ＣＯ検出方法、ＣＯ検出装置及びボイラ
【課題】燃焼装置で発生する燃焼ガスをＮＯｘ還元触媒により還元した後にＣＯを検出する場合に、燃焼ガス中のＣＯを正確に検出することが可能なＣＯ検出方法、ＣＯ検出装置及びボイラを提供すること。
【解決手段】燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスＧ２に含まれるＣＯを検出するＣＯ検出装置２５であって、ＣＯセンサ２７と、前記燃焼ガスＧ２の少なくとも一部からなる検出対象ガスＧＳに含まれるＨ２を選択的に酸化するＨ２選択酸化触媒２７と、前記Ｈ２選択酸化触媒２７で酸化された検出対象ガスＧＳを前記ＣＯセンサに導く筒状体３０と、検出対象ガスＧＳにＯ２を供給するエア供給ノズル３２とを備えることを特徴とする。
【解決手段】燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスＧ２に含まれるＣＯを検出するＣＯ検出装置２５であって、ＣＯセンサ２７と、前記燃焼ガスＧ２の少なくとも一部からなる検出対象ガスＧＳに含まれるＨ２を選択的に酸化するＨ２選択酸化触媒２７と、前記Ｈ２選択酸化触媒２７で酸化された検出対象ガスＧＳを前記ＣＯセンサに導く筒状体３０と、検出対象ガスＧＳにＯ２を供給するエア供給ノズル３２とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボイラをはじめとする燃焼装置で生成された燃焼ガスに含まれる一酸化炭素（以下、ＣＯという）を検出するＣＯ検出方法、ＣＯ検出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ＣＯ、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を所定の数値（例えば、規制値等）以下に低減する必要がある。
燃焼ガスに含まれるＣＯ、ＮＯｘを低減する場合、燃焼ガスを触媒に通過させて、燃焼ガス中のＣＯ、ＮＯｘを酸化、還元することが一般的である。
【０００３】
このように、触媒に燃焼ガスを通過させて、燃焼ガス中のＣＯ、ＮＯｘを低減する技術として、燃焼ガス中のＮＯｘ、ＣＯ等を所定の濃度比に調整したうえで触媒を通過させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このように、燃焼ガスを触媒に通過させることによりＣＯを削減する場合、触媒が劣化すると、ＣＯが充分に除去できなくなるおそれがあるため、触媒の二次側で、ＣＯセンサにより燃焼ガス中のＣＯを検出する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／０４３２１６号パンフレット
【特許文献２】特開２００９−３１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃焼ガス中のＣＯをＣＯセンサで検出する際に、燃焼ガス中の水素（以下、Ｈ２という）がＣＯに比較して高いと、ＣＯセンサがＨ２に反応してＣＯ含有量を大きく出力する場合がある。
特に、ボイラの通常の酸素（以下、O２という）域（４〜５％）よりも著しく低い濃度で燃焼させる場合には、燃焼ガス中のＨ２比がＣＯに比較して通常より高くなる傾向がある。
【０００７】
一方、燃焼ガス中のＣＯに対するＨ２の比率（Ｈ２／ＣＯ）を小さくするために、ＣＯセンサの上流側でＯ２を注入してＣＯ、Ｈ２を燃焼させる方法もあるが、ＮＯｘ還元の反応中間体であるアンモニア（以下、ＮＨ３という）が注入したＯ２によって酸化されて、ＮＯｘが再発生する可能性がある。
【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装置で発生する燃焼ガスをＮＯｘ還元触媒により還元した後にＣＯを検出する場合に、燃焼ガス中のＣＯを正確に検出することが可能なＣＯ検出方法、ＣＯ検出装置及びボイラ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】
【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、燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯを検出するＣＯ検出装置であって、ＣＯセンサと、前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化するＨ２選択酸化触媒と、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化された検出対象ガスを前記ＣＯセンサに導くガス流路形成手段と、検出対象ガスにＯ２を供給するＯ２供給手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、ボイラであって、請求項１又は請求項２に記載のＣＯ検出装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯをＣＯセンサにより検出するＣＯ検出方法であって、前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスにＯ２を供給するとともに、Ｈ２選択酸化触媒により検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化し、前記ＣＯセンサを、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化した検出対象ガスと接触させてＣＯを検出することを特徴とする。
【００１２】
この発明に係るＣＯ検出装置、ＣＯ検出方法、ボイラによれば、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯを検出する場合に、検出対象ガスにＯ２を供給するとともに、検出対象ガス中のＨ２をＨ２選択酸化触媒により酸化して、燃焼ガスに含まれるＣＯに対するＨ２の比率を小さくするため、ＣＯセンサによる燃焼ガス中のＣＯの検出を正確にすることができる。
この明細書において、検出対象ガスとは、燃焼ガスの全部又は一部から構成され、最終的にＣＯセンサと接触してＣＯを検出する対象のガスをいい、Ｈ２選択酸化触媒で酸化される前か酸化された後であるかは問わない。すなわち、Ｈ２選択酸化触媒で酸化される前後及びＨ２選択酸化触媒と接触中のものを含む。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のＣＯ検出装置であって、前記Ｏ２供給手段は、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化処理する前に、検出対象ガスにＯ２を供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載のＣＯ検出方法であって、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化処理する前に、検出対象ガスにＯ２を供給することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るＣＯ検出装置、ＣＯ検出方法によれば、Ｈ２選択酸化触媒で酸化する前に検出対象ガスにＯ２を供給するので、Ｈ２選択酸化触媒による検出対象ガス中のＨ２の酸化が促進される。その結果、ＣＯセンサが検出対象ガス中のＣＯを検出する際のＨ２の影響を小さくしてＣＯを正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係るＣＯ検出装置、ＣＯ検出方法、ボイラによれば、Ｈ２選択酸化触媒により燃焼ガス中のＨ２を削減して、ＣＯセンサがＣＯを検出する際のＨ２の影響を小さくすることで、燃焼ガス中のＣＯをＣＯセンサによって正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の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】第１の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】第１の実施形態に係るＮＯｘ還元触媒を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るＣＯ検出装置の概略構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るＨ２選択酸化触媒を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係るＨ２選択酸化触媒による燃焼ガス温度とＣＯ、Ｈ２、ＮＨ３の転化率の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るＣＯ検出装置の概略構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係るＨ２選択酸化触媒による燃焼ガス温度とＣＯ、Ｈ２、ＮＨ３の転化率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１から図６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、図２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。
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、ＣＯ検出装置２５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の内方に配置されている。
また、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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【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及びＣＯ検出装置２５に移送し、給気通路１８Ｂに移送された加圧空気Ａ１は、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。
【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。
【００３０】
浄化装置２０は、例えば、排出管１７に配置されたＮＯｘ還元触媒２１から構成され、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。
【００３１】
ＮＯｘ還元触媒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。
【００３２】
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。
【００３３】
なお、ＮＯｘ還元触媒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、ＮＯｘ還元触媒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。
【００３４】
ＣＯ検出装置２５は、図４に示すように、ＣＯセンサ２６と、Ｈ２選択酸化触媒２７と、Ｈ２選択酸化触媒２７で酸化された検出対象ガスＧＳをＣＯセンサ２６に導くためのガス流路２９を形成する筒状筐体（流路形成手段）３０と、検出対象ガスＧＳにＯ２として加圧空気Ａ１を供給するエア供給ノズル（Ｏ２供給手段）３２とを備えている。
【００３５】
ＣＯセンサ２６は、例えば、検出対象ガスと接触してＣＯを検出する接触燃焼式のＣＯセンサから構成され、検出部を検出筒体３０内の空間に露出して、検出筒体３０とともに燃焼ガス排出管１７の壁部にネジ固定されている。
【００３６】
Ｈ２選択酸化触媒２７は、図５に示すように、例えば、厚さ方向に複数の通気孔Ｐが形成された略円板状の基材２８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。
【００３７】
基材２８は、平板からなる第１の基材２８Ａと波板からなる第２の基材２８Ｂとを重ね合わせて巻回し、第１の基材２８Ａと第２の基材２８Ｂとが交互に重なるロール状に形成されたものを側板２８Ｃにより囲んで固定した構造とされている。
【００３８】
なお、Ｈ２選択酸化触媒２７の構造は、特に限定されるものではなく、基材２８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、検出対象ガスＧＳ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、Ｈ２選択酸化触媒２７の触媒活性材料として、Ｐｔ以外の貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ）又は金属酸化物（ＮｉＯＸ、ＣｕＯＸ、ＣＯＯＸ、ＭｎＯＸ）を用いてもよい。
【００３９】
検出筒体３０は筒状に形成され、筒が排出路１７Ａに沿って配置されるとともに、検出筒体３０には、上流側の開口部３０Ａから、エア供給ノズル３２、Ｈ２選択酸化触媒２７、ＣＯセンサ２６がこの順に配置されており、すべての検出対象ガスＧＳがＨ２選択酸化触媒２７を通過するようになっている。
【００４０】
エア供給ノズル３２は、Ｈ２選択酸化触媒２７の上流側に配置されていて、送風機１８Ａから分岐して送られてきた加圧空気Ａ１の一部を検出対象ガスＧＳに噴射して、検出対象ガスＧＳに含まれるＯ２の濃度を高めて、Ｈ２選択酸化触媒２７による検出対象ガスＧＳ中のＨ２の酸化を促進するようになっている。
エア供給ノズル３２から噴射する加圧空気Ａ１によるＯ２の供給量は、例えば、検出対象ガスＧＳが含有するＨ２の２倍以上が好適である。
【００４１】
ＣＯ検出装置２５は、ボイラ１０が高燃焼時に、Ｈ２選択酸化触媒２７を通過する検出対象ガスＧＳの温度が、ＣＯ、Ｈ２の酸化開始温度以上でかつＮＨ３の酸化開始温度以下となるように配置することが、Ｈ２を減少させるとともにＮＨ３からＮＯｘを再発生させないうえで好適である。
【００４２】
図６は、基材２８に触媒活性材料としてＰｔを担持させたＨ２選択酸化触媒２７におけるＣＯ，Ｈ２、ＮＨ３の転化率を示す図である。
Ｈ２選択酸化触媒２７では、ＣＯは約１００〜１７０℃の温度域で酸化が開始され、Ｈ２は約１５０℃で酸化が開始され、ＮＨ３は約２３０℃で酸化が開始される。
そのため、Ｈ２選択酸化触媒２７を通過する検出対象ガスＧＳが約１５０℃以上〜約２３０℃以下の温度領域（図６において破線で挟んだ領域）となる位置にＣＯ検出装置２５を配置することが好適である。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、ＣＯ検出装置２５のＣＯセンサ２６と信号線４８Ａにより接続され、圧力センサ７、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。
【００４６】
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。
また、出力部４６は、例えば、アラーム（不図示）と接続されており、ＣＯセンサ２６のＣＯ検出値が閾値を超えた場合に、アラーム信号を出力するようになっている。
【００４７】
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、流量調整弁１９Ｂに対する制御量を算出するようになっている。
【００４８】
ハードディスク４４は、データベースを備えており、例えば、圧力センサ７から取得した現圧力を設定圧力に移行するための燃焼量、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、及び流量調整弁１９Ｂに対する制御量を示す数値データがデータテーブルの形式で格納されている。
【００４９】
次に、ボイラ１０及びＣＯ検出装置２５の作用について説明する。
１）まず、送風機１８Ａを起動して、バーナ１６及びＣＯ検出装置２５のエア供給ノズル３２に加圧空気Ａ１を供給する。
２）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を供給し、送風機１８Ａからの加圧空気Ａ１と燃料ガスＧ０を給気通路１８Ｂ内で混合して予混合ガスＧ１とし、バーナ１６に供給する。
３）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て燃焼され、高温の燃焼ガスＧ２が生成される。
４）バーナ１６で生成された燃焼ガスＧ２は、燃焼ガス通路１２Ｇを通過して水管群１３内の水を加熱した後、排出路１７Ａ内に流入して浄化装置２０のＮＯｘ還元触媒２１を通過する。
燃焼ガスＧ２は、ＮＯｘ還元触媒２１を通過することでＮＯｘが低減される。
５）ＮＯｘ還元触媒２１を通過した燃焼ガスＧ２は、一部が検出対象ガスＧＳとしてＣＯ検出装置２５の開口部３０Ａから検出筒体３０に流入する。
６）検出筒体３０に流入した検出対象ガスＧＳには、エア供給ノズル３２から噴出した加圧空気Ａ１が付加されて、検出対象ガスＧＳ中のＯ２の含有量（濃度）が増加する。
７）Ｏ２の含有量が増加した検出対象ガスＧＳは、Ｈ２選択酸化触媒２７を通過してＨ２のＣＯに対する比率が小さくなり、（Ｈ２／ＣＯ）が一定又は所定範囲となる。
８）ＣＯセンサ２６により、Ｈ２が減少した検出対象ガスＧＳのＣＯを検出する。
【００５０】
第１の実施形態に係るＣＯ検出装置２５によれば、検出対象ガスＧＳがＨ２選択酸化触媒２７を通過することで、検出対象ガスＧＳに含まれるＨ２が減少して、検出対象ガスＧＳ中のＣＯに対するＨ２の比（Ｈ２／ＣＯ）が小さくなるため、ＣＯセンサ２６がＣＯを検出する際のＨ２の影響を抑制することができる。
【００５１】
また、ＣＯ検出装置２５によれば、検出対象ガスＧＳがＨ２選択酸化触媒２７を通過する際に、検出対象ガスＧＳに噴出された加圧空気Ａ１により増加するＯ２により検出対象ガスＧＳ中のＨ２の酸化が促進される。
その結果、ＣＯセンサ２６による燃焼ガスＧ２のＣＯを正確に検出することができる。
【００５２】
次に、図７、図８を参照し、この発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、ＣＯ検出装置２５に代えてＣＯ検出装置５０を設ける点であり、その他は第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
ＣＯ検出装置５０は、図７に示すように、ＣＯセンサ５１と、Ｈ２選択酸化触媒５２と、Ｈ２選択酸化触媒５２で酸化された検出対象ガスＧＳをＣＯセンサ５１に導くためのガス流路５４を形成する検出筐体（流路形成手段）５５と、移送配管５６と、検出対象ガスにＯ２を供給するエア供給ノズル（Ｏ２供給手段）５７とを備えている。
【００５４】
検出筐体５５は、燃焼ガス排出管１７内の排出路１７Ａに配置された導入部５５Ａと、燃焼ガス排出管１７の外壁に配置された検出部５５Ｂとを備えている。
移送配管５６は、流入配管５６Ａと、排出配管５６Ｂとを備え、流入配管５６Ａは導入部５５Ａの下流領域部分と検出部５５Ｂの上流領域部分を、排出配管５６Ｂは検出部５５Ｂの下流領域部分と排出路１７Ａを検出対象ガスＧＳが流通可能に接続している。
その結果、排出路１７Ａを流れる燃焼ガスＧ２の一部が、検出対象ガスＧＳとして、導入部５５Ａから流入し、流入配管５６Ａを通じて検出部５５Ｂに移送され、その後、排出配管５６Ｂを経由して排出路１７Ａに排出されるようになっている。
【００５５】
導入部５５Ａは、燃焼ガスＧ２の上流側が開口する有底筒形状に形成され、この開口部を覆うようにＨ２選択酸化触媒５２が配置されていて、ＣＯセンサ５１に送られる検出対象ガスＧＳは、すべてＨ２選択酸化触媒５２を通過するようになっている。
また、検出部５５Ｂは、両端有底筒状の筐体からなり、内部には、両端有底筒状の検出部５５Ｂと、ＣＯセンサ５１が、上流側からこの順に配置されている。
ＣＯセンサ５１は、例えば、接触燃焼式のＣＯセンサとされ、検出筐体５５の検出部５５Ｂ内に露出して配置されている。
【００５６】
Ｈ２選択酸化触媒５２は、基材２８の表面に担持する触媒活性材料が、例えば、パラジウム（Ｐｄ）とされている点においてＨ２選択酸化触媒２７と異なり、その他は同様の構成とされている。
なお、Ｈ２選択酸化触媒５２の構造は、第１の実施形態と同様、特に限定されるものではなく、触媒活性材料として、Ｐｄ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。
【００５７】
ＣＯ検出装置５０は、ボイラ１０が高燃焼時に、Ｈ２選択酸化触媒５２を通過する検出対象ガスＧＳの温度が、ＣＯ、Ｈ２の酸化開始温度以上でかつＮＨ３の酸化開始温度以下となるように配置することが、Ｈ２を減少させるとともにＮＨ３からＮＯｘを再発生させないうえで好適である。
【００５８】
また、触媒活性材料としてＰｄを担持させたＨ２選択酸化触媒５２によるＣＯ，Ｈ２、ＮＨ３の転化率は、図８に示すとおり、ＣＯは約１５０〜２２０℃の温度域で酸化が開始され、Ｈ２は約１８０℃で酸化が開始され、ＮＨ３は約２８０℃で酸化が開始される。
【００５９】
そのため、Ｈ２選択酸化触媒５２を通過する検出対象ガスＧＳが約２００℃以上〜約２８０℃以下の温度領域（図８において破線で挟んだ領域）となる位置にＣＯ検出装置５０を配置することが好適である。
【００６０】
次に、ボイラ１０及びＣＯ検出装置５０の作用について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
１）バーナ１６で生成され、浄化装置２０を通過してＮＯｘが低減された燃焼ガスＧ２は、一部が検出対象ガスＧＳとしてＣＯ検出装置５０のＨ２選択酸化触媒５２を通過して導入部５５Ａに流入する。
検出対象ガスＧＳはＨ２選択酸化触媒５２を通過することでＣＯに対するＨ２が減少する。
２）導入部５５Ａに流入した検出対象ガスＧＳは、流入配管５６Ａを経由して検出部５５Ｂに移送される。
３）検出部５５Ｂに移送された検出対象ガスＧＳは、エア供給ノズル５７から噴出した加圧空気Ａ１が付加されて、検出対象ガスＧＳ中のＯ２の含有量（濃度）が増加する。
Ｏ２の含有量が増加した検出対象ガスＧＳはＨ２がさらに酸化されてＣＯに対するＨ２が減少する。
４）ＣＯセンサ５１により検出対象ガスＧＳのＣＯを検出する。
５）ＣＯセンサ５１によりＣＯが検出された検出対象ガスＧＳは、排出配管５６Ｂを経由して排出路１７Ａに排出される。
【００６１】
第２の実施形態に係るＣＯ検出装置５０によれば、検出部５５Ｂが燃焼ガス排出管１７の外部に配置されているので、容易にメンテナンスを行なうことができる。
【００６２】
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。
【００６３】
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に向かって略直線的に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。また、燃焼装置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。
【００６４】
上記実施の形態においては、ＣＯセンサ２６、５１がＣＯ濃度の閾値を検出する場合について説明したが、ＣＯ濃度を測定するように構成してもよい。
【００６５】
上記実施の形態においては、Ｏ２供給手段が、例えば、送風機１８Ａで生成され分岐された加圧空気Ａ１を噴出するエア供給ノズル３２、５７である場合について説明したが、検出対象ガスＧＳに空気等を供給する専用供給装置を配置してもよい。また、エア供給ノズル３２、５７に代えて、他の供給手段によりＯ２を供給するように構成してもよい。
【００６６】
また、上記実施の形態においては、Ｏ２供給手段が、Ｏ２として加圧空気Ａ１を検出対象ガスＧＳに供給する場合について説明したが、加圧空気Ａ１に代えて、空気と異なるＯ２濃度に調整された気体や純粋なＯ２を供給してもよい。
【００６７】
また、第１の実施形態においては、Ｈ２選択酸化触媒２７の上流側でＯ２を供給し、第２の実施形態においては、Ｈ２選択酸化触媒５２の下流側でＯ２を供給する場合について説明したが、Ｈ２選択酸化触媒２７、５２の上流側、下流側のいずれにおいてＯ２を供給するかは任意に設定することができ、Ｈ２選択酸化触媒内にＯ２を供給する構成としてもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態においては、Ｈ２選択酸化触媒２７、５２を通過した検出対象ガスＧＳからＣＯセンサ２６、５１までのガス流路２９、５４を形成するガス流路形成手段が、検出対象ガスＧＳをそれ以外の燃焼ガスＧ２と分離する検出筒体３０、検出筐体５５である場合について説明したが、例えば、Ｈ２選択酸化触媒の下流側にＣＯセンサを接して配置する等、Ｈ２選択酸化触媒で酸化された検出対象ガスＧＳがＣＯセンサで検出されるまでにＨ２の影響を受けるような燃焼ガスＧ２との混合が抑制される場合には、検出対象ガス流路２９、５４の周囲の一部又は全部が開放された構成としてもよい。
【００６９】
上記実施の形態においては、ＣＯセンサが接触燃焼式のＣＯセンサ２６、５１である場合について説明したが、例えば、Ｈ２ガスの影響を受ける電気化学式ＣＯセンサに本発明を適用してもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態においては、燃料ガスＧ０と加圧空気Ａ１とが混合された予混合ガスＧ１をバーナ１６に供給する場合について説明したが、バーナ１６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、微粉炭としてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
Ｇ２ 燃焼ガス
ＧＳ 検出対象ガス
１０ ボイラ
２０ 浄化装置
２１ ＮＯｘ還元触媒
２５、５０ ＣＯ検出装置
２６、５１ ＣＯセンサ
２７、５２ Ｈ２選択酸化触媒
２９、５４ ガス流路
３０ 検出筒体（ガス流路形成手段）
３２、５７ エア供給ノズル（Ｏ２供給手段）
５５ 検出筐体（ガス流路形成手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボイラをはじめとする燃焼装置で生成された燃焼ガスに含まれる一酸化炭素（以下、ＣＯという）を検出するＣＯ検出方法、ＣＯ検出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ＣＯ、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を所定の数値（例えば、規制値等）以下に低減する必要がある。
燃焼ガスに含まれるＣＯ、ＮＯｘを低減する場合、燃焼ガスを触媒に通過させて、燃焼ガス中のＣＯ、ＮＯｘを酸化、還元することが一般的である。
【０００３】
このように、触媒に燃焼ガスを通過させて、燃焼ガス中のＣＯ、ＮＯｘを低減する技術として、燃焼ガス中のＮＯｘ、ＣＯ等を所定の濃度比に調整したうえで触媒を通過させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このように、燃焼ガスを触媒に通過させることによりＣＯを削減する場合、触媒が劣化すると、ＣＯが充分に除去できなくなるおそれがあるため、触媒の二次側で、ＣＯセンサにより燃焼ガス中のＣＯを検出する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／０４３２１６号パンフレット
【特許文献２】特開２００９−３１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃焼ガス中のＣＯをＣＯセンサで検出する際に、燃焼ガス中の水素（以下、Ｈ２という）がＣＯに比較して高いと、ＣＯセンサがＨ２に反応してＣＯ含有量を大きく出力する場合がある。
特に、ボイラの通常の酸素（以下、O２という）域（４〜５％）よりも著しく低い濃度で燃焼させる場合には、燃焼ガス中のＨ２比がＣＯに比較して通常より高くなる傾向がある。
【０００７】
一方、燃焼ガス中のＣＯに対するＨ２の比率（Ｈ２／ＣＯ）を小さくするために、ＣＯセンサの上流側でＯ２を注入してＣＯ、Ｈ２を燃焼させる方法もあるが、ＮＯｘ還元の反応中間体であるアンモニア（以下、ＮＨ３という）が注入したＯ２によって酸化されて、ＮＯｘが再発生する可能性がある。
【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装置で発生する燃焼ガスをＮＯｘ還元触媒により還元した後にＣＯを検出する場合に、燃焼ガス中のＣＯを正確に検出することが可能なＣＯ検出方法、ＣＯ検出装置及びボイラ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】
【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、燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯを検出するＣＯ検出装置であって、ＣＯセンサと、前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化するＨ２選択酸化触媒と、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化された検出対象ガスを前記ＣＯセンサに導くガス流路形成手段と、検出対象ガスにＯ２を供給するＯ２供給手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、ボイラであって、請求項１又は請求項２に記載のＣＯ検出装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯをＣＯセンサにより検出するＣＯ検出方法であって、前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスにＯ２を供給するとともに、Ｈ２選択酸化触媒により検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化し、前記ＣＯセンサを、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化した検出対象ガスと接触させてＣＯを検出することを特徴とする。
【００１２】
この発明に係るＣＯ検出装置、ＣＯ検出方法、ボイラによれば、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯを検出する場合に、検出対象ガスにＯ２を供給するとともに、検出対象ガス中のＨ２をＨ２選択酸化触媒により酸化して、燃焼ガスに含まれるＣＯに対するＨ２の比率を小さくするため、ＣＯセンサによる燃焼ガス中のＣＯの検出を正確にすることができる。
この明細書において、検出対象ガスとは、燃焼ガスの全部又は一部から構成され、最終的にＣＯセンサと接触してＣＯを検出する対象のガスをいい、Ｈ２選択酸化触媒で酸化される前か酸化された後であるかは問わない。すなわち、Ｈ２選択酸化触媒で酸化される前後及びＨ２選択酸化触媒と接触中のものを含む。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のＣＯ検出装置であって、前記Ｏ２供給手段は、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化処理する前に、検出対象ガスにＯ２を供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載のＣＯ検出方法であって、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化処理する前に、検出対象ガスにＯ２を供給することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るＣＯ検出装置、ＣＯ検出方法によれば、Ｈ２選択酸化触媒で酸化する前に検出対象ガスにＯ２を供給するので、Ｈ２選択酸化触媒による検出対象ガス中のＨ２の酸化が促進される。その結果、ＣＯセンサが検出対象ガス中のＣＯを検出する際のＨ２の影響を小さくしてＣＯを正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係るＣＯ検出装置、ＣＯ検出方法、ボイラによれば、Ｈ２選択酸化触媒により燃焼ガス中のＨ２を削減して、ＣＯセンサがＣＯを検出する際のＨ２の影響を小さくすることで、燃焼ガス中のＣＯをＣＯセンサによって正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の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】第１の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】第１の実施形態に係るＮＯｘ還元触媒を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るＣＯ検出装置の概略構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るＨ２選択酸化触媒を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係るＨ２選択酸化触媒による燃焼ガス温度とＣＯ、Ｈ２、ＮＨ３の転化率の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るＣＯ検出装置の概略構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係るＨ２選択酸化触媒による燃焼ガス温度とＣＯ、Ｈ２、ＮＨ３の転化率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１から図６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、図２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。
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、ＣＯ検出装置２５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の内方に配置されている。
また、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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【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及びＣＯ検出装置２５に移送し、給気通路１８Ｂに移送された加圧空気Ａ１は、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。
【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。
【００３０】
浄化装置２０は、例えば、排出管１７に配置されたＮＯｘ還元触媒２１から構成され、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。
【００３１】
ＮＯｘ還元触媒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。
【００３２】
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。
【００３３】
なお、ＮＯｘ還元触媒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、ＮＯｘ還元触媒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。
【００３４】
ＣＯ検出装置２５は、図４に示すように、ＣＯセンサ２６と、Ｈ２選択酸化触媒２７と、Ｈ２選択酸化触媒２７で酸化された検出対象ガスＧＳをＣＯセンサ２６に導くためのガス流路２９を形成する筒状筐体（流路形成手段）３０と、検出対象ガスＧＳにＯ２として加圧空気Ａ１を供給するエア供給ノズル（Ｏ２供給手段）３２とを備えている。
【００３５】
ＣＯセンサ２６は、例えば、検出対象ガスと接触してＣＯを検出する接触燃焼式のＣＯセンサから構成され、検出部を検出筒体３０内の空間に露出して、検出筒体３０とともに燃焼ガス排出管１７の壁部にネジ固定されている。
【００３６】
Ｈ２選択酸化触媒２７は、図５に示すように、例えば、厚さ方向に複数の通気孔Ｐが形成された略円板状の基材２８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。
【００３７】
基材２８は、平板からなる第１の基材２８Ａと波板からなる第２の基材２８Ｂとを重ね合わせて巻回し、第１の基材２８Ａと第２の基材２８Ｂとが交互に重なるロール状に形成されたものを側板２８Ｃにより囲んで固定した構造とされている。
【００３８】
なお、Ｈ２選択酸化触媒２７の構造は、特に限定されるものではなく、基材２８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、検出対象ガスＧＳ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、Ｈ２選択酸化触媒２７の触媒活性材料として、Ｐｔ以外の貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ）又は金属酸化物（ＮｉＯＸ、ＣｕＯＸ、ＣＯＯＸ、ＭｎＯＸ）を用いてもよい。
【００３９】
検出筒体３０は筒状に形成され、筒が排出路１７Ａに沿って配置されるとともに、検出筒体３０には、上流側の開口部３０Ａから、エア供給ノズル３２、Ｈ２選択酸化触媒２７、ＣＯセンサ２６がこの順に配置されており、すべての検出対象ガスＧＳがＨ２選択酸化触媒２７を通過するようになっている。
【００４０】
エア供給ノズル３２は、Ｈ２選択酸化触媒２７の上流側に配置されていて、送風機１８Ａから分岐して送られてきた加圧空気Ａ１の一部を検出対象ガスＧＳに噴射して、検出対象ガスＧＳに含まれるＯ２の濃度を高めて、Ｈ２選択酸化触媒２７による検出対象ガスＧＳ中のＨ２の酸化を促進するようになっている。
エア供給ノズル３２から噴射する加圧空気Ａ１によるＯ２の供給量は、例えば、検出対象ガスＧＳが含有するＨ２の２倍以上が好適である。
【００４１】
ＣＯ検出装置２５は、ボイラ１０が高燃焼時に、Ｈ２選択酸化触媒２７を通過する検出対象ガスＧＳの温度が、ＣＯ、Ｈ２の酸化開始温度以上でかつＮＨ３の酸化開始温度以下となるように配置することが、Ｈ２を減少させるとともにＮＨ３からＮＯｘを再発生させないうえで好適である。
【００４２】
図６は、基材２８に触媒活性材料としてＰｔを担持させたＨ２選択酸化触媒２７におけるＣＯ，Ｈ２、ＮＨ３の転化率を示す図である。
Ｈ２選択酸化触媒２７では、ＣＯは約１００〜１７０℃の温度域で酸化が開始され、Ｈ２は約１５０℃で酸化が開始され、ＮＨ３は約２３０℃で酸化が開始される。
そのため、Ｈ２選択酸化触媒２７を通過する検出対象ガスＧＳが約１５０℃以上〜約２３０℃以下の温度領域（図６において破線で挟んだ領域）となる位置にＣＯ検出装置２５を配置することが好適である。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、ＣＯ検出装置２５のＣＯセンサ２６と信号線４８Ａにより接続され、圧力センサ７、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。
【００４６】
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。
また、出力部４６は、例えば、アラーム（不図示）と接続されており、ＣＯセンサ２６のＣＯ検出値が閾値を超えた場合に、アラーム信号を出力するようになっている。
【００４７】
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、流量調整弁１９Ｂに対する制御量を算出するようになっている。
【００４８】
ハードディスク４４は、データベースを備えており、例えば、圧力センサ７から取得した現圧力を設定圧力に移行するための燃焼量、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、及び流量調整弁１９Ｂに対する制御量を示す数値データがデータテーブルの形式で格納されている。
【００４９】
次に、ボイラ１０及びＣＯ検出装置２５の作用について説明する。
１）まず、送風機１８Ａを起動して、バーナ１６及びＣＯ検出装置２５のエア供給ノズル３２に加圧空気Ａ１を供給する。
２）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を供給し、送風機１８Ａからの加圧空気Ａ１と燃料ガスＧ０を給気通路１８Ｂ内で混合して予混合ガスＧ１とし、バーナ１６に供給する。
３）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て燃焼され、高温の燃焼ガスＧ２が生成される。
４）バーナ１６で生成された燃焼ガスＧ２は、燃焼ガス通路１２Ｇを通過して水管群１３内の水を加熱した後、排出路１７Ａ内に流入して浄化装置２０のＮＯｘ還元触媒２１を通過する。
燃焼ガスＧ２は、ＮＯｘ還元触媒２１を通過することでＮＯｘが低減される。
５）ＮＯｘ還元触媒２１を通過した燃焼ガスＧ２は、一部が検出対象ガスＧＳとしてＣＯ検出装置２５の開口部３０Ａから検出筒体３０に流入する。
６）検出筒体３０に流入した検出対象ガスＧＳには、エア供給ノズル３２から噴出した加圧空気Ａ１が付加されて、検出対象ガスＧＳ中のＯ２の含有量（濃度）が増加する。
７）Ｏ２の含有量が増加した検出対象ガスＧＳは、Ｈ２選択酸化触媒２７を通過してＨ２のＣＯに対する比率が小さくなり、（Ｈ２／ＣＯ）が一定又は所定範囲となる。
８）ＣＯセンサ２６により、Ｈ２が減少した検出対象ガスＧＳのＣＯを検出する。
【００５０】
第１の実施形態に係るＣＯ検出装置２５によれば、検出対象ガスＧＳがＨ２選択酸化触媒２７を通過することで、検出対象ガスＧＳに含まれるＨ２が減少して、検出対象ガスＧＳ中のＣＯに対するＨ２の比（Ｈ２／ＣＯ）が小さくなるため、ＣＯセンサ２６がＣＯを検出する際のＨ２の影響を抑制することができる。
【００５１】
また、ＣＯ検出装置２５によれば、検出対象ガスＧＳがＨ２選択酸化触媒２７を通過する際に、検出対象ガスＧＳに噴出された加圧空気Ａ１により増加するＯ２により検出対象ガスＧＳ中のＨ２の酸化が促進される。
その結果、ＣＯセンサ２６による燃焼ガスＧ２のＣＯを正確に検出することができる。
【００５２】
次に、図７、図８を参照し、この発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、ＣＯ検出装置２５に代えてＣＯ検出装置５０を設ける点であり、その他は第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
ＣＯ検出装置５０は、図７に示すように、ＣＯセンサ５１と、Ｈ２選択酸化触媒５２と、Ｈ２選択酸化触媒５２で酸化された検出対象ガスＧＳをＣＯセンサ５１に導くためのガス流路５４を形成する検出筐体（流路形成手段）５５と、移送配管５６と、検出対象ガスにＯ２を供給するエア供給ノズル（Ｏ２供給手段）５７とを備えている。
【００５４】
検出筐体５５は、燃焼ガス排出管１７内の排出路１７Ａに配置された導入部５５Ａと、燃焼ガス排出管１７の外壁に配置された検出部５５Ｂとを備えている。
移送配管５６は、流入配管５６Ａと、排出配管５６Ｂとを備え、流入配管５６Ａは導入部５５Ａの下流領域部分と検出部５５Ｂの上流領域部分を、排出配管５６Ｂは検出部５５Ｂの下流領域部分と排出路１７Ａを検出対象ガスＧＳが流通可能に接続している。
その結果、排出路１７Ａを流れる燃焼ガスＧ２の一部が、検出対象ガスＧＳとして、導入部５５Ａから流入し、流入配管５６Ａを通じて検出部５５Ｂに移送され、その後、排出配管５６Ｂを経由して排出路１７Ａに排出されるようになっている。
【００５５】
導入部５５Ａは、燃焼ガスＧ２の上流側が開口する有底筒形状に形成され、この開口部を覆うようにＨ２選択酸化触媒５２が配置されていて、ＣＯセンサ５１に送られる検出対象ガスＧＳは、すべてＨ２選択酸化触媒５２を通過するようになっている。
また、検出部５５Ｂは、両端有底筒状の筐体からなり、内部には、両端有底筒状の検出部５５Ｂと、ＣＯセンサ５１が、上流側からこの順に配置されている。
ＣＯセンサ５１は、例えば、接触燃焼式のＣＯセンサとされ、検出筐体５５の検出部５５Ｂ内に露出して配置されている。
【００５６】
Ｈ２選択酸化触媒５２は、基材２８の表面に担持する触媒活性材料が、例えば、パラジウム（Ｐｄ）とされている点においてＨ２選択酸化触媒２７と異なり、その他は同様の構成とされている。
なお、Ｈ２選択酸化触媒５２の構造は、第１の実施形態と同様、特に限定されるものではなく、触媒活性材料として、Ｐｄ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。
【００５７】
ＣＯ検出装置５０は、ボイラ１０が高燃焼時に、Ｈ２選択酸化触媒５２を通過する検出対象ガスＧＳの温度が、ＣＯ、Ｈ２の酸化開始温度以上でかつＮＨ３の酸化開始温度以下となるように配置することが、Ｈ２を減少させるとともにＮＨ３からＮＯｘを再発生させないうえで好適である。
【００５８】
また、触媒活性材料としてＰｄを担持させたＨ２選択酸化触媒５２によるＣＯ，Ｈ２、ＮＨ３の転化率は、図８に示すとおり、ＣＯは約１５０〜２２０℃の温度域で酸化が開始され、Ｈ２は約１８０℃で酸化が開始され、ＮＨ３は約２８０℃で酸化が開始される。
【００５９】
そのため、Ｈ２選択酸化触媒５２を通過する検出対象ガスＧＳが約２００℃以上〜約２８０℃以下の温度領域（図８において破線で挟んだ領域）となる位置にＣＯ検出装置５０を配置することが好適である。
【００６０】
次に、ボイラ１０及びＣＯ検出装置５０の作用について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
１）バーナ１６で生成され、浄化装置２０を通過してＮＯｘが低減された燃焼ガスＧ２は、一部が検出対象ガスＧＳとしてＣＯ検出装置５０のＨ２選択酸化触媒５２を通過して導入部５５Ａに流入する。
検出対象ガスＧＳはＨ２選択酸化触媒５２を通過することでＣＯに対するＨ２が減少する。
２）導入部５５Ａに流入した検出対象ガスＧＳは、流入配管５６Ａを経由して検出部５５Ｂに移送される。
３）検出部５５Ｂに移送された検出対象ガスＧＳは、エア供給ノズル５７から噴出した加圧空気Ａ１が付加されて、検出対象ガスＧＳ中のＯ２の含有量（濃度）が増加する。
Ｏ２の含有量が増加した検出対象ガスＧＳはＨ２がさらに酸化されてＣＯに対するＨ２が減少する。
４）ＣＯセンサ５１により検出対象ガスＧＳのＣＯを検出する。
５）ＣＯセンサ５１によりＣＯが検出された検出対象ガスＧＳは、排出配管５６Ｂを経由して排出路１７Ａに排出される。
【００６１】
第２の実施形態に係るＣＯ検出装置５０によれば、検出部５５Ｂが燃焼ガス排出管１７の外部に配置されているので、容易にメンテナンスを行なうことができる。
【００６２】
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。
【００６３】
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に向かって略直線的に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。また、燃焼装置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。
【００６４】
上記実施の形態においては、ＣＯセンサ２６、５１がＣＯ濃度の閾値を検出する場合について説明したが、ＣＯ濃度を測定するように構成してもよい。
【００６５】
上記実施の形態においては、Ｏ２供給手段が、例えば、送風機１８Ａで生成され分岐された加圧空気Ａ１を噴出するエア供給ノズル３２、５７である場合について説明したが、検出対象ガスＧＳに空気等を供給する専用供給装置を配置してもよい。また、エア供給ノズル３２、５７に代えて、他の供給手段によりＯ２を供給するように構成してもよい。
【００６６】
また、上記実施の形態においては、Ｏ２供給手段が、Ｏ２として加圧空気Ａ１を検出対象ガスＧＳに供給する場合について説明したが、加圧空気Ａ１に代えて、空気と異なるＯ２濃度に調整された気体や純粋なＯ２を供給してもよい。
【００６７】
また、第１の実施形態においては、Ｈ２選択酸化触媒２７の上流側でＯ２を供給し、第２の実施形態においては、Ｈ２選択酸化触媒５２の下流側でＯ２を供給する場合について説明したが、Ｈ２選択酸化触媒２７、５２の上流側、下流側のいずれにおいてＯ２を供給するかは任意に設定することができ、Ｈ２選択酸化触媒内にＯ２を供給する構成としてもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態においては、Ｈ２選択酸化触媒２７、５２を通過した検出対象ガスＧＳからＣＯセンサ２６、５１までのガス流路２９、５４を形成するガス流路形成手段が、検出対象ガスＧＳをそれ以外の燃焼ガスＧ２と分離する検出筒体３０、検出筐体５５である場合について説明したが、例えば、Ｈ２選択酸化触媒の下流側にＣＯセンサを接して配置する等、Ｈ２選択酸化触媒で酸化された検出対象ガスＧＳがＣＯセンサで検出されるまでにＨ２の影響を受けるような燃焼ガスＧ２との混合が抑制される場合には、検出対象ガス流路２９、５４の周囲の一部又は全部が開放された構成としてもよい。
【００６９】
上記実施の形態においては、ＣＯセンサが接触燃焼式のＣＯセンサ２６、５１である場合について説明したが、例えば、Ｈ２ガスの影響を受ける電気化学式ＣＯセンサに本発明を適用してもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態においては、燃料ガスＧ０と加圧空気Ａ１とが混合された予混合ガスＧ１をバーナ１６に供給する場合について説明したが、バーナ１６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、微粉炭としてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
Ｇ２ 燃焼ガス
ＧＳ 検出対象ガス
１０ ボイラ
２０ 浄化装置
２１ ＮＯｘ還元触媒
２５、５０ ＣＯ検出装置
２６、５１ ＣＯセンサ
２７、５２ Ｈ２選択酸化触媒
２９、５４ ガス流路
３０ 検出筒体（ガス流路形成手段）
３２、５７ エア供給ノズル（Ｏ２供給手段）
５５ 検出筐体（ガス流路形成手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯを検出するＣＯ検出装置であって、
ＣＯセンサと、
前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化するＨ２選択酸化触媒と、
前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化された検出対象ガスを前記ＣＯセンサに導くガス流路形成手段と、
検出対象ガスにＯ２を供給するＯ２供給手段と、を備えることを特徴とするＣＯ検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＯ検出装置であって、
前記Ｏ２供給手段は、
前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化する前に、検出対象ガスにＯ２を供給するように構成されていることを特徴とするＣＯ検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のＣＯ検出装置を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項４】
燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯをＣＯセンサにより検出するＣＯ検出方法であって、
前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスにＯ２を供給するとともに、Ｈ２選択酸化触媒により検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化し、
前記ＣＯセンサを、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化した検出対象ガスと接触させてＣＯを検出することを特徴とするＣＯ検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＣＯ検出方法であって、
前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化する前に、検出対象ガスにＯ２を供給することを特徴とするＣＯ検出方法。
【請求項１】
燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯを検出するＣＯ検出装置であって、
ＣＯセンサと、
前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化するＨ２選択酸化触媒と、
前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化された検出対象ガスを前記ＣＯセンサに導くガス流路形成手段と、
検出対象ガスにＯ２を供給するＯ２供給手段と、を備えることを特徴とするＣＯ検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＯ検出装置であって、
前記Ｏ２供給手段は、
前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化する前に、検出対象ガスにＯ２を供給するように構成されていることを特徴とするＣＯ検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のＣＯ検出装置を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項４】
燃焼装置で生成され、ＮＯｘ還元触媒で還元された燃焼ガスに含まれるＣＯをＣＯセンサにより検出するＣＯ検出方法であって、
前記燃焼ガスの少なくとも一部からなる検出対象ガスにＯ２を供給するとともに、Ｈ２選択酸化触媒により検出対象ガスに含まれるＨ２を選択的に酸化し、
前記ＣＯセンサを、前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化した検出対象ガスと接触させてＣＯを検出することを特徴とするＣＯ検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＣＯ検出方法であって、
前記Ｈ２選択酸化触媒で酸化する前に、検出対象ガスにＯ２を供給することを特徴とするＣＯ検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５２９５５（Ｐ２０１２−５２９５５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６８００（Ｐ２０１０−１９６８００）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
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