(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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浄化装置。
【請求項２】
請求項１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浄化装置。
【請求項３】
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浄化装置。
【請求項４】
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ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）。
【０００４】
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。）。
【特許文献１】国際公開第２００７／０４３２１６号パンフレット
【特許文献２】特表２００１−５２０１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。  
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係るＣＯ選択酸化反応温度を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るボイラ及び浄化装置を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るボイラのIII−III線に沿う縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る浄化装置を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る浄化装置の触媒を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る熱処理炉を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る浄化装置を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る浄化装置を示す縦断面図であり、（Ａ）は、酸化補助用空気をエアノズルから噴射する構成の例を、（Ｂ）は、酸化補助用空気を熱交換部から噴射する構成の例を示している。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る浄化装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
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）
【図１】
0005194646.tif 000002
【図２】
0005194646.tif 000003
【図３】
0005194646.tif 000004
【図４】
0005194646.tif 000005
【図５】
0005194646.tif 000006
【図６】
0005194646.tif 000007
【図７】
0005194646.tif 000008
【図８】
0005194646.tif 000009
【図９】
0005194646.tif 000010