JPH0359302A

JPH0359302A - 低ＮＯｘ燃焼器

Info

Publication number: JPH0359302A
Application number: JP1196403A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashi; 弘志林
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1991-03-14
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2796846B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は所謂低ＮＯｘボイラ等の改良に係り、燃焼器内
部の接触伝熱部の適宜箇所に環元触媒を配設し、燃焼排
ガス内のＮＯをＮ２と０２に直接分解する様にした低Ｎ
Ｏｘ燃焼器に関するものである。

（従来の技術）ボイラ等の燃焼器の燃焼排ガス内に含まれる窒素酸化物
（ＮＯｘ）の低減法としては、従前から排ガス再循環法
や自己ガス再循環法、蒸気又は水添加燃焼法、エマルジ
ョン燃焼法等の各種方法が開発されている。

また、ボイラ等のＮＯｘの固定発源に於いては、所謂接
触環元法と呼ばれるアンモニヤ還元プロセスによりＮｏ
を除去する方策が、従前より広く利用されている。

しかし、前記排ガス再循環法等のＮＯｘ低減法を採用し
た場合には、燃焼器そのものの構造が複雑化すると共に
燃焼器の製造コストが上昇するという難点があるうえ、
小型の燃焼器の場合には、構造上その適用が難しいとい
う問題がある。

また、接触環元法によりＮＯｘ低減を図る場合には、ア
ンモニヤ消費に伴なうランニングコストの上昇の問題が
あり、経済性に欠けると云う難点がある。

（発明が解決しようとする課題）本発明は従前のボイラ等燃焼器の低ＮＯｘ化に於ける上
述の如き問題、即ち、■燃焼器の製造コストが大幅に上
昇すること、■燃焼器のランニングコストが上昇するこ
と、■Ｎｏ除去率が相対的に低いこと等の問題を解決せ
んとするものであり、Ｎｏを直接Ｎ２と０２とに分解す
る環元触媒を燃焼器内部の接触伝熱部の適宜箇所へ配設
し、環元触媒をその最高触媒活性温度下で燃焼排ガスと
接触させることにより、ＮＯを経済的にしかも高除去率
で除去し得るようにした低ＮＯｘ燃焼器を提供するもの
である。

（課題を解決する為の手段）本件発明は、燃焼排ガス内のＮＯを環元触媒を用いて直
接Ｎ２と０２に分解除去せんとするものであり、燃焼排
ガスが流通する接触伝熱部内のガス温度が４００〜５５
０℃となる位置に、銅を担持したゼオライトから成る環
元触媒を配設し、燃焼排ガス内のＮＯを直接Ｎ２と０２
に分解するようにしたことを、発明の基本構成とするも
のである。

（作用）接触伝熱部へ流入した高温の燃焼排ガス（約９００〜↓
１００℃）は、接触伝熱により順次冷却されつつガス排
出口へ向って進行する。

排ガス温度が４００〜５５０℃まで下降した位置には、
銅を担持したゼオライトから成る環元触媒が配設されて
おり、且つ当該環元触媒は４００〜５５０℃の温度に於
いてその触媒活性が最高になっている。

燃焼排ガスが環元触媒と接触することにより、Ｎ○→Ｎ
２／２＋０２／２で表わされるＮｏの直接分解反応が起
生じ、ＮＯがＮ２と０２に分解除去される。

（実施例）以下、第１図乃至第９図に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の第１実施例に係る低ＮＯｘボイラの縦
断面概要図であり、所謂３パス型単管貫流式ボイラを示
すものである。

図に於いて、１ａは内側水管、１ｂは外側水管、２はボ
イラ外壁、３はバーナ、４は排ガス出口、５は排ガス、
６は環元触媒、７ａ、７ｂは接触伝熱部、８は燃焼室、
９は燃焼窒出０．１０は耐火材であり、給水並びに蒸気
取出し系統は省略されている。

前記３パス型単管貫流式ボイラそのものは公知であり、
本発明に於いては、燃焼排ガス内のＮ。

を直接Ｎ２と０２とに分解する環元触媒６を、排ガス５
が流通する接触伝熱部７内の適宜位置、即ち排ガス温度
が約４００℃〜５５０℃になる箇所へ配設した点に特徴
がある。

前記環元触媒６には銅を担持したゼオライト（以下網−
ゼオライドと略称する）が使用されている。本実施例に
於いては、鉱物ゼオライトを酢酸銅溶液中に浸漬し、ゼ
オライト内部に含まれているナトリウムイオンを銅イオ
ンに置換せしめて形成した銅−ゼオライドが使用されて
いる。

当該鋼−ゼオライド触媒は、元から存在するナトリウム
イオンよりも多い数の銅イオンが入り込んだ状態、即ち
銅置換率が１００％以上（望ましくは１２０〜１３０％
位い）の状態に形成されており、且つその触媒活性は排
ガス温度４５０℃〜５００　’Ｃに於いて最高値を示す
６また、当該銅−ゼオライド触媒は、排ガス内の酸素によ
ってその触媒活性が殆んど低下せず、安定した触媒活性
を長期に亘って発揮する。

更に、当該銅−ゼオライド触媒は、ガス燃焼排ガスや油
燃焼排ガス、都市ごみ燃焼排ガス等の全ての燃焼排ガス
に対して同等の触媒活性を示すが、黄硫分の少ない燃料
の方がより長期に亘って高触媒活性を持続することが出
来る。

具体的には、前記銅−ゼオライド触媒は所謂ハニカム形
状に加工されており、支持枠体内へ挿入された後、接触
伝熱部７ｂ内へ交換自在に揮着されている。

尚、本実施例では銅−ゼオライドをハニカム形状に成形
加工しているが、銅−ゼオライドを小球等のペレット状
に加工し、これを金網若しくはパンチングメタル製等の
多孔性容器内に収納した形態としても良い。

前記接触伝熱部７ｂの銅−ゼオライド触媒６を神着する
部分は、ボイラ外壁２を拡径して、所定の触媒通過ガス
流速が得られるように形成されていることは勿論である
。

次に、本発明に係る低ＮＯｘ燃焼器の作動について説明
する。バーナー３の燃焼作動によって燃焼室８内に発生
した高温燃焼排ガス５は、燃焼室出口９から雨水管１ａ
、ｌｂ間の接触伝熱部７ａを通って上昇し、反転した後
水管１ｂとボイラ外壁２間の接触伝熱部７ｂを下降し、
排ガス出口４より外部へ導出される。

前記燃焼排ガス５は接触伝熱部７ａ、７ｂ間を流通する
間に冷却され、環元触媒６と接触する位置に於いては略
４００℃〜５５０℃の温度に降下している。また、環元
触媒６の作用によってＮＯを分解除去された燃焼排ガス
５は、約２００〜３００℃に冷却された後、排ガス出口
４から外部へ導出されて行く。

銅−ゼオライド触媒６に燃焼排ガスが接触すると、Ｎｏ
−ｌＮ２／２＋０２／２で表わされるＮＯの直接分解反
応が起生じ、ＮｏがＮ２と０２に分解除去される。燃焼
排ガスが４００〜５５０℃に於いて分解反応が最も活性
となる。

より具体的には、Ｃｕ　　＋ＮＯ−＋Ｃｕ”・−ＮＯ−
２Ｃｕ２・−Ｎｏ−＋２Ｃｕ　　＋Ｎ２＋０２の反応機
構で示されるサイクルでＮｏの分解が進行するものと想
定されている。

また、銅−ゼオライド触媒６にＮｏの接触分解活性が発
現するのは、■ゼオライトのイオン交換特性のために銅
イオンが細孔内に分散担持されること、■銅イオンがゼ
オライトの細孔構造のために凝集し難いこと、■酸素が
触媒活性を毒することなく反応系外へ容易に脱離すする
こと及び■銅イオンＣｕ　　が比較的安定に存在できる
こと等の各要因が、適宜に組み合わさっているからと想
定される。

本実施例に係る３パス型単管貫流式ボイラ（重油燃焼）
を用いた低ＮＯｘ化試験の結果によれば。

燃焼排ガス内のＮｏ除去率は５５〜６０％となる。

当該ＮＯｘ除去率は、排ガス再循環方式の場合のＮｏ除
去率２０〜４０％、エマルジョン燃焼方式の場合のＮｏ
除去率１０〜２０％、水又は蒸気添加燃焼方式の場合の
Ｎｏ除去率２０〜４０％及び２段燃焼方式の場合のＮｏ
除去率１０〜２０％に比較して極めて高い値であり、本
件発明の実用的効用は顕著なものがある。

第２図は本件発明の第２実施例を示すものであり、所謂
２パス型単管貫流式ボイラの水管１とボイラ外壁２間の
接触伝熱部７ｂ内へ、銅−ゼオライド触媒６を配設する
ようにした構成の低ＮＯｘボイラである。

第３図は本発明の第３実施例を示すものであり、平行流
ガス流し方式の３パス型多管貫流式ボイラの外側水管１
ｂとボイラ外壁２間の接触伝熱部７ｂ内へ銅−ゼオライ
ド触媒６を配設したものである。

第４図は本発明の第４実施例を示すものであり、平行流
ガス流し方式の２パス型多ｇＭ流式ボイラに銅−ゼオラ
イド触媒６を配設したものである。

第５図は本発明の第５実施例を示すものであり、直交流
ガス流し方式の多管貫流式ボイラの゛内側水管１ａと外
側水管１ｂ間に縦長状の銅−ゼオライド触媒を配置した
ものである。

第６図（ａ）及び第６図（ｂ）は本発明の第６実施例を
示すものであり、水管式パッケージボイラの燃焼室仕切
壁１ｅとボイラ外壁２の間に、水管群１ｄと平行に縦長
状の綱−ゼオライド触Ｉｓ６を配置したものである。尚
、図に於いて、１０は上部ドラム、１１は下部ドラムで
ある。

第７図は本発明の第７実施例を示すものであり、３パス
型炉筒煙管式ボイラの前部伝熱部７ａと後部伝熱部７ｂ
の中間ガスダクト内に銅−ゼオライド触媒６を配設した
ものである。尚、図に於いて１２はモータ、１３は炉筒
、１４は煙管である。

第８図は本発明の第８実施例を示すものであり、２パス
型炉筒煙管式ボイラの煙管工４内に触媒６を西己設した
ものである。

尚、銅−ゼオライド触媒６を煙管１４内に設置するため
に煙管径を大きくする必要がある場合には、触媒６の前
・後の少なくとも一方の煙管内部に、旋回羽根やフィン
若しくは密封をした中空管等の伝熱片（図示省略）を設
け、伝熱効率を向上するようにしてもよい。

又、当該実施例は、吸収式冷凍機の高温再生器としても
そのまま適用できることは勿論である。

第９図は本発明の第９実施例を示すものであり、竪型煙
管式ボイラの煙管１４内に銅−ゼオライド触媒６を設け
たものである。尚１本実施例の場合に於いても、煙管１
４を大径とする場合には、その内部にフィン等の伝熱片
を設けるのが望ましい。

（発明の効果）本発明に於いては、銅を担持したゼオライトから成る環
元触媒を、燃焼排ガスが流通する接触伝熱部の排ガス温
度が４００　’Ｃ〜５５０℃となる位置に配設し、排ガ
ス内のＮｏを直接Ｎ２と０２に分解除去する構成として
いるため、燃焼器自体の設備費やランニングコストの上
昇を招くことなく。

しかも５５〜６０％の高除去率で燃焼排ガス内のＮｏを
除去することが出来る。

また、本発明は銅−ゼオライドから成る触媒に固有の特
性により、燃焼排ガス内の酸素濃度が上昇してもＮｏ除
去率が殆んど変化せず、長期に亘って高いＮｏ除去率を
保持することが出来る。

更に、銅−ゼオライドから成る触媒は、極めて容易に接
触伝熱部の適宜位置へ着脱自在に配設することが出来、
燃焼器の構造が特に複雑化することも無い。その結果、
自己排ガス循環方式や２段燃焼方式等の低ＮＯｘ化構造
を採用することが困難な小容量の燃焼器へも容易に適用
することができ、しかも大幅な低ＮＯｘ化を図ることが
出来る。

本発明は上述の通り優れた実用的効用を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の第工実施例を示す縦断面概要図であ
る。第２図、第３図、及び第４図は、本発明の第２、第３及
び第４実施例を示す縦断面概要図である。第５図は本発明の第５実施例を示す横断面概要図である
。第６図（、）及び第６図（ｂ）は本発明の第６実施例を
示す横断面概要図及び縦断面概要図である。第７図、第８図及び第９図は、本発明の第７、第８及び
第９実施例を示す縦断面概要図である。ｌａ、ｌｂ　　水管２　　　　　　ボイラ外壁４　　　　　燃焼排ガス出口５　　　　　　ａ焼排ガス６　　　　　環元触媒７　　　　　接触伝熱部８　　　　　燃焼室９　　　　　燃焼室出口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃焼排ガスが流通する接触伝熱部内のガス温度が
４００〜５５０℃となる位置に、銅を担持したゼオライ
トから成る環元触媒を配設し、燃焼排ガス内のＮＯを直
接Ｎ＿２とＯ＿２に分解することを特徴とする低ＮＯｘ
燃焼器。
（２）銅を担持したゼオライトをハニカム状に形成し、
当該ハニカム状の環元触媒を接触伝熱部内へ着脱自在に
配設する構成とした請求項（１）に記載の低ＮＯｘ燃焼
器。
（３）銅を担持したゼオライトをペレット状に形成し、
これを多孔性容器内へ充填して成る環元触媒を接触伝熱
部内へ着脱自在に配設する構成とした請求項（１）に記
載の低ＮＯｘ燃焼器。
（４）貫流式ボイラの内側水管と外側水管との間若しく
は水管とボイラ外壁との間に形成した接触伝熱部内に、
銅を担持したゼオライトより成る環元触媒を配設する構
成とした請求項（１）に記載の低ＮＯｘ燃焼器。
（５）水管式パッケージボイラの燃焼室仕切壁とボイラ
外壁との間に形成した接触伝熱部内に、銅を担持したゼ
オライトから成る環元触媒を配設する構成とした請求項
（１）に記載の低ＮＯｘ燃焼器。
（６）煙管式ボイラの煙管内若しくは中間ガスダクト内
に、銅を担持したゼオライトより成る環元触媒を配設す
る構成とした請求項（１）に記載の低ＮＯｘ燃焼器。
（７）煙管内の環元触媒の前部と後部の少なくとも一方
に、伝熱片を配設して成る請求項（６）に記載の低ＮＯ
ｘ燃焼器。