JP5194646B2 - Purification device and boiler - Google Patents
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Description
この発明は、燃焼機器から発生される燃焼ガス中のNOxを抑制しつつCOを削減することが可能な浄化装置及びボイラに関する。 The present invention relates to a purification device and a boiler capable of reducing CO while suppressing NOx in combustion gas generated from combustion equipment.
従来、ボイラ等の燃焼機器から発生する燃焼ガスを排出又は次工程に移送する場合、燃焼ガスに含まれるCO、NOxを所定の数値(例えば、規制値等)以下とすることが必要な場合がある。
CO、NOxを所定の数値まで削減するにあたっては、燃焼ガスを触媒に通過させて、燃焼ガスに含有されるCO、NOxを酸化、還元してこれらを除去することが行われている。
Conventionally, when combustion gas generated from combustion equipment such as a boiler is discharged or transferred to the next process, it may be necessary to set CO and NOx contained in the combustion gas to be equal to or less than predetermined numerical values (for example, regulation values). is there.
In reducing CO and NOx to a predetermined value, the combustion gas is passed through a catalyst, and CO and NOx contained in the combustion gas are oxidized and reduced to remove them.
このように、燃焼ガスに含まれるNOx、COを、触媒を用いて削減するための技術として、燃料に対する空気比を1.0近傍の狭い範囲に制御して燃焼させて、その燃焼ガスを触媒に通過させることにより、NOx、COを除去する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 As described above, as a technique for reducing NOx and CO contained in the combustion gas using a catalyst, the air ratio to the fuel is controlled to be in a narrow range near 1.0 and the combustion gas is burned. Has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).
また、燃焼ガスに含まれるNOx、COを、NOxの還元を促進するNOx還元触媒やCOの酸化を促進するCO酸化触媒を用いて削減する技術として、燃料に対する空気比(化学量論的値)を1.0よりも小さくしてNOx還元触媒を通過する際のCO含有量を高くすることにより、NOx還元触媒を通過する燃焼ガス中のNOx量を過剰COにより目標値以下まで還元させ、その後、燃焼ガスに酸素を付加してCO酸化触媒にてCOを除去する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、燃焼ガスを触媒に通過させるという簡単な構造でNOx及びCOが除去可能である一方で、燃料に対する空気比の複雑な制御が必要であり、燃料に対する空気比が1.0より小さい側にばらついた場合、COの充分な除去が困難であるという問題がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, NOx and CO can be removed with a simple structure in which the combustion gas is passed through the catalyst. On the other hand, complicated control of the air ratio with respect to the fuel is required. When the air ratio varies to a side smaller than 1.0, there is a problem that it is difficult to sufficiently remove CO.
一方、特許文献2に記載された技術では、触媒を通過する排気ガスが高温であるためにPt等の高価な貴金属を多量に用いた触媒の寿命が短く、CO含有量の制御が複雑であり、燃料に対する空気比が1.0以上にばらついた場合には、NOxが充分に削減されずに残留する。
また、特許文献2に記載された技術では、燃料に対する空気比が1.0より小さいために不完全燃焼によるHCが残留し、燃料が無駄になるという省エネルギーの観点からも問題がある。
On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, since the exhaust gas passing through the catalyst is high temperature, the life of the catalyst using a large amount of expensive noble metal such as Pt is short, and the control of the CO content is complicated. When the air to fuel ratio varies to 1.0 or more, NOx remains without being sufficiently reduced.
Further, the technique described in Patent Document 2 has a problem from the viewpoint of energy saving that HC due to incomplete combustion remains and the fuel is wasted because the air ratio to fuel is smaller than 1.0.
さらに、特許文献2に記載の技術では、NOx還元触媒での還元反応で生成されたN中間体が、NOx還元触媒後の高温雰囲気下やCO酸化触媒上で酸化されて再びNOxとなる場合や、燃焼雰囲気下において生成されたN中間体が燃焼ガスの通過経路の高温雰囲気下やCO酸化触媒上で酸化されてNOxを増大する可能性があるという問題がある。 Furthermore, in the technique described in Patent Document 2, the N intermediate produced by the reduction reaction with the NOx reduction catalyst may be oxidized again in the high temperature atmosphere after the NOx reduction catalyst or on the CO oxidation catalyst to become NOx again. In addition, there is a problem that the N intermediate produced in the combustion atmosphere may be oxidized in a high temperature atmosphere in the passage path of the combustion gas or on the CO oxidation catalyst to increase NOx.
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ボイラをはじめとする燃焼機器から発生する燃焼ガス中のNOxの生成を抑制しつつ、COを低減、除去するための浄化装置及びこの浄化装置を用いたボイラを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and a purification device for reducing and removing CO while suppressing generation of NOx in combustion gas generated from combustion equipment such as a boiler, and It is providing the boiler using this purification apparatus .
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項1記載の発明は、燃焼により発生した燃焼ガスに含まれるCOを削減するための浄化装置であって、前記燃焼ガスが移動可能な通気路と、前記通気路に配置され、前記燃焼ガスが通過可能とされるCO酸化触媒と、前記通気路における前記CO酸化触媒の上流側に配置され前記燃焼ガスを冷却する冷却手段と、前記通気路における前記冷却手段の上流側に配置され、前記燃焼ガスが通過可能とされるNOx還元触媒を備えていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 is a purification device for reducing CO contained in combustion gas generated by combustion , wherein the combustion gas is disposed in the ventilation path, and the combustion gas is movable. Is disposed on the upstream side of the CO oxidation catalyst in the ventilation path and cools the combustion gas, and is disposed on the upstream side of the cooling means in the ventilation path, A NOx reduction catalyst that allows combustion gas to pass therethrough is provided .
この発明に係る浄化装置によれば、CO酸化触媒の上流側に冷却手段が配置されていて燃焼ガスを冷却して温度を低下させるので、燃焼時に生成されたN中間体が通気路の雰囲気下やCO酸化触媒上において酸化されるのが抑制される。その結果、NOxの増加を抑制しつつCOを削減することができる。 According to the purification apparatus of the present invention, the cooling means is disposed upstream of the CO oxidation catalyst, and the combustion gas is cooled to lower the temperature. And oxidation on the CO oxidation catalyst is suppressed. As a result, CO can be reduced while suppressing an increase in NOx.
また、冷却手段の上流側にNOx還元触媒が配置されているので、燃焼ガスに含有されるNOxが還元、削減される。
また、NOx還元触媒後の燃焼ガスが冷却されて温度が低下しているので、NOx還元触媒後の通気路におけるN中間体の生成が抑制されるとともに、CO酸化触媒におけるN中間体の酸化によるNOxの生成が抑制される。
Further, since the NOx reduction catalyst is arranged on the upstream side of the cooling means, NOx contained in the combustion gas is reduced and reduced.
Further, since the combustion gas after the NOx reduction catalyst is cooled and the temperature is lowered, the generation of the N intermediate in the air passage after the NOx reduction catalyst is suppressed, and the N intermediate in the CO oxidation catalyst is oxidized. Generation of NOx is suppressed.
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の浄化装置であって、前記冷却手段は、前記燃焼ガスの温度を調整可能に構成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, a purification device according to claim 1, wherein the cooling means is characterized by being adjustable arrangement the temperature of the combustion gases.
この発明に係る浄化装置によれば、冷却手段が、燃焼ガスの温度を調整可能に構成されているので、燃焼ガスがCO酸化触媒を通過する際の温度を、例えば、NOxの生成が抑制されCOが選択的に酸化される範囲の温度(以下、CO選択酸化反応温度という)とすることができる。
その結果、NOxの生成を抑制しつつ、COを効率的に酸化、除去することができる。
この明細書において、CO選択酸化反応温度とは、図1において符号Eで示す範囲の温度であり、この温度範囲に対応するCO、NOxの濃度は、例えば、CO、NOxの規制値や目標値に基づいて定められる。
According to the purification device of the present invention, since the cooling means is configured to be able to adjust the temperature of the combustion gas, the temperature when the combustion gas passes through the CO oxidation catalyst, for example, the generation of NOx is suppressed. The temperature can be set within a range where CO is selectively oxidized (hereinafter referred to as CO selective oxidation reaction temperature).
As a result, it is possible to efficiently oxidize and remove CO while suppressing the generation of NOx.
In this specification, the CO selective oxidation reaction temperature is a temperature in the range indicated by symbol E in FIG. 1, and the CO and NOx concentrations corresponding to this temperature range are, for example, the regulated values and target values of CO and NOx. It is determined based on.
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の浄化装置であって、前記CO酸化触媒の上流側に、前記燃焼ガスに酸素を含有する気体を導入する酸化補助手段を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the purifying apparatus according to claim 1 or 2 , further comprising an oxidation assisting means for introducing a gas containing oxygen into the combustion gas upstream of the CO oxidation catalyst. It is characterized by that.
この発明に係る浄化装置によれば、CO酸化触媒の上流側に酸化補助手段を備えていて、燃焼ガスに酸素を含有する気体(純酸素を含む)を導入することが可能であるので、CO酸化触媒におけるCOの酸化を効率的に行うことが可能となる。 According to the purification apparatus of the present invention, the auxiliary oxidation means is provided on the upstream side of the CO oxidation catalyst, and it is possible to introduce a gas containing oxygen (including pure oxygen) into the combustion gas. It becomes possible to efficiently oxidize CO in the oxidation catalyst.
請求項4記載の発明は、ボイラであって、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の浄化装置を備えたことを特徴とする。The invention according to claim 4 is a boiler, and is characterized by including the purification device according to any one of claims 1 to 3.
この発明に係るボイラによれば、燃焼ガスに含まれるN中間体が酸化されることによりNOxが生成されるのを抑制しつつ、COを効率的に削減することができる。According to the boiler according to the present invention, CO can be efficiently reduced while suppressing generation of NOx due to oxidation of the N intermediate contained in the combustion gas.
この発明に係る浄化装置及びボイラによれば、NOxの生成を抑制しつつCOを削減することができる。 According to the purification device and the boiler according to the present invention, it is possible to reduce CO while suppressing generation of NOx.
以下、図1から図5を参照し、この発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、燃焼ガスの温度と、その温度におけるCO酸化触媒の後段(下流側)でのCO及びNOxの濃度との関係を示す図である。
図1において、符号Eは、CO選択酸化反応温度であり、NOxの生成を抑制しつつCOを所定の濃度以下とするための温度範囲を示している。
CO選択酸化反応温度Eの上限温度THは、図1においてNOx濃度を表すNOx濃度特性曲線JとNOx濃度の目標値Vにより定まり、CO選択酸化反応温度Eの下限温度TLは、CO濃度を示すCO濃度特性曲線KとCO濃度の目標値Wにより定まる。
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the temperature of combustion gas and the concentration of CO and NOx at the subsequent stage (downstream side) of the CO oxidation catalyst at that temperature.
In FIG. 1, symbol E is a CO selective oxidation reaction temperature, and indicates a temperature range for keeping CO below a predetermined concentration while suppressing the generation of NOx.
The upper limit temperature TH of the CO selective oxidation reaction temperature E is determined by the NOx concentration characteristic curve J representing the NOx concentration in FIG. 1 and the target value V of the NOx concentration, and the lower limit temperature TL of the CO selective oxidation reaction temperature E indicates the CO concentration. It is determined by the CO concentration characteristic curve K and the target value W of the CO concentration.
図2、図3は、第1の実施形態に係る小型貫流式のボイラ10を説明する図であり、図2は縦断面図を、図3は、図2のIII−III線に沿う横断面図を示している。
ボイラ10は、筐体11と、缶体12と、バーナ16と、燃焼ガス排出管17と、送風手段18とを備えており、燃焼ガス排出管17により構成される排出路(通気路)17Aには浄化装置30が配置されている。
2 and 3 are views for explaining the small once-through
The
缶体12は、水管群13と、水管群13の下方に位置する下部管寄せ14Aと、水管群13の上方に位置する上部管寄せ14Bとを備え、水管群13は、複数の内側水管13A及び複数の外側水管13Bから構成され、水管群13には燃焼ガス通路12Gが形成され、内側水管13Aの間を燃焼ガスG2がバーナ16から燃焼ガス排出管17に向かって移動するようになっている。
The
水管群13を構成するそれぞれの内側水管13A及び外側水管13Bは、図2に示すように、下部管寄せ14Aと上部管寄せ14Bとの間に垂直方向に配置されるとともに下部管寄せ14A及び上部管寄せ14Bと通水可能に接続されている。
また、下部管寄せ14Aの上部及び上部管寄せ14Bの下部には、キャスタブル(耐火物)11Aが配置されている。
As shown in FIG. 2, each of the
A castable (refractory) 11A is disposed on the upper portion of the
また、水管群13は、図3に示すように、筐体11と燃焼ガス通路12Gとの間を仕切る水管壁部13Cを有し、水管壁部13Cの内方に内側水管13Aが配列されている。
水管壁部13Cは、バーナ16から燃焼ガス排出管17に向かって配列される外側水管13Bと、隣接する外側水管13B同士、外側水管13Bとバーナ16側の筐体内壁、外側水管13Bと燃焼ガス排出管17側の筐体内壁を、それぞれ連結する連結部材15とから構成され、燃焼ガス通路12Gを挟んで左右1対の配置されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
The
第1の実施形態におけるバーナ16は、水管群13側の面にノズル部16Aを有する箱型に形成されていて、ノズル部16Aには複数のノズル孔が平面状に配列され、送風手段により供給された予混合ガスG1がノズル部16Aに供給されるようになっている。
また、バーナ16は、例えば、圧力センサにより検出された蒸気集合部(図示せず)の圧力に基づいて、燃焼状態(例えば、高燃焼、低燃焼)を制御可能とされている。
図2、図3においてノズル部16Aから水管群13側に示した破線部は、ノズル部16Aで形成される火炎を概念的に表したものである。
The
The
2 and 3, the broken line portion shown from the
ノズル部16Aに供給された予混合ガスG1は、ノズル孔から噴射、燃焼されることにより高温の燃焼ガスG2となり、燃焼ガスG2は、燃焼ガス通路12Gを通過して水管群13の水を加熱し、その後排出路17Aを通って浄化装置30に導入されるようになっている。
The premixed gas G1 supplied to the
燃焼ガス排出管17は、燃焼ガスG2をボイラ10の外部に排出する排出路17Aを構成するとともに燃焼ガス通路12Gの末端に接続され、排出路17Aは、浄化装置30に燃焼ガスG2を導くようになっている。
The combustion
送風手段18は、送風機18Aと給気通路18Bと、ダンパ18Cとを備え、送風機18Aにより燃焼用空気A1を給気通路18Bに移送し、燃焼用空気A1と燃料供給部19から供給された燃料ガスG0とが給気通路18B内で混合されて予混合ガスG1となりバーナ16に供給されるようになっている。
送風機18Aは、送風ファンを回転して燃焼用空気A1を供給するものであり、この実施形態における送風機18Aは、バーナ16の燃焼状態に対応して送風ファンの回転数をインバータにより制御して燃焼用空気A1の送風量を調整するようになっている。
また、ダンパ18Cは、図示しないモータにより開度が制御可能とされており、送風機18Aとともに、又は単独で燃焼用空気A1の送風量を調整することができるようになっている。
The blower means 18 includes a
The
Further, the opening degree of the damper 18C can be controlled by a motor (not shown), and the amount of combustion air A1 can be adjusted together with the
燃料供給部19は、燃料供給管19Aと、流量調整弁19Bとを備えており、流量調整弁19Bを制御することによりバーナ16の燃焼状態に対応する量の燃料ガスG0を燃料供給管19Aに供給するようになっている。
The
浄化装置30は、図4に示すように、NOxの還元を促進するNOx還元触媒31と、エア供給ノズル34と、エコノマイザ(冷却手段)35と、COの酸化を促進するCO酸化触媒39とを備えるとともに、これらが燃焼ガスG2の上流側から下流側に向かってこの順序で配置されており、排出路17Aに導入された燃焼ガスG2中のNOx及びCOが削減可能とされている。
NOx還元触媒31、CO酸化触媒39の構造は、特に限定されるものではないが、この実施の形態におけるNOx還元触媒31、CO酸化触媒39は、通気孔により通気性を有する基材に触媒活性物質を担持させた構成とされている。
As shown in FIG. 4, the
The structures of the
NOx還元触媒31は、燃焼ガスG2に含まれるNOxを還元してN2とすることによりNOxを除去するものであり、燃焼ガスG2が通過する通気孔が複数形成された通気性を有する基材32により構成されている。
The
基材32は、図5に示すように、平板からなる第1の基材32Aと波板からなる第2の基材32Bとを重ね合わせて巻回し、第1の基材32Aと第2の基材32Bとが交互に重なるロール状に形成されたものを側板32Cにより囲んで固定した構造とされている。
なお、基材32は、浄化装置30に流入する燃焼ガスG2のすべてが通過するように構成されている。
第1の基材32A及び第2の基材32Bは、それぞれ排ガスとの接触面積を広くするために表面処理が施されて表面に多数の微小凹凸が形成されたステンレス板からなり、この微小凹凸に、例えば、白金からなる触媒活性材料が担持されている。
As shown in FIG. 5, the
The
Each of the
なお、触媒活性材料については、白金以外の貴金属(Ag、Au、Rh、Ru、Pt、Pd)または金属酸化物(NiOx、CuOx、CoOx、MnOx)を用いることができる。
また、上記基材32に代えて、例えば、ステンレスをはじめとする金属やセラミックにより通気可能な基材を形成し、その表面に触媒活性材料を担持させることによりNOx還元触媒31を構成してもよく、燃焼ガスG2の通気性を通気孔ではなく、スポンジ状の多孔性構造により確保してもよい。
For the catalytically active material, a precious metal other than platinum (Ag, Au, Rh, Ru, Pt, Pd) or a metal oxide (NiOx, CuOx, CoOx, MnOx) can be used.
Further, instead of the
CO酸化触媒39は、燃焼ガスに含まれるCOを酸化してCO2とすることによりCOを除去するものであり、図5に示したNOx還元触媒31と同様の基材32から構成され、基材32の表面に、触媒活性材料として白金が担持されている。
基材39は、浄化装置30から排出する燃焼ガスG2のすべてが通過するように構成されている。
なお、触媒活性材料については、白金以外の貴金属(Ag、Au、Rh、Ru、Pt、Pd)または金属酸化物(NiOx、CuOx、CoOx、MnOx)を用いることができる。
The
The
For the catalytically active material, a precious metal other than platinum (Ag, Au, Rh, Ru, Pt, Pd) or a metal oxide (NiOx, CuOx, CoOx, MnOx) can be used.
エア供給ノズル(酸化補助手段)34は、NOx還元触媒31の下流側に配置されていて、燃焼ガスG2に含有される酸素濃度を高めてCO酸化触媒39におけるCOの酸化を促進するためのものであり、例えば、送風機18Aから供給された空気(酸素を含有する気体、以下、酸化補助用空気という)A2をノズル孔から噴射して燃焼ガスG2と混合可能に構成されている。
また、エア供給ノズル34から噴射された空気は、燃焼ガスG2と混合されることにより燃焼ガスG2が冷却されるようになっている。
The air supply nozzle (oxidation auxiliary means) 34 is disposed downstream of the
The air injected from the
エコノマイザ35は、水管群13を通過してきた燃焼ガスG2の廃熱を利用して缶体12に供給する水を加熱することにより省エネルギーを図るものであり、排出路17A内に配置される熱交換部36に水を通水して、燃焼ガスG2の熱を熱交換部36で熱交換して熱交換部36内の水を加熱し、加熱された水が缶体12の下部管寄せ14Aに供給されるようになっている。
The
熱交換部36は、例えば、通水自在とされた伝熱管37と、伝熱管37に接続され、燃焼ガスG2が通過可能な間隔をあけて伝熱管37と略直交する方向に拡がる複数の放熱板からなるフィン部材38とを有しており、伝熱管37の流入口37Aから給水され加熱された水が流出口37Bから排出され、排出された水は下部管寄せ14Aに導かれる構成とされている。
The
浄化装置30において、排出路17A内のエコノマイザ35の下流には温度センサ35Tが配置されており、温度センサ35Tが検出する燃焼ガスG2の温度に基づいてエコノマイザ35への給水量が制御されることにより、燃焼ガスG2の温度をCO選択酸化反応温度Eに調整することができるようになっている。
In the
なお、エコノマイザ35への給水量制御を、バーナ16の燃焼状態(高燃焼、低燃焼、停止)に対応するものとしてもよく、その場合に、例えば、バーナ16の高燃焼時及び高燃焼から低燃焼に移行して所定時間が経過するまでの間を大流量とし、バーナ16の低燃焼時及び低燃焼から高燃焼に移行してから所定時間が経過するまでの間を小流量とすることによりバーナ16の燃焼状態と燃焼ガスG2温度との間に生じるタイムラグを調整してもよい。
Note that the water supply amount control to the
次に、ボイラ10及び浄化装置30の作用について説明する。
1)まず、エコノマイザ35への給水をする。エコノマイザ35に給水された水は、缶体12に導かれる。
2)次に、送風機18Aを起動して、バーナ16への燃焼用空気A1及びエア供給ノズル34への酸化補助用空気A2を供給する。
3)燃料供給部19の流量調整弁19Bを開いて、燃料供給管19Aから燃料ガスG0を供給する。
燃料供給管19Aから供給された燃料ガスG0は、給気通路18B内で燃焼用空気A1と混合されて予混合ガスG1となりバーナ16に供給される。
4)バーナ16に供給された予混合ガスG1は、ノズル部16Aのノズル孔から噴出され、燃焼される。
予混合ガスG1がバーナ16で燃焼されることにより高温の燃焼ガスG2となる。
燃焼ガスG2には、H2O、CO2のほか、CO、NOxが含有されており、また、N中間体も含有されていると思われる。
バーナ16による予混合ガスG1の燃焼は、蒸気使用設備で使用される蒸気使用量に対応して、設定された複数の段階に燃焼が制御可能されており、バーナ16の燃焼状態に対応して送風機18Aの燃焼用空気A1、燃料供給部19の流量弁の開度が調整される。
5)バーナ16の燃焼で発生した燃焼ガスG2は、燃焼ガス通路12Gを通過しながら水管群13内の水を加熱して蒸気とし、水管群13を通過した後に排出路17Aに向かって移動する。
6)排出路17Aに到達した燃焼ガスG2は、排出路17Aを通って浄化装置30に導入される。
7)浄化装置30に導入された燃焼ガスG2は、NOx還元触媒31を通過することにより燃焼ガスG2に含有されたNOxが還元されてNOxの濃度が低下する。
また、NOx還元触媒31上でNOxが還元される際にはN中間体が生成されると思われる。
8)NOx還元触媒31を通過した燃焼ガスG2は、次いでCO酸化触媒39に向かって移動し、その移動経路において、エア供給ノズル34から供給された酸化補助用空気A2が付加されて燃焼ガスG2中の酸素量が増加されるとともに燃焼ガスG2の温度が低下する。
9)次に、燃焼ガスG2はエコノマイザ35の熱交換部36を通過し、燃焼ガスG2が熱交換部36を構成する伝熱管37及びフィン部材38と接触して燃焼ガスG2の有する熱により伝熱管37内の水が加熱されるとともに燃焼ガスG2の温度が低下する。
なお、エコノマイザ35への給水量は、温度センサ35Tの検出温度に基づいて調整されるようになっており、エコノマイザ35を通過してCO酸化触媒39に到達するときの燃焼ガスG2の温度はCO選択酸化反応温度Eに調整されている。
10)次いで、燃焼ガスG2がCO酸化触媒39を通過し、燃焼ガスG2に含まれたCOが酸化されて燃焼ガスG2に含有されるCOの濃度が低下する。
Next, the operation of the
1) First, water is supplied to the
2) Next, the
3) The flow rate adjustment valve 19B of the
The fuel gas G0 supplied from the
4) The premixed gas G1 supplied to the
When the premixed gas G1 is burned by the
In addition to H 2 O and CO 2 , the combustion gas G2 contains CO and NOx, and also appears to contain N intermediates.
Combustion of the premixed gas G1 by the
5) The combustion gas G2 generated by the combustion of the
6) The combustion gas G2 that has reached the
7) The combustion gas G2 introduced into the
Further, it is considered that an N intermediate is generated when NOx is reduced on the
8) The combustion gas G2 that has passed through the
9) Next, the combustion gas G2 passes through the
The amount of water supplied to the
10) Next, the combustion gas G2 passes through the
第1の実施形態に係る浄化装置30によれば、燃焼ガスG2がNOx還元触媒31を通過する際に燃焼ガス中のNOxが還元されてNOxが除去される。
また、燃焼ガスG2がエコノマイザ35によって冷却されて温度が低下することにより、燃焼時に生成して燃焼ガスG2中に含まれるN中間体や、NOx還元触媒31で還元されて生成したN中間体が、排出路17A内やCO酸化触媒39において酸化されるのが抑制されるので、CO酸化触媒39において燃焼ガスG2中のNOxの生成を抑制しつつCOを酸化、除去することができる。
According to the
Further, when the combustion gas G2 is cooled by the
第1の実施の形態においては、CO酸化触媒39を通過する際の燃焼ガスG2の温度がCO選択酸化反応温度Eに調整されているので、燃焼ガス中のNOx及びCOを充分に削減することができる。
また、エア供給ノズル34から燃焼ガスG2に酸化補助用空気A2を噴射して燃焼ガスG2に含有される酸素量を増加させるので、CO酸化触媒39におけるCOの酸化、除去を効率的に行うことができる。
In the first embodiment, since the temperature of the combustion gas G2 passing through the
Further, since the oxidation assisting air A2 is injected from the
第1の実施形態に係るボイラ10によれば、燃焼ガスG2中のNOxの生成を抑制しつつCOが充分に除去されるので、燃焼ガスG2に含有されるNOx、CO双方の濃度を低く抑えることができる。
According to the
また、浄化装置30によれば、エコノマイザ35により燃焼ガスG2が冷却されてCO酸化触媒39を通過する燃焼ガスG2の温度が低く抑えられるので、CO酸化触媒39の劣化が抑制され、その結果、CO酸化触媒39の寿命延長とコスト削減が可能となる。
Further, according to the
また、エア供給ノズル34から酸化補助用空気A2が噴射され、燃焼ガスG2に含有される酸素量が増加して一酸化炭素COが充分に酸化されるため、スス等の炭素がCO酸化触媒39に付着することが抑制されCO酸化触媒39の寿命延長とコスト削減が可能となる。
Further, the oxidation auxiliary air A2 is injected from the
次に、図6、図7を参照し、この発明の第2の実施形態について説明する。
図6は、第2の実施形態に係る浄化装置40及び熱処理炉(燃焼機器)100を示す図であり、熱処理炉100は、例えば、金属製品を熱処理する際に熱処理品トレイに収納した金属製品を所定温度まで加熱するとともに所定時間、所定温度で保持するバッチ式の熱処理炉である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a view showing a
熱処理炉100は、筐体101と、送風手段103と、燃料供給部104と、バーナ106と、支持架台108と、排出管109とを備え、支持架台108には熱処理品トレイ111が載置可能とされ、排出管109により形成される排出路(通気路)109Aには浄化装置40が設けられている。
The
筐体101は、熱処理品トレイ111を搬入出するための開口部(図示せず)と、バーナ106と、支持架台108とを備え、開口部を介して搬入され支持架台108に載置された熱処理品トレイ111内の金属製品をバーナ106で燃焼させた燃焼ガスG2により加熱するようになっている。この実施の形態において、筐体内壁は、必要に応じてキャスタブル101Aが配置されている。
また、熱処理品トレイ111は3段重ねとされている。
The
In addition, the heat-treated
送風手段103は、送風機103Aと給気通路103Bとを備え、送風機103Aから送られた燃焼用空気A1が給気通路103Bに導入され、燃料ガス供給部104から供給された燃料ガスG1と給気通路103B内で混合されて予混合ガスG1となってバーナ106に供給されるようになっている。
送風機103Aは、送風ファンを回転して燃焼用空気A1を供給するものであり、この実施形態における送風機103Aは、燃料供給部104のバルブ開度に基づいて送風ファンの回転数をインバータにより制御して燃焼用空気A1の送風量を調整するようになっている。
The blower means 103 includes a
The
燃料供給部104は、筐体101内に配置された温度センサ(図示せず)により検出される筐体101内の雰囲気温度によって流量調整弁(図示せず)のバルブ開度が制御され、バルブ開度に応じた燃料ガスG0を給気通路103Bに供給するようになっている。
The
バーナ106は、開口部からみて、熱処理品トレイ111を挟んで左右に各1基ずつ配置されており、それぞれのバーナ106の熱処理品トレイ111側の面がノズル部106Aとされ、ノズル部106Aのノズル孔から予混合ガスG1が噴射、燃焼されることにより高温の燃焼ガスG2となり、熱処理品トレイ111内の金属製品を加熱するようになっている。
燃焼ガスG2は、その後、排出路109Aを通って浄化装置40に導入され排出されるようになっている。
図6においてノズル部106Aから熱処理トレイ111側に示した破線部は、ノズル部106Aで形成される火炎を概念的に表したものである。
One
Thereafter, the combustion gas G2 is introduced into the
In FIG. 6, a broken line portion shown from the
なお、バーナ106は、送風機103Aから送られた燃焼用空気A1と燃料供給部104から供給された燃料ガスG0とが予め混合される予混合式バーナであることが好ましく、複数のノズル孔がノズル部106Aに平面状に配置された、いわゆる平面バーナであることがより好適である。
かかる構成を採用することにより、小さな多数の火炎の燃焼ガスG2によって熱処理品トレイ111内の金属製品が加熱され、その結果、金属製品と火炎との直接接触が抑制されるとともに筐体101内の均一な加熱が可能となる。
The
By adopting such a configuration, the metal product in the heat-treated
支持架台108は、筐体101の中央の床部に配置され、熱処理品トレイ111が載置可能とされている。
The
燃焼ガス排出管109は、筐体101の上部に接続されて燃焼ガスG2を筐体101の外部に排出する排出路109Aを構成し、浄化装置40に燃焼ガスG2を導くようになっている。
The combustion
図7は、第2の実施形態に係る浄化装置40を説明する図である。
第2の実施形態に係る浄化装置40が第1の実施形態に係る浄化装置30と異なるのは、エコノマイザ35に代えて、冷却塔との間で冷却水を循環して燃焼ガスG2と熱交換可能な水熱交換器(冷却手段)45が配置されている点であり、浄化装置30と同様の部分については同一の符号を付しその説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram illustrating the
The
水熱交換器45は、排出路109A内に配置される熱交換部46に熱処理炉100の外部に配置された冷却塔から冷却水を通水し、熱交換部46における燃焼ガスG2との熱交換により温度上昇した冷却水が冷却塔に還流するようになっている。
熱交換部46は、通水自在とされた伝熱管47と、伝熱管47に接続され、燃焼ガスG2が通過可能な間隔をあけて伝熱管47と略直交する方向に拡がる複数の放熱板からなるフィン部材48とを有しており、伝熱管47の流入口47Aから給水された水が冷却塔へ還流されるように流出口47Bが還流配管に接続される構成とされている。
The
The
浄化装置40において、排出路17A内の水熱交換器45の下流には温度センサ45Tが配置されており、温度センサ45Tが検出する燃焼ガスG2の温度に基づいて水熱交換器45への給水量が制御されることにより、燃焼ガスG2の温度をCO選択酸化反応温度Eに調整することができるようになっている。
In the
なお、水熱交換器45への給水量制御を、バーナ106の燃焼状態(例えば、燃料供給部104のバルブ開度)に基づいて制御してもよく、その場合に、バーナ106の燃焼状態と燃焼ガスG2温度との間に生じるタイムラグを調整可能な構成としてもよい。
The control of the amount of water supplied to the
次に、熱処理炉100及び浄化装置40の作用について説明する。
1)冷却塔を稼動させて、水熱交換器45に給水する。
2)次に、送風機103Aを起動して、バーナ106への燃焼用空気A1及びエア供給ノズル34への酸化補助用空気A2を供給する。
3)燃料供給部104の流量調整弁を開いて、給気通路103Bに燃料ガスG0を供給する。
燃料供給部104から供給された燃料ガスG0は、給気通路103B内で燃焼用空気A1と混合されて予混合ガスG1となりバーナ106に供給される。
4)バーナ106に供給された予混合ガスG1は、ノズル部106Aのノズル孔から噴出、燃焼される。
予混合ガスG1が燃焼されると、H2O、CO2、CO、NOx、N中間体を含有する燃焼ガスG2が生成される。
5)バーナ106における予混合ガスG1の燃焼ガスG2は、熱処理品トレイ111内の金属製品を加熱し、排出路109Aを通って浄化装置40に導入される。
バーナ106は、筐体101に配置された温度センサ(図示せず)により検出される筐体101内の雰囲気温度に基づいて燃料供給部104の流量調整弁の開度、及び送風機井103Aの送風量が制御され、燃焼状態が調整される。
その結果、筐体101内の雰囲気温度が所定の温度に調整される。
6)浄化装置40に導入された燃焼ガスG2は、NOx還元触媒31を通過することにより燃焼ガスG2に含有されたNOxが還元されてNOxの濃度が低下する。
また、NOx還元触媒31上でNOxが還元される際にはN中間体が生成されると思われる。
7)NOx還元触媒31を通過した燃焼ガスG2は、次いでCO酸化触媒39に向かって移動し、その移動経路において、エア供給ノズル34から供給された酸化補助用空気A2が付加されて燃焼ガスG2中の酸素量が増加されるとともに燃焼ガスG2の温度が低下する。
8)次に、燃焼ガスG2は水熱交換器45の熱交換部46を通過し、燃焼ガスG2が熱交換部46を構成する伝熱管47及びフィン部材48と接触して燃焼ガスG2の有する熱により伝熱管47内の水が加熱されるとともに燃焼ガスG2の温度が低下する。
なお、水熱交換器45への給水量は、温度センサ45Tの検出温度に基づいて調整されるようになっており、水熱交換器45を通過してCO酸化触媒39に到達するときの燃焼ガスG2の温度はCO選択酸化反応温度Eに調整されている。
10)次いで、燃焼ガスG2がCO酸化触媒39を通過し、燃焼ガスG2に含まれたCOが酸化されて燃焼ガスG2に含有されるCOの濃度が低下する。
Next, the operation of the
1) Operate the cooling tower and supply water to the
2) Next, the
3) The flow rate adjustment valve of the
The fuel gas G0 supplied from the
4) The premixed gas G1 supplied to the
When the premixed gas G1 is combusted, a combustion gas G2 containing H 2 O, CO 2 , CO, NOx, and N intermediate is generated.
5) The combustion gas G2 of the premixed gas G1 in the
The
As a result, the ambient temperature in the
6) The combustion gas G2 introduced into the
Further, it is considered that an N intermediate is generated when NOx is reduced on the
7) The combustion gas G2 that has passed through the
8) Next, the combustion gas G2 passes through the
The amount of water supplied to the
10) Next, the combustion gas G2 passes through the
第2の実施形態に係る浄化装置40によれば、燃焼ガスG2がNOx還元触媒31を通過する際に燃焼ガス中のNOxが還元、除去される。
また、燃焼ガスG2が水熱交換器45によって冷却されて温度が低下することにより、燃焼時に生成して燃焼ガスG2中に含まれるN中間体や、NOx還元触媒31で還元されて生成したN中間体が、排出路109A内やCO酸化触媒39において酸化されるのが抑制されるので、CO酸化触媒39において燃焼ガスG2中のNOxの生成を抑制しつつCOを酸化、除去することができる。
According to the
Further, when the combustion gas G2 is cooled by the
第2の実施の形態においては、CO酸化触媒39を通過する際の燃焼ガスG2の温度がCO選択酸化反応温度Eに調整されているので、燃焼ガス中のNOx及びCOを充分に削減することができる。
また、エア供給ノズル34から燃焼ガスG2に酸化補助用空気A2を噴射して燃焼ガスG2に含有される酸素量を増加させるので、CO酸化触媒39におけるCOの酸化、除去を効率的に行うことができる。
In the second embodiment, since the temperature of the combustion gas G2 passing through the
Further, since the oxidation assisting air A2 is injected from the
第2の実施形態に係る熱処理炉100によれば、燃焼ガスG2中のNOxの生成を抑制しつつCOが充分に除去されるので、燃焼ガスG2に含有されるNOx、CO双方の濃度を低く抑えることができる。
According to the
また、浄化装置40によれば、水熱交換器45で加熱された冷却水が冷却塔にて冷却されるので、温水を再利用しないためにエコノマイザ等を使用できない熱処理装置等の燃焼機器においても燃焼ガスG2を効率的に冷却することができる。
Further, according to the
次に、第3の実施形態に係る浄化装置50について説明する。
図8は、第3の実施形態に係る浄化装置50を説明する図であり、浄化装置50が第1の実施形態に係る浄化装置30と異なるのは、エコノマイザ35に代えて、冷却用空気により熱交換する空冷式熱交換器(冷却手段)55が配置されている点であり、浄化装置30と同様の部分については同一の符号を付しその説明を省略する。
Next, the
FIG. 8 is a diagram for explaining the
空冷式熱交換器55は、排出路17A、109A内に配置される熱交換部56に冷却用空気を通して燃焼ガスG2と熱交換して燃焼ガスG2を冷却するようになっている。
熱交換部56は、図8(A)に示すように、冷却用空気が流れる伝熱管57と、伝熱管57に接続され、燃焼ガスG2が通過可能な間隔をあけて伝熱管57と略直交する方向に拡がる複数の放熱板からなるフィン部材58とを有しており、伝熱管57の流入口57Aから冷却用空気が供給され、熱交換されて加熱された冷却用空気が流出口57Bから排出される構成とされており、加熱された冷却用空気は、例えば、流出口57Bの先端に消音マフラを設けて大気放出させてもよい。
The air-cooled
As shown in FIG. 8A, the
浄化装置50において、排出路17A、109A内の空冷式熱交換器55の下流には温度センサ55Tが配置されており、温度センサ55Tが検出する燃焼ガスG2の温度に基づいて空冷式熱交換器55への冷却用空気の供給量が、例えば、流量制御弁(図示せず)により制御されることにより燃焼ガスG2の温度をCO選択酸化反応温度Eに調整することができるようになっている。
In the
なお、空冷式熱交換器55への冷却用空気量の制御を、バーナ16、106の燃焼状態に基づいて制御してもよく、その場合に、バーナ16、106の燃焼状態と燃焼ガスG2温度との間に生じるタイムラグを調整可能な構成としてもよい。
Note that the control of the amount of cooling air to the air-cooled
浄化装置50によれば、冷却水を用いないので冷却水漏れが発生する虞れがなく、浄化装置50を簡単な構成とすることが可能になり、容易にメンテナンスをすることが可能となり、その結果コスト削減が可能となる。
なお、図8(B)に示すように、空冷式熱交換器55に代えて、伝熱管57に冷却空気の一部を噴射するノズル57Cが形成された熱交換部56Aを有する空冷式熱交換器55Aを用いて、エア供給ノズル34に代えてノズル57Cから酸化補助用空気A2を噴射する構成としてもよい。
According to the
As shown in FIG. 8 (B), instead of the air-cooled
次に、第4の実施形態に係る浄化装置60について説明する。
図9は、第4の実施形態に係る浄化装置60を説明する図であり、浄化装置60が浄化装置30と異なるのは、冷却手段として、エコノマイザ35に代えて、大量の冷却用空気A3を噴射して冷却用空気A3と燃焼ガスG2を混合して燃焼ガスG2を冷却するエアノズル(冷却手段)64が、NOx還元触媒31とCO酸化触媒39の間に設けられている点であり、他は浄化装置30と同様であるため同一の符号を付しその説明を省略する。
なお、冷却用空気A3は、酸化補助用空気A2を兼ねることが可能である。
Next, the
FIG. 9 is a diagram for explaining the
The cooling air A3 can also serve as the oxidation auxiliary air A2.
浄化装置60における、排出路17A、109A内のエアノズル64の下流には温度センサ65Tが配置されており、温度センサ65Tが検出する燃焼ガスG2の温度に基づいてエアノズル64への冷却用空気A3の供給量が、例えば、流量制御弁(図示せず)により制御されることにより燃焼ガスG2の温度をCO選択酸化反応温度Eに調整することができるようになっている。
In the
なお、エアノズル64から供給する酸化補助用空気A2の量を、バーナ16、106の燃焼状態と対応する構成としてもよく、その場合に、バーナ16、106の燃焼状態と燃焼ガスG2温度との間に生じるタイムラグを調整する構成としてもよい。
Note that the amount of the oxidation auxiliary air A2 supplied from the
浄化装置60において、エアノズル64は、エアノズル64A、64B、64Cを備え、NOx還元触媒31とCO酸化触媒39の間に上流側から下流側に向かって3段に配置されている。
かかる構成により、冷却用空気A3と燃焼ガスG2とが充分に混合、攪拌され、燃焼ガスG2を均一にCO選択酸化反応温度Eに冷却することができる。
In the
With this configuration, the cooling air A3 and the combustion gas G2 are sufficiently mixed and stirred, and the combustion gas G2 can be uniformly cooled to the CO selective oxidation reaction temperature E.
浄化装置60によれば、簡単な構造のエアノズル64を用いて燃焼ガスG2を冷却するとともに燃焼ガスG2に酸化補助用空気A2を供給し、CO酸化触媒39における燃焼ガスG2中のNOxの生成を抑制しつつCOを効率的に酸化、除去することができる。
According to the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
上記実施の形態においては、浄化装置30をボイラ10に適用する場合と、浄化装置40を熱処理炉100に適用する場合について説明したが、浄化装置30、40、50、60をボイラ10、熱処理炉100のいずれに適用するかについては任意に選択することが可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
Although the case where the
また、浄化装置30、40、50、60は、NOx還元触媒31と、エコノマイザ35をはじめとする冷却手段と、酸化補助用空気A2を噴射するノズル34、57Cと、CO酸化触媒39とを備える構成について説明したが、浄化装置をCO酸化触媒39と冷却手段とから構成してもよい。
また、NOx還元触媒31と、冷却手段と、CO酸化触媒39とから浄化装置を構成することも可能である。
The
It is also possible to form a purification device from the
また、上記実施の形態においては、冷却手段が、NOx還元触媒31とCO酸化触媒39の間に配置される場合について説明したが、例えば、低温域でNOxを還元可能な特性のNOx還元触媒を用いることが可能な場合には、冷却手段をNOx還元触媒31の上流側に配置してもよい。
また、上記実施の形態においては、冷却手段によって、CO酸化触媒39を通過する燃焼ガスG2をCO選択酸化反応温度Eに冷却する場合について説明したが、CO酸化触媒39を通過する燃焼ガスG2の温度をCO選択酸化反応温度Eの範囲外としてもよい。
In the above embodiment, the case where the cooling means is disposed between the
In the above-described embodiment, the case where the combustion gas G2 passing through the
また、浄化装置30、40、50、60を上記以外の燃焼機器に対して適用してもよい。
例えば、上記第1の実施の形態においては、ボイラ10が、燃焼ガスG2が燃焼ガス通路12Gをバーナ16側から排出路17Aに向かって略直線的に流れる小型貫流型の蒸気ボイラの場合について説明したが、ボイラ10については、蒸気ボイラのみならず温水ボイラに対しても適用可能であり、また、小型貫流型ボイラの他、水管が環状に配列された多管式のボイラ、炉筒煙管ボイラ、バーナにより加熱管を直接加熱する給湯器等、種々の構造のボイラに適用することが可能である。
Moreover, you may apply the
For example, in the first embodiment, the
また、上記実施の形態においては、バッチ式の熱処理炉100の場合について説明したが、浄化装置30、40、50、60を、バッチ式の熱処理炉100に代えて連続式熱処理炉、吸熱式冷凍機の再生器、廃棄物を燃焼・処理する廃棄物処理装置、焼却炉等、種々の燃焼機器に対して適用することも可能である。
また、燃焼機器において燃焼に用いるバーナは、複数のノズル孔が平面状に配置された予混合式バーナに限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the case of the batch-type
Further, the burner used for combustion in the combustion device is not limited to the premixed burner in which a plurality of nozzle holes are arranged in a planar shape.
また、上記実施の形態においては、排出路17A、109AのCO酸化触媒39の上流側に配置したエア供給ノズル34、64から酸化補助用空気A2を導入する場合について説明したが、酸化補助用空気A2に代えて、例えば、純酸素や、酸素と他の気体を混合させた酸素含有気体を用いてもよい。
この場合、酸素濃度が空気(酸素濃度 約21%)より低く調整された気体であっても、燃焼ガスG2と混合された場合に燃焼ガスG2の酸素含有量を増加させるものであればよい。
In the above embodiment, the case where the oxidation auxiliary air A2 is introduced from the
In this case, even a gas whose oxygen concentration is adjusted to be lower than air (oxygen concentration of about 21%) may be any gas that increases the oxygen content of the combustion gas G2 when mixed with the combustion gas G2.
また、上記実施の形態においては、燃料ガスG0と燃焼用空気A1とが混合された予混合ガスG1をバーナ16、106に供給する場合について説明したが、バーナ16、106に供給する燃料は予混合ガスG1に限定されることなく、例えば、他の気体燃料、石油をはじめとする液体燃料、微粉炭としてもよく、また、焼却炉における固体可燃物が燃料とされてもよい。
また、上記実施の形態においては、通気路が燃焼ガスG2を外部に排出する排出路17A、109Aとされる場合について説明したが、燃焼機器から次工程の装置等に燃焼ガスG2を移送する移送路を通気路としてもよい。
In the above embodiment, the case where the premixed gas G1 in which the fuel gas G0 and the combustion air A1 are mixed is supplied to the
Further, in the above-described embodiment, the description has been given of the case where the ventilation passage is the
G2 燃焼ガス
10 ボイラ
17A、109A 排出路(通気路)
30、40、50、60 浄化装置
31 NOx還元触媒
34 エア供給ノズル(酸化補助手段)
35 エコノマイザ(冷却手段)
39 CO酸化触媒
45 水熱交換器(冷却手段)
55 空冷式熱交換器(冷却手段)
55A 空冷式熱交換器(冷却手段、酸化補助手段)
57C ノズル(酸化補助手段)
64 エアノズル(冷却手段、酸化補助手段)
100 熱処理炉(燃焼機器)
30, 40, 50, 60
35 Economizer (cooling means)
39
55 Air-cooled heat exchanger (cooling means)
55A Air-cooled heat exchanger (cooling means, oxidation auxiliary means)
57C Nozzle (Oxidation auxiliary means)
64 Air nozzle (cooling means, oxidation auxiliary means)
100 Heat treatment furnace (combustion equipment)
Claims (4)
前記燃焼ガスが移動可能な通気路と、
前記通気路に配置され、前記燃焼ガスが通過可能とされるCO酸化触媒と、
前記通気路における前記CO酸化触媒の上流側に配置され前記燃焼ガスを冷却する冷却手段と、
前記通気路における前記冷却手段の上流側に配置され、前記燃焼ガスが通過可能とされるNOx還元触媒を備えていることを特徴とする浄化装置。 A purification device for reducing CO contained in combustion gas generated by combustion ,
An air passage through which the combustion gas can move;
A CO oxidation catalyst disposed in the air passage and through which the combustion gas can pass;
A cooling means disposed on the upstream side of the CO oxidation catalyst in the air passage to cool the combustion gas ;
A purification apparatus comprising a NOx reduction catalyst that is disposed on the upstream side of the cooling means in the air passage and through which the combustion gas can pass.
前記冷却手段は、
前記燃焼ガスの温度を調整可能に構成されていることを特徴とする浄化装置。 The purification device according to claim 1,
The cooling means is
A purification apparatus configured to be capable of adjusting the temperature of the combustion gas .
前記CO酸化触媒の上流側に、前記燃焼ガスに酸素を含有する気体を導入する酸化補助手段を備えることを特徴とする浄化装置。 The purification device according to claim 1 or 2 ,
A purification apparatus comprising an oxidation assisting means for introducing a gas containing oxygen into the combustion gas upstream of the CO oxidation catalyst.
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