專利名稱：催化劑劣化防止裝置和低NOx燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于水管鍋爐、吸收式冷凍機(jī)的再生器等的催化劑劣 化防止裝置和低NOX燃燒裝置。
本申請(qǐng)主張基于2007年3月15日在日本申請(qǐng)的特愿2007-66309 號(hào)和2007年5月16日在日本申請(qǐng)的特愿2007-130789號(hào)的優(yōu)先權(quán)，這 里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
一般地，作為NOx產(chǎn)生的抑制原理，已知有火焰(燃燒氣體)溫 度的抑制、高溫燃燒氣體滯留時(shí)間的縮短等。然后，有應(yīng)用了這些原理 的各種低NOx化技術(shù)。例如，提出了 2階段燃燒法、濃差燃燒法、廢 氣再循環(huán)燃燒法、水添加燃燒法、蒸汽噴射燃燒法、利用水管組的火焰 冷卻燃燒法等的提案，并將其實(shí)用化。
但是，即使對(duì)于水管鍋爐等的容量較小的NOx產(chǎn)生源，人們對(duì)其 給環(huán)境造成的影響的擔(dān)心也在增加，開(kāi)始要求進(jìn)一步的低NOx化。在 該低NOx化過(guò)程中，當(dāng)減少NOx的生成時(shí)，CO的排出量增加，因此 難以同時(shí)消減NOx和CO。
其原因是由于低NOx化與CO化是兩個(gè)相反的技術(shù)課題。即，當(dāng)為 了促進(jìn)低NOx而使燃燒氣體溫度急劇降低、抑制在900°C以下的低溫時(shí)， CO大量產(chǎn)生，同時(shí)產(chǎn)生的CO不,皮氧化而直接排出，從而CO排放量增 大。相反，當(dāng)為了減少CO的排放量而將燃燒氣體溫度抑制在高的溫度 時(shí)，NOx生成量的抑制變得不充分。
為了解決該課題，申請(qǐng)人提出了伴隨低NOx化并盡可能地減少產(chǎn) 生的CO量、以及將產(chǎn)生的CO氧化這樣的抑制了燃燒氣體溫度的低NOx 和低CO技術(shù)的方案，并進(jìn)行商品化(參考專利文獻(xiàn)1、 2)。但是，對(duì) 于該專利文獻(xiàn)l、 2記述的低NOx化技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)中，生成NOx值限于 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，該的溫度，進(jìn)行使生成的NOx值在規(guī)定值以下的低NOx化步驟，之后進(jìn) 行使來(lái)自上述低NOx化步驟的排放CO值在規(guī)定值以下的低CO化步驟 (參考專利文獻(xiàn)3、 4)。根據(jù)該專利文獻(xiàn)3、 4記述的技術(shù)，可以進(jìn)行 使NOx值低于10ppm的低NOx化，但難以實(shí)現(xiàn)使NOx值低于5ppm的 低NOx化。這是因?yàn)橛捎谌紵奶匦裕豢杀苊獾厣?ppm以上的 NOx的緣故。
專利文獻(xiàn)3、 4記述的低NOx化技術(shù)屬于空氣比為1.38以上的所謂 高空氣比燃燒區(qū)域。另一方面，在接近于1的低空氣比的燃燒區(qū)域，氮 氧化物的產(chǎn)生量增加，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低NOx和低CO化，以及當(dāng)空氣比 為l以下時(shí)，有發(fā)生回火的可能性等，難以進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒控制，因此 低空氣比燃燒的區(qū)域迄今為止幾乎不作為研究開(kāi)發(fā)的對(duì)象。
另一方面，開(kāi)始要求可節(jié)約能源的低空氣比運(yùn)轉(zhuǎn)。
專利文獻(xiàn)1:曰本專利第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)(對(duì)應(yīng)專利文獻(xiàn)l的美 國(guó)專利)
專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)2004-125378號(hào)公才艮
專利文獻(xiàn)4:美國(guó)專利第6792895號(hào)說(shuō)明書(shū)(對(duì)應(yīng)專利文獻(xiàn)2的美 國(guó)專利)

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的發(fā)明人在至今幾乎沒(méi)有被研究過(guò)的、接近于1的低空氣比 的燃燒區(qū)域，.尋求并研究可以降低氮氧化物的排出量、且可以將一氧化 碳排出量減少至容許范圍，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)由低空氣比導(dǎo)致的能源節(jié)約的 燃燒方法和燃燒裝置。
其結(jié)果是開(kāi)發(fā)出使用氧化還原催化劑使空氣比幾乎為1時(shí)，使NOx 和CO基本為零的、節(jié)約能源且超低公害的燃燒方法和燃燒裝置。關(guān)于 該燃燒方法和燃燒裝置，在特愿2005-30034號(hào)和特愿2006-184879號(hào)等 中已經(jīng)申請(qǐng)完畢。
本發(fā)明是這些申請(qǐng)完的發(fā)明的改良，本發(fā)明欲解決的主要課題是防 止催化劑手段的性能降低。另外，本發(fā)明的次要課題是長(zhǎng)期持續(xù)保持能 源節(jié)約和低公害的效果。這里，"防止性能降低，，是含有延遲性能降低 的概念。另外，"低公害"是減少NOx和CO的意思。本發(fā)明是為了解決上述i果題而作出的，本發(fā)明涉及的第一發(fā)明是關(guān) 于催化劑手段的催化劑劣化防止裝置，所述催化劑手段含有通過(guò)接觸而 產(chǎn)生氣體的化學(xué)變化的催化劑成分。在本發(fā)明的裝置中，在上述催化劑 手段的一次側(cè)具有除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是 在上述氣體中含有、在上述催化劑成分上吸附、或者與該催化劑成分形 成化合物的中毒物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)上述中毒物質(zhì)除去手段可以吸附除去中毒物質(zhì)， 因此能夠長(zhǎng)期保證上述催化劑手段的性能。
對(duì)于本發(fā)明涉及的第二發(fā)明，在上述第一發(fā)明中，使上述中毒物質(zhì) 除去手段與上述催化劑手段相互空出間隔，將它們各自以可交換的方式 進(jìn)行設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明，除了上述第一發(fā)明的效果，另外由于以個(gè)別地可交換 的方式設(shè)置上述中毒物質(zhì)除去手段和上述催化劑手段，所以也可以僅交 換上述中毒物質(zhì)除去手段。另外，使上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化 劑手段空出間隔的方式來(lái)設(shè)置，因此可以利用前緣效應(yīng)提高上述催化劑 手段的功能，能夠在上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段之間產(chǎn)生 氣體的混合，而使氣體成分均勻化。
對(duì)于本發(fā)明涉及的第三發(fā)明，在上述第一發(fā)明中，使上述中毒物質(zhì) 除去手段的吸附中毒物質(zhì)或者與該催化劑成分形成化合物的成分的載 體與上述催化劑手段的催化劑成分的載體整體地構(gòu)成，以可交換的方式 進(jìn)行設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明，除了上述第一發(fā)明的效果，另外由于使上述中毒物質(zhì) 除去手段與上述催化劑手段形成一個(gè)整體，所以對(duì)于裝置的裝卸等的操 作變得容易。
對(duì)于本發(fā)明涉及的第四發(fā)明，在上述第一發(fā)明中，使在上述中毒物 質(zhì)除去手段中含有的催化劑成分的量比上述催化劑手段中含有的量少 (含有零)。
根據(jù)本發(fā)明，除了上述第一發(fā)明的效果，另外可以減少催化劑成分 的使用量，以便宜的價(jià)格來(lái)構(gòu)成。
本發(fā)明涉及的第五發(fā)明是關(guān)于低NOx燃燒裝置的發(fā)明，所述低NOx 燃燒裝置具有通過(guò)燃燒生成含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃 燒器；從上述氣體中吸熱的吸熱手段；具有催化劑成分的催化劑手段，所述催化劑成分利用氧氧化在通過(guò)該吸熱手段后的上述氣體中所含的
一氧化碳并利用一氧化碳還原氮氧化物；在上述催化劑手段的一次側(cè)設(shè) 置的、除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體 中含有、在上述催化劑成分上吸附、或者與該催化劑成分形成化合物的 至少含有硫的中毒物質(zhì)；用于檢測(cè)上述燃燒器的空氣比的傳感器；基于 該傳感器的檢測(cè)信號(hào)，將上述燃燒器的空氣比控制在設(shè)定空氣比的空氣 比調(diào)節(jié)手段。在該裝置中，上述燃燒器和上述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu) 成，即，在利用上述空氣比調(diào)節(jié)手段將上述空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣 比時(shí)，將上述催化劑手段的一次側(cè)氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的 濃度比調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零或 者規(guī)定值以下、使一氧化碳濃度基本為零或者規(guī)定值以下的規(guī)定濃度 比。
根據(jù)本發(fā)明，由于利用上述中毒物質(zhì)除去手段除去硫等的中毒物 質(zhì)，所以可以長(zhǎng)期保證上述催化劑手段的性能。其結(jié)果是能夠長(zhǎng)期地持 續(xù)保持由上述催化劑手段導(dǎo)致的NOx零減少效果和CO減少效果。
本發(fā)明涉及的第六發(fā)明是關(guān)于低NOx燃燒裝置的發(fā)明，所述低NOx 燃燒裝置具有燃燒器；從利用該燃燒器生成的氣體中進(jìn)行吸熱的吸熱 手段；具有催化劑成分的催化劑手段，所述催化劑成分利用氧氧化在通 過(guò)該吸熱手段后的上述氣體中所含的 一 氧化碳并利用 一 氧化碳還原氮 氧化物；在上述催化劑手段的一次側(cè)設(shè)置的、吸附除去中毒物質(zhì)的中毒 物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑成分
于;全測(cè)上i燃燒器的空氣比的傳感器；基于該傳感器的檢測(cè)信號(hào)，、將上
述燃燒器的空氣比控制在設(shè)定空氣比的空氣比調(diào)節(jié)手段。在該裝置中， 上述燃燒器和上述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，在利用上述空氣比 調(diào)節(jié)手段將上述空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣比時(shí)，進(jìn)行濃度比調(diào)節(jié)，該 濃度比調(diào)節(jié)對(duì)上述催化劑手段的一次側(cè)氣體中的氧、氮氧化物和一氧化 碳的濃度比K進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，上述濃度比調(diào)節(jié)是下述調(diào)節(jié)0、調(diào)節(jié)l、 調(diào)節(jié)2中的任一者。
調(diào)節(jié)0:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(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)節(jié)1:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧
8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)節(jié)2:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(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。
對(duì)于本發(fā)明涉及的第七發(fā)明，在上述第六發(fā)明中，使判定上述標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定濃度比KO的式子為下式(1),上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO滿足下式 (2),使上述第一規(guī)定濃度比K1比上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO小，使上 述第二規(guī)定濃度比K2比上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO大。
([NOx]+2
) /[CO] = K ( 1 )
l.(KK = KCK2.0 (2)
(在式(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。)
根據(jù)上述第六或者第七發(fā)明，由于利用上述中毒物質(zhì)除去手段將硫 等的中毒物質(zhì)除去，所以可以長(zhǎng)期保證上述催化劑手段的性能。其結(jié)果 是能夠長(zhǎng)期地持續(xù)保持由上述催化劑手段導(dǎo)致的NOx減少效果和CO減 少效果。
本發(fā)明涉及的第八發(fā)明是關(guān)于低NOx燃燒裝置的發(fā)明，所述低NOx 燃燒裝置具有通過(guò)燃燒生成含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃 燒器；從上述氣體中吸熱的吸熱手段；具有催化劑成分的催化劑手段， 所述催化劑成分利用氧氧化在通過(guò)該吸熱手段后的上述氣體中所含的 一氧化碳并利用 一 氧化碳還原氮氧化物；在上述催化劑手段的 一 次側(cè)設(shè) 置的、除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體 中含有、在上述催化劑成分上吸附、或者與該催化劑成分形成化合物的 至少含有硫的中毒物質(zhì)；用于檢測(cè)上述燃燒器的空氣比的傳感器；基于 該傳感器的檢測(cè)信號(hào)，將上述燃燒器的空氣比控制在設(shè)定空氣比的空氣 比調(diào)節(jié)手段。在該裝置中，上述燃燒器和上述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu) 成，即，在利用上述空氣比調(diào)節(jié)手段將上述空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣 比時(shí)，上述催化劑的一次側(cè)的上述氣體的濃度比滿足下式(3)。
9([NOx]+2
) /[CO] < 2.0( 3 )
(在式(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。)
根據(jù)本發(fā)明，由于利用上述中毒物質(zhì)除去手段將硫等的中毒物質(zhì)除 去，所以可以長(zhǎng)期保證上述催化劑手段的性能。其結(jié)果是能夠長(zhǎng)期地持 續(xù)保持由上述催化劑手段導(dǎo)致的NOx減少效果和CO減少效果。
對(duì)于本發(fā)明涉及的第九發(fā)明，在上述第五至第八發(fā)明中，使上述中 毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段相互空出間隔，將它們各自以可交換 的方式進(jìn)行設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明，除了上述第五至第八發(fā)明的效果，另外由于以個(gè)別地 可交換的方式設(shè)置上述中毒物質(zhì)除去手段和上述催化劑手段，所以也可 以僅交換上述中毒物質(zhì)除去手段。另外，使上述中毒物質(zhì)除去手段與上 述催化劑手段空出間隔的方式來(lái)設(shè)置，因此可以利用前緣效應(yīng)提高上述 催化劑的功能，能夠在上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段之間產(chǎn) 生氣體的混合，而使氣體成分均勻化。
對(duì)于本發(fā)明涉及的第十發(fā)明，在上述第五至第八發(fā)明中，使上述中 毒物質(zhì)除去手段的吸附中毒物質(zhì)或者與該催化劑成分形成化合物的成 分的載體與上述催化劑手段的催化劑成分的載體整體地構(gòu)成，以可交換
的方式進(jìn)行設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明，除了上述第五至第八發(fā)明的效果，另外由于使上述中 毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段形成一個(gè)整體，所以對(duì)于裝置的裝卸 等的操作變得容易。
對(duì)于本發(fā)明涉及的第十一發(fā)明，在上述第五至第八發(fā)明中，使在上 述中毒物質(zhì)除去手段中含有的催化劑成分的量比上述催化劑手段中含 有的量少(含有零)。
根據(jù)本發(fā)明，除了上述第五至第八發(fā)明的效果，另外可以減少催化 劑成分的使用量，以便宜的價(jià)格來(lái)構(gòu)成。
根據(jù)該發(fā)明，可以防止催化劑手段的性能降低。


是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1的原理構(gòu)成的附圖。[圖2]是本發(fā)明的實(shí)施例1的蒸氣鍋爐的縱截面圖。是沿圖i的n-n線的截面圖。是表示從廢氣的流動(dòng)方向觀察圖2的催化劑的主要部分構(gòu)成 的附圖。是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1的使用了空氣比-NOx《0特性的空 氣比控制的附圖。是本發(fā)明實(shí)施例1的擋板位置調(diào)節(jié)裝置的使用狀態(tài)的一部分 截面的附圖。是該擋板位置調(diào)節(jié)裝置的主要部分的截面圖。是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1的燃燒器和吸熱手段的特性和催化
劑的特性的模式圖。是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1的傳感器的輸出特性的附圖。是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1的馬達(dá)控制特性的附圖。是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1的NOx和CO減少特性的附圖。是本發(fā)明的實(shí)施例2的蒸氣鍋爐的縱截面圖。是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2的馬達(dá)控制特性的附圖。是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例3的使用了空氣比-NOx . CO特性的
空氣比控制的附圖。是本發(fā)明的實(shí)施例4的蒸氣鍋爐的縱截面圖。
符號(hào)說(shuō)明 1燃燒器
3中毒物質(zhì)除去手段 4催化劑(催化劑手段) 7空氣比調(diào)節(jié)手段 8傳感器
9控制器(控制手段)
具體實(shí)施例方式
在說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，對(duì)于在本申請(qǐng)中使用的用語(yǔ)進(jìn)行說(shuō) 明。"氣體"是指從燃燒器至完全通過(guò)催化劑為止的氣體，將通過(guò)催化 劑后的氣體稱作為"廢氣"。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)束后的氣體，可以稱作為燃燒氣體。這里，當(dāng)上述 催化劑沿氣體的流動(dòng)設(shè)置成多段時(shí)，"氣體"是指至完全通過(guò)最終段的 催化劑為止的氣體，"廢氣"是指通過(guò)最終段的催化劑之后的氣體。另 外，"燃燒氣體"是指與燃燒空氣混合前的可燃性氣體。
另外，"催化劑的一次側(cè)"是相對(duì)于催化劑設(shè)置了燃燒器的一側(cè)， 如果沒(méi)有特別的說(shuō)明，是指氣體即將通過(guò)該催化劑之前，"催化劑的二
次側(cè)"是指催化劑的一次側(cè)的相對(duì)側(cè)。進(jìn)而，空氣比m定義為m=21/ (21-
)。其中，
表示催化刑的二次側(cè)的廢氣中的氧濃度，但求 空氣比時(shí)所用的
在氧過(guò)剩區(qū)域表示過(guò)剩氧濃度，在燃料過(guò)剩區(qū)域以 負(fù)值表示對(duì)于在空氣比m=l的條件下使一氧化碳等未燃燒氣體進(jìn)行燃 燒所需要的不足氧濃度。另外，"不含有烴"不是在燃燒過(guò)程中完全不 生成烴的意思，而是指在燃燒反應(yīng)的過(guò)程中，有少許的烴生成，但在燃 燒反應(yīng)結(jié)束的階段、即流入上述催化劑的氣體中基本不含有(在測(cè)定限 度以下)將氮氧化物還原的烴的意思。
另外，"催化劑劣化"或者"催化劑作用的劣化"是指對(duì)于具有催 化劑作用的催化劑成分上吸附中毒物質(zhì)，或者產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而阻礙了催 化劑作用的意思。
接著，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明應(yīng)用于小型直流鍋 爐等的水管鍋爐、供熱水器、吸收式冷凍機(jī)的再生器等的燃燒裝置(也 可以稱作為熱機(jī)器或者燃燒機(jī)器)。 (實(shí)施方式1 )
本發(fā)明的實(shí)施方式1是催化劑手段的催化劑劣化防止裝置，所述催 化劑手段含有通過(guò)接觸而產(chǎn)生氣體的化學(xué)變化的催化劑成分。在該裝置 中，在上述催化劑手段的一次側(cè)具有除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手 段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑成分上吸附、或 者與該催化劑成分形成化合物的中毒物質(zhì)。上述"催化劑手段，，可以稱 作為"催化劑"、"催化劑本體"，"催化物"。
本實(shí)施方式1優(yōu)選在燃燒裝置中實(shí)施，但不限定于此，也可以在燃 氣輪機(jī)等的廢氣處理裝置中實(shí)施。
在本實(shí)施方式l中，首先，氣體與上述中毒物質(zhì)除去手段接觸，在 氣體中含有的中毒物質(zhì)通過(guò)吸附在上述中毒物質(zhì)除去手段上，或者與上
述中毒物質(zhì)除去手段形成化合物，而被除去。上述吸附包括物理性吸附和化學(xué)性吸附。通過(guò)該除去作用，在流入上述催化劑手段的氣體中不含 有中毒物質(zhì)，沒(méi)有中毒物質(zhì)在上述催化劑成分上的吸附，因此可以防止 催化劑作用的劣化。其結(jié)果是沒(méi)有因?yàn)橹卸疚镔|(zhì)而受到影響，上述催化 劑手段能夠發(fā)揮期望的催化劑性能(初始的性能)。
上述中毒物質(zhì)除去手段含有吸附中毒物質(zhì)、或者與中毒物質(zhì)反應(yīng)的 中毒物質(zhì)除去成分，當(dāng)由該中毒物質(zhì)除去成分導(dǎo)致的吸附或者反應(yīng)成為 飽和狀態(tài)(不能再進(jìn)行吸附、反應(yīng)的狀態(tài))時(shí)，氣體中的中毒物質(zhì)吸附 在上述催化劑手段的催化劑成分上，從而催化劑性能降低。當(dāng)該性能降 低率超過(guò)規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行上述中毒物質(zhì)除去手段和上述催化劑手段的維 護(hù)，即交換或者性能恢復(fù)的處理。
(實(shí)施方式2 )
上述實(shí)施方式1作為下面的低NOx燃燒裝置的實(shí)施方式2來(lái)實(shí)施。 該實(shí)施方式2的低NOx燃燒裝置具有通過(guò)含有烴的燃料的燃燒，生 成含有氧、氮氧化物和一氧化碳、而不含有烴的氣體的燃燒器；從上述 氣體中吸熱的吸熱手段；具有催化劑成分的催化劑手段，所述催化劑成 分氧化在通過(guò)該吸熱手段后的上述氣體中所含的一氧化碳并利用一氧 化碳還原氮氧化物；在上述催化劑手段的一次側(cè)設(shè)置的、除去中毒物質(zhì) 的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化 劑成分上吸附、或者與該催化劑成分形成化合物的至少含有硫的中毒物 質(zhì)；用于檢測(cè)上述燃燒器的空氣比的傳感器；基于該傳感器的檢測(cè)信號(hào)， 將上述燃燒器的空氣比控制在設(shè)定空氣比的空氣比調(diào)節(jié)手段。另外，上 述燃燒器和上述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，在利用上述空氣比調(diào) 節(jié)手段將上述空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣比時(shí)，將上述催化劑手段的一 次側(cè)氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比調(diào)節(jié)為使上述催化劑手 段的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零或者規(guī)定值以下、使一氧化碳濃度 基本為零或者規(guī)定值以下的規(guī)定濃度比。
上述設(shè)定空氣比優(yōu)選為1.0以上且1.1以下，進(jìn)而優(yōu)選控制成1.0 ~ 1.0005的設(shè)定空氣比。該設(shè)定空氣比優(yōu)選通過(guò)上述催化劑手段的二次側(cè) 的空氣燃料比求得，但也可以使作為在該催化劑手段中的反應(yīng)結(jié)果，能 夠滿足1.0~ 1.0005的設(shè)定空氣比的上述催化劑的一次側(cè)的氧濃度為規(guī) 定濃度的方式來(lái)控制空氣比。在本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)中，將1.0 ~ 1.0005的 空氣比和接近于其的空氣比稱為低空氣比。并且，上限值"1.0005"由利用氧濃度測(cè)定裝置得到的二次側(cè)的氧濃度的測(cè)定極限02: 0.01%來(lái)求 得。另外，上述"在利用上述空氣比調(diào)節(jié)手段調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣比時(shí)， 可以得到使上述催化劑的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零的、在上述催 化劑的一次側(cè)的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比"，優(yōu)選在上述設(shè)定 空氣比的全部范圍內(nèi)滿足，但不需要在全部范圍內(nèi)滿足。
在本發(fā)明的實(shí)施方式2中，上述燃燒器通過(guò)上述空氣比調(diào)節(jié)手段被 控制成上述設(shè)定空氣比而進(jìn)行燃燒。在通過(guò)燃燒生成的氣體中，含有氧、 氮氧化物和 一 氧化碳，同時(shí)含有與上述催化劑成分反應(yīng)而被吸附的中毒 物質(zhì)。該氣體中不含有烴。中毒物質(zhì)含有作為硫氧化物(SOx)在氣體 中存在的硫成分或作為氧化鐵微粒在氣體中存在的鐵成分。上述硫成分 主要是在燃燒空氣中含有的硫氧化物，當(dāng)在氣體燃料中含有加臭劑(四 氫噻吩，叔丁基硫醇等)，并不能將其除去時(shí)，也含有該加臭劑。當(dāng)上 述吸熱手段或上述氣體的通路為鐵制時(shí)，上述鐵成分作為銹在氣體中含 有。
對(duì)于上述氣體，在通過(guò)上述吸熱手段受到吸熱作用后，首先利用上 述中毒物質(zhì)除去手段通過(guò)吸附或者反應(yīng)將中毒物質(zhì)除去，從而不含有中 毒物質(zhì)的氣體流入上述催化劑手段。在上述催化劑手段中，通過(guò)氣體與 催化劑成分的接觸而使一氧化碳氧化、使氮氧化物還原。其結(jié)果是使上 述氣體中的氮氧化物排出量減少至基本為零或者規(guī)定值以下。另外，使 一氧化碳的排出量減少至基本為零或者規(guī)定值以下。
這里，氮氧化物濃度基本為零是指優(yōu)選為5ppm、進(jìn)而優(yōu)選3ppm、 進(jìn)而優(yōu)選零。 一氧化碳濃度基本為零是指30ppm、進(jìn)而優(yōu)選10ppm。另 外，在以下的說(shuō)明中，氧濃度基本為零是指100ppm以下，優(yōu)選為計(jì)測(cè) 限度值以下。進(jìn)而，氮氧化物濃度、 一氧化碳濃度為規(guī)定值以下，是指 在各國(guó)、各地區(qū)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)濃度以下的意思，是優(yōu)選設(shè)定在無(wú)限基 本接近于零的值。即，"規(guī)定值"，換言之可以說(shuō)成是"容許值"、"排 放標(biāo)準(zhǔn)值"。
當(dāng)通過(guò)上述中毒物質(zhì)除去手段的氣體量超過(guò)規(guī)定量，而使中毒物質(zhì) 的吸附或者反應(yīng)處于飽和狀態(tài)時(shí)，在從上述中毒物質(zhì)除去手段流出的氣 體中遺漏有中毒物質(zhì)，上述催化劑手段的催化劑作用降低。如果不能使 上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零，則交換上述中毒物 質(zhì)除去手段。另外，即使對(duì)于上述催化劑手段，如果不能滿足需要的性
14能，也可以進(jìn)4亍交才奐。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式2，設(shè)置了上述中毒物質(zhì)除去手段，因此， 直至利用上述中毒物質(zhì)除去手段進(jìn)行的上述吸附或者反應(yīng)處于飽和狀 態(tài)為止，可以維持上述催化劑手段的初始性能。
在本實(shí)施方式2中，通過(guò)將上述空氣比調(diào)節(jié)手段控制在上述設(shè)定空
氣比，可以得到使上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零這 樣的、在上述催化劑手段的一次側(cè)的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比。 對(duì)于低空氣比控制，難以進(jìn)行穩(wěn)定的空氣比控制，但通過(guò)在上述空氣比 調(diào)節(jié)手段中含有可穩(wěn)定控制上述空氣比的電控制手段和/或機(jī)械控制手 段，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的空氣比控制。
對(duì)于上述催化劑手段的一次側(cè)的濃度比調(diào)節(jié)，優(yōu)選控制在上迷催化 劑手段的一次側(cè)的上述氣體中的一氧化碳濃度，以使與將通過(guò)氧化(第 一反應(yīng))使一氧化碳在上述催化劑手段內(nèi)消耗的一氧化碳濃度與通過(guò)由 一氧化碳導(dǎo)致的還原(第二反應(yīng))使氮氧化物在上述催化劑手段內(nèi)消耗 的一氧化碳濃度相加而得的值幾乎相等、或在其以上。
(實(shí)施方式3 )
上述實(shí)施方式2可以通過(guò)下面的實(shí)施方式3來(lái)表現(xiàn)。該實(shí)施方式3 的低NOx燃燒裝置具有通過(guò)含有烴的燃料的燃燒，生成含有氧、氮 氧化物和一氧化碳、而不含有烴的氣體的燃燒器；從上述氣體中吸熱的 吸熱手段；具有催化劑成分的催化劑手段，所述催化劑成分氧化在通過(guò) 該吸熱手段后的上述氣體中所含的 一 氧化碳并利用 一氧化碳還原氮氧 化物；在上述催化劑手段的一次側(cè)設(shè)置的、除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除 去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑成分上吸附、 或者與該催化劑成分形成化合物的至少含有硫的中毒物質(zhì)；用于檢測(cè)上 述燃燒器的空氣比的傳感器；基于該傳感器的檢測(cè)信號(hào)，將上述燃燒器 的空氣比控制在設(shè)定空氣比的空氣比調(diào)節(jié)手段。另外，上述燃燒器和上 述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，在利用上述空氣比調(diào)節(jié)手段將上述 空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣比時(shí)，進(jìn)行濃度比調(diào)節(jié)，所述濃度比調(diào)節(jié)對(duì) 上述催化劑手段的一次側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比 K進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述濃度比調(diào)節(jié)是下述調(diào)節(jié)0、調(diào)節(jié)1、調(diào)節(jié)2中的任一 者。
調(diào)節(jié)0:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧
15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KO。
調(diào)節(jié)1:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(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)節(jié)2:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述氧化催化劑的二次側(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。
上述催化劑具有下述特性，即，當(dāng)進(jìn)行上述調(diào)節(jié)O時(shí)，分別使上述 催化劑的二次側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零，當(dāng)進(jìn)行上述 調(diào)節(jié)l時(shí)，使上述氧化催化劑的二次側(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)節(jié)2時(shí)，可使上述氧化催 化劑的二次側(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。
在本實(shí)施方式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(guān)系。上述調(diào)節(jié)0中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO優(yōu)選用下式(1) 的判定式進(jìn)行判定，優(yōu)選滿足下式(2),并進(jìn)行設(shè)定以使上述第一規(guī) 定濃度比Kl比上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比小、使上述第二規(guī)定濃度比K2比上 述標(biāo)準(zhǔn)失見(jiàn)定濃度比大。
([NOx]+2
) /[CO] = K ( 1 )
l.(KK = K(K2.0 (2)
(在式(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。)
上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0是使上述氧化催化劑手段的二次側(cè)的氧濃 度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度分別基本為零的上述氧化催化劑的一 次側(cè)的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比。上式(l)是用于判定上述 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的判定式，式(2 )表示使上述催化劑手段的二次側(cè) 的氧濃度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度分別基本為零的條件。理論上， 在K0=1.0的條件下可以使各濃度為零。但是，由試驗(yàn)結(jié)果能夠確認(rèn)， 在上式(2)的范圍下可使各濃度基本為零，對(duì)于上述K0的上限2.0，
16根據(jù)上述催化劑的特性，可以考慮取比2.0大的值。
當(dāng)調(diào)節(jié)上述催化劑手段的一次側(cè)的濃度比K (上述調(diào)節(jié)1)以使其 低于上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO的值、即、使式(1 )的K為比KO小的上 述第一規(guī)定濃度比K1時(shí)，上述催化劑手段的二次側(cè)的氧濃度和氮氧化 物濃度基本為零，同時(shí)一氧化碳濃度為規(guī)定值以下。該一氧化碳濃度的 規(guī)定值優(yōu)選設(shè)定在排放標(biāo)準(zhǔn)值(該值根據(jù)國(guó)家的不同而不同，因此在各 國(guó)有變更的可能)以下。如果決定該規(guī)定值，則在實(shí)驗(yàn)上可以確定上述 第一規(guī)定濃度比Kl。使上述濃度比K的值為比K0小的上述第一規(guī)定濃 度比K1這樣的濃度比K的調(diào)節(jié)，具體來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)使氧濃度相對(duì)于 上述催化劑手段的 一 次側(cè)的 一 氧化碳濃度的比例，比氧濃度相對(duì)于滿足 上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0的一氧化碳濃度的比例小的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
另外，當(dāng)調(diào)節(jié)上述催化劑手段的一次側(cè)的濃度比K (上述調(diào)節(jié)2) 以使上述濃度比K為比K0大的上述第二規(guī)定濃度比K2時(shí)，上述氧化 催化劑的二次側(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。該情況下，上述催化劑手段的二次側(cè)的氧濃度為規(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)定值是不同的值，優(yōu)選在 各國(guó)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)值以下。如果決定該規(guī)定值，則在實(shí)驗(yàn)上可以確定 上述第二規(guī)定濃度比K2。用于形成上述第二規(guī)定濃度比K2的濃度比K 的調(diào)節(jié)，具體來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)使氧濃度相對(duì)于上述催化劑手段的一次側(cè) 的一氧化碳濃度的比例，比氧濃度相對(duì)于滿足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0 的一氧化碳濃度的比例大的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在本實(shí)施方式3中，優(yōu)選進(jìn)行濃度比一定控制，將上述濃度比K一 定地保持在上述各規(guī)定濃度比K0、 Kl、 K2。
在本實(shí)施方式3中，與上述施方式1同樣進(jìn)行利用了上述中毒物質(zhì) 除去手段的中毒物質(zhì)的除去。另外，上述燃燒器進(jìn)行燃燒，生成含有氧、 氮氧化物和一氧化碳、而不含烴的氣體。然后，通過(guò)上述濃度比調(diào)節(jié)、 利用上述調(diào)節(jié)0、上述調(diào)節(jié)1、上述調(diào)節(jié)2的任一者，將上述催化劑的 一次側(cè)的上述氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比K分別調(diào)節(jié)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。然后，上述氣體與上述催化劑接觸，利用上述氣體中的氧氧化 一氧化碳、利用一氧化碳還原氮氧化物。在進(jìn)行上述調(diào)節(jié)0或者上述調(diào) 節(jié)1時(shí)的有害物質(zhì)減少作用中，氧的作用是進(jìn)行一氧化碳濃度的調(diào)節(jié)，
17即，消耗、減少對(duì)于還原氮氧化物并使其濃度基本為零而所需量以上存
在的一氧化碳量。通過(guò)該上述調(diào)節(jié)O、上述調(diào)節(jié)1后的有害物質(zhì)減少作
用，上述氣體中的氮氧化物的排放量減少至基本為零， 一氧化碳的排放
量減少至基本為零或者規(guī)定值以下。另外，通過(guò)上述調(diào)節(jié)2后的有害物 質(zhì)減少作用，上述氣體中的一氧化碳的排放量基本為零，氮氧化物濃度 減少至^見(jiàn)定值以下。進(jìn)而，通過(guò)上述濃度比一定控制，可以抑制上述各 規(guī)定濃度比KO、 Kl、 K2的值的變化，能夠切實(shí)地實(shí)現(xiàn)氮氧化物排放量 和一氧化碳排放量的減少效果。特別地，對(duì)于上述調(diào)節(jié)0,為了使氮氧 化物排放量基本為零，上述濃度比一定控制是重要的。
上述調(diào)節(jié)0的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0和上述調(diào)節(jié)1的第一規(guī)定濃度比 Kl包含在下式(3)中來(lái)表現(xiàn)。即，當(dāng)滿足式(3)時(shí)，上述催化劑的 二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零， 一氧化碳濃度基本為零或者減少。為 了使一氧化碳的減少在上述規(guī)定值以下，調(diào)節(jié)上述催化劑手段的一次側(cè) 的上述濃度比K以使上述濃度比K的值為比K0小的值，從而形成上述 第一規(guī)定濃度比Kl。
([NOx]+2
) /[CO]=K《2.0 ( 3 )
(在式(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。)
對(duì)于由上述催化劑手段導(dǎo)致的有害物質(zhì)的減少作用進(jìn)而進(jìn)行說(shuō)明。 該減少作用如以下那樣進(jìn)行。在上述催化劑手段中，作為主反應(yīng)，發(fā)生 使一氧化碳氧化的第 一反應(yīng)和利用 一氧化碳還原氮氧化物的第二反應(yīng)。 對(duì)于在上述催化劑中的反應(yīng)(催化反應(yīng))，在氧存在下，上述第一反應(yīng) 比上述第二反應(yīng)有優(yōu)勢(shì)，根據(jù)上述第一反應(yīng)， 一氧化碳在利用氧被消耗， 并進(jìn)行濃度調(diào)節(jié)后，通過(guò)上述第二反應(yīng)還原氮氧化物。該說(shuō)明為簡(jiǎn)略化 的說(shuō)明。實(shí)際上述第一反應(yīng)是與上述第二反應(yīng)竟?fàn)幍姆磻?yīng)，但一氧化碳 與氧的反應(yīng)在氧存在下與上述第二反應(yīng)相比，表觀上較快地發(fā)生，因此 在第一階段進(jìn)行一氧化碳的氧化(第一反應(yīng))，在第二階段氮氧化物被 還原(第二反應(yīng))。
總之，在上述催化劑手段中，在氧的存在下，通過(guò)(30+1/202—C02 所形成的上述第 一 反應(yīng)，消耗了氧，使用剩余的CO通過(guò)2CO+2NO—N2+2C02所形成的上述笫二反應(yīng)而將氮氧化物還原，從而減 少排放氮氧化物濃度。
這里，上式(2)中的[NOx]是一氧化氮濃度[NO]與二氧化氮濃度 [N02]的合計(jì)濃度。在上述反應(yīng)式的說(shuō)明中，不使用NOx而使用NO是 由于對(duì)于在高溫場(chǎng)合下的生成氮氧化物的組成，主成分是NO, N02的 量不過(guò)百分之幾，從而可以近似地進(jìn)行說(shuō)明。即使存在N02,其也與 NO同樣通過(guò)CO被還原。
當(dāng)上述濃度比K為1.0時(shí)，在理論上可以使從上述催化劑中排放的 氧濃度、氮氧化物濃度和一氧化碳濃度為零。但是，實(shí)驗(yàn)上可知稍微有 一些一氧化碳被排放。([NOx]+2
) /[CO]=l是考慮實(shí)驗(yàn)結(jié)果、可由 上述第 一反應(yīng)和第二反應(yīng)理論導(dǎo)出的關(guān)系式。
這里，對(duì)如何導(dǎo)出([NOx]+2
) /[CO]=l進(jìn)行說(shuō)明。該式由于典 型地滿足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0，所以稱作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度充分式。
已知在上述催化劑手段內(nèi)，上述第一反應(yīng)(I)作為主反應(yīng)發(fā)生。
<formula>formula see original document page 19</formula>
另外，在使用了 Pt等的貴金屬催化劑的上述催化劑手段內(nèi)，在不存 在氧的氛圍下利用上述第二反應(yīng)(II)進(jìn)行由CO導(dǎo)致的NO還原反應(yīng)。
<formula>formula see original document page 19</formula>
因此，著眼于有助于上述第一反應(yīng)(I)、上述第二反應(yīng)(II)的反 應(yīng)的物質(zhì)濃度，而導(dǎo)出上述標(biāo)準(zhǔn)濃度充分式。
即，當(dāng)將CO濃度、NO濃度、02濃度分別記作[CO]ppm、 [NO]ppm、
ppm時(shí)，利用上式(I)可通過(guò)CO除去的氧濃度用下式(III)表示。
<formula>formula see original document page 19</formula>
另夕卜，為了進(jìn)行上式(n)的反應(yīng)，co需要與no等量，有下式(iv) 的關(guān)系。
<formula>formula see original document page 19</formula>式(I) 、 (II)的反應(yīng)時(shí)，通過(guò) 合并上式(III)和上式(IV)而得到的下式(V)的濃度關(guān)系是必要的。[CO]a+[CO]b=2
+[NO]... (V)由于[CO]a+[CO]b是同 一成分，所以上述催化劑手段的二次側(cè)的氣 體中的CO濃度可以用[CO]表示。由此，可以導(dǎo)出上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比充分式、即、[CO]=2
+[NO]的關(guān)系。當(dāng)上述濃度比K的值比1.0小時(shí)， 一氧化碳以對(duì)于上述氮氧化物的 還原為需要濃度以上的濃度存在，因此排放氧濃度為零，在通過(guò)上述催 化劑手段后的氣體中有 一氧化碳?xì)埩?。另外，?duì)于上述濃度比K的值為超過(guò)1.0的2.0的情況，該值是實(shí) 驗(yàn)上得到的值，認(rèn)為其原因如下，在上述催化劑手段中發(fā)生的反應(yīng)不完 全清晰，除了在上述第一反應(yīng)和上述第二反應(yīng)的主反應(yīng)以外，還有副反 應(yīng)發(fā)生。作為該副反應(yīng)之一，認(rèn)為有通過(guò)蒸氣與一氧化碳的反應(yīng)產(chǎn)生氫、 利用該氫將氮氧化物和氧還原的反應(yīng)。其結(jié)果是使上述濃度比K超過(guò) 1.0。以下，進(jìn)而對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式1~3的構(gòu)成要素進(jìn)行說(shuō)明。上 述燃燒器優(yōu)選制成使氣體燃料進(jìn)行預(yù)混合燃燒的全一次空氣式的預(yù)混 合燃燒器。在上述催化劑手段中，為了有效地發(fā)生上述第一反應(yīng)和上述 第二反應(yīng)，以與氧、氮氧化物和一氧化碳有關(guān)的上述(2) 、 (3)式表 示的濃度比是重要的。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)域比較容易地得到上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0。但是，只要能夠?qū)?在上述催化劑手段的 一 次側(cè)的氣體中的氧、氮氧化物和 一 氧化碳均勻混 合、并能夠進(jìn)行使各自的濃度為上述規(guī)定濃度的控制，也可以使用預(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。另外，上述燃燒器是能夠在低空氣比下使含有烴的燃料燃燒、以使 流入上述催化劑手段前(上述催化劑手段的一次側(cè))的氣體的氧濃度為 0%<O2《1.00%的燃燒器。當(dāng)將該氧濃度代入空氣比的運(yùn)算式(m=21/ (21-
)時(shí)，為1.0~1.05。當(dāng)在滿足上式(2)、 (3)的條件下上述 催化劑手段的一次側(cè)的氧濃度為0%<O2< 1.00%時(shí)，上述催化劑手段的二次側(cè)的氧濃度幾乎為0%，空氣比幾乎為1。其結(jié)果是除了實(shí)現(xiàn)排放濃度接近于零的低NOx和低CO以外、還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，能夠提供 低公害、節(jié)約能源的燃燒裝置。另外，對(duì)于上述吸熱手段，當(dāng)燃燒裝置為鍋爐時(shí)，將其制成構(gòu)成罐 體的水管組，當(dāng)為再生器時(shí)，將其制成吸收液濃縮管。作為該吸熱手段 的方式，含有在緊靠近上述燃燒器的地方幾乎沒(méi)有燃燒空間、在燃燒空 間內(nèi)配置作為吸熱手段的水管組的第一方式(相當(dāng)于上述專利文獻(xiàn)1~ 4)、和在上述燃燒器與水管組之間具有燃燒空間的第二方式。在上述 第一方式中，燃燒反應(yīng)在水管間的空隙處進(jìn)行。上述水管組是與來(lái)自上 述燃燒器的氣體進(jìn)行熱交換的多個(gè)水管，也可以如供熱水器水管那樣通 過(guò)將1根水管彎折來(lái)構(gòu)成多個(gè)水管。將上述氣k的、顯度控制在上i催:劑手段的活化、k^附近，且控制:可 防止熱劣化的溫度以下，即，上述吸熱手l殳具有下述功能，其將氣體溫 度控制為可有效產(chǎn)生上述第一反應(yīng)和上述第二反應(yīng)、且抑制由溫度導(dǎo)致 的劣化、并考慮了持久性的溫度。上述吸熱手段也可以作為下述手段發(fā) 揮功能，所述手段用于抑制上述氣體的溫度上升至約900。C以上這樣的 情況、并抑制一氧化碳的氧化、使來(lái)自上述燃燒器的氣體的濃度比不發(fā) 生變化。度比調(diào)節(jié)，可以通過(guò)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而求出空氣比-NOx 'CO特性來(lái)進(jìn)行。 在該濃度比調(diào)節(jié)中，基于上述燃燒器和上述吸熱手段的濃度比特性，使 用調(diào)節(jié)上述燃燒器的燃料量和燃燒空氣量的比例的空氣比調(diào)節(jié)手段，來(lái) 將上述催化劑的一次側(cè)的氧、氮氧化物和一氧化碳的上述濃度比K控制 為上述規(guī)定濃度比。由此，將上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度 調(diào)節(jié)成基本為零~規(guī)定值以下、將一氧化碳濃度調(diào)節(jié)成基本為零~規(guī)定 值以下。該濃度比調(diào)節(jié)將上述催化劑手段的一次側(cè)的濃度比K調(diào)節(jié)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，但也可以使用以下的第一、第二濃度比調(diào)節(jié)手段來(lái)進(jìn)行。該第一、 第二濃度比調(diào)節(jié)手段優(yōu)選利用上述空氣比調(diào)節(jié)手段進(jìn)行濃度比的調(diào)節(jié)， 所述空氣比調(diào)節(jié)手段調(diào)節(jié)對(duì)供給上述燃燒器的燃料量和燃燒空氣量的 比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。21上述第一濃度比調(diào)節(jié)手段，利用上述燃燒器的特性，同時(shí)利用配置 在上述燃燒器和上述催化劑手段之間、從上述氣體中吸熱的吸熱手段的比K的調(diào)節(jié)。該濃i比^性是指kS變化空氣tt而使上述燃燒器燃燒所生成的、通過(guò)全部或者一部分上述吸熱手段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，該濃度比特性基本上由依賴于上述燃燒 器的濃度比特性決定，上述吸熱手段典型地具有使上述燃燒器的濃度比 特性產(chǎn)生一部分變化、或者保持該濃度比特性的功能。對(duì)于使上述吸熱 手段為上述第一方式的情況，通過(guò)燃燒反應(yīng)中氣體的冷卻，而導(dǎo)致一氧 化碳濃度增加，同時(shí)抑制了氮氧化物濃度。對(duì)于使上述吸熱手段為上述 第二方式的情況，典型地，依賴于上述燃燒器的濃度比特性幾乎沒(méi)有變 化，^皮保持。當(dāng)使用該第 一濃度比調(diào)節(jié)手段進(jìn)行上述濃度比K的調(diào)節(jié)時(shí)，不需要除上述燃燒器和上述吸熱手段以外的濃度比調(diào)節(jié)手段，因此可以將裝置 的構(gòu)成簡(jiǎn)單化。另外，可以利用上述吸熱手段抑制上述氣體的溫度，能夠起到提高 上述催化劑手段的持久性的效果。上述第二濃度比調(diào)節(jié)手段可以利用上述燃燒器和配置在上述燃燒:，同時(shí)使用配置在上述燃燒器和上述催:劑、手;史z間的輔助調(diào)節(jié)手段，來(lái)進(jìn)行上述濃度比K的調(diào)節(jié)。上述輔助調(diào)節(jié)手段在上述燃燒器與上述催化劑手段之間(包含上述 吸熱手段的中途)，具有下述功能，即，通過(guò)注入一氧化碳或者吸附除 去氧，而使一氧化碳濃度相對(duì)于氧濃度的比例增加，由此輔助性地進(jìn)行上述調(diào)節(jié)。作為該輔助調(diào)節(jié)手段，可以使用co產(chǎn)生器、或可對(duì)廢氣的氧或者CO的量進(jìn)行調(diào)節(jié)的輔助燃燒器。當(dāng)使用該第二濃度比調(diào)節(jié)手段進(jìn)行上述濃度比的調(diào)節(jié)時(shí)，可利用上述濃度比調(diào)節(jié)，因此不限定于特定結(jié)構(gòu)的燃燒器，可以擴(kuò)大上述燃燒器 和上述吸熱手段的應(yīng)用范圍。調(diào)節(jié)，即，使在上述催化劑的一次側(cè)的上述k體口中的一氧化碳濃度,'與將通過(guò)一 氧化碳的氧化而在上述催化劑內(nèi)減少的 一 氧化碳濃度和由利 用 一 氧化碳還原氮氧化物所導(dǎo)致的在上述催化劑內(nèi)減少的 一 氧化碳濃 度相加而得的值幾乎相等、或在其以上。對(duì)于該濃度比調(diào)節(jié)是不可能的 情況，也可以形成通過(guò) 一 氧化碳的注入或氧的注入進(jìn)行調(diào)節(jié)這樣的構(gòu)成。對(duì)于該濃度比，如果將空氣比控制在基本為l.O的低空氣比，則可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，從而是優(yōu)選的。另外，該濃度比調(diào)節(jié)優(yōu)選通過(guò)利用燃 燒溫度的調(diào)節(jié)將氮氧化物量和一氧化碳量抑制在規(guī)定量以下，同時(shí)保持 氣體溫度、使得到的一氧化碳濃度不減少的方式來(lái)進(jìn)行。 一氧化碳在氣體溫度為約900。C以上時(shí)易于被氧化，因此優(yōu)選以使在上述催化劑手段 的 一次側(cè)的氣體溫度保持在600°C以下的方式來(lái)構(gòu)成上述燃燒器和上述 吸熱手4殳。上述催化劑手段是具有在上述氣體中不含有烴的狀態(tài)下可高效還 原上述氮氧化物的功能的催化劑手段，其設(shè)置在上述吸熱手段的下流或 者上述吸熱手段的中途，形成在具有透氣性的基材上涂布作為催化劑成 分的催化劑活性物質(zhì)而成的構(gòu)成。上述基材可以使用不銹鋼等的金屬、 陶瓷，并進(jìn)行擴(kuò)大與廢氣的接觸面積這樣的表面處理。催化劑活性物質(zhì) 一般可以使用鉑，但根據(jù)實(shí)施情況，可以使用以鉑為代表的貴金屬(Ag、 Au、 Rh、 Ru、 Pt、 Pd)或者金屬氧化物。對(duì)于將上述催化劑手段設(shè)置 在上述吸熱手段的中途的情況，可以在多個(gè)水管等的吸熱手段間的空隙 處設(shè)置，或者將上述吸熱手段作為基材，形成在其表面擔(dān)載催化劑活性 物質(zhì)的構(gòu)成。上述中毒物質(zhì)除去手段形成在具有透氣性的基材上涂布中毒物質(zhì) 除去成分而成的構(gòu)成，所述中毒物質(zhì)除去成分除去吸附在上述催化劑成 分上的中毒物質(zhì)。總之，只要在上述催化劑手段的上流具有除去中毒物 質(zhì)的功能即可，因此在上述中毒物質(zhì)除去手段中，可以使用與上述催化 劑手段同樣的構(gòu)成，但上述催化劑成分一般價(jià)格昂貴。因此，優(yōu)選在上 述中毒物質(zhì)除去手段中不含有上述催化劑成分，或者即使含有上述催化 劑成分，其量也比上述催化劑手段少，換句話說(shuō)，使上述中毒物質(zhì)除去催化劑成分的濃度為零的情況。)。在上述中毒物質(zhì)除去成分中，可以使用作為公知物質(zhì)的Ce02(二23氧化鈰)等。對(duì)于Ce02的情況，認(rèn)為其與氣體中的硫成分反應(yīng)生成Ce2 (S04) 3。另外，在上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段之間設(shè)置間隔， 使它們各自可進(jìn)行交換。這樣，將上述中毒物質(zhì)除去手段和上述催化劑 手段形成分別的構(gòu)成，并將它們?cè)O(shè)置成各自可交換的方式，由此可以僅 交換上述中毒物質(zhì)除去手段。另外，對(duì)于上述催化劑手段，存在與氣體 接觸的前緣，因此可以通過(guò)所謂前緣效應(yīng)而使催化劑的功能得到提高。 上述中毒物質(zhì)除去手段和上述催化劑手段能夠分別以沿氣體的流向分 割成多段的方式來(lái)設(shè)置。由此，可以通過(guò)上述中毒物質(zhì)除去手段和上述 催化劑手段各自的前緣效應(yīng)來(lái)提高性能。進(jìn)而，可以將上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段設(shè)置成為一 個(gè)整體。此時(shí)，將上述中毒物質(zhì)除去手段的吸附中毒物質(zhì)的成分的載體 與上述催化劑手段的催化劑成分的載體連續(xù)地形成一個(gè)整體，以可交換 的方式進(jìn)行設(shè)置。另外，也可以將上述兩載體分別地設(shè)置，使兩者互相 不存在間隔的方式進(jìn)行接觸，利用結(jié)合手段而形成一個(gè)整體。這樣，通 過(guò)將上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段形成一個(gè)整體，對(duì)于鍋爐 等裝置的裝卸等的操作(處理，handling)變得容易。另外，當(dāng)將上述 中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段設(shè)置成一個(gè)整體，同時(shí)使上述中毒時(shí)，可以將上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段同時(shí)進(jìn)行再循環(huán)處理。上述空氣比調(diào)節(jié)手段優(yōu)選含有流量調(diào)節(jié)手段、驅(qū)動(dòng)該流量調(diào)節(jié)手段 的馬達(dá)、控制該馬達(dá)的控制手段。上述流量調(diào)節(jié)手段是用于通過(guò)變化上 述燃燒器的燃燒空氣量和燃料量的任一者或者這兩者，來(lái)改變兩者的比 例、調(diào)節(jié)上述燃燒器的空氣比的手段。該流量調(diào)節(jié)手段在調(diào)節(jié)上述燃燒 空氣量時(shí)，優(yōu)選形成擋板(含有閥門的意思)。作為該擋板的結(jié)構(gòu)，可 以形成通過(guò)以旋轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的閥芯來(lái)改變流路開(kāi)度的旋轉(zhuǎn)類 型的結(jié)構(gòu)、通過(guò)相對(duì)于流路的截面開(kāi)口進(jìn)行滑動(dòng)來(lái)改變流路開(kāi)度的滑動(dòng) 類型的結(jié)構(gòu)。當(dāng)使該流量調(diào)節(jié)手段為改變?nèi)紵諝饬康氖侄螘r(shí)，優(yōu)選將其設(shè)置在 鼓風(fēng)機(jī)與燃料供給手段之間的空氣流路中，也可以設(shè)置在上述鼓風(fēng)機(jī)的 吸口等上述鼓風(fēng)才幾的吸口側(cè)。上述馬達(dá)優(yōu)選是驅(qū)動(dòng)上述流量調(diào)節(jié)手段的手段，其是可以根據(jù)驅(qū)動(dòng) 量來(lái)控制上述流量調(diào)節(jié)手段的開(kāi)度量，且能夠調(diào)節(jié)每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量 的馬達(dá)。該馬達(dá)構(gòu)成可穩(wěn)定控制本發(fā)明空氣比的"機(jī)械控制手段"的一 部分。所謂"根據(jù)驅(qū)動(dòng)量可控制開(kāi)度量"是指可由驅(qū)動(dòng)量決定，將上述 流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度停止在特定的位置的方式進(jìn)行控制的意思。另外， "可調(diào)節(jié)每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量"是指可以調(diào)節(jié)位置控制的應(yīng)答性。該馬達(dá)優(yōu)選是步進(jìn)馬達(dá)(可稱作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī))，也可以是齒輪減 速機(jī)(可稱作為齒輪傳動(dòng)馬達(dá))或伺服馬達(dá)等。當(dāng)為上述步進(jìn)馬達(dá)時(shí)， 上述驅(qū)動(dòng)量由外加的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)決定，可將上述流量調(diào)節(jié)手段的開(kāi)度位 置從標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)度位置僅以對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)的量進(jìn)行開(kāi)關(guān)移動(dòng)，使其控制 在任意目的的停止位置上。另外，當(dāng)為上述齒輪減速機(jī)或上述伺服馬達(dá) 時(shí)，上述驅(qū)動(dòng)量由開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)時(shí)間決定，可將上述流量調(diào)節(jié)手段的開(kāi)度位 置從標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)度位置僅以對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)時(shí)間的量進(jìn)行開(kāi)關(guān)移動(dòng)，使其控 制在任意目的的停止位置上。上述傳感器只要是可檢測(cè)上述燃燒器的空氣比的傳感器即可。當(dāng)使 用該傳感器在上述催化劑手段的二次側(cè)以將空氣比1夾在中間(空氣比 1的前后)的方式來(lái)控制空氣比時(shí)，用氧濃度傳感器不能運(yùn)算空氣比小 于l的區(qū)域的空氣比，因此使用空氣燃料比傳感器求得空氣燃料比。作 為該空氣燃料比傳感器，可以使用具有以下功能的公知的傳感器。即， 在空氣比1以上的區(qū)域，檢測(cè)氧濃度并以電流或者電壓來(lái)輸出對(duì)應(yīng)于空氣燃料比的檢測(cè)值，在空氣比l以下的區(qū)域，由于不存在氧，所以;險(xiǎn)測(cè) 一氧化碳濃度并以電流或者電壓來(lái)輸出對(duì)應(yīng)于空氣燃料比的檢測(cè)值。根 據(jù)該檢測(cè)值、即空氣燃料比，可以控制上述馬達(dá)。另外，當(dāng)在比1大的范圍下控制上述催化劑手段的二次側(cè)的空氣比 (不以將空氣比1夾在中間的方式進(jìn)行控制)時(shí)，可以利用氧濃度傳感 器，而不是上述空氣燃料比傳感器來(lái)檢測(cè)氧濃度，由該值運(yùn)算空氣比。 然后，可以根據(jù)該空氣比控制上述馬達(dá)。另外，上述傳感器可以制成將氧濃度傳感器與一氧化碳濃度傳感器 組合而成的傳感器。進(jìn)而，作為上述傳感器，可以使用能夠在上述催化 劑手段的二次側(cè)以將空氣比1夾在中間的方式控制空氣比的傳感器，來(lái)代替檢測(cè)氧濃度和一氧化碳濃度的上述空氣燃料比傳感器。上述傳感器 的安裝位置優(yōu)選在上述催化劑手段的二次側(cè)，但不限定于此，可以安裝在上述催化劑手段的 一次側(cè)，或當(dāng)在上述催化劑手段的下流側(cè)設(shè)置排熱 回收器時(shí)，可以安裝在該下流側(cè)。向上述控制手段輸入上述傳感器的檢測(cè)值。上述控制手段基于預(yù)先 存儲(chǔ)的空氣比控制程序來(lái)反饋控制上述馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)量，將上述空氣比控制在1.0- 1.0005的設(shè)定空氣比以使上述催化劑的一次側(cè)的上述氣體中的一氧化碳濃度與下述那樣的值幾乎相等或在其以上、或者滿足上式(3),上述值是通過(guò)上述氧化而在上述催化劑手段內(nèi)消耗的一氧化碳 濃度與通過(guò)上述還原而在上述催化劑手段內(nèi)消耗的一氧化碳濃度相加 的值。上述空氣比控制程序優(yōu)選設(shè)置第一控制帶和第二控制帶來(lái)控制上 述馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)量，所述第一控制帶根據(jù)上述檢測(cè)空氣比與上述設(shè)定空氣 比之差來(lái)改變上述馬達(dá)的每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量(可以用每1驅(qū)動(dòng)單位的 時(shí)間來(lái)表示)，所述第二控制帶在該第一控制帶的外側(cè)使每單位時(shí)間的 上述驅(qū)動(dòng)量為固定的規(guī)定值。在該控制中，構(gòu)成以使本發(fā)明的檢測(cè)空氣 比在以上述設(shè)定空氣比作為中心的設(shè)定范圍內(nèi)的方式來(lái)進(jìn)行控制的上 述電控制手段。并且，該空氣比控制程序不限定于該控制方式，可以形 成各種PID控制。上述第一控制帶的控制量可以利用檢測(cè)空氣比與設(shè)定空氣比與設(shè) 定增益(gain)的積的式子來(lái)控制。通過(guò)這樣的控制，可以迅速控制為 設(shè)定空氣比，同時(shí)可進(jìn)行過(guò)調(diào)和波動(dòng)少的控制。另外，上述控制手段能夠以除了上述空氣比控制程序以外，還進(jìn)行 維護(hù)程序的方式來(lái)構(gòu)成。該維護(hù)程序以利用報(bào)警手段對(duì)上述中毒物質(zhì)除 去手段的中毒物質(zhì)吸附成為飽和狀態(tài)的情況進(jìn)行報(bào)警的方式來(lái)構(gòu)成。報(bào) 警時(shí)期可以根據(jù)從上述中毒物質(zhì)除去手段的吸附或者反應(yīng)起始至吸附 或者反應(yīng)成為飽和狀態(tài)為止的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)這樣的構(gòu)成，通過(guò)改 變上述中毒物質(zhì)除去手段的容量，可以任意地設(shè)定發(fā)揮上述催化劑手段 的期望性能的期間。在上述實(shí)施方式1~3中，當(dāng)在燃料氣體中含有上述加臭劑時(shí)，可 以設(shè)置將該燃料氣體中的加臭劑(硫成分)除去的硫吸附除去手段。該 硫吸附除去手段可以使用東乂一林式會(huì)社制的七、才，厶(注冊(cè)商標(biāo))等。本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式1 ~3,還含有下面的實(shí)施方式4~5。 (實(shí)施方式4)26本實(shí)施方式4的低NOx燃燒裝置具有使含有烴的燃料燃燒的燃 燒器；從由該燃燒器生成的氣體中進(jìn)行吸熱的吸熱手段；催化劑手段， 其與通過(guò)該吸熱手段后的上述氣體接觸，當(dāng)該氣體中的氧、氮氧化物和 一氧化碳的濃度比為NOx . CO非減少區(qū)域時(shí)，減少一氧化碳而不減少 氮氧化物，當(dāng)上述濃度比為NOx CO減少區(qū)域時(shí)，減少一氧化碳和氮 氧化物；在上述催化劑手段的一次側(cè)設(shè)置的、吸附除去中毒物質(zhì)的中毒 物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑手段 的催化劑成分上吸附、或者與該成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的至少含有硫的中毒 物質(zhì)；對(duì)供給上述燃燒器的空氣量和/或燃料量的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)的空氣比 調(diào)節(jié)手段。另外，上述空氣比調(diào)節(jié)手段對(duì)空氣量和/或燃料量的比例進(jìn)行 調(diào)節(jié)以使上述濃度比為上述NOx . CO減少區(qū)域。在本實(shí)施方式4中，與上述實(shí)施方式1同樣進(jìn)行利用了上述中毒物 質(zhì)除去手段的中毒物質(zhì)的除去。另外，由上述燃燒器的燃燒生成的氣體 通過(guò)上述吸熱手段受到吸熱作用，形成以規(guī)定濃度比含有氧、氮氧化物 和一氧化碳的氣體。當(dāng)使上述燃燒器的空氣比在低空氣比的區(qū)域變化時(shí)，關(guān)于含有上述催化劑手段的一次側(cè)的氧、氮氧化物和一氧化碳的上 述氣體，可以得到上述催化劑的一次側(cè)的空氣比-NOx CO特性(以下 稱作一次特性。)，同時(shí)通過(guò)使具有該一次側(cè)的空氣比-NOx . CO特性 的氣體與上述催化劑手段接觸，可以得到上述催化劑手段的二次側(cè)的空 氣比-NOx . CO特性(以下稱作二次特性。)。對(duì)于該二次特性，當(dāng)該氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比 為NOx CO非減少區(qū)域時(shí)，減少一氧化^f友而不減少氮氧化物，當(dāng)上述 濃度比為NOx CO減少區(qū)域時(shí)，減少一氧化碳和氮氧化物。由于在上 述二次特性的NOx濃度比上述一次特性的NOx濃度低、 一氧化碳濃度 (CO濃度)比上述一次特性的CO濃度低的NOx CO減少區(qū)域、即上 述NOx.CO減少區(qū)域，來(lái)設(shè)定上述設(shè)定空氣比，所以通過(guò)上述催化劑 手段的氧化、還原作用，可以減少氮氧化物的排放量，同時(shí)減少一氧化 碳的排放量。對(duì)于該實(shí)施方式4，在上述調(diào)節(jié)中，優(yōu)選使上述催化劑手段的二次 側(cè)的氮氧化物濃度基本為零。另外，在上述調(diào)節(jié)中，優(yōu)選使上述催化劑 手段的二次側(cè)的氧濃度基本為零。 (實(shí)施方式5 )上述實(shí)施方式4可以通過(guò)以下的實(shí)施方式5來(lái)表現(xiàn)。該實(shí)施方式5
的低NOx燃燒裝置具有使含有烴的燃料燃燒的燃燒器；從由該燃燒
器生成的氣體中進(jìn)行吸熱的吸熱手段；與通過(guò)該吸熱手段后的含有氧、
氮氧化物和一氧化碳的氣體接觸的催化劑手段；在上述催化劑手段的一
次側(cè)設(shè)置的、吸附除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是
在上述氣體中含有、在上述催化劑手段的催化劑成分上吸附、或者與該
成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的至少含有硫的中毒物質(zhì)；調(diào)節(jié)上述燃燒器的燃燒空 氣與燃料的比例的控制手段。另外，上述催化劑手段以使在其二次側(cè)的
氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零的上述催化劑手段的一次側(cè)的 氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比。當(dāng)使 上述濃度比為上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比時(shí)，上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧 化物濃度和一氧化碳濃度基本為零。另外，上述催化劑手段表現(xiàn)出下述 的特性，即，當(dāng)與對(duì)應(yīng)于上述標(biāo)準(zhǔn)濃度比的標(biāo)準(zhǔn)氧濃度相比，提高一次 側(cè)的氧濃度時(shí)，在上述催化劑的二次側(cè)可以檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于一次側(cè)氧濃度 與標(biāo)準(zhǔn)氧濃度之差的濃度的氧，同時(shí)使上述催化劑手段的二次側(cè)的一氧 化碳濃度基本為零，并減少氮氧化物濃度，當(dāng)與上述標(biāo)準(zhǔn)氧濃度相比降 低一次側(cè)的氧濃度時(shí)，在上述催化劑手段的二次側(cè)可以檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于一 次側(cè)氧濃度與標(biāo)準(zhǔn)氧濃度之差的濃度的一氧化碳，同時(shí)使上述催化劑手 段的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零，并減少一氧化碳濃度。上述控制 手段基于上述催化劑手段的二次側(cè)的氧濃度來(lái)調(diào)節(jié)上述燃燒器的燃燒 空氣量與燃料量的比例，由此將上述催化劑手段的一次側(cè)的氧濃度相對(duì) 于上述標(biāo)準(zhǔn)氧濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物 濃度和一氧化碳濃度。
上述實(shí)施方式4基于相對(duì)于空氣比的上述燃燒器和吸熱手段的上述 一次特性和上述二次特性來(lái)表現(xiàn)，所述空氣比由上述催化劑手段的二次 側(cè)的氧濃度和/或一氧化碳濃度等來(lái)求得。相對(duì)于此，本實(shí)施方式5基于 相對(duì)于上述催化劑一次側(cè)的氧濃度的上述燃燒器和上述吸熱手段的上 述一次特性和上述催化劑手段的特性來(lái)表現(xiàn)。
該催化劑特性是指下述那樣的特性。即，如圖8的模式圖所示的那 樣，上述催化劑手段的一次側(cè)的上述濃度比具有特性線L(二次側(cè) [NOx]=0、
=0線)。當(dāng)上述催化劑手段的一次側(cè)的上述濃度比位于 該線L上時(shí)，上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度
28基本為零。該線L在理論上與上式(3)的上述規(guī)定濃度比為l相對(duì)應(yīng)， 在圖8中，對(duì)該上述規(guī)定濃度比為1時(shí)的式(3)進(jìn)行圖示。但是，如 上所述，實(shí)驗(yàn)上在上述濃度比規(guī)定濃度為大于1.0直至2.0的范圍，可 以使上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為 零，因此上述特性線(二次側(cè)[NOx^0、 [CO^0線)不限定于圖8的線 L。
另外，本發(fā)明不限定于上述發(fā)明的實(shí)施方式1 ~5,能夠以僅用上述 燃燒器進(jìn)行上述濃度比的調(diào)節(jié)、或者主要利用燃燒器進(jìn)行的方式來(lái)構(gòu) 成。即，利用上述燃燒器和上述吸熱手段進(jìn)行的濃度比調(diào)節(jié)含有下述的
氣體通路的要素和在該氣體通路中含有的要素來(lái)進(jìn)行。
另外，可以如下述那樣來(lái)構(gòu)成上述機(jī)械控制手段，即，由主通路和 與其并列的輔助通路來(lái)構(gòu)成燃燒空氣的供氣通路，用在上述主通路中設(shè) 置的閥芯的工作來(lái)對(duì)空氣流量進(jìn)行粗調(diào)節(jié)，用在上述輔助通路中設(shè)置的 閥芯的工作對(duì)空氣流量進(jìn)行微調(diào)節(jié)。另外，可以如下述那樣來(lái)構(gòu)成機(jī)械 控制手段，即，由主通路和與其并列的輔助通路來(lái)構(gòu)成燃料供給通路， 用在上述主通路中設(shè)置的閥芯的工作來(lái)對(duì)空氣流量進(jìn)行粗調(diào)節(jié)，用在上 述輔助通路中設(shè)置的閥芯的工作對(duì)空氣流量進(jìn)行微調(diào)節(jié)。
進(jìn)而，對(duì)于上述空氣比調(diào)節(jié)手段的流量調(diào)節(jié)手段，可以通過(guò)變換器 來(lái)控制鼓風(fēng)機(jī)的馬達(dá)。該變換器可以利用具有公知構(gòu)成的變換器。即使 對(duì)于使用該變換器的情況，也可以通過(guò)在擋板控制中使用的上述空氣比 控制程序來(lái)進(jìn)行控制。 實(shí)施例1
以下，根據(jù)

將本發(fā)明的燃燒裝置應(yīng)用于蒸汽鍋爐的實(shí)施例 1。圖1是說(shuō)明本發(fā)明的原理的附圖，圖2是本實(shí)施例1的蒸氣鍋爐的
縱截面圖，圖3是沿圖2的m-m線的截面圖，圖4是表示從廢氣的流
動(dòng)方向觀察圖2和圖3的中毒物質(zhì)除去手段和催化劑手段的主要部分構(gòu) 成的附圖，圖5是說(shuō)明本實(shí)施例1的空氣比-NOx . CO特性的附圖，圖 6是該實(shí)施例1的擋板位置調(diào)節(jié)裝置的使用狀態(tài)的一部分截面圖，圖7 是擋板位置調(diào)節(jié)裝置的使用狀態(tài)的一部分截面圖，圖8是說(shuō)明本實(shí)施例 1的燃燒器和吸熱手段的特性以及催化劑手段的特性的模式圖，圖9是 說(shuō)明本實(shí)施例1的傳感器的輸出特性的附圖，圖IO是說(shuō)明本實(shí)施例1的馬達(dá)控制特性的附圖，圖11是說(shuō)明本實(shí)施例1的NOx和CO減少特
性的附圖。
首先，參考圖1，對(duì)于本實(shí)施例1的蒸汽鍋爐進(jìn)行說(shuō)明。蒸汽鍋爐 作為主要部位具有通過(guò)燃燒生成含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體 的燃燒器1;從由該燃燒器1生成的氣體中進(jìn)行吸熱的吸熱手段2;分 別以規(guī)定濃度比含有通過(guò)該吸熱手段2后的氧、氮氧化物和一氧化碳并 同時(shí)與含有中毒物質(zhì)的氣體接觸并使其通過(guò)的中毒物質(zhì)除去手段3;與
通過(guò)該中毒物質(zhì)除去手段3后的氣體接觸，而使一氧化碳氧化、同時(shí)使 氮氧化物還原的催化劑手段(以下簡(jiǎn)稱為"催化劑")4;向燃燒器1 供給燃料氣體(氣體燃料)的燃料供給手段5、向燃燒器1供給燃燒空 氣的燃燒空氣供給手段6;控制燃料供給手段5和/或燃燒空氣供給手段 6(在本實(shí)施例1中僅控制燃燒空氣供給手段6)、來(lái)調(diào)節(jié)燃燒器1的空 氣比的空氣比調(diào)節(jié)手段7;在催化劑4的下流(二次側(cè))檢測(cè)氧濃度的 傳感器8;作為鍋爐控制器的控制器9，所述鍋爐控制器輸入該傳感器8 等的信號(hào)來(lái)控制燃料供給手段5和燃燒空氣供給手段6等。在燃料供給
除去手段^0。、、 '; 、、、、.'、、 、
燃燒器1是具有平面狀的燃燒面(預(yù)混合氣體的噴射面)的完全預(yù) 混合式燃燒器(參考圖2和圖3)。該燃燒器可以使用與在專利文獻(xiàn)1 中記述的燃燒器具有同樣構(gòu)成的燃燒器。
吸熱手段2為罐體，具有將上部管集合11和將下部管集合12,在 該兩個(gè)將管集合之間配置構(gòu)成水管組13的多個(gè)內(nèi)側(cè)水管14, 14,…。 如圖3所示的那樣，在吸熱手段(罐體)2的長(zhǎng)度方向的兩側(cè)部設(shè)置用 連接部件16, 16,…連接外側(cè)水管15, 15,...而構(gòu)成的一對(duì)水管壁17, 17，在該兩水管壁17, 17與將上部管集合11和將下部管集合12之間， 形成來(lái)自燃燒器1的燃燒反應(yīng)中的氣體和燃燒結(jié)束的氣體幾乎以直線流 過(guò)的第一氣體通路18。在第一氣體通路18的一端設(shè)置燃燒器1,在另 一端的廢氣出口 19連接流過(guò)廢氣的第二氣體通路(煙道)20。在該實(shí) 施例1中，燃燒器1和罐體2可以使用公知的。
廢氣通路20含有水平部21和垂直部22，在水平部21中以可個(gè)別 自由裝卸的方式來(lái)分別安裝中毒物質(zhì)除去手段3和催化劑4(參考圖2)。 在垂直部19上以位于催化劑4的下流側(cè)的方式安裝作為排熱回收器的供水預(yù)熱器23,并在催化劑4和供水預(yù)熱器23之間配置傳感器8。
含有燃燒器1、水管組13的從燃燒器1到催化劑4的構(gòu)成要素(特 別地，燃燒器1和水管組2是其主要部分)，具有將催化劑4的一次側(cè) 的氣體的上述濃度比K調(diào)節(jié)為上述規(guī)定濃度比KO、 Kl的功能。即，以 下述那樣來(lái)構(gòu)成在利用下述空氣比調(diào)節(jié)手段7調(diào)節(jié)(變化)設(shè)定空氣 比時(shí)，可以得到圖5所示的催化劑4的一次側(cè)的空氣比-NOx 'CO特性。 該空氣比-NOx . CO特性是在控制空氣比調(diào)節(jié)手段7而將空氣比調(diào)節(jié)成 1.0的設(shè)定空氣比時(shí)，使催化劑4的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零的 催化劑4的一次側(cè)的空氣比-NOx . CO特性(以下，稱作一次特性)。 催化劑4具有通過(guò)將具有上述一次特性的上述氣體與催化劑4接觸而得 到的催化劑4的二次側(cè)的空氣比-NOx 'CO特性(以下，稱作二次特性)。 上述一次特性是利用從燃燒器1到催化劑4的構(gòu)成要素而得的上述濃度 比特性，上述二次特性是利用催化劑4而得的特性。上述一次特性在將 上述設(shè)定空氣比調(diào)節(jié)至1.0時(shí)，使催化劑4的二次側(cè)的NOx濃度和一氧 化碳濃度基本為零。此時(shí)，催化劑4的一次側(cè)的氣體的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比 K0為特異標(biāo)準(zhǔn)濃度比K0X (參考圖8)。
在該圖5中，第一線(特性線)E表示催化劑4的一次側(cè)的CO濃 度，第二線F表示相同一次側(cè)的NOx濃度。另夕卜，第三線J表示催化劑 4的二次側(cè)的CO濃度，在空氣比為1.0以上的情況下CO濃度基本為零， 當(dāng)空氣比變得比1.0小時(shí)，具有濃度急劇增加的特性。另外，第四線K 表示催化劑4的二次側(cè)的NOx濃度，在空氣比為1.0以下的規(guī)定區(qū)域 NOx濃度基本為零，隨著空氣比超過(guò)1.0，具有濃度從基本為零開(kāi)始增 加，最終與催化劑4的一次側(cè)的濃度相等的特性。將使該催化劑4的二 次側(cè)NOx濃度與一次側(cè)的濃度相等的空氣比以下的區(qū)域稱作為 NOx CO減少區(qū)域。該NOx CO減少區(qū)域的下限可以設(shè)定為使催化劑 4的二次側(cè)的CO濃度為300ppm(日本的CO容許排放標(biāo)準(zhǔn))的空氣比。 該空氣比-NOx CO特性是至今沒(méi)有被研究過(guò)的低空氣比區(qū)域的新型特 性。這里，所謂低空氣比是指空氣比為1.1以下、優(yōu)選1.05以下，將該 空氣比的區(qū)域稱作為低空氣比區(qū)域。
催化劑4具有在不存在烴的情況下、將在通過(guò)水管組13后的上述 氣體中含有的一氧化碳氧化(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中使用鉑作為催化劑活性物質(zhì)的催化劑。
31如在上述"具體實(shí)施方式
" 一項(xiàng)中說(shuō)明的那樣，當(dāng)基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果在理論
上進(jìn)行考察時(shí)，通過(guò)將滿足上式(3)的濃度比的上述氣體與催化劑4的催化劑活性物質(zhì)(催化劑成分)接觸，主要可以產(chǎn)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)。對(duì)于上述第一反應(yīng)，根據(jù)氧濃度決定該反應(yīng)是否進(jìn)行，在該催化劑4中，上述第一反應(yīng)相對(duì)于上述第二反應(yīng)具有優(yōu)勢(shì)。
更具體地對(duì)催化劑4進(jìn)行說(shuō)明，該催化劑具有如圖4所示的結(jié)構(gòu)，例如，如下述那樣來(lái)形成。在作為上述基材的都為不銹鋼制的平板24和波紋板25的各自表面上都形成多個(gè)微小凸凹，在其表面上涂布催化劑活性材料(圖示省略)。接著，將規(guī)定寬度的平板24和波紋板25疊合后，巻曲成螺旋狀而形成輥狀。利用側(cè)板26包圍該輥狀物進(jìn)行固定，形成催化劑4。使用鉑作為上述催化劑活性材料。并且，在圖3中，僅顯示了平板24和波紋板25的一部分。
該催化劑4在低溫區(qū)域下具有氧化活性。另外，催化劑4配置在第二氣體通路20中途的水平部21中、廢氣溫度約為IO(TC 350。C左右的位置。該催化劑4相對(duì)于第二氣體通路20以能夠自由裝卸的方式進(jìn)行安裝，以使其在性能劣化時(shí)可進(jìn)行交換。
中毒物質(zhì)除去手段3具有與催化劑4的催化劑成分反應(yīng)而將作為中毒物質(zhì)的硫成分或鐵成分除去的功能，并具有與圖4所示的催化劑4相同的結(jié)構(gòu)。即，形成在具有透氣性的上述基材上涂布作為中毒物質(zhì)除去成分的Ce02而成的結(jié)構(gòu)。對(duì)于該中毒物質(zhì)除去手段3，與催化劑4不同的方面在于，使上述催化劑成分的含有率為零。該中毒物質(zhì)除去手段3與催化劑4空有間隔，與催化劑4獨(dú)立、能夠自由裝卸、且以可交換的方式進(jìn)4于-沒(méi)置。
燃料供給手段5以含有氣體燃料供給管27和在該氣體燃料供給管27上設(shè)置的燃料流量調(diào)節(jié)用的流量調(diào)節(jié)閥28的方式來(lái)構(gòu)成。流量調(diào)節(jié)閥28具有將燃料供給量控制為高燃燒用流量和低燃燒用流量的功能。
在該燃料供給手段5的氣體燃料供給管27中，具有將在燃料中含有的加臭劑中的硫成分吸附除去的硫成分除去手段10。在該實(shí)施例1中，可以使用東乂一株式會(huì)社制的七、才，厶(注冊(cè)商標(biāo))。
燃燒空氣供給手段6以含有鼓風(fēng)機(jī)29、和從該鼓風(fēng)機(jī)29向燃燒器1供給燃燒空氣的供氣通路30的方式來(lái)構(gòu)成。氣體燃料供給管27連接在供氣通路30內(nèi)以噴射氣體燃料。
空氣比調(diào)節(jié)手段7含有下述的構(gòu)成作為流量調(diào)節(jié)手段的擋板31 ， 所述流量調(diào)節(jié)手段調(diào)節(jié)供氣通路30的開(kāi)度(流路截面積)；用于調(diào)節(jié) 該擋板31的開(kāi)度位置的擋板位置調(diào)節(jié)裝置32 (參考圖6、 7);和控制 該擋板位置調(diào)節(jié)裝置32的工作的控制器9。
擋板位置調(diào)節(jié)裝置32如圖6所示的那樣，具有可自由裝卸地連接 在擋板31的旋轉(zhuǎn)軸33上的驅(qū)動(dòng)軸34,該驅(qū)動(dòng)軸34可以通過(guò)減速器35 來(lái)利用馬達(dá)36進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該馬達(dá)36可以使用能夠任意調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)停止位 置的馬達(dá)。在本實(shí)施例1中可以使用步進(jìn)馬達(dá)(脈沖馬達(dá))。
驅(qū)動(dòng)軸34通過(guò)聯(lián)軸器37與擋板31的旋轉(zhuǎn)軸33連接，由此可以與 旋轉(zhuǎn)軸33在同一軸線上一體化地旋轉(zhuǎn)。聯(lián)軸器37制成階梯圓柱形狀， 在其中央部沿軸方向貫穿而形成階梯孔38, 39。在其小徑孔38中插入 驅(qū)動(dòng)軸34,該驅(qū)動(dòng)軸34通過(guò)安裝螺釘40與聯(lián)軸器37形成一個(gè)整體。 另一方面，在大徑孔39中可插入擋板31的旋轉(zhuǎn)軸33,該旋轉(zhuǎn)軸33可 通過(guò)鍵41與聯(lián)軸器37整體地旋轉(zhuǎn)。因此，在旋轉(zhuǎn)軸33和聯(lián)軸器37的 大徑孔39中，可以分別形成4定溝42, 43。
這樣的聯(lián)軸器37保持在其一端部插入驅(qū)動(dòng)軸34的狀態(tài)下，另一端 部通過(guò)軸承44可在擋板位置調(diào)節(jié)裝置32的外盒45中旋轉(zhuǎn)。該外盒45 是下述那樣的結(jié)構(gòu)，即，在其一端部保持減速器35和馬達(dá)36,在另一 端部暴露出聯(lián)軸器37的帶有鍵溝43的大徑孔39,在此狀態(tài)下，將聯(lián)軸 器37或旋轉(zhuǎn)異常檢測(cè)手段46密閉在內(nèi)部。
旋轉(zhuǎn)異常檢測(cè)手段46具有被檢測(cè)板47和檢測(cè)器48。被檢測(cè)板47
固定。該被檢測(cè)板47以與聯(lián)軸器37或驅(qū)動(dòng)軸34同軸的方式來(lái)設(shè)置。 在#皮檢測(cè)板47的外周的一部分設(shè)置以圓周方向等間隔地形成了多個(gè)狹 縫49, 49,…的狹縫形成區(qū)域50。在本實(shí)施例1中，僅在四分之一(90 度)的圓弧部分上設(shè)置狹縫形成區(qū)域50。在該狹縫形成區(qū)域50上形成 的各狹縫49為同一形狀和大小。在本實(shí)施例1中，通過(guò)將沿^皮檢測(cè)板 47半徑方向的細(xì)長(zhǎng)矩形狀的溝沿著圓周方向等間隔地進(jìn)行穿孔，可以形 成狹縫47。
用于檢測(cè)狹縫49的4企測(cè)器48固定在外盒45上。該檢測(cè)器48包含 透射型光阻攔器(photo interrupter),以使^皮檢測(cè)板47的外周部分介于
33發(fā)光元件51與受光元件52之間這樣的狀態(tài)來(lái)安裝。通過(guò)使被檢測(cè)板47 介于檢測(cè)器48的發(fā)光元件51與受光元件52之間，并根據(jù)是否祐:檢測(cè) 板47的狹縫49配置在與檢測(cè)器48對(duì)應(yīng)的位置(與從發(fā)光元件51至受 光元件52的光路對(duì)應(yīng)的位置)上，來(lái)轉(zhuǎn)換在受光元件52上有無(wú)來(lái)自發(fā) 光元件51的受光。由此，檢測(cè)器48可以進(jìn)行在被檢測(cè)板47上形成的 狹縫49的4全測(cè)。
擋板位置調(diào)節(jié)裝置32,在圖7中，在將該狹縫形成區(qū)域50的順時(shí) 針旋轉(zhuǎn)方向的端部狹縫53配置在對(duì)應(yīng)于檢測(cè)器48的位置的狀態(tài)下，擋 板31使供氣通路30處于完全封閉的狀態(tài)，擋板位置調(diào)節(jié)裝置32安裝 在擋板31的旋轉(zhuǎn)軸33上。
狹縫形成區(qū)域50僅在^皮檢測(cè)板47的卯度的部分上來(lái)形成。因此， 在將該狹縫形成區(qū)域50的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的端部狹縫53配置在對(duì)應(yīng)于 檢測(cè)器48的位置的狀態(tài)下，上述那樣的擋板31將供氣通路29完全封 閉，另一方面，在將該狹縫形成區(qū)域50的.逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的端部狹縫 54配置在對(duì)應(yīng)于檢測(cè)器48的位置的狀態(tài)下，擋板31將供氣通路30完 全開(kāi)放。
擋板位置調(diào)節(jié)裝置32可以如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，馬達(dá)36和檢測(cè) 器48與控制器9連接，來(lái)監(jiān)視擋板31的旋轉(zhuǎn)異常，同時(shí)可以控制馬達(dá) 36的旋轉(zhuǎn)。即，為了控制馬達(dá)36，控制器9具有含有輸向馬達(dá)36的驅(qū) 動(dòng)脈沖的控制信號(hào)的制作電路，并可將該制作的控制信號(hào)向馬達(dá)36輸 出。由此，對(duì)于馬達(dá)36,可以任意地控制其正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，和驅(qū)動(dòng)量， 即，對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)而任意地控制其旋轉(zhuǎn)角。另外，馬達(dá)36以通過(guò) 改變驅(qū)動(dòng)脈沖的間隔(進(jìn)給速度)而能夠控制其旋轉(zhuǎn)速度的方式來(lái)構(gòu)成。
在實(shí)際對(duì)擋板31進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制時(shí)，控制器9首先為了將擋板31的 全關(guān)閉位置作為原點(diǎn)，而進(jìn)行原點(diǎn)檢測(cè)工作。首先在圖7中，使被檢測(cè) 板47向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，如果在該#皮檢測(cè)板47的狹縫形成 區(qū)域50內(nèi)配置檢測(cè)器48,則伴隨著被檢測(cè)板47的旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)器48定 時(shí)地檢測(cè)狹縫49,因此其檢測(cè)脈沖作為檢測(cè)信號(hào)輸向控制器9。當(dāng)使被 檢測(cè)板47旋轉(zhuǎn)至檢測(cè)器48配置在狹縫形成區(qū)域50外時(shí)，不能檢測(cè)到 脈沖。當(dāng)規(guī)定時(shí)間脈沖檢測(cè)不到時(shí)，控制器9認(rèn)為檢測(cè)器48在狹縫形 成區(qū)域50夕卜，而將旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)向反方向。即，在本實(shí)施例1中，使被 檢測(cè)板47向順時(shí)針?lè)较蚍崔D(zhuǎn)，將最初檢測(cè)到脈沖(順時(shí)針?lè)较虻亩瞬开M縫53 )的位置作為原點(diǎn)。該利用向順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)所進(jìn)行的原點(diǎn)確 認(rèn)，是在與旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)換前的逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)相比為微速的條件下完 成的。
這樣檢測(cè)到的原點(diǎn)與擋板31完全閉合的位置對(duì)應(yīng)，因此以該狀態(tài) 作為基準(zhǔn)，控制器9可以向馬達(dá)36輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)擋板31進(jìn)行開(kāi)關(guān) 控制。控制器9為了擋板31的開(kāi)關(guān)而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)36,與此相伴作為脈沖 獲得來(lái)自檢測(cè)器48的狹縫49的檢測(cè)信號(hào)。因此，控制器9將來(lái)自檢測(cè) 器47的檢測(cè)信號(hào)與輸向馬達(dá)36的控制信號(hào)進(jìn)行比較，從而可以監(jiān)視擋 板31的旋轉(zhuǎn)異常。具體來(lái)說(shuō)，將控制信號(hào)與檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)監(jiān)視 有無(wú)旋轉(zhuǎn)異常，所述控制信號(hào)包含輸向馬達(dá)36的驅(qū)動(dòng)脈沖，所述檢測(cè) 信號(hào)包含利用檢測(cè)器48得到的狹縫49的檢測(cè)脈沖。
例如，對(duì)于雖然向馬達(dá)36輸送驅(qū)動(dòng)脈沖，但由檢測(cè)器47檢測(cè)不到 檢測(cè)脈沖的情況，控制器9判斷為旋轉(zhuǎn)異常。此時(shí)，通常來(lái)自檢測(cè)器47 的檢測(cè)脈沖與向馬達(dá)36輸送的驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率數(shù)不同，因此控制器9 考慮到該差異而進(jìn)行控制。例如，對(duì)于經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的規(guī)定脈沖部分的 時(shí)間，且檢測(cè)信號(hào)的脈沖一個(gè)也沒(méi)檢測(cè)到的情況，控制器9首先判斷為 旋轉(zhuǎn)異常的方式進(jìn)行控制。當(dāng)判斷為旋轉(zhuǎn)異常時(shí)，控制器9進(jìn)行異常的 報(bào)警或使燃燒停止等的處置。另外相反，對(duì)于沒(méi)有向馬達(dá)36輸送驅(qū)動(dòng) 脈沖，但由檢測(cè)器48檢測(cè)到脈沖的情況，可知產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)異常。
控制器9通過(guò)預(yù)先存儲(chǔ)的空氣比控制程序，基于傳感器8的檢測(cè)信 號(hào)，以使上述燃燒器的空氣比為設(shè)定空氣比(第一控制條件)，且在該 設(shè)定空氣比中，使流入催化劑4前的上述氣體濃度比滿足下式(3 )(第 二控制條件)，并控制馬達(dá)34的方式來(lái)構(gòu)成。
([NOx]+2
) /[CO] < 2.0( 3 )
(在式(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，且滿足
〉0的條件。)
在該實(shí)施例l中，直接控制是上述第一控制條件，通過(guò)滿足該第一
控制條件而自動(dòng)地滿足上述第二控制條件。以下根據(jù)圖5和圖8說(shuō)明這 —點(diǎn)。圖5的空氣比-NOx . CO特性是基于含有燃燒器1以及水管組2的 構(gòu)成要素的上述一次特性和上述二次特性而表現(xiàn)的特性。另外，圖8基
于相對(duì)于催化劑4的一次側(cè)的氧濃度的上述構(gòu)成要素的上述一次特性和 催化劑4的特性來(lái)表現(xiàn)該特性。
催化劑4的特性，如圖8所示的那樣，通過(guò)與催化劑4的一次側(cè)的 上述濃度比有關(guān)的第五線L (二次側(cè)[NOx][CO]為零的線)表現(xiàn)其特征。 對(duì)于該第五線L,當(dāng)催化劑4的一次側(cè)的上述濃度比位于該線上(承載) 時(shí)，可以使催化劑4的二次側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度基本為零。 該第五線L對(duì)應(yīng)于上式(3)的上述規(guī)定濃度比為1時(shí)的情況。即，該 第五線L是表示下式(3A)的線條。+2
=[CO] (3A)
這里，[NOx]如圖11所示的那樣是[CO]的1/50~1/30左右，因此在 圖8中，可以省略相對(duì)于氧濃度的NOx濃度特性，同時(shí)可以忽略式(3A) 中的[NOx]。對(duì)于該第五線L,當(dāng)使一次側(cè)的氧濃度為XI時(shí)， 一次側(cè)的 一氧化碳濃度Yl是Yl=2Xl+[NOx]。并且，上述規(guī)定濃度比的值在大 于1.0且直至2.0的范圍，可以使催化劑4的二次側(cè)的氮氧化物濃度和 一氧化碳濃度基本為零，因此第五線L不限定于圖示的線L，可以是滿 足上式(3)的線條。
將在第六線M與第五線L的交點(diǎn)處的氧、氮氧化物和一氧化碳的 濃度比稱作標(biāo)準(zhǔn)濃度比，所述第六線M表示燃燒器1和水管組13的上 述一次特性曲線。催化劑4具有下述的特性，即，當(dāng)其一次側(cè)的上述濃 度比為上述標(biāo)準(zhǔn)濃度比時(shí)，可以使催化劑4的二次側(cè)的氮氧化物濃度和 一氧化碳濃度基本為零。
催化劑4具有下述的特性，即，當(dāng)與對(duì)應(yīng)于上述標(biāo)準(zhǔn)濃度比的標(biāo)準(zhǔn) 氧濃度SK相比、提高一次側(cè)的氧濃度時(shí)，可以在催化劑4的二次側(cè)檢 測(cè)到對(duì)應(yīng)于一次側(cè)的氧濃度與標(biāo)準(zhǔn)氧濃度的差的濃度的氧，同時(shí)使催化 劑4的二次側(cè)的一氧化碳濃度基本為零，并通過(guò)還原反應(yīng)使催化劑4的 二次側(cè)的氮氧化物濃度比一次側(cè)的氮氧化物濃度減少。將具有在該催化 劑4的二次側(cè)可以4全測(cè)到氧、同時(shí)與一次側(cè)的氮氧4b物濃度相比減少的 特性的區(qū)域稱作為二次側(cè)NOx泄漏區(qū)域Rl。該二次側(cè)NOx泄漏區(qū)域Rl是實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)2的區(qū)域，上述燃燒器1的空氣比大于1.0。
另外，催化劑4具有下述的特性，即，當(dāng)使一次側(cè)氧濃度比標(biāo)準(zhǔn)氧 濃度SK低時(shí)，可以在催化劑4的二次側(cè)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于一次側(cè)的氧濃度 與標(biāo)準(zhǔn)氧濃度SK的差的濃度的一氧化碳，同時(shí)在規(guī)定的范圍使催化劑 4的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零。將具有在該催化劑4的二次側(cè)可 以檢測(cè)到一氧化碳、同時(shí)使氮氧化物濃度基本為零的特性的區(qū)域稱作為 二次側(cè)CO泄漏區(qū)域R2。該二次側(cè)CO泄漏區(qū)域R2是實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)0 和上述調(diào)節(jié)1的區(qū)域，燃燒器1的空氣比為1.0以下。燃燒器1的空氣 比即使設(shè)定為小于1.0時(shí)，也是在催化劑4的一次側(cè)、在不含烴、含有 氧的范圍下進(jìn)行設(shè)定。將4吏上述二次側(cè)NOx泄漏區(qū)域Rl與上述二次側(cè) CO泄漏區(qū)域R2合并的區(qū)域稱作為NOx . CO減少區(qū)域R3。
這樣的如圖8所示的催化劑4的特性符合圖5所示的空氣比一 NOx . CO特性。從該圖8可知，當(dāng)以檢測(cè)催化劑4的二次側(cè)的氧濃度 和/或一氧化碳濃度、并使該氧濃度和/或一氧化碳濃度為零的方式來(lái)控 制空氣比調(diào)節(jié)手段7時(shí)，可以將催化劑4的一次側(cè)的上述濃度比控制為 上述標(biāo)準(zhǔn)濃度比，將催化劑4的二次側(cè)的氮氧化物濃度和一氧化碳濃度 控制成基本為零。這樣，當(dāng)滿足上述第一控制條件時(shí)，可以滿足上述第 二控制條件。
上述第一條件如果不能被滿足，則生成烴等的未燃燒成分。這樣， 形成能源的損失，同時(shí)催化劑4中的NOx減少不能有效地進(jìn)行。
為了使排出氮氧化物濃度幾乎為零，上述第二條件是必要條件。通 過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論上的考察，發(fā)現(xiàn)為了使催化劑4的二次側(cè)的氮氧化物濃度 和一氧化碳濃度為零，只要由上述第一反應(yīng)和上述第二反應(yīng)，使 ([NOx]+2
) /[CO]所成的濃度比幾乎為1即可。但是，可以確認(rèn)即 使上述濃度比為1以上的1-2.0,也可以使排出氮氧化物濃度幾乎為零。
作為傳感器8,可以使用〇2分辨能力為50ppm、應(yīng)答時(shí)間為2sec 以下的應(yīng)答性良好的氧化鋯式空氣燃料比傳感器。對(duì)于該傳感器8的輸 出特性，如圖9所示的那樣，輸出在正側(cè)是與氧濃度有關(guān)的輸出，在負(fù) 側(cè)是與 一氧化碳濃度有關(guān)的輸出。
上述空氣比控制程序根據(jù)傳感器8的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行控制，以使燃燒 器1的空氣比為設(shè)定空氣比，具體來(lái)說(shuō)，以下述那樣來(lái)構(gòu)成。即，如圖 10所示那樣的，含有設(shè)置第一控制帶Cl和第二控制帶C2A、 C2B來(lái)控
37制馬達(dá)36的驅(qū)動(dòng)量的控制順序，所述第一控制帶Cl基于來(lái)自傳感器8 的輸出值(用氧濃度信號(hào)和一氧化碳濃度表示的檢測(cè)空氣燃料比)，根 據(jù)該檢測(cè)空氣燃料比與對(duì)應(yīng)于設(shè)定空氣比的設(shè)定值的差異來(lái)改變馬達(dá) 36的進(jìn)給速度V (每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量)，所述第二控制帶C2A、 C2B 在該第一控制帶Cl的外側(cè)使進(jìn)給速度V分別為第一設(shè)定值V2、第二設(shè) 定值V1。在圖10中，Pl表示擋板打開(kāi)區(qū)域，P2表示擋板關(guān)閉區(qū)域。
第一控制帶Cl的設(shè)定范圍以氧濃度N1 (例如100ppm)和一氧化 碳濃度N2 (例如S0卯m)來(lái)設(shè)定，為使空氣比基本為1而以在上述設(shè) 定氧濃度和上述設(shè)定一氧化碳濃度規(guī)定的設(shè)定范圍的方式來(lái)進(jìn)行控制。
第一控制帶C1中的進(jìn)給速度V用下式(4)來(lái)計(jì)算。進(jìn)給速度V 相當(dāng)于每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量。由本實(shí)施例的馬達(dá)36的1步導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn) 角度為0.075度，換算成02時(shí)相當(dāng)于約30ppm的變化。
V=K> AX (4)
(其中，K為增益，AX為(傳感器8的上述輸出值一上述設(shè)定空氣燃 料比)的偏差。)
另外，控制器9如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，通過(guò)預(yù)先儲(chǔ)存的維護(hù)程序， 對(duì)于中毒物質(zhì)除去手段3和中毒物質(zhì)的反應(yīng)成為飽和狀態(tài)的情況由報(bào)警 器55進(jìn)行報(bào)警。該維護(hù)程序程序如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，當(dāng)將中毒物 質(zhì)除去手段3和催化劑4的交換時(shí)期進(jìn)行低燃燒換算而得的工作時(shí)間達(dá) 到設(shè)定時(shí)間T (例如1200小時(shí))時(shí)，由報(bào)警器55來(lái)報(bào)警交換。為了使 其成為可能，以僅在上述設(shè)定時(shí)間T內(nèi)在中毒物質(zhì)除去手段3中流入氣
除去手段3的容量。 、、、、、'、、工' 、
換句話說(shuō)，以將中毒物質(zhì)除去手段3和催化劑4的維護(hù)時(shí)期基于中 毒物質(zhì)除去手段3從反應(yīng)的起始至飽和狀態(tài)的時(shí)間T進(jìn)行設(shè)定的方式來(lái) 構(gòu)成。中毒物質(zhì)除去手段3的容量在對(duì)含有在燃燒空氣中的硫成分和鐵 成分的量進(jìn)行測(cè)定后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)求得。設(shè)定時(shí)間T通過(guò)手動(dòng)可以進(jìn)行 調(diào)節(jié)，以通過(guò)在控制器9中內(nèi)置的計(jì)時(shí)器(省略圖示)進(jìn)行計(jì)測(cè)的方式 來(lái)構(gòu)成。
對(duì)于利用報(bào)警器55進(jìn)行的報(bào)警，可以利用視覺(jué)或者聽(tīng)覺(jué)獲知，可
38以將報(bào)警器55制成處于遠(yuǎn)離蒸汽鍋爐的位置的管理裝置或便攜電話。
(實(shí)施例1的工作)
接著，對(duì)具有以上構(gòu)成的上述蒸汽鍋爐的工作進(jìn)行說(shuō)明。參考圖2, 首先，對(duì)于基本工作進(jìn)行說(shuō)明。由鼓風(fēng)機(jī)29供給的燃燒空氣(外氣)
:預(yù)混合^體從燃燒器1向罐^;2內(nèi)的第一、氣體通路18噴射。4混合 氣體通過(guò)點(diǎn)火手段(沒(méi)有圖示)點(diǎn)火、燃燒。該燃燒如上述那樣利用低 空氣比進(jìn)行。
伴隨該燃燒產(chǎn)生的燃燒反應(yīng)中氣體，與上流側(cè)的水管組13交叉而 進(jìn)行冷卻后，形成幾乎燃燒結(jié)束了的氣體，并與下流側(cè)的水管組13熱 交換而進(jìn)行吸熱，形成溫度約為IO(TC 35(TC的氣體。
在上述氣體中，不含有烴，含有氧、氮氧化物和一氧化碳，同時(shí)含 有與上述催化劑成分反應(yīng)并被吸附的中毒物質(zhì)。由于通過(guò)在燃料供給管 27中具有的中毒物質(zhì)除去手段IO將氣體燃料中的加臭劑材料的硫成分 除去，所以作為中毒物質(zhì)而含有硫成分和在氣體中作為氧化鐵存在的鐵 成分，所述硫成分包含在燃燒空氣中作為硫氧化物微粒存在的硫氧化物。
利用中毒物質(zhì)除去手段3將中毒物質(zhì)從上述氣體中吸附除去，從而 不含中毒物質(zhì)的氣體流入催化劑4。在催化劑4中，通過(guò)氣體與催化劑 成分的接觸， 一氧化碳被氧化，氮氧化物被還原。其結(jié)果是如在后面詳 細(xì)敘述的那樣，上述氣體中的氮氧化物和 一 氧化碳的排放量減少至基本 為零，作為廢氣從第二氣體通路20排放到大氣中。
當(dāng)通過(guò)中毒物質(zhì)除去手段3的氣體量超過(guò)規(guī)定量，而使利用上述中 毒物質(zhì)吸附成分進(jìn)行的中毒物質(zhì)的吸附處于飽和狀態(tài)時(shí)，在從中毒物質(zhì) 除去手段3流出的氣體中遺漏有中毒物質(zhì)，催化劑4的催化劑作用降低。 這樣，由于不能使上述催化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零， 所以控制器9通過(guò)報(bào)警器55報(bào)警，需要對(duì)中毒物質(zhì)除去手段3進(jìn)行交 換。在本實(shí)施例l中，以將催化劑4與中毒物質(zhì)除去手段3同時(shí)進(jìn)行交 換的方式來(lái)構(gòu)成，但也可以如下述那樣構(gòu)成，即，在催化劑4不能發(fā)揮 需要的所期望的性能的時(shí)候，對(duì)催化劑4進(jìn)行交換。該交換的時(shí)機(jī)，與 中毒物質(zhì)除去手段3的交換時(shí)機(jī)相比為更長(zhǎng)的時(shí)間，可以通過(guò)計(jì)時(shí)器或 檢測(cè)NOx、 CO濃度的傳感器來(lái)設(shè)定。
接到報(bào)警器55的報(bào)警的管理人或者維護(hù)人員將中毒物質(zhì)除去手段
393取下，并安裝新的中毒物質(zhì)除去手段3,再次開(kāi)始鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)再 次開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將利用上述計(jì)時(shí)器進(jìn)行的上述設(shè)定時(shí)間T的計(jì)數(shù)重新設(shè) 置。交換的中毒物質(zhì)除去手段3由于花費(fèi)成本，所以不能循環(huán)利用而將 其廢棄，但如果能夠進(jìn)行低成本的循環(huán)利用，則可以再利用。
這樣，通過(guò)具有中毒物質(zhì)除去手段3，可以在上述設(shè)定時(shí)間T內(nèi)， 持續(xù)進(jìn)行使排出的氮氧化物和一氧化碳的量基本為零的超低公害化。另 外，利用中毒物質(zhì)除去手段3的交換，可以在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)的 中斷。
接著，對(duì)于利用了空氣比調(diào)節(jié)手段32的空氣比控制進(jìn)行說(shuō)明。本 實(shí)施例的鍋爐將高燃燒與低燃燒進(jìn)行切換來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，對(duì)于擋板31, 可以選擇高燃燒風(fēng)量位置和低燃燒風(fēng)量位置的任一者來(lái)決定其位置。
該擋板31的位置調(diào)節(jié)通過(guò)來(lái)自控制器9的指令并利用擋板位置調(diào) 節(jié)裝置32來(lái)進(jìn)行。即，控制器9輸入高燃燒或低燃燒的選擇信號(hào)和傳 感器8的檢測(cè)空氣燃料比，并輸出馬達(dá)36的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來(lái)使擋板31移 動(dòng)?？刂破?用來(lái)自原點(diǎn)的脈沖數(shù)將形成高燃燒時(shí)和低燃燒時(shí)的設(shè)定空 氣燃料比的擋板31的設(shè)定旋轉(zhuǎn)位置分別作為初始值來(lái)儲(chǔ)存。
首先，對(duì)于高燃燒時(shí)的控制進(jìn)行說(shuō)明?？刂破?判斷目前的擋板31 的旋轉(zhuǎn)位置相對(duì)于上述設(shè)定旋轉(zhuǎn)位置是在開(kāi)放側(cè)(必須向關(guān)閉方向控制 的側(cè))還是在閉合側(cè)(必須向打開(kāi)方向控制的側(cè))，同時(shí)運(yùn)算發(fā)動(dòng)機(jī)36 的驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)。同時(shí)，上述檢測(cè)值在圖10中，可以來(lái)判斷是否屬于笫 一控制帶和第二控制帶A, B的任一者。
當(dāng)屬于上述第二控制帶C2A時(shí)，控制器9以第一設(shè)定進(jìn)給速度V2 且以運(yùn)算的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)36,快速關(guān)閉擋板31。當(dāng)屬于上述 第二控制帶C2B時(shí)，控制器9以第二設(shè)定進(jìn)給速度VI且以運(yùn)算的驅(qū)動(dòng) 脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)36,快速打開(kāi)擋板31。這樣，當(dāng)較背離上述設(shè)定空 氣燃料比時(shí)，通過(guò)快速進(jìn)行使上述檢測(cè)空氣燃料比接近上述設(shè)定空氣燃 料比的控制，可以進(jìn)行應(yīng)答性良好的空氣比控制。
另外，當(dāng)屬于上述第一控制帶C1時(shí)，控制器9在判定旋轉(zhuǎn)方向后， 根據(jù)上式(4)來(lái)運(yùn)算馬達(dá)36的進(jìn)給速度，以運(yùn)算的進(jìn)給速度和運(yùn)算的 驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)36。對(duì)于該第一控制帶中的控制，隨著遠(yuǎn)離上述設(shè) 定空氣燃料比，進(jìn)給速度加快。通過(guò)這樣的控制，可以迅速地接近于作 為目標(biāo)的上述設(shè)定空氣燃料比。另外，通過(guò)能夠可靠地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)位置控制的步進(jìn)馬達(dá)進(jìn)行控制，并進(jìn)行隨著上述檢測(cè)空氣燃料比接近于上述設(shè) 定空氣燃料比而放慢進(jìn)給速度的控制，可以控制在上述設(shè)定空氣燃料比 附近的空氣比的過(guò)調(diào)和波動(dòng)。
通過(guò)這樣的空氣比控制，可以使燃燒器1的空氣比為接近于1的低 空氣比，且可以使催化劑4的一次側(cè)的氣體的濃度比變化范圍變少的方
式來(lái)控制，能夠穩(wěn)定地滿足上式(3)。其結(jié)果是可以使催化劑4的二
次側(cè)的氮氧化物濃度幾乎為零，同時(shí)將一氧化碳濃度降低至實(shí)用范圍的值。
(實(shí)-驗(yàn)例1)
在單位時(shí)間蒸發(fā)量為800kg的罐體2 (申請(qǐng)人制備的型號(hào)稱作為 SQ-800的罐體)中，在燃燒量為45.2m3N/h的預(yù)混合燃燒器1中進(jìn)行燃 燒，對(duì)于該情況下的實(shí)^r結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)使上述設(shè)定空氣比為1.0005 以下時(shí)，催化劑4的一次側(cè)(通過(guò)催化劑4前)的一氧化碳濃度、氮氧 化物濃度、氧濃度以IO分鐘的平均值表示分別調(diào)節(jié)成2295ppm、9郵pm、 1655ppm,催化劑4的二次側(cè)(通過(guò)催化劑4后)的各自濃度以10分鐘 的平均值表示分別變?yōu)?3ppm、 0.3ppm、小于100ppm。這里，催化劑4 的二次側(cè)的氧濃度100ppm是氧濃度的測(cè)定極限。催化劑4前后的氣體 溫度分別為約302°C、 327°C。在本實(shí)驗(yàn)例1和以下的實(shí)驗(yàn)例2、 3中， 將催化劑4配置在供水預(yù)熱器20的略微上流處，在其前后配置測(cè)定裝 置，通過(guò)催化劑4后的各濃度使用林式會(huì)社堀場(chǎng)制作所制PG-250來(lái)測(cè) 定，通過(guò)前的各濃度使用抹式會(huì)社堀場(chǎng)制作所制COPA-2000來(lái)測(cè)定。 當(dāng)然，認(rèn)為即使將催化劑4配置在圖1所示的位置，測(cè)定濃度值也幾乎 不變化。
(實(shí)驗(yàn)例2)
與實(shí)驗(yàn)例1同樣使用燃燒器1和罐體2,使燃燒量與實(shí)驗(yàn)例1相同， 并形成使用內(nèi)徑為360mm的Pd作為催化劑活性物質(zhì)的催化劑，將上述 情況下的一氧化碳濃度、氮氧化物濃度、氧濃度的各濃度比的值示于圖 11。這里，使用與實(shí)驗(yàn)例1同樣的氧濃度傳感器來(lái)測(cè)定通過(guò)催化劑后的 氧濃度，因此即使實(shí)際為100ppm以下的值，也用100ppm表示。催化 劑4前后的氣體的溫度分別為約323 ~ 325°C、約344°C ~ 346°C。
根據(jù)上述實(shí)施例1,通過(guò)對(duì)燃燒空氣和燃料的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)的擋板 位置調(diào)節(jié)手段(空氣比調(diào)節(jié)手段)30,可以將催化劑4的一次側(cè)的氧、
41氮氧化物和一氧化碳的濃度比K控制為上述特異標(biāo)準(zhǔn)濃度比KOX(上述 調(diào)節(jié)O)，能夠降低排放NOx濃度和排放CO濃度。因此，與利用水/ 蒸氣添加而得的低NOx化技術(shù)、或利用脫硝劑的加入而得的低NOx化 技術(shù)相比，通過(guò)使用了空氣比調(diào)節(jié)手段和催化劑的簡(jiǎn)單構(gòu)成就可以實(shí)現(xiàn) 低NOx和低CO。
另外，由于使空氣比基本為1.0,所以可以節(jié)約能源地進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。 順便指出，與普通鍋爐中氧濃度為4% (空氣比約為1.235 )的運(yùn)轉(zhuǎn)、和 氧濃度為0%(空氣比約為l.O)的運(yùn)轉(zhuǎn)相比，鍋爐效率可以實(shí)現(xiàn)大約1 ~ 2%的提高。在呼吁地球溫室化對(duì)策的今天，實(shí)現(xiàn)該鍋爐效率的提高對(duì)于 工業(yè)的價(jià)值是巨大的。
進(jìn)而，在催化劑4的二次側(cè)設(shè)置傳感器7來(lái)控制空氣比，因此與在 催化劑4的一次側(cè)設(shè)置傳感器來(lái)進(jìn)行控制相比，可以使控制穩(wěn)定化。另 外，由于以氧濃度為100ppm以下的分辨能力來(lái)控制空氣比，所以可以 應(yīng)答性好、穩(wěn)定地進(jìn)行空氣比控制。
實(shí)施例2
才艮據(jù)圖12和圖13來(lái)說(shuō)明本發(fā)明其他的實(shí)施例2。本實(shí)施例2不在 催化劑4的二次側(cè)設(shè)置檢測(cè)氧濃度的傳感器8,而在其一次側(cè)設(shè)置該傳 感器8。該傳感器8是僅檢測(cè)氧濃度的傳感器。將基于該傳感器8的馬 達(dá)36的控制特性示于圖13。以下，僅對(duì)與上述實(shí)施例1不同的地方進(jìn) 行說(shuō)明，對(duì)于共同點(diǎn)省略說(shuō)明。
在本實(shí)施例2中，利用傳感器8檢測(cè)催化劑4的一次側(cè)的氧濃度來(lái) 間接地控制空氣比，以使設(shè)定空氣比為1 (催化劑4的二次側(cè)的氧濃度 為零)。根據(jù)各種試驗(yàn)結(jié)果，可知當(dāng)將催化劑4的一次側(cè)的氧濃度控制 為大于0直至1%的值時(shí)，可以滿足上式(3),能夠使催化劑4的二次 側(cè)的氧濃度幾乎為零、即、使空氣比幾乎為1.0。
因此，在本實(shí)施例2的空氣比控制程序中，如圖13所示那樣，含 有設(shè)置第一控制帶C1和第二控制帶C2A、 C2B,來(lái)控制馬達(dá)36的驅(qū)動(dòng) 量的控制順序，所述第一控制帶Cl是基于來(lái)自傳感器8的檢測(cè)值(氧 濃度信號(hào))、并根據(jù)該檢測(cè)值與設(shè)定氧濃度的設(shè)定值的差來(lái)改變馬達(dá)36 的進(jìn)給速度V(每單位時(shí)間的驅(qū)動(dòng)量)的控制帶，所述第二控制帶C2A、 C2B是在該第 一控制帶Cl的外側(cè)使進(jìn)給速度V分別為第 一設(shè)定值V2、 第二設(shè)定值VI的控制帶。對(duì)上述笫一控制帶C1的設(shè)定范圍進(jìn)行控制，以使其在用氧濃度N1
和氧濃度N2設(shè)定的范圍。第一控制帶C1中的進(jìn)給速度V與上述實(shí)施 例1同樣，用上式(4)來(lái)計(jì)算。 實(shí)施例3
本實(shí)施例3是下述那樣的例子，即，其將上述設(shè)定空氣比如圖14 所示那樣設(shè)定為使上述二次特性中的NOx濃度基本大于零、且比上述 一次特性中的NOx濃度低的值。該值是上述設(shè)定空氣比為基本大于1.0 的上述二次特性的二次側(cè)NOx泄漏區(qū)域Rl的空氣比。本實(shí)施例3中的 濃度比K的調(diào)節(jié)為上述調(diào)節(jié)2。
對(duì)于本實(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濃度大約1000ppm),圖14的左端基 本為空氣比1.0,右端為空氣比1.01 (02濃度大約2000ppm)。在本 實(shí)施例3中，上述左端的空氣比設(shè)定在比空氣比l.O低的區(qū)域。如果通 過(guò)圖8對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明，則是在催化劑4的一次側(cè)的氧濃度比上述標(biāo)準(zhǔn)氧 濃度SK高的上述二次側(cè)NOx泄漏區(qū)域(實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)2的區(qū)域)Rl 進(jìn)行空氣比控制。 (實(shí)驗(yàn)例3 )
在本實(shí)施例3中，當(dāng)在與上述實(shí)驗(yàn)例1同樣的條件(除設(shè)定空氣比 以外)下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，將催化劑4的一次側(cè)(通過(guò)催化劑4前)的CO 濃度、NOx濃度、02濃度以10分鐘的平均值表示分別調(diào)節(jié)成1878ppm、 78ppm、 3192ppm，催化劑4的二次側(cè)(通過(guò)催化劑4后)的各自濃度 以10分鐘的平均值表示分別變?yōu)?ppm、 42ppm、 1413ppm。
由本實(shí)驗(yàn)例3可知，根據(jù)實(shí)施例3的空氣比控制，利用催化劑4的 還原作用，可以將排放NOx濃度降低至比上述一次特性的NOx濃度低 的值，同時(shí)將排放CO濃度減少至零。
在本實(shí)施例3中，可以將上述第一控制帶Cl在上述二次側(cè)NOx泄 露區(qū)域R1的范圍下自由設(shè)定。上述第一控制帶Cl越接近于空氣比1， NOx的減少效果和節(jié)約能源的效果就變得越大。但是，由于處理的CO 濃度高(也有斜率大的情況)，所以CO易于泄露，難以控制，且需要 增加催化劑量。因此，當(dāng)將上述第一控制帶Cl以偏離空氣比1的方式 設(shè)定在圖14的右側(cè)時(shí)，控制變得容易，同時(shí)可以減少催化劑4的量。
具體來(lái)說(shuō)，可以使上述第一控制帶C1的左端為空氣比1.0,而不是空氣比1.0以下(圖14)。另外，也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的值。 實(shí)施例4
本實(shí)施例4如圖15所示的那樣，是對(duì)于上述實(shí)施例1，在由氣體燃 料供給管27供給的氣體燃料中不含有加臭劑時(shí)的實(shí)施例。其與上述實(shí) 施例1不同之處在于省略了碌b成分除去手,殳10。其他構(gòu)成與上述實(shí)施例 l相同，因此省略其說(shuō)明。
本發(fā)明不限定于上述實(shí)施例1 ~4。例如，對(duì)于圖5和圖14所示的 空氣比-NOx . CO特性，根據(jù)燃燒裝置的燃燒器1和罐體3的結(jié)構(gòu)，曲 線和濃度值有所不同，因此可以使用不同的特性。另外，在上述實(shí)施例 1~4中，設(shè)定空氣比為1.0以上，但在不損害燃燒性、不生成烴的范圍 下，可以是比空氣比l.O低的值。
另外，在上述實(shí)施例2中，使傳感器7為02濃度傳感器，但也可 以使其為CO濃度傳感器。另外，擋板位置調(diào)節(jié)裝置32的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行 各種變形。
另外，馬達(dá)36除了可以是步進(jìn)馬達(dá)以外，例如還可以是齒輪減速 機(jī)(省略圖示)。進(jìn)而，可以通過(guò)單一的控制器(鍋爐控制用的控制器) 9控制擋板位置調(diào)節(jié)裝置30,但也可以形成下述那樣的構(gòu)成，即，除了 該控制器9以外，另外設(shè)置擋板位置調(diào)節(jié)裝置32用的其他控制器(省 略圖示)，將傳感器8、控制器9與該控制器連接，來(lái)進(jìn)行空氣比控制。 進(jìn)而，空氣比調(diào)節(jié)手段7可以通過(guò)利用變換器控制鼓風(fēng)機(jī)29的驅(qū)動(dòng)用 馬達(dá)(省略圖示)的方式來(lái)構(gòu)成。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性
對(duì)于催化劑手段的催化劑劣化防止裝置，可以防止催化劑手段的性 能降低，同時(shí)可以長(zhǎng)期持續(xù)維持低公害的效果，所述催化劑手段含有通 過(guò)接觸而產(chǎn)生氣體的化學(xué)變化的催化劑成分。
4權(quán)利要求
1.催化劑劣化防止裝置，其是催化劑手段的催化劑劣化防止裝置，所述催化劑手段含有通過(guò)接觸而產(chǎn)生氣體的化學(xué)變化的催化劑成分，其中，在上述催化劑手段的一次側(cè)具有除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑成分上吸附或者與該催化劑成分形成化合物的中毒物質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的催化劑劣化防止裝置，其中，使上述中毒 物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段相互空出間隔，將它們各自以可交換的 方式進(jìn)行設(shè)置。
3. 如權(quán)利要求1所述的催化劑劣化防止裝置，其中，使上述中毒 物質(zhì)除去手段的吸附中毒物質(zhì)或者與該中毒物質(zhì)形成化合物的成分的 載體，與上述催化劑手段的催化劑成分的載體整體地構(gòu)成，以可交換的方式進(jìn)4于i殳置。
4. 如權(quán)利要求1所述的催化劑劣化防止裝置，其中，使在上述中 毒物質(zhì)除去手段中含有的催化劑成分的量比上述催化劑手段中催化劑 成分的量少(含有零)。
5. 低NOx燃燒裝置，其具有通過(guò)燃燒生成含有氧、氮氧化物和 一氧化碳的氣體的燃燒器；從上述氣體中吸熱的吸熱手段；具有催化劑 成分的催化劑手段，所述催化劑成分利用氧氧化在通過(guò)該吸熱手段后的 上迷氣體中所含的 一 氧化碳并利用 一 氧化碳還原氮氧化物；在上述催化 劑手段的一次側(cè)設(shè)置的、除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒 物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑成分上吸附或者與該中毒物質(zhì) 形成化合物的至少含有硫的中毒物質(zhì)；用于檢測(cè)上述燃燒器的空氣比的 傳感器；基于該傳感器的檢測(cè)信號(hào)，將上述燃燒器的空氣比控制在設(shè)定 空氣比的空氣比調(diào)節(jié)手段，上述燃燒器和上述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，在利用上述空 氣比調(diào)節(jié)手段將上述空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣比時(shí)，將上述催化劑手 段的一次側(cè)氣體中的氧、氮氧化物和一氧化碳的濃度比調(diào)節(jié)為使上述催 化劑手段的二次側(cè)的氮氧化物濃度基本為零或者規(guī)定值以下、使一氧化 碳濃度基本為零或者規(guī)定值以下的規(guī)定濃度比。
6. 低NOx燃燒裝置，其具有通過(guò)燃燒生成含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒器；從上述氣體中吸熱的吸熱手段；具有催化劑 成分的催化劑手段，所述催化劑成分利用氧氧化在通過(guò)該吸熱手段后的 上述氣體中所含的 一 氧化碳并利用 一 氧化碳還原氮氧化物；在上述催化 劑手段的一次側(cè)設(shè)置的、除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒 物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑成分上吸附或者與該中毒物質(zhì) 形成化合物的至少含有硫的中毒物質(zhì)；用于檢測(cè)上述燃燒器的空氣比的 傳感器；基于該傳感器的檢測(cè)信號(hào)，將上述燃燒器的空氣比控制在設(shè)定 空氣比的空氣比調(diào)節(jié)手段，上述燃燒器和上述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，在利用上述空 氣比調(diào)節(jié)手段將上述空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣比時(shí)，進(jìn)行濃度比調(diào) 節(jié)，該濃度比調(diào)節(jié)對(duì)上述催化劑手段的一次側(cè)氣體中的氧、氮氧化物和 一氧化碳的濃度比K進(jìn)行調(diào)節(jié)，上述濃度比調(diào)節(jié)是下述調(diào)節(jié)0、調(diào)節(jié)l、調(diào)節(jié)2中的任一者，調(diào)節(jié)0:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(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)節(jié)1:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(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)節(jié)2:將上述濃度比K調(diào)節(jié)為使上述催化劑手段的二次側(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。
7. 如權(quán)利要求6所述的低NOx燃燒裝置，其中，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KO滿足下式(2),使上述第一規(guī)定濃度比K1比上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比KO小，使上 述第二規(guī)定濃度比K2比上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度比K0大，([NOx]+2
) /[CO] = K ( 1 )1.0《K = K(K2.0 (2)(在式(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)。
8. 低NOx燃燒裝置，其具有通過(guò)燃燒生成含有氧、氮氧化物和一氧化碳的氣體的燃燒器；從上述氣體中吸熱的吸熱手段；具有催化劑 成分的催化劑手段，所述催化劑成分利用氧氧化在通過(guò)該吸熱手段后的 上述氣體中所含的一氧化碳并利用 一氧化碳還原氮氧化物；在上述催化 劑手段的一次側(cè)設(shè)置的、除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒 物質(zhì)是在上述氣體中含有、在上述催化劑成分上吸附或者與該中毒物質(zhì) 形成化合物的至少含有硫的中毒物質(zhì)；用于檢測(cè)上述燃燒器的空氣比的 傳感器；基于該傳感器的檢測(cè)信號(hào)，將上述燃燒器的空氣比控制在設(shè)定 空氣比的空氣比調(diào)節(jié)手段，上述燃燒器和上述吸熱手段如下述那樣來(lái)構(gòu)成，即，在利用上述空 氣比調(diào)節(jié)手段將上述空氣比調(diào)節(jié)成上述設(shè)定空氣比時(shí)，上述催化劑的一 次側(cè)的上述氣體的濃度比滿足下式(3),([NOx]+2
) /[CO] < 2.0( 3 )(在式(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)。
9. 如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的低NOx燃燒裝置，其中，使 上述中毒物質(zhì)除去手段與上述催化劑手段相互空出間隔，將它們各自以 可交換的方式進(jìn)行設(shè)置。
10. 如權(quán)利要求5~8中任一項(xiàng)所述的低NOx燃燒裝置，其中，使 上述中毒物質(zhì)除去手段的吸附中毒物質(zhì)的成分的載體，與上述催化劑手 段的催化劑成分的載體整體地構(gòu)成，以可交換的方式進(jìn)行設(shè)置。
11. 如權(quán)利要求5~8中任一項(xiàng)所述的低NOx燃燒裝置，其中，使 在上述中毒物質(zhì)除去手段中含有的催化劑成分的量比上述催化劑手段 中催化劑成分的量少(含有零)。
全文摘要
催化劑手段的催化劑劣化防止裝置，所述催化劑手段含有通過(guò)接觸而產(chǎn)生氣體的化學(xué)變化的催化劑成分，在上述催化劑手段的一次側(cè)具有除去中毒物質(zhì)的中毒物質(zhì)除去手段，所述中毒物質(zhì)是在上述氣體中含有、在催化劑成分上吸附、或者與該催化劑成分形成化合物的中毒物質(zhì)。另外，使中毒物質(zhì)除去手段與催化劑手段相互空出間隔，將它們各自以可交換的方式進(jìn)行設(shè)置，或使上述中毒物質(zhì)除去手段的吸附中毒物質(zhì)或者與該中毒物質(zhì)形成化合物的成分的載體與催化劑手段的催化劑成分的載體整體地構(gòu)成，以可交換的方式進(jìn)行設(shè)置。利用該裝置，可以防止催化劑手段的性能降低，同時(shí)可以長(zhǎng)期持續(xù)維持低公害的效果。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101541403SQ200880000138
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者中島優(yōu), 安井賢志, 小博基司, 山口浩平, 新藤貴志, 田中收 申請(qǐng)人:三浦工業(yè)株式會(huì)社