JP2008267767A

JP2008267767A - 低ＮＯｘ燃焼装置

Info

Publication number: JP2008267767A
Application number: JP2007130790A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanaka; 収田中; Kenji Yasui; 賢志安井; Masaru Nakajima; 優中島; Takashi Shindo; 貴志新藤; Kohei Yamaguchi; 浩平山口; Motoji Kohiro; 基司小博
Original assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: EP2131107A1; JP5088675B2; US20100136493A1; WO2008120530A1

Abstract

【課題】触媒手段の性能低下を防止し、低公害の効果を長期に亘って持続させることである。
【解決手段】燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により窒素酸化物を含むガスを生成するバーナ１と、前記ガスから吸熱する吸熱手段１３と、この吸熱手段１３を通過後の前記ガスに含まれる窒素酸化物を低減する触媒成分を有する触媒手段４と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段１０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、水管ボイラ，吸収式冷凍機の再生器などに適用される低ＮＯx燃焼装置に
関する。

一般に、ＮＯxの発生の抑制原理として、火炎（燃焼ガス）温度の抑制，高温燃焼ガス
の滞留時間の短縮などが知られている。そして、これらの原理を応用した種々の低ＮＯx
化技術がある。たとえば、２段燃焼法，濃淡燃焼法，排ガス再循環燃焼法，水添加燃焼法，蒸気噴射燃焼法，水管群による火炎冷却燃焼法などが提案され実用化されている。

ところで、水管ボイラなどの比較的容量の小さいＮＯx発生源についても環境への関心
が高まり、一層の低ＮＯx化が求められるようになってきている。この低ＮＯx化においては、ＮＯxの生成を低減するとＣＯの排出量が増加するので、ＮＯxとＣＯを同時に削減することが難しい。

その原因は、低ＮＯx化と低ＣＯ化とが相反する技術的課題であることにある。すなわ
ち、低ＮＯxを推し進めるために燃焼ガス温度を急激に低下させ、９００℃以下の低い温
度に抑制すると、ＣＯが多量に発生すると共に発生したＣＯが酸化されないまま排出され、ＣＯ排出量が増大してしまう。逆に、ＣＯの排出量を少なくするために、燃焼ガス温度を高めに抑制すると、ＮＯxの生成量の抑制が不十分となる。

この課題を解決するために、出願人は、低ＮＯx化に伴い発生するＣＯ量をできるだけ
少なくするように、また発生したＣＯが酸化するように燃焼ガス温度を抑制する低ＮＯx
および低ＣＯ技術を提案し、製品化している（特許文献１，２参照）。しかしながら、この特許文献１，２記載の低ＮＯx化技術は、現実には生成ＮＯx値が２５ppm程度にとどま
っていた。

この課題の解決案として、出願人は、ＮＯx発生の抑制を排出ＣＯ値の低減に優先する
ように燃焼ガス温度を抑制して生成ＮＯx値を所定値以下とする低ＮＯx化ステップを行い、その後に前記低ＮＯx化ステップからの排出ＣＯ値を所定値以下とする低ＣＯ化ステッ
プを行う低ＮＯx燃焼方法を提案している（特許文献３，４参照）。この特許文献３，４
記載の技術によれば、１０ppmを下回る低ＮＯx化が可能となるが、５ppmを下回る低ＮＯx化を実現することは難しい。これは、燃焼の特性により、５ppm以上のＮＯxの生成が避けられないことによる。

特許文献３，４記載の低ＮＯx化技術は、空気比が１．３８以上の所謂高空気比燃焼領
域に属するものである。一方、１に近い低空気比の燃焼領域では窒素酸化物の発生量が増えて、低ＮＯx化と低ＣＯ化との両立が困難であること，および空気比が１以下となるとバックファイヤーを起こすなど安定燃焼制御が困難なことから、低空気比燃焼の領域は、これまで殆ど研究開発の対象とされていなかった。

一方において、省エネルギーとなる低空気比運転が求められるようになってきている。

特許第３２２１５８２号公報米国特許第５３５３７４８号明細書（特許文献１の対応米国特許）特開２００４−１２５３７８号公報米国特許第６７９２８９５号明細書（特許文献２の対応米国特許）

この出願の発明者らは、これまで殆ど研究が行われていなかった１に近い低空気比の燃焼領域において、窒素酸化物の排出量を低減でき、一酸化炭素排出量を許容範囲に低減できるとともに、低空気比による省エネルギーを実現できる燃焼方法および燃焼装置を求めて研究してきた。

その結果、酸化還元触媒を用いて空気比をほぼ１としたときにＮＯxおよびＣＯを実質
的に零とする省エネルギーで、超低公害の燃焼方法および燃焼装置を開発するに至った。この燃焼方法および燃焼装置に関しては、特願２００５−３００３４および特願２００６−１８４８７９などで出願済みである。

この発明は、これらの出願済みの発明の改良であって、この発明が解決しようとする主たる課題は、触媒手段の性能低下を防止し、低公害の効果を長期に亘って持続させることである。また、この発明の副次的な課題は、省エネルギーの効果を長期に亘って持続させることである。ここで、「性能低下を防止」とは、性能低下の抑制および性能低下の遅延を含む概念である。また、「低公害」とは、ＮＯxおよびＣＯが低減されていることを意
味する。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により窒素酸化物を含むガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段と、この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる窒素酸化物を低減する触媒成分を有する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段とを備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、前記第一被毒物質除去手段により燃料中の被毒物質が除去されるので、前記触媒手段の性能が長期に亘り保証され、ＮＯx低減効果を長期に亘
り持続させることができる。

請求項２に記載の発明は、燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により窒素酸化物を含むガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段と、この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる窒素酸化物を低減する触媒成分を有する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段とを備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明による効果に加えて、前記第二被毒物質除去手段により燃焼空気中に含まれる硫黄成分が除去されるので、前記触媒手段の性能がさらに長期に亘り保証され、ＮＯx低減効果を長期に亘り持続させることができ
る。また、前記第一被毒物質除去手段を設けず、前記第二被毒物質除去手段を設ける燃焼装置と比較して、前記第二被毒物質除去手段を長期に亘り使用できるか、その容量を低減することができるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明は、燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段と、
この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する触媒成分を有する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段と、前記バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき前記バーナの空気比を設定空気比に制御する空気比調整手段とを備え、前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒手段一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零または所定値以下に、一酸化炭素濃度が実質的に零または所定値以下となる所定濃度比に調整するように構成されることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、前記第一被毒物質除去手段により燃料中の被毒物質が吸着、もしくは化合物を作ることにより、前記第二被毒物質除去手段により燃焼空気中に含まれる硫黄成分が除去されるので、前記触媒手段の性能がさらに長期に亘り保証され、ＮＯx零低減効果およびＣＯ低減効果を長期に亘り持続させることができる。また、前記
第一被毒物質除去手段を設けず、前記第二被毒物質除去手段を設ける燃焼装置と比較して、前記第二被毒物質除去手段を長期に亘り使用できるか、その容量を低減することができるという効果を奏する。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒手段一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを調整する濃度比調整を行うように構成され、前記濃度比調整は、下記の調整０，調整１，調整２のいずれかであることを特徴としている。
調整０：前記濃度比Ｋを前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする基準所定濃度比Ｋ０に調整する。
調整１：前記濃度比Ｋを、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とする第一所定濃度比Ｋ１に調整する。
調整２：前記濃度比Ｋを、前記触媒手段二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とするとともに窒素酸化物濃度を所定値以下とする第二所定濃度比Ｋ２に調整する。
ことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を次式（１）とし、前記基準所定濃度比Ｋ０が次式（２）を満たし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準所定濃度比Ｋ０より小さく、前記第二所定濃度比Ｋ２を前記基準所定濃度比Ｋ０より大きくしたことを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０ …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ_２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。）
ことを特徴としている。

請求項４または請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明による効果に加えて、前記調整０により、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記調整１により、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とし、前記調整２により、前記触媒手段二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とするとともに窒素酸化物濃度を所定値以下とすることができるという効果を奏する。

請求項６に記載の発明は、請求項３において、前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒の一次側の前記ガスの濃度比が次式（３）を満たすように構成されることを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］≦２．０ …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ₂］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ₂］＞０の条件を満たす。）

請求項６に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明による効果に加えて、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とすることができるという効果を奏する。

この発明によれば、触媒手段の性能低下を防止して、長期に亘りＮＯx低減効果を持続
させることができる。

この発明の実施の形態を説明する前に、この出願において使用する用語について説明する。「ガス」とは、バーナから触媒を通過し終わるまでのガスをいい、触媒を通過した後のガスを「排ガス」という。したがって、ガスは、燃焼反応中（燃焼過程）のガスと燃焼反応が完結したガスとを含み、燃焼ガスと称することができる。ここにおいて、前記触媒がガスの流れに沿って多段に設けられている場合、「ガス」は、最終段の触媒を通過し終わるまでのガスをいい、「排ガス」は、最終段の触媒を通過した後のガスをいう。また、燃焼空気と混合されるまえの可燃性ガスは、前記「ガス」と区別するために「ガス燃料」または「燃料ガス」という。

また、「触媒の一次側」とは、触媒に対しバーナが設けられている側であって、特に断らない限り、ガスがこの触媒を通過する直前をいい、「触媒の二次側」とは、触媒の一次側の反対側をいう。さらに、空気比ｍは、ｍ＝２１／（２１−[Ｏ₂]）と定義する。ただし、[Ｏ₂]は、触媒二次側の排ガス中の酸素濃度を表すが、空気比を求める際に用いる[Ｏ₂]は、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素などの未燃ガスを空気比ｍ＝１で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す。また、「炭化水素を含まない」とは、燃焼反応の過程で全く炭化水素が生成されないことを意味するのではなく、燃焼反応の過程では、若干の炭化水素が生成されるが、燃焼反応が終了する段階，すなわち前記触媒に流入するガス中に窒素酸化物を還元する炭化水素が実質的に含まれていない（測定限界以下である）ことを意味している。

また、「触媒劣化」または「触媒作用の劣化」とは、触媒を作用なす触媒成分に被毒物質が吸着，または化学反応して触媒作用を阻害することを意味する。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、小型貫流ボイラなどの水管ボイラ，給湯器，吸収式冷凍機の再生器などの燃焼装置（熱機器，燃焼機器または燃焼システムと称しても良い。）に適用される。

（実施の形態１）
この発明の実施の形態１は、炭化水素含有燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により窒素酸化物を含むガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段と、この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる窒素酸化物を低減する触媒成分を有する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段とを備えたことを特徴
とする低ＮＯx燃焼装置である。前記燃料は、好ましくは、ガス燃料とするが、これに限定されるものではない。前記「触媒手段」は、「触媒」「触媒本体」「触媒体」と称することができる。前記「バーナ」は、「燃焼手段」と称することができる。

この実施の形態１においては、燃料が前記第一被毒物質除去手段と接触し、燃料中に含まれる被毒物質が除去される。この除去作用により、前記触媒手段へ流入するガス中には、燃料に起因する被毒物質が含まれず、この被毒物質が前記触媒成分と吸着，または反応しないので、触媒作用の低下が防止される。その結果、燃料中に含まれる被毒物質により影響を受けることなく、前記触媒手段は所期の触媒性能（初期の性能）を発揮する。前記第一被毒物質除去手段には、被毒物質を吸着，または被毒物質と反応する被毒物質除去成分を含んでおり、この被毒物質除去成分による吸着，または反応が飽和状態（これ以上吸着、反応できない状態）となると、ガス中の被毒物質が前記触媒手段の触媒成分に吸着，または触媒成分と反応して化合物を形成するようになり、触媒性能が低下してくる。この性能低下率が所定値を越えると、前記第一被毒物質除去手段および前記触媒手段のメンテナンス，すなわち交換または性能復帰の処理を実施する。前記吸着には、物理的吸着と化学的吸着とを含む。

この実施の形態１においては、前記燃料をガス燃料とした場合、燃料中には、前記触媒成分に吸着または反応する被毒物質として、付臭剤（テトラヒドロチオフェン，t-ブチルメルカプタンなど）が含まれる。

この実施の形態１は、燃料中に含まれる前記被毒物質による触媒性能の低下を抑制するものであるが、燃料中の被毒物質と比較して少ないものの燃焼空気中にもＳＯxの形で被
毒物質が含まれる場合がある。燃料中の被毒物質による性能低下の防止に加えて、燃焼空気中の被毒物質による触媒性能の低下を防止するように、実施の形態２の低ＮＯx燃焼装
置として構成することができる。

（実施の形態２）
この実施の形態２は、燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により窒素酸化物を含むガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段と、この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる窒素酸化物を低減する触媒成分を有する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段とを備えたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置である。

この実施の形態２においては、燃料が前記第一被毒物質除去手段と接触し、燃料中に含まれる被毒物質が除去される。また、燃焼空気に含まれる被毒物質は、前記第二被毒物質除去手段により除去される。これらの除去作用により、前記触媒手段へ流入するガス中には、被毒物質が含まれず、この被毒物質が前記触媒成分へ吸着，または反応しないので、触媒作用の低下が防止される。その結果、燃料中に含まれる被毒物質により影響を受けることなく、前記触媒手段は所期の触媒性能（初期の性能）を発揮する。前記第一被毒物質除去手段および前記第二被毒物質除去手段には、被毒物質を吸着，または被毒物質と反応する被毒物質除去成分を含んでおり、この被毒物質除去成分による吸着，または反応が飽和状態（これ以上吸着、反応できない状態）となると、ガス中の被毒物質が前記触媒手段の触媒成分に吸着、または当該成分と反応し化合物を形成するようになり、触媒性能が低下してくる。この性能低下率が所定値を越えると、前記第一被毒物質除去手段，前記第二被毒物質除去手段および前記触媒手段のメンテナンス，すなわち交換または性能復帰の処理を実施する。

また、この実施の形態２においては、前記燃料をガス燃料とした場合、燃料中には、前記触媒成分に吸着または反応する被毒物質として、前記付臭剤が含まれる。この燃料中の被毒物質は、前記第二被毒物質除去手段により除去されるので、燃焼により生成されるガス中には、窒素酸化物を含むとともに、前記被毒物質として硫黄酸化物（ＳＯx）や酸化
鉄微粒子が含まれる。前記硫黄酸化物は、燃焼空気中に含まれ、前記鉄成分は、前記吸熱手段や前記ガスの通路を鉄製とした場合に、錆としてガス中に含まれる。

この実施の形態２は、排出されるＮＯx濃度を実質的に零とする実施の形態３の低ＮＯx燃焼装置として構成することができる。

（実施の形態３）
この実施の形態３は、燃料および燃焼空気を混合して燃焼させ、燃焼により酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段と、この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する触媒成分を有する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段と、前記バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき前記バーナの空気比を設定空気比に制御する
空気比調整手段とを備え、前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒手段一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零または所定値以下に、一酸化炭素濃度が実質的に零または所定値以下となる所定濃度比に調整するように構成されることを特徴とする低ＮＯx燃焼装置である。

前記設定空気比は、好ましくは、１．０〜１．０００５の設定空気比に制御する。この設定空気比は、好ましくは、前記触媒手段の二次側の空燃比により求めるが、前記触媒手段での反応の結果、１．０〜１．０００５の設定空気比を満たし得る前記触媒の一次側の酸素濃度が所定濃度となるように空気比を制御するように構成することもできる。この出願の明細書においては、１．０〜１．０００５の空気比およびこれに近い空気比を低空気比と称する。なお、上限値「１．０００５」は、酸素濃度測定装置による二次側酸素濃度の測定限界がＯ₂：０．０１％であることから求めたものである。また、「前記空気比調
整手段により前記設定空気比に調整したとき、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を得ることができる」とは、前記設定空気比の全ての範囲に亘り、満たされることが望ましいが、全ての範囲において満たされる必要はないものである。

この発明の実施の形態３においては、前記バーナは、前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御されて燃焼する。燃料中には、前記触媒成分に吸着または反応する被毒物質として、前記付臭剤が含まれる。この燃料中の被毒物質は、前記第一被毒物質除去手段により除去されるので、燃焼により生成されるガス中には、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むとともに、前記実施の形態２と同様に、前記被毒物質として硫黄酸化物（ＳＯx）や酸化鉄微粒子が含まれる。

前記ガスは、前記吸熱手段にて吸熱作用を受けた後、まず前記第二被毒物質除去手段により被毒物質が吸着，または反応することで除去され、被毒物質を含まないガスが前記触媒手段へ流入する。そして、前記触媒手段において、ガスと触媒成分との接触により、一酸化炭素が酸化され、窒素酸化物が還元される。その結果、前記ガス中の窒素酸化物の排
出量が実質的に零または所定値以下に低減される。また、一酸化炭素の排出量が実質的に零または所定値以下に低減される。

ここで、窒素酸化物濃度が実質的に零とは、好ましくは、５ppm，さらに好ましくは、３ppm，さらに好ましくは、零である。一酸化炭素濃度が実質的に零とは、３０ppm，さらに好ましくは、１０ppmである。また、以下の説明で、酸素濃度が実質的に零とは、１００ppm以下とするが、好ましくは、計測限界値以下とする。さらに、窒素酸化物濃度，一酸化炭素濃度が所定値以下とは、各国、各地域で定める排出基準濃度以下を意味するが、限りなく実質的に零に近い値に設定することが好ましいのはいうまでもない。このように排出基準値という意味において、「所定値」以下を「許容値」，「排出基準値」と称することができる。

そして、前記第二被毒物質除去手段への通過ガス量が所定量を超え、前記第二被毒物質除去成分への被毒物質の吸着が飽和状態となると、前記第二被毒物質除去手段から流出するガス中に被毒物質が洩れるようになり、前記触媒手段の触媒作用が低下してくる。前記触媒手段の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零にすることができなくなると、前記第二被毒物質除去手段を交換する。また、第一被毒物質除去手段および前記触媒手段についても必要な性能を満たさなければ交換する。

この発明の実施の形態３によれば、前記第一被毒物質除去手段および前記第二被毒物質除去手段を設けているので、前記第二被毒物質除去手段による被毒物質の吸着または反応が飽和状態となるまで、前記触媒手段の初期性能を維持できる。

この実施の形態３においては、前記空気比調整手段を前記設定空気比に制御することにより、前記触媒手段の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒手段の一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が得られる。低空気比制御においては、安定的な空気比制御が難しいが、前記空気比調整手段に、前記空気比を安定的に制御する電気的制御手段および／または機械的制御手段を含ませることにより、安定した空気比制御を行うことができる。

前記触媒手段の一次側の濃度比調整は、好ましくは、前記触媒手段の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化（第一反応）により前記触媒手段内で消費される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元（第二反応）により前記触媒手段内で消費される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように制御される。

（実施の形態４）
前記実施の形態３は、つぎの実施の形態４にて表現できる。この実施の形態４は、燃料および燃焼空気を混合して燃焼させ、燃焼により酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段と、この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する触媒成分を有する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段と、前記バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき前記バーナの空気比を設定空気比に制御する空気比調整手段とを備え、前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒手段一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを調整する濃度比調整を行うように構成され、前記濃度比調整は、下記の調整０，調
整１，調整２のいずれかである。
調整０：前記濃度比Ｋを前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする基準所定濃度比Ｋ０に調整する。
調整１：前記濃度比Ｋを、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とする第一所定濃度比Ｋ１に調整する。
調整２：前記濃度比Ｋを、前記触媒手段二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とするとともに窒素酸化物濃度を所定値以下とする第二所定濃度比Ｋ２に調整する。

そして、前記触媒は、前記調整０を行うと、それぞれ前記触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記調整１を行うと前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とし、前記調整２を行うと前記触媒手段二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とするとともに窒素酸化物濃度を所定値以下とする特性を有している。

この実施の形態４において、濃度比とは、一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度の相互の関係を意味する。前記調整０における基準所定濃度比Ｋ０は、好ましくは、次式（１）の判定式にて判定され、好ましくは、次式（２）を満たし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準所定濃度比より小さく、前記第二所定濃度比Ｋ２を前記基準所定濃度比より大きくするように設定される。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０ …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ_２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。）

前記基準所定濃度比Ｋ０は、前記触媒手段二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする前記触媒手段の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比である。前記式（１）は、前記基準所定濃度比Ｋ０を判定するための判定式であり、式（２）は、前記触媒手段二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする条件を示している。理論的には、Ｋ０＝１．０の条件で、各濃度を零とすることができる。しかしながら、実験結果によると、前記式（２）の範囲で各濃度を実質的に零とすることが確認されているが、前記Ｋ０の上限２．０は、前記触媒の特性によっては、２．０より大きい値をとることが考えられる。

前記基準所定濃度比Ｋ０の値を下回るように，すなわち式（１）のＫがＫ０よりも小さい前記第一所定濃度比Ｋ１となるように前記触媒手段の一次側の濃度比Ｋを調整する（前記調整１）と、前記触媒手段二次側の酸素濃度および窒素酸化物濃度が実質的に零となるとともに一酸化炭素濃度が所定値以下となる。この一酸化炭素濃度の所定値は、好ましくは、排出基準値（この値は、国により異なるので、国ごとに変更することが可能である。）以下に設定する。この所定値を決めると、実験的に前記第一所定濃度比Ｋ１を定めることができる。前記濃度比Ｋの値がＫ０よりも小さい前記第一所定濃度比Ｋ１となるような濃度比Ｋの調整は、具体的には、前記触媒手段一次側の一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合を、前記基準所定濃度比Ｋ０を満たす一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合よりも少なくすることで実現可能である。

また、前記濃度比ＫがＫ０よりも大きい前記第二所定濃度比Ｋ２となるように前記触媒手段の一次側の濃度比Ｋを調整する（前記調整２）と、前記触媒手段二次側の一酸化炭素濃度が実質的に零となるとともに窒素酸化物濃度が所定値以下となる。この場合、前記触媒手段の二次側の酸素濃度は、所定濃度となる。この窒素酸化物濃度の所定値は、一酸化炭素濃度の前記所定値とは異なる値であり、好ましくは、各国で定められる排出基準値以下とする。この所定値を決めると、実験的に前記第二濃度比Ｋ２を定めることができる。
前記第二所定濃度比Ｋ２とするための濃度比Ｋの調整は、具体的には、前記触媒手段一次側の一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合を、前記基準所定濃度比Ｋ０を満たす一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合よりも多くすることで実現可能である。

この実施の形態４においては、好ましくは、前記濃度比Ｋを前記各所定濃度比Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２に一定に保持する濃度比一定制御を行うように構成する。

この実施の形態４においては、前記実施の形態３と同様に前記第一被毒物質除去手段および前記第二被毒物質除去手段による被毒物質の除去が行われる。また、前記バーナが燃焼し、酸素と、窒素酸化物および一酸化炭素とを含み、炭化水素を含まないガスが生成される。そして、前記触媒の一次側の前記ガスにおける酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋは、前記濃度比調整により、前記調整０，前記調整１，前記調整２のいずれかにより、それぞれ前記基準所定濃度比Ｋ０，前記第一所定濃度比Ｋ１，前記第二所定濃度Ｋ２に調整される。そして、前記ガスが前記触媒と接触して前記ガス中の酸素により一酸化炭素が酸化され、一酸化炭素により窒素酸化物が還元される。前記調整０または前記調整１が行われた場合の有害物質低減作用における酸素の役割は、一酸化炭素濃度の調整，すなわち窒素酸化物を還元してその濃度を実質的に零とするのに必要な量以上に存在する一酸化炭素量を消費して低減するものである。この前記調整０，前記調整１後の有害物質低減作用により、前記ガス中の窒素酸化物の排出量が実質的に零に低減され、一酸化炭素の排出量が実質的に零または所定値以下に低減される。また、前記調整２後の有害物質低減作用により、前記ガス中の一酸化炭素の排出量が実質的に零とされ、窒素酸化物濃度が所定値以下に低減される。さらに、前記濃度比一定制御により、前記各所定濃度比Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２の値の変動が抑制され、窒素酸化物排出量および一酸化炭素排出量の低減効果を確実にすることができる。特に、前記調整０において、窒素酸化物排出量を実質的に零とするには、前記濃度比一定制御が重要である。

前記調整０の基準所定濃度比Ｋ０および前記調整１の第一所定濃度比Ｋ１は、次式（３）で包含して表現される。すなわち、式（３）を満たすと、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零とするか、低減する。一酸化炭素濃度の低減を前記所定値以下とするには、前記濃度比Ｋの値がＫ０よりも小さい値となるように前記触媒手段一次側の前記濃度比Ｋを調整し、前記第一所定濃度比Ｋ１とする。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］＝Ｋ≦２．０ …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ₂］はそれぞれＣＯ濃度、ＮＯx濃度およびＯ₂濃度を示し、［Ｏ₂］＞０の条件を満たす。）

０
前記触媒手段による有害物質の低減作用についてさらに説明する。この低減作用は、つぎのようにして行われると考えられる。前記触媒手段では、主反応として、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じている。そして、前記触媒手段における反応（触媒反応）おいて、酸素存在下では、前記第一反応が前記第二反応よりも優位であり、前記第一反応に基づき一酸化炭素は、酸素により消費されて、濃度調整された後、前記第二反応により窒素酸化物を還元する。この説明は、簡略化したものである。実際は、前記第一反応は、前記第二反応と競合反応であるが、一酸化炭素と酸素との反応が酸素存在下において前記第二反応と比較し見かけ上速く起こるため、第一段階で一酸化炭素の酸化（第一反応）が行われ、第二段階で窒素酸化物が還元（第二反応）されると考えられる。

要するに、前記触媒手段において、酸素の存在下では、ＣＯ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂なる前記第一反応により、酸素が消費され、残りのＣＯを用いて、２ＣＯ＋２ＮＯ→Ｎ2＋２Ｃ
Ｏ₂なる前記第二反応により、窒素酸化物を還元して、排出窒素酸化物濃度を低減する。

ここで、前記式（１），（３）における［ＮＯx］は、一酸化窒素濃度：［ＮＯ］と二酸化窒素濃度：［ＮＯ₂］との合計濃度である。前記の反応式の説明において、ＮＯxを用いることなく、ＮＯを用いているのは、高温度場での生成窒素酸化物の組成は、主成分がＮＯであり、ＮＯ₂が数％に過ぎないので、近似的に説明することができるからである。ＮＯ_２は、存在してもＮＯと同様にＣＯにより還元されると考えられる。

前記濃度比Ｋが１．０の場合は、理論上は、前記触媒から排出される酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を零とすることができる。しかしながら、実験上は、僅かに一酸化炭素が排出されることが分かっている。そして、（［ＮＯx］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］＝１は、実験結果を考慮して、前記第一反応および第二反応から理論的に導き出したものである。

ここで、（［ＮＯx］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］＝１を如何にして導き出したかを説明する。この式は、前記基準所定濃度比Ｋ０を典型的に満足する式であるので、基準所定濃度充足式と称する。
前記触媒内では、前記第一反応（I）が主反応として起こることが知られている。
ＣＯ＋１／２Ｏ₂ → ＣＯ₂ …（I）
また、Ｐｔ等の貴金属触媒を用いた前記触媒内では、酸素が存在しない雰囲気で前記第二反応（II）によるＣＯによるＮＯ還元反応が進行する。
ＣＯ＋ＮＯ → ＣＯ₂ ＋１／２Ｎ₂ …（II）
そこで、前記第一反応（I）、前記第二反応（II）の反応に寄与する物質の濃度に着目し、前記基準濃度充足式を導きだした。
すなわち、ＣＯ濃度，ＮＯ濃度，Ｏ₂濃度をそれぞれ［ＣＯ］ppm，［ＮＯ］ppm，［Ｏ₂］ppmとすると、前記式（I）よりＣＯにより除去できる酸素濃度は、次式（III）で表される。
２［Ｏ₂］＝［ＣＯ］_ａ…（III）
また、前記式（II）の反応を起こすためには、ＣＯがＮＯ等量必要であり、次式（IV）の関係がいえる。
［ＣＯ］_ｂ＝[ＮＯ] …（IV）
前記式（I）、（II）の反応を前記触媒内で連続して起こす場合、前記式（III）と前記式（IV）を足し合わせることで得られる次式（V）の濃度関係が必要となる。
［ＣＯ］_ａ＋［ＣＯ］_ｂ＝２［Ｏ₂］＋［ＮＯ］・…（V）
［ＣＯ］_ａ＋［ＣＯ］_ｂは、同一成分であるため、前記触媒二次側のガス中のＣＯ濃度として［ＣＯ］で表すことができる。
よって、前記基準所定濃度比充足式，
すなわち［ＣＯ］＝２［Ｏ₂］＋［ＮＯ］の関係を導くことができる。

前記濃度比Ｋの値が１．０よりも小さい場合は、一酸化炭素の濃度が前記窒素酸化物の還元に必要な濃度以上に存在するので、排出酸素濃度が零で、前記触媒通過後のガス中に一酸化炭素が残留する。

また、前記濃度比Ｋの値の１．０を越える２．０は、実験的に得られた値であるが、つぎの理由によると考えられる。前記触媒中で生じている反応は、完全に解明されておらず、前記第一反応および前記第二反応の主反応以外に、副反応が生じていることが考えられる。この副反応の一つとして、蒸気と一酸化炭素との反応により水素が生じ、この水素により窒素酸化物および酸素が還元される反応が考えられる。

つぎに、この発明の実施の形態１〜４の構成要素についてさらに説明する。前記バーナは、好ましくは、ガス燃料を予混合燃焼させる全一次空気式の予混合バーナとする。前記触媒手段にて、前記第一反応および前記第二反応を効果的に生じさせるには、酸素，窒素
酸化物および一酸化炭素に関する前記（２），（３）式で示すような濃度比が重要である。前記バーナを予混合バーナとすることにより、低空気比領域で前記基準所定濃度比Ｋ０を比較的容易に得ることができる。しかしながら、前記触媒手段一次側のガス中における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素が均一に混合され、それぞれの濃度を前記所定濃度とする制御が可能であれば、予混合バーナ以外の部分予混合バーナやバーナとすることができる。

また、前記バーナは、前記触媒手段流入前（前記触媒手段の一次側）のガスの酸素濃度が０％〜１．０％となるように低空気比で燃焼させることができるものとする。この酸素濃度を空気比の演算式（ｍ＝２１／（２１−Ｏ₂）に代入すると、１．０〜１．０５となる。前記式（２），（３）を満たすという条件下で前記触媒手段の一次側の酸素濃度が０％〜１．０％では、前記触媒手段の二次側の酸素濃度がほぼ０％であり、空気比はほぼ１となり、排出濃度が零に近い低ＮＯxと低ＣＯに加えて省エネルギーが実現され、低公害で、省エネルギーの燃焼装置を提供することができる。

また、前記吸熱手段は、燃焼装置がボイラの場合は、缶体を構成する水管群とし、再生器の場合は、吸収液濃縮管とする。この吸熱手段の形態としては、前記バーナの直近に燃焼空間を殆ど有さず、燃焼空間内に吸熱手段としての水管群を配置した第一の態様（前記特許文献１〜４に相当）と、前記バーナと水管群との間に燃焼空間を有する第二の態様とを含む。前記第一の態様では水管間の隙間で燃焼反応が進行する。前記水管群は、前記バーナからのガスと熱交換する複数の水管であるが、給湯器の水管のように１本の水管を蛇行させることで複数の水管を構成することができる。

前記吸熱手段は、前記バーナにて生成されるガスから吸熱してその熱を利用するとともに、前記ガスの温度を前記触媒手段の活性化温度近くに制御し、かつ熱的な劣化を防止する温度以下に抑制する，すなわちガス温度を前記第一反応および前記第二反応を効果的に生じさせ、かつ温度による劣化を抑制し、耐久性を考慮した温度に制御する機能を持たせることができる。また、前記吸熱手段に前記ガスの温度が約９００℃以上に上昇するのを抑制して一酸化炭素の酸化を抑制し、前記バーナからのガスの濃度比が変化しないための手段として機能させることができる。

前記バーナによる濃度比調整と前記吸熱手段とによる前記濃度比調整は、実験的なデータに基づいて空気比―ＮＯx・ＣＯ特性を求めることにより行われる。この濃度比調整は、前記触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の前記濃度比Ｋを、前記バーナおよび前記吸熱手段の濃度比特性に基づき、前記バーナの燃料量と燃焼空気量との割合を調整する空気比調整手段を用いて前記所定濃度比に制御することにより、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零から所定値以下に、一酸化炭素濃度を実質的に零から所定値以下に調整するものである。そして、この濃度比調整は、前記触媒手段一次側の濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０，前記第一所定濃度比Ｋ１，前記第二所定濃度Ｋ２に調整するものであるが、つぎの第一，第二濃度比調整手段を用いて行うことができる。この第一，第二濃度比調整手段は、好ましくは、前記バーナへの燃焼量と燃焼空気量との割合を調整する前記空気比調整手段による濃度比の調整を行う。

前記第一濃度比調整手段は、前記濃度比Ｋの調整を前記バーナの特性を利用するとともに、前記バーナおよび前記触媒手段の間に配置され前記ガスから吸熱する吸熱手段との特性を利用して、すなわち前記バーナおよび前記吸熱手段の濃度比特性を利用して行うものである。この濃度比特性とは、前記バーナを空気比を変化させて燃焼させることにより生成される前記吸熱手段の全部または一部を通過後の一酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度が変化する特性である。また、この濃度比特性は、基本的には前記バーナによる濃度比特性により決まり、前記吸熱手段は、典型的には、前記バーナの濃度比特性を一部変化させ
るか、またはその濃度比特性を保持する機能を有する。前記吸熱手段を前記第一の態様とする場合は、燃焼反応中のガスの冷却により、一酸化炭素濃度の増加をもたらすとともに、窒素酸化物濃度を抑制する。前記吸熱手段を前記第二の態様とする場合は、典型的には、前記バーナによる濃度比特性を殆ど変更することなく、保持するものである。

この第一濃度比調整手段を用いて前記濃度比Ｋの調整を行う場合には、前記バーナおよび前記吸熱手段以外に濃度比調整手段を必要としないので、装置の構成を簡素化できる。また、前記吸熱手段により前記ガスの温度を抑制することができ、前記触媒手段の耐久性を向上できるという効果を奏することができる。

前記第二濃度比調整手段は、前記濃度比Ｋの調整が、前記バーナと、前記バーナおよび前記触媒手段の間に配置され前記ガスから吸熱する吸熱手段との濃度比特性を利用するとともに、前記バーナおよび前記触媒手段の間に配置され補助調整手段を用いて行うものである。

前記補助調整手段は、前記バーナと前記触媒手段との間（前記吸熱手段の途中を含む。）にあって、一酸化炭素を注入したり、酸素を吸着除去することにより、酸素濃度に対する一酸化炭素濃度の割合を増加させることにより前記調整を補助的に行う機能を有するものである。この補助調整手段としては、ＣＯ発生器や、排ガスの酸素またはＣＯの量を調整可能な補助的バーナとすることができる。

この第二濃度比調整手段を用いて前記濃度比の調整を行う場合には、前記濃度比調整を前記バーナおよび前記吸熱手段の濃度比特性に加えて前記補助調整手段を利用して行うので、特定の構造のバーナに限定されることなく、前記バーナおよび前記吸熱手段の適用範囲を拡げることができる。

前記濃度比調整手段による濃度比調整は、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上とする調整と表現することができる。この濃度比調整が不可能な場合には、一酸化炭素の注入や酸素の注入による調整を行うように構成することができる。

この濃度比において、空気比を実質的に１．０の低空気比に制御すれば、省エネルギーを達成するうえで好ましい。また、この濃度比調整は、好ましくは、燃焼温度の調整により窒素酸化物量および一酸化炭素量を所定量以下に抑制するとともに、ガス温度を保持して得られた一酸化炭素濃度を低減させないことにより行われる。一酸化炭素は、ガス温度が約９００℃以上となると酸化されやすいので、好ましくは、前記触媒の一次側におけるガス温度が６００℃以下に保持されるように前記バーナおよび前記吸熱手段とが構成される。

前記触媒手段は、前記ガス中にＨＣが含まれない状態で効率良く前記窒素酸化物を還元する機能を有する触媒で、前記吸熱手段の後流または前記吸熱手段の途中に設けられ、通気性を有する基材に触媒成分としての触媒活性物質を塗布した構成とする。前記基材としては、ステンレスなどの金属，セラミックが用いられ、排ガスとの接触面積を広くするような表面処理が施される。触媒活性物質としては、一般的に白金が用いられるが、実施に応じて、白金に代表される貴金属（Ａｇ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）または金属酸化物を用いることができる。前記触媒を前記吸熱手段の途中に設ける場合は、複数の水管などの吸熱手段間の隙間に設けるか、前記吸熱手段を基材として、その表面に触媒活性物質を担持した構成とすることができる。

前記第一被毒物質除去手段は、燃料中の硫黄成分などの前記触媒成分に吸着または反応する被毒物質を除去する機能を有し、燃料供給ラインの適所に交換可能とするように着脱自在装着される。この第一被毒物質除去手段は、主たる被毒物質が、ガス燃料中に前記付臭剤が含まれている場合には、このガス燃料中の付臭剤（硫黄成分）除去することになるので、硫黄除去手段と称することができる。この第一被毒物質除去手段としては、東ソー株式会社製のゼオラム（登録商標）などを用いることができる。

前記第二被毒物質除去手段は、前記触媒成分に吸着，または前記触媒成分と反応して化合物を生成する被毒物質を除去する被毒物質除去成分を通気性を有する基材に塗布した構成とする。要するに、前記触媒手段の上流で被毒物質を除去する機能を有すれば良いので、前記触媒手段と同じ構成のものを用いることができるが、前記触媒成分は一般的に高価である。よって、好ましくは、前記第二被毒物質除去手段には前記触媒成分を含まないようにするか、前記触媒成分を含ませる場合でもその量を前記触媒手段よりも少なくする，換言すれば、前記第二被毒物質除去手段の前記触媒成分の濃度を前記触媒手段のそれよりも低くする。

前記第二被毒物質除去成分は、公知の物質であるＣｅＯ₂（セリア）やなどを用いるこ
とができる。ＣｅＯ₂の場合は、ガス中の硫黄成分と反応してＣｅ₂（ＳＯ₄）₃となると考えられる。

また、前記第二被毒物質除去手段は、前記触媒手段と間隔を存して設け、それぞれを交換可能に設けることができる。このように、前記第二被毒物質除去手段と前記触媒手段とを別体構成とし、それぞれを交換可能に設けることにより、前記第二被毒物質除去手段のみを交換することができる。また、前記触媒手段には、ガスと接触する前縁が存在することになるので、所謂前縁効果により触媒の機能を向上させることができる。前記第二被毒物質除去手段および前記触媒手段は、それぞれガスの流れ方向に沿って複数に分割して設けることができる。こうすることで、前記第二被毒物質除去手段および前記触媒手段それぞれの前縁効果を増大させて、さらに性能を向上させることができる。

さらに、前記第二被毒物質除去手段と前記触媒手段とを一体的に設けることができる。この場合、前記第二被毒物質除去手段の被毒物質を吸着する成分の担持体と前記触媒手段の触媒成分の担持体とを連続的に一体的に形成し、交換可能に設ける。また、前記両担持体を別体に設けて両者を互いに間隔を存することなく接触して設けて結合手段により一体的に形成することもできる。このように、前記第二被毒物質除去手段と前記触媒手段とを一体的に形成していることにより、ボイラなどの装置への着脱などの取扱（ハンドリング）が容易となる。また、前記第二被毒物質除去手段と前記触媒手段とを一体的に設けるとともに、前記第二被毒物質除去手段の前記触媒成分の濃度を前記触媒手段のそれよりも低くする場合には、前記第二被毒物質除去手段を前記触媒手段と同時にリサイクル再生処理することが可能となる。

前記空気比調整手段は、好ましくは、流量調整手段と、この流量調整手段を駆動するモータと、このモータを制御する制御手段とを含む。前記流量調整手段は、前記バーナの燃焼空気量および燃料量いずれか一方，または両方を変えることで両者の比率を変え、前記バーナの空気比を調整するための手段である。前記燃焼空気量を調整するものの場合、好ましくは、ダンパ（弁の意味を含む）とする。このダンパの構造としては、回転軸を中心に回転する弁体により流路の開度を変える回転タイプのもの、流路の断面開口に対してスライドすることにより流路の開度を変えるスライドタイプのものとすることができる。

この流量調整手段を燃焼空気量を変えるものとする場合には、好ましくは、送風機と燃料供給手段との間の空気流路に設けるが、前記送風機の吸い込み口など前記送風機の吸い
込み口側に設けることができる。

前記モータは、好ましくは、前記流量調整手段を駆動する手段であり、前記流量調整手段の開度量を駆動量に応じて制御でき、かつ単位時間当たりの駆動量を調整できるモータとする。このモータは、この発明の空気比を安定的に制御する「機械的制御手段」の一部を構成する。この「開度量を駆動量に応じて制御できる」とは、駆動量が決まれば、前記流量調整弁の開度を特定の位置に停止制御できることを意味する。また、「単位時間当たりの駆動量を調整できる」とは、位置制御の応答性を調整できることを意味する。

このモータは、好ましくは、ステッピングモータ（ステップモータと称することができる）とするが、ギアモータ（ギアドモータと称することができる。）やサーボモータなどとすることができる。前記ステッピングモータとした場合は、前記駆動量が駆動パルスにより決定され、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から駆動パルスの数に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。また、前記ギアモータまたは前記サーボモータとした場合は、前記駆動量が開閉駆動時間であり、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から開閉駆動時間に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。

前記センサは、前記バーナの空気比を検出することが可能なセンサであればよい。このセンサを用いて前記触媒手段の二次側において空気比１を挟んで（空気比１の前後で）空気比を制御する場合は、酸素濃度センサでは、空気比が１より小さい領域の空気比を演算できないので、空燃比センサを用いて空燃比を求めることができる。この空燃比センサとして、つぎのような機能を有する周知のセンサを用いることができる。すなわち、空気比１以上の領域では、酸素濃度を検出して空燃比に対応する検出値を電流または電圧で出力し、空気比１以下の領域では、酸素が存在しないので、一酸化炭素濃度を検出して空燃比に対応する検出値を電流または電圧で出力する。この検出値，すなわち空燃比に基づき前記モータを制御することができる。

また、前記触媒手段の二次側の空気比を１より大きい範囲で制御する（空気比１を挟んで制御しない）場合には、前記空燃比センサでなく、酸素濃度センサにより酸素濃度を検出し、この値から空気比を演算することができるので、この空気比に基づき前記モータを制御することができる。

また、前記センサとしては、酸素濃度センサと一酸化炭素濃度センサとを組み合わせたものとすることができる。さらに、前記センサとして、酸素濃度および一酸化炭素濃度を検出する前記空燃比に代えて、前記触媒手段の二次側において空気比１を挟んで空気比を制御可能なセンサを用いることができる。前記センサの取付位置は、好ましくは、前記触媒手段の二次側とするが、これに限定されるものではなく、前記触媒手段の一次側や、前記触媒手段の下流側に排熱回収器を設けた場合は、この下流側とすることができる。

前記制御手段は、予め記憶した空気比制御プログラムに基づき、前記センサの検出値を入力して、前記モータの駆動量をフィードバック制御して、前記触媒手段の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記触媒手段内で消費される一酸化炭素濃度と前記還元により前記触媒手段内で消費される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように、または、前記式（１）を満たすように、前記空気比を１．０〜１．０００５の設定空気比に制御する。

前記空気比制御プログラムは、好ましくは、前記検出空気比と前記設定空気比との差に応じて前記モータの単位時間当たり駆動量（１駆動単位当たりの時間で表現することができる。）を変える第一制御帯と、この第一制御帯の外側において単位時間当たりの前記駆
動量を固定の所定値とする第二制御帯とを設けて、前記モータの駆動量を制御するように構成する。この制御は、検出空気比が前記設定空気比を中心にした設定範囲内に収まるように制御する前記電気的制御手段を構成する。なお、この空気比制御プログラムは、この制御方式に限定されるものではなく、種々のＰＩＤ制御とすることができる。

前記第一制御帯における制御量は、検出空気比と設定空気比と設定ゲインとの積の式により制御することができる。こうした制御により、設定空気比に速やかに制御できるととともに、オーバーシュートおよびハンチングの少ない制御を行うことができるの効果を奏することができる。

また、前記制御手段は、前記空気比制御プログラムのほかにメンテナンスプログラムを実行するように構成できる。このメンテナンスプログラムは、前記第一被毒物質除去手段および前記第二被毒物質除去手段による被毒物質の除去が飽和状態となったことを報知手段にて報知するように構成される。報知時期は、前記第一被毒物質除去手段および前記第二被毒物質除去手段の吸着，または反応開始から吸着，または反応が飽和状態となるまでの時間に基づき設定される。

この発明は、前記実施の形態１〜４に限定されるものではなく、つぎの実施の形態５〜６を含む。

（実施の形態４）
この実施の形態４は、炭化水素含有燃料を燃焼させるバーナと、このバーナにて生成
されるガスから吸熱を行う吸熱手段と、この吸熱手段を通過後の前記ガスと接触され、このガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比がＮＯx・ＣＯ非低減領域のとき一酸化炭素を低減し、窒素酸化物を低減せず、前記濃度比がＮＯx・ＣＯ低減領域のとき、一酸化炭素および窒素酸化物を低減する触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該被毒物質と化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該被毒物質と化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段と、前記バーナへ供給する空気量および／または燃料量の割合を調整する空気比調整手段とを備え、前記空気比調整手段は、前記濃度比が前記ＮＯx・ＣＯ低減領域となるように、空気量および／または燃料量の割合を調整することを特徴とする低ＮＯx燃焼装置である。

この実施の形態５においては、前記実施の形態２と同様に前記第一被毒物質除去手段および前記第二被毒物質除去手段による被毒物質の除去が行われる。また、前記バーナの燃焼により生成されるガスは、前記吸熱手段にて吸熱作用を受け、所定濃度比で酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスとなる。前記バーナの空気比を低空気比の領域で変化させると、前記触媒手段の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関して前記触媒の一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性（以下、一次特性という。）を得る
とともに、この一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有するガスを前記触媒手段と接触さ
せることにより前記触媒手段の二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性（以下、二次特性とい
う。）が得られる。

この二次特性においては、ガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比がＮＯx・ＣＯ非低減領域のとき一酸化炭素を低減し、窒素酸化物を低減せず、前記濃度比がＮＯx・ＣＯ低減領域のとき、一酸化炭素および窒素酸化物を低減する。そして、前記二次特性のＮＯx濃度が前記一次特性のＮＯx濃度より低く、一酸化炭素濃度（ＣＯ濃度）が前記一次特性のＣＯ濃度より低い前記ＮＯx・ＣＯ低減領域にて、前記設定空気比が設定されるので、前記触媒手段の酸化、還元作用により、窒素酸化物の排出量が低減されるとと
もに、一酸化炭素の排出量が低減される。

この実施の形態５において、前記調整は、好ましくは、前記触媒手段の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするように構成する。また、前記調整は、好ましくは、前記触媒手段の二次側の酸素濃度を実質的に零とするように構成する。

（実施の形態６）
前記実施の形態５は、つぎの実施の形態６にて表現できる。この実施の形態５は、炭化水素含有燃料を燃焼させるバーナと、このバーナにて生成されるガスから吸熱を行う吸熱手段と、この吸熱手段通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触される触媒手段と、前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒手段の触媒成分に吸着，または当該被毒物質と化学反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を吸着除去する第二被毒物質除去手段と、前記バーナの燃焼空気と燃料との割合を調整する制御手段とを備え、前記触媒手段は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記触媒手段の一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準濃度比として、前記濃度比を前記基準濃度比とすると、前記触媒手段の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準濃度比に対応する基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を高くすると、前記触媒手段二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒手段の二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とし、窒素酸化物濃度を低減し、前記基準酸素濃度よ
りも一次側酸素濃度を低くすると、前記触媒手段の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに前記触媒手段の二次側の窒素酸化物濃度実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、前記制御手段は、前記触媒手段の二次側の酸素濃度に基づき前記バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整することにより、前記触媒手段の一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記触媒手段の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を低減することを特徴とする低ＮＯx燃焼装置である。

前記実施の形態６は、前記触媒手段の二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度などにより求められる空気比に対する前記バーナおよび前記吸熱手段の前記一次特性と前記触媒の前記二次特性とに基づいて表現したものである。これに対して、この実施の形態５は、前記触媒手段の一次側の酸素濃度に対する前記バーナおよび前記吸熱手段の前記一次特性と前記触媒手段の特性とに基づいて表現したものである。

この触媒特性とは、つぎのような特性である。すなわち、図８の模式図に示すように、前記触媒一次側の前記濃度比の特性ラインＬ（二次側［ＮＯx］＝０，［ＣＯ］＝０ライン）を有している。このラインＬ上に前記触媒一次側の前記濃度比が位置すると、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度が実質的に零となる。このラインＬは、理論的には前記式（１）の前記所定濃度比が１に対応し、図８では、この前記所定濃度比１の場合の式（１）を図示している。しかしながら、前述のように、実験的に前記所定濃度１．０を越える２．０までの範囲で、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができることが確認されているので、前記特性ライン（二次側［ＮＯx］＝０，［ＣＯ］＝０ライン）は、図８のラインＬに限定されない。

また、この発明は、前記の実施の形態１〜６に限定されるものではなく、前記濃度比の調整を前記バーナのみで行うか、または主としてバーナにより行うように構成することができる。すなわち、前記バーナおよび前記吸熱手段による濃度比調整は、前記吸熱手段以外の前記バーナから前記触媒手段までのガス通路を構成する要素およびこのガス通路に含
まれる要素によりおこなう形態を含むものである。

また、前記機械的制御手段は、燃焼空気の給気通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。また、機械的制御手段は、燃料供給通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。

さらに、前記空気比調整手段の流量調整手段は、送風機のモータをインバータにより制御するもととすることができる。このインバータは、周知の構成のものを利用できる。このインバータを用いる場合も、ダンパ制御に用いる前記空気比制御プログラムにより制御することができる。

ついで、この発明の燃焼装置を蒸気ボイラに適用した実施例１を図面に従い説明する。図１は、本実施例１の原理を説明する図であり、図２は、本実施例１の蒸気ボイラの縦断面の説明図であり、図３は、図２のIII−III線に沿う断面図であり、図４は、図２および図３の第二被毒物質除去手段および触媒手段を排ガスの流れ方向から見た要部構成を示す図であり、図５は、本実施例１の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を説明する図であり、図６は
、同実施例１のダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図７は、ダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図８は、本実施例１のバーナおよび吸熱手段特性および触媒手段の特性を説明する模式図であり、図９は、本実施例１のセンサの出力特性を説明する図であり、図１０は、本実施例１のモータ制御特性を説明する図であり、図１１は、本実施例１のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図である。

まず、本実施例１の蒸気ボイラについて説明する。図１を参照して、蒸気ボイラは、燃焼により酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成するバーナ１と、このバーナ１にて生成されるガスから吸熱する吸熱手段２と、この吸熱手段２通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素をそれぞれ所定濃度比で含むとともに被毒物質を含むガスが接触して通過される被毒物質除去手段３と、この被毒物質除去手段３を通過後のガスと接触して、一酸化炭素を酸化させるとともに窒素酸化物を還元させる触媒手段（以下、単に「触媒」と称する。）４と、前記バーナ１へガス燃料（燃料ガス）を供給する燃料供給手段５と、前記バーナ１へ燃焼空気を供給する燃焼空気供給手段６と、前記燃料供給手段５および／または前記燃焼空気供給手段６を制御（この実施例１では前記燃焼空気供給手段６のみを制御）して前記バーナ１の空気比を調整する空気比調整手段７と、前記触媒手段４の下流（二次側）において酸素濃度を検出するセンサ８と、このセンサ８などの信号を入力して前記燃料供給手段５および前記燃焼空気供給手段６などを制御するボイラ制御器としての制御器９とを主要部として備えている。前記燃料供給手段５には、ガス燃料中に含まれる付臭剤の硫黄成分などの被毒物質を除去する被毒物質除去手段としての硫黄成分除去手段１０を備えている。以下、前記硫黄成分除去手段１０を第一被毒物質除去手段１０と、また前記被毒物質除去手段３を第二被毒物質除去手段３と称する。

図２および図３を参照して前記バーナ１は、平面状の燃焼面（予混合気の噴出面）を有する完全予混合式バーナである。このバーナは、特許文献１に記載のバーナと同様の構成のバーナを用いている。

前記吸熱手段２は、缶体であり、上部管寄せ１１および下部管寄せ１２を備え、この両管寄せ間に水管群１３を構成する複数の内側水管１４，１４，…を配置して構成されている。そして、図３に示すように、前記吸熱手段（缶体）２の長手方向の両側部に外側水管
１５，１５，…を連結部材１６，１６，…で連結して構成した一対の水管壁１７，１７を設け、この両水管壁１７，１７と前記上部管寄せ１１および下管寄せ１２との間に前記バーナ１からの燃焼反応中ガスおよび燃焼完結ガスがほぼ直線的に流通する第一ガス通路１８を形成している。前記第一ガス通路１８の一端には前記バーナ１が設けられ、他端の排ガス出口１９には排ガスが流通する第二ガス通路（煙道）２０が接続されている。この実施例１においては、前記バーナ１および前記缶体２は、公知のものを用いている。

図２を参照して、前記排ガス通路２０は水平部２１と垂直部２２とを含み、前記水平部２１には、前記第二被毒物質除去手段３および前記触媒４がそれぞれ個別に着脱自在となるように装着されている。前記垂直部１９には、前記触媒４の下流側に位置するように排熱回収器としての給水予熱器２３が装着され、前記触媒４および前記給水予熱器２３の間に前記センサ８が配置されている。

前記バーナ１，前記水管群１３を含む前記バーナ１から前記触媒４に至る構成要素（特にバーナ１と水管群２がその主要部）は、前記触媒４の一次側のガスにおける前記所定濃度比Ｋを前記所定濃度比Ｋ０，Ｋ１に調整する機能をなすものである。すなわち、後述する空気比調整手段７により設定空気比を調整（変化）したとき、図５に示す前記触媒４の一次側の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性が得られるように構成されている。この空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、前記空気比調整手段７を制御して、空気比を１．０の設定空気比に調整したとき、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒４の一次側の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（以下、一次特性という。）である。そして、前記触媒４は、前記一次特性を有する前記ガスを前記触媒４に接触させることにより得られる前記触媒４の二次側空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（以下、二次特性という。）を有している。前記一次特性は、前記バーナ１から前記触媒４に至る構成要素による前記濃度比特性であり、前記二次特性は、前記触媒４による特性である。前記一次特性は、前記設定空気比を１．０に調整したとき、前記触媒４の二次側のＮＯx濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。このとき、前記触媒４の一次側のガスにおける基準所定濃度比Ｋ０は、特異基準濃度比Ｋ０Ｘとなる（図８参照）。

この図５において、第一ライン（特性線）Ｅは、前記触媒４一次側のＣＯ濃度を示し、第二ラインＦは、同じく一次側のＮＯx濃度を示している。また、第三ラインＪは、前記
触媒４二次側のＣＯ濃度を示し、空気比１．０以上でＣＯ濃度が実質的に零となり、空気比が１．０より小さくなるに従い、濃度が急激に増加する特性を有している。また、第四ラインＫは、前記触媒４二次側のＮＯx濃度を示し、空気比１．０以下の所定の領域でＮ
Ｏx濃度が実質的に零となり、空気比が１．０を越えると、実質的に零から濃度が増
加し、やがて前記触媒４の一次側の濃度と等しくなる特性を有している。この前記触媒４の二次側ＮＯx濃度が、一次側の濃度と等しくなる空気比以下の領域をＮＯx・ＣＯ低減領域と称する。このＮＯx・ＣＯ低減領域の下限は、前記触媒４の二次側のＣＯ濃度が３０
０ppm（日本のＣＯ許容排出基準）となる空気比とすることができる。この空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、これまで研究されてこなかった低空気比領域の新規な特性である。ここにおいて、低空気比とは、空気比１．１以下，好ましくは、１．０５以下であり、この空気比の領域を低空気比領域と称する。

前記触媒４は、ＨＣ非存在下で前記水管群１３を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する（第一反応）とともに窒素酸化物を還元する（第二反応）機能を有し、本実施例１では、触媒活性物質を白金とした触媒を用いている。前記「発明を実施するための最良の実施の形態」の欄で説明したように、実験結果に基づいて理論的に考察すると、前記式（３）の濃度比を満たす前記ガスと前記触媒４の触媒活性物質（触媒成分）との接触により、主に一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じると考えられる。前記第一反応は、酸素濃度により反応が進行するか
、しないかが決定され、この触媒４においては、前記第一反応が前記第二反応に対して優位であると考えられる。

前記触媒４をより具体的に説明すると、この触媒は、図４に示すような構造のもので、たとえば，つぎのようにして形成される。前記基材としての共にステンレス製の平板２４および波板２５のそれぞれの表面に多数の微小凹凸を形成し、その表面に触媒活性材料（図示省略）を塗布する。ついで、所定幅の前記平板２４および波板２５を重ね合わせたうえで、螺旋状に巻回してロール状に形成する。このロール状のものを側板２６にて包囲し固定して形成している。前記触媒活性材料としては、白金を用いている。なお、図３においては、前記平板２４および前記波板２５の一部のみを示している。

この触媒４は、低温域で酸化活性を有し、前記第二ガス通路２０の途中の水平部２１であって、排ガス温度が約１００℃〜３５０℃程度の位置に配置されている。そして、この触媒４は、性能が劣化した場合に交換可能なように、前記第二ガス通路２０に対して着脱自在に装着されている。

前記第二被毒物質除去手段３は、前記触媒４の触媒成分と反応して被毒物質としての硫黄成分や鉄成分を除去する機能を有し、図４に示す前記触媒４と同じ構造を有している。すなわち、被毒物質除去成分としてＣｅＯ₂を通気性を有する前記基材に塗布した構成と
する。この被毒物質除去手段３において、前記触媒４と異なるのは、前記触媒成分の含有率を零としている点である。この被毒物質除去手段３は、前記触媒４とを間隔を存して設け、前記触媒４と独立して着脱自在として交換可能に設けている。

前記燃料供給手段５は、ガス燃料供給管２７と、このガス燃料供給管２７に設けた燃料流量の調整用の流量調整弁２８とを含んで構成されている。前記流量調整弁２８は、燃料供給量を高燃焼用流量と低燃焼用流量とに制御する機能を有する。

前記第一被毒物質除去手段１０は、前記燃料供給手段５のガス燃料供給管２７に着脱自在に設けられ、ガス燃料中に含まれる付臭剤中の硫黄成分を吸着除去する。この第一被毒物質除去手段１０は、容器内にゼオライトを主成分としたペレットを収容したものである。この実施例１では、東ソー株式会社製のゼオラム（登録商標）を用いている。

前記燃焼空気供給手段６は、送風機２９と、この送風機２９から前記バーナ１へ燃焼用空気を供給する給気通路３０を含んで構成されている。前記給気通路３０内へは、前記ガス燃料供給管２７がガス燃料を噴出するように接続されている。

前記空気比調整手段７は、前記給気通路３０の開度（流路断面積）を調整する流量調整手段としてのダンパ３１と、このダンパ３１の開度位置を調整するためのダンパ位置調整装置３２（図６，７参照）と、このダンパ位置調整装置３２の作動を制御する前記制御器９とを含んで構成されている。

前記ダンパ位置調整装置３２は、図６に示すように、前記ダンパ３１の回転軸３３に着脱自在に連結される駆動軸３４を備え、この駆動軸３４は、減速機３５を介してモータ３６にて回転可能である。このモータ３６としては、回転停止位置を任意に調整可能なモータが使用される。本実施例１ではステッピングモータ（パルスモータ）が使用される。

前記駆動軸３４は、前記ダンパ３１の回転軸３３と、カップリング３７を介して連結されることで、同一軸線上で一体回転可能とされる。前記カップリング３７は、段付き円柱形状とされ、その中央部には軸方向に貫通して段付き穴３８，３９が形成されている。その小径穴３８には前記駆動軸３４が挿入され、この駆動軸３４は取付ネジ４０にて前記カ
ップリング３７と一体化される。一方、大径穴３９には前記ダンパ３１の回転軸３３が挿入可能とされ、この回転軸３３はキー４１にて前記カップリング３７と一体回転可能とされる。そのために、前記回転軸３３および前記カップリング３７の大径穴３９には、それぞれキー溝４２，４３が形成されている。

このようなカップリング３７は、一端部に前記駆動軸３４が挿入された状態で、他端部が軸受４４を介して前記ダンパ位置調整装置３２の外ケース４５に回転可能に保持される。この外ケース４５には、一端部に前記減速機３５および前記モータ３６が保持され、他端部に前記カップリング３７のキー溝４３付きの大径穴３９を露出した状態で、前記カップリング３７や回転異常検出手段４６を内部に密閉する構造である。

回転異常検出手段４６は、被検出板４７と検出器４８とを備える。前記被検出板４７は、前記カップリング３７の軸方向中央部の段付き部に、半径方向外側へ延出して固定される。この被検出板４７は、前記カップリング３７や前記駆動軸３４と同心に設けられる。前記被検出板４７の外周部の一部には、周方向等間隔に多数のスリット４９，４９…を形成したスリット形成領域５０が設けられる。本実施例１では、四分の一（９０度）の円弧分だけ、スリット形成領域５０が設けられる。このスリット形成領域５０に形成される各スリット４９は、同一の形状および大きさである。本実施例では、前記被検出板４７の半径方向に沿った細長い矩形状の溝が、周方向に沿って等間隔に打ち抜き形成されている。

前記スリット４９を検出するための検出器４８は、前記外ケース４５に固定される。この検出器４８は、透過型フォトインタラプタからなり、発光素子５１と受光素子５２との間に前記被検出板４７の外周部が介在された状態に取り付けられる。前記検出器４８の発光素子５１と受光素子５２との間に前記被検出板４７を介在させることで、前記検出器４８と対応した位置（前記発光素子５１から前記受光素子５２への光路と対応した位置）に前記被検出板４７のスリット４９が配置されるか否かにより、前記受光素子５２における前記発光素子５１からの受光の有無が切り替えられる。これにより、前記検出器４８は、前記被検出板４７に形成したスリット４９の検出が可能とされる。

前記ダンパ位置調整装置３２は、図７において前記スリット形成領域５０の時計方向の端部スリット５３が、前記検出器４８と対応した位置に配置された状態で、前記ダンパ３１が前記給気通路路３０を全閉状態とするように位置決めされて、前記ダンパ３１の回転軸３３に取り付けられる。

そして、前記スリット形成領域５０は、前記被検出板４７に９０度分だけ形成しているので、このスリット形成領域５０の時計方向の端部スリット５３が、前記検出器４８と対応した位置に配置された状態では、上述したように前記ダンパ３１が前記給気通路２９を全閉する一方、前記スリット形成領域５０の反時計方向の端部スリット５４が、前記検出器４８と対応した位置に配置された状態では、前記ダンパ３１が前記給気通路３０を全開することになる。

前記ダンパ位置調整装置３２は、前記モータ３６と前記検出器４８とが前記制御器９と接続され、前記ダンパ３１の回転異常を監視しつつ、前記モータ３６の回転を制御することができるように構成されている。すなわち、前記モータ３６を制御するために、前記制御器９は、前記モータ３６への駆動パルスを含む制御信号の作成回路を有し、その作成した制御信号を前記モータ３６へ出力可能である。これにより、前記モータ３６は、正転または逆転と、駆動量，すなわち駆動パルスの数に対応してその回転角が任意に制御される。また、駆動パルスの間隔（送り速度）を変えることで、回転速度を制御可能に構成されている。

実際に前記ダンパ３１を開閉制御するに際し、前記制御器９は、まず前記ダンパ３１全閉位置を原点とするために原点検出動作を行う。まず図７において、反時計方向へ前記被検出板４７を回転させる。いま、この被検出板４７のスリット形成領域５０内に前記検出器４８が配置されているとすれば、前記被検出板４７の回転に伴い前記検出器４８は定期的に前記スリット４９を検出するので、その検出パルスが検出信号として前記制御器９へ入力される。そして、前記検出器４８が前記スリット形成領域５０外に配置されるまで前記被検出板４７が回転されると、パルスが検出されなくなる。所定時間パルスが検出されないと、前記制御器９は、前記検出器４８が前記スリット形成領域５０外にあると認識し、回転方向を逆方向へ切り替える。すなわち、本実施例１では、前記被検出板４７を時計方向へ逆転させ、最初にパルス（時計方向の端部スリット５３）が検出された位置を原点とする。この時計方向への回転による原点確認は、回転方向切替え前の反時計方向の回転よりも微速でなされる。

このようにして検出された原点は、前記ダンパ３１の全閉位置と対応しているので、この状態を基準として、前記制御器９は、前記モータ３６へ駆動信号を出力し、前記ダンパ３１を開閉制御することができる。前記制御器９は、前記ダンパ３１の開閉のために前記モータ３６を駆動すれば、それに伴い前記検出器４８から前記スリット４９の検出信号がパルスとして取得される。従って、前記制御器９は、前記検出器４７からの検出信号を前記モータ３６への制御信号と比較して、前記ダンパ３１の回転異常を監視することができる。具体的には、前記モータ３６への駆動パルスからなる制御信号と、前記検出器４８による前記スリット４９の検出パルスからなる検出信号とを比較し、回転異常の有無を監視する。

たとえば、前記モータ３６へ駆動パルスを送ったのに、前記検出器４７から検出パルスが検出されない場合に、前記制御器９は、回転異常と判定する。この際、前記検出器４７からの検出パルスは、前記モータ３６への駆動パルスの周波数と異なるのが通常であるから、この相違を考慮して制御する。たとえば、駆動信号の所定パルス分の時間が経過しても、なお検出信号のパルスが一つも検出されない場合に、はじめて回転異常と判断するよう制御する。前記制御器９は、回転異常と判定した場合、異常の報知や燃焼を停止させるなどの処置を行う。また逆に、前記モータ３６へ駆動パルスを送っていないのに、前記検出器４８からパルスが検出された場合にも、回転異常を検知することができる。

前記制御器９は、予め記憶した空気比制御プログラムにより、前記センサ８の検出信号に基づき、前記バーナの空気比が設定空気比となるように（第一制御条件）、かつこの設定空気比において前記触媒４への流入前の前記ガスの濃度比が次式（３）を満たすように（第二制御条件）、前記モータ３４を制御するように構成されている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］≦２．０ …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ₂］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ₂］＞０の条件を満たす。）

この実施例１においては、直接制御しているのは、前記第一制御条件であり、この第一制御条件を満たすことにより、自動的に前記第二制御条件が満たされる。この点を図５および図８に基づき以下に説明する。

図５の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、前記バーナ１および前記水管群２を含む構成要素
の前記一次特性と前記二次特性とに基づいて表現したものであるが、図８は、これを前記触媒４一次側の酸素濃度に対する前記構成要素の前記一次特性と前記触媒４の特性とに基づいて表現したものである。

前記触媒４の特性は、図８に示すように、前記触媒４一次側の前記濃度比に関する第五
ラインＬ（二次側［ＮＯx］［ＣＯ］零ライン）にてその特徴を表している。この第五ラ
インＬは、そのライン上に前記触媒４一次側の前記濃度比が位置する（載る）と、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とするラインである。この第五ラインＬは、前記式（３）の前記所定濃度比が１の場合に対応している。すなわち、この第五ラインＬは、次式（３Ａ）を表したラインである。
［ＮＯｘ］＋２［Ｏ₂］＝［ＣＯ］ …（３Ａ）

ここで、［ＮＯｘ］は、図１１に示すように［ＣＯ］の１／５０〜１／３０程度であるので、図８においては、酸素濃度に対するＮＯx濃度特性を省略するとともに、式（３Ａ）における［ＮＯｘ］を無視している。この第五ラインＬにおいて、一次側酸素濃度をＸ１とした場合、一次側一酸化炭素濃度Ｙ１は、Ｙ１＝２Ｘ１＋［ＮＯx］となる。なお、前記所定濃度比の値が１．０を越える２．０までの範囲で、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができることが確認されているので、前記第五ラインＬは、図示のラインＬに限定されず、前記式（３）を満たすラインとすることができる。

そして、前記バーナ１および前記水管群１３の前記一次特性曲線を表す第六ラインＭと、前記第五ラインＬとの交点における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準濃度比と称する。前記触媒４は、その一次側の前記濃度比を前記基準濃度比とした場合、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有している。

そして、前記触媒４は、前記基準濃度比に対応する基準酸素濃度ＳＫよりも一次側酸素濃度を高くすると前記触媒４二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒４の二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度を還元反応により一次側の窒素酸化物濃度よりも低減する特性を有している。この前記触媒４二次側において酸素が検出されるとともに、一次側の窒素酸化物濃度よりも低減する特性の領域を二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１と称する。この二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１は、前記調整２を実現する領域であり、前記バーナ１の空気比は、１．０を越える。

また、前記基準酸素濃度ＳＫよりも一次側酸素濃度を低くすると前記触媒４の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度ＳＫの差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに、所定の範囲で前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする特性を有している。この前記触媒４二次側において一酸化炭素が検出されるとともに、窒素酸化物濃度を実質的に零とする特性の領域を二次側ＣＯ漏れ領域Ｒ２と称する。この二次側ＣＯ漏れ領域Ｒ２は、前記調整０および前記調整１を実現する領域であり、前記バーナ１の空気比が１．０以下である。前記バーナ１の空気比は、１．０未満に設定される場合でも、前記触媒４の一次側で、炭化水素を含まず、酸素を含む範囲で設定される。前記二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１と前記二次側ＣＯ漏れ領域Ｒ２とを合わせた領域をＮＯx・ＣＯ低減領域Ｒ３と称する。

こうした図８に示す触媒４の特性は、図５に示す空気比―ＮＯx・ＣＯ特性に符合する
ものである。この図８から明らかなように、前記触媒４の二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度を検出し、この酸素濃度および／または一酸化炭素濃度が零となるように前記空気比調整手段７を制御すると、前記触媒４の一次側における前記濃度比が前記基準濃度比に制御され、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零に制御できる。こうして、前記第一制御条件を満たすと前記第二制御条件が満たされることになる。

前記第一制御条件は、これが満たされないと、ＨＣなどの未燃分が生成される。そうなると、エネルギーのロスとなるとともに、前記触媒４におけるＮＯx低減が効果的に行わ
れないことになる。

前記第二制御条件は、排出窒素酸化物濃度をほぼ零とするために必要な条件である。前記触媒４二次側の窒素酸化物濃度，一酸化炭素濃度を零とするには、前記第一反応と前記第二反応とから、［ＮＯｘ］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］なる濃度比をほぼ１とすればよいことを実験および理論的考察により見出した。しかしながら、前記濃度比が１以上の１〜２．０でも排出窒素酸化物濃度をほぼ零とすることができることが確認されている。

前記センサ８として、Ｏ₂分解能が５０ppmで応答時間２sec以下の応答答性の良好なジルコニア式空燃比センサを用いている。このセンサ８の出力特性は、図９に示すように、出力が正側で酸素濃度に関係する出力となり、負側で一酸化炭素濃度に関係する出力となる。

そして、前記空気比制御プログラムは、前記センサ８の検出信号に基づき、前記バーナの空気比が設定空気比に対応した設定空燃比となるように制御するものであるが、具体的には、つぎのように構成されている。すなわち、図１０に示すように、前記センサ８からの検出値（酸素濃度信号および一酸化炭素濃度で表される検出空燃比）に基づき、この検出空燃比と設定空燃比（酸素濃度および一酸化炭素濃度が零の空気比１に対応する設定値）との差に応じて前記モータ３６の送り速度Ｖ（単位時間当たりの駆動量）を変える第一制御帯Ｃ１と、この第一制御帯Ｃ１の外側において送り速度Ｖをそれぞれ第一設定値Ｖ２，第二設定値Ｖ１とする第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂとを設けて、前記モータ３６の駆動量を制御する制御手順が含まれている。

前記第一制御帯Ｃ１の設定範囲は、酸素濃度Ｎ１（たとえば１００ppm）と一酸化炭素濃度Ｎ２（たとえば５０ppm）とで設定され、空気比を実質的に１とすべく前記設定酸素濃度および前記設定一酸化炭素濃度で規定される設定範囲に収まるように制御される。

前記第一制御帯Ｃ１における送り速度Ｖは、次式（４）で計算される。前記送り速度Ｖは、単位時間当たりの駆動量に相当する。本実施例のモータ３６の１ステップによる回転角度は、０．０７５度で、Ｏ₂に換算すると約３０ppmの変動に相当する。
Ｖ＝Ｋ×△Ｘ …（４）
（但し、Ｋはゲインであり、△Ｘは、（前記センサ８の検出空燃比−前記設定空燃比）なる偏差である。）

また、前記制御器９は、予め記憶したメンテナンスプログラムにより、前記第一被毒物質除去手段１０と被毒物質との反応および前記第二被毒物質除去手段３と被毒物質の反応が飽和状態となったことを報知器５５にて報知するように構成している。このメンテナンスプログラムは、前記第一被毒物質除去手段１０の交換時期を高燃焼換算の運転時間が第一設定時間Ｔ１（たとえば1700時間），前記第二被毒物質除去手段３および前記触媒４の交換時期を高燃焼換算の運転時間が第二設定時間Ｔ２（たとえば１２００時間）となると、前記報知器５５にて交換を報知するように構成される。これを可能とするために、前記第一設定時間Ｔだけ前記第一被毒物質除去手段１０にガス燃料を流すとこの第一被毒物質除去手段１０の反応が飽和状態となるように、前記第一被毒物質除去手段１０の容量を設定している。また、前記第二設定時間Ｔ２だけ前記第二被毒物質除去手段３にガスを流すとこの第二被毒物質除去手段３の反応が飽和状態となるように、前記第二被毒物質除去手段３の容量を設定している。

換言すれば、前記第二被毒物質除去手段３のメンテナンス時期を前記第一被毒物質除去
手段１０の反応の開始から飽和状態となるまでの時間Ｔ１に基づき設定するように構成している。前記第一被毒物質除去手段１０の容量は、ガス燃料中に含まれる硫黄成分の量を測定したうえで、実験により求める。前記第一設定時間Ｔ１は、手動により調整可能として、前記制御器９に内臓のタイマー（図示省略）により計測するように構成している。

また、前記第二被毒物質除去手段３および前記触媒４のメンテナンス時期を前記第二被毒物質除去手段３の反応の開始から飽和状態となるまでの時間Ｔ２に基づき設定するように構成している。前記第二被毒物質除去手段３の容量は、燃焼空気中に含まれる硫黄成分および鉄成分の量を測定したうえで、実験により求める。前記設定時間Ｔ２は、手動により調整可能として、前記タイマーにより計測するように構成している。

前記報知器５５による報知は、視覚または聴覚を利用して報知するように構成するが、前記報知器５５を蒸気ボイラから離れた位置にある管理装置や携帯電話とすることができる。

（実施例１の動作）
つぎに、以上の構成の前記蒸気ボイラの動作を説明する。図２を参照して、まず、基本的的動作について説明するに、前記送風機２９から供給される燃焼空気（外気）は、前記ガス燃料供給管２７ら供給されるガス燃料と前記給気通路３０内において予混合される。この予混合気は前記バーナ１から前記缶体２内の第一ガス通路１８へ向けて噴出される。予混合気は、着火手段（図示しない）により着火され、燃焼する。この燃焼は、前記のように低空気比にて行われる。

この燃焼に伴い生ずる燃焼反応中ガスは、上流側の水管群１３と交叉して冷却された後、ほぼ燃焼が完結したガスとなり下流側の水管群１３と熱交換して吸熱されて約１００℃〜３５０℃のガスとなる。

前記ガス燃料中には、被毒物質としての付臭剤が含まれており、ガス燃料と前記第一被毒物質除去手段１０との接触により、被毒物質が除去される。

前記ガス中には、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むとともに、前記触媒成分と反応して吸着される被毒物質を含んでいる。前記第二被毒物質除去手段１０によりガス燃料中の付臭剤の硫黄成分が除去されているので、被毒物質としては、硫黄酸化物として燃焼空気中に存在する硫黄酸化物からなる硫黄成分と酸化鉄としてガス中に存在する鉄成分とが含まれている。

前記ガスは、前記第二被毒物質除去手段３により被毒物質が吸着除去され、被毒物質を含まないガスが前記触媒４へ流入する。そして、前記触媒４において、ガスと触媒成分との接触により、一酸化炭素が酸化され、窒素酸化物が還元される。その結果、後で詳述するように、前記ガス中の窒素酸化物および一酸化炭素の排出量が実質的に零に低減され、排ガスとして前記第二ガス通路２０から大気中へ排出される。

そして、前記第二被毒物質除去手段３への通過ガス量が所定量を超え、前記被毒物質除去成分による被毒物質の除去が飽和状態となると、前記第二被毒物質除去手段３から流出するガス中に被毒物質が洩れるようになり、前記触媒４の触媒作用が低下してくる。そうすると、前記触媒手段の二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零にすることができなくなるので、前記制御器９は、前記報知器５５に前記第二被毒物質除去手段３の交換が必要なことを報知する。この実施例１においては、前記触媒４を前記第二被毒物質除去手段３と同時に交換するように構成しているが、前記触媒４が必要とする所期の性能を発揮しなくなるタイミングで前記触媒４を交換するように構成することができる。この交換のタイミン
グは、前記第一被毒物質除去手段１０の交換のタイミングよりも長い時間として、タイマーやＮＯx，ＣＯ濃度を検出するセンサにより設定することができる。また、前記制御器９は、前記第一被毒物質除去手段１０の交換時期も報知する。

前記報知器５５による報知を受けた管理者またはメンテナンス員は、前記第一被毒物質除去手段１０または前記第二被毒物質除去手段３を取り外して、新しい前記第一被毒物質除去手段１０または第二被毒物質除去手段３を装着し、ボイラの運転を再開する。この再開の際に、前記タイマーによる前記設定時間Ｔ１，Ｔ２のカウントをリセットしておく。交換した第一被毒物質除去手段１０は、廃棄する。また、前記第二被毒物質除去手段３は、コストがかかるので、リサイクルすることなく廃棄するが、低コストのリサイクルが可能であれば、リサイクルする。

このように、前記第一被毒物質除去手段１０および前記第二被毒物質除去手段３を備えていることにより、前記第一設定時間Ｔ１の間、排出される窒素酸化物および一酸化炭素の量を実質的に零とする超低公害化を持続して行うことができる。また、前記第一被毒物質除去手段１０および前記第二被毒物質除去手段３の交換により、短時間のボイラ運転の中断だけで済ますことができる。さらに、ガス燃料中の被毒物質の量は、燃焼空気中の被毒物質の量より多い（たとえば度：単位時間当たり１００0倍程度）ので、前記第一被毒
物質除去手段１０を設けることなく、前記第二被毒物質除去手段３のみを備える燃焼装置と比較して前記第二被毒物質除去手段３の除去が飽和状態となる時間を長くすることができる。その結果、長期に亘り、前記触媒４の所期性能を発揮させることができる。

つぎに、前記空気比調整手段３２による空気比制御について説明する。本実施例１のボイラは、高燃焼と低燃焼とを切り替えて運転する。そのために、前記ダンパ３１は、高燃焼風量位置と低燃焼風量位置のいずれかを選択して位置決めされる。

このダンパ３１の位置調整は、前記制御器９からの指令により前記ダンパ位置調整装置３２により行う。すなわち、前記制御器９は、高燃焼か低燃焼かの選択信号と、前記センサ８の検出空燃比を入力して、前記モータ３６の駆動信号を出力して、前記ダンパ３１を移動させる。前記制御器９は、高燃焼時と低燃焼時の設定空燃比となる前記ダンパ３１の設定回転位置を原点からのパルス数でそれぞれ初期値として記憶している。

まず、高燃焼時の制御について説明する。前記制御器９は、現在の前記ダンパ３１の回転位置が前記設定回転位置に対して開放側（閉じる方向へ制御しなければいけない側）か、閉鎖側（開く方向へ制御しなければいけない側）かを判定するとともに、前記モータ３６の駆動パルス数を演算する。併せて、前記検出値が図１０において、前記第一制御帯および前記第二制御帯Ａ，Ｂのいずれに属するかを判定する。

前記第二制御帯Ｃ２Ａに属する場合には、第一設定送り速度Ｖ２で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ３６を駆動し、早い速度で前記ダンパ３１を閉じる。前記第二制御帯Ｃ２Ｂに属する場合には、第二設定送り速度Ｖ１で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ３６を駆動し、早い速度で前記ダンパ３１を開く。こうして、前記設定空燃比から比較的離れている場合は、早い速度で前記検出空燃比を前記設定空燃比に近づける制御を行うので、応答性の良い空気比制御を行うことができる。

また、前記第一制御帯Ｃ１に属する場合は、回転方向を判定したうえで、前記式（４）に基づいて、前記モータ３６の送り速度を演算し、演算した送り速度と演算した駆動パルスで前記モータ３６を駆動する。この第一制御帯Ｃ１における制御は、前記設定空燃比から遠ざかるにつれて送り速度を早くする。こうした制御により、目標とする前記設定空燃比に速やかに近づけることができる。また、回転位置制御を確実に行えるステッピングモ
ータにより行っていることと、前記検出空燃比が前記設定空燃比に近づくにつれて送り速度を遅くする制御としていることとにより、前記設定空燃比の近傍における空気比のオーバーシュートおよびハンチングを抑制することができる。

こうした空気比制御により、前記バーナ１一次側の空気比を１に近い低空気比とし、かつ前記触媒４の一次側のガスの濃度比変化幅が少なく制御され、前記式（１）を安定的に満たすことができる。その結果、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度をほぼ零にするとともに、一酸化炭素濃度を実用範囲の値に低減することができる。

（実験例１）
単位時間当たり蒸発量を８００kgの缶体２（出願人が製造の型式：ＳＱ―８００と称される缶体）で，燃焼量４５．２m³N/hの予混合バーナ１で燃焼させた実験結果について説
明する。前記設定空気比を１．０００５以下とした場合、前記触媒１の一次側（前記触媒４通過前）の一酸化炭素濃度，窒素酸化物濃度，酸素濃度がそれぞれ１０分間の平均値で２２９５ppm，９４ppm，１６５５ppmに調整され、前記触媒１の二次側（前記触媒１通過
後）のそれぞれの濃度が１０分間の平均値で１３ppm，０．３ppm，１００ppm未満となっ
た。ここで、前記触媒１の二次側の酸素濃度１００ppmは、酸素濃度の測定限界である。前記触媒４の前後でのガスの温度は、それぞれ、約３０２℃，３２７℃であった。本実験例１および以下の実験例２，３においては、前記触媒４を前記給水予熱器２０のやや上流に配置し、その前後に測定装置を配置し、前記触媒４の通過後の各濃度は、株式会社堀場製作所製ＰＧ−２５０を用い、通過前の各濃度は、株式会社堀場製作所製ＣＯＰＡ−２０００を用いて計測した。勿論、前記触媒４を図１に示す位置に配置しても測定濃度値は殆ど変わらないと考えられる。

（実験例２）
実験例１と同じバーナ１および缶体２を用い、燃焼量を実験例１と同じとし、触媒活性物質として内径３６０ｍｍのＰｄを用いた触媒とした場合の一酸化炭素濃度，窒素酸化物濃度，酸素濃度の各濃度比における値を図１１に示す。ここで、触媒通過後の酸素濃度を実験例１と同様の酸素濃度センサを用いて測定したので、実際は１００ppm以下の値であ
っても１００ppmで示した。前記触媒４の前後でのガスの温度は、それぞれ、約３２３〜３２５℃，約３４４℃〜３４６℃であった。

前記実施例１によれば、燃焼空気と燃料の割合を調整するダンパ位置調整手段（空気比調整手段）３０により、前記触媒４の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに制御（前記調整０）することができ、排出ＮＯx濃度および排出ＣＯ濃度を低減できる。したがって、水／蒸気添加による低ＮＯx化技術や、脱硝剤の投入による低ＮＯx化技術と比較して、空気比調整手段と触媒を用いた簡易な構成にて低ＮＯxおよび低ＣＯを実現できる。

また、空気比を実質的に１．０としているので、省エネ運転を行える。ちなみに、通常のボイラにおける酸素濃度４％（空気比約１．２３５）の運転と、酸素濃度０％（空気比約１．０）の運転とを比較すると、ボイラ効率約１〜２％アップを達成することができる。地球温暖化対策が叫ばれている昨今において、このボイラ効率アップ達成は、産業的価値が多大である。

さらに、前記触媒４の二次側に前記センサ７を設けて、空気比を制御しているので、前記触媒４の一次側にセンサを設けて制御するものと比較して制御を安定化することができる。また、酸素濃度１００ppm以下の分解能で空気比を制御しているので、空気比制御を応答性よく、安定的に行うことができる。

この発明の他の実施例２を図１２および図１３に従い説明する。この実施例２は、酸素濃度を検出するセンサ８を前記触媒４の二次側でなく、一次側に設けたものである。このセンサ８は酸素濃度のみを検出するセンサとしている。そして、このセンサ８に基づく前記モータ３６の制御特性を図１３に示す。以下、前記実施例１と異なるところのみを説明し、共通箇所は説明を省略する。

この実施例２では、設定空気比を１（前記触媒４の二次側の酸素濃度を零）とするように、前記センサ８により、前記触媒４の一次側の酸素濃度を検出して間接的に空気比を制御するものである。種々の実験結果に基づき、前記触媒４の一次側の酸素濃度を０を越える１％までの値に制御すると、前記式（３）を満たして、前記触媒４の二次側の酸素濃度をほぼ零にする，すなわち空気比をほぼ１．０にすることが可能であることが分かっている。

そこで、この実施例２の空気比制御プログラムには、図１３に示すように、前記センサ８からの検出値（酸素濃度信号）に基づき、この検出値と設定酸素濃度）の設定値との差に応じて前記モータ３６の送り速度Ｖ（単位時間当たりの駆動量）を変える第一制御帯Ｃ１と、この第一制御帯Ｃ１の外側において送り速度Ｖをそれぞれ第一設定値Ｖ２，第二設定値Ｖ１とする第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂとを設けて、前記モータ３６の駆動量を制御する制御手順が含まれている。

前記第一制御帯Ｃ１の設定範囲は、酸素濃度Ｎ１と酸素濃度Ｎ２とで設定される範囲に収まるように制御される。前記第一制御帯Ｃ１における送り速度Ｖは、前記実施例１と同様に、前記式（４）で計算される。

この実施例３は、前記設定空気比を、図１４に示すように、前記二次特性におけるＮＯx濃度が実質的に零を越え、前記一次特性におけるＮＯx濃度より低くなる値に設定した例である。この値は、前記設定空気比が、実質的に１．０を越える前記二次特性の二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１の空気比である。この実施例３における濃度比Ｋの調整は、前記調整２である。

この実施例３における前記第一制御帯Ｃ１は、制御範囲の中心（目標空気比）が空気比１．００５（Ｏ₂濃度：約１０００ppm）、左端が実質的に空気比１．０、右端が空気比１．０１（Ｏ₂濃度：約２０００ppm）である。この実施例３では、前記左端の空気比は、空気比１．０よりも低い領域に設定されている。これを図８にて説明すると、前記触媒４一次側の酸素濃度が前記基準酸素濃度ＳＫよりも高い前記二次側ＮＯx漏れ領域（前記調整２を実現する領域）Ｒ１にて空気比制御を行うことになる。

（実験例３）
この実施例３において、前記実験例１と同じ条件（設定空気比を除く）で実験した場合、前記触媒１の一次側（前記触媒４通過前）のＣＯ濃度，ＮＯx濃度，Ｏ₂濃度がそれぞれ１０分間の平均値で１８７８ppm，７８ppm，３１９２ppmに調整され、前記触媒１の二次側（前記触媒１通過後）のそれぞれの濃度が１０分間の平均値で０ppm，４２ppm，１４１３ppmとなった。

この実験例３から明らかなように、実施例３の空気比制御によれば、前記触媒４の還元作用により、排出ＮＯx濃度は、前記一次特性のＮＯx濃度よりも低い値に低減されるとともに、排出ＣＯ濃度は、零に低減されることになる。

この実施例３においては、前記第一制御帯Ｃ１を前記二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１の範囲で自由に設定することができる。前記第一制御帯を空気比１に近づけるほど、ＮＯxの低減効果および省エネ効果が大きくなる。しかしながら、処理するＣＯ濃度が高い(勾配が急な場合もある)ので、ＣＯが漏れやすく、制御が難しく、触媒量を多く必要とする。そこで、前記第一制御帯Ｃ１を空気比１から離れるように右側に設定すると、制御が容易となるとともに、前記触媒４の量を少なくすることができる。

具体的には、前第一制御帯Ｃ１の左端を前記実施例３のように空気比１．０以下とする（図１４）のではなく、空気比１．０とすることができる。また、前記第一制御帯Ｃ１の左端を空気比１を越える値に設定することも可能である。

この実施例４は、図１５および図１６に示すように、前記実施例１において、前記第二被毒物質除去手段３を備えていない実施例である。すなわち、前記実施例１と異なるのは、前記第二被毒物質除去手段３を省略した以外は、前記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。この実施例４においては、前記第一被毒物質除去手段１０により、前記触媒４の劣化を遅らせることができるが、前記実施例１と比較して、前記触媒４の劣化が早くなる。

この発明は、前記実施例１〜４に限定されるものではない。たとえば、図５および図１４に示す空気比−ＮＯx・ＣＯ特性は、燃焼装置の前記バーナ１および前記缶体３の構造に応じて曲線および濃度値が異なるので、異なった特性を用いることができる。また、前記実施例１〜４では、設定空気比を１．０以上としているが、燃焼性を損なわず、炭化水素を生成しない範囲で、空気比１．０より低い値とすることができる。

また、前記実施例２において、前記センサ７をＯ₂濃度センサとしているが、ＣＯ濃度
センサとすることができる。また、前記ダンパ位置調整装置３２の構造は、種々変形可能である。また、前記モータ３６は、ステッピングモータ以外の、たとえばギヤモータ（図示省略）とすることができる。さらに、前記ダンパ位置調整装置３２を単一の制御器（ボイラ制御用の制御器）９にて制御しているが、この制御器９と別に前記ダンパ位置調整装置３２用の別の制御器（図示省略）を設け、この制御器と前記センサ８，前記制御器９を接続して、空気比制御を行うように構成することができる。さらに、前記空気比調整手段７は、前記送風機２９の駆動用のモータ（図示省略）をインバータにより制御することで構成することができる。

本実施例１の原理的構成の説明図である。本実施例１の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。図１のII−II線に沿う断面図である。図２の触媒を排ガスの流れ方向から見た要部構成を示す図である。本実施例１の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を用いた空気比制御を説明する模式図である。本実施例１のダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図である。同ダンパ位置調整装置の要部の断面説明図である。本実施例１のバーナおよび吸熱手段の特性および触媒の特性を説明する模式図である。本実施例１のセンサの出力特性を説明する図である。本実施例１のモータ制御特性を説明する図である。本実施例１のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図である。本実施例２の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。本実施例２のモータ制御特性を説明する図である。本実施例３の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を用いた空気比制御を説明する図である。本実施例４の原理的構成の説明図である。本実施例４の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。

符号の説明

１バーナ
３被毒物質除去手段（第二被毒物質除去手段）
４触媒（触媒手段）
７空気比調整手段
８センサ
９制御器（制御手段）
１０硫黄除去手段（第一被毒物質除去手段）

Claims

燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により窒素酸化物を含むガスを生成するバーナと、
前記ガスから吸熱する吸熱手段と、
この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる窒素酸化物を低減する触媒成分を有する触媒手段と、
前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段とを備えたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により窒素酸化物を含むガスを生成するバーナと、
前記ガスから吸熱する吸熱手段と、
この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる窒素酸化物を低減する触媒成分を有する触媒手段と、
前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、
前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段とを備えたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
燃料を燃焼空気により燃焼させ、燃焼により酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成するバーナと、
前記ガスから吸熱する吸熱手段と、
この吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する触媒成分を有する触媒手段と、
前記燃料中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第一被毒物質除去手段と、
前記触媒手段の一次側に設けられ、前記ガス中に含まれ前記触媒成分に吸着，または当該触媒成分と反応して化合物を形成する少なくとも硫黄を含む被毒物質を除去する第二被毒物質除去手段と、
前記バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき前記バーナの空気比を設定空気比に制御する空気比調整手段とを備え、
前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒手段一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零または所定値以下に、一酸化炭素濃度が実質的に零または所定値以下となる所定濃度比に調整するように構成されることを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒手段一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを調整する濃度比調整を行うように構成され、
前記濃度比調整は、下記の調整０，調整１，調整２のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の低ＮＯx燃焼装置。
調整０：前記濃度比Ｋを前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする基準所定濃度比Ｋ０に調整する。
調整１：前記濃度比Ｋを、前記触媒手段二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とする第一所定濃度比Ｋ１に調整する。
調整２：前記濃度比Ｋを、前記触媒手段二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とするとともに窒素酸化物濃度を所定値以下とする第二所定濃度比Ｋ２に調整する。
前記基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を次式（１）とし、前記基準所定濃度比Ｋ０が次式（２）を満たし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準所定濃度比Ｋ０より小さく、前記第二所定濃度比Ｋ２を前記基準所定濃度比Ｋ０より大きくしたことを特徴とする請求項４に記載の低ＮＯx燃焼装置。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］＝Ｋ …（１）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０ …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ₂］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。）
前記バーナおよび前記吸熱手段は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒の一次側の前記ガスの濃度比が次式（３）を満たすように構成されることを特徴とする請求項３に記載の低ＮＯx燃焼装置。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ₂］）／［ＣＯ］≦２．０ …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ₂］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ₂］＞０の条件を満たす。）