KR20100014230A - 연소 방법 및 연소 장치 - Google Patents

Abstract

수관 보일러, 흡수식 냉동기의 재생기 등에 적용되는 연소 방법에 있어서, 가스 발생원으로부터의 가스 중의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소의 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 단계와, 일차 측의 상기 농도비를 기준 농도비로 했을 때 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0(제로)로 하는 특성의 산화 촉매를 이용하여, 질소 산화물을 저감시키는 유해 물질 저감 단계를 포함하고, 농도비 조정 단계는, 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도가 실질적으로 0(제로) 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어한다. 이 연소 방법에 의하면, 질소 산화물의 배출량을 한없이 0에 근접하도록 저감시킬 수 있고, 일산화탄소 배출량을 허용 범위 내로 저감시킬 수 있다. 또한, 농도비의 제어를 산소 농도의 검출에 의해 안정적으로 행할 수 있다.

Description

연소 방법 및 연소 장치{METHOD OF COMBUSTION AND COMBUSTION APPARATUS}

본 발명은, 수관 보일러, 흡수식 냉동기의 재생기 등에 적용되는 연소 방법 및 연소 장치에 관한 것이다.

일반적으로, NOx 발생의 억제 원리로서 화염(연소 가스) 온도의 억제, 고온 연소 가스의 체류 시간의 단축 등이 알려져 있다. 그리고, 이들 원리를 응용한 각종 저NOx화 기술이 있다. 예를 들면, 2단 연소법, 농담 연소법, 배기 가스 재순환 연소법, 물 첨가 연소법, 증기 분사 연소법, 수관군(水管群)에 의한 화염 냉각 연소법 등이 제안되고 실용화되어 있다.

그런데, 수관 보일러 등 비교적 용량의 작은 NOx 발생원에 대해서도 환경에 미치는 영향에 대한 관심이 높아져서, 한층 더 저NOx화가 요구되고 있다. 이 저NOx화에서는, NOx의 생성을 저감하면 CO의 배출량이 증가하기 때문에, NOx와 CO를 동시에 저감시키기는 곤란하다.

그 원인은, 저NOx화와 저CO화가 상반되는 기술적 과제인 것에 기인한다. 즉, 저NOx를 추진하기 위해서는 연소 가스 온도를 급격하게 저하시켜서, 900℃ 이하의 낮은 온도로 억제하면, CO가 다량으로 발생하고, 또한 발생된 CO가 산화되지 않은 채 배출되어, CO 배출량이 증대한다. 반대로, CO의 배출량을 적게 하기 위하 여, 연소 가스 온도를 높게 억제하면, NOx의 생성량의 억제가 불충분하게 된다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 출원인은, 저NOx화에 수반하여 발생하는 CO량을 가능한 저감시킬 수 있도록, 또한 발생된 CO가 산화하도록 연소 가스 온도를 억제하는 저NOx 및 저CO 기술을 제안하여, 제품화하고 있다(특허 문헌 1 및 2 참조).

그러나, 이 특허 문헌 1 및 2에 기재된 저NOx화 기술은, 현실적으로는 생성된 NOx 값이 25ppm 정도에 그치고 있다.

전술한 과제의 해결 안으로서 본 발명의 출원인은, NOx 발생의 억제를 배출 CO 값의 저감이 우선하도록 연소 가스 온도를 억제하여 생성된 NOx 값을 소정값 이하로 하는 저NOx화 단계를 행하고, 그 후에 상기 저NOx화 단계에서 배출 CO 값을 소정값 이하로 하는 저CO화 단계를 행하는 저NOx 연소 방법을 제안하고 있다(특허 문헌 3 및 4 참조). 이 특허 문헌 3 및 4에 기재된 기술에 의하면, 10ppm을 밑도는 저NOx화가 가능하게 되지만, 5ppm을 밑도는 저NOx화를 실현하기 곤란하다. 이는, 연소의 특성에 의해, 5ppm 이상의 NOx의 생성을 피할 수 없기 때문이다.

그리고, 특허 문헌 3 및 4에 기재된 저NOx화 기술은, 도 18에 나타낸 바와 같이, 공기비가 1.38 이상인 이른바 고공기비 연소 영역(Z1)에 속한다. 한편, 공기비가 1.1 이하(이하, "저공기비"라고 함)인 연소 영역(Z2)에서는 질소 산화물의 발생량이 증가하여, 저NOx와 저CO화의 양립이 곤란한 점, 및 공기비가 1 이하로 되면 백파이어를 일으킬 가능성이 있는 등 안정된 연소 제어가 곤란한 점으로부터, 저공기비 연소의 영역(Z2)은, 지금까지 거의 연구 개발 대상이 되지 않았다. 도 18에서, 라인(F, E)은, 각각 본 발명의 연소 장치에 의한 1차 측의 NOx 특성 및 CO 특성을 모식적으로 나타내며, 라인(U, J)은, 본 발명의 연소 장치에 의한 NOx 특성 및 CO 특성을 모식적으로 나타내고 있다. 특허 문헌 3 및 4의 2차 측의 저NOx화 기술은, 모두 기본적으로는 고공기비 영역(Z1)에서 버너를 연소시킴으로써 NOx 생성을 억제하고, 발생된 CO를 산화 촉매에 의해 제거하는 기술이다.

한편, 시대적 배경으로서 보일러에 대하여 한층 더 저NOx화가 요구되며, 에너지 절약형 저공기비 운전이 요구되고 있다.

이러한 배경 하에서, 본 출원의 발명자들은, 산화 촉매를 사용하여 질소 산화물을 거의 0(제로)로 저감시킬 수 있는 연소 방법에 대한 연구 개발을 행하여 왔다.

그런데, 버너의 연소에 의해 발생하는 질소 산화물 함유 가스의 처리 방법으로서는, 특허 문헌 5가 알려져 있다.

특허 문헌 5의 배기 가스 처리 방법에서는, 제1 단계에 있어서, 버너를 공기비 1.0 미만(이론적 공기량보다 적은 양의 연소 공기량)으로 연소시킴으로써 산소를 포함하지 않고, CO, HC(탄화 수소)의 미연(未燃) 성분을 포함하는 연소 배기 가스를 얻고, 질소 산화 환원 촉매에 있어서 미연 성분에 의해 질소 산화물을 환원하여, 질소 산화물을 정화시킨다. 그리고, 제2 단계에 있어서, 이 정화된 후의 배기 가스에 공기를 첨가하여 산화 촉매로 미연 성분을 정화시킨다.

특허 문헌 5의 처리 방법은, 산소의 존재 하에서, 일산화탄소 및 질소 산화물을 저감하는 것은 아니다. 또한, 특허 문헌 5에 의하면, 질소 산화물의 환원 단 계와 미연 성분의 산화 단계에서 각각 별도의 촉매를 사용하여 행하므로, 장치의 구성이 복잡해져서, 보수 및 관리가 용이하지 않다.

또한, 가스 엔진으로부터의 질소 산화물 함유 가스의 정화 방법이 특허 문헌 6에 기재되어 있다. 특허 문헌 6은, 3원 촉매를 사용하여 질소 산화물 및 일산화탄소를 정화하지만, 가스 중에 탄화 수소의 존재가 필수적이며, 과잉 산소가 존재하지 않는 이론 공기비의 가스에만 적용할 수 있다. 따라서, 특허 문헌 6의 처리 방법은, 버너의 연소에 의해 생긴, 과잉 산소를 함유하는 보일러의 연소 가스 처리에는 적합하지 않다.

또한, 산화 촉매를 사용하여 소각로의 배기 가스 중의 질소 산화물을 일산화탄소에 의해 환원하는 기술이 특허 문헌 7에 기재되어 있다. 특허 문헌 7의 기술은, 배기 가스 중에 산소가 존재하면 질소 산화물의 환원이 진행하지 않으므로, 1차 연소에 있어서, 연료의 농도가 과잉인 상태(공기비 1 미만)에서 연소시킴으로써, 배기 가스를 무산소 상태로 한다. 특허 문헌 7에서는, "연료의 농도가 과잉 상태에서의 연소"라는 제약을 받으므로, 버너를 사용한 보일러와 같은, 배기 가스 중에 산소를 포함하는 연소 장치에는 적용하기 곤란하다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 제3221582호 공보

[특허 문헌 2] 미국 특허 제5353748호 명세서

[특허 문헌 3] 일본 특허출원 공개번호 2004-125378호 공보

[특허 문헌 4] 미국 특허 제6792895호 명세서

[특허 문헌 5] 일본 특허출원 공개번호 2001-241619호 공보

[특허 문헌 6] 일본 특허출원 공개번호 평5-38421호 공보

[특허 문헌 7] 일본 특허출원 공개번호 2003-275543호 공보

[발명이 해결하려고 하는 과제]

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 간단한 방법에 의해, 질소 산화물 및 일산화탄소의 배출량을 한없이 0(제로)에 근접한 값까지 저감, 또는 허용 범위 내로 저감시키고, 산소 농도의 검출에 의해, 안정된 유해 물질 저감 효과를 얻는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 출원의 발명자 등은, 전술한 과제를 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 특허 문헌 3 및 4에 기재된 일산화탄소를 저감시키기 위한 산화 촉매를 구비한 보일러에 있어서, 지금까지 거의 연구가 행해지지 않았던 한없이 1에 가까운 저공기비에서의 버너의 연소 영역[도 18의 영역(Z2)]에서, 질소 산화물 및 일산화탄소의 배출량을 실질적으로 0(zero)으로 하는 포인트를 발견하였다. 그리고, 질소 산화물 및 일산화탄소의 배출량을 실질적으로 0으로 할 수 있다.

원인을 추적한 결과, 산화 촉매의 1차 측의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비를 기준 소정 농도비로 함으로써, 산화 촉매를 사용하여 질소 산화물 및 일산화탄소의 배출량을 한없이 0에 근접하여 저감시킬 수 있고, 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비 근방에서 조정함으로써, 유해 물질(질소 산화물 및 일산화탄소)의 배출량을 실질적으로 0 또는 허용치까지 저감시킬 수 있는 새로운 지견(知見)을 얻었다. 본 발명은, 이 지견에 기초하여 완성한 것이다. 본 발명에 의하면, 유해 물질의 배출 농도를 실질적으로 0으로 할 수 있을 뿐만 아니라, 유해 물질의 배출량의 저감이 한없이 1.0에 가까운 공기비에 의해 실현될 수 있으므로, 현저한 에너지 절약을 실현할 수 있다.

이하, 간단하게 농도비라고 할 경우, 산화 촉매의 1차 측의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비를 의미한다. 상기 산화 촉매는, 공지된 산화 촉매를 사용해도 되고, 신규한 산화 촉매를 사용해도 된다.

즉, 본 출원의 발명자 등은, 특허 문헌 7에 기재된 바와 같이, 산화 촉매 작용 하에서, 일산화탄소에 의해 질소 산화물을 환원하는 데는, 산소가 장애가 된다는 기술적인 상식을 타파하고, 산소를 활용하여, 산화 촉매의 1차 측에서의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도의 관계를 소정의 관계(소정 농도비)로 조정하는 신규한 기술 수단을 채용함으로써 전술한 과제를 해결할 수 있게 되었다.

또한, 본 발명이 해결하려고 하는 다른 과제는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하도록 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비의 변화 폭을 최소한으로 하고, 이를 일정하게 제어하기 위하여, 분해능이 높으며, 고응답의 센서를 필요로 하는 것이다.

본 출원의 발명자 등은, 전술한 바와 같이, 상기 산화 촉매의 1차 측에 적극적으로 산소를 포함시켜서, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 실질적으로 0으로 함으로써, 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 일정하게 제어할 수 있다는 새로운 지견을 얻었다.

본 발명에서는, 이 지견에 기초하여, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도가 실질적으로 0으로 되도록 제어함으로써, 전술한 과제를 해결할 수 있다. 그리고, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하는 제어는, 질소 산화물 농도를 검출하는 센서에 의해서도 가능하지만, 현 시점에서는, 분해능이 높고, 고응답이며, 염가인 센서가 발견되지 않고 있다.

이상과 같이, 본 발명은, 유해 물질 저감 효과가 현저할 뿐만 아니라, 종래의 버너, 산화 촉매, 산소 농도 센서 및 공기비 제어를 사용하거나, 또는 그 연장선 상의 기술을 사용해도 전술한 과제를 간단하고도 용이하게 해결할 수 있는 획기적인 발명이다. 그리고, 본 발명에서는, 바람직하게는, 상기 가스 발생원을 버너로 하지만, 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 함으로써, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 할 수 있는 본 발명의 원리가 적용될 수 있다면, 상기 가스 발생원은 버너로 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 제1 발명은, 가스 발생원으로부터의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소를 포함하는 상기 가스 중의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소의 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 단계와, 상기 가스와의 접촉에 의해, 산소에 의해 일산화탄소를 산화시키고, 일산화탄소에 의해 질소 산화물을 환원시키며, 1차 측의 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 했을 때 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성의 산화 촉매를 이용하여, 질소 산화물을 저감시키는 유해 물질 저감 단계를 포함하는 연소 방법이다. 또한, 상기 농도비 조정 단계는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어한다. 여기서, "검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방"이란, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 산소 농도뿐만 아니라, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 소정값 이하로 하는 산소 농도를 포함하고 있다.

또한, 질소 산화물 농도가 실질적으로 0는, 바람직하게는 5ppm, 더 바람직하게는 3ppm, 이보다 더 바람직한 것은 0이다. 일산화탄소 농도가 실질적으로 0는, 30ppm, 더 바람직하게는 10ppm이다. 또한, 산소 농도가 실질적으로 0는, 10Oppm 이하이지만, 바람직하게는 계측 한계값 이하로 한다. 또한, 질소 산화물 농도, 일산화탄소 농도가 소정값 이하는, 각 나라, 각 지역에서 정해진 배출 기준 농도 이하를 의미하지만, 한없이 실질적으로 0에 가까운 값으로 설정하는 것이 바람직한 것은 물론이다. 즉, "소정값" 이하를 "허용값", "배출 기준값"으로 환언할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 농도비 조정 단계에서 상기 가스의 농도비를 상기 소정 농도비로 함으로써, 상기 산화 촉매를 사용하여 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0 또는 소정값 이하로, 일산화탄소 농도를 실질적으로 0 또는 소정값 이하로 각각 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 산화 촉매의 1차 측의 가스 중에 산소를 포함시킴으로써, 상기 기준 소정 농도비의 일정 제어를 산소 농도의 검출에 의해 행할 수 있다. 또한, 특허 문헌 7과 같이, 산화 촉매의 1차 측의 가스를 무산소 상태로 하는 기술로서는, 산소 농도를 검출하여 농도비 조정을 행할 수 없다.

전술한 제1 발명에 있어서, 상기 농도비 조정 단계에서는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도 및 일산화탄소 농도를 검출하여, 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 산화 촉매는, 전술한 특성으로부터, 상기 농도비가 상기 기준 소정 농도가 되면, 2차 측의 산소 농도를 실질적으로 0으로 할 수 있지만, 상기 농도비가, 상기 기준 소정 농도로부터 상하로 변동하면, 상기 산화 촉매의 2차 측에서는 산소 농도가 0이며, 일산화탄소 농도가 검출되게 된다. 그러므로 산소 농도 뿐만 아니라, 일산화탄소 농도도 병행하여 검출함으로써, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 실질적으로 0으로 하는 제어를 용이하게 행할 수 있다.

본 발명에 따른 제2 발명은, 가스 발생원으로부터의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소를 포함하는 상기 가스 중의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소의 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 수단과, 상기 가스와의 접촉에 의해, 산소에 의해 일산화탄소를 산화시키고, 일산화탄소에 의해 질소 산화물을 환원시켜며, 1차 측의 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 했을 때 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성을 가지는 산화 촉매를 포함하는 연소 장치이다. 또한, 이 장치는 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하는 센서를 포함하고, 상기 농도비 조정 수단은 상기 센서에 의해 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어한다.

본 발명에 의하면, 상기 농도비 조정 수단에 의해 상기 가스의 농도비를 상기 소정 농도비로 함으로써, 상기 산화 촉매를 사용하여 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0 또는 소정값 이하로, 일산화탄소 농도를 실질적으로 0 또는 소정값 이하로 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 산화 촉매의 1차 측의 가스 중에 산소를 포함시킴으로써, 상기 기준 소정 농도비의 일정 제어를 상기 센서에 의한 산소 농도의 검출에 의해 행할 수 있으므로, 고분해능이며, 고응답인 센서를 이용할 수 있다.

상기 제2 발명에 있어서, 상기 센서는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도 및 일산화탄소 농도를 검출하는 센서로 하고, 상기 농도비 조정 수단은, 상기 센서에 의해 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 상기 제2 발명에 의한 효과에 더하여, 일산화탄소 농도도 병행하여 검출함으로써, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 실질적으로 0으로 하는 제어를 용이하게 행할 수 있고, 자동차 등에서 사용되고 있는 고분해능이며, 고응답이며, 염가의 공연비(空燃比) 센서를 사용할 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 상기 농도비를 조정함으로써, 상기 산화 촉매를 사용하여, 질소 산화물 및 일산화탄소의 배출량을 한없이 0에 근접하도록 저감시키고, 또는 소정값 이하로 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 하는 제어를 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하여 행할 수 있으므로, 고분해능이며, 고응답의 센서를 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 증기 보일러 종단면의 설명도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 절단한 단면도이다.

도 3은 도 2의 산화 촉매를 배기 가스의 흐름 방향으로부터 본 주요부 구성을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예 1의 공기비-NOx·CO 특성을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예 1의 댐퍼 위치 조정 장치의 사용 상태의 일부 단면의 설명도이다.

도 6은 본 발명의 실시예 1의 댐퍼 위치 조정 장치의 주요부의 단면 설명도이다.

도 7은 본 발명의 실시예 1의 버너 및 흡열 수단의 특성 및 촉매의 특성을 설명하는 모식도이다.

도 8은 본 발명의 실시예 1의 센서의 출력 특성을 설명하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예 1의 모터 제어 특성을 설명하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시예 1의 NOx 및 CO 저감 특성을 설명하는 도면이다.

도 11은 본 발명의 실시예 2의 증기 보일러의 종단면의 설명도이다.

도 12는 본 발명의 실시예 2의 모터 제어 특성을 설명하는 도면이다.

도 13은 본 발명의 실시예 3의 공기비-NOx·CO 특성을 사용한 공기비 제어를 설명하는 도면이다.

도 14는 본 발명의 실시예 4의 증기 보일러의 종단면의 설명도이다.

도 15는 본 발명의 실시예 5 및 6에 따른 증기 보일러의 종단면의 설명도이다.

도 16은 본 발명의 실시예 5 및 6에서의 도 16의 횡단면의 설명도이다.

도 17은 본 발명의 실시예 5에 따른 연소 장치에서의 연소 특성 등의 일례를 나타낸 모식도이다.

도 18은 본 발명에 의한 NOx·CO 1차 특성 및 2차 특성을 설명하는 도면이다.

[부호의 설명]

1: 버너 4: 산화 촉매

7: 센서 8: 제어기

28: 공기비 조정 수단 29: 댐퍼

30: 댐퍼 위치 조정 장치 34: 모터

본 발명의 실시형태에 대하여 이하에 설명한다. 본 발명의 실시형태를 설명하기 전에, 본 출원에서 사용하는 용어에 대하여 설명한다. "가스"는 버너로부터 산화 촉매("산화·환원촉매" 또는 단지 "촉매"라고 칭할 수 있음)를 다 통과할 때까지의 가스를 일컬으며, 촉매를 통과한 후의 가스를 "배기 가스"라고 일컫는다. 따라서, 가스는, 연소 반응중(연소 과정)인 가스와 연소 반응이 완결된 가스를 포 함하여, "연소 가스"라고 칭할 수 있다. 또한, 상기 촉매가 가스의 흐름을 따라 다단으로 설치되어 있는 경우, "가스"는, 최종단의 촉매를 다 통과할 때까지의 가스를 일컬으며, "배기 가스"는 최종단의 촉매를 통과한 후의 가스를 일컫는다.

"촉매의 1차 측"은, 촉매에 대하여 버너가 설치되어 있는 측이며, 특별히 언급하지 않는 한, 가스가 이 촉매를 통과하기 직전을 일컬으며, "촉매의 2차 측"은 촉매의 1차 측의 반대 측을 말한다.

또한, "탄화 수소를 포함하지 않는다"의 의미는, 연소 반응 과정에서 탄화 수소가 전혀 생성되지 않는 것을 의미할 뿐만 아니라, 연소 반응 과정에서는, 약간의 탄화 수소가 생성되지만, 연소 반응이 종료하는 단계, 즉 상기 촉매에 유입되는 가스 중에 질소 산화물을 환원하는 탄화 수소가 실질적으로 포함되어 있지 않는(측정 한계 이하인) 것을 의미하고 있다.

또한, 공기비 m은, m = 21/(21-[O₂])로 정의한다. 다만, [O₂]는 촉매의 2차 측의 배기 가스 중의 산소 농도를 나타내지만, 공기비를 구할 때 사용하는 [0₂]는 산소 과잉 영역에서는 과잉 산소 농도를 나타내고, 연료 과잉 영역에서는 일산화탄소 등의 미연 가스를 공기비 m=1로 연소시키는데 필요한 부족 산소 농도를 마이너스의 값으로서 나타낸다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 본 발명은, 소형 관류 보일러 등의 수관 보일러, 급탕기, 흡수식 냉동기의 재생기 등의 연소 장치(열 기기 또는 연소 기기라고 칭해도 됨)에 적용된다.

(연소 방법의 실시형태 1)

본 발명의 연소 방법의 실시형태 1이 적용되는 보일러 등의 연소 장치는, 전형적으로, 버너와 이 버너에 의해 생성되는 가스로부터 흡열을 행하는 흡열 수단으로서의 전열관(수관)군을 포함하는 캔체와, 상기 전열관군을 통과한 후의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 각각 소정 농도비로 포함하는 가스가 접촉하여 통과하고, 일산화탄소를 산화시키며 질소 산화물을 환원시키는 촉매와, 상기 버너에 가스 연료를 공급하는 연료 공급 수단과, 상기 버너에 연소 공기를 공급하는 연소 공기 공급 수단과, 상기 촉매의 하류에서 산소 농도를 검출하는 센서와, 이 센서 등의 신호를 입력하여 상기 연료 공급 수단 및 상기 연소 공기 공급 수단 등을 제어하는 제어기를 주요부로서 포함한다.

이와 같은 연소 장치에 바람직하게 실시되는 본 발명의 연소 방법의 실시형태 1은, 가스 발생원으로부터의 질소 산화물을 함유하는 가스에 일산화탄소 및 산소를 포함시키고, 상기 가스 중의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소의 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 단계와, 상기 가스와의 접촉에 의해, 산소에 의해 일산화탄소를 산화시키고, 일산화탄소에 의해 질소 산화물을 환원시키며, 1차 측의 상기 농도비를 상기 기준 농도비로 했을 때 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성의 촉매를 이용하여, 질소 산화물을 저감하는 유해 물질 저감 단계를 포함하는 연소 방법이다. 상기 농도비 조정 단계는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어한다.

본 실시형태 1에서의 상기 농도비는, 후술하는 실시형태 2와 동일하며, 후술하는 식 (1)로 대표되는 일산화탄소 농도, 질소 산화물 농도 및 산소 농도의 상호의 관계를 의미한다.

이 연소 방법의 실시형태 1에서는, 상기 농도비 조정 단계는, 가스 발생원으로부터의 질소 산화물을 함유하는 가스에 일산화탄소 및 산소를 포함시키고, 상기 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 제1 단계와, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하여 상기 기준 소정 농도비를 일정하게 유지하는 제2 단계를 포함한다. 상기 가스 발생원으로부터의 가스 중에 일산화탄소 및 산소를 포함하는 경우, 및 포함하지 않는 경우의 어느 경우에도, 상기 제1 단계에 있어서, 산소 및/또는 일산화탄소의 주입 등을 행하여, 상기 농도비가 상기 기준 소정 농도비로 되도록 질소 산화물 농도에 대하여 상기 일산화탄소 및 상기 산소의 농도를 조정한다. 이에 따라, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 저감시킨다. 또한, 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비를 중심으로 변화시킴으로써, 상기 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하고, 상기 일산화탄소 농도를 소정값 이하로 하는 제1 제어와, 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하고, 질소 산화물 농도를 소정값 이하로 저감하는 제2 제어를 선택적으로 행한다. 이에 더하여, 상기 제2 단계를 실행함으로써, 산소 농도를 검출함으로써, 상기 기준 소정 농도비가 일정하게 유지된다.

또한, 상기 가스 발생원을 버너로 하는 경우에는, 상기 제1 단계에서는 버너 특성만을 이용하거나, 또는 버너 및 흡열 수단의 특성을 사용하는 것이 바람직하 다. 그리고, 상기 버너로의 연료량과 연소 공기량과의 비율을 조정하는 공기비 조정 수단에 의해 공기비로 함으로써, 상기 농도비 조정 수단을 구성한다. 이렇게 함으로써, 산소 및/또는 일산화탄소의 주입 또는 제거 수단을 필요로 하지 않는다.

또한, 상기 촉매에 유입되는 가스 중에는, 바람직하게는, 탄화 수소를 포함하지 않게 한다. 이 조건은, 상기 가스 발생원에 의해 탄화 수소가 함유된 연료를 연소시킴으로써, 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 상기 촉매에 유입되는 가스 중에 미량의 탄화 수소를 포함하는 경우라도, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 본 발명의 작용이 실현될 수 있으면, 본 발명의 실시형태에 포함된다.

(연소 방법의 실시형태 2)

상기 연소 방법의 실시형태 1은, 다음 실시형태 2에 적용된다. 실시형태 2에서도 상기 실시형태 1과 마찬가지로, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하고, 상기 기준 소정 농도비의 제어를 행하지만, 그 설명을 생략한다. 실시형태 2는, 연료를 버너에 의해 연소시킴으로써 생성되는 가스와 산화 촉매를 접촉시켜서 상기 가스 중에 포함되는 질소 산화물을 저감시키는 연소 방법이다. 이 연소 방법은, 탄화 수소가 함유된 연료를 상기 버너에 의해 연소시켜서, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스를 생성시키는 연소 단계와, 이 연소 단계에서 생긴 가스로부터 흡열 수단에 의해 흡열하는 흡열 단계와, 이 흡열 단계 후에 상기 가스를 산화 촉매와 접촉시켜서 상기 가스에 포함되는 일산화탄소를 산소에 의해 산화시키고 질소 산화물을 일산화탄소에 의해 환원시키는 유해 물질 저감 단계와, 상기 산화 촉매의 1차 측의 가스 중의 농도의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비를, 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 농도비 특성에 기초하여, 상기 버너의 공기비 조정 수단을 사용하여, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도가 실질적으로 0 또는 소정값 이하로, 일산화탄소 농도가 실질적으로 0 또는 소정값 이하로 되는 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 단계를 포함한다.

더 구체적으로는, 이 방법은, 연료를 버너에서 연소시킴으로써 생성되는 가스와 산화 촉매를 접촉시켜서 상기 가스 중에 포함되는 질소 산화물을 저감시키는 연소 방법으로서, 탄화 수소가 함유된 연료를 상기 버너로 연소시켜서, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스를 생성시키는 연소 단계와, 이 연소 단계에서 생긴 가스로부터 흡열 수단에 의해 흡열하는 흡열 단계와, 이 흡열 단계 후에 상기 가스를 산화 촉매와 접촉시켜서 상기 가스에 포함되는 일산화탄소를 산소에 의해 산화시키고 질소 산화물을 일산화탄소에 의해 환원시키는 유해 물질 저감 단계와, 상기 산화 촉매의 1차 측의 가스 중의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비 K를, 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 농도비 특성에 기초하여, 상기 버너의 공기비 조정 수단을 사용하여, 하기 조정 0 ∼ 조정 2 중 어느 하나로 조정하는 농도비 조정 단계를 포함한다.

조정 0: 상기 농도비 K를 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 기준 소정 농도비 K0으로 조정한다.

조정 1: 상기 농도비 K를 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하고, 일산화탄소 농도를 소정값 이하로 하는 제1 소정 농도비 K1 으로 조정한다.

조정 2: 상기 농도비 K를 상기 산화 촉매의 2차 측의 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하고, 질소 산화물 농도를 소정값 이하로 하는 제2 소정 농도비 K2로 조정한다.

그리고, 상기 촉매는, 상기 조정 O를 행하면, 각각 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하고, 상기 조정 1을 행하면 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하고, 일산화탄소 농도를 소정값 이하로 하는 특성을 가지고 있다. 또한, 상기 촉매는, 상기 조정 2를 행하면, 상기 산화 촉매의 2차 측의 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하고, 질소 산화물 농도를 소정값 이하로 하는 특성을 가지고 있다.

본 실시형태 2에 있어서, 농도비는 일산화탄소 농도, 질소 산화물 농도 및 산소 농도 사이의 상호 관계를 의미한다. 상기 조정 0에 있어서의 기준 소정 농도비 K0는, 바람직하게는, 하기 식 (1)의 판정식에 의해 판정되고, 하기 식 (2)를 만족시키며, 상기 제1 소정 농도비 K1을 상기 기준 소정 농도비보다 작게, 상기 제2 소정 농도비 K2를 상기 기준 소정 농도비보다 커지도록 설정되는 것이 바람직하다.

([NOx]+2[O₂])/[CO]=K …(1)

1.0≤K=K0≤2.0 …(2)

[식 (1)에서, [CO], [NOx] 및 [O₂] 는 각각 일산화탄소 농도, 질소 산화물 농도 및 산소 농도를 나타내고, [0₂]>0의 조건을 만족시킨다]

상기 기준 소정 농도비 K0는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도, 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 각각 실질적으로 0으로 하는 상기 산화 촉매의 1차 측의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비이다. 상기 식 (1)은, 상기 기준 소정 농도비 K0를 판정하기 위한 판정식이며, 식 (2)는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도, 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 각각 실질적으로 0으로 하는 조건을 나타내고 있다. 이론적으로는, K0=1.0의 조건에서, 각 농도를 0으로 할 수 있다. 그러나, 실험 결과에 의하면, 상기 식 (2)의 범위에서 각 농도를 실질적으로 0으로 하는 것이 확인되어 있지만, 상기 K0의 상한 2.0은, 상기 촉매의 특성에 따라서는, 2.0보다 큰 값을 취할 수 있다고 여겨진다.

상기 기준 소정 농도비 K0의 값을 밑돌도록, 즉 식 (1)의 K가 K0보다 작은 상기 제1 소정 농도비 K1이 되도록 상기 산화 촉매의 1차 측의 농도비 K를 조정하면(상기 조정 1), 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도 및 질소 산화물 농도가 실질적으로 0으로 되며, 일산화탄소 농도가 소정값 이하로 된다. 이 일산화탄소 농도의 소정값은, 바람직하게는, 배출 기준값(이 값은, 국가에 따라 상이하므로, 국가 별로 변경될 수 있음) 이하로 설정한다. 이 소정값을 결정하면, 실험적으로 상기 제1 소정 농도비 K1을 정할 수 있다. 상기 농도비 K의 값이 K0보다 작은 상기 제1 소정 농도비 K1이 되는 농도비 K의 조정은, 구체적으로는, 상기 산화 촉매의 1차 측의 일산화탄소 농도에 대한 산소 농도의 비율을, 상기 기준 소정 농도비 K0를 만족시키는 일산화탄소 농도에 대한 산소 농도의 비율보다 적게 함으로써 실현 가능하다.

또한, 상기 농도비 K가 K0보다 큰 상기 제2 소정 농도비 K2로 되도록 상기 산화 촉매의 1차 측의 농도비 K를 조정하면(상기 조정 2), 상기 산화 촉매의 2차 측의 일산화탄소 농도가 실질적으로 0으로 되고, 질소 산화물 농도가 소정값 이하로 된다. 이 경우, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도는 소정 농도로 된다. 이 질소 산화물 농도의 소정값은, 일산화탄소 농도의 상기 소정값과는 상이하며, 각 국가에서 정해지는 배출 기준값 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 소정값이 결정되면, 실험적으로 상기 제2 농도비 K2를 정할 수 있다. 상기 제2 소정 농도비 K2로 하기 위한 농도비 K의 조정은, 구체적으로는 상기 산화 촉매의 1차 측의 일산화탄소 농도에 대한 산소 농도의 비율을, 상기 기준 소정 농도비 K0를 만족시키는 일산화탄소 농도에 대한 산소 농도의 비율보다 많이 함으로써 실현 가능하다.

본 실시형태에서는, 바람직하게는, 상기 농도비 K를 상기 각 소정 농도비 K0, K1, K2로 일정하게 유지하는 농도비 일정 제어 단계를 포함한다.

본 연소 방법의 실시형태 2에서는, 먼저 상기 연소 단계에 있어서, 상기 버너가 연소하고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하고, 탄화 수소를 포함하지 않는 가스가 생성된다. 그리고, 상기 촉매의 1차 측의 상기 가스에서의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비 K는, 상기 농도비 조정 단계에서, 상기 조정 0, 상기 조정 1, 상기 조정 2 중 어느 하나에 의해, 각각 상기 기준 소정 농도비 K0, 상기 제1 소정 농도비 K1, 상기 제2 소정 농도 K2로 조정된다. 그리고, 상기 유해 물질 저감 단계에서, 상기 가스가 상기 촉매와 접촉하여 상기 가스 중의 산소에 의해 일산화탄소가 산화되고 일산화탄소에 의해 질소 산화물이 환원된다. 상기 조정 0 또는 상기 조정 1을 행한 경우의 유해 물질 저감 단계에서의 산소의 역할은, 일산화탄소 농도의 조정, 즉 질소 산화물을 환원하여 그 농도를 실질적으로 0으로 하는데 필요한 양 이상으로 존재하는 일산화탄소량을 소비하여 저감시킨다. 이 상기 조정 0 혹은 상기 조정 1 후의 유해 물질 저감 단계에 의해, 상기 가스 중의 질소 산화물의 배출량이 실질적으로 0으로 저감되고, 일산화탄소의 배출량이 실질적으로 0 또는 소정값 이하로 저감된다. 또한, 상기 조정 2 후의 유해 물질 저감 단계에 의해, 상기 가스 중의 일산화탄소의 배출량이 실질적으로 0이 되고, 질소 산화물 농도가 소정값 이하로 저감된다. 또한, 상기 농도비 일정 제어 단계에 의해, 상기 각 소정 농도비 K0, K1, K2의 값의 변동이 억제되고, 질소 산화물 배출량 및 일산화탄소 배출량의 저감 효과를 확실하게 실현할 수 있다. 특히, 상기 조정 0에 있어서, 질소 산화물 배출량을 실질적으로 0으로 하기 위해서는, 상기 농도비 일정 제어 단계가 중요하다.

상기 조정 0의 기준 소정 농도비 K0 및 상기 조정 1의 제1 소정 농도비 K1은, 하기 식 (3)에서 포함하여 표현된다. 즉, 식 (3)을 만족시키면, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하고, 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하거나 저감시킨다. 일산화탄소 농도를 상기 소정값 이하로 저감시키기 위해서는, 상기 농도비 K의 값이 K0보다 작은 값으로 되도록 상기 산화 촉매의 1차 측의 상기 농도비 K를 조정하고, 상기 제1 소정 농도비 K1로 한다.

([NOx]+2[O₂])/[CO]=K≤2.0 …(3)

[식 (3)에서, [CO], [NOx] 및[O₂] 는 각각 CO 농도, NOx 농도 및 O₂ 농도를 나타내고, [0₂]>0의 조건을 만족시킨다]

상기 유해 물질 저감 단계에서의 유해 물질의 저감 작용에 대하여 더 설명한다. 이 저감 작용은, 다음과 같이 하여 행해진다고 여겨진다. 상기 산화 촉매에서는, 주반응으로서 일산화탄소를 산화시키는 제1 반응과 질소 산화물을 일산화탄소에 의해 환원시키는 제2 반응이 생긴다. 그리고, 상기 산화 촉매에서의 반응(촉매 반응)에 있어서, 산소 존재 하에서는, 상기 제1 반응이 상기 제2 반응보다 우위이며, 상기 제1 반응에 기초하여, 일산화탄소는 산소에 의해 소비되어서, 농도 조정된 후, 상기 제2 반응에 의해 질소 산화물을 환원한다. 이 설명은 간략화한 것이다. 실제로는, 상기 제1 반응은 상기 제2 반응과는 경합 반응이지만, 일산화탄소와 산소와의 반응이 산소 존재 하에서 상기 제2 반응에 비해 외관상 빠르게 일어나기 때문에, 제1 단계에서 일산화탄소의 산화(제1 반응)가 행해지고, 제2 단계에서 질소 산화물이 환원된다고(제2 반응) 여겨진다.

요컨대, 상기 산화 촉매에 있어서, 산소의 존재 하에서는, CO + 1/2O₂ → CO₂가 되는 상기 제1 반응에 의해 산소가 소비되고, 나머지 CO를 사용하여 2CO + 2NO → N₂ + 2CO₂가 되는 상기 제2 반응에 의해 질소 산화물을 환원하여 배출 질소 산화물 농도를 저감시킨다.

여기서, 상기 식 (2)에서의 [NOx]는, 일산화질소 농도: [NO]와 이산화질소 농도: [NO₂]와의 합계 농도이다. 전술한 반응식의 설명에서, NOx를 사용하지 않고, NO를 사용하고 있는 것은, 고온도장(高溫度場)에서의 생성 질소 산화물의 조성은, 주성분이 NO이며, NO₂가 수%에 지나지 않으므로, 근사적으로 설명할 수 있기 때문이다. NO₂는 존재하더라도 NO와 마찬가지로 CO에 의해 환원된다고 여겨진다.

상기 농도비 K가 1.0인 경우, 이론상으로는, 상기 촉매로부터 배출되는 산소 농도, 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 0으로 할 수 있다. 그러나, 실험상에서는, 일산화탄소가 약간 배출됨을 알고 있다. 그리고, ([NOx] + 2[O₂])/[CO]=1은, 실험 결과를 고려하여, 상기 제1 반응 및 제2 반응으로부터 이론적으로 도출한 것이다.

여기서, ([NOx] + 2[O₂])/[CO]=1을 어떻게 하여 도출하였는지를 설명한다. 이 식은, 상기 기준 소정 농도비 K0를 전형적으로 만족하는 식이므로, 기준 소정 농도 충족식이라고 칭한다.

상기 촉매 내에서는, 하기 제1 반응 (I)이 주반응으로서 일어나는 것이 알려져 있다.

CO + 1/2O₂ → CO₂ …(I)

또한, Pt 등의 귀금속 촉매를 사용한 상기 촉매 내에서는, 산소가 존재하지 않는 분위기에서 하기 제2 반응 (Ⅱ)에 의한 CO에 의한 NO 환원 반응이 진행된다.

CO + NO → CO₂ + 1/2N₂ …(Ⅱ)

그래서, 본 출원의 발명자들은, 상기 제1 반응(I), 상기 제2 반응 (Ⅱ)의 반응에 기여하는 물질의 농도에 주목하고, 상기 기준 농도 충족식을 도출하였다.

즉, CO 농도, NO 농도, O₂ 농도를 각각 [CO]ppm, [NO]ppm, [O₂]ppm이라고 하면, 상기 식 (I)로부터 CO에 의해 제거할 수 있는 산소 농도는, 다음 식(Ⅲ)에 의해 나타내어진다.

2[O₂]=[CO]a …(Ⅲ)

또한, 상기 식 (Ⅱ)의 반응을 일으키기 위해서는, CO가 NO와 동일한 양이 필요하며, 다음 식 (IV)으로 나타낸 바와 같은 관계가 있다고 할 수 있다.

[CO]b=[NO] …(IV)

상기 식(I) 및 (Ⅱ)의 반응을 상기 촉매 내에서 연속적으로 일으키는 경우, 상기 식 (Ⅲ)과 상기 식 (Ⅳ)를 더하여 얻어지는 다음의 식 (V)의 농도 관계가 필요하게 된다.

[CO]a + [CO]b = 2[O₂] +[NO] …(V)

[CO]a + [CO]b에서, CO는 동일한 성분이므로, 상기 촉매의 2차 측의 가스 중의 CO 농도로서 [CO]로 나타낼 수 있다.

따라서, 상기 기준 소정 농도비충족식, 즉 [CO] = 2[O₂] + [NO]의 관계를 도출할 수 있다.

상기 농도비 K의 값이 1.0보다 작은 경우에는, 일산화탄소의 농도가 상기 질소 산화물의 환원에 필요한 농도 이상으로 존재하므로, 배출 산소 농도가 0이며, 상기 촉매 통과 후의 가스 중에 일산화탄소가 잔류된다.

또한, 상기 농도비 K의 값이 1.0을 초과하는 2.0은, 실험적으로 얻어진 값이며, 그 이유는 다음과 같이 생각할 수 있다. 상기 촉매 중에서 발생하는 반응은, 완전히 밝혀져 있지 않으며, 상기 제1 반응 및 상기 제2 반응의 주반응 외에, 부반응이 생기고 있다고 여겨진다. 이 부반응 중 하나로서, 증기와 일산화탄소와의 반응에 의해 수소가 생기고, 이 수소에 의해 질소 산화물 및 산소가 환원되는 반응을 생각할 수 있다.

상기 연소 단계는, 상기 버너에 의해 탄화 수소 함유 연료를 연소시킴으로써 행해지고, 탄화 수소를 포함하지 않고, 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소를 포함하는 가스가 생성된다. 이 연소는, 보일러 등의 통상적인 연소 장치에서 행해지고 있는 연소이며, 내연 기관과 같이 급격한 냉각을 수반하지 않기 때문에, 배기 가스에는 탄화 수소를 포함하지 않는다. 그리고, 상기 공기비를 1.1 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 저공기비 연소에 의해 에너지 절약이 실현된다.

상기 버너는, 연료와 연소 공기를 연속적으로 공급하여 연속적으로 연소시키는 연소 장치로서, 내연 기관은 포함하지 않는다. 자동차용 엔진 등과 같은 내연 기관은, 연료와 연소 공기가 불연속적으로 공급되며 연소를 행하므로, 미연분으로서 탄화 수소나 일산화탄소가 다량으로 생성되어 배기 가스 중에 포함되므로, 본 발명의 연소 방법에는 적합하지 않다.

또한, 상기 버너는, 바람직하게는, 가스 연료를 예혼합 연소시키는 전 1차 공기식 예혼합 버너로 한다. 상기 촉매에 의해, 상기 제1 반응 및 상기 제2 반응 을 효과적으로 생기게 하기 위해서는, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소에 관한 상기 (2) 식 및 (3) 식에서 나타낸 바와 같은 농도비 K의 조정이 중요하다. 상기 버너를 예혼합 버너로 함으로써, 저공기비 영역에서 상기 기준 소정 농도비 K0를 비교적 용이하게 얻을 수 있다. 그러나, 상기 촉매의 1차 측의 가스 중에서의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소가 균일하게 혼합되어 각각의 농도를 상기 소정 농도비로 하는 제어를 행함으로써, 예혼합 버너 외의 부분 예혼합 버너나 선혼합 버너로 할 수 있다.

상기 흡열 단계는, 이 연소 단계에서 생긴 가스로부터 흡열 수단에 의해 흡열하는 단계이다. 상기 흡열 수단은, 바람직하게는 보일러 등의 캔체를 구성하는 수관군으로 한다. 이 흡열 수단의 형태로서는, 상기 버너의 바로 근처에 연소 공간을 실질적으로 가지지 않고, 연소 공간 내에 수관군을 배치한 제1 태양(상기 특허 문헌 1∼4에 해당)과, 상기 버너와 수관군 사이에 연소 공간을 가지는 제2 태양을 포함한다. 상기 제1 태양에서는 수관 사이의 간극에서 연소 반응이 진행된다. 상기 수관군은, 상기 버너로부터의 가스와 열 교환하는 복수의 수관이지만, 급탕기의 수관과 같이 1개의 수관을 사행(蛇行)시킴으로써 복수의 수관을 구성할 수 있다.

상기 흡열 수단은, 상기 버너에 의해 생성되는 가스로부터 흡열하여 그 열을 이용하여, 상기 가스의 온도를 상기 산화 촉매의 활성화 온도 근처로 제어하고, 또한 열적인 열화를 방지하는 온도 이하로 억제하는, 즉 상기 흡열 수단은, 가스 온도를 상기 제1 반응 및 상기 제2 반응을 효과적으로 생기게 하고, 또한 온도에 의 한 열화를 억제하고, 내구성을 고려한 온도로 제어하는 기능을 가진다. 또한, 상기 흡열 수단은, 상기 가스의 온도가 약 900℃ 이상으로 상승하는 것을 억제하여 일산화탄소의 산화를 억제하고, 상기 버너로부터의 가스의 농도비가 변화하지 않기 위한 수단으로서도 기능한다.

상기 농도비 조정 단계는, 상기 촉매의 1차 측의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 상기 농도비 K를, 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 농도비 특성에 기초하여, 상기 버너의 공기비 조정 수단을 사용하여 상기 소정 농도비로 제어함으로써, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로부터 소정값 이하로, 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로부터 소정값 이하로 조정하는 단계이다. 그리고, 이 농도비 조정 단계는, 상기 산화 촉매의 1차 측의 농도비 K를 상기 기준 소정 농도비 K0, 상기 제1 소정 농도비 K1, 상기 제2 소정 농도 K2로 조정하는 단계이지만, 하기의 제1 농도비 조정 수단 및 제2 농도비 조정 수단을 사용하여 행할 수 있다. 본 발명에서는, 어느 조정 수단도 상기 버너로의 연소량과 연소 공기량과의 비율을 조정하는 상기 공기비 조정 수단(다음에, 상세하게 설명)에 의한 농도비의 조정을 행한다.

상기 제1 농도비 조정 수단은, 상기 농도비 K의 조정을, 상기 버너의 특성을 이용하고, 상기 버너 및 상기 산화 촉매 사이에 배치되고 상기 가스로부터 흡열하는 흡열 수단의 특성을 이용하여, 즉 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 농도비 특성을 이용하여 행한다. 이 농도비 특성은, 상기 버너를 공기비를 변화시켜 연소시킴으로써 생성되는, 상기 흡열 수단의 전부 또는 일부를 통과한 후의 일산화탄소 농 도 및 질소 산화물 농도가 변화하는 특성이다. 또한, 이 농도비 특성은, 기본적으로는 상기 버너에 의한 농도비 특성에 의해 정해지고, 상기 흡열 수단은, 전형적으로는, 상기 버너의 농도비 특성을 일부 변화시키거나, 또는 이 농도비 특성을 유지하는 기능을 가진다. 상기 흡열 수단을 상기 제1 태양으로 하는 경우에는, 상기 흡열 수단에 의한 연소 반응 중의 가스의 냉각에 의해, 일산화탄소 농도의 증가가 초래되며, 또한 질소 산화물 농도가 억제된다. 상기 흡열 수단을 상기 제2 태양으로 하는 경우에는, 전형적으로는, 상기 버너에 의한 농도비 특성은 실질적으로 변화되지 않고 유지된다.

이 제1 농도비 조정 수단을 사용하여 상기 농도비 K의 조정을 행하는 경우에는, 상기 버너 및 상기 흡열 수단 외에는 농도비 조정 수단을 필요로 하지 않기 때문에, 장치의 구성을 간소화할 수 있다.

또한, 상기 흡열 수단에 의해 상기 가스의 온도를 억제할 수 있고, 상기 산화 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기 제2 농도비 조정 수단은, 상기 농도비 K의 조정을, 상기 버너와, 상기 버너 및 상기 산화 촉매의 사이에 배치되고 상기 가스로부터 흡열하는 흡열 수단과의 농도비 특성을 이용하며, 상기 버너 및 상기 산화 촉매의 사이에 배치된 상기 보조 조정 수단을 사용하여 행한다.

상기 보조 조정 수단은, 상기 버너와 상기 산화 촉매 사이(상기 흡열 수단의 도중을 포함)에 있으며, 일산화탄소를 주입하거나, 산소를 흡착 제거함으로써, 산소 농도에 대한 일산화탄소 농도의 비율을 증가시킴으로써 상기 조정을 보조적으로 행하는 기능을 가진다. 이 보조 조정 수단으로서는, CO 발생기나, 배기 가스의 산소 또는 CO의 양을 조정 가능한 보조적 버너를 사용할 수 있다.

이 제2 농도비 조정 수단을 사용하여 상기 농도비의 조정을 행하는 경우에는, 상기 농도비 조정을 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 농도비 특성에 더하여 상기 보조 조정 수단을 이용하여 행하므로, 특정한 구조의 버너로 한정되지 않고, 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 적용 범위를 넓힐 수 있다.

상기 농도비 일정 제어 단계는, 상기 버너에 공급하는 연소 공기량과 연료량과의 비율을 변화시키는 공기비 조정 수단에 의해 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 보조 조정 수단에 농도비 일정 제어의 기능을 갖도록 하거나, 상기 공기비 조정 수단이나 상기 보조 조정 수단 외의 농도비 일정 제어 수단에 의해 행하도록 구성할 수도 있다. 상기 공기비 조정 수단을 사용하는 경우에는, 본래의 연소 공기량과 연료량과의 비율을 설정값으로 유지하는 공기비 제어에 더하여, 본 발명의 농도비 K를 상기 각 소정 농도비 K0, K1, K2로 일정하게 제어할 수 있다. 그 결과, 농도비 일정 제어 수단을 별도로 필요로 하지 않고, 장치의 구성을 간단하게 할 수 있다.

상기 촉매는, 상기 가스 중에 탄화 수소가 포함되지 않은 상태에서 양호한 효율로 상기 질소 산화물을 환원하는 기능을 가지는 촉매이다. 이 촉매는, 상기 흡열 수단의 후류(後流) 또는 상기 흡열 수단의 도중에 설치되고, 통기성을 가지는 기재(基材)에 촉매 활성 물질을 담지(擔持)한 구성으로 하고, 구조는 특정한 것으로 한정되지 않는다. 상기 기재로서는, 스테인레스 등의 금속, 세라믹이 사용되 고, 배기 가스와의 접촉 면적을 넓게 하도록 한 표면 처리가 행해진다. 촉매 활성 물질로서는, 일반적으로 백금이 사용되지만, 실시에 따라, 백금으로 대표되는 귀금속(Ag, Au, Rh, Ru, Pt, Pd) 또는 금속 산화물을 사용할 수 있다. 상기 촉매를 상기 흡열 수단 도중에 설치하는 경우에는, 복수의 수관 등의 흡열 수단 사이의 간극에 설치하거나, 상기 흡열 수단을 기재로 하여, 그 표면에 촉매 활성 물질을 담지한 구성으로 할 수 있다.

이상 설명한 실시형태에 있어서, 상기 촉매의 활성화를 행하는 촉매부 활성화 단계를 포함할 수 있다. 이 촉매 활성화 단계는, 바람직하게는, 상기 가스 중의 일산화탄소 농도를 높이도록 구성된다.

이와 같은 구성에 의하면, 예를 들면, 연소 장치가 정상 운전 시가 아닌 등(기동 시 또는 저연소 시 등)의 이유로부터, 정상 운전 시(예를 들면, 고연소 시 등)와 비교하여, 상기 촉매가 필요한 활성화 조건을 얻을 수 없는 경우라도, 상기 촉매에 접촉하기 전의 가스 중의 일산화탄소 농도를 높이는 것에 의해, 효과적으로 상기 촉매를 활성화시킬 수 있다. 따라서, 안정된 저공기비 연소를 행하는 것에 의한 에너지 절약화와 함께, 상기 촉매를 활성화시킴으로써, 연소 상태 등의 차이가 발생하는 경우가 있어도, 배출 NOx 값이 5ppm을 밑도는 극초저 NOx화와 저 CO화를 실현할 수 있는 연소 방법을 얻을 수 있다.

또한, 상기 촉매 활성화 단계는, 상기 촉매의 온도를 높이도록 구성할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 전술한 바와 같이, 예를 들면 연소 장치가 정상 운전 시가 아닌 등의 이유로부터, 정상 운전 시와 비교하여, 상기 촉매가 필요한 활 성화 조건을 얻을 수 없는 경우라도, 상기 촉매의 온도를 높이는 것에 의해, 효과적으로 상기 촉매를 활성화시킬 수 있다. 따라서, 안정된 저공기비 연소를 행하는 것에 의한 에너지 절약화와 함께, 상기 촉매를 활성화시킴으로써, 연소 상태 등의 차이가 발생하는 경우가 있어도, 배출 NOx 값이 5ppm을 밑도는 극초저 NOx화와 저CO화를 실현할 수 있는 연소 방법을 얻을 수 있다.

(연소 장치의 실시형태 1)

본 발명은, 다음의 연소 장치의 실시형태 1을 포함한다. 이 연소 장치의 실시형태 1은, 가스 발생원으로부터의 질소 산화물을 함유하는 가스에 일산화탄소 및 산소를 포함하게 하며, 상기 가스 중의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소의 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 수단과, 상기 가스와의 접촉에 의해, 제1 반응에 의해 산소로 일산화탄소를 산화시키고, 제2 반응에 의해 일산화탄소로 질소 산화물을 환원시키는 산화 촉매를 포함한다. 이 산화 촉매는, 제1 반응이 제2 반응보다 우위이며, 1차 측의 상기 농도비를 상기 기준 농도비로 했을 때 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성을 가진다. 이 연소 장치는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하는 센서를 포함하고, 상기 농도비 조정 수단은, 상기 센서에 의하여 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어한다.

(연소 장치의 실시형태 2)

상기 연소 장치의 실시형태 1은, 다음의 연소 장치의 실시형태 2에 적용된다. 이 실시형태 2에서도 상기 실시형태 1과 마찬가지로, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도를 상기 센서에 의해 검출하고, 상기 기준 소정 농도비의 제어를 행하지만, 그 설명을 생략한다. 본 실시형태 2는, 탄화 수소가 함유된 연료를 연소시켜, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스를 생성시키는 버너와, 이 버너에서 생성되는 가스로부터 흡열을 행하는 흡열 수단과, 이 흡열 수단을 통과 후의 상기 가스에 포함되는 일산화탄소를 산소에 의해 산화시키고 질소 산화물을 일산화탄소에 의해 환원시키는 산화 촉매와, 상기 버너의 공기비를 검출하기 위한 센서와, 이 센서의 검출 신호에 기초하여 상기 버너를 설정 공기비로 제어하는 공기비 조정 수단을 포함한다. 상기 버너 및 상기 흡열 수단은, 상기 공기비 조정 수단에 의해 상기 공기비를 상기 설정 공기비로 조정했을 때, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하는 상기 산화 촉매의 1차 측에서의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비를 얻을 수 있도록 구성된다. 본 실시형태 및 이하의 실시형태에 있어서, 상기 공기비 조정 수단은 본 발명의 농도비 조정 수단의 일부를 구성한다.

상기 설정 공기비는, 바람직하게는 1.O의 설정 공기비로 제어하지만, 상기 촉매에서의 반응 결과, 1.0의 설정 공기비를 만족시킬 수 있는 상기 촉매의 1차 측의 산소 농도가 소정 농도가 되도록 공기비를 제어할 수도 있다.

본 발명의 실시형태 2에 있어서는, 상기 버너는, 상기 공기비 조정 수단에 의해 상기 공기비를 상기 설정 공기비로 제어되어 연소한다. 연소에 의해 생성되는 가스는, 상기 흡열 수단에 의해 흡열 작용을 받은 후, 상기 촉매에 의해 일산화탄소가 산화되어 질소 산화물이 환원된다. 그 결과, 상기 가스 중의 질소 산화물 의 배출량이 5ppm 이하인 0에 가까운 값으로 저감된다. 또한, 일산화탄소의 배출량이 저감된다.

본 발명의 실시형태 2에 의하면, 상기 공기비 조정 수단에 의해 상기 공기비를 상기 설정 공기비로 제어함으로써, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하는, 상기 촉매의 1차 측에서의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비를 얻을 수 있다.

저공기비 제어에서는, 안정적인 공기비 제어가 곤란하지만, 상기 공기비 조정 수단에, 상기 공기비를 안정적으로 제어하는 전기적 제어 수단 및/또는 기계적 제어 수단을 포함하게 함으로써, 안정된 공기비 제어를 행할 수 있다.

상기 촉매의 1차 측의 농도비 조정은, 바람직하게는, 상기 촉매의 1차 측의 상기 가스에서의 일산화탄소 농도가 일산화탄소의 산화(제1 반응)에 의해 상기 촉매 내에서 저감되는 일산화탄소 농도와 질소 산화물의 일산화탄소에 의한 환원(제2 반응)에 의해 상기 촉매 내에서 저감되는 일산화탄소 농도를 더한 값과 실질적으로 동일하거나, 그 이상이 되도록 제어된다.

상기 버너와 상기 흡열 수단에 의한 상기 농도비 조정은, 실험적인 데이터에 기초하여, 공기비-NOx·CO 특성(농도비 특성)을 구함으로써 행해진다. 이 농도비 조정에 의해, 상기 촉매의 1차 측의 상기 가스의 일산화탄소 농도를, 일산화탄소의 산화에 의해 상기 촉매 내에서 저감되는 일산화탄소 농도와 질소 산화물의 일산화탄소에 의한 환원에 의해 상기 촉매 내에서 저감되는 일산화탄소 농도를 더한 값과 실질적으로 동일하거나, 그 이상으로 한다.

이 농도비에 있어서, 공기비를 실질적으로 1.O의 설정 공기비로 제어하면, 에너지 절약화를 바람직하게 달성할 수 있다. 상기 농도비의 범위를 나타내는 식은, 상기 식 (3)으로 표현할 수 있다.

또한, 상기 식 (3)을 만족시키는 조건 하에서 상기 촉매의 1차 측의 산소 농도 O₂를 0%<O₂≤1.00%로 하면, 공기비는 약 1.0이 된다. 그 결과, 배출 농도가 0에 가까운 저NOx와 저CO에 더하여 에너지 절약이 실현되고, 저공해이며, 에너지 절약화된 연소 장치를 제공할 수 있다.

상기 공기비 조정 수단은, 유량 조정 수단과, 이 유량 조정 수단을 구동하는 모터와, 이 모터를 제어하는 제어 수단을 포함한다. 상기 유량 조정 수단은, 상기 버너의 연소 공기량 및 연료량 중 어느 한쪽, 또는 양쪽을 바꿈으로써 양자의 비율을 바꾸어 상기 버너의 공기비를 조정하기 위한 수단이다. 상기 연소 공기량을 조정할 경우, 댐퍼(밸브의 의미를 포함함)로 하는 것이 바람직하다. 이 댐퍼로서는, 회전축을 중심으로 회전하는 밸브체에 의해 유로의 개방도를 바꾸는 회전 타입, 유로의 단면 개구에 대하여 슬라이드함으로써 유로의 개방도를 바꾸는 슬라이드 타입을 사용할 수 있다.

이 유량 조정 수단에 의해 연소 공기량을 변경할 경우에는, 바람직하게는, 유량 조정 수단은, 송풍기와 연료 공급 수단 사이의 공기 유로에 설치되지만, 상기 송풍기의 흡입구 등 상기 송풍기의 흡입구 측에 설치될 수 있다.

상기 모터는, 바람직하게는, 상기 유량 조정 수단을 구동하는 수단이며, 상 기 유량 조정 수단의 개방량을 구동량에 따라 제어할 수 있고, 또한 단위 시간당 구동량을 조정할 수 있는 모터로 한다. 이 모터는, 상기 공기비를 안정적으로 제어하는 "기계적 제어 수단"의 일부를 구성한다. 이 "개방량을 구동량에 따라 제어할 수 있다"는 것은, 구동량이 정해지면, 상기 유량 조정 밸브의 개방도를 특정한 위치로 정지 제어할 수 있는 것을 의미한다. 또한, "단위 시간당 구동량을 조정할 수 있다"는 것은, 위치 제어의 응답성을 조정할 수 있는 것을 의미한다.

이 모터로서, 바람직하게는, 스테핑 모터(단계 모터라고 칭할 수 있음)를 사용하지만, 기어 모터(기어드 모터라고 칭할 수 있음)나 서보 모터 등을 사용할 수 있다. 스테핑 모터로 한 경우에는, 상기 구동량을 구동 펄스에 의해 결정하고, 상기 유량 조정 수단의 개방 위치를 기준 개방 위치로부터 구동 펄스의 개수에 따른 양 만큼 개폐 이동하여 임의의 목적으로 하는 정지 위치로 제어할 수 있다. 또한, 상기 기어 모터 또는 상기 서보 모터로 한 경우에는, 상기 구동량이 개폐 구동 시간이므로, 상기 유량 조정 수단의 개방 위치를 기준 개방 위치로부터 개폐 구동 시간에 따른 양만큼 개폐 이동하여 임의의 목적으로 하는 정지 위치로 제어할 수 있다.

상기 센서로서는, 산소 과잉 영역에서는 과잉 산소 농도를 표시하고, 연료 과잉 영역에서는 산화탄소 등의 미연 가스를 공기비 m=1.O로 연소시키는데 필요한 부족 산소 농도를 마이너스의 값으로서 표시하는 산소 농도계를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 센서로서는, 산소 농도 센서와 일산화탄소 농도 센서를 조합하여, 근사적으로 공기비를 구할 수도 있다.

이상과 같은 센서의 장착 위치는, 바람직하게는, 상기 촉매의 2차 측으로 하지만, 이에 한정되지 않고, 상기 촉매의 1차 측이나, 상기 촉매의 하류측에 배열(排熱) 회수기를 설치한 경우에는, 이 하류측으로 할 수 있다.

상기 공기비 조정 수단은, 미리 기억된 공기비 제어 프로그램에 기초하여, 입력된 상기 센서의 검출값에 따라, 상기 모터의 구동량을 피드백 제어하여, 상기 촉매의 1차 측의 상기 가스에서의 일산화탄소 농도가 상기 산화에 의해 상기 촉매 내에서 저감되는 일산화탄소 농도와 상기 환원에 의해 상기 촉매 내에서 저감되는 일산화탄소 농도를 더한 값과 실질적으로 동일하거나, 그 이상이 되도록, 또는 상기 식 (3)을 만족시키도록, 상기 공기비를 1의 설정 공기비로 제어(농도비 K의 일정 제어)한다.

상기 공기비 제어 프로그램은, 바람직하게는, 상기 검출 공기비와 상기 설정 공기비와의 차이에 따라 상기 모터의 단위 시간당 구동량(1 구동 단위당 시간으로 표시할 수 있음)을 바꾸는 제1 제어대와, 이 제1 제어대의 외측에서 단위 시간당 상기 구동량을 고정 설정값으로 하는 제2 제어대를 설치하여, 상기 모터의 구동량을 제어하도록 구성한다. 이 제어는, 상기 검출 공기비가 상기 설정 공기비를 중심으로 한 설정 범위 내에 들어가도록 제어하는 상기 전기적 제어 수단을 구성한다. 그리고, 이 공기비 제어 프로그램은, 이 제어 방식으로 한정되는 것이 아니고, 각종 PID 제어 방식을 사용할 수 있다. 상기 제1 제어대에서의 제어량은, 검출 공기비와 설정 공기비와의 차이와 설정 게인과의 적(積)의 식에 의해 제어할 수 있다. 이러한 제어에 의해, 설정 공기비로 신속하게 제어할 수 있고, 오버 슈팅 및 헌팅이 적은 제어를 행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기 버너 및 상기 흡열 수단에 의한 농도비 조정은, 상기 흡열 수단 외의 상기 버너로부터 상기 촉매까지의 가스 통로를 구성하는 요소 및 이 가스 통로에 포함되는 요소에 의해 행하는 형태를 포함한다.

또한, 상기 기계적 제어 수단은, 연소 공기의 급기 통로를 주통로와 이와 병렬이 되는 보조 통로로 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 주통로에 설치한 밸브체의 작동으로 공기 유량을 대략적으로 조정하고, 상기 보조 통로에 설치한 밸브체의 작동으로 공기유량을 미세하게 조정한다. 또한, 기계적 제어 수단은, 연료 공급 통로를 주통로와 이와 병렬이 되는 보조 통로로 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 주통로에 설치한 밸브체의 작동으로 공기 유량을 대략적으로 조정하고, 상기 보조 통로에 설치한 밸브체의 작동으로 공기 유량을 미세하게 조정한다.

상기 공기비 조정 수단의 유량 조정 수단에는, 송풍기의 모터를 인버터에 의해 제어하는 것을 채용할 수 있다. 이 인버터는, 주지의 구성을 이용할 수 있다. 이 인버터를 사용하는 경우도, 댐퍼 제어에 사용하는 상기 공기비 제어 프로그램에 의해 제어할 수 있다.

(연소 장치의 실시형태 3)

본 발명은, 다음의 연소 장치의 실시형태 3을 포함한다. 이 연소 장치는, 탄화 수소가 함유된 연료를 연소시켜서, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스를 생성시키는 버너와, 이 버너에 의해 생성되는 가스로부터 흡열을 행하는 흡열 수단과, 이 흡열 수단을 통과한 후의 상기 가 스에 포함되는 일산화탄소를 산화시키고 질소 산화물을 일산화탄소에 의해 환원시키는 촉매와, 상기 버너의 공기비를 조정하는 공기비 조정 수단을 포함한다. 상기 버너 및 상기 흡열 수단은, 상기 공기비 조정 수단에 의해 상기 공기비를 1.0 근방으로 조정함으로써 얻어지는 상기 촉매의 1차 측의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 상기 가스에 관한 상기 촉매의 1차 측의 NOx·CO 특성(1차 특성)을 가진다. 상기 촉매는, 이 1차 측의 NOx·CO 특성을 가지는 가스를 상기 촉매와 접촉시킴으로써 얻어지는 상기 촉매의 2차 측의 NOx·CO 특성(2차 특성)을 가지도록 구성된다. 또한, 상기 공기비 조정 수단은, 상기 2차 측의 NOx·CO 특성의 NOx·CO 저감 영역의 설정 공기비에 의해 상기 버너의 공기비를 제어한다. 상기 1차 특성은, 본 발명의 상기 버너 및 상기 흡열 수단에 의한 농도비 특성이며, 공기비-NOx 특성과 공기비-CO 특성을 포함한다. 또한, 상기 2차 특성은, 상기 촉매에 의한 특성(촉매 특성)이며, 공기비-NOx 특성과 공기비-CO 특성을 포함한다.

(실시형태 3의 태양 1)

상기 설정 공기비는, 하나의 태양으로서, 상기 2차 특성에 있어서의 질소 산화물 농도(배출 NOx 농도)를 실질적으로 0으로 하는 값으로 설정된다. 이 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하는 것은, 상기 버너의 공기비를 실질적으로 1.0으로 제어함으로써 실현된다. 이 제어는, 바람직하게는 상기 촉매의 2차 측의 공기비에 의해 행하지만, 상기 촉매에서의 반응의 결과, 실질적으로 1.0의 설정 공기비를 만족시킬 수 있는 상기 촉매의 1차 측의 산소 농도(0₂ 농도)가 소정 농도가 되도 록 1차 측의 O₂ 농도에 의해 행할 수도 있다.

본 태양 1에 있어서는, 상기 버너의 연소에 의해 생성되는 가스는, 상기 흡열 수단에 의해, 흡열 작용을 받아 소정 농도비로 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스로 된다. 상기 버너의 공기비를 저공기비의 영역에서 변화시키면, 상기 버너 및 상기 흡열 수단에 의한 농도비 특성인 상기 1차 특성과 상기 촉매의 특성에 의한 상기 2차 특성을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 2차 특성의 NOx 농도가 상기 1차 특성의 NOx 농도보다 낮고, 일산화탄소 농도(CO 농도)가 상기 1차 특성의 CO 농도보다 낮은 영역, 즉 NOx·CO 저감 영역에서, 상기 설정 공기비가 설정되므로, 상기 촉매의 산화 및 환원 작용에 의해, 질소 산화물의 배출량이 저감되며, 일산화탄소의 배출량이 저감된다. 이 NOx·CO 저감 영역에서 상기 공기비를 설정함으로써, 상기 조정 0, 상기 조정 1 및 상기 조정 2를 실현할 수 있다.

(실시형태 3의 태양 2)

본 태양 2에서는, 상기 설정 공기비를, 상기 2차 특성에 있어서의 NOx 농도가 실질적으로 0를 초과하며, 상기 1차 특성에 있어서의 NOx 농도보다 낮아지는 값으로 설정한다. 상기 값은, 상기 설정 공기비가 실질적으로 1.0을 초과하는 상기 2차 특성의 NOx·CO 저감 영역의 공기비로 설정됨으로써 실현된다. 본 태양 2는 상기 조정 2를 실현한다.

본 태양 2에 있어서는, 상기 설정 공기비가, 공기비 1.0을 초과하므로, 상기 촉매의 2차 측에서 산소가 존재한다. 이 경우, 상기 촉매 내에 있어서, 산화 반응 이 환원 반응보다 우위이므로, 배출 NOx 농도는, 상기 1차 특성의 NOx 농도보다 낮은 값으로 저감되지만, 0는 되지 않으며 상기 촉매의 2차 측에도 NOx가 존재한다. 또한, 상기 촉매의 산화 작용에 의해, 배출 CO 농도는 실질적으로 0으로 저감된다.

상기 1차 특성은, 연소 장치의 상기 버너 및 흡열 수단의 종류에 따라 곡선 및 농도값이 상이하지만, 상기 1차 특성의 전형적인 CO 특성에서는, 공기비가 작아짐에 따라, CO 농도가 증가하는 경향을 보인다. 특히, 상기 1차 특성의 CO 특성은, 공기비 1.0에 근접하면 CO 농도가 급격하게 증가한다.

(실시형태 3의 태양 3)

전술한 태양 1 및 2는, 하기 태양 3에서 표현할 수 있다. 본 태양 3은, 탄화 수소가 함유된 연료를 연소시켜서, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스를 생성시키는 버너와, 이 버너에 의해 생성되는 가스로부터 흡열을 행하는 흡열 수단과, 이 흡열 수단을 통과한 후의 상기 가스와 접촉되어 산소에 의해 일산화탄소를 산화시키고, 일산화탄소에 의해 질소 산화물을 환원시키는 산화 촉매와, 상기 버너에 공급하는 연소 공기량과 연료량의 비율을 조정하는 공기비 조정 수단을 포함하는 연소 장치이다. 상기 산화 촉매는, 상기 가스 중의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비가 NOx 비저감 영역일 때, 일산화탄소를 저감시키고, 질소 산화물은 저감시키지 않으며, 상기 농도비가 NOx 저감 영역일 때, 일산화탄소 및 질소 산화물을 저감시키는 특성을 가진다. 상기 공기비 조정 수단은, 상기 농도비가 상기 NOx 저감 영역으로 되도록, 상기 버너에 대한 연소 공기량과 연료량의 비율을 조정한다.

본 태양 3에 있어서의 NOx 저감 영역은, 상기 실시형태 1 및 2의 NOx·CO 저감 영역에 해당한다. 본 태양 3에 있어서, 상기 조정에서는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 조정에서는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 실질적으로 0으로 하는 것이 바람직하다. 상기 촉매에 있어서의 일산화탄소의 저감은 산화에 의해, 질소 산화물의 저감은 일산화탄소에 의한 환원에 의해 행해진다.

또한, 본 태양 3에 있어서, 상기 버너 및 상기 흡열 수단에 의한 농도비 조정은, 생성되는 유해 물질 농도를 설정 농도 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 여기서, 유해 물질(공해 물질로 칭할 수도 있다)은, 질소 산화물, 또는 질소 산화물 및 일산화탄소이다. 이 설정 농도는, 유해 물질이 질소 산화물인 경우, 예를 들면 300ppm으로 할 수 있다. 즉, 상기 농도비 조정에 의해 생성되는 유해 물질 농도를 설정 농도 이하로 억제시켜 둠으로써, 상기 산화 촉매에 있어서의 처리량, 즉 상기 촉매의 양을 적게 할 수 있다.

(연소 장치의 실시형태 4)

본 발명은 이하에 설명하는 연소 장치의 실시형태 4를 더 포함한다. 본 실시형태 4는, 탄화 수소가 함유된 연료를 연소시켜서, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스를 생성시키는 버너와, 이 버너에 의해 생성되는 가스로부터 흡열하는 흡열 수단과, 이 흡열 수단을 통과한 후의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하는 가스와 접촉되고, 상기 가스 중의 산소에 의해 일산화탄소를 산화시키는 제1 반응과, 상기 가스 중의 일산화탄소에 의 해 질소 산화물을 환원시키는 제2 반응을 주반응으로서 행하는 촉매와, 상기 버너의 연소 공기와 연료와의 비율을 조정하는 공기비 조정 수단을 포함하는 연소 장치이다. 상기 촉매는, 그 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 상기 촉매의 1차 측의 가스 중의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비를 기준 소정 농도비로 한다. 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 하면, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도가 실질적으로 0으로 된다. 또한, 상기 기준 소정 농도비에 대응하는 기준 산소 농도보다 1차 측의 산소 농도를 높게 하면, 상기 촉매의 2차 측에서 1차 측의 산소 농도와 기준 산소 농도의 차이에 따른 농도의 산소가 검출되며, 상기 촉매의 2차 측의 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하고, 질소 산화물 농도를 저감시키고, 상기 기준 산소 농도보다 1차 측 산소 농도를 낮게 하면, 상기 촉매의 2차 측에서 1차 측의 산소 농도와 기준 산소 농도의 차이에 따른 농도의 일산화탄소가 검출되고, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하고, 일산화탄소 농도를 저감시키는 특성을 나타낸다. 상기 공기비 조정 수단은, 상기 촉매의 특성을 이용하여, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도에 기초하여 상기 버너의 연소 공기량과 연료량의 비율을 조정함으로써, 상기 촉매의 1차 측의 산소 농도를 상기 기준 산소 농도에 대하여 조정하여, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 저감시킨다.

전술한 실시형태 3은, 연소 장치의 기능을, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도 및/또는 일산화탄소 농도 등에 의해 구해지는 공기비에 대한 상기 버너 및 흡열 수 단의 상기 1차 특성과 상기 2차 특성에 기초하여 표현한 것이다. 이에 비해, 본 실시형태 4는, 연소 장치의 기능을, 상기 촉매의 1차 측의 산소 농도에 대한 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 상기 1차 특성과 상기 촉매의 특성에 기초하여 표현한 것이다.

이 촉매의 특성은 다음과 같다. 즉, 도 7의 모식도에 나타낸 바와 같이, 상기 촉매의 1차 측의 상기 농도비는 특성 라인 L(2차 측 [NOx]=0, [CO]=0 라인)을 가지고 있다. 이 라인 L 상에 상기 촉매의 1차 측의 상기 농도비 K가 위치하면, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도가 실질적으로 0으로 된다. 이 라인 L은, 이론적으로는 상기 식 (3)의 상기 소정 농도비 K가 1.0[상기 식 (2)에서는 K0=1.0]에 대응하고 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 실험적으로 상기 농도비 K가 1.0 내지 2.0까지의 범위 내에서, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 할 수 있는 것이 확인되어 있으므로, 특성 라인 L은 도 7의 라인으로 한정되지 않는다.

그리고, 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 1차 특성의 라인 M과 특성 라인 L의 교점에서의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비 K를 특이 기준 소정 농도비 K0X(이하, 특이 기준 농도비)라고 호칭한다. 상기 촉매의 1차 측의 농도비 K를 특이 기준 농도비 K0X로 조정하면(상기 조정 0), 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도가 실질적으로 0으로 된다. 그리고, 특이 기준 농도비 K0X에 대응하는 기준 산소 농도 SK보다 1차 측 산소 농도를 높이는, 즉 상기 공기비 조정 수단에 의해 1차 측 산소 농도를 높이면(상기 조정 2), 상기 촉매의 2차 측에서 1차 측의 산소 농도와 기준 산소 농도의 차이에 따른 농도의 산소가 검출되고, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도가 1차 측의 질소 산화물 농도보다 저감하고, 또한 2차 측의 일산화탄소 농도가 실질적으로 0으로 된다. 또한, 특이 기준 농도비 K0X보다 1차 측 산소 농도를 낮게 하면(상기 조정 1), 상기 촉매의 2차 측에서 1차 측 산소 농도와 기준 산소 농도의 차이에 따른 농도의 일산화탄소가 검출되며, 상기 촉매의 2차 측의 질소 산화물 농도가 실질적으로 0으로 되면서, 2차 측의 일산화탄소 농도가 저감한다.

이러한 상기 촉매의 특성과 상기 버너 및 상기 흡열 수단의 상기 1차 특성을 이용하면, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도 및/또는 일산화탄소 농도를 0으로 제어하는, 즉 공기비를 1.0으로 제어함으로써, 간단하고 용이하게 배출 NOx 농도 및 배출 CO 농도를 실질적으로 0으로 제어할 수 있다. 즉, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도 및/또는 일산화탄소 농도의 제어에 의해, 공기비 1.0으로 연소함으로써 에너지 절약화와, 배출 NOx 농도 및 배출 CO 농도가 실질적으로 0인 저공해화를 동시에 실현할 수 있다.

또한, 상기 촉매의 2차 측의 산소 농도 및/또는 일산화탄소 농도를 0 근방에서 그 양을 제어함으로써, 배출 NOx 농도를 실질적으로 0으로 할 수 없더라도 0에 가까운 낮은 값으로 저감시킬 수 있다.

[실시예 1]

다음으로, 본 발명의 연소 장치를 증기 보일러에 적용한 실시예를 도면에 따라 설명한다. 도 1은 본 실시예 1의 증기 보일러의 종단면의 설명도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이며, 도 3은 도 2의 산화 촉매를 배기 가스의 흐름 방향으로부터 본 주요부 구성을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 실시예 1의 NOx·CO 특성을 설명하는 도면이며, 도 5는 본 실시예 1의 댐퍼 위치 조정 장치의 사용 상태의 일부 단면을 설명한 도면이며, 도 6은 댐퍼 위치 조정 장치의 사용 상태의 일부 단면을 설명하는 도면이며, 도 7은 본 실시예 1의 버너 및 흡열 수단 특성 및 촉매의 특성을 설명하는 모식도이며, 도 8은 본 실시예 1의 센서의 출력 특성을 설명하는 도면이며, 도 9는 본 실시예 1의 모터 제어 특성을 설명하는 도면이며, 도 10은 본 실시예 1의 NOx 및 CO 저감 특성을 설명하는 도면이다.

먼저, 본 실시예 1의 증기 보일러에 대하여 설명한다. 이 증기 보일러는, 버너(1)와, 이 버너(1)로부터 생성되는 가스의 흡열을 행하는 흡열 수단으로서의 전열관(수관)군(2)을 포함하는 캔체(3)와, 전열관군(2)을 통과한 후의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 각각 소정 농도비로 포함하는 가스가 접촉하여 통과하고, 일산화탄소를 산화시키며 질소 산화물을 환원시키는 산화 촉매(이하, 간단히 "촉매"라고 호칭할 수도 있음)(4)와, 버너(1)에 가스 연료를 공급하는 연료 공급 수단(5)과, 버너(1)에 연소 공기를 공급하고 연소 공기 및 연료를 예혼합하는 연소 공기 공급 수단(6)과, 촉매(4)의 하류에서 산소 농도를 검출하는 센서(7)와, 이 센서(7) 등의 신호를 입력하여 연료 공급 수단(5) 및 연소 공기 공급 수단(6) 등을 제어하는 보일러 제어기로서의 제어기(8)를 주요부로서 포함하고 있다.

버너(1)는, 평면형의 연소면(예혼합 기체의 분출면)을 가지는 완전 예혼합식 버너이다. 이 버너(1)는, 특허 문헌 1에 기재된 버너와 동일한 구성을 가진다.

캔체(3)는, 상부측 관모임부(9) 및 하부측 관모임부(10)를 포함하고, 이 양측 관모임부 사이에 수관군(2)을 구성하는 복수의 내측 수관(11, 11, …)이 배치되어 있다. 그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 캔체(3)의 길이 방향의 양 측부에 외측 수관(12, 12, …)을 연결 부재(13, 13, …)로 연결하여 구성한 한쌍의 수관벽(14, 14)을 설치하고, 이 양 수관벽(14, 14)과 상부측 관모임부(9) 및 하부측 관모임부(10) 사이에 버너(1)로부터의 가스가 실질적으로 직선적으로 유통하는 제1 가스 통로(15)를 형성하고 있다. 제1 가스 통로(15)의 일단에는 버너(1)가 설치되고, 타단의 배기 가스 출구(16)에는 배기 가스가 유통하는 제2 가스 통로(화기 통로)(17)가 접속되어 있다. 본 실시예 1에 있어서는, 버너(1) 및 캔체(3)는 공지된 것을 사용하고 있다.

제2 가스 통로(17)는 수평부(18)와 수직부(19)를 포함하고, 수평부(18)에는 촉매(4)가 장착되어 있다. 수직부(19)에는 촉매(4)의 하류측에 위치하도록 배열 회수기로서의 급수 예열기(20)가 장착되고, 촉매(4) 및 급수 예열기(20) 사이에 센서(7)가 배치되어 있다.

버너(1)와 수관군(2)을 포함하는 버너(1)로부터 촉매(4)에 이르는 구성 요소[특히 버너(1)와 수관군(2)이 그 주요부]는, 촉매(4)의 1차 측의 가스에서의 상기 농도비 K를 상기 소정 농도비 K0 및 K1으로 조정하는 기능을 가진다. 즉, 이들 구성 요소는, 본 발명의 농도비 조정 수단을 구성하는 후술하는 공기비 조정 수단(28)에 의해 설정 공기비로 조정했을 때, 도 4에 나타내는 NOx·CO 특성을 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 이 공기비-NOx·CO 특성은, 공기비 조정 수단(28)을 제 어하여, 공기비를 변화시켜서 연소시켰을 때 얻어지는 촉매(4)의 1차 측의 NOx·CO 특성(이하, 1차 특성이라고 함)이다. 그리고, 촉매(4)는, 상기 1차 특성을 가지는 상기 가스를 촉매(4)에 접촉시킴으로써 얻어지는 촉매(4)의 2차 측의 NOx·CO 특성(이하, 2차 특성라고 함)을 가지고 있다. 상기 1차 특성은, 버너(1)로부터 촉매(4)에 이르는 구성 요소에 의한 상기 농도비 특성이며, 상기 2차 특성은, 촉매(4)에 의한 특성이다. 상기 1차 특성은, 상기 설정 공기비를 1.0으로 조정했을 때, 촉매(4)의 2차 측의 NOx 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 한다. 이 때, 촉매(4)의 1차 측의 가스에서의 기준 소정 농도비 K0는, 특이 기준 농도비 K0X로 된다(도 7 참조).

도 4는 세로축과 가로축의 눈금을 부여하는 방법은 상이하지만, 도 18의 저공기비 영역(Z2)을 확대한 모식도이다. 도 4에서, 제1 라인(특성선 E)은, 촉매(4)의 1차 측의 CO 농도를 나타내고, 제2 라인 F는, 동일하게 1차 측의 NOx 농도를 나타내고 있다. 또한, 제3 라인 J는, 촉매(4)의 2차 측의 C0 농도를 나타내고, 공기비 1.0 이상이며 C0 농도가 실질적으로 0으로 되고, 공기비가 1.0보다 작아짐에 따라 농도가 급격하게 증가하는 특성을 가지고 있다. 또한, 제4 라인 U는, 촉매(4)의 2차 측의 NOx 농도를 나타내고, 공기비 1.0 이하의 소정의 영역에서 NOx 농도가 실질적으로 0으로 되고, 공기비가 1.0을 초과함에 따라 실질적으로 0으로부터 농도가 증가하고, 결과적으로 촉매(4)의 1차 측의 농도와 동일하게 되는 특성을 가지고 있다. 이 촉매(4)의 2차 측 NOx 농도가, 1차 측의 농도와 동일하게 되는 공기비 이하의 영역을 NOx·CO 저감 영역이라고 칭한다. 이 NOx·CO 저감 영역의 하한은, 촉매(4)의 2차 측의 CO 농도가 300ppm(일본 CO 배출 기준)이 되는 공기비로 할 수 있다. 이 저공기비 영역의 공기비-NOx·CO의 특성은, 지금까지 연구되지 않았던 신규한 특성이다.

촉매(4)는, 수관군(2)을 통과한 후의 탄화 수소를 포함하지 않는 상기 가스에 포함되는 일산화탄소를 산화시키며(제1 반응), 질소 산화물을 환원(제2 반응)시키는 기능을 가지며, 본 실시예 1에서는, 촉매 활성 물질을 백금으로 한 촉매를 사용하고 있다. 본 발명의 명세서 중 [실시예]의 란에서 설명한 바와 같이, 실험 결과에 기초하여 이론적으로 고찰하면, 상기 식 (3)의 농도비 식을 만족시키는 상기 가스와 촉매(4)의 촉매 활성 물질과의 접촉에 의해, 주로 일산화탄소를 산화시키는 제1 반응과 질소 산화물을 일산화탄소에 의해 환원시키는 제2 반응이 생긴다고 여겨진다. 상기 제1 반응은, 산소 농도에 의해 반응이 진행하는지의 여부가 결정되고, 이 촉매(4)에 있어서는, 상기 제1 반응이 상기 제2 반응에 대하여 우위인 것으로 여겨진다.

촉매(4)를 더 구체적으로 설명하면, 이 촉매는, 도 3에 나타낸 바와 같은 구조를 가지며, 예를 들면 다음과 같이 형성된다. 상기 기재로서, 스테인레스제의 평판(21) 및 파형판(22) 각각의 표면에 다수의 미소 요철을 형성하고, 그 표면에 촉매 활성 재료(도시하지 않음)를 담지한다. 그 다음, 소정 폭의 평판(21) 및 파형판(22)을 중첩시킨 후, 나선형으로 감아서 롤 상태로 형성한다. 이 롤 상태로 형성된 것을 측판(23)에 의해 포위하고 고정하여, 촉매(4)를 형성하고 있다. 상기 촉매 활성 재료로서는 백금을 사용하고 있다. 그리고, 도 3에서는, 평판(21) 및 파형판(22)의 일부만을 나타내고 있다.

이 촉매(4)는, 저온역에서 산화 활성을 가진다. 또한, 촉매(4)는, 제2 가스 통로(17)의 도중의 수평부(18) 중, 배기 가스 온도가 약 150℃∼350℃ 정도의 위치에 배치되어 있다. 그리고, 이 촉매(4)는, 성능이 열화된 경우에 교환 가능하도록, 제2 가스 통로(17)에 대하여 착탈 가능하게 장착되어 있다.

연료 공급 수단(5)은, 가스 연료 공급관(24)과, 이 가스 연료 공급관(24)에 설치한 연료 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(25)를 포함하여 구성되어 있다. 유량 조정 밸브(25)는, 연료 공급량을 고연소용 유량과 저연소용 유량으로 제어하는 기능을 가진다.

연소 공기 공급 수단(6)은, 송풍기(26)와, 이 송풍기(26)로부터 버너(1)에 연소 공기를 공급하는 급기 통로(27)와, 이 급기 통로(27)를 흐르는 연소 공기량을 조정함으로써 버너(1)의 공기비를 조정하는 공기비 조정 수단(28)을 포함하여 구성되어 있다. 급기 통로(27) 내에는, 가스 연료 공급관(24)이 연료 가스를 분출하도록 접속되어 있다.

공기비 조정 수단(28)은, 급기 통로(27)의 개방도(유로 단면적)를 조정하는 유량 조정 수단으로서의 댐퍼(29), 이 댐퍼(29)의 개방 위치를 조정하기 위한 댐퍼 위치 조정 장치(30), 및 이 댐퍼 위치 조정 장치(30)의 작동을 제어하는 제어기(8)를 포함하여 구성되어 있다.

댐퍼 위치 조정 장치(30)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 댐퍼(29)의 회전축(31)에 착탈 가능하게 연결되는 구동축(32)을 포함하고, 이 구동축(32)은, 감속 기(33)를 개재하여 모터(34)에 의해 회전 가능하다. 이 모터(34)로서는, 회전 정지 위치를 임의로 조정 가능한 모터가 사용된다. 본 실시예에서는 스테핑 모터(펄스 모터)가 사용된다.

구동축(32)은, 댐퍼(29)의 회전축(31)과 커플링(35)을 개재하여 연결됨으로써, 회전축(31)과 실질적으로 동일한 축선 상에서 일체적으로 회전 가능하게 된다. 커플링(35)은, 계단식 원기둥 형상이 되며, 그 중앙부에는 축 방향으로 관통하는 작은 구멍(36) 및 큰 구멍(37)이 형성되어 있다. 작은 구멍(36)에는 구동축(32)이 삽입되고, 이 구동축(32)은 장착 나사(38)에 의해 커플링(35)과 일체화된다. 한편, 큰 구멍(37)에는 댐퍼(29)의 회전축(31)이 삽입 가능하게 되고, 이 회전축(31)은 키(39)를 개재하여 커플링(35)과 일체로 회전 가능하게 된다. 그러므로, 회전축(31) 및 커플링(35)의 큰 구멍(37)에는, 각각 키홈(40, 41)이 형성되어 있다.

이와 같은 커플링(35)은, 일단부에 구동축(32)이 삽입된 상태에서, 타단부가 베어링(42)을 개재하여 댐퍼 위치 조정 장치(30)의 외측 케이스(43)에 회전 가능하게 유지된다. 이 외측 케이스(43)는, 일단부에 감속기(33) 및 모터(34)가 유지되고, 타단부에 커플링(35)의 키홈(41)이 형성된 큰 구멍(37)을 노출시킨 상태에서, 커플링(35)과 회전 비정상 검출 수단(44)을 내부에 밀폐하는 구조를 가지고 있다.

회전 비정상 검출 수단(44)은 피검출판(45)과 검출기(46)를 포함한다. 피검출판(45)은, 커플링(35)의 축 방향 중앙부의 계단부에, 반경 방향 외측으로 연장되어 고정된다. 이 피검출판(45)은, 커플링(35) 및 구동축(32)과 동일한 축을 이루도록 설치된다. 피검출판(45)의 외주부의 일부에는, 주위 방향으로 동일한 간격으 로 다수의 슬릿(47, 47, …)이 형성된 슬릿 형성 영역(48)이 형성된다. 본 실시예에서는, 4분의1(90°)의 원호만큼 슬릿 형성 영역(48)이 형성된다. 이 슬릿 형성 영역(48)에 형성되는 각 슬릿(47)은 형상 및 크기가 동일하다. 본 실시예에서는, 피검출판(45)의 반경 방향을 따른 가늘고 긴 직사각형의 홈을 주위 방향을 따라 동일한 간격으로 뚫어서 슬릿(47)을 형성하고 있다.

슬릿(47)을 검출하기 위한 검출기(46)는 외측 케이스(43)에 고정된다. 이 검출기(46)는, 투과형 포토인터럽터(photointerruptor)로 이루어지고, 발광 소자(49)와 수광 소자(50) 사이에 피검출판(45)의 외주부가 개재된 상태로 장착된다. 검출기(46)의 발광 소자(49)와 수광 소자(50) 사이에 피검출판(45)을 개재시킴으로써, 검출기(46)에 대응한 위치[발광 소자(49)로부터 수광 소자(50)로의 광로와 대응한 위치]에 피검출판(45)의 슬릿(47)이 배치되는지의 여부에 의해, 수광 소자(50)에서의 발광 소자(49)로부터의 수광의 유무가 전환된다. 이에 따라, 댐퍼(29)의 개방 위치의 검출이 가능하게 된다.

댐퍼 위치 조정 장치(30)는, 도 6에서 슬릿 형성 영역(48)의 시계 방향의 단부 슬릿(51)이, 검출기(46)와 대응한 위치에 배치된 상태에서, 댐퍼(29)가 급기 통로(27)를 전부 닫은 상태로 되도록 위치 결정되어, 댐퍼(29)의 회전축(31)에 장착된다.

그리고, 슬릿 형성 영역(48)은, 피검출판(45)의 90°의 영역에 형성되어 있다. 그러므로, 이 슬릿 형성 영역(48)의 시계 방향의 단부 슬릿(51)이 검출기(46)에 대응한 위치에 배치된 상태에서는, 전술한 바와 같이 댐퍼(29)가 급기 통로(27) 를 전부 닫는 한편, 슬릿 형성 영역(48)의 반시계 방향의 단부 슬릿(52)이 검출기(46)에 대응한 위치에 배치된 상태에서는, 댐퍼(29)가 급기 통로(27)를 전부 연다.

댐퍼 위치 조정 장치(30)는, 모터(34)와 검출기(46)가 제어기(8)와 접속되어, 댐퍼(29)의 회전 비정상을 감시하면서, 모터(34)의 회전을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 모터(34)를 제어하기 위하여, 이 댐퍼 위치 조정 장치(30)는, 모터(34)로의 구동 펄스를 포함하는 제어 신호를 작성하는 작성 회로를 가지고, 이 작성된 제어 신호를 모터(34)에 출력할 수 있다. 이에 따라, 모터(34)는, 그 정회전 또는 역회전과, 구동량, 즉 구동 펄스의 개수에 대응하여 회전각이 임의로 제어된다. 또한, 모터(34)는, 구동 펄스의 간격(전송 속도)을 변경함으로써, 회전 속도를 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

실제로 댐퍼(29)를 개폐 제어할 때, 제어기(8)는, 먼저 댐퍼(29)의 전부 닫힌 위치를 원점으로 하기 위해 원점 검출 동작을 행한다. 먼저 도 5에서, 반시계 방향으로 피검출판(45)을 회전시킨다. 이 피검출판(45)의 슬릿 형성 영역(48) 내에 검출기(46)가 배치되어 있다고 하면, 피검출판(45)의 회전에 수반하여 검출기(46)는 정기적으로 슬릿(47)을 검출하므로, 이 검출 펄스가 검출 신호로서 제어기(8)에 입력된다. 그리고, 검출기(46)가 슬릿 형성 영역(48) 밖으로 배치될 때까지 피검출판(45)이 회전하면, 펄스가 검출되지 않게 된다. 소정 시간 동안 펄스가 검출되지 않으면, 제어기(8)는, 검출기(46)가 슬릿 형성 영역(48) 밖에 있다고 인식하여, 회전 방향을 반대 방향으로 전환한다. 즉, 본 실시예에서는, 피검출 판(45)을 시계 방향으로 역회전시켜서, 최초에 펄스[시계 방향의 단부 슬릿(51)]가 검출된 위치를 원점으로 한다. 이 시계 방향으로의 회전에 의한 원점 확인은, 회전 방향 전환 전의 반시계 방향의 회전보다 저속으로 이루어진다.

이와 같이 하여 검출된 원점은, 댐퍼(29)가 전부 닫힌 위치와 대응하고 있으므로, 이 상태를 기준으로 하여, 제어기(8)는, 모터(34)에 구동 신호를 출력하여, 댐퍼(29)를 개폐 제어할 수 있다. 제어기(8)는, 댐퍼(29)를 개폐시키기 위해 모터(34)를 구동시키면, 그에 따라 검출기(46)로부터 슬릿(47)의 검출 신호가 펄스로서 취득된다. 따라서, 제어기(8)는, 검출기(46)로부터의 검출 신호와 모터(34)로의 제어 신호를 비교하여, 댐퍼(29)의 회전 비정상을 감시할 수 있다. 구체적으로는, 모터(34)로의 구동 펄스로 이루어지는 제어 신호와, 검출기(46)에 의한 슬릿(47)의 검출 펄스로 이루어지는 검출 신호를 비교하여, 회전 비정상의 유무를 감시한다.

예를 들면, 모터(34)에 구동 펄스를 송출했음에도 불구하고, 검출기(46)로부터 검출 펄스가 검출되지 않은 경우, 제어기(8)는 회전 비정상으로 판정한다. 이 때, 검출기(46)로부터의 검출 펄스는, 통상적으로 모터(34)로의 구동 펄스의 주파수와 상이하므로 , 제어기(8)는 이 상이한 점을 고려하여 제어한다. 예를 들면, 제어기(8)는, 구동 신호의 소정 펄스에 해당하는 시간이 경과해도, 검출 신호의 펄스가 하나도 검출되지 않은 경우에, 비로소 회전 비정상이라고 판단하도록 제어한다. 제어기(8)는, 회전 비정상으로 판정한 경우, 비정상의 통지나 연소를 정지시키는 등의 조치를 행한다. 또한 반대로, 모터(34)에 구동 펄스를 송출하고 있지않 음에도, 검출기(46)로부터 펄스가 검출된 경우에도, 회전 비정상을 검지할 수 있다.

제어기(8)는, 미리 기억한 공기비 제어 프로그램에 의해, 센서(7)의 검출 신호에 기초하여, 버너(1)의 공기비가 설정 공기비로 되도록(제1 제어 조건), 또한 이 설정 공기비에서의 촉매(4)의 1차 측의 가스의 농도비 K가 하기 식 (3)을 만족시키도록(제2 제어 조건), 모터(34)를 제어하도록 구성되어 있다.

([NOx]+2[O₂])/[CO]≤2.0 …(3)

[식 (3)에서, [CO], [NOx] 및 [O₂]는 각각 일산화탄소 농도, 질소 산화물 농도 및 산소 농도를 나타내고, [0₂]>0의 조건을 만족시킨다]

본 실시예 1에서는, 직접 제어하고 있는 것은 상기 제1 제어 조건이며, 이 제1 제어 조건을 만족시킴으로써, 자동적으로 상기 제2 제어 조건이 만족되도록 구성되어 있다. 이 점을 도 4 및 도 7에 기초하여 이하에 설명한다.

도 4의 공기비-NOx·CO의 특성은, 버너(1) 및 수관군(2)을 포함하는 구성 요소의 상기 1차 특성과 촉매(4)에 의한 상기 2차 특성에 기초하여 표현한 것이다. 또한, 도 7은 이를 촉매(4)의 1차 측의 산소 농도에 대한 상기 구성 요소의 상기 1차 특성과 촉매(4)의 특성에 기초하여 표현한 것이다.

촉매(4)의 특성은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 촉매(4)의 1차 측의 기준 소정 농도비 K0에 관한 제5 라인 L(2차 측 [NOx]=0, [CO]=0 라인)에 의해 그 특징을 나타내고 있다. 이 제5 라인 L은, 이 라인 상에 촉매(4)의 1차 측의 농도비 K가 위 치하면(놓이면), 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 한다, 즉 기준 소정 농도비 K0를 만족시키는 라인이다. 이 제5 라인 L은, 상기 식 (3)의 상기 소정 농도비가 1인 경우에 대응하고 있다. 즉, 이 제5 라인 L은, 다음 식 (3A)를 나타낸 라인이다.

[NOx]+2[O₂]=[CO] …(3A)

여기서, [NOx]는 도 10에 나타낸 바와 같이 [CO]의 1/30∼1/50 정도이므로, 도 7에서는, 산소 농도에 대한 NOx 농도 특성을 생략하여, 식 (3A)에서의 [NOx]를 무시할 수 있다. 이 제5 라인 L에서, 1차 측의 산소 농도를 X1으로 한 경우, 1차 측의 일산화탄소 농도 Y1은, Y1=2X1+[NOx]가 된다. 그리고, 농도비 K의 값이 1.0 내지 2.0까지의 범위 내에서, 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 기준 소정 농도비 K0으로 할 수 있는 것이 확인되어 있으므로, 제5 라인 L은, 도시한 라인 L로 한정되지 않고, 상기 식 (2)를 만족시키는 라인으로 할 수 있다.

그리고, 버너(1) 및 수관군(2)의 상기 1차 특성 곡선을 나타내는 제6 라인 M과, 제５ 라인 L의 교점에서의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 기준 소정 농도비 K0가 특이 기준 농도비 K0X이다. 촉매(4)는, 이 1차 측의 농도비 K를 특이 기준 농도비 K0X로 한 경우, 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성을 가지고 있다. 이 기준 농도비 K0X로 하는 조정이 본 발명의 조정 0에 해당한다.

그리고, 촉매(4)는, 특이 기준 농도비 K0X에 대응하는 기준 산소 농도 SK보다 1차 측 산소 농도를 높이면, 촉매(4)의 2차 측에서 1차 측 산소 농도와 기준 산소 농도의 차이에 따른 농도의 산소가 검출되며, 촉매(4)의 2차 측의 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하고, 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도를 환원 반응에 의해 1차 측의 질소 산화물 농도보다 저감시키는 특성을 가지고 있다. 이 촉매(4)의 2차 측에서 산소가 검출되며, 1차 측의 질소 산화물 농도보다 저감하는 특성의 영역을 2차 측 NOx 누출 영역 R1이라고 칭한다. 이 2차 측 NOx 누출 영역 R1은, 본 발명의 조정 2를 실현하는 영역이며, 버너(1)의 공기비는 1.0을 초과한다.

또한, 촉매(4)는, 기준 산소 농도 SK보다 1차 측 산소 농도를 낮게 하면, 촉매(4)의 2차 측에서 1차 측 산소 농도와 기준 산소 농도 SK의 차이에 따른 농도의 일산화탄소가 검출되며, 소정 범위 내에서 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성을 가지고 있다. 이 촉매(4)의 2차 측에서 일산화탄소가 검출되며, 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성의 영역을 2차 측 CO 누출 영역 R2라고 칭한다. 이 2차 측 CO 누출 영역 R2는, 본 발명의 조정 1을 실현하는 영역이며, 버너(1)의 공기비가 1.0 미만이다. 버너(1)의 공기비는, 1.0 미만으로 설정되는 경우라도, 촉매(4)의 1차 측에서, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소를 포함하는 범위 내에서 설정된다. 2차 측 NOx 누출 영역 R1과 2차 측 CO 누출 영역 R2를 합친 영역을 NOx·CO 저감 영역 R3라고 칭한다.

이러한 도 7에 나타낸 촉매(4)의 특성은, 도 4에 나타낸 NOx·CO 특성에 부합한다. 이 도면 7로부터 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 촉매(4)의 2차 측의 산 소 농도 및/또는 일산화탄소 농도를 검출하고, 이 산소 농도 및/또는 일산화탄소 농도가 0으로 되도록 공기비 조정 수단(28)을 제어하면, 촉매(4)의 1차 측에서의 농도비 K가 특이 기준 농도비 K0X로 제어되고, 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 제어할 수 있다. 이와 같이 하여, 상기 제1 제어 조건을 만족시키면 상기 제2 제어 조건이 만족하게 된다.

상기 제1 제어 조건은, 이것이 만족되지 않으면, 탄화 수소 등의 미연분이 생성된다. 그렇게 되면, 에너지 손실이 일어나서, 촉매(4)에 있어서의 NOx 저감이 효과적으로 행해지지 않게 된다.

상기 제2 제어 조건은, 배출 질소 산화물 농도를 약 0으로 하기 위해 필요한 조건이다. 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 0으로 하기 위해서는, 상기 제1 반응과 상기 제2 반응으로부터, ([NOx]+2[O₂])/[CO]가 되는 농도비 K를 실질적으로 1.0으로 하면 바람직하다는 것이 실험 및 이론적 고찰에 의해 발견되었다. 그러나, 농도비 K가 1이상인 1.0∼2.0에서도 배출 질소 산화물 농도를 실질적으로 0으로 할 수 있는 것이 확인되었다.

센서(7)로서, 배출 산소 농도의 분해능이 50ppm이며 응답 시간 2sec 이하의 응답성이 양호한 지르코니아식 공연비 센서를 사용하고 있다. 이 센서(7)의 출력 특성은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 출력 E가 플러스 측에서 산소 농도에 대한 출력이 되고, 마이너스 측에서 일산화탄소 농도 등에 대한 출력이 된다. 즉, 측정되는 산소 농도(산소 과잉 영역) 및 일산화탄소 농도 등(연료 과잉 영역)으로부터 공기 비 m을 산출하고, 이 공기비 m에 대응한 전류 또는 전압의 출력을 얻고 있다. 도 8에서, Q1은 산소 농도 검출대를 나타내고, Q2는 일산화탄소 농도 검출대를 나타내고 있다.

그리고, 상기 공기비 제어 프로그램은, 센서(7)의 출력 신호에 기초하여, 버너의 공기비 m이 기준 설정 공기비 mO로 되도록 제어하며, 구체적으로는 다음과 같이 구성되어 있다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 센서(7)로부터의 출력값 E와 기준 설정 공기비 m0에 대응하는 설정값의 차이에 따라 모터(34)의 전송 속도 V(단위 시간당 구동량)를 바꾸는 제1 제어대 C1과, 이 제1 제어대 C1의 외측에 있어서 전송 속도 V를 각각 제1 설정값 V1, 제2 설정값 V2로 하는 제2 제어대 C2A, C2B를 설치하여, 모터(34)의 구동량을 제어하는 제어 단계가 포함되어 있다. 도 9에서, P1은 댐퍼 개방 영역, P2는 댐퍼 폐쇄 영역을 나타낸다.

제1 제어대 C1의 설정 범위는, 산소 농도 N1(예를 들면 100ppm)과 일산화탄소 농도 등 N2(예를 들면 50ppm)로 설정되고, 공기비를 실질적으로 1의 설정 공기 m0(기준 산소 농도 SK에 대응)로 하도록 제어된다.

제1 제어대 C1에 있어서의 전송 속도 V는, 하기 식 (4)로 계산된다. 전송 속도 V는 단위 시간당 구동량이다. 본 실시예 1의 모터(34)의 1 스텝에 의한 회전 각도는 0.075°이며, O₂로 환산하면 약 30ppm의 변동에 해당한다.

V=K×△X …(4)

{단, K는 게인이며, △X는, [센서(7)의 상기 출력값] - (상기 설정값)이다}

다음에, 이상의 구성을 가지는 상기 증기 보일러의 동작을 설명한다. 먼저, 증기 보일러의 개략적인 동작에 대하여 설명한다. 송풍기(26)로부터 공급되는 연소 공기(외기)는, 가스 연료 공급관(24)으로부터 공급되는 연료 가스와 급기 통로(27) 내에서 예혼합된다. 이 예혼합 기체는 버너(1)로부터 캔체(3) 내의 제1 가스 통로(15)를 향하여 분출된다. 예혼합 기체는, 착화 수단(도시하지 않음)에 의해 착화되어 연소한다. 이 연소는 1.0 근방의 저공기비로 행해진다.

이 연소에 수반하여 발생하는 가스는, 상류측의 수관군(2)과 교차하여 냉각된 후, 하류측의 수관군(2)과 열 교환하여 흡열되어 약 150℃∼350℃의 가스가 된다. 이 가스는, 탄화 수소를 포함하지 않고, 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소를 포함하고, 촉매(4)에 의해 처리되고, 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도가 약 0으로 된 후, 배기 가스로서 제2 가스 통로(17)로부터 대기중에 배출된다.

다음으로, 공기비 조정 수단(28)에 의한 공기비 제어에 대하여 설명한다. 본 실시예의 보일러는, 고연소와 저연소를 전환하여 운전한다. 그러므로, 댐퍼(29)는, 고연소 풍량 위치와 저연소 풍량 위치 중 어느 하나를 선택하여 위치 결정된다.

이 댐퍼(29)의 위치 조정은, 제어기(8)로부터의 명령에 의해 댐퍼 위치 조정 장치(30)에 의해 행해진다. 즉, 제어기(8)는, 고연소 혹은 저연소를 선택하는 선택 신호와, 센서(7)의 검출 공기비에 대응한 출력값을 입력하여, 모터(34)의 구동 신호를 출력하여, 댐퍼(29)의 개방 위치를 조정시킨다. 제어기(8)는, 고연소 시와 저연소 시의 각 기준 설정 공기비 m0에 대응한 설정값이 되는 댐퍼(29)의 설정 개 방 위치를 원점으로부터의 펄스 개수로 각각 초기치로서 기억하고 있다.

먼저, 고연소 시의 제어에 대하여 설명한다. 제어기(8)는, 현재의 댐퍼(29)의 개방 위치가 상기 설정 개방 위치에 대하여 개방측(닫는 방향으로 제어해야만 하는 측)인지, 폐쇄측(여는 방향으로 제어해야 하는 측)인지를 판정하고, 모터(34)의 구동 펄스 개수를 연산한다. 이와 병행하여, 상기 출력값이 도 9에서, 제1 제어대 C1 및 제2 제어대 C2A, C2B 중 어디에 속하는지를 판정한다.

제2 제어대 C2A에 속하는 경우, 제어기(8)는, 제1 설정 전송 속도 V2로, 또한 연산된 구동 펄스로 모터(34)를 구동시키고, 빠른 속도로 댐퍼(29)가 닫힌다. 제2 제어대 C2B에 속하는 경우 제어기(8)는, 제2 설정 전송 속도 V1으로, 또한 연산된 구동 펄스로 모터(34)를 구동시키고, 빠른 속도로 댐퍼(29)가 열린다. 이와 같이 하여, 기준 설정 공기비 m0에 대응한 설정값으로부터 비교적 이격되어 있는 경우, 제어기(8)가, 빠른 속도로 검출 공기비에 대응한 출력값을 기준 설정 공기비 mO에 대응한 설정값에 접근하는 제어를 행하므로, 응답성이 양호한 공기비 제어를 행할 수 있다.

또한, 제1 제어대 C1에 속하는 경우, 제어기(8)는, 회전 방향을 판정한 후, 상기 식 (4)에 기초하여 모터(34)의 전송 속도를 연산하고, 연산된 전송 속도와 연산된 구동 펄스로 모터(34)를 구동시킨다. 이 제1 제어대 C1에서의 제어에서는, 기준 설정 공기비 mO에 대응한 설정값으로부터 멀어짐에 따라 전송 속도를 빠르게 한다. 이러한 제어에 의해, 목표로 하는 기준 설정 공기비 mO에 대응한 설정값에 신속하게 접근할 수 있다. 또한, 회전 위치 제어를 확실하게 행할 수 있는 스테핑 모터에 의해 행하며, 검출 공기비에 대응한 출력값이 기준 설정 공기비 mO에 대응한 설정값에 가까워짐에 따라 전송 속도가 늦어지도록 제어함으로써, 기준 설정 공기비 mO에 대응한 설정값의 근방에서의 공기비의 오버 슈팅 및 헌팅을 억제할 수 있다.

이러한 공기비 제어에 의해, 버너(1)의 공기비를 1.O에 근접한 저공기비로 하고, 또한 촉매(4)의 1차 측의 가스의 농도비 변화폭이 적어지도록 제어되며, 상기 식 (2)을 안정적으로 만족시킬 수 있다. 그 결과, 촉매(4)의 2차 측의 질소 산화물 농도를 약 0으로 하며, 일산화탄소 농도를 약 0으로 저감시킬 수 있다. 설정 공기비 mO를 1.O 미만으로 한 경우에도, 2차 측의 질소 산화물 농도를 약 0으로 하며, 일산화탄소 농도를 실용 범위의 소정값 이하로 저감시킬 수 있다.

(실험예 1)

단위 시간당 증발량을 800kg의 캔체(3)(출원인이 제조한 형식: SQ-800으로 칭하는 캔체)로, 연소량 45.2m3N/h의 예혼합 버너(1)로 연소시켜, 촉매 활성 물질로서 Pt를 2.0g/L의 비율로 담지하여 체적 10L, 내경 360mm의 촉매로 한 경우의 실험 결과에 대하여 설명한다. 상기 기준 설정 공기비 m0를 1로 한 경우, 촉매(4)의 1차 측[촉매(4)를 통과하기 전]의 일산화탄소 농도, 질소 산화물 농도, 산소 농도가 각각 10분간의 평균값으로 2295ppm, 94ppm, 1655ppm으로 조정되고, 촉매(4)의 2차 측[촉매(1)를 통과한 후]의 각각의 농도가 10분간의 평균값으로 13ppm, 0.3ppm, 100ppm 미만이 되었다. 여기서, 촉매(4)의 2차 측의 산소 농도 100ppm은, 산소 농도의 측정 한계이다. 또한, 촉매(4)를 통과하기 전후에서의 가스의 온도는, 각각, 약 302℃, 327℃였다. 본 실험예 1 및 이하의 실험예 2 및 3에서는, 촉매(4)를 급수 예열(20)의 약간 상류에 배치하고, 그 전후에 측정 장치를 배치하고, 촉매(4) 통과 후의 각 농도 및 가스의 온도는, 가부시키가이야 호리바 제작소 제품 PG-250을 사용하고, 통과 전의 각 농도는, 가부시키가이야 호리바 제작소 제품 COPA-2000을 사용하여 각각 계측하였다. 물론, 촉매(4)를 도 1에 나타낸 위치에 배치해도 측정 농도치는 실질적으로 변하지 않을 것으로 여겨진다.

(실험예 2)

실험예 1과 동일한 버너(1) 및 캔체(3)를 사용하고, 연소량을 실험예 1과 동일하게 하고, 촉매 활성 물질로서 Pd를 2.0g/L의 비율로 담지하여 체적 10L, 내경 360mm의 촉매로 한 경우의 일산화탄소 농도, 질소 산화물 농도, 산소 농도의 각 농도비 K에서의 값을 도 10에 나타낸다. 여기서, 촉매 통과 후의 산소 농도를 실험예 1과 동일한 산소 농도 센서를 사용하여 측정하였으므로, 실제로는 100ppm 이하의 값이라고 하더라도 100ppm으로 나타낸다. 촉매(4)를 통과하기 전후에서의 가스의 온도는, 각각 약 323℃∼325℃, 약 344℃∼346℃였다.

상기 실시예 1에 의하면, 연소 공기와 연료의 비율을 조정하는 댐퍼 위치 조정 수단(공기비 조정 수단)(30)에 의해, 공기비를 1.0으로 제어함으로써, 촉매(4)의 1차 측의 산소, 질소 산화물 및 일산화탄소의 농도비를 특이 기준 농도비 K0X로 제어(상기 조정 0)할 수 있고, 배출 NOx 농도 및 배출 CO 농도를 실질적으로 0으로 저감시킬 수 있다. 따라서, 물/증기 첨가에 의한 저NOx화 기술이나, 탈질제의 투입에 의한 저NOx화 기술과 비교하여, 공기비 조정 수단과 촉매를 사용한 간단한 구 성에 의해 저NOx 및 저CO를 실현할 수 있다.

또한, 공기비를 실질적으로 1.O로 하고 있으므로, 에너지 절약형 운전을 행할 수 있다. 또한, 통상적인 보일러에서의 산소 농도 4%(공기비 약 1.235)의 운전과 산소 농도 0%(공기비 약 1.0)의 운전을 비교하면, 보일러 효율을 약 1%∼2% 향상시킬 수 있다. 지구 온난화 대책의 측면에서, 이 보일러 효율 향상은, 산업적 가치가 크다고 할 수 있다.

또한, 촉매(4)의 2차 측에 센서(7)를 설치하여, 공기비를 제어하고 있으므로, 촉매(4)의 1차 측에 센서를 설치하여 제어하는 것과 비교하여 제어를 안정화시킬 수 있다. 또한, 산소 농도 10Oppm 이하의 분해능으로 공기비를 제어하고 있으므로, CO량이 많으며, 또한 공기비-CO 특성에 있어서 CO 증가율이 높은 영역에서의 공기비 제어를 양호한 응답성으로, 안정적으로 행할 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 다른 실시예 2를 도 11 및 도 12에 따라 설명한다. 본 실시예 2는, 산소 농도를 검출하는 센서(7)를 촉매(4)의 2차 측이 아니라, 1차 측에 설치한 것이다. 이 센서(7)는 산소 농도만을 검출하는 센서이다. 그리고, 이 센서(7)에 기초한 모터(34)의 제어 특성을 도 12에 나타낸다. 이하, 상기 실시예 1과 상이한 점만을 설명하고, 공통 개소는 설명을 생략한다.

본 실시예 2에서는, 기준 설정 공기비 m0를 1.0[촉매(4)의 2차 측의 산소 농도를 0]으로 하도록, 센서(7)에 의해, 촉매(4)의 1차 측의 산소 농도를 검출하여 간접적으로 공기비를 제어한다. 각종 실험 결과에 기초하여, 촉매(4)의 1차 측의 산소 농도 O₂를 0%<O₂≤1.00%의 값으로 제어하면, 상기 식 (2)를 만족시키고, 촉매(4)의 2차 측의 산소 농도를 약 0으로 한다, 즉, 공기비를 약 1로 할 수 있음을 알 수 있다.

그래서, 본 실시예 2의 공기비 제어 프로그램에는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 센서(7)로부터의 검출값 E(산소 농도 신호)에 기초하여, 이 검출값과 설정 산소 농도치와의 차이에 따라 모터(34)의 전송 속도 V(단위 시간당의 구동량)를 변화시키는 제1 제어대 C1과, 이 제1 제어대 C1의 외측에 있어서 전송 속도 V를 각각 제1 설정값, 제2 설정값으로 하는 제2 제어대 C2A, C2B를 설치하여, 모터(34)의 구동량을 제어하는 제어 단계가 포함되어 있다.

제1 제어대 C1의 설정 범위는, 산소 농도 N1과 산소 농도 N2로 설정되는 범위에 포함되도록 제어된다. 제1 제어대 C1에서의 전송 속도 V는, 상기 실시예 1과 동일하게, 상기 식 (4)에서 계산된다.

[실시예 3]

본 실시예 3은, 상기 설정 공기비를, 도 13에 나타낸 바와 같이, 상기 2차 특성에 있어서의 NOx 농도가 실질적으로 0를 초과하고, 상기 1차 특성에 있어서의 NOx 농도보다 낮아지는 값으로 설정한 예이다. 이 값은, 상기 설정 공기비가, 실질적으로 1.0을 초과하는 상기 2차 특성의 2차 측 NOx 누출 영역 R1의 공기비이다. 본 실시예 3에서의 농도비 K의 조정은 상기 조정 2이다.

본 실시예 3에서의 제1 제어대 C1은, 제어 범위의 중심(목표 공기비)이 공기 비 1.005)(O₂ 농도: 약 1000ppm), 좌단이 실질적으로 공기비 1.0보다 낮은 영역의 값이며, 도 13에서의 우단이 공기비 1.01(O₂ 농도: 약 2000ppm)이다. 이를 도 7에 따라서 설명하면, 촉매(4)의 1차 측의 산소 농도가 기준 산소 농도 SK보다 높은 상기 2차 측 NOx 누출 영역(상기 조정 2를 실현하는 영역) R1에서 공기비 제어를 행하게 된다.

(실험예 3)

본 실시예 3에서, 상기 실험예 1과 동일한 조건(설정 공기비를 제외함)으로 실험한 경우, 촉매(4)의 1차 측[촉매(4)를 통과하기 전]의 CO 농도, NOx 농도, O₂ 농도가 각각 10분간의 평균값으로 1878ppm, 78ppm, 3192ppm으로 조정되고, 촉매(4)의 2차 측[촉매(4)를 통과한 후]의 각각의 농도가 10분간의 평균값으로 0ppm, 42ppm, 1413ppm이 된다.

본 실험예 3으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 3의 공기비 제어에 의하면, 촉매(4)의 환원 작용에 의해, 배출 NOx 농도는, 상기 1차 특성의 NOx 농도보다 낮은 값으로 저감되며, 배출 CO 농도는 0으로 저감된다.

본 실시예 3에서는, 상기 제1 제어대를 2차 측 NOx 누출 영역 R1의 범위 내에서 자유롭게 설정할 수 있다. 제1 제어대 C1을 공기비(1)에 근접시킬수록, NOx의 저감 효과 및 에너지 절약 효과가 커지게 된다. 그러나, 처리할 CO농도가 높으므로[구배(勾配)가 급격할 경우도 있으므로], CO가 쉽게 누출되며, 제어가 곤란하며, 촉매량을 많이 필요로 한다. 그래서, 제1 제어대를 공기비 1로부터 이격되도 록 도 13에서의 우측으로 설정하면, 제어가 용이하게 되며, 촉매(4)의 양을 적게 할 수 있다.

구체적으로는, 상기 실시예 3에서의 제1 제어대 C1의 좌단을 공기비 1.0 이하로(도 13) 하지 않고, 공기비 1.0으로 할 수 있다. 또한, 도 13에서의 상기 제1 제어대 C1의 좌측단을 공기비 1.0을 초과하는 값으로 설정할 수도 있다.

[실시예 4]

본 실시예 4는, 도 15를 참조하여, 공기비 제어 수단(28)을, 송풍기(26)를 구동시키는 송풍기용 모터(52)와, 이 모터(52)의 회전수를 제어하는 인버터(53)를 포함하여 구성한 것이다. 본 실시예 4에서는, 공기비 제어와 상기 농도비 일정 제어를 댐퍼(29)를 사용하여 행하지 않고, 인버터(53)를 사용하여 행하도록 구성하고 있다. 제어기(8)에 의한 송풍기용 모터(52)의 제어는, 상기 실시예 1의 도 9에 나타낸 오버 슈팅 및 헌팅을 억제하도록 제어할 수 있다. 댐퍼(29)는, 착화 시에는 개방도를 낮게 하고, 착화 후의 정상 연소에 들어가면, 개방도를 높여서, 고연소 및 저연소의 풍량 제어를 행한다. 이 풍량 제어는, 인버터(53)를 사용하여 행할 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 댐퍼(29) 및 인버터(53) 중 어느 한쪽에서 착화 시 등의 풍량 제어를 행하도록 구성할 수 있다. 본 실시예 4에서, 그 외의 구성은, 상기 실시예 1과 동일하므로, 설명을 생략한다.

[실시예 5]

다음에, 상기 실시예 1에서의 상기 농도비 조정 단계에 있어서, 상기 가스 중의 산화탄소 농도를 제어하는 일산화탄소 제어 단계를 행하는 실시예 5를 도 15 ∼도 17에 기초하여 설명한다. 본 실시예 5는, 기본적으로는 상기 실시예 1과 동일한지만, 버너(1)의 상류측에, 필요에 따라 가스 연료를 분출하는 보조 연료 공급부(60)를 설치한 점이 상이하다. 이 보조 연료 공급부(60)는, 상기 농도비 K를 보조적으로 조정하는 보조 조정 수단으로서 기능하고, 가스 연료를 분출함으로써, 버너(1)에 의해 부분적인 확산 연소를 형성하기 위해 구성되어 있다. 이하, 공통된 부분은 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 상이한 점을 중심으로 설명한다.

도 15 및 도 16을 참조하여, 보조 연료 공급부(60)는, 가스 중의 일산화탄소 농도를 조정할 필요가 있는 경우에, 가스 연료를 적절하게 분출하여, 버너(1)에 의해 부분적인 확산 연소를 발생시킬 수 있도록 기능한다.

도 17에 의해, "파선"으로 나타낸 라인 L1은, 도 7의 라인 L에 대응하는 라인이며, CO와 O₂의 최적 조정 개시 라인이다(이하, 간단히 "최적 조정 개시 라인"이라고도 함). 라인 L1은 상기 식 (3)의 우변의 값을 2.0으로 한 것이며, 라인 L은 상기 식 (3)의 우변의 값을 1.0으로 한 것이다. 도 17에서의 최적 조정 개시 라인 L1의 좌측 영역에 형성되는 라인의 근방에 일산화탄소(CO)와 산소(0₂)와의 밸런스를 근접시킴으로써, 보다 효과적으로 극초저 NOx화와 저CO화를 실현할 수 있다. 그리고, 도 17에 나타낸 최적 조정 개시 라인 L1은, "CO=(NOx/2)+2O₂"에 의해 형성된 라인이다. 도 17에서, 최적 조정 개시 라인 L1은, 원점을 시점으로 하는 직선으로 나타내어져 있지만, 상기 식 (3A)로부터도 명백하게 알 수 있는 바와 같이, Y축 상의 절편의 값은 "NOx"에 의해 나타내지만, 도 17에서는 도시를 생략하고 있다.

지금, 본 실시예 5의 연소 장치를 구성하는 버너(1)가, 예를 들면 도 17의 "1점 쇄선"에 의해 나타낸 라인 MA("개량 전"의 라인)와 동일한 연소 특성을 가지는 것으로 한다. 이 "개량 전"의 라인 MA에 의해 나타낸 연소 특성을 가지는 경우, 최적 조정 개시 라인 L1 근방에서 버너(1)를 연소시키면, 공기비(0₂)가 약간 저하되는 것만으로, 일산화탄소(CO)의 값이 크게 증가하므로, 극초저 NOx화와 저CO화가 용이하지 않게 된다.

그래서, 본 실시예 5에서는, 전술한 바와 같은 연소 특성("개량 전"의 라인 MA)을 가지는 경우에는, 일산화탄소 제어 수단인 보조 연료 공급부(60)로부터 가스 연료를 분출시키고, 버너(1)로 부분적인 확산 연소를 발생시킨다. 즉, 버너(10)(예혼합 버너)로 일부 확산적인 연소를 생기게 하여, 일산화탄소 농도를 높여서, CO 특성을 개량한다. 도 17의 "실선"에 의해 나타낸 라인 MB("개량 후"의 라인)가, "개량 전"의 라인 MA의 연소 특성을 가지는 버너(1)에 대하여, 보조 연료 공급부(60)를 기능 시켰을 때의 연소 특성을 나타낸 것이다.

이와 같이, 본 실시예 5에서는, 보조 연료 공급부(60)를 기능하게 함으로써, 그 연소 특성을 제어할 수 있다. 도 17에 나타낸 바와 같이, "개량 전"의 라인 MA로부터 "개량 후"의 라인 MB로 연료 특성을 조정하면, 최적 조정 개시 라인 L1 근방(또는 최적 조정 개시 라인의 좌측 영역)에서 버너를 연소시켜도, 안정된 저공기비 연소를 계속 행할 수 있다. 즉, "개량 후"의 라인 MB의 연소 특성을 가지는 경우이면, 최적 조정 개시 라인 L1 근방(또는 최적 조정 개시 라인의 좌측 영역)에서 운전하고 있을 때, 공기비(0₂)에 변동이 생겨도(예를 들면, 약간 저하되어도), 일산화탄소(CO)의 값은 크게 변동하지 않는다. 따라서, 본 실시예 5에 의하면, 저O₂ 영역에서의 일산화탄소 농도를 제어하여 안정된 저공기비 연소를 행하고, 에너지 절약화와 함께, 배출 NOx 값이 5ppm를 밑도는 극초저 NOx화와 저CO화를 용이하게 실현할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예 5에서는, 필요에 따라[예를 들면, 버너의 개체 차이 등(연소 특성)에 따라], 보조 연료 공급부(60)로부터 가스를 공급하여[버너(1)에 의해 부분적인 확산 연소를 형성하여], 가스 중의 일산화탄소 농도를 적절한 농도로 조정한다.

본 실시예 5에서는, 일산화탄소 제어 수단으로서, 일산화탄소의 농도를 높이기 위하여, 버너(1)의 상류측에 보조 연료 공급부(60)를 설치하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 가스 중의 일산화탄소의 농도를 적절히 높일 수 있으면, 어떠한 구성을 사용해도 된다. 따라서, 예를 들면 버너(1) 표면과 수관 사이의 거리를 조작하여, 일산화탄소의 농도를 제어하도록 구성해도 된다. 또한, 예를 들면 캔체 내부에 보조 연료 공급부나 공기 공급부를 설치하여, 일산화탄소의 농도를 제어하도록 구성해도 된다.

[실시예 6]

다음으로, 상기 실시예 1에서, 촉매(4)의 활성화를 행하는 촉매 활성화 단계를 행하는 실시예 6에 대하여 설명한다. 본 실시예 6에서의 장치의 구성은, 상기 실시예 5와 동일하며, 도 15 및 도 16에 기초하여, 본 실시예 6을 설명한다. 본 실시예 6에서는, 상기 실시예 5와 동일한 보조 연료 공급부(60)가 설치되고, 이 보조 연료 공급부는 촉매 활성화 수단으로서 기능한다.

그리고, 본 실시예 6에서는, 보조 연료 공급부(60)는, 보일러(1) 기동 시, 또는 저연소 시 등, 촉매(4)와 접촉 전의 가스(배기 가스) 온도가 낮은 경우에, 적절하게 가스 연료를 분출할 수 있도록 구성되어 있다.

일반적으로, 보일러 등의 연소 장치는, 저연소 및 고연소를 포함하는 3위치 제어 등이 행해지고 있다. 즉, 필요에 따라 1개의 캔체 내(연소 영역 내)에서 복수의 연소량에서의 운전이 행해지고 있다. 이와 같이, 1개의 캔체 내에서 상이한 연소량의 운전이 행해지는 경우, 통상적으로는, 고연소 시의 저 NOx화를 도모하기 위하여, 촉매(4) 등의 설계가 행해진다. 그러나, 이와 같은 구성에 의하면, 고연소 시 외(예를 들면, 저연소 시, 기동 시 등)에는, 고연소 시와 동일한 NOx 저감을 도모하기가 곤란하다. 이는, 저연소 시나 기동 시 등은, 고연소 시보다 가스(배기 가스) 온도가 낮은 것에 기인한다. 즉, 가스 온도가 낮으면, 촉매(4)가 적절하게 기능하지 않으며, 고연소 시와 동일한 NOx 저감을 도모할 수는 없다.

그래서, 본 실시예 6에서는, 기동 시나 저연소 시에, 가스 온도를 높일 수 있도록, 버너(1)의 1차 측(상류측)에 보조 연료 공급부(60)가 설치되어 있다. 이 보조 연료 공급부(60)는, 촉매(4)의 온도 등에 기초하여, 가스 온도의 상승이 필요하다고 판단된 경우에, 가스를 공급하여(부분적인 확산 연소를 형성하여), 가스 중의 일산화탄소 농도를 높여서 반응 후의 가스 온도를 상승시킨다.

또한, 기동 시 또는 저연소 시라도, 촉매(4)가 적절한 온도로 유지되고 있을 경우에는, 보조 연료 공급부(60)로부터의 가스 공급을 행하지 않도록 구성되어 있다.

본 실시예 6에 따른 보일러(연소 장치)는, 본래 가스(배기 가스) 온도가 저하되어, 촉매(4)에 있어서의 활성이 불충분한, 기동 시나 저연소 시에도, 보조 연료 공급부(60)(촉매 활성화 수단)를 형성함으로써, 가스 중의 일산화탄소의 농도를 높임으로써, 가스 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예 6에 의하면, 안정된 저공기비 연소를 행하는 것에 의한 에너지 절약화와 함께, 촉매(4)를 활성화시킴으로써, 연소 상태 등의 차이가 발생하는 경우가 있어도, 배출 NOx 값이 5ppm을 밑도는 극초저 NOx화와 저CO화를 실현할 수 있는 연소 방법을 얻을 수 있다.

그런데, 백금에 의해 구성된 촉매(4)를 사용하는 경우, CO를 산화(정화)시키기 위해 필요한 온도[촉매(4)에 있어서의 CO의 활성화 온도]는 약 100℃, NOx를 환원(정화)시키기 위해 필요한 온도[촉매(4)에 있어서의 NOx의 활성화 온도]는 약 150℃이다. 따라서, 배기 가스 온도가 150℃를 초과하는 경우, 또는 배기 가스 온도가 낮아도(150℃ 미만이라도) CO가 다량으로 존재하는 경우[CO(의 반응열)에 의해서도 촉매(4)가 150℃ 이상으로 온도 상승되는 경우]에는, CO의 산화 및 NOx의 환원은 촉매(4)에 의해 적절하게 행해진다. 그러나, 배기 가스 온도가 낮고(150℃ 미만), CO가 적은 경우[CO(의 반응열)에 의해서도 촉매(4)가 150℃ 이상으로 승온되지 않는 경우]에는, 모든 NOx를 정화시킬 수 없다. 만일, 100℃ 미만이면, CO에 대해서도 전부를 정화시킬 수는 없다. 그래서, 본 실시예 6은, 배기 가스 온도가 낮고(150℃ 미만), CO가 적은 경우[CO(의 반응열)에 의해서도 촉매(4)가 150℃ 이상으로 승온되지 않는 경우]에, 보조 연료 공급부(60)를 작동시킴으로써 CO를 도입하고, 이 CO의 반응열에 의해 촉매(4)를 150℃ 이상으로 승온시키는 것을 목적으로 하여 구성되어 있다.

본 실시예 6에서는, 촉매 활성화 수단으로서, 일산화탄소의 농도를 높일 수 있도록, 버너(1)의 상류측에 보조 연료 공급부(60)를 설치하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 촉매부와 접촉 전의 가스 중의 일산화탄소의 농도를 높일 수 있으면, 어떠한 구성을 사용해도 된다. 따라서, 예를 들면, 캔체 내부에 보조 연료 공급부나 공기 공급부(도시하지 않음)를 설치하도록 구성해도 된다.

또한, 촉매(4)를 활성화시킬 수 있도록, 촉매(4) 근방에 촉매의 온도를 높이는 촉매 가온 수단을 설치해도 된다.

또한, 촉매(4)의 활성화는 환언하면 촉매(4)에서의 성능 향상으로도 생각할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 이 관점(촉매에서의 성능 향상)에서, 촉매 활성화 수단으로서 복수의 촉매를 다단으로 설치하는 구성으로 해도 된다.

본 발명은, 상기 실시예 1∼실시예 5로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4 및 도 13에 나타낸 공기비-NOx·CO 특성은, 연소 장치의 버너(1) 및 캔체(3)의 구조에 따라 곡선 및 농도값이 상이하므로, 상이한 특성을 사용할 수 있다. 또한, 상기 실시예 1 및 2에서는, 설정 공기비를 1.0 이상으로 하고 있지만, 연소성을 해치지 않고, 탄화 수소를 포함하지 않는 범위 내에서, 공기비 1.0보다 낮은 값으로 할 수 있다.

또한, 상기 실시예 2에서, 센서(7)는 O₂ 농도 센서를 사용하고 있지만, CO 농도 센서를 사용할 수도 있다. 또한, 댐퍼 위치 조정 장치(30)의 구조는, 여러 가지로 변형 가능하다. 또한, 모터(34)는, 스테핑 모터 외의, 예를 들면, 기어 모터(도시하지 않음)를 사용할 수 있다. 또한, 댐퍼 위치 조정 장치(30)를 단일 제어기(보일러 제어용의 제어기)(8)에 의해 제어하고 있지만, 이 제어기(8)와는 별도로 댐퍼 위치 조정 장치(30)용의 다른 제어기(도시하지 않음)를 설치하고, 상기 다른 제어기, 프리 센서(7, pre-sensor) 및 제어기(8)를 접속하여, 공기비 제어를 행하도록 구성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 소형 관류 보일러 등의 수관 보일러, 급탕기, 흡수식 냉동기의 재생기 등의 연소 장치에 있어서, 간단한 방법에 의해, 질소 산화물 및 일산화탄소의 배출량을 한없이 0(제로)에 가까운 값까지 저감시키거나, 허용 범위로 저감시킬 수 있다. 또한, 산소 농도의 검출에 의해, 안정된 유해 물질 저감 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 가스 발생원으로부터의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소를 포함하는 상기 가스 중의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소의 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 단계, 및

   상기 가스와의 접촉에 의해, 산소에 의해 일산화탄소를 산화시키고, 일산화탄소에 의해 질소 산화물을 환원시키며, 1차 측의 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 했을 때 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0(zero)로 하는 특성의 산화 촉매를 이용하여, 질소 산화물을 저감시키는 유해 물질 저감 단계

   를 포함하는 연소 방법으로서,

   상기 농도비 조정 단계는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어하는, 연소 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 농도비 조정 단계는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도 및 일산화탄소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어하는, 연소 방법.
3. 가스 발생원으로부터의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소를 포함하는 상기 가스 중의 질소 산화물, 일산화탄소 및 산소의 농도비를 기준 소정 농도비로 조정하는 농도비 조정 수단; 및

   상기 가스와의 접촉에 의해, 산소에 의해 일산화탄소를 산화시키고, 일산화탄소에 의해 질소 산화물을 환원시키며, 1차 측의 상기 농도비를 상기 기준 소정 농도비로 했을 때 2차 측의 질소 산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 실질적으로 0으로 하는 특성을 가지는 산화 촉매

   를 포함하는 연소 장치로서,

   상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도를 검출하는 센서를 포함하고,

   상기 농도비 조정 수단은, 상기 센서에 의하여 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어하는, 연소 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 센서는, 상기 산화 촉매의 2차 측의 산소 농도 및 일산화탄소 농도를 검출하는 센서이며,

   상기 농도비 조정 수단은, 상기 센서에 의하여 검출된 산소 농도가 실질적으로 0 근방의 설정 산소 농도가 되도록 상기 농도비를 제어하는, 연소 장치.

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