KR20140029658A

KR20140029658A - 폐가스 소각장치 및 소각방법

Info

Publication number: KR20140029658A
Application number: KR1020120094789A
Authority: KR
Inventors: 노동순; 이은경; 고창복; 오정석
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-11
Also published as: KR101413183B1

Abstract

본 발명은 폐가스 소각장치 및 소각방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 내부로 연료가 공급되는 연료공급관, 내부로 산소가 공급되는 산소공급관을 구비한 산소연소기; 산소연소기와 연결되어 산소연소기에서 발생된 연소가스가 유입되어 내부로 분사된 폐가스를 소각시키는 소각실; 및 내면과 산소연소기의 외면 사이 및 내면과 소각실의 외면 사이에 특정공간을 갖도록 구비되어 특정공간로 폐가스가 유입되어 소각실을 냉각하고, 폐가스를 예열시키는 열교환실을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치에 관한 것이다.

Description

폐가스 소각장치 및 소각방법{Waste gas incineration apparatus and method}

본 발명은 폐가스 소각장치 및 소각방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 공정에서 배출되는 폐가스의 소각효율을 향상시키는 동시에 소각에 요구되는 에너지 소비 및 NOx 생성을 최소화하고 처리용량에 따라 체계적인 설계가 가능한 구조를 갖는 폐가스 소각장치 및 소각방법에 관한 것이다.

반도체 공정 폐가스 소각장치는 통상의 공기 또는 산소와 가스연료의 연소에 의한 직화식 또는 복사방식을 이용하는 소각장치와 고온 플라즈마를 이용한 소각장치 등이 있다. 소각효율은 소각장치의 가장 중요한 기능 중의 하나로서 소각 온도가 높을수록, 소각실에서의 체류시간이 길어질수록 소각효율은 증가하는 것으로 보고 있다.

직화식의 경우에는 대부분 화석연료를 이용하며 산화제로서 공기 또는 산소를 사용함에 따라 연소화염온도가 결정된다. 통상적으로 연료량을 증대하여 소각 효율 향상에 유리한 고온 분위기형성은 가능하나 에너지소비가 과다할 수 있으며, 아울러 반도체 공정 폐가스는 대량의 질소로 희석하여 소각되기 때문에 적정수준 이상의 고온 분위기에 공급될 경우 다량의 열적 NOx 가 생성되는 단점이 발생하게 된다.

고온 플라즈마 방식 역시 고온 분위기 형성에는 유리하지만 대량의 폐가스를 소각하기에는 에너지소비가 적지 않다는 단점이 존재한다. 따라서 적정량의 연료소비로 고온 분위기 형성이 가능하고, NOx 생성을 최소화하면서 대량의 폐가스를 처리할 수 있는 소각장치 개발이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산화제로서 공기 대신 산소를 사용하며 가스연료와 산소를 적정온도로 예열함으로써 연소성이 향상되고, 폐가스 예열 구조를 통해 1차 연소실 및 소각실 외피의 과열 억제와 주변장치의 열화 방지효과가 있으며, 폐가스를 예열함으로써 폐가스와 화염이 혼합 시 화염의 온도저하를 억제하여 고온 분위기 유지가 가능하므로 소각효율의 향상과 연료소비를 절감할 수 있으며, 예열된 폐가스는 산소가 거의 존재하지 않는 고온의 화염(연소가스)과 혼합되어 NOx 생성은 억제되고, 소각장치의 폐가스 예열용 이중관은 분리 청소가 가능하고, 연소기, 1차 연소실, 소각실, 폐가스 공급구와 예열용 채널 및 유해 폐가스 분사구의 치수는 폐가스량과 체류시간에 근거하여 소용량에서부터 대용량까지 체계적인 설계가 가능한 폐가스 소각장치 및 소각방법을 제공하게 된다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다

본 발명의 제1목적은 폐가스 소각장치에 있어서, 내부로 연료가 공급되는 연료공급관, 내부로 산소가 공급되는 산소공급관을 구비한 산소연소기; 산소연소기와 연결되어 산소연소기에서 발생된 연소가스가 유입되어 내부로 분사된 폐가스를 소각시키는 소각실; 및 내면과 산소연소기의 외면 사이 및 내면과 소각실의 외면 사이에 특정공간을 갖도록 구비되어 특정공간으로 폐가스가 유입되어 소각실을 냉각하고, 폐가스를 예열시키는 열교환실을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치로서 달성될 수 있다.

산소연소기와 소각실 사이에 구비되어 내부에 화염이 형성되어 연소 가스를 발생시키는 1차 연소실을 다 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

1차 연소실의 직경은 소각실의 직경보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.

열교환실 내부로 공급되는 폐가스에 의해 1차 연소실이 냉각되는 것을 특징으로 할 수 있다.

열교환실은, 폐가스 예열용 외통; 및 폐가스 예열용 외통과 소각실 사이 공간을 구획하는 적어도 하나의 폐가스 예열용 채널 격판을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

폐가스 예열용 외통의 상부 일측에 구비되어 폐가스가 유입되도록 구성된 다수의 폐가스 공급구; 및 소각실 외면의 상부 일측에 구비되어 예열된 폐가스가 소각실 내부로 유입되도록 구성된 예열 폐가스 분사구를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은 내부로 연료가 공급되는 연료공급관, 내부로 산소가 공급되는 산소공급관 및 점화장치를 구비한 산소연소기; 산소연소기와 연결되어 내부에 화염이 발생되어 연소 가스를 발생시키는 1차 연소실; 1차 연소실과 연결되어 1차 연소실에서 발생된 연소가스가 유입되어 내부로 분사된 폐가스를 소각시키는 소각실; 및 상단이 산소 연소기에 결합되며 1차 연소실과 소각실과 특정공간을 형성하고 상부 일측에 폐가스가 공급되는 폐가스 공급구가 구비된 폐가스 예열용 외통 및 특정공간을 구획하는 복수의 폐가스 예열용 격판을 구비하여, 공급된 폐가스가 예열되고, 1차 연소실과 소각실이 냉각되는 열교환실을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치로서 달성될 수 있다.

산소연소기는 점화감지기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

소각실의 하부에 구비되어 연소가스에 의해 소각된 폐가스가 토출되는 배기관을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

산소연소실의 상부에 구비되는 연소실 홀더용 플렌지; 및 폐가스 예열용 외통의 상부에 구비되어 홀더용 플렌지와 결합되는 상부 플렌지를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

폐가스 예열용 외통의 하부에 구비되는 하부 플렌지; 및 배기관의 상부에 구비되어 하부 플렌지와 결합되는 배기관 연결 플렌지를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은 내부로 연료가 공급되는 연료공급관, 내부로 산소가 공급되는 산소공급관 및 점화장치를 구비한 산소연소기; 산소연소기와 연결되어 내부에 화염이 발생되어 연소 가스를 발생시키는 1차 연소실; 1차 연소실과 연결되어 1차 연소실에서 발생된 연소가스가 유입되어 내부로 분사된 폐가스를 소각시키는 소각실; 및 소각실의 외면과 특정간격을 갖도록 구비되어 내부로 폐가스가 유입되어 소각실을 냉각하고, 폐가스를 예열시키는 열교환실을 포함하되, 산소공급관은 복수로 구비되어 연료공급관과 서로 다른 이격거리를 갖는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치로서 달성될 수 있다.

산소공급관은 서로 다른 직경을 갖고, 연료공급관으로 연료를 공급하기 위한 연료공급수단과 산소공급관으로 산소를 공급하기 위한 산소공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

다수의 산소공급관 중 산소를 공급할 산소공급관을 설정하고, 설정된 산소공급관으로 산소를 공급시키도록 산소공급수단을 제어하고, 연료공급수단을 제어하여 연료공급관으로 공급되는 연료의 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은 산소연소기 내부로 연료공급관을 통해 연료가 공급되고, 산소공급관을 통해 산소가 공급되는 단계; 산소연소기와 연결된 1차 연소실에서 산소와 연료가 혼합되어 화염이 형성되어 연소가스가 발생되는 단계; 열교환실의 폐가스 예열용 외통의 상단에 구비된 폐가스 공급구를 통해 폐가스가 열교환실로 유입되어 폐가스가 예열되고, 산소연소기와 1차 연소실이 냉각되는 단계; 예열된 폐가스가 소각실로 분사되고, 연소가스가 소각실로 유입되어 연소가스에 의해 폐가스가 소각되는 단계; 및 소각된 폐가스가 배기관을 통해 토출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법으로서 달성될 수 있다.

폐가스는 반도체 공정에서 배출된 것을 특징으로 할 수 있다.

냉각되는 단계는, 폐가스 예열용 외통의 상단에 구비된 다수의 폐가스 공급구를 통해 폐가스가 공급되는 단계; 및 폐가스 예열용 외통과 소각실 사이 공간을 구획하는 적어도 하나의 폐가스 예열용 채널 격판을 통해 유동하면서 폐가스가 예열되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제5목적은 연료공급수단에 의해 산소연소기의 연료공급관으로 연료가 공급되고, 산소공급수단에 의해 산소가 서로 다른 직경을 갖거나 연료공급관과 서로 다른 이격 거리를 갖는 산소연소기에 구비된 다수의 산소공급관 중 선택된 산소공급관으로 공급되는 단계; 산소연소기와 연결된 1차 연소실에서 산소와 연료가 혼합되어 화염이 형성되어 연소가스가 발생되는 단계; 열교환실의 폐가스 예열용 외통의 상단에 구비된 폐가스 공급구를 통해 폐가스가 열교환실로 유입되어 폐가스가 예열되고, 산소연소기와 1차 연소실이 냉각되는 단계; 예열된 폐가스가 소각실로 분사되고, 연소가스가 소각실로 유입되어 연소가스에 의해 폐가스가 소각되는 단계; 및 소각된 폐가스가 배기관을 통해 토출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법으로서 달성될 수 있다.

화염을 조절할 필요가 있는 경우, 제어부는 산소가 공급될 산소공급관을 재설정하고, 산소공급수단이 재설정된 산소공급관으로 산소를 공급하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 첫째, 산화제로서 공기 대신 산소를 사용하며 가스연료와 산소를 적정온도로 예열함으로써 연소성이 향상되고, 둘째, 폐가스 예열 구조를 통해 1차 연소실 및 소각실 외피의 과열 억제와 주변장치의 열화 방지효과가 있으며 셋째, 폐가스를 예열함으로써 폐가스와 화염이 혼합 시 화염의 온도저하를 억제하여 고온 분위기 유지가 가능하므로 소각효율의 향상과 연료소비를 절감할 수 있으며 넷째, 예열된 폐가스는 산소가 거의 존재하지 않는 고온의 화염(연소가스)과 혼합되어 NOx 생성은 억제되는 효과가 있다.

다섯째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 소각장치의 폐가스 예열용 이중관은 분리 청소가 가능하고 여섯째, 연소기, 1차 연소실, 소각실, 폐가스 공급구와 예열용 채널 및 유해 폐가스 분사구의 치수는 폐가스량과 체류시간에 근거하여 소용량에서부터 대용량까지 체계적인 설계가 가능하다는 장점을 갖는다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 따른 다수의 폐가스 예열용 격판을 갖는 폐가스 소각장치의 단면도,
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 산소연소기의 단면도,
도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료와 산소의 분사 흐름을 모식적으로 나타낸 산소연소기의 측단면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 산소연소기의 단면도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 산소연소기의 단면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료와 산소 분사 혼합거리가 조절가능한 연소방법의 흐름도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법의 흐름도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100)의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100)의 단면도를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100)는 산소공급관(12), 연료공급관(11), 점화장치와 화염감지기(13)를 구비한 산소연소기(10), 1차 연소실(20), 소각실(30), 열교환실(40) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.

산소연소기(10)는 후에 상세히 설명되는 바와 같이, 연료공급수단에 의해 연료공급관(11)을 통해 내부로 가스 연료(1)가 공급되고, 산소공급수단에 의해 산소공급관(12)을 통해 내부로 산소(2)가 공급되게 된다. 또한, 연료(1)와 산소(2)를 완전연소에 요구되는 최소의 산소비를 갖도록 산소연소기(10)에 형성된 각각의 연료공급관(11)과 산소공급관(12)을 통해 분사되고, 점화장치에 의해 점화된 후, 1차 연소실(20)로 유입되게 된다.

1차 연소실(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 산소연소기(10)보다 직경이 크고 특정 길이를 갖고 있음을 알 수 있다. 이러한 1차 연소실(20)에서는 산소(2)와 연료(1)가 안정적으로 완전 혼합되어 화염이 형성되게 된다.

그리고, 1차 연소실(20)에서의 연소에 의해 형성된 고온화로 연소가스는 부피가 증가하여 1차 연소실(20)과 연결되고, 1차 연소실(20)보다 큰 직경을 갖는 소각실(30) 내부로 확산되게 된다.

또한 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환실(40)을 포함하고 있음을 알 수 있다. 이러한 열교환실(40)은 1차 연소실(20)과 소각실(30)의 외면과 특정공간을 형성하도록 외부를 감싸는 폐가스 예열용 외통(41) 그리고, 특정공간 사이에 구비되는 적어도 하나의 폐가스 예열용 격판(42)을 포함하고 있다.

또한, 폐가스 예열용 외통(41)의 상부측에는 반도체 공정에서 배출되는 폐가스가 유입되는 폐가스 공급구(43)가 구비되어 있다. 따라서 이러한 폐가스 공급구(43)를 통해 열교환실(40) 내부로 폐가스가 유입되게 된다. 유입된 폐가스는 먼저, 열교환실(40) 내부의 상부측에서 1차 연소실(20)과 열교환하여 예열되게 된다. 즉, 1차 연소실(20)에서 발생되는 열을 받아 예열되고, 1차 연소실(20)은 냉각되어 1차 연소실(20)의 과열을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 열교환실(40) 내부에 구비된 폐가스 예열용 격판(42)에 의해 먼저, 폐가스가 상부에서 하부로 흐르게 되고, 다시 하부에서 상부측으로 폐가스가 유동되게 된다. 이러한 폐가스의 유동에 의해 폐가스는 소각실(30)과 열교환하여 예열되고, 소각실(30)은 냉각되어 소각실(30)의 과열을 방지할 수 있게 된다.

또한, 이러한 폐가스 예열용 격판(42)은 복수로 구비될 수도 있다. 도 2는 본 발명의 따른 다수의 폐가스 예열용 격판(42)을 갖는 폐가스 소각장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 폐가스 소각장치(100)는 3개의 폐가스 예열용 격판(42)이 구비될 수 있다. 따라서 폐가스 공급구(43)에 의해 유입된 폐가스는 도 2에 도시된 화살표 방향과 같이, 상부에서 하부로, 하부에서 상부로, 상부에서 하부로, 다시 하부에서 상부로 유동하면서 소각실(30)과 열교환되어 예열되게 된다.

그리고, 예열된 폐가스는 소각실(30)의 상부측 외면에 구비된 다수의 예열 폐가스 분사구(31)를 통해 소각실(30) 내부로 분사되게 된다. 따라서 예열 폐가스 분사구(31)를 통해 소각실(30) 내부로 분사된 폐가스는 1차 연소실(20)에서 유입된 연소가스에 의해 소각되게 된다. 그리고, 소각된 폐가스는 소각실(30) 하부에 구비된 배기관(50)을 통해 토출되게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 예열용 외통(41)은 조립식으로 결합될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 산소연소실의 상부측에는 홀더용 플랜지(14)를 구비하고 있고, 폐가스 예열용 외통(41)의 상부측에는 상부플랜지(44)가 형성되어 홀더용 플랜지(14)와 상부플랜지(44)가 체결수단 등에 의해 결합되며 필요에 따라 분리가 가능하도록 구성된다.

또한, 폐가스 예열용 외통(41)의 하부층에는 하부플랜지(45)가 형성되어 있고, 배기관(50)의 상부측에는 연결플랜지(51)가 구비되어 이러한 하부플랜지(45)와 연결플랜지(51)가 체결수단 등에 의해 결합되며 필요에 따라 분리 가능하도록 구성된다. 따라서 이러한 플랜지 결합구조에 의해 산소연소기(10), 폐가스 예열용 외통(41), 배기관(50)이 조립형태로 결합가능하여 분리 청소가 가능하게 된다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 산소연소기(10)의 구조 및 산소(2)와 연료(1)의 분사방법 및 제어방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 먼저, 도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 산소연소기(10)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료(1)와 산소(2)의 분사 흐름을 모식적으로 나타낸 산소연소기(10)의 측단면도를 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 산소연소기(10)는 하나의 연료공급관(11)에 다수의 산소공급관(12)이 구비됨을 알 수 있다. 또한, 복수의 산소공급관(12)은 연료공급관(11)과 서로 다른 이격거리를 갖는다. 따라서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 연료(1)와 산소(2)가 혼합되는 지점이 서로 상이하게 됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100)는 연료공급관(11)으로 연료(1)를 공급하기 위한 연료공급수단과 산소공급관(12)으로 산소(2)를 공급하기 위한 산소공급수단을 포함하고 있다. 그리고, 다수의 산소공급관(12) 중 산소(2)를 공급할 산소공급관(12)을 설정하고, 설정된 산소공급관(12)으로 산소(2)를 공급시키도록 산소공급수단을 제어하며, 연료공급수단을 제어하여 연료공급관(11)으로 공급되는 연료(1)의 유량을 조절하는 제어부를 포함하고 있다.

또한, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 산소연소기(10)의 단면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 연료공급관(11)에 대하여 서로 다른 이격거리를 갖고, 서로 다른 직경을 갖는 복수의 산소공급관(12)이 구비되게 됨을 알 수 있다.

또한, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 산소연소기(10)의 단면도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 산소연소기(10)는 다수의 연료공급관(11)과 다수의 산소공급관(12)을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 특정 연료공급관(11)을 기준으로 다수의 산소공급관(12)은 서로 다른 이격거리를 갖게 됨을 알 수 있다.

따라서 이러한 연료공급관(11)과 산소공급관(12) 구조에 의해 연료(1)과 산소(2)의 혼합거리를 조절할 수 있게 됨으로써, 연료(1)와 산소(2)를 완전연소하기 위해 요구되는 최소의 산소비를 갖도록 할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료(1)와 산소(2) 분사 혼합거리가 조절가능한 연소방법의 흐름도를 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 연료공급수단은 제어부에 의해 제어신호를 인가받아 설정된 연료공급관(11)으로 연료(1)를 공급하고, 산소공급수단은 제어부에 의해 제어신호를 인가받아 설정된 산소공급관(12)으로 산소(2)를 공급하게 된다(S1). 그리고, 산소연소기(10) 내부에서 공급된 산소(2)와 연료(1)가 점화되게 되며, 1차 연소실(20)로 유입되어 화염을 형성하게 된다(S2).

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100)는 산소연소기(10) 또는 1차 연소실(20)에 구비되어 화염 에너지를 실시간으로 측정하는 측정수단을 더 포함하고 있다(S3). 따라서 이러한 측정수단에 의해 측정된 데이터를 기반으로 제어부는 산소공급량과 연료공급량 그리고 작동될 산소공급관(12) 또는 연료공급관(11)을 재설정할 것인지를 판단하게 된다(S4).

재설정이 필요한 경우 제어부는 산소(2)와 연료(1)의 유량, 작동될 산소공급관(12), 연료공급관(11)을 재설정하게 되고(S5), 재설정된 산소공급관(12)을 통해 산소(2)가 공급되도록 하고, 재설정된 연료공급관(11)을 통해 연료(1)가 공급되도록 산소공급수단 및 연료공급수단을 제어하게 된다(S6).

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각방법에 대해 설명하도록 한다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100)를 이용한 소각방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 앞서 언급한 바와 같이, 산소연소기(10) 내부로 연료공급관(11)을 통해 연료(1)가 공급되고, 산소공급관(12)을 통해 산소(2)가 공급되게 된다(S10). 그리고, 산소연소기(10)와 연결된 1차 연소실(20)에서 산소(2)와 연료(1)가 혼합되어 화염이 형성되어 연소가스가 발생되게 된다(S20).

그리고, 열교환실(40)의 폐가스 예열용 외통(41)의 상단에 구비된 폐가스 공급구(43)를 통해 반도체 공정에서 배출된 폐가스가 열교환실(40)로 유입되게 된다(S30). 유입된 폐가스는 열교환실(40) 내부에 구비된 적어도 하나 이상의 폐가스 예열용 격판(42)을 유동하며 1차 연소실(20) 및 소각실(30)에서 발생되는 열을 공급받아 예열되게 되고, 반면, 1차 연소실(20)과 소각실(30)을 냉각하여 과열을 방지하게 된다(S40).

그리고, 예열된 폐가스의 외면에 구비된 예열 폐가스 분사구(31)를 통해 소각실(30) 내부로 분사되고, 1차 연소실(20)에서 형성된 연소가스가 소각실(30) 내부로 유입되어 연소가스에 의해 폐가스가 소각되게 된다(S50). 마지막으로 소각된 폐가스가 배기관(50)을 통해 토출되게 된다(S60).

따라서 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100) 및 소각방법은 산화제로서 공기 대신 산소(2)를 사용하여 가스연료(1)와 산소(2)를 적정온도로 예열하게 됨으로써 연소성이 향상되고, 폐가스 예열 구조를 통해 1차 연소실(20) 및 소각실(30)의 과열 억제와 주변장치의 열화 방지효과를 갖게되고, 폐가스를 예열함으로써 폐가스와 화염이 혼합 시 화염의 온도저하를 억제하여 고온 분위기 유지가 가능하므로 소각효율의 향상과 연료소비를 절감할 수 있으며, 예열된 폐가스는 산소(2)가 거의 존재하지 않는 고온의 화염(연소가스)과 혼합되어 NOx 생성은 억제될 수 있게 된다.

또한, 앞서 언급한 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 소각장치(100) 및 소각방법에 의하면, 열교환기의 폐가스 예열용 외통(41), 산소연소기(10), 배기관(50)은 분리 청소가 가능하고, 산소연소기(10), 1차 연소실(20), 소각실(30), 폐가스 공급구(43)와 예열용 격판(42) 및 폐가스 분사구(31)의 치수는 폐가스량과 체류시간에 근거하여 소용량에서부터 대용량까지 체계적인 설계가 가능하게 된다.

1:연료
2:산소
10:산소연소기
11:연료공급관
12:산소공급관
13:점화감지기
14:홀더용 플랜지
20:1차 연소실
30:소각실
31:예열 폐가스 분사구
40:열교환실
41:폐가스 예열용 외통
42:폐가스 예열용 격판
43:폐가스 공급구
44:상부플랜지
45:하부플랜지
50:배기관
51:연결플랜지
100:폐가스 소각장치

Claims

폐가스 소각장치에 있어서,
내부로 연료가 공급되는 연료공급관, 내부로 산소가 공급되는 산소공급관을 구비한 산소연소기;
산소연소기와 연결되어 상기 산소연소기에서 발생된 연소가스가 유입되어 내부로 분사된 폐가스를 소각시키는 소각실; 및
내면과 상기 산소연소기의 외면 사이 및 내면과 상기 소각실의 외면 사이에 특정공간을 갖도록 구비되어 상기 특정공간으로 상기 폐가스가 유입되어 상기 소각실을 냉각하고, 상기 폐가스를 예열시키는 열교환실을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 1항에 있어서,
상기 산소연소기와 상기 소각실 사이에 구비되어 내부에 화염이 형성되어 연소 가스를 발생시키는 1차 연소실을 다 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 2항에 있어서,
상기 1차 연소실의 직경은 상기 소각실의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 2항에 있어서
상기 열교환실 내부로 공급되는 폐가스에 의해 상기 1차 연소실이 냉각되는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 1항에 있어서,
상기 열교환실은,
폐가스 예열용 외통; 및
상기 폐가스 예열용 외통과 상기 소각실 사이 공간을 구획하는 적어도 하나의 폐가스 예열용 채널 격판을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 5항에 있어서,
상기 폐가스 예열용 외통의 상부 일측에 구비되어 폐가스가 유입되도록 구성된 다수의 폐가스 공급구; 및
상기 소각실 외면의 상부 일측에 구비되어 예열된 폐가스가 상기 소각실 내부로 유입되도록 구성된 예열 폐가스 분사구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
내부로 연료가 공급되는 연료공급관, 내부로 산소가 공급되는 산소공급관 및 점화장치를 구비한 산소연소기;
상기 산소연소기와 연결되어 내부에 화염이 발생되어 연소 가스를 발생시키는 1차 연소실;
상기 1차 연소실과 연결되어 상기 1차 연소실에서 발생된 연소가스가 유입되어 내부로 분사된 폐가스를 소각시키는 소각실; 및
상단이 상기 산소 연소기에 결합되며 상기 1차 연소실과 상기 소각실과 특정공간을 형성하고 상부 일측에 폐가스가 공급되는 폐가스 공급구가 구비된 폐가스 예열용 외통 및 상기 특정공간을 구획하는 복수의 폐가스 예열용 격판을 구비하여, 공급된 상기 폐가스가 예열되고, 상기 1차 연소실과 상기 소각실이 냉각되는 상기 열교환실을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 7항에 있어서,
상기 산소연소기는 점화감지기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 7항에 있어서,
상기 소각실의 하부에 구비되어 상기 연소가스에 의해 소각된 폐가스가 토출되는 배기관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 9항에 있어서,
상기 산소연소실의 상부에 구비되는 연소실 홀더용 플렌지; 및
상기 폐가스 예열용 외통의 상부에 구비되어 상기 홀더용 플렌지와 결합되는 상부 플렌지를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 10항에 있어서,
상기 폐가스 예열용 외통의 하부에 구비되는 하부 플렌지; 및
상기 배기관의 상부에 구비되어 상기 하부 플렌지와 결합되는 배기관 연결 플렌지를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
내부로 연료가 공급되는 연료공급관, 내부로 산소가 공급되는 산소공급관 및 점화장치를 구비한 산소연소기; 상기 산소연소기와 연결되어 내부에 화염이 발생되어 연소 가스를 발생시키는 1차 연소실; 상기 1차 연소실과 연결되어 상기 1차 연소실에서 발생된 연소가스가 유입되어 내부로 분사된 폐가스를 소각시키는 소각실; 및 상기 소각실의 외면과 특정간격을 갖도록 구비되어 내부로 상기 폐가스가 유입되어 상기 소각실을 냉각하고, 상기 폐가스를 예열시키는 열교환실을 포함하되,
상기 산소공급관은 복수로 구비되어 상기 연료공급관과 서로 다른 이격거리를 갖는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 12항에 있어서,
상기 산소공급관은 서로 다른 직경을 갖고,
상기 연료공급관으로 연료를 공급하기 위한 연료공급수단과 상기 산소공급관으로 산소를 공급하기 위한 산소공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
제 12항에 있어서,
다수의 상기 산소공급관 중 산소를 공급할 산소공급관을 설정하고, 설정된 산소공급관으로 산소를 공급시키도록 상기 산소공급수단을 제어하고,
상기 연료공급수단을 제어하여 상기 연료공급관으로 공급되는 연료의 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치.
산소연소기 내부로 연료공급관을 통해 연료가 공급되고, 산소공급관을 통해 산소가 공급되는 단계;
상기 산소연소기와 연결된 1차 연소실에서 상기 산소와 상기 연료가 혼합되어 화염이 형성되어 연소가스가 발생되는 단계;
열교환실의 폐가스 예열용 외통의 상단에 구비된 폐가스 공급구를 통해 폐가스가 열교환실로 유입되어 상기 폐가스가 예열되고, 상기 산소연소기와 상기 1차 연소실이 냉각되는 단계;
예열된 상기 폐가스가 소각실로 분사되고, 상기 연소가스가 소각실로 유입되어 연소가스에 의해 상기 폐가스가 소각되는 단계; 및
소각된 폐가스가 배기관을 통해 토출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법.
제 15항에 있어서,
상기 폐가스는 반도체 공정에서 배출된 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법.
제 15항에 있어서,
상기 냉각되는 단계는,
폐가스 예열용 외통의 상단에 구비된 다수의 폐가스 공급구를 통해 폐가스가 공급되는 단계; 및
상기 폐가스 예열용 외통과 상기 소각실 사이 공간을 구획하는 적어도 하나의 폐가스 예열용 채널 격판을 통해 유동하면서 폐가스가 예열되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법.
연료공급수단에 의해 산소연소기의 연료공급관으로 연료가 공급되고, 산소공급수단에 의해 산소가 서로 다른 직경을 갖거나 상기 연료공급관과 서로 다른 이격 거리를 갖는 산소연소기에 구비된 다수의 산소공급관 중 선택된 산소공급관으로 공급되는 단계;
상기 산소연소기와 연결된 1차 연소실에서 상기 산소와 상기 연료가 혼합되어 화염이 형성되어 연소가스가 발생되는 단계;
열교환실의 폐가스 예열용 외통의 상단에 구비된 폐가스 공급구를 통해 폐가스가 열교환실로 유입되어 상기 폐가스가 예열되고, 상기 산소연소기와 상기 1차 연소실이 냉각되는 단계;
예열된 상기 폐가스가 소각실로 분사되고, 상기 연소가스가 소각실로 유입되어 연소가스에 의해 상기 폐가스가 소각되는 단계; 및
소각된 폐가스가 배기관을 통해 토출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법.
제 18항에 있어서,
화염을 조절할 필요가 있는 경우, 제어부는 산소가 공급될 산소공급관을 재설정하고, 산소공급수단이 재설정된 산소공급관으로 산소를 공급하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 소각장치를 이용한 소각방법.