KR102191652B1 - 배기 가스 처리용 버너 및 상기 버너를 사용한 배기 가스 처리 장치 - Google Patents

배기 가스 처리용 버너 및 상기 버너를 사용한 배기 가스 처리 장치 Download PDF

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히로키 구즈오카
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칸켄 테크노 가부시키가이샤
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Abstract

선단(12a)이 개방된 외관(12)과, 선단(14a)이 개방되고, 그 선단부가 외관(12)의 후단(12b)으로부터 외관(12)의 내부에 삽입된 내관(14)과, 내관(14)의 후단(14b)으로부터 내관(14)의 내부에 삽입된 막대 형상의 전열 히터(16)를 갖는다. 상기 외관(12)의 후단(12b)으로부터 돌출한 상기 내관(14)의 측면에는 지연성 가스 공급 노즐(18)과 연료 공급 노즐(20)이 접속된다. 상기 외관(12)의 후단(12b)측의 측면에는 배기 가스 공급 노즐(22)이 접속된다. 상기 내관(14)의 선단(14a)은 상기 외관(12)의 선단(12a)으로부터 이격한 상기 외관(12) 내의 깊숙한 곳에 배치된다. 그리고, 상기 전열 히터(16)의 선단(16a)은 상기 외관(12)의 선단(12a) 근방까지 연장 설치되고, 상기 외관(12)의 선단(12a)과 상기 내관(14)의 선단(14a) 사이에 배치된다.

Description

배기 가스 처리용 버너 및 상기 버너를 사용한 배기 가스 처리 장치{BURNER FOR PROCESSING EXHAUST GAS AND EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 배기 가스 처리에 사용되는 버너, 특히 1,500℃ 정도의 고온이 필요한 배기 가스의 제해(除害) 처리에 적합한 배기 가스 처리용 버너와, 이것을 사용한 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.
노(爐)나 연소기에 장착되는 버너로서, 선단이 개방된 관상의 연소실을 갖고, 이 연소실 후단의 폐색(閉塞) 단부 근방에 연료 함유 가스를 불어넣는 노즐과 공기 등의 산소 함유 가스(지연성(支燃性) 가스)를 불어 넣는 노즐이 상기 연소실의 내주면의 접선 방향을 향하여 형성되는 동시에, 착화원으로서 전기 히터를 사용한 비예혼합(非予混合; non-premixed)형의 관상 화염 버너가 알려져 있다(특허문헌 1 및 2 참조.)
이러한 기술에 의하면, 착화원으로서 파일럿 버너와 같이 실화(失火)될 우려가 없는 전기 히터를 사용하고 있으므로, 높은 안전성과 신뢰성을 구비한 관상 화염 버너를 제공할 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2012-37232호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2012-63132호
하지만, 상기 종래의 관상 화염 버너에는 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 이러한 버너를, 반도체 제조 공정으로부터 배출되는 배기 가스를 제해 처리하는 배기 가스 처리 장치의 열원으로 한 경우, 종래의 화염 연소식 배기 가스 처리 장치와 조금도 바뀐 점이 없고, 배기 가스의 대풍량 처리가 가능하지만, 이 배기 가스를 처리하는 노 내의 온도를 800℃ 정도까지밖에 승온시킬 수 없다. 이 때문에, 배기 가스의 열분해시에, 처리 풍량을 250리터/분 이하로 제한한 경우라도 1,400 내지 1,500℃ 정도의 고온이 필요한 CF4(4불화 탄소) 등의 열분해에는 적합하지 않다고 하는 화염 연소식 고유의 문제는 여전히 해결되지 않고 있다.
또한, 이러한 화염 연소식 배기 가스 처리 장치의 문제점을 해결하는 기술로서, 열원으로서 전열 히터를 사용하는 전열 산화 분해식의 것이 있다. 전열 산화 분해식의 배기 가스 처리 장치일 경우, 전열 히터의 종류를 선택(예를 들어, 전열 히터로서 탄화 규소를 발열체로 하는 것을 선택)하는 것만으로 1,500℃ 정도의 고온을 간단하게 또한 깨끗하게 만들어 낼 수 있다. 그러나, 이 전열 산화 분해식의 배기 가스 처리 장치에 있어서도, 에너지원으로서 상대적으로 에너지 단가가 높은 전력만을 사용하고 있기 때문에, 에너지 절약화에 한계가 있다는 과제나, 대용량 배기 가스의 효율적인 제해 처리가 어렵다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 주된 과제는 높은 안전성과 신뢰성을 갖고, 종래의 화염 버너 중 지연성 가스로서 공기를 사용하는 화염 버너에서는 실현할 수 없었던 1,500℃ 정도의 고온 환경도 간단하게 만들어 낼 수 있는, 경제성이 우수한 고효율의 배기 가스 처리용 버너를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 과제는 이러한 배기 가스 처리용 버너를 사용하여, 대용량 배기 가스의 효율적인 열분해(제해) 처리가 가능한 배기 가스 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 배기 가스 처리용 버너를 다음과 같이 구성하였다.
즉, 선단(l2a)이 개방된 외관(12)과, 상기 외관(12)의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 선단(14a)이 개방된 내관(14)으로서, 그 선단부가 상기 외관(12)의 후단(12b)으로부터 상기 외관(12)의 내부에 삽입된 내관(14)과, 상기 내관(14)의 후단(14b)으로부터 상기 내관(14)의 내부에 삽입된 막대 형상의 전열 히터(16)를 갖는다. 상기 외관(12)의 후단(12b)으로부터 돌출한 상기 내관(14)의 측면에는 상기 내관(14)의 내부에 지연성 가스(S)를 공급하는 지연성 가스 공급 노즐(18)이 접속된다. 또한, 상기 외관(12)의 후단(12b)으로부터 돌출한 상기 내관(14)의 측면에는 상기 내관(14)의 내부로 연료(F)를 공급하는 연료 공급 노즐(20)도 접속된다. 상기 외관(12)의 후단(12b)측의 측면에는 상기 외관(12)의 내부로 처리 대상의 배기 가스(E)를 공급하는 배기 가스 공급 노즐(22)이 접속된다.
상기 내관(14)의 선단(14a)은 상기 외관(12)의 선단(12a)으로부터 이격한 상기 외관(12) 내의 깊숙한 곳에 배치된다. 그리고, 상기 전열 히터(16)의 선단(16a)은 상기 외관(12)의 선단(12a) 근방까지 연장 설치되고, 상기 전열 히터(16)의 선단(16a)이 상기 외관(12)의 선단(12a)과 상기 내관(14)의 선단(14a) 사이에 배치된다.
본 발명은 예를 들어, 다음의 작용을 나타낸다.
상기 내관(14) 내로 공급하는 연료(F)의 착화원으로서 실화 등의 걱정이 없는 상기 전열 히터(16)를 사용하므로, 상기 내관(14)의 내부에서는 안정적인 화염이 형성되고, 그 선단(14a)으로부터 분사된다.
또한, 상기 내관(14)의 선단(14a)을 상기 외관(12)의 선단(12a)으로부터 이격한 상기 외관(12) 내의 깊숙한 곳에 배치하는 동시에, 상기 전열 히터(16)의 선단(16a)을 상기 외관(12)의 선단(12a) 근방까지 연장 설치하고 있기 때문에, 상기 외관(12)의 내부에는 도 3에 도시한 바와 같이, 배기 가스(E)의 통류 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여, 예열 영역 X, 화염 열분해 영역 Y 및 전열 분해 영역 Z가 이 순으로 형성된다. 이 중, 전열 분해 영역 Z에서는, 연료(F)의 연소에 따른 화염의 열 에너지의 어시스트를 받음으로써 전열 히터 단체(單體)로 상기 영역 Z를 가열할 경우에 비하여, 경제적이고 또한 효율적으로 상기 영역 Z를 배기 가스(E)의 열분해에 필요한 소정의 온도까지 승온시킬 수 있다.
본 발명에는 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 다음의 구성을 추가하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 내관(14) 및 상기 외관(12)을 원통 형상으로 형성하는 동시에, 상기 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 상기 연료 공급 노즐(20)의 분사 방향을 상기 내관(14) 내주면의 접선 방향에 대략 일치시킨다. 또한, 상기 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향을 상기 외관(12) 내주면의 접선 방향에 대략 일치시킨다. 그리고, 상기 지연성 가스 공급 노즐(18), 상기 연료 공급 노즐(20) 및 상기 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향의 전부를 같은 방향으로 한다.
이 경우, 상기 내관(14)의 내부에서 생성되는 화염이 선회류의 형태로 상기 내관(14)의 선단(14a)으로부터 상기의 화염 열분해 영역 Y로 분사된다. 그리고, 상기 배기 가스 공급 노즐(22)을 통하여 상기 외관(12)에 공급되는 배기 가스(E)의 선회 방향도 그 화염의 선회 방향과 같은 방향이 되어 있기 때문에, 상기의 화염 열분해 영역 Y에 도달한 배기 가스(E)가 선회류가 되어 있는 화염의 흐름을 어지럽히지 않고, 양자가 효율적으로 접촉하여 화염에 의한 배기 가스(E)의 열분해가 촉진된다.
또한, 본 발명에는 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 외관(12)의 선단(12a)측의 내주면에 그 내주면의 내경을 축소하도록 돌출한 방해판(24)을 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 배기 가스(E)가 상기의 전열 분해 영역 Z에 체류하는 시간을 연장시킬 수 있고, 상기 배기 가스(E)의 열분해를 보다 한층 확실한 것으로 할 수 있다.
또한, 제 2 발명에 따른 배기 가스 처리 장치는 상술한 배기 가스 처리용 버너를 사용하는 장치로서, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 배기 가스 처리 장치를 다음과 같이 구성한 것이다.
즉, 상기 배기 가스 처리용 버너를 설치한 반응기(42)와, 상기 배기 가스 처리용 버너에 도입하는 처리 대상의 배기 가스(E)를 액체 세정하는 습식의 입구 스크러버(40) 또는 상기 반응기(42)에서 열분해한 처리 후의 배기 가스(E)를 액체 세정하는 습식의 출구 스크러버(44) 중 적어도 어느 한쪽을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 높은 안전성과 신뢰성을 갖고, 종래의 화염 버너 중 지연성 가스로서 공기를 사용하는 화염 버너에서는 실현할 수 없었던 1,500℃ 정도의 고온 환경도(착화원으로서 기능하는) 전열 히터의 종류를 선택하는 것만으로 간단하게 만들어낼 수 있는, 경제성이 우수한 고효율의 배기 가스 처리용 버너와, 이러한 배기 가스 처리용 버너를 사용하여, 대용량 배기 가스의 효율적인 열분해(제해) 처리가 가능한 배기 가스 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에서의 일 실시예의 배기 가스 처리 장치의 개략을 도시한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 배기 가스 처리용 버너의 일례를 도시한 도면이고, 도 2a는 정면도, 도 2b는 도 2a에서의 α-α선 단면도, 도 2c는 도 2a에서의 β-β선 단면도이다.
도 3은 도 2a에서의 일부 노치(notch) 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1 내지 도 3에 의하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 배기 가스 처리용 버너(10)를 탑재한 배기 가스 처리 장치(11)의 개략을 도시한 것이다. 이 배기 가스 처리 장치(11)는 도시하지 않은 반도체 제조 장치로부터 배출된 모노실란(SiH4), 염소계 가스, PFCs(퍼플루오로 컴파운드) 등을 포함하는 배기 가스(E)를 제해 처리하기 위한 장치이고, 이 도면이 도시하는 바와 같이, 배기 가스 처리 장치(11)는 배기 가스(E)의 처리 플로우에 따라, 입구 스크러버(40), 반응기(42) 및 출구 스크러버(44)가 이 순으로 설치되고, 또한 배기 팬(46) 및 수조(48) 등을 추가하여 구성되어 있다.
입구 스크러버(40)는 도시하지 않은 반도체 제조 장치로부터 배출된 배기 가스(E)에 포함되는 분진이나 수용성 가스 등을 세정수로 흡수하여 배기 가스(E)로부터 세정 제거하는 것이며, 직관형의 스크러버 본체(40a)와, 그 스크러버 본체(40a) 내부에 설치되고, 반응기(42)로 공급하기 전의 배기 가스(E)에 대하여, 열분해 전 세정수(PW)를 분사하여 이것을 세정하는 스프레이 노즐(40b)로 구성된다. 여기에서, 열분해 전 세정수(PW)는 목적에 따라서, 물 또는 암모니아 등의 약액이 첨가된 수용액 등을 사용할 수 있다.
이 입구 스크러버(40)의 꼭대기부는 입구 덕트(50)를 개재하여 도시하지 않은 반도체 제조 장치와 연결되어 있고, 반도체의 제조 공정에서 배출된 각종 배기 가스(E)가 입구 덕트(50)를 통과하여, 이 입구 스크러버(40)의 꼭대기부에 도입되도록 되어 있다.
또한, 도 1 중의 도면부호 40c는 스프레이 노즐(40b)로부터 살포된 열분해 전 세정수(PW)와 배기 가스(E)의 기액(氣液) 접촉을 촉진시키기 위한 충전재이다.
도시한 실시예에서는, 이 입구 스크러버(40)와 수조(48)가 별개로 형성되는 동시에, 양자가 수세 가스 공급 배관(52) 및 이 수세 가스 공급 배관(52)으로부터 갈라진 배수관(54)에서 접속되어 있다. 이 때문에, 입구 스크러버(40)로부터의 배수가 수세 가스 공급 배관(52) 및 배수관(54)을 개재하여 수조(48) 내에 형성된 샤워수 회수조(48a)(후술함)로 보내지게 된다. 또한, 배수관(54)의 수조측 단부(54a)는 샤워수 회수조(48a)의 수면보다도 낮은 위치에 설치됨으로써 수봉(水封; water seal)되어 있다.
상기의 스프레이 노즐(40b)과 샤워수 회수조(48a)는 배관(56)을 개재하여 접속되어 있고, 이 배관(56)의 도중에 펌프(58)가 장착된다. 그리고, 이 펌프(58)에 의해, 샤워수 회수조(48a) 내에 저류(貯留;물을 모아둠)한 열분해 전 세정수(PW)를 스프레이 노즐(40b)에 공급하도록 되어 있다.
또한, 상기의 입구 스크러버(40)를 샤워수 회수조(48a) 위에 입설(立設)하는 동시에, 입구 스크러버(40)의 내부와 수조(48)의 내부가 서로 직접 연통하도록 하여도 좋다.
반응기(42)는 배기 가스(E)를 가열 분해하는 장치이며, 반응기 본체(60)와 이것에 탑재되는 배기 가스 처리용 버너(10)를 갖는다.
반응기 본체(60)는 스테인리스(SUS)제로 원통 형상의 외피 재킷의 내면에 내화재(耐火材)로 형성된 내첩(內貼) 부재를 부착 설치하여 구성되어 있고, 내첩 부재로 둘러싸인 내부 공간(60a)이 배기 가스 분해 처리 공간으로 되어 있다. 이 반응기 본체(60)의 윗면에는 상기의 내부 공간(60a)을 향하여 배기 가스 처리용 버너(10)가 삽입되어 있고, 또한, 이 반응기 본체(60)의 하부에는 가스 배출부(62)가 개설(開設)되는 동시에, 상기의 내부 공간(60a)에서 열분해 처리된 배기 가스(E)를 수조(48)로 송급하는 분해 가스 송급 배관(64)이 접속되어 있다.
또한, 이 분해 가스 송급 배관(64)의 상류단 근방에는 샤워기(66)가 장착되어 있다. 이 샤워기(66)는 반응기(42) 내에서 열분해한 배기 가스(E)를 예비 세정 및 예비 냉각하기 위한 샤워수(SW)를 분사하는 것이다. 샤워수(SW)에는 상술한 샤워수 회수조(48a)로부터 펌프(58)로 끌어올린 물 등을 사용할 수 있다.
배기 가스 처리용 버너(1O)는 배기 가스(E)를 열분해하기 위한 열원이 되는 것으로, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 외관(12), 내관(14), 전열 히터(16), 지연성 가스 공급 노즐(18), 연료 공급 노즐(20) 및 배기 가스 공급 노즐(22)로 대략 구성된다.
외관(12)은 스테인리스나 하스텔로이(Haynes사 등록 상표) 등의 금속 재료, 알루미나 등의 세라믹, 또는 금속 재료의 표면(내면)에 단열재나 내화재를 부착 설치한 재료로 형성된 원통 형상의 관재이다(도 2b 참조). 또한, 외관(12)의 형상은 원통 형상으로 한정되는 것이 아니고, 관체이면 어떠한 형상이라도 좋고, 예를 들어, 각기둥 형상이라도 좋다.
이 외관(12)의 선단(12a)은 개방되어 있고, 후단(12b)에는 그 외경이 확대되어 플랜지부(12c)가 형성되어 있다. 그리고, 이 플랜지부(12c)에는 외관(12)의 후단(l2b)을 폐색하기 위한 덮개 본체(26)가 볼트(28)로 고정되어 있다.
또한, 외관(12)의 후단(12b)측의 측면에는 후술하는 배기 가스 공급 노즐(22)이 접속되어 있다. 또한, 외관(12)의 선단(12a)측의 내주면에는 그 내주면의 내경을 축소하도록 돌출한 방해판(24)이 필요에 따라 형성된다.
내관(14)은 상술한 외관(12)과 마찬가지로, 스테인리스나 하스텔로이(Haynes사 등록 상표) 등의 금속 재료, 알루미나 등의 세라믹, 또는 금속 재료의 표면(내면)에 단열재나 내화재를 부착 설치한 재료로 형성된 원통 형상의 관재이다(도 2c 참조). 또한, 내관(l4)의 형상도 원통 형상으로 한정되는 것이 아니고, 관체이면 어떠한 형상이라도 좋고, 예를 들어, 각기둥 형상이라도 좋다.
이 내관(14)의 선단(14a)은 개방되어 있고, 후단(14b)은 후술하는 전열 히터(16)를 고정하기 위한 마개 본체(33)로 폐색되어 있다. 그리고, 이 내관(14)은 그 외경이 외관(12)의 내경보다도 작게 형성되어 있고, 그 선단부가 외관(12)의 후단(12b)으로부터 상기 외관(12)의 내부로 삽입되어 있다.
또한, 외관(12)의 후단(12b)으로부터 돌출한 이 내관(14)의 측면에는 후술하는 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 연료 공급 노즐(20)이 접속된다.
또한, 도 2 및 도 3 중의 도면부호 32는 예를 들어, 반응기(42)를 도시하지 않은 캐비넷에 수납할 때 등에 도움이 되도록 형성된 플랜지이다.
전열 히터(16)는 상기 연료 공급 노즐(20)을 개재하여 내관(14) 내로 공급되는 연료(F)의 착화원인 동시에, 그 자신도 외관(12) 내를 가열하는 열원이 되는 것으로, 구체적으로는, 알루미나 등의 세라믹제 또는 하스텔로이(Haynes사 등록 상표)이나 스테인리스 등의 금속제의 보호관(34)의 내부에 SiC 등의 세라믹 또는 니크롬선이나 칸탈(Sandvik AB사 등록 상표)선 등의 금속선을 나선 형상으로 권회한 길이가 긴 발열 저항체(36)를 충전한 전열식 히터이다.
이 전열 히터(16)의 후단부에는 급전 단자(38)가 형성되어 있고, 이 급전 단자(38)에는 리드선을 개재하여 전원 장치가 접속된다(도시하지 않음).
지연성 가스 공급 노즐(18)은 내관(14)의 내부에 공기나 산소 함유 가스 등의 지연성 가스(S)를 공급하는 금속제의 노즐이며, 도 2c에 도시한 바와 같이, 이 지연성 가스 공급 노즐(18)은 그 분사 방향이 내관(14) 내주면의 접선 방향에 대략 일치하도록 하여 장착된다.
또한, 이 지연성 가스 공급 노즐(18)에는 도시하지 않았지만, 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 조절 수단을 개재하여 지연성 가스 공급원이 접속된다.
연료 공급 노즐(20)은 내관(14)의 내부에 메탄이나 프로판과 같은 탄화수소계의 기체 연료 또는 미스트상으로 한 중유나 경유와 같은 탄화수소계의 액체 연료 등의 연료(F)를 공급하는 금속제의 노즐이다. 이 연료 공급 노즐(20)은 지연성 가스 공급 노즐(18)보다도 내관(14)의 선단(14a)측에 설치된다. 또한, 도 2b 및 2c에 도시한 바와 같이, 이 연료 공급 노즐(20)도 그 분사 방향이 내관(14) 내주면의 접선 방향에 대략 일치하도록 하여 장착된다.
그리고, 이 연료 공급 노즐(20)에도, 도시하지 않았지만, 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 조절 수단을 개재하여 연료 공급원이 접속된다.
배기 가스 공급 노즐(22)은 외관(12)의 후단(12b)측의 측면에 접속되고, 외관(12)의 내부에 가열 대상(즉 처리 대상)이 되는 배기 가스(E)를 공급하는 금속제의 노즐이며, 도 2b에 도시한 바와 같이, 이 배기 가스 공급 노즐(22)은 그 분사 방향이 외관(12) 내주면의 접선 방향에 대략 일치하도록 하여 장착된다. 또한, 이 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향은 상술한 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 연료 공급 노즐(20)의 분사 방향과 같은 방향이 되도록 구성되어 있다.
또한, 이 배기 가스 공급 노즐(22)에는 도 1에 도시한 바와 같이, 수세 가스 공급 배관(52)의 하류단이 접속된다.
여기에서, 이상과 같은 각 부재를 갖는 배기 가스 처리용 버너(1O)는 다음과 같이 구성된다.
즉, 내관(14)의 선단(14a)은 상기 외관(12)의 선단(l2a)으로부터 이격한 상기 외관(12) 내의 깊숙한 곳(도시한 실시형태의 경우에는, 외관(12)의 긴 쪽 방향 중앙부보다 더 깊은 측)에 배치된다. 또한, 상기 전열 히터(16)의 선단(16a)은 상기 외관(12)의 선단(12a) 근방까지 연장 설치된다. 이 때문에, 외관(12)의 내부 공간에는 도 3에 도시한 바와 같이, 배기 가스(E)의 통류 방향의 상류측에서 하류측을 향하여, 배기 가스 공급 노즐(22)로부터 내관(14)의 선단(14a)까지의 예열 영역 X, 내관(14)의 선단(14a)으로부터 내관(14)에서 분사되는 화염의 선단까지의 화염 열분해 영역 Y, 및 화염의 선단으로부터 전열 히터(16)의 선단(16a) 근방까지(도시한 실시예의 경우에는 방해판(24)까지)의 전열 분해 영역 Z와 같은 기능적 영역이 형성되게 된다. 또한, 그 구체적인 작용에 대해서는 후술한다.
또한, 상기 외관(12)에는 화염 열분해 영역 Y의 내면의 온도와 전열 분해 영역 Z의 내면의 온도를 계측하는 온도 센서(30)가 장착되어 있고, 이 온도 센서(30)로 측정한 온도에 기초하여 내관(14)에 공급하는 연료(F) 및 지연성 가스(S)의 공급량이나 전열 히터(16)에 공급하는 전력량 등이 제어된다.
또한, 본 발명의 배기 가스 처리용 버너(10)는 상술한 바와 같이 실화의 우려는 없지만, 화염의 상태를 감시하는 화염 검출기를 장착하고, 이러한 장치에 의한 화염 검출 결과를 상기 버너(10)의 제어에 피드백하도록 해도 좋다.
출구 스크러버(44)는 샤워기(66)로부터 분사된 샤워수(SW)로 분진이나 수용성 가스 등을 예비 세정하는 동시에 예비 냉각한 배기 가스(E)를 추가로 세정 및 냉각하기 위한 것이고, 수조(48)를 구성하는 출구 스크러버 배수 회수조(48b)(후술함)의 상면에 입설된 직관상의 스크러버 본체(44a)와, 배기 가스(E)의 통류 방향에 대향하도록 상방으로부터 세정수(CW)를 분사하는 하향의 스프레이 노즐(44b)과, 스프레이 노즐(44b)로부터 살포된 세정수(CW)와 배기 가스(E)의 기액 접촉을 촉진시키기 위한 충전재(44c)로 구성되어 있다.
이 출구 스크러버(44)는 상술한 입구 스크러버(40)와 같이, 도시한 실시형태에서는, 스프레이 노즐(44b)과 수조(48)(보다 구체적으로는 출구 스크러버 배수 회수조(48b))가 배관(68)을 개재하여 접속되어 있고, 이 배관(68)의 도중에 장착된 펌프(70)에 의하여, 출구 스크러버 배수 회수조(48b) 내의 세정수(CW)를 스프레이 노즐(44b)로 끌어올리게 되어 있지만, 이 스프레이 노즐(44b)에는 수조(48) 내의 세정수(CW) 외에, 필요에 따라서 새 물(新水) 등의 새로운 약액이 공급된다.
또한, 도 1 중의 도면부호 72는 출구 스크러버 배수 회수조(48b)로부터 스프레이 노즐(44b)로 공급되는 세정수(CW)를 냉각하는 냉각 장치이다.
배기 팬(46)은 출구 스크러버(44)의 꼭대기부 출구에 접속되어 있고, 이 배기 팬(46)이 가동함으로써 배기 가스 처리 장치(11)의 내부가 항상 대기압보다도 낮은 압력(=부압)으로 유지되어 있다. 따라서, 열분해 처리 전의 배기 가스(E)나 처리 완료된 고온의 배기 가스(E) 등이 잘못해서 배기 가스 처리 장치(11)로부터 외부로 새어나갈 일이 없다.
수조(48)는 열분해 전 세정수(PW), 샤워수(SW) 및 세정수(CW)를 저류하는 탱크이며, 그 내부는 칸막이 부재(74)에 의해 샤워수 회수조(48a)와 출구 스크러버 배수 회수조(48b)로 분할되어 있다. 또한, 칸막이 부재(74)는 수조(48) 내의 바닥면으로부터 입설된 판재이며, 그 상단과 수조(48) 내의 윗면 사이에는 개구(76)가 형성되어 있고, 후술하는 바와 같이 배기 가스 처리 장치(11)의 가동 중에는 이 개구(76)를 배기 가스(E)가 빠져나가게 된다.
상술한 바와 같이, 샤워수 회수조(48a)는 입구 스크러버(40)에서 분사된 열분해 전 세정수(PW) 및 샤워기(66)로부터 분사된 샤워수(SW)를 회수하는 동시에, 입구 스크러버(40) 및 샤워기(66)에 대하여, 펌프(58)를 개재하여 공급하는 열분해 전 세정수(PW) 및 샤워수(SW)를 저류하는 수조이다.
또한, 출구 스크러버 배수 회수조(48b)는 출구 스크러버(44)의 스프레이 노즐(44b)로부터 배출된 세정수(CW) 및 필요에 따라 공급되는 새 물 등의 새로운 약액을 회수하는 동시에, 출구 스크러버(44)의 스프레이 노즐(44b)에 공급하는 물 등, 즉 세정수(CW)를 저류하는 수조이다.
여기에서, 출구 스크러버 배수 회수조(48b)에는 필요에 따라서 출구 스크러버(44)에 공급된 새 물 등의 새로운 약액이 유입되고 있으므로, 소정량 이상의 물 등이 고이지 않도록 잉여의 물 등은 칸막이 부재(74)를 넘어서 샤워수 회수조(48a)로 오버플로우하도록 되어 있다. 또한, 샤워수 회수조(48a)는 상술한 바와 같이, 물 등이 출구 스크러버 배수 회수조(48b)로부터 오버플로우되므로, 소정량 이상의 물 등이 고이지 않도록 배수관(78)이 설치되어 있다. 이 배수관(78)은 샤워수 회수조(48a)에 저류된 물 등을 도시하지 않은 배수 처리 장치로 보내기 위한 배관이며, 그 한쪽 끝이 배수 처리 장치에 접속되는 동시에, 다른 쪽 끝은 샤워수 회수조(48a)의 바닥면으로부터 소정의 높이에 설치된다. 따라서, 샤워수 회수조(48a)의 수면 위치는 배수관(78)의 다른 쪽 끝의 위치보다도 높아지지 않는다.
또한, 본 실시예의 배기 가스 처리 장치(11)에서의 반응기(42)를 제외한 다른 부분에는, 배기 가스(E)에 포함되거나 또는 배기 가스(E)를 분해함으로써 생기는 불산 등의 부식성 성분에 의한 부식으로부터 각 부를 지키기 위해서, 염화 비닐 수지, 폴리에틸렌 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 및 불소 수지 등에 의한 내부식성의 라이닝 처리나 코팅 처리가 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 배기 가스 처리 장치(11)를 사용하여 배기 가스(E)의 제해 처리를 행할 때에는, 우선 처음에, 배기 가스 처리 장치(11)의 운전 스위치(도시하지 않음)를 온으로 하여 배기 가스 처리용 버너(10)의 전열 히터(16)를 작동시키고, 내관(14) 내의 가열을 개시한다.
이어서, 배기 가스 처리용 버너(10)의 화염 열분해 영역 Y에서의 외관(l2) 내면의 온도가 탄화수소계의 연료(F)의 연소 온도(예를 들어, 연료 가스가 메탄인 경우에는, 약 700℃ 전후)에 달하면, 도시하지 않은 제어 수단이 작동하여, 내관(14) 내로 연료(F)와 지연성 가스(S)가 송급된다. 그러면, 내관(l4) 내에서 선회염(旋回炎)이 형성되어, 이것이 내관(14)의 선단(14a)으로부터 외관(12)의 화염 열분해 영역 Y를 향해서 분사된다.
여기에서, 외관(12)에서의 전열 분해 영역 Z의 내면의 온도가 1,500℃ 정도의 고온이 될 때까지 전열 히터(16)로의 급전이 계속되지만, 내관(l4)에서 형성한 화염의 열 에너지의 어시스트를 받을 수 있으므로, 전열 히터(16) 단체로 상기 영역 Z를 가열할 경우에 비하여, 보다 빠르게 또한 적은 전력 소비량으로 상기 영역 Z를 1,500℃ 정도의 고온까지 승온시킬 수 있다.
그리고, 외관(12)에서의 전열 분해 영역 Z의 내면의 온도가 1,500℃ 정도의 고온에 달하면, 배기 팬(46)이 작동하여, 배기 가스 처리 장치(11)로의 배기 가스(E)의 도입을 개시시킨다. 그러면, 배기 가스(E)는 입구 스크러버(40), 반응기(42) 및 출구 스크러버(44)를 이 순으로 통과하여 배기 가스(E) 중의 제해 대상 성분이 제해(除害)된다.
또한, 외관(12)에서의 전열 분해 영역 Z의 내면의 온도가 1500℃ 정도를 유지하도록 전열 히터(16)에 공급되는 전력량이 제어된다.
본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(11)에 의하면, 배기 가스 처리용 버너(10)를 상기한 바와 같이 구성하고 있으므로, 배기 가스(E)의 열분해 시에, 이하의 작용을 나타낸다.
즉, 배기 가스 공급 노즐(22)로부터 외관(12) 내로 공급된 배기 가스(E)는 예열 영역 X에 있어서, 내관(14)의 외주를 나선 형상으로 선회하면서 외관(12)의 선단(12a)측을 향하여 나아간다. 이때, 내관(14)의 관벽으로부터의 복사열로 예열된다.
이어서, 화염 열분해 영역 Y에 도달한 배기 가스(E)는 내관(14)으로부터 분사된 화염에 의해 약 1,000℃ 정도로 가열된 상기 영역 Y를 통과할 때에, SiH4 등의 비교적 저온에서 열분해 가능한 성분이 열분해된다.
그리고, 전열 분해 영역 Z에 도달한 배기 가스(E)는 화염의 어시스트를 얻은 전열 히터(16)에서 효율적으로 약 1,500℃ 정도의 고온이 된 상기 영역 Z를 통과할 때에, CF4 등의 난열 분해성의 성분도 열분해된다.
또한, 상기의 실시형태는 다음과 같이 변경 가능하다.
즉, 상술한 배기 가스 처리 장치(11)에서는 입구 스크러버(40)와 출구 스크러버(44)의 양쪽을 구비한 경우를 나타냈지만, 처리하는 배기 가스(E)의 종류에 따라서는 이들 중 어느 한쪽을 구비하도록 하여도 좋다.
또한, 도시한 실시형태에서는, 배기 가스 처리용 버너(1O)에 있어서, 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향이 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 연료 공급 노즐(20)의 분사 방향과 같은 방향이 되도록 구성하고 있지만, 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향을 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 연료 공급 노즐(20)의 분사 방향과는 반대가 되도록 구성하는 것도 가능하다. 왜냐하면, 착화원으로서 파일럿 버너 등을 사용하는 종래의 버너에서는, 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향을 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 연료 공급 노즐(20)의 분사 방향과 반대로 한 경우, 양자가 접촉할 때에 난류가 생겨서 화염이 실화될 우려가 있지만, 본 발명의 배기 가스 처리용 버너(10)에서는 전열 히터(16)를 착화원으로 하고 있기 때문에, 이러한 실화의 우려는 없다. 그리고, 이와 같이 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향을 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 연료 공급 노즐(20)의 분사 방향과 반대로 할 수도 있음으로서, 장치 레이아웃의 선택의 폭이 넓어진다는 이점을 갖는다.
또한, 상술한 실시형태에서는 지연성 가스 공급 노즐(18)과 연료 공급 노즐(20)을 별체(別體)로 구성할 경우를 나타냈지만, 이것들을 일체적으로 구성하고, 지연성 가스(S)와 연료(F)를 프리믹스(예비 혼합)하여 내관(14) 내로 공급하도록 하여도 좋다.
1O: 배기 가스 처리용 버너
11: 배기 가스 처리 장치
12: 외관
12a: (외관의) 선단
12b: (외관의) 후단
14: 내관
14a: (내관의) 선단
14b: (내관의) 후단
16: 전열 히터
16a: (전열 히터)의 선단
18: 지연성 가스 공급 노즐
20: 연료 공급 노즐
22: 배기 가스 공급 노즐
24: 방해판
40: 입구 스크러버
42: 반응기
44: 출구 스크러버
E: 배기 가스
S: 지연성 가스
F: 연료

Claims (4)

  1. 선단(12a)이 개방된 외관(12)과,
    상기 외관(12)의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 선단(14a)이 개방된 내관(14)으로서, 그 선단부가 상기 외관(12)의 후단(l2b)으로부터 상기 외관(12)의 내부에 삽입된 내관(14)과,
    상기 내관(14)의 후단(14b)으로부터 상기 내관(14)의 내부에 삽입된 막대 형상의 전열 히터(16)와,
    상기 외관(12)의 후단(12b)으로부터 돌출한 상기 내관(14)의 측면에 접속되고, 상기 내관(14)의 내부에 지연성 가스(S)를 공급하는 지연성 가스 공급 노즐(18)과,
    상기 외관(12)의 후단(12b)으로부터 돌출한 상기 내관(14)의 측면에 접속되고, 상기 내관(14)의 내부에 연료(F)를 공급하는 연료 공급 노즐(20)과,
    상기 외관(12)의 후단(12b)측의 측면에 접속되고, 상기 외관(12)의 내부에 처리 대상의 배기 가스(E)를 공급하는 배기 가스 공급 노즐(22)을 구비하고,
    상기 내관(14)의 선단(14a)이 상기 외관(12)의 선단(12a)으로부터 이격한 상기 외관(12) 내의 깊숙한 곳에 배치되는 동시에,
    상기 전열 히터(16)의 선단(16a)이 상기 외관(12)의 선단(12a) 근방까지 연장 설치되고, 상기 외관(12)의 선단(12a)과 상기 내관(14)의 선단(14a) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리용 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내관(14) 및 상기 외관(12)이 원통 형상으로 형성되어 있고,
    상기 지연성 가스 공급 노즐(18) 및 상기 연료 공급 노즐(20)의 분사 방향을 상기 내관(14) 내주면의 접선 방향에 일치시키고, 또한, 상기 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향을 상기 외관(12) 내주면의 접선 방향에 일치시키는 동시에,
    상기 지연성 가스 공급 노즐(18), 상기 연료 공급 노즐(20) 및 상기 배기 가스 공급 노즐(22)의 분사 방향의 전부를 같은 방향으로 하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리용 버너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외관(12)의 선단(12a)측의 내주면에 그 내주면의 내경을 축소하도록 돌출한 방해판(24)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리용 버너.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항의 배기 가스 처리용 버너를 설치한 반응기(42)와,
    상기 배기 가스 처리용 버너에 도입하는 처리 대상의 배기 가스(E)를 액체 세정하는 습식의 입구 스크러버(40) 또는 상기 반응기(42)에서 열분해한 처리 후의 배기 가스(E)를 액체 세정하는 습식의 출구 스크러버(44) 중 적어도 어느 한쪽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.
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