CN101415996B - 锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明的第一目的在于能够使氮氧化物的排出量减少至无限接近零、将一氧化碳排除量减少至容许范围内。第二目的在于实现利用接近1.0的低空气比的燃烧的节能。第三目的在于在低空气比的燃烧区域内稳定地进行空气比控制。其特征在于，具备预混合燃烧器；通过与该预混合燃烧器产生的气体的热交换，抑制所述气体温度、将氮氧化物浓度抑制在规定值以下的水管群；利用氧将通过水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，预混合燃烧器和水管群具有在使空气比为设定空气比时氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比达到规定浓度比的特性，上述氧化催化剂具有在使浓度比为规定浓度比时使氧化催化剂的次级侧的氮氧化物基本为零、一氧化碳浓度基本为零或规定值以下的特性，通过利用空气比调整装置控制成设定空气比，将规定浓度比保持在一定。

Description

锅炉

技术领域

本发明涉及适用于水管锅炉、蒸汽锅炉、热水锅炉等的锅炉。

背景技术

一般来说，作为抑制NOx产生的原理，已知有抑制火焰(燃烧气体)的温度、缩短高温燃烧气体的滞留时间等。而且，具有应用这些原理的各种低NOx化技术。例如，提出并实用化有2级燃烧法、浓淡燃烧法、废气再循环燃烧法、加氢燃烧法、蒸汽喷射燃烧法、利用水管群的火焰冷却燃烧法等。

可是，水管锅炉等容量较小的NOx产生源对环境的影响也增高，需求进一步的低NOx化。在该低NOx化中，当减少NOx的生成时，CO的排出量增加，因此难以同时地减少NOx和CO。

其原因在于低NOx化和低CO化是相反的技术课题。即，为了促进低NOx，使燃烧气体温度急剧地降低，当抑制至900℃以下的低温时，在大量产生CO的同时所产生的CO以未被氧化的状态排出，CO排出量增大。相反，为了减少CO排出量，将燃烧气体温度抑制在很高时，NOx生成量的抑制变得不足。

为了解决该课题，申请人为了尽量减少随着低NOx化产生的CO量、或者使产生的CO发生氧化，提出了抑制燃烧气体温度的低NOx和低CO技术，并产品化(参照专利文献1、2)。但是，该专利文献1、2所述的低NOx化技术在现实中生成NOx值停滞在25ppm左右。

作为该课题的解决方案，申请人提出了一种低NOx燃烧方法，其包括以下步骤：抑制燃烧气体温度使得NOx产生的抑制优先于排出CO值的降低，使生成NOx值为规定值以下的低NOx化步骤；之后进行使来自上述低NOx化步骤中的排出CO值为规定值以下的低CO化步骤(参照专利文献3、4)。利用该专利文献3、4所记载的技术，可以实现低于10ppm的低NOx化，但难以实现低于5ppm的低NOx化。其原因在于，由于燃烧的特性，无法避免5ppm以上的NOx的产生。

而且，专利文献3、4所记载的低NOx化技术如图17所示，属于 空气比为1.38以上的所谓高空气比燃烧区域Z1。另一方面，在空气比1.1以下(以下称作“低空气比”)的燃烧区域Z2处由于氮氧化物的产生量增加，低NOx、低CO困难以及空气比达到1以下时会引起回火等稳定燃烧控制变难，因此低空气比燃烧的区域Z2至今也未成为研究开发的对象。图17中，线F、E分别模式地表示利用该发明燃烧装置的初级侧NOx特性和CO特性，线U、J分别模式地表示利用该发明燃烧装置的催化剂的次级侧的NOx特性和CO特性。上述专利文献3、4的低NOx化技术基本上均为通过在高空气比区域Z1内使燃烧器燃烧抑制NOx产生、使用氧化催化剂(专利文献3、4)除去产生CO的技术。

另一方面，作为时代背景，在寻求对锅炉的进一步低NOx化的同时，寻求节能的低空气比运转。

在该背景下，本申请的发明人研究开发了可以使用氧化催化剂使氮氧化物减少至无限接近于零的燃烧方法。

另外，作为燃烧器的燃烧所产生的含氮氧化物气体的处理方法，已知有专利文献5。

上述专利文献5的废气处理方法如下：在第一步骤中，通过在空气比小于1.0(少于理论空气量的燃烧空气量)下使燃烧器燃烧，从而使得在燃烧废气中不含氧、含有CO、HC(碳氢化合物)的未燃成分，在氮氧化还原催化剂中利用未燃成分将氮氧化物还原，将氮氧化物净化。然后，在第二步骤中，在该净化后的废气中添加空气，使用氧化催化剂将未燃成分净化。

该专利文献5的处理方法并非在氧的存在下减少一氧化碳和氮氧化物。另外，根据该专利文献5，由于未燃烧的碳氢化合物大量地被排出，因此难以利用氧化催化剂使排出氮氧化物浓度和排出一氧化碳浓度基本为零。此外，在碳氢化合物的存在下，无法利用具有氮氧化物还原效率降低特性的氧化催化剂。而且，由于使用其它催化剂进行氮氧化物的还原步骤和未燃成分的氧化步骤，因此处理变得复杂。

另外，专利文献6记载了来自内燃机的含氮氧化物气体的净化方法。该专利文献6是使用三效催化剂将氮氧化物和一氧化碳净化，但在气体中必须存在碳氢化合物，同时仅适用于不存在过量氧的理论空气比的气体。因此，专利文献6的处理方法并不适于含有燃烧器的燃烧所产生的过量氧的锅炉等燃烧装置的燃烧气体处理。

进而，专利文献7记载了使用氧化催化剂利用一氧化碳将焚烧炉的废气中的氮氧化物还原的技术。该专利文献7的技术由于在废气中存在氧时，氮氧化物的还原不会进行，因此在初级燃烧中，通过让燃料浓度过量(空气比小于1)使其燃烧，使废气成为无氧状态。该专利文献7中，由于受到燃烧浓度过量后的燃烧的制约，因此难以适用于使用了燃烧器的锅炉等废气中含有氧气的燃烧装置。

专利文献1：日本专利第3221582号公报

专利文献2：美国专利第5353748号说明书

专利文献3：日本特开2004-125378号公报

专利文献4：美国专利第6792895号说明书

专利文献5：日本特开2001-241619号公报

专利文献6：日本特开平5-38421号公报

专利文献7：日本特开平2003-275543号公报

发明内容

发明预解决的课题

本发明预解决的主要课题在于，利用简单的装置使氮氧化物和一氧化碳的排出量减少至无限接近于零的值、或者容许范围内，同时获得稳定的有害物质减少效果。

用于解决课题的方法

本申请的发明人为了解决上述课题进行了反复研究，结果发现以下关键：在具备专利文献3、4所述的用于减少一氧化碳的氧化催化剂的锅炉中，在之前基本没有研究的、无限接近于1的低空气比的预混合燃烧器的燃烧区域(图17的区域Z2)中，使氮氧化物和一氧化碳的排出量基本为零。而且，追究能够使氮氧化物和一氧化碳的排出量基本为零的原因，结果获得以下发现：通过使氧化催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比为标准规定浓度比，可以在使用氧化催化剂使氮氧化物和一氧化碳的排出量减少至无限接近于零的同时，通过在上述标准规定浓度比的附近调整所述浓度比，可以使有害物质(氮氧化物和一氧化碳)的排出量减少至基本为零或容许值。本发明根据该发现而完成。根据该发明，不仅可以使有害物质的排出浓度基本为零，而且由于其可通过无限接近于1.0的空气比实现，因此可以实现显著的节能。

以下，当仅提到浓度比时是指氧化催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比。上述氧化催化剂可以使用公知的氧化催化剂，还可以使用新型的氧化催化剂。

即，本申请的发明人如专利文献7所述，在氧化催化剂作用下利用一氧化碳还原氮氧化物时，打破了氧成为障碍的技术常识，通过采用有效地利用氧、将氧化催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度的关系调整至规定关系(规定浓度比)的新型技术方法，解决了上述课题。

上述课题还具有以下的副课题。第一副课题为使通过预混合燃烧器产生的气体中不含妨碍所述氧化催化剂的有害物质(NOx和CO)减少的碳氢化合物。该课题通过使其成为不进行内燃机般急剧冷却的燃烧，可以在不使用碳氢化合物除去装置的情况下解决。

第二副课题为使上述气体的浓度比如何达到上述标准规定浓度比。当仅使上述预混合燃烧器单独燃烧时，无法获得上述标准规定浓度。对于该副课题，可以在发挥上述预混合燃烧器的上述浓度比特性的同时，通过调整氧浓度、调整至上述标准规定浓度比得以解决。通过使用预混合燃烧器，可以获得在使其稳定燃烧的同时、上述浓度比的调整比较容易的浓度比特性。上述氧浓度的调整通过利用调整供给至上述预混合燃烧器的燃料量和燃烧空气量的比例的空气比调整来进行，从而可以简单且在低空气比区域内实现。本发明的上述空气比调整不仅调整燃料量和燃烧空气量的比例，还调整上述浓度比，是与以往空气比控制不同的新型调整。

另外，在上述浓度比的调整中，上述气体中的氮氧化物浓度过高，则必须的一氧化碳的量也增多，有时在上述预混合燃烧器的浓度比特性下无法稳定地获得必须的一氧化碳浓度。所以，本发明中通过利用水管群抑制燃烧气体温度，可以抑制所产生的氮氧化物浓度、容易地调整浓度比。

第三副课题在于，本发明的目的在于使有害物质排出浓度基本为零或与其接近的值，因此当由于外部气温的变动等导致上述浓度比变化时，排出浓度增加、无法获得稳定的减少效果。对于该副课题，通过浓度比恒定控制调节来解决。该浓度比恒定控制可以通过使用作为调整上述浓度比的装置的空气比调整装置，检测空气比，进行空气比的反馈控 制而解决。

如上所述，本发明即便使用以往的燃烧器、氧化催化剂和空气比控制或者其延伸技术，也可以提供在可称作零NOx锅炉的有害物质减少效果方面显著、能够实现节能的对地球环境有利的锅炉，是划时代的发明。

权利要求1所述发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在使上述空气比为设定空气比时上述氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比达到规定浓度比的特性，上述催化剂具有在使上述浓度比为上述规定浓度比时使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零、一氧化碳浓度基本为零或规定值以下的特性，通过利用上述空气比调整装置控制成上述设定空气比，将上述规定浓度比保持在一定。本发明和以下的说明中，“通过水管群后”包含“通过全部水管群后”和“通过水管群的一部分后”。

这里，氮氧化物浓度基本为零是指优选为5ppm、更优选为3ppm、进一步优选为零。一氧化碳浓度基本为零是指优选为30ppm、更优选为10ppm。另外，在以下的说明中，氧浓度基本为零是指为100ppm以下，但优选为测量临界值以下。进一步地，氮氧化物浓度、一氧化碳浓度为规定值以下是指各国、各地域规定的排出标准浓度以下，但优选的当然是设定为无限接近于基本为零的值。这样在所谓排出标准值的意义中，可以将“规定值”以下称作“容许值”、“排出标准值”。

根据权利要求1所述的发明，在通过发挥上述预混合燃烧器和上述水管群的特性、使上述燃烧器的空气比为设定空气比、使上述气体的浓度比为上述规定浓度比，可以使用上述氧化催化剂使排出氮氧化物浓度基本为零、使排出一氧化碳浓度基本为零或规定值以下。另外，由于上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度基本为零，因此可以以低空气比燃烧上述预混合燃烧器、实现节能。另外，由于按照不向上述气体中排出碳氢化合物使上述预混合燃烧器燃烧，因此与专利文献7所述的排出碳氢化 合物使其燃烧的方法相比，易于进行上述预混合燃烧器的燃烧控制。由于流入上述氧化催化剂的气体中不含碳氢化合物，因此不使用专利文献5所述的复杂方法即可有效地进行利用上述氧化催化剂的氮氧化合物和一氧化碳的减少，同时不用考虑碳氢化合物所产生的反应即可容易地进行上述规定浓度比的调整。另外，由于利用上述空气比调整装置将上述规定浓度基本保持在一定值，因此可以抑制外部气温的变动等所导致的上述规定浓度比的变动，可以发挥稳定的有害物质的减少效果，同时不需要与上述空气比调整装置不同的另外用于将上述规定浓度比控制在一定的装置，可以简化装置的构成。另外，由于使用预混合燃烧器，因此可以在低空气比区域处较易地获得上述规定浓度比。

权利要求2所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在使上述空气比为标准设定空气比时上述氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比K达到标准规定浓度比K0的特性，上述氧化催化剂具有在使上述浓度比K为上述标准规定浓度比K0时使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的特性，通过利用上述空气比调整装置控制成上述标准设定空气比，将上述规定浓度比保持在一定。

根据权利要求2所述的发明，通过发挥上述预混合燃烧器和上述水管群的特性、使上述燃烧器的空气比为标准设定空气比、使上述气体的浓度比K为上述标准规定浓度比K0，可以使用上述氧化催化剂使排出氮氧化物浓度和排出一氧化碳浓度基本为零。另外，即便是权利要求2所述的发明也可以同样地发挥上述权利要求1所获得的其它效果。

权利要求3所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在使上述空气比为第一设定空气比时上述氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比K达到第一规定浓度比K1的特性，上述氧化催化剂具有在使上述浓度比K为上述第一规定浓度比K1时使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零、一氧化碳浓度为规定值以下的特性，通过利用上述空气比调整装置控制成上述第一设定空气比，将上述规定浓度比保持在一定。

根据权利要求3所述的发明，通过发挥上述预混合燃烧器和上述水管群的浓度比特性、使上述燃烧器的空气比为第一设定空气比、使上述气体的浓度比K为上述第一规定浓度比K1，可以使用上述氧化催化剂使排出氮氧化物浓度基本为零、使排出一氧化碳浓度为规定值以下。另外，即便是权利要求3所述的发明也可以同样地发挥上述权利要求1所获得的效果及其它效果。

权利要求4所述的发明为权利要求2或3所述锅炉，其特征在于，使判定所述标准规定浓度比K0的式子为下式(1)、所述标准规定浓度比K0满足下式(2)，使所述第一规定浓度比K1小于所述标准浓度K0。

([NOx]+2[O₂])/[CO]＝K    …(1)

1.0≤K＝K0≤2.0          …(2)

(式(1)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度，满足[O₂]＞0的条件。)

通过权利要求4所述的发明发挥与权利要求2～3同样的效果。

权利要求5所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，能够获得使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度比基本为零、使一氧化碳浓度基本为零或规定值以下的上述氧化催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的规定浓度比。本权利要求和以下的权利要求中，上述检测空 气比(利用上述传感器检测的空气比)和上述设定空气比可以分别替换成检测空燃比、设定空燃比或检测氧浓度、设定氧浓度。

权利要求6所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和氧浓度基本为零、使一氧化碳浓度基本为零或规定值以下的空气比-NOx·CO特性。

权利要求7所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，使上述氧化催化剂的初级侧的上述气体中的一氧化碳浓度与通过上述氧化在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度和通过上述还原在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度之和基本相等或者更多。

权利要求8所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，流入上述氧化催化剂之前的上述气体浓度比满足下式(3)。

([NOx]+2[O₂])/[CO]≦2.0            …(3)

(式(3)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示CO浓度、NOx浓度和O₂浓度，满足[O₂]>0的条件。)

通过权利要求5～8所述的发明可以发挥与权利要求1同样的效果。

权利要求9所述的发明为权利要求5～8，其特征在于，使所述设定空气比基本为1.0。

通过权利要求9所述的发明除了权利要求5～8所述的发明效果之外，还起到能够实现无限接近于1的低空气比燃烧所获得的节能。

权利要求10所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在利用上述空气比调整装置在空气比1.0附近进行调整而获得的上述氧化催化剂的初级侧的含有氧、氮氧化物和一氧化碳的上述气体相关的上述氧化催化剂的初级侧的空气比-NOx·CO特性，上述空气比调整装置在上述次级侧空气比-NOx·CO特性的NOx·CO减少区域处，按照使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零的设定空气比控制上述预混合燃烧器的空气比。

通过权利要求10所述的发明，通过控制为上述设定空气比，可以使用上述氧化催化剂使排出氮氧化物浓度基本为零、使排出一氧化碳浓度基本为零或规定值以下。其它效果与上述权利要求5～8相同。

权利要求11所述的发明具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的燃烧空气量与燃料量的比例的空气比调整装置，其特征在于，上述氧化催化剂具有以下特性：在使其次级侧氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的上述氧化催化剂初级测的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比为标准规定浓度比、使上述 浓度比为上述标准规定浓度比时，使上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度、氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零，当降低初级侧氧浓度至低于上述标准氧浓度时，使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和氧浓度基本为零、减少一氧化碳浓度，上述空气比调整装置通过根据上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度和/或一氧化碳浓度调整上述空气比，使上述氧化催化剂的初级侧的氧浓度调整至对应于前述标准氧浓度，使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零、使一氧化碳浓度基本为零或减少。

通过权利要求11所述的发明，通过控制至上述设定空气比，可以使用上述氧化催化剂使排出氮氧化物浓度基本为零、使排出一氧化碳浓度基本为零或规定值以下。其它效果与上述权利要求5～8相同。

权利要求12所述的发明为权利要求1～3、5～8、10、11，其特征在于，具备控制所述气体温度、将氮氧化物浓度抑制在规定值以下的氮氧化物产生抑制装置。

通过权利要求12所述的发明，除了权利要求1～3、5～8、10、11所述发明的效果之外，由于将NOx的产生抑制在规定值以下，因此发挥可以减少上述氧化催化剂使用量的效果。

权利要求13所述的发明为权利要求1～3、5～8、10、11，其特征在于，在上述氧化催化剂的次级侧具备给水预热器。

通过权利要求13所述的发明，除了权利要求1～3、5～8、10、11所述发明的效果之外，还发挥能够使用上述给水预热器回收上述氧化催化剂所产生的热量、实现进一步的节能的效果。另外，通过使氮氧化物的排出量基本为零，可以抑制上述给水预热器的腐蚀。

权利要求14所述的发明为权利要求1～3、5～8、10、11，其特征在于，具备用于检测上述催化剂或上述传感器异常的第二传感器、报告装置、和根据上述第二传感器的检测值判定上述异常利用上述报告装置报告其异常的控制装置。

通过权利要求14所述的发明，除了权利要求1～3、5～8、10、11所述发明的效果之外，还发挥通过上述氧化催化剂或上述传感器报告异常，锅炉的管理者等进行异常的对应，从而可以防止大量一氧化碳的排出的效果。

发明效果

根据本发明，通过利用上述空气比调整装置将上述浓度比调整至上述规定浓度比，可以使用上述氧化催化剂使氮氧化物和一氧化碳的排出量减少至无限接近于零。另外，可以稳定地实现有害物质的减少。另外，不需要另外的用于浓度比恒定控制的装置，可以简化装置构成。另外，与先混合燃烧器相比，可以均匀地混合燃烧空气和燃料进行燃烧，即便是理论空气比附近，碳氢化合物或CO的产生量也少，可以较易稳定地进行上述规定浓度比的气体产生。

附图说明

图1为本实施例1的蒸汽锅炉的纵截面的说明图。

图2为沿着图1的II-II线的截面图。

图3为表示从废气流动方向观察图2的氧化催化剂的要部构成的图。

图4为表示本实施例1的空气比-NOx·CO特性的图。

图5为本实施例1的气门位置调整装置的使用状态的一部分截面的说明图。

图6为同气门位置调整装置的要部的截面说明图。

图7为说明本实施例1的燃烧器和吸热装置的特性和催化剂的特性的模式图。

图8为说明本实施例1的传感器输出特性的图。

图9为说明本实施例1的发动机控制特性的图。

图10为说明本实施例1的NOx和CO减少特性的图。

图11为本实施例2的蒸汽锅炉的纵截面的说明图。

图12为说明本实施例2的发动机控制特性的图。

图13为本实施例3的蒸汽锅炉的纵截面的说明图。

图14为本实施例4的蒸汽锅炉的纵截面的说明图。

图15为说明本实施例4的控制顺序的流程图。

图16为说明本实施例4的控制顺序的流程图。

图17为说明本发明的NOx·CO初级特性和次级特性的图。

符号说明

1       燃烧器

2       水管群(传热管群)

4       氧化催化剂

7       传感器

8       控制器

28      空气比调整装置

29      气门

30      气门位置调整装置

34      发动机

具体实施方式

接着，说明本发明的实施方式。说明本发明的实施方式之前，对于本申请中使用的用语进行说明。“气体”是指从燃烧器直至通过氧化催化剂(可以称作氧化·还原催化剂。下文仅称作“催化剂”)的气体，将通过催化剂之后的气体称作“废气”。因此，气体含有燃烧反应中(燃烧过程)的气体和燃烧反应结束的气体，可以称作燃烧气体。当上述催化剂沿着气流多级地设置时，“气体”是指直至通过最终级催化剂的气体，“废气”是指通过最终级催化剂后的气体。

“催化剂的初级侧”是指相对于催化剂设有燃烧器的一侧，只要无特别说明，是指气体即将通过该催化剂之前，“催化剂的次级侧”是指与催化剂的初级侧的相反侧。

另外，“不含碳氢化合物”并非是指在燃烧反应的过程中完全不产生碳氢化合物，而是指在燃烧反应的过程中虽然产生了若干的碳氢化合物，但在燃烧反应结束的阶段、即流入所述催化剂的气体中基本不含将氮氧化物还原的碳氢化合物(测定界限以下)。

而且，空气比m定义为m＝21/(21-[O₂]。但是，[O₂]表示氧化催化剂次级侧的废气中的氧浓度，但计算空气比时使用的[O₂]在氧过量区域中表示过量氧浓度，在燃料过量区域中将以空气比m＝1使一氧化碳等未燃气体燃烧所必需的不足氧浓度作为负值表示。

接着，说明本发明的实施方式。本发明使用小型贯流锅炉等水管锅炉、热水器、吸收式冷冻机的再生器等燃烧装置(也可以称作热机器或燃烧机器)。

(实施方式1)

本发明的实施方式1为一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在使上述空气比为设定空气比时上述氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比达到规定浓度比的特性，上述催化剂具有在使上述浓度比为上述规定浓度比时使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零、一氧化碳浓度基本为零或规定值以下的特性，通过利用上述空气比调整装置控制成上述设定空气比，将上述规定浓度比保持在一定。本实施方式1包括之后的两个实施方式2、3。

(实施方式2)

上述实施方式2为一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在使上述空气比为标准设定空气比时上述氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比K达到标准规定浓度比K0的特性，上述氧化催化剂具有在使上述浓度比K为上述标准规定浓度比K0时使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的特性，通过利用上述空气比调整装置控制成上述标准设定空气比，将上发明的实施方式1可以使用下面的实施方式2表现。本发明的实施方式2为使利用燃烧器使燃料述规定浓度比保持在一定。

(实施方式3)

另外，上述实施方式3为一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧 化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在使上述空气比为第一设定空气比时上述氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比K达到第一规定浓度比K1的特性，上述氧化催化剂具有在使上述浓度比K为上述第一规定浓度比K1时使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物基本为零、一氧化碳浓度基本为规定值以下的特性，通过利用上述空气比调整装置控制成上述第一设定空气比，将上述规定浓度比保持在一定。

上述标准规定浓度比K0、上述第一规定浓度K1通过分别控制为上述标准设定空气比、上述第一设定空气比，进行下面的调整0、调整1。

调整0：将上述浓度比K调整至使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的标准规定浓度比K0。

调整1：将上述浓度比K调整至使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零、同时使一氧化碳浓度为规定值以下的第一规定浓度比K1。

而且，上述催化剂具有以下特性：在进行上述调整0时，分别使上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零；当进行上述调整1时，使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零、同时使一氧化碳浓度为规定值以下。

在这些实施方式2、3中，浓度比是指一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度的相互关系。上述调整0的标准规定浓度比K0用下式(1)的判定式判定，优选满足下式(2)进行设定，使得上述第一规定浓度比K1小于上述标准规定浓度比K0。

([NOx]+2[O₂])/[CO]＝K       …(1)

1.0≦K＝K0≦2.0                …(2)

(式(1)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度，满足[O₂]>0的条件。)

即，上述标准规定浓度比K0为分别使上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度、氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的上述氧化催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比。上述式(1)为用于判定上述标准规定浓度比K0的判定式，式(2)表示分别使上述氧化催化剂的 次级侧的氧浓度、氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的条件。理论上，在K0＝1.0的条件下，可以使各浓度为零。但是，根据实验结果，在上述式(2)的范围内虽然确认了使各浓度基本为零，但上述K0的上限2.0由于上述催化剂的特性不同，采用大于2.0的值。

当调整上述氧化催化剂的初级侧的浓度比K(上述调整1)使得低于上述标准规定浓度比K0的值、即式(1)的K小于K0的上述第一规定浓度比K1时，上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度和氮氧化物浓度基本为零、同时一氧化碳浓度达到规定值以下。该一氧化碳浓度的规定值优选设定在排出标准值(该值在不同国家中不同，可以每个国家地变更)以下。当决定该规定值时，在实验上可以决定上述第一规定浓度比K1。按照达到上述浓度比K的值小于K0的上述第一规定浓度比K1的浓度比K的调整，具体地说，可以通过使相对于上述氧化催化剂的初级侧的一氧化碳浓度的氧浓度的比例小于满足上述标准规定浓度比K0的相对于一氧化碳浓度的氧浓度的比例实现。

在以上的实施方式1～3中，首先用上述燃烧器进行燃烧，使得在上述氧化催化剂的初级侧存在氧。通过该燃烧，产生含有氧、氮氧化物和一氧化碳、不含碳氢化合物的气体。而且，上述催化剂的初级侧的上述气体的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比K通过上述预混合燃烧器和上述水管群分别调整至上述标准规定浓度比K0、上述第一规定浓度比K1。而且，使用上述催化剂，上述气体与上述催化剂相接触，利用上述气体中的氧将一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原。进行上述调整0或上述调整1时的氧的比例随消耗用于一氧化碳浓度的调整、即还原氮氧化物使其浓度基本为零而存在必要量以上的一氧化碳量而减少。在该上述调整0、上述调整1后，通过与上述催化剂的接触，上述气体中的氮氧化物的排出量基本减少至零，一氧化碳的排出量基本减少至零或规定值以下。另外，通过上述浓度比恒定控制，可以抑制上述各规定浓度比K0、K1值的变动、稳定地发挥氮氧化物排出量和一氧化碳排出量的减少效果。特别是，在上述调整0中，在使氮氧化物排出量基本为零时上述浓度比恒定控制是很重要的。

上述调整0的标准规定浓度比K0和上述调整1的第一规定浓度比K1包含、显示在下式(3)中。即，当满足式(3)时，使上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零，使一氧化碳浓度基本为零或减少。 为了使一氧化碳浓度的减少为上述规定值以下，调整上述氧化催化剂的初级侧的上述浓度比K使得式(3)的左边值小于K0，达到上述第一规定浓度比K1。

([NOx]+2[O₂])/[CO]＝K≦2.0            …(3)

(式(3)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示CO浓度、NOx浓度和O₂浓度，满足[O₂]>0的条件。)

(实施方式4)

本发明包含以下的实施方式4。本实施方式4为一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，能够获得使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度比基本为零、使一氧化碳浓度基本为零或规定值以下的上述氧化催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的规定浓度比。

上述设定空气比优选控制为1.0的设定空气比，但也可以按照能够满足上述催化剂的反应结果、1.0的设定空气比的上述催化剂的初级侧的氧浓度达到规定浓度来调节空气比。

在本发明的实施方式4中，上述燃烧器利用上述空气比调整装置将上述空气比控制在上述设定空气比而燃烧。通过燃烧产生的气体受到上述水管群的吸热作用后，利用上述催化剂将一氧化碳氧化、还原氮氧化物。结果，上述气体中的氮氧化物的排出量减少至5ppm以下的接近于零的值。另外，减少了一氧化碳的排出量。

根据本发明的实施方式4，通过利用上述空气比调整装置将上述空气比控制至上述设定空气比，可以获得使上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零的上述催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比。

在低空气比控制中，稳定的空气比控制是很难的，但通过在上述空 气比调整装置中含有稳定地控制上述空气比的电控制装置和/或机械控制装置，可以进行稳定的空气比控制。

上述催化剂的初级侧的浓度比调整优选进行控制，使得上述氧化催化剂的初级侧的上述气体中的一氧化碳浓度与通过一氧化碳的氧化(第一反应)在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度和通过氮氧化物利用一氧化碳的还原(第二反应)在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度之和基本相等或者更多。

这里，进一步说明有害物质(氮氧化物和一氧化碳)的减少作用。该减少作用认为如下进行。在不含HC(碳氢化合物)的气体中，在上述催化剂下，作为主反应发生将一氧化碳氧化的第一反应和用一氧化碳将氮氧化物还原的第二反应。在上述催化剂的反应(催化反应)中，在氧存在下，上述第一反应优先于上述第二反应，因此根据上述第一反应，一氧化碳被氧消耗，经过浓度调整后，通过上述第二反应将氮氧化物还原。省略该说明。实际上，上述第一反应与上述第二反应是竞争反应，但由于一氧化碳和氧的反应在氧存在下表观上比上述第二反应更快地进行，因此认为在第一阶段中进行上述第一反应、在第二阶段中进行上述第二反应。

概要地说，在上述催化剂下，在氧的存在下通过CO+1/2O₂→CO₂的上述第一反应，氧被消耗，使用剩余的CO，通过2CO+2NO→N₂+2CO₂的上述第二反应，将氮氧化物还原，降低排出氮氧化物浓度。

这里，在上述反应式的说明中不使用NOx而使用NO的原因在于，高温位置下的生成氮氧化合物的组成的主成分为NO、NO₂不过为百分之几，因此可以相类似地说明。认为NO₂即便存在，也与NO同样被CO还原。

上述燃烧器和上述水管群通过两者进行上述浓度比的调整、即利用上述燃烧器和上述水管群的浓度比特性进行浓度比的调整。该浓度比特性是指通过变更空气比使上述燃烧器燃烧而产生的、通过上述水管群的全部或一部分后的一氧化碳浓度和氮氧化物浓度发生变化的特性。另外，该浓度比特性基本由上述燃烧器的浓度比特性决定，上述水管群典型地具有部分变更上述燃烧器浓度比特性或者保持其浓度比特性的功能。作为上述水管群的形态，包括在上述燃烧器附近基本没有燃烧空间、在燃烧空间内配置水管群的第一方式(相当于上述专利文献1～4)；在 上述燃烧器和水管群之间具有燃烧空间的第二方式。为上述第一方式时，在水管管的缝隙间进行燃烧反应。在使上述水管群为上述第一方式时，通过燃烧反应中的气体冷却，在引起一氧化碳浓度增加的同时，抑制氮氧化物浓度。当使上述水管群为上述第二方式时，典型地为基本不变更上述燃烧器的浓度比特性并保持。

而且，上述燃烧器和上述水管群具有以下的空气-NOx·CO特性。该空气比-NOx·CO特性是在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，获得使上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零的上述催化剂的初级侧的气体的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比。上述空气比-NOx·CO特性优选使上述催化剂的初级侧的上述氮氧化物的浓度为300ppm以下。由此，可以减少上述催化剂的使用量。

另外，利用上述燃烧器和上述水管群的上述浓度比调整，通过根据实验数据求得空气比-NOx·CO特性(浓度比特性)而进行。通过该浓度比调整，上述氧化催化剂的初级侧的上述气体中的一氧化碳浓度与通过一氧化碳的氧化在上述催化剂内减少的一氧化碳浓度和通过氮氧化物利用一氧化碳的还原在上述催化剂内减少的一氧化碳浓度之和基本相等或者更多。这里，本发明中，作为上述浓度比调整有关的构成要素，含有水管群以外的要素的情况也包括在本发明内。

在该浓度比调整中，如果将空气比基本调节为1.0的设定空气比，则在达成节能的方面优选。另外，该浓度比调整优选在通过燃烧温度的调整、即将来自上述燃烧器的燃烧反应中的气体冷却而将氮氧化物量和一氧化碳量抑制在规定量以下的同时，通过减少保持气体温度而获得的一氧化碳浓度而进行。一氧化碳由于在气体温度达到900℃以上时易于被氧化，因此优选构成上述燃烧器和上述水管群使得上述催化剂的初级侧的气体温度保持在600℃以下。

表示上述浓度比范围的公式可以用上述式(3)表示。这里，([NOx]+2[O₂])/[CO]的值(浓度比的值)为2.0以下、优选为1.5以下。另外，氮氧化物浓度([NOx])是一氧化氮浓度([NO])和二氧化氮浓度([NO₂])的总浓度。另外，将满足上述式(3)的一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度的浓度比称作规定浓度。

上述规定浓度比的值为1.0时，理论上可以使由上述催化剂排出的氧浓度、氮氧化物浓度和一氧化碳浓度为零。但是，实验上可知排出了 微量的一氧化碳。上述式(1)的([NOx]+2[O₂])/[CO]＝1为考虑实验结果，由上述第一反应和第二反应理论地导出。

这里说明如何导出([NOx]+2[O₂])/[CO]＝1。该式由于是典型地满足上述标准规定浓度比K0的公式，因此称作标准规定浓度满足式。

已知上述催化剂内，作为主反应发生上述第一反应(I)。

CO+1/2O₂→CO₂          …(I)

另外，在使用Pt等贵金属催化剂的催化剂内，在不存在氧的环境下进行上述第二反应(II)的利用CO的NO还原反应。

CO+NO→CO₂+1/2N₂       …(II)

因此，着眼于对上述第一反应(I)、上述第二反应(II)的反应起作用物质的浓度，导出上述标准浓度满足式。

即，当使CO浓度、NO浓度、O₂浓度分别为[CO]ppm、[NO]ppm、[O₂]ppm时，根据上述式(1)的能够被CO除去的氧浓度用下式(III)表示。

2[O₂]＝[CO]_a        …(III)

另外，为了引起上述式(II)的反应，有必要的是CO与NO等量，为下式(IV)的关系。

[CO]_b＝[NO]            …(IV)

在上述催化剂内连续地引起上述式(I)、(II)的反应时，加和上述式(III)和上述式(IV)而获得的下式(V)的浓度关系是必要的。

[CO]_a+[CO]_b＝2[O₂]+[NO]       …(V)

[CO]_a+[CO]_b由于为同一成分，因此上述催化剂的次级侧的气体中的CO浓度可以用[CO]表示。

因而，可以导出上述标准规定浓度比满足式、即[CO]＝2[O₂]+[NO]的关系。

当上述规定浓度比的值小于1.0时，由于一氧化碳的浓度存在于上述氮氧化物还原所需要的浓度以上，因此排出氧浓度为零、通过上述催化剂后的气体中残留一氧化碳。因此，并不设定上述式(3)的浓度比下限值。通过上述催化剂后，当含有一氧化碳时，优选进一步设定将该 残留一氧化碳氧化的氧化装置。该氧化装置可以如下构成：设置与上述催化剂不同的催化剂，将氧投入该催化剂的上游侧，将一氧化碳氧化。

另外，超过上述浓度比值1.0的2.0是实验上获得的值，认为其理由如下。在上述催化剂中发生的反应还不完全清楚，认为除了上述第一反应和上述第二反应的主反应之外，还发生了副反应。作为该副反应之一，认为是由于蒸汽与一氧化碳的反应产生氢，该氢将氮氧化物和氧还原的反应。

接着，进一步说明本发明实施方式的构成要素。上述燃烧器优选为使气体燃料预混合燃烧的全初级空气式预混合燃烧器。使用上述催化剂有效地发生上述第一反应和上述第二反应时，重要的是氧、氮氧化物和一氧化碳有关的上述(2)(3)式所示的浓度比。通过使上述燃烧器为预混合燃烧器，可以较为容易地在低空气比区域内获得上述规定浓度比。

另外，在满足上述式(3)的条件下使上述催化剂的初级侧的氧浓度O₂为0％<O₂≦1.00％时，除了空气比基本为1.0、排出浓度接近于零的低NOx和低CO之外，还能够实现节能，可以提供低公害、节能的燃烧装置。

另外，上述水管群在燃烧装置为锅炉时为水管、在为再生器时为吸收液浓缩管。上述水管群还具有将流入上述催化剂内的气体温度控制为上述催化剂活化温度附近的功能。即，将气体温度控制为有效地发生上述第一反应和上述第二反应、且抑制温度所导致的劣化、考虑到耐久性的温度。上述水管群为与来自上述燃烧器的气体进行热交换的多个水管，但可以如热水器的水管所示通过S形弯曲1根水管而构成多个水管。

上述催化剂为在上述气体中不含HC的状态下具有高效还原上述氮氧化合物的功能的催化剂，该催化剂设置在上述水管群的下游或上述水管群的途中，成为在具有透气性的基材上担载催化活性物质的构成，结构并非限定于特定的结构。作为上述基材，使用不锈钢等金属、陶瓷，实施增大与废气的接触面积的表面处理。作为催化活性物质，一般使用铂，但根据实施可以使用铂所代表的贵金属(Ag、Au、Rh、Ru、Pt、Pd)或金属氧化物。当在上述水管群的途中设置上述催化剂时，可以设置在多个水管间的空隙中，或者制成以上述水管为基材、在其表面担载有催化活性物质的构成。

上述空气比调整装置包含流量调整装置、驱动该流量调整装置的发动机和控制该发动机的控制装置。上述流量调整装置为用于通过变更上述燃烧器的燃烧空气量和燃料量的任一者或两者而变更两者的比例、调整上述燃烧器的空气比的装置。为调整上述燃烧空气量者时，优选为气门(包含阀的意义)。该气门的结构可以为通过在中心旋转旋转轴的阀体变更流路开度的旋转型、利用滑动片相对于流路的截面开口变更流路开度的滑动型。

当使该流量调整装置为变更燃烧空气量者时，优选设置在送风机和燃料供给装置之间的空气流路上，但也可以设置在上述送风机的吸引口等上述送风机的吸引口侧上。

上述发动机优选为驱动上述流量调整装置的装置，是可以根据驱动量控制上述流量调整装置的开度量、且可以调整每单位时间的驱动量的发动机。该发动机构成稳定地控制上述空气比的“机械控制装置”的一部分。该“可以根据驱动量控制开度量”是指在决定驱动量时，能够将上述流量调整阀的开度停止控制在特定位置。另外“可以调整每单位时间的驱动量”是指可以调整位置控制的响应性。

该发动机优选为步进发动机(可以称作阶段发动机)，但也可以为齿轮发动机(齿轮传动发动机)或继动器等。为上述步进发动机时，上述驱动量由驱动脉冲决定，可以将上述流量调整装置的开度位置从标准开度位置只开关移动对应驱动脉冲数量的量、控制在任意目标停止位置。另外，当为上述齿轮发动机或继动器时，上述驱动量为开关驱动时间，可以将上述流量调整装置的开度位置从标准开度位置只开关移动对应开关驱动时间的量、控制在任意目标停止位置。

上述传感器可以优选地使用在氧过量区域处表示过量氧浓度的氧浓度计、在燃料过量区域处作为负值表示以空气比m＝1.0燃烧一氧化碳等未燃气体所必需的不足氧浓度的氧浓度计。

另外，上述传感器还可以组合氧浓度传感器和一氧化碳浓度传感器，近似地求出空气比。

以上传感器的安装位置优选为上述催化剂的次级侧，并非局限于此，还可以为上述催化剂的初级侧，或者在上述催化剂下游侧设置排热回收器时可以为该下游侧。

上述空气比调整装置根据预先记忆的空气比控制程序，输入上述传 感器的检测值，回馈控制上述发动机的驱动量，将上述空气比控制为1的设定空气比(浓度比K的恒定控制)使得上述催化剂的初级侧的上述气体的一氧化碳浓度与通过上述氧化在上述催化剂内减少的一氧化碳浓度和通过上述还原在上述催化剂内减少的一氧化碳浓度之和基本相等或者更多或者满足上述式(3)。

上述空气比控制程序优选如下构成：设置对应于上述检测空气比与上述设定空气比之差变更上述发动机每单位时间的驱动量(能够以每1驱动单位的时间表现)的第一控制带、在该第一控制带的外侧使每单位时间的上述驱动量为固定规定值的第二控制带，控制上述发动机的驱动量。该控制构成按照上述检测空气比包含在以上述设定空气比为中心的设定范围内而进行控制的上述电控制装置。予以说明，该空气比控制程序并非限于该控制方式，可以进行各种PID控制。上述第一控制带的控制量可以通过检测空气比和设定空气比之差与设定增益之积而控制。通过该控制，可以在迅速地控制设定空气比的同时，起到能够进行过冲和波动减少的控制的效果。

利用上述燃烧器和上述水管群的浓度比调整，包括利用构成从上述水管群以外的上述燃烧器到上述催化剂的气体通路的要素和基于该气体通路所含的要素的进行的方式。

另外，上述机械控制装置由燃烧空气的供气通路的主通路和与其并列的辅助通路构成，可以通过设置在上述主通路的阀体的动作粗调空气流量、通过设置在上述辅助通路的阀体的动作微调空气流量。另外，机械控制装置由燃料供给通路的主通路和与其并列的辅助通路构成，可以通过设置在上述主通路的阀体的动作粗调空气流量、通过设置在上述辅助通路的阀体的动作微调空气流量。

上述空气比调整装置的流量调整装置还可以利用变换器控制送风机的发动机。该变换器可以利用周知的构成。使用该变换器时，也可以利用气门控制所使用的上述空气比控制程序进行控制。

(实施方式5)

本发明并非限定于上述锅炉的实施方式1～5、还包含以下的实施方式5～7。

本发明的实施方式5为一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预 混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下特性：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和氧浓度基本为零、使一氧化碳浓度基本为零或规定值以下的空气比-NOx·CO特性。

本发明的实施方式6为一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：上述氧化催化剂的初级侧的上述气体中的一氧化碳浓度与通过上述氧化在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度和通过上述还原在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度之和基本相等或者更多。

本发明的实施方式7为一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：当利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，流入上述氧化催化剂前的上述气体中浓度比满足下式(3)。

([NOx]+2[O₂])/[CO]≦2.0…(3)

(式(3)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度，满足[O₂]>0的条件。)

以上实施方式5～7的锅炉起到与上述实施方式4相同的作用效果。 本发明包含以下的实施方式8。

(实施方式8)

上述实施方式8具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；利用氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化、利用一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下特性：通过利用上述空气比调整装置调整至空气比1.0的附近而获得的含有上述氧化催化剂的初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的上述气体有关的上述氧化催化剂的初级侧的空气比-NOx·CO特性，上述氧化催化剂具有以下构成：使上述初级侧的具有空气比-NOx·CO特性(初级特性)的气体与上述氧化催化剂相接触而获得的上述氧化催化剂的次级侧的空气-NOx·CO特性(次级特性)，上述空气比调整装置使作为上述次级侧空气比-NOx·CO特性的NOx·CO减少区域的设定空气比的上述次级特性的氮氧化物浓度(排出NOx浓度)基本设定为零的值。使该氮氧化物浓度基本为零优选通过将上述预混合燃烧器的空气比基本控制为1.0而实现。该控制优选通过上述氧化催化剂的次级侧的空气比进行，但也可以利用初级侧的O₂浓度使得上述催化剂下的反应结果、即能够满足基本为1.0的设定空气比的上述催化剂的初级侧的氧浓度(O₂浓度)达到规定浓度。上述初级特性为利用本发明上述燃烧器和上述水管群的浓度比特性，包含空气比-NOx特性和空气比-CO特性。另外，上述次级特性为利用上述催化剂的特性(催化特性)，包含空气比-NOx特性和空气比-CO特性。

本实施方式8中，由上述燃烧器的燃烧产生的气体受到上述水管群的吸热作用，成为以规定浓度比含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体。

而且，当在低空气比的区域内变更上述燃烧器的空气比时，获得作为利用上述燃烧器和上述水管群的浓度比特性的上述初级特性和利用上述催化剂特性的上述次级特性。

(实施方式9)

上述实施方式8可以使用下面的锅炉实施方式9表现。本实施方式9具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的 气体吸热的水管群；与通过该水管群后的上述气体相接触，当该气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比为NOx非减少区域时减少一氧化碳、不减少氮氧化物，上述浓度比为NOx减少区域时减少一氧化碳和氮氧化物的催化剂；调整供至上述预混合燃烧器的空气量和/或燃烧量的比例的空气比调整装置，上述空气比调整装置按照上述浓度比成为上述NOx减少区域对空气量和/或燃料量的比例进行调整，上述调整使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零。本实施方式9的上述浓度比调整包含上述调整0和上述调整1。而且，上述浓度比的调整优选使上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度基本为零。上述催化剂的一氧化碳的减少通过氧化进行，氮氧化物的减少通过利用一氧化碳的还原进行。

(实施方式10)

本发明包括下面的锅炉实施方式10。本实施方式10的锅炉具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；与通过该水管群后的上述气体相接触，作为主反应进行利用上述气体中氧将一氧化碳氧化的第一反应和利用上述气体中的一氧化碳将氮氧化物还原的第二反应的催化剂；调整上述预混合燃烧器的燃烧空气与燃料的比例的控制装置(浓度比调整装置)，上述催化剂具有以下特性：使其次级侧氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的上述催化剂的初级侧气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比为标准规定浓度，在使上述浓度比为上述标准规定浓度比时，使上述催化剂的次级侧的氮氧化 研究的新型特性。

本发明包括下面的锅炉实施方式10。本实施方式10的锅炉具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧、产生不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；与通过该水管群后的上述气体相接触，作为主反应进行利用上述气体中氧将一氧化碳氧化的第一反应和利用上述气体中的一氧化碳将氮氧化物还原的第二反应的催化剂；调整上述预混合燃烧器的燃烧空气与燃料的比例的控制装置(浓度比调整装置)，上述催化剂具有以下特性：使其次级侧氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零的上述催化剂的初级侧气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比为标准规定浓度，在使上述浓度比为上述标准规定浓度比时，使上述催化剂的次级侧的氮氧化 物浓度和一氧化碳浓度基本为零；在增高初级侧氧浓度使其高于对应于上述标准规定浓度比的标准氧浓度时，在上述催化剂的次级侧处检测对应于初级侧氧浓度与标准氧浓度之差的浓度的氧的同时、使上述催化剂的次级侧的一氧化碳浓度基本为零，降低氮氧化物浓度；当降低初级侧氧浓度低于上述标准氧浓度时，在上述催化剂的次级侧处检测对应于初级侧氧浓度与标准氧浓度之差的浓度的一氧化碳的同时、使上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本为零，降低一氧化碳浓度。上述浓度比调整方法通过利用上述催化剂的特性、根据上述催化剂的次级侧的氧浓度调整上述预混合燃烧器的燃烧空气量和燃料量的比例，相对于上述标准氧浓度调整上述催化剂的初级侧的氧浓度，降低上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度。这里的调整包括上述调整0和上述调整1。

上述实施方式8、9是根据上述催化剂的次级侧的氧浓度和/或一氧化碳浓度等求得的，相对于空气比的，上述预混合燃烧器和水管群的上述初级特性和上述次级特性的表现。与此相对，本实施方式10是基于相对于上述催化剂的初级侧的氧浓度的上述预混合燃烧器和上述水管群的上述初级特性和上述催化剂的特性的表现。

该催化剂特性是指以下特性。即，如图7的模式图所示，具有上述催化剂的初级侧的上述浓度比的特性线L(次级侧[NOx]＝0、[CO]＝0线)。当在上述催化剂的初级侧的上述浓度比K位于该线L上时，上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本变为零。该线L理论上对应于上述式(3)的上述规定浓度比K为1.0(上述式(2)中K0＝1.0)。但是，如上所述，由于可以实验地在上述浓度比K为大于1.0小于等于2.0的范围内使上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零，因此上述次级侧的特性线L并非限定于图7的线。

进而，假设将上述燃烧器和上述水管群的上述初级特性线M与上述次级侧特性线L的交点处的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比K称作特异标准规定浓度比K0X(以下称作特异标准浓度比)。当将上述催化剂的初级侧的上述浓度比K调整至上述特异标准浓度比K0X(上述调整0)时，上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零。而且，当增加初级侧氧浓度使其高于对应于上述特异标准浓度比K0X的标准氧浓度SK时、即利用上述空气比调整方法提高初级侧氧浓度时， 在上述催化剂的次级侧处检测到对应于初级侧氧浓度和标准氧浓度之差的浓度的氧、同时上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度降低至低于初级侧的氮氧化物浓度、且次级侧的一氧化碳浓度基本变为零。另外，当降低初级侧氧浓度至低于上述特异标准浓度比K0X(上述调整1)时，在上述催化剂的次级侧处检测到对应于初级侧氧浓度和标准氧浓度之差的浓度的一氧化碳、同时上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度基本变为零、且次级侧的一氧化碳浓度降低。

当利用这种上述催化剂的特性及上述预混合燃烧器和上述水管群的上述初级特性时，通过将上述催化剂的次级侧的氧浓度和/或一氧化碳浓度控制为零、即将空气比控制为1.0，可以简单地将排出NOx浓度和排出CO浓度控制至基本为零。即，通过上述催化剂的次级侧的氧浓度和/或一氧化碳浓度的控制，可以同时实现在空气比1.0下燃烧所带来的节能以及排出NOx浓度和排出CO浓度基本为零的超低公害化。

另外，通过使上述催化剂的次级侧的氧浓度和/或一氧化碳浓度为零附近、控制其量，即便排出NOx浓度不能达到基本为零，也可以减少至接近于零的值。

以上的实施方式1～9中，优选在上述催化剂的次级侧(下游侧)设置作为排热回收器的给水预热器，能够将上述催化剂的一氧化碳的氧化所产生的大量发热回收至给水中。另外，上述催化剂优选为上述水管群下游的烟道，按照避免从上述排热回收器的冷凝水滴落所造成的污染进行设计，按照防止上述催化剂被上述排热回收器的冷凝水污染而构成。

另外，以上实施方式1～9中，优选具备用于检测上述催化剂或上述传感器(第一传感器)异常的第二传感器(第二传感器)、报告装置、执行根据上述第二传感器的检测值检测上述异常利用上述报告装置报告该异常的异常时控制程序的控制装置。

上述实施方式1～9中，当上述催化剂劣化等无法发挥本来的功能时，在上述催化剂的次级侧的气体中含有设定值以上的一氧化碳。上述控制装置在上述第二传感器的检测值显示异常值时，判定为上述催化剂或上述第一传感器异常，使用上述报告装置报告异常。通过该异常报告，锅炉的管理者或维修者可以检修上述催化剂或上述第一传感器，进行上述催化剂的更换等的维修。

上述第二传感器为检测上述催化剂或上述第一传感器异常的传感 器。当使上述第二传感器为检测上述催化剂异常的传感器时，优选成为检测在上述催化剂的次级侧处一氧化碳浓度增加的CO传感器。但是，也可以为检测在上述催化剂的次级侧处的氮氧化物浓度增加的NOx传感器。另外，可以用CO传感器和NOx传感器的两个传感器构成上述第二传感器。

当使上述第二传感器为检测上述第一传感器异常的传感器时，可以使上述第二传感器与上述第一传感器相同为检测空气比的传感器。

上述报告装置只要视觉和/或听觉地报告上述催化剂异常则无特别限定。另外，该报告装置可以附设在构成上述控制装置的控制器上，或者制成在远离燃烧装置的位置处介由通信电路进行报告的构成。

上述异常时控制程序包括以下程序：为了即便在上述催化剂或上述第一传感器不正常发挥功能时使上述催化剂的次级侧的一氧化碳浓度为排出标准值以下，将上述空气比控制为第二设定空气比λ2(例如1.25)使得上述催化剂的初级侧的一氧化碳浓度为排出标准值以下的第二设定值。

该异常时控制程序可以如下构成。当上述第二传感器为用于检测上述催化剂异常的传感器时，上述控制装置在上述第二传感器的检测值超过作为异常判定标准值的设定值时，驱动上述报告装置报告异常，同时从上述第一设定空气比λ1的燃烧向上述第二设定空气比λ2的燃烧移动。该第二设定空气比λ2的燃烧为应急的运行，但由于上述催化剂的初级侧的气体中的一氧化碳浓度为作为排出标准值的300ppm以下，因此即便上述催化剂完全不发挥功能，也可以使排出一氧化碳浓度为排出标准值以下。

另外，上述第二传感器为用于检测上述第一传感器异常的传感器时，上述控制装置在上述第二传感器检测到正常值、即设定空气比，而第一传感器未检测到异常值、即上述设定空气比时，变更上述设定空气比。而且，在上述第一传感器未检测到变更的空气比、上述第二传感器检测到变更的空气比时，将上述第一传感器判定为异常、替换成利用上述第二传感器的空气比控制。

根据上述报告装置的报告，燃烧装置的管理者或维护员进行上述催化剂的更换或调整，正常化上述催化剂的功能。之后，开始利用上述第一设定空气比λ1。

以上说明的实施方式中，优选在上述空气比调整装置的流量控制装置上具备检测自身异常的异常检测装置。在利用上述第二传感器的异常检测时，作为异常原因会考虑到上述催化剂、上述第一传感器和上述流量调整装置等，但通过具备该异常检测装置，可以容易地特定异常原因。

实施例1

接着，根据附图说明将本发明燃烧装置适用于蒸汽锅炉的实施例。图1为本实施例1的蒸汽锅炉的纵截面的说明图、图2为沿着图1的II-II线的截面图、图3为表示从废气流动方向观察图2的氧化催化剂的要部构成的图、图4为表示本实施例1的空气比-NOx·CO特性的图、图5为本实施例1的气门位置调整装置的使用状态的一部分截面的说明图、图6为同气门位置调整装置的要部的截面说明图、图7为说明本实施例1的燃烧器和吸热装置的特性和催化剂的特性的模式图、图8为说明本实施例1的传感器输出特性的图、图9为说明本实施例1的发动机控制特性的图、图10为说明本实施例1的NOx和CO减少特性的图。

首先，说明本实施例1的蒸汽锅炉。该蒸汽锅炉具备以下主要部：燃烧器1；含有从该燃烧器1产生的气体进行吸热的吸热装置的传热管(水管)群2的罐体3；以规定浓度比分别含有通过所述传热管群2后的氧、氮氧化物和一氧化碳的气体所接触、通过的，将一氧化碳氧化的同时将氮氧化物还原的氧化催化剂(以下也可仅称作“催化剂”)4；向上述燃烧器1提供气体燃料的燃料供给装置5；在向上述燃烧器1提供燃烧空气的同时将燃烧气体和燃料预混合的燃烧空气供给装置6；在上述催化剂4的下游，检测氧浓度的传感器7；输入该传感器7等的信号、控制上述燃料供给装置5和上述燃料空气供给装置6等的作为锅炉控制器的控制器8。

上述燃烧器1为具有平面状燃烧面(预混合气的喷出面)的完全预混合式燃烧器。该燃烧器1与专利文献1记载的燃烧器为相同构成。

上述罐体3具备上部集管9和下部集管10，在该两集管之间配置构成上述水管群2的多个内侧水管11、11、...。而且，如图2所示，在上述罐体3的长度方向的两侧部设置用连接构件13、13、...连接外侧水管12、12...而构成的一对水管壁14、14，在该两水管壁14、14与上述上部集管9和上述下部集管10之间形成来自上述燃烧器1的气体基本直线地流通的第一气体通路15。在上述第一气体通路15的一端上设置上 述燃烧器1，在另一端废气出口16上连接废气流通的第二气体通路(烟道)17。在该实施例1中，上述燃烧器1和上述罐体3使用公知品。

上述第二气体通路17含有水平路18和垂直部19，在上述水平部18上安装有上述催化剂4。在上述垂直部19上安装有作为排热回收器的给水预热器20使得位于上述催化剂4的下游侧，在上述催化剂4和上述给水预热器20之间配置有上述传感器7。

上述燃烧器1的包括前水管群2的上述燃烧器1至上述催化剂4的构成要素(特别是燃烧器1和水管群2为其主要部)具有将上述催化剂4的初级侧气体的上述浓度比K调整至上述规定浓度比K0、K1的功能。即，利用后述空气比调整装置28调整至设定空气比时，获得如图4所示的空气比-NOx·CO特性。该空气比-NOx·CO特性控制是上述空气比调整装置28、变更空气比使其燃烧时，获得的上述催化剂4的初级侧空气比-NOx·CO特性(以下称作初级特性)。而且，上述催化剂4具有通过使具有上述初级特性的上述气体接触于上述催化剂4而获得的上述催化剂4的次级侧空气比-NOx·CO特性(以下称作次级特性)。上述初级特性为上述燃烧1至上述催化剂4的构成要素的特性，上述次级特性为上述催化剂4的浓度比特性。上述初级特性在将上述设定空气比调整至1.0时，使上述催化剂4的次级侧NOx浓度和一氧化碳浓度基本为零。此时，上述催化剂4的初级侧气体的标准规定浓度比K0成为特异标准规定浓度比(以下称作特异标准浓度)K0X(参照图7)。

图4的纵轴、横轴的刻度不同，但为延伸图17的低空气比区域Z2的模式图。该图4中，第一线(特性线)E表示上述催化剂4初级侧的CO浓度，第二线F同样表示初级侧的NOx浓度。另外，第三线J表示上述催化剂4次级侧的CO浓度，具有以下特性：在空气比1.0以上时，CO浓度基本变为零，随着空气比小于1.0，浓度急剧地增加。另外，第四线U表示上述催化剂4次级侧的NOx浓度，具有以下特性：在空气比1.0以下的规定区域内，NOx浓度基本变为零，随着空气比超过1.0，浓度从基本为零而增加，达到基本与上述催化剂4的初级侧浓度相同。将该上述催化剂4的次级侧NOx浓度与初级侧的浓度相等的空气比以下的区域称作NOx·CO减少区域。该NOx·CO减少区域的下限可以为上述催化剂4的次级侧CO浓度达到300ppm(日本的CO排出标准)的空气比。该低空气比区域的空气比-NOx·CO特性是之前未进行过研究的新型特性。

上述催化剂4具有将通过上述水管群2后的不含碳氢化合物的上述气体所含一氧化碳氧化(第一反应)、同时将氮氧化物还原(第二反应)的功能，在本实施例1中，使用催化活性物质为铂的催化剂。如上述“具体实施方式”所说明，当考虑实验结果理论上进行考察时，认为通过满足上述式(3)的浓度比式的上述气体与上述催化剂4的催化活性物质的接触，主要发生使一氧化碳氧化的第一反应和利用一氧化碳使氮氧化物还原的第二反应。上述第一反应利用氧浓度来决定反应是否进行，在该催化剂4下，上述第一反应优先于上述第二反应。

更为具体地说明上述催化剂4时，该催化剂为图3所示的结构，例如如下形成。在作为上述基材的均为不锈钢制的平板21和波板22的各个表面上形成多个微小凹凸，在其表面上担载催化活性材料(省略图示)。接着，重叠规定宽度的上述平板21和波板22，从而卷绕成螺旋状，形成轧辊状。还可以使用侧板23包围该轧辊状物质进行固定而形成催化剂。作为上述催化活性材料，使用铂。予以说明，图3中仅表示上述平板21和上述波板22的一部分。

该催化剂4在低温域具有氧化活性，为上述第二气体通路17途中的上述水平部18，配置在废气温度约100℃～350℃、优选150℃～350℃左右的位置上。而且，该催化剂4装卸自如地安装在上述第二气体通路17上使得在性能恶化时能够更换。

上述燃料供给装置5含有气体燃料供给管24、设置在该气体燃料供给管24上的调整燃料流量的流量调整阀25而构成。上述流量调整阀25具有将燃料供给量控制为高燃耗用流量和低燃耗用流量的功能。

上述燃料空气供给装置6含有送风机26、从该送风机26向上述燃烧器1提供燃烧空气的供气通路27、通过调整流经该供气通路27的燃烧空气量而调整上述燃烧器1的空气比的空气比调整装置28而构成。连接在上述供气通路27内，使得上述气体燃料供给管24将燃料气体喷出。

上述空气比调整装置28含有作为调整上述供气通路27开度(流路截面积)的流量调整装置的气门29、用于调整该气门29开度位置的气门位置调整装置30和控制该气门位置调整装置30的动作的上述控制器8而构成。

上述气门位置调整装置30如图5所示，具备装卸自如地连接于上述气门29的旋转轴31的驱动轴32，该驱动轴32可以介由减速机33用发动机34旋转。作为该发动机34，使用能够将旋转停止位置任意调整的发动机。本实施例中，使用步进发动机(脉冲发动机)。

上述驱动轴32通过介由联轴节35与上述气门29的旋转轴31连接，能够在大致相同轴线上一体地旋转。上述联轴节35为阶梯圆柱形，在其中央部上贯通轴方向形成小径孔穴36和大径孔穴37。在该小径孔穴36中插入上述驱动轴32，该驱动轴32使用固定螺钉38与上述联轴节35一体化。另一方面，在上述大径孔穴37中可以插入上述气门29的旋转轴31，该旋转轴31使用键39与上述联轴节35一体地旋转。因此，上述旋转轴31和上述联轴节35的上述大径孔穴37上分别形成键槽40、41。

这种联轴节35在一端部内插入有上述驱动轴32的状态下，另一端部介由轴承42能够旋转地保持在上述气门位置调整装置30的外壳43上。成为下述结构：在该外壳43上以上述减速机33和上述发动机34保持在一端部上、上述联轴节35的带键槽41的上述大径孔穴37露出至另一端部的状态下，内部密封有上述联轴节35和旋转异常检测装置44。

上述旋转异常检测装置44具备被检测板45和检测器46。上述被检测板45向半径方向外侧延伸、固定在上述联轴节35的轴方向中央部的阶梯部。该被检测板45与上述联轴节35或上述驱动轴32同轴地设置。上述被检测板45的外周部的一部分上设有圆周方向等间隔形成有多个夹缝47、47…的夹缝形成区域48。本实施例中，仅四分之一(90度)的圆弧部分上设有上述夹缝形成区域48。形成在于该夹缝形成区域48的上述各夹缝47为相同形状和大小。本实施例中，沿着上述被检测板45的半径方向的细长矩形状的是沿着圆周方向等间隔地冲裁形成的。

用于检测上述夹缝47的上述检测器46固定在上述外壳43上。该检测器46包括透射型光电断路器，以介由上述被检测板45的外周部的状态，安装在发光元件49和受光元件50之间。通过在上述检测器46的上述发光元件49和上述受光元件50之间存在上述被检测板45，可通过上述被检测板45的上述夹缝47是否配置在对应于上述检测器46的位置(对应于上述发光元件49至上述受光元件50的光路的位置)，来 切换有无来自上述受光元件50的上述发光元件49的受光。由此，能够检测上述气门29的开度位置。

上述气门位置调整装置30，在图6中上述夹缝形成区域48的顺时针方向的端部夹缝51配置在对应于上述检测器46的位置的状态下，按照上述气门29使上述供气通路27为全封闭状态进行位置决定，安装在上述气门29的上述旋转轴31上。

而且，上述夹缝形成区域48仅形成于上述被检测板45的90度部分。因此该夹缝形成区域48的顺时针方向的端部夹缝51在配置于对应于上述检测器46的位置上的状态下，如上所述，上述气门29使上述供气通路27为全封闭，另一方面上述夹缝形成区域48的逆时针方向的端部夹缝52在配置于对应于上述检测器46的位置的状态下，上述气门29将上述供气通路27全部打开。

上述气门位置调整装置30成为如下构成：上述发动机34和上述检测器46与上述控制器8相连、在监视上述气门29的旋转异常的同时可以控制上述发动机34的旋转。即，为了控制上述发动机34，该气门位置调整装置30具有包含向上述发动机34发出的驱动脉冲的控制信号的生成电路，可以将该生成的控制信号输出至上述发动机34。由此，当上述发动机34正转或倒转时，对应于驱动量、即驱动脉冲数，任意地控制其旋转角。另外，通过变更驱动脉冲的间隔(传送速度)，可以控制发动机34的旋转速度。

实际上，当开关控制上述气门29时，上述控制器8首先为了以上述气门29的全关闭位置作为原点进行原点检测动作。首先，在图5中，向逆时针方向旋转上述被检测板45。此时，当在该被检测板45的上述夹缝形成区域48内配置上述检测器46时，由于随着上述被检测板45的旋转，上述检测器46定期地检测上述夹缝47，因此该检测脉冲作为检测信号被输入到上述控制器8中。而且，当旋转上述被检测板45至上述检测器46配置于上述夹缝形成区域48外时，则无法检测到脉冲。当未检测到规定时间脉冲时，上述控制器8识别上述检测器46处于上述夹缝形成区域48外，将旋转方向切换成相反方向。即，本实施例中，使上述被检测板45顺时针方向地旋转，将最初检测到脉冲(顺时针方向的端部夹缝51)的位置作为原点。利用该顺时针方向旋转所进行的原点确认比旋转方向切换前的逆时针方向旋转速度更低。

如此检测出的原点，由于对应于上述气门29的全关闭位置，因此以该状态为标准，上述控制器8向上述发动机34输出驱动信号，可以控制上述气门29的开关。上述控制器8如果为了上述气门29的开关而驱动上述发动机34时，与此同时从上述检测器46作为脉冲获得上述夹缝47的检测信号。因此，上述控制器8可将来自上述检测器46的检测信号与向上述发动机34的控制信号相比较，监视上述气门29的旋转异常。具体地说，比较含有向上述发动机34发出的驱动脉冲的控制信号与含有利用上述检测器46的上述夹缝47的检测脉冲的检测信号，监视有无旋转异常。

例如，即便向上述发动机34输送驱动脉冲，当从上述检测器46未检测到检测脉冲时，上述控制器8判定为旋转异常。此时，来自上述检测器46的检测脉冲通常与向上述发动机34发出的驱动脉冲的频率数不同，因此考虑该差别进行控制。例如，当即便经过了驱动信号的规定脉冲部分的时间、仍然一个检测信号的脉冲都检测不到时，则首先按照判定为旋转异常进行控制。上述控制器8在判定为旋转异常时，进行报告异常或停止燃烧等的处置。相反，当未向上述发动机34输送驱动脉冲、但从上述检测器46检测到脉冲时，也可以检测旋转异常。

上述控制器8通过预先记忆的空气比控制程序，根据上述传感器7的检测信号，控制上述发动机34使得上述燃烧器1的空气比为设定空气比(第一控制条件)、且该设定空气比中上述催化剂4初级侧的上述气体的浓度比K满足下式(3)(第二控制条件)。

([NOx]+2[O_a])/[CO]≦2.0          …(3)

(式(3)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示CO浓度、NOx浓度和O₂浓度，满足[O₂]>0的条件。)

在实施例1中，直接控制的是上述第一控制条件，通过满足该第一控制条件，自动满足上述第二控制条件。以下根据图4和图7说明该方面。

图4的空气比-NOx·CO特性根据含有上述燃烧器1和上述水管群2的构成要素的上述初级特性及上述催化剂4的上述次级特性来表现。另外，图7根据相对于上述催化剂4初级侧的氧浓度的上述构成要素的上述初级特性和上述催化剂4的特性来表现图4的空气比- NOx·CO特性。

上述催化剂4的特性如图7所示，使用与上述催化剂4初级侧的上述标准规定浓度比K0相关的第五条线L(次级侧[NOx]＝0、[CO]＝0线)表现其特征。该第五条线L是，当上述催化剂4初级侧的上述浓度比K位于(承载)上述线上时，使上述催化剂4次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零、即满足上述标准规定浓度比K0的线。该第五条线L对应于上述式(3)的上述规定浓度比为1的情况。即，该第五条线为表示下式(3A)的线。

[NOx]+2[O₂]＝[CO]            …(3A)

这里，[NOx]如图10所示，为[CO]的1/30～1/50左右，因此图7中，在省略相对于氧浓度的NOx浓度特性的同时，可以忽略式(3A)的[NOx]。在该第五条线L中，当使初级侧氧浓度为X1时，初级侧一氧化碳浓度Y1成为Y1＝2X1+[NOx]。予以说明，由于确认在上述浓度比K的值为超过1.0达到2.0的范围内，能够达到使上述催化剂4次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度为基本为零的上述标准规定浓度比K0，因此上述第五条线L并非限定于图示的线L，可以是满足上述式(2)的线。

而且，将表示上述燃烧器1和上述水管群2的上述初级特性曲线的第六条线M与上述第五条线L的交点的氧、氮氧化物和一氧化碳的标准规定浓度比K0称作上述特异标准规定浓度比K0X。上述催化剂4具有以下特性：在使该初级侧的上述浓度比K为上述特异标准浓度比K0X时，使上述催化剂4次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零。进行该上述标准浓度比K0X的调整相当于本发明的调整0。

而且，上述催化剂4具有以下特性：当进一步提高初级侧氧浓度使其高于对应上述特异标准浓度比K0X的标准氧浓度SK时，在上述催化剂4次级侧处检测到对应初级侧氧浓度与标准氧浓度之差的浓度的氧，同时使上述催化剂4次级侧的一氧化碳浓度基本为零，通过还原反应使上述催化剂的次级侧的氮氧化物浓度降低至低于初级侧的氮氧化物浓度。将该在上述催化剂4次级侧处检测到氧的同时、减少至低于初级侧氮氧化物浓度的区域称作次级侧NOx泄露区域R1。该次级侧NOx泄露区域R1处，上述燃烧器1的空气比超过1.0。

另外，具有以下特性：当降低初级侧氧浓度至低于上述标准氧浓度SK时，在上述催化剂4的次级侧处检测到对应初级侧氧浓度与标准氧浓度SK之差的浓度的一氧化碳、同时在规定范围内使上述催化剂4的次级侧的氮氧化物浓度基本为零。将该在上述催化剂4次级侧处检测到一氧化碳的同时、使氮氧化物浓度基本为零的特性的区域称作次级侧CO泄露区域R2。该次级侧CO泄露区域R2为实现本发明调整1的区域，上述燃烧器1的空气比小于1.0。即便将上述燃烧器1的空气比设定为小于1.0，也可以在上述催化剂4的初级侧处在不含碳氢化合物、含有氧的范围内设定。将上述次级侧NOx泄露区域R1与上述次级侧CO泄露区域R2的加和区域称作NOx·CO减少区域R3。

如此图7所示催化剂4的特性符合图4所示的空气比-NOx·CO特性。由该图7可知，当控制上述空气比调整装置28使得检测上述催化剂4次级侧的氧浓度和/或一氧化碳浓度、该氧浓度和/或一氧化碳浓度达到零时，可以将上述催化剂4初级侧的上述浓度比K控制为上述特异标准浓度比K0X、将上述催化剂4次级侧的氮氧化物浓度和一氧化碳浓度控制成基本为零。如此，当满足上述第一控制条件时，则满足上述第二控制条件。

上述第一控制条件不满足时，则产生碳氢化合物等的未燃分。如此，成为在消耗能量的同时，无法有效地进行上述催化剂4的NOx减少。

上述第二控制条件是为了使排出氮氧化物浓度基本为零所必需的条件。为了使上述催化剂4次级侧的氮氧化物浓度、一氧化碳浓度为零，通过实验和理论考察可知，由于上述第一反应和上述第二反应，可以使([NOx]+2[O₂])/[CO]的浓度比K基本为1.0。但是也确认，即便是上述浓度比K为1以上的1.0～2.0，也可以使排出氮氧化物浓度基本为零。

上述传感器7使用排出氧浓度的分解能为50ppm、响应时间为2sec以下的响应性良好的二氧化锆式空燃比传感器。该传感器7的输出特性如图8所示，输出E在正侧成为与氧浓度有关的输出、在负侧成为与一氧化碳浓度等有关的输出。即，由测定的氧浓度(氧过量区域)和一氧化碳浓度等(燃料过量区域)计算空气比m，获得对应该空气比m的电流或电压的输出。图8中，Q1表示氧浓度检测带，Q2表示一氧化碳浓度检测带。

而且，上述空气比控制程序为根据上述传感器7的输出信号进行控 制使得上述燃烧器的空气比m成为设定空气比m0，具体地如下构成。即，如图9所示，根据来自上述传感器7的输出值E与对应设定空气比m0的设定值之差，设置变更上述发动机34的输送速度V(每单位时间的驱动量)的第一控制带C1、位于该第一控制带C1外侧分别使输送速度V为第一设定值V1、第二设定值V2的第二控制带C2A、C2B，包含控制上述发动机34驱动量的控制顺序。图9中，P1表示气门打开区域、P2表示气门关闭区域。

上述第一控制带C1的设定范围通过氧浓度N1(例如100ppm)和一氧化碳浓度等N2(例如50ppm)设定，为了使空气比基本上为1的设定空气m0(对应于上述标准氧浓度SK)进行控制。

上述第一控制带C1的输送速度V用下式(4)计算。上述输送速度V为每单位时间的驱动量。本实施例1的上述发动机34每1步骤地旋转角度为0.075度、换算成O₂时，相当于约30ppm的变动。

V＝K×ΔX              …(4)

(K为增益，ΔX为(上述传感器7的上述输出值)-(上述设定值)之差。)

接着，说明以上构成的上述蒸汽锅炉的动作。首先，对于蒸汽锅炉的概略动作，由上述送风机26供给的燃烧空气(外部气体)在上述供气通路27内与由上述气体燃料供给管24供给的燃料气体预先混合。该预混合气体从上述燃烧器1喷向上述罐体3内的上述第一气体通路15。预混合气体通过点火装置(未图示)点燃，燃烧。该燃烧以1.0附近的低空气比进行。

伴随该燃烧产生的气体与上游侧水管群2交叉、被冷却后，与下游侧的水管群2进行热交换被吸热，成为约100℃～350℃气体。该气体不含碳氢化合物、含有氧、氮氧化物和一氧化碳，在使用上述催化剂进行处理、氮氧化物浓度和一氧化碳浓度基本为零后，作为废气从上述第二气体通路17排出至大气中。

接着，说明利用上述空气比调整装置28的空气比控制。本实施例的锅炉交替运行高燃耗和低燃耗。因此，上述气门29选择高燃耗风量位置和低燃耗风量位置的任一个来定位。

该气门29的位置调整根据来自上述控制器8的指令、利用上述气门位置调整装置30进行。即，上述控制器8输入高燃耗或低燃耗的选 择信号以及对应于上述传感器7的检测空气比的输出值，输出上述发动机34的驱动信号，调整上述气门29的开度位置。上述控制器8以来自原点的脉冲数，将成为对应于高燃耗时和低燃耗时的各标准设定空气比m0的设定值的上述气门29的设定开度位置分别作为初始值记忆。

首先，说明高燃耗时的控制。上述控制器8在判定目前的上述气门29的开度位置相对于上述设定开度位置为开放侧(必须向关闭方向进行控制的一侧)还是关闭侧(必须向开放方向进行控制的一侧)的同时，演算上述发动机34的驱动脉冲数。同时，判定上述输出值在图9中属于上述第一控制带C1和上述第二控制带C2A、C2B的哪一个。

属于上述第二控制带C2A时，以第一设定输送速度V2且以所演算的驱动脉冲驱动上述发动机34，快速地关闭上述气门29。属于上述第二控制带C2B时，以第二设定输送速度V1且以所演算的驱动脉冲驱动上述发动机34，快速地打开上述气门29。如此，当较偏离对应于标准设定空气比m0的设定值时，由于快速地进行使对应于检测空气比的输出值接近对应于标准设定空气比m0的设定值的控制，因此可以进行响应性良好的空气比控制。

另外，属于上述第一控制带C1时，在判定旋转方向的基础上，根据上述式(4)，演算上述发动机34的输送速度，以所演算的输送速度和所演算的驱动脉冲驱动上述发动机34。该第一控制带C1的控制随着远离对应于标准设定空气比m0的设定值而加速输送速度。通过如此控制，可以迅速地接近对应于目标的标准设定空气比m0的设定值。另外，通过利用确实地进行旋转位置控制的步进发动机和进行随着对应于检测空气比的输出值接近于标准设定空气比m0的设定值而减慢输送速度，可以控制对应于标准设定空气比m0的设定值附近的空气比的过冲和波动。

通过如此的空气比控制，可以使上述燃烧器1的空气比为接近1.0的低空气比、且将上述催化剂4初级侧的气体浓度比变化幅度控制在很小、稳定地满足上述式(2)。结果，可以在使上述催化剂4次级侧的氮氧化物浓度基本为零的同时，降低一氧化碳浓度达到基本为零。当使设定空气比m0小于1.0时，在使次级侧氮氧化物浓度基本为零的同时，可以将一氧化碳浓度降低至实用范围的规定值以下。

(实施例1)

说明在每单位时间的蒸发量为800kg的罐体3(申请人将制造的型号称作：SQ-800的罐体)内利用燃烧量45.2m³N/h的预混合燃烧器1使其燃烧、作为催化活性物质使用以2.0g/L的比例担载有Pt的体积10L、内径360mm的催化剂时的实验结果。当将上述标准设定空气比m0为1时，上述催化剂4的初级侧(通过上述催化剂4之前)的一氧化碳浓度、氮氧化物浓度、氧浓度，以各个10分钟的平均值计，被调整至2295ppm、94ppm、1655ppm，上述催化剂4的次级侧(通过上述催化剂4之后)的各个浓度，以10分钟平均值计，为13ppm、0.3ppm、100ppm不到。这里，上述催化剂4次级侧的氧浓度100ppm是氧浓度的测定界限。另外，上述催化剂4前后的气体温度分别为302℃、327℃。在本实施例1和以下实施例2、3中，将上述催化剂4配置在上述给水预热器20的稍上游位置，在其前后配置测定装置，使用株式会社堀场制作所制PG-250测定通过上述催化剂4后的各浓度和气体温度，使用株式会社堀场制作所制COPA-2000测定通过前的各浓度。当然，即便将上述催化剂4配置在图1所示位置上，也可认为测定浓度值基本没有变化。

(实验例2)

将使用与实施例1相同的燃烧器1和罐体3，使燃烧量与实施例1相同，作为催化活性物质使用以2.0g/L的比例担载有Pd的体积10L、内径360mm的催化剂时的一氧化碳浓度、氮氧化物浓度、氧浓度的各浓度比K的值示于图10。这里，由于使用与实施例1同样的氧浓度传感器测定通过催化剂后的氧浓度，因此实际即便为100ppm以下的值也以100ppm显示。上述催化剂4前后的气体温度分别约为323℃～325℃、约344℃～346℃。

根据上述实施例1，通过调整燃烧空气与燃料比例的气门位置调整装置(空气比调整装置)30，将空气比控制为1.0，可以将上述催化剂4初级侧的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比控制为上述特异标准浓度K0X(上述调整0)，可以将排出NOx浓度和排出CO浓度降低至基本为零。因此，比较利用水/蒸汽添加的低NOx化技术和利用投入脱硝剂的低NOx化技术，利用使用空气比调整装置和催化剂的简易构成即可实现低NOx和低CO。

另外，由于使空气比基本为1.0，因此可进行节能运行。顺便提一句，与通常锅炉的氧浓度4％(空气比约1.235)的运行和氧浓度0％(空 气比约1.0)的运行相比，可以提高约1～2％的锅炉效率。在呼吁地球温暖化对策的今天，该锅炉效率提高达成的产业价值非常大。

而且，由于在上述催化剂4的次级侧设置上述传感器7控制空气比，因此相比较于在上述催化剂4的初级侧设置传感器相比，可以更加稳定化控制。另外，由于以氧浓度100ppm以下的分解能控制空气比，因此可以应答性良好地稳定地进行CO量多、且空气比-CO特性中CO增加率高的区域的空气比控制。

另外，通过该实施例1，由于上述催化剂4排出氮氧化物浓度基本变为零，因此可以抑制上述给水预热器20的氮氧化物所导致的腐蚀。而且，通过使上述燃烧器1为预混合气体燃烧器，由于生成气体中几乎不含硫的氧化物，因此在硫酸导致的腐蚀少的同时、还抑制上述催化剂4导致的硝酸腐蚀。结果，可以提供上述给水预热器20的废气所导致的腐蚀少的锅炉。另外，在上述催化剂4下由于约2000ppm以上的一氧化碳氧化、进行还原作用，因此其发热量与上述专利文献2(将约400ppm左右的一氧化碳氧化)相比更大。通过该实施例，可以利用上述给水预热器20高效地回收该大量的热量。

实施例2

根据图11和图12说明本发明的其它实施例2。该实施例2并非将检测氧浓度的传感器7设置在上述催化剂4的次级侧，而是设置在初级侧。该传感器7是仅检测氧浓度的传感器。将基于该传感器7的上述发动机34的控制特性示于图12。以下，仅说明与上述实施例1不同的方面，共同部分省略说明。

在该实施例2中，利用上述传感器7检测上述催化剂4初级侧的氧浓度间接地控制空气比使得标准设定空气比m0为1.0(使上述催化剂4次级侧的氧浓度为零)。根据各种实验结果可知，当将上述催化剂4初级侧的氧浓度O₂控制为0％<O₂≦1.00％值，可以满足上述式(2)使上述催化剂4次级侧的氧浓度基本为零，即使空气比基本为1。

这里，该实施例2的空气比控制程序如图12所示，根据来自上述传感器7的检测值E(氧浓度信号)，设置对应该检测值和设定氧浓度值之差变更上述发动机34的输送速度V(每单位时间的驱动量)的第一控制带C1、分别使该第一控制带C1外侧处输送速度V为第一设定值、第二设定值的第二控制带C2A、C2B，包括控制上述发动机34驱动量 的控制顺序。

上述第一控制带C1的设定范围包含在用氧浓度N1和氧浓度N2设定的范围内。上述第一控制带C1的输送速度V与上述实施例1同样用上述式(4)计算。

实施例3

本实施例3参照图13，以含有驱动上述送风机26的送风机用发动机52、和控制该发动机52旋转数的变换器53来构成上述空气比控制装置28。该实施例4中，并非使用上述气门29进行空气比控制和上述浓度比恒定控制，而是形成为使用上述变换器53进行的构成。利用该控制器8的上述送风机用发动机52的控制可以是抑制上述实施例1的图9所示过冲和波动的控制。上述气门29在点烧时降低开度，当进入点烧后的稳定燃烧时，增大开度，进行高燃耗和低燃耗的风量控制。该风量控制可以使用上述变换器53进行，但并非局限于此，可以利用上述气门29和上述变换器53的任一者进行燃烧时等的风量控制。该实施例3中，其它构成与上述实施例1同样，因此省略其说明。

实施例4

接着，对于在上述实施例1中，上述空气比控制程序包含在上述催化剂4的异常时防止大量一氧化碳排出的异常时控制程序的实施例4，根据图14和图15进行说明。以下，以不同于上述实施例1的构成为中心进行说明。

参照图14，在上述催化剂4的次级侧具备检测上述催化剂4异常的第二传感器54。该第二传感器54为检测一氧化碳浓度的传感器。而且，具备附设在上述控制器8上、作为报告装置的显示器55。另外，上述异常时控制程序包括以下程序：为了即便在上述催化剂4不正常发挥功能时使上述催化剂4次级侧的一氧化碳浓度为排出标准值(300ppm)以下，将上述空气比控制为第二设定空气比λ2(例如1.25)使得上述催化剂4初级侧的一氧化碳浓度为排出标准值以下的第二设定值。

该异常时控制程序可以如下构成。当上述控制装置在上述第二传感器54的检测值超过作为异常判定标准值的设定值(例如300ppm)时，首先用上述报告器55报告异常，同时从上述第一设定空气比λ1的燃烧向上述第二设定空气比λ2的燃烧移动。

根据图15说明本实施例4的动作。处理步骤S1(以下处理步骤SN 仅称作SN)中，上述燃烧器1以第一设定空气比λ1进行燃烧。在此状态下，在S2中判断上述第二传感器54的检测值是否超过上述设定值。在S2中，当判定为否时，返回至S1。

上述催化剂4性能降低的结果为，当上述检测值超过设定值时，判定为是、移至S3。上述控制器8向作为报告装置的上述显示器55输送信号，报告异常。然后，移至S4，开始从上述第一设定空气比λ1的燃烧向上述第二设定空气比λ2的燃烧。通过该第二设定空气比λ2的燃烧，上述催化剂4初级侧的气体中所含的一氧化碳浓度成为上述排出标准以下(例如100～50ppm)。结果，假设即便上述催化剂4完全没有功能，也可以使一氧化碳浓度为排出标准值以下。

该实施例4的锅炉管理者或维护员根据上述显示器55的报告了解到上述催化剂4异常，通过进行其更换或调整，正常化上述催化剂的功能。之后，可以开始利用上述第一设定空气比λ1的燃烧。

实施例5

根据图16说明本发明的实施例5。本实施例5使上述第二传感器4为用于检测上述第一传感器7异常的传感器。该第二传感器54与上述第一传感器7相同为检测空气比的传感器。

本实施例5的异常时控制程序通过图16所示的控制顺序执行。即，在S11中，如上所述进行利用上述第一传感器7的空气比控制。S12中进行上述第一传感器7的异常判定。该判定中包括以下处理。首先比较上述第二传感器54的检测值和上述第一传感器7的检测值。接着，在上述第二传感器54为正常值、即检测到设定空气比而上述第一传感器7为异常值、即未检测到上述设定空气比时，变更上述设定空气比。进而，当上述第一传感器7未检测到变更的空气比、上述第二传感器54检测到变更的空气比时，判定上述第一传感器7异常。

当在S12中判定为异常时，在S13中进行利用上述第二传感器54的空气比控制。这样，由于在上述第一传感器7的异常时通过上述第二传感器54控制了空气比，因此可以防止由于上述第一传感器7的异常产生超过上述催化剂4处理能力的一氧化碳，结果防止大量的一氧化碳的排出。

本发明并非限于上述实施例1～5。例如，图4所示空气比-NOx·CO特性由于随燃烧装置的上述燃烧器1和上述罐体3的结构而曲线和浓度 值不同，因此可以使用不同的特性。另外，在上述实施例1、2中将设定空气比设定为1.0以上，但只要在不损害燃烧特性、不产生碳氢化合物的范围内，可以设定为低于空气比1.0的值。

另外，上述实施例2中使上述传感器7为O₂浓度传感器，还可以为CO浓度传感器。另外，上述气门位置调整装置30的结构可以进行各种变形。另外，上述发动机34还可以为除了步进发动机之外的例如齿轮发动机(省略图示)。而且，可以使用单一的控制器(锅炉控制用的控制器)8控制上述气门位置调整装置30，但也可以为下述构成：除了该控制器8之外，设置上述气门位置调整装置30用的其它控制器(省略图示)，连接该控制器与上述传感器7、上述控制器8，进行空气比控制。

Claims (9)

1.一种锅炉，其具备：

使含有碳氢化合物的燃料燃烧，产生不含碳氢化合物而含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；

从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；

利用上述气体中的氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化，利用上述气体中的一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；和

调整上述预混合燃烧器的空气比的空气比调整装置；

其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有在使上述空气比为设定空气比时，上述氧化催化剂的初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比达到满足下式(3)的规定浓度比的特性，

([NOx]+2[O₂])/[CO]≤2.0  …(3)

式(3)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度，满足[O₂]＞0的条件，

上述氧化催化剂具有在使上述浓度比为上述规定浓度比时使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度为5ppm以下，而一氧化碳浓度为规定值以下的特性，

通过利用上述空气比调整装置控制成上述设定空气比，将上述规定浓度比保持在一定。

2.一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧，产生不含碳氢化合物而含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；

从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；

利用上述气体中的氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化，利用上述气体中的一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；

检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；和

根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，

其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，能够获得使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度为5ppm以下，使一氧化碳浓度为规定值以下的上述氧化催化剂的初级侧的满足下式(3)的氧、氮氧化物和一氧化碳的规定浓度比，

([NOx]+2[O₂])/[CO]≤2.0  …(3)

式(3)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度，满足[O₂]＞0的条件。

3.一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧，产生不含碳氢化合物而含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；

从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；

利用上述气体中的氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化，利用上述气体中的一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；

检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；和

根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置；

其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，使上述氧化催化剂的初级侧的上述气体中的一氧化碳浓度与通过上述氧化在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度和通过上述还原在上述氧化催化剂内减少的一氧化碳浓度之和相等或者更多。

4.一种锅炉，其具备使含有碳氢化合物的燃料燃烧，产生不含碳氢化合物而含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；

从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；

利用上述气体中的氧将通过该水管群后的上述气体所含的一氧化碳氧化，利用上述气体中的一氧化碳将氮氧化物还原的氧化催化剂；

检测上述预混合燃烧器的空气比的传感器；和

根据该传感器的检测信号控制上述预混合燃烧器至设定空气比的空气比调整装置，

其特征在于，上述预混合燃烧器和上述水管群具有以下构成：在利用上述空气比调整装置将上述空气比调整至上述设定空气比时，流入上述氧化催化剂之前的上述气体浓度比满足下式(3)，

([NOx]+2[O₂])/[CO]≤2.0  …(3)

式(3)中，[CO]、[NOx]和[O₂]分别表示一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧浓度，满足[O₂]＞0的条件。

5.根据权利要求2～4任一项所述的锅炉，其特征在于，使所述设定空气比基本为1.0。

6.一种锅炉，其具备：

使含有碳氢化合物的燃料燃烧，产生不含碳氢化合物而含有氧、氮氧化物和一氧化碳的气体的预混合燃烧器；

从该预混合燃烧器产生的气体吸热的水管群；

与通过该水管群后的含有氧、氮氧化物和一氧化碳的上述气体接触的氧化催化剂；和

调整上述预混合燃烧器的燃烧空气量与燃料量的比例的空气比调整装置；

其特征在于，上述氧化催化剂具有以下特性：在使其次级侧氮氧化物浓度为5ppm以下且一氧化碳浓度为规定值以下的上述氧化催化剂初级侧的气体中的氧、氮氧化物和一氧化碳的浓度比为标准浓度比，使上述浓度比为上述标准浓度比时，使上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度、氮氧化物浓度为5ppm以下，且一氧化碳浓度为规定值以下，当降低初级侧氧浓度至低于上述标准氧浓度时，使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度为5ppm以下，且氧浓度为100ppm以下，并减少一氧化碳浓度，

上述空气比调整装置通过根据上述氧化催化剂的次级侧的氧浓度和/或一氧化碳浓度调整上述空气比，相对上述标准氧浓度，调整上述氧化催化剂的初级侧氧浓度，使上述氧化催化剂的次级侧的氮氧化物浓度为5ppm以下，使一氧化碳浓度减少至规定值以下。

7.根据权利要求1～4和6任一项所述的锅炉，其特征在于，具备控制上述预混合燃烧器产生的气体温度，将氮氧化物浓度抑制在规定值以下的氮氧化物产生抑制装置。

8.根据权利要求1～4和6任一项所述的锅炉，其特征在于，在上述氧化催化剂的次级侧具备给水预热器。

9.根据权利要求1～4和6任一项所述的锅炉，其特征在于，具备用于检测上述氧化催化剂或上述传感器异常的第二传感器、报告装置、和根据上述第二传感器的检测值判定上述异常，并利用上述报告装置报告该异常的控制装置。

Images