TWI680792B - 廢氣處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種廢氣處理裝置，其係將從製造半導體元件、液晶、LED等之製造裝置等所排出之廢氣進行燃燒處理而使廢氣無害化之廢氣處理裝置。
本發明提供一種廢氣處理裝置，係將處理氣體進行燃燒處理而無害化，其中，燃燒處理氣體之圓筒狀的燃燒室(1)具備：分別將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室(1)之內周面的切線方向噴吹之燃料用噴嘴(3A)、助燃性氣體用噴嘴(3B)與處理氣體用噴嘴(3C)；燃料用噴嘴(3A)、助燃性氣體用噴嘴(3B)與處理氣體用噴嘴(3C)位在與燃燒室(1)之軸線正交的同一平面上。

Description

廢氣處理裝置
本發明係有關一種廢氣處理裝置，其係將由製造半導體元件、液晶、LED等之製造裝置等所排出之廢氣進行燃燒處理而無害化的廢氣處理裝置。
從半導體製造裝置會排出包含矽烷氣體(SiH4)、或鹵素系氣體(NF3、ClF3、SF6、CHF3、C2F6、CF4)等之有害的可燃氣體之氣體，惟如此之廢氣(處理氣體)無法直接排放到大氣中。因此，一般係進行將該等廢氣導入減排裝置(Abatement equipment)中，通過燃燒進行氧化無害處理。該處理方法係廣泛地採用一種燃燒式廢氣處理裝置，其係使用燃料氣體在爐內形成火焰並進行廢氣處理者。
針對半導體產業及液晶產業的燃燒式廢氣處理裝置，係混合燃料與助燃性氣體(含氧氣體)使燃料燃燒而形成火焰，在火焰中混合處理氣體進行氣體處理，因此，預期會有作為燃燒處理的副生成物之大量粉塵(主要為SiO2)的產生及大量酸性氣體的產生。作為傳統的燃燒氧化方法，已知有使用LNG(Liquefied Natural Gas：液化天然氣)與純氧形成高溫的純氧火焰，再以高溫的純氧火焰將處 理氣體進行加熱而分解之方法。經由純氧燃燒之特性上高的火焰溫度使含在廢氣中的氮分解，會有另外產生大量的氮氧化物(NOx)之問題點。
而且，亦知有一種未使用純氧而以空氣形成火焰，在火焰中混合處理氣體，再以相對低溫將處理氣體加熱之方法。此時，雖會抑制氮氧化物(NOx)的產生，然高溫之火焰所需的PFCs(perfluorinated compounds：全氟化合物)等之難分解性氣體的分解性能降低。而且，因火焰為低溫而有CO產生之問題。
另外，在燃燒式廢氣處理裝置中，有必要將附著堆積在燃燒室的內壁面之粉體定期地去除、維護，惟必須要將附著堆積的粉體藉由追加刮板等之構件，將燃燒室的內壁面定期地刮除。
專利文獻1中記載一種無需有刮板等之刮除粉體的構件之燃燒式廢氣處理裝置。專利文獻1之燃燒式廢氣處理裝置中，處理對象廢氣之燃燒處理部係具備：內部形成火焰之廢氣處理用燃燒器(burner)、裝設在廢氣處理用燃燒器之下側的筒體、裝設在廢氣處理用燃燒器與筒體之間的蓄水部、以及在筒體的內壁面形成水膜之水膜形成構件，在燃燒器中形成火焰，在配置於火焰之下游側的筒體之內部的燃燒處理室中進行廢氣的燃燒處理(加熱處理)，在蓄水部中形成水的回旋流時，在筒體的內壁面形成螺旋狀的水膜。依據該專利文獻1，由於在筒體的內壁面形成水膜，因水膜而隔熱，故可在筒體使用不鏽鋼等之廉 價的材料，粉體經水膜沖洗而不會附著在筒體的內壁面，而且，腐蝕性氣體亦經水膜沖洗而不會損傷筒體的內壁面。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4937886號公報
包含上述專利文獻1之傳統的燃燒式廢氣處理裝置，係在燃燒器(burner)中混合燃料(燃料氣體)與助燃性氣體(含氧氣體)使燃料燃燒而形成火焰，燃燒器中，在形成之火焰中混合處理氣體(廢氣)使處理氣體進行加熱處理。亦即，在燃燒室中預先形成火焰，再由該形成之火焰將處理氣體進行加熱處理。
然而，如此傳統的燃燒方式會有以下所列舉之問題點。
(1)使用純氧而形成高溫之火焰時：
A. 用以形成火焰之燃燒物本身變成高溫，受到熱損傷。
B. 通過高溫的火焰與處理氣體(主成分之一為包含N2氣體)的接觸，大量地產生熱NOx。
(2)使用空氣而形成相對低溫之火焰時：
A. PFCs(全氟化碳)等之難分解性氣體需要高溫的反應 處理溫度，因此，難分解性氣體之氣體處理性能降低，產生作為副生成物氣體之CO。
B. 作為堆積在燃燒室之生成物對策，由於無法使燃燒室的濕壁水流動，故有追加刮板等之構件的必要。
本發明者等認為，在燃燒器中混合燃料與助燃性氣體(含氧氣體)形成火焰，並於燃燒器中以形成的火焰將處理氣體進行加熱處理之傳統方式中，會有上述之各種問題點，因而對於新穎的燃燒方式進行反覆的研究，由其結果想到一種將燃料(燃料氣體)、助燃性氣體(含氧氣體)與處理氣體之三種進行混合燃燒者，為了執行這三種混合燃燒，而想到將三種氣體噴吹到燃燒室的內周面之切線方向者。
因此，本發明之目的係提供一種廢氣處理裝置，其係藉由將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室之內周面的切線方向噴吹，而可將燃料、助燃性氣體與處理氣體之三種混合燃燒，進行燃燒效率高的氣體處理，可抑制熱NOx的產生及CO的產生。
為了達成上述目的，本發明之廢氣處理裝置之一個態樣，係在處理氣體進行燃燒處理而無害化的廢氣處理裝置中，燃燒處理氣體的圓筒狀的燃燒室係具備：分別將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室之內周面的切線方向噴吹之燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴；上述燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理 氣體用噴嘴位在與上述燃燒室之軸線正交的同一平面上。其中，位在同一平面上係3個噴嘴之燃燒室內周面側的開口之一部分位在同一平面上之意。
依據本發明，藉由在圓筒狀的燃燒室之內周面的切線方向噴吹燃料(燃料氣體)、助燃性氣體(含氧氣體)與處理氣體，使燃料與處理氣體藉由助燃性氣體燃燒，形成圓筒狀的混合火焰。亦即，在燃燒室中，在同一燃燒處形成三種混合的圓筒狀混合火焰使處理氣體燃燒。
依據本發明之較佳態樣，其特徵係在上述燃燒室中，在從上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之噴吹位置朝上述燃燒室之軸線方向離開的位置，設置有用以在燃燒室之內周面形成水膜的供水噴嘴。
依據本發明，在三種混合之圓筒狀混合火焰之外側中，可在燃燒室之內壁面(內周面)形成水膜(濕壁)。
依據本發明之較佳態樣，其特徵係藉由將上述燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向上述燃燒室之內周面的切線方向噴吹，即可在上述燃燒室內形成圓筒狀混合火焰。
依據本發明，通過旋轉的離心力，形成圓筒狀混合火焰的外側為溫度低且重的未燃燒之三種混合氣體，內側為溫度高且輕的三種混合之燃燒後氣體的分佈。因此，圓筒狀混合火焰係經溫度低的未燃燒之三種混合氣體所覆蓋而成為自行隔熱之狀態，因此，不會因散熱而降低溫度，進行燃燒效率高的氣體處理。
依據本發明之較佳態樣，其特徵係藉由上述圓筒狀混合火焰的旋轉力，使上述燃燒室之內周面上的水膜旋轉。
本發明之廢氣處理裝置的其它態樣，係將處理氣體進行燃燒處理而無害化的廢氣處理裝置，其中，燃燒處理氣體之圓筒狀的燃燒室係具備：分別將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室之內周面的切線方向噴吹之燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴；上述燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴分別將上述燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室的內周面之切線方向噴吹，形成上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之三種混合的回旋流。
依據本發明，藉由在圓筒狀之燃燒室的內周面之切線方向噴吹燃料(燃料氣體)、助燃性氣體(含氧氣體)與處理氣體(廢氣)，形成燃料、助燃性氣體與處理氣體之三種混合的回旋流。因此，使燃料與處理氣體通過助燃性氣體燃燒而形成圓筒狀混合火焰。亦即，燃燒室中，形成三種混合的圓筒狀混合火焰，可使處理氣體燃燒。
依據本發明之較佳態樣，其特徵係在上述燃燒室中，在從上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之噴吹位置朝上述燃燒室之軸線方向離開的位置，設置有用以在燃燒室之內周面形成水膜的供水噴嘴。
依據本發明，在三種混合之圓筒狀混合火焰之外側中，可在燃燒室之內壁面(內周面)形成水膜(濕壁)。
依據本發明之較佳態樣，其特徵係藉由上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之3種混合的回旋流，在上述燃燒室內形成圓筒狀混合火焰。
依據本發明，通過旋轉離心力，形成圓筒狀混合火焰的外側為溫度低且重的未燃燒之三種混合氣體，內側為溫度高且輕的三種混合之燃燒後氣體的分佈。因此，圓筒狀混合火焰係經溫度低的未燃燒之三種混合氣體所覆蓋而成為自行隔熱之狀態，因此，不會因散熱而降低溫度，進行燃燒效率高的氣體處理。
依據本發明之較佳態樣，其特徵係藉由上述圓筒狀混合火焰的旋轉力，使上述燃燒室之內周面上的水膜旋轉。
依據本發明，藉由在圓筒狀之燃燒室的內周面之切線方向噴吹燃料(燃料氣體)、助燃性氣體(含氧氣體)與處理氣體(廢氣)，使燃料與處理氣體通過助燃性氣體燃燒而形成圓筒狀混合火焰。亦即，在燃燒室中，由於在同一燃燒處形成三種混合的圓筒狀混合火焰使處理氣體燃燒，故可得到以下所列舉之效果。
(1)三種氣體均導入燃燒室的內周面之切線方向時，通過旋轉離心力而成為圓筒狀火焰之內側為高溫且輕的燃燒後氣體，外側為低溫且重的未燃燒氣體之分佈。在火焰構造上係自行隔熱之狀態，故散熱少，可高效地燃燒。因此，抑制了在低溫火焰時所產生之CO的產生，並可防止燃燒 室的熱損傷。
(2)三種氣體在混燒的情況下，形成無局部性高溫部的火焰，因而抑制了熱NOx的產生，並可防止副生成物之熔融及固著。
(3)通過三種氣體的混合，燃料與氧經由以N2氣體為主要的流入氣體所稀釋，因而使圓筒狀火焰之外側的未燃燒氣體的比率增加的情況下，火焰的直徑變小。亦即，促進火焰的自行隔熱性。
(4)通過三種氣體的混燒而形成自行隔熱性提高之火焰，因此，即使火焰的外側有濕壁水的流動，水與高溫的火焰亦不會直接接觸。由於水溫度的上升受到抑制而不會使燃燒效率降低，可在濕壁內側形成混燒隔熱火焰。因此，可得到以下之效果。
A. 圓筒狀混合火焰之點火位置係在進氣口的正下方，流入氣體的氧化反應係從濕壁水的位置開始。經氧化反應所生成的SiO2等之粉體係以旋轉離心力而經濕壁水所捕集，因而未在燃燒室內堆積。所生成的SiO2等之粉體在剛生成後即以旋轉離心力而經濕壁水所捕集，因此，可提高減排裝置之粉體去除效率。亦即，實現洗滌性能的提升。
B. 燃燒室之內壁係以濕壁水所覆蓋，因而未與HF或Cl2等之腐蝕性氣體接觸。
C. 傳統上，由於高溫的腐蝕性氣體係與燃燒器本身直接接觸，故須使用高價的耐蝕/耐熱材料，然而，依據本發明，可防止燃燒室的內壁經濕壁水流動所引起的腐蝕，故 可使用廉價的不鏽鋼材料。亦即，包含燃燒室之燃燒器整體可為不鏽鋼材料。
D. 為了在燃燒室的內壁均勻地形成濕壁水膜，傳統上以回旋流供給濕壁水，而必須有提高內壁面特殊的濕潤性加工，然在本發明之混燒隔熱火焰中，由於氣體經回旋流亦會使濕壁水旋轉，因此，無須有用以提高燃燒室之內壁面濕潤性的加工。
1‧‧‧燃燒室
2‧‧‧引燃器
3A‧‧‧燃料用噴嘴
3B‧‧‧助燃性氣體用噴嘴
3C、3C-1、3C-2、3C-3‧‧‧處理氣體用噴嘴
5‧‧‧供水噴嘴
13‧‧‧連接管
15‧‧‧旁通閥(三向閥)
20‧‧‧循環水槽
20A、20B‧‧‧槽
20D‧‧‧排水口
21‧‧‧堰
25‧‧‧冷卻部
26‧‧‧排管
27‧‧‧噴嘴
30‧‧‧廢氣清洗部
31‧‧‧壁構件
32‧‧‧氣體流徑
33、34‧‧‧噴嘴單元
33A‧‧‧第1噴霧嘴
33B‧‧‧第1水膜噴嘴
34A‧‧‧第2噴霧嘴
34B‧‧‧第2水膜噴嘴
40‧‧‧整流構件
41‧‧‧噴霧嘴
50‧‧‧蓮蓬式噴嘴
51‧‧‧捕霧器
52‧‧‧供水管
53‧‧‧噴射器
55‧‧‧水位感應器
P‧‧‧循環水泵
V1‧‧‧開閉閥
V2‧‧‧排水閥
W‧‧‧水
第1圖係呈示本發明之廢氣處理裝置之燃燒室的構成例之示意剖面圖。
第2圖係第1圖之II-II線剖面圖。
第3圖(a)及(b)係在呈示燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴之組合為單段(或2段以上時為上段)，而處理氣體之噴嘴較少(1個)時的示意圖，第3圖(a)為燃燒室的部分縱剖面圖、第3圖(b)為燃燒室的水平剖面圖。
第4圖(a)及(b)係在呈示處理氣體之噴入嘴無法全部設在單段的情況時，將燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴之組合設置成上下2段時之下段的組合之一例的示意圖，第4圖(a)為燃燒室的部分縱剖面圖、第4圖(b)為水平剖面圖。
第5圖(a)及(b)係在呈示處理氣體之噴入嘴無法全部設在單段的情況時，設置成上下2段時之下段的組合之其它例的示意圖，第5圖(a)為燃燒室的部分縱剖面圖、第5 圖(b)為水平剖面圖。
第6圖係呈示具備第1圖至第3圖所示之燃燒室的廢氣處理裝置之全體構成之示意圖。
以下，對於本發明之廢氣處理裝置的實施型態，參照第1圖至第6圖進行說明。第1圖至第6圖中，相同或相當的構成要件係以相同的符號表示並省略重複說明。
第1圖係呈示本發明之廢氣處理裝置的燃燒室之構成例的示意剖面圖。燃燒室1係一端(圖示例之上端)封閉，另一端(圖示例之下端)開口之圓筒容器狀之燃燒室的構成。圓筒容器狀之燃燒室1中，在封閉端部附近使燃料(燃料氣體)、助燃性氣體(含氧氣體)與處理氣體(廢氣)吹入。燃燒室1之封閉端部中，設置點火用引燃器2，使燃料與空氣供給至引燃器2。另外，第1圖係省略燃燒室1之下方的清洗部等之圖示。
第2圖係第1圖之II-II線剖面圖。如第2圖所示，噴吹燃料之燃料用噴嘴3A、噴吹助燃性氣體之助燃性氣體用噴嘴3B與噴吹處理氣體之處理氣體用噴嘴3C係朝向燃燒室1之內周面的切線方向設置。第2圖所示之例中，燃料用噴嘴3A與助燃性氣體用噴嘴3B係各設置1個，而處理氣體用噴嘴3C係設置2個，惟各噴嘴3A、3B、3C之個數可根據燃燒室之尺寸或設置空間等進行適當地變更，亦可將設置在同一平面上的燃料用噴嘴3A、助燃性 氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C設置複數段。此時，藉由變更燃料流量、助燃性氣體流量與處理氣體流量的平衡，可使火焰的安定性提高。噴吹燃料之燃料用噴嘴3A、噴吹助燃性氣體之助燃性氣體用噴嘴3B與噴吹處理氣體之處理氣體用噴嘴3C係位在與圓筒狀之燃燒室1的軸線正交的同一平面上。其中，位在同一平面上者係指3個噴嘴之燃燒室內周面側的開口之一部分位在同一平面上。
如第1圖所示，燃燒室1中，在燃料、助燃性氣體與處理氣體之噴吹位置的稍微下方之位置，設置有供給水的供水噴嘴5，該供水噴嘴5係用以在燃燒室1之內壁面形成濕壁(水膜)。
如第1圖及第2圖所示的構成之燃燒室1中，從燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C，將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室1之內周面的切線方向，以火焰之燃燒速度以上之流速噴吹。藉由此，形成從燃燒室1之內壁浮起的三種混合的圓筒狀混合火焰。圓筒狀混合火焰係沿著燃燒室1之軸線方向形成。將三種氣體一起在切線方向噴吹時，通過旋轉離心力，形成圓筒狀混合火焰的外側為溫度低且重的未燃燒之三種混合氣體，內側為溫度高且輕的三種混合之燃燒後氣體的分佈。因此，圓筒狀混合火焰係經溫度低的未燃燒之三種混合氣體所覆蓋而成為自行隔熱之狀態，因此，不會因散熱而降低溫度，進行燃燒效率高的氣體處理。而且，處理氣體一般係經由N2氣體等所稀釋而流入廢氣處理裝置，因 此，將包含該N2氣體之處理氣體與燃料、助燃性氣體進行混燒時，燃燒變的緩慢而不會形成局部性的高溫部，因而抑制NOx的產生。
而且，將包含N2氣體之處理氣體與燃料、助燃性氣體進行混燒時，成為圓筒狀之火焰的直徑變小，燃燒室1之內壁面溫度降低。亦即，由於促進本燃燒方式之特徵的火焰之隔熱性，因此，如第1圖所示，即使在燃燒室1之內壁面形成濕壁(水膜)，火焰及火焰內側之燃燒氣體溫度亦不會降低。然後，燃燒後所生成之SiO2等之粉體係通過氣體回旋流之離心力而經外側的濕壁水所捕集並對下部沖洗，因此，不會在燃燒室1之內壁面堆積，而且，在燃燒室中，大部分的粉體經濕壁水所捕集，因而提高廢氣處理裝置的洗滌性能(粉體去除性能)。腐蝕性氣體亦經由濕壁水沖洗，可防止燃燒室1之內壁面的腐蝕。更且，因濕壁水而使燃燒室1之內壁面保持低溫，故無熱損傷，可使用不鏽鋼等之廉價材料構成燃燒室1，可降低製造成本。
接著，說明經由如第1圖及第2圖所示之構成的燃燒室1的處理氣體(廢氣)之處理例。
依處理氣體對燃燒室1的流入量，將處理氣體(包含主要成分之一的N2氣體)、燃料氣體及助燃性氣體之三種混合氣體的組成設為燃燒範圍，同時設定可確保氣體處理所需要的氣體溫度之適當的燃料及助燃性氣體之流量。三種組成與燃燒範圍之關係以燃料氣體為丙烷時進行說明。助 燃性氣體為純氧且處理氣體無N2時，相對於混合氣體之丙烷成分%在燃燒之下限為2%，上限為40%。已知助燃性氣體為空氣(N2與O2之組成比為79：21)時，相對於混合氣體之丙烷成分%在燃燒之下限為2%，上限為10%。在此增加一種成為主要的處理氣體之N2，例如已知N2與O2之組成比成為85：15時，相對於混合氣體之丙烷成分%在燃燒之下限為2%，上限為6%。而且，當燃料氣體(燃料)為城市氣體、天然氣等之其它氣體時，以與丙烷為燃料氣體時相同的方法求取混合氣體的燃燒範圍即可。亦即，可根據燃料氣體、助燃性氣體(氧與空氣)與處理氣體之N2的混合氣體之組成與燃燒範圍的關係進行調整。將設置在同一平面上之燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C之組合，例如設置2段時，變更燃料流量、助燃性氣體流量與處理氣體流量之平衡(組成比)，例如減少上段側之處理氣體流入量，增加下段側時，即可提高火焰的安定性。
第1圖及第2圖所示之實施型態中，說明燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C位在與圓筒狀之燃燒室1之軸線正交的同一平面上的情形，然而，即使3個噴嘴3A、3B及3C配置偏離燃燒室1之軸線方向時，只要滿足下述(1)及(2)之條件，即可形成從燃燒室1之內壁浮起的三種混合的圓筒狀混合火焰。而且，各噴嘴3A、3B及3C亦可分割成複數個，在燃燒室1之圓周方向間隔地配置。
(1)將燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C將燃料(燃料氣體)、助燃性氣體與處理氣體分別朝向燃燒室之內周面的切線方向噴吹，形成燃料、助燃性氣體與處理氣體之三種混合的回旋流。
(2)吹入燃燒室之燃料(燃料氣體)、助燃性氣體與處理氣體之中，至少1種氣體在最後吹入燃燒室中形成三種混合的回旋流時，三種混合氣體之組成即達到燃燒範圍。
藉由滿足上述(1)及(2)之條件，即可形成從燃燒室1之內壁浮起的三種混合的圓筒狀混合火焰，形成三種混合的圓筒狀混合火焰後時，在燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C之下游側(後段)，進一步設置燃料用噴嘴3A與處理氣體用噴嘴3C，藉由將燃料與處理氣體從該等噴嘴噴吹，亦可使燃燒溫度提高，提高氣體處理性能。
接著，對於滿足上述(1)及(2)之條件的各種態樣，參照圖式進行說明。
首先說明，最先噴吹到燃燒室1而形成第1個回旋流之噴嘴，亦即作為啟動回旋流之噴嘴，是要選擇燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C中之何種噴嘴，將選擇之噴嘴作為基準，說明對於朝向回旋流之下游側如何放置其他的噴嘴。
第3圖(a)、(b)係在呈示燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C之組合為單段(或2段以上時之上段)，而處理氣體之噴嘴較少(1個)時的 示意圖，第3圖(a)為燃燒室的部分縱剖面圖、第3圖(b)為燃燒室的水平剖面圖。
將助燃性氣體作為空氣，當空氣比為1.3時，需要有燃料流量之約15倍的空氣。此時，支配燃燒室內之旋轉力者係空氣的流量、流速。因此，如第3圖(a)、(b)所示，將吹入作為助燃性氣體之空氣的助燃性氣體用噴嘴3B選擇為啟動回旋流的噴嘴，藉由選擇助燃性氣體用噴嘴3B作為啟動回旋流的噴嘴，燃燒室的頂板在形成火焰之前刻因助燃性氣體而冷卻，可減少頂板因散熱所致的熱損失而有助於節能。
因此，將選擇之助燃性氣體用噴嘴3B作為基準，朝向回旋流的下游側依序配置處理氣體用噴嘴3C、燃料用噴嘴3A。亦即，在助燃性氣體用噴嘴3B與燃料用噴嘴3A之間，設置噴吹以稀釋N2為主體之處理氣體的處理氣體用噴嘴3C時，助燃性氣體在混合處理氣體(N2為主體)之後，混合燃料氣體而點火，故不會形成局部性的高溫部，形成具有均勻的溫度場之火焰。因此，可提高氣體處理性能，同時抑制熱NOx的產生。
第3圖(a)、(b)係例示燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C位在與圓筒狀之燃燒室1之軸線正交的同一平面上之構成，惟當3個噴嘴3A、3B及3C偏離燃燒室1之軸線方向配置時，第3圖(a)中，將助燃性氣體用噴嘴3B配置在最上段，再朝下方依序移動設置處理氣體用噴嘴3C、燃料用噴嘴3A即可。而且，第3圖 (a)所示之剖面圖中，以虛線表示位在剖面之前側(前方側)的噴嘴3C。下列之圖式亦同。
第4圖(a)、(b)係呈示處理氣體之噴入嘴無法完全設在單段的情況時，將燃料用噴嘴3A、助燃性氣體用噴嘴3B與處理氣體用噴嘴3C之組合設置成上下2段時之下段的組合之一例的示意圖，第4圖(a)為燃燒室的部分縱剖面圖、第4圖(b)為水平剖面圖。
如第4圖(a)、(b)所示之構成，下段之組合係在回旋流的最上游側配置助燃性氣體用噴嘴3B，以助燃性氣體用噴嘴3B為基準，朝回旋流的下游側依序配置處理氣體用噴嘴3C-1、處理氣體用噴嘴3C-2、燃料用噴嘴3A及處理氣體用噴嘴3C-3。
如此操作，下段之組合亦設置3種噴嘴3A、3B、3C-1、3C-2、3C-3時，由於氣體之混合度均一，故不會形成局部性高溫部，可形成均勻溫度場之火焰。因此，可提高氣體處理性能，同時抑制熱NOx的產生。
第5圖(a)、(b)係呈示處理氣體之噴入嘴無法完全設在單段的情況時，設置成上下2段時之下段的組合之其它例的示意圖，第5圖(a)為燃燒室的部分縱剖面圖、第5圖(b)為水平剖面圖。
如第5圖(a)、(b)所示之構成，下段之組合係在回旋流的最上游側配置處理氣體用噴嘴3C-1，以處理氣體用噴嘴3C-1為基準，朝回旋流的下游側依序配置處理氣體用噴嘴3C-2、燃料用噴嘴3A及處理氣體用噴嘴3C-3。
以難分解性氣體等作為處理氣體流入燃燒室時，必須在助燃性氣體之空氣中追加氧以形成高溫的溫度場。必須形成高溫的溫度場時，上段之組合與第3圖(a)、(b)之組合為相同構成，下段之組合作為從第4圖(a)、(b)之組合除了助燃性氣體用噴嘴之第5圖(a)、(b)所示之組合，係僅在上段之組合設置助燃性氣體用噴嘴。火焰的形成位置係比第4圖(a)、(b)所示之下段的組合時更往回旋上游側移動，因可縮小火焰之體積，故可形成更高溫之溫度場。
如第1圖至第3圖所示構成之燃燒室1中，燃料氣體、助燃性氣體與處理氣體係以火焰之燃燒速度以上之流速噴吹。此時，燃料氣體、助燃性氣體與處理氣體之流速係使回旋流數(swirl數，表示回旋度之無因次數)調整成5至40。如此，藉由以回旋流數為基準而調整燃料氣體、助燃性氣體與處理氣體之流速，即可形成所期待之圓筒狀混合火焰。而且，為了提高火焰之安定性，引燃器2以形成不斷的火焰為有效。
第6圖係呈示具備第1圖至第3圖所示之燃燒室1的廢氣處理裝置之全體構成之示意圖。如第6圖所示，廢氣處理裝置係具備將處理氣體(廢氣)燃燒進行氧化分解之燃燒室1(參照第1圖)、與配置在該燃燒室1之後段的廢氣清洗部30。燃燒室1係以連接管13延伸到下方。處理氣體(廢氣)係通過旁通閥(三向閥)15往圓筒狀的燃燒室1之內周面的切線方向供給。廢氣處理裝置有故障時，旁通閥15經操作，處理氣體不被導入廢氣處理裝置中而成 為送往未示出之旁通管。燃料與助燃性氣體亦同樣地往圓筒狀的燃燒室1之內周面的切線方向供給。如此，藉由將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝燃燒室1之內周面的切線方向以火焰的燃燒速度以上之流速噴吹，形成從燃燒室1之內壁浮起的三種混合的圓筒狀混合火焰。在燃燒室1之上部中，由供水噴嘴5供給水W，該水W係沿著燃燒室1之內面往下流動，在燃燒室之內面形成濕壁(水膜)。藉由該濕壁水，捕集經處理氣體之燃燒所生成的SiO2等之粉體。
在燃燒室1之下方配置循環水槽20。在循環水槽20之內部設置堰21，由該堰21劃分成上游側的第1槽之20A與下游側的第2槽之20B。經濕壁水所捕集之粉體生成物係通過連接管13而落入循環水槽20的第1槽之20A內，並堆積在第1槽之20A的底部。而且，在燃燒室1之內面往下流動的濕壁水係流入第1槽之20A。第1槽之20A之水溢出堰21而流入第2槽之20B。
燃燒室1係通過冷卻部25與廢氣清洗部30連通。該冷卻部25係具有往連接管13延伸之排管26與配置在該排管26內之噴嘴27。噴嘴27係使面對流過排管26之廢氣而噴出水。因此，經燃燒室1處理之廢氣係藉由從噴嘴27所噴射之水而冷卻。所噴射之水係通過排管26而回收至循環水槽20。
經冷卻之廢氣接著導入至廢氣清洗部30。該廢氣清洗部30係以水清洗廢氣而去除廢氣中所含的微 小粉塵之裝置。該粉塵主要係在燃燒室1中經氧化分解(燃燒處理)所生成之粉體生成物。
廢氣清洗部30係具備：形成氣體流徑32之壁構件31、配置在氣體流徑32內之第1噴霧嘴33A、第1水膜噴嘴33B、第2噴霧嘴34A以及第2水膜噴嘴34B。該等噴霧嘴33A、34A及水膜噴嘴33B、34B係位在氣體流徑32之中心部而排列成略直線狀。第1噴霧嘴33A及第1水膜噴嘴33B係構成第1噴嘴單元33，第2噴霧嘴34A及第2水膜噴嘴34B係構成第2噴嘴單元34。因此，在本實施型態中，設置有2組的噴嘴單元33、34。而且，噴嘴單元可為1組，亦可設置3組以上之噴嘴單元。
相較於第1水膜噴嘴33B，第1噴霧嘴33A係配置在廢氣之流動方向的較上游側。同樣地，相較於第2水膜噴嘴34B，第2噴霧嘴34A係配置在較上游側。亦即，噴霧嘴與水膜噴嘴交替地配置。噴霧嘴33A、34A、水膜噴嘴33B、34B及壁構件31係由具耐腐蝕性之樹脂(例如PVC：聚氯乙烯)所構成。
在第1噴霧嘴33A之上游側中配置將廢氣之流動進行整流之整流構件40。該整流構件40係產生廢氣的壓力損失，使氣體流徑32中的廢氣均勻地流動。整流構件40係為了防止酸所產生的腐蝕，希望以金屬以外的材料構成。作為整流構件40之例，可列舉如：以樹脂所構成之不織材料、形成有複數開口之樹脂板。整流構件40之上游側係配置有噴霧嘴41。噴霧嘴33A、34A、41及水膜噴 嘴33B、34B在壁構件31安裝。
如第6圖所示，廢氣係從設置在廢氣清洗部30之下部的排管26導入至廢氣清洗部30之內部。廢氣係在廢氣清洗部30內由下往上流動。更詳而言之，從排管26導入之廢氣，首先係朝向廢氣清洗部30之噴霧嘴41。然後，廢氣通過由噴霧嘴41所形成之霧氣並以整流構件40整流。通過整流構件40之廢氣形成均勻的流動，以低速增加氣體流徑32。氣體流徑32中，依序形成霧氣、水膜、霧氣及水膜。
廢氣中所含的直徑未達1μm之微小的粉塵，經由擴散作用(布朗運動)，容易附著於構成霧氣之水珠，藉此而捕集霧。直徑為1μm以上之粉塵，其大多數亦同樣地以水珠捕集。由於水珠之直徑為100μm，故附著於該水珠之粉塵的尺寸(直徑)明顯增大。因此，包含粉塵之水珠在下游側之水膜因慣性衝突而容易碰撞，與水珠一起的粉塵從廢氣去除。未經霧氣所捕集的較大的直徑之粉塵，同樣地亦由水膜所捕集而去除。如此操作，經由水清洗之廢氣從壁構件31之上端部排出。
如第6圖所示，廢氣清洗部30之下方係配置有上述循環水槽20。從噴霧嘴33A、34A、41及水膜噴嘴33B、34B所供給之水係回收至循環水槽20的第2之槽20B。貯存在第2之槽20B之水係經由循環水泵P供給至噴霧嘴33A、34A、41及水膜噴嘴33B、34B。同時，循環水係作為水W而運送至燃燒室1之上部，如上所述，在燃 燒室1之內面形成濕壁。
供給至噴霧嘴33A、34A及水膜噴嘴33B、34B之水係循環水槽20所回收之水，其中包含粉塵(粉體生成物等)。因此，為了清洗氣體流徑32而使從蓮蓬式噴嘴50之自來水供給至氣體流徑32。蓮蓬式噴嘴50之上方設置有捕霧器51。該捕霧器51在其內部具有複數個檔板，可捕集霧氣。如此操作，經處理而無害化的廢氣通過排氣管最後在大氣中釋出。
在循環水槽20中設置水位感應器55。該水位感應器55係為了監測第2之槽20B的水位而可使第2之槽20B的水位控制在預定的範圍。而且，經循環水泵P運送之水的一部分係通過供水管52而供給至設置在循環水槽20內之複數個噴射器53。供水管52中設置有開閉閥V1，而藉由打開開閉閥V1，可供水至噴射器53中。循環水槽20中設置有用以將循環水槽20內排水之排水閥V2。
在各噴射器53中將循環水槽20內之水經由循環水泵P加壓而供給，利用藉由各噴射器53之噴嘴擠壓水的流動時所產生的壓力下降，由噴射器53之吸入口將循環水槽20內之水吸入噴射器53內，將該吸入之水與從噴射器53之噴嘴所釋出之水一起由噴射器53的吐出口噴射至循環水槽20之底部。以噴射器53的吐出口所噴射之噴射水的噴擊力擊碎存在於循環水槽20之底部的粉體並使其漂浮，再從循環水槽20之排出口20D，與廢水一起自動地排出粉體。
目前為止已說明本發明之實施型態，惟本發明並不限於上述之實施型態，在該技術思想之範圍內，當然亦可實施各種不同的形態。
[產業上之可利用性]
本發明係可利用在製造半導體元件、液晶、LED等之製造裝置等所排出之廢氣進行燃燒處理而無害化之廢氣處理裝置
1‧‧‧燃燒室
2‧‧‧引燃器
5‧‧‧供水噴嘴

Claims (8)

  1. 一種廢氣處理裝置，係將處理氣體進行燃燒處理而使處理氣體無害化，其中，燃燒處理氣體之圓筒狀的燃燒室具備：分別將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室之內周面的切線方向噴吹之燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴；上述燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴位在與上述燃燒室之軸線正交的同一平面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣處理裝置，在上述燃燒室中，在從上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之噴吹位置朝上述燃燒室之軸線方向離開的位置，設置有用以在燃燒室之內周面形成水膜的供水噴嘴。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之廢氣處理裝置，其中，藉由將上述燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向上述燃燒室之內周面的切線方向噴吹，在上述燃燒室內形成圓筒狀混合火焰。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之廢氣處理裝置，其中，藉由上述圓筒狀混合火焰的回旋力，使上述燃燒室之內周面上的水膜回旋。
  5. 一種廢氣處理裝置，係將處理氣體進行燃燒處理而無害化，其中，燃燒處理氣體之圓筒狀的燃燒室具備：分別將燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室之內周 面的切線方向噴吹之燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴；上述燃料用噴嘴、助燃性氣體用噴嘴與處理氣體用噴嘴分別將上述燃料、助燃性氣體與處理氣體朝向燃燒室之內周面的切線方向噴吹，形成上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之3種混合的回旋流。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之廢氣處理裝置，在上述燃燒室中，在從上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之噴吹位置朝上述燃燒室之軸線方向離開的位置，設置有用以在燃燒室之內周面形成水膜的供水噴嘴。
  7. 如申請專利範圍第5或6項所述之廢氣處理裝置，其中，藉由上述燃料、助燃性氣體與處理氣體之3種混合的回旋流，在上述燃燒室內形成圓筒狀混合火焰。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之廢氣處理裝置，其中，藉由上述圓筒狀混合火焰的旋轉力，使上述燃燒室之內周面上的水膜旋轉。
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