(57)【要約】【課題】燃焼装置において、燃焼切替等に起因して、空気比を一時的に高空気比とする際にも、触媒が燃焼ガス中のＮＯｘを充分に除去可能な燃焼ガス浄化方法及び燃焼装置を提供すること。【解決手段】バーナ１６と、前記バーナ１６が燃焼して生成した燃焼ガスＧ２中のＮＯｘを除去する触媒と、燃料ガスＧ０に対する空気比を調整する空気比制御手段５０とを備え、必要に応じて、前記空気比を定常状態よりも高い高空気比で燃焼するボイラ１０であって、前記空気比制御手段５０は、前記空気比を、高空気比とする前に、一時的に定常状態よりも低い低空気比に制御するように構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを燃焼させるバーナと、
前記バーナが燃焼して生成した燃焼ガス中のＮＯｘを除去する触媒と、
前記燃料ガスに対する空気比を調整する空気比制御手段と、を備え、
必要に応じて、前記空気比を定常状態よりも高い高空気比で燃焼する燃焼装置であって、
前記空気比制御手段は、
前記空気比を、高空気比とする前に、一時的に定常状態よりも低い低空気比に制御するように構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼装置であって、
前記空気比を高空気比とした場合に生成されるＮＯｘ量を、前記触媒が有するＮＯｘ貯蔵能力以下に制御するように構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
燃料ガスを燃焼させるバーナと、前記燃料ガスが燃焼して生成した燃焼ガス中のＮＯｘを除去する触媒とを備え、必要に応じて、前記空気比を定常状態よりも高い高空気比で燃焼する燃焼装置の燃焼ガス浄化方法であって、
前記空気比を、高空気比とする前に、一時的に定常状態よりも低い低空気比とすることを特徴とする燃焼ガス浄化方法。
【請求項４】
請求項３に記載の燃焼ガスの浄化方法であって、
前記空気比を高空気比とした場合に生成されるＮＯｘ量を、前記触媒が有するＮＯｘ貯蔵能力以下とすることを特徴とする燃焼ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バーナで生成した燃焼ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）、一酸化炭素（以下、ＣＯという）を、触媒により浄化する燃焼ガス浄化方法及び燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等の燃焼装置から発生する燃焼ガスを排出する際、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを所定の数値（例えば、規制値等）以下に低減するために、広く、触媒が用いられている。
【０００３】
このように、触媒を用いて燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを削減する場合、バーナで燃焼する際の燃料ガスに対する空気比（化学量論的値）を１．０よりも小さくして、ＮＯｘの生成を抑制するとともに燃焼ガス中のＣＯを触媒における還元剤として作用させてＮＯｘを削減する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５２０１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、定常状態のときに、空気比１．０以下で燃焼させても、例えば、ボイラの燃焼開始時や燃焼切替の際には、空気比を１．０以上に制御する必要があり、その場合、Ｏ２が増加して燃焼が促進されて還元剤が酸化されるので、還元剤が減少してＮＯｘが還元されにくくなりＮＯｘの生成量が増加する。
一方、燃焼切替えは要求負荷の変動等により頻繁に生じるため、そのことを考慮すると、空気比を１．０以上にした場合にＮＯｘの生成が抑制可能な技術への強い要請がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、燃焼装置において、燃焼切替等に起因して、空気比を一時的に高空気比とする際にも、触媒が燃焼ガス中のＮＯｘを充分に除去可能な燃焼ガス浄化方法及び燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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に記載の発明は、燃料ガスを燃焼させるバーナと、前記バーナが燃焼して生成した燃焼ガス中のＮＯｘを除去する触媒と、前記燃料ガスに対する空気比を調整する空気比制御手段とを備え、必要に応じて、前記空気比を定常状態よりも高い高空気比で燃焼する燃焼装置であって、前記空気比制御手段は、前記空気比を高空気比とする前に、一時的に定常状態よりも低い低空気比に制御するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、燃料ガスを燃焼させるバーナと、前記燃料ガスが燃焼して生成した燃焼ガス中のＮＯｘを除去する触媒とを備え、必要に応じて、前記空気比を定常状態よりも高い高空気比で燃焼する燃焼装置の燃焼ガス浄化方法であって、前記空気比を、高空気比とする前に、一時的に定常状態よりも低い低空気比とすることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係る燃焼装置又は燃焼ガス浄化方法によれば、燃料ガスを一時的に高空気比で燃焼する前に一時的に空気比を低空気比とすることで、ＮＯｘの生成が抑制されるとともにＣＯが増加して、触媒に貯蔵された酸素（以下、Ｏ２という）が触媒から放出されるので、Ｏ２の貯蔵量が定常状態よりも減少する。その後、高空気比になると、燃焼ガス中のＮＯｘがＯ２とともに触媒に容易に貯蔵されて、燃焼ガス中のＮＯｘが減少する。触媒に貯蔵されたＮＯｘは、定常状態に移行した後、燃焼ガス中のＣＯにより還元されて除去される。
その結果、燃料ガスを高空気比で燃焼しても、ＮＯｘが触媒をパスするのが抑制される。
【００１０】
この明細書において、高空気比とは、燃料ガスを定常状態で燃焼させる場合に比較して高い空気比を意味し、低空気比とは、燃料ガスを定常状態で燃焼させる場合に比較して低い空気比を意味する。
例えば、ＮＯｘの生成を抑制するために、定常状態における空気比が理論空気比（＝１．０）又は理論空気比近傍で１．０よりもわずかに小さく制御されている場合、高空気比とは空気比１．０以上（又は、＞１．０）を、低空気比とは空気比１．０未満をいう。
なお、定常状態における空気比は１．０近傍でなくてもよく、その場合、定常状態における空気比を基準とするものとする。
【００１１】
この明細書において、燃焼ガスとは、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの両方を有する場合、燃焼反応中の燃料ガスのみを有する場合、燃料ガスの燃焼反応が完了したもののみを有する場合のいずれをも含む概念である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼装置であって、前記空気比を高空気比とした場合に生成されるＮＯｘ量を、前記触媒が有するＮＯｘ貯蔵能力以下に制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃焼ガスの浄化方法であって、前記空気比を高空気比とした場合に生成されるＮＯｘ量を、前記触媒が有するＮＯｘ貯蔵能力以下とすることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る燃焼装置又は燃焼ガス浄化方法によれば、高空気比で燃焼して生成されるＮＯｘ量を、触媒が有するＮＯｘ貯蔵能力以下とするので、触媒のＮＯｘ貯蔵能力不足に起因して、生成されたＮＯｘが触媒をパスするのが抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る燃焼装置又は燃焼ガス浄化方法によれば、一時的に低空気比で燃焼した際に、触媒に貯蔵されたＯ２が触媒から放出されて、高空気比で燃焼した際のＮＯｘが触媒に効率的に貯蔵されるのでＮＯｘが触媒をパスするのが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラの概略構成を示す縦断面図である。
【図２】一実施形態に係るボイラのIII−III線に沿う横断面図である。
【図３】一実施形態に係るＮＯｘ還元触媒を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る制御の一例を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る作用の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１から図５を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１、図２は、一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１は縦断面図を、図２は、図１のIII−III線に沿う横断面図を示している。
【００１８】
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、燃料供給部１９と、浄化装置２０と、空気比センサ２５と、ＣＯセンサ２６と、エコノマイザ３５と、制御部４０とを備えている。
【００１９】
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、下部管寄せ１４Ａと上部管寄せ１４Ｂとは、垂直方向に設けられた水管群１３により通水可能に接続されている。
【００２０】
上部管寄せ１４Ｂには、圧力センサ７が接続されており、上部管寄せ１４Ｂ内の蒸気の圧力を検出するようになっている。
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。
【００２１】
水管群１３は、図２に示すように、複数の内側水管１３Ａと、バーナ１６から燃焼ガス排出管１７に向かって配列される複数の外側水管１３Ｂとを備え、内側水管１３Ａは、複数の外側水管１３Ｂにより構成された水管壁部１３Ｃの内方に配置され、内側水管１３Ａの間には、バーナ１６で生成された燃焼ガスＧ２が、燃焼ガス排出管１７に向かって移動する燃焼ガス通路１２Ｇが形成されている。
【００２２】
水管壁部１３Ｃは、複数の外側水管１３Ｂと、複数の連結部材１５とを備え、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部材１５により連結することで形成され、燃焼ガス通路１２Ｇを挟んで筐体１１との間を仕切るように左右に一対配置されている。
【００２３】
バーナ１６は、例えば、箱型に形成されていて、水管群１３側の面は複数のノズル孔が平面状に配列されたノズル部１６Ａとされ、ノズル部１６Ａには、送風手段により予混合ガスＧ１が供給されるようになっている。
【００２４】
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の水を加熱するようになっている。
【００２５】
また、バーナ１６は、例えば、圧力センサ７により検出された蒸気の圧力に基づいて、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１、図２において示したノズル部１６Ａから水管群１３側に拡がる破線部は、ノズル部１６Ａで生成される火炎を概念的に表したものである。
【００２６】
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、水管群１３を通過した燃焼ガスＧ２が排出路１７Ａに導かれて、エコノマイザ３５に送られるようになっている。
【００２７】
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により加圧空気Ａ１を給気通路１８Ｂに移送し、燃料供給部１９から供給された燃料ガスＧ０と、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。
【００２８】
送風機１８Ａは、送風ファンを回転して加圧空気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加圧空気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、又は単独で加圧空気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。燃料ガスＧ０としては、例えば、ＣＨ４からなる都市ガスが用いられる。
【００３０】
送風手段１８、燃料供給部１９、制御部４０は、空気比制御手段５０を構成しており、制御部４０からの空気比制御信号に基づいて、空気比λ（理論空気比を１．０とした場合の燃料ガスＧ０に対する加圧空気Ａ１の比率）を制御するようになっている。
【００３１】
浄化装置２０は、触媒２１により構成され、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、燃焼ガスＧ２に含まれるＮＯｘを除去するようになっている。
また、浄化装置２０は、例えば、燃焼ガス排出管１７内の排出路１７Ａに設けられ、すべての燃焼ガスＧ２が浄化装置２０を通過するようになっている。
【００３２】
触媒２１は、例えば、図３に示すように厚さ方向に複数の通気孔Ｐが形成された矩形平板状の基材２２の表面に、触媒活性材料として、例えば、白金（Ｐｔ）が担持された構成とされている。
【００３３】
基材２２は、帯状の平板からなる第１の基材２２Ａと波板からなる第２の基材２２Ｂとを交互に重ね合わせたものを側板２３により囲んで固定した構造とされている。
第１の基材２２Ａ及び第２の基材２２Ｂ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、この微小凹凸に触媒活性材料が担特されている。
【００３４】
なお、触媒２１の構造は、特に限定されるものではなく、基材２２に代えて、例えば、ステンレス以外の金属やセラミックにより形成された通気可能な基材の表面に触媒活性材料を担持させた構成としてもよい。
また、燃焼ガスＧ２と触媒活性材料との接触を通気孔Ｐによらず、一定しない方向に多数の通気孔が形成されたスポンジ状の多孔性構造、又は通気可能な流路が形成された容器内に多数収容した触媒活性材料が担持されたペレットの表面で行う構成としてもよい。
また、触媒２１の触媒活性材料として、Ｐｔ以外の貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ）又は金属酸化物（ＮｉＯＸ、ＣｕＯＸ、ＣＯＯＸ、ＭｎＯＸ）を用いてもよい。
【００３５】
空気比センサ２５は、浄化装置２０の後段に設けられ、燃焼ガスＧ２と接触して燃焼ガスＧ２に含まれるＯ２及びＣＯの濃度に基づく信号を出力するようになっており、制御部４０において空気比λを算出可能とされている。
また、空気比センサ２５は、例えば、検出部が排出路１７Ａ内に露出するように燃焼ガス排出管１７の壁部にネジ固定されている。
【００３６】
ＣＯセンサ２６は、浄化装置２０の後段に設けられ、浄化装置２０を通過した燃焼ガスＧ２と接触して、燃焼ガスＧ２に含まれるＣＯ濃度に対応した信号を出力するようになっており、例えば、検出部が排出路１７Ａ内に露出するように燃焼ガス排出管１７の壁部にネジ固定されている。
【００３７】
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、燃焼ガスＧ２と図示しない給水源からの水を排出路１７Ａに配置された熱交換部に流通させて熱交換することで加熱してから下部管寄せ１４Ａに供給するようになっている。
【００３８】
制御部４０は、入力部４１と、メモリ４２と、演算部４３と、ハードディスク４４と、出力部４６と、通信線４７とを備え、入力部４１、メモリ４２、演算部４３、ハードディスク４４、出力部４６は通信線４７により相互にデータ等を通信可能に接続されている。
【００３９】
また、制御部４０は、圧力センサ７が検出した圧力に基づきバーナ１６の燃焼量（燃焼状態）を制御するようになっており、燃料ガスＧ０と加圧空気Ａ１を混合して予混合ガスＧ１とする場合の空気比λを制御するようになっている。
【００４０】
また、この実施形態において、制御部４０は、定常状態における空気比λを、例えば、理論空気比（＝１．０）近傍の１．０よりわずかに小さい値に制御し、燃焼開始、燃焼切替等に対応する際の空気比λを、高空気比λ２（例えば、１．０５〜１．５）に制御するようになっている。
また、空気比λを高空気比λ２とする前に、一時的に空気比λを定常状態よりも低い低空気比λ１（例えば、０．８〜０．９５）に制御するようになっている。
【００４１】
入力部４１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有していて設定等を演算部４３に出力可能とされ、圧力センサ７、空気比センサ２５、ＣＯセンサ２６と信号線４８Ａにより接続され、圧力センサ７、空気比センサ２５、ＣＯセンサ２６から入力された信号を演算部４３に出力するようになっている。
【００４２】
出力部４６は、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂと信号線４８Ｂより接続され、演算部４３から出力された信号を、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂに出力するようになっている。
【００４３】
演算部４３は、メモリ４２の記憶媒体（例えば、ＲＯＭ）に格納されたプログラムを読み込んで実行して、入力部４１から入力された圧力センサ７からの信号に基づいて、上部管寄せ１４Ｂ内の圧力を算出し、ハードディスク４４に格納されたデータベース（不図示）を参照して、ボイラ１０の燃焼量、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃに対する制御量を算出するようになっている。
【００４４】
また、演算部４３は、空気比λを制御する際に、空気比センサ２５からの信号に基づいて、空気比λを算出し、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃに対する制御量を算出するようになっている。
【００４５】
また、演算部４３は、燃焼切替に対応して高空気比λ２とするための送風機１８Ａの回転数（インバータ周波数）を制御する信号を出力する所定時間前（例えば、０．５〜５．０秒前）に、ダンパ１８Ｃの開度を小さくして空気比λを低空気比λ１とする信号を出力するようになっている。
【００４６】
また、空気比λを低空気比λ１とする際の低空気比λ１及び低空気比制御時間ｔ１は、
燃焼により生成されるＮＯｘ量  ≦  触媒２１のＮＯｘ貯蔵量
を満足するように設定することが好適である。
なお、高空気比制御における触媒２１のＮＯｘ貯蔵能力は、低空気比λ１で燃焼して放出されたＯ２量に対応する貯蔵量と、高空気比λ２の燃焼で生成された燃焼ガスＧ２に含まれるＯ２量とのバランスにより定まる。
【００４７】
なお、高空気比制御においてＮＯｘが触媒２１に貯蔵された後に触媒２１をパスするＮＯｘの濃度が、ＮＯｘの目標値又は規制値（例えば、３ｐｐｍ）以下となるように、高空気比制御におけるＮＯｘ生成量、及び低空気比制御で確保される触媒２１のＮＯｘ貯蔵能力を設定することがより好適である。
【００４８】
また、演算部４３は、ＣＯセンサ２６からの信号に基づいて、浄化装置２０を通過した燃焼ガスＧ２中のＣＯ濃度を算出し、ＣＯ濃度が設定値以上になった場合には、アラーム信号を出力するようになっている。
【００４９】
ハードディスク４４は、データベース（不図示）を備えており、データベースには、例えば、圧力センサ７から取得した圧力から設定圧力に移行するための燃焼量及び対応する燃焼状態（低燃焼状態、高燃焼状態）及び各燃焼状態の定常空気比λ０、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂの制御数値データがデータテーブルの形式で格納されている。
【００５０】
また、データベースには、燃焼切替時の空気比制御に係る数値データ（例えば、低燃焼状態→高燃焼状態、高燃焼状態→低燃焼状態に係る各低空気比制御データ（低空気比λ１、低空気比制御時間ｔ１）、各高空気比制御データ（高空気比λ２、高空気比制御時間ｔ２））及び各空気比制御に対応する送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂの制御数値データがデータテーブルの形式で格納されている。
【００５１】
以下、図４を参照して、空気比制御手段５０による空気比制御について説明する。図４は、空気比制御手段５０の概略フローの一例を示す図である。
（１）まず、設定圧力Ｐ０を設定し、圧力センサ７が検出した圧力Ｐｔに初期値（＝０）を設定する（Ｓ１）。
（２）演算部４３は、ボイラ１０が運転中であるかどうかを判断する（Ｓ２）。ボイラ１０が運転中の場合には、Ｓ３に移行し、運転中でない場合には制御を終了する。
（３）次に、演算部４３は、圧力センサ７が検出した信号に基づいて、上側管寄せ１４Ｂ内の現在圧力を算出する（Ｓ３）。
（４）演算部４３は、算出した圧力をデータベースに参照して、設定圧力に移行するための燃焼状態を算出する（Ｓ４）。
（５）演算部４３は、算出した燃焼状態と現状の燃焼状態とを比較して、燃焼切替が生じるかどうかを判断する（Ｓ５）。燃焼切替が生じる場合はＳ６に移行し、燃焼切替が生じない場合にはＳ１１に移行する。
（６）演算部４３は、燃焼切替に係る高空気比制御開始タイミングを設定する（Ｓ６）。具体的には、例えば、送風機１８Ａのインバータ周波数を変更するタイミングを設定する。
（７）演算部４３は、低空気比制御を行なう（Ｓ７）。低空気比制御の概略は以下のとおりである。
１）設定した高空気比制御タイミングを基準として、低空気比制御時間（所定時間）ｔ１だけさかのぼった低空気比制御開始タイミングを設定する。
２）設定した低空気比制御開始タイミングになったら、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂに、低空気比制御に対応した信号を出力する。例えば、ダンパ１８Ｃの開度を、定常空気比制御の場合よりも小さい開度に調整して低空気比λ１とする。
（８）演算部４３は、低空気比制御開始後の経過時間と低空気比制御時間ｔ１を対比して、低空気比制御を終了するかどうかを判断する（Ｓ８）。
低空気比制御を終了したらＳ９に移行し、低空気比制御を維持する場合にはＳ７に移行する。また、Ｓ７に移行する際には、空気比センサ２５が検出した信号に基づいて現在の空気比λを算出し、例えば、ダンパ１８Ｃに、低空気比λ１とするためのフィードバック制御信号を出力する。
（９）演算部４３は、高空気比制御に関する以下の処理を行なう（Ｓ９）。
具体的には、高空気比制御開始タイミングになったら、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂに、高空気比制御に対応した信号を出力する。例えば、送風機１８Ａの回転数増加、ダンパ１８Ｃの開度を大きくすることにより、空気比λが低空気比λ１となる。
（１０）演算部４３は、高空気比制御開始後の経過時間と高空気比制御時間ｔ２を対比して、高空気比制御を終了するかどうかを判断する（Ｓ１０）。
高空気比制御を終了したらＳ１１に移行し、低空気比制御を維持する場合にはＳ９に移行する。また、Ｓ９に移行する際には、空気比センサ２５が検出した信号に基づいて現在の空気比λを算出し、例えば、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃに、低空気比λ１とするためのフィードバック制御信号を出力する。
（１１）演算部４３は、低空気比制御、高空気比制御を行なわない場合に、定常空気比制御を行なう（Ｓ１１）。S１１が終了したらS２に移行する。
定常空気比制御は、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂに、定常空気比制御に対応した信号を出力する。定常空気比制御に際しては、空気比センサ２５が検出した信号に基づいて現在の空気比λを算出し、例えば、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃに、低空気比λ１とするためのフィードバック制御信号を出力する。
ボイラ１０が運転がされる間、上記（２）から（１１）を繰り返して実行する。
【００５２】
次に、図５を参照して、ボイラ１０及び空気比制御手段５０の作用について説明する。
ここで、ボイラ１０は、例えば、バーナ１６が低燃焼状態の燃焼量で運転されていて、圧力が低下したために高燃焼状態に燃焼切替するものとする。なお、図５において、破線で示したグラフは、低空気比制御を行なわない場合の空気比λ及びＮＯｘ濃度を示している。
（１）バーナ１６に定常空気比λ０で混合された予混合ガスＧ１が供給され、ノズル部１６Ａで燃焼して燃焼ガスＧ２が生成される。
（２）演算部４３は、圧力センサ７が検出した圧力信号に基づいて圧力Ｐｔを算出し、圧力Ｐｔをデータベースに参照して対応する燃焼状態を算出する。
（３）演算部４３は、算出した燃焼状態が燃焼切替をともなうどうかを判断し、燃焼切替が必要と判断したら、燃焼切替制御に移行するために、高空気比制御開始タイミングを設定する。
（４）次いで、演算部４３は、設定した高空気比制御開始タイミングを基準として、低空気比制御時間ｔ１だけ先立ったタイミングを低空気比制御タイミングに設定し、このタイミングになったら空気比λを１．０未満の低空気比λ１とするために、ダンパ１８Ｃの開度を小さくする信号を出力する。
その結果、低空気比λ１の予混合ガスＧ１が混合される。
また、ダンパ１８Ｃに対する低空気比λ１を維持するための開度調整は、低空気比制御を行なうｔ１の間、空気比センサ２５の検出信号に基づいてフィードバック制御される。
（５）次いで、低空気比λ１の予混合ガスＧ１が燃焼した燃焼ガスＧ２が生成される。
低空気比λ１の予混合ガスＧ１は、図５にＮ１で示すように、燃焼時に生成されるＮＯｘが減少する。このとき、燃焼ガスＧ２中のＣＯは増加する。
（６）低空気比λ１の予混合ガスＧ１が燃焼して生成された燃焼ガスＧ２は、燃焼ガス通路１２Ｇを移動して水管群１３内の水を加熱し、排出路１７Ａに導かれて触媒２１を通過する。
（７）低空気比λ１の燃焼ガスＧ２は、ＮＯｘ濃度が低下しており、触媒２１を通過する際に、触媒２１に貯蔵されたＯ２が触媒２１から放出されて、触媒２１が貯蔵するＯ２がＣＯと反応して、Ｏ２の貯蔵量が定常状態よりも減少する。
（８）演算部４３は、低空気比制御が終了すると、高空気比制御に対応するために、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整弁１９Ｂに、例えば、空気比λを高空気比λ２とするための信号を出力する。
その結果、高低空気比λ２の予混合ガスＧ１が混合される。
また、ダンパ１８Ｃに対する高空気比λ２を維持するための開度調整は、高空気比制御を行なうｔ２の間、空気比センサ２５の検出信号に基づいてフィードバック制御される。
（９）次いで、高空気比λ２の予混合ガスＧ１が燃焼した燃焼ガスＧ２が生成される。
低空気比λ１の予混合ガスＧ１は、図５にＮ２で示すように、燃焼時に生成されるＮＯｘが増加する。
（１０）高空気比λ２の予混合ガスＧ１が燃焼して生成された燃焼ガスＧ２は、燃焼ガス通路１２Ｇを移動して水管群１３内の水を加熱し、排出路１７Ａに導かれて触媒２１を通過する。
（１１）高空気比λ２の燃焼ガスＧ２は、ＮＯｘ濃度が増加しているが、低空気比制御の際にＯ２が放出されたＯ２貯蔵能力分だけ触媒２１の貯蔵能力が増加しているので、この貯蔵能力に相当する量だけＮＯｘ及びＯ２が貯蔵される。
（１２）その結果、ＮＯｘが触媒２１を通過するのが抑制される。
触媒２１によるＮＯｘ及びＯ２の貯蔵は、触媒２１の貯蔵能力の範囲で行なわれる。
【００５３】
一実施形態に係るボイラ１０及び空気比制御手段５０によれば、例えば、燃焼切替に際して、高空気比制御する前に一時的に低空気比制御するので、ＮＯｘの生成が抑制されるとともに、ＣＯが増加して触媒２１からＯ２が放出されるので、Ｏ２の貯蔵量が定常状態よりも減少する。その後、高空気比制御に入った際に、燃焼ガス中のＮＯｘがＯ２とともに触媒２１に貯蔵されるので、燃焼ガスＧ２中のＮＯｘが減少する。
その結果、高空気比制御を行なっても、ＮＯｘが触媒２１をパスするのが抑制される。
【００５４】
また、ボイラ１０及び空気比制御手段５０によれば、高空気比制御で生成されるＮＯｘ量を、触媒２１が有するＮＯｘ貯蔵能力以下とするので、生成されたＮＯｘが触媒２１に効率的に貯蔵されて、ＮＯｘ貯蔵能力不足に起因するパスを抑制することができる。
【００５５】
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。
例えば、上記実施の形態においては、ボイラ１０が、燃焼ガスＧ２がバーナ１６から排出路１７Ａに向かって形成された燃焼ガス通路１２Ｇを流れる小型貫流型ボイラである場合について説明したが、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、温水ボイラやバーナにより加熱管を直接加熱する給湯器等、種々の燃焼装置に適用してもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、ボイラ１０の定常状態における空気比λを１．０未満で１．０近傍とし、燃焼切替時等における空気比λを１．０よりも高くする場合について説明したが、低空気比λ１、高空気比λ２は定常状態における定常空気比λ０に対する相対的な指標であり、例えば、定常状態における空気比λを１．０よりも高くし又は低くするかは任意に設定することができる。
【００５７】
また、上記実施の形態においては、燃焼開始又は燃焼切替時に高空気比λ２とする場合について説明したが、燃焼開始、燃焼切替以外の要因によって高空気比λ２とする場合に、本発明を適用してもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態においては、低空気比制御のタイミングを、送風機１８Ａの回転数（インバータ周波数）を高空気比λ２に対応して増加する信号出力を基準として、高空気比制御信号出力の所定時間前に、低空気比制御信号を出力する場合について説明したが、高空気比制御に係る他のタイミング、例えば、圧力センサ７が検出する圧力変化に基づく燃焼切替の予測タイミング、ダンパ１８Ｃの開度拡大タイミング等を基準として低空気比制御を行なってもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態においては、浄化装置２０を構成する触媒２１を、低温度場である排出路１７Ａに配置する場合について説明したが、例えば、触媒２１を缶体１２内部の高温度場に配置してもよい。具体的には、例えば、水管群１３内において、内側水管１３Ａ同士、内側水管１３Ａと水管壁部１３Ｃを触媒２１により接続し、燃焼ガス流路１２Ｇを触媒２１が横切るように構成してもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、空気比λを低空気比λ１とする際の低空気比λ１及び低空気比制御時間ｔ１を、燃焼により生成されるＮＯｘ量  ≦  触媒２１のＮＯｘ貯蔵量とすることを好適として記載したが、高空気比制御におけるＮＯｘ生成量と低空気比制御で確保される触媒２１のＮＯｘ貯蔵能力との関係をどのように設定するかは任意に設定することができる。また、低空気比制御、高空気比制御における条件に代えて、触媒２１の貯蔵能力により調整してもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態においては、ダンパ１８Ｃの開度調整により低空気比λ１とする場合について説明したが、ダンパ１８Ｃの開度調整に代えて又はダンパ１８Ｃの開度調整とともに、送風機１８Ａの回転数（インバータ周波数）等他の手段により低空気比λ１としてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
Ｇ２    燃焼ガス
１０    ボイラ（燃焼装置）
２１    触媒
５０    空気比制御手段
【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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