JPS61168725A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は触媒燃焼装置に係り、特に触媒の変形破損を防
止し、燃焼効率を向上でき、熱処理等に好適な触媒燃焼
装置に関する。

〔従来の技術〕

現在、溶剤排ガス処理、脱臭処理、オフガス焼却処理、
ボイラ排ガス処理などの可燃分を含む排ガス処理用装置
や、再循環排ガス中に強制的に燃料を注入して燃焼させ
る廃熱回収型熱処理炉又は加熱炉、或いはガスタービン
用燃焼器においては、触媒を用いて燃焼を行う所謂触媒
燃焼方式を採用する場合がある。

触媒燃焼方式で使用される触媒としては、β−ＡＧＯａ
、γ−ＡＩ、Ｏ，等のアルミナやこれらのアルミナにＥ
ｌｉＯ，、ＭＪＩＯ等の硅素、マグネシウム含有成分を
加えたムライト、コージライトなどの粒状又はハニカム
状の担体に、白金、パラジウム等の貴金属を主成分とす
る触媒成分を添加したものである。

この触媒の担体は、小粒子の前記成分を固め成形したも
のであるため、温度を高めてゆくと収縮変形し、逐には
溶融する。このように収縮変形や溶融が生ずると、担体
の表面積が減少して触媒性能が低下すると共に１破損に
よシ触媒として使用できなくなることがある。

その対策としては、従来、第４図に示すように、触媒層
５の出口に熱電対２４を設けて出口温度を検知し、この
検知温度に基づいて、制御器８により触媒燃焼器１の入
口側に設けた燃料注入装置３の燃料制御弁２をコントロ
ールし、触媒層５の温度が所定温度以上に上昇しないよ
うにする投入燃料制御方法が試みられている。

〔解決すべき問題点〕

しかしながら、この方法によって触媒層５の温度を所定
温度にコントロールしても、ハニカム状触媒が収縮した
り破損したりする場合が゛あるととが明らかになった。

実際にそのときの触媒を観察してみると、部分的に収縮
、破損が生じており、これはそのような箇所の温度が局
部的に゛高くなったためで、触媒層５には不均一な温度
分布があることがわかる。このような温度分布を有°す
る触媒層の温度を熱電対２４により正確に検知するには
、次のような困難が伴う。

すなわち、まず、触媒層内温度と熱電対により検知する
触媒層出口燃焼ガス温度との間に温度差があることであ
る。触媒層出口燃焼ガス温度は、触媒層各部から出てき
た燃焼ガスが混合するために熱電対を設けた位置に対応
する触媒層内温度とは異なる。また熱電対で触媒層内温
度を直接測定しようとして触媒層内に熱電対を挿入する
と、触媒層がハニカム形状である場合には、熱電対がハ
ニカムの分割されたセル（要素）を塞いでしまい、その
セルに燃料ガスが流れなくなり、燃焼温度と異なってし
まう。更には、触媒層内温度及び触媒層出口ガス温度の
最高値の位置は触媒層上流のガス流や燃料注入状況によ
シ変化するから、点でしか測定できない熱電対では、熱
電対を移動させてスキャニング（走査）するか、或いは
多数の熱電対を設けて測定するほかなく、シかし、これ
Ｋも限度があシ、特に焼却炉、ダイ２排出ガス処理やオ
フガス処理等のように触媒断面積が大きい場合にはいず
れも費用と時間を要するし、精度も劣る。

その結果、熱電対で温度測定をして投入燃料を制御する
方法では、触媒層の温度分布を十分、均一にすることが
できず、触媒の変形・破損を招き、また未燃分の発生、
燃焼効率の低下、或いは高温部でのＢｏｘの発生を招く
ことになる。

ま九一般的に、触媒層の燃焼状況は目視又はモニタテレ
ビで観察するが、２５０〜４００”Ｃで着火させて昇温
する実操業では、約７００’Ｃよシがなシ低い温度であ
るため、光量が不足し、暗くて燃焼状態を正確に観察で
きないという欠点があった。

本発明の目的は、前述の従来技術の欠点を解消し、触媒
層出口断面全体の温度分布を正確に検知して触媒上での
燃焼を均一になるように制御し、触媒の変形や破損を防
止すると共に燃焼効率を向上させ、かつ低温燃焼時でも
燃焼状態を正確に観察できる新規な触媒燃焼装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するた込、本発明でｈ、触媒燃焼器にお
ける排ガス用流路の内部に、排ガス中に可燃分を含まな
いときく設ける燃料注入装置と、ガス流量分布調節装置
を配設し、赤外線カメラによって触媒層出口断面温度分
布を検知し、これに基づいて、制御器によって前記燃料
注入装置及びガス流量分布調節装置を制御する仁とによ
り、触媒層出口断面温度分布を均一にぜんとすることを
骨子とするものである。

〔実施例〕

以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例に係る触媒燃焼システムの構
成図である。

図中、１は触媒燃焼器で、この内部の排ガスｐ）用流路
には上流から、制御弁２を有し多孔管の孔から燃料を注
入するための燃料注入装置３と、ダンパ方式のガス流量
分布調節装置４と、ハニカム状担体にパラジウムを主成
分とする触媒我分を含ませた触媒層５が配設されている
。触媒燃焼器１の出口側壁面には、触媒層５の出口側を
透視できるように、赤外線吸収の少ないサファイアガラ
スを有する覗窓６が設けられておシ、との覗窓６の外側
には赤外線カメラ７が設置されている。赤外線カメラ７
は、触媒層５の出口側温度分布を監視する丸めのもので
、これにより撮影された赤外線画像は制御器８にて強度
、波長から温度に換算して温度分布画像に変換され、モ
ニタテレビ９に出口できるようになっている。また、前
記制御器８は、触媒層の温度分布画像を位置と温度の関
係としてデジタル化して読み取り、これらは入力信号と
して演算処理し、その結果を燃料制御弁２及びガス流量
分布調節装置４に対して制御用出力信号として送るよう
になっている。

次に上記構成の触媒燃焼装置の作用について説明する。

触媒燃焼器ｌに入ってきた空気を含む排ガス中に燃料注
入装置３から均等に燃料を供給し、触媒層５で燃焼させ
る。この触媒層５の燃焼状態は、覗窓６を通して赤外線
カメラ７で撮影し、触媒層出口側の赤外線画像を得る。

この赤外線画像は制御器８で温度分布画像に変換し、モ
ニタテレビ９に映し出す。一方、制御器８は触媒層温度
分布を演算処理し、触媒層各部の温度が均一になるよう
に、ダンパ状のガス流量分布調節装置４に制御信号を送
シ、ダンパの開閉操作を行う。このとき、燃料は各部均
一に注入しているため、ダンパ操作は各部のガス流量が
均一になるように、すなわち、触媒層温度の低い部分に
相当する部分のガス量は増加し、触媒層温度の高い部分
は逆になるように行われる。

このダンパ操作によシ触媒層５へのガス流量が均一にな
った後は、ガス流量分布調節装置（ダンパ）４の位置を
固定し、次に、今まで均等に燃料を流していた燃料注入
装置３の燃料制御弁２に制御器８から制御信号を送シ、
触媒層５の温度分布が更に均一になるように、触媒層低
温度部に相当する位置の制御弁を開き、高温部に相当す
る位置の制御弁を閉める如くして、燃料注入制御を行う
。

なお、赤外線カメラ７によシ得た赤外線画像を制御器８
で温度分布画像に変換し、これをモニタテレビ９に映し
出す場合、触媒層の温度分布を色調変化で示すことが望
ましく、例えば、２０℃毎の等温線を低温部側に寒色を
、また高温部に暖色を付けるようにして示すことができ
る。

また、温度分布画像に基づいて制御器８から制御信号を
燃料制御弁８等に送る場合には、触媒層５の各位置と温
度をデジタル化して行うが、それＫは、横走査線及び縦
走査線を利用することができる。

実施例２ 第２図は本発明の他の実施例を示したもので、熱処理炉
における触媒燃焼装置の一例である。

まず、被加熱物１７を加熱する熱処理炉１６の煙突１８
からバイパスした排ガス中に、空気Ａを混入して温度を
下げ、ファン１９により触媒燃焼器１に送シ込む。触媒
燃焼器ｌでは、燃料制御弁２を有する燃料注入装置３よ
り燃料Ｆを排ガス中に混入し、ガス流量分布調節装置４
でガス流量分布を調節して触媒層５を燃焼させる。

燃焼ガスは、ダクト２０を経由し、熱処理炉用ダンパ２
２で流量調節されて分岐ダクト２１から熱処理炉内に導
入され、被加熱物１７を加熱する。

触媒燃焼器１の出口には、触媒層５の出口側を透視でき
るように赤外線カメラ７が設けられており、撮影した赤
外線画像は制御器８で温度分布画像に変換されて、モニ
タテレビ９に映し出される。

一方、制御器８は、触媒層の温度分布を演算処理し、温
度分布が均一になるように、ダンパ式ガス流量分布調節
装置４を制御する。ここでは、ダンパ４′の操作だけで
触媒層５の温度分布の均一化を図っているが、この方式
は、排ガス中に空気と共に可燃分も含まれている場合、
例えば、溶剤排ガス処理装置、脱臭装置及びオフガス処
理装置において採用でき、ダンパ操作のみで触媒燃焼が
制御される。

実施例３ 第３図は本発明の他の実施例を示す図で、ガス流量分布
の操作において、ガス流量分布調節をダンパ式に代えて
旋回羽根式を採用した場合である。

旋回羽根式は、円周方向のガス流速分布は常に同じで、
旋回を強めれば、初め半ば程早かったガス流速が中心よ
シ遠くなる程早くなるという原理を利用して、ガス流れ
に旋回を与えるものである。

これによれば、旋回羽根２３の角度を制御器８によシ調
節制御して旋回強さを変化させることによシ、ガス流速
分布を調節できるので、触媒層５の温度分布を均一にす
る手段として採用できる。なお、図中、２は燃料制御弁
、７は赤外線カメラ、９はモニタテレビである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、従来、熱電対によシ点として触媒
層温度を間接的に検知して触媒層温度を点で均一化を図
っていたのに対し、本発明によれば、触媒層温度を面と
して直接検知し、触媒層温度を面で均一化するため、最
高温度のみを検知するおそれがなく、シたがって、触媒
の変形や破損を防止することができ、また温度分布から
触媒内の位置間の温度差も考慮できるため、熱膨張差に
よる触媒の破損対策も考慮でき、触媒の変形、破損を確
実に防止できる。更に、触媒層温度を面で検知して温度
を均一化するため、未燃分の抑制、燃焼効率の向上、Ｎ
Ｏｘの発生防止などを効果的に行うこと゛ができる。ま
た、雰囲気温度にさらされることなく外部よシ温度測定
を行うため、熱電対のように劣化、損傷に基づく測定精
度の低下も防止できる。更に、通常、目視では見えない
約７００℃以下の温度でも、放射される赤外線を赤外線
カメラで検知できるので、低温での触媒燃焼状態を監視
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る触媒燃焼システムの構
成図、 第２図は本発明の他の実施例に係る熱処理炉用触媒燃焼
システムの構成図、 第３図は本発明の更に他の実施例における部分を示す説
明図、 第４図は従来の触媒燃焼システムの構成図である０ １・・・触媒燃焼器、　　２・・・燃料制御弁、３・・
・燃料注入装置、 ４・・・ガス流量分布調節装置、 ５・・・触媒層、　　−６・１．覗窓、７・・・赤外線
カメラ、　　８・・・制御器、９・・・モニタテレビ、
　　１６・・・熱処理炉、１７・・・被加熱物、　　１
８・・・煙突、１９・・・ファン、　　　　２０・・・
ダクト、２１・・・分岐ダクト、　２２・・・ダンパ、
２４・・・熱電対。 □　　代理人　　鵜　沼　辰　之 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）触媒燃焼器において、少なくとも空気を含む排ガ
   スが導入される流路の内部に上流から、燃料制御弁を有
   する燃料注入装置、ガス流量分布調節装置及び燃焼用触
   媒層を配設し、かつこの流路の出口壁面に前記触媒層の
   出口面を見通し可能に覗窓を設けると共に該覗窓背後に
   赤外線カメラを設置し、該赤外線カメラで撮影された前
   記触媒層の赤外線画像を温度分布画像に変換して前記燃
   料制御弁及びガス流量分布調節装置を制御する制御器と
   、この制御器に接続したモニタテレビを備えたことを特
   徴とする触媒燃焼装置。
2. （２）前記燃料注入装置に代えて、排ガス中に空気と共
   に可燃分を含有せしめてなる特許請求の範囲第１項記載
   の触媒燃焼装置。
3. （３）前記触媒燃焼器は、溶剤排ガス処理、脱臭、オフ
   ガス処理、焼却炉又はボイラ排ガス処理用のものである
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の触媒燃焼装置。
4. （４）排ガス中に空気のみが含まれる場合には、熱処理
   炉の煙突からバイパスされた排ガス中に空気を混入する
   と共に、触媒層を出た燃焼ガスをダクト及び分岐ダクト
   を介して前記熱処理炉へ帰還させるループを併設した特
   許請求の範囲第１項記載の触媒燃焼装置。