KR20190019640A - 스크러버용 버너 - Google Patents

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KR20190019640A
KR20190019640A KR1020170104828A KR20170104828A KR20190019640A KR 20190019640 A KR20190019640 A KR 20190019640A KR 1020170104828 A KR1020170104828 A KR 1020170104828A KR 20170104828 A KR20170104828 A KR 20170104828A KR 20190019640 A KR20190019640 A KR 20190019640A
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최재혁
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Abstract

본 발명에 따르면, 스크러버용 버너에 관한 것으로서, 폐가스를 화염으로 감싸는 구조의 버너로 하여 폐가스와의 접촉면적의 증가로 화염의 안정을 높이고 폐가스의 연소 온도를 상승시켜 완전 연소를 이룰 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 스크러버용 버너는, 폐가스가 유입되며, 확대된 단면적이 축소되어 유속의 흐름을 조절하는 인렛과, 상기 인렛과 같이 결합플레이트에 설치되며, 적어도 하나 이상의 노즐에서 각기 다른 연료를 상기 인렛을 통해 배출되는 폐가스를 넓게 감싸도록 분사하여 연소하는 노즐본체로 구성되는 것이다.

Description

스크러버용 버너{Burner for scrubber}
본 발명은 스크러버용 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 및 LCD, LED, OLED, Solar 등 제조 중 발생되는 폐가스의 처리 효율을 높일 수 있는 스크러버용 버너에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 및 LCD, LED, OLED, Solar 등 제조 Fab의 CVD 및 Etching, Diffusion 등 Process는 가스캐비넷에서 특수가스를 프로세스 챔버에 공급하여 웨이퍼에 프로세스를 진행한 후, 진공 펌프로 공정 중 발생한 부산물 및 미반응 가스를 드레인(Drain)시키고, 폐가스 처리 스크러버에서 1차 처리하여 옥상으로 배출한다.
또한 폐가스 처리 가스 스크러버에서는 공정에서 미반응한 SiH4, SF6, NF3 가스 등과 반응 부산물인 SiO2등의 산 화물과 HF,F2등의 부식성 가스를 650~1300의 고온의 연소 챔버 내부에서 에어나 O2로 산화 처리하여 SiO2와 HF 등으로 전환한 후 후단의 습식 챔버(Wet Chamber)에서 물로 흡수분해하여 처리한 후 대기로 배출한다.
이러한 고온의 연소 챔버 내부의 버너 노즐 표면, 반응기 라이너(Reactor Liner)의 벽면 등에 산화물이 달라붙어 막힘 등을 유발하고 HF등의 부식성 가스에 의한 산화 및 침식이 일어나 부품을 빈번히 교체하고 있으며, 특히 텅스텐 화학기상증착(W-CVD)와 같은 금속 화학기상증착(Metal CVD)공정에서는 텅스텐(W)과 같은 금속이 버너 노즐 표면에 침식되어 열적스트레스에 의해 갑자기 떨어지는 스폴링 현상에 의한 화재의 위험성도 있어 이를 해결할 솔루션이 절실하게 요구되고 있다.
현재까지 반도체 폐가스처리 스크러버의 연소 챔버의 버너 노즐 및 반응기 라이닝에 대한 부식방지 및 공정 산화물 부착방지 솔루션은 주로 Inconel,Hastelloy 등의 내부식 재료를 사용하거나 N2, 공기(Air), 물 등을 표면 및 벽에 부식성 가스 및 산화물이 벽에 부착되지 않도록 유체막을 형성하도록 하였지만 빈번한 교체가 이루어지고 있는 실정이다.
종래의 기술로 발명의 배경이 되는 특허문헌1과 같은 종래의 "스크러버용 버너"는, 공기와 산소를 포함하는 산화제와 연료가 혼합된 제 1 연료 가스를 내측에 형성되는 제 1 연소 공간으로 공급하여 배기 가스를 처리하는 제 1 버너 및 상기 제 1 버너의 하부에 위치하여 상기 제 1 연소 공간과 연결 되는 제 2 연소 공간을 내측에 구비하며, 공기를 포함하는 산화제와 연료가 혼합된 제 2 연료 가스를 내측에 형성되는 제 2 연소 공간으로 공급하여 상기 제 1 버너에서 유입되는 배기 가스를 처리하는 제 2 버너를 포함하는 것으로서, 가열방식의 버너를 통해 배기가스의 처리 효율을 향상시키고 질소산화물의 발생을 저감시키고자 하는 것이나, 원형의 버너 형태에서는 중앙부의 폐가스 처리가 제대로 이루어지지 않는 단점이 있으며, 고온의 온도로 인해 버너 및 시스템 전반의 내구성이 저하되어 잦은 유지보수가 필요하고, 운영비용이 과다하게 소비되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0094495호(공개일 2016.08.10)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 폐가스를 화염으로 감싸는 구조의 버너로 하여 폐가스와의 접촉면적의 증가시켜서 화염의 안정을 높이고 폐가스의 연소 온도를 상승시켜 완전 연소를 이룰 수 있도록 하는 스크러버용 버너를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적으로는, 다수개의 노즐에서 연료가 각각 분사되어 확산 화염을 형성시킬 수 있으며, 폐가스의 처리 효율이 증대되어 일산화탄소 및 질소산화물의 발생을 최소화하고, 연료 절감을 가져오는 스크러버용 버너를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적으로는, 버너의 노즐본체에 버퍼 스페이스와 비드를 형성시킴으로써, 역화방지는 물론, 연료가 균일하게 분사되어 화염 안정성을 상승시킬 수 있는 스크러버용 버너를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 스크러버용 버너에 있어서, 폐가스가 유입되며, 확대된 단면적이 축소되어 유속의 흐름을 조절하는 인렛과, 상기 인렛과 같이 결합플레이트에 설치되며, 적어도 하나 이상의 노즐에서 각기 다른 연료를 상기 인렛을 통해 배출되는 폐가스를 넓게 감싸도록 분사하여 연소하는 노즐본체로 구성되는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 결합플레이트의 일면 상에 상기 인렛이 설치되고, 상기 인렛의 상측으로 상기 노즐본체가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인렛은, 상기 폐가스가 유입되는 유입관과, 상기 유입관에 설치되어 전단측으로 갈수록 면적이 축소되며, 상기 폐가스의 통로가 되는 통로관과, 상기 통로관으로부터 연결 설치되고, 상기 폐가스를 빠르고 넓게 배출시키게 되는 배출관으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 노즐본체는, 중공의 사각틀 형상에 상면으로는 내부와 연통되도록 수직 설치되는 인포트와, 내부 공간을 구획하도록 적어도 하나 이상 설치되는 칸막이와, 상기 칸막이로 구획된 어느 하나의 구획공간에 역화방지를 위하여 충진되는 비드로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐본체의 전단측에는 상기 결합플레이트에 관통 위치되는 노즐하우징이 포함되며, 상기 노즐하우징에는 각기 다른 연료가 공급되고, 하측 방향을 향하도록 일정 각도로 경사지게 제1, 2노즐이 설치되고, 상기 제1, 2노즐의 상부측으로 혼합연료가 공급되고, 하측 방향을 향하도록 일정 각도로 경사지게 제3노즐이 설치되며, 상기 제1,2,3노즐과 상기 인렛의 토출구는 리액터의 내부를 향해 동일 방향을 향하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1노즐의 경사각도는 상기 제2노즐 보다는 작고, 상기 제2노즐의 경사각도는 상기 제3노즐 보다는 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1노즐에는 메탄(CH4)이 공급되어 분사되고, 상기 제2노즐에는 산소(O2)가 공급되어 분사되며, 상기 제3노즐에는 메탄(CH4)과 압축건조공기(Compressed Dry Air:CDA)의 혼합가스가 공급되어 분사될 수 있다.
본 발명에 의하면, 인렛과 노즐본체로 구성되는 스크러버용 버너에서 화염이 폐가스를 감싸는 형태로 분출되어 폐가스와 화염과의 접촉면적의 증가를 통하여 전체 폐가스의 연소가 안정적으로 이루어지는 효과가 있다.
또한, 다수개의 노즐에서 연료가 각각 분사되어 확산 화염을 형성시킬 수 있으며, 폐가스의 처리 효율이 증대되어 일산화탄소 및 질소산화물의 발생을 최소화하고, 연료 절감을 가져오는 효과가 있다.
또, 버너의 노즐본체에 버퍼 스페이스와 비드를 형성시킴으로써, 역화방지는 물론, 연료가 균일하게 토출되어 화염 안정성을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 폐가스 처리용 스크러버의 사시도이고,
도 2는 도 1에서 스크러버용 버너의 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 스크러버용 버너의 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
여기서 도 1은 본 발명에 따른 반도체 폐가스 처리용 스크러버의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 스크러버용 버너의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스크러버용 버너의 단면도이다.
도 1에 도시된 반도체 폐가스 스크러버는, 본 발명의 특징에 따라 폐가스를 유입시켜서 연소하는 버너(100)와, 버너(100)와 연결 설치되어 연소된 폐가스의 연소가스를 순환시켜서 배출되도록 유도하는 리액터(200)와, 리액터(200)의 후단에 설치되어 고온의 연소가스를 직접 냉각시키고 수분과 슬러리로 분리 배출하는 냉각챔버(300)로 구성될 수 있다.
여기서 본 발명의 스트러버용 버너(100)는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 크게 폐가스가 유입되는 인렛(110)과, 폐가스를 연소하게 되는 노즐본체(130)로 구성될 수 있다.
먼저, 금속재의 인렛(110)은 폐가스가 유입되는 통로로서, 폐가스의 유속 흐름을 조절하게 되며, 원기둥의 관 형태로 유입관(112)이 전단부에 설치되고, 유입관(112)으로부터 일체 또는 조립되는 통로관(114)이 설치될 수 있다.
통로관(114)은 유입관(112)과 연결되는 부분의 면적이 유입관(112)과 같거나 다소 작은 크기로 연결 설치되며, 틀 형상으로 후측으로 갈수록 바닥부가 경사를 가지면서 점점 단면적이 축소되도록 제작되며, 이 통로관(114)의 단부측으로는 단면적이 축소된 직사각 형태의 배출관(116)이 연결 설치될 수 있다.
따라서 통로관(114)을 통과하는 폐가스의 흐름이 느려졌다가 단면적의 축소에 의하여 배출관(116)을 통과하면서 유속이 빠르면서도 넓게 배출될 수 있도록 하였다.
이들 배출관(116), 통로관(114), 유입관(112)을 포함하는 인렛(110)은 결합플레이트(120)에 설치되며, 이 결합플레이트(120)는 리액터(200)에 볼트 등의 체결수단으로 연결 설치될 수 있다.
그리고 인렛(110)이 설치된 결합플레이트(120)의 일면 중 인렛(110)의 상측으로 노즐본체(130)가 설치될 수 있다.
노즐본체(130)에는 적어도 하나 이상의 노즐에서 각기 다른 연료가 인렛(110)을 통해 배출되는 폐가스를 넓게 감싸도록 분사하여 연소가 되도록 하는 것이다.
노즐본체(130)는 직사각의 틀 형상으로 내부에 중공의 공간이 마련되며, 후단 상면으로 내부와 연통되도록 수직한 인포트(131)가 설치될 수 있다.
인포트(131)는 일정한 수직 길이를 가지며, 하기에서 설명하는 제3노즐(146)용 연료가 공급되는 부분이다.
그리고 노즐본체(130)의 내부로는 내부 공간을 구획하도록 적어도 하나 이상 설치되는 칸막이(132)로 구성되며, 바람직하게는 2개의 칸막이(132)가 설치되어 3개의 공간을 마련하게 된다.
칸막이(132)는 금속재나 합성수지재로 제작된 메쉬 형태일 수 있으며, 칸막이(132)로 구획된 중간의 제2공간부(134)에는 작은 알갱이 같은 비드 물질이 충진되어 역화(逆火)의 화염이 존재할 수 있는 체적을 최소화하기 때문에 역화를 방지할 수 있다.
그리고 제2공간부(134)를 중심으로 하여 인포트(131)와 연통 연결되는 제1공간부(133)에는 메탄(CH4)과 압축건조공기(Compressed Dry Air:CDA)가 유입되어 안정적으로 혼합이 이루어지는 공간이고, 전단측의 제3공간부(135)는 균일한 연료배출을 위한 버퍼 스페이스(buffer space) 공간일 수 있다.
한편, 노즐본체(130)의 전단측에는 결합플레이트(120)에 관통 위치되는 노즐하우징(140)이 더 포함될 수 있다.
노즐하우징(140)은, 인렛(110)의 상측에 근접하도록 위치되며, 전단측에 경사면(140a)을 가지는 "1"자 형태로 설치될 수 있고, 각기 다른 연료가 공급되고, 하측 방향을 향하도록 일정 각도로 경사지게 제1, 2노즐(142)(144)이 설치되고, 제1, 2노즐(142)(144)의 상부측으로 혼합연료가 공급되고, 하측 방향을 향하도록 일정 각도로 경사지게 제3노즐(146)이 설치될 수 있다.
이들 제1,2,3노즐(142)(144)(146)과 인렛(110)의 배출관(116)은 리액터(200)의 내부를 향해 동일 방향을 향하는 것이다.
노즐하우징(140)의 기준에서 가장 하부측으로 제1노즐(142)이 일정한 경사각도를 가지고서 하방을 향하여 설치될 수 있다.
제1노즐(142)은 적어도 하나 이상의 홀 형태로 길이 방향을 따라 배치 형성되며, 메탄(CH4)이 외부의 공급라인으로부터 공급되어 사용되며, 경사각도는 1~15°를 가질 수 있다.
제2노즐(144)은 제1노즐(142)의 상측으로 설치되되, 적어도 하나 이상의 홀 형태로 길이 방향을 따라 배치 형성되며, 제1노즐(140)과 같이 일정한 경사각도를 가지고서 하방을 향하여 설치될 수 있고, 산소(O2)가 외부의 공급라인으로부터 공급되어 사용되며, 바람직하게 경사각도는 10~30°로 제1노즐(142)의 경사각도 보다는 클 수 있다.
그리고 제3노즐(146)은, 노즐하우징(140)의 경사면(140a)에 형성되되, 경사면(140a)의 길이 방향을 따라 직사각형 형태로 다수개가 형성되며, 연료 공급은 노즐본체(130)에 설치된 인포트(131)를 통해 메탄(CH4)과 압축건조공기(Compressed Dry Air:CDA)의 혼합가스가 공급될 수 있다.
본 명세서에 기재된 "CDA"는 메탄 또는 이산화탄소와 그 외에 수분 또는 다양한 종류의 탄화수소가 제거되거나 처리된 공기를 포함한 포괄적 개념이다.
제3노즐(146)의 경사각도는 20~45°를 가지고서 형성될 수 있으며, 바람직하게 제2노즐(144)의 경사각도 보다는 클 수 있다.
그리고 제1, 2 노즐(142)(144)에 근접하여 점화장치(150)가 결합플레이트(120)상에 설치될 수 있다.
덧붙여, 리액터(200)는 버너(100)의 후단에 결합플레이트(120)를 매개로 설치되어, 내부에 폐가스가 연소된 연소가스가 순환되어 배출되도록 하는 것으로서, 내부에 공간을 형성하는 수직한 관 형태를 가지며, 하단에는 연소가스에서 분리된 슬러리가 쌓일 수 있는 공간이 마련되는 것이다.
그리고 리액터(200)의 후단에 연결 설치되는 냉각챔버(300)는, 고온의 연소가스를 냉각하여 수분과 슬러리를 분리하여 냉각된 가스를 배출하는 것이다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 스크러버용 버너의 작용을 참고하여 설명한다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명하면, 폐가스가 인렛(110)의 유입관(112)을 통해 유입되면, 폐가스는 단면적인 점점 작아지는 통로관(114)을 흐르면서 유속이 느려지나 배출관(116)을 지나면서 유속이 빨라져서 배출되며, 이와 동시에 제1노즐(142)에서는 메탄이, 제2노즐(144)에서는 산소가 경사 각도에 따라 하방 즉, 폐가스를 향해 넓게 배출될 수 있다.
또, 제1노즐(142)과 제2노즐(144)에서 연료가 분출됨과 같이 점화장치(150)를 통해 점화가 이루어져서 폐가스를 연소하게 되며, 동시에 제3노즐(146)에서는 노즐본체(130)의 인포트(131)를 통해 메탄(CH4)과 압축건조공기(Compressed Dry Air:CDA)의 혼합가스가 공급되어 메쉬의 칸막이(132)들을 통과한 후, 경사각도로 배출되되 수평방향으로 넓게 배출되어 폐가스를 감싸는 형태로 화염과의 접촉면적을 증대시켜서 연소 효율을 높이게 된다.
더욱이 인렛(110)에서의 폐가스 공급이 과유량이어도 제1,2노즐(142)(144)에서의 연소가 이루어지기 때문에 제3노즐(146)에서 화염이 꺼지지 않아 화염 안정성이 높아질 수 있다.
폐가스의 연소는 리액터(200)의 내부 공간에서 이루어지며, 덧붙여 폐가스의 연소 과정에서 화염이 역으로 노즐본체(130)측으로 유입될 수 있으나, 칸막이(132)로 구획된 제2공간부(134)에서는 작은 알갱이 같은 물질이 충진되어 역화(逆火)의 존재할 수 있는 체적을 최소화하기 때문에 역화를 방지할 수 있다.
또한, 제1공간부(133)에서는 메탄(CH4)과 압축건조공기(Compressed Dry Air:CDA)가 유입되어 안정적으로 혼합이 이루어지고, 제3공간부(135)에는 균일한 연료배출이 이루어질 수 있다.
한편, 폐가스가 연소된 연소가스는 리액터(200)의 내부 공간에서 순환되면서 적어도 한 번 이상 제1,2,3노즐(142)(144)(146)과 접촉하여 연소되고, 연소된 연소가스는 냉각챔버(300)측으로 유입되어 냉각되고 수분과 슬러리가 분리되어 배출되어 진다. 이때, 충분히 연소되고 슬러리와 분리된 연소가스는 질소산화물과 일산화탄소의 배출이 최소화될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 인렛(110)과 노즐본체(130)로 구성되는 스크러버용 버너(100)에서 화염이 폐가스를 감싸는 형태로 분출되어 폐가스와 화염과의 접촉면적의 증가를 통하여 전체 폐가스의 연소가 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 다수개의 노즐에서 연료가 각각 분사되어 확산 화염을 형성시킬 수 있으며, 폐가스의 처리 효율이 증대되어 일산화탄소 및 질소산화물의 발생을 최소화하고, 연료 절감을 가져오며, 버너의 노즐본체에 버퍼 스페이스와 비드를 형성시킴으로써, 역화방지는 물론, 연료가 균일하게 토출되어 화염 안정성을 상승시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
100 : 버너부 110 : 인렛
112 : 유입관 114 : 통로관
116 : 배출관 120 : 결합플레이트
130 : 노즐본체 131 : 인포트
132 : 칸막이 133 : 제1공간부
134 : 제2공간부 135 : 제3공간부
140 : 노즐하우징 140a : 경사면
142, 144, 146 : 제1,2,3노즐
200 : 리액터 300 : 냉각챔버

Claims (7)

  1. 폐가스가 유입되며, 확대된 단면적이 축소되어 유속의 흐름을 조절하는 인렛과,
    상기 인렛과 같이 결합플레이트에 설치되며, 적어도 하나 이상의 노즐에서 각기 다른 연료를 상기 인렛을 통해 배출되는 폐가스를 넓게 감싸도록 분사하여 연소하는 노즐본체
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합플레이트의 일면 상에 상기 인렛이 설치되고, 상기 인렛의 상측으로 상기 노즐본체가 설치되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인렛은,
    상기 폐가스가 유입되는 유입관과,
    상기 유입관에 설치되어 전단측으로 갈수록 면적이 축소되며, 상기 폐가스의 통로가 되는 통로관과,
    상기 통로관으로부터 연결 설치되고, 상기 폐가스를 빠르고 넓게 배출시키게 되는 배출관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐본체는,
    중공의 사각틀 형상에 상면으로는 내부와 연통되도록 수직 설치되는 인포트와,
    내부 공간을 구획하도록 적어도 하나 이상 설치되는 칸막이와,
    상기 칸막이로 구획된 어느 하나의 구획공간에 역화방지를 위하여 충진되는 비드,
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노즐본체의 전단측에는 상기 결합플레이트에 관통 위치되는 노즐하우징이 포함되며,
    상기 노즐하우징에는 각기 다른 연료가 공급되고, 하측 방향을 향하도록 일정 각도로 경사지게 제1, 2노즐이 설치되고,
    상기 제1, 2노즐의 상부측으로 혼합연료가 공급되고, 하측 방향을 향하도록 일정 각도로 경사지게 제3노즐이 설치되며,
    상기 제1,2,3노즐과 상기 인렛의 토출구는 리액터의 내부를 향해 동일 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1노즐의 경사각도는 상기 제2노즐 보다는 작고,
    상기 제2노즐의 경사각도는 상기 제3노즐 보다는 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1노즐에는 메탄(CH4)이 공급되어 분사되고,
    상기 제2노즐에는 산소(O2)가 공급되어 분사되며,
    상기 제3노즐에는 메탄(CH4)과 압축건조공기(Compressed Dry Air:CDA)의 혼합가스가 공급되어 분사되는 것을 특징으로 하는 스크러버용 버너.
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