JPH0435691Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、触媒を用いた接触燃焼に係り、特に
石油精製プラトンのオフガス処理や自動車排ガス
の浄化などに用いられるのに好適な接触燃焼装置
に関する。

〔従来の技術〕 近年、触媒を用いた接触燃焼装置は、通常の気
相燃焼に比べて低温燃焼が可変であつて、排ガス
中の窒素酸化物および一酸化炭素等の有害物質が
ほとんど発生しないことから注目されている。

接触燃焼装置は、このように優れた特徴を有す
るため、燃料資源の多様化、低公害燃焼の要求に
伴つて石油精製プラトンおよび製鉄所等のオフガ
ス処理、自動車排ガスの浄化および加熱装置等に
利用されている。これらの接触燃焼装置に用いら
れる触媒としては、白金、パラジウムおよびロジ
ウム等の貴金属類、酸化第２鉄、酸化コバルトお
よび酸化ニツケル等の金属酸化物を担体に担持さ
せたものである。

従来の接触燃焼装置の一般的な構成が第４図に
示される。この装置は、燃料供給ライン５０およ
び燃焼用空気供給ライン６０にそれぞれ連結され
分岐した燃料と空気とが供給される予熱バーナ１
０と、燃料と空気の混合器２０と、この混合器２
０に連結されかつ触媒燃焼器３０内の触媒ブロツ
ク３１の温度調節用熱交換器４０と、触媒燃焼器
３０の後流の熱交換器４１とから構成されてい
る。このような構成において、まず予熱バーナ１
０に一部の燃料と空気とが供給されて燃焼され、
その燃焼ガスにより触媒燃焼器３０内の触媒ブロ
ツク３１が燃料の着火温度以上に加熱される。そ
の後、混合器２０に燃料供給ライン５０から主燃
料５１が、また、燃焼用空気供給ライン６０から
主燃焼用空気６１がそれぞれ供給され、予熱バー
ナ１０からの燃焼ガスと混合され、これらの混合
ガス７０が触媒燃焼器３０に供給されて燃焼が開
始される。触媒燃焼器３０の上流側に設置されて
いる温度調節用熱交換器４０内に供給する媒体と
しては、水もしくは空気が用いられ、特に、触媒
ブロツク３１内の最高（ピーク）温度が高いもの
に対しては水が使用され、触媒ブロツク３１内の
ピーク温度が低いものに対しては空気が使用され
る。触媒燃焼器３０で発生した燃焼ガスは、後段
の熱回収装置、加熱炉などの熱交換器４１で熱を
回収された後、排ガス８０として排出される。

接触燃焼を行なう触媒燃焼器３０内に設置され
る触媒ブロツク３１としては、第５図に示される
ように複数の流路３２の集合体からなるパラレル
フロー型の触媒ブロツク３１が多く用いられてい
る。この触媒ブロツク３１は、多数の流路（セ
ル）３２が形成されたセラミツクスなどの触媒担
体に触媒成分を担持させたものである。このパラ
レルフロー型の触媒ブロツク３１の流路（セル）
３２に混合ガス７０が一様に流入することによつ
て、触媒ブロツク３１の入口部より燃焼反応が開
始され燃焼が維持される。しかしながら、安定な
燃焼を持続するためには、同一の燃焼量において
空気量の調節幅を大きくし、燃焼の操作、安全性
を向上させる必要がある。空気量Ａと燃焼量Ｃと
の関係が第６図に示され、一般に、上限Ｕの燃焼
領域は最小空気量を規定するもので、これ以下に
空気量を低減すると触媒ブロツク内の温度が異常
上昇Ｅして触媒の耐熱温度に接近、もしくはその
温度以上となり触媒成分のシンタリング（沈殿
化）および蒸散等の現象により触媒活性が低下し
て触媒寿命が短縮する恐れがある。また、下限Ｖ
の燃焼領域は最大空気量を規定し、これ以上に空
気量が増加すると、触媒ブロツク内の温度が低下
し、燃焼反応速度が遅くなるとともに触媒ブロツ
ク内の最高（ピーク）温度の位置が下流（出口）
側へ移行し、さらに、空気量Ａを増加させていく
と燃焼の継続が不可能となりブローアウト（失
火）Ｂすることになる。このような燃焼用空気の
調節幅Ｌは上限Ｕにおいては触媒の温度が耐熱温
度以下になるような最小空気量により決まり、下
限Ｖの燃焼領域はブローアウトＢしない最大空気
量で決まる。

しかしながら、従来のパラレルフロー型の触媒
ブロツクを用いた接触燃焼装置は、第６図に示さ
れるように上限Ｕの燃焼領域が触媒の耐熱温度で
定まることから触媒ブロツク内の最高（ピーク）
温度を低下させるために上流側へ触媒ブロツクの
温度調節用熱交換器を設け、上限Ｕの燃焼領域を
拡大させてきた。この触媒ブロツクの温度調節用
熱交換器は、前記以外にも高負荷燃焼の拡大にも
役立ててきたが、低負荷燃焼に対しては逆に悪く
なつた。これは、第７図に示されるように触媒ブ
ロツク内のガス流方向厚さＦのピーク温度の位置
が低負荷燃焼Ｑになるにつれて高負荷燃焼Ｒに対
して上流Ｓ側へ移行し熱放散量が増加するため触
媒ブロツク内の温度Ｔが低下してブローアウトす
る。また、そのブローアウト（失火）する時の触
媒ブロツク面の燃焼状況は触媒ブロツクの周囲か
ら“カゲリ（失火）”が発生し中央部へと移行し
ている。これは、第８図の温度分布図に示される
ように、触媒ブロツク内の幅Ｗ方向の温度が中央
部Ｍに比べて周辺部Ｎの方が低くなり、このため
燃焼反応速度が低下して燃焼効率が低下したもの
である。前記したように、低負荷燃焼Ｑ時におい
て触媒ブロツク内の温度低下および触媒ブロツク
面の温度むら等によつて低負荷燃焼が困難であつ
た。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来のパラレルフロー型のブロツク触媒を用い
た接触燃焼装置は、上限の燃焼領域が触媒の耐熱
温度で定まるため、触媒ブロツクの上流側に温度
調節用熱交換器を設けて燃焼領域を拡大するとと
もに高負荷燃焼にも対応して来たが、低負荷燃焼
に対しては逆に悪くなつた。これは、低負荷燃焼
時には熱放散により触媒ブロツクの周辺部の温度
が低くなつてブローアウト（失火）や燃焼効率の
低下の原因となり、触媒燃焼器における燃焼負荷
の変動巾（ターンダウン）が狭くなるという問題
点があつた。

本考案の目的は、触媒燃焼器の低負荷燃焼時に
おいても触媒ブロツク面からの熱放散量を制御す
ることにより、低負荷燃焼範囲が拡くし、かつ、
安定した接触燃焼を可能とする接触燃焼装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本考案はガスの流
れ方向に対して平行に複数のガス流路を有するパ
ラレルフロー型の触媒ブロツクを設けた接触燃焼
装置において、通気性を有する少なくとも１個の
受熱体を、触媒ブロツクの上流側に燃焼負荷に応
じて配設するように構成されている。

〔作用〕

本考案によれば接触燃焼装置の触媒ブロツクの
上流側に設けた通気性を有する受熱体の角度をガ
スの流れ方向に対して直角にさせることによつ
て、触媒ブロツク面からの放散熱を蓄熱もしくは
反射させて触媒ブロツク内の温度の低下が防止さ
れる。また、受熱体の角度をガスの流れ方向に対
して平行にすることによつて、触媒ブロツク面か
らの放散熱が蓄熱されにくく、触媒ブロツク内の
温度が低下する。受熱体の角度は、触媒燃焼器の
燃焼負荷に応じて可変するもので、前者は低負荷
燃焼時に適しており、後者は高負荷燃焼時に適し
ている。

〔実施例〕

本考案の一実施例を第１図を参照しながら説明
する。

第１図に示されるように、本実施例では触媒燃
焼器３０の上流側へガス（混合ガス）の流れに応
じて左右に角度が可変できる少なくとも１個の受
熱体１００が設置されている。受熱体１００は触
媒燃焼器３０内へ流入するガスの流れが受熱体１
００内を自由に通過できるような通気性のある構
造、例えば耐熱材料のSUS製の金網、ワイヤメ
ツシユおよびセラミツクフアイバーからなる積層
体等であり、受熱体１００の角度の可変はガスの
流れ方向に対して直角（90度）と平行（０度）に
でき、この可変は図示していないが触媒燃焼器３
０の燃焼負荷に応じて作動させるか、もしくは触
媒ブロツク３１内の温度を検知して作動させるよ
うに制御し触媒ブロツク３１からの熱放散を防止
する。そして受熱体１００はガスが通過するとき
の圧力損失が水柱100ミリメートル（mmAq）以
下であるような構造になつている。この受熱体１
００は、予熱バーナ１０が起動する前には、ガス
の流れ方向に対して平行（０度）に配置されてお
り、触媒ブロツク３１が予熱バーナ１０によつて
燃料の着火温度以上に加熱された後、燃料５１が
混合器２０を経て混合ガス７０として触媒ブロツ
ク３１内へ供給されて接触燃焼反応が開始され
る。ここでは、図示していないが予熱バーナ１０
によつて触媒ブロツク３１内の温度が所定値に達
したら、直ちに予熱バーナ１０を消火したのちに
５秒以内に点火プラグを作動せずに燃料を空気と
の混合ガス７０を供給し触媒ブロツク３１内で接
触燃焼反応させてもよい。触媒ブロツク３１の上
流側へ配置されている受熱体１００の作動は、触
媒ブロツク３１内の所定燃焼（容量）負荷もしく
は触媒ブロツク３１表面が所定温度に達した場合
にガスの流れ方向に対して平行（０度）から直角
（90度）に自動的に操作および制御される。受熱
体１００がガスの流れに対して直角（90度）に配
置された場合には、触媒ブロツク３１の入口面か
らの輻射熱により蓄熱および反射して触媒ブロツ
ク３１内の温度が低下せず、また、受熱体１００
の表面で一部の燃料が燃焼反応が生じて触媒ブロ
ツク３１の入口面に温度の上昇が起こる。第３図
に示されるように、触媒ブロツク面の温度は受熱
体がガスの流れ方向に対して平行Ｐ（０度）より
直角Ｒ（90度）に設置した方が高くなつている。
このように、触媒ブロツク面の温度を高く維持す
ることは、第６図に示されるように、低負荷燃焼
時において一酸化炭素の発生量が抑制され、斜線
部のように空気量を増加してもブローアウト（失
火）されにくく、燃焼範囲L′が拡くなつている。
このような受熱体の操作は、触媒燃焼器の燃焼
（容量）負荷もしくは触媒ブロツク面の温度に応
じて可変機構９０により行なうことによつて燃焼
性が向上し、燃焼効率を高めることができるの
で、安定な燃焼が可能となる。

本考案の他の実施例第２図を参照しながら説明
する。

第２図に示されるように、受熱体を分割せずに
一体化した受熱体１００の厚さを一定もしくは中
央部Ｊより周辺部Ｋを厚く設けたものである。こ
の一体化した受熱体１００はガスの流れ方向に対
して直角（90度）に固定してもよい。これは、前
記したように、受熱体１００の厚さを不均一化す
ることによつて触媒ブロツク３１の入口面の温度
分布を、第８図に示されたように線Ｈに均一化さ
れるためである。さらに、触媒ブロツク３１の低
負荷燃焼時には前記実施例と同様に燃焼負荷に応
じて受熱体１００の角度を可変させる。このよう
な構成においては、前記実施例と同様な効果が得
られる。高負荷燃焼時には受熱体１００はガスの
流れ方向に平行に配置するか又は取外しても良
い。

〔考案の効果〕

本考案によれば、接触燃焼装置を設けた受熱体
により触媒ブロツク内の温度を制御することがで
きる。特に、低負荷燃焼時において触媒ブロツク
面からの熱放散を受熱体で抑制することができ、
また触媒ブロツク入口面の温度分布が均一化され
るため、一酸化炭素の発生量が抑制されて触媒ブ
ロツク全体で安定な接触燃焼が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の要部を拡大した受
熱体の斜視図、第２図は本考案の他の実施例を示
す受熱体の斜視図、第３図は本考案の他の実施例
効果を示すグラフ、第４図は従来の接触燃焼装置
の回路図、第５図は触媒ブロツクの斜視図、第６
図は空気量と燃焼量の関係による燃焼範囲を示す
グラフ、第７図は触媒ブロツク内の温度分布を示
すグラフ、第８図は触媒ブロツクの垂直な面の温
度分布を示すグラフである。 ３１……触媒ブロツク、７０……ガス（混合ガ
ス）、１００……受熱体。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ガスの流れ方向に対して平行に複数のガス流
   路を有するパラレルフロー型の触媒ブロツクを
   設けた接触燃焼装置において、通気性を有する
   少なくとも１個の受熱体を、前記触媒ブロツク
   の上流側に燃焼負荷に応じて配設したことを特
   徴とする接触燃焼装置。 (2) 受熱体を、ガスの流れ方向に対して角度可変
   に配設したことを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の接触燃焼装置。 (3) 受熱体は、触媒ブロツクの燃焼負荷又はその
   入口表面温度に応じてガスの流れ方向に対する
   角度を平行又は直角に変える可変機構を備えて
   いることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の接触燃焼装置。