JP3856598B2 - Pyrolysis device for harmful component-containing gas - Google Patents
Pyrolysis device for harmful component-containing gas Download PDFInfo
- Publication number
- JP3856598B2 JP3856598B2 JP18617399A JP18617399A JP3856598B2 JP 3856598 B2 JP3856598 B2 JP 3856598B2 JP 18617399 A JP18617399 A JP 18617399A JP 18617399 A JP18617399 A JP 18617399A JP 3856598 B2 JP3856598 B2 JP 3856598B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- combustion
- venturi
- combustion air
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Landscapes
- Air Supply (AREA)
- Incineration Of Waste (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はフロン等の有害成分含有ガスの熱分解装置に関し、特に熱効率向上とガス状非加熱物質の均一加熱によるPFCやCFCなどのフロンを含んだ排ガスを高効率で分解するのに好適な燃焼システムを提供するものであり、特に排ガス中の代表的な有害物質であるところのNOx、CO、HC(炭化水素)類の低減にも好適な有害成分含有ガス熱の分解装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球温暖化問題がクローズアップされており、化石燃料の大量消費によって生成されるCO2 などのガスの排出が規制されるようになってきた。エアコンや冷蔵庫等の冷媒として開発された一般フロン(CFC)についても、規制がなされて代換フロンに置き換わり、現在では製造されていない。一方、半導体製造プロセスから排出されるフロン(PFC:perfluorocarbons)は、その使用量は少ないものの、その地球温暖化係数はCO2 の1000倍から10,000倍といわれており、今後半導体の生産が増加することを見込むと無視できず、これらの規制の基準が立案され、そして、すでにPFC分解装置が開発されている。
【0003】
既開発のPFC分解装置には種々の方式があるが、本発明に関する燃焼によるPFC分解装置について説明する。この方式によるPFCの分解には、炭化水素系のガス燃料、具体的にはプロパンやメタンが使われる。しかし、その燃焼方式は、通常の常温空気を用いた拡散燃焼方式や予混合燃焼方式であり、特別な新技術が採用されているわけではない。つまり、高温環境を炭化水素燃焼でつくり、この雰囲気下ででフロン等を燃焼分解する。しかし、排ガスの分解で使用された熱はそのまま大気に放出されるか、装置後流部分に設置された水冷却装置で冷却、すなわち、燃焼ガス中に水を噴霧して水の顕熱と蒸発潜熱を利用して冷却し、ガス温度を100℃以下にして排出されており、特に熱回収はされていなかった。その理由としては、排ガス装置がクリーンルームの中で使用されることから、コンパクトでなければならず、伝熱管を使用した熱交換器が使用できない環境にあることが挙げられる。
【0004】
さて、産業用の加熱装置においては、近年高温空気燃焼システム(蓄熱燃焼、別名リジェネシステム)が多く見られる。多くは複数のバーナに蓄熱器を設けるとともに、交互にバーナを切り換えて(交番燃焼)、蓄熱器を通過する空気を1000℃を超える高温にする特徴を有する。
【0005】
この方式のメリットは、燃焼排ガスで系外へ持ち出される熱を、燃焼炉の加熱に有効に利用できるため、エネルギー効率が優れることと、複数バーナを特定の時間間隔で切り換えるため、炉内が燃焼ガスで乱され、充分な混合拡散効果が得られるので、炉内温度が均一化し、炉内に設置された被加熱物質(固体またはガス)が一様に加熱されることである。さらに、従来の燃焼方式と比較して最高温度が抑制されることから、NOxも低く抑えることができることである。つまりガス燃焼の場合、燃料中に窒素分が存在せず、燃焼用空気のみ存在することから、生成NOxは主にThermal NOxであり、このNOxは雰囲気温度が1400℃を超えると急速に増加することから、炉内温度が1400℃以上にならないように、均一化する方法が低NOxに有効である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
高温空気燃焼は、燃焼用空気が1000℃以上の高温であることから、燃料と空気が遭遇すると同時に自己着火するため、従来の拡散燃焼や予混合燃焼のように火炎の安定化のために低流速領域の確保、具体的には燃焼用空気流速の低下や、保炎器や旋回噴流の形成が不要であるという特徴を有しているが、反面、自己着火の特性から予混合は逆火抑制から不可能であるし、拡散燃焼では燃焼投入位置の後流部で局所的に高温になってしまうことから、Thermal NOxの発生を抑制するのはむずかしく、高温空気燃焼といえども低NOx燃焼の限界が見えていた。
本発明の課題は、フロン等の有害成分含有ガスをガス燃料とともに高温空気燃焼させる際の上記問題点を解決することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願で特許請求される発明は、以下のとおりである。
(1)200℃以上に予熱した、酸素分圧が21%以下の燃焼用空気でガス燃料とともにフロン等の有害成分含有ガスを燃焼させ、前記ガス燃料の燃焼とともに前記有害成分を分解する装置であって、ガス流路の拡大部分と縮小部分とからなるベンチュリ部と、前記ベンチュリ部の縮小部分の周壁に間隔をおいて4個以上設けられたガス燃料噴射ノズルと、該ベンチュリ部の前流に設けられた蓄熱器と、該ベンチュリ部のガス流路に向けて設けられたガス燃料噴射ノズルと、前記ベンチュリ部の拡大部分周壁に流路長さ方向と平行に設けられた窪みと、前記蓄熱器前流、ベンチュリ部またはベンチュリ部後流に有害成分含有ガスを前記燃焼用空気とともに供給する手段とを設けたことを特徴とする有害成分含有ガスの熱分解装置。
(2) 前記ガス燃料噴射ノズルが燃焼用空気の主流に対して旋回がかかる方向に配置された(1)記載の熱分解装置。
(3) 前記ベンチュリ部を、燃焼用空気流に旋回がかかるように周方向にねじりを加えた構造とした(1)または(2)に記載の熱分解装置。
(4) 前記ベンチュリ部の外周部分を水冷構造としたことを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の熱分解装置。
(5) 前記ガス燃料噴射ノズルに逆止弁を設けたことを特徴とする(1)ないし(4)のいずれかに記載の熱分解装置。
(6) 200℃以上に予熱した、酸素分圧が21%以下の燃焼用空気でガス燃料とともにフロン等の有害成分含有ガスを燃焼させ、前記ガス燃料の燃焼とともに前記有害成分を分解する装置であって、ガス流路の拡大部分と縮小部分とからなるベンチュリ部と、該ベンチュリ部の前流に設けられた蓄熱器と、該ベンチュリ部のガス流路に向けて設けられたガス燃料噴射ノズルと、前記ベンチュリ部の拡大部分周壁に流路長さ方向と平行に設けられた窪みと、前記蓄熱器前流、ベンチュリ部またはベンチュリ部後流に有害成分含有ガスを前記燃焼用空気とともに供給する手段とを有し、かつ前記ベンチュリ部が、燃焼用空気流に旋回がかかるように周方向にねじりを加えた構造を有することを特徴とする熱分解装置。
【0008】
【作用】
本発明によれば火炉内部はもちろんバーナ近傍においてもガス温度を均一にすることができるので、炉内のNOx発生量を極力抑制することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図1は、シランやフロンを含んだ半導体製造設備から排出される排ガスの燃焼分解装置の全体構造の説明図である。この装置は、U字型構造の燃焼炉1と、燃焼炉1のU字構造の両端部にそれぞれ連設された一対のバーナ3、蓄熱器5およびスクラバ6と、シラン等の有害成分含有排ガスを燃焼用ガスとともに前処理装置2で前処理した後、流路切替機7を通してスクラバ6へ供給する系統と、該スクラバ6を通ったガスを交互に流路切替機7を介して吸収塔10へ導く系統と、吸収塔10で清浄化された排ガスを系外へ排出するブロア9とから構成される。
【0010】
被処理ガス中のシラン濃度が高い場合には、装置全体の閉塞の問題を生じるおそれがあるので、予め排ガス中に含まれるシラン等を除去する。すなわち、排ガス中に含まれるフロンの分解とシランの除去は別装置で行なった方が効率的であり、シランは前処理装置で燃焼用空気でSiO2 に酸化(燃焼)し、SiO2 粉末にして除去する。この際、フロンも一部分解されるが、大半はそのまま排ガス中に残留するので、蓄熱器を有した本発明の装置で燃焼分解するのが望ましい。
【0011】
有害成分含有排ガスは、燃焼用空気とともに、必要により前処理装置2で処理された後、流路切替機7を通過し、スクラバ6、蓄熱器5、バーナ3、燃焼炉1、バーナ3、蓄熱器5、流路切替機7、および吸収塔10を通って処理され、ブロア9を通って室外に排出される。そして、一定のインターバルで流路が切り換わり、ガス流れと使用バーナが反転する。排ガス中のフロン等は燃焼炉の内部で分解除去され、HFとしてスクラバ6や吸収塔10で除去される。
【0012】
図2は、本発明の実施例に係るバーナ装置の断面図、図3は、図2のIII-III 線に沿った矢視図面、図4は、燃料噴射ノズル13を燃焼用空気の主流に対して旋回がかかる方向に配置したバーナ装置の概略断面図である。このバーナ装置は、ガス流路の拡大部分14と縮小部分15からなるベンチュリ部12と、該ベンチュリ部12の前流に設けられた蓄熱器5と、該ベンチュリ部12のガス流路に向けて設けられたガス燃料噴射ノズル13と、前記ベンチュリ部の拡大部分周壁に流路長さ方向と平行に設けられた窪み19と、前記ベンチュリ部12に有害成分含有ガスを前記燃焼用空気17とともに供給する流路とを設けたものである。燃焼用空気17は有害成分含有ガスとともに蓄熱器5を通過して、常温から1000℃まで加熱され、その後、縮小部15を経て流速が加速され、燃料噴射ノズル13から噴射されたガス燃料と接触混合して着火する。その後、燃焼によって昇温して膨脹した燃焼ガスは、拡大部14に沿って燃焼炉1の内部へ噴出する。この装置の特徴は、充分な空気流速が確保可能なベンチュリ構造としたことにより、高温空気と燃料を急速に混合し、上流部分への燃料の拡散を避けて逆火を防止したことである。
【0013】
ベンチュリ後方拡大部分には、図3に示すように窪み19を有する。窪みの大きさは特定できないが、その広がり角度はバーナ軸方向に対して30度以内にすることが好ましい。この角度が30度を超えると、拡大部分14における空気流れの剥離が不充分になり、保炎機能が低下する。ベンチュリ拡大部分14の広がり角度は6〜7度であるので、窪み部分の広がり角度は10〜30度が好ましい。図3と図4において、バーナ中心部分に見える格子は、蓄熱器5であるセラミックスハニカムである。燃料ノズル13は本数が多いほうがよいが(本図の場合は4本)、製作上制限があるのと、燃焼用空気中に固体粒子が存在した場合には、燃料ノズルが閉塞するなどの問題を生じることがあるので、それぞれ速度差をつけ、燃焼用空気と燃料ガスとの混合性能を増加させることが好ましい。
【0014】
本発明においては、図4に示すようにガス燃料噴射ノズル20は、噴射方向が円形断面流路に対して接線方向、すなわち、燃焼用空気の主流に対して旋回がかかるように配置することが好ましい。このような構成によって、燃料と高温燃焼用空気の充分な混合を達成し、バーナ出口部分における半径方向の流速分布を均一にでき、炉内のガス滞留時間の増加を抑えることができる。
なお、通常の拡散型バーナでは、燃焼用空気の速度より燃料の噴出速度のほうが速いが、燃料の質量流量は燃焼用空気より少ないので、燃焼の噴出速度はすぐに減衰してしまい、充分な混合効果が得られない場合が多い。
【0015】
次に、高温空気燃焼の基本的な考え方と各構成部分の相互作用について説明する。図5は、燃焼用空気温度と当該空気中の酸素濃度で整理した場合の従来燃焼方式と当該の高温空気燃焼の領域について示した図である。高温空気にすると、通常の気相で燃焼が不可能な酸素濃度領域でも燃焼が可能になることから、このような図で比較した。縦軸は希釈空気温度で横軸は燃焼用空気中の酸素濃度である。図中、白抜きの領域は燃焼が不可能な領域である。比較的低温領域(500℃まで)が従来の温度領域であるが、この方式の場合、燃焼用酸素濃度が15%程度にまで低下するともはや自燃できない。しかし、燃焼用空気温度を1000℃まで増加すると、燃焼用空気中の酸素濃度が3%の状態でも気相で燃焼できるようになる。燃焼用空気中の酸素濃度が低くても安定燃焼できるということは、有害物質を含む廃ガスを処理するのに適していることを示す。
【0016】
図6は、このような原理に基づく高温空気燃焼システムを利用した本発明の廃ガス処理システムの系統図である。本図は系統図であることから、各装置細部の構成は示されていないが、基本的な構成は図1と同様である。以下、システムの機能を説明するために装置の起動から通常運転までの一連の動作について記述する。
【0017】
高温空気燃焼特有の火炎が見えなくなり、炉内の輝度が一様になる現象は、燃焼用空気温度が800℃を超える必要がある。したがって、コールドスタートでは、バーナ3−1および3−2のいずれか別個に設置した起動バーナ24に点火して炉内温度の昇温を行う。そして、炉内温度が約800℃に達した時点で、図中2つのバーナ3−1、3−2の交番燃焼をスタートする。この時点で初めて燃焼用空気に被処理ガスを混合して装置に供給する。この混合ガスは、最初、流路切替装置22を通過して蓄熱器5−1に流入する。その後、バーナ3−1を通過して燃料と混合して燃焼し、燃焼炉1に入る。そして、バーナ3−2と蓄熱器5−2を通過した後、流路切替装置22を経てウェットスクラバ23で冷却され、系外へ排出される。通常、蓄熱器5−1、5−2の熱容量にもよるが、例えば約1分後に流路切替装置22を作動させて、ガス流れを反転させ、今度は蓄熱器5−2とバーナ3−2に混合ガスが最初流入するようにする。この際、蓄熱器5−2は加熱しているので、混合ガスがこの装置を通過すると常温から1000℃まで加熱されることになる。
【0018】
次に、バーナ部分の火炎状況および保炎について記述する。図5で示した希釈空気温度と、希釈空気中の酸素濃度の関係で燃焼可能領域を区分けしたが、当該装置のように交番燃焼を実施する場合には、燃焼用空気温度は時系列的に変化する。つまり、蓄熱器の熱容量と燃焼温度、空気流量、処理ガス流量などに影響されて、矩形波のごとく変動を繰返す。変動インターバルは通常1分程度が好ましが、装置の劣化に伴い、また処理排ガス量の過渡的な変化に伴って空気温度が低下することが予想される。この対策としてはバーナとしては安定燃焼範囲の拡大で対応する必要があり、具体的には、図1におけるベンチュリ拡大部14に窪み19を設けて保炎を行なっている。800℃以上の高温空気が供給されていれば、燃料は空気と遭遇しただけで安定着火するが、温度が下がると次第に火炎位置は後部に流されてしまい、最後には失火する。窪み19はこれを阻止する。図10は窪み19による保炎状況を示す。燃料後方の窪み構造で流れは剥離してこの領域33でよどむ。ここでの滞留時間が増加することから、火炎が保持されることになる。なお、図中34は着火位置を示す。窪み部分での発熱が着火源になって、主流に火炎伝播するのが保炎のメカニズムである。さて、このバーナが燃焼している場合には、若干のSiO2 の粒子も燃焼用空気に同伴されることになるから、この窪みに多少のSiO2 の付着が発生する。しかし、図11に示すように、当該バーナが停止して他バーナが燃焼する場合にはガス流れが逆行することになり、窪み19に沿って逆行したガスが付着物を剥離洗浄する効果が得られる。
【0019】
図12と図13は本発明の他の実施例を示すバーナ装置の断面図である。図12の実施例は、混合ガスが蓄熱器5を通過した後の流れの縮小部15とその後流の拡大部14に冷却管40を内蔵させたものである。燃焼用空気温度は、蓄熱器5出口部分で約1000℃、そして、拡大部においては最高1400℃になるが、このような超高温領域でのバーナ構造物を酸化や溶融現象から保護するためには、図12に示すような冷却管を設置することが望ましい。
【0020】
図13は、前記の冷却管に加えて、燃焼噴射ノズルを逆止弁構造としたものである。すなわち、当該バーナを停止した場合に燃料噴射ノズル13に粒子が付着したり、入り込む現象を極力阻止するために、逆止バルブ構造を設けたものである。逆止バルブ41は、燃料マニホールドの燃料噴射ノズル入口側に設けられ、バネ41と、バネ41により付勢され、前記燃料噴射ノズル入口に嵌入するニードルとからなる。ガス燃料43はニードルの位置する燃料マニホールドの側面から供給されるようになっている。燃焼時には逆止バルブ41のニードルは燃料圧によりリフトした状態になり、燃焼は燃料噴射ノズル13を通過してバーナに供給され、火炎を形成する。しかし、当該バーナが休止状態であるときには、燃料圧が低下してバネ42により付勢され、バルブ41が燃料ノズル13を閉塞する。すなわち、バーナ休止時、燃焼ガスが当該バーナに逆流しても、燃料ノズル13に燃焼ガスが流入することはなく、燃焼ガス中に粒子が含まれていたとしても、ノズルに流入する可能性は低くなる。
【0021】
次に図7は、シランやフロンを含んだ排ガスを直接燃焼炉へ導入する方法について示したものである。シランの濃度が低い場合においては(<1%)、配管や装置内部へのSiO2 の堆積の影響がそれほど重要ではないので、排ガスを直接燃焼炉へ送り込む方法が安全面からも望ましい。図8は、含シラン、フロン排ガスを図1に示すように前処理装置28を経て供給する場合の系統図である。
【0022】
図9は、図7のように排ガスを直接燃焼炉内部へ導入する場合の一例を示す説明図である。すなわち、この場合は、粒子が炉内のよどみ位置に堆積しないように、噴射ノズル32を燃焼炉1のコーナ部分から燃焼炉1中心部分に向かって配置し、含シラン、フロン含有排ガスを炉中心に向かって噴射するように配置するこが好ましい。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の燃焼方式では不可能であった、超高温領域における有害成分含有ガスの分解が可能になり、高効率な排ガス処理を行なうことができる。特に、排ガス処理においては低酸素濃度のガスを安全に燃焼できることから、従来燃焼方式では不可能であった有害成分の分解処理が可能となる。そして、当該装置はリジェネシステムを採用していることから、燃焼排ガス温度を有効に利用でき、高い熱効率を得るとともに、ランニングコストを抑えることができる利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有害成分含有ガスの熱分解装置の全体構成を示す説明図。
【図2】図1の装置に用いたバーナ装置の断面図。
【図3】図1の装置のIII-III に沿った矢視面図。
【図4】図1の装置のガス燃料噴射ノズルを、ガス燃料が高温空気の周囲から旋回方向に吹き込まれるように配置したバーナ装置の正面説明図。
【図5】高温空気燃焼の着火領域の広さを従来燃焼と比較した概念図。
【図6】有害ガスを含んだ廃ガスの処理装置として高温空気燃焼方式を用いた本発明の装置系統図。
【図7】排ガスを直接高温空気燃焼炉へ導入して処理する場合の本発明の熱分解装置の系統図。
【図8】排ガスを前処理装置で事前に処理し、シラン等を分解した後、処理する本発明の熱分解装置の系統図。
【図9】図7で示した排ガスを直接燃焼炉へ導入する場合のバーナ装置の断面図。
【図10】本発明に用いるバーナ装置において、窪み部におけるガスよどみの効果で着火または保炎効果が得られる状況について示した説明図。
【図11】燃焼炉からのSiO2 粒子等を含む燃焼ガスが当該ベンチュリ部と窪み部を通過する際のガス流れを示す、本発明に用いるバーナ装置の説明図。
【図12】本発明に用いるバーナ装置の着火領域のうち、燃焼ガス拡散部分の構造を冷却する構造を示したバーナ装置の断面図。
【図13】燃料ノズルのマニホールド部に逆止バルブを適用した本発明のバーナ装置の断面図。
【符号の説明】
1…燃焼炉、2…前処理装置、3…バーナ、4…排ガス、5…蓄熱器、6…スクラバ、7…流路切替機、8…循環水ポンプ、9…ブロア、10…吸収塔、11…燃料マニホールド、12…ベンチェリ部、13…ガス燃料噴射ノズル、14…拡大部分、15…縮小部分、17…高温空気、18…ガス燃料供給管、19…窪み、20…旋回ガス燃料噴出ノズル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal decomposition apparatus for gases containing harmful components such as chlorofluorocarbons, and in particular, combustion suitable for high-efficiency decomposition of flue gas containing chlorofluorocarbons such as PFC and CFC by improving the thermal efficiency and uniformly heating gaseous non-heated substances The present invention provides a system, and particularly relates to an apparatus for decomposing harmful component-containing gas heat suitable for reducing NOx, CO, and HC (hydrocarbons), which are typical harmful substances in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the issue of global warming has been highlighted, and the emission of gases such as CO 2 produced by mass consumption of fossil fuels has been regulated. General chlorofluorocarbon (CFC), which has been developed as a refrigerant for air conditioners and refrigerators, has been regulated and replaced by chlorofluorocarbon, and is not currently manufactured. On the other hand, fluorocarbons (PFC) discharged from the semiconductor manufacturing process are used in small quantities, but their global warming potential is said to be 1000 to 10,000 times that of CO 2. In view of the increase, it cannot be ignored, the standards for these regulations have been formulated, and PFC crackers have already been developed.
[0003]
There are various types of PFC crackers that have already been developed. The PFC cracking apparatus using combustion according to the present invention will be described. Hydrocarbon gas fuel, specifically propane or methane, is used for PFC decomposition by this method. However, the combustion method is a diffusion combustion method or a premixed combustion method using normal room temperature air, and no special new technology is adopted. That is, a high-temperature environment is created by hydrocarbon combustion, and chlorofluorocarbon and the like are burned and decomposed in this atmosphere. However, the heat used in the decomposition of the exhaust gas is released into the atmosphere as it is or cooled by a water cooling device installed in the downstream part of the device, that is, water is sprayed into the combustion gas to sensible heat and evaporation of water. It was cooled using latent heat and discharged at a gas temperature of 100 ° C. or lower, and no heat recovery was performed. The reason is that since the exhaust gas apparatus is used in a clean room, it must be compact, and there is an environment where a heat exchanger using a heat transfer tube cannot be used.
[0004]
In industrial heating devices, high-temperature air combustion systems (heat storage combustion, also known as regenerative systems) are often seen in recent years. In many cases, a plurality of burners are provided with heat accumulators, and the burners are alternately switched (alternate combustion) to bring the air passing through the heat accumulators to a high temperature exceeding 1000 ° C.
[0005]
The advantage of this method is that the heat that is taken out of the system by combustion exhaust gas can be used effectively for heating the combustion furnace, so it is excellent in energy efficiency and the multiple burners are switched at specific time intervals, so the inside of the furnace burns Since it is disturbed by the gas and a sufficient mixing and diffusion effect is obtained, the temperature in the furnace is made uniform, and the material to be heated (solid or gas) installed in the furnace is heated uniformly. Furthermore, since the maximum temperature is suppressed as compared with the conventional combustion method, NOx can also be suppressed low. That is, in the case of gas combustion, there is no nitrogen content in the fuel, and only combustion air exists, so the generated NOx is mainly Thermal NOx, and this NOx increases rapidly when the ambient temperature exceeds 1400 ° C. For this reason, a uniform method is effective for low NOx so that the temperature in the furnace does not become 1400 ° C. or higher.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In high-temperature air combustion, since the combustion air is at a high temperature of 1000 ° C. or higher, self-ignition occurs at the same time as the fuel and air are encountered, so it is low for flame stabilization like conventional diffusion combustion and premixed combustion. Although it has the characteristics that the flow velocity region is secured, specifically, the combustion air flow velocity is not reduced and the formation of flame holders and swirling jets is not required, premixing is a backfire due to the characteristics of self-ignition. It is impossible to suppress, and in diffusion combustion, it becomes difficult to suppress the generation of thermal NOx because it becomes locally hot at the downstream part of the combustion input position, and even in high temperature air combustion, low NOx combustion The limit of was visible.
The subject of this invention is solving the said problem at the time of carrying out high temperature air combustion of harmful component containing gas, such as Freon, with gas fuel.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention claimed in the present application in order to solve the above-mentioned problems is as follows.
(1) A device that burns a gas containing fuel containing harmful components such as chlorofluorocarbon with combustion air preheated to 200 ° C or higher and having an oxygen partial pressure of 21% or lower, and decomposes the harmful components as the gas fuel burns. A venturi portion comprising an enlarged portion and a reduced portion of the gas flow path, four or more gas fuel injection nozzles provided at intervals on a peripheral wall of the reduced portion of the venturi portion , and a upstream flow of the venturi portion A heat accumulator provided in the gas vent, a gas fuel injection nozzle provided toward the gas flow path of the venturi section, a recess provided in parallel with a flow path length direction on the enlarged partial peripheral wall of the venturi section, A means for supplying a harmful component-containing gas to the upstream of the regenerator, the venturi portion or the downstream of the venturi portion together with the combustion air is provided.
( 2) The thermal decomposition apparatus according to ( 1 ), wherein the gas fuel injection nozzle is arranged in a direction in which a swirl is performed with respect to a main flow of combustion air.
( 3) The thermal decomposition apparatus according to ( 1) or (2), wherein the venturi section has a structure in which a twist is applied in a circumferential direction so that the combustion air flow is swirled.
( 4) The thermal decomposition apparatus according to any one of (1) to ( 3) , wherein an outer peripheral portion of the venturi portion has a water cooling structure.
( 5) The thermal decomposition apparatus according to any one of (1) to ( 4) , wherein a check valve is provided in the gas fuel injection nozzle.
(6) A device that burns a gas containing toxic components such as chlorofluorocarbon together with gas fuel in combustion air preheated to 200 ° C or higher and having an oxygen partial pressure of 21% or less, and decomposes the toxic components as the gas fuel burns. A venturi portion having an enlarged portion and a reduced portion of the gas flow path, a heat accumulator provided in the upstream of the venturi section, and a gas fuel injection nozzle provided toward the gas flow path of the venturi section And a hollow provided in the enlarged partial peripheral wall of the venturi section in parallel with the flow path length direction, and supplying the harmful component-containing gas together with the combustion air to the upstream side of the heat accumulator, the venturi section, or the downstream section of the venturi section And the venturi section has a structure in which a twist is applied in the circumferential direction so that the combustion air flow is swirled.
[0008]
[Action]
According to the present invention, since the gas temperature can be made uniform not only in the furnace but also in the vicinity of the burner, the amount of NOx generated in the furnace can be suppressed as much as possible.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view of the overall structure of a combustion decomposition apparatus for exhaust gas discharged from a semiconductor manufacturing facility containing silane and chlorofluorocarbon. This apparatus includes a
[0010]
When the concentration of silane in the gas to be treated is high, there is a possibility of causing the problem of blockage of the entire apparatus, so silane or the like contained in the exhaust gas is removed in advance. That is, removal of the decomposition and silane freon contained in the exhaust gas is more efficient was conducted by another device, the silane is oxidized (burned) to SiO 2 in the combustion air in the pretreatment device, the SiO 2 powder To remove. At this time, part of the chlorofluorocarbon is also decomposed, but most of it remains in the exhaust gas as it is. Therefore, it is desirable to perform combustion decomposition with the apparatus of the present invention having a heat accumulator.
[0011]
The harmful component-containing exhaust gas is treated by the pretreatment device 2 together with the combustion air if necessary, and then passes through the flow
[0012]
2 is a cross-sectional view of a burner device according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is an arrow view along the line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram showing the
[0013]
As shown in FIG. 3, the venturi rear enlarged portion has a
[0014]
In the present invention, as shown in FIG. 4, the gas
In a normal diffusion burner, the fuel injection speed is faster than the combustion air speed. However, since the fuel mass flow rate is lower than that of the combustion air, the combustion injection speed is quickly attenuated. In many cases, the mixing effect cannot be obtained.
[0015]
Next, the basic concept of high-temperature air combustion and the interaction between each component will be described. FIG. 5 is a diagram showing the conventional combustion method and the region of the high-temperature air combustion when arranged by the combustion air temperature and the oxygen concentration in the air. When high temperature air is used, combustion is possible even in an oxygen concentration region where combustion is not possible in a normal gas phase. The vertical axis represents the dilution air temperature, and the horizontal axis represents the oxygen concentration in the combustion air. In the figure, the white area is an area where combustion is impossible. A relatively low temperature region (up to 500 ° C.) is a conventional temperature region, but in this method, when the combustion oxygen concentration is reduced to about 15%, self-combustion is no longer possible. However, when the combustion air temperature is increased to 1000 ° C., combustion can be performed in the gas phase even when the oxygen concentration in the combustion air is 3%. The fact that stable combustion is possible even when the oxygen concentration in the combustion air is low indicates that it is suitable for treating waste gas containing harmful substances.
[0016]
FIG. 6 is a system diagram of a waste gas treatment system of the present invention using a high-temperature air combustion system based on such a principle. Since this figure is a system diagram, the detailed configuration of each device is not shown, but the basic configuration is the same as that of FIG. Hereinafter, in order to explain the function of the system, a series of operations from the start of the apparatus to the normal operation will be described.
[0017]
The phenomenon that the flame peculiar to high temperature air combustion becomes invisible and the brightness in the furnace becomes uniform requires that the temperature of combustion air exceeds 800 ° C. Therefore, in the cold start, the temperature in the furnace is raised by igniting the
[0018]
Next, the flame condition and flame holding of the burner part will be described. Although the combustible region is divided based on the relationship between the diluted air temperature shown in FIG. 5 and the oxygen concentration in the diluted air, the combustion air temperature is time-sequentially when alternating combustion is performed as in the device. Change. That is, the fluctuation repeats like a rectangular wave, influenced by the heat capacity and combustion temperature of the regenerator, the air flow rate, the processing gas flow rate, and the like. The fluctuation interval is generally preferably about 1 minute, but it is expected that the air temperature will decrease with the deterioration of the apparatus and with the transient change in the amount of treated exhaust gas. As a countermeasure, it is necessary for the burner to cope with the expansion of the stable combustion range. Specifically, a
[0019]
12 and 13 are sectional views of a burner apparatus showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 12, the cooling
[0020]
In FIG. 13, in addition to the cooling pipe, the combustion injection nozzle has a check valve structure. That is, a check valve structure is provided in order to prevent particles from adhering to or entering the
[0021]
Next, FIG. 7 shows a method for directly introducing an exhaust gas containing silane and chlorofluorocarbon into a combustion furnace. When the concentration of silane is low (<1%), the influence of SiO 2 deposition on the pipes and inside of the apparatus is not so important, so a method of sending exhaust gas directly to the combustion furnace is desirable from the viewpoint of safety. Figure 8 is a system diagram of a case of supplying through a
[0022]
FIG. 9 is an explanatory view showing an example in which exhaust gas is directly introduced into the combustion furnace as shown in FIG. That is, in this case, the
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, it becomes possible to decompose harmful component-containing gas in an ultra-high temperature region, which is impossible with the conventional combustion method, and highly efficient exhaust gas treatment can be performed. In particular, in the exhaust gas treatment, a gas having a low oxygen concentration can be combusted safely, so that it is possible to decompose harmful components that were impossible with the conventional combustion method. And since the said apparatus employ | adopts a regeneration system, it has the advantage which can use combustion exhaust gas temperature effectively, can obtain high thermal efficiency, and can suppress running cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a thermal decomposition apparatus for harmful component-containing gas according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of a burner device used in the apparatus of FIG.
FIG. 3 is an arrow view along III-III of the apparatus of FIG. 1;
4 is a front explanatory view of a burner apparatus in which the gas fuel injection nozzle of the apparatus of FIG. 1 is arranged so that the gas fuel is blown in the swirling direction from the periphery of the high-temperature air.
FIG. 5 is a conceptual diagram comparing the size of an ignition region of high-temperature air combustion with conventional combustion.
FIG. 6 is a system diagram of an apparatus according to the present invention using a high-temperature air combustion system as a processing apparatus for waste gas containing harmful gas.
FIG. 7 is a system diagram of the thermal decomposition apparatus of the present invention when exhaust gas is directly introduced into a high-temperature air combustion furnace for processing.
FIG. 8 is a system diagram of a thermal decomposition apparatus according to the present invention in which exhaust gas is treated in advance by a pretreatment apparatus and silane and the like are decomposed and then treated.
9 is a cross-sectional view of a burner device when the exhaust gas shown in FIG. 7 is directly introduced into a combustion furnace.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a situation where an ignition or flame holding effect can be obtained by the effect of gas stagnation in a recess in the burner device used in the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a burner device used in the present invention, showing a gas flow when combustion gas containing SiO 2 particles and the like from a combustion furnace passes through the venturi part and the depression part.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the burner device showing a structure for cooling the structure of the combustion gas diffusion portion in the ignition region of the burner device used in the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of the burner device of the present invention in which a check valve is applied to the manifold portion of the fuel nozzle.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18617399A JP3856598B2 (en) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | Pyrolysis device for harmful component-containing gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18617399A JP3856598B2 (en) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | Pyrolysis device for harmful component-containing gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001012718A JP2001012718A (en) | 2001-01-19 |
| JP3856598B2 true JP3856598B2 (en) | 2006-12-13 |
Family
ID=16183677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18617399A Expired - Fee Related JP3856598B2 (en) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | Pyrolysis device for harmful component-containing gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3856598B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4776827B2 (en) * | 2001-08-13 | 2011-09-21 | 株式会社大川原製作所 | Exhaust gas treatment method and apparatus |
| CN103277801A (en) * | 2013-04-22 | 2013-09-04 | 长兴三重窑炉科技有限公司 | Heat storage type flat flame burner |
| CN109701777A (en) * | 2018-12-19 | 2019-05-03 | 光大环保技术研究院(南京)有限公司 | A kind of gas-solid injection spray gun based on venturi principle |
| KR20250149991A (en) * | 2023-02-17 | 2025-10-17 | 파이퍼 팝 솔루션즈 게엠베하 | Method and device for treating and neutralizing environmentally harmful and/or toxic exhaust gases |
-
1999
- 1999-06-30 JP JP18617399A patent/JP3856598B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001012718A (en) | 2001-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102238253B1 (en) | High Efficiency Energy Saving NOx and VOC Removal System | |
| US6066303A (en) | Apparatus and method for reducing NOx from exhaust gases produced by industrial processes | |
| CA2809820C (en) | Apparatus for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system | |
| CN107429914A (en) | Emission-control equipment | |
| JPH01208525A (en) | Method of controlling combustion discharged article and discharged article combustion apparatus | |
| WO2001033141A1 (en) | Combustor for exhaust gas treatment | |
| JPH0773661B2 (en) | Injection type non-catalytic nitrogen oxide removal process control system | |
| BRPI0620195B1 (en) | METHOD FOR TREATING A GAS CURRENT RESIDUAL REGENERATOR | |
| JP3460122B2 (en) | Combustion type abatement system and burner for combustion abatement system | |
| JP3856598B2 (en) | Pyrolysis device for harmful component-containing gas | |
| KR100738863B1 (en) | IMPROVED FUEL STAGING PROCESS FOR LOW NOx OPERATIONS | |
| JP2017219260A (en) | Exhaust gas treatment equipment | |
| JP2017089985A (en) | Exhaust gas treatment device | |
| KR20120011368A (en) | VOC combustion device using Brown gas, exhaust gas purification device using the same, and ship having the same | |
| EP2065570B1 (en) | Burner for generating reductive atmosphere of exhaust gas in engine cogeneration plant having denitrification process | |
| JP4902834B2 (en) | Denitration method and denitration apparatus | |
| JP2004278879A (en) | Exhaust gas combustion treatment device | |
| KR102478595B1 (en) | APPARATUS REDUCING NOx IN EXHAUST GAS OF THERMAL POWER PLANT | |
| CN118922666A (en) | Ammonia combustion furnace | |
| JP3698690B2 (en) | CFC detoxification method using cement kiln | |
| KR100699495B1 (en) | Plasma reactor for DSP system and reduction device of particulate matter using same | |
| KR20070019924A (en) | Nozzle placement method and exhaust gas treatment system for non-catalyst denitrification equipment | |
| JP2007162959A (en) | Waste gas cleaning treatment device | |
| JPH0571706A (en) | Combustion method for simultaneously inhibiting nitrogen oxide and incomplete combustion product | |
| JP2000213726A (en) | Dioxin reduction method and apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051215 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060615 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060811 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060907 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060912 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100922 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100922 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110922 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |