(57)【要約】【課題】ボイラをはじめとする燃焼装置から発生する燃焼ガスＧ１に含まれるＳＯＸを低減、除去し、燃焼ガスＧ１中の有害ガスを除去する触媒が劣化するのを抑制可能な浄化装置及びこの浄化装置を用いた燃焼装置を提供すること。【解決手段】燃焼により発生した燃焼ガスＧ１に含まれるＳＯＸを削減するための浄化装置１８であって、前記燃焼ガスＧ１が通過可能とされるガス流路Ｒと、前記ガス流路Ｒに配置されたＳＯ２酸化触媒Ｖとを備えてな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】
燃焼により発生した燃焼ガスに含まれるＳＯＸを削減するための浄化装置であって、
前記燃焼ガスが通過可能とされるガス流路と、
前記ガス流路に配置された硫酸生成触媒とを備えてなることを特徴とする浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の浄化装置であって、
前記ガス流路の前記硫酸生成触媒の下流側に、ＣＯ酸化触媒とＮＯＸ還元触媒の少なくともいずれかを備えていることを特徴とする浄化装置。
【請求項３】
燃焼部と、
前記燃焼部で生成された燃焼ガスが流通する排ガス流路とを備えた燃焼装置であって、
前記排ガス流路に、請求項１又は請求項２に記載の浄化装置が配置されていることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼装置において発生する燃焼ガス中のＳＯＸ（硫黄酸化物）を削減することが可能な浄化装置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において、バーナが燃焼して発生する燃焼ガスには、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯＸ（窒素酸化物）等の有害ガスが含まれ、これら有害ガスを所定の数値（例えば、規制値等）以下に削減する場合、燃焼ガスを触媒と反応させて除去することが行われている。
このように、燃焼ガスに含まれる有害ガスを触媒と反応させて除去する技術として、例えば、ＣＯ酸化触媒を排ガス通路に配置してＣＯを酸化、除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−６９１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、バーナの燃焼により発生した燃焼ガスには、燃料ガスに安全上の観点から添加される付臭剤や重油等の燃料に含まれるＳ（硫黄）分、又は大気に含まれるＳＯＸ（硫黄酸化物）に由来するＳＯＸが一般的に含有されており、燃焼ガスを排出するにあたってＳＯＸを所定値以下に低減することが必要な場合がある。
【０００４】
また、バーナの燃焼量に比例してＳＯＸが生成されると、ＳＯＸが上記ＣＯ酸化触媒等と接触してＳＯＸに起因するＳ（硫黄）が貴金属等の触媒活性材料と反応して触媒を被毒化して触媒を劣化、寿命低下させるために、ＣＯ酸化触媒等に関するランニングコストの増大が発生するという問題がある。
【０００５】
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装置から発生する燃焼ガスに含まれるＳＯＸを低減、除去し、燃焼ガス中の有害ガスを除去する触媒が劣化するのを抑制可能な浄化装置及び燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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ＳＯＸを削減するための浄化装置であって、前記燃焼ガスが通過可能とされるガス流路と、前記ガス流路に配置された硫酸生成触媒とを備えてなることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る浄化装置によれば、燃焼ガスが通過可能とされるガス流路に硫酸生成触媒を備えた浄化装置が配置されているので、例えば、燃焼ガスに含まれているＳＯ２（二酸化硫黄）、ＳＯ３（三酸化硫黄）等のＳＯＸを吸着するとともに、吸着したＳＯ２が酸化されてＳＯ３とされる。このＳＯ３を水に吸収させて硫酸とすることにより、燃焼ガスに含まれるＳＯＸを削減することができる。
この明細書において、硫酸生成触媒とは、少なくとも燃焼ガス中のＳＯ２を吸着可能とされ、吸着したＳＯ２を触媒反応によって酸化してＳＯ３とすることが可能な触媒をいう。
【０００８】
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、前記ガス流路の前記硫酸生成触媒の下流側に、ＣＯ酸化触媒とＮＯＸ還元触媒の少なくともいずれかを備えていることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係る浄化装置によれば、ＣＯ酸化触媒とＮＯＸ還元触媒の少なくともいずれかを備え、ガス流路の硫酸生成触媒の下流側に配置されているので、少なくともＣＯ、ＮＯＸのいずれかを削減するとともに、これら触媒のＳ（硫黄）被毒化が抑制されて触媒の寿命が延長される。
【００１０】
請求項３記載の発明は、燃焼部と、前記燃焼部で生成された燃焼ガスが流通する排ガス流路とを備えた燃焼装置であって、前記排ガス流路に、請求項１又は請求項２に記載の浄化装置が配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る浄化装置又は燃焼装置によれば、燃焼ガスに含まれるＳＯＸから硫酸を生成して燃焼ガスに含まれるＳＯＸを削減するので、ＳＯＸ濃度を低減した燃焼ガスを排出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る浄化装置又は燃焼装置によれば、燃焼ガスに含まれるＳＯＸから硫酸を生成するので燃焼ガスに含まれるＳＯＸを削減することができる。
その結果、ＳＯＸ濃度が低減された燃焼ガスを排出することができる。
また、浄化装置にＣＯ酸化触媒等、有害ガスを除去する触媒が硫酸生成触媒の下流側に配置されている場合、ＣＯ酸化触媒等のＳ（硫黄）被毒化が抑制され、その結果、触媒の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る小型貫流式のボイラ（燃焼装置）１０の縦断面図を示している。
【００１４】
ボイラ１０は、燃料供給部１２と、缶体１３と、バーナ１４と、排出路１７と、浄化装置１８と、エコノマイザ１９とを備えており、排出路１７には、浄化装置１８、エコノマイザ１９が上流からこの順に設けられている。
また、バーナ１４から排出路１７の排出口１７Ａに至るまで間には、バーナ１４で発生した燃焼ガスＧ１が流通するガス流路Ｒが形成されている。なお、ガス流路Ｒは燃焼ガスＧ１が流通しボイラ１０外に排出されるための排ガス流路としても用いられている。
【００１５】
この明細書において、燃焼ガスＧ１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。
【００１６】
また、実施形態において、ボイラ１０の燃料は、例えば、生ガスと燃焼用空気とが混合された燃料ガスとされている。なお、燃料ガスに代えて、重油をはじめとする液体燃料、微粉炭を用いてもよい。
【００１７】
燃料供給部１２は、燃焼用空気を供給する送風ファン１２ａと、生ガスを供給するノズル１２ｂとを備え、送風ファン１２ａから送風された燃焼用空気とノズル１２ｂから供給された生ガスとがダクト内で混合されて燃料ガスが生成されるようになっている。
【００１８】
バーナ１４は、水管群１３Ｂ側の面に複数のノズル孔が平面状に配列されたバーナエレメント１４Ａを有し、燃料供給部１２から供給された燃料ガスがバーナエレメント１４Ａで燃焼するようになっている。
図１においてバーナエレメント１４Ａから水管群１３Ｂ側に示した破線部は、バーナエレメント１４Ａで形成される火炎を概念的に表したものである。
なお、バーナ１４に代えて、複数のノズル孔が平面状に配置された予混合式バーナ以外の周知のバーナを用いることも可能である。
【００１９】
缶体１３は、下部管寄せ１３Ａと、水管群１３Ｂと、上部管寄せ１３Ｃとを備え、水管群１３Ｂは、複数の内側水管と複数の外側水管とを有し、それぞれの内側水管及び外側水管は、下部管寄せ１３Ａと上部管寄せ１３Ｃとの間に垂直方向に配置され、下部管寄せ１３Ａ及び上部管寄せ１３Ｃと通水可能に接続されている。
【００２０】
バーナ１４の燃焼で発生した高温の燃焼ガスＧ１は、缶体１３内に形成されたガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂの水を加熱し、排出路１７に導入された後に浄化装置１８を経由してエコノマイザ１９に到達し、エコノマイザ１９の水を加熱した後に排出口１７Ａから排出されるようになっている。
エコノマイザ１９は、排出路１７を通過する燃焼ガスＧ１との熱交換により水が加熱され、加熱された水を缶体１３に供給するようになっている。
【００２１】
浄化装置１８は、燃焼ガスＧ１に含まれているＳＯＸから硫酸を生成することによりＳＯＸを除去可能とされており、この実施形態に係る浄化装置１８は、燃焼ガスＧ１が通過するガス流路Ｒに、ＳＯ２酸化触媒（硫酸生成触媒）Ｖと、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化して除去するＣＯ酸化触媒Ｃ１とを備え、これらが上流側からこの順番に配置されている。
【００２２】
ＳＯ２酸化触媒Ｖは、燃焼ガスＧ１に含まれるＳＯ２（二酸化硫黄）、ＳＯ３（三酸化硫黄）等のＳＯＸを吸着し、吸着されたＳＯ２（二酸化硫黄）等を酸化してＳＯ３（三酸化硫黄）とするものであり、例えば、Ｖ２Ｏ５（酸化バナジウム）に助触媒としてカリウム塩を添加し、ケイソウ土、シリカゲル等が担体とされた構成の周知の触媒を用いることが可能である。また、ＳＯ２酸化触媒Ｖは、４３０℃以上の温度域に配置されている。
なお、ＳＯ２酸化触媒Ｖには図示しない吸収塔が接続されていて、ＳＯ２酸化触媒Ｖから移送されたＳＯ３（三酸化硫黄）を水に吸収させて硫酸を生成することができるようになっている。
【００２３】
ＣＯ酸化触媒Ｃ１は、例えば、図２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Ｃ１０の表面に、触媒活性材料として、例えば白金が担持されて構成されている。
基材Ｃ１０は、帯状の平板からなる第１の基材Ｃ１１と波板からなる第２の基材Ｃ１２とを交互に重ね合わせたものを側板Ｃ１３により囲んで固定した構造とされている。
第１の基材Ｃ１１及び第２の基材Ｃ１２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。
【００２４】
なお、ＣＯ酸化触媒Ｃ１の構造は、特に限定されるものではなく、基材Ｃ１０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し、燃焼ガスＧ１の通気性を通気孔Ｐではなく一定しない方向の通気孔Ｐを有する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触媒活性材料が担持されたペレットを多数収容した構成としてもよい。
なお、触媒活性材料として、白金以外の貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ）又は金属酸化物（ＮｉＯＸ、ＣｕＯＸ、ＣＯＯＸ、ＭｎＯＸ）を用いてもよい。
【００２５】
次に、ボイラ１０の作用について説明する。
１）燃料供給部１１からバーナ１４に供給された燃料ガスが、バーナエレメント１４Ａのノズル孔から噴出、燃焼して、高温の燃焼ガスＧ１が生成される。
２）燃焼ガスＧ１は、ガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂ内の水を加熱して蒸気とし、水管群１３Ｂを通過した後に燃焼ガス排出路１７の排出ロ１７Ａに向かって移動する。加熱により生じた蒸気は上部管寄せ１５を経由して蒸気消費説備に供給される。
３）水管群１３Ｂを通過した燃焼ガスＧ１は、次いでＳＯ２酸化触媒Ｖを通過して燃焼ガスＧ１に含まれるＳＯ２（二酸化硫黄）、ＳＯ３（三酸化硫黄）等のＳＯＸがＳＯ２酸化触媒Ｖに吸着されて燃焼ガスＧ１中のＳＯＸが削減される。ＳＯ２酸化触媒Ｖに吸着されたＳＯ２（二酸化硫黄）等は酸化されてＳＯ３（三酸化硫黄）となり、吸収塔に移送されて水に吸収されることにより硫酸となる。
４）ＳＯ２酸化触媒Ｖを通過した燃焼ガスＧ１は、次いでＣＯ酸化触媒Ｃ１を通過して燃焼ガスＧ１に含まれたＣＯが酸化され削減される。
【００２６】
ボイラ１０及び浄化装置１８によれば、燃焼ガスＧ１が通過可能とされるガス流路ＲにＳＯ２酸化触媒Ｖを備えた浄化装置が配置されているので、燃焼ガスＧ１に含まれるＳＯＸを削減することができる。
【００２７】
また、ＣＯ酸化触媒Ｃ１がＳＯ２酸化触媒Ｖの下流側に配置されて、ＣＯ酸化触媒Ｃ１をＳＯＸが削減された燃焼ガスＧ１が通過するので、ＣＯ酸化触媒Ｃ１のＳ（硫黄）被毒化が抑制されて寿命を延長することができる。その結果、ランニングコストを削減することができる。また、副産物として、硫酸を生成することができる。
【００２８】
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、Ｖ２Ｏ５（酸化バナジウム）に助触媒としてカリウム塩を添加し、ケイソウ土、シリカゲル等が担体とされたＳＯ２酸化触媒Ｖを用いる場合について説明したが、例えば、活性炭、カーボンナノチューブ等を単体でＳＯ２酸化触媒として用い、又は活性炭、カーボンナノチューブを担体として触媒活性材料を担持させた構成のＳＯ２酸化触媒を適用してもよい。
また、アルカリ金属等、周知の触媒活性材料を上記担体等と組み合わせて適用可能であることは当然である。
また、ＳＯ２酸化触媒におけるＳＯ２が酸化や、ＳＯ３を吸収して硫酸を生成する場合に、外部から供給した水蒸気、又は燃焼ガスＧ１に含まれた水蒸気を適用してもよい。
【００２９】
なお、上記実施の形態においては、浄化装置１８がＳＯ２酸化触媒ＶとＣＯ酸化触媒Ｃ１とを備える場合について説明したが、ＣＯ酸化触媒Ｃ１に代えて、又はＣＯ酸化触媒Ｃ１とともにＮＯＸ還元触媒Ｃ２をＳＯ２酸化触媒Ｖの下流側に備える構成としてもよい。
【００３０】
また、上記実施の形態において、浄化装置１８の下流側にエコノマイザ１９が配置される場合について説明したが、燃焼ガスＧ１の温度によっては、浄化装置１８の上流側にエコノマイザ１９が配置される構成としてもよい。
また、上記実施の形態においては、燃焼装置が小型貫流型のボイラ１０である場合について説明したが、例えば、順流缶体ボイラ、オメガフロータイプボイラ、炉筒煙管ボイラ、給湯器等の種々の構造のボイラ、焼却炉等のボイラ以外の燃焼装置に対しても適用することが可能である。  
【００３１】
また、上記実施の形態においては、ＳＯ２酸化触媒Ｖ、ＣＯ酸化触媒Ｃ１が排出路１７のガス流路Ｒに配置される湯合について説明したが、これら触媒をバーナ１４と缶体１３、缶体１３内、又は缶体１３と排出路１７までの間に配置する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラの概略を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＯ酸化触媒の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｇ１  燃焼ガス
Ｒ    ガス流路（排ガス流路）
Ｃ１  ＣＯ酸化触媒
Ｖ    ＳＯ２酸化触媒（硫酸生成触媒）
１０  ボイラ（燃焼装置）
１４  バーナ（燃焼部）
１７  排出路（排ガス流路、ガス流路）
１８  浄化装置
【図１】
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【図２】
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