KR101278178B1

KR101278178B1 - 스크러버용 버너

Info

Publication number: KR101278178B1
Application number: KR1020120114013A
Authority: KR
Inventors: 김형극
Original assignee: 씨에스케이(주)
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-07-05
Also published as: JP2014081190A; CN103727546B; JP5547307B2; EP2719949A1; US9068742B2; TW201414961A; EP2719949B1; CN103727546A; TWI486538B; US20140106286A1

Abstract

본 발명은 스크러버용 버너에 관한 것으로서, 내부 중앙 영역에서 하부로 개방되어 형성되며 폐가스가 유입되는 연소 영역과 상기 연소 영역의 외측을 따라 링 형상으로 형성되며 산화제와 연료가 유입되어 혼합되는 혼합 영역을 포함하는 하우징 및 상기 연소 영역과 혼합 영역 사이에 위치하고, 공극을 구비하여 상기 혼합 영역에서 혼합된 산화제와 연료를 상기 연소 영역으로 공급하는 메탈 카트리지를 포함하는 스크러버용 버너를 개시한다.

Description

스크러버용 버너{Burner for Scrubber}

본 발명은 전자 산업 공정에서 발생되는 폐가스 처리에 사용되는 연소 산화방식의 스크러버용 버너에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이 장치(Display device), 태양 전지(solar cell), 엘이디(LED)등의 전자산업공정에 사용되는 화학물질(chemical)은 독성, 부식성, 폭발성등의 특징을 갖는게 일반적이다. 또한 생산 공정 중 발생하는 산성수분, 입자(Dust)등 역시도 공정 폐가스에 다량 포함되어 있다.

특히, 반도체 식각 공정 및 화학증착공정에 다량사용되고 있는 가스인 NF3는 PFCs등과 더불어 지구온난화를 촉진하는 가스이며 매우 유독성이 강한 독성가스이다.

NF₃ 및 PFC 가스는 열플라즈마, 연소 산화방식, 화학적 흡착 방식의 스크러버에 의해 처리되어 지고 있다. 상기 연소 산화방식은 NF₃가스의 처리를 위해 가장 일반적으로 사용되는 방식이다. 종래의 연소 산화방식은 LNG와 순수 산소를 이용해 고온의 순산소화염으로 폐가스를 가열하고 분해하는데 순산소 연소의 특성상 높은 화염온도로 인하여 폐가스에 포함된 질소가 분해되어 다량의 질소산화물(NO_x)을 부가적으로 생성되는 문제점을 가지고 있다.

최근들어 폐가스에 포함된 질소산화물의 배출기준이 강화되고 있어 이에 대한 저감 필요성이 급격히 부각되었다. 이에 더하여, 종래의 순산소 연소산화방식은 고온의 온도로 인해 버너 및 기구물의 내구성이 저하되어 잦은 유지보수가 필요하고 공기에 비해 상대적으로 가격이 비싼 산소를 사용하여 운영비용이 과다하게 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 질소산화물과 일산화탄소의 발생을 저감시키고, 유지 보수 및 운전 비용을 저감할 수 있는 스크러버용 버너를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스크러버용 버너는 내부 중앙 영역에서 하부로 개방되어 형성되며 폐가스가 유입되는 연소 영역과 상기 연소 영역의 외측을 따라 링 형상으로 형성되어 산화제와 연료가 유입되어 혼합되는 혼합 영역을 포함하는 하우징 및 상기 연소 영역과 혼합 영역 사이에 위치하고, 공극을 구비하여 상기 혼합 영역에서 혼합된 산화제와 연료를 상기 연소 영역으로 공급되도록 하는 메탈 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은 상기 혼합 영역의 외측에 링 형상으로 형성되어 외부로부터 산화제가 유입되는 산화제 예열 영역 및 상기 산화제 예열 영역으로부터 상기 하우징의 외부로 관통되어 형성되는 산화제 유입 통로를 더 포함하며, 상기 산화제 예열 영역에 결합되는 산화제 유입관을 더 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 하우징은 상기 연소 영역으로부터 상기 하우징의 외부로 관통되어 형성되는 폐가스 유입통로와 상기 혼합 영역으로부터 상기 하우징의 외부로 관통되어 형성되는 연료 유입 통로 및 상기 혼합 영역으로부터 상기 산화제 예열 영역으로 관통되어 형성되는 산화제 공급 통로를 더 포함하며, 상기 폐가스 유입 통로에 결합되는 폐가스 유입관과 상기 연료 유입 통로에 결합되는 연료 유입관 및 상기 산화제 공급 통로에 결합되는 산화제 공급관을 더 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 연료 유입관은 상기 혼합 영역의 상면에서 하부 방향으로 연료가 유입되도록 형성되며, 상기 산화제 공급관은 중심 축이 상기 혼합 영역의 상부에서 상기 연료 유입관의 중심 축과 수직으로 교차되도록 형성되고, 상기 혼합 영역의 접선 방향과 평행하게 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 혼합 영역은 상기 연소 영역보다 높이가 높게 형성되어 중간 영역과 하부 영역에서 상기 연소 영역과 서로 연결되는 연결 구간을 구비하며, 상기 산화제 공급관에서 공급되는 산화제는 혼합 영역의 상부에서 연료와 충돌하도록 형성될 수 있다.

상기 산화제 공급관은 공급되는 산화제의 유량(V_A)이 상기 연료 유입관에서 공급되는 연료의 유량(V_L)과 V_A : V_L = 1 ~ 5 : 1의 비율이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 산화제 공급관의 단면적(A_A)과 상기 연료 유입관의 단면적(A_L)은 그 비가 A_A : A_L =1 ~ 15 : 1가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 메탈 카트리지는 원통 형상으로 형성되고 상기 공극을 구비하는 메탈 메쉬망과 상기 메탈 메쉬망의 외측에서 상기 메탈 메쉬망을 지지하는 메쉬망 고정대를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 메탈 카트리지는 상기 연결 구간에서 상기 혼합 영역과 상기 연소 영역을 공간적으로 분리하도록 결합되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 스크러버용 버너는 상기 연소 영역에 하부에 결합되어 상기 메탈 카트리지를 상기 하우징에 고정하는 카트리지 고정링을 더 포함하여 형성될 수 있다.

본 발명의 스크러버용 버너는 공기를 산화제로 사용하면서 표면 연소 방식을 적용하여 1300도 이하에서 폐가스를 처리하게 되므로 질소산화물의 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 스크러버용 버너는 연료와 산화제를 사전에 혼합하여 연소 영역으로 분사하게 되어, 연료와 산화제의 혼합 정도가 높게 되고 표면 연소에 의하여 화염이 안정적으로 형성되므로 일산화탄소의 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 스크러버용 버너는 기존의 산소 버너에 비하여 상대적인 저온에서 운용되므로 유지 보수를 필요로 하는 간격을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유지 보수시에 버너 내부에 장착되는 메탈 카트리지만을 교체하게 되어 유지 보수 시간과 유지 보수 비용을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 순수 산소 대신에 산소 혼합 가스를 산화제로 사용함으로써 운전 비용을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스크러버용 버너의 A-A 수직 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스크러버용 버너의 B-B 수직 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 스크러버용 버너의 C-C 수평 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 스크러버용 버너에 장착되는 메탈 카트리지의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너가 장착된 스크러버의 부분 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 스크러버용 버너에 대하여 설명한다.

먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 스크러버용 버너의 A-A 수직 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 스크러버용 버너의 B-B 수직 단면도이다. 도 4는 도 1에 도시된 스크러버용 버너의 C-C 수평 단면도이다. 도 5는 도 1에 도시된 스크러버용 버너에 장착되는 메탈 카트리지의 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 버너(1000)는, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 하우징(100)과 폐가스 유입관(200)과 연료 유입관(300)과 산화제 공급관(400)과 산화제 유입관(500) 및 메탈 카트리지(600)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 스크러버용 버너(1000)는 냉각수 유입관(700) 및 카트리지 고정링(800)을 더 포함하여 형성될 수 있다.

상기 스크러버용 버너(1000)는 산화제로 산소가 소정 비율로 혼합된 산소 혼합 가스를 사용한다. 상기 산화제는 산소의 함량이 10부피% 내지 60부피%가 되도록 형성된다. 상기 산화제는 산소의 함량이 너무 높으면 발열 온도가 높게 되어 질소산화물의 발생이 증가될 수 있다. 또한, 상기 산소의 함량이 너무 낮으면 발열 온도가 낮게 되어 폐가스의 처리 효율이 감소될 수 있다. 예를 들면, 상기 산화제는 공기 또는 압축 건조 공기(compressed dry air)를 사용한다. 또한, 상기 스크러버용 버너(1000)는 연료로 LNG와 같은 연료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 스크러버용 버너(1000)는 표면 연소 방식에 의하여 질소산화물이 발생되는 1300℃보다 낮은 온도에서 폐가스를 처리하여 질소산화물의 발생을 저감시키게 된다.

상기 하우징(100)은 연소 영역(110)과 혼합 영역(120)과 산화제 예열 영역(130) 및 냉각수 영역(140)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 하우징(100)은 폐가스 유입 통로(112)와 연료 유입 통로(122)와 산화제 공급 통로(132)과 산화제 유입 통로(134) 및 냉각수 유입 통로(142)를 포함하여 형성된다.

상기 하우징(100)은 스크러버용 버너(1000)의 몸체를 이루게 되며, 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 상기 하우징(100)은 원기둥 외에도 사각 기둥 또는 육각 기둥과 같은 형상으로 형성될 수 있다. 상기 하우징(100)은 내부에 하부로 개방된 형태의 중공이 형성되어 연소 영역(110)과 혼합 영역(120)을 제공하게 된다. 또한, 상기 하우징(100)은 폐가스 유입관(200)과 연료 유입관(300)과 산화제 공급관(400)과 산화제 유입관(500) 및 냉각수 유입관(700)이 각각 소정 위치에서 결합된다.

상기 연소 영역(110)은 하우징(100)의 내부 중앙 영역에 하부로 개방된 중공 형태로 형성된다. 상기 연소 영역(110)은 하우징(100)의 형상에 따라 원기둥 또는 사각 기둥과 같은 형상으로 형성될 수 있으며, 처리되는 폐가스 양에 따라 소정의 직경과 높이를 가지도록 형성된다.

상기 폐가스 유입 통로(112)는 연소 영역(110)에서 하우징(100)의 외부로 관통되도록 형성된다. 상기 폐가스 유입 통로(112)는 바람직하게는 연소 영역(110)의 상면에서 하우징(100)의 상부로 관통되어 형성된다. 상기 폐가스 유입 통로(112)는 하우징(100)의 구조에 따라 중간이 꺽이는 직선 형태, 일자형의 직선 형태 또는 곡선 형태를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 폐가스 유입 통로(112)는 단면이 원형, 사각형 또는 육각형의 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 폐가스 유입 통로(112)는 처리되는 폐가스의 양에 따라 적정한 직경 또는 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 폐가스 유입 통로(112)는 처리되는 폐가스의 양에 따라 적어도 하나의 통로를 구비하도록 형성되며, 연소 영역(110) 내부에 전체적으로 균일하게 폐가스가 유입되도록 하기 위하여 4개의 통로를 구비하여 형성될 수 있다.

상기 혼합 영역(120)은 연소 영역(110)의 외측을 따라 소정 폭과 높이를 갖는 링 형상으로 형성된다. 상기 혼합 영역(120)은 연소 영역(110)의 외측 형상에 대응되는 형상으로 형성되며, 연소 영역(110)이 원기둥 형상으로 형성되는 경우에 원형 링 형상으로 형성된다. 상기 혼합 영역(120)은 연료 유입 통로(122)로부터 유입되는 연료와 산화제 공급 통로(132)를 통하여 유입되는 산화제가 서로 혼합되는 영역이다. 또한, 상기 혼합 영역(120)은 연료와 산화제가 혼합된 혼합 연료를 연소 영역(110)으로 공급하게 된다.

상기 혼합 영역(120)은 연소 영역(110)의 높이보다 높이가 높게 형성되며, 중간 영역과 하부 영역에서 연소 영역(110)과 직접 연결되는 연결 구간(CA)을 구비하여 형성된다. 또한, 상기 혼합 영역(120)은 메탈 카트리지(600)에 의하여 연결 구간(CA)에서 연소 영역(110)과 공간적으로 분리된다. 또한, 상기 혼합 영역(120)은 연결 구간(CA)의 상부에서 먼저 산화제와 연료가 일차로 혼합 연료로 혼합된 후에, 연결 구간(CA)을 통하여 연소 영역(110)으로 혼합 연료를 공급하게 된다. 따라서, 상기 혼합 영역(120)은 연료와 산화제가 혼합된 상태에서 연소 영역(110)으로 공급되도록 한다.

상기 연료 유입 통로(122)는 혼합 영역(120)의 상부에 하우징(100)의 외측으로 관통되어 형성된다. 상기 연료 유입 통로(122)는 바람직하게는 혼합 영역(120)의 상부에서 하우징(100)의 상부 방향으로 연장되어 형성된다. 따라서, 상기 연료 유입 통로(122)는 중심 축이 혼합 영역(120)의 하부 방향을 향하도록 형성된다.

상기 연료 유입 통로(122)에는 연료 유입관(300)이 결합되며, 외부로부터 연료가 혼합 영역(120)으로 유입되도록 한다.

상기 산화제 공급 통로(132)는 혼합 영역(120)과 산화제 예열 영역(130) 사이를 관통하여 형성된다. 상기 산화제 공급 통로(132)는 바람직하게는 혼합 영역(120)의 상부에서 연료 유입 통로(122)와 수직을 이루도록 형성되며, 중심 축이 연료 유입 통로(122)의 중심 축과 수직을 이루도록 형성된다. 상기 산화제 공급 통로(132)에는 산화제 공급관(400)이 결합되며, 산화제 예열 영역(130)에서 예열된 산화제가 혼합 영역(120)으로 공급되도록 한다.

한편, 상기 산화제 공급 통로(132)는 하우징(100)에 산화제 예열 영역(130)이 형성되지 않는 경우에 하우징(100)의 외부로 관통되도록 형성될 수 있다. 이 경우에 상기 혼합 영역(120)에는 외부로부터 산화제가 직접 공급되도록 한다.

상기 산화제 예열 영역(130)은 혼합 영역(120)의 외측을 따라 소정 폭과 높이를 갖는 링 형상으로 형성된다. 상기 산화제 예열 영역(130)은 혼합 영역(120)과 하우징(100)의 격벽(a)에 의하여 공간적으로 분리되어 형성된다. 상기 산화제 예열 영역(130)은 외부에서 유입되는 산화제를 예열하여 혼합 영역(120)으로 공급하게 된다. 상기 산화제 예열 영역(130)은 연소 영역(110)에서 진행되는 연소 반응에서 발생되어 전도되는 열에 의하여 산화제를 예열하게 된다. 또한, 상기 산화제 예열 영역(130)은 산화제 공급 통로(132)를 통하여 예열된 산화제를 혼합 영역(120)으로 공급하게 된다.

또한, 상기 산화제 예열 영역(130)은 혼합 영역(120)의 외측에 위치하므로 연소 영역(110)에서 발생되어 전도되는 열이 하우징(100) 외측으로 전도되는 것을 감소시키게 된다. 따라서, 상기 산화제 예열 영역(130)은 하우징(100)의 외측을 냉각시켜 하우징(100)의 외면의 온도가 상승하는 것을 감소시키게 된다.

한편, 상기 산화제 예열 영역(130)은 외부에서 공급되는 산화제의 온도가 높은 경우에 별도로 형성되지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 산화제 공급 통로(132)는 하우징(100)의 외부와 직접 연결되어 외부의 산화제를 혼합 영역(120)으로 공급하게 된다.

상기 산화제 유입 통로(134)는 산화제 예열 영역(130)으로부터 하우징(100)의 외부로 관통되어 형성된다. 상기 산화제 유입 통로(134)에는 산화제 유입관(500)이 결합되며, 산화제 예열 영역(130)에 외부로부터 산화제가 유입되도록 한다.

한편, 상기 산화제 유입 통로(134)는 하우징(100)에 산화제 예열 영역(130)이 형성되지 않는 경우에 형성되지 않을 수 있다.

상기 냉각수 영역(140)은 하우징(100)의 상부에서 혼합 영역(120)과 산화제 예열 영역(130)의 상부에 소정의 폭과 높이를 갖는 링 형상으로 형성된다. 상기 냉각수 영역(140)은 외부에서 공급되는 냉각수가 하우징(100) 상부의 내부를 순환하도록 하여 연소 영역(110)에서 발생되는 열이 하우징(100)의 상부로 전달되는 것을 차단하게 된다.

상기 냉각수 유입 통로(142)는 냉각수 영역(140)에서 하우징(100)의 외측으로 관통되어 형성된다. 상기 냉각수 유입 통로(142)는 하우징(100)의 상부에서 일측과 타측에 형성된다.

상기 폐가스 유입관(200)은 폐가스 유입 통로(112)에 결합되며, 공정 중에 발생되는 폐가스가 폐가스 연소 영역(110)으로 유입되도록 한다.

상기 연료 유입관(300)은 연료 유입 통로(122)에 결합되며, 혼합 영역(120)으로 연료가 유입되도록 한다. 상기 연료 유입관(300)은 혼합 영역(120)의 상부에서 상면에 수직이 되도록 결합된다. 따라서, 상기 연료 유입관(300)은 연료가 혼합 영역(120)의 상면에서 하부 방향으로 유입되도록 한다.

상기 연료 유입관(300)은 연소 영역으로 공급되어야 하는 연료의 양에 대응되는 연료를 공급하기 위하여 적정한 단면적(A_L)을 가지도록 형성된다.

상기 산화제 공급관(400)은 산화제 공급 통로(132)에 결합되며 혼합 영역(120)에 산화제가 공급되도록 한다. 상기 산화제 공급관(400)은 혼합 영역(120)의 상부에서 연료 유입관(300)과 수직을 이루도록 결합된다. 즉, 상기 산화제 공급관(400)은 그 중심 축이 연료 유입관(300)의 중심 축과 수직으로 교차되도록 형성된다. 또한, 상기 산화제 공급관(400)은 연료 유입관(300)의 단부와 인접하도록 형성된다. 즉, 상기 산화제 공급관(400)은 혼합 영역(120)의 외측면에서 연료 유입관(300)의 인접한 위치까지 혼합 영역(120)의 외측면으로부터 돌출되도록 형성된다. 또한, 상기 산화제 공급관(400)은 중심축이 혼합 영역(120)의 접선 방향과 평행하게 되도록 형성된다. 따라서, 상기 산화제 공급관(400)은 공급되는 산화제가 연료 유입관(300)으로부터 유입되는 연료와 직접 충돌하면서 연료와 혼합되도록 한다. 또한, 상기 산화제 공급관(400)은 연료와 산화제가 혼합되면서 혼합 영역(120)의 접선 방향을 따라 흐르며 혼합 영역(120)의 상부로부터 하부로 와류를 형성하며 흐르도록 한다.

상기 산화제 공급관(400)은 공급되는 산화제의 공급 유속과 유량 및 연료의 공급 유속과 유량에 따라 적정한 산화제가 공급되도록 적정한 단면적(A_A)을 가지도록 형성된다. 상기 산화제 공급관(400)은 연료 유입관(300)보다 유량이 크게 되도록 형성된다. 상기 산화제 공급관(400)은 공급되는 산화제의 유량(V_A)이 연료 유입관(300)에서 공급되는 연료의 유량(V_L)과 V_A : V_L = 1 ~ 5 : 1의 비율이 되도록 형성된다. 상기 산화제 공급관(400)에서 공급되는 산화제의 유량이 작게 되면 연료와 혼합이 불균일하게 되는 문제가 있다. 또한, 상기 산화제 공급관(400)에서 공급되는 산화제의 유량이 작게 되면 연소 영역으로 분사되는 혼합 연료의 압력이 충분하지 않게 되어 화염이 충분하게 형성되지 않게 된다. 또한, 상기 산화제의 유량이 많게 되면 연료의 원활한 공급에 지장을 주게 되어 균일한 화염을 얻을 수 없게 되는 문제가 있다.

또한, 상기 산화제 공급관(400)의 단면적(A_A)은 바람직하게는 연료 유입관(300)의 단면적(A_L)과 동일하거나 크게 형성되며, A_A : A_L = 1 ~ 15 : 1의 비율이 되도록 형성될 수 있다. 상기 산화제 공급관(400)의 단면적은 산화제의 유량이 상기에서 언급한 바의 조건에 만족한다면, 바람직하게는 연료 유입관(300)의 단면적과 동일하게 형성된다. 따라서, 상기 산화제 공급관(400)에서 공급되는 산화제는 연료 유입관(300)에서 유입되는 연료와 전체적으로 충돌하면서 균일하게 혼합될 수 있다.

상기 산화제 공급관(400)의 단면적(A_A)이 너무 크게 되면 산화제의 토출 속도가 감소되어 연료와 균일하게 혼합되지 않는 문제가 있다. 또한, 상기 산화제 공급관(400)의 단면적(A_A)이 너무 작게 되면, 산화제의 토출 속도가 빨라지게 연료의 원활한 공급을 차단하는 문제가 있다.

상기 메탈 카트리지(600)는 메탈 메쉬망(610)과 메쉬망 고정대(620)를 포함하여 형성된다. 상기 메탈 카트리지(600)는 하우징(100)의 하부에서 내부로 삽입되어 결합되며, 연소 영역(110)과 혼합 영역(120)을 공간적으로 분리하게 된다. 특히, 상기 메탈 카트리지(600)는 연소 영역(110)과 혼합 영역(120)의 연결 구간(CA)을 공간적으로 분리하게 된다.

또한, 상기 메탈 카트리지(600)는 혼합 영역(120)에서 연료가 산화제와 혼합된 후에 메탈 메쉬망(610)에 형성되는 공극을 통하여 연소 영역(110)으로 공급되도록 한다.

상기 메탈 카트리지(600)는 사용 시간이 경과됨에 따라 고온에서의 부분적인 산화 등에 의하여 공극이 막히거나, 손상될 수 있다. 따라서, 상기 메탈 카트리지(600)는 정기적으로 교체하게 된다. 한편, 상기 스크러버용 버너(1000)는 사용 중에 메탈 카트리지(600)만 교체하게 되므로 유지 보수에 시간과 비용이 저감된다. 한편, 종래의 스크러버용 산소 버너는 유지 보수 시에 전체를 교체해야 하므로 유지 보수에 소요되는 시간과 비용이 증가하게 된다.

상기 메탈 메쉬망(610)은 금속 섬유를 직조하여 공극이 구비되도록 형성되는 금속 재질의 메쉬망으로 이루어진다. 상기 메탈 메쉬망(610)은 단층으로 직조되거나, 복수층으로 직조되어 형성될 수 있다. 상기 메탈 메쉬망(610)은 산화제와 연료의 원활한 공급을 위하여 바람직하게는 통기도가 200 ∼300cc/min/㎠이 되도록 공극을 구비한다. 상기 메탈 메쉬망(610)은 내열 및 내산성을 가지는 금속 합금으로 이루어지며, 예를 들면 철 크롬 합금과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 메탈 메쉬망(610)은 연소 영역(110)과 혼합 영역(120)이 분리되도록 소정 높이를 갖는 링 형상으로 이루어진다.

상기 메쉬망 고정대(620)는 상부 링(622)과 하부 링(624) 및 연결 바(626)를 포함하여 형성된다. 상기 메쉬망 고정대(620)는 메탈 메쉬망(610)의 외측에 결합되어 메탈 메쉬망(610)이 전체적으로 원통 형상을 유지하도록 한다.

상기 상부 링(622)은 메탈 메쉬망(610)의 상부에 결합되어 메탈 메쉬망(610)의 상부가 전체적으로 링 형상을 유지하도록 한다.

상기 하부 링(624)은 메탈 메쉬망(610)의 하부에 결합되어 메탈 메쉬망(610)의 하부가 전체적으로 링 형상을 유지하도록 한다.

상기 연결 바(626)는 상부 링(622)과 하부 링(624) 사이에 결합되어 상부 링(622)과 하부 링(624)이 원통 형상을 유지하도록 한다. 상기 연결 바(626)는 복수 개로 구비되며, 상부 링(622)과 하부 링(624)의 크기에 따라 적정한 간격으로 결합된다.

상기 냉각수 유입관(700)은 냉각수 유입 통로(142)에 결합된다. 따라서, 외부에서 공급되는 냉각수는 일측의 냉각수 유입관(700)을 통하여 냉각수 영역(140)으로 유입되어 냉각수 영역(140)을 흐르게 되며, 타측의 냉각수 유입관(700)을 통하여 외부로 유출된다.

상기 카트리지 고정링(800)은 링 형상으로 형성되며, 하우징(100)의 연소 영역(110) 하부에 결합된다. 따라서, 상기 카트리지 고정링(800)은 연소 영역(110)에 결합되는 메탈 카트리지(600)의 하부를 지지하여 메탈 카트리지(600)가 고정되도록 한다. 상기 카트리지 고정링(800)은 외면에 나사가 형성되고, 하우징(100)의 하부에도 나사가 형성되어 하우징(100)에 나사 결합될 수 있다. 한편, 상기 메탈 카트리지(600)가 나사와 같은 별도의 고정 수단에 의하여 고정되는 경우에, 카트리지 고정링(800)은 생략될 수 있다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너의 작용과 효과에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너가 장착되는 스크러버에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너가 장착된 스크러버의 부분 단면도이다.

상기 스크러버는, 도 6을 참조하면, 스크러버용 버너(1000) 및 연소 챔버(2000)를 포함하여 형성된다. 상기 연소 챔버(2000)는 복수개의 격벽(2100)을 구비하며, 상부가 부분적으로 개방된 원기둥 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 연소 챔버(2000)는 하부가 개방되며 추가적인 챔버(미도시)와 수조 탱크(미도시)가 연결될 수 있다. 상기 스크러버용 버너(1000)는 연소 챔버(2000)의 상부에 결합되며, 연소 영역(110)이 연소 챔버(2000)의 내부 공간에 위치하도록 결합된다. 한편, 상기 스크러버용 버너(1000)는 다양한 형태의 연소 챔버에 결합될 수 있음은 물론이다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

먼저, 산화제는 스크러버용 버너(1000)의 산화제 유입관(500)을 통하여 산화제 예열 영역(130)으로 유입되며, 다시 산화제 공급관(400)을 통하여 혼합 영역(120)으로 공급된다. 이때, 상기 산화제는 혼합 영역(120)의 상부에서 소정 압력으로 혼합 영역(120)의 연료 유입관(300)의 단부 방향을 향하여 분사된다. 또한, 상기 산화제 공급관(400)이 혼합 영역(120)의 접선 방향으로 설치되므로, 산화제는 혼합 영역(120)의 상부에서 하부로 접선 방향을 따라 흐르며 와류를 형성하게 된다. 다음으로, LNG와 같은 연료는 연료 유입관(300)을 통하여 혼합 영역(120)으로 유입된다. 이때, 상기 연료 유입관(300)은 혼합 영역(120)의 상면에서 하부 방향으로 유입된다. 상기 연료는 산화제 공급관(400)을 통하여 공급되는 산화제와 충돌하면서 산화제와 혼합되어 혼합 연료를 형성하고, 와류를 일으키면서 하부 방향으로 흐르게 된다.

상기 혼합 영역(120)에서 혼합된 혼합 연료는 메탈 카트리지(600)의 메탈 메쉬망(610)에 형성되는 공극을 통하여 연소 영역(110)으로 분사된다. 이때, 연소 영역(110) 또는 연소 챔버(2000)에 설치되어 있는 별도의 점화수단(미도시)에 의하여 점화가 진행되며, 혼합 연료는 연소 영역(110)에서 화염을 형성하게 된다. 상기 스크러버용 버너(1000)에서 형성되는 화염은 바람직하게는 메탈 메쉬망(610)의 내측 표면으로부터 다수 개로 형성되며, 메탈 메쉬망(610)의 내측 표면에 전체적으로 균일하게 형성되어 표면 화염의 형태로 형성된다. 또한, 상기 화염은 메탈 메쉬망(610)의 내측 표면에서 수 센티미터 이내의 짧은 길이로 형성된다. 또한, 상기 화염은 메탈 메쉬망(610)의 표면에서 짧은 길이로 형성되므로 안정적이며, 흔들리거나 꺼지지 않게 된다. 또한, 상기 혼합 연료는 혼합 영역(120)에서 메탈 메쉬망(610)의 공극을 통하여 흐르면서 메탈 메쉬망(610)의 열에 의하여 가열되면서 연소 영역(110)으로 분사된다. 따라서, 상기 스크러버용 버너(1000)는 연소 영역(110)에서 전체적으로 균일한 온도 분포를 형성하게 되며, 1200℃ 내외의 온도 분포를 가지게 된다. 상기 화염은 메탈 메쉬망(610)의 표면에 붙어서 형성되어 일부 열이 메탈 메쉬망(610)으로 전달되므로, 연소 영역(110)은 질소화합물이 발생되는 온도인 1300℃보다 상승하는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 메탈 메쉬망(610)은 혼합 영역(120)에서 유입되는 혼합 연료에 의하여 냉각되므로, 온도가 과도하게 상승하지 않게 된다. 한편, 상기 산화제 공급관(400)에서 공급되는 혼합 연료의 유량이 충분하지 않게 되면 연소 영역으로 분사되는 혼합 연료에 의하여 형성되는 화염이 메탈 메쉬망(610)과 직접 접촉하게 되므로 메탈 메쉬망(610)의 수명을 단축시키는 문제가 있다. 또한, 상기 스크러버용 버너(1000)는 혼합 연료의 유량이 충분하지 않게 되면 화염이 금속섬유 층 내로 전파되어 금속 섬유로의 열 전달에 의한 열 손실로 화염온도가 지속적으로 낮아져 연소반응이 지속적으로 유지되지 못하도록 하는 문제가 있다. 한편, 상기 스크러버용 버너(1000)는 혼합 영역(120)의 혼합 연료가 소정의 압력으로 메탈 메쉬망(610)의 공극을 통하여 분사되므로 화염이 혼합 영역(120)으로 역류되는 역화 현상이 발생되지 않도록 한다.

따라서, 상기 스크러버용 버너(1000)는 다음으로, 반도체 공정에서 발생된 폐가스가 폐가스 유입관(200)을 통하여 연소 영역(110)으로 공급되며 화염에 의하여 연소된다. 상기 폐가스는 NF₃, SiF₄, TEOS와 같은 성분을 포함하게 되며, 연소 영역(110)에서 분해된다. 상기 스크러버용 버너(1000)는 연소 영역(110)의 온도가 1300℃보다 낮게 유지되므로, 폐가스의 분해 과정에서 질소산화물 또는 일산화탄소의 발생을 최소화하게 된다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버용 버너의 폐가스 처리 효율 평가 결과에 대하여 설명한다.

표 1은 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 버너와 일반 산소 버너의 폐가스 처리 효율을 나타낸다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 버너와 일반 산소 버너의 질소 산화물 및 일산화탄소의 발생 정도를 나타낸다.

여기서, 일반 산소 버너는 산화제로 산소만을 사용하며, 버너의 내부에 형성되는 연소 영역에 연료와 산소가 함께 분사되어 폐가스를 연소시키는 버너이며, 현재 일반적으로 사용되는 버너의 형태이다.

상기 스크러버용 버너(1000) 및 일반 산소 버너에 대한 평가는 반도체 공정라인에서 진행되었으며, 폐가스 유입관(200)을 통하여 스크러버로 유입되는 폐가스에서의 각 해당 가스의 농도와, 스크러버를 통하여 배출되는 처리 가스에서의 각 해당 가스의 농도를 측정하는 방법으로 진행되었다. 폐가스 처리 효율은 스크러버로 유입되는 폐가스에서의 가스 농도와 스크러버로부터 배출되는 처리 가스에서의 가스 농도의 비율로 산출하였다. 또한, 상기 질소산화물과 이산화탄소의 함량은 스크러버로부터 배출되는 처리 가스에서 측정하였다. 폐가스 및 처리 가스에 대한 분석은 FT-IR 분석기와 QMS 분석기를 사용하여 진행하였다.

구분	본 발명의 스크러버용 버너	일반 산소 버너
NF3	99.7%	95.7%
SiF4	99.9%	99.3%
TEOS	99.5%	99.2%

구분	본 발명의 스크러버용 버너	일반 산소 버너
CO	17ppm	512ppm
NOx	5ppm	240ppm

표 1에서 보는 바와 같이, 상기 스크러버용 버너(1000)는 폐가스의 처리 효율에서 일반 산소 버너와 동등하거나 높게 나타나고 있다. 상기 스크러버용 버너(1000)는 연료와 산화제를 먼저 혼합한 후에 연소 영역(110)으로 공급하고, 메탈 메쉬망(610)의 내측 표면에 전체적으로 균일하게 화염을 형성하게 된다. 따라서, 상기 스크러버용 버너(1000)는 일반 산소 버너보다 연소 영역(110)에서 상대적으로 균일한 온도 분포를 형성하게 되므로, 연소 영역(110)에서의 온도가 상대적으로 일반 산소 버너보다 낮음에도 불구하고 폐가스의 처리 효율이 동등 이상으로 나타나게 된다.

또한, 표 2에서 보는 바와 같이, 상기 스크러버용 버너(1000)는 연소 영역(110)에서의 온도가 1300℃보다 높지 않게 되므로 질소산화물의 발생이 저감되며 질소산화물의 발생 정도가 일반 산소 버너보다 낮게 된다. 또한, 상기 스크러버용 버너(1000)는 연료와 산화제를 사전에 혼합하여 연소 영역으로 분사하게 되어, 연료와 산화제의 혼합 정도가 높게 되고 표면 연소에 의하여 화염이 안정적으로 형성되므로 일산화탄소의 발생 정도가 일반 산소 버너보다 낮게 된다.

1000: 스크러버용 버너
100: 하우징 200: 폐가스 유입관
300: 연료 유입관 400: 산화제 공급관
500: 산화제 유입관 600: 메탈카트리지
700: 냉각수 유입관 800: 카트리지 고정링

Claims

내부 중앙 영역에서 하부로 개방되어 형성되며 폐가스가 유입되는 연소 영역과 상기 연소 영역의 외측을 따라 링 형상으로 형성되어 산화제와 연료가 유입되어 혼합되는 혼합 영역을 포함하는 하우징 및
상기 연소 영역과 혼합 영역 사이에 위치하고, 공극을 구비하여 상기 혼합 영역에서 혼합된 산화제와 연료를 상기 연소 영역으로 공급되도록 하는 메탈 카트리지를 포함하며,
상기 하우징은 상기 혼합 영역의 외측에 링 형상으로 형성되어 외부로부터 산화제가 유입되는 산화제 예열 영역 및 상기 산화제 예열 영역으로부터 상기 하우징의 외부로 관통되어 형성되는 산화제 유입 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제1항에 있어서,
상기 산화제 예열 영역에 결합되는 산화제 유입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제2항에 있어서,
상기 하우징은 상기 연소 영역으로부터 상기 하우징의 외부로 관통되어 형성되는 폐가스 유입통로와 상기 혼합 영역으로부터 상기 하우징의 외부로 관통되어 형성되는 연료 유입 통로 및 상기 혼합 영역으로부터 상기 산화제 예열 영역으로 관통되어 형성되는 산화제 공급 통로를 더 포함하며,
상기 폐가스 유입 통로에 결합되는 폐가스 유입관과
상기 연료 유입 통로에 결합되는 연료 유입관 및
상기 산화제 공급 통로에 결합되는 산화제 공급관을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제3항에 있어서,
상기 연료 유입관은 상기 혼합 영역의 상면에서 하부 방향으로 연료가 유입되도록 형성되며,
상기 산화제 공급관은 중심 축이 상기 혼합 영역의 상부에서 상기 연료 유입관의 중심 축과 수직으로 교차되도록 형성되고, 상기 혼합 영역의 접선 방향과 평행하게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제4항에 있어서,
상기 혼합 영역은 상기 연소 영역보다 높이가 높게 형성되어 중간 영역과 하부 영역에서 상기 연소 영역과 서로 연결되는 연결 구간을 구비하며,
상기 산화제 공급관에서 공급되는 산화제는 혼합 영역의 상부에서 연료와 충돌하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제4항에 있어서,
상기 산화제 공급관의 단면적(A_A)과 상기 연료 유입관의 단면적(A_L)은 그 비가 A_A : A_L = 1 ~ 15 : 1가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제4항에 있어서,
상기 산화제 공급관은 공급되는 산화제의 유량(V_A)이 상기 연료 유입관에서 공급되는 연료의 유량(V_L)과 V_A : V_L = 1 ~ 5 : 1의 비율이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제1항에 있어서,
상기 메탈 카트리지는 원통 형상으로 형성되고 상기 공극을 구비하는 메탈 메쉬망과 상기 메탈 메쉬망의 외측에서 상기 메탈 메쉬망을 지지하는 메쉬망 고정대를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제5항에 있어서,
상기 메탈 카트리지는 상기 연결 구간에서 상기 혼합 영역과 상기 연소 영역을 공간적으로 분리하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제1항에 있어서,
상기 연소 영역에 하부에 결합되어 상기 메탈 카트리지를 상기 하우징에 고정하는 카트리지 고정링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
제1항에 있어서,
상기 산화제는 산소의 함량이 10부피% 내지 60부피%인 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.