JP3726381B2 - Steam boiler - Google Patents

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JP3726381B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、触媒燃焼によって被加熱流体を加熱する蒸気ボイラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の環境問題の高まりと共に、自動車や産業機械等からの大気汚染物質の排出量の削減に対する社会的要請は一段と厳しくなっており、特にNOx については排出量の低減が求められている。大気汚染物質の低減化対策は従来から種々提案されており、その一つとして、触媒燃焼方法が脚光を浴びている。この触媒燃焼方法では触媒表面反応を利用することによって、CO発生量を増加させずに燃焼温度を下げ、NOx 発生量の低減が図れるという利点を有する。
【0003】
一般に、触媒燃焼装置においては、比較的高い空気比(2〜4程度)の混合ガスを供給している。これは、理論断熱火炎温度が空気比に依存しており、空気比が低いほど前記の火炎温度が高くなり、また、触媒によって全燃料を燃焼させるようになるため、空気比が低い場合には触媒の耐熱温度を越えてしまうためである。
【0004】
したがって、従来は供給する混合ガスの体積の割に、発熱量が少なく、このような触媒燃焼装置を利用した流体加熱装置の効率の向上、換言すれば、小型化の達成を阻害していた。
【0005】
さらに、このような触媒燃焼装置においては、触媒の反応流路が短く、そのために燃料の未燃焼分(COやHC等)が排出される場合もあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、低い空気比での燃焼が可能で、未燃焼分の排出が無く、高い出力の蒸気ボイラを提供することである。換言すれば、触媒部分での反応温度(燃焼温度)の制御を行うことにより、低空気比の混合ガスであっても、触媒の過熱による焼損や溶解を防止して安定した燃焼状態を維持し、燃焼排ガスの低CO化を達成することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、筒状の隔壁と、この隔壁の外側に設けられる筒状の外壁とを備え、前記隔壁の内側または前記隔壁および前記外壁の間を被加熱流体が流通する流体通路に形成する一方、前記隔壁および前記外壁の間または前記隔壁の内側を燃料と空気との混合ガスが流通するガス通路に形成し、前記流体通路に給水配管および蒸気配管を接続し、前記ガス通路2内には触媒部と前記隔壁に接触させた伝熱部とを前記混合ガスの流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱部を備えた構成により、上述の課題を解決するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
この発明は、触媒燃焼によって被加熱流体を加熱する流体加熱装置に関するものである。この発明でいう流体加熱装置とは、蒸気ボイラ,温水ボイラ,温風発生器などのように流体を加熱する装置全体を指すもので、蒸気ボイラのように被加熱流体が相変化するものも含んでいる。したがって、この発明での被加熱流体は、水等の液体、空気等の気体を指す。
【0011】
さて、この発明の触媒燃焼式流体加熱装置は、被加熱流体が流通する流体通路と、燃料と空気との混合ガスが流通するガス通路とを隔壁によって区画し、前記ガス通路内に、触媒部と、隔壁に接触させた伝熱部とを混合ガスの流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱部を備えた構成である。この構成によると、触媒部における触媒反応により、混合ガスの温度が上昇するが、すぐに伝熱部内に流入し、被加熱流体と隔壁を介して熱交換した後、温度が低下した状態で、次の触媒部に流入する。この繰り返しにより、触媒部が過熱することなく、空気比の低い混合ガスの燃焼を行える。
【0012】
そのために、この発明では、前記燃焼伝熱部を構成する触媒部を、少なくともその下流側の触媒部より短く、触媒密度を低く設定した構成とし、さらに、燃焼伝熱部における各触媒部は、触媒部が耐熱温度以下となるように、流入する混合ガスの酸素濃度,および燃料濃度に応じて、その長さ、密度、触媒の種類等を設定した構成とする。前記触媒部の密度とは、単位容積当りの触媒反応面の面積である。
ここで、最上流側の初段の触媒部においては、空気比が低く、燃料濃度,および酸素濃度の高い混合ガスが流入するため、触媒反応により温度が急激に上昇する。また、混合ガスは、次の触媒部に流入する際には、上流側の触媒部での燃焼により燃料濃度、および酸素濃度が低下している。そこで、上述のように最上流側の初段の触媒部の長さを短く設定することにより触媒部の過熱を防止する。さらに、上述のように、下流側の触媒部ほど容積当りの触媒密度を大きくしたり、触媒部を混合ガスの流通方向に長く設定することによって、所定の温度を維持するように構成する。さらに、前記伝熱部では、前段の触媒部で反応した混合ガスからの伝熱を、次段の触媒部における触媒活性温度よりも若干高い温度まで行なう。ここで、前記触媒活性温度とは、触媒が活性化して触媒反応を開始し、この反応を維持し得る温度である。
【0013】
以上のように、この発明の触媒燃焼式流体加熱装置においては、各段の触媒部による温度上昇と、伝熱部による温度低下とを交互に繰り返すことにより、混合ガスの温度を、触媒部の耐熱温度と触媒活性を発揮する温度の間に制御する。
【0014】
さらに、この発明の触媒燃焼式流体加熱装置は、ガス通路内の燃焼伝熱部の下流側に、触媒部よりなるガス処理部を備えた構成である。このガス処理部は、上流側の燃焼伝熱部において、未燃の燃料(炭化水素)やCOが生じたとしても、ガス処理部の触媒部によって完全に燃焼させて、これらの排出を防止する。要するに、ガス処理部は、燃焼伝熱部で、混合ガス中の燃料をどれだけ反応させるように設定するかによって、残りの燃料を反応させ、これ以降に未燃の燃料(炭化水素)やCOなどが排出されるのを防止するように、その触媒部の長さ、密度、触媒の種類等を設定した構成とする。この場合には、後述するように、このガス処理部の下流に熱回収部を設けて、ガス処理部からの混合ガスをからさらに熱回収を行うのが好ましい。
【0015】
さらに、この発明の触媒燃焼式流体加熱装置は、前記ガス通路内の燃焼伝熱部の下流側に、前記隔壁に接続した伝熱部材よりなる熱回収部とを備えた構成により、前記触媒部、あるいはガス処理部で反応した燃焼ガスからさらに熱回収を行なう。
【0016】
ここで、この発明では、以上のように、前記触媒部と伝熱部を交互に配置するが、両者の個数は同数とは限らない。すなわち、燃焼伝熱部の最上流側と最下流側とに触媒部を配置する場合も含んでいる。この場合においては、燃焼伝熱部の下流側に、上述のガス処理部や、熱回収部を設けるのが好ましい。
【0017】
以上の各触媒部において、この触媒部と隔壁との間に断熱層を介在することにより、触媒部における熱の授受を阻止し、触媒反応、およびこの反応による温度上昇の制御が容易になる。この断熱層は、セラミック、耐火モルタルなどの一般的な耐熱性の断熱材によって構成するのが好ましい。なお、隔壁と対面する触媒部の周面に触媒反応面を形成せず、前記触媒部と隔壁との間に隙間を設けてこの空間によって触媒部と隔壁とを熱的に遮断する構成としてもよい。
【0018】
ここで、この発明の触媒燃焼式流体加熱装置において、燃焼伝熱部,ガス処理部の各触媒部は、触媒自体で構成したもの、触媒を適宜の材質の部材に、直接、あるいは、触媒の担持体層を介して担持して構成したものを含む。この触媒部に用いる触媒は、例えば、低温活性の高いAg,Pt,Pd等の貴金属や、これらとCe,La,Y等の希土類元素の混合物である。また、複合酸化物、あるいはSiC(炭化珪素)等のような低温活性の低い触媒も使用することができる。このような触媒物質は、ハニカム形状やペレット形状などの構造体の表面に担持させて、その表面に触媒反応面を形成するが、この際、前記構造体がアルミナやシリカ、またはそれらの複合酸化物などのセラミック系の材料の場合には、その表面に直接担持させ、前記構造体がステンレス鋼などの金属材料の場合には、その表面にアルミナやシリカ、またはそれらの複合酸化物などからなる触媒担体層を形成し、触媒担持体層に担持させる。ここで、前記構造体は、ステンレス鋼などの耐熱性金属材料や、SiN(窒化珪素),コージェライトなどのセラミック系の材料など、高温耐久性の高い材料が好ましい。
【0019】
前記触媒部は、混合ガスを流通させ、触媒と接触させるための流通隙間を備えるが、この流通隙間は、三角形、四角形、六角形、円形断面などの多数の貫通孔を備えたハニカム形状とすることによって形成する他、適宜断面の波板と平板を積層することによって形成したもの、フィン状の部材を多数配置して形成したものを含む。ここで、燃焼伝熱部における触媒部は、その触媒反応面の面積、担持する触媒の量や密度を、基本的には混合ガス中の燃料が完全に燃焼するように設定するが、ガス処理部を設ける場合には、ガス処理部を出るまでに、完全に燃焼するように設定する。
【0020】
この発明の触媒燃焼式流体加熱装置において、前記伝熱部や熱回収部を構成する伝熱部材は、ガス通路内の高温の混合ガスから隔壁を介して被加熱流体への伝熱を行うものであるから、少なくとも隔壁に対して接触させて取り付ける。この伝熱部材は、フィン状の部材のほか、上述のようなハニカム形状の部材や、波板と平板を積層して構成した部材などである。
【0021】
前記熱回収部は、前記ガス通路内に一個所に単段で設ける形態のみならず、前記ガス通路内において混合ガスの流れ方向に多段に配置した形態でもよい。
【0022】
ここで、この発明において、前記隔壁は、例えば、内部に流体通路を設けた伝熱管や、内部にガス通路を設けた煙管として構成される。さらに、流体通路とガス通路は、隔壁によって区画されておれば、1系統に限らない。例えば、隔壁によって区画した流体通路とガス通路の組を複数組配置したものであっても、さらに、隔壁を多重の筒形状に構成して、それぞれの隙間を流体通路、およびガス通路としてもよい。前者の場合には、複数の流体通路の各端部を、ヘッダのような共通の流路に接続して、所謂多管式流体加熱装置として適用することも可能である。後者の場合には、一方の通路が他方の通路の周囲を交互に取り巻く形態となる。また、ガス通路内の混合ガスと流体通路内の被加熱流体の流れ方向は、同方向であっても、逆方向であってもよい。特に、空気比の低い混合ガスを燃焼させる場合、混合ガスと被加熱流体の流れ方向を同方向とすると、冷たい被加熱流体によって伝熱部材を介して混合ガスを冷却できるため、触媒部の劣化を防止し、伝熱部材の小型化を達成できる。
【0023】
この発明において混合ガスとは、燃料と燃焼用空気の混合物全般を指すものであり、燃料は気体燃料だけでなく、液体燃料を含む。気体燃料の場合は、予め燃焼用空気と混合した混合ガスや、触媒部上流側の流路で燃焼用空気と混合しながら供給するものである。前記液体燃料の場合には、予め、周知の手段によって気化、あるいは微粒子化したものを気体燃料と同等に取り扱う。この発明においては、触媒燃焼を行うため、触媒部における触媒反応面に至るまでに燃料と燃焼用空気とが混合しているのが好ましく、したがって、気体燃料、あるいは気化させた液体燃料を混合ガスの形で供給するのが好ましい。
【0024】
【実施例】
以下、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置を、蒸気ボイラに適用した第一実施例について、図1〜3を参照しながら詳細に説明する。なお、図1は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第一実施例の構成を示す説明図、図2は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置における触媒部の構成例を示す説明図、図3は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置における伝熱部の構成例を示す説明図、図4は、この発明に係る触媒式流体加熱装置における混合ガスの温度の変化を示す線図である。
【0025】
図1に示す第一実施例は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置を蒸気ボイラとした具体例であって、被加熱流体は水である。この被加熱流体が流通する流体通路1と、燃料と空気の混合ガス、および混合ガスが燃焼して生成される排ガスが流通するガス通路2を隔壁3によって区画してある。この第一実施例においてのガス通路2は、前記流体通路1の周囲を取り巻いた形状になっている。すなわち、前記隔壁3を伝熱管として構成し、その内側に水を供給し、外側に混合ガスを供給して燃焼させる形態となっている。さらに前記ガス通路2は、外壁5によって外界と遮断されている。すなわち、前記流体通路1の外側を取り巻くようにガス通路2を配置した構成となっている。したがって、流体通路1とガス通路2とは、隔壁3によって区画されており、さらにガス通路2はこの隔壁3と外壁5とによって閉鎖された空間とされている。
【0026】
前記流体通路1の上流端(図1の下方側)には、周知の給水手段(図示省略)からの給水配管7を接続してある。一方、前記流体通路1の下流端(図1の上方側)には、蒸気配管8を接続してあり、この蒸気配管8から所定の蒸気使用機器に蒸気を供給する。
【0027】
さて、前記ガス通路2内には、触媒部11と、隔壁3に接触させた伝熱部14とを、混合ガスの流れ方向に複数段、交互に配置してなる燃焼伝熱部10を設けてある。この第一実施例においての混合ガスの流れ方向は、図1における下方から上方への向きであり、前記被加熱流体の流れ方向と同じとしてある。前記触媒部11は、混合ガスの流通隙間18(図2参照)を多数備えており、各流通隙間18の壁面に触媒を担持してある。
【0028】
この発明の第一実施例における触媒部11は、図2に示すように、波板形状の部材16と平帯形状の部材17とを同時に渦巻状に巻いた構成としてある。そして、前記波板形状の部材16と平帯形状の部材17に触媒を担持して構成してある。そして、燃焼伝熱部10を構成する触媒部11のうち、少なくとも最上流側の初段の触媒部11が、他の触媒部11より短く、触媒密度を低く設定した構成とする。これは、最上流側においては、空気比が低く、燃料濃度,および酸素濃度の高い混合ガスが流入し、触媒反応により温度が急激に上昇するため、この初段の触媒部11の長さ、あるいは触媒密度を低く設定する。また、混合ガスは、次の触媒部に流入する際には、上流側の触媒部での燃焼により燃料および酸素の濃度が低下している。そこで、この混合ガスの触媒反応によって加熱される各触媒部11が耐熱温度以下となるように、上流側から流入する混合ガスの酸素濃度,燃料濃度,および温度に応じて、触媒部11の長さ、密度、触媒の種類等を設定するが、このとき、下流側の触媒部11ほど容積当りの触媒密度を大きくしたり、触媒部11の長さを混合ガスの流通方向に長く設定することによって、所定の温度を維持するように構成する。
【0029】
一方、前記伝熱部14は、触媒部11からの高温の燃焼ガスを流入し、この燃焼ガスが保有する熱を、隔壁3を介して流体流路1内部の被加熱流体に伝熱するものである。この伝熱部14は、前段(上流側)の触媒部11で反応した混合ガスからの伝熱を、次段(後流側)の触媒部11における触媒活性温度よりも若干高い温度まで行なう。ここで、前記触媒活性温度とは、触媒が活性化して触媒反応を開始し、この反応を維持し得る温度である。
【0030】
この伝熱部14は、例えば、図3に示すように、隔壁3の外表面から放射状に延びる多数の伝熱フィン15によって構成する。この第一実施例においては、各段の伝熱部14は、隔壁(伝熱管3)の軸方向から見て、隣合う伝熱部14の伝熱フィン15の周方向の配設ピッチを同じとし、一方の伝熱部14の伝熱フィン15の間に他方の伝熱部14の伝熱フィン15が位置するように配置し、後流側の触媒部11においての径方向断面での温度分布を小さくしている。
【0031】
以上の燃焼伝熱部10の下流側には、ガス処理部20を設けてある。このガス処理部20は、図示する実施例においては、前述同様の構成の触媒部21を三段有している。このガス処理部20における触媒部21と、前記燃焼伝熱部10の触媒部11との相違点は、ガス通路2内における混合ガスの流通方向に比較的長く設定し、触媒の密度を増加させた点である。すなわち、ガス処理部20においては、上流側の燃焼伝熱部10での触媒反応により、混合ガス中の燃料が消費され、酸素濃度の低い混合ガスとなって流入するためである。そのため、ガス処理部20においても、下流側の触媒部21ほど流通隙間18の相当直径を小さくして単位容積当りの触媒表面積を増加させたり、また、混合ガスの流れ方向の長さを長く設定するなどして、酸素濃度の低い混合ガスであっても、発熱量を大きくし、しかも確実に燃焼させることができる。
【0032】
このガス処理部20の下流側には、前記燃焼伝熱部10における伝熱部14と同様の構成の熱回収部30を設けてある。
【0033】
さて、以上構成の触媒燃焼式流体加熱装置において、その作用について説明する。
先ず、適宜の予熱手段により、少なくとも燃焼伝熱部10の触媒部11を予熱する。この予熱手段は前述のように、触媒部11自体を加熱するもの、高温の空気を供給することによって加熱するものである。そして、触媒反応を開始し得る温度になった状態で、ガス通路2への混合ガスの供給を開始する。この混合ガスは、一般的な触媒燃焼装置に用いる混合ガスの空気比(2〜5程度)に比べてかなり低く、一般的な火炎燃焼装置に用いる混合ガスの程度の空気比(1〜1.5程度)である。従来の、火炎による燃焼を行わず、触媒反応のみで燃焼を行う燃焼装置では、触媒の焼損や溶融を回避するため、このような空気比の低い混合ガスを供給することなはい。
【0034】
前記燃焼伝熱部10の触媒部11は、既に予熱され、触媒燃焼が可能な温度まで昇温しているため、混合ガスの到達により、即座に燃焼反応を開始する。混合ガスは、触媒燃焼により、触媒部11を通過しながら高温のガスとなって排出される。触媒燃焼開始後は、前記触媒部11、および触媒部11からの高温ガスは、その温度が上昇する。さらに、燃焼伝熱部10においては、上流側の触媒部11における容積当りの触媒密度を下流側のものを小さく、あるいはその流路長を短く設定してあるため、最初の触媒部11においては、混合ガスの温度が、触媒11の耐熱温度に達する前に触媒部11から流出する。そして、この触媒部11内での触媒反応により高温となった混合ガスは、次段の伝熱部14に流入する。
【0035】
この伝熱部14内においては、高温の混合ガスの熱を伝熱フィン15,隔壁3を介して流体通路1内の被加熱流体に伝熱するため、混合ガスの温度は急速に低下する。この際の伝熱による混合ガスの温度低下は、混合ガスが次の触媒部11内に流入した際に、充分触媒反応を開始し得る温度である。
【0036】
そして、次の段の触媒部11内に流入した混合ガスは、即座に触媒反応を開始し、その温度が上昇する。ここで、この触媒部11に流入した混合ガスは、前記上流側の触媒部11での触媒反応により燃料が消費され、燃料濃度、および酸素濃度が減少している。そのため、この触媒部11の容積当りの触媒密度を増加させ、あるいはその流路長を長く設定して反応を継続させ、触媒部11の出口における混合ガス温度を高く維持している。この温度は、前述同様に、触媒部11の耐熱温度より低い温度である。そして、この触媒部11内での触媒反応により高温となった混合ガスは、さらに次段の伝熱部14に流入する。
以上のように、触媒反応と伝熱を繰返しながら、混合ガスを燃焼させるとともに、被加熱流体を加熱を行う。
【0037】
さらに、この燃焼伝熱部10から流出する混合ガスは、ガス処理部20に流入する。このガス処理部20の触媒部21では、混合ガスの流通方向に長く設定することにより、触媒部21内での滞留時間を長くし、未燃焼分を完全に反応させる。すなわち、上流側の触媒部11において、ほとんどの燃料が反応し、このガス処理部20における混合ガス中の燃料は僅かなものとなっているためである。さらに、このガス処理部20では、下流側ほど容積当たりの触媒密度を高めてあり、これによっても前記未燃焼分を完全に燃焼させる。
【0038】
さらに、ガス処理部20で未燃焼分を完全に反応させた混合ガスは、高温の排ガスとして熱回収部30に流入する。この排ガスは、前記ガス処理部20において、触媒反応により昇温している。この昇温の度合は、このガス処理部20では、未燃焼分の反応によるものであるため、前記の燃焼伝熱部10ほどの昇温ではないが、この際に発生する熱を含めて熱回収部30においてはさらに被加熱流体への伝熱を行う。そして、この伝熱により、低温となった混合ガスを排出する。このガス処理部20までで、前記流体通路1内の被加熱流体は、十分な伝熱を行ない、蒸気となる。
【0039】
以上のように、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置によれば、燃焼伝熱部10において、混合ガス中の燃料を多段階に分けて断熱状態で反応させ、触媒部11の間に配置した伝熱部14によって被加熱物に伝熱することにより、空気比の低い混合ガスであっても触媒部14の過度の上昇を抑え、触媒部11の焼損や溶融を招くこと無く安定した燃焼を行いながら、伝熱を行うことができる。この際、混合ガスは、触媒部11と伝熱部14を交互に通過することにより、昇温と冷却を繰返すが、これにより混合ガスは一定の温度範囲内に制御される。
【0040】
ここで、図4は、この発明に係る触媒式流体加熱装置における混合ガスの温度の変化を示す線図である。この線図は、前記構成の触媒燃焼式流体加熱装置において、空気比1.2及び1.1の混合ガスを、発熱量に換算して、8.14kw供給した場合について、前記ガス通路2の流路方向長さを横軸に、混合ガス温度を縦軸にとって示すものである。なお、この図4において、横軸上の黒塗り四角部分は触媒部11,21の配置範囲であり、横軸上の白抜きの四角部分は、伝熱部14,31の設置範囲である。図4に示すように、この発明の触媒燃焼式流体加熱器においては、低い空気比の混合ガスを供給しても、触媒部の温度は全て触媒の耐熱温度以下であり、従来不可能とされていた通常の燃焼装置と同様の空気比の混合ガスを、触媒に劣化や焼損を生じること無く安定して燃焼している。
【0041】
前記第一実施例において、燃焼伝熱部10における触媒部11と隔壁3、および外壁5との間には、セラミックなどの適宜の断熱部材を利用した断熱層12,13を介在させてあり、また、ガス処理部20における触媒部21と隔壁3、および外壁5との間には、断熱層22,23を介在させてある。このように、各触媒部11,21に断熱層12,13,22,23を介在することにより、各触媒部11,21における放熱を極力抑制して熱の授受を燃焼によるもののみとし、前記混合ガスを断熱状態で反応させることにより、この反応状態を安定させる。すなわち、被加熱流体等への伝熱による触媒部11,21の温度変化を抑制し、触媒反応を極力安定させている。
【0042】
つぎに、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第二実施例について図5を参照しながら説明する。なお、図5は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第二実施例の構成を示す説明図である。図示する第二実施例は、ガス通路2の外側を流体流路1が取り囲むように構成したものである。この構成によると、ガス通路2内において発生した熱は、排気と共に排出される分を除けば、すべてガス通路2の外側に位置する流体通路1内の被加熱流体に伝熱されるため、外部への放熱が少なく、熱効率が向上する。
【0043】
さらに、この発明の各実施例においては、流体通路1とガス通路2とを隔壁3で区画して、一方の通路が他方の通路の周囲を取り巻く構成としてあるが、この発明においては、流体通路の外周をガス通路が取り巻き、さらにその外周を流体通路が取り巻くように構成してもよい。
さらに、以上の各実施例に示す流体加熱装置は、一本の伝熱管を使用した所謂モノチューブ形式のものであるが、複数の伝熱管を各端部においてヘッダで連結した、所謂多管式流体加熱装置として適用することも可能である。
さらに、以上の各実施例における伝熱部14,ならびに熱回収部30は、伝熱フィン15,31を周方向に半ピッチずらせて配置したものとしているが、同じピッチで配置したものでもよい。この場合、前記熱回収部30における伝熱フィン31は、熱回収部30全長にわたる長いものを使用でき、部品点数および組付け工数を削減できる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る蒸気ボイラによれば、被加熱流体が流通する流体通路と、燃料と空気との混合ガスが流通するガス通路とを隔壁によって区画し、前記ガス通路内に、触媒部と、前記隔壁に接触させた伝熱部とを混合ガスの流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱部を備えた構成によって、混合ガスは、触媒部での燃焼による温度上昇と、伝熱部での被加熱流体への伝熱による温度低下を繰り返しながら、ガス通路内を流通するため、空気比の低い混合ガスであっても、触媒部に焼損や溶融を生じること無く、安定した定常燃焼が可能になる。また、前記流体通路および前記ガス通路を二重筒状に形成しているので、構成が簡素な蒸気ボイラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第一実施例の構成を示す説明図である。
【図2】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置における触媒部の構成例を示す説明図である。
【図3】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置における伝熱部の構成例を示す説明図である。
【図4】この発明に係る触媒式流体加熱装置における混合ガスの温度の変化を示す線図である。
【図5】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第二実施例の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 流体通路
2 ガス通路
3 隔壁
10 燃焼伝熱部
11 触媒部
12 断熱層
14 伝熱部
15 伝熱フィン(伝熱部材)
20 排ガス処理部
21 触媒部
30 熱回収部
31 伝熱フィン(伝熱部材)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention heats a heated fluid by catalytic combustion.Steam boilerIt is about.
[0002]
[Prior art]
With the recent increase in environmental problems, social demands for reducing air pollutant emissions from automobiles, industrial machinery, etc. have become more stringent, especially for NOx. Various measures for reducing air pollutants have been proposed, and one of them is the catalytic combustion method. This catalytic combustion method has an advantage that the combustion temperature can be lowered without increasing the CO generation amount and the NOx generation amount can be reduced by utilizing the catalyst surface reaction.
[0003]
In general, in a catalytic combustion apparatus, a mixed gas having a relatively high air ratio (about 2 to 4) is supplied. This is because the theoretical adiabatic flame temperature depends on the air ratio, and the lower the air ratio, the higher the flame temperature, and the catalyst burns all the fuel. This is because the heat resistance temperature of the catalyst is exceeded.
[0004]
Therefore, conventionally, the calorific value is small relative to the volume of the mixed gas to be supplied, and the improvement of the efficiency of the fluid heating device using such a catalytic combustion device, in other words, the achievement of downsizing has been hindered.
[0005]
Further, in such a catalytic combustion apparatus, the reaction flow path of the catalyst is short, so that unburned fuel components (CO, HC, etc.) may be discharged.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is that combustion at a low air ratio is possible, no unburned portion is discharged, and high output is achieved.Steam boilerIs to provide. In other words, by controlling the reaction temperature (combustion temperature) at the catalyst part, even in the case of a mixed gas with a low air ratio, a stable combustion state is maintained by preventing burning and dissolution due to overheating of the catalyst. It is to achieve low CO of combustion exhaust gas.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
This inventionA cylindrical partition wall and a cylindrical outer wall provided outside the partition wall, and formed in a fluid passage through which a fluid to be heated flows inside or between the partition wall and the outer wall; Forming between the outer walls or the inside of the partition wall in a gas passage through which a mixed gas of fuel and air flows, connecting a water supply pipe and a steam pipe to the fluid passage,In the gas passage 2, the above-described problems are solved by a configuration including a combustion heat transfer portion in which a catalyst portion and a heat transfer portion in contact with the partition wall are alternately arranged in the flow direction of the mixed gas. Is.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid heating apparatus that heats a fluid to be heated by catalytic combustion. The fluid heating device as used in the present invention refers to the entire device for heating fluid such as a steam boiler, hot water boiler, hot air generator, etc., and includes those in which the fluid to be heated changes in phase, such as a steam boiler. It is out. Therefore, the fluid to be heated in the present invention refers to a liquid such as water or a gas such as air.
[0011]
In the catalytic combustion type fluid heating apparatus of the present invention, a fluid passage through which a fluid to be heated circulates and a gas passage through which a mixed gas of fuel and air circulates are partitioned by a partition, and a catalyst portion is provided in the gas passage. And the heat-transfer part made to contact with a partition is the structure provided with the combustion heat-transfer part formed by arrange | positioning alternately in the distribution direction of mixed gas. According to this configuration, the temperature of the mixed gas rises due to the catalytic reaction in the catalyst part, but immediately flows into the heat transfer part, and after heat exchange with the fluid to be heated and the partition wall, the temperature is lowered, It flows into the next catalyst part. By repeating this, the mixed gas having a low air ratio can be burned without overheating the catalyst portion.
[0012]
For this reason, in the present invention, the catalyst part constituting the combustion heat transfer part is configured to be at least shorter than the downstream catalyst part and set to have a low catalyst density, and each catalyst part in the combustion heat transfer part is The length, density, type of catalyst, and the like are set according to the oxygen concentration of the inflowing mixed gas and the fuel concentration so that the catalyst portion has a heat resistant temperature or lower. The density of the catalyst part is the area of the catalyst reaction surface per unit volume.
Here, in the first-stage catalyst portion on the most upstream side, a mixed gas having a low air ratio and high fuel concentration and oxygen concentration flows in, so that the temperature rapidly increases due to the catalytic reaction. Further, when the mixed gas flows into the next catalyst part, the fuel concentration and the oxygen concentration are reduced by combustion in the upstream catalyst part. Therefore, as described above, overheating of the catalyst portion is prevented by setting the length of the first-stage catalyst portion on the most upstream side short. Furthermore, as described above, the catalyst density per volume is increased in the downstream catalyst portion, or the catalyst portion is set longer in the flow direction of the mixed gas, so that a predetermined temperature is maintained. Further, in the heat transfer section, heat transfer from the mixed gas reacted in the previous catalyst section is performed to a temperature slightly higher than the catalyst activation temperature in the next catalyst section. Here, the catalyst activation temperature is a temperature at which the catalyst is activated to start a catalytic reaction and maintain this reaction.
[0013]
As described above, in the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention, the temperature of the mixed gas is changed to the temperature of the catalyst unit by alternately repeating the temperature increase by the catalyst unit of each stage and the temperature decrease by the heat transfer unit. Control between the heat-resistant temperature and the temperature at which catalytic activity is exhibited.
[0014]
Furthermore, the catalytic combustion type fluid heating apparatus of the present invention has a configuration in which a gas processing unit including a catalyst unit is provided on the downstream side of the combustion heat transfer unit in the gas passage. Even if unburned fuel (hydrocarbon) or CO is generated in the combustion heat transfer section on the upstream side, the gas processing section is completely burned by the catalyst section of the gas processing section and prevents these emissions. . In short, the gas processing unit reacts the remaining fuel depending on how much the fuel in the mixed gas is reacted in the combustion heat transfer unit, and thereafter, the unburned fuel (hydrocarbon) and CO The length, density, type of catalyst, etc. of the catalyst part are set so as to prevent the discharge of etc. In this case, as will be described later, it is preferable to provide a heat recovery unit downstream of the gas processing unit and further recover the heat from the mixed gas from the gas processing unit.
[0015]
Furthermore, the catalytic combustion type fluid heating device of the present invention includes a heat recovery unit including a heat transfer member connected to the partition wall on the downstream side of the combustion heat transfer unit in the gas passage, and the catalyst unit. Alternatively, heat recovery is further performed from the combustion gas reacted in the gas processing section.
[0016]
Here, in the present invention, as described above, the catalyst parts and the heat transfer parts are alternately arranged, but the number of both is not necessarily the same. That is, the case where the catalyst part is arranged on the most upstream side and the most downstream side of the combustion heat transfer part is included. In this case, it is preferable to provide the above-described gas processing section and heat recovery section on the downstream side of the combustion heat transfer section.
[0017]
In each of the above catalyst parts, by interposing a heat insulating layer between the catalyst part and the partition wall, heat transfer in the catalyst part is prevented, and the catalyst reaction and the temperature increase due to this reaction can be easily controlled. This heat insulating layer is preferably composed of a general heat resistant heat insulating material such as ceramic or refractory mortar. The catalyst reaction surface is not formed on the peripheral surface of the catalyst portion facing the partition wall, and a gap is provided between the catalyst portion and the partition wall so that the catalyst portion and the partition wall are thermally blocked by this space. Good.
[0018]
Here, in the catalytic combustion type fluid heating apparatus of the present invention, each of the catalyst parts of the combustion heat transfer part and the gas processing part is composed of the catalyst itself, the catalyst is directly or directly on the member made of an appropriate material. Including those supported by a support layer. The catalyst used in this catalyst part is, for example, a noble metal such as Ag, Pt, Pd or the like having high low-temperature activity and a mixture of these with rare earth elements such as Ce, La, Y. A catalyst having low low-temperature activity such as composite oxide or SiC (silicon carbide) can also be used. Such a catalytic substance is supported on the surface of a structure such as a honeycomb shape or a pellet shape to form a catalytic reaction surface on the surface. At this time, the structure is made of alumina, silica, or a composite oxidation thereof. In the case of ceramic materials such as materials, it is directly supported on the surface, and when the structure is a metal material such as stainless steel, the surface is made of alumina, silica, or a composite oxide thereof. A catalyst carrier layer is formed and supported on the catalyst carrier layer. Here, the structure is preferably made of a material having high temperature durability such as a heat-resistant metal material such as stainless steel or a ceramic material such as SiN (silicon nitride) or cordierite.
[0019]
The catalyst part has a flow gap for flowing the mixed gas and contacting with the catalyst. The flow gap has a honeycomb shape having a large number of through holes such as a triangle, a quadrangle, a hexagon, and a circular cross section. In addition to the above-described ones, those formed by laminating corrugated sheets and flat plates having appropriate cross sections and those formed by arranging a large number of fin-like members are included. Here, the catalyst part in the combustion heat transfer part sets the area of the catalyst reaction surface and the amount and density of the supported catalyst so that the fuel in the mixed gas is completely combusted. When providing a part, it sets so that it may burn completely before leaving a gas processing part.
[0020]
In the catalytic combustion type fluid heating apparatus of the present invention, the heat transfer member constituting the heat transfer section and the heat recovery section performs heat transfer from the high-temperature mixed gas in the gas passage to the heated fluid via the partition wall. Therefore, it attaches at least with respect to a partition. This heat transfer member is a fin-shaped member, a honeycomb-shaped member as described above, or a member formed by laminating corrugated plates and flat plates.
[0021]
The heat recovery unit may be not only provided in a single stage in the gas passage, but also in a multi-stage arrangement in the gas passage in the flow direction of the mixed gas.
[0022]
Here, in this invention, the said partition is comprised as a heat exchanger tube which provided the fluid channel | path inside, for example, and the smoke tube which provided the gas channel | path inside. Furthermore, the fluid passage and the gas passage are not limited to one system as long as they are partitioned by a partition wall. For example, even if a plurality of sets of fluid passages and gas passages partitioned by partition walls are arranged, the partition walls may be configured in multiple cylinder shapes, and the gaps may be used as fluid passages and gas passages. . In the former case, each end of the plurality of fluid passages can be connected to a common flow path such as a header, and can be applied as a so-called multi-tubular fluid heating device. In the latter case, one passage alternately surrounds the other passage. Further, the flow direction of the mixed gas in the gas passage and the heated fluid in the fluid passage may be the same direction or the opposite direction. In particular, when a mixed gas with a low air ratio is burned, if the mixed gas and the fluid to be heated flow in the same direction, the mixed gas can be cooled by the cold fluid to be heated via the heat transfer member, so that the catalyst portion deteriorates The heat transfer member can be reduced in size.
[0023]
In this invention, mixed gas refers to the whole mixture of fuel and combustion air, and fuel includes not only gaseous fuel but also liquid fuel. In the case of gaseous fuel, it is supplied while being mixed with combustion air in a mixed gas previously mixed with combustion air or with a flow path upstream of the catalyst unit. In the case of the liquid fuel, the fuel vaporized or finely divided by a known means is handled in the same way as the gaseous fuel. In the present invention, in order to perform catalytic combustion, it is preferable that the fuel and the combustion air are mixed before reaching the catalytic reaction surface in the catalyst portion. Therefore, the gaseous fuel or the vaporized liquid fuel is mixed gas. It is preferable to supply in the form.
[0024]
【Example】
Hereinafter, a first embodiment in which the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention is applied to a steam boiler will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the first embodiment of the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention, and FIG. 2 shows the configuration example of the catalyst section in the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention. FIG. 3 is an explanatory view showing a structural example of the heat transfer section in the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention, and FIG. 4 shows the temperature change of the mixed gas in the catalytic fluid heating apparatus according to the present invention. FIG.
[0025]
The first embodiment shown in FIG. 1 is a specific example in which the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention is a steam boiler, and the fluid to be heated is water. A partition wall 3 partitions a fluid passage 1 through which the fluid to be heated flows and a gas passage 2 through which a mixed gas of fuel and air and exhaust gas generated by combustion of the mixed gas circulate. The gas passage 2 in the first embodiment has a shape surrounding the fluid passage 1. That is, the partition wall 3 is configured as a heat transfer tube, water is supplied to the inside thereof, and a mixed gas is supplied to the outside for combustion. Further, the gas passage 2 is blocked from the outside by an outer wall 5. That is, the gas passage 2 is arranged so as to surround the outside of the fluid passage 1. Therefore, the fluid passage 1 and the gas passage 2 are partitioned by the partition wall 3, and the gas passage 2 is a space closed by the partition wall 3 and the outer wall 5.
[0026]
A water supply pipe 7 from a known water supply means (not shown) is connected to the upstream end (lower side in FIG. 1) of the fluid passage 1. On the other hand, a steam pipe 8 is connected to the downstream end (upper side in FIG. 1) of the fluid passage 1, and steam is supplied from the steam pipe 8 to a predetermined steam-using device.
[0027]
In the gas passage 2, there is provided a combustion heat transfer section 10 in which the catalyst section 11 and the heat transfer section 14 brought into contact with the partition wall 3 are alternately arranged in a plurality of stages in the mixed gas flow direction. It is. The flow direction of the mixed gas in the first embodiment is from the bottom to the top in FIG. 1, and is the same as the flow direction of the fluid to be heated. The catalyst unit 11 includes a large number of mixed gas flow gaps 18 (see FIG. 2), and a catalyst is supported on the wall surface of each flow gap 18.
[0028]
As shown in FIG. 2, the catalyst unit 11 in the first embodiment of the present invention has a configuration in which a corrugated plate-like member 16 and a flat belt-like member 17 are simultaneously wound in a spiral shape. The corrugated plate-like member 16 and the flat belt-like member 17 are configured to carry a catalyst. Of the catalyst units 11 constituting the combustion heat transfer unit 10, at least the first-stage catalyst unit 11 on the most upstream side is shorter than the other catalyst units 11 and the catalyst density is set low. This is because, on the most upstream side, a mixed gas having a low air ratio, high fuel concentration and high oxygen concentration flows in, and the temperature rapidly increases due to the catalytic reaction. Set the catalyst density low. Further, when the mixed gas flows into the next catalyst part, the concentrations of fuel and oxygen are reduced by combustion in the upstream catalyst part. Therefore, the length of the catalyst unit 11 is changed according to the oxygen concentration, the fuel concentration, and the temperature of the mixed gas flowing from the upstream side so that each catalyst unit 11 heated by the catalytic reaction of the mixed gas has a heat resistant temperature or less. The density, the type of catalyst, etc. are set. At this time, the catalyst density per volume of the downstream catalyst unit 11 is increased or the length of the catalyst unit 11 is set longer in the mixed gas flow direction. Thus, a predetermined temperature is maintained.
[0029]
On the other hand, the heat transfer section 14 flows in the high-temperature combustion gas from the catalyst section 11 and transfers heat held by the combustion gas to the fluid to be heated in the fluid flow path 1 through the partition wall 3. It is. The heat transfer section 14 transfers heat from the mixed gas reacted in the upstream (upstream side) catalyst section 11 to a temperature slightly higher than the catalyst activation temperature in the subsequent stage (rear stream side) catalyst section 11. Here, the catalyst activation temperature is a temperature at which the catalyst is activated to start a catalytic reaction and maintain this reaction.
[0030]
For example, as shown in FIG. 3, the heat transfer section 14 is configured by a large number of heat transfer fins 15 extending radially from the outer surface of the partition wall 3. In this first embodiment, the heat transfer portions 14 of each stage have the same arrangement pitch in the circumferential direction of the heat transfer fins 15 of the adjacent heat transfer portions 14 when viewed from the axial direction of the partition wall (heat transfer tube 3). And the heat transfer fin 15 of the other heat transfer section 14 is positioned between the heat transfer fins 15 of the one heat transfer section 14, and the temperature in the radial section of the catalyst section 11 on the downstream side The distribution is reduced.
[0031]
A gas processing unit 20 is provided on the downstream side of the combustion heat transfer unit 10 described above. In the illustrated embodiment, the gas processing unit 20 has three stages of catalyst units 21 having the same configuration as described above. The difference between the catalyst unit 21 in the gas processing unit 20 and the catalyst unit 11 of the combustion heat transfer unit 10 is set relatively long in the flow direction of the mixed gas in the gas passage 2 to increase the density of the catalyst. It is a point. That is, in the gas processing unit 20, the fuel in the mixed gas is consumed by the catalytic reaction in the upstream combustion heat transfer unit 10 and flows in as a mixed gas having a low oxygen concentration. Therefore, in the gas processing unit 20 as well, the catalyst surface 21 on the downstream side is made smaller in the equivalent diameter of the flow gap 18 to increase the catalyst surface area per unit volume, or the length of the mixed gas in the flow direction is set longer. For example, even a mixed gas with a low oxygen concentration can increase the calorific value and can be reliably burned.
[0032]
A heat recovery unit 30 having the same configuration as the heat transfer unit 14 in the combustion heat transfer unit 10 is provided on the downstream side of the gas processing unit 20.
[0033]
Now, the operation of the catalytic combustion type fluid heating apparatus having the above configuration will be described.
First, at least the catalyst unit 11 of the combustion heat transfer unit 10 is preheated by appropriate preheating means. As described above, this preheating means heats the catalyst part 11 itself, or heats it by supplying high-temperature air. Then, the supply of the mixed gas to the gas passage 2 is started in a state where the temperature at which the catalytic reaction can be started is reached. This mixed gas is considerably lower than an air ratio (about 2 to 5) of a mixed gas used in a general catalytic combustion apparatus, and an air ratio (1 to 1... Of a mixed gas used in a general flame combustion apparatus. About 5). In a conventional combustion apparatus that performs combustion only by a catalytic reaction without performing combustion by a flame, in order to avoid burning and melting of the catalyst, such a mixed gas having a low air ratio is not supplied.
[0034]
Since the catalyst unit 11 of the combustion heat transfer unit 10 has already been preheated and has been heated to a temperature at which catalytic combustion is possible, the combustion reaction starts immediately upon arrival of the mixed gas. The mixed gas is discharged as a high-temperature gas while passing through the catalyst unit 11 by catalytic combustion. After the catalytic combustion starts, the temperature of the catalyst part 11 and the high temperature gas from the catalyst part 11 rises. Further, in the combustion heat transfer section 10, the catalyst density per volume in the upstream catalyst section 11 is set so that the downstream catalyst density is small or the flow path length is set short. The mixed gas flows out from the catalyst unit 11 before reaching the heat resistant temperature of the catalyst 11. And the mixed gas which became high temperature by the catalytic reaction in this catalyst part 11 flows in into the heat-transfer part 14 of the next stage.
[0035]
In the heat transfer section 14, the heat of the high-temperature mixed gas is transferred to the heated fluid in the fluid passage 1 through the heat transfer fins 15 and the partition walls 3, so that the temperature of the mixed gas rapidly decreases. The temperature drop of the mixed gas due to heat transfer at this time is a temperature at which the catalytic reaction can be sufficiently started when the mixed gas flows into the next catalyst portion 11.
[0036]
And the mixed gas which flowed in the catalyst part 11 of the next stage starts a catalytic reaction immediately, and the temperature rises. Here, the mixed gas that has flowed into the catalyst unit 11 consumes fuel due to the catalytic reaction in the catalyst unit 11 on the upstream side, and the fuel concentration and the oxygen concentration are reduced. For this reason, the catalyst density per volume of the catalyst unit 11 is increased, or the flow path length is set long to continue the reaction, and the mixed gas temperature at the outlet of the catalyst unit 11 is kept high. This temperature is lower than the heat-resistant temperature of the catalyst part 11 as described above. And the mixed gas which became high temperature by the catalytic reaction in this catalyst part 11 flows in into the heat-transfer part 14 of the next stage further.
As described above, while repeating the catalytic reaction and heat transfer, the mixed gas is burned and the heated fluid is heated.
[0037]
Further, the mixed gas flowing out from the combustion heat transfer unit 10 flows into the gas processing unit 20. In the catalyst unit 21 of the gas processing unit 20, the residence time in the catalyst unit 21 is lengthened by setting the gas mixture in the flowing direction of the mixed gas to completely react the unburned portion. That is, most of the fuel reacts in the upstream catalyst section 11, and the amount of fuel in the mixed gas in the gas processing section 20 is very small. Further, in the gas processing unit 20, the catalyst density per volume is increased toward the downstream side, and the unburned portion is completely burned by this.
[0038]
Further, the mixed gas obtained by completely reacting the unburned portion in the gas processing unit 20 flows into the heat recovery unit 30 as high-temperature exhaust gas. This exhaust gas is heated by the catalytic reaction in the gas processing unit 20. The degree of the temperature rise is due to the reaction of the unburned portion in the gas processing unit 20, and thus the temperature rise is not as high as that of the combustion heat transfer unit 10, but the heat including the heat generated at this time is heated. The recovery unit 30 further performs heat transfer to the fluid to be heated. And the mixed gas which became low temperature by this heat transfer is discharged | emitted. Up to the gas processing unit 20, the heated fluid in the fluid passage 1 performs sufficient heat transfer and becomes steam.
[0039]
As described above, according to the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention, in the combustion heat transfer section 10, the fuel in the mixed gas is reacted in multiple stages in an adiabatic state and disposed between the catalyst sections 11. By transferring heat to the object to be heated by the heat transfer section 14, even if the mixed gas has a low air ratio, excessive rise of the catalyst section 14 is suppressed, and stable combustion without causing burning or melting of the catalyst section 11. Heat transfer can be performed while performing. At this time, the mixed gas passes through the catalyst unit 11 and the heat transfer unit 14 alternately, thereby repeatedly raising the temperature and cooling. However, the mixed gas is controlled within a certain temperature range.
[0040]
Here, FIG. 4 is a diagram showing a change in the temperature of the mixed gas in the catalytic fluid heating apparatus according to the present invention. This diagram shows the case where the mixed gas having an air ratio of 1.2 and 1.1 is converted into a calorific value and supplied in an amount of 8.14 kw in the catalyst combustion type fluid heating apparatus having the above-described configuration. The length in the flow path direction is shown on the horizontal axis and the mixed gas temperature is shown on the vertical axis. In FIG. 4, the black squares on the horizontal axis are the arrangement ranges of the catalyst units 11 and 21, and the white squares on the horizontal axis are the installation ranges of the heat transfer units 14 and 31. As shown in FIG. 4, in the catalytic combustion type fluid heater of the present invention, even if a mixed gas with a low air ratio is supplied, the temperature of the catalyst part is all below the heat-resistant temperature of the catalyst, which is impossible in the past. The mixed gas having the same air ratio as that of the conventional combustion apparatus is stably burned without causing deterioration or burning of the catalyst.
[0041]
In the first embodiment, between the catalyst part 11 and the partition wall 3 and the outer wall 5 in the combustion heat transfer part 10, heat insulating layers 12 and 13 using appropriate heat insulating members such as ceramics are interposed, Further, heat insulating layers 22 and 23 are interposed between the catalyst unit 21 and the partition wall 3 and the outer wall 5 in the gas processing unit 20. As described above, by interposing the heat insulating layers 12, 13, 22, and 23 in the respective catalyst portions 11 and 21, heat radiation in each of the catalyst portions 11 and 21 is suppressed as much as possible so that heat is transferred only by combustion. This reaction state is stabilized by reacting the mixed gas in an adiabatic state. That is, the temperature change of the catalyst parts 11 and 21 due to heat transfer to the fluid to be heated is suppressed, and the catalytic reaction is stabilized as much as possible.
[0042]
Next, a second embodiment of the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the second embodiment of the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention. In the second embodiment shown in the figure, the fluid passage 1 surrounds the outside of the gas passage 2. According to this configuration, all of the heat generated in the gas passage 2 is transferred to the heated fluid in the fluid passage 1 located outside the gas passage 2 except for the amount discharged together with the exhaust gas. Radiates less heat and improves thermal efficiency.
[0043]
Furthermore, in each embodiment of the present invention, the fluid passage 1 and the gas passage 2 are divided by the partition wall 3 so that one passage surrounds the other passage. In the present invention, the fluid passage 1 Alternatively, the gas passage may surround the outer periphery, and the fluid passage may surround the outer periphery.
Furthermore, the fluid heating device shown in each of the above embodiments is of a so-called monotube type using a single heat transfer tube, but a so-called multi-tube type in which a plurality of heat transfer tubes are connected at each end with a header. It is also possible to apply as a fluid heating device.
Further, the heat transfer section 14 and the heat recovery section 30 in each of the above embodiments are arranged with the heat transfer fins 15 and 31 shifted by a half pitch in the circumferential direction, but may be arranged at the same pitch. In this case, the heat transfer fins 31 in the heat recovery unit 30 can use long ones over the entire length of the heat recovery unit 30, and the number of parts and assembly man-hours can be reduced.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the steam boiler according to the present invention, the fluid passage through which the fluid to be heated flows and the gas passage through which the mixed gas of fuel and air flows are partitioned by the partition wall, The temperature of the mixed gas rises due to combustion in the catalyst unit by the configuration including the combustion heat transfer unit in which the catalyst unit and the heat transfer unit brought into contact with the partition wall are alternately arranged in the flow direction of the mixed gas. Since the gas passage is circulated while repeating the temperature drop due to heat transfer to the fluid to be heated in the heat transfer section, even if it is a mixed gas with a low air ratio, it does not cause burning or melting in the catalyst section. Stable steady combustion is possible.Further, since the fluid passage and the gas passage are formed in a double cylinder shape, a steam boiler with a simple configuration can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a first embodiment of a catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of a catalyst unit in the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing a configuration example of a heat transfer section in the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a change in the temperature of the mixed gas in the catalytic fluid heating apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a configuration of a second embodiment of the catalytic combustion type fluid heating apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Fluid passage
2 Gas passage
3 Bulkhead
10 Combustion heat transfer section
11 Catalyst part
12 Insulation layer
14 Heat transfer section
15 Heat transfer fin (heat transfer member)
20 Exhaust gas treatment section
21 Catalyst part
30 Heat recovery unit
31 Heat transfer fin (heat transfer member)

Claims (1)

筒状の隔壁3と、この隔壁3の外側に設けられる筒状の外壁5とを備え、前記隔壁3の内側または前記隔壁3および前記外壁5の間を被加熱流体が流通する流体通路1に形成する一方、前記隔壁3および前記外壁5の間または前記隔壁3の内側を燃料と空気との混合ガスが流通するガス通路2に形成し、前記流体通路1に給水配管7および蒸気配管8を接続し、前記ガス通路2内には触媒部11と前記隔壁3に接触させた伝熱部14とを前記混合ガスの流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱部10を備えたことを特徴とする蒸気ボイラ A tubular partition wall 3 and a cylindrical outer wall 5 provided outside the partition wall 3, and a fluid passage 1 through which a fluid to be heated flows inside the partition wall 3 or between the partition wall 3 and the outer wall 5. On the other hand, a gas passage 2 through which a mixed gas of fuel and air flows is formed between the partition wall 3 and the outer wall 5 or inside the partition wall 3, and a water supply pipe 7 and a steam pipe 8 are provided in the fluid path 1. And a combustion heat transfer section 10 in which the catalyst section 11 and the heat transfer section 14 brought into contact with the partition wall 3 are alternately arranged in the flow direction of the mixed gas. A featured steam boiler .
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