TW202118975A - 用於產生針對程序氣體燃燒之火焰的燃燒器及具有燃燒器之廢氣處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於用於在一燃燒室中產生針對程序氣體，尤其是污染物，燃燒之一火焰之一燃燒器及一廢氣處理裝置，在各情況中，具有用於一燃料氣體及用於氧化劑之供給線以使該燃料氣體及該氧化劑流入至一預混合室中，且具有用於點燃容納於該預混合室中之該氣體混合物之一點火裝置。根據本發明，在該燃燒器上，尤其是在與該預混合室對置定位之該燃燒器之一端處，提供用於偵測及/或監測該火焰之一感測器。

Description

用於產生針對程序氣體燃燒之火焰的燃燒器及具有燃燒器之廢氣處理裝置
本發明係關於一種根據請求項1之前言部分之用於產生程序氣體燃燒之一火焰之燃燒器及一種根據請求項18之前言部分之具有一燃燒器之廢氣處理裝置。
用於處理半導體材料或用於生產光伏打電池之諸多工廠利用氣體來膜沈積及蝕刻。在程序期間產生之反應性及環境有害程序氣體及其反應產物通常在處理廠附近之本地廢料處置設施中處理。此等有毒氣體亦大量形成於(例如)半導體電路之生產期間，且歸隱於其毒性，其不能未先經處理就排放至環境中。
除此等化學汽相沈積(CVD)或乾式蝕刻程序之程序氣體外，本發明亦可處理源自其他程序且含有污染物之廢氣。此等有毒或環境有害氣體係(例如) SiH4 、SiH2 Cl2 、SiF4 、NH3 、PH3 、BCl3 、SF6 或NF3 。
隨著對此等改性基板之需求增加，因此亦必須處理數量不斷增加之程序氣體以確保符合環境及健康安全要求。
為此，一常見方法由燃燒處置及隨後一洗滌液洗滌組成。一已知程序係將一燃燒器配置於一燃燒反應器之蓋中且透過通向火焰附近之若干管供給有害氣體。
熱處理之反應產物以氣體形式或固體形式存在。在洗去水溶性氣體及固體顆粒之後，可將剩餘氣態反應產物(諸如水蒸汽或CO2 )釋放至環境中，無任何進一步後續處理。
不言而喻，已開發諸多燃燒方法及反應室且在實際實踐中將其用於熱反應。例如，歐洲專利說明書EP 0 346 893 B1揭示一種用於清潔廢氣之配置，其由一反應室組成，在反應室中，一燃燒器配置於底部處，其一方面利用燃料氣體(諸如氫氣及氧氣或空氣或其他天然氣及空氣)操作，且另一方面接收待清潔之廢氣。在燃燒期間產生之反應產物含有固體組分及水溶性反應產物。
韓國專利說明書KR 1 275 475 B及中國審查申請案102 644 928 B揭示一種用於含有有害物質之廢氣之熱處理裝置。將此等物質轉換成其他化合物。熱處理裝置具有一燃燒室、一或多個燃燒器、一或多個廢氣入口及一廢氣出口。
德國專利申請案DE 10 342 692 A1揭示一種具有一燃燒室之裝置，其具有配置於頂部處之一蓋上之至少一燃燒器，使得一火焰自上而下導引至燃燒室之內部中。亦存在用於一洗滌液之一供給線，藉此一連續膜可形成於燃燒室之整個內圓周表面上。
德國專利申請案DE 10 2004 047440 A1揭示一種反應器室，其具有：一外壁及一內壁，其中內壁以一漏斗之形式依一指定角向下漸縮；及一裝置，其用於熱處理有毒氣體，裝置配置於反應器室上以在頂部附近密封反應器室。在反應器室之內壁內側，存在均勻向下流動之一水膜。
日本公開未審查專利申請案JP 2017 089985 A揭示一種用於熱處理一廢氣之廢氣處理裝置，其具有用於燃燒廢氣之一燃燒室。一點火裝置具有一空氣燃料預混合室及用於產生一點火火焰之一火花塞。
美國專利申請案第2017 065 934 A1號及美國專利說明書第9956525 B2號揭示一種用於淨化一積體半導體之廢氣之設備，其具有其上安裝有一燃燒器以產生一火焰之一蓋且具有複數個廢氣入口管。一水簾防止副產物累積於設備中。
為了安全，燃燒反應器通常配備有一火焰偵測器。火焰偵測器用於監測燃燒器之狀態，使得若火焰熄滅，則中斷燃料氣體及有毒氣體至反應器中之供給。接著，自動切換式三通閥可輸送有毒氣體通過反應器而至另一反應器或用於排放有害廢氣之一線中。德國專利文件DE 10 2015 106 718中揭示此通用類型之一裝置。
日本公開未審查專利申請案JP 2017 089986 A揭示一種在壁上具有一液膜之燃燒反應器，其中一火焰偵測器偵測直接穿過液膜之火焰。
美國專利申請案第2014 0106282 A1號揭示一種具有兩個火焰感測器之裝置，兩個火焰感測器自一燃燒器之側導引穿過壁中之一開口而至反應室中。
先前技術裝置之一缺點係電離電流監測不穩定且容易出錯之事實。尤其當使用氧氣作為氧化劑時，電離之範圍受狹窄限制且會在氣體之品質變動時移位，其將導致電離電流之一不可靠量測。此外，需要避免電極與有害氣體之燃燒產物，換言之，顆粒或酸，接觸，其降低電極之電導率。
此係提出光學偵測之原因。為此，反應室應增加孔，但此難以整合至既有設計中。由於反應器之蓋上一般少有空間可用，因此其中通常不再可能額外鑽孔。此外，蓋之區域中之高溫對偵測器及量測結果之準確性有害。鑑於液體沿內壁流動，一孔穿過反應器之側壁變得更難。
在上述缺點之背景下，本發明係基於熱處理含有污染物之程序氣體之目的，其中將達成一可靠且精確火焰偵測。
此目的由如請求項1之用於產生針對程序氣體燃燒之一火焰之燃燒器達成。
此目的亦由如請求項18之具有一燃燒器之廢氣處理裝置達成。
本發明係關於一種用於在一燃燒室中產生針對程序氣體，尤其是污染物，燃燒之一火焰的燃燒器。存在用於一燃料氣體之一供給線及用於氧化劑之一供給線以使燃燒氣體及氧化劑流入至一預混合室中，且亦存在用於點燃容納於預混合室中之氣體混合物之一點火裝置。
根據本發明，用於偵測及/或監測火焰之一感測器配置於燃燒器上，尤其是配置於與預混合室對置定位之燃燒器之一端處。
感測器或偵測器作為一火焰監測器配置於燃燒器中轉化成一非常緊湊實施例。此外，感測器僅與清潔燃燒器氣體接觸，且感測器前面之空間不斷被沖洗。在先前技術配置中，需要通至燃燒室之額外孔，且總是需要一額外沖洗流來保護感測器。在本發明中，感測器或偵測器可分析每一狀態中之整個火焰。與先前技術相比，無需一引燃器用於點火目的，因為一點火裝置已整合至燃燒器中且一可燃混合物產生於預混合室中。
歸因於在燃燒程序期間形成顆粒，需要沖洗具有燃燒器之一廢氣處理設備(一所謂之反應器)上之所有連接以防止形成沈積物。為此，應使在廢氣處理裝置或反應器中形成之孔之數目保持一最小值。
與先前技術相比，本發明既不需要一點火燃燒器，亦不需要用於一火焰感測器之一孔。此外，燃燒器特別緊湊。因此，用於有毒氣體之供給線可配置成非常靠近火焰。
根據本發明之一第一有利實施例，燃料氣體及氧化劑可各以一基本上圓柱形管供給至燃燒器之預混合室中，其中此等圓柱形管經構形為相對於彼此同心之外管及內管，其中外管及內管彼此以一徑向距離配置。此使燃燒器易於組裝及拆卸，除此之外，生產成本降低且結構變得總體更緊湊。
如本發明中所闡述，除圓柱形管之外，亦可設想具有其他幾何形狀之管，諸如(例如)多邊形，尤其是六邊形，形狀。
本發明之另一有利變型將感測器提供為一光學感測器，尤其是一紫外(UV)或紅外(IR)感測器，其中火焰落入感測器之光學視域內。感測器易於安裝，且其比電量測方法更不易發生故障。
歸因於光學偵測，可偵測使用不同類型之燃料氣體之火焰。特定言之，亦可光學偵測氫氣之燃燒。
具有不同光譜範圍之不同偵測器在商業上可用於各種應用，使得存在一總體廣泛之應用範圍。
光學偵測允許燃燒器以透過外管之一燃料氣體供給及透過內管之一氧氣供給或否則透過內管之一燃料氣體供給及透過外管之一氧氣供給操作。亦可設想採用一IR偵測器來偵測預混合室內部之火焰中之一細線之灼熱。若燃燒器已依使得透過供給線之偵測器之視向朝向(例如)由液體沖洗之一冷表面定向之一方式安裝於反應器中，則一IR偵測器係有利的。
同樣地，亦可根本上設想使用一電偵測模態，即，電離電流監測。
根據本發明之一有利實施例，光學感測器之視軸與燃燒器之縱軸大致重合，特定言之，感測器偵測及監測通過燃燒器之內管之火焰。依此方式，覆蓋一大偵測域以因此允許一可靠且全面偵測及火焰之連續監測。在先前技術燃燒器中，偵測器在火焰之縱向方向上僅具有一受限視域。
在本發明之一改進方案中，一玻璃板，尤其是一石英玻璃板，配置於燃燒器與感測器之間，因此結構亦被簡化且因此更具成本效益。此外，石英玻璃板將感測器與燃料氣體分離且亦密封氣體供給線。因此，感測器不與燃料氣體接觸且不必自密封。
以外管或內管載送燃料氣體及以外管或內管載送氧化劑係特別有利的。由於無需在預混合室中完全混合，因此在外部選擇氣體類型可在一定程度上影響與有毒氣體接觸之哪些化學組成在燃燒室中占多數，例如一低氧或高氧化學組成。此會影響燃燒效率及氮氧化物之形成。
在本發明之一改進方案中，內管及外管導電且藉由一絕緣體彼此電絕緣。可在管之間施加用於點火火花之一電壓，使得可點燃混合氣體。
根據本發明之一有利實施例，較佳光學感測器與內管電絕緣。當藉由施加高電壓來產生點火火花時，感光感測器不會變得帶電，因此保護其免受過電壓破壞。此亦防止可由過電壓引起之量測值偽造。
本發明之另一有利實施例使點火裝置具有配置於內管之下端上且尤其是朝向外部定向之至少一突起及/或使點火裝置具有配置於外管上且尤其是朝向內部定向以在內管與外管之間產生一點火火花之至少一突起。燃燒器可由一點火火花直接點燃。與先前技術相比，點火需要一相對較低高電壓。點火可靠地施加作用。
根據本發明之一改進方案，點火裝置具有配置於預混合室中且用於在預混合室中產生一點火火花之一電極。在此變型中，不經由載送氣體之一管而是經由依便於絕緣之一方式插入且通向預混合室中之一電極來施加點火電壓，且抵著接地外管產生點火火花。在本發明中，所有燃燒器部分可接地且在混合室中僅必須實施一個絕緣供給線係有利的。
在本發明之另一變型中，外管電接地且內管經由用於高電壓之一連接器連接至一點火適配器或點火變壓器以自內管至外管產生一點火火花。管之一者接地，而另一者(較佳地，內管)連接至一電壓源。依此方式，可在過渡至混合室之區域中之內管之端處系統性產生一點火火花。若其定位於燃燒器之冷部分中，則可更容易達成電絕緣。為了用電安全，外管應接地且內管應載送點火電壓。否則，點火電壓放電至外部之風險將較大。
可使內管經構形為用於量測預混合室中之電離電流之一電極。當內管經安裝以電絕緣時，不僅可透過其載送點火電壓，且亦可由一外加交流電壓以一整流電流分量之形式產生一火焰信號，只要無點火。此外，可採用電偵測作為一冗餘信號以提高燃燒器之安全性。
根據本發明之另一有利實施案，外管至少在預混合室之區域中由電絕緣陶瓷製成。預混合室可由外管之下端形成。亦可設想，整個管由絕緣陶瓷製成。
在本發明之一改進方案中，一耐高溫線(所謂之灼熱線)配置於預混合室中且其突出至感測器之光學視域中。在預混合室中，已在其中混合燃料氣體及氧化劑之區域中形成一火焰，且此引起線變熱。線繼續由形成之火焰加熱，直至線開始灼熱，其接著可(例如)由一IR偵測器看見。若線非常細，則其在火焰熄滅之後快速冷卻，因此其可用作偵測火焰之一方式。此防止一所謂之餘輝，其將產生一非所要誤判信號。
根據本發明之另一有利實施例，提供配置於預混合室中以產生湍流之一火焰穩定器。當使用空氣代替氧氣作為氧化劑時，需要火焰穩定器，自此之後，若無火焰穩定器，則火焰速度很低，使得火焰將自預混合室吹出。火焰穩定器處產生之湍流使火焰穩定器處之火焰穩定。火焰穩定器可電連接至外管且可用於產生點火火花。
為了機械穩定或定心，可在內管與外管之間提供至少一間隔物。通常，間隔物經構形為電絕緣的，因為否則將無法產生一火花。
根據本發明之一改進方案，在外管與感測器之間提供一管狀連接件，且其具有將燃料氣體或氧化劑載送至內管之供給線。依此方式，可容易地組裝及拆卸燃燒器，且可藉由使用不同連接件來變動其大小及長度。此外，連接件用於建立氣體供給線及感測器之電絕緣連接。其本身可電接地。
在本發明之另一實施例中，提供配置於基本上圓柱形連接件之一端處之具有感測器之玻璃板及配置於另一端處之由一絕緣體電絕緣之內管及/或外管。此使燃燒器之結構更簡單且更緊湊。
若在連接件與外管之間提供用於點火裝置，尤其是用於高電壓，之連接器，則可進一步改良燃燒器之結構。
根據本發明之一獨立構想，提供一種廢氣處理裝置或一種所謂之反應器，其具有配置於一燃燒室中以產生針對程序氣體，較佳地有毒氣體，燃燒之一火焰之至少一燃燒器。
裝置具有至少一程序氣體供給構件及至少一熱處理廢氣排放構件。
火焰偵測器整合至燃燒器中使廢氣處理裝置具有一緊湊形狀，且程序氣體供給構件可在反應器中非常靠近火焰。此允許火焰與程序氣體更激烈相互作用。
由於在燃燒程序期間形成顆粒，因此必須沖洗廢氣處理裝置或反應器上之所有連接器以防止沈積。為此，反應器中之孔數目應保持一最小值。
本發明既不需要一點火燃燒器，亦不需要一孔用於一火焰感測器。此外，燃燒器非常緊湊，因此可將有毒氣體之供給線放置成非常靠近火焰。
特定言之，亦可將燃燒器及有毒氣體供給構件整合至一模組中。此處，例如，燃燒器可定位於中心，且有毒氣體入口可在一緊湊模組中圍繞燃燒器定位。此轉化成反應器之蓋上所需之螺紋連接之數目減少，且可使有毒氣體供給構件非常靠近燃燒器或火焰。
根據根據本發明之廢氣處理裝置之一第一有利改進方案，當燃燒器處於其組裝位置中時，其定位於燃燒室上方，尤其是大致垂直於廢氣處理裝置。此確保火焰在燃燒室內與有毒氣體均勻相互作用。
包括一垂直安裝燃燒器之設計簡化光學偵測器之使用，光學偵測器具有移動部分，諸如(例如)用於自監測之封蓋或所謂之快門。
根據本發明之一有利實施例，提供用於一沖洗氣體，尤其是氮氣，之一供給線，其中沖洗氣體可流過程序氣體供給構件之端處之多孔燒結元件以移走顆粒。在一些程序中，尤其有毒氣體出口通至反應器中，歸因於回潮、氧化劑或甚至歸因於熱反應，沈積物積聚。然而，亦可有利地供給加熱沖洗氣體，尤其在趨向於在冷表面上冷凝之程序氣體之情況中。
根據本發明之另一有利實施例，尤其在燃燒室之側壁上提供液體供給線。根據本發明之燃燒器可經部署於一廢氣處理裝置或液體在其壁上流動之一反應器中。為保護有毒氣體入口不濺出液體，可在液體供給線前面之側壁上安裝一小套環。為較佳隔熱，反應器之蓋可經構形有一雙壁。蓋之內側上之一升高表面溫度減小固體沈積物將積聚之可能性。可透過雙壁蓋供給一沖洗氣體(諸如(例如)氮氣)，且此氣體流過有毒氣體供給線之端處之多孔燒結元件以移走顆粒。
根據方法之一改進方案，提供用於清潔程序氣體供給構件上之沈積物之一柱塞。然而，若沈積物積聚於一有毒氣體入口中之壁上，則其可由柱塞自動刮除。作為另一替代，一噴嘴可安裝於有毒氣體入口中，且在某些時間點或在有毒氣體線中之壓力升高時，其產生一氣體脈衝以吹走壁上之沈積物。亦可使用自安裝於有毒氣體入口中之一噴嘴噴射之一液體清潔。為防止反應器蓋上之沈積，一沖洗氣體可自蓋之邊緣流入至蓋之中間。
歸因於燃燒器之緊湊設計，亦可具有在一個廢氣處理裝置或一個反應器上具有若干燃燒器之實施例。為此，例如，有毒氣體供給構件配置於反應器蓋之中間中，且兩個或更多個燃燒器沿圍繞此等供給構件之一外圓配置，較佳地，火焰朝向中間略微傾斜。燃燒器亦可依使得其在反應器中產生一渦流之一方式傾斜，因此允許反應器中之一更穩定流動及更佳混合。
在根據本發明之燃燒器中，點火及火焰偵測經整合使得可設想其他設計，其中一或多個燃燒器透過液體在其上流動之側壁延伸至燃燒室中，該等燃燒器對自上方透過蓋供給之有毒氣流施加作用。
為實現廢氣處理裝置之一特別細長構形，燃燒器可配置於反應器之蓋之中間中且有毒氣體供給構件可穿過反應器之側壁。
根據本發明之另一有利實施例，提供用於一反應氣體，尤其是氧化劑及/或還原劑，之至少一供給線。即使燃燒器允許變動燃料氣體-氧化劑比率，但某些程序可能需要將額外氧化劑(例如空氣或氧氣)或還原劑(諸如燃料氣體)供給至反應器中。此等反應氣體供給線可安裝於反應器之蓋中。
根據本發明之另一有利實施例，廢氣處理裝置具有配置於燃燒室上之至少兩個燃燒器，其中各燃燒器與一單獨燃料氣體或氧化劑供給構件相關聯。此實施例在燃燒器之操作期間提供冗餘以因此避免一燃燒器失效且必須維修一燃燒器時加工廠之高停機成本。
本發明之一改進方案提供一調節及/或控制單元來調節及/或控制燃料氣體或氧化劑供給構件，尤其作為來自配置於相關燃燒器上且用於偵測及/或監測相關燃燒器之火焰之感測器之一信號之一功能。
可規定感測器係一火焰電離電極。在廢氣處理裝置之此實施例中，電極可透過燃燒器，尤其是透過內管，插入至火焰中以防止電極變髒。當涉及若干燃燒器之火焰監測時，電火焰監測可比光學火焰監測更有利，因為其系統性監測相關聯燃燒器之火焰。光學火焰監測系統有時偵測若干燃燒器之火焰，使得根本無法確定或無法準確確定一個別燃燒器之狀態。
可自參考附圖之一實施例之以下描述明白本發明之額外目的、優點、特徵及應用可能性。在本發明中，所有描述及/或描繪特徵(其自身或以任何有意義組合)構成本發明之標的，亦不管其在申請專利範圍中或其返回查閱之申請專利範圍中之編譯如何。
圖1展示用於在一燃燒室中產生針對程序氣體，尤其是污染物，燃燒之一火焰33之一燃燒器1。
供給線5、6用於允許一燃料氣體及氧化劑流入至一預混合室12中。
提供用於點燃存在於預混合室12中之氣體混合物之一點火裝置10、11。
圖1亦展示配置於燃燒器1上，尤其是配置於與預混合室12對置定位之燃燒器1之一端處，用於偵測及/或監測火焰33之一感測器4。
如圖1及圖2至圖10中所展示，燃料氣體及氧化劑各以一基本上圓柱形管2、3供給至燃燒器1之預混合室12中。圓柱形管2、3經構形為相對於彼此同心之一外管2及一內管3，其中外管2及內管3彼此以一徑向距離配置。取決於應用目的，可以外管2或內管3輸送燃料氣體且可以外管2或內管3對應地輸送氧化劑。
在本實施例中，內管3及外管2導電且藉由一絕緣體7彼此電絕緣。
在圖8、圖9及圖10及圖1至圖6所展示之實施例中，外管2電接地且內管3經由一高電壓連接器11連接至一點火適配器或點火變壓器以產生自內管3至外管2之一點火火花。依此方式，可在過渡至混合室12之區域中之內管3之端處系統性產生一點火火花。為了用電安全，外管2應接地且內管3應載送點火電壓。
可提供經構形為一電極以量測預混合室12中之一電離電流之內管3。當內管3經安裝成電絕緣時，不僅可透過其載送點火電壓，且亦可由一外加交流電壓以一整流電流分量之形式產生一火焰信號，只要無點火。而且，可採用電偵測作為一冗餘信號以提高燃燒器1之安全性。
如圖1至圖10中所展示，為使管2、3機械穩定或定心，可在內管3與外管2之間提供至少一間隔物9。此等間隔物9經構形以電絕緣，因為否則將無法在管2、3之間產生一火花。
圖1至圖10中所展示之實施例繪示：一管狀連接件34提供於外管2與感測器4之間，且其具有至內管3之燃料氣體或氧化劑供給線5。一玻璃板8，尤其是一石英玻璃板，及感測器4配置於基本上圓柱形連接件34之一端處，而由一絕緣體7電絕緣之內管3及/或外管2配置於另一端處。連接件34主要用於建立氣體供給線及感測器之電絕緣連接。其可電接地。
在本實施例中，感測器4經構形為一光學感測器，尤其是一UV或IR感測器，其中火焰33落入感測器4之視域內。光學感測器4與內管3電絕緣。
亦如圖1至圖10中可見，感測器4之視軸與燃燒器1之縱軸大致重合，使得感測器元件透過內管3瞄準。因此，感測器4直接透過燃燒器1之內管3偵測及監測火焰33。
圖10中所展示之實施例繪示：一耐高溫線14，尤其是一灼熱線，配置於預混合室12中且其突出至感測器4之光學視域中。
如圖1至圖6及圖8至圖10中所展示，尤其用於施加高電壓之連接器11提供於連接件34與外管2之間。
點火裝置10、11具有配置於內管3之下端上且尤其朝向外部定向之至少一突起10。
如圖5、圖6及圖9中所展示，亦可提供具有至少一突起35之點火裝置10、11，該突起配置於外管2上且尤其朝向內部定向以在內管3與外管2之間產生一點火火花。
此突起35可經構形以(例如)呈叉指狀或尖頭(如圖5中所展示)或否則桿狀(如圖6中所展示)。如本發明中所闡述，當然亦可設想其他幾何形狀。例如，圖9展示向上定向之突起35。
如圖7中所展示，點火裝置10、11具有配置於預混合室12中且用於在預混合室12中產生一點火火花之一電極36。在此實施例中，不經由載送氣體之一管2、3而是經由依便於絕緣之一方式插入且通至預混合室12中之電極36來施加點火電壓，且抵著接地外管2產生點火火花。
可提供至少在預混合室12之區域中由電絕緣陶瓷製成之外管2。
圖8及圖9中所展示之實施例繪示：可在預混合室12中提供一火焰穩定器13以產生湍流。
在圖1所展示之實施例中，突起10作為一中心突起形成於內管3上，與此相比，圖2展示其中突起10由朝向外部定向之岔尖或叉齒形成的一實施例。如圖3中所展示，此等岔尖10可依一斜度運行。突起之構形允許氣體流入至預混合室12中且因此亦允許影響火焰33之形狀。
圖11至圖17展示一廢氣處理裝置22或一所謂之反應器，其具有配置於一燃燒室32中以產生針對程序氣體，較佳地有毒氣體，燃燒之一火焰33之至少一燃燒器1。特定言之，此可為上文所描述之一燃燒器1。
廢氣處理裝置22具有至少一程序氣體供給構件16及至少一熱處理氣體排放構件31。
在本發明中，燃燒器1及有毒氣體供給構件16經整合至一模組15中。此處，例如，在此緊湊模組15中，燃燒器1可定位於中心，且程序氣體供給構件16可圍繞燃燒器1定位。此轉化為廢氣處理裝置22之蓋上所需之螺紋連接之數目減少，且程序氣體供給構件16可非常靠近燃燒器1或火焰33。
牽涉一垂直安裝燃燒器之設計簡化光學偵測器之使用，光學偵測器具有移動部分，諸如(例如)用於自監測之封蓋或所謂之快門。
圖11至圖13特別繪示作為圖17中所詳細展示之廢氣處理裝置22之一部分之一模組15。
如圖11至圖13及圖16及圖17中所展示，當燃燒器1處於其組裝位置中時，其定位於燃燒室32上方，尤其是大致垂直於廢氣處理裝置22。
在圖12所展示之本實施例中，提供用於一沖洗氣體，尤其是氮氣，之至少一供給線19。沖洗氣體可流過程序氣體供給構件16之端處之多孔燒結元件18以移走顆粒。尤其是在通至廢氣處理裝置之出口處，歸因於回潮、氧化劑或甚至歸因於熱，沈積物積聚，且此等沈積物可由沖洗氣體沖掉。
典型應用利用在經加熱或與氧氣或濕氣反應時形成可沈積於所有表面上之固體之氣體。可採用機械清潔工具(諸如(例如)刮刀)來自反應器之內表面移除此等沈積物。然而，此等工具易出故障。為此，根據本發明之燃燒器1較佳用於一反應器或具有液體在其上流動之一壁之一廢氣處理裝置22中。
如圖14至圖17中所展示，尤其是在燃燒室32之側壁上提供液體供給構件23用於廢氣處理裝置22或一液體在其上流動之反應器。為保護程序氣體供給構件16或有毒氣體入口免受濺出液體，可在液體供給線23前面之側壁上安裝一小套環24，如圖14至圖16中可見。
為較佳熱絕緣，廢氣處理裝置22之蓋可經構形有一雙壁。蓋之內側上之一升高表面溫度減小固體之沈積物將積聚之可能性。可透過雙壁蓋供給一沖洗氣體(諸如(例如)氮氣)，且此氣體流過有毒氣體供給線之端處之多孔燒結元件以移走顆粒。
根據圖13中所展示之實施例，提供安裝於有毒氣體入口16中之一噴嘴20，且在某些時間點或在有毒氣體線16中之壓力升高時，其產生一氣體脈衝以吹走壁上之沈積物。亦可使用自安裝於一清潔介質供給構件21上之有毒氣體入口16中之一噴嘴20噴射之一液體清潔。為防止廢氣處理裝置22之蓋上之沈積，一沖洗氣體可總是自蓋之邊緣流入至蓋之中間。
即使燃燒器1允許變動燃料氣體-氧化劑比率，但某些程序可能需要將額外氧化劑(例如空氣或氧氣)或還原劑(諸如燃料氣體)供給至燃燒室32中。此反應氣體供給線25可安裝於反應器22之蓋中。
如圖15中所展示，存在至少一反應氣體，尤其是氧化劑及/或還原劑，供給線25。
在圖14中可見，廢氣處理裝置22之熱處理廢氣排放構件31通至一淬火區域30中以在燃燒之後快速冷卻氣體。
圖17展示具有一濕式洗滌器26、一熱交換器28及一泵29且在廢氣處理裝置22下游之一洗滌站。在此清洗站中，可溶氣體及顆粒(諸如(例如)固體)及在燃燒期間形成之酸由一洗滌液洗滌掉。洗滌液由泵29輸送至洗滌段中且經由熱交換器28及用於調節及量測流通量之構件(此處未展示)輸送至廢氣處理裝置中，接著，洗滌液回流至一儲存槽中。儲存槽具有用於淡水及用於調節pH值之鹼性溶液之供給線及用於排空目的之一排液管及用於填料位準、pH值及溫度之感測器。洗滌站可連接至排氣單元，因此可在廢氣處理裝置22中產生一負壓。
由於燃燒器之緊湊設計，亦可在一廢氣處理裝置22或一反應器上構形有若干燃燒器1。為此，例如，有毒氣體供給構件16配置於反應器蓋之中間中，且兩個或更多個燃燒器1沿圍繞此等供給構件之一外圓配置，較佳地，其中火焰33朝向中間略微傾斜。燃燒器1亦可依使得其在反應器22中產生一渦流之一方式傾斜以因此允許反應器22中之一更穩定流動及更佳混合。圖14及圖15展示具有兩個燃燒器1之實施例。在圖18至圖20所展示之實施例中亦提供若干，尤其是兩個，燃燒器1。
由於點火及火焰偵測經整合至根據本發明之燃燒器中，因此可設想其他設計，其中如圖15中所展示，一或多個燃燒器1透過一液體在其上流動之側壁延伸至反應器22中，該燃燒器1自側施加作用於自上方透過蓋供給之有毒氣流。
若反應器將設計成具有一特別細長構形，則亦可實施其中燃燒器1配置於反應器之蓋之中間中且有毒氣體供給構件穿過反應器22之側壁的一設計，如圖16中可見。
圖18至圖20中可見廢氣處理裝置之另一實施例。此展示涉及其上具有至少兩個燃燒器1之一燃燒反應器或一廢氣處理裝置22之一廢氣處置方法。依此方式，若燃燒器1之一者失效，則反應器22可繼續使用至少一額外燃燒器1操作。
如圖18及圖19中可見，兩個燃燒器1具有彼此獨立之燃料氣體或氧化劑供給構件37、38，使得各燃燒器1之燃料氣體或氧化劑可由一調節及/或控制單元39彼此獨立調節。此外，亦可由單獨點火裝置彼此獨立地點燃燃燒器1。各燃燒器1自身具有預混合室12。
此外，在圖18至圖20所展示之實施例中，各燃燒器1具有與其他燃燒器1分離且獨立之火焰監測，其中火焰監測較佳地依使得其僅偵測一燃燒器之火焰而不偵測另一燃燒器1之火焰或燃燒反應器22中之燃燒反應之火焰之一方式整合至燃燒器1中。
在圖20所展示之本實施例中，火焰監測經構形為一電離電極40，使得相關感測器偵測相關聯燃燒器1之預混合室12中之火焰形成。電極40可透過燃燒器1，較佳地透過內管3，插入至火焰33中。當涉及若干燃燒器1之火焰監測時，電火焰監測可比光學火焰監測更有利，因為其系統性監測相關聯燃燒器1之火焰33。
亦可設想包含具有圖10中所展示之一燃燒器之一實施例變型，其中灼熱線14配置於預混合室12中，且一光學感測器，尤其是一IR感測器，配置於燃燒器1之對置端上。針對此變型，使反應器或廢氣處理裝置22至少在感測器4之視向上具有水在其上流動之一表面使得反應器22中無灼熱表面可干擾火焰偵測係有利的。
若來自一燃燒器1之火焰33因獨立火焰監測而熄滅，則僅阻塞此特定燃燒器1之燃料氣體或氧化劑供應器(即，供給構件37、38)，其由調節及/或控制單元39完成。其他燃燒器1不受此影響。
此處之氧化劑可為氧氣、富氧空氣或空氣。
亦如圖18中可見，有毒氣體供給構件16配備有一旁通閥27。燃料氣體或氧化劑供給構件37、38具有燃料氣體或氧化劑調節或控制單元39之最後關斷閥下游之一沖洗氣體連接器41。
下文將更詳細描述圖18至圖20中所展示之廢氣處置方法。由火焰監測之感測器4偵測一燃燒器1之一失效，且由調節或控制單元39中斷燃料氣體及氧化劑供給。在燃燒器1失效之後，感測器信號之一比較用於檢查第二或額外燃燒器1是否仍有效。
若其他燃燒器1仍有效，則已失效之燃燒器1將由其自身點火裝置重新點燃，廢氣處置不會有任何中斷。反應器22上游之旁通閥27保持在反應器22之方向上連接。
若兩個或所有燃燒器1已失效，則採用旁通閥27來將有毒氣體供給至一旁路42中且提供可以其切斷上游程序之一信號。
若一燃燒器1失效，則可暫時增加至另一燃燒器1之燃料氣流。當一燃燒器1失效或切斷時，可經由沖洗氣體連接器41供給一沖洗流通過此燃燒器1以使燃燒器1免受水分、顆粒及腐蝕性物質。
圖18及圖19中所展示之此實施例在燃燒器1之操作期間提供冗餘以因此避免在一燃燒器發生故障時加工廠之高停機成本。燃燒器1可彼此以任何所要距離且以任何所要定向配置，因為其等無需用於全程點燃。
1:燃燒器 2:外管 3:內管 4:感測器 5:至內管之供給線 6:至外管之供給線 7:絕緣體 8:玻璃板/石英玻璃板 9:間隔物 10:突起/點火裝置/岔尖 11:高電壓連接器/點火裝置 12:預混合室 13:火焰穩定器 14:灼熱線/耐高溫線 15:模組 16:程序氣體供給構件/有毒氣體入口/有毒氣體供給構件 18:燒結元件 19:沖洗氣體供給線 20:噴嘴 21:清潔介質供給構件 22:廢氣處理裝置/反應器 23:液體供給構件/液體供給線 24:套環 25:還原氣體供給線 26:濕式洗滌器 27:旁通閥 28:熱交換器 29:泵 30:淬火區域 31:熱處理廢氣排放構件 32:燃燒室 33:火焰 34:管狀連接件 35:外管之突起 36:電極 37:供給構件 38:供給構件 39:調節及/或控制單元 40:電離電極 41:沖洗氣體連接器 42:旁路
在本發明中，有時示意性展示如下：
圖1展示具有一點火裝置及一感測器之一燃燒器；
圖2至圖10展示各個實施例中如圖1中所展示之燃燒器；
圖11展示具有圖1至圖10中所展示之一燃燒器之一廢氣處理裝置之一模組；
圖12展示具有一柱塞、一燒結元件及一沖洗氣體供給線之廢氣處理裝置之一模組；
圖13展示包含具有一噴嘴之一清潔介質供給線之廢氣處理裝置之一模組；
圖14展示具有一淬火區及一熱處理廢氣排放構件之廢氣處理裝置；
圖15及圖16展示廢氣處理裝置之額外實施例；
圖17展示具有一後續洗滌站及一液體循環系統之一廢氣處理裝置；
圖18展示具有兩個燃燒器及單獨供給構件之廢氣處理裝置之另一實施例；
圖19展示圖18中所展示之廢氣處理裝置之另一繪圖；及
圖20展示具有以一電離電極形式構形之火焰監測之一燃燒器。
為清楚起見，參考一實施例，下圖中相同組件或具有相同效應之組件具有相同元件符號。
1:燃燒器
2:外管
3:內管
4:感測器
5:至內管之供給線
6:至外管之供給線
7:絕緣體
8:玻璃板/石英玻璃板
9:間隔物
10:突起/點火裝置/岔尖
11:高電壓連接器/點火裝置
12:預混合室
33:火焰
34:管狀連接件

Claims (25)

  1. 一種燃燒器(1)，其用於在一燃燒室中產生針對程序氣體，尤其是污染物，燃燒之一火焰(33)，在各情況中之該燃燒器(1)具有用於一燃料氣體及用於氧化劑之供給線(5、6)以使該燃料氣體及該氧化劑流入至一預混合室(12)中且具有用於點燃容納於該預混合室(12)中之該氣體混合物之一點火裝置(10、11)，該燃燒器(1)之特徵在於用於偵測及/或監測該火焰(33)之一感測器(4)配置於該燃燒器(1)上，尤其是配置於與該預混合室(12)對置定位之該燃燒器(1)之一端處。
  2. 如請求項1之燃燒器(1)，其中該燃料氣體及該氧化劑可各以一基本上圓柱形管(2、3)供給至該燃燒器(1)之該預混合室(12)中，其中此等圓柱形管(2、3)經構形為相對於彼此同心之外管(2)及內管(3)，其中該外管(2)及該內管(3)彼此以一徑向距離配置。
  3. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該感測器(4)係一光學感測器，尤其是一紫外(UV)或紅外(IR)感測器，其中該火焰(33)落入該感測器(4)之光學視域內。
  4. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該光學感測器(4)之視軸與該燃燒器(1)之縱軸大致重合，特定言之，該感測器(4)透過該燃燒器(1)之該內管(3)偵測及監測該火焰(33)。
  5. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中一玻璃板(8)，尤其是一石英玻璃板，配置於該燃燒器(1)與該感測器(4)之間。
  6. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該燃料氣體以該外管(2)或該內管(3)載送，且該氧化劑以該外管(2)或該內管(3)載送。
  7. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該內管(3)及該外管(2)導電且藉由一絕緣體(7)彼此電絕緣。
  8. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該感測器(4)與該內管(3)電絕緣。
  9. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該點火裝置(10、11)具有配置於該內管(3)之下端上且尤其是朝向外部定向之至少一突起(10)，及/或該點火裝置(10、11)具有配置於該外管(2)上且尤其是朝向內部定向以在該內管(3)與該外管(2)之間產生一點火火花之至少一突起(35)。
  10. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該點火裝置(10、11)具有配置於該預混合室(12)中且用於在該預混合室(12)中產生一點火火花之一電極(36)。
  11. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中該外管(2)電接地且該內管(3)經由用於高電壓之一連接器(11)連接至一點火適配器或點火變壓器以自該內管(3)至該外管(2)產生一點火火花。
  12. 如請求項10之燃燒器(1)，其中該外管(2)至少在該預混合室(12)之區域中由電絕緣陶瓷製成。
  13. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中一耐高溫線(14)配置於該預混合室(12)中且該耐高溫線(14)突出至該感測器(4)之該光學視域中。
  14. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中在該預混合室(12)中提供一火焰穩定器(13)以產生湍流。
  15. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中在該外管(2)與該感測器(4)之間提供一管狀連接件(34)，且該管狀連接件(34)具有至該內管(3)之該燃料氣體或氧化劑供給線(5)。
  16. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中具有該感測器(4)之該玻璃板(8)配置於該基本上圓柱形連接件(34)之一端處，且由一絕緣體(7)電絕緣之該內管(3)及該外管(2)配置於另一端處。
  17. 如請求項1或2之燃燒器(1)，其中在該連接件(34)與該外管(2)之間提供用於該點火裝置(11)，尤其是用於該高電壓，之該連接器。
  18. 一種廢氣處理裝置(22)，其具有至少一個如前述請求項中任一項之燃燒器(1)，該至少一燃燒器(1)配置於一燃燒室(32)中以產生針對程序氣體，尤佳地有毒氣體，燃燒之一火焰(33)，該廢氣處理裝置(22)具有用於該程序氣體之至少一供給構件(16)及用於熱處理廢氣之至少一排放構件(31)。
  19. 如請求項18之廢氣處理裝置(22)，其中當該燃燒器(1)處於其組裝位置中時，該燃燒器(1)定位於該燃燒室(32)上方，尤其是大致垂直於該廢氣處理裝置(22)。
  20. 如請求項18或19之廢氣處理裝置(22)，其中提供用於一沖洗氣體，尤其是氮氣，之一供給線(1)，其中該沖洗氣體可流過該程序氣體供給構件(16)之端處之多孔燒結元件(18)以移走顆粒。
  21. 如請求項18或19之廢氣處理裝置(22)，其中尤其是在該燃燒室(32)之側壁上提供液體供給線(23)。
  22. 如請求項18或19之廢氣處理裝置(22)，其中提供用於一反應氣體，尤其是氧化劑及/或一還原劑，之至少一供給線(25)。
  23. 如請求項18或19之廢氣處理裝置(22)，其中至少兩個燃燒器(1)配置於該燃燒室(32)上，其中各燃燒器(1)與用於該燃料氣體或該氧化劑之一單獨供給構件(37、38)相關聯。
  24. 如請求項23之廢氣處理裝置(22)，其中提供一調節及/或控制單元(39)來調節及/或控制該燃料氣體或氧化劑供給構件(37、38)，尤其作為來自配置於該燃燒器(1)上且用於偵測及/或監測該相關燃燒器(1)之該火焰(33)之該感測器(4)之一信號之一功能。
  25. 如請求項23之廢氣處理裝置(22)，其中至少一感測器(4)係一電離電極(40)。
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