as in Patent Document 5. In addition, the predetermined concentration ratio can be easily adjusted without considering the reaction due to hydrocarbons. In addition, since the predetermined concentration is maintained at a substantially constant value by the air ratio adjusting means, fluctuations in the predetermined concentration ratio due to fluctuations in outside air temperature can be suppressed, and a stable harmful substance reduction effect can be exhibited. In addition to the air ratio adjusting means, a means for controlling the predetermined concentration ratio to be constant is unnecessary, and the configuration of the apparatus can be simplified. Further, since the premix burner is used, the predetermined concentration ratio can be obtained relatively easily in a low air ratio region.
請求項２に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが基準所定濃度比Ｋ０となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記基準所定濃度比Ｋ０を一定に保持し、前記基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を、次式（４）を満たす次式（３）としたことを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（３）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０ …（４）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
According to a second aspect of the present invention, there is provided a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas generated in this way, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio, and the premix burner and the water tube group include oxygen and nitrogen oxides in the gas on the primary side of the oxidation catalyst when the air ratio is set to a reference set air ratio. And the concentration ratio K of carbon monoxide is a reference predetermined concentration ratio K0, and the oxidation catalyst is a nitrogen oxide on the secondary side of the oxidation catalyst when the concentration ratio K is the reference predetermined concentration ratio K0. Concentration and carbon monoxide Degrees have the property of substantially zero, the predetermined reference concentration ratio K0 is kept constant by controlling the reference set air ratio by the air-ratio adjusting device, determining the predetermined reference concentration ratio K0 The expression is characterized by the following expression (3) that satisfies the following expression (4) .
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (3)
1.0 ≦ K = K0 ≦ 2.0 (4)
(In Formula (3), [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.)
請求項２に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の濃度比特性を活かして前記バーナの空気比を基準設定空気比とし前記ガスの濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度および排出一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができる。また、請求項２に記載の発明においても、前記した請求項１により得られるその他効果を同様に奏することができる。 According to the second aspect of the present invention, taking advantage of the concentration ratio characteristics of the premixed burner and the water pipe group, the air ratio of the burner is set as a reference air ratio, and the gas concentration ratio K is set as the reference predetermined concentration ratio K0. Thus, the exhausted nitrogen oxide concentration and the exhausted carbon monoxide concentration can be made substantially zero using the oxidation catalyst. Further, in the invention according to claim 2, the other effects obtained by the above-described claim 1 can be similarly obtained.
請求項３に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが第一所定濃度比Ｋ１となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記第一所定濃度比Ｋ１を一定に保持し、基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を、次式（６）を満たす次式（５）とし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準所定濃度比Ｋ０より小さくしたことを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（５）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０ …（６）
（式（５）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
According to a third aspect of the present invention, there is provided a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas generated in this way, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio, and the premix burner and the water tube group oxidize oxygen and nitrogen in the gas on the primary side of the oxidation catalyst when the air ratio is a first set air ratio. The concentration ratio K of the product and carbon monoxide is a first predetermined concentration ratio K1, and the oxidation catalyst has a characteristic of the oxidation catalyst secondary side when the concentration ratio K is the first predetermined concentration ratio K1. Nitrogen oxide concentration is essentially zero The concentration of carbon monoxide has the property of less than or equal to a predetermined value, the first predetermined concentration ratio K1 is kept constant by controlling the first set air ratio by the air-ratio adjusting device, the predetermined reference concentration ratio K0 The following equation (5) satisfying the following equation (6) is used, and the first predetermined concentration ratio K1 is smaller than the reference predetermined concentration ratio K0 .
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (5)
1.0 ≦ K = K0 ≦ 2.0 (6)
(In Formula (5), [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.)
請求項３に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の濃度比特性を活かして前記バーナの空気比を第一設定空気比とし前記ガスの濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を所定値以下とすることができる。また、請求項３に記載の発明においても、前記した請求項１により得られるのその他効果を同様に奏することができる。 According to the third aspect of the present invention, taking advantage of the concentration ratio characteristics of the premixed burner and the water tube group, the air ratio of the burner is set to a first set air ratio, and the concentration ratio K of the gas is set to the first predetermined concentration. By setting the ratio K1, the exhaust nitrogen oxide concentration can be made substantially zero using the oxidation catalyst, and the exhaust carbon monoxide concentration can be made a predetermined value or less. In the invention according to claim 3, the other effects obtained by the above-described claim 1 can be similarly obtained.
請求項４に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（７）および（８）を満たすように前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（７）
Ｋ≦２．０ …（８）
（式（７）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
ここにおいて、本請求項および以下の請求項において、前記検出空気比（前記センサにより検出される空気比）および前記設定空気比は、それぞれ検出空燃比，設定空燃比または検出酸素濃度，設定酸素濃度に置き換えることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the generated gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and a premix burner A sensor for detecting an air ratio; and an air ratio adjusting means for controlling the premixing burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, wherein the premixing burner and the water tube group are configured to adjust the air ratio. When the air ratio is adjusted by the means to the set air ratio so that the gas concentration ratio K before flowing into the oxidation catalyst satisfies the following equations (7) and (8) , the oxidation catalyst secondary side: Nitrogen oxide A predetermined concentration ratio of oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide on the primary side of the oxidation catalyst in which the degree of carbon dioxide is substantially zero and the carbon monoxide concentration is substantially zero or less than a predetermined value. It is characterized by being.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (7)
K ≦ 2.0 (8)
(In formula (7), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration and oxygen concentration, respectively , and satisfy the condition [O 2 ]> 0.)
In this and the following claims, the detected air ratio (the air ratio detected by the sensor) and the set air ratio are respectively the detected air-fuel ratio, the set air-fuel ratio or the detected oxygen concentration, and the set oxygen concentration. Can be replaced.
請求項５に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナに
て生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（９）および（１０）を満たすように前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有することを特徴として
いる。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（９）
Ｋ≦２．０ …（１０）
（式（１０）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
The invention according to claim 5 is a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons but contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and is produced by the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the generated gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and air of the premixed burner A sensor for detecting the ratio, and an air ratio adjusting means for controlling the premixed burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, wherein the premixed burner and the water tube group include the air ratio adjusting means. When the air ratio is adjusted to the set air ratio so that the concentration ratio K of the gas before flowing into the oxidation catalyst satisfies the following expressions (9) and (10) , Nitrogen oxide The degree and the oxygen concentration was substantially zero, it is characterized by having a substantially air ratio -NOx · CO characteristics to zero or a predetermined value or less carbon monoxide concentration.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (9)
K ≦ 2.0 (10)
(In Formula (10), [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.)
請求項６に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（１１）および（１２）を満たすように前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１１）
Ｋ≦２．０ …（１２）
（式（１１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
The invention according to claim 6 is a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and is produced by the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the generated gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and air of the premixed burner A sensor for detecting the ratio, and an air ratio adjusting means for controlling the premixed burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, wherein the premixed burner and the water tube group include the air ratio adjusting means. When the air ratio is adjusted to the set air ratio so that the gas concentration ratio K before flowing into the oxidation catalyst satisfies the following formulas (11) and (12), the primary side of the oxidation catalyst gas A carbon monoxide concentration in the oxidation catalyst reduced by the oxidation in the oxidation catalyst and a carbon monoxide concentration reduced in the oxidation catalyst by the reduction are approximately equal to or higher than the value. It is characterized by being comprised.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (11)
K ≦ 2.0 (12)
(In Formula (11), [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.)
請求項７に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比
に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（１３）および（１４）を満たすように構成されることを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１３）
Ｋ≦２．０ …（１４）
（式（１３）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。）
The invention according to claim 7 is a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and is produced by the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the generated gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and air of the premixed burner A sensor for detecting the ratio, and an air ratio adjusting means for controlling the premixed burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, wherein the premixed burner and the water tube group include the air ratio adjusting means. wherein when the air ratio is adjusted to the set air ratio, the concentration ratio K of the gas before flowing into the oxidation catalyst is characterized in that it is configured to satisfy the following equation (13) and (14) by
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (13)
K ≦ 2.0 (14)
(In Formula (13) , [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.)
請求項４〜請求項７に記載の発明によれば、請求項１と同様な効果を奏することができる。
According to invention of Claim 4-7, there can exist an effect similar to Claim 1.
請求項８に記載の発明は、請求項４〜請求項７において、前記設定空気比を実質的に１．０とすることを特徴としている。
The invention described in claim 8 is characterized in that, in claims 4 to 7 , the set air ratio is substantially 1.0.
請求項８に記載の発明によれば、請求項４〜請求項７に記載の発明による効果に加えて、限りなく１に近い低空気比燃焼による省エネルギーを実現できるという効果を奏する。
According to the invention described in claim 8 , in addition to the effects of the invention described in claims 4-7 , there is an effect that energy saving by low air ratio combustion which is close to 1 can be realized.
請求項９に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混
合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比１．０の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、前記酸化触媒は、前記一次側の空気比
−ＮＯx・ＣＯ特性を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸
化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、前記空気比調整手段は、前記酸化触媒
一次側の前記ガスの濃度比Ｋが次式（１５）および（１６）を満たし、前記酸化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性のＮＯx・ＣＯ低減領域において前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする設定空気比にて前記予混合バーナの空気比を制御することを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１５）
Ｋ≦２．０ …（１６）
（式（１５）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
The invention according to claim 9 is a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons but contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and is produced by the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the generated gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and air of the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the ratio, and the premix burner and the water pipe group are oxygen on the primary side of the oxidation catalyst obtained by adjusting the air ratio adjusting means in the vicinity of an air ratio of 1.0. The primary catalyst has an air ratio-NOx / CO characteristic on the primary side of the oxidation catalyst for the gas containing nitrogen oxides and carbon monoxide, and the oxidation catalyst has a primary air ratio-NOx / CO characteristic on the primary side. An air ratio -NOx · CO characteristics of the oxidation catalyst secondary side obtained by contacting with the oxidation catalyst, the air-ratio adjusting device, the oxidation catalyst
Filled concentration ratio K of the gas on the primary side is the following equation (15) and (16), the oxidation of the catalyst secondary side of the air ratio -NOx · CO properties NOx · CO decreasing region of the oxidation catalyst secondary side in The air ratio of the premix burner is controlled by a set air ratio at which the nitrogen oxide concentration is substantially zero.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (15)
K ≦ 2.0 (16)
(In Formula (15), [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.)
請求項９に記載の発明によれば、前記設定空気比に制御することにより、前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とすることができる。その他の効果は、前記請求項４〜７と同様である。
According to the invention of claim 9 , by controlling to the set air ratio, the exhaust nitrogen oxide concentration is made substantially zero using the oxidation catalyst, and the exhaust carbon monoxide concentration is made substantially zero or It can be made below a predetermined value. Other effects are the same as those of the fourth to seventh aspects.
請求項１０に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触される酸化触媒と、前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整する空気比調整手段とを備え、前記酸化触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを基準所定濃度比として、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比とすると、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、前記空気比調整手段は、前記濃度比Ｋが次式（１７）および（１８）を満たし、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度に基づき前記空気比を調整することにより、前記酸化触媒一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または低減することを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１７）
Ｋ≦２．０ …（１８）
（式（１７）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。）
The invention according to claim 10 is a premix burner that burns hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and is produced by the premix burner. Of a water tube group that absorbs heat from the generated gas, an oxidation catalyst that comes into contact with the gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide after passing through the water tube group, and a combustion air amount and a fuel amount of the premix burner And the oxidation catalyst is configured to oxidize oxygen and nitrogen in the gas on the primary side of the oxidation catalyst so that the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side are substantially zero. When the concentration ratio K of the product and carbon monoxide is a reference predetermined concentration ratio, and the concentration ratio K is the reference predetermined concentration ratio, the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration and carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially And the above criterion The air ratio adjusting means has a characteristic that, when the primary oxygen concentration is lower than the elementary concentration, the nitrogen oxide concentration and oxygen concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero, and the carbon monoxide concentration is reduced. The concentration ratio K satisfies the following equations (17) and (18), and the oxidation catalyst primary is adjusted by adjusting the air ratio based on the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst. The oxygen concentration on the side is adjusted with respect to the reference oxygen concentration so that the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or reduced. Yes.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (17)
K ≦ 2.0 (18)
(In Formula (17), [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.)
請求項１０に記載の発明によれば、前記設定空気比に制御することにより、前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下に低減することができる。その他の効果は、前記請求項４〜７と同様である。
According to the invention of claim 10 , by controlling to the set air ratio, the exhaust nitrogen oxide concentration is made substantially zero using the oxidation catalyst, and the exhaust carbon monoxide concentration is made substantially zero or It can be reduced below a predetermined value. Other effects are the same as those of the fourth to seventh aspects.
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜７，９，１０において、前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する窒素酸化物生成抑制手段を備えたことを特徴としている。
The invention described in claim 11 is characterized in that in any of claims 1-7 , 9 , and 10 , there is provided a nitrogen oxide generation suppressing means for suppressing the gas temperature and suppressing the nitrogen oxide concentration to a predetermined value or less. Yes.
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１〜７，９，１０に記載の発明による効果に加えて、ＮＯxの生成を所定値以下に抑制しているので、前記酸化触媒の使用量を低減す
ることができるという効果を奏する。
According to the invention described in claim 11, in addition to the effects of the invention of claim 1～7,9,10, since suppressing the generation of NOx to a predetermined value or less, the amount of the oxidation catalyst There is an effect that it can be reduced.
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜７，９，１０において、前記酸化触媒の二次側に給水予熱器を備えたことを特徴としている。
A twelfth aspect of the invention is characterized in that, in the first to seventh , ninth , and tenth aspects, a feed water preheater is provided on the secondary side of the oxidation catalyst.
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１〜７，９，１０に記載の発明による効果に加えて、前記酸化触媒にて生じた熱を前記給水予熱器にて回収でき、一層の省エネルギー化を実現できるという効果を奏する。また、窒素酸化物の排出量を実質的に零とすることにより、前記給水予熱器の腐食を抑制することができる。
According to the invention of claim 12 , in addition to the effects of the inventions of claims 1 to 7, 9 , and 10, the heat generated in the oxidation catalyst can be recovered by the feed water preheater. There is an effect that energy saving can be realized. Moreover, corrosion of the feed water preheater can be suppressed by making the discharge amount of nitrogen oxides substantially zero.
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜７，９，１０において、前記酸化触媒または前記センサの異常を検出するための第二のセンサと、報知手段と、前記第二のセンサの検出値に基づき前記異常を判定して前記報知手段によりその異常を報知する制御手段とを備えたことを特徴としている。
A thirteenth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to seventh , ninth , and tenth aspects, wherein the second sensor for detecting an abnormality of the oxidation catalyst or the sensor, a notification unit, and detection of the second sensor Control means for determining the abnormality based on the value and notifying the abnormality by the notification means.
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１〜７，９，１０に記載の発明による効果に加えて、前記酸化触媒または前記センサの異常の報知により、ボイラの管理者などが異常の対応を行うことにより、多量の一酸化炭素の排出を防止することができるという効果を奏する。
According to the invention of claim 13 , in addition to the effects of the inventions of claims 1 to 7, 9 , and 10, an abnormality notification of the oxidation catalyst or the sensor causes an abnormality of the boiler manager or the like. By taking measures, it is possible to prevent a large amount of carbon monoxide from being discharged.
この発明によれば、前記空気比調整手段により前記濃度比Ｋを前記所定濃度比に調整することにより、前記酸化触媒を用いて、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近く低減できる。また、有害物質の低減を安定して実現することができる。また、濃度比一定制御のための手段を別個に必要とせず、装置構成を簡易化することができる。また、先混合バーナと比較して、燃焼空気と燃料とを均一混合して燃焼することができ、理論空気比近傍であっても炭化水素やＣＯの発生量が少なく、前記所定濃度比のガスの生成を比較的容易に安定して行うことができる。 According to the present invention, by adjusting the concentration ratio K to the predetermined concentration ratio by the air ratio adjusting means, the exhaust amount of nitrogen oxides and carbon monoxide is almost as close to zero using the oxidation catalyst. Can be reduced. In addition, the reduction of harmful substances can be realized stably. Further, it is possible to simplify the apparatus configuration without requiring a separate means for controlling the concentration ratio constant. Compared with a premixed burner, combustion air and fuel can be mixed and burned uniformly, and even in the vicinity of the theoretical air ratio, the generation amount of hydrocarbons and CO is small, and the gas with the predetermined concentration ratio Can be generated relatively easily and stably.
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。 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).
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、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。この実施の形態１は、つぎの二つの実施の形態２，３を含む。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention includes a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to generate a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas generated in this way, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio, and the premix burner and the water tube group include oxygen, nitrogen oxides in the gas on the primary side of the oxidation catalyst when the air ratio is a set air ratio, and The concentration ratio of carbon monoxide is a predetermined concentration ratio, and the oxidation catalyst has a nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst substantially zero when the concentration ratio is the predetermined concentration ratio. The carbon monoxide concentration is real To have the property to be zero or less than a predetermined value, a boiler, characterized in that for holding the predetermined concentration ratio constant by controlling the set air ratio by the air-ratio adjusting device. The first embodiment includes the following two embodiments 2 and 3.
（実施の形態２）
前記実施の形態２は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが基準所定濃度比Ｋ０となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide that does not contain hydrocarbons, and the premixed burner. A water pipe group that absorbs heat from the generated gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and air of the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the ratio, and the premix burner and the water tube group include oxygen, nitrogen oxides and one in the gas on the primary side of the oxidation catalyst when the air ratio is a reference air ratio. The concentration ratio K of carbon oxide has a characteristic that becomes a reference predetermined concentration ratio K0, and the oxidation catalyst has a nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst when the concentration ratio K is the reference predetermined concentration ratio K0. Carbon monoxide concentration It has the property of substantially zero, a boiler, characterized in that for holding the predetermined concentration ratio constant by controlling the reference set air ratio by the air-ratio adjusting device.
（実施の形態３）
また、前記実施の形態３は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが第一所定濃度比Ｋ１となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a premixed burner that burns hydrocarbon-containing fuel to generate a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide. A water pipe group that absorbs heat from the gas generated in this way, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxides with carbon monoxide, and the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio, and the premix burner and the water tube group oxidize oxygen and nitrogen in the gas on the primary side of the oxidation catalyst when the air ratio is a first set air ratio. The concentration ratio K of the product and carbon monoxide is a first predetermined concentration ratio K1, and the oxidation catalyst has a characteristic of the oxidation catalyst secondary side when the concentration ratio K is the first predetermined concentration ratio K1. Nitrogen oxide concentration is virtually zero The boiler is characterized in that the concentration of carbon monoxide is not more than a predetermined value, and the predetermined concentration ratio is kept constant by controlling to the first set air ratio by the air ratio adjusting means. .
前記基準所定濃度比Ｋ０，前記第一所定濃度比Ｋ１は、それぞれ前記基準設定空気比，前記第一設定空気比に制御することにより、次の調整０，調整１がなされる。
調整０：前記濃度比Ｋを前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする基準所定濃度比Ｋ０に調整する。
調整１：前記濃度比Ｋを、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とする第一所定濃度比Ｋ１に調整する。
By adjusting the reference predetermined concentration ratio K0 and the first predetermined concentration ratio K1 to the reference set air ratio and the first set air ratio, respectively, the following adjustment 0 and adjustment 1 are performed.
Adjustment 0: The concentration ratio K is adjusted to a reference predetermined concentration ratio K0 in which the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero.
Adjustment 1: The concentration ratio K is adjusted to a first predetermined concentration ratio K1 in which the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero and the carbon monoxide concentration is a predetermined value or less.
そして、前記触媒は、前記調整０を行うと、それぞれ前記触媒二次側の窒素酸化物濃度
および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記調整１を行うと前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下する特性を有している。
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. The material concentration is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is less than a predetermined value.
これらの実施の形態２，３において、濃度比とは、一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度の相互の関係を意味する。前記調整０における基準所定濃度比Ｋ０は、次式（１）の判定式にて判定され、好ましくは、次式（２）を満たし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準所定濃度比Ｋ０より小さくするように設定される。
（［ＮＯｘ］＋２［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 2 and 3, the concentration ratio means the 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. It is set to be smaller.
([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、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする前記酸化触媒の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比である。前記式（１）は、前記基準所定濃度比Ｋ０を判定するための判定式であり、式（２）は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする条件を示している。理論的には、Ｋ０＝１．０の条件で、各濃度を零とすることができる。しかしながら、実験結果によると、前記式（２）の範囲で各濃度を実質的に零とすることが確認されているが、前記Ｋ０の上限２．０は、前記触媒の特性によっては、２．０より大きい値をとることが考えられる。 That is, the reference predetermined concentration ratio K0 is the oxygen, nitrogen oxides on the primary side of the oxidation catalyst, and the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration, and carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero. It is the concentration ratio of carbon monoxide. The equation (1) is a determination equation for determining the reference predetermined concentration ratio K0, and the equation (2) represents the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration, and carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst, respectively. The condition for substantially zero is shown. 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となるように前記酸化触媒の一次側の濃度比Ｋを調整する（前記調整１）と、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および窒素酸化物濃度が実質的に零となるとともに一酸化炭素濃度が所定値以下となる。この一酸化炭素濃度の所定値は、好ましくは、排出基準値（この値は、国により異なるので、国ごとに変更することが可能である。）以下に設定する。この所定値を決めると、実験的に前記第一所定濃度比Ｋ１を定めることができる。前記濃度比Ｋの値がＫ０よりも小さい前記第一所定濃度比Ｋ１となるような濃度比Ｋの調整は、具体的には、前記酸化触媒一次側の一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合を、前記基準所定濃度比Ｋ０を満たす一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合よりも少なくすることで実現可能である。 The concentration ratio K on the primary side of the oxidation 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) ( In the adjustment 1), the oxygen concentration and the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation 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. Specifically, the adjustment of the concentration ratio K such that the value of the concentration ratio K becomes the first predetermined concentration ratio K1 smaller than K0 is, specifically, the ratio of the oxygen concentration to the carbon monoxide concentration on the primary side of the oxidation 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.
以上の実施の形態１〜３においては、まず、前記酸化触媒の一次側に酸素が存在するように、前記予混合バーナで燃焼する。この燃焼により、酸素と、窒素酸化物および一酸化炭素とを含み、炭化水素を含まないガスが生成される。そして、前記触媒の一次側の前記ガスにおける酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋは、前記予混合バーナおよび前記水管群により、それぞれ前記基準所定濃度比Ｋ０，前記第一所定濃度比Ｋ１に調整される。そして、前記触媒にて、前記ガスが前記触媒と接触して前記ガス中の酸素により一酸化炭素が酸化され、一酸化炭素により窒素酸化物が還元される。前記調整０または前記調整１が行われた場合の酸素の役割は、一酸化炭素濃度の調整，すなわち窒素酸化物を還元してその濃度を実質的に零とするのに必要な量以上に存在する一酸化炭素量を消費して低減するものである。この前記調整０，前記調整１後に前記触媒との接触により、前記ガス中の窒素酸化物の排出量が実質的に零に低減され、一酸化炭素の排出量が実質的に零または所定値以下に低減される。また、前記濃度比一定制御により、前記各所定濃度比Ｋ０，Ｋ１の値の変動が抑制され、窒素酸化物排出量および一酸化炭素排出量の低減効果を安定して発揮することができる。特に、前記調整０において、窒素酸化物排出量を実質的に零とするには、前記濃度比一定制御が重要である。 In the above first to third embodiments, first, the premix burner is burned so that oxygen is present on the primary side of the oxidation catalyst. By this combustion, a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide and not containing hydrocarbons is generated. The concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst is determined by the reference predetermined concentration ratio K0 and the first predetermined concentration ratio by the premix burner and the water tube group, respectively. Adjusted to K1. 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. By the contact with the catalyst after the adjustment 0 and the adjustment 1, the emission amount of nitrogen oxides in the gas is substantially reduced to zero, and the emission amount of carbon monoxide is substantially zero or less than a predetermined value. Reduced to Further, by the concentration ratio constant control, fluctuations in the values of the predetermined concentration ratios K0 and K1 are suppressed, and the effect of reducing the nitrogen oxide emission amount and the carbon monoxide emission amount can be stably exhibited. In particular, in the adjustment 0, in order to make the nitrogen oxide emission amount substantially zero, the concentration ratio constant control is important.
前記調整０の基準所定濃度比Ｋ０および前記調整１の第一所定濃度比Ｋ１は、次式（３
）で包含して表現される。すなわち、式（３）を満たすと、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零とするか、低減する。一酸化炭素濃度の低減を前記所定値以下とするには、式（３）の左辺の値がＫ０よりも小さい値となるように前記酸化触媒一次側の前記濃度比Ｋを調整し、前記第一所定濃度比Ｋ１とする。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ2］）／［ＣＯ］＝Ｋ≦２．０ …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ2］はそれぞれＣＯ濃度、ＮＯx濃度およびＯ2濃度を示し、［Ｏ2］＞０の条件を満たす。）
The reference predetermined density ratio K0 of the adjustment 0 and the first predetermined density ratio K1 of the adjustment 1 are expressed by the following equation (3
) And expressed. 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 oxidation catalyst is adjusted so that the value on the left side of Equation (3) is smaller than K0, and the first One predetermined concentration ratio 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.)
（実施の形態４）
この発明は、つぎの実施の形態４を含む。この実施の形態４は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴とするボイラである。
(Embodiment 4)
The present invention includes the following fourth embodiment. In the fourth embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is combusted to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide that does not contain hydrocarbons, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxide with carbon monoxide, and an air ratio of the premixed burner And an air ratio adjusting means for controlling the premixing burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, and the premixing burner and the water tube group are provided by the air ratio adjusting means. When the air ratio is adjusted to the set air ratio, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or a predetermined value or less. A boiler, characterized in that oxygen is configured to be able to obtain a predetermined concentration ratio of nitrogen oxides and carbon monoxide in the.
前記設定空気比は、好ましくは、１．０の設定空気比に制御するが、前記触媒での反応の結果、１．０の設定空気比を満たし得る前記触媒の一次側の酸素濃度が所定濃度となるように空気比を制御するように構成することもできる。 The set air ratio is preferably controlled to a set air ratio of 1.0, but as a result of the reaction with the catalyst, the oxygen concentration on the primary side of the catalyst that can satisfy the set air ratio of 1.0 is a predetermined concentration. The air ratio can also be controlled so that
この発明の実施の形態４においては、前記バーナは、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に制御されて燃焼する。燃焼により生成されるガスは、前記水管群にて吸熱作用を受けた後、前記触媒により一酸化炭素が酸化され、窒素酸化物が還元される。その結果、前記ガス中の窒素酸化物の排出量が５ppm以下の零に近い値に低減される。また、一酸化炭素の排出量が低減される。 In Embodiment 4 of the present invention, the burner burns while the air ratio is controlled to the set air ratio by the air ratio adjusting means. The gas produced by combustion undergoes an endothermic action in the water tube group, and then carbon monoxide is oxidized by the catalyst and nitrogen oxides are reduced. As a result, the discharge amount of nitrogen oxides in the gas is reduced to a value close to zero of 5 ppm or less. In addition, the emission amount of carbon monoxide is reduced.
この発明の実施の形態４によれば、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に制御することにより、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が得られる。 According to Embodiment 4 of the present invention, by controlling the air ratio to the set air ratio by the air ratio adjusting means, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is made substantially zero. A concentration ratio of oxygen, nitrogen oxides and carbon monoxide on the primary side of the catalyst is obtained.
低空気比制御においては、安定的な空気比制御が難しいが、前記空気比調整手段に、前記空気比を安定的に制御する電気的制御手段および／または機械的制御手段を含ませることにより、安定した空気比制御を行うことができる。 In low air ratio control, stable air ratio control is difficult, but by including the electrical control means and / or mechanical control means for stably controlling the air ratio in the air ratio adjusting means, Stable air ratio control can be performed.
前記触媒の一次側の濃度比調整は、好ましくは、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化（第一反応）により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元（第二反応）により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように制御される。 The concentration ratio adjustment on the primary side of the catalyst is preferably such that the carbon monoxide concentration in the gas on the primary side of the catalyst is reduced in the catalyst by oxidation of carbon monoxide (first reaction). And the concentration of carbon monoxide reduced in the catalyst by the reduction (second reaction) of nitrogen oxides with carbon monoxide is controlled to be approximately equal to or higher than that.
ここで、有害物質（窒素酸化物および一酸化炭素）の低減作用についてさらに説明する。この低減作用は、つぎのようにして行われると考えられる。ＨＣ（炭化水素）を含まないガスにおいて、前記触媒では、主反応として、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じている。そして、前記触媒における反応（触媒反応）において、酸素存在下では、前記第一反応が前記第二反応よりも優位であり、前記第一反応に基づき一酸化炭素は、酸素により消費されて、濃度調整された後
、前記第二反応により窒素酸化物を還元する。この説明は、簡略化したものである。実際は、前記第一反応は、前記第二反応と競合反応であるが、一酸化炭素と酸素との反応が酸素存在下において前記第二反応と比較し見かけ上速く起こるため、第一段階で前記第一反応が行われ、第二段階で前記第二反応が行われると考えられる。
Here, the action of reducing harmful substances (nitrogen oxides and carbon monoxide) will be further described. 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 and has a concentration. After the adjustment, the nitrogen oxide is 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 the remaining CO is used to generate nitrogen by the second reaction of 2CO + 2NO → N 2 + 2CO 2. Reduce oxides and reduce exhaust nitrogen oxide concentration.
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 the 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.
前記バーナおよび前記水管群は、両者によって前記濃度比の調整を行う，すなわち前記バーナおよび前記水管群の濃度比特性を利用して濃度比の調整を行うものである。この濃度比特性とは、前記バーナを空気比を変化させて燃焼させることにより生成される前記水管群の全部または一部を通過後の一酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度が変化する特性である。また、この濃度比特性は、基本的には前記バーナによる濃度比特性により決まり、前記水管群は、典型的には、前記バーナの濃度比特性を一部変化させるか、またはその濃度比特性を保持する機能を有する。前記水管群の形態としては、前記バーナの直近に燃焼空間を殆ど有さず、燃焼空間内に水管群を配置した第一の態様（前記特許文献１〜４に相当）と、前記バーナと水管群との間に燃焼空間を有する第二の態様とを含む。前記第一の態様では、水管管の隙間で燃焼反応が進行する。前記水管群を前記第一の態様とする場合は、燃焼反応中のガスの冷却により、一酸化炭素濃度の増加をもたらすとともに、窒素酸化物濃度を抑制する。前記水管群を前記第二の態様とする場合は、典型的には、前記バーナによる濃度比特性を殆ど変更することなく、保持するものである。 The burner and the water tube group adjust the concentration ratio by using both, that is, the concentration ratio is adjusted using the concentration ratio characteristics of the burner and the water tube group. This concentration ratio characteristic is a characteristic in which the carbon monoxide concentration and the nitrogen oxide concentration change after passing through all or part of the water tube group generated by burning the burner while changing the air ratio. . The concentration ratio characteristic is basically determined by the concentration ratio characteristic of the burner, and the water tube group typically changes the concentration ratio characteristic of the burner or changes its concentration ratio characteristic. Has the function of holding. As a form of the water pipe group, there is almost no combustion space in the immediate vicinity of the burner, and a first mode (corresponding to Patent Documents 1 to 4) in which the water pipe group is arranged in the combustion space, the burner and the water pipe. And a second embodiment having a combustion space between the groups. In the first aspect, the combustion reaction proceeds in the gap between the water pipes. When the water tube group is the first aspect, cooling of the gas during the combustion reaction causes an increase in the carbon monoxide concentration and suppresses the nitrogen oxide concentration. When the water tube group is in the second mode, typically, the concentration ratio characteristic by the burner is held with almost no change.
そして、前記バーナおよび前記水管群は、つぎの空気比―ＮＯx・ＣＯ特性を有する。この空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側のガスにおける酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が得られるものである。前記空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、好ましくは、前記触媒一次側における前記窒素酸化物の濃度を３００ppm以下とする。こうすることにより、前記触媒の使用量を低減できる。 The burner and the water tube group have the following air ratio-NOx / CO characteristics. This air ratio-NOx / CO characteristic is obtained when the air ratio adjusting means adjusts the air ratio to the set air ratio so that the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero. A concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas on the primary side can be obtained. In the air ratio-NOx / CO characteristic, the concentration of the nitrogen oxide on the primary side of the catalyst is preferably 300 ppm or less. By doing so, the amount of the catalyst used can be reduced.
また、前記バーナと前記水管群とによる前記濃度比調整は、実験的なデータに基づいて空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（濃度比特性）を求めることにより行われる。この濃度比調整により、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上とする。ここで、この発明では、前記濃度比調整に関与する構成要素として、水管群以外の要素を含む場合もこの発明に包含される。 The concentration ratio adjustment by the burner and the water tube group is performed by obtaining an air ratio-NOx / CO characteristic (concentration ratio characteristic) based on experimental data. By adjusting the concentration ratio, the concentration of carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst is reduced in the catalyst by oxidation of carbon monoxide, and the catalyst is reduced by reduction of nitrogen oxide with carbon monoxide. Is approximately equal to or greater than the value obtained by adding the carbon monoxide concentration reduced within the range. Here, in this invention, the case where elements other than a water pipe group are included as a component involved in the said concentration ratio adjustment is also included by this invention.
この濃度比調整において、空気比を実質的に１．０の設定空気比に制御すれば、省エネルギーを達成するうえで好ましい。また、この濃度比調整は、好ましくは、燃焼温度の調整，すなわち前記バーナからの燃焼反応中のガスを冷却することにより窒素酸化物量および一酸化炭素量を所定量以下に抑制するとともに、ガス温度を保持して得られた一酸化炭素濃度を低減させないことにより行われる。一酸化炭素は、ガス温度が約９００℃以上となると酸化されやすいので、好ましくは、前記触媒の一次側におけるガス温度が６００℃以下に保持されるように前記バーナおよび前記水管群とが構成される。 In this concentration ratio adjustment, it is preferable to control the air ratio to a set air ratio of substantially 1.0 in order to achieve energy saving. The concentration ratio adjustment is preferably performed by adjusting the combustion temperature, that is, by cooling the gas during the combustion reaction from the burner to suppress the nitrogen oxide amount and the carbon monoxide amount to a predetermined amount or less, and the gas temperature. This is carried out by not reducing the carbon monoxide concentration obtained by holding. Since carbon monoxide is easily oxidized when the gas temperature is about 900 ° C. or higher, the burner and the water tube group are preferably configured so that the gas temperature on the primary side of the catalyst is maintained at 600 ° C. or lower. The
前記濃度比の範囲を表す式は、前記の式（３）にて表現することができる。 ここで、（［ＮＯx］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］の値（濃度比の値）は、２．０以下とするが、好ましくは、１．５以下とする。また、窒素酸化物濃度（［ＮＯx］）は、一酸化窒素濃度（［ＮＯ］）と二酸化窒素濃度（［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 formula representing the range of the concentration ratio can be expressed by the formula (3). Here, the value of ([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] (value of the concentration ratio) is 2.0 or less, 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１．０の場合は、理論上は、前記触媒から排出される酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を零とすることができる。しかしながら、実験上は、僅かに一酸化炭素が排出されることが分かっている。前記式（１）における（［ＮＯx］＋２［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 1.0, 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触媒内では、酸素が存在しない雰囲気で前記第二反応（II）によるＣＯによるＮＯ還元反応が進行する。
ＣＯ ＋ＮＯ → ＣＯ2 ＋１／２Ｎ2 …（II）
そこで、前記第一反応（I）、前記第二反応（II）の反応に寄与する物質の濃度に着目し、前記基準濃度充足式を導きだした。
すなわち、ＣＯ濃度，ＮＯ濃度，Ｏ2濃度をそれぞれ［ＣＯ］ppm，［ＮＯ］ppm，［Ｏ2］ppmとすると、前記式（I）よりＣＯにより除去できる酸素濃度は、次式（III）で表される。
２［Ｏ2］＝ ［ＣＯ］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 a 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 by [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１．０よりも小さい場合は、一酸化炭素の濃度が前記窒素酸化物の還元に必要な濃度以上に存在するので、排出酸素濃度が零で、前記触媒通過後のガス中に一酸化炭素が残留する。このため前記式（３）における濃度比の下限値を設けていない。前記触媒通過後に、一酸化炭素が含まれる場合は、この残留一酸化炭素を酸化する酸化手段を更に設けることが好ましい。この酸化手段は、前記触媒と別個の触媒を設け、この触媒の上流側へ酸素を投入して一酸化炭素を酸化するように構成することができる。 When the value of the predetermined concentration ratio is smaller than 1.0, the concentration of carbon monoxide is higher than the concentration necessary for the reduction of the nitrogen oxides, so that the exhaust oxygen concentration is zero and after passing through the catalyst. Carbon monoxide remains in the gas. 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を越える２．０は、実験的に得られた値であるが、つぎの理由によると考えられる。前記触媒中で生じている反応は、完全に解明されておらず、前記第一反応および前記第二反応の主反応以外に、副反応が生じていることが考えられる。この副反応の一つとして、蒸気と一酸化炭素との反応により水素が生じ、この水素により窒素酸化物および酸素が還元される反応が考えられる。 Further, 2.0 that exceeds 1.0 of the concentration ratio 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 can be considered.
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。 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.
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１．０となり、排出濃度が零に近い低ＮＯxと低ＣＯに加えて省エネルギーが実現され、低公害で、省エネルギーの燃焼装置を提供することができる。 Further, when the oxygen concentration O 2 on the primary side of the catalyst is set to 0% <O 2 ≦ 1.00% under the condition that the expression (3) is satisfied, the air ratio is approximately 1.0 and the exhaust concentration is zero. Energy saving is realized in addition to low NOx and CO that are close to each other, and a low-pollution and energy-saving combustion apparatus can be provided.
また、前記水管群は、燃焼装置がボイラの場合は、水管とし、再生器の場合は、吸収液濃縮管とする。そして、前記水管群は、前記触媒へ流入するガス温度を前記触媒の活性化温度近くに制御する機能をも有する。すなわち、ガス温度を前記第一反応および前記第二反応を効果的に生じさせ、かつ温度による劣化を抑制し、耐久性を考慮した温度に制御する。前記水管群は、前記バーナからのガスと熱交換する複数の水管であるが、給湯器の水管のように１本の水管を蛇行させることで複数の水管を構成することができる。 The water pipe group is a water pipe when the combustion apparatus is a boiler, and an absorbent concentrating pipe when the combustion apparatus is a regenerator. The water tube group also has a function of controlling the gas temperature flowing into the catalyst close to the activation temperature of the catalyst. That is, the gas temperature is controlled to a temperature that effectively causes the first reaction and the second reaction, suppresses deterioration due to temperature, and considers durability. The water pipe group is a plurality of water pipes that exchange heat with the gas from the burner, but a plurality of water pipes can be configured by meandering one water pipe like a water pipe of a water heater.
前記触媒は、前記ガス中にＨＣが含まれない状態において効率よく前記窒素酸化物を還元する機能を有する触媒で、前記水管群の後流または前記水管群の途中に設けられ、通気性を有する基材に触媒活性物質を担持した構成とし、構造は特定のものに限定されない。前記基材としては、ステンレスなどの金属，セラミックが用いられ、排ガスとの接触面積を広くするような表面処理が施される。触媒活性物質としては、一般的に白金が用いられるが、実施に応じて、白金に代表される貴金属（Ａｇ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）または金属酸化物を用いることができる。前記触媒を前記水管群の途中に設ける場合は、複数の水管間の隙間に設けるか、前記水管を基材として、その表面に触媒活性物質を担持した構成とすることができる。 The catalyst is a catalyst having a function of efficiently reducing the nitrogen oxides in a state where HC is not included 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.
前記空気比調整手段は、流量調整手段と、この流量調整手段を駆動するモータと、このモータを制御する制御手段とを含む。前記流量調整手段は、前記バーナの燃焼空気量および燃料量いずれか一方，または両方を変えることで両者の比率を変え、前記バーナの空気比を調整するための手段である。前記燃焼空気量を調整するものの場合、好ましくは、ダンパ（弁の意味を含む）とする。このダンパの構造としては、回転軸を中心に回転する弁体により流路の開度を変える回転タイプのもの、流路の断面開口に対してスライドすることにより流路の開度を変えるスライドタイプのものとすることができる。 The air ratio adjusting unit includes a flow rate adjusting unit, a motor that drives the flow rate adjusting unit, and a control unit that controls the motor. The flow rate adjusting means is a means for adjusting the air ratio of the burner by changing either or both of the combustion air amount and the fuel amount of the burner to change the ratio of both. In the case of adjusting the amount of combustion air, a damper (including the meaning of a valve) is preferably used. As the structure of this damper, a rotary type that changes the opening degree of the flow path by a valve body that rotates around a rotation axis, and a slide type that changes the opening degree of the flow path by sliding with respect to the cross-sectional opening of the flow path. Can be.
この流量調整手段を燃焼空気量を変えるものとする場合には、好ましくは、送風機と燃料供給手段との間の空気流路に設けるが、前記送風機の吸い込み口など前記送風機の吸い込み口側に設けることができる。 In the case where the flow rate adjusting means changes the amount of combustion air, it is preferably provided in the air flow path between the blower and the fuel supply means, but is provided on the suction inlet side of the blower such as the suction inlet of the blower. be able to.
前記モータは、好ましくは、前記流量調整手段を駆動する手段であり、前記流量調整手段の開度量を駆動量に応じて制御でき、かつ単位時間当たりの駆動量を調整できるモータとする。このモータは、前記空気比を安定的に制御する「機械的制御手段」の一部を構成する。この「開度量を駆動量に応じて制御できる。」とは、駆動量が決まれば、前記流量調整弁の開度を特定の位置に停止制御できることを意味する。また、「単位時間当たりの駆動量を調整できる。」とは、位置制御の応答性を調整できることを意味する。 The motor is preferably means for driving the flow rate adjusting means, and is a motor capable of controlling the opening degree of the flow rate adjusting means in accordance with the drive amount and adjusting the drive amount per unit time. This motor constitutes a part of “mechanical control means” for stably controlling the air ratio. The phrase “the amount of opening can be controlled according to the driving amount” means that when the driving amount is determined, the opening of the flow rate adjusting valve can be controlled to stop at a specific position. Further, “the drive amount per unit time can be adjusted” means that the responsiveness of the position control can be adjusted.
このモータは、好ましくは、ステッピングモータ（ステップモータと称することができ
る。）とするが、ギヤモータ（ギヤドモータと称することができる。）やサーボモータなどとすることができる。前記ステッピングモータとした場合は、前記駆動量は駆動パルスにより決まり、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から駆動パルスの数に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。また、前記ギヤモータまたは前記サーボモータとした場合は、前記駆動量が開閉駆動時間であり、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から開閉駆動時間に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。
The motor is preferably a stepping motor (which can be referred to as a step motor), but may be a gear motor (which may be referred to as a geared motor), a servo motor, or the like. In the case of the stepping motor, the driving amount is determined by the driving pulse, and the opening position of the flow rate adjusting means is moved from the reference opening position by an amount corresponding to the number of driving pulses to stop for any desired purpose. Can be controlled to position. In the case of the gear motor or the servo motor, the driving amount is the opening / closing driving time, and the opening position of the flow rate adjusting means is opened / closed by an amount corresponding to the opening / closing driving time from the reference opening position. The target stop position can be controlled.
前記センサとしては、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素等の未燃ガスを空気比ｍ＝１．０で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す酸素濃度計を好適に用いることができる。
また、前記センサとしては、酸素濃度センサと一酸化炭素濃度センサとを組み合わせ、近似的に空気比を求めることもできる。
The sensor represents an excess oxygen concentration in an oxygen excess region, and a deficient oxygen concentration necessary for burning unburned gas such as carbon monoxide at an air ratio m = 1.0 in a fuel excess region as a negative value. The oxygen concentration meter to represent 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、予め記憶した空気比制御プログラムに基づき、前記センサの検出値を入力して、前記モータの駆動量をフィードバック制御して、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように、または、前記式（３）を満たすように、前記空気比を１の設定空気比に制御（濃度比Ｋの一定制御）する。 The air ratio adjusting means inputs the detection value of the sensor based on a prestored air ratio control program, feedback-controls the driving amount of the motor, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst The concentration is approximately equal to or greater than the sum of the concentration of carbon monoxide reduced in the catalyst by the oxidation and the concentration of carbon monoxide reduced in the catalyst by the reduction, or The air ratio is controlled to a set air ratio of 1 (constant control of the concentration ratio K) so as to satisfy the expression (3).
前記空気比制御プログラムは、好ましくは、前記検出空気比と前記設定空気比との差に応じて前記モータの単位時間当たり駆動量（１駆動単位当たりの時間で表現することができる。）を変える第一制御帯と、この第一制御帯の外側において単位時間当たりの前記駆動量を固定の所定値とする第二制御帯とを設けて、前記モータの駆動量を制御するように構成する。この制御は、前記検出空気比が前記設定空気比を中心にした設定範囲内に収まるように制御する前記電気的制御手段を構成する。なお、この空気比制御プログラムは、この制御方式に限定されるものではなく、種々のＰＩＤ制御とすることができる。前記第一制御帯における制御量は、検出空気比と設定空気比との差と設定ゲインとの積の式により制御することができる。こうした制御により、設定空気比に速やかに制御できるととともに、オーバーシュートおよびハンチングの少ない制御を行うことができる効果を奏することができる。 Preferably, the air ratio control program changes a driving amount per unit time of the motor (which can be expressed as a time per driving unit) according to a difference between the detected air ratio and the set air ratio. A first control zone and a second control zone having a fixed predetermined value for the driving amount per unit time outside the first control zone are provided to control the driving amount of the motor. This control constitutes the electrical control means for performing control so that the detected air ratio falls within a set range centered on the set air ratio. The air ratio control program is not limited to this control method, and can be various PID controls. The control amount in the first control zone can be controlled by the product of the difference between the detected air ratio and the set air ratio and the set gain. By such control, it is possible to quickly control the set air ratio, and it is possible to achieve an effect of performing control with less overshoot and hunting.
前記バーナおよび前記水管群による濃度比調整は、前記水管群以外の前記バーナから前記触媒までのガス通路を構成する要素およびこのガス通路に含まれる要素によりおこなう形態を含むものである。 The concentration ratio adjustment by the burner and the water pipe group includes a form that is performed by an element constituting a gas passage from the burner other than the water pipe group to the catalyst and an element included in the gas passage.
また、前記機械的制御手段は、燃焼空気の給気通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。また、機械的制御手段は、燃料供給通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。 Further, the mechanical control means comprises a combustion air supply passage comprising a main passage and an auxiliary passage in parallel therewith, and roughly adjusts the air flow rate by the operation of a valve body provided in the main passage, and the auxiliary passage. The air flow rate can be finely adjusted by the operation of the valve body provided in the passage. The mechanical control means includes a main supply passage and an auxiliary passage in parallel with the main supply passage, roughly adjusts the air flow rate by the operation of a valve body provided in the main passage, and is provided in the auxiliary passage. The air flow rate can be finely adjusted by the operation of the valve body.
前記空気比調整手段の流量調整手段は、送風機のモータをインバータにより制御するもととすることができる。このインバータは、周知の構成のものを利用できる。このインバ
ータを用いる場合も、ダンパ制御に用いる前記空気比制御プログラムにより制御することができる。
The flow rate adjusting means of the air ratio adjusting means can control the motor of the blower with an inverter. A known inverter can be used for this inverter. Even when this inverter is used, it can be controlled by the air ratio control program used for damper control.
（実施の形態５）
この発明は、前記ボイラの実施の形態１〜５に限定されるものではなく、つぎの実施の形態５〜７を含んでいる。
(Embodiment 5)
The present invention is not limited to the first to fifth embodiments of the boiler, but includes the following fifth to seventh embodiments.
前記実施の形態５は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有することを特徴とするボイラである。 Embodiment 5 is a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel and generates a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxide with carbon monoxide, and an air ratio of the premixed burner And an air ratio adjusting means for controlling the premixing burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, and the premixing burner and the water tube group are provided by the air ratio adjusting means. When the air ratio is adjusted to the set air ratio, the nitrogen oxide concentration and the oxygen concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or a predetermined value or less. A boiler which is characterized by having a specific -NOx · CO characteristics.
前記実施の形態６は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴とするボイラである。 In the sixth embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide that does not contain hydrocarbons, and the premixed burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxide with carbon monoxide, and an air ratio of the premixed burner And an air ratio adjusting means for controlling the premixing burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, and the premixing burner and the water tube group are provided by the air ratio adjusting means. When the air ratio is adjusted to the set air ratio, the carbon monoxide concentration in the gas on the primary side of the oxidation catalyst is reduced in the oxidation catalyst by the oxidation and the reduction More said or oxidation catalyst in the substantially equal to the value obtained by adding the concentration of carbon monoxide is reduced in a boiler, characterized in that it is configured to be higher.
前記実施の形態７は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比が次式（３）を満たすように構成されることを特徴とするボイラである。
（［ＮＯｘ］＋２［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。）
Embodiment 7 is a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxide with carbon monoxide, and an air ratio of the premixed burner And an air ratio adjusting means for controlling the premixing burner to a set air ratio based on a detection signal of the sensor, and the premixing burner and the water tube group are provided by the air ratio adjusting means. The boiler is configured such that when the air ratio is adjusted to the set air ratio, a concentration ratio of the gas before flowing into the oxidation catalyst satisfies the following expression (3).
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] ≦ 2.0 (3)
(In Formula (3), [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.)
以上の実施の形態５〜７のボイラは、前記実施の形態４と同様な作用効果を奏する。この発明は、つぎの実施の形態８を含む。 The boilers of the above fifth to seventh embodiments have the same effects as the fourth embodiment. The present invention includes the following eighth embodiment.
（実施の形態８）
前記実施の形態８は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化
炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比１．０の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性（一次特性）を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性（二次特性）を有するように構成され、前記空気比調整手段は、前記二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性のＮＯx・ＣＯ低減領域の設定空気比であって、前記二次特性における窒素酸化物濃度（排出ＮＯx濃度）を実質的に零とする値に設定される。この窒素酸化物濃度を実質的に零とするのは、好ましくは、前記予混合バーナの空気比を実質的に１．０に制御することにより実現される。この制御は、好ましくは、前記酸化触媒の二次側の空気比により行うが、前記触媒での反応の結果、実質的に１．０の設定空気比を満たし得る前記触媒の一次側の酸素濃度（Ｏ2濃度）が所定濃度となるように一次側のＯ2濃度により行うように構成することもできる。前記一次特性は、この発明の前記バーナおよび前記水管群による濃度比特性であり、空気比−ＮＯx特性と空気比−ＣＯ特性とを含む。また、前記二次特性は、前記触媒による特性（触媒特性）であり、空気比−ＮＯx特性と空気比−ＣＯ特性とを含む。
(Embodiment 8)
In the eighth embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide that does not contain hydrocarbons, and the premixed burner. A water pipe group that absorbs heat from the gas, an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the water pipe group with oxygen and reduces nitrogen oxide with carbon monoxide, and an air ratio of the premixed burner An air ratio adjusting means for adjusting the oxygen ratio on the primary side of the oxidation catalyst obtained by adjusting the premix burner and the water pipe group in the vicinity of an air ratio of 1.0 by the air ratio adjusting means, The oxidation catalyst has a primary-side air ratio-NOx / CO characteristic of the oxidation catalyst related to the gas containing nitrogen oxides and carbon monoxide, and the oxidation catalyst has the primary-side air ratio-NOx / CO characteristic (primary characteristic). The The oxidation catalyst secondary side air ratio obtained by bringing the gas to be brought into contact with the oxidation catalyst into a NOx / CO characteristic (secondary characteristic) is provided, and the air ratio adjusting means includes the secondary side The air ratio is set to the NOx / CO reduction region of the NOx / CO characteristic, and is set to a value that makes the nitrogen oxide concentration (exhaust NOx concentration) in the secondary characteristic substantially zero. Making the nitrogen oxide concentration substantially zero is preferably realized by controlling the air ratio of the premix burner to substantially 1.0. This control is preferably performed by the air ratio on the secondary side of the oxidation catalyst, but as a result of the reaction with the catalyst, the oxygen concentration on the primary side of the catalyst that can substantially satisfy the set air ratio of 1.0. It can also be configured to perform the primary O 2 concentration so that (O 2 concentration) becomes a predetermined concentration. The primary characteristic is a concentration ratio characteristic by the burner and the water tube group of the present invention, and includes an air ratio-NOx characteristic and an air ratio-CO characteristic. The secondary characteristic is a characteristic (catalytic characteristic) by the catalyst, and includes an air ratio-NOx characteristic and an air ratio-CO characteristic.
この実施の形態８において、前記バーナの燃焼により生成されるガスは、前記水管群にて吸熱作用を受け、所定濃度比で酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスとなる。そして、前記バーナの空気比を低空気比の領域で変化させると、前記バーナおよび前記水管群による濃度比特性である前記一次特性と前記触媒の特性による前記二次特性が得られる。 In the eighth embodiment, the gas generated by the combustion of the burner receives an endothermic effect in the water tube group and becomes a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide at a predetermined concentration ratio. When the air ratio of the burner is changed in the low air ratio region, the primary characteristic that is the concentration ratio characteristic by the burner and the water tube group and the secondary characteristic by the characteristic of the catalyst are obtained.
（実施の形態９）
前記実施の形態８は、つぎのボイラ実施の形態９にて表現することができる。この実施の形態９は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱を行う水管群と、この水管群を通過後の前記ガスと接触され、このガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比がＮＯx非低減領域のとき一酸化炭素を低減し、窒素酸化物を低減せず、前記濃度比がＮＯx低減領域のとき、一酸化炭素および窒素酸化物を低減する触媒と、前記予混合バーナへ供給する空気量および／または燃料量の割合を調整する空気比調整手段とを備え、前記空気比調整手段は、前記濃度比が前記ＮＯx低減領域となるように、空気量および／または燃料量の割合を調整するものであって、前記調整は、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするように構成する。この実施の形態９の前記濃度比の調整は、前記調整０および前記調整１を含むものである。さらに、前記濃度比の調整は、好ましくは、前記酸化触媒二次側の酸素濃度を実質的に零とするように構成する。前記触媒における一酸化炭素の低減は、酸化により、窒素酸化物の低減は一酸化炭素による還元によりなされる。
(Embodiment 9)
The eighth embodiment can be expressed by the following boiler embodiment 9. In the ninth embodiment, a hydrocarbon-containing fuel is burned to generate a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, which does not contain hydrocarbons, and the premix burner. When the concentration ratio of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas is in a NOx non-reduction region, the carbon monoxide is contacted with the water tube group that absorbs heat from the gas and the gas after passing through the water tube group. When the concentration ratio is in the NOx reduction region, the ratio of the amount of air and / or the amount of fuel supplied to the premix burner and the catalyst for reducing carbon monoxide and nitrogen oxide is reduced. The air ratio adjusting means adjusts the ratio of the air amount and / or the fuel amount so that the concentration ratio is in the NOx reduction region. Is said oxidation catalyst Constituting the nitrogen oxide concentration of the following side to substantially zero. The adjustment of the density ratio in the ninth embodiment includes the adjustment 0 and the adjustment 1. Furthermore, the concentration ratio is preferably adjusted so that the oxygen concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero. Carbon monoxide in the catalyst is reduced by oxidation, and nitrogen oxides are reduced by reduction with carbon monoxide.
また、この実施の形態９において、好ましくは、前記予混合バーナおよび前記水管群による濃度比調整は、生成される有害物質濃度を設定濃度以下に抑制するように構成する。ここで、有害物質（公害物質と称することもできる。）とは、窒素酸化物および一酸化炭素である。この設定濃度は、有害物質を窒素酸化物とした場合、たとえば３００ppmとすることができる。すなわち、前記濃度比調整により生成される有害物質濃度を設定濃度以下に抑制しておくことにより、前記酸化触媒における処理量，すなわち前記触媒の量を少なくすることができる。前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する手段を窒素酸化物生成抑制手段と称する。この窒素酸化物抑制手段としては、水管群により燃焼反応中のガスを冷却する手段、排ガスを再循環させる手段、燃焼反応中のガス中に水または蒸気を添加する手段、これらの複数の手段を組み合わせたものを含む。この窒素酸
化物生成抑制手段は、この実施の形態９だけでなく、他の実施の形態においても適用することができる。
In the ninth embodiment, preferably, the concentration ratio adjustment by the premix burner and the water tube group is configured to suppress the generated harmful substance concentration below a set concentration. Here, harmful substances (also referred to as pollutants) are nitrogen oxides and carbon monoxide. This set concentration can be, for example, 300 ppm when the harmful substance is nitrogen oxide. That is, by controlling the concentration of harmful substances generated by adjusting the concentration ratio below a set concentration, the amount of treatment in the oxidation catalyst, that is, the amount of the catalyst can be reduced. The means for suppressing the gas temperature and suppressing the nitrogen oxide concentration below a predetermined value is referred to as nitrogen oxide production suppressing means. The nitrogen oxide suppression means includes a means for cooling the gas during the combustion reaction by the water tube group, a means for recirculating the exhaust gas, a means for adding water or steam to the gas during the combustion reaction, and a plurality of these means. Includes combinations. This nitrogen oxide production suppressing means can be applied not only in the ninth embodiment but also in other embodiments.
（実施の形態１０）
さらに、この発明は、つぎのボイラの実施の形態１０を含む。この実施の形態１０は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触され、前記ガス中の酸素により一酸化炭素を酸化する第一反応と、前記ガス中の一酸化炭素により窒素酸化物を還元する第二反応とを主反応として行う触媒と、前記予混合バーナの燃焼空気と燃料との割合を調整する制御手段（濃度比調整手段）とを備え、前記触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比として、前記濃度比を前記基準所定濃度比とすると、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準所定濃度比に対応する基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を高くすると、前記触媒二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とし、窒素酸化物濃度を低減し、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記触媒の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、前記濃度比調整手段は、前記触媒の特性を利用して、前記触媒の二次側の酸素濃度に基づき前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整することにより、前記触媒の一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を低減することを特徴とするボイラである。ここにおける調整は、前記調整０および前記調整１を含む。
(Embodiment 10)
Furthermore, the present invention includes the following tenth embodiment of the boiler. The tenth embodiment is produced by a premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel and generates a gas that does not contain hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide, and the premix burner. A water tube group that absorbs heat from the gas, a first reaction that is brought into contact with a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide after passing through the water tube group, and oxidizes carbon monoxide with oxygen in the gas, and the gas And a catalyst for performing a second reaction for reducing nitrogen oxides with carbon monoxide as a main reaction, and a control means (concentration ratio adjusting means) for adjusting the ratio of combustion air and fuel in the premix burner. The catalyst has a predetermined ratio based on a concentration ratio of oxygen, nitrogen oxides and carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst in which the nitrogen oxide concentration and carbon monoxide concentration on the secondary side are substantially zero. As concentration ratio, the concentration Is the reference predetermined concentration ratio, the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst are substantially zero, and the primary oxygen concentration is higher than the reference oxygen concentration corresponding to the reference predetermined concentration ratio. When it is increased, oxygen at a concentration corresponding to the difference between the primary oxygen concentration and the reference oxygen concentration is detected on the catalyst secondary side, and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst is substantially zero, When the oxide concentration is reduced and the primary oxygen concentration is made lower than the reference oxygen concentration, 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 concentration of nitrogen oxides on the secondary side of the catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is reduced. The concentration ratio adjusting means uses the characteristics of the catalyst to reduce the concentration of the catalyst. Based on the oxygen concentration on the secondary side. By adjusting the ratio between the combustion air amount and the fuel amount of the combined burner, the oxygen concentration on the primary side of the catalyst is adjusted with respect to the reference oxygen concentration, and the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst and It is a boiler characterized by reducing carbon monoxide concentration. The adjustment here includes the adjustment 0 and the adjustment 1.
前記実施の形態８，９は、前記触媒二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度などにより求められる空気比に対する前記予混合バーナおよび水管群の前記一次特性と前記二次特性とに基づいて表現したものである。これに対して、この実施の形態１０は、前記触媒の一次側の酸素濃度に対する前記予混合バーナおよび前記水管群の前記一次特性と前記触媒の特性とに基づいて表現したものである。 The eighth and ninth embodiments are based on the primary characteristics and the secondary characteristics of the premixed burner and the water tube group with respect to the air ratio determined by the oxygen concentration and / or the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst. It is what was expressed. On the other hand, the tenth embodiment is expressed based on the primary characteristics of the premix burner and the water pipe group and the characteristics of the catalyst with respect to the oxygen concentration on the primary side of the catalyst.
この触媒特性とは、つぎのような特性である。すなわち、図７の模式図に示すように、前記触媒一次側の前記濃度比の特性ラインＬ（二次側［ＮＯx］＝０，［ＣＯ］＝０ライン）を有している。このラインＬ上に前記触媒一次側の前記濃度比Ｋが位置すると、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度が実質的に零となる。このラインＬは、理論的には前記式（３）の前記所定濃度比Ｋが１．０（前記式（２）ではＫ０＝１．０）に対応している。しかしながら、前述のように、実験的に前記濃度比Ｋが１．０を越える２．０までの範囲で、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができることが確認されているので、前記二次側の特性ラインＬは、図７のラインに限定されない。 The catalyst characteristics are as follows. That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 7, the concentration ratio characteristic line L (secondary side [NOx] = 0, [CO] = 0 line) is provided on the primary side of the catalyst. 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)). However, as described above, the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst are set to substantially zero in the range where the concentration ratio K exceeds 1.0 and exceeds 2.0. Therefore, the secondary characteristic line L is not limited to the line shown in FIG.
そして、前記バーナおよび前記水管群の前記一次特性のラインＭと、前記二次側側の特性ラインＬとの交点における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを仮に特異基準所定濃度比Ｋ０Ｘ（以下、特異基準濃度比という。）と称する。前記触媒の一次側の前記濃度比Ｋを前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに調整する（前記調整０）と、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。そして、前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに対応する基準酸素濃度ＳＫよりも一次側酸素濃度を高くする，すなわち前記空気比調整手段により一次側酸素濃度を高くすると前記触媒二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の窒素
酸化物濃度が一次側の窒素酸化物濃度よりも低減し、かつ二次側の一酸化炭素濃度が実質的に零となる。また、前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘよりも一次側酸素濃度を低くする（前記調整１）と前記触媒の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零となり、かつ二次側の一酸化炭素濃度が低減する。
And 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 water tube group and the secondary side characteristic line L is assumed to be a specific reference predetermined concentration ratio. This is referred to as K0X (hereinafter referred to as a specific reference concentration 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, that is, when the primary oxygen concentration is increased by the air ratio adjusting means, the primary oxygen concentration on the secondary side of the catalyst is increased. A concentration of oxygen corresponding to the difference in 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 carbon monoxide concentration on the secondary side 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, the energy saving by burning at an air ratio of 1.0, and the extremely low exhaust NOx concentration and exhaust CO concentration are substantially zero. Pollution can be realized 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.
以上の実施の形態１〜９において、好ましくは、前記触媒の二次側（後流側）に排熱回収器としての給水予熱器を設け、前記触媒における一酸化炭素の酸化による多量の発熱を給水に回収できるように構成する。また、前記触媒は、好ましくは、前記水管群の後流の煙道であって、前記排熱回収器からの凝縮水落下による汚れを回避するように設け、前記排熱回収器から落下する凝縮水により前記触媒が汚されることが防止するように構成する。 In the above first to ninth embodiments, preferably, a feed water preheater as an exhaust heat recovery device is provided on the secondary side (rear stream side) of the catalyst, and a large amount of heat is generated by oxidation of carbon monoxide in the catalyst. It is configured so that it can be collected for water supply. Further, the catalyst is preferably a downstream flue of the water pipe group, and is provided so as to avoid contamination due to the fall of condensed water from the exhaust heat recovery unit, and the condensation falling from the exhaust heat recovery unit The catalyst is configured to prevent the catalyst from being contaminated with water.
また、以上の実施の形態１〜９において、好ましくは、前記触媒または前記センサ（第一センサ）の異常を検出するための第二のセンサ（第二センサ）と、報知手段と、前記第二センサの検出値に基づき前記異常を検出して前記報知手段によりその異常を報知する異常時制御プログラムを実行する制御手段とを備える。 In the first to ninth embodiments described above, preferably, a second sensor (second sensor) for detecting abnormality of the catalyst or the sensor (first sensor), a notification unit, and the second And control means for executing an abnormal time control program for detecting the abnormality based on the detection value of the sensor and notifying the abnormality by the notification means.
前記実施の形態１〜９においては、前記触媒が劣化するなどして本来の機能を果たさなくなると、前記触媒の二次側のガス中に設定値以上の一酸化炭素が含まれるようになる。前記制御手段は、前記第二センサの検出値が異常値を示すと、前記触媒または前記第一センサが異常と判定して、前記報知手段にて異常を報知する。この異常報知により、ボイラの管理者や保守業者は、前記触媒または前記第一センサを点検して前記触媒の交換などの保守を行うことができる。 In the first to ninth embodiments, when the catalyst does not perform its original function due to deterioration or the like, carbon monoxide exceeding the set value is contained in the gas on the secondary side of the catalyst. When the detection value of the second sensor indicates an abnormal value, the control unit determines that the catalyst or the first sensor is abnormal and notifies the abnormality by the notification unit. By this abnormality notification, the manager or maintenance company of the boiler can perform maintenance such as replacement of the catalyst by inspecting the catalyst or the first sensor.
前記第二センサは、前記触媒または前記第一センサ異常を検出するセンサである。前記第二センサを前記触媒の異常を検出するセンサとする場合、好ましくは、前記触媒の二次側において一酸化炭素濃度が増加することを検出するＣＯセンサとする。しかしながら、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度が増加することを検出するＮＯxセンサとすることができる。また、ＣＯセンサとＮＯxセンサとの二つのセンサで前記第二センサを構成することができる。 The second sensor is a sensor that detects the catalyst or the first sensor abnormality. When the second sensor is a sensor that detects an abnormality of the catalyst, it is preferably a CO sensor that detects an increase in carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst. However, it can be a NOx sensor that detects an increase in the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the catalyst. Further, the second sensor can be composed of two sensors, a CO sensor and a NOx sensor.
前記第二センサを前記第一センサの異常を検出するセンサとする場合、前記第二センサを前記第一センサと同じ空気比を検出するセンサとすることができる。 When the second sensor is a sensor that detects an abnormality of the first sensor, the second sensor can be a sensor that detects the same air ratio as the first sensor.
前記報知手段は、前記触媒の異常を視覚的および／聴覚的に報知するものであればよく、特定のものに限定されない。また、この報知手段は、前記制御手段を構成する制御器に付設するか、燃焼装置と離れた位置で通信回線を介して報知するように構成することがで
きる。
The notification means may be any means that visually and / or audibly reports the abnormality of the catalyst, and is not limited to a specific one. Further, the notification means can be attached to a controller constituting the control means, or can be configured to notify through a communication line at a position away from the combustion device.
前記異常時制御プログラムは、前記触媒または前記第一センサが正常に機能しない場合であっても前記触媒二次側の一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすべく、前記触媒の一次側の一酸化炭素濃度が排出基準値以下の第二設定値となるように前記空気比を第二設定空気比λ２（たとえば、１．２５）に制御するプログラムを含む。 The abnormal-time control program sets the primary side of the catalyst so that the concentration of carbon monoxide on the secondary side of the catalyst is equal to or less than the emission reference value even when the catalyst or the first sensor does not function normally. A program for controlling the air ratio to a second set air ratio λ2 (for example, 1.25) so that the carbon oxide concentration becomes a second set value equal to or less than the emission reference value is included.
この異常時制御プログラムは、つぎのように構成できる。前記第二センサが前記触媒の異常を検出するためのセンサである場合、前記制御手段は、前記第二センサの検出値が異常判定の基準値である設定値を越えると、前記報知手段を駆動して異常を報知するとともに、前記第一設定空気比λ１の燃焼から前記第二設定空気比λ２の燃焼へ移行する。この第二設定空気比λ２の燃焼は、応急的な運転であるが、前記触媒一次側のガス中の一酸化炭素濃度が排出基準値である３００ppm以下であるので、仮に前記触媒が全く機能しなかったとしても排出一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすることができる。 This abnormal time control program can be configured as follows. When the second sensor is a sensor for detecting an abnormality of the catalyst, the control means drives the notification means when a detection value of the second sensor exceeds a set value that is a reference value for abnormality determination. Then, the abnormality is notified and the combustion at the first set air ratio λ1 shifts to the combustion at the second set air ratio λ2. Although the combustion at the second set air ratio λ2 is an emergency operation, the concentration of carbon monoxide in the gas on the primary side of the catalyst is 300 ppm or less, which is an emission standard value. Even if not, the emission carbon monoxide concentration can be reduced below the emission standard value.
また、前記第二センサが前記第一センサの異常を検出するためのセンサである場合、前記制御手段は、前記第二センサが正常値，すなわち設定空気比を検出しているのに、前記第一センサが異常値，すなわち前記設定空気比を検出していないとき、前記設定空気比を変更する。そして、前記第一センサが変更した空気比を検出せず、前記第二センサが変更した空気比を検出したとき、前記第一センサを異常と判定し、前記第二センサによる空気比制御に切り替えるように構成される。 In the case where the second sensor is a sensor for detecting an abnormality of the first sensor, the control means is configured to detect the normal value, that is, the set air ratio, while the second sensor detects the normal value. When one sensor does not detect an abnormal value, that is, the set air ratio, the set air ratio is changed. When the air ratio changed by the first sensor is not detected and the air ratio changed by the second sensor is detected, the first sensor is determined to be abnormal and switched to air ratio control by the second sensor. Configured as follows.
前記報知手段の報知に基づき、燃焼装置の管理者またはメンテナンス員は、前記触媒の交換や手入れを行い、前記触媒の機能を正常化させる。その後、前記第一設定空気比λ１による燃焼を開始する。 Based on the notification from the notification means, the administrator or maintenance staff of the combustion apparatus replaces and cares for the catalyst to normalize the function of the catalyst. Thereafter, combustion with the first set air ratio λ1 is started.
以上説明した実施の形態において、好ましくは、前記空気比調整手段の流量調整手段に自らの異常を検出する異常検出手段を備える。前記第二センサによる異常検出時、異常の原因として前記触媒，前記第一センサおよび前記流量調整手段などが考えられるが、この異常検出手段を備えることにより、異常原因の特定を容易に行うことができる。 In the embodiment described above, preferably, the flow rate adjusting means of the air ratio adjusting means is provided with an abnormality detecting means for detecting its own abnormality. When the abnormality is detected by the second sensor, the cause of the abnormality may be the catalyst, the first sensor, the flow rate adjusting means, and the like. By providing the abnormality detecting means, it is possible to easily identify the cause of the abnormality. it can.
ついで、この発明の燃焼装置を蒸気ボイラに適用した実施例を図面に従い説明する。図１は、本実施例１の蒸気ボイラの縦断面の説明図であり、図２は、図１のII−II線に沿う断面図であり、図３は、図２の酸化触媒を排ガスの流れ方向から見た要部構成を示す図であり、図４は、本実施例１の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を説明する図であり、図５は、同実施例１のダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図６は、ダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図７は、本実施例１のバーナおよび吸熱手段特性および触媒の特性を説明する模式図であり、図８は、本実施例１のセンサの出力特性を説明する図であり、図９は、本実施例１のモータ制御特性を説明する図であり、図１０は、本実施例１のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図である。 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. 1 is an explanatory view of a longitudinal section of the steam boiler according to the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a main part viewed from the flow direction, FIG. 4 is a diagram illustrating air ratio-NOx / CO characteristics of the first embodiment, and FIG. 5 is a damper position adjusting device of the first embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram of a partial cross section of the damper position adjusting device in use, and FIG. 7 is a burner, heat absorption means characteristics and catalyst of the first embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining the output characteristics of the sensor of the first embodiment, and FIG. 9 is a diagram for explaining the motor control characteristics of the first embodiment. 10 is a diagram illustrating the NOx and CO reduction characteristics of Example 1. FIG.
まず、本実施例１の蒸気ボイラについて説明する。この蒸気ボイラは、バーナ１と、このバーナ１から生成されるガスの吸熱を行う吸熱手段としての伝熱管（水管）群２を含む缶体３と、前記伝熱管群２通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素をそれぞれ所定濃度比で含むガスが接触して通過し、一酸化炭素を酸化させるとともに窒素酸化物を還元させる酸化触媒（以下、単に「触媒」と称することもできる。）４と、前記バーナ１へガス燃料を供給する燃料供給手段５と、前記バーナ１へ燃焼空気を供給するとともに燃焼空気および燃料を予混合する燃焼空気供給手段６と、前記触媒４の下流において酸素濃度を検出するセンサ７と、このセンサ７などの信号を入力して前記燃料供給手段５および前記燃
焼空気供給手段６などを制御するボイラ制御器としての制御器８とを主要部として備えている。
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. Gases containing oxides and carbon monoxide at predetermined concentration ratios pass through each other to oxidize carbon monoxide and reduce nitrogen oxides (hereinafter also simply referred to as “catalyst”). 4, fuel supply means 5 for supplying gaseous fuel to the burner 1, combustion air supply means 6 for supplying combustion air to the burner 1 and premixing combustion air and fuel, and oxygen downstream of the catalyst 4 The main part is a sensor 7 for detecting the concentration, and a controller 8 as a boiler controller for inputting signals from the sensor 7 and controlling the fuel supply means 5 and the combustion air supply means 6. Eteiru.
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，…を配置している。そして、図２に示すように、前記缶体３の長手方向の両側部に外側水管１２，１２，…を連結部材１３，１３，…で連結して構成した一対の水管壁１４，１４を設け、この両水管壁１４，１４と前記上部管寄せ９および前記下管寄せ１０との間に前記バーナ１からのガスがほぼ直線的に流通する第一ガス通路１５を形成している。前記第一ガス通路１５の一端には前記バーナ１が設けられ、他端の排ガス出口１６には排ガスが流通する第二ガス通路（煙道）１７が接続されている。この実施例１においては、前記バーナ１および前記缶体３は、公知のものを用いている。 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. And, as shown in FIG. 2, a pair of water pipe walls 14, 14 configured by connecting outer water pipes 12, 12,... With connecting members 13, 13,. 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。 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.
前記バーナ１，前水管群２を含む前記バーナ１から前記触媒４に至る構成要素（特にバーナ１と水管群２がその主要部）は、前記触媒４の一次側のガスにおける前記濃度比Ｋを前記所定濃度比Ｋ０，Ｋ１に調整する機能をなすものである。すなわち、後述する空気比調整手段２８により設定空気比に調整したとき、図４に示す空気比―ＮＯx・ＣＯ特性が得られるように構成されている。この空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、前記空気比調整手段２８を制御して、空気比を変化して燃焼させた時に得られる前記触媒４の一次側の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（以下、一次特性という。）である。そして、前記触媒４は、前記一次特性を有する前記ガスを前記触媒４に接触させることにより得られる前記触媒４の二次側空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（以下、二次特性という。）を有している。前記一次特性は、前記バーナ１から前記触媒４に至る構成要素による特性であり、前記二次特性は、前記触媒４による濃度比特性である。前記一次特性は、前記設定空気比を１．０に調整したとき、前記触媒４の二次側のＮＯx濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。このとき、前記触媒４の一次側のガスにおける基準所定濃度比Ｋ０は、特異基準濃度比（以下、特異基準濃度比という。）Ｋ０Ｘとなる（図７参照）。 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. is 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 gas on the primary side of the catalyst 4 becomes a specific reference concentration ratio (hereinafter referred to as a specific reference concentration ratio) K0X (see FIG. 7).
図４は、縦軸，横軸の目盛りの付け方は異なるが、図１７の低空気比領域Ｚ２を引き延ばした模式図である。この図４において、第一ライン（特性線）Ｅは、前記触媒４一次側のＣＯ濃度を示し、第二ラインＦは、同じく一次側のＮＯx濃度を示している。また、第三ラインＪは、前記触媒４二次側のＣＯ濃度を示し、空気比１．０以上でＣＯ濃度が実質的に零となり、空気比が１．０より小さくなるに従い、濃度が急激に増加する特性を有している。また、第四ラインＵは、前記触媒４二次側のＮＯx濃度を示し、空気比１．０以下の所定の領域でＮＯx濃度が実質的に零となり、空気比が１．０を越えるに従い、実質的に零から濃度が増加し、やがて前記触媒４の一次側の濃度と等しくなる特性を有している。この前記触媒４の二次側ＮＯx濃度が、一次側の濃度と等しくなる空気比以下の領域をＮＯx・ＣＯ低減領域と称する。このＮＯx・ＣＯ低減領域の下限は、前記触媒４の二次側のＣＯ濃度が３００ppm（日本のＣＯ排出基準）となる空気比とすることができる。この低空気比領域の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、これまで研究されてこなかった新規な特性である。 FIG. 4 is a schematic diagram in which the low air ratio region Z2 of FIG. 17 is extended, although the vertical axis and the horizontal axis are differently marked. 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). The air ratio-NOx / CO characteristic in this low air ratio region is a novel characteristic 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、実験結果を考慮して理論的に考察すると、前記式（３）の濃度比式を満たす前記ガスと前記触媒４の触媒活性物質との接触により、主に一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じると考えられる。前記第一反応は、酸素濃度により反応が進行するか、しないかが決定され、この触媒４においては、前記第一反応が前記第二反応に対して優位であると考えられる。 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”, the gas and the catalyst satisfying the concentration ratio formula of the formula (3) when theoretically considered in consideration of the experimental results. 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 contact with the catalytically active material No. 4. 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℃，好ましくは、１５０℃〜３５０℃程度の位置に配置されている。そして、この触媒４は、性能が劣化した場合に交換可能なように、前記第二ガス通路１７に対して着脱自在に装着されている。 The catalyst 4 has an oxidation activity in a low temperature region, is the horizontal portion 18 in the middle of the second gas passage 17, and has an exhaust gas temperature of about 100 ° C to 350 ° C, preferably about 150 ° C to 350 ° C. It is arranged at the position. 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流量調整弁２５とを含んで構成されている。前記流量調整弁２５は、燃料供給量を高燃焼用流量と低燃焼用流量とに制御する機能を有する。 The fuel supply means 5 includes a gas fuel supply pipe 24 and a flow rate adjusting valve 25 for adjusting the fuel flow rate provided in the gas fuel supply pipe 24. The flow rate adjusting valve 25 has a function of controlling the fuel supply amount to a high combustion flow rate and a low combustion flow rate.
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、前記給気通路２７の開度（流路断面積）を調整する流量調整手段としてのダンパ２９と、このダンパ２９の開度位置を調整するためのダンパ位置調整装置３０と、このダンパ位置調整装置３０の作動を制御する前記制御器８とを含んで構成されている。 The air ratio adjusting means 28 includes a damper 29 as a flow rate adjusting means for adjusting the opening degree (flow passage sectional area) of the air supply passage 27, and a damper position adjusting device for adjusting the opening position of the damper 29. 30 and the controller 8 for controlling the operation of the damper position adjusting device 30.
前記ダンパ位置調整装置３０は、図５に示すように、前記ダンパ２９の回転軸３１に着脱自在に連結される駆動軸３２を備え、この駆動軸３２は、減速機３３を介してモータ３４にて回転可能である。このモータ３４としては、回転停止位置を任意に調整可能なモータが使用される。本実施例ではステッピングモータ（パルスモータ）が使用される。 As shown in FIG. 5, the damper position adjusting device 30 includes a drive shaft 32 that is detachably connected to a rotating shaft 31 of the damper 29, and the drive shaft 32 is connected to a motor 34 via a speed reducer 33. And can be rotated. As the motor 34, a motor capable of arbitrarily adjusting the rotation stop position is used. In this embodiment, a stepping motor (pulse motor) is used.
前記駆動軸３２は、前記ダンパ２９の回転軸３１と、カップリング３５を介して連結されることで、略同一軸線上で一体回転可能とされる。前記カップリング３５は、段付き円柱形状とされ、その中央部には軸方向に貫通して小径穴３６および大径穴３７が形成されている。その小径穴３６には前記駆動軸３２が挿入され、この駆動軸３２は取付ネジ３８にて前記カップリング３５と一体化される。一方、前記大径穴３７には前記ダンパ２９の回転軸３１が挿入可能とされ、この回転軸３１はキー３９にて前記カップリング３５と一体回転可能とされる。そのために、前記回転軸３１および前記カップリング３５の前記大径穴３７には、それぞれキー溝４０，４１が形成されている。 The drive shaft 32 is connected to the rotary shaft 31 of the damper 29 via a coupling 35 so that the drive shaft 32 can rotate integrally on substantially the same axis. The coupling 35 has a stepped columnar shape, and a small diameter hole 36 and a large diameter hole 37 are formed in the center thereof so as to penetrate in the axial direction. The drive shaft 32 is inserted into the small-diameter hole 36, and the drive shaft 32 is integrated with the coupling 35 with a mounting screw 38. On the other hand, the rotary shaft 31 of the damper 29 can be inserted into the large-diameter hole 37, and the rotary shaft 31 can be rotated integrally with the coupling 35 by a key 39. For this purpose, key grooves 40 and 41 are formed in the large-diameter hole 37 of the rotary shaft 31 and the coupling 35, respectively.
このようなカップリング３５は、一端部に前記駆動軸３２が挿入された状態で、他端部が軸受４２を介して前記ダンパ位置調整装置３０の外ケース４３に回転可能に保持される。この外ケース４３には、一端部に前記減速機３３および前記モータ３４が保持され、他端部に前記カップリング３５のキー溝４１付きの前記大径穴３７を露出した状態で、前記カップリング３５や回転異常検出手段４４を内部に密閉する構造である。 Such a coupling 35 is rotatably held by the outer case 43 of the damper position adjusting device 30 at the other end via a bearing 42 with the drive shaft 32 inserted at one end. In the outer case 43, the speed reducer 33 and the motor 34 are held at one end, and the large diameter hole 37 with the key groove 41 of the coupling 35 is exposed at the other end. 35 and the rotation abnormality detecting means 44 are sealed inside.
前記回転異常検出手段４４は、被検出板４５と検出器４６とを備える。前記被検出板４５は、前記カップリング３５の軸方向中央部の段付き部に、半径方向外側へ延出して固定される。この被検出板４５は、前記カップリング３５や前記駆動軸３２と同心に設けられる。前記被検出板４５の外周部の一部には、周方向等間隔に多数のスリット４７，４７…を形成したスリット形成領域４８が設けられる。本実施例では、四分の一（９０度）の円弧分だけ、前記スリット形成領域４８が設けられる。このスリット形成領域４８に形成される前記各スリット４７は、同一の形状および大きさである。本実施例では、前記被検出板４５の半径方向に沿った細長い矩形状の溝が、周方向に沿って等間隔に打ち抜き形成されている。 The rotation abnormality detection means 44 includes a detection plate 45 and a detector 46. The detection plate 45 is fixed to the stepped portion at the axially central portion of the coupling 35 so as to extend radially outward. The detected plate 45 is provided concentrically with the coupling 35 and the drive shaft 32. A slit forming region 48 in which a large number of slits 47, 47... Are formed at equal intervals in the circumferential direction is provided in a part of the outer peripheral portion of the detection plate 45. In the present embodiment, the slit forming region 48 is provided for a quarter arc (90 degrees). The slits 47 formed in the slit forming region 48 have the same shape and size. In this embodiment, elongated rectangular grooves along the radial direction of the plate 45 to be detected are formed by punching at equal intervals along the circumferential direction.
前記スリット４７を検出するための前記検出器４６は、前記外ケース４３に固定される。この検出器４６は、透過型フォトインタラプタからなり、発光素子４９と受光素子５０との間に前記被検出板４５の外周部が介在された状態に取り付けられる。前記検出器４６の前記発光素子４９と前記受光素子５０との間に前記被検出板４５を介在させることで、前記検出器４６と対応した位置（前記発光素子４９から前記受光素子５０への光路と対応した位置）に前記被検出板４５の前記スリット４７が配置されるか否かにより、前記受光素子５０における前記発光素子４９からの受光の有無が切り替えられる。これにより、前記ダンパ２９の開度位置の検出が可能とされる。 The detector 46 for detecting the slit 47 is fixed to the outer case 43. The detector 46 is formed of a transmissive photo interrupter, and is attached in a state where the outer peripheral portion of the detection plate 45 is interposed between the light emitting element 49 and the light receiving element 50. By interposing the detection plate 45 between the light emitting element 49 and the light receiving element 50 of the detector 46, a position corresponding to the detector 46 (an optical path from the light emitting element 49 to the light receiving element 50). Whether or not light is received from the light emitting element 49 in the light receiving element 50 is switched depending on whether or not the slit 47 of the plate 45 to be detected is disposed at a position corresponding to. Thereby, the opening position of the damper 29 can be detected.
前記ダンパ位置調整装置３０は、図６において前記スリット形成領域４８の時計方向の端部スリット５１が、前記検出器４６と対応した位置に配置された状態で、前記ダンパ２９が前記給気通路路２７を全閉状態とするように位置決めされて、前記ダンパ２９の前記回転軸３１に取り付けられる。 In the damper position adjusting device 30, the damper 29 is connected to the air supply passage in a state where the clockwise end slit 51 of the slit forming region 48 in FIG. 6 is disposed at a position corresponding to the detector 46. 27 is positioned so as to be fully closed, and is attached to the rotating shaft 31 of the damper 29.
そして、前記スリット形成領域４８は、前記被検出板４５の９０度分だけ形成しているので、このスリット形成領域４８の時計方向の端部スリット５１が、前記検出器４６と対応した位置に配置された状態では、上述したように前記ダンパ２９が前記給気通路２７を全閉する一方、前記スリット形成領域４８の反時計方向の端部スリット５２が、前記検出器４６と対応した位置に配置された状態では、前記ダンパ２９が前記給気通路２７を全開することになる。 Since the slit forming region 48 is formed by 90 degrees of the detection plate 45, the end slit 51 in the clockwise direction of the slit forming region 48 is disposed at a position corresponding to the detector 46. In this state, the damper 29 fully closes the air supply passage 27 as described above, while the counterclockwise end slit 52 of the slit forming region 48 is disposed at a position corresponding to the detector 46. In this state, the damper 29 fully opens the air supply passage 27.
前記ダンパ位置調整装置３０は、前記モータ３４と前記検出器４６とが前記制御器８と接続され、前記ダンパ２９の回転異常を監視しつつ、前記モータ３４の回転を制御することができるように構成されている。すなわち、前記モータ３４を制御するために、このダンパ位置調整装置３０は、前記モータ３４への駆動パルスを含む制御信号の作成回路を有し、その作成した制御信号を前記モータ３４へ出力可能である。これにより、前記モータ３４は、正転または逆転と、駆動量，すなわち駆動パルスの数に対応してその回転角が任意に制御される。また、駆動パルスの間隔（送り速度）を変えることで、回転速度を制御可能に構成されている。 In the damper position adjusting device 30, the motor 34 and the detector 46 are connected to the controller 8 so that the rotation of the motor 34 can be controlled while monitoring the rotation abnormality of the damper 29. It is configured. That is, in order to control the motor 34, the damper position adjusting device 30 has a control signal generation circuit including a drive pulse for the motor 34, and can output the generated control signal to the motor 34. is there. Thus, the rotation angle of the motor 34 is arbitrarily controlled in accordance with the forward rotation or reverse rotation and the drive amount, that is, the number of drive pulses. In addition, the rotation speed can be controlled by changing the interval (feed speed) of the drive pulses.
実際に前記ダンパ２９を開閉制御するに際し、前記制御器８は、まず前記ダンパ２９の全閉位置を原点とするために原点検出動作を行う。まず図５において、反時計方向へ前記被検出板４５を回転させる。いま、この被検出板４５の前記スリット形成領域４８内に前
記検出器４６が配置されているとすれば、前記被検出板４５の回転に伴い前記検出器４６は定期的に前記スリット４７を検出するので、その検出パルスが検出信号として前記制御器８へ入力される。そして、前記検出器４６が前記スリット形成領域４８外に配置されるまで前記被検出板４５が回転されると、パルスが検出されなくなる。所定時間パルスが検出されないと、前記制御器８は、前記検出器４６が前記スリット形成領域４８外にあると認識し、回転方向を逆方向へ切り替える。すなわち、本実施例では、前記被検出板４５を時計方向へ逆転させ、最初にパルス（時計方向の端部スリット５１）が検出された位置を原点とする。この時計方向への回転による原点確認は、回転方向切替え前の反時計方向の回転よりも低速でなされる。
When actually controlling the opening and closing of the damper 29, the controller 8 first performs an origin detection operation in order to set the fully closed position of the damper 29 as the origin. First, in FIG. 5, the detected plate 45 is rotated counterclockwise. Now, assuming that the detector 46 is disposed in the slit forming region 48 of the detection plate 45, the detector 46 periodically detects the slit 47 as the detection plate 45 rotates. Therefore, the detection pulse is input to the controller 8 as a detection signal. When the detection plate 45 is rotated until the detector 46 is disposed outside the slit forming region 48, no pulse is detected. If the pulse is not detected for a predetermined time, the controller 8 recognizes that the detector 46 is outside the slit forming region 48 and switches the rotation direction to the reverse direction. That is, in this embodiment, the detected plate 45 is reversed in the clockwise direction, and the position where the pulse (clockwise end slit 51) is first detected is set as the origin. The origin confirmation by the clockwise rotation is performed at a lower speed than the counterclockwise rotation before the rotation direction is switched.
このようにして検出された原点は、前記ダンパ２９の全閉位置と対応しているので、この状態を基準として、前記制御器８は、前記モータ３４へ駆動信号を出力し、前記ダンパ２９を開閉制御することができる。前記制御器８は、前記ダンパ２９の開閉のために前記モータ３４を駆動すれば、それに伴い前記検出器４６から前記スリット４７の検出信号がパルスとして取得される。従って、前記制御器８は、前記検出器４６からの検出信号を前記モータ３４への制御信号と比較して、前記ダンパ２９の回転異常を監視することができる。具体的には、前記モータ３４への駆動パルスからなる制御信号と、前記検出器４６による前記スリット４７の検出パルスからなる検出信号とを比較し、回転異常の有無を監視する。 Since the origin detected in this way corresponds to the fully closed position of the damper 29, the controller 8 outputs a drive signal to the motor 34 based on this state, and the damper 29 is turned on. Open / close control is possible. When the controller 8 drives the motor 34 to open and close the damper 29, the detection signal of the slit 47 is acquired as a pulse from the detector 46 accordingly. Therefore, the controller 8 can monitor the rotation abnormality of the damper 29 by comparing the detection signal from the detector 46 with the control signal to the motor 34. Specifically, a control signal composed of a drive pulse to the motor 34 and a detection signal composed of a detection pulse of the slit 47 by the detector 46 are compared to monitor the presence / absence of rotation abnormality.
たとえば、前記モータ３４へ駆動パルスを送ったにもかかわらず、前記検出器４６から検出パルスが検出されない場合に、前記制御器８は、回転異常と判定する。この際、前記検出器４６からの検出パルスは、前記モータ３４への駆動パルスの周波数と異なるのが通常であるから、この相違を考慮して制御する。たとえば、駆動信号の所定パルス分の時間が経過しても、なお検出信号のパルスが一つも検出されない場合に、はじめて回転異常と判断するよう制御する。前記制御器８は、回転異常と判定した場合、異常の報知や燃焼を停止させるなどの処置を行う。また逆に、前記モータ３４へ駆動パルスを送っていないのに、前記検出器４６からパルスが検出された場合にも、回転異常を検知することができる。 For example, when a detection pulse is not detected from the detector 46 even though a drive pulse is sent to the motor 34, the controller 8 determines that the rotation is abnormal. At this time, since the detection pulse from the detector 46 is usually different from the frequency of the drive pulse to the motor 34, it is controlled in consideration of this difference. For example, if no pulse of the detection signal is detected even after the time corresponding to a predetermined pulse of the drive signal has elapsed, control is performed so as to determine that the rotation is abnormal for the first time. When it is determined that the rotation is abnormal, the controller 8 performs measures such as notification of abnormality or stopping combustion. On the contrary, even when a drive pulse is not sent to the motor 34, a rotation abnormality can be detected even when a pulse is detected from the detector 46.
前記制御器８は、予め記憶した空気比制御プログラムにより、前記センサ７の検出信号に基づき、前記バーナ１の空気比が設定空気比となるように（第一制御条件）、かつこの設定空気比において前記触媒４の一次側の前記ガスの濃度比Ｋが次式（３）を満たすように（第二制御条件）、前記モータ３４を制御するように構成されている。
（［ＮＯｘ］＋２［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。）
この実施例１においては、直接制御しているのは、前記第一制御条件であり、この第一制御条件を満たすことにより、自動的に前記第二制御条件が満たされるように構成している。この点を図４および図７に基づき以下に説明する。
The controller 8 is configured so that the air ratio of the burner 1 becomes the set air ratio (first control condition) based on the detection signal of the sensor 7 according to the air ratio control program stored in advance, and the set air ratio. , The motor 34 is controlled so that the concentration ratio K of the gas on the primary side of the catalyst 4 satisfies the following expression (3) (second control condition).
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] ≦ 2.0 (3)
(In Formula (3), [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.)
In the first embodiment, the first control condition is directly controlled, and the second control condition is automatically satisfied by satisfying the first control condition. . This point 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触媒４による前記二次特性とに基づいて表現したものであるが、図７は、これを前記触媒４一次側の酸素濃度に対する前記構成要素の前記一次特性と前記触媒４の特性とに基づいて表現したものである。 The air ratio-NOx / CO characteristics of FIG. 4 are expressed based on the primary characteristics of the components including the burner 1 and the water pipe group 2 and the secondary characteristics of the catalyst 4. FIG. 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７に示すように、前記触媒４一次側の前記基準所定濃度比Ｋ０に関する第五ラインＬ（二次側［ＮＯx］＝０，［ＣＯ］＝０ライン）にてその特徴を表している。この第五ラインＬは、そのライン上に前記触媒４一次側の前記濃度比Ｋが位置する（載る）と、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に
零とする，すなわち前記基準所定濃度比Ｋ０を満たすラインである。この第五ラインＬは、前記式（３）の前記所定濃度比が１の場合に対応している。すなわち、この第五ラインＬは、次式（３Ａ）を表したラインである。
［ＮＯｘ］＋２［Ｏ2］＝［ＣＯ］ …（３Ａ）
As shown in FIG. 7, the characteristics of the catalyst 4 are as follows: a fifth line L (secondary side [NOx] = 0, [CO] = 0 line) relating to the reference predetermined concentration ratio K0 on the primary side of the catalyst 4; It 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１０に示すように［ＣＯ］の１／３０〜１／５０程度であるので、図７においては、酸素濃度に対するＮＯx濃度特性を省略するとともに、式（３Ａ）における［ＮＯｘ］を無視できるものとしている。この第五ラインＬにおいて、一次側酸素濃度をＸ１とした場合、一次側一酸化炭素濃度Ｙ１は、Ｙ１＝２Ｘ１＋［ＮＯx］となる。なお、前記濃度比Ｋの値が１．０を越える２．０までの範囲で、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記基準所定濃度比Ｋ０とすることができることが確認されているので、前記第五ラインＬは、図示のラインＬに限定されず、前記式（２）を満たすラインとすることができる。 Here, since [NOx] is about 1/30 to 1/50 of [CO] as shown in FIG. 10, in FIG. 7, the NOx concentration characteristic with respect to the oxygen concentration is omitted, and the equation (3A) [NOx] can be 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 the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 substantially zero in the range of the concentration ratio K to 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 (2).
そして、前記バーナ１および前記水管群２の前記一次特性曲線を表す第六ラインＭと、前記第五ラインＬとの交点における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の基準所定濃度比Ｋ０が前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘである。前記触媒４は、その一次側の前記濃度比Ｋを前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘとした場合、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有している。この前記基準濃度比Ｋ０Ｘとする調整が、この発明の調整０に相当する。 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 of the present invention.
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、この発明の調整１を実現する領域であり、前記バーナ１の空気比が１．０未満である。前記バーナ１の空気比は、１．０未満に設定される場合でも、前記触媒４の一次側で、炭化水素を含まず、酸素を含む範囲で設定される。前記二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１と前記二次側ＣＯ漏れ領域Ｒ２とを合わせた領域をＮＯx・ＣＯ低減領域Ｒ３と称する。 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 predetermined 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 of the present invention, 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. A region obtained by combining the secondary NOx leakage region R1 and the secondary CO leakage region R2 is referred to as a NOx / CO reduction region R3.
こうした図７に示す触媒４の特性は、図４に示す空気比―ＮＯx・ＣＯ特性に符合するものである。この図７から明らかなように、前記触媒４の二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度を検出し、この酸素濃度および／または一酸化炭素濃度が零となるように前記空気比調整手段２８を制御すると、前記触媒４の一次側における前記濃度比Ｋが前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに制御され、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零に制御できる。こうして、前記第一制御条件を満たすと前記第二制御条件が満たされることになる。 The characteristics of the catalyst 4 shown in FIG. 7 are consistent with the air ratio-NOx / CO characteristics shown in FIG. As apparent from FIG. 7, the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 is detected, and the air ratio adjustment is performed so that the oxygen concentration and / or carbon monoxide concentration becomes zero. When the 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 zero. Can be controlled. Thus, when the first control condition is satisfied, the second control condition is satisfied.
前記第一制御条件は、これが満たされないと、炭化水素などの未燃分が生成される。そ
うなると、エネルギーのロスとなるとともに、前記触媒４におけるＮＯx低減が効果的に行われないことになる。
If the first control condition is not satisfied, unburned components such as hydrocarbons are generated. In this case, energy is lost and NOx reduction in the catalyst 4 is not effectively performed.
前記第二制御条件は、排出窒素酸化物濃度をほぼ零とするために必要な条件である。前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度，一酸化炭素濃度を零とするには、前記第一反応と前記第二反応とから、（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］なる濃度比Ｋをほぼ１．０とすればよいことを実験および理論的考察により見出した。しかしながら、前記濃度比Ｋが１以上の１．０〜２．０でも排出窒素酸化物濃度をほぼ零とすることができることが確認されている。 The second control condition is a condition necessary for making the exhaust nitrogen oxide concentration substantially zero. In order to make the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 zero, from the first reaction and the second reaction, ([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] It has been found from experiments and theoretical considerations that the concentration ratio K is approximately 1.0. However, it has been confirmed that even if the concentration ratio K is 1.0 to 2.0, which is 1 or more, the exhausted nitrogen oxide concentration can be made substantially zero.
前記センサ７として、排出酸素濃度の分解能が５０ppmで応答時間２sec以下の応答性の良好なジルコニア式空燃比センサを用いている。このセンサ７の出力特性は、図８に示すように、出力Ｅが正側で酸素濃度に関係する出力となり、負側で一酸化炭素濃度等に関係する出力となる。すなわち、測定される酸素濃度（酸素過剰領域）および一酸化炭素濃度等（燃料過剰領域）から空気比ｍを算出し、この空気比ｍに対応した電流または電圧の出力を得ている。図８において、Ｑ１は、酸素濃度検出帯を示し、Ｑ２は、一酸化炭素濃度検出帯を示している。 As the sensor 7, a zirconia air-fuel ratio sensor having a good 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. 8, 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. 8, 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、前記センサ７の出力信号に基づき、前記バーナの空気比ｍが基準設定空気比ｍ０になるように制御するものであるが、具体的には、つぎのように構成されている。すなわち、図９に示すように、前記センサ７からの出力値Ｅと基準設定空気比ｍ０に対応する設定値との差に応じて前記モータ３４の送り速度Ｖ（単位時間当たりの駆動量）を変える第一制御帯Ｃ１と、この第一制御帯Ｃ１の外側において送り速度Ｖをそれぞれ第一設定値Ｖ１，第二設定値Ｖ２とする第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂとを設けて、前記モータ３４の駆動量を制御する制御手順が含まれている。図９において、Ｐ１は、ダンパ開領域，Ｐ２は、ダンパ閉領域を示す。 The air ratio control program controls the burner so that the air ratio m of the burner becomes the reference set air ratio m0 based on the output signal of the sensor 7. Specifically, the air ratio control program is as follows. It is configured. That is, as shown in FIG. 9, the feed speed V (drive amount per unit time) of the motor 34 is set according to the difference between the output value E from the sensor 7 and the set value corresponding to the reference set air ratio m0. The first control zone C1 to be changed and the second control zones C2A and C2B in which the feed speed V is set to the first set value V1 and the second set value V2 outside the first control zone C1, respectively, are provided. A control procedure for controlling the driving amount is included. In FIG. 9, P1 indicates a damper open region, and P2 indicates a damper closed region.
前記第一制御帯Ｃ１の設定範囲は、酸素濃度Ｎ１（たとえば１００ppm）と一酸化炭素濃度等Ｎ２（たとえば５０ppm）とで設定され、空気比を実質的に１の設定空気ｍ０（前記基準酸素濃度ＳＫに対応）とすべく制御される。 The set range of the first control zone C1 is set by an oxygen concentration N1 (for example, 100 ppm) and a carbon monoxide concentration, etc., N2 (for example, 50 ppm), and the air ratio is substantially set air m0 (the reference oxygen concentration is 1). It corresponds to SK).
前記第一制御帯Ｃ１における送り速度Ｖは、次式（４）で計算される。前記送り速度Ｖは、単位時間当たりの駆動量である。本実施例１の前記モータ３４の１ステップによる回転角度は、０．０７５度で、Ｏ２に換算すると約３０ppmの変動に相当する。 The feed speed V in the first control zone C1 is calculated by the following equation (4). The feed speed V is a driving amount per unit time. The rotation angle by one step of the motor 34 of the first embodiment is 0.075 degrees, which corresponds to a fluctuation of about 30 ppm when converted to O 2 .
Ｖ＝Ｋ×△Ｘ …（４）
（但し、Ｋはゲインであり、△Ｘは、（前記センサ７の前記出力値）−（前記設定値）との差である。）
V = K × ΔX (4)
(However, K is a gain, and ΔX is a difference between (the output value of the sensor 7) − (the set value).)
つぎに、以上の構成の前記蒸気ボイラの動作を説明する。まず、蒸気ボイラの概略的動作について、前記送風機２６から供給される燃焼空気（外気）は、前記ガス燃料供給管２４から供給される燃料ガスと前記給気通路２７内において予混合される。この予混合気は前記バーナ１から前記缶体３内の前記第一ガス通路１５へ向けて噴出される。予混合気は、着火手段（図示しない）により着火され、燃焼する。この燃焼は、１．０の近傍低空気比にて行われる。 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 occurs at a low air ratio near 1.0.
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 this combustion crosses the upstream water tube group 2 and is cooled, and then exchanges heat with the downstream water tube group 2 to absorb heat to become a gas of about 100 ° C. 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.
つぎに、前記空気比調整手段２８による空気比制御について説明する。本実施例のボイラは、高燃焼と低燃焼とを切り替えて運転する。そのために、前記ダンパ２９は、高燃焼風量位置と低燃焼風量位置のいずれかを選択して位置決めされる。 Next, air ratio control by the air ratio adjusting means 28 will be described. The boiler of the present embodiment is operated by switching between high combustion and low combustion. Therefore, the damper 29 is positioned by selecting either the high combustion air volume position or the low combustion air volume position.
このダンパ２９の位置調整は、前記制御器８からの指令により前記ダンパ位置調整装置３０により行う。すなわち、前記制御器８は、高燃焼か低燃焼かの選択信号と、前記センサ７の検出空気比に対応した出力値を入力して、前記モータ３４の駆動信号を出力して、前記ダンパ２９の開度位置を調整させる。前記制御器８は、高燃焼時と低燃焼時の各基準設定空気比ｍ０に対応した設定値となる前記ダンパ２９の設定開度位置を原点からのパルス数でそれぞれ初期値として記憶している。 The position adjustment of the damper 29 is performed by the damper position adjusting device 30 according to a command from the controller 8. That is, the controller 8 inputs a selection signal of high combustion or low combustion and an output value corresponding to the air ratio detected by the sensor 7, and outputs a drive signal of the motor 34, so that the damper 29 Adjust the opening position of. The controller 8 stores the set opening position of the damper 29, which is a set value corresponding to each reference set air ratio m0 at the time of high combustion and low combustion, as an initial value by the number of pulses from the origin. .
まず、高燃焼時の制御について説明する。前記制御器８は、現在の前記ダンパ２９の開度位置が前記設定開度位置に対して開放側（閉じる方向へ制御しなければいけない側）か、閉鎖側（開く方向へ制御しなければいけない側）かを判定するとともに、前記モータ３４の駆動パルス数を演算する。併せて、前記出力値が図９において、前記第一制御帯Ｃ１および前記第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂのいずれに属するかを判定する。 First, control during high combustion will be described. The controller 8 must control the current opening position of the damper 29 to the opening side (side to be controlled in the closing direction) or the closing side (opening direction) with respect to the set opening position. And the number of drive pulses of the motor 34 is calculated. In addition, in FIG. 9, it is determined whether the output value belongs to the first control band C1 or the second control band C2A or C2B.
前記第二制御帯Ｃ２Ａに属する場合には、第一設定送り速度Ｖ２で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ３４を駆動し、早い速度で前記ダンパ２９を閉じる。前記第二制御帯Ｃ２Ｂに属する場合には、第二設定送り速度Ｖ１で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ３４を駆動し、早い速度で前記ダンパ２９を開く。こうして、基準設定空気比ｍ０に対応した設定値から比較的離れている場合は、早い速度で検出空気比に対応した出力値を基準設定空気比ｍ０に対応した設定値に近づける制御を行うので、応答性の良い空気比制御を行うことができる。 When belonging to the second control zone C2A, the motor 34 is driven at the first set feed speed V2 and the calculated drive pulse, and the damper 29 is closed at a high speed. When belonging to the second control zone C2B, the motor 34 is driven at the second set feed speed V1 and the calculated drive pulse, and the damper 29 is opened at a high speed. In this way, when it is relatively far from the set value corresponding to the reference set air ratio m0, the output value corresponding to the detected air ratio is controlled to approach the set value corresponding to the reference set air ratio m0 at a high speed. Air ratio control with good responsiveness can be performed.
また、前記第一制御帯Ｃ１に属する場合は、回転方向を判定したうえで、前記式（４）に基づいて、前記モータ３４の送り速度を演算し、演算した送り速度と演算した駆動パルスで前記モータ３４を駆動する。この第一制御帯Ｃ１における制御は、基準設定空気比ｍ０に対応した設定値から遠ざかるにつれて送り速度を早くする。こうした制御により、目標とする基準設定空気比ｍ０に対応した設定値に速やかに近づけることができる。また、回転位置制御を確実に行えるステッピングモータにより行っていることと、検出空気比に対応した出力値が設定空気比ｍ０に対応した設定値に近づくにつれて送り速度を遅くする制御としていることとにより、基準設定空気比ｍ０に対応した設定値の近傍における空気比のオーバーシュートおよびハンチングを抑制することができる。 Further, when belonging to the first control zone C1, after determining the rotation direction, the feed rate of the motor 34 is calculated based on the equation (4), and the calculated feed rate and the calculated drive pulse are used. The motor 34 is driven. In the control in the first control zone C1, the feed speed is increased as the distance from the set value corresponding to the reference set air ratio m0 increases. By such control, it is possible to quickly approach the set value corresponding to the target reference set air ratio m0. In addition, by using a stepping motor that can reliably perform the rotational position control, and by controlling the output speed corresponding to the detected air ratio to decrease the feed rate as it approaches the set value corresponding to the set air ratio m0. The overshoot and hunting of the air ratio in the vicinity of the set value corresponding to the reference set air ratio m0 can be suppressed.
こうした空気比制御により、前記バーナ１の空気比を１．０に近い低空気比とし、かつ前記触媒４の一次側のガスの濃度比変化幅が少なく制御され、前記式（２）を安定的に満たすことができる。その結果、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度をほぼ零にするとともに、一酸化炭素濃度をほぼ零低減することができる。設定空気比ｍ０を１．０未満とすると、二次側の窒素酸化物濃度をほぼ零にするとともに、一酸化炭素濃度を実用範囲の所定値以下に低減する。
（実験例１）
By such air ratio control, the air ratio of the burner 1 is controlled to be a low air ratio close to 1.0, and the change ratio of the concentration ratio of the gas on the primary side of the catalyst 4 is controlled to be small. Can be met. 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. When the set air ratio m0 is less than 1.0, the nitrogen oxide concentration on the secondary side is made substantially zero, and the carbon monoxide concentration is reduced to a predetermined value or less within the practical range.
(Experimental example 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４の一次側（前記触媒４通過前）の一酸化炭素濃度，窒素酸化物濃度，酸素濃度がそれぞれ１０分間
の平均値で２２９５ppm，９４ppm，１６５５ppmに調整され、前記触媒４の二次側（前記触媒４通過後）のそれぞれの濃度が１０分間の平均値で１３ppm，０．３ppm，１００ppm未満となった。ここで、前記触媒４の二次側の酸素濃度１００ppmは、酸素濃度の測定限界である。また、前記触媒４の前後でのガスの温度は、それぞれ、３０２℃，３２７℃であった。本実験例１および以下の実験例２，３においては、前記触媒４を前記給水予熱器２０のやや上流に配置し、その前後に測定装置を配置し、前記触媒４の通過後の各濃度およびガスの温度は、株式会社堀場製作所製ＰＧ−２５０を用い、通過前の各濃度は、株式会社堀場製作所製ＣＯＰＡ−２０００を用いて計測した。勿論、前記触媒４を図１に示す位置に配置しても測定濃度値は殆ど変わらないと考えられる。
（実験例２）
The catalyst is burned with a premixed 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 the applicant: SQ-800 can) 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 set air ratio m0 is 1, the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration on the primary side of the catalyst 4 (before passing through the catalyst 4) are 2295 ppm and 94 ppm, respectively, on average for 10 minutes. The concentration was adjusted to 1655 ppm, and the respective concentrations on the secondary side of the catalyst 4 (after passing through the catalyst 4) 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 4 is an oxygen concentration measurement limit. The gas temperatures before and after the catalyst 4 were 302 ° C. and 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.
(Experimental example 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１０に示す。ここで、触媒通過後の酸素濃度を実験例１と同様の酸素濃度センサを用いて測定したので、実際は１００ppm以下の値であっても１００ppmで示した。前記触媒４の前後でのガスの温度は、それぞれ、約３２３℃〜３２５℃，約３４４℃〜３４６℃であった。 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 a catalytically active substance FIG. 10 shows values at each concentration ratio K of carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration, and oxygen concentration. 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.
前記実施例１によれば、燃焼空気と燃料の割合を調整するダンパ位置調整手段（空気比調整手段）３０により、空気比を１．０に制御することで、前記触媒４の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに制御（前記調整０）することができ、排出ＮＯx濃度および排出ＣＯ濃度を実質的に零に低減できる。したがって、水／蒸気添加による低ＮＯx化技術や、脱硝剤の投入による低ＮＯx化技術と比較して、空気比調整手段と触媒を用いた簡易な構成にて低ＮＯxおよび低ＣＯを実現できる。 According to the first embodiment, the oxygen ratio on the primary side of the catalyst 4 is controlled by controlling the air ratio to 1.0 by the damper position adjusting means (air ratio adjusting means) 30 that adjusts the ratio of combustion air and fuel. , The concentration ratio of nitrogen oxides and carbon monoxide can be controlled to the specific reference concentration ratio K0X (adjustment 0), and the exhaust NOx concentration and 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.
また、この実施例１によれば、前記触媒４により排出窒素酸化物濃度がほぼ零とされるので、前記給水予熱器２０の窒素酸化物による腐食を抑制できる。そして、前記バーナ１を予混合ガスバーナとしていることにより、生成ガスに硫黄酸化物が殆ど含まれないので、硫酸による腐食が少ないとともに、加えて前記触媒４により硝酸腐食が抑制される。その結果、前記給水予熱器２０の排ガスによる腐食が少ないボイラを提供することができる。また、前記触媒４においては、約２０００ppm以上の一酸化炭素が酸化、還元作用を行うので、そ
の発熱量は、前記特許文献２（約４００ppm程度の一酸化炭素を酸化）と比較して、多大である。この実施例によれば、この多量の熱を前記給水予熱器２０により、効果的に回収することができる。
Further, according to the first embodiment, the exhausted nitrogen oxide concentration is made substantially zero by the catalyst 4, so that corrosion due to nitrogen oxides in the feed water preheater 20 can be suppressed. Since the burner 1 is a premixed gas burner, the product gas contains almost no sulfur oxide, so that the corrosion by sulfuric acid is small, and in addition, the catalyst 4 suppresses the nitric acid corrosion. As a result, it is possible to provide a boiler that is less corroded by exhaust gas from the feed water preheater 20. In addition, in the catalyst 4, about 2000 ppm or more of carbon monoxide oxidizes and reduces, and its calorific value is much larger than that of Patent Document 2 (oxidizes about 400 ppm of carbon monoxide). It is. According to this embodiment, this large amount of heat can be effectively recovered by the feed water preheater 20.
この発明の他の実施例２を図１１および図１２に従い説明する。この実施例２は、酸素
濃度を検出するセンサ７を前記触媒４の二次側でなく、一次側に設けたものである。このセンサ７は酸素濃度のみを検出するセンサとしている。そして、このセンサ７に基づく前記モータ３４の制御特性を図１２に示す。以下、前記実施例１と異なるところのみを説明し、共通箇所は説明を省略する。
Another embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 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. This sensor 7 is a sensor that detects only the oxygen concentration. The control characteristics of the motor 34 based on the sensor 7 are shown in FIG. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described, and description of common portions 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（２）を満たして、前記触媒４の二次側の酸素濃度をほぼ零にする，すなわち空気比をほぼ１にすることが可能であることが分かっている。 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 (2) 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 almost 1.
そこで、この実施例２の空気比制御プログラムには、図１２に示すように、前記センサ７からの検出値Ｅ（酸素濃度信号）に基づき、この検出値と設定酸素濃度値との差に応じて前記モータ３４の送り速度Ｖ（単位時間当たりの駆動量）を変える第一制御帯Ｃ１と、この第一制御帯Ｃ１の外側において送り速度Ｖをそれぞれ第一設定値，第二設定値とする第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂとを設けて、前記モータ３４の駆動量を制御する制御手順が含まれている。 Therefore, in the air ratio control program of the second embodiment, as shown in FIG. 12, based on the detected value E (oxygen concentration signal) from the sensor 7, the difference between the detected value and the set oxygen concentration value is determined. The first control band C1 for changing the feed speed V (drive amount per unit time) of the motor 34 and the feed speed V outside the first control band C1 are set to a first set value and a second set value, respectively. A control procedure for providing a second control zone C2A, C2B and controlling the drive amount of the motor 34 is included.
前記第一制御帯の設定範囲は、酸素濃度Ｎ１と酸素濃度Ｎ２とで設定される範囲に収まるように制御される。前記第一制御帯における送り速度Ｖは、前記実施例１と同様に、前記式（４）で計算される。 The setting range of the first control zone is controlled to fall within a range set by the oxygen concentration N1 and the oxygen concentration N2. The feed speed V in the first control zone is calculated by the equation (4) as in the first embodiment.
この実施例３は、図１３を参照して、前記空気比制御手段２８を、前記送風機２６を駆動する送風機用モータ５２、このモータ５２の回転数を制御するインバータ５３とを含んで構成したものである。この実施例４では、空気比制御と前記濃度比一定制御とを前記ダンパ２９を用いて行うのではなく、前記インバータ５３を用いて行うように構成している。前記制御器８による前記送風機用モータ５２の制御は、前記実施例１の図９に示すオーバーシュートおよびハンチングを抑制する制御とすることができる。前記ダンパ２９は、着火時は開度を低くし、着火後の定常燃焼に入ると、開度を大きくして、高燃焼および低燃焼の風量制御を行う。この風量制御は、前記インバータ５３を用いて行うことができるが、これに限定されることなく、前記ダンパ２９および前記インバータ５３のいずれか一方で着火時などの風量制御を行うように構成することができる。この実施例３において、その他の構成は、前記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。 In the third embodiment, referring to FIG. 13, the air ratio control means 28 includes a blower motor 52 for driving the blower 26 and an inverter 53 for controlling the rotational speed of the motor 52. It is. In the fourth embodiment, the air ratio control and the concentration ratio constant control are not performed using the damper 29 but are performed using the inverter 53. The control of the blower motor 52 by the controller 8 can be control for suppressing overshoot and hunting shown in FIG. 9 of the first embodiment. The damper 29 lowers the opening when ignited, and increases the opening when performing steady combustion after ignition, and performs air volume control for high combustion and low combustion. Although this air volume control can be performed using the inverter 53, the present invention is not limited to this, and the air volume control at the time of ignition or the like is performed by any one of the damper 29 and the inverter 53. Can do. In the third embodiment, since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
つぎに、前記実施例１において、前記空気比制御プログラムに前記触媒４の異常時に多量の一酸化炭素の排出を防止する異常時制御プログラムを含む実施例４につき、図１４および図１５に基づき説明する。以下、前記実施例１と異なる構成を中心に説明する。 Next, in the first embodiment, an embodiment 4 including an abnormal time control program for preventing the emission of a large amount of carbon monoxide when the catalyst 4 is abnormal in the air ratio control program will be described with reference to FIGS. 14 and 15. To do. Hereinafter, the configuration different from the first embodiment will be mainly described.
図１４を参照して、前記触媒４の二次側に前記触媒４の異常を検出する第二センサ５４を備えている。この第二センサ５４は、一酸化炭素濃度を検出するセンサである。さらに、前記制御器８に付設して、報知手段としての表示器５５を備えている。また、前記異常時制御プログラムは、前記触媒４が正常に機能しない場合であっても前記触媒４二次側の一酸化炭素濃度を排出基準値（３００ppm）以下とすべく、前記触媒４の一次側の一酸化炭素濃度が排出基準値以下の第二設定値となるように前記空気比を第二設定空気比λ２（たとえば、１．２５）に制御するプログラムを含む。 Referring to FIG. 14, a second sensor 54 that detects an abnormality of the catalyst 4 is provided on the secondary side of the catalyst 4. The second sensor 54 is a sensor that detects the carbon monoxide concentration. Further, a display 55 is provided as an informing means attached to the controller 8. In addition, the abnormality control program may be configured such that the primary concentration of the catalyst 4 is set so that the carbon monoxide concentration on the secondary side of the catalyst 4 is equal to or less than an emission reference value (300 ppm) even when the catalyst 4 does not function normally. A program for controlling the air ratio to a second set air ratio λ2 (for example, 1.25) so that the carbon monoxide concentration on the side becomes a second set value that is equal to or less than the emission reference value.
この異常時制御プログラムは、つぎのように構成されている。前記制御手段は、前記第
二センサ５４の検出値が異常判定基準値である設定値（たとえば３００ppm）を越えると、まず、前記報知器５５にて異常を報知するとともに、前記第一設定空気比λ１の燃焼から前記第二設定空気比λ２の燃焼へ移行する。
This abnormal time control program is configured as follows. When the detection value of the second sensor 54 exceeds a set value (for example, 300 ppm) that is an abnormality determination reference value, the control means first notifies the abnormality by the notification device 55 and also sets the first set air ratio. The combustion shifts from the combustion at λ1 to the combustion at the second set air ratio λ2.
この実施例４の動作を図１５に基づき説明する。処理ステップＳ１（以下、処理ステップＳＮは、単にＳＮという。）にいては、前記バーナ１は、第一設定空気比λ１にて燃焼を行っている。この状態で、Ｓ２において、前記第二センサ５４の検出値が前記設定値を越えたかどうかを判定する。Ｓ２において、ＮＯが判定されると、Ｓ１に戻る。 The operation of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In process step S1 (hereinafter, process step SN is simply referred to as SN), the burner 1 is combusting at the first set air ratio λ1. In this state, in S2, it is determined whether or not the detection value of the second sensor 54 exceeds the set value. If NO is determined in S2, the process returns to S1.
前記触媒４の性能が低下した結果、前記検出値が設定値を超えると、ＹＥＳが判定され、Ｓ３へ移行する。前記制御器８は、報知手段としての前記表示器５５へ信号を送り、異常を報知する。そして、Ｓ４へ移行して、前記第一設定空気比λ１の燃焼から前記第二設定空気比λ２の燃焼を開始する。この第二設定空気比λ２の燃焼により、前記触媒４の一次側のガス中に含まれる一酸化炭素濃度は、前記排出基準以下（たとえば１００〜５０ppm）となる。その結果、仮に前記触媒４が全く機能しなかったとしても排出一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすることができる。 As a result of the performance of the catalyst 4 being lowered, if the detected value exceeds the set value, YES is determined and the process proceeds to S3. The controller 8 sends a signal to the display device 55 as a notification means to notify the abnormality. Then, the process proceeds to S4, and the combustion at the second set air ratio λ2 is started from the combustion at the first set air ratio λ1. By the combustion at the second set air ratio λ2, the concentration of carbon monoxide contained in the gas on the primary side of the catalyst 4 becomes equal to or less than the emission standard (for example, 100 to 50 ppm). As a result, even if the catalyst 4 does not function at all, the emission carbon monoxide concentration can be made equal to or less than the emission reference value.
この実施例４のボイラの管理者またはメンテナンス員は、前記表示器５５による報知に基づき、前記触媒４が異常であることを知り、その交換や手入れを行うことで前記触媒の機能を正常化させる。その後、前記第一設定空気比λ１による燃焼を開始することができる。 The manager or maintenance staff of the boiler of the fourth embodiment learns that the catalyst 4 is abnormal based on the notification by the indicator 55, and normalizes the function of the catalyst by exchanging and maintaining the catalyst 4. . Thereafter, combustion with the first set air ratio λ1 can be started.
この発明の実施例５を図１６に基づき説明する。この実施例５は、前記第二センサ５４を前記第一センサ７の異常を検出するためのセンサとしている。この第二センサ５４は、前記第一センサ７と同じ空気比を検出するセンサである。 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the second sensor 54 is a sensor for detecting an abnormality of the first sensor 7. The second sensor 54 is a sensor that detects the same air ratio as the first sensor 7.
この実施例５の異常時制御プログラムは、図１６に示す制御手順により実行される。すなわち、Ｓ１１にて、前述のように、前記第一センサ７による空気比制御が行われる。Ｓ１２にて、前記第一センサ７の異常判定が行われる。この判定には、つぎの処理が含まれる。まず、前記第二センサ５４の検出値と前記第一センサ７の検出値とを比較する。ついで、前記第二センサ５４が正常値，すなわち設定空気比を検出しているのに、前記第一センサ７が異常値，すなわち前記設定空気比を検出していないとき、前記設定空気比を変更する。そして、前記第一センサ７が変更した空気比を検出せず、前記第二センサ５４が変更した空気比を検出したとき、前記第一センサ７が異常であると判定する。 The abnormal time control program of the fifth embodiment is executed by the control procedure shown in FIG. That is, in S11, the air ratio control by the first sensor 7 is performed as described above. In S12, the abnormality determination of the first sensor 7 is performed. This determination includes the following processing. First, the detection value of the second sensor 54 and the detection value of the first sensor 7 are compared. Next, when the second sensor 54 detects the normal value, that is, the set air ratio, but the first sensor 7 does not detect the abnormal value, that is, the set air ratio, the set air ratio is changed. To do. When the first sensor 7 does not detect the changed air ratio and the second sensor 54 detects the changed air ratio, the first sensor 7 is determined to be abnormal.
Ｓ１２にて、異常が判定されると、Ｓ１３にて前記第二センサ５４による空気比制御を行う。こうして、前記第一センサ７の異常時は、前記第二センサ５４により空気比が制御されるので、前記第一センサ７の異常により、前記触媒４の処理能力を超えた一酸化炭素が生成されることが防止でき、結果として多量の一酸化炭素の排出が防止される。 If an abnormality is determined in S12, air ratio control by the second sensor 54 is performed in S13. Thus, when the first sensor 7 is abnormal, the air ratio is controlled by the second sensor 54, so that carbon monoxide exceeding the processing capacity of the catalyst 4 is generated by the abnormality of the first sensor 7. As a result, a large amount of carbon monoxide is prevented from being discharged.
この発明は、前記実施例１〜５に限定されるものではない。たとえば、図４に示す空気比−ＮＯx・ＣＯ特性は、燃焼装置の前記バーナ１および前記缶体３の構造に応じて曲線および濃度値が異なるので、異なった特性を用いることができる。また、前記実施例１，２では、設定空気比を１．０以上としているが、燃焼性を損なわず、炭化水素を含まない範囲で、空気比１．０より低い値とすることができる。 The present invention is not limited to the first to fifth embodiments. For example, the air ratio-NOx / CO characteristics shown in FIG. 4 have different curves and concentration values depending on the structure of the burner 1 and the can 3 of the combustion apparatus, and therefore different characteristics can be used. In Examples 1 and 2, the set air ratio is set to 1.0 or more, but the air ratio can be set to a value lower than 1.0 within a range that does not impair the combustibility and does not include hydrocarbons.
また、前記実施例２において、前記センサ７をＯ2濃度センサとしているが、ＣＯ濃度センサとすることができる。また、前記ダンパ位置調整装置３０の構造は、種々変形可能である。また、前記モータ３４は、ステッピングモータ以外の、たとえばギヤモータ（図
示省略）とすることができる。さらに、前記ダンパ位置調整装置３０を単一の制御器（ボイラ制御用の制御器）８にて制御しているが、この制御器８と別に前記ダンパ位置調整装置３０用の別の制御器（図示省略）を設け、この制御器と前センサ７，前記制御器８を接続して、空気比制御を行うように構成することができる。
In the second embodiment, the sensor 7 is an O 2 concentration sensor, but can be a CO concentration sensor. The structure of the damper position adjusting device 30 can be variously modified. Further, the motor 34 may be a gear motor (not shown) other than the stepping motor. Further, the damper position adjusting device 30 is controlled by a single controller (a controller for boiler control) 8. Separately from this controller 8, another controller for the damper position adjusting device 30 ( (Not shown), and this controller, the front sensor 7 and the controller 8 can be connected to perform air ratio control.
１ バーナ
２ 水管群（伝熱管群）
４ 酸化触媒
７ センサ
８ 制御器
２８ 空気比調整手段
２９ ダンパ
３０ ダンパ位置調整装置
３４ モータ
1 Burner 2 Water tube group (Heat transfer tube group)
4 Oxidation catalyst 7 Sensor 8 Controller 28 Air ratio adjusting means 29 Damper 30 Damper position adjusting device 34 Motor
Claims (13)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋ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Ｋを前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記空気比を、前記濃度比Ｋが次式（１）および（２）を満たす前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１）
Ｋ≦２．０ …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and that includes oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the premix burner,
The premix burner and the water tube group have a characteristic that a concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst becomes a predetermined concentration ratio when the air ratio is a set air ratio. Have
In the oxidation catalyst, when the concentration ratio K is the predetermined concentration ratio, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or a predetermined value or less . Has characteristics,
The predetermined concentration ratio is kept constant by controlling the air ratio by the air ratio adjusting means to the set air ratio in which the concentration ratio K satisfies the following equations (1) and (2). boiler.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (1)
K ≦ 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.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが基準所定濃度比Ｋ０となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記基準所定濃度
比Ｋ０を一定に保持し、
前記基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を、次式（４）を満たす次式（３）としたことを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（３）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０ …（４）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and that includes oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the premix burner,
The premixed burner and the water tube group are configured such that the concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst is a reference predetermined concentration ratio K0 when the air ratio is a reference air ratio. Has the following characteristics:
The oxidation catalyst has a characteristic that the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero when the concentration ratio K is the reference predetermined concentration ratio K0.
The reference predetermined concentration ratio K0 is kept constant by controlling to the reference set air ratio by the air ratio adjusting means ,
The boiler for determining the reference predetermined concentration ratio K0 is the following expression (3) that satisfies the following expression (4).
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (3)
1.0 ≦ K = K0 ≦ 2.0 (4)
(In Formula (3), [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.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが第一所定濃度比Ｋ１となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記第一所定濃度比Ｋ１を一定に保持し、
基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を、次式（６）を満たす次式（５）とし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準所定濃度比Ｋ０より小さくしたことを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（５）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０ …（６）
（式（５）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and that includes oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the premix burner,
In the premix burner and the water tube group, when the air ratio is a first set air ratio, a concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst is a first predetermined concentration. Having the characteristic of ratio K1,
The oxidation catalyst has a characteristic that when the concentration ratio K is the first predetermined concentration ratio K1, the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero and the carbon monoxide concentration is a predetermined value or less. Have
The first predetermined concentration ratio K1 is kept constant by controlling to the first set air ratio by the air ratio adjusting means ,
The boiler for determining the reference predetermined concentration ratio K0 is the following equation (5) that satisfies the following equation (6), and the first predetermined concentration ratio K1 is smaller than the reference predetermined concentration ratio K0.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (5)
1.0 ≦ K = K0 ≦ 2.0 (6)
(In Formula (5), [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.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（７）および（８）を満たすように前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（７）
Ｋ≦２．０ …（８）
（式（７）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
A sensor for detecting the air ratio of the premix burner;
Air ratio adjusting means for controlling the premix burner to a set air ratio based on the detection signal of this sensor,
The premix burner and the water tube group are configured so that the air ratio is adjusted by the air ratio adjusting means , and the gas concentration ratio K before flowing into the oxidation catalyst satisfies the following equations (7) and (8): When adjusted to a set air ratio, the nitrogen oxide concentration on the oxidation catalyst secondary side is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or below a predetermined value. A boiler configured to obtain a predetermined concentration ratio of oxide and carbon monoxide.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (7)
K ≦ 2.0 (8)
(In formula (7), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration and oxygen concentration, respectively , and satisfy the condition [O 2 ]> 0.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（９）および（１０）を満たすように前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−ＮＯx・Ｃ
Ｏ特性を有することを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（９）
Ｋ≦２．０ …（１０）
（式（１０）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
A sensor for detecting the air ratio of the premix burner;
Air ratio adjusting means for controlling the premix burner to a set air ratio based on the detection signal of this sensor,
The premix burner and the water tube group are configured so that the air ratio is adjusted by the air ratio adjusting means , and the gas concentration ratio K before flowing into the oxidation catalyst satisfies the following expressions (9) and (10): When adjusted to the set air ratio, the air ratio −NOx · C in which the nitrogen oxide concentration and oxygen concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero, and the carbon monoxide concentration is substantially zero or less than a predetermined value.
A boiler characterized by having O characteristics.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (9)
K ≦ 2.0 (10)
(In Formula (10), [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.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（１１）および（１２）を満たすように前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１１）
Ｋ≦２．０ …（１２）
（式（１１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
A sensor for detecting the air ratio of the premix burner;
Air ratio adjusting means for controlling the premix burner to a set air ratio based on the detection signal of this sensor,
The premix burner and the water tube group are configured so that the air ratio is adjusted by the air ratio adjusting means , and the gas concentration ratio K before flowing into the oxidation catalyst satisfies the following equations (11) and (12): When adjusted to the set air ratio, the concentration of carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst is reduced in the oxidation catalyst by the oxidation and reduced in the oxidation catalyst by the reduction. A boiler configured to be approximately equal to or greater than a value obtained by adding a carbon oxide concentration.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (11)
K ≦ 2.0 (12)
(In Formula (11), [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.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比Ｋが次式（１３）および（１４）を満たすように構成されることを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１３）
Ｋ≦２．０ …（１４）
（式（１３）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。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
A sensor for detecting the air ratio of the premix burner;
Air ratio adjusting means for controlling the premix burner to a set air ratio based on the detection signal of this sensor,
The premixed burner and the water tube group, when adjusting the air ratio in the set air ratio by the air-ratio adjusting device, the concentration ratio K is the formula of the gas before flowing into the oxidation catalyst (13) and (14) A boiler characterized by being configured to satisfy.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (13)
K ≦ 2.0 (14)
(In Formula (13) , [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.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比１．０の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、
前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有するガスを前記酸化触媒
と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し
、
前記空気比調整手段は、前記酸化触媒一次側の前記ガスの濃度比Ｋが次式（１５）および（１６）を満たし、前記酸化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性のＮＯx・ＣＯ低減領域において前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする設定空気比にて前記予混合バーナの空気比を制御することを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１５）
Ｋ≦２．０ …（１６）
（式（１５）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing through the water tube group with oxygen and reducing nitrogen oxides with carbon monoxide;
An air ratio adjusting means for adjusting the air ratio of the premix burner,
The premixed burner and the water tube group include the gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide on the primary side of the oxidation catalyst obtained by adjusting the air ratio adjusting means in the vicinity of an air ratio of 1.0. The air ratio on the primary side of the oxidation catalyst with respect to NOx / CO characteristics,
The oxidation catalyst has an air ratio on the secondary side of the oxidation catalyst-NOx / CO characteristics obtained by bringing a gas having the primary side air ratio-NOx / CO characteristics into contact with the oxidation catalyst,
In the air ratio adjusting means, the concentration ratio K of the gas on the primary side of the oxidation catalyst satisfies the following equations (15) and (16), and the air ratio on the secondary side of the oxidation catalyst- NOx / CO of the NOx / CO characteristic. The boiler characterized by controlling the air ratio of the premix burner with a set air ratio that makes the concentration of nitrogen oxides on the secondary side of the oxidation catalyst substantially zero in the reduction region.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (15)
K ≦ 2.0 (16)
(In Formula (15), [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.)
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触される酸化触媒と、
前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整する空気比調整手段とを備え、
前記酸化触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを基準所定濃度比として、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比とすると、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、
前記空気比調整手段は、前記濃度比Ｋが次式（１７）および（１８）を満たし、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度に基づき前記空気比を調整することにより、前記酸化触媒一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または低減することを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ ２ ］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１７）
Ｋ≦２．０ …（１８）
（式（１７）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ ２ ］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ ２ ］＞０の条件を満たす。） A premix burner that burns a hydrocarbon-containing fuel to produce a gas that is free of hydrocarbons and contains oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide;
A group of water tubes that absorb heat from the gas produced by the premix burner;
An oxidation catalyst in contact with a gas containing oxygen, nitrogen oxides and carbon monoxide after passing through the water tube group;
An air ratio adjusting means for adjusting the ratio of the combustion air amount and the fuel amount of the premix burner,
The oxidation catalyst is based on a concentration ratio K of oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide in the gas on the primary side of the oxidation catalyst that makes the nitrogen oxide concentration and carbon monoxide concentration on the secondary side substantially zero. As the predetermined concentration ratio, when the concentration ratio K is the reference predetermined concentration ratio, the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration, and carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero, and are higher than the reference oxygen concentration. When the primary oxygen concentration is lowered, the nitrogen oxide concentration and the oxygen concentration on the secondary side of the oxidation catalyst are substantially zero, and the carbon monoxide concentration is reduced.
The air ratio adjusting means adjusts the air ratio based on the oxygen concentration and / or the carbon monoxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst , with the concentration ratio K satisfying the following equations (17) and (18). The oxygen concentration on the primary side of the oxidation catalyst is adjusted with respect to the reference oxygen concentration so that the nitrogen oxide concentration on the secondary side of the oxidation catalyst is substantially zero and the carbon monoxide concentration is substantially zero or reduced. A boiler characterized by
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = K (17)
K ≦ 2.0 (18)
(In Formula (17), [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.)
のいずれか1項に記載のボイラ。 Claim, characterized in that a damping preheater on the secondary side of the oxidation catalyst 1～7,9,10
The boiler according to any one of the above.
報知手段と、
前記第二のセンサの検出値に基づき前記異常を判定して前記報知手段によりその異常を報知する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜７，９，１０のいずれか1項に
記載のボイラ。 A second sensor for detecting an abnormality of the oxidation catalyst or the sensor;
Notification means;
11. The control unit according to claim 1, further comprising a control unit that determines the abnormality based on a detection value of the second sensor and notifies the abnormality by the notification unit. The boiler described in 1.
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