專利名稱：含氮氧化物氣體的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于水管鍋爐、吸收式冷凍機(jī)的再生器等的含氮氧化 物氣體的處理方法。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，作為抑制NOx產(chǎn)生的原理，已知有抑制火焰(燃燒氣 體)的溫度、縮短高溫燃燒氣體的滯留時(shí)間等。而且，具有應(yīng)用這些原 理的各種低NOx化技術(shù)。例如，提出并實(shí)用化有2級(jí)燃燒法、濃淡燃 燒法、排氣再循環(huán)燃燒法、加氫燃燒法、蒸汽噴射燃燒法、利用水管群 的火焰冷卻燃燒法等。
另外，水管鍋爐等容量較小的NOx產(chǎn)生源對(duì)環(huán)境的影響也增高， 需求進(jìn)一步的低NOx化。在該低NOx化中，當(dāng)減少NOx的生成時(shí)，CO 的排出量增加，因此難以同時(shí)減少NOx和CO。
其原因是因?yàn)榈蚇Ox化和低CO化是相反的技術(shù)i果題。即，為了促 進(jìn)低NOx，使燃燒氣體溫度急劇地降低，當(dāng)抑制至90(TC以下的低溫時(shí)， 在大量產(chǎn)生CO的同時(shí)所產(chǎn)生的CO在未被氧化的狀態(tài)排出，CO排出量 增大。相反，為了減少CO排出量，將燃燒氣體溫度抑制在很高時(shí)，NOx 生成量的抑制變得不足。
為了解決該課題，申請(qǐng)人為了盡量減少隨著低NOx化產(chǎn)生的CO量、 或者所產(chǎn)生的CO發(fā)生氧化，提出了抑制燃燒氣體溫度的低NOx和低 CO技術(shù)，并制品化(參照專利文獻(xiàn)1、 2)。但是，該專利文獻(xiàn)1、 2 所述的低NOx化技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中生成NOx值停滯在25ppm左右。
作為該課題的解決方案，申請(qǐng)人提出了一種低NOx燃燒方法，其 包括以下步驟抑制燃燒氣體溫度使得NOx產(chǎn)生的抑制優(yōu)先于排出CO 值的降低，使生成NOx值為規(guī)定值以下的低NOx化步驟；之后進(jìn)行使 來(lái)自上迷低NOx化步驟中的排出CO值為規(guī)定值以下的低CO化步驟 (參照專利文獻(xiàn)3、 4)。利用該專利文獻(xiàn)3、 4所記載的技術(shù)，可以進(jìn) 行低于10ppm的低NOx化，但難以實(shí)現(xiàn)低于5ppm的低NOx化。其原 因在于，由于燃燒的特性，無(wú)法避免5ppm以上的NOx的產(chǎn)生。而且，專利文獻(xiàn)3、 4所記載的低NOx化技術(shù)如圖15所示，屬于 空氣比為1.38以上的所謂高空氣比燃燒區(qū)域Zl。另一方面，在空氣比 1.1以下(以下稱作"低空氣比")的燃燒區(qū)域Z2處氮氧化物的產(chǎn)生量 增加，由于難以兼顧低NOx和低CO以及空氣比達(dá)到1以下時(shí)會(huì)引起回 火等穩(wěn)定燃燒控制變難，因此低空氣比燃燒的區(qū)域Z2至今也未成為研 究開(kāi)發(fā)的對(duì)象。圖15中，線F、 E分別模式地表示利用該發(fā)明燃燒裝置 的初級(jí)側(cè)NOx特性和CO特性，線U、 J分別才莫式地表示利用該發(fā)明燃 燒裝置的催化劑次級(jí)側(cè)的NOx特性和CO特性。上述專利文獻(xiàn)3、 4的 低NOx化技術(shù)基本上為通過(guò)在高空氣比區(qū)域Zl內(nèi)使燃燒器燃燒抑制 NOx產(chǎn)生、使用氧化催化劑(專利文獻(xiàn)3、 4)除去產(chǎn)生CO的技術(shù)。
另一方面，作為時(shí)代背景，在尋求對(duì)鍋爐的進(jìn)一步低NOx化的同 時(shí)，尋求節(jié)能的低空氣比運(yùn)轉(zhuǎn)。
本申請(qǐng)的發(fā)明人研究開(kāi)發(fā)了可以使用氧化催化劑使氮氧化物減少 至無(wú)限接近于零的燃燒方法。
另外，作為燃燒器的燃燒所產(chǎn)生的含氮氧化物氣體的處理方法，已 知有專利文獻(xiàn)5。
上述專利文獻(xiàn)5的排氣處理方法中，通過(guò)在空氣比小于1.0下使燃 燒器燃燒，從而使得在燃燒排氣中不含氧、含有CO、 HC(碳?xì)浠衔? 的未燃成分，在氮氧化還原催化劑下利用未燃成分將氮氧化物還原，將 氮氧化物凈化，在凈化后的排氣中添加空氣，使用氧化催化劑將未燃成 分凈化。
該專利文獻(xiàn)5的處理方法并非在氧的存在下減少一氧化碳和氮氧化 物。另外，根據(jù)該專利文獻(xiàn)5，由于未燃燒的碳?xì)浠衔锎罅康乇慌懦觯?因此難以利用氧化催化劑使排出氮氧化物濃度和排出 一氧化碳濃度基 本為零。另外，在碳?xì)浠衔锏拇嬖谙拢瑹o(wú)法利用氮氧化物還原效率降 低的特性的氧化催化劑。另外，由于使用其它催化劑進(jìn)行氮氧化物的還 原步驟和未燃成分的氧化步驟，因此處理變得復(fù)雜。
另夕卜，專利文獻(xiàn)6記載了來(lái)自內(nèi)燃機(jī)的含氮氧化物氣體的凈化方法。 該專利文獻(xiàn)6是使用三效催化劑將氮氧化物和一氧化碳凈化，但在氣體 中必須存在碳?xì)浠衔?，同時(shí)僅適用于不存在過(guò)量氧的理論空氣比的氣
過(guò)量氧的鍋爐等燃燒裝置的燃燒^^體處理。'、口 、；' '進(jìn)而，通過(guò)專利文獻(xiàn)7已知使用氧化催化劑利用一氧化碳將焚燒爐
的排氣中的氮氧化物還原的技術(shù)。該專利文獻(xiàn)7的技術(shù)由于在排氣中存
在氧時(shí)，氮氧化物的還原不會(huì)進(jìn)行，因此在初級(jí)燃燒中，通過(guò)使燃料的 濃度過(guò)量地(空氣比小于1)燃燒，使排氣成為無(wú)氧狀態(tài)。該專利文獻(xiàn)
7中，由于受到使燃燒的濃度過(guò)量的燃燒的制約，因此難以適用于使用
了燃燒器的鍋爐等排氣中含有氧氣的燃燒裝置。
專利文獻(xiàn)1:日本專利第3221582號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:美國(guó)專利第5353748號(hào)說(shuō)明書(shū) 專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2004-125378號(hào)7>才艮 專利文獻(xiàn)4:美國(guó)專利第6792895號(hào)說(shuō)明書(shū) 專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2001-241619號(hào)7>4艮 專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)平5-38421號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)平2003-275543號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題
本發(fā)明所要解決的課題在于提供通過(guò)簡(jiǎn)單的方法，使用氧化催化 劑，使含有氧的氣體中所含的氮氧化物和 一 氧化碳的排出量能夠減少至 無(wú)限接近于零的值、或者能夠減少至容許范圍的含氮氧化物氣體的處理 方法。
用于解決課題的方法
本申請(qǐng)的發(fā)明人為了解決上述課題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下 關(guān)鍵在具備專利文獻(xiàn)3、 4所述的用于減少一氧化碳的氧化催化劑的 鍋爐中，在之前基本沒(méi)有研究的、無(wú)限接近于1的低空氣比的燃燒器的 燃燒區(qū)域(圖15的區(qū)域Z2)中，使氮氧化物和一氧化碳的排出量基本 為零。而且，追究能夠使氮氧化物和一氧化碳的排出量基本為零的原因， 結(jié)果獲得以下發(fā)現(xiàn)通過(guò)使氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氧、氮氧化物和一氧 化碳的濃度比為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比，可以在使用氧化催化劑使氮氧化物和 一氧化碳的排出量減少至無(wú)限接近于零的同時(shí)，在上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比 的附近調(diào)整上述濃度比，可以使有害物質(zhì)(氮氧化物和一氧化碳)的排 出量減少至基本為零或容許值。本發(fā)明根據(jù)該發(fā)現(xiàn)而完成。根據(jù)該發(fā)明， 不僅可以使有害物質(zhì)的排出濃度基本為零，而且由于其可通過(guò)無(wú)限接近于1.0的空氣比實(shí)現(xiàn)，因此可以實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能。
以下，當(dāng)僅提到濃度比時(shí)是指氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氧、氮氧化物 和一氧化碳的濃度比。上述氧化催化劑可以使用公知的氧化催化劑，還 可以使用新型的氧化催化劑。
即，本申請(qǐng)的發(fā)明人如專利文獻(xiàn)7上述，在氧化催化劑作用下利用 一氧化碳還原氮氧化物時(shí)，打破了氧成為障礙的技術(shù)常識(shí)，采用有效地 利用氧，將氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度的關(guān) 系調(diào)整至規(guī)定關(guān)系(規(guī)定濃度比)的新型技術(shù)方法，由此解決了上述課題。
上述課題具有以下的副課題。第 一 副課題為使通過(guò)燃燒器產(chǎn)生的氣 體中不含妨礙上述氧化催化劑的有害物質(zhì)(NOx和CO)減少的碳?xì)浠?合物。這通過(guò)使其成為不進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)般急劇冷卻的燃燒，可以在不使用 碳?xì)浠衔锍パb置的情況下解決。
第二副課題為使上述氣體的濃度比如何達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比。 當(dāng)僅使上述燃燒器燃燒時(shí)，無(wú)法獲得上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度。對(duì)于該副課題， 可以通過(guò)利用上述燃燒器的上述濃度比特性的調(diào)整、利用上述燃燒器和 將來(lái)自該燃燒器的氣體吸熱的吸熱裝置的濃度比特性的調(diào)整、在這些調(diào) 整的基礎(chǔ)上利用輔助調(diào)整裝置進(jìn)行上述濃度比的輔助調(diào)整的任一種進(jìn)
行調(diào)整來(lái)解決。
如上所述，本發(fā)明不僅在有害物質(zhì)減少效果方面顯著，而且是相比 較于以往的使用燃燒器、氧化催化劑的上述濃度比的調(diào)整等技術(shù)方法， 可以簡(jiǎn)單解決上述課題的劃時(shí)代的發(fā)明。
該發(fā)明不僅限于鍋爐，還可以適用于燃燒器所產(chǎn)生的含氮氧化物氣 體的處理方法。
權(quán)利要求1記載的發(fā)明為使利用燃燒器使燃料燃燒而產(chǎn)生的氣體與 氧化催化劑接觸，減少上述氣體中所含氮氧化物的含氮氧化物氣體的處 理方法，其特征在于，包括以下步驟使用上述燃燒器使含碳?xì)浠衔?的燃料燃燒，產(chǎn)生不含碳?xì)浠衔?、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的?體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化劑接觸，利用氧將上述氣體所含 的 一氧化碳氧化、利用 一氧化碳將氮氧化物還原的有害物質(zhì)減少步驟； 將上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度 比調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度基本為零或規(guī)定值步驟。
這里，氮氧化物濃度基本為零是指優(yōu)選為5ppm、更優(yōu)選為3ppm、 進(jìn)一步優(yōu)選為零。 一氧化碳濃度基本為零是指優(yōu)選為30ppm、更優(yōu)選為 10ppm。另外，在以下的說(shuō)明中，氧濃度基本為零是指為100ppm以下， 但優(yōu)選為測(cè)量臨界值以下。而且，氮氧化物濃度、 一氧化碳濃度為規(guī)定 值以下是指各國(guó)、各地域規(guī)定的排出標(biāo)準(zhǔn)濃度以下，但當(dāng)然可以設(shè)定為 無(wú)限接近于基本為零的值。這樣在所謂排出標(biāo)準(zhǔn)值的意義中，可以將"規(guī) 定值"以下稱作"容許值"、"排出標(biāo)準(zhǔn)值"。
根據(jù)權(quán)利要求1記載的發(fā)明，在使用氧化催化劑的上述調(diào)整步驟中， 通過(guò)使上述氣體的濃度比達(dá)到上述規(guī)定濃度，在上述有害物質(zhì)減少步驟 中，有效地應(yīng)用利用氧的一氧化碳的氧化作用，調(diào)整一氧化碳濃度，可 以將上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度降低至基本為零或規(guī)定 值以下、可以將一氧化碳濃度降低至基本為零或規(guī)定值以下。另外，上 述燃燒步驟中的燃燒是不向上述氣體中排出碳?xì)寤衔锏娜紵?，因此與 專利文獻(xiàn)7所述的使其燃燒使得排出碳?xì)寤衔锏姆椒ㄏ啾?，可以容?地進(jìn)行燃燒控制。而且，由于流入上述氧化催化劑的氣體中不含碳氪化 合物，因此可以不使用如專利文獻(xiàn)5的復(fù)雜方法，即可有效地進(jìn)行利用 上述氧化催化劑的氮氧化物和一氧化碳的減少，同時(shí)可以不考慮碳?xì)寤?合物所產(chǎn)生的反應(yīng)，容易地調(diào)整上述濃度比。
權(quán)利要求2記載的發(fā)明為含氮氧化物氣體的處理方法，其為使利用 燃燒器使燃料燃燒而產(chǎn)生的氣體與氧化催化劑接觸，減少上述氣體中所 含氮氧化物的含氮氧化物氣體的處理方法，其特征在于，包括以下步驟 使用上述燃燒器使含碳?xì)寤衔锏娜剂先紵a(chǎn)生不含碳?xì)浠衔?、?有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化 劑接觸，利用氧將上述氣體所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳將氮氧 化物還原的有害物質(zhì)減少步驟；調(diào)整上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中 的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比K的濃度比調(diào)整步驟，上述濃度比 調(diào)整步驟為下述調(diào)整O、調(diào)整l、調(diào)整2的任一種。
調(diào)整0:將上述濃度比K調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化 物濃度和一氧化碳濃度基本為零的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0。
調(diào)整1:將上述濃度比K調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度基本為零、同時(shí)一氧化碳濃度為規(guī)定值以下的第一規(guī)定濃度比Kl。
調(diào)整2:將上述濃度比K調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的一氧化 碳濃度基本為零、同時(shí)氮氧化物濃度為規(guī)定值以下的第二規(guī)定濃度比 K2。
權(quán)利要求3記載的發(fā)明為權(quán)利要求2，其特征在于，使判定上述標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的式子為下式(1 )、上述標(biāo)準(zhǔn)4見(jiàn)定濃度比K0滿足下 式(2),使上述第一規(guī)定濃度比K1小于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0、使 上述第二規(guī)定濃度比K2大于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0。
([NOx]+2
)/[CO]=K …(l) 1. OSK=KOS2. 0 …(2)
(式(l)中，[CO]、 [NOx]和
分別表示一氧化碳濃度、氮氧化物濃 度和氧濃度，滿足
>0的條件。)
通過(guò)權(quán)利要求2或3記載的發(fā)明，在上述調(diào)整步驟中，通過(guò)上述調(diào) 整0、即^f吏上述氣體的濃度比K為上述標(biāo)準(zhǔn)^L定濃度比KO，可以使用上 述氧化催化劑使排出氮氧化物濃度和排出一氧化碳濃度基本為零。另 外，通過(guò)上述調(diào)整l、即使上述氣體的濃度比K為上述第一規(guī)定濃度比 Kl,可以使用上述氧化催化劑使排出氮氧化物濃度基本為零、使排出一 氧化碳濃度為規(guī)定值以下。另外，通過(guò)上述調(diào)整2、即使上述氣體的濃 度比為上述第二規(guī)定濃度比，可以使用上述氧化催化劑使排出一氧化碳 濃度基本為零、使排出氮氧化物濃度為設(shè)定值以下。而且，在權(quán)利要求 2或權(quán)利要求3中也可以同樣地達(dá)到上述權(quán)利要求1所述的其它效果。
權(quán)利要求4記載的發(fā)明為使利用燃燒器使燃料燃燒而產(chǎn)生的氣體與 氧化催化劑接觸，減少上述氣體中所含氮氧化物的含氮氧化物氣體的處 理方法，其特征在于，包括以下步驟使用上述燃燒器使含碳?xì)浠衔?的燃料燃燒，產(chǎn)生不含碳?xì)浠衔铩⒑醒?、氮氧化物和一氧化碳的?體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化劑接觸，利用氧將上述氣體所含 的一氧化碳氧化、利用 一氧化碳將氮氧化物還原的有害物質(zhì)減少步驟； 將上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度 比調(diào)整至規(guī)定濃度比的濃度比調(diào)整步驟，上述規(guī)定濃度比滿足下式(3 )。([NOx] + 2
)/[CO] S2. 0 …(3)
2
(式(3)中，[CO]、 [NOx]和
分別表示CO濃度、NOx濃度和02 濃度，滿足
>0的條件。)
通過(guò)權(quán)利要求4記載的發(fā)明，在上述濃度比調(diào)整步驟中，通過(guò)使上 述氣體的濃度比為上述規(guī)定濃度比，在上述有害物質(zhì)減少步驟中，有效 地應(yīng)用利用氧的一氧化碳的氧化，調(diào)整一氧化碳濃度，可以使用上述氧 化催化劑使排出氮氧化物濃度基本為零、使排出 一氧化碳濃度基本為零 或規(guī)定值以下。在權(quán)利要求4中也可以同樣地達(dá)成上述權(quán)利要求1所述 的其它效果。
權(quán)利要求5記載的發(fā)明為權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)，其特征在于，使 上述燃燒器的空氣比為1.1以下。
通過(guò)權(quán)利要求5記載的發(fā)明，除了權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)記載的發(fā) 明的效果之外，還有能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果。
權(quán)利要求6記載的發(fā)明為權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)，其特征在于，利 用上述燃燒器的濃度比特性進(jìn)行上述濃度比K的調(diào)整。
通過(guò)權(quán)利要求6記載的發(fā)明，除了權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)記載的發(fā)
整，因此可以達(dá)成不用其它用于濃度比調(diào)整的裝置的效果。
權(quán)利要求7記載的發(fā)明為權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)，其特征在于，上 述濃度比K的調(diào)整利用上述燃燒器與配置在上述燃燒器和上述氧化催 化劑之間從上述氣體吸熱的吸熱裝置的濃度比特性進(jìn)行。
通過(guò)權(quán)利要求7記載的發(fā)明，除了權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)記載的發(fā) 明的效果之外，由于利用上述燃燒器和上述吸熱裝置的濃度比特性進(jìn)行 上述濃度比調(diào)整，因此不需要其它用于濃度比調(diào)整的裝置。另外，能夠 達(dá)成利用上述吸熱裝置抑制上述氣體的溫度、可以提高上述氧化催化劑 的持久性的效果。
權(quán)利要求8記載的發(fā)明為權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)，其特征在于，上 述濃度比K的調(diào)整在利用上述燃燒器的濃度比特性的同時(shí)，使用配置在 上述燃燒器和上述氧化催化劑之間輔助調(diào)整上述濃度比K的輔助調(diào)整 裝置進(jìn)行。
通過(guò)權(quán)利要求8記載的發(fā)明，除了權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)記載的發(fā)明的效果之外，上述燃燒器的濃度比特性，再加上利用上述輔助調(diào)整裝 置進(jìn)行上述濃度比調(diào)整，因此達(dá)成可以拓寬本發(fā)明可適用的上述燃燒器 和上述吸熱裝置的范圍的效果。
權(quán)利要求9記載的發(fā)明為權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)，其特征在于，上 述濃度比K的調(diào)整在利用上述燃燒器與配置在上述燃燒器和上述氧化
催化劑之間從上述氣體吸熱的吸熱裝置的濃度比特性的同時(shí)，使用配置
在上述燃燒器和上述氧化催化劑之間輔助調(diào)整上述濃度比K的輔助調(diào) 整裝置進(jìn)行。
通過(guò)權(quán)利要求9記載的發(fā)明，除了權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)記載的發(fā) 明的效果之外，上述燃燒器和上述吸熱裝置的濃度比特性，再加上利用 上述輔助調(diào)整裝置進(jìn)行上述濃度比調(diào)整，因此達(dá)成可以拓寬本發(fā)明可適 用的上述燃燒器和上述吸熱裝置的范圍的效果。
權(quán)利要求10記載的發(fā)明為使燃燒器的燃燒所產(chǎn)生的含有氮氧化物 和一氧化碳的氣體與氧化催化劑接觸，從而減少排出氮氧化物和排出一 氧化碳的濃度的含氮氧化物氣體的處理方法，其特征在于，通過(guò)在上述 氣體中含有氧，同時(shí)將上述氣體中的氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氮氧化物、
一氧化碳和氧的濃度比調(diào)整至規(guī)定濃度比，使上述氮氧化物和一氧化碳 的排出濃度基本為零或規(guī)定值以下。
通過(guò)權(quán)利要求10記載的發(fā)明，由于利用氧的存在調(diào)整氮氧化物、 一氧化碳和氧的濃度比，因此可以容易地進(jìn)行上述規(guī)定濃度比的調(diào)整， 可以使用上述氧化催化劑簡(jiǎn)單地使上述氮氧化物和一氧化碳的排出濃
度基本為零或規(guī)定值以下。
權(quán)利要求11記載的發(fā)明為權(quán)利要求10,其特征在于，使利用上述 空氣比調(diào)整裝置的設(shè)定空氣比為1.1以下。
通過(guò)權(quán)利要求11記載的發(fā)明，除了權(quán)利要求11記載的發(fā)明的效果 之外，還達(dá)成能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果。
發(fā)明效果
通過(guò)本發(fā)明，能夠容易將氮氧化物和一氧化碳的排出量減少至無(wú)限 接近于零的值或者容許范圍的規(guī)定值以下。


圖1為本實(shí)施例1的蒸汽鍋爐的縱剖面的示意圖。圖2為沿著圖1的II-II線的剖面圖。
圖3為表示從排氣流動(dòng)方向觀察圖2的氧化催化劑的要部構(gòu)成的圖。
圖4為表示本實(shí)施例1的空氣比-NOx . CO特性的圖。 圖5為本實(shí)施例1的風(fēng)門位置調(diào)整裝置的使用狀態(tài)的一部分剖面的 示意圖。
圖6為同風(fēng)門位置調(diào)整裝置的要部的剖面示意圖。
圖7為說(shuō)明本實(shí)施例1的燃燒器和吸熱裝置的特性和氧化催化劑的
特性的模式圖。
圖8為說(shuō)明本實(shí)施例1的傳感器輸出特性的圖。
圖9為說(shuō)明本實(shí)施例1的發(fā)動(dòng)機(jī)控制特性的圖。
圖IO為說(shuō)明本實(shí)施例1的NOx和CO減少特性的圖。
圖11為本實(shí)施例2的蒸汽鍋爐的縱剖面的示意圖。
圖12為說(shuō)明本實(shí)施例2的發(fā)動(dòng)機(jī)控制特性的圖。
圖13為說(shuō)明本實(shí)施例3的使用空氣比-NOx CO特性的空氣比控制的圖。
圖14為本實(shí)施例4的蒸汽鍋爐的縱剖面的示意圖。
圖15為說(shuō)明本發(fā)明的NOx CO初級(jí)特性和次級(jí)特性的圖。
符號(hào)說(shuō)明
1燃燒器 4氧化催化劑 7傳感器 8控制器
28空氣比調(diào)整裝置 29風(fēng)門
30風(fēng)門位置調(diào)整裝置 34發(fā)動(dòng)機(jī)
具體實(shí)施例方式
接著，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，對(duì)于 本申請(qǐng)中使用的用語(yǔ)進(jìn)行說(shuō)明。"氣體"是指從燃燒器直至通過(guò)氧化催化劑(可以稱作氧化 還原催化劑。下文僅稱作"催化劑")的氣體， 將通過(guò)催化劑之后的氣體稱作"排氣"。因此，氣體含有燃燒反應(yīng)中(燃 燒過(guò)程)的氣體和燃燒反應(yīng)結(jié)束的氣體，可以稱作燃燒氣體。這里，當(dāng) 上述催化劑沿著氣流多級(jí)地設(shè)置時(shí)，"氣體"是指完全通過(guò)最終級(jí)催化 劑之前的氣體，"排氣"是指通過(guò)最終級(jí)的催化劑后的氣體。
"催化劑的初級(jí)側(cè)"是指相對(duì)于催化劑設(shè)有燃燒器的一側(cè)，只要無(wú) 特別說(shuō)明，是指氣體通過(guò)該催化劑之前，"催化劑的次級(jí)側(cè)，，是指與催 化劑的初級(jí)側(cè)的相反側(cè)。
另外，"不含碳?xì)浠衔?并非是指在燃燒反應(yīng)的過(guò)程中完全不產(chǎn) 生碳?xì)浠衔?，而是指在燃燒反?yīng)的過(guò)程中雖然產(chǎn)生了若干的碳?xì)寤?物，但在燃燒反應(yīng)結(jié)束的階級(jí)、即流入上述催化劑的氣體中基本不含將 氮氧化物還原的碳?xì)寤衔?測(cè)定界限以下)。
而且，空氣比m定義為m=21/ (21 -
。但是，
表示氧化催 化劑的次級(jí)側(cè)的排氣中的氧濃度，但計(jì)算空氣比時(shí)使用的
在氧過(guò)量 區(qū)域中表示過(guò)量氧濃度，在燃料過(guò)量區(qū)域中將以空氣比m=l使一氧化碳 等未燃?xì)怏w燃燒所必需的不足氧濃度作為負(fù)值表示。
接著，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明使用小型貫流鍋爐等水管鍋 爐、熱水器、吸收式冷凍機(jī)的再生器等燃燒裝置(也可以稱作熱機(jī)器或 燃燒機(jī)器)。
(實(shí)施方式1)
適用本發(fā)明含氮氧化物氣體的處理方法的實(shí)施方式的鍋爐等的燃 燒裝置，作為主要部分典型地具備燃燒器；含有從使用該燃燒器產(chǎn)生 的氣體進(jìn)行吸熱的吸熱裝置的導(dǎo)熱管(水管)群的罐體；以規(guī)定濃度比 分別含有通過(guò)上述導(dǎo)熱管群后的氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體所接 觸、通過(guò)的，將一氧化碳氧化的同時(shí)將氮氧化物還原的氧化催化劑；向 上述燃燒器供供氣體燃料的燃料供給裝置；在向上述燃燒器供給燃燒空 氣的同時(shí)將燃燒氣體和燃料預(yù)混合的燃燒空氣供給裝置；在上述氧化催 化劑的下游，檢測(cè)氧濃度的傳感器；輸入該傳感器等信號(hào)、控制上述燃 料供給裝置和上述燃燒空氣供給裝置等的控制器。
優(yōu)選實(shí)施于這種燃燒裝置的本發(fā)明的實(shí)施方式l為使利用燃燒器使 燃料燃燒而產(chǎn)生的氣體與氧化催化劑接觸，減少上述氣體中所含氮氧化 物的含氮氧化物氣體的處理方法，其特征在于，包括以下步驟使用上迷燃燒器使含碳?xì)寤衔锏娜剂先紵?，產(chǎn)生不含碳?xì)浠衔?、含有氧?br> 氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化劑接 觸，利用氧將上述氣體所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳將氮氧化物 還原的有害物質(zhì)減少步驟；使上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、 氮氧化物和一氧化碳的濃度比調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧 化物濃度基本為零或規(guī)定值以下、 一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值以下 的規(guī)定濃度比的濃度比調(diào)整步驟。 (實(shí)施方式2)
本發(fā)明的實(shí)施方式1可以使用下面的實(shí)施方式2表現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí) 施方式2為使利用燃燒器使燃料燃燒而產(chǎn)生的氣體與氧化催化劑接觸， 減少上述氣體中所含氮氧化物的含氮氧化物氣體的處理方法，其特征在 于，包括以下步驟使用上述燃燒器使含碳?xì)寤衔锏娜剂先紵?，產(chǎn)生 不含碳?xì)浠衔铩⒑醒?、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒步驟；使 上述氣體與氧化催化劑接觸，利用氧將上述氣體所含的一氧化碳氧化、 利用 一氧化碳將氮氧化物還原的有害物質(zhì)減少步驟；調(diào)整上述氧化催化 劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比K的濃度比調(diào) 整步驟，上述濃度比調(diào)整步驟為下述調(diào)整0~調(diào)整2的任一種。
調(diào)整0:調(diào)整至使上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度和一氧 化碳濃度基本為零的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0。
調(diào)整1:將上述濃度比K調(diào)整至使上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧 化物濃度基本為零、同時(shí)使一氧化碳濃度為規(guī)定值以下的第一規(guī)定濃度 比Kl。
調(diào)整2:將上述濃度比K調(diào)整至使上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的一氧 化碳濃度基本為零、同時(shí)使氮氧化物濃度為規(guī)定值以下的第二規(guī)定濃度 比K2。
而且，上述催化劑具有以下特性在進(jìn)行上述調(diào)整0時(shí)，使上述催 化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度分別基本為零；當(dāng)進(jìn)行上 述調(diào)整l時(shí)，使上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度基本為零、同 時(shí)使一氧化碳濃度為規(guī)定值以下；當(dāng)進(jìn)行上述調(diào)整2時(shí)，使上述氧化催 化劑的次級(jí)側(cè)的一氧化碳濃度基本為零、同時(shí)使氮氧化物濃度為規(guī)定值 以下。
在該實(shí)施方式2中，濃度比是指一氧化碳濃度、氮氧化物濃度和氧濃度的相互關(guān)系。上述調(diào)整O的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO優(yōu)選用下式(l)的 判定式判定，優(yōu)選滿足下式(2)進(jìn)行設(shè)定，使得上述第一規(guī)定濃度比 Kl小于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0、上述第二規(guī)定濃度比K2大于上述標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0。
([NOX] + 2
)/[CO]=K …(l) 1. 0 …(2)
(式(l)中，[CO]、 [NOx]和
分別表示一氧化碳濃度、氮氧化物濃 度和氧濃度，滿足
>0的條件。)
上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0為分別使上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氧濃 度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零的上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè) 的氧濃度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度的濃度比。上述式(l)為用 于判定上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的判定式，式(2 )表示分別使上述氧化 催化劑的次級(jí)側(cè)的氧濃度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零的條 件。理論上，在K0=1.0的條件下，可以使各濃度為零。但是，根據(jù)實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，在上述式(2)的范圍內(nèi)雖然確認(rèn)了使各濃度基本為零，但上 述K0的上限2.0由于上述催化劑的特性不同，采用大于2.0的值。
當(dāng)調(diào)整上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的濃度比K (上述調(diào)整1)使得低 于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的值、即式(1 )的K小于KO的上述第一規(guī) 定濃度比K1時(shí)，上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氧濃度和氮氧化物濃度基 本為零、同時(shí)一氧化碳濃度達(dá)到規(guī)定值以下。該一氧化碳濃度的規(guī)定值 優(yōu)選設(shè)定在排出標(biāo)準(zhǔn)值(該值在不同國(guó)家中不同，可以每個(gè)國(guó)家地變更) 以下。當(dāng)決定該規(guī)定值時(shí)，在實(shí)驗(yàn)上可以決定上述第一規(guī)定濃度比K1。 按照達(dá)到上述濃度比K的值小于KO的上述第一規(guī)定濃度比Kl的濃度 比K的調(diào)整，具體地說(shuō)可以通過(guò)使相對(duì)于上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的一 氧化碳濃度的氧濃度的比例，小于滿足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO的相對(duì) 于一氧化碳濃度的氧濃度的比例實(shí)現(xiàn)。
另外，當(dāng)調(diào)整上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的濃度比K (上述調(diào)整2) 使得達(dá)到上述濃度比K大于KO的上述第二規(guī)定濃度比K2時(shí)，上述氧 化催化劑的次級(jí)側(cè)的一氧化碳濃度基本為零、同時(shí)氮氧化物濃度為規(guī)定 值以下。此時(shí)，上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氧濃度成為規(guī)定濃度。該氮 氧化物濃度的規(guī)定值與一氧化碳濃度的上述規(guī)定值不同，優(yōu)選為各國(guó)規(guī)定的排出標(biāo)準(zhǔn)值以下。當(dāng)決定該規(guī)定值時(shí)，實(shí)^r上可以決定上述第二濃 度比K2。用于達(dá)到上述第二規(guī)定濃度比K2的濃度比K的調(diào)整具體可以 通過(guò)使相對(duì)于上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的 一 氧化碳濃度的氧濃度的比 例大于滿足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的相對(duì)于一氧化碳濃度的氧濃度的 比例實(shí)現(xiàn)。
在該處理方法的實(shí)施方式1中，首先在上述燃燒步驟中，上述燃燒 器產(chǎn)生含有氮氧化物和一氧化碳、不含碳?xì)浠衔锏臍怏w。而且，上述 催化劑的初級(jí)側(cè)的上述氣體的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比K通過(guò) 上述濃度比調(diào)整步驟利用上述調(diào)整0、上述調(diào)整1、上述調(diào)整2的任何 一個(gè)，分別調(diào)整至上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO、上述第一規(guī)定濃度比K1、 上述第二規(guī)定濃度比K2。而且，在上述有害物質(zhì)減少步驟中，上述氣 體與上述催化劑相接觸，通過(guò)上述氣體中的氧將一氧化碳氧化、利用一 氧化碳將氮氧化物還原。在進(jìn)行了上述調(diào)整O或上述調(diào)整1時(shí)的有害物 質(zhì)減少步驟的氧的作用在于一氧化碳濃度的調(diào)整，即消耗、減少將氮氧 化物還原、使其濃度基本為零所需量以上的一氧化碳量。通過(guò)該有害物 質(zhì)減少步驟，將該氣體中的氮氧化物的排出量減少至基本為零，將一氧 化碳排出量減少至基本為零或規(guī)定值以下。
上述調(diào)整0的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0和上述調(diào)整1的第一規(guī)定濃度比 Kl包含、顯示在下式(3)中。即，當(dāng)滿足式(3)時(shí)，使上述催化劑 的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度基本為零，使一氧化碳濃度基本為零或減少。 為了使一氧化碳濃度的減少為上述規(guī)定值以下，調(diào)整上述氧化催化劑的 初級(jí)側(cè)的上述濃度比K使得式(3)的左邊值小于KO,達(dá)到上述第一規(guī) 定濃度比Kl。
([NOx]+2
)/[CO]S2. 0 '"(3)
(式(3)中，[CO]、 [NOx]和
分別表示CO濃度、NOx濃度和02 濃度，滿足
>0的條件。)
接著對(duì)上述有害物質(zhì)減少步驟的減少作用進(jìn)行說(shuō)明。該減少作用認(rèn) 為如下進(jìn)行。在上述氧化催化劑下，作為主反應(yīng)發(fā)生將一氧化碳氧化的 第一反應(yīng)和用一氧化碳將氮氧化物還原的笫二反應(yīng)。在上述氧化催化劑 的反應(yīng)(催化反應(yīng))中，在氧存在下，上述第一反應(yīng)優(yōu)先于上述第二反 應(yīng)，根據(jù)上述第一反應(yīng)， 一氧化碳被氧消耗，經(jīng)過(guò)濃度調(diào)整后，通過(guò)上述第二反應(yīng)將氮氧化物還原。省略該說(shuō)明。實(shí)際上，上述第一反應(yīng)為與 上述第二反應(yīng)的竟?fàn)幏磻?yīng)，但由于一氧化碳和氧的反應(yīng)在氧存在下比上 述第二反應(yīng)表觀上更快地進(jìn)行，因此認(rèn)為在第 一 階級(jí)中進(jìn)行一氧化碳的 氧化(第一反應(yīng))、在笫二階級(jí)中將氮氧化物還原(第二反應(yīng))。
概括地說(shuō)，在上述氧化催化劑下，在氧的存在下通過(guò)CO+l/202 — C02的上述第一反應(yīng)，氧被消耗，使用剩余的CO，通過(guò)2CO+2NO — N2+2C02的上述第二反應(yīng)，將氮氧化物還原，降低排出氮氧化物濃度。
這里，([NOx]+2
) /[CO]的值(濃度比的值)如上所述，為2.0 以下、優(yōu)選為1.5以下。另外，上述式(1)的[NOx]是一氧化氮濃度 [NO]和二氧化氮濃度[N02]的總濃度。在上述反應(yīng)式的說(shuō)明中，不使 用NOx、使用NO的原因在于在高溫度環(huán)境下的產(chǎn)生氮氧化物的組成由 于主成分為NO、 N02不過(guò)為數(shù)Q/Q,因此可以相類似地說(shuō)明。認(rèn)為N02 即便存在，也同樣被CO還原。
上述([NOx]+2
) /[CO]的值(濃度比K的值)為1.0時(shí)，理論 上可以使從上述催化劑排出的氧濃度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度為 零。但是，實(shí)驗(yàn)上可知，僅稍稍排出了一氧化碳。而且，([NOx]+2
=l是指考慮到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由上述第一反應(yīng)和第二反應(yīng)理論上導(dǎo)出 的。
這里，說(shuō)明如何導(dǎo)出([NOx]+2
)/[CO]=l。該式由于是典型地 滿足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的式子，因此稱作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度充足式。
已知在上述催化劑內(nèi)，上述第一反應(yīng)(I)作為主反應(yīng)發(fā)生。
CO+l/202 —C02 ... (I)
另外，在使用Pt等貴金屬的催化劑內(nèi)，在不存在氧的氣氛下，上述 第二反應(yīng)(II)的利用CO的NO還原反應(yīng)進(jìn)行。
CO+NO —C02+1/2N2 ... (II)
因此，如果著眼于對(duì)上述第一反應(yīng)(I)、上述第二反應(yīng)(II)的反 應(yīng)起作用的物質(zhì)濃度，則可導(dǎo)出上述標(biāo)準(zhǔn)濃度充足式。
即，使CO濃度、NO濃度、02濃度分別為[CO]ppm、 [NO]ppm、
ppm時(shí)，根據(jù)上述式(I)可以用CO除去的氧濃度用下式(III)表 示。
2
=[C02]... (Ill) 另外，為了引起上述式(II)的反應(yīng)，CO有必要與NO等量，為下式(IV)的關(guān)系。b,0]…(IV)
當(dāng)在上述催化劑內(nèi)連續(xù)地發(fā)生上述式(I) 、 (II)反應(yīng)時(shí)，有必要
的是通過(guò)滿足上述式(III)和上述式(IV)而獲得的下式(V)的濃度關(guān)系。a+[CO]b=2
+[NO]…(V)a+[CO]b由于為相同成分，因此作為上述催化劑的次級(jí)側(cè)的氣
體中的co濃度，可以用[co]表示。
因此可以導(dǎo)出上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比充足式，即[CO]=2
+[NO]的關(guān)系。
上述濃度比K的值小于1.0時(shí)， 一氧化碳的濃度為上述氮氧化物的 還原所需的濃度以上，因此排出氧濃度為零、在上述催化劑通過(guò)后的氣 體中殘留一氧化碳。
另外，超過(guò)上述濃度比K的值1.0的2.0為實(shí)驗(yàn)上獲得的值，認(rèn)為 其原因如下。在上述催化劑下發(fā)生的反應(yīng)還不完全明確，除了上述第一 反應(yīng)和上述第二反應(yīng)的主反應(yīng)之外，還發(fā)生了副反應(yīng)。作為該副反應(yīng)之 一，認(rèn)為是通過(guò)蒸汽與一氧化碳的反應(yīng)產(chǎn)生了氫，通過(guò)該氬，將氮氧化 物和氧還原的反應(yīng)。
上述燃燒步驟通過(guò)使用上述燃燒器使含碳?xì)寤衔锏娜剂先紵?進(jìn)行，產(chǎn)生不含碳?xì)浠衔?、含有氮氧化物?一氧化碳和氧的氣體。該 燃燒為在鍋爐等通常燃燒裝置內(nèi)進(jìn)行的燃燒，由于不伴有內(nèi)燃機(jī)等的劇 烈冷卻，因此在排氣中不含碳氪化合物。而且，優(yōu)選使上述空氣比為1.1 以下。由此，通過(guò)低空氣比燃燒，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
上述燃燒器為連續(xù)地供給燃料和燃燒空氣使其連續(xù)燃燒的燃燒裝 置，不含內(nèi)燃機(jī)。汽車用的引擎等內(nèi)燃機(jī)由于進(jìn)行燃料和燃燒空氣的不 連續(xù)供給和燃燒，因此作為未燃成分大量地產(chǎn)生碳?xì)杌衔锘蛞谎趸?碳、含有在排氣中，因而不適于本發(fā)明的含氮氧化物的氣體處理方法。
另外，上述燃燒器優(yōu)選為使氣體燃料預(yù)混合燃燒的全初級(jí)空氣式的 預(yù)混合燃燒器。在使用上述催化劑有效地發(fā)生上述第一反應(yīng)和上述第二 反應(yīng)時(shí)，重要的是氧、氮氧化物和一氧化碳有關(guān)的上述(2) (3)式所 示濃度比K的調(diào)整。通過(guò)使上述燃燒器為預(yù)混合燃燒器，可以在低空氣 比區(qū)域內(nèi)較容易地獲得上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0。但是，上述催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳被均勻地混合，將各個(gè)濃度 控制為上述規(guī)定濃度比，從而可以成為預(yù)混合燃燒器以外的部分預(yù)混合 燃燒器或先混合燃燒器。
上述濃度比調(diào)整步驟為將上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的濃度比K調(diào) 整至上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0、上述第一規(guī)定濃度比Kl或上述第二規(guī)定 濃度比K2的步驟，可以使用以下笫一~第四濃度比調(diào)整方法進(jìn)行。
上述第一濃度比調(diào)整方法為利用上述燃燒器的濃度比特性進(jìn)行上 述濃度比K的調(diào)整。該第一濃度比調(diào)整方法優(yōu)選通過(guò)設(shè)定上述燃燒器的 空氣比進(jìn)行。使用該第一濃度比調(diào)整方法進(jìn)行上述濃度比K的調(diào)整時(shí)， 由于不需要上述燃燒器以外的濃度比調(diào)整裝置，因此可以簡(jiǎn)化裝置的構(gòu) 成。上述燃燒器的濃度比特性是指變更空氣比使上述燃燒器燃燒，從而 所產(chǎn)生的 一氧化碳量和氮氧化物量發(fā)生變化的特性。
該第一濃度比調(diào)整方法可以為以下構(gòu)成在上述燃燒器內(nèi)注入一氧 化碳、在上述燃燒器內(nèi)部分地注入燃料，結(jié)果增大上述氣體中的一氧化 碳濃度，從而調(diào)整上述濃度比K。
上述第二濃度比調(diào)整方法在利用上述燃燒器的濃度比特性的同時(shí)，
利用配置在上述燃燒器和上述氧化催化劑之間從上述氣體吸熱的吸熱 裝置的濃度比特性，即利用上述燃燒器和上述吸熱裝置的濃度比特性。 該濃度比特性是指通過(guò)變更空氣比使上述燃燒器燃燒而產(chǎn)生的、通過(guò)上 述吸熱裝置的全部或一部分后的一氧化碳量和氮氧化物量發(fā)生變化的 特性。另外，該濃度比特性基本由上述燃燒器的濃度比特性決定，上述
:匕S性的功、能。使、上il吸熱裝置為上述第二方式時(shí)，在;I起一氧化碳濃 度增加的同時(shí)，抑制氮氧化物濃度。當(dāng)使上述吸熱裝置為上述第二方式 時(shí)，典型地基本不變更上述燃燒器的濃度比特性并保持。
上述吸熱裝置可以制成構(gòu)成鍋爐等罐體的水管群。該吸熱裝置優(yōu)選 制成構(gòu)成鍋爐等罐體的水管群。作為該吸熱裝置的形態(tài)，包括在上述 燃燒器附近基本沒(méi)有燃燒空間、在燃燒空間內(nèi)配置水管群的第 一 方式 (相當(dāng)于上述專利文獻(xiàn)1 ~4);在上述燃燒器和水管群之間具有燃燒空 間的第二方式。當(dāng)使吸熱裝置為上述第一方式時(shí)，在引起一氧化碳濃度 增加的同時(shí)，抑制氮氧化物濃度。當(dāng)使上述吸熱裝置為上述第二方式時(shí)， 典型地為基本不變更上述燃燒器的濃度比特性并保持。上述水管群為與來(lái)自上述燃燒器的氣體熱交換的多個(gè)水管，如熱水器的水管，通過(guò)使1 根水管S形彎曲，可以構(gòu)成多個(gè)水管。
上述吸熱裝置通過(guò)抑制上述燃燒器的燃燒氣體溫度，抑制生成氮氧
化物濃度，從而可以保持上述濃度比K的調(diào)整功能。另外，該吸熱裝置 在抑制上述氣體溫度上升至90(TC以上、抑制一氧化碳的氧化、不變更 來(lái)自上述燃燒器的氣體的濃度比的意義上，按照調(diào)整上述濃度比K而構(gòu) 成。另外，可以使該吸熱裝置具有以下功能在從使用上述燃燒器產(chǎn)生 的氣體吸熱、利用該熱量的同時(shí)，將上述氣體的溫度抑制在上述氧化催 化劑活化溫度以上、且防止熱劣化的溫度以下。
使用該第二濃度比調(diào)整方法進(jìn)行濃度比K的調(diào)整時(shí)，由于除了上述 燃燒器和上述吸熱裝置之外不需要濃度比調(diào)整裝置，因此可以簡(jiǎn)化裝置 的構(gòu)成。另外，能夠達(dá)成以下效果可以利用上述吸熱裝置抑制上述氣 體的溫度、可以提高上述氧化催化劑的持久性。
上述第三濃度比調(diào)整方法在利用上述燃燒器的濃度比特性的同時(shí)， 使用配置在上述燃燒器和上述氧化催化劑之間的輔助調(diào)整上述濃度比 的輔助調(diào)整裝置進(jìn)行上述濃度比K的調(diào)整。
上述輔助調(diào)整裝置處于上述燃燒器和上述氧化催化劑之間(包括上 述吸熱裝置的途中)，通過(guò)注入一氧化碳、吸附除去氧，增加相對(duì)于氧 濃度的一氧化碳濃度的比例，輔助地進(jìn)行上述調(diào)整。作為該輔助調(diào)整裝 置可以為CO產(chǎn)生器、能夠調(diào)整排氣的氧或CO的量的輔助燃燒器。
當(dāng)使用該第三濃度比調(diào)整方法進(jìn)行濃度比K的調(diào)整時(shí)，上述燃燒器 的濃度比特性，再加上利用上述輔助調(diào)整裝置進(jìn)行上述濃度比調(diào)整，因 此可以不限于特定結(jié)構(gòu)的燃燒器，來(lái)拓寬上述燃燒器的適用范圍。
上述第四濃度比調(diào)整方法在利用上述燃燒器與配置在上述燃燒器 和上述氧化催化劑之間的由上述氣體吸熱的吸熱裝置的濃度比特性的 同時(shí)，利用配置在上述燃燒器和上述氧化催化劑之間的上述輔助調(diào)整裝 置進(jìn)行上述濃度比K的調(diào)整。
使用該第四濃度比調(diào)整方法進(jìn)行濃度比的調(diào)整時(shí)，上述燃燒器和上 述吸熱裝置的濃度比特性，再加上利用上述輔助調(diào)整裝置進(jìn)行上述濃度 比調(diào)整，因此，可以不限于特定結(jié)構(gòu)的燃燒器，來(lái)拓寬上述燃燒器和上 述吸熱裝置的適用范圍。
上述催化劑為具有在上述氣體中不含碳?xì)浠衔锏臓顟B(tài)下高效地還原上述氮氧化物的功能的催化劑。該催化劑設(shè)置在上述吸熱裝置的下 游或上述吸熱裝置的途中，制成在具有透氣性的基材上擔(dān)載催化活性物 質(zhì)的構(gòu)成，構(gòu)造并無(wú)特別限定。作為上述基材，使用不銹鋼等金屬、陶 瓷，實(shí)施增大與排氣的接觸面積的表面處理。作為催化活性物質(zhì)， 一般
使用鉑，但根據(jù)實(shí)施可以使用鉑所代表的貴金屬(Ag、 Au、 Rh、 Ru、 Pt、 Pd)或金屬氧化物。當(dāng)在上述吸熱裝置的途中設(shè)置上述催化劑時(shí)， 可以設(shè)置在多個(gè)吸熱裝置間的空隙中，或者制成以水管等吸熱裝置為基 材、在其表面擔(dān)載有催化活性物質(zhì)的構(gòu)成。
實(shí)施例1
接著，根據(jù)

將本發(fā)明燃燒裝置適用于蒸汽鍋爐的實(shí)施例。 圖1為本實(shí)施例1的蒸汽鍋爐的縱剖面的示意圖、圖2為沿著圖1的II-II 線的剖面圖、圖3為表示從排氣流動(dòng)方向觀察圖2氧化催化劑的要部構(gòu) 成的圖、圖4為表示本實(shí)施例1的空氣比-NOx . CO特性的圖、圖5 為同實(shí)施例1的風(fēng)門位置調(diào)整裝置的使用狀態(tài)的一部分剖面的示意圖、 圖6為風(fēng)門位置調(diào)整裝置的使用狀態(tài)的一部分剖面的示意圖、圖7為說(shuō) 明本實(shí)施例1的燃燒器和吸熱裝置特性和催化劑的特性的模式圖、圖8 為說(shuō)明本實(shí)施例1的傳感器輸出特性的圖、圖9為說(shuō)明本實(shí)施例1的發(fā) 動(dòng)機(jī)控制特性的圖、圖10為說(shuō)明本實(shí)施例1的NOx和CO減少特性的 圖。
首先，說(shuō)明本實(shí)施例1的蒸汽鍋爐。作為主要部分，該蒸汽鍋爐具 備燃燒器l;含有作為從該燃燒器1產(chǎn)生的氣體進(jìn)行吸熱的吸熱裝置 的導(dǎo)熱管(水管)群2的罐體3;以規(guī)定濃度比分別含有通過(guò)上述導(dǎo)熱 管群2后的氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體所接觸、通過(guò)的，將一氧化 碳氧化的同時(shí)、將氮氧化物還原的氧化催化劑(下文也僅稱為"催化劑") 4;向上述燃燒器1供供氣體燃料的燃料供給裝置5;在向上述燃燒器1 供給燃燒空氣的同時(shí)將燃燒氣體和燃料預(yù)混合的燃燒空氣供給裝置6; 在上述催化劑4的下游，檢測(cè)氧濃度的傳感器7;輸入該傳感器7等的 信號(hào)、控制上述燃料供給裝置5和上述燃燒空氣供給裝置6等的作為鍋 爐控制器的控制器8。
上述燃燒器1為具有平面狀燃燒面(預(yù)混合氣的噴出面)的完全預(yù) 混合式燃燒器。該燃燒器1與專利文獻(xiàn)1上述燃燒器具有相同的構(gòu)成。上述罐體3具備上部集管9和下部集管10,在該兩集管之間配置構(gòu) 成上述水管群2的多個(gè)內(nèi)側(cè)水管11、 11、…。而且，如圖2所示，在上 述罐體3的長(zhǎng)度方向的兩側(cè)部設(shè)置用連接構(gòu)件13、 13、…連接外側(cè)水管 12、 12…而構(gòu)成的一對(duì)水管壁14、 14,在該兩水管壁14、 14與上述上 部集管9和上述下部集管IO之間形成來(lái)自上述燃燒器1的氣體基本直 線地流通的第一氣體通路15。在上述第一氣體通路15的一端上設(shè)置上 述燃燒器l,在另一端排氣出口 16上連接排氣流通的第二氣體通路(煙 道)17。在該實(shí)施例1中，上述燃燒器1和上述罐體3使用公知品。
上述第二氣體通^各17含有水平路18和垂直部19,在上述水平部 18上安裝有上述催化劑4。在上述垂直部19上安裝有作為排熱回收器 的給水預(yù)熱器20使得位于上述催化劑4的下游側(cè)，在上述催化劑4和 上述給水預(yù)熱器20之間配置有上述傳感器7。
上述燃燒器1的包括前水管群2的上述燃燒器1 ~上述催化劑4的 構(gòu)成要素(特別是燃燒器1和水管群2為其主要部分)具有將上述催化 劑4的初級(jí)側(cè)氣體的上述濃度比K調(diào)整至上述規(guī)定濃度比KO、 Kl的功 能。即，它們利用后述空氣比調(diào)整裝置28調(diào)整至設(shè)定空氣比時(shí)，獲得 如圖4所示的空氣比-NOx . CO特性。該空氣比-NOx . CO特性控制 是上述空氣比調(diào)整裝置28、變更空氣比使其燃燒時(shí)，獲得的上述催化劑 4的初級(jí)側(cè)空氣比-NOx . CO特性(以下稱作初級(jí)特性)。而且，上述 催化劑4具有通過(guò)使具有上述初級(jí)特性的上述氣體接觸于上述催化劑4 而獲得的上述催化劑4的次級(jí)側(cè)空氣比-NOx . CO特性(以下稱作次 級(jí)特性)。上述初級(jí)特性為上述燃燒1~上述催化劑4的構(gòu)成要素的濃 度比特性，上述次級(jí)特性為上述催化劑4的特性。上述初級(jí)特性在將上 述設(shè)定空氣比調(diào)整至1.0時(shí)，使上述催化劑4的次級(jí)側(cè)NOx濃度和一氧 化碳濃度基本為零。此時(shí)，上述催化劑4的初級(jí)側(cè)氣體的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度 比K0成為特異標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0X (參照?qǐng)D7 )。
圖4的縱軸、橫軸的刻度不同，但為延伸圖15的低空氣比區(qū)域Z2 的才莫式圖。該圖4中，笫一線(特性線)E表示上述催化劑4的初級(jí)側(cè) 的CO濃度，笫二線F同樣表示初級(jí)側(cè)的NOx濃度。另外，第三線J表 示上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的CO濃度，具有以下特性在空氣比1.0以 上時(shí)，CO濃度基本變?yōu)榱悖S著空氣比小于l.O,濃度急劇地增加。另 外，第四線U表示上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的NOx濃度，具有以下特性在空氣比1.0以下的規(guī)定區(qū)域內(nèi)，NOx濃度基本變?yōu)榱?，隨著空氣比超 過(guò)1.0,濃度從基本為零而增加，達(dá)到基本與上述催化劑4的初級(jí)側(cè)濃 度相同。將該上述催化劑4的次級(jí)側(cè)NOx濃度與初級(jí)側(cè)的濃度相等的 空氣比以下的區(qū)域稱作NOx . CO減少區(qū)域。該NOx . CO減少區(qū)域的 下限可以為上述催化劑4的次級(jí)側(cè)CO濃度達(dá)到300ppm(日本的CO排 出標(biāo)準(zhǔn))的空氣比。該低空氣比區(qū)域的空氣比-NOx . CO特性是之前 未進(jìn)行過(guò)研究的新型特性。
上述催化劑4具有將通過(guò)上述水管群2后的不含碳?xì)寤衔锏纳鲜?氣體所含一氧化碳氧化(第一反應(yīng))、同時(shí)將氮氧化物還原(第二反應(yīng)) 的功能，在本實(shí)施例1中，使用催化活性物質(zhì)為鉑的催化劑。如上述"具 體實(shí)施方式"所說(shuō)明，當(dāng)考慮實(shí)驗(yàn)結(jié)果理論上進(jìn)行考察時(shí)，認(rèn)為通過(guò)滿 足上述式(3)的濃度比式的上述氣體與上述催化劑4的催化活性物質(zhì) 的接觸，主要發(fā)生使一氧化碳氧化的第一反應(yīng)和利用 一氧化碳使氮氧化 物還原的第二反應(yīng)。上述第一反應(yīng)利用氧濃度來(lái)決定反應(yīng)是否進(jìn)行，在 該催化劑4下，上述第一反應(yīng)優(yōu)先于上述第二反應(yīng)。
更為具體地說(shuō)明上述催化劑4時(shí)，該催化劑為圖3所示的結(jié)構(gòu)，例 如如下形成。在作為上述基材的均為不銹鋼制的平板21和波板22的各 個(gè)表面上形成多個(gè)微小凹凸，在其表面上擔(dān)載催化活性材料(省略圖 示)。接著，重疊規(guī)定寬度的上述平板21和波板22,從而巻繞成螺旋 狀，形成輥筒狀。還可以使用側(cè)板23包圍該輥筒狀物質(zhì)進(jìn)行固定而形 成。作為上述催化活性材料，使用鉑。應(yīng)說(shuō)明的是，圖3中僅表示上述 平板21和上述波板22的一部分。
該催化劑4在低溫區(qū)具有氧化活性，配置在為上述第二氣體通路17 途中的上述水平部18的，排氣溫度約100°C ~ 350°C、優(yōu)選150。C 350 。C左右的位置上。而且，該催化劑4裝卸自如地安裝在上述第二氣體通 路17上使得在性能惡化時(shí)能夠更換。
上述燃料供給裝置5含有氣體燃料供給管24、設(shè)置在該氣體燃料供 給管24上的調(diào)整燃料流量的流量調(diào)整閥25而構(gòu)成。上述流量調(diào)整閥25 具有將燃料供給量控制為高燃耗用流量和低燃耗用流量的功能。
上述燃燒空氣供給裝置6含有送風(fēng)機(jī)26、從該送風(fēng)機(jī)26向上述燃 燒器1供給燃燒空氣的供氣通路27、通過(guò)調(diào)整流經(jīng)該供氣通路27的燃 燒空氣量而調(diào)整上述燃燒器1的空氣比的空氣比調(diào)整裝置28而構(gòu)成。連接在上述供氣通路27內(nèi)，使得上述氣體燃料供給管24將燃料氣體噴 出。
上述空氣比調(diào)整裝置28含有作為調(diào)整上述供氣通路27的開(kāi)度(流 路剖面積)的流量調(diào)整裝置的風(fēng)門29、用于調(diào)整該風(fēng)門29的開(kāi)度位置 的風(fēng)門位置調(diào)整裝置30和控制該風(fēng)門外置調(diào)整裝置30的動(dòng)作的上述控 制器8而構(gòu)成。
上述風(fēng)門位置調(diào)整裝置30如圖5所示，具備裝卸自如地連接于上 述風(fēng)門29的旋轉(zhuǎn)軸31的驅(qū)動(dòng)軸32,該驅(qū)動(dòng)軸32可以介由減速機(jī)33用 發(fā)動(dòng)機(jī)34旋轉(zhuǎn)。作為該發(fā)動(dòng)機(jī)34,使用能夠?qū)⑿D(zhuǎn)停止位置任意調(diào)整 的發(fā)動(dòng)機(jī)。本實(shí)施例中，使用步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)(脈沖發(fā)動(dòng)機(jī))。
上述驅(qū)動(dòng)軸32通過(guò)介由聯(lián)軸節(jié)35與上述風(fēng)門29的旋轉(zhuǎn)軸31連接， 能夠在大致相同軸線上一體地旋轉(zhuǎn)。上述聯(lián)軸節(jié)35為階梯圓柱形，在 其中央部上貫通軸方向形成小徑孔穴36和大徑孔穴37。在該小徑孔穴 36中插入上述驅(qū)動(dòng)軸32,該驅(qū)動(dòng)軸32使用裝配螺釘38與上述聯(lián)軸節(jié) 35—體化。另一方面，在上述大徑孔穴37中可以插入上述風(fēng)門29的旋 轉(zhuǎn)軸31,該旋轉(zhuǎn)軸31使用鍵39與上述聯(lián)軸節(jié)35—體地旋轉(zhuǎn)。因此， 上述旋轉(zhuǎn)軸31和上述聯(lián)軸節(jié)35的上述大徑孔穴37上分別形成鍵槽40、 41。
這種聯(lián)軸節(jié)35在一端部?jī)?nèi)插入有上迷驅(qū)動(dòng)軸32的狀態(tài)下，另一端 部介由軸承42能夠旋轉(zhuǎn)地保持在上述風(fēng)門位置調(diào)整裝置30的外殼43 上。成為下述結(jié)構(gòu)在該外殼43上以上述減速才幾33和上述發(fā)動(dòng)才幾34 保持在一端部上、上述聯(lián)軸節(jié)35的帶鍵槽41的上迷大徑孔穴37露出 至另一端部的狀態(tài)下，內(nèi)部密封有上述聯(lián)軸節(jié)35和旋轉(zhuǎn)異常檢測(cè)裝置 44。
上述旋轉(zhuǎn)異常檢測(cè)裝置44具備被檢測(cè)板45和檢測(cè)器46。上述^皮檢 測(cè)板45向半徑方向外側(cè)延伸、固定在上述聯(lián)軸節(jié)35的軸方向中央部的 階梯部。該被檢測(cè)板45與上述聯(lián)軸節(jié)35或上述驅(qū)動(dòng)軸32同心地設(shè)置。 上述被檢測(cè)板45的外周部的一部分上設(shè)有圓周方向等間隔形成有多個(gè) 夾縫47、 47…的夾縫形成區(qū)域48。本實(shí)施例中，4義四分之一(卯度) 的圓弧部分上設(shè)有上述夾縫形成區(qū)域48。形成在于該夾縫形成區(qū)域48 的上述各夾縫47為相同形狀和大小。本實(shí)施例中，沿著上述被檢測(cè)板 45的半徑方向的細(xì)長(zhǎng)矩形狀的是沿著圓周方向等間隔地沖壓形成的。用于檢測(cè)上述夾縫47的上述檢測(cè)器46固定在上述外殼43上。該 檢測(cè)器46包括透射型光電斷路器，以介由上述^皮檢測(cè)板45的外周部的 狀態(tài)，安裝在發(fā)光元件49和受光元件50之間。通過(guò)在上述檢測(cè)器46 的上述發(fā)光元件49和上述受光元件50之間存在上述被檢測(cè)板45，可通 過(guò)上述纟皮檢測(cè)板45的上述夾縫47是否配置在對(duì)應(yīng)于上述^r測(cè)器46的 位置(對(duì)應(yīng)于上述發(fā)光元件49至上述受光元件50的光路的位置)，來(lái) 切換有無(wú)來(lái)自上述受光元件50的上迷發(fā)光元件49的受光。由此，能夠 檢測(cè)上述風(fēng)門29的開(kāi)度位置。
上述風(fēng)門位置調(diào)整裝置30，在圖6中上述夾縫形成區(qū)域48的順時(shí) 針?lè)较虻亩瞬繆A縫51配置在對(duì)應(yīng)于上述檢測(cè)器46的位置的狀態(tài)下，按 照上述風(fēng)門29使上述供氣通路27為全封閉狀態(tài)進(jìn)行位置決定，安裝在 上述風(fēng)門29的上述旋轉(zhuǎn)軸31上。
而且，上述夾縫形成區(qū)域48由于僅形成于上述被檢測(cè)板45的90 度部分，因此該夾縫形成區(qū)域48的時(shí)針?lè)较虻亩瞬繆A縫51在配置于對(duì) 應(yīng)于上述檢測(cè)器46的位置上的狀態(tài)下，如上所述，上述氣門29使上述 供氣通路27為全封閉，另一方面上述夾縫形成區(qū)域48的逆時(shí)針?lè)较虻?端部夾縫52在配置于對(duì)應(yīng)于上述檢測(cè)器46的位置的狀態(tài)下，上述風(fēng)門 29將上述供氣通路27全部打開(kāi)。
上述風(fēng)門位置調(diào)整裝置30成為如下構(gòu)成上述發(fā)動(dòng)機(jī)34和上述檢 測(cè)器46與上述控制器8相連、在監(jiān)視上述風(fēng)門29的旋轉(zhuǎn)異常的同時(shí)可 以控制上述發(fā)動(dòng)才幾34的旋轉(zhuǎn)。即，為了控制上述發(fā)動(dòng)機(jī)34,該風(fēng)門位 置調(diào)整裝置30具有包含向上述發(fā)動(dòng)機(jī)34發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖的控制信號(hào)的 生成電路，可以將該生成的控制信號(hào)輸出至上述發(fā)動(dòng)機(jī)34。由此，當(dāng)上 述發(fā)動(dòng)才幾34正轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)量、即驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)，任意地控 制其旋轉(zhuǎn)角。另外，通過(guò)變更驅(qū)動(dòng)脈沖的間隔(傳送速度)，可以控制
旋轉(zhuǎn)速度。
實(shí)際上，當(dāng)開(kāi)關(guān)控制上述風(fēng)門29時(shí)，上述控制器8首先為了以上 述風(fēng)門29的全關(guān)閉位置作為原點(diǎn)進(jìn)行原點(diǎn)檢測(cè)動(dòng)作。首先，在圖5中， 向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)上述#皮4全測(cè)板45。此時(shí)，當(dāng)在該祐:檢測(cè)纟反45的上述 夾縫形成區(qū)域48內(nèi)配置上述檢測(cè)器46時(shí)，由于隨著上述#:檢測(cè)板45 的旋轉(zhuǎn)，上述檢測(cè)器46定期地檢測(cè)上述夾縫47，因此該檢測(cè)脈沖作為 檢測(cè)信號(hào)被輸入到上述控制器8中。而且，當(dāng)旋轉(zhuǎn)上述#:檢測(cè)板45至上述檢測(cè)器46配置于上述夾縫形成區(qū)域48外時(shí)，則無(wú)法檢測(cè)到脈沖。 當(dāng)未檢測(cè)到規(guī)定時(shí)間脈沖時(shí)，上述控制器8識(shí)別上述檢測(cè)器46處于上 述夾縫形成區(qū)域48外，將旋轉(zhuǎn)方向切換成相反方向。即，本實(shí)施例中， 使上述被檢測(cè)板45順時(shí)針?lè)较虻匦D(zhuǎn)，將最初;險(xiǎn)測(cè)到脈沖(順時(shí)針?lè)?向的端部夾縫51 )的位置作為原點(diǎn)。利用該順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)所進(jìn)行的原 點(diǎn)確認(rèn)比旋轉(zhuǎn)方向切換前的逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)速度更低。
如此沖全測(cè)的原點(diǎn)由于對(duì)應(yīng)于上述風(fēng)門29的全關(guān)閉位置，因此以該 狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，上述控制器8向上述發(fā)動(dòng)機(jī)34輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以控制 上述風(fēng)門29的開(kāi)關(guān)。上述控制器8如果為了上述風(fēng)門29的開(kāi)關(guān)而驅(qū)動(dòng) 上述發(fā)動(dòng)機(jī)34時(shí)，與此同時(shí)從上述檢測(cè)器46作為力永沖獲得上述夾縫47 的檢測(cè)信號(hào)。因此，上述控制器8可將來(lái)自上述檢測(cè)器46的檢測(cè)信號(hào) 與向上述發(fā)動(dòng)機(jī)34的控制信號(hào)相比較，監(jiān)視上述風(fēng)門29的旋轉(zhuǎn)異常。 具體地說(shuō)，比較含有向上述發(fā)動(dòng)機(jī)34發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖的控制信號(hào)與含 有利用上述檢測(cè)器46的上述夾縫47的檢測(cè)脈沖的檢測(cè)信號(hào)，監(jiān)視有無(wú) 旋轉(zhuǎn)異常。
例如，即便向上述發(fā)動(dòng)才幾34輸送驅(qū)動(dòng)脈沖，當(dāng)從上述4全測(cè)器46未 檢測(cè)到檢測(cè)脈沖時(shí)，上述控制器8判定為旋轉(zhuǎn)異常。此時(shí)，來(lái)自上述檢
同f因此考慮該差別進(jìn)4;控口制。例如，當(dāng)即便經(jīng)過(guò)了驅(qū)動(dòng)信號(hào)的規(guī)定脈
沖部分的時(shí)間、仍然一個(gè)檢測(cè)信號(hào)的脈沖都檢測(cè)不到時(shí)，則首先按照判
定為旋轉(zhuǎn)異常進(jìn)行控制。上述控制器8在判定為旋轉(zhuǎn)異常時(shí)，進(jìn)行異常
的報(bào)告或停止燃燒等的處置。相反，當(dāng)未向上述發(fā)動(dòng)機(jī)34輸送驅(qū)動(dòng)脈
沖、但從上述檢測(cè)器46檢測(cè)到脈沖時(shí)，也可以檢測(cè)旋轉(zhuǎn)異常。
上述控制器8通過(guò)預(yù)先記憶的空氣比控制程序，根據(jù)上述傳感器7
的檢測(cè)信號(hào)，控制上述發(fā)動(dòng)機(jī)34使得上述燃燒器1的空氣比為設(shè)定空
氣比(第一控制條件)、且該設(shè)定空氣比中上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的上
述氣體的濃度比K滿足下式(3)(第二控制條件)。
([NOx] + 2
)/[CO]S2, 0 …(3)
(式(3)中，[CO]、 [NOx]和
分別表示CO濃度、NOx濃度和02 濃度，滿足
>0的條件。)
在實(shí)施例l中，直接控制的是上述第一控制條件，通過(guò)滿足該第一控制條件，自動(dòng)滿足上述第二控制條件。以下根據(jù)圖4和圖7說(shuō)明該方面。
圖4的空氣比-NOx CO特性根據(jù)含有上述燃燒器1和上述水管 群2的構(gòu)成要素的上述初級(jí)特性及上述催化劑4的上述次級(jí)特性表現(xiàn)。 另外，圖7根據(jù)相對(duì)于上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的氧濃度的上述構(gòu)成要素 的上述初級(jí)特性和上述催化劑4的特性表現(xiàn)圖4的空氣比-NOx . CO 特性。
上迷催化劑4的特性如圖7所示，使用與上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的 上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0相關(guān)的笫五條線L (次級(jí)側(cè)[NOxh0、 [CO]=0 線)表現(xiàn)其特征。該第五條線L是當(dāng)上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的上述濃度 比K位于(承載)上述線上時(shí)，使上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃 度和一氧化碳濃度基本為零、即滿足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的線。該 第五條線L對(duì)應(yīng)于上述式(3)的上述規(guī)定濃度比為1的情況。即，該 第五條線為表示下式(3A)的線。
<formula>formula see original document page 28</formula> …(3A)
這里，[NOx]如圖IO所示，為[CO]的1/30~1/50左右，因此圖7中， 在省略相對(duì)于氧濃度的NOx濃度特性的同時(shí)，可以忽略式(3A)的 [NOx]。在該第五條線L中，當(dāng)使初級(jí)側(cè)的氧濃度為XI時(shí)，初級(jí)側(cè)的一 氧化碳濃度Yl成為Yl=2Xl+[NOx]。應(yīng)說(shuō)明的是，由于確認(rèn)在上述濃 度比K的值為超過(guò)1.0達(dá)到2.0的范圍內(nèi)，能夠達(dá)到使上述催化劑4的 次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度為基本為零的上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃 度比K0，因此上述笫五條線L并非限定于圖示的線L，可以是滿足上述 式(2)的線。
而且，將表示上述燃燒器1和上述水管群2的上述初級(jí)特性曲線的 第六條線M與上述第五條線L的交點(diǎn)的氧、氮氧化物和一氧化碳的標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0稱作特異標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比(下文稱作特異標(biāo)準(zhǔn)濃度) K0X。上述催化劑4具有以下特性在使該初級(jí)側(cè)的上述濃度比K為上 述標(biāo)準(zhǔn)濃度比K0X時(shí)，使上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度和一氧 化碳濃度基本為零。進(jìn)行該上述標(biāo)準(zhǔn)濃度比K0X的調(diào)整相當(dāng)于本發(fā)明 的調(diào)整0。
而且，上述催化劑4具有以下特性當(dāng)進(jìn)一步提高初級(jí)側(cè)氧濃度使其高于對(duì)應(yīng)上述特異標(biāo)準(zhǔn)濃度比K0X的標(biāo)準(zhǔn)氧濃度SK時(shí)，在上述催化 劑4的次級(jí)側(cè)處檢測(cè)到對(duì)應(yīng)初級(jí)側(cè)氧濃度與標(biāo)準(zhǔn)氧濃度之差的濃度的 氧，同時(shí)使上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的一氧化碳濃;^基本為零，通過(guò)還原 反應(yīng)使上述催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度降低至低于初級(jí)側(cè)的氮氧 化物濃度。將該在上述催化劑4的次級(jí)側(cè)處檢測(cè)到氧的同時(shí)、減少至低 于初級(jí)側(cè)氮氧化物濃度的區(qū)域稱作次級(jí)側(cè)NOx泄露區(qū)域Rl。該次級(jí)側(cè) NOx泄露區(qū)域Rl為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明調(diào)整2的區(qū)域，上述燃燒器1的空氣比 超過(guò)1.0。
另外，具有以下特性當(dāng)降低初級(jí)側(cè)氧濃度至低于上述標(biāo)準(zhǔn)氧濃度 SK時(shí)，在上述催化劑4的次級(jí)側(cè)處檢測(cè)到對(duì)應(yīng)初級(jí)側(cè)氧濃度與標(biāo)準(zhǔn)氧 濃度SK之差的濃度的一氧化碳、同時(shí)在規(guī)定范圍內(nèi)使上述催化劑4的 次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度基本為零。將該在上述催化劑4的次級(jí)側(cè)處檢測(cè) 到一氧化碳的同時(shí)、使氮氧化物濃度基本為零的特性的區(qū)域稱作次級(jí)側(cè) CO泄露區(qū)域R2。該次級(jí)側(cè)CO泄露區(qū)域R2為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明調(diào)整1的區(qū) 域，上述燃燒器1的空氣比小于1.0。即便將上述燃燒器1的空氣比i殳 定為小于1.0,也可以在上述催化劑4的初級(jí)側(cè)處在不含碳?xì)寤衔铩?含有氧的范圍內(nèi)設(shè)定。將上迷次級(jí)側(cè)NOx泄露區(qū)域Rl與上述次級(jí)側(cè) CO泄露區(qū)域R2的加和區(qū)域稱作NOx . CO減少區(qū)域R3 。
如此圖7所示催化劑4的特性符合圖4所示的空氣比-NOx . CO 特性。由該圖7可知，當(dāng)控制上述空氣比調(diào)整裝置28使得檢測(cè)上述催 化劑4的次級(jí)側(cè)的氧濃度和/或一氧化碳濃度、該氧濃度和/或一氧化碳 濃度達(dá)到零時(shí)，可以將上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的上述濃度比K控制為上 述特異標(biāo)準(zhǔn)濃度比K0X、將上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度和一 氧化碳濃度控制成基本為零。如此，當(dāng)滿足上述第一控制條件時(shí)，則滿 足上述第二控制條件。
上述第一控制條件不滿足時(shí)，則產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏鹊奈慈挤?。如此?成為在消耗能量的同時(shí)，無(wú)法有效地進(jìn)行上述催化劑4的NOx減少。
上述第二控制條件是為了使排出氮氧化物濃度基本為零所必需的 條件。為了使上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度為 零，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論考察發(fā)現(xiàn)，由于上述第一反應(yīng)和上述第二反應(yīng)，可 以使([NOx]+2
) /[CO]的濃度比K基本為1.0。但是也確認(rèn)，即便 是上述濃度比K為1以上的1.0 ~ 2.0，也可以使排出氮氧化物濃度基本為零。
上述傳感器7使用排出氧濃度的分解能為50ppm、響應(yīng)時(shí)間為2sec 以下的響應(yīng)性良好的二氧化鋯式空燃比傳感器。該傳感器7的輸出特性 如圖8所示，輸出E在正側(cè)成為與氧濃度有關(guān)的輸出、在負(fù)側(cè)成為與一 氧化碳濃度等有關(guān)的輸出。即，由測(cè)定的氧濃度(氧過(guò)量區(qū)域)和一氧 化碳濃度等(燃料過(guò)量區(qū)域)計(jì)算空氣比m,獲得對(duì)應(yīng)該空氣比m的電 流或電壓的輸出。圖8中，Ql表示氧濃度檢測(cè)帶，Q2表示一氧化碳濃 度檢測(cè)帶。
而且，上述空氣比控制程序?yàn)楦鶕?jù)上述傳感器7的輸出信號(hào)進(jìn)行控 制使得上述燃燒器的空氣比m成為設(shè)定空氣比m0,具體地如下構(gòu)成。 即，如圖9所示，根據(jù)來(lái)自上述傳感器7的輸出值E與對(duì)應(yīng)設(shè)定空氣比 m0的設(shè)定值之差，設(shè)置變更上述發(fā)動(dòng)機(jī)34的輸送速度V (每單位時(shí)間 的驅(qū)動(dòng)量)的第一控制帶Cl、位于該第一控制帶Cl外側(cè)分別使輸送速 度V為第一設(shè)定值V1、第二設(shè)定值V2的第二控制帶C2A、 C2B，包含 控制上述發(fā)動(dòng)機(jī)34驅(qū)動(dòng)量的控制順序。圖9中，Pl表示風(fēng)門打開(kāi)區(qū)域、 P2表示風(fēng)門關(guān)閉區(qū)域。
上述第一控制帶Cl的設(shè)定范圍通過(guò)氧濃度N1 (例如100ppm)和 一氧化碳濃度等N2 (例如50ppm)設(shè)定，為了使空氣比基本上為1的 設(shè)定空氣m0 (對(duì)應(yīng)于上述標(biāo)準(zhǔn)氧濃度SK)進(jìn)行控制。
上述第一控制帶C1的輸送速度V用下式(4)計(jì)算。上述輸送速度
V為每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量。本實(shí)施例1的上述發(fā)動(dòng)機(jī)34每1步驟地旋
轉(zhuǎn)角度為0.075度、換算成02時(shí)，相當(dāng)于約30ppm的變動(dòng)。 V-KX厶X …(4)
(K為增益，AX為(上述傳感器7的上述輸出值)-(上述設(shè)定值) 之差。)
接著，說(shuō)明具有以上構(gòu)成的上述蒸汽鍋爐的動(dòng)作。首先，關(guān)于蒸汽 鍋爐的概略動(dòng)作，由上述送風(fēng)機(jī)26供給的燃燒空氣(外部氣體)在上 述供氣通路27內(nèi)與由上述氣體燃料供給管24供給的燃料氣體預(yù)先混 合。該預(yù)混合氣體從上述燃燒器1噴向上述罐體3內(nèi)的上述第一氣體通 路15。預(yù)混合氣體通過(guò)點(diǎn)火裝置(未圖示)點(diǎn)燃，燃燒。該燃燒以1.0 附近的低空氣比進(jìn)行。
伴隨該燃燒產(chǎn)生的氣體與上游側(cè)水管群2交叉、被冷卻后，與下游側(cè)的水管群2進(jìn)行熱交換被吸熱，成為約100°C 35(TC氣體。該氣體不 含碳?xì)浠衔铩⒑醒?、氮氧化物和一氧化碳，在使用上述催化劑進(jìn)行 處理、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零后，作為排氣從上述第二 氣體通路17排出至大氣中。
接著，說(shuō)明利用上述空氣比調(diào)整裝置28的空氣比控制。本實(shí)施例 的鍋爐交替運(yùn)行高燃耗和低燃耗。因此，上述風(fēng)門29選擇高燃耗風(fēng)量 位置和低燃耗風(fēng)量位置的任一個(gè)來(lái)定位。
該風(fēng)門29的位置調(diào)整根據(jù)來(lái)自上述控制器8的指令、利用上述風(fēng) 門位置調(diào)整裝置30進(jìn)行。即，上述控制器8輸入高燃耗或低燃耗的選 擇信號(hào)以及對(duì)應(yīng)于上述傳感器7的檢測(cè)空氣比的輸出值，輸出上述發(fā)動(dòng) 機(jī)34的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，調(diào)整上述風(fēng)門29的開(kāi)度位置。上述控制器8以來(lái)自 原點(diǎn)的脈沖數(shù)將成為對(duì)應(yīng)于高燃耗時(shí)和低燃耗時(shí)的各設(shè)定空氣比m0的 設(shè)定值的上述風(fēng)門29的設(shè)定開(kāi)度位置分別作為初始值記憶。
首先，說(shuō)明高燃耗時(shí)的控制。上述控制器8在判定目前的上述風(fēng)門 29的開(kāi)度位置相對(duì)于上述設(shè)定開(kāi)度位置為開(kāi)放側(cè)(必須向關(guān)閉方向進(jìn)行 控制的 一側(cè))還是關(guān)閉側(cè)(必須向開(kāi)放方向進(jìn)行控制的 一側(cè))的同時(shí)， 演算上述發(fā)動(dòng)機(jī)34的驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)。同時(shí)，判定上述輸出值在圖9中屬 于上述第一控制帶Cl和上述第二控制帶C2A、 C2B的哪一個(gè)。
屬于上述第二控制帶C2A時(shí)，以笫一設(shè)定輸送速度V2且以所演算 的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)上述發(fā)動(dòng)機(jī)34，快速地關(guān)閉上述風(fēng)門29。屬于上述第 二控制帶C2B時(shí)，以第二設(shè)定輸送速度VI且以所演算的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng) 上述發(fā)動(dòng)機(jī)34，快速地打開(kāi)上述風(fēng)門29。如此，當(dāng)較偏離對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)定空氣比m0的設(shè)定值時(shí)，由于快速地進(jìn)行使對(duì)應(yīng)于檢測(cè)空氣比的輸 出值接近對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空氣比m0的設(shè)定值的控制，因此可以進(jìn)行響 應(yīng)性良好的空氣比控制。
另外，屬于上述第一控制帶Cl時(shí)，在判定旋轉(zhuǎn)方向的基礎(chǔ)上，根 據(jù)上述式(4),演算上述發(fā)動(dòng)機(jī)34的輸送速度，以所演算的輸送速度 和所演算的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)上述發(fā)動(dòng)機(jī)34。該第一控制帶C1的控制隨著 遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空氣比m0的設(shè)定值而加速lt送速度。通過(guò)如此控 制，可以迅速地接近對(duì)應(yīng)于目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空氣比m0的設(shè)定值。另外， 通過(guò)利用確實(shí)地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)位置控制的步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和進(jìn)行隨著對(duì)應(yīng)于檢 測(cè)空氣比的輸出值接近于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空氣比m0的設(shè)定值而減慢輸送速度，可以控制對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空氣比m0的設(shè)定值附近的空氣比的過(guò)沖 和波動(dòng)。
通過(guò)如此的空氣比控制，可以使上述燃燒器1的空氣比為接近1.0 的低空氣比m0、且將上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的氣體濃度比變化幅度控 制在4艮小、穩(wěn)定地滿足上述式(2)。結(jié)果，可以在使上述催化劑4的 次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度基本為零的同時(shí)，降低一氧化碳濃度達(dá)到基本為 零。當(dāng)使設(shè)定空氣比m0小于1.0時(shí)，在使次級(jí)側(cè)氮氧化物濃度基本為 零的同時(shí)，可將一氧化碳濃度降低至實(shí)用范圍的規(guī)定值以下。 (實(shí)施例1 )
說(shuō)明在每單位時(shí)間的蒸發(fā)量為800kg的罐體3(申請(qǐng)人制造的型號(hào) 稱作SQ-800的罐體)內(nèi)利用燃燒量45.2m3N/h的預(yù)混合燃燒器1使其 燃燒、作為催化活性物質(zhì)使用以2.0g/L的比例擔(dān)載有Pt的體積IOL、內(nèi) 徑360mm的催化劑時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)將上述標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空氣比m0為1 時(shí)，上述催化劑4的初級(jí)側(cè)(通過(guò)上述催化劑4之前)的一氧化碳濃度、 氮氧化物濃度、氧濃度，以各個(gè)10分鐘的平均值計(jì)，被調(diào)整至2295ppm、 94ppm、 1655ppm,上述催化劑4的次級(jí)側(cè)(通過(guò)上述催化劑4之后) 的各個(gè)濃度，以10分鐘平均值計(jì)，為13ppm、 0.3ppm、 100ppm不到。 這里，上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的氧濃度100ppm是氧濃度的測(cè)定界限。 另外，上述催化劑4前后的氣體溫度分別為302°C、 327°C。在本實(shí)施例 1和以下實(shí)施例2、 3中，將上述催化劑4配置在上述給水預(yù)熱器20的 稍上游位置，在其前后配置測(cè)定裝置，使用抹式會(huì)社堀場(chǎng)制作所制 PG-250測(cè)定通過(guò)上述催化劑4后的各濃度和氣體溫度，使用林式會(huì)社堀 場(chǎng)制作所制COPA-2000測(cè)定通過(guò)前的各濃度。當(dāng)然，即便將上述催化 劑4配置在圖1所示位置上，也可認(rèn)為測(cè)定濃度值基本沒(méi)有變化。 (實(shí)驗(yàn)例2)
將使用與實(shí)施例1相同的燃燒器1和罐體3,使燃燒量與實(shí)施例1 相同，作為催化活性物質(zhì)使用以2.0g/L的比例擔(dān)載有Pd的體積IOL、 內(nèi)徑360mm的催化劑時(shí)的一氧化碳濃度、氮氧化物濃度、氧濃度的各 濃度比K的值示于圖10。這里，由于使用與實(shí)施例1同樣的氧濃度傳 感器測(cè)定通過(guò)催化劑后的氧濃度，因此實(shí)際即便為100ppm以下的值也 以100ppm顯示。上述催化劑4前后的氣體溫度分別約為323°C ~ 325°C、 約344°C ~ 346°C。根據(jù)上述實(shí)施例1,通過(guò)調(diào)整燃燒空氣與燃料比例的風(fēng)門位置調(diào)整
裝置(空氣比調(diào)整裝置)30,將空氣比控制為1.0,可以將上述催化劑4 的初級(jí)側(cè)的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比控制為上述特異標(biāo)準(zhǔn)濃度 K0X (上述調(diào)整0 )，可以將排出NOx濃度和排出CO濃度降低至基本 為零。因此，比較利用水/蒸汽添加的低NOx化技術(shù)和利用投入脫硝劑 的低NOx化技術(shù)，利用使用空氣比調(diào)整裝置和催化劑的簡(jiǎn)易構(gòu)成即可 實(shí)現(xiàn)低NOx和低CO。
另外，由于使空氣比基本為1.0,因此可進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。順便提一 句，與通常鍋爐的氧濃度4%(空氣比約1.235 )的運(yùn)行和氧濃度0%(空 氣比約1.0)的運(yùn)行相比，可以提高約1~2%的鍋爐效率。在呼吁地J求 溫暖化對(duì)策的今天，該鍋爐效率提高達(dá)成的產(chǎn)業(yè)價(jià)值非常大。
而且，由于在上述催化劑4的次級(jí)側(cè)設(shè)置上述傳感器7控制空氣比， 因此相比較于在上述催化劑4的初級(jí)側(cè)設(shè)置傳感器相比，可以更加穩(wěn)定 化控制。另外，由于以氧濃度100ppm以下的分解能控制空氣比，因此 可以應(yīng)答性良好地穩(wěn)定地進(jìn)行CO量多、且空氣比-CO特性中CO增加 率高的區(qū)域的空氣比控制。
實(shí)施例2
根據(jù)圖11和圖12說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施例2。該實(shí)施例2并非將 檢測(cè)氧濃度的傳感器7設(shè)置在上述催化劑4的次級(jí)側(cè)，而是設(shè)置在初級(jí) 側(cè)。該傳感器7是僅檢測(cè)氧濃度的傳感器。將基于該傳感器7的上述發(fā) 動(dòng)機(jī)34的控制特性示于圖12。以下，僅說(shuō)明與上述實(shí)施例1不同的方 面，共同部分省略說(shuō)明。
在該實(shí)施例2中，利用上述傳感器7檢測(cè)上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的 氧濃度間接地控制空氣比使得標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空氣比m0為l.O(使上述催化劑 4的次級(jí)側(cè)的氧濃度為零)。根據(jù)各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)將上述催化劑 4的初級(jí)側(cè)的氧濃度02控制為0%<O2〇1.00%值，可以滿足上述式(2 ) 使上述催化劑4的次級(jí)側(cè)的氧濃度基本為零，即使空氣比基本為1。
這里，該實(shí)施例2的空氣比控制程序如圖12所示，根據(jù)來(lái)自上述 傳感器7的檢測(cè)值E (氧濃度信號(hào))，設(shè)置對(duì)應(yīng)該檢測(cè)值和設(shè)定氧濃度 值之差變更上述發(fā)動(dòng)機(jī)34的輸送速度V (每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量)的第 一控制帶Cl 、分別使該第 一控制帶Cl外側(cè)處輸送速度V為第 一設(shè)定值、 第二設(shè)定值的第二控制帶C2A、 C2B,包括控制上述發(fā)動(dòng)機(jī)34驅(qū)動(dòng)量的控制順序。
上述第一控制帶C1的設(shè)定范圍包含在用氧濃度N1和氧濃度N2設(shè) 定的范圍內(nèi)。上述第一控制帶C1的輸送速度V與上述實(shí)施例1同樣用 上述式(4)計(jì)算。 (實(shí)施例3 )
本實(shí)施例3是將上述設(shè)定空氣比如圖13所示地設(shè)定為上述次級(jí)特 性中的NOx濃度為基本大于零、小于上述初級(jí)特性中的NOx濃度的值 的例子。該值為上述設(shè)定空氣比為基本大于1.0的上述次級(jí)特性的次級(jí) 側(cè)NOx泄露區(qū)域Rl的空氣比。本實(shí)施例3中的濃度比K的調(diào)整為上述 調(diào)整2。
本實(shí)施例3中的上述第一控制帶Cl，其控制范圍的中心(目標(biāo)空 氣比)為空氣比1.005 (02濃度約1000ppm),左端為基本低于空氣 比1.0的區(qū)域的值，右端為空氣比1.01 (02濃度約2000ppm).通過(guò)圖 7進(jìn)行說(shuō)明，則通過(guò)上述催化劑4的初級(jí)側(cè)的氧濃度高于上述標(biāo)準(zhǔn)氧濃 度的上述次級(jí)側(cè)NOx泄露區(qū)域(實(shí)現(xiàn)上述調(diào)整2的區(qū)域)Rl進(jìn)行空氣 比控制。
(實(shí)施例3 )
本實(shí)施例3中，當(dāng)在與上述實(shí)施例1相同的條件下(除了設(shè)定空氣 比之外)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，將上述催化劑4的初級(jí)側(cè)(通過(guò)上述催化劑4之 前)的CO濃度、NOx濃度、02濃度的各個(gè)10分鐘平均值分別調(diào)整至 1878ppm、 78ppm、 3192ppm,上述催化劑4的次級(jí)側(cè)(通過(guò)上述催化劑 4后)的各個(gè)濃度為10分鐘的平均值0ppm、 42ppm、 1413ppm。
由該實(shí)施例3可知，通過(guò)實(shí)施例3的空氣比控制，利用上述催化劑 4的還原作用，在排出NOx濃度降低至低于上述初級(jí)特性NOx濃度的 值的同時(shí)，排除CO濃度降低至零。
在該實(shí)施例3中，可以在上述次級(jí)側(cè)NOx泄露區(qū)域Rl的范圍內(nèi)自 由地設(shè)定上述第一控制帶。越使上述第一控制帶Cl接近于空氣比1.0， 則NOx的減少效果和節(jié)能效果越大。但是，由于處理的CO濃度很高(也 有梯度陡的情況)，因此CO易于泄露、難以控制、有必要增多催化劑 量。因此，當(dāng)將上述第一控制帶設(shè)置在右側(cè)使得遠(yuǎn)離空氣比1時(shí)，可以 在控制變得容易的同時(shí)、減少上述催化劑4的量。
具體地說(shuō)，可以并非使上述第一控制帶Cl的左端為上述實(shí)施例3的空氣比1.0以下(圖13)、而為空氣比1.0。另外，還可以將上述第 一控制帶Cl的左端設(shè)定為超過(guò)空氣比1.0的值。 實(shí)施例4
本實(shí)施例4為參照?qǐng)D14,含有驅(qū)動(dòng)上述送風(fēng)機(jī)26的送風(fēng)機(jī)用發(fā)動(dòng) 機(jī)52、控制該發(fā)動(dòng)機(jī)52旋轉(zhuǎn)數(shù)的變換器53而構(gòu)成上述空氣比控制裝置 28。該實(shí)施例4中，并非使用上述風(fēng)門29進(jìn)行空氣比控制和上述濃度 比恒定控制，而是形成為使用上述變換器53進(jìn)行的構(gòu)成。利用該控制 器8的上述送風(fēng)機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)52的控制可以是抑制上述實(shí)施例1的圖9 所示過(guò)沖和波動(dòng)的控制。上述風(fēng)門29在點(diǎn)燃時(shí)降低開(kāi)度，當(dāng)進(jìn)入點(diǎn)燃 后的穩(wěn)定燃燒時(shí)，增大開(kāi)度，進(jìn)行高燃耗和低燃耗的風(fēng)量控制。該風(fēng)量 控制可以使用上述變換器53進(jìn)行，但并非局限于此，可以利用上述風(fēng) 門29和上述變換器53的任何一個(gè)進(jìn)行燃燒時(shí)等的風(fēng)量控制。該實(shí)施例 4中，其它構(gòu)成與上述實(shí)施例1同樣，因此省略其說(shuō)明。
本發(fā)明并非限于上述實(shí)施例1 ~4。例如，圖4和圖13所示空氣比 -NOx CO特性由于隨燃燒裝置的上述燃燒器1和上述罐體3的結(jié)構(gòu) 而曲線和濃度值不同，因此可以使用不同的特性。另外，在上述實(shí)施例 1、 2中將設(shè)定空氣比設(shè)定為1.0以上，但只要在不損害燃燒特性、不產(chǎn) 生碳?xì)浠衔锏姆秶鷥?nèi)，可以設(shè)定為低于空氣比1.0的值。
另外，上述實(shí)施例2中使上述傳感器7為02濃度傳感器，還可以 為CO濃度傳感器。另外，上述風(fēng)門位置調(diào)整裝置30的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行各 種變形。另外，上述發(fā)動(dòng)機(jī)34還可以為除了步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)之外的例如齒 輪發(fā)動(dòng)機(jī)(省略圖示)。而且，可以使用單一的控制器(鍋爐控制用的 控制器8)控制上述風(fēng)門位置調(diào)整裝置30,但也可以為下述構(gòu)成除了 該控制器8以外，設(shè)置上述風(fēng)門位置調(diào)整裝置30用的其它控制器(省 略圖示)，連接該控制器與上述傳感器7、上述控制器8，進(jìn)行空氣比 控制。
權(quán)利要求
1. 一種含氮氧化物氣體的處理方法，其為使利用燃燒器使燃料燃燒而產(chǎn)生的氣體與氧化催化劑接觸，減少上述氣體中所含氮氧化物的含氮氧化物氣體的處理方法，其特征在于，包括以下步驟使用上述燃燒器使含碳?xì)浠衔锏娜剂先紵?，產(chǎn)生不含碳?xì)浠衔?、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化劑接觸，利用氧將上述氣體所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳將氮氧化物還原的有害物質(zhì)減少步驟；將上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化物濃度基本為零或規(guī)定值以下、一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的規(guī)定濃度比的濃度比調(diào)整步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮氧化物氣體的處理方法，其為使利用 燃燒器使燃料燃燒而產(chǎn)生的氣體與氧化催化劑接觸，減少上述氣體中所 含氮氧化物的含氮氧化物氣體的處理方法，其特征在于，包括以下步驟使用上迷燃燒器使含碳?xì)浠衔锏娜剂先紵a(chǎn)生不含碳?xì)浠?物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化劑接觸，利用氧將上述氣體所含的 一 氧化碳 氧化、利用 一氧化碳將氮氧化物還原的有害物質(zhì)減少步驟；調(diào)整上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳 的濃度比K的濃度比調(diào)整步驟，上述濃度比調(diào)整步驟為下述調(diào)整O、調(diào)整l、調(diào)整2的任一種調(diào)整0:將上述濃度比K調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化 物濃度和一氧化碳濃度基本為零的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0，調(diào)整1:將上述濃度比K調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的氮氧化 物濃度基本為零、同時(shí)一氧化碳濃度為規(guī)定值以下的第 一規(guī)定濃度比 Kl,調(diào)整2:將上述濃度比K調(diào)整至上述氧化催化劑的次級(jí)側(cè)的一氧化 碳濃度基本為零、同時(shí)氮氧化物濃度為規(guī)定值以下的第二規(guī)定濃度比 K2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍋爐，其特征在于，使判定上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 濃度比K0的式子為下式(1 )、上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0滿足下式(2),使上述第一規(guī)定濃度比K1小于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO、使上述第二規(guī) 定濃度比K2大于上述標(biāo)準(zhǔn)^見(jiàn)定濃度比K0,([NOx]+2
)/[CO]=K …(l) 1. OSK=KOS2. 0 …(2)式(1)中，[CO]、 [NOx]和
分別表示一氧化碳濃度、氮氧化物濃度 和氧濃度，滿足
〉0的條件。
4. 一種含氮氧化物氣體的處理方法，其為使利用燃燒器使燃料燃燒 而產(chǎn)生的氣體與氧化催化劑接觸，減少上述氣體中所含氮氧化物的含氮 氧化物氣體的處理方法，其特征在于，包括以下步驟使用上述燃燒器使含碳?xì)浠衔锏娜剂先紵?，產(chǎn)生不含碳?xì)浠?物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化劑接觸，利用氧將上述氣體所含的一氧化碳 氧化、利用 一氧化碳將氮氧化物還原的有害物質(zhì)減少步驟；將上述氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和 一 氧化碳的濃度比K調(diào)整至規(guī)定濃度比的濃度比調(diào)整步驟，上述規(guī)定濃度比滿足下式(3):([NOx]+2
)/[CO]S2. 0 …(3)2式(3 )中，[CO]、 [NOx]和
分別表示CO濃度、NOx濃度和02濃度， 滿足
〉0的條件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的含氮氧化物氣體的處理方法， 其特征在于，使上述燃燒器的空氣比為1.1以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的含氮氧化物氣體的處理方法， 其特征在于，利用上述燃燒器的濃度比特性進(jìn)行上述規(guī)定濃度比K的調(diào) 整。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的含氮氧化物氣體的處理方法， 其特征在于，上述濃度比K的調(diào)整利用上述燃燒器與配置在上述燃燒器 和上述氧化催化劑之間從上述氣體吸熱的吸熱裝置的濃度比特性進(jìn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的含氮氧化物氣體的處理方法， 其特征在于，上述濃度比K的調(diào)整在利用上述燃燒器的濃度比特性的同 時(shí)，使用配置在上述燃燒器和上述氧化催化劑之間輔助調(diào)整上述濃度比 K的輔助調(diào)整裝置進(jìn)行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~4任一項(xiàng)所述的含氮氧化物氣體的處理方法， 其特征在于，上述濃度比K的調(diào)整在利用上述燃燒器與配置在上述燃燒 器和上述氧化催化劑之間從上述氣體吸熱的吸熱裝置的濃度比特性的 同時(shí)，使用配置在上述燃燒器和上述氧化催化劑之間輔助調(diào)整上述濃度 比K的輔助調(diào)整裝置進(jìn)行。
10. —種有害物質(zhì)減少方法，其為使燃燒器的燃燒所產(chǎn)生的含有氮 氧化物和 一 氧化碳的氣體與氧化催化劑接觸，從而減少排出氮氧化物和 排出一氧化碳的濃度的含氮氧化物氣體的處理方法，其特征在于，通過(guò) 在上述氣體中含有氧，同時(shí)將上述氣體中的氧化催化劑的初級(jí)側(cè)的氮氧 化物、 一氧化碳和氧的濃度比調(diào)整至規(guī)定濃度比，使上述氮氧化物和一 氧化碳的排出濃度基本為零或規(guī)定值以下。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的有害物質(zhì)減少方法，其特征在于，使利 用上述空氣比調(diào)整裝置的設(shè)定空氣比為1.1以下。
全文摘要
本發(fā)明的第一目的是能夠使氮氧化物的排出量減少至無(wú)限接近零、將一氧化碳排除量減少至容許范圍內(nèi)。第二目的是實(shí)現(xiàn)利用接近1.0的低空氣比的燃燒的節(jié)能。第三目的是在低空氣比的燃燒區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行空氣比控制。其特征在于包括使用上述燃燒器使含碳?xì)浠衔锏娜剂先紵?，產(chǎn)生不含碳?xì)浠衔?、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒步驟；使上述氣體與氧化催化劑接觸，利用氧將上述氣體所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳將氮氧化物還原的有害物質(zhì)減少步驟；將氧化催化劑初級(jí)側(cè)氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比調(diào)整至氧化催化劑次級(jí)側(cè)氮氧化物濃度基本為零或規(guī)定值以下、一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的規(guī)定濃度比的濃度比調(diào)整步驟。
文檔編號(hào)F23N1/02GK101415994SQ20078001216
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月4日
發(fā)明者岡本裕介, 安井賢志, 德永幸博, 田中收 申請(qǐng)人:三浦工業(yè)株式會(huì)社