KR100500787B1

KR100500787B1 - 연소식유해물질제거장치

Info

Publication number: KR100500787B1
Application number: KR10-1998-0701797A
Authority: KR
Inventors: 후미타카 엔도; 마야 야마다; 슈이치 고세키; 도시오 스와; 신이치 미야케; 아키히코 닛타
Original assignee: 다이요 닛산 가부시키가이샤
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2005-10-04
Also published as: JPH10110926A; WO1998006978A1; KR19990044548A; TW342437B; US5957678A

Abstract

유해성분을 포함한 피처리가스를 연소버너(3)를 통하여 연소챔버(1)안으로 분출시켜 연소 또는 열분해시킴으로써 유해물질 제거를 행하는 연소식 유해물질 제거장치이다. 상기 연소버너(3)는, 상기 피처리가스를 분출하는 피처리가스 노즐(32a)과, 불활성가스를 분출하는 리프트가스 노즐(32b)과, 상기 피처리가스 중의 가연성분을 연소시키는 지연성가스를 분출하는 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐(32c)과, 연료가스를 연소시키는 지연성가스를 분출하는 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)과, 상기 연료가스를 분출하는 연료가스 노즐 (32e)을 가지고 있다.

Description

연소식 유해물질 제거장치

본 발명은 연소식 유해물질 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체나 LCD를 제조하는 장치로부터 배출되는 배기가스 등의 피처리가스 중에 포함된 독성가스, 가연성가스, 부식성가스 등의 유해성분을 연소나 열분해에 의해 무해화하기 위한 가스 처리장치에 관한 것이다.

예를들면, 반도체나 LCD를 제조하는 장치에서는, 가연성 또는 지연성의 유해성분을 포함하는 가스가 배기가스로서 배출되므로, 이들 유해성분의 유해물질 제거(무해화)처리를 행하고 나서 배기가스를 배출할 필요가 있다. 이와 같은 배기가스의 유해물질 제거처리를 행하기 위한 장치의 하나로서, 연소식 유해물질 제거장치가 알려져 있다.

이 연소식 유해물질 제거장치는, 연소챔버를 구비한 연소버너에 의해, 배기가스에 포함된 각종 유해성분을 연소시키거나, 열분해시키거나 하여 유해물질 제거처리를 행하는 것으로, 상기 연소버너로서는, 통상, 배기가스나 지연성가스 등을 분출하는 노즐을 동심형상에 설치한 다중관식 연소버너가 사용되고 있다.

이 다중관식 연소버너는, 예컨대, 중심에 상기 배기가스를 분출하는 배기 가스 노즐과, 이 배기가스 노즐의 바깥둘레에 생성되는 연소화염을 노즐 앞끝단으로부터 이격시키기 위해 리프트가스를 분출하는 리프트가스 노즐과, 이 리프트가스 노즐의 바깥둘레에 상기 배기가스 중의 가연성 성분을 연소시키기 위해 지연성가스를 분출하는 배기가스 연소용 지연성가스 노즐과, 이 배기가스 연소용 지연성가스 노즐의 바깥둘레에 연료가스와 지연성가스의 혼합가스를 분출하는 연소노즐을 가지는 4중관식 연소버너가 사용되고 있다.

그러나, 이 4중관식 연소버너는, 연소노즐로부터 분출하는 연료가스와 지연성가스를 미리 적당한 비율로 혼합하고 나서 버너에 공급하고 있기 때문에, 버너의 화염이 역화할 염려가 있었다. 이 때문에, 역화를 방지하기 위한 장치 등을 설치할 필요가 있어, 비용을 상승시키는 하나의 요인이 되고 있다.

그래서 본 발명의 목적은, 역화를 발생시키지 않고 안정한 연소상태를 얻을 수 있는 구조의 다중관형 연소버너를 구비한 연소식 유해물질 제거장치를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 1 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 2는 제 1 실시형태의 연소식 유해물질 제거장치에 사용되는 연소버너의 단면도이다.

도 3은 도 2의 연소버너의 노즐부를 나타내는 단면도이다.

도 4는 제 1 실시형태의 연소식 유해물질 제거장치에 사용되는 연소버너의 다른 노즐부를 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 2 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 6은 제 2 실시형태의 연소식 유해물질 제거장치에 사용되는 연소버너의 다른 노즐부를 나타내는 단면도이다.

도 7은 제 2 실시형태의 연소식 유해물질 제거장치에 사용되는 연소버너의 또 다른 노즐부를 나타내는 단면도이다.

도 8은 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 3 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 9는 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 4 실시형태예를 나타내는 단면도이다.

도 10은 예비연소챔버의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 11은 예비연소챔버의 또 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

본 발명은, 유해성분을 포함한 피처리가스를 연소버너를 통하여 연소챔버 내로 분출시켜 연소 혹은 열분해시킴으로써 유해물질 제거를 행하는 연소식 유해물질 제거장치의 연소버너를, 상기 피처리가스를 분출하는 피처리가스 노즐과, 이 피처리 가스 노즐 바깥둘레의 상기 불활성가스를 분출하는 리프트가스 노즐과, 이 리프트가스 노즐 바깥둘레의 상기 피처리가스중 가연성분을 연소시키는 지연성가스를 분출하는 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐과, 이 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐 바깥둘레의 연료가스를 연소시키는 지연성가스를 분출하는 연료가스용 지연성가스 노즐과, 상기 연료가스를 분출하는 연료가스 노즐을 가진 다중관형 연소버너로 구성한 것에 있다.

또, 상기 연료가스용 지연성가스 노즐과 상기 연료가스 노즐은, 임의의 안둘레쪽에 위치하고 있어도 좋다.

이 구성에 의해, 연료가스용 지연성가스와 연료가스가 별개의 노즐로부터 분출하므로, 연소버너에 있어서 역화의 발생을 간단한 구조로 방지할 수 있고, 배기 가스의 연소 유해물질 제거처리를 안전하게 안정한 상태로 행할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 연소버너를, 연소챔버보다 작은 용적의 예비연소챔버를 통하여 상기 연소챔버에 장착함으로써, 피처리가스에 포함된 유해성분의 연소 또는 열분해가 효율적으로 행해질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 연료가스용 지연성가스 노즐로부터 분출하는 지연성가스의 유속을, 상기 연료가스 노즐로부터 분출하는 연료가스의 유속과 동등 이상의 유속으로 함으로써, 양 가스의 혼합연소를 한층 효율적으로 행할 수 있고, 그 화염으로 중심부의 유해성분이 연소한 화염을 감싸는 것에 의해, 유해물질 제거처리효과를 높일 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 예비연소챔버를 통해 연소챔버에 장착한 상기 연소버너의 피처리가스 노즐, 리프트가스 노즐 및 피처리가스 연소용 지연성 가스 노즐의 앞끝단을, 연료가스용 지연성가스 노즐 및 연료가스 노즐의 앞끝단보다 돌출시킴으로써, 예비연소챔버의 안둘레벽과 연소버너의 돌출부 사이에서 연료가스와 연료가스용 지연성가스가 충분히 혼합하기 때문에, 피처리가스 유량이 변동하더라도, 연소버너에 의한 화염이 보다 안정하여, 연소에 의해 생성되는 분말이 예비연소챔버의 안둘레벽에 부착하지 않는다. 따라서, 피처리 가스를 안정한 상태로 안전하게 처리할 수 있고, 유해물질 제거장치의 유지관리의 횟수가 적어져 장치의 가동율이 향상한다.

또한, 본 발명은 상기 연료가스용 지연성가스 노즐과 상기 연료가스 노즐의 앞끝단부를, 역 V 자형상으로 형성하고, 각각의 노즐의 분출구를 역 V 자형상홈벽의 양변에 대향배치함으로써, 양변의 각도를 가스 유속 등에 따라 적당히 설정할 수 있으므로, 양 노즐로부터 분출하는 연료가스용 지연성가스 및 연료가스의 확산상태를 조절할 수 있고, 보다 바람직한 혼합연소상태를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 연소챔버의 바깥둘레부에, 상기 연소버너에 도입하는 가스의 적어도 일부의 가스를 예열하는 가스 예열경로를 설치함으로써, 연소에 의해 발생한 열을 간단한 장치구성으로 효율적으로 이용할 수가 있고, 장치의 공간을 줄이고, 저비용을 도모할 수 있다. 또, 예열되는 가스에 의해 연소실을 냉각할 수도 있고, 또한, 열회수에 의해 연료사용량의 감소도 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 도 1∼도 3에 나타내는 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 1 실시형태를 설명한다.

이 연소식 유해물질 제거장치는, 연소챔버(1)와, 이 연소챔버(1)의 상부에 설치한 예비연소챔버(2)와, 이 예비연소챔버(2)에 장착한 연소버너(3)를 구비하고 있다.

상기 연소챔버(1)는 통상의 금속재료 등으로 형성된 원통형상의 바깥둘레벽(11)과, 다공성재료로 형성된 원통형상의 안둘레벽(12)을 동축상에 배치한 2중벽구조로 형성되어 있다.

상기 바깥둘레벽(11)에는, 상기 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(12)의 사이에 형성되는 공간(13)내에 압축공기 등의 압력유체를 도입하는 유체노즐(14)이 설치되어 있다. 상기 바깥둘레벽(11)의 내면에는, 상기 유체노즐(14)의 앞끝단에 대향하는 버플판(15)이 설치되어 있다. 이 버플판(15)은 유체노즐(14)로부터 도입되는 압력유체를 상기 공간(13)내로 확산하기 위한 것이다.

상기 연소챔버(1)는 상기 공간(13)내로, 상기 유체노즐(14)로부터 압력유체를 도입하고, 이 압력유체를 안둘레벽(12)을 형성하는 다공성재료의 기공을 통해 안둘레벽(12)의 안쪽으로 분출시킴으로써, 안둘레벽(12)의 내면으로의 분말형상체의 부착을 방지할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 피처리 가스의 연소처리에 의해 분말형상의 고체산화물이 생성하거나, 피처리가스 중에 분말형상물이 동반될 경우에도 이들의 분말형상물이 안둘레벽(12)의 내면에 부착하여 연소를 방해하는 일이 없으므로, 장기간에 걸쳐 안정한 상태로 연소 처리를 행할 수 있다.

상기 연소챔버(1)의 둘레벽 상부에는, 착화용의 파일럿버너(16)가 바깥둘레벽(11)및 안둘레벽(12)을 관통하여 설치되어 있다. 이 파일럿버너(16)는, 통상의 점화플러그가 부착된 것으로서, 연료가스와 지연성가스, 예컨대 프로판가스와 공기를 혼합한 가스를 점화플러그로 점화하여 연소시키고, 이로써 얻어진 화염으로 상기 연소버너(3)로부터 분출하는 연료가스를 착화하는 것이다.

상기 연소챔버(1)의 하부 개구(17)는, 연소가스를 냉각하기 위한 냉각수 분출용의 스프레이 노즐(18)을 구비한 챔버(19)를 통해 배기처리장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다.

상기 예비연소챔버(2)내의 하부는, 상기 연소챔버(1)내의 상부로 연이어 통하고 있다. 상기 예비연소챔버(2)내의 용적은, 상기 연소챔버(1)내의 용적보다도 작게 형성되어 있다.

상기 연소버너(3)는 5개의 관체(31a, 31b, 31c, 31d, 31e)를 동축상에 배치한 5중관구조로 형성되어 있다. 중심의 관체(31a)의 내부공간 및 각 관체 사이의 공간은, 각각 가스 유로가 된다. 각 관체의 앞끝단에는, 중심으로부터 차례로, 유해성분을 포함한 피처리가스를 분출하는 피처리가스 노즐(32a)과, 리프트가스로서 사용하는 불활성가스를 분출하는 리프트가스 노즐(32b)과, 상기 피처리가스 중의 가연성분을 연소시키기 위한 지연성가스를 분출하는 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐(32c)과, 연료가스를 연소시키는 지연성가스를 분출하는 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)과, 상기 연료가스를 분출하는 연료가스 노즐(32e)이 형성되어 있다.

상기 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)과 연료가스 노즐(32e)에는, 스페이서를 겸하는 링형상의 노즐부재(33)가 장착되어 있고, 연료가스용 지연성가스 및 연료가스는, 이 노즐부재(33)에 형성된 각각의 분출구(33a, 33b)로부터 분출한다. 이 분출구(33a, 33b)는, 링형상으로 형성된 슬릿 혹은 둘레형상으로 배치된 다수의 홀이다.

상기 중심의 관체(31a) 기초끝단에는 막음부재(34a)가 설치되고, 또, 각 관체(31b, 31c, 31d, 31e)의 기초끝단에는, 각 관체 사이에 형성되는 가스 유로의 후단을 밀폐시킴과 동시에, 각 관체를 소정 간격으로 유지하기 위한 링형상의 막음 부재(34b, 34c, 34d, 34e)가 설치된다. 또한, 각 관체의 중간부에도, 필요에 따라 간격유지용의 스페이서(35)가 장착되어 있다.

상기 관체(31a)의 기초부쪽에는 피처리 가스유로(36a)에 피처리가스를 공급하기 위한 피처리가스 공급관(37a)이, 상기 관체(31b)의 기초부쪽에는 리프트 가스 유로(36b)에 불활성가스를 공급하기 위한 리프트가스 공급관(37b)이, 상기 관체(31c)의 기초부쪽에는 피처리가스 연소용 지연성가스 유로(36c)에 피처리가스 연소용 지연성가스를 공급하기 위한 피처리가스 연소용 지연성가스 공급관(37c)이, 상기 관체(31d)의 기초부쪽에는 연료가스용 지연성가스 유로(36d)에 연료가스용 지연성가스를 공급하기 위한 연료가스용 지연성가스 공급관(37d)이, 상기 관체(31e)의 기초부쪽에는 연료가스 유로(36e)에 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급관(37e)이 각각 설치되어 있다. 또한, 상기 관체(31a)의 기초부쪽에는 보조연료공급관(37f)이 설치되어 있다. 이 보조연료공급관(37f)은, 피처리가스 중에 포함된 가연성 분량이 낮을 때에, 피처리가스 중에 수소 등의 가연성가스를 공급하기 위해 필요에 따라 설치된 것이다.

상기 연소버너(3)의 몸통부에는, 이 연소버너(3)를 상기 예비연소챔버(2)에 부착할 때 사용하는 플랜지(38)가 설치되어 있다. 이 연소버너(3)는, 상기 연소챔버(1)의 상부 중앙에 상기 예비연소챔버(2)를 통해 부착된다.

그리고, 이와 같이 구성된 유해물질 제거장치로, 피처리가스로서 유해성분을 포함한 피처리가스의 연소유해물질 제거처리를 행할 때는, 상기 연소버너(3)의 피처리가스 노즐(32a)로부터 처리 대상이 되는 피처리가스를, 리프트가스 노즐(32b)에서 질소나 아르곤 등의 불활성가스를, 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐(32c)에서 공기나 산소가스 등의 산소함유가스를, 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)에서 마찬가지로 산소함유 가스를, 그리고, 연료가스 노즐(32e)에서 프로판가스나 천연가스, 수소 등의 연료가스를 각각 분출시키고, 상기 파일럿버너(16)의 화염으로 착화시킨다.

이 때, 상기 연소버너(3)는 연료가스와 연료가스용 지연성가스가 별개의 노즐로부터 분출하여 연소하도록 형성되어 있으므로, 종래와 같이 미리 연료가스와 연료가스용 지연성가스를 혼합하여 노즐로부터 분출시켰을 때와 같은 역화를 발생시키는 일이 없고, 역화를 방지하기 위한 장치 등을 설치할 필요가 없기 때문에, 장치 비용의 감소가 도모된다. 또, 연료가스용 지연성 가스와 연료가스의 공급 및 분출위치관계를 역으로 해서, 연료가스 노즐을 안둘레쪽에, 연료가스용 지연성가스 노즐을 바깥둘레쪽에 설치하여도, 마찬가지의 역화방지효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 예비연소챔버(2)를 설치함으로써, 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)과 연료가스 노즐(32e)로부터 분출한 연료가스용 지연성가스와 연료가스를 효율적으로 혼합시켜 연소시킬 수 있다. 특히, 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)로부터 분출하는 연료가스용 지연성가스의 유속을, 연료가스 노즐(32e)로부터 분출하는 연료가스의 유속과 동등 이상, 바람직하게는 3∼10배의 유속으로 함으로써, 양 가스의 혼합연소를 더욱 효율적으로 행할 수 있고, 그 화염으로 중심부의 유해성분이 연소한 화염을 감싸는 것에 의해, 유해물질 제거처리효과를 높일 수 있다.

다음에, 도 1에 나타낸 제 1 연소식 유해물질 제거장치에 사용되는 연소버너의 다른 형태를 도 4로부터 설명한다.

도 4에 나타내는 연소버너(3)는, 연료 가스용 지연성가스 노즐(32d) 및 연료가스 노즐(32e)의 분출구를, 역 V 자형상 홈벽(41)의 양변에 대향배치한 것이다. 즉, 노즐부재(33)의 앞끝단면에 역 V 자형상 홈벽(41)을 형성하고, 그 안둘레쪽의 변(42a)에, 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)의 분출구(33a)를, 그 바깥둘레쪽의 변(42b)에, 연료가스 노즐(32e)의 분출구(33b)를 각각 설치하고 있다. 이 연소버너의 그 외의 구성은, 도 1∼도 3에 나타내는 연소버너의 구성과 실질적으로 동일하다.

그리고, 양변(42a, 42b)의 각도를 가스 유속 등에 따라 적당히 설정함으로써, 양 노즐(32d, 32e)로부터 각각 분출하는 연료가스용 지연성가스 및 연료가스의 확산상태를 조절할 수 있어, 보다 바람직한 혼합연소상태를 얻을 수 있다.

다음에, 도 5에 나타낸 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 2 실시형태를 설명한다.

이 연소식 유해물질 제거장치도, 도 1에 나타낸 제 1 실시형태의 연소식 유해물질 제거장치와 마찬가지로, 연소챔버(1)와, 이 연소챔버(1)의 상부에 설치한 예비연소챔버(2)와, 이 예비연소챔버(2)에 장착한 연소버너(3)를 구비하고 있다.

이 실시형태의 연소챔버(1)는, 다공성재료로 형성된 원통형상의 안둘레벽, 유체 노즐 및 버플판을 생략한 것으로, 그 외의 구성은, 도 1에 나타난 연소챔버와 동일하다.

또한, 이 실시형태의 예비연소챔버(2)는, 바깥쪽에 원통형상으로 형성된 냉각재킷(21)이 설치되어 있고, 이 냉각재킷(21)에 냉각수를 유통시킴으로써, 예비연소챔버(2)의 둘레벽(22)을 냉각한다.

또한, 이 실시형태의 연소버너(3)는, 피처리가스 노즐(32a), 리프트가스 노즐(32b) 및 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐(32c)의 앞끝단이, 연료가스용 지연성가스 노즐(32d) 및 연료가스 노즐(32e)의 앞끝단보다 돌출하고 있다. 즉, 도 1∼도 3에 나타나는 연소버너의 피처리가스 노즐 및 리프트가스 노즐을 연장함과 동시에, 노즐부재(33)의 앞끝단에 원통형부품(51)을 접속하고, 피처리 가스연소용 지연성가스 노즐(32c)을 연장시킨다. 이 원통형부품(51)의 바깥지름은, 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)의 안지름과 동일하다. 상기 연소버너(3)의 그 외의 구성은, 도 4에 나타낸 연소버너와 마찬가지이다.

이 피처리가스 노즐(32a), 리프트가스 노즐(32b) 및 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐(32c)의 돌출량은, 5 mm이상, 바람직하게는 20 mm 이상으로서, 예비연소챔버(2)로부터 돌출하지 않은 길이 이다.

이와 같이 연소버너(3)를 구성하면, 예비연소챔버(2)의 안둘레벽과 원통형부품(51)의 사이에서 연료가스와 연료가스용 지연성가스가 충분히 혼합하기 때문에, 연소버너에 의한 화염이 보다 안정하고, 연소에 의해 생성되는 분말이 예비연소챔버(2)의 안둘레벽에 부착하지 않는다.

따라서, 피처리 가스를 안정한 상태로 안전하게 처리할 수 있고, 또한, 유해물질 제거장치의 유지관리의 횟수가 적어져 장치의 가동율이 향상한다.

연료가스용 지연성가스 노즐(32d) 및 연료가스 노즐(32e)의 앞끝단은, 도 4의 연소버너와 마찬가지로 역 V 자형상 홈벽(41)을 형성하면 보다 바람직하지만, 도 1∼도 3의 연소버너와 같이 편평하게 형성해도 좋다.

한편, 도 1∼도 3, 도 4 및 도 5의 연소버너는, 연료가스 노즐(32e) 및 연료가스 유로(36e)가 연료가스용 지연성가스 노즐(32d) 및 연료가스용 지연성 가스 유로(36d)의 바깥쪽에 설치되어 있지만, 연료가스 노즐(32e) 및 연료가스 유로(36e)를 연료가스용 지연성가스 노즐(32d) 및 연료가스용 지연성가스 유로(36d)의 안쪽에 설치하여도 아무런 지장은 없다.

도 6에 나타내는 연소버너(3)는, 원통형상부품(51)의 바깥지름(D1)을, 연료가스용 지연성가스의 분출구(33a)의 안지름(D2)보다도 약간 작게 한 것이며, 도 7에 나타내는 연소버너(3)는, 상기 바깥지름(D1)을 상기 안지름(D2)보다 약간 크게 한 것이다. 이들의 연소버너의 그 외의 구성은, 도 5에 나타내는 연소버너와 마찬가지이다.

이와 같이, 원통형부품(51)의 바깥지름(D1)을, 연료가스용 지연성가스의 분출구(33a)의 안지름(D2)보다도 약간 작게 하거나 크게 함으로써, 연료가스 노즐(32e)을 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)의 바깥쪽에 설치한 경우에, 원통형부품(51)이 연소버너에 의한 화염으로 덥혀져 붉게 달아오름을 방지할 수 있다.

예를 들면, 연소버너의 바깥지름을 89 mm, 연료가스용 지연성가스의 분출구(33a)의 안지름(D2)을 71 mm, 원통형부품(51)의 돌출길이를 60 mm로 한 연소버너에 있어서, 상기 안지름(D2)에 대하여, 원통형부품(51)의 바깥지름(D1)을 2 mm 이내의 범위로 작게 하거나, 1 mm 이내의 범위로 크게 함으로써, 원통형부품(51)의 붉게 달아오름을 방지할 수 있다.

한편, 도 6 및 도 7에 나타내는 연소버너도, 연료가스용 지연성가스 노즐 (32d) 및 연료가스 노즐(32e)의 앞끝단을, 도 1∼도 3의 연소버너와 마찬가지로 편평하게 형성하여도 좋다. 또한, 이들 연소버너도, 연료가스 노즐(32e)을 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)의 안쪽에 설치하여도 어떤 지장은 없다.

다음에, 도 8에 나타내는 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 3 실시형태를 설명한다.

이 연소식 유해물질 제거장치도, 도 1에 나타낸 제 1 실시형태의 연소식 유해물질 제거장치와 같이, 연소챔버(1)와, 이 연소챔버(1)의 상부에 설치한 예비연소챔버(2)와, 이 예비연소챔버(2)에 장착한 연소버너(3)를 구비하고 있다.

이 실시형태의 연소챔버(1)는, 원통형상의 바깥둘레벽(11)과 원통형상의 안둘레벽(61)을 동축상에 배치한 2중벽구조로 형성하고, 상기 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(61)과의 사이에 형성되는 공간을 가스예열경로(62)로 한 것이다. 상기 바깥둘레벽(11) 및 안둘레벽(61)은, 통상의 금속재료 등을 사용하고 있다. 상기 가스예열경로(62)에는, 이 가스예열경로(62)에 피처리가스 연소용 지연성가스를 도입하는 피처리가스 연소용 지연성가스 도입관(63)과, 연소버너(3)의 피처리가스 연소용 지연성가스 유로에 예열된 피처리가스 연소용 지연성가스를 공급하기 위한 피처리가스 연소용 지연성가스 공급관(37c)이 각각 접속되어 있다. 상기 연소챔버(1)의 둘레벽에는, 안둘레벽(61)의 내면에 부착하는 분말형상체를 제거하기 위한 스프레이노즐(64)이 바깥둘레벽(11) 및 안둘레벽(61)을 관통하여 설치되어 있다.

한편, 상기 연소챔버(1)의 그 외의 구성, 예비연소챔버(2) 및 연소버너(3)의 구성은, 도 1에 나타낸 것들과 대략 동일하다.

도 9에 나타낸 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 4 실시형태는, 도 8에 나타낸 제 3 실시형태의 연소챔버(1)에 있어서 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(61) 사이의 공간에 간막이판(65)을 설치하고, 가스예열경로(62a, 62b)를 형성한 것이다. 상기 가스예열경로(62a)에는, 이 가스예열경로(62a)에 피처리 가스를 도입하는 피처리가스 도입관(66)과, 연소버너(3)의 피처리 가스유로에 예열된 피처리가스를 공급하기 위한 피처리가스 공급관(37a)이 각각 접속되어 있다. 상기 가스예열경로(62b)에는, 도 8의 제 3 실시형태와 마찬가지로, 피처리가스 연소용 지연성가스 도입관(63)과, 피처리가스 연소용 지연성 가스 공급관(37c)이 각각 접속되어 있다. 제 4 실시형태의 연소식 유해물질 제거장치의 그 외의 구성은, 제 3 실시형태와 대략 동일하다.

이와 같이, 제 3 및 제 4 실시형태에서는, 연소처리에 의해 발생한 열로 피처리가스나 피처리가스 연소용 지연성가스를 예열하고 나서 연소버너(3)에 공급함으로써, 피처리가스의 연소를 촉진할 수 있고, 연료의 절감을 꾀하면서 연소 온도를 올려 확실한 유해물질 제거처리를 행할 수 있다. 또한, 이들 가스로 연소챔버(1)의 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(61)을 냉각할 수 있으므로, 장치 외부가 고온이 되는 일이 없고, 안전성의 향상도 도모할 수 있다. 또한, 가스예열경로를 연소챔버(1)의 바깥둘레부에 일체적으로 형성하였으므로, 종래의 독립적인 열교환기를 설치하는 것에 비하여 저비용이며, 설치 스페이스의 문제도 거의 없다.

또한, 피처리 가스를 연소처리할 때에 생성한 고체산화물 등의 분말형상체가 연소챔버의 안둘레면에 부착하면, 연소챔버가 좁아져 연소 효율이 저하할 뿐만 아니라, 열전도 효율이 저하하여 예열효율 등도 낮아지지만, 상기 분말형상체 제거용의 스프레이노즐(64)로부터 공기나 물 등을 적절히 스프레이하여 분말형상체를 제거함으로써, 장시간에 걸쳐 효율적인 연소 유해물질 제거처리를 안정한 상태로 계속시킬 수 있다.

또한, 예열효율을 향상시키기 위해서, 안둘레벽(61)의 바깥둘레면에 핀 등을 설치하여 전열면적을 확대시키도록 하여도 좋다. 또, 가스예열경로는, 바깥둘레벽(11)의 바깥둘레에 관체를 감도록 하여 형성하여도 좋고, 경로수도 임의로 선택할 수 있다.

또한, 분말형상체 제거용의 스프레이 노즐(64)은, 연소처리에 의해 분말형상의 고체산화물 등이 연소실 안둘레면에 부착하는 경우에만 설치하면 좋고, 스프레이하는 유체는, 물과 같은 액체라도, 공기나 질소가스 같은 기체라도 좋다.

도 10 및 도 11은, 각각 예비연소챔버의 다른 형태를 나타내는 것이다. 도 10에 나타낸 예비연소챔버(2)는, 앞끝단부의 내벽(23)을 좁힌형상이고, 도 11에 나타낸 예비연소챔버(2)는 앞끝단부의 내벽(24)을 넓힌 형상이다.

이와 같이, 예비연소챔버의 형상은, 연소버너로부터의 각 가스의 분출량이나 속도, 가스의 종류, 노즐의 형상 등에 따라 적당한 형상으로 형성할 수가 있다. 이에 따라, 연소버너의 앞끝단에 형성되는 연료가스의 연소에 의해 발생하는 화염과, 배기가스의 연소에 의해 발생하는 화염과의 관계를 최적의 상태로 하는 것이 가능하여 유해물질 제거효율를 더욱 높일 수 있다. 또한, 예비연소챔버의 길이도, 연소버너의 지름이나 각 가스의 분출량, 속도 등에 따라 적당히 설정할 수가 있지만, 길이가 버너 지름의 1/3보다 짧으면 예비연소챔버의 효과가 충분하지 않고, 길이가 2배 이상으로 되면, 예비연소챔버 자체가 연소챔버의 상태가 되므로 예비연소챔버라고 할 수 없게 된다.

상술의 각 실시형태에 나타낸 바와 같이, 연소식 배출가스 처리장치는, 연소버너(3)를 예비연소챔버(2)를 통해 연소챔버(1)에 부착하는 것이 바람직하지만, 직접 연소챔버(1)에 부착하는 것도 가능하다.

또, 본 발명에 있어서, 부속품을 포함한 연소챔버 및 예비연소챔버의 형상, 구조는, 상기 형태에 한정되는 것은 아니다.

실험예 1

도 1∼도 3에 나타내는 구성의 연소식 유해물질 제거장치를 사용하여 실란의 유해물질 제거처리를 하였다. 연소챔버(1)는 바깥둘레벽(11)을 바깥지름 200 mm의 스테인리스강으로 형성하고, 안둘레벽(12)을 바깥지름 150 mm, 두께 3 mm, 공칭 여과정밀도 100μm의 스테인리스강제 소결금속으로 형성하였다. 연소챔버(1)의 높이는 300 mm이다. 연소버너(3)의 바깥지름은 약 90 mm이며, 예비연소챔버(2)의 연소버너(3)의 앞끝단으로부터의 길이는 55 mm으로 하였다. 한편, 예비연소챔버(2)는, 도 5에 나타낸 냉각재킷 부착인 것을 사용하였다.

연소버너(3)에는 피처리가스 유로(36a)에 실란(SiH4) 3%를 포함한 질소가스(N₂)를 매분 150 리터로, 리프트가스 유로(36b)에 질소가스(N₂)를 매분 10 리터로, 피처리 가스연소용 지연성가스 유로(36c)에 공기를 매분 100 리터로, 연료가스용 지연성가스 유로(36d)에 공기를 매분 125 리터로, 연료가스 유로(36e)에 프로판가스(LPG)를 매분 5 리터로 각각 공급하였다.

또한, 파일럿버너(16)에는, 매분 1 리터의 프로판가스와 매분 22 리터의 공기를 혼합한 가스를 공급하였다. 연소챔버(1)의 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽 (12)과의 사이에는, 유체노즐(14)로부터 압력 4 kg/㎠ G의 압축공기를 매분 165 리터로 공급하였다.

상기 조건으로 24시간 연속운전하였지만, 역화는 발생하지 않았다. 또한, 배기 처리장치로부터 배출되는 가스 중의 실란농도는, 운전중 항상 허용농도인 5 ppm의 1/10미만 이었다.

실험예 2

도 5에 나타내는 구성의 연소식 유해물질 제거장치를 사용하여 실란의 유해물질 제거처리를 행하였다. 연소챔버(1)는, 바깥둘레벽(11)을 바깥지름 150 mm의 스테인리스강으로, 높이 300 mm로 형성하였다. 연소버너(3)의 바깥지름은 약 90 mm이고, 피처리가스 노즐(32a), 리프트가스 노즐(32b) 및 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐(32c)의 돌출량은 60 mm이다. 예비연소챔버(2)의 연소버너(3)의 연료가스용 지연성가스 노즐(32d) 및 연료가스 노즐(32e)의 앞끝단으로부터의 길이는 80 mm으로 하였다.

연소버너(3)에는, 피처리가스 유로(36a)에 실란 3%를 포함한 질소가스를 매분 100 리터로, 리프트가스 유로(36b)에 질소가스를 매분 10 리터로, 피처리 가스 연소용 지연성가스 유로(36c)에 공기를 매분 100 리터로, 연료가스용 지연성가스 유로(36d)에 공기를 매분 125 리터로, 연료가스 유로(36e)에 프로판가스를 매분 5 리터로, 각각 공급하며, 파일럿버너(16)에 의해 착화시켰다.

그 후, 피처리가스 유로(36a)에 질소가스를 매분 0∼150 리터의 범위에서 랜덤하게 공급하였으나, 연소버너(3)의 화염은 항상 안정하였다.

또한, 피처리가스 유로(36a)에 질소 가스를 매분 150 리터 공급하면서 연속하여 연소시켰으나, 연소버너(3)의 원통형부품(51)은 붉게 달아 오르지 않았다.

비교예로서, 실험예 2의 장치에 도 2에 나타내는 연소버너(3)를 사용하여 실험예 2와 같은 조작을 한 바, 피처리가스 유로(36a)에 공급하는 질소가스가 매분 40∼60 리터의 범위로, 연소버너(3)의 화염이 불안정하게 되었다.

실험예 3

실험예 2와 같은 연소식 유해물질 제거장치를 사용하여, 피처리가스 유로(36a)에 실란 3%를 포함하는 질소가스를 매분 150 리터로, 리프트가스 유로(36b)에 질소가스를 매분 10 리터로, 피처리가스 연소용 지연성가스 유로(36c)에 공기를 매분 100 리터로, 연료가스용 지연성가스 유로(36d)에 공기를 매분 125 리터로, 연료가스 유로(36e)에 프로판가스를 매분 5 리터로 각각 공급하여, 파일럿버너(16)에 의해 착화시켰다.

상기 조건으로 24시간 연속운전한 후, 연소챔버(1) 내를 점검한 바, 예비연소챔버(2) 및 연소버너(3)에 실란가스의 연소에 의해 생성한 분말은 부착하고 있지 않았다. 또한, 배기 처리장치로부터 배출되는 가스 중의 실란농도는, 운전중 항상 허용농도인 5 ppm의 1/10미만 이었다.

비교예로서, 실험예 2의 장치에 도 2에 나타내는 연소버너(3)를 사용하여 실험예 3과 같은 조작을 한 바, 예비연소챔버(2)의 내면에 최대 5 mm 정도의 분말이 부착하고 있었다. 또한, 연소버너(3)의 연료가스용 지연성가스 노즐(32d)에도 얼마간의 분말이 부착하고 있었다.

실험예 4

도 8에 나타내는 구성의 연소식 유해물질 제거장치를 사용하여 실란의 유해물질 제거처리를 행하였다. 이 연소식 유해물질 제거장치의 연소챔버는, 바깥지름 165. 2 mm의 스테인리스강제의 안둘레벽(61)과, 바깥지름 216. 3 mm의 스테인리스강으로 이루어지는 바깥둘레벽(11)에 의해 형성한 높이 400 mm의 2중벽구조의 것이다. 또한, 가스예열경로(62)와 하부 개구(17)에는, 온도 센서를 각각 장착하였다. 그리고, 가스예열경로(62)에 실란연소용의 공기가 흐르게 하였다.

연소버너(3)에는, 피처리가스 공급관(37a)으로부터 실란 3%를 포함한 질소 가스를 매분 150 리터, 리프트가스 공급관(37b)으로부터 질소 가스를 매분 10 리터, 피처리가스 연소용 지연성가스 공급관(37c)으로부터 가스예열경로(62)를 거친 공기를 매분 100 리터 연료가스용 지연성가스 공급관(37d)로부터 공기를 매분 125 리터, 연료가스 공급관(37e)에서 프로판가스를 매분 5 리터로 각각 공급하고, 파일럿버너(16)에 의해 착화시켰다.

그 결과, 연소챔버의 하부 개구(17)에 있어서의 가스의 온도는 730℃, 가스예열경로(62)내의 온도는 370℃였다. 또한, 연소처리의 계속으로 안둘레벽(61)의 내면에 실란의 연소생성물인 이산화규소의 분말이 부착하였으나, 스프레이노즐(64)에서 압축공기를 간헐적으로 분사함으로써, 연소처리에 영향을 주는 일없이 분말형상체를 제거할 수 있고, 공기의 예열이나 안둘레벽(61)의 냉각에도 영향은 없었다.

비교예로서, 연소챔버를 바깥지름 165. 2 mm, 높이 400 mm의 스테인리스강제 원통체만으로 형성하고, 피처리가스 연소용 지연성가스인 공기를 직접 연소버너에 공급하는 것 외에는, 실험예 4와 같은 조건으로 실란의 유해물질 제거 처리를 하였다. 그 결과, 하부 개구에 있어서 가스의 온도는 710℃, 연소챔버의 둘레벽의 온도는 400℃였다.

Claims

연소챔버와, 상기 연소챔버의 상부에 설치된 예비연소챔버와, 유해성분을 포함하는 피처리가스, 불활성가스, 지연성가스, 연료가스를 상기 연소챔버 내로 분출하는 연소버너를 포함한 연소식 유해물질 제거장치로서,

상기 예비연소챔버는 상기 연소챔버보다 작은 용적으로 형성되며, 상기 연소버너가, 상기 피처리가스를 분출하는 피처리가스 노즐과, 이 피처리가스 노즐 바깥둘레로 상기 불활성가스를 분출하는 리프트가스 노즐과, 이 리프트가스 노즐 바깥둘레의 상기 피처리가스 중의 가연성분을 연소시키는 지연성가스를 분출하는 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐과, 이 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐 바깥둘레의 상기 연료가스를 연소시키는 지연성가스를 분출하는 연료가스용 지연성가스 노즐과, 상기 연료가스를 분출하는 연료가스 노즐을 가진 다중관형 연소버너이며, 상기 다중관형 연소버너는 상기 예비연소챔버를 통해 상기 연소챔버에 장착되어 있는 연소식 유해물질 제거장치.
제 1 항에 있어서, 상기 연료가스용 지연성가스 노즐로부터 분출하는 지연성가스의 유속은, 상기 연료가스 노즐로부터 분출하는 연료가스의 유속과 동등 이상의 유속인 연소식 유해물질 제거장치.
제 1 항에 있어서, 상기 연료가스용 지연성가스 노즐과 상기 연료가스 노즐의 선단부는, 역 V 자형상으로 형성되고, 각각의 노즐의 분출구가, 역 V 자형상 홈벽의 양변에 대향배치되어 있는 연소식 유해물질 제거장치.
제 1 항에 있어서, 상기 연료챔버의 바깥둘레부에, 상기 연소버너로 도입하는 가스의 적어도 일부의 가스를 예열하는 가스예열 경로를 설치한 연소식 유해물질 제거장치.
제 1 항에 있어서, 상기 피처리가스 노즐, 상기 리프트가스 노즐 및 피처리가스 연소용 지연성가스 노즐의 앞끝단은, 상기 연료가스용 지연성가스 노즐 및 상기 연료가스 노즐의 앞끝단보다도 돌출하는 연소식 유해물질 제거장치.
제 5 항에 있어서, 상기 연료가스용 지연성가스 노즐과 상기 연료가스 노즐의 앞끝단부는, 역 V 자형상으로 형성되고, 각각의 노즐의 분출구가, 역 V 자형상 홈벽의 양변에 대향배치되어 있는 연소식 유해물질 제거장치.
제 5 항에 있어서, 상기 연소챔버의 바깥둘레부에, 상기 연소버너로 도입하는 가스의 적어도 일부의 가스를 예열하는 가스예열 경로를 설치한 연소식 유해물질 제거장치.