KR100268815B1 - 배기가스 연소방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐 선단이 막혀 연소효율이 저하되는 것을막고, 더욱이 저농도의 배기가스라도 충분히 처리하는 것이 가능한 배기가스 연소방식 및 그 장치를 제공하는 것이다. 연소실에 접속된 배기가스 연소노즐(1)을 사용하여 배기가스를 연소하는 방법이다. 배기가스 연소노즐(1)은 배기가스용 노즐(11)과 그의 외측에 설치된 제1의 연소용 노즐(12)과 그의 외측에 설치된 제2의 연소용 노즐(13)과 그 위에 그 외측에 설치된 공기공급용 노즐(14)등을 지니고 있고, 제1의 연소용 노즐로부터 분출되는 제1의 연소불꽃은 환원불꽃이고, 제2의 연소노즐로 부터 분출되는 제2의 완전연소 불꽃에 의한 장치의 안정 운전이 가능한 것이다.

Description

배기가스 연소방법 및 그 장치

본 발명은 반도체 제조공장등의 반응로로 부터 배출되는 실란가스등의 배기가스를 산화시켜 무해한 가스로 배출하는데 사용되는 배기가스 연소방법 및 그의 장치에 관한 것이다.

반도체 제조공장등의 반응로로 부터 배출되는 실란가스등의 배기가스는 독성이 높고, 특히 실란가스는 공기에 접촉하여 발화되는 성질이 있다. 그러므로 배기가스를 연소실내에 설치된 버너, 노즐, 선단에 의하여 배출하는 경우에, 공기를 불어넣어 연소시키고 산화시켜 무해한 가스로서 연소실로 부터 배출하는 것이 종래부텨 행하여오더 것이다.

그러나 실란가스가 연소할때 대량의 실리카(SiO₂)가 생성된다. 이 실리카는 미세한 분체이고, 통상의 버너노즐을 사용하여 처리하는 것은 노즐세공부에 그 분체가 쌓여 연소불량의 원인이 된다.

그래서 종래의 노즐 선단의 막힘을 방지시키는 기술이 종종 제안되어 왔다. 그 일례는 제5도에 나타낸 것이다. 그 노즐(20)은 실란가스 도입관(21)과 그 외측에 설치된 연료가스 분출판(22)와 그 외측에 설치된 연료가스와 공기와의 혼합가스 분출관(23)등을 지니는 삼중관 구조로 되어 있다. 실란가스 도입관(21)에서 도입된 실란가스를 혼합가스 분출관(23)으로 분출시키고 혼합가스에 의해 형성되는 화염과 접촉시켜 연소시키고, 또한 양자의 사이에 연료가스 분출관(22)으로부터 분출되는 연료가스의 연소에 의한 막을 형성한다. 그것에 의한 실란가스 도입관(21)의 선단부근에 실린가스가 연소하는 것을 방지하고 실란가스가 노즐선단에 부착되는 것을 방지하고 있다. 그러나 이처럼 구성된 노즐은 연소용 공기량이 작을때는 불안전 연소가 발생할 가능성이 있다. 또한 저농도 실란가스가 충분히 제거되지 않는 것이다.

본 발명은 상기 결점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적하는 것은 노즐 선단이 막혀 연소 효율이 저하되는 것을 방지하고, 더욱이 저농도의 배기가스에도 충분히 처리하는 것이 가능한 배기가스 연소방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명에 사용되는 배기가스 연소노즐의 하나의 실시예의 단면도이다.

제2도는 본 발명에 사용되는 배기가스 연소노즐의 하나의 실시예를 표시한 도면이다.

제2(a)도는 그 단면의 모식도이고, 제2(b)도는 그 저면의 모식도이다.

제3도는 본 발명의 배기가스 연소장치의 하나의 실시예의 개략도이다.

제4도는 본 발명에 사용되는 배기가스 연소노즐의 또다른 실시예의 단면도이다.

제5도는 종래의 배기가스 연소노즐을 표시한 도면이다.

제5(a)도는 그 단면의 모식도이고, 제5(b)도는 그 저면의 모식도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 배기가스 연소노즐 2 : 연소실

11 : 배기가스용 노즐 12 : 제1의 연소용 노즐

13 : 제2의 연소용 노즐 14 : 공기공급용 노즐

따라서 본 발명의 배기가스 연소방법은 연소실에 접속된 배기가스 연소노즐을 사용하고, 배기가스를 연소하는 방법이다. 동 배기가스 연소노즐은 동 가스 도입 노즐과 그 외측에 설치된 제1의 연소용 노즐과 그 외측에 설치된 제2의 연소용 노즐과 그 위에 그 외측에 설치된 공기공급용 노즐등을 지니고, 동 제1의 연소용 노즐로 부터 분출되는 제1의 연소불꽃은 노즐 분출구에 있어서는 환원불꽃이 된다. 동 제2의 연소용 노즐로 부터 분출되는 제2의 연소불꽃은 실질적인 완전연소 불꽃이다. 이렇게 함으로서 상기 목적이 달성된다.

가장 좋은 실시형태에 있어서는, 앞에서 말한 배기가스용 노즐로부터 배기가스를 유속 1~8m/sec 로 도입하고, 상기 제1의 연소용 노즐로부터 연소가스 : 공기의 혼합(중량) 비가 1:5 ~1 : 10로 혼합시키고 제1의 혼합가스를 유속 3~5m/sce로 분출시켜 환원불꽃을 형성시킨다. 상기 제2의 연소용 노즐로부터 연소가스 : 공기의 혼합(중량) 비가 1: 14 ~1 : 16로 혼합된 제2의 혼합가스를 유속 5~7m/sec로 분출시켜 완전 연소불꽃을 형성하는 것이 바람직하다.

또한 바람직한 실시형태로서는 상기 제1의 연소용 노즐로 부터의 제1의 연소불꽃에 의한 배기가스용 노즐로부터 도입된 배기가스의 주위에 산소결핍 연소역(환원역)이 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 배기가스 연소장치는 연소실에 배기가스 연소노즐을 접속시킨 배기가스 연소장치가 있고, 동 배기가스 연소노즐은 중심부에 설치된 배기가스 연소용 노즐과 그 외측에 설치된 배기가스용 노즐의 주위에 산소결핍 연소역을 형성시키는 환상의 제1의 연소용 노즐과, 그 외측에 설치된 다수의 소경노즐에 의한 제2의 연소용 노즐과 그위에 외측에 설치된 공기공급용 노즐 등을 포함하여 이러한 모양으로 상기 목적을 달성한다.

제3도에는 본 발명의 배기가스 연소장치의 개략도를 나타낸다. 이 배기가스 연소장치는 개략 원통상으로 형성된 연소실(2)을 지니고, 이 연소실(2)의 상부에 배기가스 연소노즐(1)이 붙어있다. 동 배기가스 연소노즐(1)에는 배기가스 도입관(3), 제1의 혼합가스 도입관(4), 제2의 혼합가스 도입관(5) 및 공기 도입관(6)이 각각 접속되어 있다. 배기가스 연소노즐(1) 부분에 연소시킨 배기가스는, 연소실 (2)의 밑으로 배출되고 외부로 부터 흡입된 공기(8)와 혼합된다. 희석시킨후 플로와르의 흡입에 의한 배기로(9)를 통한 장치 밖으로 이송한다. 연소에 의해 생성된 실리카 등의 연소 생성물은 외부로부터 흡입된 공기와 같이 배기로(9)를 통해 장치 밖으로 배출된다.

상기 배기가스 연소노즐(1)은 제1도 및 제2도에 나타난 것 처럼, 중앙에 위치한 배기가스용 노즐(11)과 그 외측에 설치된 환상의 제1의 연소용 노즐(12)과 그의 외측 주위에 설치된 제2의 연소용 노즐(13)과 그위에 그 외측에 설치된 공기공급용 노즐(14)등을 함유한다. 배기가스용 노즐(11)은 원통상에 형성되고, 상기 배기가스 도입관(3)에 접속되고 있다. 실란가스등의 배기가스는 배기가스용 노즐(11)로 부터 밑으로 향하여진 배기가스 연소노즐(1) 안에 도입된다. 배기가스용 노즐(11)부터 도입된 배기가스의 유속은 1~8m/sec가 바람직하다. 이 경우 배기가스의 유속을 비교적 빠르게 하는 경우 실리카등의 실란가드의 연소생성물이 배기가스용 노즐(11) 선단에 부착되는 것을 유효하게 방지하는 것이 가능하다.

상기 제1의 연소용 노즐(12)는 상기 제1의 연료와 공기와의 혼합가스 도입관(4)에 접속되고 제1의 혼합가스가 제1의 연소용 노즐(12)에 의해 분출된다. 제1의 연소용 노즐(12)에 의해 분출된 제1의 혼합가스에 의한 연소불꽃이 가능하다. 이 연소불꽃은 산소결핍 불꽃이다.

제1의 혼합가스의 조성은 예를들면 연료가스 : 공기의 혼합(중량) 비를 1 : 5 ~ 1 : 10 (단 완전 연소시는 1 : 15)로 하는 것이 바람직하고, 이 경우는 산소결핍 연소에 의한 환원연소역(燃燒域)을 만든다.

제1의 혼합 가스의 유속범위는 3~5m/sec가 바람직하다.

상기 제2의 연소용 노즐(13)은 제1의 연소용 노즐(12)의 주위에 적당한 간격을 갖고 설치 배치된 복수의 소경노즐을 형성하는 것이 가능하다. 당 소경노즐의 형상은 예를들면 원형, 타원형등이 가능하다. 제2의 연소용 노즐(13)은 제2의 연료와 공기와의 혼합가스 도입관(5)에 접속되어 있다. 제2의 연소용 노즐(13)에 의해 분출된 제2의 연소불꽃은 소위 파일롯트 불꽃이다.

이 혼합가스의 조성은 연료가스 : 공기의 혼합(중량)비를 1 : 14 ~ 1 : 16인 경우가 바람직하다. 이 혼합가스에 의한 완전연소를 행하고 장치의 안전운행을 유지한다. 장치운전중의 안정연소를 유지하기 위해 혼합가스의 유속범위는 5~7m/sec가 바람직하다.

상기 공기공급용 노즐(14)는 제2의 연소용 노즐(13)의 주위에 적당한 간격으로 설치하여 배치된 복수의 노즐을 형성하는 것이 가능하다. 노즐의 형상은 예를 들면 원형, 타원형, 장공 등이 가능하다. 동 공기공급용 노즐(14)는 상기 공기 도입관(6)과 접속되어 있다. 공기공급용 노즐(14)로 부터 충분한 연소용 공기를 분출하는 연소범위에 의해 완전연소시키기 위해 산소를 공급한다. 또 그림중 a는 환원연소역을 표시하고 b는 완전연소역을 표시한다.

이하 본 발명의 작용을 설명한다.

배기가스 연소장치의 배기가스 연소노즐(1)에 설치된 배기가스용 노즐(11)부터 실란가스 드의 배기가스가 배기가스 연소노즐(1) 안에 도입되고, 제1의 연소용 노즐(12)부터 산소결핍 상태의 제1의 연소불꽃이 분출된다. 제2의 연소용 노즐에 있어서, 파일롯트 불꽃이 상시 연소되고 그 위에 공기공급용 노즐(14) 부터 충분한 공기가 공급되면 제1도에 표시한 것처럼 제1의 연소용 노즐(12) 부터 분사된 제1의 연소불꽃은 환원불꽃이기 때문에 그 부분에 배기가스가 실질적인 연소하는 것이 아니다. 실란가스의 연소생성물인 실리카가 배기가스용 노즐(11)의 선단부, 제1 및 제2의 연소용 노즐(12, 13)의 선단에 부차착되고 막히는 것이 발생하지 않는다.

한편으로는 제2의 연소용 노즐(13)에는 이론 공기량과 혼합된 연료가스에 의한 장치 운전중의 안정한 불꽃의 상태를 유지한다. 요컨데 실화가 발생하지 않는다. 공기공급용 노즐(14)로 부터의 충분한 연소공기에 의해 제1의 연소용 노즐(12)로 부터 혼합가스의 미연가스 및 배기가스 노즐(11)로 부터의 실란가스 등의 배기가스는 완전 연소된다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다.

[실시예]

제4도에 나타난 바와 같이, 배기가스 연소노즐(1)은 배기가스노즐(11)과 환상의제1의 연소용 노즐(12)와 제2의 연소용 노즐(13)과 공기공급용 노즐(14)등을 함유한다. 배기가스용 노즐(11)의 선단은 제1의 연소용 노즐(12) 및 제2의 연소용 노즐(13)의 선단으로 부터 밑으로 돌출되어 있다. 제2의 연소용 노즐(13)은 경사면(16)을 지니고 당 경사면(16)에 설치된 노즐에 의해 구성되어 있다. 공기공급용 노즐(14)도 내측에 경사면(17)을 지니고, 그 경사면(17)에 설치된 노즐에 의해 구성되고 있다. 이 노즐의 위치는 대개 배기가스 노즐(11)의 선단부(11a)와 대개 동일한 밑부분에 위치한다.

이러한 구성의 배기가스 연소노즐(1)에 있어서, 배기가스용 노즐(11)로부터 농도 약 0.5~100%의 실란가스를 유속 1~8m/sec로 노즐(1)의 내부에 도입하고 제1의 연소용 노즐(12)로 부터 제1의 혼합가스(연료가스 : 공기의 혼합비가 중량비로 1 : 10 이다)를 유속 3m/sec로 분출시키고, 제2의 연소용 노즐(13)로부터 제2의 혼합가스(연료가스 : 공기의 혼합비가 중량비로 1 : 15 이다)를 유속 7m/sec로 분출시키고, 공기공급용 노즐(14)로부터 충분한 공기를 분출하는 것에 의하여, 실란가스를 연소시킨다.

연소를 15일간 행한 결과, 각 가스노즐의 실리카의 부착은 발견되지 않았다. 연소실(2)안의 온도는 250~400℃ 이었다.

본 발명에 따르면 배기가스 연소노즐부를 4층의 구조로 하고 배기가스용 노즐부분에는 환원불꽃 막에 의한 실란가스의 연소를 억제시키고, 배기가스용 노즐로부터 분리된 부분에 환원불꽃에 의해 얻어지는 고온도 및 연소용 공기에 의한 실란가스를 완전 연소시키는 것처럼, 실란가스의 농도에 관계없이 실란가스를 완전 연소시켜 제거하는 것이 가능하다.

상기 환원연소역에는 실란가스가 연소되지 않기 때문에 실란가스의 연소 생성물인 실리카가, 배기가스용 노즐의 선단부등 파일롯트 가스용 노즐에 있는 제2 연소용 노즐의 선단부, 메탄가스용 노즐에 있는 제1 연소용 노즐의 선단부에 부착되지 않는다. 결국 제2 연소용 노즐에 이론공기량과 혼합된 연소가스가 공급되어지기 위해 착화원인 파일롯트불꽃은 항상 안정 연소가 유지 가능하도록 장치 안전운전이 가능하다.

Claims (3)

1. 연소실에 접속되어진 배기가스용 연소노즐과 그 외측에 설치된 제1의 연소용 노즐과 그 외측에 설치된 제2의 연소용 노즐 및 그 위에 그의 외측에 설치된 공기공급용 노즐을 지닌 배기가스 연소노즐을 사용하여 배기가스를 연소하는 방법에 있어서, 상기 제1의 연소용 노즐은 제1의 연료와 공기와의 혼합 가스 도입관에 접속되어진 노즐이고 제1의 연소용 노즐로부터 분출된 제1의 연소불꽃은 환원불꽃이고, 상기 제2의 연소용 노즐은 제2의 연료와 공기와의 혼합 가스 도입관에 접속되어진 노즐이고 제2의 연소용 노즐로부터 분출된 제2의 연소불꽃은 실질적으로 완전 연소불꽃인 배기가스의 연소방법으로, 상기 제1의 연소용 노즐로부터 제1의 연소불꽃에 의한 배기가스용 노즐로부터 연소실에 도입되는 배기가스의 주위에 산소결핍 연소역이 형성됨을 특징으로 하는 배기가스의 연소방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 배기가스 노즐로부터 배기가스를 유속 1~8m/sec의 속도로 도입시키고 상기 제1의 연소용 노즐로부터 연료가스 : 공기의 혼합(중량) 비가 1 : 3 ~ 1 : 10 혼합된 제1의 혼합 가스를 유속 3~5m/sec로 분출시켜 환원불꽃을 형성시키고, 상기 제2의 연소용 노즐로부터 연료가스 : 공기의 혼합(중량) 비가 1 : 14 ~ 1 : 16이 되도록 혼합하여 제2의 혼합가스를 유속 5~7m/sec 속도로 분출시켜 완전 연소불꽃을 형성시킴을 특징으로 하는 배기가스의 연소방법.
3. 연소실에 배기가스 연소노즐을 접속시킨 배기가스 연소장치에 있어서, 동 배기가스 연소노즐은 중심부에 설치된 배기가스용 노즐과 그 외측에 설치된 배기가스용 노즐의 주위에 산소결핍 연소역을 형성시켜 얻고, 제1의 연료와 공기와의 혼합 가스 도입관에 접속되어진 환상의 제1의 연소용 노즐과, 그 외측에 설치된 다수의 소경노즐로 된 제2의 연료와 공기와의 혼합 가스 도입관에 접속되어진 제2의 연소용 노즐 및 그 위에 외측에 설치된 공기 공급용 노즐을 포함함을 특징으로 하는 배기가스의 연소장치.

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