KR100694903B1 - 폐기가스처리장치 - Google Patents

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Abstract

버너부와, 이 버너부의 하류측에 연소실을 구비하고, 버너부로부터 연소실을 향하여 연소화염을 형성하고, 이 연소화염에 폐기가스를 도입하여 이 폐기가스를 산화분해시키는 폐기가스처리장치에 있어서, 연소실은 섬유강화세라믹재제의 내벽으로 형성되기 때문에 내벽의 내열성, 내식성의 마모가 최소화되고 열응력균열이 또한 감소된다.
따라서, 시스템의 수명이 증가하고, 설비비용 및 가동율이 향상될 수 있다. 또한 내벽이 촉매반응을 하지 않기 때문에, 열에 의한 NOx의 형성이 억제되고 환경을 보존 할 수 있으며 장치의 간소화가 가능하다.

Description

폐기가스처리장치{WASTE GAS TREATING DEVICE}
본 발명은 연소처리될 때 먼지를 발생하기 쉬운 폐기가스처리장치에 관한 것이다. 예를 들면 실란가스(SiH4), 또는 할로겐계 가스(NF3, ClF3, SF6, CHF3, C2 F6, CF4 등)를 포함하는 유해가연성, 또는 난분해성의 폐기가스를 연소처리하기 위한 연소식의 폐기가스처리장치에 관한 것이다.
연소처리되면 먼지를 발생하기 쉬운 폐기가스에는 반도체 제조장치나 액정패널 제조장치로부터의 예를 들면 실란(SiH4)이나 디실란(Si2H6) 등의 유해가연성 가스가 있다. 또 난분해성의 지구온난화가스(PFCs)를 포함하는 가스가 있으나, 이들 폐기가스는 그대로는 인체에 악영향을 미치거나, 지구환경이 변화하므로 대기로 방출할 수 없다. 따라서 이들 폐기가스에 연소되면서 산화에 의해 폐기가스를 무해하도록 하는 전처리시스템을 도입하고 있다. 이 처리방법으로서는 보조연소가스를 사용하여 노내에 화염을 형성하고, 이 화염 내에서 폐기가스가 연소되도록 한다.
이와 같은 연소식 폐기가스처리장치에 있어서 보조연소가스는 수소, 도시가스, LPG 등을 연료가스로서 사용하고, 산화제로서는 산소 또는 공기가 통상 사용되고 있고, 이 장치의 운전비용은 이들의 연소가스나 산화제의 소비에 따르는 비용이 대부분을 차지하고 있다. 따라서 적은 보조연소가스에 의해 얼마나 많은 유해폐기가스를 고효율하에서 분해하는지가 이와 같은 종류의 장치의 성능을 평가하는 척도의 하나로 되어 있다.
종래의 상기 연소식의 폐기가스처리장치에 사용되는 연소기의 일반적인 구성을 도 27 및 도 28에 나타낸다. 이것은 버너부(101)와 그 버너부(101)의 다음 단에서 폐기가스를 가열산화분해시키는 연소반응부(연소실)(102)를 구비하고 있다. 버너부(101)는 연소반응부(102) 내에 처리해야 할 폐기가스(G1)를 도입하기 위해 연소반응부(102)의 천정 중심부에 개구한 폐기가스용 노즐(103)을 구비한다. 이 폐기가스용 노즐(103)은 복수의 보조연소가스용 노즐(104)을 가지고 있고. 보조연소가스용 노즐(104)은 연소반응부(102) 내에 보조연소가스(G2)를 도입하기 위해 폐기가스용 노즐(103)의 바깥 둘레부에 개구된다. 연소가스출구(105)는 전체적으로 연소반응부(102)의 하단에 연결된다. 이에 의하여 폐기가스는 보조연소가스용 노즐(104)로부터 분출되는 보조연소가스(G2)에 의해 고리 모양으로 형성된 화염의 중심부를 거쳐 통과된다. 화염의 중심부를 통과하는 동안에 폐기가스(G1)는 화염과 혼합되어 연소된다. 폐기가스(G1)의 연소에 의한 연소가스는 연소가스출구(105)로부터 외부로 배출하도록 되어 있다.
일반적으로, 연소반응부(102)는 일반적으로 스테인레스계 등의 금속제의 원통형상의 노체(106)의 내벽면(106a)으로 구획 형성되어 있고, 이 노체(106)의 바깥 둘레면에 필요에 따라 열차단용의 단열재를 설치하거나, 또는 수냉하는 구조를 채용하고 있었다.
한편, 현재 지구온난화의 요인으로 되어 있는 플루오로카본계 등의 가스를 분해처리하는 방법으로서는 고온환경에 있어서의 가열분해식 또는 플라즈마 중에서의 분해가 주류로 되어 있다. 이들의 방법을 사용하기 위하여 히터 등의 가열장치나 플라즈마발생장치 및 안전장치 등을 제어하는 복잡한 제어기구를 구비한 분해처리설비에 있어서 가열플라즈마생성을 위해 방대한 에너지를 부여하여 플루오로 카본을 포함하는 가스의 분해처리를 행하고 있다.
그러나 도 27 및 도 28에 나타내는 바와 같은 종래예에 있어서는 연소반응부 (102)가 금속제의 노체(106)로 구성되어 있어, 연소화염형성 시(운전 시)에 1300℃이상의 고온분위기에 노출되기 때문에 노체(106)의 소모가 심하여 장시간의 운전에 견딜 수 없었다. 특히 이 장치에서 할로겐을 포함하는 가스를 분해처리할 때는 처리반응 후에 생성할로겐가스(HCl, HF 등)에 의해 노체가 고온하에서 에칭이나 부식을 받아 심하게 소모된다.
이와 같이 노체(106)가 단시간에 소모되면, 이것을 빈번하게 교환할 필요가 생겨 설비비용이 높아진다. 또한 금속성의 노체가 소모되면 주위의 구조체(단열재, 수냉용기 등)까지 소모가 진행될 위험성이 생기기 때문에 노체의 소모정도를 빈번하게 분해하여 점검할 필요가 있어 설비로서 가동율을 현저하게 저하시키고, 운전비용의 증대를 초래한다.
또한 연소반응부(102)내의 연소화염으로 금속제의 노체(106)의 내벽면이 고온으로 가열되기 때문에 금속의 촉매효과에 의해 열(thermal)NOx의 생성이 조장된다. 예를 들면 반도체 산업 설비 내에 있어서의 이와 같은 종류의 폐기가스 연소설비는 일반적으로 청정룸내에 설치하는 것을 전제로 설계되어 있고, 설비의 소형화를 도모할 필요가 있으나, NOx가 다량으로 생성되면 이것을 처리하는 전용의 처리기구를 별도 구비할 필요가 생겨 결과적으로 소형화할 수 없다.
또 상기한 바와 같이 연소화염을 형성하는 연소기에서는 버너부(101)의 하단에 화염이 형성되는 결과, 스테인리스강 등으로 만들어지는 버너부(101)의 개구부 근방의 온도가 상승하여 버너부(101)에 공급되는 보조연소가스(G2)가 인화폭발하는 등의 위험이 있었다.
또 반도체장치의 제조공정, 특히 CVD 공정 등에서 사용되는 SiH4와 같이 가열분해식의 폐기가스처리장치에서 무해화하면 SiO2 등의 먼지를 발생하는 가스가 있다. 이와 같은 먼지는 폐기가스와 함께 흘러 배관 등의 내벽면에 부착되어 배기 압력 손실을 크게 한다는 문제가 있다. 이 먼지의 배관 등의 내벽면에 대한 부착의 방지방법으로서 종래 청정가스에 의한 불어 내는 방법, 간헐 수동 스크랩핑장치에 의한 스크랩핑방법, 다공질 내벽을 통하여 청정가스를 항상 공급함으로써 먼지의 부착을 방지하는 방법이 있었다.
청정가스에 의한 블로우 오프(blow off)방법은, 배관의 둘레방향 전역에 고정노즐을 설치하고 항상 또는 간헐적으로 청정가스를 분출시켜 먼지를 제거하는 방법이다. 이 방법은 노즐의 장소가 먼지의 부착 위치로부터 멀리 떨어져 있으면 먼지 제거 효과가 저하하여 버린다는 문제가 있어 효과가 저하하지 않도록 다량의 청정가스를 흘리기 위한 청정가스 자체의 비용이 드는 것 뿐만 아니라, 다량의 가스가 흐름으로써 압력손실을 적게 하기 위하여 배관을 굵게 하지 않으면 안된다는 문제가 있었다.
간헐 수동 스크랩핑장치에 의한 스크랩핑방법은 먼지가 크게 성장하고 나서 스크랩핑을 행하게 되기 때문에, 스크랩핑한 큰 먼지덩어리를 저장하여 두는 탱크가 필요하게 된다.
또 다공질 내벽을 통하여 청정가스를 항상 공급함으로써 먼지의 부착을 방지하는 것은, 먼지부착을 막기 위하여 내벽으로부터의 청정가스의 유속을 배관 내 전체에서 유지하기 위해 다량의 청정가스를 공급하여야 하고, 다량의 가스흐름에 의한 압력손실을 적게 하기 위하여 배관을 굵게 하지 않으면 이루어지지 않는다는 문제가 있다.
또 청정가스 자체의 비용이 소요되거나 전처리장치로부터 배출된 가스를 건물내로부터 건물밖으로 배기하기 위한 덕트 등의 설비도 크게 하지 않으면 안된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 고온에 노출되는 연소반응부를 구성하는 내벽의 소모를 억제하여 수명을 향상시키고, 설비비용과 가동효율을 향상시킴과 동시에, NOx의 발생을 억제할 수 있는 폐기가스처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 연소버너의 개구부 근방의 화염에 의한 온도의 상승을 억제하여 보조연소가스의 폭발 등의 위험이 없는 폐기가스처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 배관 내벽면에 부착된 먼지를 확실하게 제거할 수 있고, 청정가스의 분사를 행하는 경우도 청정가스량이 적어도 되는 폐기가스처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 버너부와 그 버너부의 하류측에 설치된 연소실을 구비하고 버너부로부터 연소실을 향하여 연소화염을 형성하고, 그 연소화염에 폐기가스를 도입하여 그 폐기가스를 산화분해시키는 폐기가스처리장치에 있어서, 연소실은 섬유강화 세라믹재재로 만들어진 내벽으로 형성됨으로써 내벽의 열이나 부식에 의한 소모를 최소화하고, 열응력에 의한 균열의 발생도 감소하여 장치의 수명이 향상되어 설비비용과 가동율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 내벽이 촉매효과를 발휘하지 않음으로 열NOx의 발생을 억제하여 환경의 유지와 처리기기의 간략화를 도모할 수 있다. 또 내벽과 외측용기 사이의 공간을 상기 연소실의 압력보다 높은 압력의 퍼지가스분위기로 유지하기 때문에 연소실내의 유해가스가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또 폐기가스처리장치에 있어서, 버너부는 정점부가 폐쇄되고, 하부에 개구ㄹ를 갖는 원통부재를 구비하고, 그 원통부재의 정점부에 폐기가스도입구를 설치함과 동시에, 측벽의 소정의 위치에 공기노즐을 설치하고, 개구 근방의 측벽에 보조연소가스노즐를 설치하여 폐기가스도입구로부터 도입된 폐기가스와 공기노즐로부터 분출된 공기를 혼합함과 동시에, 보조연소가스노즐로부터 분출된 보조연소가스에 착화하여 개구 아래쪽을 향하여 연소화염을 형성하도록 구성하고, 보조연소가스노즐에 연료가스를 도입하는 보조연소가스도입부를 냉각하는 냉각수단을 설치함으로써 보조연소가스도입부가 화염에 의해 가열되더라도 온도상승을 보조연소가스의 발화점 이하로 억제하기 때문에 보조연소가스 등이 폭발할 위험이 없어진다.
또한, 폐기가스처리장치에 있어서, 버너부 및/또는 연소실내벽에 부착된 먼지의 제거 또는 먼지를 부착하지 않도록 하는 먼지제거수단을 설치하여 폐기가스처리장치의 장시간 운전을 가능하게 하였다.
또한, 먼지를 많이 함유하는 가스가 흐르는 배관 내벽에 부착되는 먼지를 제거하는 먼지제거기가 공급된다. 먼지제거기는 배관 내에 설치된 스크래핑 기구를 포함한다. 스크래핑 기구는 배관 내에 배치되어 주축에 배관 길이방향으로 연장되는 막대 형상의 스크랩핑 부재를 설치한 구성으로 되어있다. 먼지제거기는 스크래핑 부재가 배관의 내면에 접촉하거나 미소한 간격을 두고 안 둘레 방향에서 이동할 수 있도록 하기 위해 스크래핑 기구의 주축을 지지하기 위한 지지기구와, 스크래핑 기구를 주축을 중심으로 연속적 또는 주기적으로 요동 또는 회전시키는 구동장치를 더 구비한다. 따라서 깨끗한 공기가 주축과 스크랩핑 부재의 중공(中空)을 통하여 배관 외부로부터 공급되고, 깨끗한 공기가 스크랩핑 부재의 선단 또는 그 표면의 다수의 구멍 또는 슬릿으로부터 분출된다. 결국, 스크랩핑 부재가 닿지 않는 배관내의 먼지를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 스크랩핑 기구 자체에게 부착되는 먼지도 제거할 수 있다.
또 폐기가스처리장치는, 정상부가 폐쇄되고 하부에 개구부를 가진 원통부재를 구비하는 버너부를 포함한다. 원통부재는 그 정점부에 폐기가스 도입구와, 측벽의 소정의 위치에 공기노즐을 가진다. 또한, 원통부재는 개구 근방의 측벽에 보조연소가스노즐을 더 포함한다. 공기노즐은 보조연소가스노즐로부터 주입된 보조연소가스의 착화를 촉진하고, 개구 아래쪽을 향하여 형성된 연소화염에 선회 공기류를 아래쪽을 향하여 분출하도록 배열된다. 따라서, 버너부의 내벽에 먼지가 부착되기가 어렵다.
또한, 배기가스처리장치의 버너부는 정상부가 폐쇄되고, 하부에 개구부를 가진 원통부재를 구비한다. 그리고 그 원통부재의 정상부에 배기가스도입구가 설치되며, 측벽의 소정의 위치에 공기노즐을 설치된다. 원통부재는 개구 근방의 측벽에 보조연소가스노즐을 더 포함한다. 그리고 폐기가스 도입구와 원통부재의 내경은 연소실을 향하여 서서히 커진다. 결과적으로 버너부 내에서 직각부와 같은 각진 부분이 없어져 노즐부의 내벽에 먼지가 부착되기 어렵다.
또한, 폐기가스처리장치의 버너부는 버너부의 하류측에 연소실을 가지고, 그 연소실의 하류측에 연소가스냉각부를 가진다. 버너부, 연소부, 연소가스냉각부는 일체적으로 제공된다. 버너부에는 폐기가스를 유입하는 폐기가스도입구와 선회류를 발생하기 위해 공기를 주입하는 공기노즐이 설치된다. 연소가스냉각부에는 연소실로부터 유입하는 배기가스를 냉각하고 그 배기가스 중의 먼지를 포획하기 위한 액체를 분무하는 액체분무노즐과, 그 배기가스를 배출하기 위한 배기관과, 액체분무노즐에서 분무된 액체를 배액하기 위한 배액관을 설치된다. 폐기가스처리장치를 이와 같이 구성함으로써 폐기가스의 분해처리와, 폐기가스도입구로부터 도입되는 폐기가스 중의 먼지나 HCl이나 HF를 분무노즐로부터 분무되는 액체에 효율적으로 포착·흡수시킬 수 있다.
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도 1은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 폐기가스연소기의 구성을 나타내는 도,
도 2는 도 1의 선 I-I 에 따라 취한 단면도,
도 3은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 구성예를 나타내는 도,
도 4는 도 3의 화살표(A) 방향에서 본 도면,
도 5는 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 구성예를 나타내는 도,
도 6은 도 5의 화살표(D) 방향에서 본 도면,
도 7은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 구성예를 나타내는 도,
도 8은 도 7의 화살표(E) 방향에서 본 도면,
도 9는 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 구성예를 나타내는 도,
도 10은 도 9의 화살표(F) 방향에서 본 도면,,
도 11은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 구성예를 나타내는 도,
도 12는 도 11의 냉각쟈켓의 외관도,
도 13은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 도,
도 14는 도 13의 스크랩핑판의 평면도,
도 15는 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 면,
도 16은 도 15의 II-II 단면 화살표 방향에서 본 단면도,
도 17은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 면,
도 18은 도 17의 Ш- Ш단면 화살표 방향에서 본 단면도,
도 19는 본 발명에 관한 배관내의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 도,
도 20은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치내의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 도,
도 21은 본 발명에 관한 배관내의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 도,
도 22는 본 발명에 관한 배관내의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 도,
도 23은 본 발명에 관한 배관내의 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 도,
도 24는 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 구성예를 나타내는 도,
도 25는 도 24의 화살표(L) 방향에서 본 도면,
도 26은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 구성예를 나타내는 도,
도 27은 종래의 폐기가스처리장치의 구성예를 나타내는 도,
도 28은 도 27의 Ⅳ - Ⅳ 방향에서 본 단면도.
도 1 및 도 2는 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 폐기가스연소기의 구성을 나타내는 도면이고, 도 1은 종단면도, 도 2는 도 1의 I - I 단면도이다. 본 폐기가스연소기는 전체로서 원통형상의 밀폐용기로서 구성되고 상단의 버너부(10)와, 중단의 연소실(연소반응부)(30)로 이루어지고, 하단에 냉각부(51), 배출부(52)를 구비하고 있다. 냉각부(51)의 냉각매체로서는 예를 들면 물 등의 액체나 공기 등의 기체를 사용한다.
버너부(10)는 연소실(30)을 향하여 개구하는 화염유지부(18)를 형성하는 원통부재(11)와, 이 원통부재(11)의 주위를 소정간격 이간하여 포위하는 외통(12)을 가지고 있고, 원통부재(11)와 외통(12)과의 사이에는 연소용 공기를 유지하는 공기실(19)과 예를 들면 수소와 산소의 예비혼합가스의 보조연소가스를 유지하는 보조연소가스실(20)이 형성되어 있다. 이들 공기실(19) 및 보조연소가스실(20)은 각각 공기의 공급원, 가스원에 연통되어 있다(도시 안됨). 여기서 보조연소가스에는 수소, 프로판, 도시가스 등을 사용한다.
화염유지부(18)의 위쪽을 덮는 원통부재(11)의 정상부에는 예를 들면 반도체제조장치로부터 배출된 실란(SiH4) 등을 포함하는 폐기가스(G1)를 화염유지부(18)에 도입하는 폐기가스도입관(14)이 연결되어 있다.
원통부재(11)에는 공기실(19)과 화염유지부(18)를 연통하는 복수의 공기노즐 (15)과, 보조연소가스실(20)과 화염유지부(18)를 연통하는 복수의 보조연소가스노즐(16)이 설치되어 있다. 공기노즐(15)은 도 2에 나타내는 바와 같이 원통부재(11)의 접선방향에 대하여 소정각도를 가지고 연장되어 있고, 화염유지부(18)내에 선회류를 형성하도록 공기를 분출하도록 되어 있다. 보조연소가스노즐(16)도 마찬가지로 원통부재(11)의 접선방향에 대하여 소정각도를 두고 연장되어 있고, 화염유지부(18)내에 선회류를 형성하도록 보조연소가스를 분출하도록 되어 있다. 공기노즐(15), 보조연소가스노즐(16)은 원통부재(11)의 원주방향으로 균등하게 배치되어 있다.
화염유지부(18)와 연소실(30)의 경계부의 주위에는 화염유지부(18)의 개구부를 둘러싸도록 2차 공기실(31)이 형성되어 있고, 그 2차 공기실은 2차 공기를 공급하기 위한 공기 공급원(도시 생략)에 연통되어 있다. 2차 공기실(31)과 보조연소실(30) 사이를 구획하는 칸막이판(32)에는 연소실(30)의 내부에 폐기가스를 산화시키기 위한 2차 공기를 분출하는 2차 공기노즐(33)이 둘레방향에 균등 배치되어 설치되어 있다.
연소실(30)은 버너부(10)의 다음 단계에서 폐기가스를 산화분해시키는 공간이고, 금속 등으로 형성된 기밀한 원통형상의 외측용기(34)의 내부에 화염유지부(18)와 연속하도록 배치된 원통형상의 내벽(35)으로 배치되어 있다. 이 내벽(35)은 뒤에서 설명하는 바와 같이 섬유강화세라믹에 의해 형성되어 있다. 또 내벽(35)과 외측용기(34) 사이의 공간(36)에 다공질 세라믹제의 단열재(37)가 삽입되어 있다. 이 바깥측 용기(34)에는 공간(36)으로 퍼지용의 공기를 도입하는 퍼지공기도입관(40)이 접속되어 있다.
내벽(35)을 구성하는 섬유강화세라믹은 세라믹재로 형성한 섬유를 짜서 천으로 하고, 이것에 바인더가 함유된 세라믹재를 도포하여 이것을 원통형상으로 형성하여 고화한 것으로, 통상 세라믹섬유를 복수매 겹쳐 층형상으로 한다. 이와 같이 세라믹 자체를 세라믹섬유로 강화함으로써 기계적 강도, 고온강도를 향상시킬 수 있다. 이에 의하여 내벽(35)이 연소에 수반하여 고온에 노출되어 열응력이 작용한 경우에도 균열의 발생을 경감시킬 수 있다. 또 연소처리에 수반하여 생성하는 할로겐가스와 같은 부식성 가스에 의해서도 에칭이나 부식이 되기 어렵다. 따라서 장기의 내용(耐用)기간을 얻을 수 있다. 한편 다공질 세라믹제의 단열재(37)는 세라믹재로부터 섬유를 형성하여 이것을 성형흡인장치로 형성하여 공간(36)의 형상에 적합하도록 형성한 것을 사용할 수 있다.
단열재(37) 및 내벽(35)은 세라믹의 재료로서는 예를 들면 순도가 80 내지 99.7%인 알루미나나, Si계의 것 등을 들 수 있다. 불소를 포함하는 가스를 처리하는 경우에는 이 폐기가스에 대하여 높은 내부식성을 가지는 알루미나를 사용하는 것이 바람직하다. 내벽(35)용 섬유강화 세라믹재로서, 알루미나연속섬유를 사용하면 내열성, 내풍속성, 내마모성이 높아 큰 열충격, 온도구배에 견딜 수 있는 것이 된다.
연소실(30)에는 화염을 검출하기 위한 UV 센서(38)와, 버너부(10)의 점화를 행하는 파일럿버너(39)가 설치되어 있다. 또한 UV 센서(38) 및 파일럿버너(39)는 도 3에 나타내는 바와 같이 원통부재(11)의 정상부[버너부(10)의 최상부판]에 설치하여도 좋다. UV 센서(34)는 형성되는 화염을 경사진 방향으로부터 검출하기 때문에 원통부재(11)의 정점부에 대하여 경사져 배치한다. 이것은 화염이 연소실(30)에서는 선회류를 형성하여 지름방향에 대하여 화염이 짧아지기 때문이다. 실란(SiH4) 등을 처리하면 SiO2의 먼지가 연소실(30)의 내벽면에 부착하여 UV 센서(38)가 화염을 검출할 수 없게 되나, 이와 같이 UV 센서(38)를 버너부(10)의 천정판에 설치함으로써 먼지부착에 의해 화염을 검출할 수 없게 된다는 문제를 회피할 수 있다. 또 거의 분해되지 않는 난분해성의 지구온난화가스(PFCs)를 처리하기 위해서는 1300℃ 이상의 고온이 필요하게 되기 때문에 배관이 열에 의해 부식되나, 상기한 바와 같이 UV 센서(38) 및 파일럿버너 (39)를 버너부(10)의 천정판에 설치함으로써 이와 같은 고열에 의한 부식을 회피할 수 있다.
배출부(52)는 연소실(30)의 하부에, 연소실(30)과 배출부(52) 사이에 놓여진 냉각부(51)와 함께 제공된다. 냉각부(51)에는 아래 가장자리부에 복수의 노즐(53)이 둘레방향에 등간격으로 설치되어 있고, 이 노즐(53)로부터 중심을 향하여 물을 분사함으로써 물의 커텐을 형성하여 폐기가스의 냉각과 폐기가스 중의 입자의 포획을 행하도록 되어 있다. 배출부(52)의 측벽에는 처리된 폐기가스를 배기하는 배기관(54)이, 바닥부에는 노즐(53)로부터 분사된 물을 배출하는 배수포트(55)가 설치되어 있다.
다음에 상기 실시형태의 폐기가스처리장치의 동작에 대하여 설명한다. 먼저 보조연소가스는 보조연소가스실(20)내로 도입되어 유지되고, 원통부재(내통)(11)의 내측 주위면에 제공된 보조연소가스노즐(16)로부터 화염유지부(18)를 향하여 선회류를 생성하도록 분출된다. 그리고 파일럿버너(39)에 의해 점화되면 원통부재(내측실린더)(11)의 안 둘레면에 선회화염을 형성한다.
여기서 보조연소가스는 선회화염을 형성하나, 선회화염은 넓은 범위의 당량비에 걸쳐 안정되게 연소할 수 있는 특징을 구비하고 있다. 즉 강하게 선회하기 때문에 화염 서로에게 열과 래디컬을 서로 공급하여 화염유지 특성이 높아진다. 그 때문에 통상이면 미연가스를 발생하거나 화염을 끄는 것과 같은 작은 당량비에 있어서도 미연가스를 발생시키는 일 없이, 또 당량비 1 부근에서도 맥동연소를 유발하는 일 없이 안정되게 연소시킬 수 있다.
한편, 처리해야 할 폐기가스(G1)는 원통부재(11)의 정점부의 하면에 개방된 폐기가스도입관(14)으로부터 화염유지부(18)를 향하여 분출한다. 이 분출된 폐기가스(G1)는 보조연소가스의 선회류와 혼합하여 연소하나, 이 때 보조연소가스가 원주방향의 모든 보조연소노즐로부터 하류의 한 방향으로 강하게 선회하도록 분출되고 있기 때문에 보조연소가스의 모두가 화염과 충분히 혼합하여 폐기가스의 연소효율은 매우 높아진다.
또 보조연소가스는 그 발화온도를 넘는 온도 이상으로 과열하면 보조연소가스에 산화제가 포함되어 있는 경우에는 보조연소용 가스실(20)내에서 연소를 개시하는 경우가 있기 때문에 그 발화온도를 넘지 않도록 냉각할 필요가 있다. 또한 본 발명자들의 연구에 의해 선회화염은 원통부재(11) 및 보조연소용 가스실(20)내의 보조연소가스를 가열하는 것을 알 수 있었다. 그 때문에 안정된 연소를 계속하기위해서는 원통부재(11)의 구성재료의 내열온도를 넘지 않도록 냉각할 필요가 있다. 상기 공기의 노즐(15)로부터 화염유지부(18)에 분사되는 선회공기류는 보조연소용 가스실(20)을 냉각하는 작용을 가진다.
또한 보조연소가스노즐(16)로부터의 화염은 선회하여 분사되나, 공기노즐 (15)로부터 분사된 공기도 선회하고 있기 때문에 이 공기류가 화염과 혼합하여 화염의 선회류를 한층 더 가속하여 강한 선회류를 형성한다. 선회화염을 형성하면 선회의 중심부의 기류의 압력이 저하하여 중심부에 화염의 끝쪽으로부터 폐기가스도입관(14) 및 보조연소가스노즐(10)를 향하여 역류하는 자기순환류가 발생하고, 이 순환류가 보조연소가스노즐(16)로부터의 화염 및 연소가스와 혼합하여 NOx의 생성을 억제한다. 또는 보조연소가스로서 미리 혼합된 가스를 사용하여 보조연소가스의 당량비를 작게 하여도 저 NOx연소가 가능하게 된다.
또 보조연소가스노즐(16)로부터의 화염은 강하게 선회하고 있기 때문에 이 선회류가 실란가스 등과 같이 연소에 의해 먼지를 생성하는 가스를 대상으로 하는 경우, 연소하여 생성되는 실리카(SiO2)가 폐기가스도입관(14) 및 보조연소가스노즐 (16)에 부착하는 것을 방지하는 작용을 한다. 즉 실란(SiH4) 등이 연소하면 분말형상의 실리카(SiO2)가 생성되나, 이 실리카(SiO2)가 폐기가스도입관(14)이나 보조연소가스노즐(16)의 부근에 부착하면 보조연소가스의 분출량을 줄이거나 분출방향을 바꾸거나 하여 분출을 불안정하게 하는 경우가 있다. 이와 같은 상황이 되면 가스의 분출이 안정되지 않아 안정된 연소가 불가능하게 된다.
본 실시형태에 있어서는 보조연소가스노즐(16)의 선회화염이 있기 때문에 이 선회화염에 의해 폐기가스도입관(14) 및 보조연소가스노즐(16)의 선단부에도 빠른 흐름이 발생하여, 이 흐름이 폐기가스도입관(14) 및 보조연소가스노즐(16)의 선단부를 청정하게 하는 작용을 하고, 생성된 분말의 실리카(SiO2) 가 폐기가스도입관 (14) 및 보조연소가스노즐 (16)의 선단부에 부착하는 것을 방지하는 작용을 한다. 이 효과는 공기분사노즐(15)로부터의 선회공기류가 있음으로써 한층 더 현저하게 된다.
또한 이 효과는 폐기가스도입관(14) 및 보조연소가스노즐(16)의 선단부에만 그치지 않는다. 즉 화염이 연소실(30) 내부에서 선회하고 있기 때문에 연소실(30)의 벽 표면에도 빠른 흐름이 발생하여 연소실(30)의 벽을 청정하게 하여 이 표면에 부착한 실리카(SiO2)를 제거하는 작용을 한다. 이와 같이 선회류에 의해 폐기가스도입관(14) 및 보조연소가스노즐(16)의 선단부 및 연소실(30)의 벽면에 부착한 실리카(SiO2)를 스스로 청정하게 함으로써 이 표면에 부착된 실리카(SiO2)를 제거하는 작용을 한다.
일례로서 공급하는 보조연소가스를 산화제를 포함한 미리 혼합된 가스를 사용하고 연소가스에 대한 산화제의 혼합비를 화학량 값으로 구하는 산화제 혼합비 보다 낮게 만들어 연료 과인인 과농의 미리 혼합된 가스를 형성하고, 이것을 보조연소가스노즐(16)로부터 선회 분사하여 화염유지부(18)의 내부에 1차 선회류 환원화염을 형성한다. 이 환원화염과 폐기가스도입관(14)으로부터의 폐기가스를 쪼여 폐기가스 특히 PFCs 계의 폐기가스를 환원분해한다.
다음에 공기노즐(15) 및 2차 공기노즐(33)로부터 분사하는 공기로부터 화학량론값을 초과하는 충분한 산소를 가하여 산소과잉의 상태로 2차 산화화염을 형성한다. 이 산화화염에 의해 폐기가스를 산화분해한다. 그리고 폐기가스는 환원화염과 산화화염의 2단의 화염에 노출되어 화염과 접촉시간을 길게 하여 고온체류시간을 연장시킬 수 있다. 여기서 PFCs 계의 폐기가스는 분위기 온도를 높게 하고 고온의 상태를 길게 유지하면 분해할 수 있는 특성을 가진다. 이와 같이 폐기가스는 산화·환원의 다른 2단의 화염에 노출되고 또한 화염에 의해 생성된 고온상태를 연장함으로써 폐기가스, 특히 PFCs 계의 가스를 완전히 분해할 수 있다.
보조연소가스노즐(16)을 화염유지부(18)의 하류를 향하여 보조연소가스를 경사지게 아래쪽으로 향하게 함으로써 선회류를 형성하여 분출하도록 되었기 때문에 보조연소가스노즐(16)로부터 분출한 화염은 화염유지부(18)의 하류를 향하여 나선형상의 선회류를 형성한다. 따라서 선회류가 원통부재(11)의 안쪽을 흐를 때의 선회길이가 보조연소가스를 수평으로 분출한 경우보다 짧아져 화염이 원통부재(11)의 내벽면을 가열하는 영역이 좁아져 선회류에 의한 원통부재(11)의 안쪽 둘레벽의 가열과 온도 상승이 억제된다.
이에 의하여 원통부재(11)의 구성재료의 내열수명을 연장시킬 수 있다. 또 공기노즐(15)로부터의 냉각공기량을 적게 할 수 있어 냉각에 의한 화염의 온도의 저하를 억제하고 고온상태를 유지하여 할로겐계, 특히 플루오로카본을 포함한 폐기가스의 분해효율을 향상할 수 있다. 더욱이 복수의 보조연소가스노즐(16)은 위에서 볼 경우, 원통부재(11)의 접선방향으로 개방되고 또한 연직면내에서는 비스듬하게 아래쪽으로 개방되도록 복수로 제공될 수 있다. 그리고 이러한 구성 역시 화염이 화염유지부(18)의 하류를 향하여 나선형상의 선회류를 형성하는 것이 가능하도록 제공된다.
또 본 실시형태에서는 2차 공기노즐(33)은 아래쪽을 향하고 있으나, 원통부재(11)의 중심방향을 향하여 분사하도록 하여도 좋고, 또 2차 공기노즐(33)을 그 노즐로부터 분사되는 공기가 연소실 내에서 선회류를 형성하도록 설치하는 것도 가능하다. 이와 같은 배열에 의하여 연소처리한 가스냉각 및 연소실(30)밖으로의 배출, 나아서는 연소실(30)의 벽면에 부착하는 실리카(SiO2)의 제거를 더욱 효과적으로 행할 수 있다. 이 경우의 노즐의 설치방법은 상기한 보조연소가스노즐(16)과 동일하다.
또 원통부재(11)의 정점부에 공기분사노즐를 설치하고 필요에 따라 이 공기분사노즐로부터 화염유지부(18)에 공기를 공급하여 산소농도를 증대시킴으로써 연소성을 향상할 수도 있다.
또 상기 보조연소가스노즐(16)로부터 하류의 화염유지부(18)의 연장된 둘레벽에서 2차 연소용의 공기구멍을 더 설치하여 화염유지부(18)에 1차 연소의 환원화염과 공기에 의한 2차 연소의 산화화염을 형성하여 폐기가스(G1), 특히 할로겐계, 특히 플루오로카본을 포함하는 가스의 분해율을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 상술한 이유에 의해 이 공기구멍은 화염유지부(18)를 향하여 선회류를 형성하도록 분사하는 것이 바람직하다. 또 원통부재(11)의 중심방향을 향하여 분사하여 환원화염에의한 1차 연소 후의 폐기가스와의 사이에 흩트러짐을 일으켜 혼합하도록 하여도 좋다.
또 화염은 아래쪽으로 분출하는 예를 나타내고 있으나, 화염이 수평방향으로 분출하도록 한 경우에 적용하여도 좋다. 또 보조연소가스로서는 수소와 산소의 미리 혼합된 가스에 한정되지 않고, 수소, 도시가스 및 LPG 등의 연료가스, 또는 도시가스, LPG와 산소, 공기 또는 산소부화공기와의 미리 혼합된 가스라도 좋음은 물론이다.
일 실시예로서는 다음과 같다.
처리대상가스 ; CF4
환원화염중의 환원분해반응으로서는,
CF4 + H2 →CHmFn + HF + F2 (m, n은 0 내지 4)
또한 산화분해반응으로서는,
CHmFn + O2 →CO2 + H2O
연소실(30)에 있어서는 내벽을 구성하는 세라믹재가 내열성(heat resistance) 및 내식성(corrosion resistance)이 우수하여 열이나 부식에 의한 소모가 적을 뿐만 아니라, 섬유로 보강되어 있는 것으로, 열응력에 의한 균열도 방지되어 장기에 걸쳐 사용이 가능하다. 또한 금속의 경우와 같은 촉매효과가 없기 때문에 연소실(30)이 고온으로 되어도 열NOx의 발생이 억제된다. 할로겐계의 가스를 분해처리하여도 그것에 수반하여 생성되는 할로겐가스(HCl, HF 등)에 의한 내벽(35)의 고온하에서의 부식이나 에칭이 억제될 수 있다.
특히 알루미나를 소재로 하는 섬유강화 세라믹재를 사용하는 경우에는 통상의 운전조건하(600 내지 1300℃)에서의 열전도율이 0.65 내지 0.88 (W/m.K) 정도 이고, 스테인레스강 또는 여타의 유사한 금속의 평균열전도율 = 0.0017 (W/m.K)정도에 대하여 수백배정도 높다. 따라서 열응력에 의한 균열이 한층 더 적어진다. 또 내벽(35)의 바깥 둘레에 다공질 세라믹재제의 단열재(37)가 배치되어 있기 때문에 스테인레스강 또는 여타의 유사한 금속제의 종래의 내벽 사용 시보다도 더욱 열손실량을 저감시킬 수 있다. 이는 예를 들어 Si 계 세라믹재, 또는 다른 세라믹재를 사용하여도 마찬가지이다.
퍼지공기도입관(40)으로부터는 퍼지용의 공기가 외측용기(34)와 내벽(35)사이의 공간(36)내에 연소실(12)의 압력보다 약간 높은 정도의 압력으로 도입된다. 이 공기는 내벽(35)이나 내벽(35)의 끝부의 미세한 간극을 통하여 연소실(30)내로 분출하여 연소가스나 폐기가스와 혼합하여 배출부(52)로부터 외부로 배출된다. 이에 의하여 연소실(30)내의 유해하고 부식성을 가지는 가스가 외측용기(34)로부터 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또 상기한 바와 같이 연소실(30)의 내벽(35)을 세라믹재로 형성함으로써 촉매반응의 발생을 방지하여 저 NOx연소를 도모하고 있다. 또한 보조연소가스의 당량비를 작게 하면 또 다른 저 NOx연소가 가능하게 된다.
세라믹재제의 내벽을 사용한 연소기에서 생성된 NOx의 생성량을 스테인레스강의 내벽을 사용한 연소기의 경우와 비교한 결과를 이하에 나타낸다. 연소기의 형식 등의 조건은 양쪽 모두 동일하다.
연소온도 : 1300℃ 이상
처리할 가스 : N2가스
배출가스의 NOx 농도
세라믹재의 내벽 : 25 ppm
스테인레스재의 내벽 : 수 100 내지 수 1000 ppm
도 3 및 도 4는 본 발명의 폐기가스처리장치의 버너부의 다른 구성예를 나타내는 도면이고, 도 3은 종단면도, 도 4는 도 3의 화살표(A)에서 본 도면이다. 상기 도면에 있어서 도 1 및 도 2와 동일한 부호를 붙인 부분은 동일 또는 해당부분을 나타낸다. 또 다른 도면에 있어서도 마찬가지로 한다. 버너부(10)는 원통부재(11)의 바깥 둘레부에 보조연소가스실(20)에 인접하여 제공된 냉각쟈켓(21)을 포함하고 있다. 냉각쟈켓(21)에는 냉각매체가 공급되고 있다. 그 냉각쟈켓(21)에 냉각매체를 공급함으로써 그 냉각쟈켓(21)은 개구부에 형성되는 화염에 의해 가열된 원통부재(11)를 냉각한다. 냉각매체에는 온도차가 있는 것이면 되고, 물 등의 액체나 공기 등의 기체를 사용한다.
또 파일럿버너(39)는 원통부재(11)의 정점부[버너부(10)의 천정판]에 소정의 각도로 경사시켜 설치하고 있다. 이는 보조연소가스노즐(16)로부터 분사되는 보조연소가스(화염)는 지름방향에 대하여 짧아지기 때문에 파일럿버너는 소정의 각도 경사시켜 설치한 쪽이 좋다.
도 1에 나타내는 연소기의 연소버너부(10)에 있어서는 원통부재(11)의 내부 온도는 400℃까지 상승하나, 특히 수냉의 경우 본 버너부(10)에서는 70℃로 저하한다. 따라서 보조연소가스실(20)에 유지된 보조연소가스가 점화하여 폭발할위험은 없어진다. 단, 상기한 2차 공기노즐이 제공되지 않기 때문에 그 공기는 공기노즐(15)로부터 1차 공기를 증가시키거나 또는 미리 혼합된 O2 량을 늘려 대처한다. 또한 여기서는 공기노즐(15)을 비스듬이 아래쪽을 향하도록 설치하고, 비스듬하게 아래쪽으로 선회공기류를 형성하도록 하고 있으나, 공기노즐(15)을 도 1에 나타내는 바와 같이 수평으로 설치하여 수평의 선회공기류를 형성하도록 하여도 좋음은 당연하다.
상기한 바와 같이 버너부(10)를 냉각구조체로 함으로써, 원통부재(11)의 온도는 저하하나, 난분해성 가스인 C2F6 (이 가스는 지구온난화계수가 CO2의 10,000배라고하여 지구온난화 제어대책으로서는 100% 분해되는 것이 요망되고 있다)의 처리능력은 80% 내지 41%로 저하하였다. 이것은 버너부(10)의 온도가 저하하고, 그것에 의하여 화염온도가 저하되기 때문이라고 생각된다. 따라서 고온으로 가열되어 폭발의 위험이 있는 보조연소가스노즐(16)에 보조연소가스를 도입하는 연료가스도입부를 효과적으로 냉각할 수 있는 버너부의 구성을 이하에 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 다른 구성예를 나타내는 도면이고, 도 5는 종단면도, 도 6은 도 5의 화살표(D) 방향에서 본 도면이다. 본 버너부 (10)는 원통부재(11)의 상부 바깥 둘레에 공기실(22)을 설치하고, 다시 하부 바깥 둘레에는 냉각쟈켓(24)과 보조연소가스실(23)과 냉각쟈켓(24)을 동심원형상으로 설치하고 있다. 그리고 원통부재(11)의 안 둘레벽에는 공기실(22)과 연통하는 공기노즐 (15)이 설치되고, 보조연소가스실(23)의 하면에는 그 보조연소가스실(23)과 연통하는 보조연소가스노즐(16)을 설치하고 있다.
보조연소가스노즐(16)로부터의 보조연소가스는 화살표(B)에 나타내는 바와 같이 원통부재(11)의 개구 아래쪽의 중심부를 향하여 또는 비스듬하게 아래쪽으로 분사되어 선회류를 형성하도록 된다. 또 공기노즐(15)로부터 분사되는 공기는 화살표(C)에 나타내는 바와 같이 원통부재(11)내에서 선회하는 선회류를 형성한다.
상기 구성의 버너부(10)에 있어서 원통부재(11)내로 도입된 처리가스(G1)는 공기노즐(15)로부터의 선회공기류와 혼합됨과 동시에, 보조연소가스노즐(16)로부터 버너부(10)의 아래쪽으로 분사되는 보조연소가스와 혼합되어 착화에 의해 화염이 원통부재(11)의 개구부 아래쪽을 향하여 형성된다. 이 때 보조연소가스실(23)은 양측으로부터 냉각쟈켓(24)에 의해 냉각되어 온도는 낮게 유지된다. 또 화염은 원통부재(11)로부터 아래쪽에 형성되기 때문에 원통부재(11)의 온도저하는 화염에 큰 영향을 주지 않는다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 다른 구성예를 나타내는 도면이고, 도 7은 종단면도, 도 8은 도 7의 화살표(E) 방향에서 본 도면이다. 본 버너부 (10)가 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)와 다른 점은 원통부재(11)의 바깥 둘레에 설치한 냉각쟈켓(24)내에 보조연소가스실(23)을 설치하고, 그 보조연소가스실 (23)의 주위를 냉각매체로 둘러싸고 있다. 또 보조연소가스실(23)의 하면에는 그 보조연소가스실(23)과 연통하는 보조연소가스노즐(16)이 설치되어 있다.
보조연소가스노즐(16)로부터의 보조연소가스는 화살표(B)로 나타내는 바와 같이 원통부재(11)의 개구 아래쪽의 중심부를 향하여 또는 비스듬하게 아래쪽으로 또한 선회류가 되도록 분사되는 점 및 공기노즐(15)로부터 분사되는 공기는 화살표 (C)로 나타내는 바와 같이 원통부재(11)내에서 선회하는 선회류가 형성되는 점은 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)와 동일하다.
상기 구성의 버너부(10)에 있어서, 원통부재(11)내에 도입된 처리해야 할 폐기가스(G1)는 공기노즐로부터의 선회공기류와 혼합됨과 동시에, 보조연소가스노즐 (16)로부터 버너부(10)의 아래쪽으로 분사되는 보조연소가스와 혼합되어 착화에 의해 화염이 원통부재(11)의 개구부 아래쪽을 향하여 연장되어 형성된다. 이 때 보조연소가스실(23)은 냉각쟈켓(24)내의 냉각매체로 둘러싸여져 있기 때문에 보조연소가스실(23)은 냉각되어 온도는 낮게 유지된다. 또 화염은 원통부재(11)로부터 아래쪽으로 형성되기 때문에 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)의 경우에서와 같이 원통부재(11)의 온도저하는 화염에 큰 영향을 주지 않는다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 다른 구성예를 나타내는 도면이고, 도 9는 종단면도, 도 10은 도 9의 화살표(F)에서 본 도면이다. 본 버너부(10)가 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)와 다른 점은 원통부재(11)의 하부 바깥 둘레에 형성된 냉각쟈켓(24)내에 원통형상의 보조연소가스실(25)을 구비하고 있는 점이다. 상기 원통형상의 보조연소가스실(25)은 선단에 보조연소가스노즐 (16)이 설치되고, 각 보조연소가스노즐(16)이 하면 끝단에서 있도록 경사시켜 냉각쟈켓(24)을 통하여 연장되도록 배치되어 있다.
보조연소가스노즐(16)로부터의 보조연소가스는 화살표(B)로 나타내는 바와 같이 원통부재(11)의 개구 아래쪽의 중심부를 향하여 또는 비스듬하게 아래쪽에 또한 선회류가 되도록 분사되는 점 및 공기노즐(15)로부터 분사되는 공기는 화살표(C)에 나타내는 바와 같이 원통부재(11)내에서 선회하는 선회류가 되는 점은 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)와 거의 동일하다.
상기 구성의 버너부에 있어서 원통부재(11)내에 도입된 처리해야 할 폐기가스 (G1)는 공기노즐(15)로부터의 선회공기류와 혼합되고, 보조연소가스노즐(16)로부터 버너부(10)의 아래쪽으로 분사된 연료가스와 혼합되어 착화에 의해 화염이 원통부재(11)의 개구 아래쪽을 향하여 형성된다. 이 때 원통형상의 보조연소가스실(25)은 바깥 둘레를 냉각쟈켓(24)내의 냉각매체로 둘러싸고 있기 때문에 냉각되어 온도는 낮은 레벨에서 유지된다. 또 화염은 원통부재(11)의 아래쪽에 형성되기 때문에 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)에서의 경우와 마찬가지로 원통부재(11)의 온도저하는 화염에 큰 영향을 미치지 않는다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 관한 폐기가스처리장치의 버너부의 다른 구성예를 나타내는 도면이고, 도 11은 종단면도, 도 12는 냉각쟈켓(26)의 외관도이다. 본 버너부(10)가 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)와 다른 점은 원통부재(11)의 하부 바깥 둘레에 냉각쟈켓(26)이 설치되고, 그 냉각쟈켓(26)내에 원통형상의 보조연소가스실(27)이 배치되어 있는 점이다. 그 원통형상의 보조연소가스실(27)의 선단에는 원통부재(11)의 개구 아래쪽을 향하여 경사되어 연장되고, 안 둘레면의 접선방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 보조연소가스노즐(16)이 설치되어 있다.
보조연소가스노즐(16)로부터의 보조연소가스는 화살표(B)로 나타내는 바와 같이 원통부재(11)의 개구부 아래쪽의 중심부를 향하여 또는 비스듬하게 아래쪽으로 또한 선회류를 형성하도록 분사된다. 또 공기노즐(15)로부터 분사되는 공기는 도 5 및 도 6에 나타내는 버너부(10)의 경우와 마찬가지로 원통부재(11)내에 선회하도록 되어 있다.
상기 구성의 버너부(10)에 있어서 원통부재(11)내에 도입된 처리되어야 할 가스는 공기노즐(15)로부터의 선회공기류와 혼합됨과 동시에, 보조연소가스노즐(16)로부터 버너부(10)의 아래쪽으로 분사되는 보조연소가스와 혼합되어 착화에 의해 화염이 원통부재(11)의 개구부의 아래쪽을 향하여 연장되도록 형성된다. 이 때 보조연소가스실(27)은 바깥 둘레를 냉각쟈켓(21)의 냉각수로 둘러싸여져 있기 때문에 냉각되어 온도는 낮게 억제된다. 또 화염은 원통부재(11)로부터 아래쪽으로 형성되기 때문에 도 5 및 도 6의 버너부(10)의 경우와 마찬가지로 원통부재(11)의 온도저하는 화염에 큰 영향을 미치지 않는다.
SiH4 등을 포함하는 폐기가스와 같이 연소기에서 가열분해하여 해롭지 않게 만드는 경우에는 SiO2 등의 먼지가 발생하고, 그 먼지가 버너부(10)의 원통부재(11)의 내벽이나 연소실 (30)의 내벽 및 연소실 이후의 배관 내벽에 부착되어 배기압력손실을 크게 한다는 문제를 일으키는 가스가 있다. 따라서 본 발명의 폐기가스처리장치의 폐기가스연소기에는 그 내벽에 부착된 먼지를 제거하는 먼지제거장치를 제공하고 있다.
도 13은 먼지제거기의 구성예를 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이 먼지제거장치에 버너부(10)와 연소실(30) 사이를 수직으로 이동하는 축(57)의 선단에 설치한 스크랩핑판(56)을 설치한다. 그리고 그 스크랩핑판(56)을 수직으로 이동시킴으로써 버너부 (10) 및 연소실(30)의 내벽면에 부착된 먼지를 긁어 떨어뜨린다. 스크랩핑판(56)에는 도 14(a), 도 14(b)에 나타내는 바와 같이 각 폐기가스도입관(14)의 개구부 보다 큰 둥근구멍(56a) 또는 선형구멍(56b)이 형성되어 있다. 이에 의하여 스크랩핑판(56)을 최상부(도 13의 실선위치)의 퇴피위치까지 상승시킨 경우, 구멍(56a)이 폐기가스도입관(14)의 개구부에 대응하여 위치하고, 그 폐기가스도입관(14)으로부터 버너부(10)내[원통부재(11)내]로 유입하는 폐기가스의 흐름을 간섭하지 않도록 되어 있다. 또 스크랩핑판(56)을 이 퇴피위치까지 상승시켰을 때, 공기노즐(15) 및 보조연소가스노즐(16)로부터 분출한 공기의 선회류 및 보조연소가스의 선회류와 간섭하지 않도록 되어 있다.
연소실(30)의 하단에는 연소실(30)에서 연소한 폐기가스를 냉각함과 동시에, 스크랩핑판(56)으로 긁어 떨어뜨린 먼지를 받는 냉각리시버(44)가 설치되어 있고, 그 냉각리시버(44)의 하단에는 폐쇄밸브(shut-off valve)(45)가 설치되고, 그 폐쇄밸브(45)의 하단에는 클램프(46)를 거쳐 먼지수용탱크(47)가 설치되어 있다. 또 냉각리시버(44)에는 배기관(54), 배수포트(52)가 설치되어 있다. 또 먼지수용탱크(47)에는 밸브 (V1)를 거쳐 U 트랩(58)이 접속되고, 그 U 트랩에는 밸브(V2)를 거쳐 배수관(59)이 접속되어 있다.
상기 구성의 먼지제거장치에 있어서, 버너부(10) 및 연소실(30)의 내벽면에 소정량의 먼지가 부착한 것을 검출하면, 수동 또는 자동적으로 축(57)을 상하이동시켜 스크랩핑판(56)으로 이 부착된 먼지를 냉각리시버(44)에 긁어 떨어뜨린다. 냉각리시버(44)에는 밸브(V3)를 개방하여 배수포트(52)에 의해 배수하면서 먼지를 모아 먼지가 소정량이 되면 폐쇄밸브(45)를 개방하고 먼지를 먼지수용탱크(47)에 넣는다. 그리고 나서 폐쇄밸브(45)를 폐쇄하고, 밸브(V1, V2)를 개방하여 먼지수용탱크(47)내의 폐수를 U 트랩(58)을 거쳐 배수관(59)을 통하여 배수한다. 여기서 U 트랩(58)을 설치하는 이유는 직접 배수관(59)으로 배수하면, 동시에 유해가스도 배출되어 버리기 때문이다.
또한 먼지의 스크랩핑 작업은 부착된 먼지량을 검출수단[예를 들면 연소실(30)의 압력을 검출하는 압력센서, 연소실(30)의 벽면온도를 검출하는 온도센서, 내벽면에 부착되는 먼지량을 모니터하는 모니터장치]으로 검출하고, 그 부착량이 소정량이 되면 축(57)을 자동적으로 수직이동시켜 먼지를 스크랩핑하도록 하여도 좋고, 또 타이머를 설치하여 소정의 운전시간이 경과하면 축(57)을 상하이동시켜 먼지를 스크랩핑하도록 하여도 좋다. 또 상기 스크랩핑 판(56) 등을 세라믹재 등의 내식, 내열재질로 제작한다.
또 먼지수용탱크(47)의 도시는 생략하나, 내부에 고인 먼지의 양을 점검하기 위한 투명한 관측창이나 소정량의 먼지가 고인 것을 검지하는 광전센서 등의 먼지검지센서 및 먼지수용탱크(47)에 물을 공급하는 급수관이 설치되어 있고, 먼지수용탱크(47)내에 소정량의 먼지가 고이면 폐쇄밸브(45)를 폐쇄하고 밸브(V1, V2)를 개방하여 상기 급수관으로부터 먼지수용탱크(47)내로 먼지를 씻어냄으로써 먼지수용탱크(47)내의 먼지를 U 트랩(58)을 통하여 떨어지도록 하여도 좋다.
또 배수포트(52)를 설치하는 일 없이, 폐쇄밸브(45), 밸브(V1, V2)를 개방하여 냉각리시버(44)로부터 물과 먼지를 먼지수용탱크(47)에 떨어내고, 물을 U 트랩(58)을 통하여 배수하도록 하여도 좋다.
또 도 13의 구성예에서는 스크랩핑판(56)이 버너부(10)와 연소실(30) 사이에서 걸쳐 수직이동하게 되어 있으나, 도 15에 나타내는 바와 같이 버너부(10)만을 수직이동 하도록 하여도 좋다. 또 퇴피위치도 버너부(10)의 상부에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 축(57)을 상하이동시키는 구동장치를 연소실(30) 또는 냉각리시버 (44)의 아래쪽에 설치하고, 퇴피위치를 연소실(30)의 바닥부로 하여도 좋다.
도 15는 먼지제거장치의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도시 하는 바와 같이 먼지제거장치는 버너부(10)의 내부에는 도 13에 나타내는 바와 같은 축(57)의 선단에 스크랩핑판(56)을 설치한 구성의 스크랩핑장치를 배치하고, 상기 축(57)의 상하이동에 의해 내벽에 부착된 먼지를 스크랩핑하도록 구성하고 있다. 또 연소실 (30)의 상부에는 링형상의 공기실(41)을 설치하고, 그 공기실(41)의 하면으로부터는 도 16에 나타내는 바와 같이 다수의 공기분사노즐(42)을 설치하고 있다. 그 공기분사노즐(42)로부터 공기를 연소실(30)의 벽면을 따라 아래쪽 또는 비스듬하게 아래쪽으로 분출함으로써 연소실(30)의 내벽면에 부착된 먼지를 불여 날려버린다. 또 위쪽으로부터 아래쪽으로 흐르는 공기흐름의 층을 형성하고, 이 공기흐름의 층에 의해 내벽면에 대한 먼지의 부착을 방지한다.
연소실(30)의 하단에는 도시는 생략하나, 도 13과 마찬가지로 냉각리시버 (44)등이 설치되어 있다. 또한 축(57)의 상하이동은 도 13의 먼지제거장치와 마찬가지로 수동, 자동 운전되거나, 타이머에 의한 소정 운전시간 경과마다 행하도록 한다.
또한 상술된 예에서는 버너부(10)의 내벽에 부착된 먼지를 축(57)에 고정된 스크랩핑 판(56)으로 긁어 떨어뜨리도록 하고, 연소실(30)의 내벽면을 따라 공기를 분출하여 부착된 먼지를 불여 날리거나 또는 공기흐름층을 형성하여 먼지의 부착을 저지하 도록 구성하였으나, 버너부(10)와 연소실(30) 모두의 내벽면에 걸쳐 공기흐름층을 형성하여 먼지의 부착을 방지하도록 하여도 좋다.
또 공기분사노즐(42)로부터의 공기분출을 단속적으로 행함으로써, 최소의 분출공기량으로 내벽면에 부착된 먼지를 제거할 수 있다.
도 17 및 도 18은 먼지제거장치의 다른 구성예를 나타내는 도면으로, 도 17은 연소실의 종단면도, 도 18은 도 17의 Ⅲ - Ⅲ 방향에서 본 단면도이다. 내벽(35)을 다공질재(예를 들면 입자상필터, 다공질세라믹재, 내열성판재에 다수의 미세한 구멍을 뚫은 것)로 형성함과 동시에 그 다공질재로 만들어지는 내벽(35)과 외측용기(34)의 사이에 독립된 복수의 고리형상의 공기실(36')을 설치하고 있다. 각 공기실은 공기의 공급원에 연결되고, 그 공기 공급원으로부터 압축공기를 공급함으로써 내벽(35)의 많은 구멍으로부터 연소실(30)내에 균일하게 공기가 분출된다. 이 공기의 분출에 의해 내벽에 부착된 먼지의 제거 또는 먼지의 내벽(35)에의 부착을 균일하게 방지한다.
상기 구성의 먼지제거장치에 있어서, 내벽(35)의 구멍들로부터의 공기의 분출은 폐기가스처리장치의 운전 중 계속해서 분출하도록 하여도 좋으나, 경우에 따라서는 내벽에 소정량의 먼지가 부착한 경우, 상기한 검출수단으로 검출하여 공기를 분출하여 부착된 먼지를 제거하도록 하여도 좋다. 또 소정의 시간경과마다 공기를 분출하여도 좋다.
도 19는 먼지를 포함하는 가스가 흐르는 경우, 배관 내벽에 부착되는 먼지를 제거하는 먼지제거장치의 구성예를 나타내는 종단면도이다. 도시하는 바와 같이 먼지제거장치는 주축(62)의 길이방향으로 연장되는 2개의 막대형상의 스크랩핑부재 (63)를 설치한 구성의 스크랩핑기구를, 먼지를 포함하는 폐기가스(G3)가 흐르는 배관(61)내에 배치하고 있다. 그 스크랩핑기구의 주축(62)을 스크랩핑부재(63)가 배관(61)의 내면에 접촉하고, 또는 미소한 간극을 두고 위치하도록 지지함과 동시에, 시일작용(sealing function)을 가지는 시일지지기구(64)와, 상기 스크랩핑기구를 주축(62)을 중심으로 연속적 또는 주기적으로 요동(일정각도의 회전왕복운동) 또는 회전시키는 구동장치(65)를 구비한다.
상기 주축(62)과 스크랩핑부재(63)는 각각 중공의 파이프이고, 서로의 중공은 연통하여 로타리조인트 등의 이음매(66)를 거쳐 청정가스(G4)가 주축(62)의 중공 및 스크랩핑부재(63)의 중공부를 통하여 스크랩핑부재(63)의 선단(상단)으로부터 배관(61)내로 분출되도록 되어 있다. 배관(61)의 하단에는 먼지받이부(67)가 설치되고, 그 먼지받이부(67)의 내벽면에는 물을 분사하는 물분사노즐(69)이 설치되고, 먼지받이부(67)의 바닥부에는 배수관(70)이 설치되어 있다.
상기 구성의 먼지제거장치에 있어서, 배관(61)내로 유입하는 먼지를 포함하는 가스(G3)는 배기관(68)을 통하여 배출되나, 먼지는 배관(61)내에 부착한다. 구동장치(65)에 의해 그 스크랩핑기구를 주축(62)을 중심으로 연속적 또는 주기적으로 요동 또는 회전시키면 배관(61)의 내벽에 부착한 먼지는 스크랩핑부재(63)에 의해 스크랩핑되어 먼지받이부(67)로 낙하한다. 이 때 스크랩핑부재(63)의 선단으로부터 공기 등의 청정가스(G4)를 연속적 또는 간헐적으로 분사함으로써 스크랩핑부재(63)가 닿지 않는 범위의 먼지도 제거된다.
이 방법으로 제거된 먼지는 미세한 입자인 상태로 먼지받이부(67)에 떨어지기 때문에 이 부분에 물분사노즐(69)로부터 물을 분사하면 먼지는 막히는 일 없이 배수관(70)으로부터 외부로 배출된다. 폐기가스(G1)가 부식성 가스인 경우는, 청정가스(G4)에 암모니아가스를 혼합하면 배관(61)의 내면을 중화하여 부식의 진행을 막을 수 있다.
도 20은 도 19에 나타내는 구성의 먼지제거장치를 폐기가스처리장치의 폐기가스연소기에 설치한 경우의 구성예를 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이 반도체제조설비로부터 폐기가스(G1)가 흘러 드는 연소실(30)내에 주축(72)의 길이방향으로 연장되는 2개의 막대형상의 스크랩핑부재(73)를 설치한 구성의 스크랩핑기구와, 그 스크랩핑기구의 주축(72)을 스크랩핑부재(73)가 연소실(30)의 내면에 접촉하고 또는 미소한 간격을 두고 안 둘레방향으로 이동하도록 지지함과 동시에 시일작용을 가지는 시일지지기구(74)와, 상기 스크랩핑기구를 주축(72)을 중심으로 연속적 또는 주기적으로 요동 또는 회전하는 구동장치(75)를 구비한다.
또 로터리조인트 등의 이음매(76)를 거쳐 청정가스(G4)가 주축(72)의 중공부 및 스크랩핑부재(73)의 중공부를 통하여 스크랩핑부재(73)의 상단으로부터 연소실 (30)을 구성하는 배관(71)내로 분출되도록 되어 있다. 연소실(30)의 내벽면의 상부 버너부(10)에는 버너(81)가 설치되고, 연소실(30)의 하단에는 냉각리시버(77)가 설치되고, 그 냉각리시버(77)의 측부에는 배기구(78)가 설치되어 있다. 또 냉각리시버(77)의 내벽형상면에는 물을 분사하는 물분사노즐(79)이 설치되어 있다. 또하단부에는 냉각리시버(77)의 내부와 연통하는 배수구(80)가 설치되어 있다.
반도체제조설비 등으로부터의 폐기가스(G1)는 버너(81)로 형성된 화염에 의해 가열되고 무해화되어 고농도의 먼지를 포함하는 고온의 폐기가스가 된다. 버너(81)에서 형성되는 화염(82)의 온도는 2000℃정도에 이르기 때문에 화염(82)에 직접 물체가 닿으면 대부분의 물질은 용융되어 버린다고 생각된다. 이 때문에 버너(81)의 직후의 연소실(30)내 벽면온도는 2000℃보다 낮으므로 먼지가 부착되어 막힘을 일으키기 쉽다. 또 버너부(81)의 주변도 마찬가지이다.
상기한 환경하에서 구동장치(75)로 스크랩핑기구를 주축(72)을 중심으로 회전 또는 요동시키면 그 스크랩핑부재(73)에 의해 연소실(30)의 내벽면에 부착된 먼지를 직접 스크래핑 할 수 있어 먼지의 부착에 의한 막힘을 방지할 수 있다. 또 화염(82)이 닿기 때문에 스크랩핑부재(73)를 삽입할 수 없는 범위에 있어서도 청정가스(G4)를 로터리조인트 등의 이음매(76)를 통하여 공급하여 스크랩핑부재의 상단으로부터 분출함으로써 내벽면에 부착된 먼지를 제거할 수 있다.
상기 화염(82)에 의해 가열, 연소된 폐기가스(G1)는 냉각리시버(77)에 유입하여 물분사노즐(79)로부터 분사되는 물에 의해 냉각되어 배기구(78)로부터 배출됨과 동시에 스크랩핑된 먼지를 포함하는 물은 배수구(80)로부터 배출된다.
도 21은 상기 스크랩핑기구의 주축(72)과 스크랩핑부재(73)의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 본 스크랩핑기구는 도시하는 바와 같이 각 스크랩핑부재(73)의 바깥 둘레면에 내부의 중공부와 연통하는 작은 구멍(73a)을 다수개 설치하고 있다. 도 14의 로터리조인트 등의 이음매(76)를 거쳐 주축(72) 및 스크랩핑부재(73)의 중공부를 통하여 청정가스(G4)를 공급함으로써 그 청정가스(G4)는 그 구멍(73a)을 통하여 연소실(30)의 내벽으로 분출됨과 동시에, 스크랩핑부재(73)의 상단으로부터도 분출된다. 이에 의하여 스크랩핑부재(73)와 연소실(30)의 내벽면과의 간극(d)의 범위에 부착된 먼지도 날려버림으로써 제거하는 것이 가능하게 된다.
도 22는 주축(72)과 스크랩핑부재(73)로 이루어지는 스크랩핑기구의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 본 스크랩핑기구는 도시하는 바와 같이 스크랩핑부재 (73)나 주축(72)의 전체 표면에 중공부와 연통하는 작은 구멍(73a, 72a)을 다수개 설치하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 주축(72) 및 스크랩핑부재(73)의 중공부에 청정가스(G4)를 도입함으로써 스크랩핑부재(73)와 연소실(30)의 내벽면 사이의 간극의 범위내로 먼지를 날려버림으로써 제거하는 것이 가능하게 된다. 또 주축(72) 및 스크랩핑부재(73) 자신에 부착되는 먼지도 날려 버려 제거하는 것이 가능하게 된다.
또한 도 21 및 도 22의 실시형태 예에서는 주축(72)이나 스크랩핑부재(73)의 표면에 중공부와 연통하는 다수의 구멍(72a, 73a)을 설치하고 있으나, 이 구멍(72a, 73a)을 대신하여 중공부와 연통하는 슬릿을 설치하여도 좋다. 또 도 15 및 도 16의 스크랩핑기구의 구성은 도 19의 주축(62) 및 스크랩핑부재(63)로 구성되는 스크랩핑기구에도 당연히 적용할 수 있다.
또 스크랩핑기구의 스크랩핑부재(73)의 수는 2개로 한정될 필요는 없고, 도 23에 나타내는 바와 같이 주축(72)에 3개의 스크랩핑부재(13)를 설치하도록 하여도 좋고, 또한 3개 이상이어도 좋다. 또 도 19의 경우도 주축(62)에 3개 이상의 스크랩핑부재를 설치하여 스크랩핑기구를 구성하여도 좋다.
상기 스크랩핑부재(73)의 개수를 3개 이상으로 증가시킴으로써, 스크랩핑기구의 1회전당의 먼지 스크랩핑회수가 증가하여 먼지농도가 높은 경우의 대응이 가능하다. 또 스크랩핑기구가 소정 각도의 회전왕복운동을 하는 경우, 그 요동각도를 적게 하여도 모든 영역의 먼지를 스크랩핑할 수 있다. 단, 스크랩핑부재(73)를 극단적으로 많게 하면 스크랩핑기구 자체에 대한 먼지부착에 의해 연소실(30)을 막히게 할 염려가 있다.
또한 도시는 생략하나, 도 20 내지 도 23에 나타내는 구성의 스크랩핑기구를 도 1에 나타내는 폐기가스처리용 연소기내에 설치하여 버너부(10) 및 연소실(30)의 내벽에 부착된 먼지를 제거하도록 하여 구성하여도 좋다.
도 19 내지 도 23에 나타내는 구성의 먼지제거장치에 있어서, 배관(61), 화염유지부(10), 연소실(30)로 유입하는 가스(G1 또는 G3)는 먼지뿐만 아니라, 배관(61), 화염유지부(10), 연소실(30)의 내벽을 부식 등의 작용에 의해 침식할 가능성이 있는 성분을 포함하고 있는 경우, 청정가스(G4)에 그 작용을 중화하는 성질을 가지는 가스를 도입하면(예를 들면 산성가스의 유입에 대하여 암모니아 등의 알카리성 가스를 도입한다), 청정가스(G4)가 미치는 범위에 있어서 배관의 침식작용을 억제할 수 있다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 폐기가스처리장치의 버너부의 다른 구성예를 나타내는 도면이고, 도 24는 종단면도, 도 25는 도 24의 화살표(L)의 방향에서 본 도면이다.
본 버너부(10)는 예를 들면 도 3 및 도 4의 버너부(10)와 비교하여 화염유지부(18)의 높이(H)를 작게 하고, 다시 공기노즐(15)과 보조연소가스노즐(16) 사이의 간격(I)을 작게 하고 있다. 즉 공기노즐(15)의 공기분출구를 보조연소가스노즐(16)의 보조연소가스분출구에 될 수 있는 한 가까이 하고 있다. 또 공기노즐 (15)로부터 분출되는 공기가 원통부재(11)의 내벽면의 접선에 접근하도록 공기노즐(15)의 중심선과 내벽면의 접선의 간격(J)을 작게 하고 있다.
이와 같이 화염유지부(18)의 높이(H)를 작게 하고, 공기노즐(15)과 보조연소가스노즐(16) 사이의 간격(I)을 작게 함으로써 공기분출구와 보조연소가스분출구의 골 사이에서의 흐름의 체류를 없애고, 화염유지부(18)의 내벽면에 부착된 또는 부착하려고 하는 먼지를 공기흐름에 의해 불어 날려 그 내벽면에 부착하는 것을 최대한 방지한다.
또 선회노즐(15)로부터 분출하는 공기가 원통부재(11)의 내벽면의 접선에 접근하고 있기 때문에 원통부재(11)의 내벽면 가까이에서의 흐름의 체류를 방지하여 내벽면에 먼지가 부착되기 어렵게 된다.
또 공기노즐(15)로부터 분출되는 공기의 흐름이 수평으로부터 하류측으로 경사지도록 공기노즐(15)을 설치하였다. 공기노즐(15)의 수평면에 대한 경사각도 (θ1)를 30°정도로 하였을 때, 보조연소가스노즐(16) 부근의 먼지부착방지효과가 크다. 또 공기노즐(15)은 공기분출구가 원통부재(11)의 내벽면의 원주방향으로 균등하게 개구하도록 다수개 설치하여 불어 날림효과가 높은 분출 직후의 유속이 빠른 공기흐름이 내벽면 전체에 골고루 퍼지도록 하고 있다.
공기노즐(15) 수평방향의 공기도입각도(θ2)는 θ2 = 360°/n 으로 한다. 여기서 n은 원주방향에 배치한 공기노즐(15)의 수이고, 3 이상의 정수로 되어있다. 특히 공기노즐의 수(n)는 4, 8, 12, 16, 24에서 좋은 결과를 얻었다.
화염유지부(18)의 높이(H)에 대한 내경(K)의 비(H/K)를 종래는 50 mm/80 mm 이었던 것에 대하여 여기서는 15 mm/80 mm으로 하고 있다. 또 아래쪽의 공기노즐(15)과 위쪽의 보조연소가스노즐(16) 사이의 간격(I)을 종래는 26 mm 이었던 것에 대하여 여기서는 16 mm로 하고 있다. 내경(K)이 증감하여도 간격(I)은 일정하다. 또 각 공기노즐(15)의 중심선과 그 중심선에 평행한 내벽면의 접선의 간격(J)을 종래는 15 mm 이었던 것에 대하여 여기서는 5 mm로 하고 있다.
도 26은 본 발명의 폐기가스처리장치의 버너부의 다른 구성예를 나타내는 종단면도이다. 본 버너부(10)는 도시하는 바와 같이 폐기가스도입관(14)의 개구부 (14a)의 내경이 아래쪽을 향하여 서서히 커지고, 다시 원통부재(11)의 내경도 아래쪽을 향하여 서서히 커지고 있다. 이에 의하여 폐기가스도입관(14)의 개구부(14a) 및 원통부재(11)의 내부에 직각과 같은 각도부가 없어진다. 또 폐기가스도입관(14)의 개구부(14a) 사이에도 역 원추내형상(inverted frusto-conical projection)의 돌출부(11a)를 설치하여도 좋다.
통상 버너부(10)에서 먼지는 각진 부나 공기나 폐기가스가 체류하는 부분에 부착한다. 여기서는 상기한 바와 같이 폐기가스도입관(14)의 개구부(14a) 및 원통부재(11)의 내부에 직각으로 된 각도부가 없어지고, 또 폐기가스도입관(14)의 사이에 폐기가스의 정체가 없어지기 때문에 내벽면에 먼지가 부착하기 어렵게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 발명에 의하면 연소실이 섬유강화 세라믹재의 내벽으로 형성되어 있기 때문에 내벽의 열이나 부식에 의한 소모가 적고, 열응력에 의한 균열의 발생도 감소하여 장치의 수명이 향상하고, 설비비용과 가동율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 내벽이 촉매효과를 발휘하지 않기 때문에 서멀 NOx의 발생이 억제되어 환경보존과 처리기기의 간략화를 도모할 수 있다. 따라서 전반적으로 컴팩트하고 저비용의 폐기가스처리장치를 제공할 수 있다.
또 청구항 3에 기재된 발명에 의하면 내벽과 외측용기 사이의 공간을 연소실의 압력보다 높은 압력의 퍼지가스 분위기로 유지하기 때문에 연소실내의 유해가스가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또 청구항 4 내지 청구항 9에 기재된 발명에 의하면 버너부의 보조연소가스노즐에 보조연소가스를 도입하는 보조연소가스도입부를 냉각하는 냉각수단을 설치하였기 때문에 보조연소가스도입부가 화염에 의해 가열되어도 온도상승을 보조연소가스의 발화점 이하로 억제함으로 보조연소가스의 폭발 등을 할 위험이 없어진다.
또 청구항 6 내지 9의 발명에 의하면 화염이 직접 냉각쟈켓에 접촉하지 않기 때문에 냉각매체에 의한 화염의 열량의 소모가 적어져 많은 열량을 폐기가스처리에 사용할 수 있다.
또 청구항 10 내지 13에 기재된 발명에 의하면, 버너부 및/또는 연소실내벽에 부착된 먼지의 제거 또는 먼지을 부착하지 않도록 하는 먼지제거수단을 설치하였기 때문에 버너부 및/또는 연소실내를 먼지로 막히게 하는 일 없이 폐기가스처리장치의 장시간 운전이 가능하게 된다.
또 청구항 14에 기재된 발명에 의하면, 배관내에 배치된 스크랩핑기구로 연속적 또는 주기적으로 요동 또는 회전시킴으로써 배관내에 부착되는 먼지는 제거되어 배관내의 배기를 최소한의 압력손실을 가지고 흐르게 할 수 있다.
또 청구항 15 내지 18에 기재된 발명에 의하면, 스크랩핑부재 및 주축은 각각 중공의 파이프로 이루어져 배관 외부로부터 주축 및 스크랩핑부재의 중공을 통하여 스크랩핑부재의 선단 또는 그 표면의 다수의 구멍 또는 슬릿으로부터 청정가스를 분출함으로써 스크랩핑 부재가 닿지 않는 배관내의 먼지를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 스크랩핑기구 자체에게 부착되는 먼지도 제거하는 것이 가능하게 된다. 또 배관내를 고온가스가 흐르는 경우는 청정가스의 냉각효과에 의해 장치 자체의 내구성이 향상한다.
또 청구항 17에 기재된 발명에 의하면, 청정가스로서 배관내를 흐르는 가스를 중화하는 중화가스를 사용하기 때문에 배관내를 통하여 고온으로 부식성의 가스가 흐르는 경우는 냉각효과 뿐만 아니라 배관의 부식방지효과도 기대할 수 있다.
또 청구항 19 내지 청구항 21에 기재된 발명에 의하면, 공기노즐은 개구부 아래쪽을 향하여 형성된 연소화염에 선회 공기흐름을 아래쪽을 향하여 분출하도록 구성한 공기노즐로 하였기 때문에 노즐부의 내벽에 먼지가 부착하기 어려운 폐기가스처리장치가 된다.
또 청구항 22에 기재된 발명에 의하면, 폐기가스도입구 및 원통부재의 내경은 연소실을 향하여 서서히 커지고 있기 때문에 버너부내에 직각으로 된 부분과 같은 각진 부분이 없어져 노즐부의 내벽에 먼지가 부착하기 어려운 폐기가스처리장치가 된다.
또 청구항 23에 기재된 발명에 의하면 콤팩트하고 또한 효율적으로 유해가연성가스나 난분해성가스를 포함하는 폐기가스를 처리할 수 있는 폐기가스처리시스템을 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 버너부와, 상기 버너부의 하류측에 설치한 연소실을 구비하고, 상기 버너부에서 상기 연소실을 향하여 연소화염을 형성하고, 상기 연소화염에 폐기가스를 도입하여 상기 폐기가스를 산화분해시키는 폐기가스처리장치에 있어서,
    상기 연소실은 천으로 직조되고 바인더가 함유된 세라믹 재료가 도포되어 원통형상으로 고체화된 알루미나연속섬유 내벽으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내벽과 연소실의 외측용기 사이에 다공질세라믹재제의 단열재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 내벽과 상기 외측용기 사이의 공간을 상기 연소실의 압력보다 높은 압력의 퍼지가스분위기로 유지하는 퍼지가스공급수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  4. 버너부와, 이 버너부의 하류측에 제공된 연소실을 구비하고, 상기 버너부에서 상기 연소실을 향하여 연소화염을 형성하고, 그 연소화염에 폐기가스를 도입하여 상기 폐기가스를 산화분해시키는 폐기가스처리장치에 있어서,
    상기 버너부는 정상부가 폐쇄되고, 하부에 개구부를 가진 원통부재를 구비하고, 상기 원통부재의 정상부에 폐기가스도입구를 설치함과 동시에, 그것의 측벽의 소정의 위치에 공기노즐을 설치하고, 개구부 근처의 측벽에 보조연소가스노즐를 설치하여 상기 폐기가스도입구로부터 도입된 폐기가스와 상기 공기노즐로부터 분출된 공기를 혼합하여 상기 보조연소노즐로부터 분출된 보조연소가스를 점화하여 상기 개구부 아래쪽을 향하여 연소화염을 형성하도록 되어 있고,
    상기 보조연소가스노즐에 연료가스를 도입하는 보조연소가스도입부를 냉각하는 냉각수단이 상기 버너부 주위에 제공되는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보조연소가스도입부는 상기 원통부재의 바깥 둘레측에 제공된 보조연소가스실이고, 상기 보조연소가스노즐은 이 보조연소가스실의 내측에 보조연소가스를 상기 연소실의 중심부를 향하여 분출하도록 설치하고, 상기 냉각수단은 상기 보조연소가스실과 상기 연소실의 경계부에 설치한 냉각쟈켓에 냉각매체를 공급하여 상기 보조연소가스실을 냉각하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 보조연소가스도입부는 상기 원통부재의 바깥 둘레측에 제공된 보조연소가스실이고, 상기 보조연소가스실의 하부에 상기 보조연소가스노즐이 보조연소가스를 선회 공기류와 함께 상기 연소실로 분출하도록 설치되고, 상기 냉각수단은 상기 보조연소가스실에 인접하여 제공되고 상기 보조연소가스실의 바깥 둘레에 설치한 냉각쟈켓에 냉각매체를 공급하여 상기 보조연소가스실을 냉각하도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 보조연소가스도입부는 그것의 선단에 상기 보조연소가스노즐을 설치한 보조연소가스도입관이고, 상기 보조연소가스도입관을 상기 원통부재 하단 바깥 둘레부에 설치하여 냉각쟈켓을 통하여 연장되고 상기 보조연소가스노즐로부터 보조연소가스가 상기 연소실의 중심부를 향하여 분출하도록 배치하고, 상기 냉각수단은 상기 냉각쟈켓에 냉각매체를 공급하여 상기 보조연소가스도입관을 냉각하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 보조연소가스도입부는 선단에 상기 보조연소가스노즐을 설치한 보조연소가스도입관이고, 상기 보조연소가스도입관을 상기 원통부재 하단 바깥 둘레부에 상기 보조연소가스노즐로부터 보조연소가스가 상기 연소실의 중심부를 향하여 분출하도록 장치하고, 상기 냉각수단은 상기 보조연소가스도입관의 바깥 둘레에 설치한 냉각쟈켓내를 통하여 배치하여 그 냉각쟈켓에 냉각매체를 공급하여 상기 보조연소가스도입관을 냉각하도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  9. 제 4항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각매체가 물, 공기, 또는 그 밖의 액체, 기체 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  10. 버너부와, 상기 버너부의 하류측에 설치한 연소실을 구비하여 상기 버너부로부터 상기 연소실을 향하여 연소화염을 형성하고, 이 연소화염에 폐기가스를 도입하여 상기 폐기가스를 산화분해시키는 폐기가스처리장치에 있어서,
    상기 버너부 또는 연소실 내벽에 부착된 먼지의 제거 또는 먼지의 부착을 방지하는 먼지제거수단을 설치하되,
    상기 먼지제거수단은 상기 버너부의 내벽 또는 상기 연소실의 내벽을 따라 공기 흐름층이 형성되도록 공기를 위쪽을 향해 분출하여, 상기 공기 흐름층이 상기 버너부의 내벽면 또는 상기 연소실의 내벽면에 먼지가 부착되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 먼지제거수단은 상기 버너부 또는 연소실내의 내벽면을 따라 공기흐름층을 형성하는 공기분사노즐를 구비하고, 상기 공기분사노즐로부터 연속적 또는 단속적으로 공기를 분사하여 상기 공기흐름층을 형성하는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  14. 먼지를 많이 함유하는 가스체가 흐르는 배관 내벽에 부착되는 먼지를 제거하는 먼지제거장치에 있어서,
    상기 배관내에 배치되어 주축에 배관 길이방향으로 연장하는 막대형상의 스크랩핑부재를 설치한 구성의 스크랩핑기구와, 이 스크랩핑기구의 주축을 스크랩핑 부재가 배관 내면에 접촉하고 또는 미소한 간격을 두고 안 둘레방향으로 이동하도록 지지하는 지지기구와, 상기 스크랩핑기구를 주축을 중심으로 연속적 또는 주기적으로 요동 또는 회전시키는 구동장치를 구비하고,
    상기 막대형상의 스크랩핑부재는 상기 배관 내벽면을 따라 공기 흐름층이 형성되도록 위를 향해 공기를 분출하여, 상기 공기 흐름층이 상기 배관 내벽면에 먼지가 부착되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 먼지제거장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 스크랩핑부재 및 주축은 각각의 중공의 파이프로 이루어지고, 이 스크랩핑부재와 주축의 중공은 연통함과 동시에, 상기 스크랩핑부재의 선단에 중공과 연통하는 개구부가 제공되고, 상기 배관 외부로부터 상기 주축 및 스크랩핑부재의 중공을 통하여 공급되고 상기 개구부로부터 청정가스를 분출하는 것을 특징으로 하는 먼지제거장치.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 스크랩핑부재 및 주축은 각각 중공의 파이프로 이루어지고, 상기 각각의 스크랩핑부재와 주축의 중공은 서로 연통하며, 상기 스크랩핑부재 및 주축의 쌍방 또는 상기 스크랩핑부재의 표면에는 중공부와 연통하도록 다수의 구멍 또는 슬릿을 설치하고, 청정공기는 상기 배관 외부로부터 상기 주축 및 스크랩핑부재의 중공을 통하여 공급되고 상기 다수의 구멍 또는 슬릿으로부터 청정가스를 분출하는 것을 특징으로 하는 먼지제거장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 청정가스로 상기 배관내를 흐르는 가스를 중화하는 중화가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 먼지제거장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 청정가스는 연속적 또는 간헐적으로 분출되는 것을 특징으로 하는 먼지제거장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 버너부와, 상기 버너부의 하류측에 설치한 연소실을 구비하고, 상기 버너부에서 상기 연소실을 향하여 연소화염을 형성하고, 상기 연소화염에 폐기가스를 도입하여 상기 폐기가스를 산화분해시키는 폐기가스처리장치에 있어서,
    상기 버너부는 정상부가 폐쇄되고, 하부에 개구부를 가진 원통부재를 구비하고, 상기 원통부재의 정상부에 폐기가스도입구를 설치함과 동시에, 측벽의 소정의 위치에 복수 개의 공기노즐들을 설치하고, 개구부 근처의 측벽에 보조연소가스노즐를 설치하고, 상기 개구부 근방의 측벽에 복수 개의 보조연소가스노즐들을 설치하여 상기 공기와 보조연소 가스가 선회 화염을 형성하도록 하고,
    상기 폐기가스도입구 또는 상기 원통부재의 내경은 상기 연소실을 향하여 서서히 커지고 있는 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
  23. 버너부와,
    상기 버너부의 하류측에 설치되며 제1 직경을 갖는 원통형 부재로 구성되는 연소실과,
    상기 연소실의 하류측에 설치되며 상기 제1 직경에 비해 큰 제2 직경을 갖는 원통형 부재로 구성되는 연소가스냉각부를 포함하고,
    상기 버너부, 연소실 및 연소가스냉각실을 일체적으로 설치하고,
    상기 버너부에는 폐기가스를 도입하는 폐기가스도입구와, 공기를 도입하여 선회 공기흐름을 발생시키는 공기노즐과, 보조연소가스를 분사하는 보조연소가스노즐를 설치하고,
    상기 연소가스냉각부에는 상기 연소가스냉각부의 천정부에 연소실로부터 유입하는 폐기가스를 냉각하여 상기 폐기가스 중의 먼지를 포획하기 위한 액체를 분무하는 액체분무노즐이 제공되고, 상기 폐기가스를 배출하기 위한 배기관과, 상기 액체분무노즐로 분무된 액체를 배액하기 위한 배액관이 설치된 것을 특징으로 하는 폐기가스처리장치.
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