(57)【要約】【課題】排出するＮＯxを抑制するとともに出力の向上または燃費の向上が可能な燃焼システムを提供する。【解決手段】燃料および空気が供給される供給部１２および排気ガスを排出する排気部１３−１〜３を有する燃焼器１１と、排気部１３−１と供給部１２とを接続する排気再循環路１４と、排気再循環路に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯx）をアンモニア（ＮＨ3）に転換する触媒を有するＮＨ3転換器１５と、を備え、燃焼器は、燃料を燃焼するとともに転換されたＮＨ3を窒素（Ｎ2）に変換する、燃焼システムが提供される。【選択図】図１
2020090949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および空気が供給される供給部および排気ガスを排出する排気部を有する燃焼器と、
前記排気部と前記供給部とを接続する排気再循環路と、
前記排気再循環路に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯx）をアンモニア（ＮＨ3）に転換する触媒を有する転換器と、
を備え、
前記燃焼器は、前記燃料を燃焼するとともに前記転換されたＮＨ3を窒素（Ｎ2）に変換する、燃焼システム。
【請求項２】
前記転換器は、前記燃焼器からの燃料または噴射弁から噴射された燃料と前記排気ガスから前記触媒により一酸化窒素（ＣＯ）および水素（Ｈ2）を生成して、該ＣＯおよびＨ2を用いて前記排気ガスに含まれる前記ＮＯxを前記触媒により前記ＮＨ3に転換する、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項３】
前記転換器は、前記排気ガスに含まれるＮＯxの一部を亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）に転換し、
前記燃焼器において前記Ｎ2Ｏが前記燃焼を促進する、請求項１または２記載の燃焼システム。
【請求項４】
前記触媒が、金属酸化物材料に担持された貴金属触媒である、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
【請求項５】
前記貴金属触媒は、ロジウム、パラジウム、イリジウムおよび白金のうち少なくとも一つを含む、請求項４記載の燃焼システム。
【請求項６】
前記金属酸化物材料は、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）およびＡｌ2Ｏ3のうち少なくとも一つを含む、請求項４または５記載の燃焼システム。
【請求項７】
前記触媒が、酸化タングステン（ＷＯ3）およびシリカ（ＳｉＯ2）の複合体に担持されたイリジウム系金属と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とを含む、請求項１または２記載の燃焼システム。
【請求項８】
前記イリジウム系金属は、イリジウムまたはイリジウムにバリウムを添加してなる、請求項７記載の燃焼システム。
【請求項９】
前記供給部に供給される空気中の酸素を、前記燃焼器および前記転換器で供給される燃料の総和量に対する理論酸素量のモル流量比で１．５〜３．２倍に制御する制御部をさらに備える、請求項１〜８のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
【請求項１０】
前記排気部に接続された排気経路に排気ガス中のＮＯxを回収する回収器をさらに備える、請求項１〜９のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
【請求項１１】
前記排気経路において前記回収器の下流に、前記転換器において転換されたＮＨ3の一部を供給して、排気ガス中のＮＯxを該ＮＨ3を用いて窒素（Ｎ2）に変換するＮＯx除去器をさらに備える、請求項１０記載の燃焼システム。
【請求項１２】
前記燃料が気体または液体である、請求項１〜１１のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
【請求項１３】
前記燃料が固体であり、
前記燃焼器が複数からなり、
前記複数の燃焼器のうち第１の燃焼器に前記排気再循環路が設けられ、該第１の燃焼器の前記供給部に流量調節絞り部材が設けられ、流量調節絞り部材により第１の燃焼器が他の燃焼器よりも酸素供給量が少なくなるように調整可能である、請求項１〜１２のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する技術に係り、特に、窒素酸化物をアンモニアに転換して燃焼する燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や火力発電所の燃焼器や自動車のエンジン等の内燃機関から大気中に排出される窒素酸化物（ＮＯx）は、高濃度になると、人体、特に呼吸器に悪影響を及ぼすことが知られている。
【０００３】
従来、内燃機関から排出されるＮＯxは、触媒により還元して窒素（Ｎ2）に転換して除去することが主流である。また、内燃機関ではＮＯxの排出量を抑制する運転条件の最適化や触媒の開発が行われている。
【０００４】
また、発生したＮＯxを窒素（Ｎ2）に還元するために、還元剤として尿素（アンモニア）または燃料が用いられている。還元剤としての燃料噴射量をできる限り低減する制御や触媒の開発が必要とされてきた。
【０００５】
本願発明者等は、還元触媒としてシリカに担持したイリジウム触媒（Ｉｒ／ＳｉＯ2）にタングステン（ＷＯ3）やバリウム（ＢａＯ）等を添加することでＮＯxの浄化率が大幅に向上できることを見出した（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５１２６９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内燃機関ではＮＯxの排出量を抑制する運転条件では、燃焼温度を十分高く設定することができず、内燃機関の出力を向上できないという問題がある。
【０００８】
還元剤として尿素を用いると、尿素水を供給するための容器および配管やそのためのスペースが必要となり、さらには尿素を充填する手間や設備が必要となるという問題が生じる。また、還元剤として燃料を用いるとその分が燃焼に寄与しないため、結果として燃費の低下を招いてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題を解決するもので、排出するＮＯxを抑制するとともに出力の向上または燃費の向上が可能な燃焼システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、燃料および空気が供給される供給部および排気ガスを排出する排気部を有する燃焼器と、前記排気部と前記供給部とを接続する排気再循環路と、前記排気再循環路に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯx）をアンモニア（ＮＨ3）に転換する触媒を有する転換器とを備え、前記燃焼器は、前記燃料を燃焼するとともに前記転換されたＮＨ3を窒素（Ｎ2）に変換する、燃焼システムが提供される。
【００１１】
上記態様によれば、排気再循環路に設けられた転換器の触媒によって、排気ガスに含まれるＮＯxをＮＨ3に転換し、そのＮＨ3を燃焼器によって燃焼することによってＮ2に転換することができるのでＮＯxの排出を抑制できるとともに燃焼による熱エネルギーが得られ出力または燃費を向上する燃焼システムを提供できる。また、従来の燃焼器ではＮＯxの排出を抑制するために高出力の運転条件を採用できなかったが、上記態様の燃焼システムでは、燃焼器で発生したＮＯxをＮＨ3に転換して燃焼するため、燃焼器においてＮＯxの排出が多くなるような高出力の運転条件を採用でき、その結果、高出力の燃焼システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼システムの概略構成図である。
【図２】Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2＋ＭｇＯ触媒の窒素酸化物からＮＨ3への転換率を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る燃焼システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃焼システムの概略構成図である。
【図５】実施例および比較例についての計算結果を示す図である。
【図６】実施例のデカン削減率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼システムの概略構成図である。図１を参照するに、第１の実施形態に係る燃焼システム１０は、燃焼器１１と、燃焼器１１に燃料および空気を供給する供給部１２と、燃焼器１１からの排気ガスを排出する排気部１３−１〜１３−３と、排気部１３−１と供給部１２とを接続する排気再循環路１４と、排気再循環路１４に設けられたＮＨ3転換器１５と、排気部１３−２、１３−３に接続された排気経路１６に設けられたＮＯx回収器１８と、その下流にＮＯx除去器１９と、制御部２０とを備える。なお、排気経路１６は２経路図示されているが、１経路でもよく、３経路以上でもよい。
【００１５】
燃焼器１１は、気体または液体の燃料を燃焼するものであれば特に限定されず、エンジン、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガスエンジン等であり、あるいは、ガスタービン、バーナー、蒸気タービン等のボイラーの燃焼室である。燃料器１１の燃料には、液化石油ガス、天然ガス等の気体燃料、ガソリン、軽油、重油、アルコール類、これらの混合物等の液体燃料を用いることができる。
【００１６】
燃焼器１１の供給部１２に供給される燃料および空気は、所定の割合で混合された予混合気でもよく、予混合気にさらに空気を供給部１２で加えてもよく、空気だけが供給され燃焼器１１内で燃料を噴射する直噴式でもよい。後述するが、供給部１２にはＮＨ3転換器１５において窒素酸化物（ＮＯx）が転換されたアンモニア（ＮＨ3）を含む排気ガスが排気再循環路１４を介して供給される。
【００１７】
排気再循環路１４には、ＮＨ3転換器１５が設けられている。ＮＨ3転換器１５は、燃料改質触媒１５ａとＮＨ3生成触媒１５ｂとを有する。ＮＨ3転換器１５には、燃料を噴射するための燃料噴射弁２１が設けられてもよい。次に述べる燃料改質触媒１５ａにより燃料を一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ2）に転換することができる。
【００１８】
燃料改質触媒１５ａは、金属酸化物に担持された貴金属触媒を用いることができる。貴金属触媒は、ロジウム、パラジウム、イリジウムおよび白金（Ｐｔ）のうち少なくとも一つを含むことが好ましい。金属酸化物材料は、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3のうち少なくとも一つを含むことが好ましい。なお、燃料改質触媒１５ａは、後述するＮＨ3生成触媒１５ｂとしても用いることができ、両者は一体化されて配置されていてもよく分離して配置されていてもよい。
【００１９】
燃料改質触媒１５ａは、排気部１３−１からの排気ガスに含まれる燃焼器１１からの未燃焼分の燃料またはＮＨ3転換器１５に設けられた燃料噴射弁２１から噴射した燃料を還元して一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ2）を、例えば以下の反応式により、中間体として生成する。なお、燃料の一例としてデカン（Ｃ10Ｈ22）を用いて説明する。
［燃料改質触媒１５ａによるＣＯおよびＨ2の生成反応］
Ｃ10Ｈ22＋１０Ｈ2Ｏ＝１０ＣＯ＋２１Ｈ2
Ｃ10Ｈ22＋１０ＣＯ2＝２０ＣＯ＋１１Ｈ2
Ｃ10Ｈ22＋５Ｏ2＝１０ＣＯ＋１１Ｈ2
ここで、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、およびＯ2は、主に、燃焼器１１からの排気ガスに含まれる燃焼によって発生したＨ2ＯおよびＣＯ2、並びに燃焼において残存したＯ2である。
【００２０】
ＮＨ3生成触媒１５ｂは、排気ガスに含まれるＮＯxを、例えば以下の反応式により、ＣＯとＨ２ＯとによりＮＨ3に転換する。
［ＮＨ3生成触媒１５ｂによるＮＯxからＮＨ3への転換反応］
２ＮＯ＋５ＣＯ＋３Ｈ2Ｏ＝２ＮＨ3＋５ＣＯ2
２ＮＯ＋５Ｈ2＝２ＮＨ3＋２Ｈ2Ｏ
このようにして転換されたＮＨ3が、ＮＨ3転換器１５の出口から排気再循環路１４を介して燃焼器１１の供給部１２に供給される。
【００２１】
なお、この転換反応で、上記触媒により亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）も生成されることがある（T. Nanba et al., Applied Catalysis B: Environmental 46 (2003) p353-364参照）。Ｎ2Ｏは燃焼器１１に供給され、燃焼器において燃料の分解反応を行い分子数を増加させることで燃焼を促進する役割を有する。
【００２２】
ＮＨ3生成触媒１５ｂは、金属酸化物材料に担持された貴金属触媒を用いることができる。貴金属触媒は、ロジウム、パラジウム、イリジウムおよび白金（Ｐｔ）のうち少なくとも一つを含むことが好ましい。金属酸化物材料は、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3のうち少なくとも一つを含むことが好ましい。ＮＨ3生成触媒１５ｂは、例えば、Ｐｔ／ＴｉＯ2、Ｐｔ／ＺｒＯ2、Ｐｔ／ＣｅＯ2、Ｐｔ／ＳｉＯ2である（なお、記号「／」はその後の金属酸化物材料によりその前の金属が担持された触媒であることを示す。以下同様。）。
【００２３】
ＮＨ3生成触媒１５ｂは、酸化タングステン（ＷＯ3）およびシリカ（ＳｉＯ2）の複合体に担持されたイリジウム（Ｉｒ）系金属と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とを含む触媒を用いることができる。Ｉｒ系金属は、ＩｒまたはＩｒにバリウム（Ｂａ）を添加した金属（Ｉｒ−Ｂａ）である。Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2＋ＭｇＯ触媒は、ＮＯxからＮＨ3への転換率が著しく高い点で特に好ましい。３ｗｔ％Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2触媒とＭｇＯ触媒を重量比で１：１０でメノウ乳鉢で混ぜた物理混合触媒は、３ｗｔ％Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2触媒に対して著しいＮＯxからＮＨ3への転換率が認められた。なお、Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2触媒は、例えば、特許第４５１２６９１号明細書に記載の方法によりＩｒの化合物にＢａを添加して作製する。
【００２４】
図２は、ＮＯxからＮＨ3への転換率を示す図である。図２において丸（○）の記号は３ｗｔ％Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2＋ＭｇＯ触媒の転換率を示し、三角形（△）の記号は３ｗｔ％Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2触媒の転換率を示している。
【００２５】
図２を参照するに、３ｗｔ％Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2触媒は、ＮＯxからＮＨ3への転換を示していない。これに対して、３ｗｔ％Ｉｒ−Ｂａ／ＷＯ3−ＳｉＯ2＋ＭｇＯ触媒は、２００℃〜２８０℃においてＮＯxからＮＨ3への転換を示し、２６０℃付近で４８％もの高い転換率を示していることが分かる。
【００２６】
燃焼器１１では、供給部１２に、燃料および空気と、ＮＨ3転換器１５からのＮＨ3とが供給される。燃焼器１１においては、例えば以下の反応が生じる。
［燃焼器１１における反応］
（燃料の燃焼反応およびのＮ2酸化反応）
２Ｃ10Ｈ22＋３１Ｏ2＝２０ＣＯ2＋２２Ｈ2Ｏ
Ｎ2＋Ｏ2＝２ＮＯ
（ＮＨ3の燃焼反応）
４ＮＨ3＋３Ｏ2＝２Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
４ＮＨ3＋５Ｏ2＝４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏ
【００２７】
ＮＨ3は、燃焼反応により発熱し、発熱量は１８．８ＭＪ／ｋｇである。そのため、この発熱分の燃料を節約することができ、ＣＯ2の排出も削減できる。従来の燃焼システムではＮＯをＮ2に転換するために使用していた燃料は発熱（出力）に寄与していなかったのに対して、本実施形態の燃焼システム１０では発熱（出力）に寄与することができる。これとともに、ＮＨ3はＮＯxから転換されたものであり、燃焼反応によりＮ2になるため、ＮＯxの無害化にもなる。
【００２８】
排気部１３−１〜１３−３には、流量調節絞りを設けてもよい。流量調節絞りによりＮＨ3転換器１５あるいは排気経路１６に流れる排気ガス量を制御することができる。
【００２９】
ＮＯx回収器１８は、ＮＯx吸蔵剤１８ａを有する。ＮＯx回収器１８は、ＮＨ3転換器によるＮＨ3への転換と燃焼器による燃焼によっても除去しきれなかったＮＯxを吸蔵し、排気ガス中のＮＯxの濃度を低減する。ＮＯx吸蔵剤１８ａとしては、例えば、上述した金属酸化物に担持された貴金属触媒例えばＰｔ／Ａｌ2Ｏ3に、Ｂａあるいはカリウム（Ｋ）を例えば硝酸塩として混合した触媒が挙げられる。
【００３０】
ＮＯx回収器１８の下流に、ＮＯx除去器１９を設けることが、より完全にＮＯxを除去できる点で好ましい。ＮＯx除去器１９を設ける場合は、ＮＨ3転換器１５の下流からＮＯx回収器１８とＮＯx除去器１９との間にＮＨ3供給経路２４が設けられる。ＮＨ3供給経路２４には流量調節絞り２５が設けられる。流量調節絞り２５は、ＮＨ3転換器１５で生成されたＮＨ3をＮＯx除去器１９に供給する流量を調節する。
【００３１】
ＮＯx除去器１９は、ＮＨ3選択還元触媒１９ａを有する。ＮＯx除去器１９は、ＮＨ3転換器１５で生成されたＮＨ3の一部がＮＨ3供給経路２４を介して供給される。ＮＯx除去器１９は、このＮＨ3を用いて、ＮＯx回収器１８からの排気ガスに残留するＮＯxをＮＨ3選択還元触媒１９ａによりＮ2へ転換する。この反応は、例えば、ＮＯx＋ＮＨ3＋Ｈ２Ｏ→Ｎ2＋Ｈ2Ｏと表される。ＮＨ3選択還元触媒１９ａとしては、例えば、Ｖ2Ｏ5／ＴｉＯ2およびＣｕゼオライト触媒が挙げられる。
【００３２】
制御部２０は、供給部１２に設けられた流量調節絞り２２と、排気部１３−１〜１３−３に設けられた流量調節絞り２３−１〜２３−３と接続され、それぞれの流量の制御を行うように構成されていてもよい。また、制御部２０は、供給部１２への燃料の供給および燃料噴射弁２１から燃料の噴射を制御するように構成されている。これにより、制御部２０は、燃焼器１１の供給部１２に供給される空気量と、燃焼器１１に供給される燃料量と、ＮＨ3転換器１５で供給される燃料量とを制御することができるように構成されている。また制御部２０は、流量調節絞り２５と接続され、ＮＨ3転換器１５から供給されるＮＨ3の一部をＮＯx除去器１９へ流す流量の制御を行ってもよい。なお、制御部２０と流量調節絞り２２、２３−１〜２３−３および燃料噴射弁２１との接続の図示を省略している。
【００３３】
制御部２０は、供給部１２に供給される空気中の酸素を、燃焼器１１およびＮＨ3転換器１５に供給される燃料の総和量に対して制御できる。後述するように、制御部２０は、供給部１２に供給される空気中の酸素を、燃焼器およびＮＨ3転換器で供給される燃料の総和量に対する理論酸素量のモル流量比で１．５〜３．２倍に制御することが好ましい。
【００３４】
本実施形態の燃焼システム１０によれば、排気再循環路にＮＯxをＮＨ3に転換する触媒を有するＮＨ3転換器１５を備えており、転換されたＮＨ3が燃焼器１１に還流して燃焼されるので、ＮＯxの排出を抑制するとともにＮＨ3の燃焼により出力または燃費を向上できる。また、従来の燃焼器ではＮＯxの排出を抑制するために高出力の運転条件を採用できなかったが、本実施形態の燃焼システム１０では、燃焼器１１で発生したＮＯxをＮＨ3に転換して燃焼するため、燃焼器１１においてＮＯxの排出が多くなるような高出力の運転条件を採用でき、その結果、高出力の燃焼システム１０を実現できる。
【００３５】
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る燃焼システムの概略構成図である。図３において、図１に示した要素と共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。
【００３６】
図３を参照するに、第１の実施形態の変形例に係る燃焼システム１００は、排気部１３−１〜１３−３の下流にＥＧＲ（排気再循環）器１２５を備えており、排気部１３−１〜１３−３とＥＧＲ器１２５との間の排気経路１６に、それぞれ、ＮＯx回収器１８およびＮＨ3転換器１５が上流からこの順に設けられている。さらに、ＮＨ3転換器１５には、燃料噴射弁２１が設けられている。制御部２０は、燃焼器１１の運転条件等に応じて、ＮＨ3転換器１５において燃料を噴射する燃料噴射弁２１を切り替え、あるいは燃料の噴射量を制御する。これにより、燃料が噴射されたＮＨ3転換器１５では、燃料改質触媒１５ａによるＣＯおよびＨ2の生成反応とＮＨ3生成触媒１５ｂによるＮＯxからＮＨ3への転換反応が行なわれ、ＮＨ3が生成される。ＥＧＲ器１２５は、制御部２０の制御の下、生成されたＮＨ3が流通する排気経路１６を排気再循環路１４に接続して供給部１２を介して燃焼器１１に再循環させる。燃料が噴射されないＮＨ3転換器１５ではＮＨ3が生成されず、燃焼器１１からのＮＯxはＮＯx回収器１８においてＮＯx吸蔵剤１８ａにより吸蔵され、さらに排気ガスに残留しているＮＯxは、ＥＧＲ器１２５を介して、ＮＯx除去器１９によってＮ2に転換されて排気される。なお、ＥＧＲ器１２５において、ＮＨ3転換器１５で生成されたＮＨ3の一部をＮＯx除去器１９に供給されるように制御してもよい。
【００３７】
本変形例に係る燃焼システム１００によれば、第１の実施形態の燃焼システム１０の効果を有するとともに、排気部１３−１〜１３−３の各排気経路１６にＮＨ3転換器１５およびＮＯx回収器１８が設けられ、ＮＯxからＮＨ3を転換する排気経路を燃焼室に再循環する経路とＮＯxを吸蔵して下流に排気する経路とをＥＧＲ器１２５により切り替えできるので、運転条件等に応じてＮＯxからＮＨ3への転換とその再循環および燃焼を柔軟に行うことができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃焼システムの概略構成図である。図４において、図１に示した要素と共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。
【００３９】
図４を参照するに、第２の実施形態に係る燃焼システム２００は、燃焼器２１１と、燃焼器２１１に燃料および空気を供給する供給部２１２と、燃焼器２１１からの排気ガスを排出する排気部１３−１〜１３−３と、排気部１３−１と供給部２１２とを接続する排気再循環路１４と、排気再循環路１４に設けられたＮＨ3転換器１５と、排気部１３−２、１３−３に接続された排気経路１６に設けられたＮＯx回収器１８と、その下流にＮＯx除去器１９と、制御部２０とを備える。燃焼器２１１は、３つに区画された燃焼器２１１−１〜２１１−３からなり、そのうち燃焼器２１１−１の供給部２１２に空気の流量調節絞り２２２が設けられている。
【００４０】
燃焼システム２００は、燃料は、液体燃料、気体燃料および固体燃料の少なくとも一つである。固体燃料を使用する場合、制御部２０は、空気の流量調節絞り２２２を調節することにより、燃焼器２１１−１に供給される空気量を他の燃焼器２１１−２および２１１−３に対して制限すること、すなわち空燃比を低下することができ、これにより、燃焼によってＣＯ2よりもＣＯの発生が優勢にすることができる。これにより、ＮＨ3生成触媒１５ｂによるＮＯxからＮＨ3への転換反応において消費されるＣＯをより多く確保することができる。固体燃料としては、例えば、石炭、泥炭、木質ペレット、固体バイオマス燃料、薪等を用いることができる。
【００４１】
本実施形態の燃焼システム２００によれば、第１の実施形態の燃焼システム１０の効果を有するとともに、固体燃料を用いた場合でも、空気の流量調節絞り２２２を調節することにより燃焼器２１１−１における燃焼によりＣＯを十分に確保できるので、ＮＨ3生成触媒１５ｂによるＮＯxからＮＨ3への転換反応を行ってＮＨ3を十分に生成することができる。
【００４２】
［計算例］
図１に示した第１の実施形態に係る燃焼システム（実施例）について、従来の炭化水素を用いる選択接触還元法（炭化水素ＳＣＲプロセス、比較例）を用いた燃焼システムと比較するための計算を行った。燃料の総供給量の削減率と燃焼器への供給ガスの熱流量を求めた。燃焼器およびＮＯの燃料改質触媒に供給する燃料はデカンとした。計算は、商用プロセスシュミレーターを用いた。
【００４３】
比較例の炭化水素ＳＣＲでは、燃焼器で燃焼により発生したＮＯxを、燃料（デカン）の添加により、Ｐｔ／ＴｉＯ2触媒を用いて窒素と二酸化炭素と水素に転換するとした。反応式は、３１ＮＯ＋Ｃ10Ｈ22＝（３１／２）Ｎ2＋１０ＣＯ2＋１１Ｈ2である。なお、この反応後の排気ガスは再循環システムと類似した流路構成で比較するために、燃料器に再循環した。
【００４４】
計算の仮定および目的は以下の通りである。
（１）比較例の燃焼室に供給するデカン流量を１００．０ｋｍｏｌ／ｈとした。
（２）燃焼器に供給する空気中の酸素のモル流量を、燃焼器へのデカン供給モル流量の量論比（以下、「供給する酸素量のデカン量に対する割合」と称する。）の１．５倍〜３．３倍に変化させた。
（３）燃焼器で発生したＮＯの全量を、実施例の場合ＮＨ3（実施例）に、比較例の場合Ｎ2に転換するデカン量（転換用）を供給した。
（４）燃焼器における反応温度を１０００℃とし、燃焼器の供給部に供給されるガスの生成熱がほぼ同じ場合について、デカンの総供給量を比較評価した。
【００４５】
図５は、実施例および比較例についての計算結果を示す図である。図６は、実施例のデカン削減率を示す図である。図５において、デカン総供給量は、燃焼室の供給部において供給したデカン量とＮＯ転換用のデカン量を足し合わせた量である。実施例のデカン削減率は、｛１−（実施例のデカン総供給量）／（比較例のデカン総供給量）｝×１００（％）により求めた。
【００４６】
図５６および図６を参照するに、実施例において、供給する酸素量のデカン量に対する割合が１．５倍〜３．２倍において、デカン削減率は正の値になっており好ましいことが分かった。特に、供給する酸素量のデカン量に対する割合が高い程、デカン削減率が増加していることが分かる。なお、供給する酸素量のデカン量に対する割合が３．３の場合は、実施例は比較例と同等の生成熱が得られるデカン供給量の実現可能性が低い。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、第２の実施形態に係る燃焼システムに、第１の実施形態の変形例を組み合わせることができ、３つの燃焼器２１１−１〜２１１−３の各々の供給部２１２に空気の流量調節絞り２２２を設け、燃焼器２１１−１〜２１１−３の排気部１３−１〜１３−３の各々の下流にＥＧＲ器１２５を設け、排気部１３−１〜１３−３とＥＧＲ器１２５との間の排気経路１６に、それぞれＮＨ3転換器１５およびＮＯx回収器１８が設けてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１００、２００    燃焼システム
１１、２１１、２１１−１〜２１１−３    燃焼器
１２、２１２    供給部
１３−１〜１３−３    排気部
１４    排気再循環路
１５    ＮＨ3転換器
１５ａ  燃料改質触媒
１５ｂ  ＮＨ3生成触媒
１６    排気経路
１８    ＮＯx回収器
１８ａ  ＮＯx吸蔵剤
１９    ＮＯx除去器
１９ａ  ＮＨ3選択還元触媒
２０    制御部
２２、２３−１〜２３−３、２５、２２２    流量調節絞り
２４    ＮＨ3供給経路
１２５  ＥＧＲ器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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