專利名稱：鍋爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于水管鍋爐、蒸汽鍋爐、熱水鍋爐等的鍋爐。
背景技術：
一般來說，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間等。而且，具有應用這些原 理的各種低NOx化技術。例如，提出并實用化有2級燃燒法、濃淡燃 燒法、廢氣再循環(huán)燃燒法、加氪燃燒法、蒸汽噴射燃燒法、利用水管群 的火焰冷卻燃燒法等。
可是，水管鍋爐等容量較小的NOx產(chǎn)生源對環(huán)境的影響也增高， 需求進一步的低NOx化。在該低NOx化中，當減少NOx的生成時，CO 的4非出量增加，因此難以同時地減少NOx和CO。
其原因在于低NOx化和低CO化是相反的技術課題。即，為了促進 低NOx,使燃燒氣體溫度急劇地降低，當抑制至90(TC以下的低溫時， 在大量產(chǎn)生CO的同時所產(chǎn)生的CO以未被氧化的狀態(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，NOx 生成量的抑制變得不足。
為了解決該課題，申請人為了盡量減少隨著低NOx化產(chǎn)生的CO量、 或者使產(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，并產(chǎn)品化(參照專利文獻1、 2)。但是，該專利文獻1、 2 所述的低NOx化技術在現(xiàn)實中生成NOx值停滯在25ppm左右。
作為該課題的解決方案，申請人提出了一種低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；之后進行使 來自上述低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3、 4)。利用該專利文獻3、 4所記載的技術，可以實 現(xiàn)低于10ppm的低NOx化，但難以實現(xiàn)低于5ppm的低NOx化。其原 因在于，由于燃燒的特性，無法避免5ppm以上的NOx的產(chǎn)生。
而且，專利文獻3、 4所記載的低NOx化技術如圖17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處由于氮氧化物的產(chǎn) 生量增加，低NOx、低CO困難以及空氣比達到1以下時會引起回火等 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 發(fā)的對象。圖17中，線F、 E分別模式地表示利用該發(fā)明燃燒裝置的初 級側NOx特性和CO特性，線U、 J分別^t式地表示利用該發(fā)明燃燒裝 置的催化劑的次級側的NOx特性和CO特性。上述專利文獻3、 4的低 NOx化技術基本上均為通過在高空氣比區(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3、 4)除去產(chǎn)生CO的技術。
另一方面，作為時代背景，在尋求對鍋爐的進一步低NOx化的同 時，尋求節(jié)能的低空氣比運轉。
在該背景下，本申請的發(fā)明人研究開發(fā)了可以使用氧化催化劑使氮 氧化物減少至無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5。
上述專利文獻5的廢氣處理方法如下在第一步驟中，通過在空氣 比小于1.0 (少于理論空氣量的燃燒空氣量)下使燃燒器燃燒，從而使 得在燃燒廢氣中不含氧、含有CO、 HC(碳氫化合物)的未燃成分，在 氮氧化還原催化劑中利用未燃成分將氮氧化物還原，將氮氧化物凈化。 然后，在第二步驟中，在該凈化后的廢氣中添加空氣，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。另夕卜，根據(jù)該專利文獻5，由于未燃燒的碳氬化合物大量地被排出， 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。此外，在碳氫化合物的存在下，無法利用具有氮氧化物還原效 率降低特性的氧化催化劑。而且，由于使用其它催化劑進行氮氧化物的 還原步驟和未燃成分的氧化步驟，因此處理變得復雜。
另夕卜，專利文獻6記載了來自內(nèi)燃機的含氮氧化物氣體的凈化方法。 該專利文獻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 中必須存在碳氫化合物，同時僅適用于不存在過量氧的理論空氣比的氣
過量氧的鍋爐等燃燒裝置的燃燒氣體處理。''"、':> 、進而，專利文獻7記載了使用氧化催化劑利用 一氧化碳將焚燒爐的 廢氣中的氮氧化物還原的技術。該專利文獻7的技術由于在廢氣中存在 氧時，氮氧化物的還原不會進行，因此在初級燃燒中，通過讓燃料濃度 過量(空氣比小于1)使其燃燒，使廢氣成為無氧狀態(tài)。該專利文獻7 中，由于受到燃燒濃度過量后的燃燒的制約，因此難以適用于使用了燃 燒器的鍋爐等廢氣中含有氧氣的燃燒裝置。
專利文獻l'.日本專利第3221582號公報
專利文獻2:美國專利第5353748號說明書
專利文獻3:日本特開2004-125378號7>才艮
專利文獻4:美國專利第6792895號說明書
專利文獻5:日本特開2001-241619號7>才艮
專利文獻6:日本特開平5-38421號7>才艮
專利文獻7:日本特開平2003-275543號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明預解決的課題
本發(fā)明預解決的主要課題在于，利用簡單的裝置使氮氧化物和一氧 化碳的排出量減少至無限接近于零的值、或者容許范圍內(nèi)，同時獲得穩(wěn) 定的有害物質(zhì)減少效果。
用于解決課題的方法
本申請的發(fā)明人為了解決上述課題進行了反復研究，結果發(fā)現(xiàn)以下 關鍵在具備專利文獻3、 4所述的用于減少一氧化碳的氧化催化劑的 鍋爐中，在之前基本沒有研究的、無限接近于1的低空氣比的預混合燃 燒器的燃燒區(qū)域(圖17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，結果獲得以下發(fā)現(xiàn)通過使氧化催化劑的初級側的氧、氮氧化 物和一氧化碳的濃度比為標準規(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限接近于零的同時，通過在上述標 準規(guī)定濃度比的附近調(diào)整所述濃度比，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 通過無限接近于l.O的空氣比實現(xiàn)，因此可以實現(xiàn)顯著的節(jié)能。以下，當僅提到濃度比時是指氧化催化劑的初級側的氧、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，本申請的發(fā)明人如專利文獻7所述，在氧化催化劑作用下利用 一氧化碳還原氮氧化物時，打破了氧成為障礙的技術常識，通過采用有 效地利用氧、將氧化催化劑的初級側的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度 的關系調(diào)整至規(guī)定關系(規(guī)定濃度比)的新型技術方法，解決了上述課題。
上述課題還具有以下的副課題。第 一副課題為使通過預混合燃燒器 產(chǎn)生的氣體中不含妨礙所述氧化催化劑的有害物質(zhì)(NOx和CO)減少 的碳氫化合物。該課題通過使其成為不進行內(nèi)燃機般急劇冷卻的燃燒， 可以在不使用碳氫化合物除去裝置的情況下解決。
第二副課題為使上述氣體的濃度比如何達到上述標準規(guī)定濃度比。 當僅使上述預混合燃燒器單獨燃燒時，無法獲得上述標準規(guī)定濃度。對
通過調(diào)整氧濃i、、調(diào)整至上述標i規(guī)i;;比得以解決。通過使)預混 合燃燒器，可以獲得在使其穩(wěn)定燃燒的同時、上述濃度比的調(diào)整比較容 易的濃度比特性。上述氧濃度的調(diào)整通過利用調(diào)整供給至上述預混合燃 燒器的燃料量和燃燒空氣量的比例的空氣比調(diào)整來進行，從而可以簡單 且在低空氣比區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)。本發(fā)明的上述空氣比調(diào)整不僅調(diào)整燃料量和 燃燒空氣量的比例，還調(diào)整上述濃度比，是與以往空氣比控制不同的新 型調(diào)整。
另外，在上述濃度比的調(diào)整中，上述氣體中的氮氧化物濃度過高， 則必須的一氧化碳的量也增多，有時在上述預混合燃燒器的濃度比特性 下無法穩(wěn)定地獲得必須的一氧化碳濃度。所以，本發(fā)明中通過利用水管 群抑制燃燒氣體溫度，可以抑制所產(chǎn)生的氮氧化物濃度、容易地調(diào)整濃 度比。
第三副課題在于，本發(fā)明的目的在于使有害物質(zhì)排出濃度基本為零 或與其接近的值，因此當由于外部氣溫的變動等導致上述濃度比變化 時，排出濃度增加、無法獲得穩(wěn)定的減少效果。對于該副課題，通過濃 度比恒定控制調(diào)節(jié)來解決。該濃度比恒定控制可以通過使用作為調(diào)整上 述濃度比的裝置的空氣比調(diào)整裝置，檢測空氣比，進行空氣比的反饋控制而解決。
如上所述，本發(fā)明即便使用以往的燃燒器、氧化催化劑和空氣比控
制或者其延伸技術，也可以提供在可稱作零NOx鍋爐的有害物質(zhì)減少
效果方面顯著、能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的對地球環(huán)境有利的鍋爐，是劃時代的發(fā)明。
權利要求1所述發(fā)明具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含
碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從 該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的 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氧化催 化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特征在 于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣比為設定空氣比 時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度 比達到規(guī)定濃度比的特性，上述催化劑具有在使上述濃度比為上述規(guī)定 濃度比時使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度基本為零、 一氧化 碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的特性，通過利用上述空氣比調(diào)整裝置控 制成上述設定空氣比，將上述規(guī)定濃度比保持在一定。本發(fā)明和以下的 說明中，"通過水管群后"包含"通過全部水管群后"和"通過水管群 的一部分后"。
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，在以下的說明中，氧濃度基本為零是指為100ppm以下， 但優(yōu)選為測量臨界值以下。進一步地，氮氧化物濃度、 一氧化碳濃度為 規(guī)定值以下是指各國、各地域規(guī)定的排出標準濃度以下，但優(yōu)選的當然 是設定為無限接近于基本為零的值。這樣在所謂排出標準值的意義中， 可以將"規(guī)定值"以下稱作"容許值"、"排出標準值"。
根據(jù)權利要求1所述的發(fā)明，在通過發(fā)揮上述預混合燃燒器和上述 水管群的特性、使上述燃燒器的空氣比為設定空氣比、使上述氣體的濃 度比為上述規(guī)定濃度比，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。另外，由于上 述氧化催化劑的次級側的氧濃度基本為零，因此可以以低空氣比燃燒上 述預混合燃燒器、實現(xiàn)節(jié)能。另外，由于按照不向上述氣體中排出碳氫 化合物使上述預混合燃燒器燃燒，因此與專利文獻7所述的排出碳氫化合物使其燃燒的方法相比，易于進行上述預混合燃燒器的燃燒控制。由 于流入上述氧化催化劑的氣體中不含碳氬化合物，因此不使用專利文獻
5所述的復雜方法即可有效地進行利用上述氧化催化劑的氮氧化合物和
一氧化碳的減少，同時不用考慮碳氫化合物所產(chǎn)生的反應即可容易地進 行上述規(guī)定濃度比的調(diào)整。另外，由于利用上述空氣比調(diào)整裝置將上述 規(guī)定濃度基本保持在一定值，因此可以抑制外部氣溫的變動等所導致的 上述規(guī)定濃度比的變動，可以發(fā)揮穩(wěn)定的有害物質(zhì)的減少效果，同時不 需要與上述空氣比調(diào)整裝置不同的另外用于將上述規(guī)定濃度比控制在 一定的裝置，可以簡化裝置的構成。另外，由于使用預混合燃燒器，因 此可以在低空氣比區(qū)域處較易地獲得上述規(guī)定濃度比。
權利要求2所述的發(fā)明具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不 含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化 催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特征 在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣比為標準設定 空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物和 一 氧化碳 的濃度比K達到標準規(guī)定濃度比K0的特性，上述氧化催化劑具有在使 上述濃度比K為上述標準規(guī)定濃度比K0時使上述氧化催化劑的次級側 的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零的特性，通過利用上述空氣比 調(diào)整裝置控制成上述標準設定空氣比，將上述規(guī)定濃度比保持在一定。
根據(jù)權利要求2所述的發(fā)明，通過發(fā)揮上述預混合燃燒器和上述水 管群的特性、使上述燃燒器的空氣比為標準設定空氣比、使上述氣體的 濃度比K為上述標準規(guī)定濃度比K0,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，即便是權利要求2 所述的發(fā)明也可以同樣地發(fā)揮上述權利要求1所獲得的其它效果。
權利要求3所述的發(fā)明具備使含有碳氬化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不 含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的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氧化 催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特征 在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣比為第一設定空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物和 一 氧化碳
的濃度比K達到第一規(guī)定濃度比Kl的特性，上述氧化催化劑具有在使 上述濃度比K為上述第一規(guī)定濃度比Kl時使上述氧化催化劑的次級側 的氮氧化物濃度基本為零、 一氧化碳濃度為規(guī)定值以下的特性，通過利 用上述空氣比調(diào)整裝置控制成上述第一設定空氣比，將上述規(guī)定濃度比 保持在一定。
根據(jù)權利要求3所述的發(fā)明，通過發(fā)揮上述預混合燃燒器和上述水 管群的濃度比特性、使上述燃燒器的空氣比為第一設定空氣比、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，即便是權利要求3所述的發(fā)明也可以同樣地發(fā)揮上述權利要求1所 獲得的其它效果。
權利要求4所述的發(fā)明為權利要求2或3所述鍋爐，其特征在于， 使判定所述標準規(guī)定濃度比K0的式子為下式(1 )、所述標準規(guī)定濃度 比K0漓足下式(2)，使所述第一規(guī)定濃度比K1小于所述標準濃度KO。
([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。)
通過權利要求4所述的發(fā)明發(fā)揮與權利要求2 3同樣的效果。 權利要求5所述的發(fā)明具備使含有碳氬化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不 含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的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氧化 催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的 檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特 征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成在利用上述空 氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，能夠獲得使上述 氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度比基本為零、使一氧化碳濃度基本 為零或規(guī)定值以下的上述氧化催化劑的初級側的氧、氮氧化物和一氧化 碳的規(guī)定濃度比。這里，本權利要求和以下的權利要求中，上述檢測空氣比(利用上述傳感器檢測的空氣比)和上述設定空氣比可以分別替換 成檢測空燃比、設定空燃比或檢測氧濃度、設定氧濃度。
權利要求6所述的發(fā)明具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不 含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化 催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的 檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特 征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在利用上述空氣比調(diào)整裝 置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，使上述氧化催化劑的次級側 的氮氧化物濃度和氧濃度基本為零、使一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值 以下的空氣比-NOx CO特性。
權利要求7所述的發(fā)明具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不 含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化 催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的 檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特 征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成在利用上述空 氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，使上述氧化催化 劑的初級側的上述氣體中的一氧化碳濃度與通過上述氧化在上述氧化 催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度和通過上述還原在上述氧化催化劑內(nèi)減 少的一氧化碳濃度之和基本相等或者更多。
權利要求8所述的發(fā)明具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不 含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化 催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的 檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特 征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成在利用上述空 氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，流入上述氧化催 化劑之前的上述氣體濃度比滿足下式(3)。([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。)
通過權利要求5 8所述的發(fā)明可以發(fā)揮與權利要求1同樣的效果。
權利要求9所述的發(fā)明為權利要求5 8,其特征在于，使所述設定 空氣比基本為1.0。
通過權利要求9所述的發(fā)明除了權利要求5 8所述的發(fā)明效果之 外，還起到能夠?qū)崿F(xiàn)無限接近于1的低空氣比燃燒所獲得的節(jié)能。
權利要求10所述的發(fā)明具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生 不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化 催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特征 在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在利用上述空氣比調(diào)整裝置 在空氣比1.0附近進行調(diào)整而獲得的上述氧化催化劑的初級側的含有 氧、氮氧化物和一氧化碳的上述氣體相關的上述氧化催化劑的初級側的 空氣比-NOx . CO特性，上述空氣比調(diào)整裝置在上述次級側空氣比-NOx . CO特性的NOx . CO減少區(qū)域處，按照使上述氧化催化劑的次級 側的氮氧化物濃度基本為零的設定空氣比控制上述預混合燃燒器的空 氣比。
通過權利要求10所述的發(fā)明，通過控制為上述設定空氣比，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。其它效果與上述權利要求5 8相同。
權利要求11所述的發(fā)明具備使含有碳氬化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生 不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器； 從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后 的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化 催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的燃燒空氣量與燃料量的比例的空氣 比調(diào)整裝置，其特征在于，上述氧化催化劑具有以下特性在使其次級 側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初級測的 氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比為標準規(guī)定濃度比、使上述濃度比為上述標準規(guī)定濃度比時，使上述氧化催化劑的次級側的氧濃 度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零，當降低初級側氧濃度至低 于上述標準氧濃度時，使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度和氧 濃度基本為零、減少一氧化碳濃度，上述空氣比調(diào)整裝置通過根據(jù)上述 氧化催化劑的次級側的氧濃度和/或一氧化碳濃度調(diào)整上述空氣比，使上 述氧化催化劑的初級側的氧濃度調(diào)整至對應于前述標準氧濃度，使上述 氧化催化劑的次級側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。
通過權利要求11所述的發(fā)明，通過控制至上述設定空氣比，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。其它效果與上述權利要求5 8相同。
權利要求12所述的發(fā)明為權利要求1 3、 5 8、 10、 11，其特征在 于，具備控制所述氣體溫度、將氮氧化物濃度抑制在規(guī)定值以下的氮氧 化物產(chǎn)生抑制裝置。
通過權利要求12所述的發(fā)明，除了權利要求1 3、 5~8、 10、 11所 述發(fā)明的效果之外，由于將NOx的產(chǎn)生抑制在規(guī)定值以下，因此發(fā)揮 可以減少上述氧化催化劑使用量的效果。
權利要求13所述的發(fā)明為權利要求1 3、 5 8、 10、 11，其特征在 于，在上述氧化催化劑的次級側具備給水預熱器。
通過權利要求13所述的發(fā)明，除了權利要求1 3、 5~8、 10、 11所 述發(fā)明的效果之外，還發(fā)揮能夠使用上述給水預熱器回收上述氧化催化 劑所產(chǎn)生的熱量、實現(xiàn)進一步的節(jié)能的效果。另外，通過使氮氧化物的 排出量基本為零，可以抑制上述給水預熱器的腐蝕。
權利要求14所述的發(fā)明為權利要求1 3、 5~8、 10、 11,其特征在 于，具備用于檢測上述催化劑或上述傳感器異常的第二傳感器、報告裝 置、和根據(jù)上述第二傳感器的檢測值判定上述異常利用上述報告裝置報
告其異常的控制裝置。
通過權利要求14所述的發(fā)明，除了權利要求1 3、 5 8、 10、 11所
述發(fā)明的效果之外，還發(fā)揮通過上述氧化催化劑或上述傳感器報告異 常，鍋爐的管理者等進行異常的對應，從而可以防止大量一氧化碳的排 出的效果。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，通過利用上述空氣比調(diào)整裝置將上述濃度比調(diào)整至上 述規(guī)定濃度比，可以使用上述氧化催化劑使氮氧化物和一氧化碳的排出 量減少至無限接近于零。另外，可以穩(wěn)定地實現(xiàn)有害物質(zhì)的減少。另外， 不需要另外的用于濃度比恒定控制的裝置，可以簡化裝置構成。另外， 與先混合燃燒器相比，可以均勻地混合燃燒空氣和燃料進行燃燒，即便
是理論空氣比附近，碳氬化合物或co的產(chǎn)生量也少，可以較易穩(wěn)定地 進行上述規(guī)定濃度比的氣體產(chǎn)生。


圖1為本實施例1的蒸汽鍋爐的縱截面的說明圖。
圖2為沿著圖1的II-II線的截面圖。
圖3為表示從廢氣流動方向觀察圖2的氧化催化劑的要部構成的圖。
圖4為表示本實施例1的空氣比-NOx . CO特性的圖。 圖5為本實施例1的氣門位置調(diào)整裝置的使用狀態(tài)的一部分截面的 說明圖。
圖6為同氣門位置調(diào)整裝置的要部的截面說明圖。 圖7為說明本實施例1的燃燒器和吸熱裝置的特性和催化劑的特性 的才莫式圖。
圖8為說明本實施例1的傳感器輸出特性的圖。
圖9為說明本實施例1的發(fā)動機控制特性的圖。
圖IO為說明本實施例1的NOx和CO減少特性的圖。
圖11為本實施例2的蒸汽鍋爐的縱截面的說明圖。
圖12為說明本實施例2的發(fā)動機控制特性的圖。
圖13為本實施例3的蒸汽鍋爐的縱截面的說明圖。
圖14為本實施例4的蒸汽鍋爐的縱截面的說明圖。
圖15為說明本實施例4的控制順序的流程圖。
圖16為說明本實施例4的控制順序的流程圖。
圖17為說明本發(fā)明的NOx . CO初級特性和次級特性的圖。
符號說明1燃燒器
2水管群(傳熱管群)
4氧化催化劑 7傳感器 8控制器
28空氣比調(diào)整裝置 29氣門
30氣門位置調(diào)整裝置 34發(fā)動機
具體實施例方式
接著，說明本發(fā)明的實施方式。說明本發(fā)明的實施方式之前，對于 本申請中使用的用語進行說明。"氣體"是指從燃燒器直至通過氧化催 化劑(可以稱作氧化 還原催化劑。下文僅稱作"催化劑")的氣體， 將通過催化劑之后的氣體稱作"廢氣"。因此，氣體含有燃燒反應中(燃 燒過程)的氣體和燃燒反應結束的氣體，可以稱作燃燒氣體。當上述催 化劑沿著氣流多級地設置時，"氣體"是指直至通過最終級催化劑的氣 體，"廢氣，，是指通過最終級催化劑后的氣體。
"催化劑的初級側"是指相對于催化劑設有燃燒器的一側，只要無 特別說明，是指氣體即將通過該催化劑之前，"催化劑的次級側，，是指 與催化劑的初級側的相反側。
另外，"不含碳氫化合物"并非是指在燃燒反應的過程中完全不產(chǎn) 生碳氫化合物，而是指在燃燒反應的過程中雖然產(chǎn)生了若干的碳氫化合 物，但在燃燒反應結束的階段、即流入所述催化劑的氣體中基本不含將 氮氧化物還原的碳氬化合物(測定界限以下)。
而且，空氣比m定義為m=21/ (21-
。但是，
表示氧化催化 劑次級側的廢氣中的氧濃度，但計算空氣比時使用的
在氧過量區(qū)域 中表示過量氧濃度，在燃料過量區(qū)域中將以空氣比m=l使一氧化碳等未 燃氣體燃燒所必需的不足氧濃度作為負值表示。
接著，說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明使用小型貫流鍋爐等水管鍋 爐、熱水器、吸收式冷凍機的再生器等燃燒裝置(也可以稱作熱機器或 燃燒機器)。(實施方式1 )
本發(fā)明的實施方式1為一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料 燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預
混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通 過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化 物還原的氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整 裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣 比為設定空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物和 一氧化碳的濃度比達到規(guī)定濃度比的特性，上述催化劑具有在使上述濃 度比為上述規(guī)定濃度比時使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度 基本為零、 一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的特性，通過利用上述 空氣比調(diào)整裝置控制成上述設定空氣比，將上述規(guī)定濃度比保持在一 定。本實施方式1包括之后的兩個實施方式2、 3。 (實施方式2)
上述實施方式2為一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、 產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃 燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水 管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原 的氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置， 其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣比為標 準設定空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物和一 氧化碳的濃度比K達到標準規(guī)定濃度比K0的特性，上述氧化催化劑具 有在使上述濃度比K為上述標準規(guī)定濃度比K0時使上述氧化催化劑的 次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零的特性，通過利用上述 空氣比調(diào)整裝置控制成上述標準設定空氣比，將上發(fā)明的實施方式1可 以使用下面的實施方式2表現(xiàn)。本發(fā)明的實施方式2為使利用燃燒器使 燃料述規(guī)定濃度比保持在一定。 (實施方式3 )
另外，上述實施方式3為一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃 料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的 預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將 通過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào) 整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空 氣比為第 一設定空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧 化物和一氧化碳的濃度比K達到第一規(guī)定濃度比K1的特性，上述氧化 催化劑具有在使上述濃度比K為上述第一規(guī)定濃度比Kl時使上述氧化 催化劑的次級側的氮氧化物基本為零、 一氧化碳濃度基本為規(guī)定值以下 的特性，通過利用上述空氣比調(diào)整裝置控制成上述第一設定空氣比，將 上述規(guī)定濃度比保持在一定。
上述標準規(guī)定濃度比K0、上述第一規(guī)定濃度K1通過分別控制為上 述標準設定空氣比、上述第一設定空氣比，進行下面的調(diào)整0、調(diào)整l。
調(diào)整0:將上述濃度比K調(diào)整至使上述氧化催化劑的次級側的氮氧 化物濃度和 一 氧化碳濃度基本為零的標準規(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側的氮氧 化物濃度基本為零、同時使一氧化碳濃度為規(guī)定值以下的第一規(guī)定濃度 比Kl。
而且，上述催化劑具有以下特性在進行上述調(diào)整0時，分別使上 述催化劑的次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零；當進行上 述調(diào)整l時，使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度基本為零、同 時使一氧化碳濃度為規(guī)定值以下。
在這些實施方式2、 3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系。上述調(diào)整0的標準規(guī)定濃度比KO用下式(1) 的判定式判定，優(yōu)選滿足下式(2)進行設定，使得上述第一規(guī)定濃度 比Kl小于上述標準纟見定濃度比K0。
([NOx]+2
)/[CO]=K …(l) 1. 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。)
即，上述標準規(guī)定濃度比K0為分別使上述氧化催化劑的次級側的 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 級側的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比。上述式(l)為用于判定上 述標準規(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側的氧濃度、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)實驗結果， 在上述式(2)的范圍內(nèi)雖然確認了使各濃度基本為零，但上述K0的上 P艮2.0由于上述催化劑的特性不同，采用大于2.0的值。
當調(diào)整上述氧化催化劑的初級側的濃度比K (上述調(diào)整1 )使得低 于上述標準規(guī)定濃度比K0的值、即式(1 )的K小于K0的上述第一規(guī) 定濃度比Kl時，上述氧化催化劑的次級側的氧濃度和氮氧化物濃度基 本為零、同時一氧化碳濃度達到規(guī)定值以下。該一氧化碳濃度的規(guī)定值 優(yōu)選設定在排出標準值(該值在不同國家中不同，可以每個國家地變更) 以下。當決定該規(guī)定值時，在實3全上可以決定上述第一規(guī)定濃度比K1。 按照達到上述濃度比K的值小于K0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，可以通過使相對于上述氧化催化劑的初級側的 一氧化碳濃度的氧濃度的比例小于滿足上述標準規(guī)定濃度比K0的相對 于 一 氧化碳濃度的氧濃度的比例實現(xiàn)。
在以上的實施方式1 3中，首先用上述燃燒器進行燃燒，使得在上 述氧化催化劑的初級側存在氧。通過該燃燒，產(chǎn)生含有氧、氮氧化物和 一氧化碳、不含碳氬化合物的氣體。而且，上述催化劑的初級側的上述 氣體的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比K通過上述預混合燃燒器和上 述水管群分別調(diào)整至上述標準規(guī)定濃度比K0、上述第一規(guī)定濃度比Kl。 而且，使用上述催化劑，上述氣體與上述催化劑相接觸，利用上述氣體 中的氧將一氧化碳氧化、利用一氧化碳將氮氧化物還原。進行上述調(diào)整 0或上述調(diào)整1時的氧的比例隨消耗用于一氧化碳濃度的調(diào)整、即還原 氮氧化物使其濃度基本為零而存在必要量以上的 一氧化碳量而減少。在 該上述調(diào)整0、上述調(diào)整l后，通過與上述催化劑的接觸，上述氣體中 的氮氧化物的排出量基本減少至零， 一氧化碳的排出量基本減少至零或 規(guī)定值以下。另外，通過上述濃度比恒定控制，可以抑制上述各規(guī)定濃 度比K0、 Kl值的變動、穩(wěn)定地發(fā)揮氮氧化物排出量和一氧化碳排出量 的減少效果。特別是，在上述調(diào)整0中，在使氮氧化物排出量基本為零 時上述濃度比恒定控制是很重要的。
上述調(diào)整0的標準規(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，當滿足式(3)時，使上述催化劑 的次級側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
初級側的上述濃度比K使得式(3)的左邊值小于KO,達到上述第一規(guī) 定濃度比K1。
([NOx] + 2
)/[CO]=K^2. 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。) (實施方式4)
本發(fā)明包含以下的實施方式4。本實施方式4為一種鍋爐，其具備 4吏含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化 物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸 熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的上述氣體所含的 一氧化碳氧 化、利用一氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和檢測上述預混合燃 燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒 器至設定空氣比的空氣比調(diào)整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和 上述水管群具有以下構成在利用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào) 整至上述設定空氣比時，能夠獲得使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化 物濃度比基本為零、使一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的上述氧化 催化劑的初級側的氧、氮氧化物和一氧化碳的規(guī)定濃度比。
上述設定空氣比優(yōu)選控制為l.O的設定空氣比，但也可以按照能夠 滿足上述催化劑的反應結果、1.0的設定空氣比的上述催化劑的初級側 的氧濃度達到規(guī)定濃度來調(diào)節(jié)空氣比。
在本發(fā)明的實施方式4中，上述燃燒器利用上述空氣比調(diào)整裝置將 上述空氣比控制在上述設定空氣比而燃燒。通過燃燒產(chǎn)生的氣體受到上 述水管群的吸熱作用后，利用上述催化劑將一氧化碳氧化、還原氮氧化 物。結果，上述氣體中的氮氧化物的排出量減少至5ppm以下的接近于 零的值。另外，減少了一氧化碳的排出量。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式4,通過利用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空 氣比控制至上述設定空氣比，可以獲得使上述催化劑的次級側的氮氧化 物濃度基本為零的上述催化劑的初級側的氧、氮氧化物和 一 氧化碳的濃 度比。
在低空氣比控制中，穩(wěn)定的空氣比控制是很難的，但通過在上述空氣比調(diào)整裝置中含有穩(wěn)定地控制上述空氣比的電控制裝置和/或機械控 制裝置，可以進行穩(wěn)定的空氣比控制。
上述催化劑的初級側的濃度比調(diào)整優(yōu)選進行控制，使得上述氧化催 化劑的初級側的上述氣體中的一氧化碳濃度與通過一氧化碳的氧化(第 一反應)在上述氧化催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度和通過氮氧化物利用 一氧化碳的還原(第二反應)在上述氧化催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度 之和基本相等或者更多。
這里，進一步說明有害物質(zhì)(氮氧化物和一氧化碳)的減少作用。
該減少作用認為如下進行。在不含HC (碳氬化合物)的氣體中，在上 述催化劑下，作為主反應發(fā)生將一氧化碳氧化的第一反應和用一氧化碳 將氮氧化物還原的第二反應。在上述催化劑的反應(催化反應)中，在 氧存在下，上述第一反應優(yōu)先于上述笫二反應，因此根據(jù)上述第一反應， 一氧化碳被氧消耗，經(jīng)過濃度調(diào)整后，通過上述第二反應將氮氧化物還 原。省略該說明。實際上，上述第一反應與上述第二反應是竟爭反應， 但由于一氧化碳和氧的反應在氧存在下表觀上比上述第二反應更快地 進行，因此認為在第一階段中進行上述第一反應、在第二階段中進行上 述第二反應。
概要地說，在上述催化劑下，在氧的存在下通過CO+l/202 —C02 的上述第一反應，氧被消耗，使用剩余的CO,通過2CO+2NO — N2+2C02 的上述笫二反應，將氮氧化物還原，降低排出氮氧化物濃度。
這里，在上述反應式的說明中不使用NOx而使用NO的原因在于， 高溫位置下的生成氮氧化合物的組成的主成分為NO、 N02不過為百分 之幾，因此可以相類似地說明。認為N02即便存在，也與NO同樣被 CO還原。
上述燃燒器和上述水管群通過兩者進行上述濃度比的調(diào)整、即利用 上述燃燒器和上述水管群的濃度比特性進行濃度比的調(diào)整。該濃度比特 性是指通過變更空氣比使上述燃燒器燃燒而產(chǎn)生的、通過上述水管群的 全部或一部分后的一氧化碳濃度和氮氧化物濃度發(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，上述水管群典
能。作為2述水管群的形i, ^括在上述燃;i器附近基、本沒有燃燒空間、 在燃燒空間內(nèi)配置水管群的第一方式(相當于上述專利文獻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。為上述第一方式 時，在水管管的縫隙間進行燃燒反應。在使上述水管群為上述第一方式 時，通過燃燒反應中的氣體冷卻，在引起一氧化碳濃度增加的同時，抑 制氮氧化物濃度。當使上述水管群為上述第二方式時，典型地為基本不 變更上述燃燒器的濃度比特性并保持。
而且，上述燃燒器和上述水管群具有以下的空氣-NOx . CO特性。 該空氣比-NOx 'CO特性是在利用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空氣比 調(diào)整至上述設定空氣比時，獲得使上述催化劑的次級側的氮氧化物濃度 基本為零的上述催化劑的初級側的氣體的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃 度比。上述空氣比-NOx.CO特性優(yōu)選使上述催化劑的初級側的上述 氮氧化物的濃度為300ppm以下。由此，可以減少上述催化劑的使用量。
另外，利用上述燃燒器和上述水管群的上述濃度比調(diào)整，通過根據(jù) 實驗數(shù)據(jù)求得空氣比-NOx CO特性(濃度比特性)而進行。通過該 濃度比調(diào)整，上述氧化催化劑的初級側的上述氣體中的一氧化碳濃度與 通過一氧化碳的氧化在上述催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度和通過氮氧 化物利用 一氧化碳的還原在上述催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度之和基 本相等或者更多。這里，本發(fā)明中，作為上述濃度比調(diào)整有關的構成要 素，含有水管群以外的要素的情況也包括在本發(fā)明內(nèi)。
在該濃度比調(diào)整中，如果將空氣比基本調(diào)節(jié)為l.O的設定空氣比， 則在達成節(jié)能的方面優(yōu)選。另外，該濃度比調(diào)整優(yōu)選在通過燃燒溫度的 調(diào)整、即將來自上述燃燒器的燃燒反應中的氣體冷卻而將氮氧化物量和 一氧化碳量抑制在規(guī)定量以下的同時，通過減少保持氣體溫度而獲得的 一氧化碳濃度而進行。 一氧化碳由于在氣體溫度達到900。C以上時易于
側的氣體溫度保持在600 。C以下。
表示上述濃度比范圍的公式可以用上述式(3)表示。這里， ([NOx]+2
) / [CO]的值(濃度比的值)為2.0以下、優(yōu)選為1.5以 下。另外，氮氧化物濃度([NOx])是一氧化氮濃度([NO])和二氧化 氮濃度([N02])的總濃度。另外，將滿足上述式(3)的一氧化碳濃度、 氮氧化物濃度和氧濃度的濃度比稱作規(guī)定濃度。
上述規(guī)定濃度比的值為1.0時，理論上可以使由上述催化劑排出的 氧濃度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度為零。但是，實驗上可知排出了微量的一氧化碳。上述式(1)的([NOx]+2
) / [CO]=l為考慮實驗
結果，由上述第一反應和第二反應理論地導出。
這里說明如何導出([NOx]+2
)/[CO]=l。該式由于是典型地滿
足上述標準規(guī)定濃度比K0的公式，因此稱作標準規(guī)定濃度滿足式。
已知上述催化劑內(nèi)，作為主反應發(fā)生上述第一反應(I)。 CO +1/20 — CO "(I)
2 2
另外，在使用Pt等貴金屬催化劑的催化劑內(nèi)，在不存在氧的環(huán)境下
進行上述第二反應(II)的利用CO的NO還原反應。
CO+NO— CO +1/2N …(H)
2 2
因此，著眼于對上述第一反應(I)、上述第二反應(II)的反應起 作用物質(zhì)的濃度，導出上述標準濃度滿足式。
即，當使CO濃度、NO濃度、02濃度分別為[CO]ppm、 [NO]ppm、
ppm時，根據(jù)上述式(1)的能夠被CO除去的氧濃度用下式(III) 表示。
2[o]=[co] …(m)
2 且
另外，為了引起上述式(II)的反應，有必要的是CO與NO等量， 為下式(IV)的關系。 =[NO] ...(IV)
在上述催化劑內(nèi)連續(xù)地引起上述式(I) 、(II)的反應時，加和上
述式(III)和上述式(IV)而獲得的下式(V)的濃度關系是必要的。 +[CO] :=2
+[NO] '".(V)a+[co]b由于為同一成分，因此上述催化劑的次級側的氣體中 的CO濃度可以用[co]表示。
因而，可以導出上述標準規(guī)定濃度比滿足式、即[COh2
+[NO]
的關系。
當上述規(guī)定濃度比的值小于1.0時，由于一氧化碳的濃度存在于上 述氮氧化物還原所需要的濃度以上，因此排出氧濃度為零、通過上述催 化劑后的氣體中殘留一氧化碳。因此，并不設定上述式(3)的濃度比 下限值。通過上述催化劑后，當含有一氧化碳時，優(yōu)選進一步設定將該殘留一氧化碳氧化的氧化裝置。該氧化裝置可以如下構成設置與上述 催化劑不同的催化劑，將氧投入該催化劑的上游側，將一氧化碳氧化。
另外，超過上述濃度比值1.0的2.0是實驗上獲得的值，認為其理 由如下。在上述催化劑中發(fā)生的反應還不完全清楚，認為除了上述第一 反應和上述第二反應的主反應之外，還發(fā)生了副反應。作為該副反應之 一，認為是由于蒸汽與一氧化碳的反應產(chǎn)生氫，該氫將氮氧化物和氧還 原的反應。
接著，進一步說明本發(fā)明實施方式的構成要素。上述燃燒器優(yōu)選為 使氣體燃料預混合燃燒的全初級空氣式預混合燃燒器。使用上述催化劑 有效地發(fā)生上述第一反應和上述第二反應時，重要的是氧、氮氧化物和 一氧化碳有關的上述(2) (3)式所示的濃度比。通過使上述燃燒器為 預混合燃燒器，可以較為容易地在低空氣比區(qū)域內(nèi)獲得上述規(guī)定濃度 比。
另外，在滿足上述式(3)的條件下使上述催化劑的初級側的氧濃 度〇2為0%<02^1.00%時，除了空氣比基本為l.O、排出濃度接近于零 的低NOx和低CO之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能，可以提供低公害、節(jié)能的燃 燒裝置。
另外，上述水管群在燃燒裝置為鍋爐時為水管、在為再生器時為吸 收液濃縮管。上述水管群還具有將流入上述催化劑內(nèi)的氣體溫度控制為 上述催化劑活化溫度附近的功能。即，將氣體溫度控制為有效地發(fā)生上 述第一反應和上述第二反應、且抑制溫度所導致的劣化、考慮到耐久性 的溫度。上述水管群為與來自上述燃燒器的氣體進行熱交換的多個水 管，但可以如熱水器的水管所示通過S形彎曲1根水管而構成多個水管。
氧化合物的功^的催化劑，該催化、劑設置在上述水管群的下游i上述水 管群的途中，成為在具有透氣性的基材上擔載催化活性物質(zhì)的構成，結 構并非限定于特定的結構。作為上述基材，使用不銹鋼等金屬、陶瓷， 實施增大與廢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。當在上述水管群的途中設置上述催化劑時，可以設 置在多個水管間的空隙中，或者制成以上述水管為基材、在其表面擔載 有催化活性物質(zhì)的構成。上述空氣比調(diào)整裝置包含流量調(diào)整裝置、驅(qū)動該流量調(diào)整裝置的發(fā) 動機和控制該發(fā)動機的控制裝置。上述流量調(diào)整裝置為用于通過變更上 述燃燒器的燃燒空氣量和燃料量的任一者或兩者而變更兩者的比例、調(diào) 整上述燃燒器的空氣比的裝置。為調(diào)整上述燃燒空氣量者時，優(yōu)選為氣 門(包含閥的意義)。該氣門的結構可以為通過在中心旋轉旋轉軸的閥 體變更流路開度的旋轉型、利用滑動片相對于流路的截面開口變更流路 開度的滑動型。
當使該流量調(diào)整裝置為變更燃燒空氣量者時，優(yōu)選設置在送風機和 燃料供給裝置之間的空氣流路上，但也可以設置在上述送風機的吸引口 等上述送風機的吸引口側上。
上述發(fā)動機優(yōu)選為驅(qū)動上述流量調(diào)整裝置的裝置，是可以根據(jù)驅(qū)動 量控制上述流量調(diào)整裝置的開度量、且可以調(diào)整每單位時間的驅(qū)動量的 發(fā)動機。該發(fā)動機構成穩(wěn)定地控制上述空氣比的"機械控制裝置"的一 部分。該"可以根據(jù)驅(qū)動量控制開度量"是指在決定驅(qū)動量時，能夠?qū)?上述流量調(diào)整閥的開度停止控制在特定位置。另外"可以調(diào)整每單位時 間的驅(qū)動量"是指可以調(diào)整位置控制的響應性。
該發(fā)動機優(yōu)選為步進發(fā)動機(可以稱作階段發(fā)動機)，但也可以為 齒輪發(fā)動機(齒輪傳動發(fā)動機)或繼動器等。為上述步進發(fā)動機時，上 述驅(qū)動量由驅(qū)動脈沖決定，可以將上述流量調(diào)整裝置的開度位置從標準
開度位置只開關移動對應驅(qū)動脈沖數(shù)量的量、控制在任意目標停止位 置。另外，當為上述齒輪發(fā)動機或繼動器時，上述驅(qū)動量為開關驅(qū)動時 間，可以將上述流量調(diào)整裝置的開度位置從標準開度位置只開關移動對 應開關驅(qū)動時間的量、控制在任意目標停止位置。
上述傳感器可以優(yōu)選地使用在氧過量區(qū)域處表示過量氧濃度的氧
濃度計、在燃料過量區(qū)域處作為負值表示以空氣比m=1.0燃燒一氧化碳 等未燃氣體所必需的不足氧濃度的氧濃度計。
另外，上述傳感器還可以組合氧濃度傳感器和一氧化碳濃度傳感 器，近似地求出空氣比。
以上傳感器的安裝位置優(yōu)選為上述催化劑的次級側，并非局限于 此，還可以為上述催化劑的初級側，或者在上述催化劑下游側設置排熱 回收器時可以為該下游側。
上述空氣比調(diào)整裝置根據(jù)預先記憶的空氣比控制程序，輸入上述傳感器的檢測值，回饋控制上述發(fā)動機的驅(qū)動量，將上述空氣比控制為1
的設定空氣比(濃度比K的恒定控制)使得上述催化劑的初級側的上述
氣體的一氧化碳濃度與通過上述氧化在上述催化劑內(nèi)減少的一氧化碳 濃度和通過上述還原在上述催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度之和基本相
等或者更多或者滿足上述式(3)。
上述空氣比控制程序優(yōu)選如下構成設置對應于上述檢測空氣比與 上述設定空氣比之差變更上述發(fā)動機每單位時間的驅(qū)動量(能夠以每1 驅(qū)動單位的時間表現(xiàn))的第一控制帶、在該第一控制帶的外側使每單位 時間的上述驅(qū)動量為固定規(guī)定值的第二控制帶，控制上述發(fā)動機的驅(qū)動 量。該控制構成按照上述檢測空氣比包含在以上述設定空氣比為中心的 設定范圍內(nèi)而進行控制的上述電控制裝置。予以說明，該空氣比控制程 序并非限于該控制方式，可以進行各種PID控制。上述第一控制帶的控 制量可以通過檢測空氣比和設定空氣比之差與設定增益之積而控制。通 過該控制，可以在迅速地控制設定空氣比的同時，起到能夠進行過沖和 波動減少的控制的效果。
利用上述燃燒器和上述水管群的濃度比調(diào)整，包括利用構成從上述 水管群以外的上述燃燒器到上述催化劑的氣體通路的要素和基于該氣 體通路所含的要素的進行的方式。
另外，上述機械控制裝置由燃燒空氣的供氣通路的主通路和與其并 列的輔助通路構成，可以通過設置在上述主通路的閥體的動作粗調(diào)空氣 流量、通過設置在上述輔助通路的閥體的動作微調(diào)空氣流量。另外，機 械控制裝置由燃料供給通路的主通路和與其并列的輔助通路構成，可以 通過設置在上述主通路的閥體的動作粗調(diào)空氣流量、通過設置在上述輔 助通路的閥體的動作微調(diào)空氣流量。
上述空氣比調(diào)整裝置的流量調(diào)整裝置還可以利用變換器控制送風 機的發(fā)動機。該變換器可以利用周知的構成。使用該變換器時，也可以 利用氣門控制所使用的上述空氣比控制程序進行控制。 (實施方式5)
本發(fā)明并非限定于上述鍋爐的實施方式1 5、還包含以下的實施方 式5 7。
本發(fā)明的實施方式5為一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料 燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通 過該水管群后的上述氣體所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳將氮氧化 物還原的氧化催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根 據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的空氣比 調(diào)整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下特性 在利用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，使 上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度和氧濃度基本為零、使一氧化 碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的空氣比-NOx CO特性。
本發(fā)明的實施方式6為一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料 燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預 混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通 過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化 物還原的氧化催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根 據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的空氣比 調(diào)整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成 上述氧化催化劑的初級側的上述氣體中的一氧化碳濃度與通過上述氧 化在上述氧化催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度和通過上述還原在上述氧 化催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度之和基本相等或者更多。
本發(fā)明的實施方式7為 一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料 燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預 混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通 過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用 一 氧化碳將氮氧化 物還原的氧化催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根 據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的空氣比 調(diào)整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成 當利用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，流 入上述氧化催化劑前的上述氣體中濃度比滿足下式(3)。
([NOx] + 2
)/[CO]S2. 0 …(3)
(式(3)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。)
以上實施方式5 7的鍋爐起到與上述實施方式4相同的作用效果。本發(fā)明包含以下的實施方式8。 (實施方式8)
上述實施方式8具備使含有碳氳化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫 化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預 混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的上述 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氧化催化
劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置，上述預混合 燃燒器和上述水管群具有以下特性通過利用上述空氣比調(diào)整裝置調(diào)整 至空氣比1.0的附近而獲得的含有上述氧化催化劑的初級側的氧、氮氧 化物和一氧化碳的上述氣體有關的上述氧化催化劑的初級側的空氣比 -NOx.CO特性，上述氧化催化劑具有以下構成使上述初級側的具 有空氣比-NOx' CO特性(初級特性)的氣體與上述氧化催化劑相接 觸而獲得的上述氧化催化劑的次級側的空氣-NOx CO特性(次級特性)， 上述空氣比調(diào)整裝置使作為上述次級側空氣比-NOx . CO特性的 NOx . CO減少區(qū)域的設定空氣比的上述次級特性的氮氧化物濃度(排 出NOx濃度)基本設定為零的值。使該氮氧化物濃度基本為零優(yōu)選通 過將上述預混合燃燒器的空氣比基本控制為1.0而實現(xiàn)。該控制優(yōu)選通 過上述氧化催化劑的次級側的空氣比進行，但也可以利用初級側的02 濃度使得上述催化劑下的反應結果、即能夠滿足基本為l.O的設定空氣 比的上述催化劑的初級側的氧濃度(02濃度)達到規(guī)定濃度。上述初級 特性為利用本發(fā)明上述燃燒器和上述水管群的濃度比特性，包含空氣比 -NOx特性和空氣比-CO特性。另外，上述次級特性為利用上述催化 劑的特性(催化特性)，包含空氣比-NOx特性和空氣比-CO特性。
本實施方式8中，由上述燃燒器的燃燒產(chǎn)生的氣體受到上述水管群 的吸熱作用，成為以規(guī)定濃度比含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體。
而且，當在低空氣比的區(qū)域內(nèi)變更上述燃燒器的空氣比時，獲得作
上述催化劑^性J上述次級特性'。、' 、''、
(實施方式9)
上述實施方式8可以使用下面的鍋爐實施方式9表現(xiàn)。本實施方式 9具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、 氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；與通過該水管群后的上述氣體相接觸，當該氣體中 的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比為NOx非減少區(qū)域時減少一氧化 碳、不減少氮氧化物，上述濃度比為NOx減少區(qū)域時減少一氧化碳和 氮氧化物的催化劑；調(diào)整供至上述預混合燃燒器的空氣量和/或燃燒量的 比例的空氣比調(diào)整裝置，上述空氣比調(diào)整裝置按照上述濃度比成為上述 NOx減少區(qū)域?qū)諝饬亢?或燃料量的比例進行調(diào)整，上述調(diào)整使上述 氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度基本為零。本實施方式9的上述濃 度比調(diào)整包含上述調(diào)整0和上述調(diào)整1。而且，上述濃度比的調(diào)整優(yōu)選 使上述氧化催化劑的次級側的氧濃度基本為零。上述催化劑的一氧化碳 的減少通過氧化進行，氮氧化物的減少通過利用 一氧化碳的還原進行。
另外，本實施方式9中，優(yōu)選利用上述預混合燃燒器和上述水管群 的濃度比調(diào)整將所產(chǎn)生的有害物質(zhì)濃度抑制在設定濃度以下。這里有害 物質(zhì)(也稱作公害物質(zhì))是指氮氧化物和一氧化碳。該設定濃度在有害 物質(zhì)為氮氧化物時，例如可以為300ppm。即，通過將利用上述濃度比 調(diào)整將產(chǎn)生的有害物質(zhì)濃度抑制在設定濃度以下，可以減少上述氧化催 化劑的處理量、即上述催化劑的量。將抑制上述氣體溫度、將氮氧化物 濃度抑制在規(guī)定值以下的方法稱作氮氧化物產(chǎn)生抑制方法。該氮氧化物 抑制方法包括利用水管群冷卻燃燒反應中氣體的方法、使廢氣再循環(huán)的 方法、向燃燒反應中的氣體添加水或蒸汽的方法、組合這些多個方法的 方法。該氮氧化物生成抑制方法不〗又可以在該實施方式9中4吏用，還可 以在其它的實施方式中使用。 (實施方式10)
本發(fā)明包括下面的鍋爐實施方式10。本實施方式IO具備使含有碳 氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧 化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管 群；與通過該水管群后的上述氣體相接觸，作為主反應進行利用上述氣 體中氧將一氧化碳氧化的笫 一反應和利用上述氣體中的 一氧化碳將氮 氧化物還原的笫二反應的催化劑；調(diào)整上述預混合燃燒器的燃燒空氣與 燃料的比例的控制裝置(濃度比調(diào)整裝置)，上述催化劑具有以下特性 使其次級側氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零的上述催化劑的初 級側氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比為標準規(guī)定濃度，在使 上述濃度比為上述標準規(guī)定濃度比時，使上述催化劑的次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零；在增高初級側氧濃度使其高于對應于 上述標準規(guī)定濃度比的標準氧濃度時，在上述催化劑的次級側處檢測對 應于初級側氧濃度與標準氧濃度之差的濃度的氧的同時、使上述催化劑 的次級側的一氧化碳濃度基本為零，降低氮氧化物濃度；當降低初級側 氧濃度低于上述標準氧濃度時，在上述催化劑的次級側處檢測對應于初 級側氧濃度與標準氧濃度之差的濃度的一氧化碳的同時、使上述催化劑 的次級側的氮氧化物濃度基本為零，降低一氧化碳濃度。上述濃度比調(diào) 整方法通過利用上述催化劑的特性、根據(jù)上述催化劑的次級側的氧濃度 調(diào)整上述預混合燃燒器的燃燒空氣量和燃料量的比例，相對于上述標準 氧濃度調(diào)整上述催化劑的初級側的氧濃度，降低上述催化劑的次級側的 氮氧化物濃度和一氧化碳濃度。這里的調(diào)整包括上述調(diào)整0和上述調(diào)整 1。
上述實施方式8、 9是根據(jù)上述催化劑的次級側的氧濃度和/或一氧 化碳濃度等求得的，相對于空氣比的，上述預混合燃燒器和水管群的上 述初級特性和上述次級特性的表現(xiàn)。與此相對，本實施方式10是基于 相對于上述催化劑的初級側的氧濃度的上述預混合燃燒器和上述水管 群的上述初級特性和上述催化劑的特性的表現(xiàn)。
該催化劑特性是指以下特性。即，如圖7的模式圖所示，具有上述 催化劑的初級側的上述濃度比的特性線L(次級側[NOx]-0、 [CO]=0線)。
:次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本變?yōu)榱?。該線L理論上對 應于上述式(3)的上述規(guī)定濃度比K為1.0 (上述式(2)中K0=1.0)。 但是，如上所述，由于可以實驗地在上述濃度比K為大于l.O小于等于 2.0的范圍內(nèi)使上述催化劑的次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基 本為零，因此上述次級側的特性線L并非限定于圖7的線。
進而，假設將上述燃燒器和上述水管群的上述初級特性線M與上述 次級側特性線L的交點處的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比K稱作特 異標準規(guī)定濃度比KOX(以下稱作特異標準濃度比)。當將上述催化劑 的初級側的上述濃度比K調(diào)整至上述特異標準濃度比K0X(上述調(diào)整0 ) 時，上述催化劑的次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零。而 且，當增加初級側氧濃度使其高于對應于上述特異標準濃度比K0X的 標準氧濃度SK時、即利用上述空氣比調(diào)整方法提高初級側氧濃度時，在上述催化劑的次級側處檢測到對應于初級側氧濃度和標準氧濃度之 差的濃度的氧、同時上述催化劑的次級側的氮氧化物濃度降低至低于初 級側的氮氧化物濃度、且次級側的一氧化碳濃度基本變?yōu)榱?。另外，?br> 降低初級側氧濃度至低于上述特異標準濃度比K0X (上述調(diào)整1 )時， 在上述催化劑的次級側處檢測到對應于初級側氧濃度和標準氧濃度之 差的濃度的一氧化碳、同時上述催化劑的次級側的氮氧化物濃度基本變 為零、且次級側的一氧化碳濃度降低。
的上述初級特性時，通過將上述催化劑的次級側的氧濃度和/或一氧化碳 濃度控制為零、即將空氣比控制為1.0,可以簡單地將排出NOx濃度和 排出CO濃度控制至基本為零。即，通過上述催化劑的次級側的氧濃度 和/或一氧化碳濃度的控制，可以同時實現(xiàn)在空氣比l.O下燃燒所帶來的 節(jié)能以及排出NOx濃度和排出CO濃度基本為零的超低公害化。
另外，通過使上述催化劑的次級側的氧濃度和/或一氧化碳濃度為零 附近、控制其量，即便排出N0x濃度不能達到基本為零，也可以減少 至接近于零的值。
以上的實施方式1~9中，優(yōu)選在上述催化劑的次級側(下游側)設 置作為排熱回收器的給水預熱器，能夠?qū)⑸鲜龃呋瘎┑囊谎趸嫉难趸?所產(chǎn)生的大量發(fā)熱回收至給水中。另外，上述催化劑優(yōu)選為上述水管群 下游的煙道，按照避免從上述排熱回收器的冷凝水滴落所造成的污染進
另外，以上實施方式1 9中，優(yōu)選具備用于檢測上述催化劑或上述 傳感器(第一傳感器)異常的第二傳感器(第二傳感器)、報告裝置、 執(zhí)行根據(jù)上述第二傳感器的檢測值檢測上述異常利用上述報告裝置報 告該異常的異常時控制程序的控制裝置。
上述實施方式1 9中，當上述催化劑劣化等無法發(fā)揮本來的功能時， 在上述催化劑的次級側的氣體中含有設定值以上的一氧化碳。上迷控制 裝置在上述第二傳感器的檢測值顯示異常值時，判定為上述催化劑或上 述第一傳感器異常，使用上述報告裝置報告異常。通過該異常報告，鍋 爐的管理者或維修者可以檢修上述催化劑或上述第一傳感器，進行上述 催化劑的更換等的維修。
上述第二傳感器為檢測上述催化劑或上述第一傳感器異常的傳感器。當使上述第二傳感器為檢測上述催化劑異常的傳感器時，優(yōu)選成為
檢測在上述催化劑的次級側處一氧化碳濃度增加的co傳感器。但是，
也可以為檢測在上述催化劑的次級側處的氮氧化物濃度增加的NOx傳 感器。另外，可以用CO傳感器和NOx傳感器的兩個傳感器構成上述第 二傳感器。
當使上述第二傳感器為檢測上述第一傳感器異常的傳感器時，可以 使上述第二傳感器與上述第一傳感器相同為檢測空氣比的傳感器。
上述報告裝置只要視覺和/或聽覺地報告上述催化劑異常則無特別 限定。另外，該報告裝置可以附設在構成上述控制裝置的控制器上，或 者制成在遠離燃燒裝置的位置處介由通信電路進行報告的構成。
上述異常時控制程序包括以下程序為了即便在上述催化劑或上述 第一傳感器不正常發(fā)揮功能時使上述催化劑的次級側的一氧化碳濃度 為排出標準值以下，將上述空氣比控制為第二設定空氣比入2 (例如 1.25 )使得上述催化劑的初級側的一氧化碳濃度為排出標準值以下的第 二設定值。
該異常時控制程序可以如下構成。當上述第二傳感器為用于檢測上 述催化劑異常的傳感器時，上述控制裝置在上述第二傳感器的檢測值超 過作為異常判定標準值的設定值時，驅(qū)動上述報告裝置報告異常，同時 從上述第一設定空氣比入l的燃燒向上述第二設定空氣比人2的燃燒移 動。該第二設定空氣比人2的燃燒為應急的運行，但由于上述催化劑的 初級側的氣體中的一氧化碳濃度為作為排出標準值的300ppm以下，因 此即便上述催化劑完全不發(fā)揮功能，也可以使排出一氧化碳濃度為排出 標準值以下。
另外，上述第二傳感器為用于檢測上述第一傳感器異常的傳感器 時，上述控制裝置在上述第二傳感器檢測到正常值、即設定空氣比，而 第一傳感器未檢測到異常值、即上述設定空氣比時，變更上述設定空氣 比。而且，在上述第一傳感器未檢測到變更的空氣比、上述第二傳感器 檢測到變更的空氣比時，將上述第一傳感器判定為異常、替換成利用上 述第二傳感器的空氣比控制。
根據(jù)上述報告裝置的報告，燃燒裝置的管理者或維護員進行上述催 化劑的更換或調(diào)整，正常化上述催化劑的功能。之后，開始利用上述第 一i殳定空氣比入1。以上說明的實施方式中，優(yōu)選在上述空氣比調(diào)整裝置的流量控制裝 置上具備檢測自身異常的異常檢測裝置。在利用上述笫二傳感器的異常 檢測時，作為異常原因會考慮到上述催化劑、上述第一傳感器和上述流 量調(diào)整裝置等，但通過具備該異常檢測裝置，可以容易地特定異常原因。
實施例1
接著，根據(jù)

將本發(fā)明燃燒裝置適用于蒸汽鍋爐的實施例。
圖i為本實施例i的蒸汽鍋爐的縱截面的說明圖、圖2為沿著圖i的n-n
線的截面圖、圖3為表示從廢氣流動方向觀察圖2的氧化催化劑的要部 構成的圖、圖4為表示本實施例1的空氣比-NOx .CO特性的圖、圖5 為本實施例1的氣門位置調(diào)整裝置的使用狀態(tài)的一部分截面的說明圖、 圖6為同氣門位置調(diào)整裝置的要部的截面說明圖、圖7為說明本實施例 1的燃燒器和吸熱裝置的特性和催化劑的特性的^t式圖、圖8為說明本 實施例1的傳感器輸出特性的圖、圖9為說明本實施例1的發(fā)動機控制 特性的圖、圖10為說明本實施例1的NOx和CO減少特性的圖。
首先，說明本實施例1的蒸汽鍋爐。該蒸汽鍋爐具備以下主要部 燃燒器1;含有從該燃燒器1產(chǎn)生的氣體進行吸熱的吸熱裝置的傳熱管 (水管)群2的罐體3;以規(guī)定濃度比分別含有通過所述傳熱管群2后 的氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體所接觸、通過的，將一氧化碳氧化的 同時將氮氧化物還原的氧化催化劑(以下也可僅稱作"催化劑")4; 向上述燃燒器1提供氣體燃料的燃料供給裝置5;在向上述燃燒器1提 供燃燒空氣的同時將燃燒氣體和燃料預混合的燃燒空氣供給裝置6;在 上述催化劑4的下游，檢測氧濃度的傳感器7;輸入該傳感器7等的信 號、控制上述燃料供給裝置5和上述燃料空氣供給裝置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(預混合氣的噴出面)的完全預 混合式燃燒器。該燃燒器1與專利文獻1記載的燃燒器為相同構成。
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 成上述水管群2的多個內(nèi)側水管11、 11、…。而且，如圖2所示，在上 述罐體3的長度方向的兩側部設置用連接構件13、 13、…連接外側水管 12、 12…而構成的一對水管壁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的一端上設置上述燃燒器l，在另一端廢氣出口 16上連接廢氣流通的第二氣體通路(煙
道)17。在該實施例l中，上述燃燒器1和上述罐體3使用公知品。
上述第二氣體通路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 的給水預熱器20使得位于上述催化劑4的下游側，在上述催化劑4和 上述給水預熱器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至上述催化劑4的 構成要素(特別是燃燒器1和水管群2為其主要部)具有將上述催化劑 4的初級側氣體的上述濃度比K調(diào)整至上述規(guī)定濃度比K0、K1的功能。 即，利用后述空氣比調(diào)整裝置28調(diào)整至設定空氣比時，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，獲得的上述催化劑4的初級 側空氣比-NOx . CO特性(以下稱作初級特性)。而且，上述催化劑4
上述催化劑4的次級側空氣比^ NOx . CO特性(以下稱作次級特性曰)。 上述初級特性為上述燃燒1至上述催化劑4的構成要素的特性，上述次 級特性為上述催化劑4的濃度比特性。上述初級特性在將上述設定空氣 比調(diào)整至1.0時，使上述催化劑4的次級側NOx濃度和一氧化碳濃度基 本為零。此時，上述催化劑4的初級側氣體的標準規(guī)定濃度比K0成為 特異標準規(guī)定濃度比(以下稱作特異標準濃度)K0X (參照圖7)。
圖4的縱軸、橫軸的刻度不同，但為延伸圖17的低空氣比區(qū)域Z2 的才莫式圖。該圖4中，第一線(特性線)E表示上述催化劑4初級側的 CO濃度，第二線F同樣表示初級側的NOx濃度。另外，第三線J表示 上述催化劑4次級側的CO濃度，具有以下特性在空氣比1.0以上時， 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次級側的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l.O, 濃度從基本為零而增加，達到基本與上述催化劑4的初級側濃度相同。 將該上述催化劑4的次級側NOx濃度與初級側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的次級側CO濃度達到300ppm (日本的CO排出標準) 的空氣比。該低空氣比區(qū)域的空氣比-NOx CO特性是之前未進行過研究的新型特性。
上述催化劑4具有將通過上述水管群2后的不含碳氬化合物的上述 氣體所含一氧化碳氧化(第一反應)、同時將氮氧化物還原(第二反應) 的功能，在本實施例1中，使用催化活性物質(zhì)為鉑的催化劑。如上述"具 體實施方式"所說明，當考慮實驗結果理論上進行考察時，認為通過滿
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 一反應和利用 一氧化碳使氮氧化 物還原的第二反應。上述第一反應利用氧濃度來決定反應是否進行，在
該催化劑4下，上述第一反應優(yōu)先于上述第二反應。
更為具體地說明上述催化劑4時，該催化劑為圖3所示的結構，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 個表面上形成多個微小凹凸，在其表面上擔載催化活性材料(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，形成軋輥狀。還可以使用側板23包圍該軋輥狀物質(zhì)進行固定而形 成。作為上述催化活性材料，使用鉑。予以說明，圖3中僅表示上述平 板21和上述波纟反22的一部分。
該催化劑4在低溫域具有氧化活性，為上述第二氣體通路17途中 的上述水平部18,配置在廢氣溫度約10(TC 35(TC、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能夠更換。
上述燃料供給裝置5含有氣體燃料供給管24、設置在該氣體燃料供 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。
上述燃料空氣供給裝置6含有送風機26、從該送風機26向上述燃 燒器1提供燃燒空氣的供氣通路27、通過調(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開度(流路 截面積)的流量調(diào)整裝置的氣門29、用于調(diào)整該氣門29開度位置的氣 門位置調(diào)整裝置30和控制該氣門位置調(diào)整裝置30的動作的上述控制器 8而構成。上述氣門位置調(diào)整裝置30如圖5所示，具備裝卸自如地連接于上 述氣門29的旋轉軸31的驅(qū)動軸32,該驅(qū)動軸32可以介由減速機33用 發(fā)動機34旋轉。作為該發(fā)動機34,使用能夠?qū)⑿D停止位置任意調(diào)整 的發(fā)動機。本實施例中，使用步進發(fā)動機(脈沖發(fā)動機)。
上述驅(qū)動軸32通過介由聯(lián)軸節(jié)35與上述氣門29的旋轉軸31連接， 能夠在大致相同軸線上一體地旋轉。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)動軸32,該驅(qū)動軸32使用固定螺釘38與上述聯(lián)軸節(jié) 35—體化。另一方面，在上述大徑孔穴37中可以插入上述氣門29的旋 轉軸31，該旋轉軸31使用鍵39與上述聯(lián)軸節(jié)35—體地旋轉。因此， 上述旋轉軸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在一端部內(nèi)插入有上述驅(qū)動軸32的狀態(tài)下，另一端 部介由軸承42能夠旋轉地保持在上述氣門位置調(diào)整裝置30的外殼43 上。成為下述結構在該外殼43上以上述減速機33和上述發(fā)動機34 保持在一端部上、上述聯(lián)軸節(jié)35的帶鍵槽41的上述大徑孔穴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和旋轉異常檢測裝置 44。
上述旋轉異常檢測裝置44具備被檢測板45和檢測器46。上述被檢 測板45向半徑方向外側延伸、固定在上述聯(lián)軸節(jié)35的軸方向中央部的 階梯部。該^b險測板45與上述聯(lián)軸節(jié)35或上述驅(qū)動軸32同心地i殳置。 上述^皮檢測板45的外周部的一部分上設有圓周方向等間隔形成有多個 夾縫47、 47…的夾縫形成區(qū)域48。本實施例中，僅四分之一(90度) 的圓弧部分上設有上述夾縫形成區(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。本實施例中，沿著上述^L檢測板 4 5的半徑方向的細長矩形狀的是沿著圓周方向等間隔地沖壓形成的。
用于檢測上述夾縫47的上述檢測器46固定在上述外殼43上。該 檢測器46包括透射型光電斷路器，以介由上述被檢測板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。通過在上述檢測器46 的上述發(fā)光元件49和上述受光元件50之間存在上述祐:4企測寺反45,可通 過上述被檢測板45的上述夾縫47是否配置在對應于上述檢測器46的 位置(對應于上述發(fā)光元件49至上述受光元件50的光路的位置)，來切換有無來自上述受光元件50的上述發(fā)光元件49的受光。由此，能夠 檢測上述氣門29的開度位置。
上述氣門位置調(diào)整裝置30,在圖6中上述夾縫形成區(qū)域48的順時 針方向的端部夾縫51配置在對應于上述檢測器46的位置的狀態(tài)下，按 照上述氣門29使上述供氣通路27為全封閉狀態(tài)進行位置決定，安裝在 上述氣門29的上述旋轉軸31上。
而且，上述夾縫形成區(qū)域48僅形成于上述^皮;險測板45的90度部 分。因此該夾縫形成區(qū)域48的順時針方向的端部夾縫51在配置于對應 于上述檢測器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的逆時針方向的端 部夾縫52在配置于對應于上述檢測器46的位置的狀態(tài)下，上述氣門29 將上述供氣通路27全部打開。
上述氣門位置調(diào)整裝置30成為如下構成上述發(fā)動機34和上述檢 測器46與上述控制器8相連、在監(jiān)視上述氣門29的旋轉異常的同時可 以控制上述發(fā)動機34的旋轉。即，為了控制上述發(fā)動機34,該氣門位 置調(diào)整裝置30具有包含向上述發(fā)動機34發(fā)出的驅(qū)動脈沖的控制信號的 生成電路，可以將該生成的控制信號輸出至上述發(fā)動機34。由此，當上 述發(fā)動機34正轉或倒轉時，對應于驅(qū)動量、即驅(qū)動脈沖數(shù)，任意地控 制其旋轉角。另外，通過變更驅(qū)動脈沖的間隔(傳送速度)，可以控制 旋轉速度。
實際上，當開關控制上述氣門29時，上述控制器8首先為了以上 述氣門29的全關閉位置作為原點進行原點檢測動作。首先，在圖5中， 向逆時針方向旋轉上述^皮檢測板45。此時，當在該祐^檢測板45的上述 夾縫形成區(qū)域48內(nèi)配置上述^r測器46時，由于隨著上述祐^企測寺反45 的旋轉，上述4企測器46定期地4企測上述夾縫47，因此該一全測脈沖作為 檢測信號被輸入到上述控制器8中。而且，當旋轉上述被檢測板45至 上述檢測器46配置于上述夾縫形成區(qū)域48外時，則無法檢測到脈沖。 當未檢測到規(guī)定時間脈沖時，上述控制器8識別上述檢測器46處于上 述夾縫形成區(qū)域48外，將旋轉方向切換成相反方向。即，本實施例中， 使上述被檢測板45順時針方向地旋轉，將最初檢測到脈沖(順時針方 向的端部夾縫51 )的位置作為原點。利用該順時針方向旋轉所進行的原 點確認比旋轉方向切換前的逆時針方向旋轉速度更低。如此檢測出的原點，由于對應于上述氣門29的全關閉位置，因此 以該狀態(tài)為標準，上述控制器8向上述發(fā)動機34輸出驅(qū)動信號，可以 控制上述氣門29的開關。上述控制器8如果為了上述氣門29的開關而 驅(qū)動上述發(fā)動機34時，與此同時從上述檢測器46作為脈沖獲得上述夾 縫47的檢測信號。因此，上述控制器8可將來自上述檢測器46的檢測 信號與向上述發(fā)動機34的控制信號相比較，監(jiān)視上述氣門29的旋轉異 常。具體地說，比較含有向上述發(fā)動機34發(fā)出的驅(qū)動脈沖的控制信號 與含有利用上述檢測器46的上述夾縫47的檢測脈沖的檢測信號，監(jiān)視 有無旋轉異常。
例如，即便向上述發(fā)動機34輸送驅(qū)動脈沖，當從上述檢測器46未 檢測到檢測脈沖時，上述控制器8判定為旋轉異常。此時，來自上述檢
同，因此考慮該差別進行控制。例如，當即便經(jīng)過了驅(qū)動信號的規(guī)定脈 沖部分的時間、仍然一個^r測信號的脈沖都^r測不到時，則首先^l姿照判 定為旋轉異常進行控制。上述控制器8在判定為旋轉異常時，進行報告 異?；蛲Ｖ谷紵鹊奶幹?。相反，當未向上述發(fā)動機34輸送驅(qū)動脈沖、 但從上述檢測器46檢測到脈沖時，也可以檢測旋轉異常。
上述控制器8通過預先記憶的空氣比控制程序，根據(jù)上述傳感器7 的檢測信號，控制上述發(fā)動機34使得上述燃燒器1的空氣比為設定空 氣比(第一控制條件)、且該設定空氣比中上述催化劑4初級側的上述 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。)
在實施例l中，直接控制的是上述第一控制條件，通過滿足該第一 控制條件，自動滿足上述第二控制條件。以下根據(jù)圖4和圖7說明該方面。
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的構成要素的上述初級特性及上述催化劑4的上述次級特性來表 現(xiàn)。另外，圖7根據(jù)相對于上述催化劑4初級側的氧濃度的上述構成要 素的上述初級特性和上述催化劑4的特性來表現(xiàn)圖4的空氣比-NOx CO特性。
上述催化劑4的特性如圖7所示，使用與上述催化劑4初級側的上
述標準^L定濃度比K0相關的第五條線L (次級側[NOxh0、 [CO]=0線)
表現(xiàn)其特征。該第五條線L是，當上述催化劑4初級側的上述濃度比K
位于(承載)上述線上時，使上述催化劑4次級側的氮氧化物濃度和一
氧化碳濃度基本為零、即滿足上述標準規(guī)定濃度比K0的線。該第五條
線L對應于上述式(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。 + 2
:=[CO] …(3A)
2
這里，[NOx]如圖10所示，為[CO]的1/30 1/50左右，因此圖7中， 在省略相對于氧濃度的NOx濃度特性的同時，可以忽略式(3A)的 [NOx]。在該第五條線L中，當使初級側氧濃度為XI時，初級側一氧化 碳濃度Yl成為Yl=2Xl+[NOx]。予以說明，由于確認在上述濃度比K 的值為超過1.0達到2.0的范圍內(nèi)，能夠達到使上述催化劑4次級側的 氮氧化物濃度和一氧化碳濃度為基本為零的上述標準規(guī)定濃度比K0, 因此上述第五條線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的上述初級特性曲線的 第六條線M與上述第五條線L的交點的氧、氮氧化物和一氧化碳的標 準規(guī)定濃度比K0稱作上述特異標準規(guī)定濃度比K0X。上述催化劑4具 有以下特性在使該初級側的上述濃度比K為上述特異標準濃度比K0X 時，使上述催化劑4次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零。 進行該上述標準濃度比K0X的調(diào)整相當于本發(fā)明的調(diào)整0 。
而且，上述催化劑4具有以下特性當進一步提高初級側氧濃度使 其高于對應上述特異標準濃度比K0X的標準氧濃度SK時，在上述催化 劑4次級側處檢測到對應初級側氧濃度與標準氧濃度之差的濃度的氧， 同時使上述催化劑4次級側的一氧化碳濃度基本為零，通過還原反應使 上述催化劑的次級側的氮氧化物濃度降低至低于初級側的氮氧化物濃 度。將該在上述催化劑4次級側處檢測到氧的同時、減少至低于初級側 氮氧化物濃度的區(qū)域稱作次級側NOx泄露區(qū)域Rl。該次級側NOx泄露 區(qū)域R1處，上述燃燒器1的空氣比超過1.0。另外，具有以下特性當降低初級側氧濃度至低于上述標準氧濃度 SK時，在上述催化劑4的次級側處檢測到對應初級側氧濃度與標準氧 濃度SK之差的濃度的一氧化碳、同時在規(guī)定范圍內(nèi)使上述催化劑4的 次級側的氮氧化物濃度基本為零。將該在上述催化劑4次級側處檢測到 一氧化碳的同時、使氮氧化物濃度基本為零的特性的區(qū)域稱作次級側 CO泄露區(qū)域R2。該次級側CO泄露區(qū)域R2為實現(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的空氣比設 定為小于1.0,也可以在上述催化劑4的初級側處在不含碳氫化合物、 含有氧的范圍內(nèi)設定。將上述次級側NOx泄露區(qū)域Rl與上述次級側 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，當控制上述空氣比調(diào)整裝置28使得檢測上述催 化劑4次級側的氧濃度和/或一氧化碳濃度、該氧濃度和/或一氧化碳濃 度達到零時，可以將上述催化劑4初級側的上述濃度比K控制為上述特 異標準濃度比K0X、將上述催化劑4次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳 濃度控制成基本為零。如此，當滿足上述第一控制條件時，則滿足上述 第二控制條件。
上述第一控制條件不滿足時，則產(chǎn)生碳氬化合物等的未燃分。如此， 成為在消耗能量的同時，無法有效地進行上述催化劑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次級側的氮氧化物濃度、 一氧化碳濃度為零， 通過實馬全和理論考察可知，由于上述第一反應和上述第二反應，可以使 ([NOx]+2
) /[CO]的濃度比K基本為1.0。但是也確認，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、響應時間為2sec 以下的響應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在正側成為與氧濃度有關的輸出、在負側成為與一 氧化碳濃度等有關的輸出。即，由測定的氧濃度(氧過量區(qū)域)和一氧 化碳濃度等(燃料過量區(qū)域)計算空氣比m,獲得對應該空氣比m的電 流或電壓的輸出。圖8中，Ql表示氧濃度檢測帶，Q2表示一氧化碳濃 度檢測帶。
而且，上述空氣比控制程序為根據(jù)上述傳感器7的輸出信號進行控制使得上述燃燒器的空氣比m成為設定空氣比m0,具體地如下構成。 即，如圖9所示，根據(jù)來自上述傳感器7的輸出值E與對應設定空氣比 m0的設定值之差，設置變更上述發(fā)動機34的輸送速度V (每單位時間 的驅(qū)動量)的第一控制帶Cl、位于該第一控制帶Cl外側分別使輸送速 度V為第一設定值V1、笫二設定值V2的第二控制帶C2A、 C2B,包含 控制上述發(fā)動機34驅(qū)動量的控制順序。圖9中，Pl表示氣門打開區(qū)域、 P2表示氣門關閉區(qū)域。
上述第一控制帶Cl的設定范圍通過氧濃度N1 (例如100ppm)和 一氧化碳濃度等N2 (例如50ppm)設定，為了使空氣比基本上為1的 設定空氣m0 (對應于上述標準氧濃度SK)進行控制。
上述第一控制帶C1的輸送速度V用下式(4)計算。上述輸送速度
V為每單位時間的驅(qū)動量。本實施例1的上述發(fā)動機34每1步驟地旋
轉角度為0.075度、換算成02時，相當于約30ppm的變動。
V=KXAX …(4)
(K為增益，AX為(上述傳感器7的上述輸出值)-(上述設定值) 之差。)
接著，說明以上構成的上述蒸汽鍋爐的動作。首先，對于蒸汽鍋爐 的概略動作，由上述送風機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供給的燃料氣體預先混合。該 預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。 預混合氣體通過點火裝置(未圖示)點燃，燃燒。該燃燒以1.0附近的 低空氣比進行。
伴隨該燃燒產(chǎn)生的氣體與上游側水管群2交叉、被冷卻后，與下游 側的水管群2進行熱交換被吸熱，成為約10(TC 35(TC氣體。該氣體不 含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳，在使用上述催化劑進行 處理、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零后，作為廢氣從上述第二 氣體通路17排出至大氣中。
接著，說明利用上述空氣比調(diào)整裝置28的空氣比控制。本實施例 的鍋爐交替運行高燃耗和低燃耗。因此，上述氣門29選擇高燃耗風量 位置和低燃耗風量位置的任一個來定位。
該氣門29的位置調(diào)整根據(jù)來自上述控制器8的指令、利用上述氣 門位置調(diào)整裝置30進行。即，上述控制器8輸入高燃耗或低燃耗的選擇信號以及對應于上述傳感器7的檢測空氣比的輸出值，輸出上述發(fā)動
機34的驅(qū)動信號，調(diào)整上述氣門29的開度位置。上述控制器8以來自 原點的脈沖數(shù)，將成為對應于高燃耗時和低燃耗時的各標準設定空氣比 m0的設定值的上述氣門29的設定開度位置分別作為初始值記憶。
首先，說明高燃耗時的控制。上述控制器8在判定目前的上述氣門 29的開度位置相對于上述設定開度位置為開放側(必須向關閉方向進行 控制的 一側)還是關閉側(必須向開放方向進行控制的 一側)的同時， 演算上述發(fā)動機34的驅(qū)動脈沖數(shù)。同時，判定上述輸出值在圖9中屬 于上述第一控制帶Cl和上述笫二控制帶C2A、 C2B的哪一個。
屬于上述第二控制帶C2A時，以第 一設定輸送速度V2且以所演算 的驅(qū)動脈沖驅(qū)動上述發(fā)動機34,快速地關閉上述氣門29。屬于上述第 二控制帶C2B時，以第二設定輸送速度VI且以所演算的驅(qū)動脈沖驅(qū)動 上述發(fā)動才幾34,快速地打開上述氣門29。如此，當豐交偏離對應于標準 設定空氣比m0的設定值時，由于快速地進行使對應于檢測空氣比的輸 出值接近對應于標準設定空氣比m0的設定值的控制，因此可以進行響 應性良好的空氣比控制。
另外，屬于上述第一控制帶Cl時，在判定旋轉方向的基礎上，根 據(jù)上述式(4),演算上述發(fā)動機34的輸送速度，以所演算的輸送速度 和所演算的驅(qū)動脈沖驅(qū)動上述發(fā)動機34。該第一控制帶C1的控制隨著 遠離對應于標準設定空氣比m0的設定值而加速輸送速度。通過如此控 制，可以迅速地接近對應于目標的標準設定空氣比mO的設定值。另夕卜， 通過利用確實地進行旋轉位置控制的步進發(fā)動機和進行隨著對應于檢 測空氣比的輸出值接近于標準設定空氣比m0的設定值而減'隄輸送速 度，可以控制對應于標準設定空氣比m0的設定值附近的空氣比的過沖 和波動。
通過如此的空氣比控制，可以使上述燃燒器1的空氣比為接近1.0 的低空氣比、且將上述催化劑4初級側的氣體濃度比變化幅度控制在很 小、穩(wěn)定地滿足上述式(2)。結果，可以在使上述催化劑4次級側的 氮氧化物濃度基本為零的同時，降低一氧化碳濃度達到基本為零。當使 設定空氣比m0小于1.0時，在使次級側氮氧化物濃度基本為零的同時， 可以將一氧化碳濃度降低至實用范圍的規(guī)定值以下。 (實施例1)說明在每單位時間的蒸發(fā)量為800kg的罐體3 (申請人將制造的型 號稱作SQ-800的罐體)內(nèi)利用燃燒量45.2m3N/h的預混合燃燒器1使 其燃燒、作為催化活性物質(zhì)使用以2.0g/L的比例擔載有Pt的體積10L、 內(nèi)徑360mm的催化劑時的實驗結果。當將上述標準設定空氣比m0為1 時，上述催化劑4的初級側(通過上述催化劑4之前)的一氧化碳濃度、 氮氧化物濃度、氧濃度，以各個10分鐘的平均值計，被調(diào)整至2295ppm、 94ppm、 1655ppm,上述催化劑4的次級側(通過上述催化劑4之后) 的各個濃度，以10分鐘平均值計，為13ppm、 0.3ppm、 100ppm不到。 這里，上述催化劑4次級側的氧濃度100ppm是氧濃度的測定界限。另 外，上述催化劑4前后的氣體溫度分別為302°C、 327°C。在本實施例1 和以下實施例2、 3中，將上述催化劑4配置在上述給水預熱器20的稍 上游位置，在其前后配置測定裝置，使用林式會社堀場制作所制PG-250 測定通過上述催化劑4后的各濃度和氣體溫度，使用林式會社堀場制作 所制COPA-2000測定通過前的各濃度。當然，即便將上述催化劑4配 置在圖l所示位置上，也可認為測定濃度值基本沒有變化。 (實驗例2)
將使用與實施例1相同的燃燒器1和罐體3,使燃燒量與實施例1 相同，作為催化活性物質(zhì)使用以2.0g/L的比例擔載有Pd的體積IOL、 內(nèi)徑360mm的催化劑時的一氧化碳濃度、氮氧化物濃度、氧濃度的各 濃度比K的值示于圖10。這里，由于使用與實施例1同樣的氧濃度傳 感器測定通過催化劑后的氧濃度，因此實際即便為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)上述實施例1,通過調(diào)整燃燒空氣與燃料比例的氣門位置調(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 初級側的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比控制為上述特異標準濃度 KOX (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化技術和利用投入脫硝劑 的低NOx化技術，利用使用空氣比調(diào)整裝置和催化劑的簡易構成即可 實現(xiàn)低NOx和低CO。
另外，由于使空氣比基本為1.0,因此可進行節(jié)能運行。順便提一 句，與通常鍋爐的氧濃度4%(空氣比約1.235 )的運行和氧濃度0%(空氣比約1.0)的運行相比，可以提高約1~2%的鍋爐效率。在呼吁地球溫 暖化對策的今天，該鍋爐效率提高達成的產(chǎn)業(yè)價值非常大。
而且，由于在上述催化劑4的次級側設置上述傳感器7控制空氣比， 因此相比較于在上述催化劑4的初級側設置傳感器相比，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 可以應答性良好地穩(wěn)定地進行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。
另外，通過該實施例1,由于上述催化劑4排出氮氧化物濃度基本 變?yōu)榱?，因此可以抑制上述給水預熱器20的氮氧化物所導致的腐蝕。 而且，通過使上述燃燒器1為預混合氣體燃燒器，由于生成氣體中幾乎 不含硫的氧化物，因此在硫酸導致的腐蝕少的同時、還抑制上述催化劑 4導致的硝酸腐蝕。結果，可以提供上述給水預熱器20的廢氣所導致的 腐蝕少的鍋爐。另夕卜，在上述催化劑4下由于約2000ppm以上的一氧化 碳氧化、進行還原作用，因此其發(fā)熱量與上述專利文獻2 (將約400ppm 左右的一氧化碳氧化)相比更大。通過該實施例，可以利用上述給水預 熱器20高效地回收該大量的熱量。
實施例2
根據(jù)圖11和圖12說明本發(fā)明的其它實施例2。該實施例2并非將 檢測氧濃度的傳感器7設置在上述催化劑4的次級側，而是設置在初級 側。該傳感器7是僅檢測氧濃度的傳感器。將基于該傳感器7的上述發(fā) 動機34的控制特性示于圖12。以下，僅說明與上述實施例1不同的方 面，共同部分省略說明。
在該實施例2中，利用上述傳感器7;f企測上述催化劑4初級側的氧 濃度間接地控制空氣比使得標準設定空氣比m0為1.0 (使上述催化劑4 次級側的氧濃度為零)。根據(jù)各種實驗結果可知，當將上述催化劑4初 級側的氧濃度02控制為0%<02^1.00%值，可以滿足上述式(2)使上 述催化劑4次級側的氧濃度基本為零，即使空氣比基本為1。
這里，該實施例2的空氣比控制程序如圖12所示，根據(jù)來自上述 傳感器7的檢測值E (氧濃度信號)，設置對應該檢測值和設定氧濃度 值之差變更上述發(fā)動機34的輸送速度V (每單位時間的驅(qū)動量)的第 一控制帶Cl、分別使該第一控制帶Cl外側處輸送速度V為第一設定值、 第二設定值的第二控制帶C2A、 C2B,包括控制上述發(fā)動機34驅(qū)動量的控制順序。
上述第 一控制帶Cl的設定范圍包含在用氧濃度Nl和氧濃度N2設 定的范圍內(nèi)。上述第一控制帶C1的輸送速度V與上述實施例1同樣用 上述式(4)計算。
實施例3
本實施例3參照圖13,以含有驅(qū)動上述送風4幾26的送風才幾用發(fā)動 機52、和控制該發(fā)動機52旋轉數(shù)的變換器53來構成上述空氣比控制裝 置28。該實施例4中，并非使用上述氣門29進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進行的構成。利用該控 制器8的上述送風機用發(fā)動機52的控制可以是抑制上述實施例1的圖9 所示過沖和波動的控制。上述氣門29在點燒時降低開度，當進入點燒 后的穩(wěn)定燃燒時，增大開度，進行高燃耗和低燃耗的風量控制。該風量 控制可以使用上述變換器53進行，但并非局限于此，可以利用上述氣 門29和上述變換器53的任一者進行燃燒時等的風量控制。該實施例3 中，其它構成與上述實施例1同樣，因此省略其說明。
實施例4
接著，對于在上述實施例l中，上述空氣比控制程序包含在上述催 化劑4的異常時防止大量一氧化碳排出的異常時控制程序的實施例4, 才艮據(jù)圖14和圖15進行說明。以下，以不同于上迷實施例1的構成為中 心進行說明。
參照圖14,在上述催化劑4的次級側具備檢測上述催化劑4異常的 第二傳感器54。該第二傳感器54為檢測一氧化碳濃度的傳感器。而且， 具備附設在上述控制器8上、作為報告裝置的顯示器55。另外，上述異 常時控制程序包括以下程序為了即便在上述催化劑4不正常發(fā)揮功能 時使上述催化劑4次級側的一氧化碳濃度為排出標準值(300ppm)以下， 將上述空氣比控制為第二設定空氣比入2(例如1.25)使得上述催化劑4 初級側的 一氧化碳濃度為排出標準值以下的第二設定值。
該異常時控制程序可以如下構成。當上述控制裝置在上述第二傳感 器54的檢測值超過作為異常判定標準值的設定值(例如300ppm)時， 首先用上述報告器55報告異常，同時從上述第一設定空氣比入l的燃燒 向上述第二設定空氣比入2的燃燒移動。
根據(jù)圖15說明本實施例4的動作。處理步驟Sl (以下處理步驟SN僅稱作SN)中，上述燃燒器1以第一設定空氣比入1進行燃燒。在此狀 態(tài)下，在S2中判斷上述第二傳感器54的檢測值是否超過上述設定值。 在S2中，當判定為否時，返回至S1。
上述催化劑4性能降低的結果為，當上述檢測值超過設定值時，判 定為是、移至S3。上述控制器8向作為報告裝置的上述顯示器55輸送 信號，報告異常。然后，移至S4，開始從上述第一設定空氣比入1的燃 燒向上述第二設定空氣比入2的燃燒。通過該第二設定空氣比入2的燃 燒，上述催化劑4初級側的氣體中所含的一氧化碳濃度成為上述排出標 準以下(例如100 50ppm)。結果，假設即便上述催化劑4完全沒有功 能，也可以使一氧化碳濃度為排出標準值以下。
該實施例4的鍋爐管理者或維護員根據(jù)上述顯示器55的報告了解 到上述催化劑4異常，通過進行其更換或調(diào)整，正?；鲜龃呋瘎┑墓?能。之后，可以開始利用上述第一設定空氣比人1的燃燒。
實施例5
根據(jù)圖16說明本發(fā)明的實施例5。本實施例5使上述第二傳感器4 為用于檢測上述第一傳感器7異常的傳感器。該第二傳感器54與上述 第一傳感器7相同為檢測空氣比的傳感器。
本實施例5的異常時控制程序通過圖16所示的控制順序執(zhí)行。即， 在S11中，如上所述進行利用上述第一傳感器7的空氣比控制。S12中 進行上述第一傳感器7的異常判定。該判定中包括以下處理。首先比較 上述第二傳感器54的檢測值和上述第一傳感器7的檢測值。接著，在 上述第二傳感器54為正常值、即檢測到設定空氣比而上述第一傳感器7 為異常值、即未檢測到上述設定空氣比時，變更上述設定空氣比。進而， 當上述第一傳感器7未檢測到變更的空氣比、上述第二傳感器54檢測 到變更的空氣比時，判定上述第一傳感器7異常。
當在S12中判定為異常時，在S13中進行利用上述第二傳感器54 的空氣比控制。這樣，由于在上述第一傳感器7的異常時通過上述第二 傳感器54控制了空氣比，因此可以防止由于上述第一傳感器7的異常 產(chǎn)生超過上述催化劑4處理能力的一氧化碳，結果防止大量的一氧化碳 的排出。
本發(fā)明并非限于上述實施例1 5。例如，圖4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的結構而曲線和濃度值不同，因此可以使用不同的特性。另外，在上述實施例1、 2中將設 定空氣比設定為1.0以上，但只要在不損害燃燒特性、不產(chǎn)生碳氫化合 物的范圍內(nèi)，可以設定為低于空氣比1.0的值。
另外，上述實施例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，上述氣門位置調(diào)整裝置30的結構可以進行各 種變形。另外，上述發(fā)動機34還可以為除了步進發(fā)動機之外的例如齒 輪發(fā)動機(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控制上述氣門位置調(diào)整裝置30，但也可以為下述構成除了 該控制器8之外，設置上述氣門位置調(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,進行空氣比 控制。
權利要求
1. 一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的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氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置；其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣比為設定空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比達到規(guī)定濃度比的特性，上述催化劑具有在使上述濃度比為上述規(guī)定濃度比時使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度基本為零、一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的特性，通過利用上述空氣比調(diào)整裝置控制成上述設定空氣比，將上述規(guī)定濃度比保持在一定。
2. —種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮 氧化物和 一 氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置；其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣比 為標準設定空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物 和一氧化碳的濃度比K達到標準規(guī)定濃度比K0的特性，上述氧化催化劑具有在使上述濃度比K為上述標準規(guī)定濃度比K0 時使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為 零的特性，通過利用上述空氣比調(diào)整裝置控制成上述標準設定空氣比，將上述 規(guī)定濃度比保持在一定。
3. —種鍋爐，其具備使含有碳氬化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮氧化物和 一 氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的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氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在使上述空氣比 為第一設定空氣比時上述氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物 和一氧化碳的濃度比K達到第一規(guī)定濃度比Kl的特性，上述氧化催化劑具有在使上述濃度比K為上述第一規(guī)定濃度比Kl 時使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物基本為零、 一氧化碳濃度為規(guī) 定值以下的特性，通過利用上述空氣比調(diào)整裝置控制成上述第一設定空氣比，將上述 規(guī)定濃度比保持在一定。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的鍋爐，其特征在于，使判定所述標準 頭見定濃度比K0的式子為下式(1)、所述標準^見定濃度比K0滿足下式(2),使所述第一規(guī)定濃度比Kl小于所述標準濃度比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。
5. —種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫 化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群； 利用氧將通過該水管群后的上述氣體所含的 一氧化碳氧化、利用一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的 空氣比調(diào)整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成在利 用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，能夠獲得使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度比基本為零、使一氧化碳 濃度基本為零或規(guī)定值以下的上述氧化催化劑的初級側的氧、氮氧化物 和一氧化碳的規(guī)定濃度比。
6. —種鍋爐，其具備使含有碳氬化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氬 化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群； 利用氧將通過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的 空氣比調(diào)整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在利用上述空氣 比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，使上述氧化催化劑 的次級側的氮氧化物濃度和氧濃度基本為零、使一氧化碳濃度基本為零 或規(guī)定值以下的空氣比-NOx . CO特性。
7. —種鍋爐，其具備使含有碳氬化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氪 化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群； 利用氧將通過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的 空氣比調(diào)整裝置；其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成在利 用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，使上述 氧化催化劑的初級側的上述氣體中的一氧化碳濃度與通過上述氧化在 上述氧化催化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度和通過上述還原在上述氧化催 化劑內(nèi)減少的一氧化碳濃度之和基本相等或者更多。
8. —種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氬 化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的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氧化催化劑；和檢測上述預混合燃燒器的空氣比的傳感器；根據(jù)該傳感器的檢測信號控制上述預混合燃燒器至設定空氣比的 空氣比調(diào)整裝置，其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有以下構成在利 用上述空氣比調(diào)整裝置將上述空氣比調(diào)整至上述設定空氣比時，流入上 述氧化催化劑之前的上述氣體濃度比滿足下式(3)。<formula>formula see original document page 5</formula> …(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。)
9. 根據(jù)權利要求5 8所述的燃燒裝置，其特征在于，使所述設定空 氣比基本為1.0。
10. —種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮 氧化物和 一 氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用一 氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置；其特征在于，上述預混合燃燒器和上述水管群具有在利用上述空氣 比調(diào)整裝置在空氣比1.0附近進行調(diào)整而獲得的上述氧化催化劑的初級 側的含有氧、氮氧化物和一氧化碳的上述氣體相關的上述氧化催化劑的 初級側的空氣比-NOx . CO特性，上述空氣比調(diào)整裝置在上述次級側空氣比-NOx . CO特性的 NOx'CO減少區(qū)域處，按照使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃 度基本為零的設定空氣比控制上述預混合燃燒器的空氣比。
11. 一種鍋爐，其具備使含有碳氫化合物的燃料燃燒、產(chǎn)生不含碳氫化合物、含有氧、氮 氧化物和 一 氧化碳的氣體的預混合燃燒器；從該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體吸熱的水管群；利用氧將通過該水管群后的上述氣體所含的 一 氧化碳氧化、利用一氧化碳將氮氧化物還原的氧化催化劑；和調(diào)整上述預混合燃燒器的燃燒空氣量與燃料量的比例的空氣比調(diào) 整裝置；其特征在于，上述氧化催化劑具有以下特性在使其次級側氮氧化 物濃度和一氧化碳濃度基本為零的上述氧化催化劑初級測得氣體中的 氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比為標準規(guī)定濃度比、使上述濃度比為 上述標準規(guī)定濃度比時，使上述氧化催化劑的次級側的氧濃度、氮氧化 物濃度和一氧化碳濃度基本為零，當降低初級側氧濃度至低于上述標準 氧濃度時，使上述氧化催化劑的次級側的氮氧化物濃度和氧濃度基本為 零、減少一氧化碳濃度，上述空氣比調(diào)整裝置通過根據(jù)上述氧化催化劑的次級側的氧濃度 和/或一氧化碳濃度調(diào)整上述空氣比，使上述氧化催化劑的次級側的氮氧 化物濃度基本為零、使一氧化碳濃度基本為零或減少。
12. 根據(jù)權利要求1 3、 5 8、 10、 ll任一項所述的鍋爐，其特征在 于，具備控制所述氣體溫度、將氮氧化物濃度抑制在規(guī)定值以下的氮氧 化物產(chǎn)生抑制裝置。
13. 根據(jù)權利要求1 3、 5~8、 10、 ll任一項所述的鍋爐，其特征在 于，在上述氧化催化劑的次級側具備給水預熱器。
14. 根據(jù)權利要求1 3、 5 8、 10、 ll任一項所述的鍋爐，其特征在 于，具備用于檢測上述催化劑或上述傳感器異常地第二傳感器、報告裝 置、和根據(jù)上述笫二傳感器的檢測值判定上述異常利用上述報告裝置報 告其異常的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明的第一目的在于能夠使氮氧化物的排出量減少至無限接近零、將一氧化碳排除量減少至容許范圍內(nèi)。第二目的在于實現(xiàn)利用接近1.0的低空氣比的燃燒的節(jié)能。第三目的在于在低空氣比的燃燒區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定地進行空氣比控制。其特征在于，具備預混合燃燒器；通過與該預混合燃燒器產(chǎn)生的氣體的熱交換，抑制所述氣體溫度、將氮氧化物濃度抑制在規(guī)定值以下的水管群；利用氧將通過水管群后的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氧化催化劑；和調(diào)整預混合燃燒器的空氣比的空氣比調(diào)整裝置，預混合燃燒器和水管群具有在使空氣比為設定空氣比時氧化催化劑的初級側的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比達到規(guī)定濃度比的特性，上述氧化催化劑具有在使?jié)舛缺葹橐?guī)定濃度比時使氧化催化劑的次級側的氮氧化物基本為零、一氧化碳濃度基本為零或規(guī)定值以下的特性，通過利用空氣比調(diào)整裝置控制成設定空氣比，將規(guī)定濃度比保持在一定。
文檔編號F23C99/00GK101415996SQ20078001238
公開日2009年4月22日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權日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 申請人:三浦工業(yè)株式會社