KR200385461Y1 - Apparatus for gas burner nozzle in waste gas abatement equipment of semiconductor - Google Patents
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Abstract
본 고안은 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 배출되며 유독성, 폭발성 및 부식성을 갖는 PFC 등의 폐 가스를 산화처리하는 정화처리장치에 있어서, 최외곽의 동심원상에 등간격으로 배열되고 산화 가스를 분사하는 산화제 공급 노즐을 내측 경사지게 형성함으로써 상기 산화 가스가 그 내측의 동심원상에 등간격으로 배열된 연료 공급 노즐에서 분사되는 연료 가스와 한정된 지점에서 접촉 및 확산되어 연소되는 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 관한 것이다. 본 고안은 산화제 공급 노즐의 상기 연료 공급 노즐에 대한 내측 경사각( θ)을 10°내지 20°정도로 유지하고, 상기 한정된 지점을 상기 연료 공급 노즐의 출구측에서 20㎜의 거리에 위치하도록 함으로써 산화 가스와 연료 가스의 접촉 및 반응시간을 길게 하며, 산화 가스의 공급량을 연료 가스의 공급량의 2배 정도에서 0.2% 정도 더 과잉공급함으로써 화염대를 안정적으로 형성함은 물론이고 일산화탄소의 발생량을 현격하게 줄일 수 있어 폐 가스를 완전 연소할 수 있는 잇점이 있다.The present invention is a purification treatment apparatus for oxidizing waste gas such as PFC which is discharged from semiconductor manufacturing process or chemical process and has toxic, explosive and corrosive, and is arranged at equal intervals on outermost concentric circles and sprays oxidizing gas. The gas burner nozzle of the waste gas purifying apparatus is formed by inclining the oxidant supply nozzle inward so that the oxidizing gas is contacted and diffused and combusted at a defined point with the fuel gas injected from the fuel supply nozzles arranged at equal intervals on the inner concentric circles. It is about. The present invention maintains the inclination angle θ of the oxidant supply nozzle with respect to the fuel supply nozzle at about 10 ° to 20 °, and the oxidized gas by placing the defined point at a distance of 20 mm from the outlet side of the fuel supply nozzle. And the reaction time between fuel gas and fuel gas are extended, and the supply of oxidizing gas is oversupplied by 0.2% more than twice the supply of fuel gas to stably form the flame zone and to drastically reduce the generation of carbon monoxide. There is an advantage in that it can burn the waste gas completely.
Description
본 고안은 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 사용된 후 배출되는 폐 가스를 청정공기로 정화하기 위하여 산화처리하는 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐 가스를 버닝하는 버너부와, 상기 버너부에서 미처리된 일부 가스나 분진 입자 등을 물로 분사하여 세정하는 웨트 세정부로 구성되는 정화처리장치에 있어서 최외곽의 동심원상에 등간격으로 배열되고 산화 가스를 분사하는 산화제 공급 노즐을 내측 경사지게 형성함으로써 상기 산화 가스가 그 내측의 동심원상에 등간격으로 배열된 연료 공급 노즐에서 분사되는 연료 가스와 한정된 지점에서 확산되어 연소되는 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 관한 것이다.The present invention relates to a gas burner nozzle of a purification apparatus that is oxidized to purify waste gas discharged after being used in a semiconductor manufacturing process or a chemical process, and more particularly, and a burner part for burning waste gas. In the purifying apparatus comprising a wet cleaning unit for cleaning by spraying some untreated gas or dust particles, etc. in the burner unit with water, the oxidant supply nozzles are arranged at equal intervals on the outermost concentric circles and spray the oxidizing gas. It is related with the gas burner nozzle of the waste gas purification processing apparatus which diffuses and combusts at the defined point with the fuel gas injected from the fuel supply nozzle arrange | positioned at equal intervals on the inner concentric circle by the inclined inner side.
화학 공정이나 반도체 제조 공정 등에서 배출되는 폐 가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라 그대로 대기중으로 방출될 경우에는 환경 오염을 유발하는 원인이 되기도 한다. 따라서, 이러한 폐 가스는 유해성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화처리과정이 반드시 필요하며, 이와 같은 독성물질을 제거하는 정화처리과정을 거친 무해가스만이 대기중으로 배출되도록 법적으로 의무화 되어 있다.Waste gases emitted from chemical processes or semiconductor manufacturing processes are toxic, explosive, and corrosive, and therefore are not only harmful to the human body but also cause environmental pollution when released into the atmosphere. Therefore, such waste gas is required to purify the harmful components to below the allowable concentration, and is mandatory to discharge only harmless gases that have undergone the purification process to remove such toxic substances into the atmosphere.
반도체 제조 공정 등에서 배출되는 유해성 가스를 처리하는 방법에는 크게 세 가지 있다. 첫 번째는 주로 수소기 등을 함유한 발화성 가스를 고온의 연소실에서 분해, 반응 또는 연소시키는 버닝(burning) 방법이고, 두 번째는 주로 수용성 가스를 수조에 저장된 물을 통과시키는 동안 물에 용해하여 처리하는 웨팅(wetting) 방법이며, 마지막으로는 발화되지 않거나 물에 녹지 않는 유해성 가스가 흡착제를 통과하는 동안, 흡착제에 물리적 또는 화학적인 흡착에 의하여 정화하는 흡착 방법 등이 그것이다. There are three main methods for treating the noxious gas emitted from the semiconductor manufacturing process. The first is a burning method of decomposing, reacting or burning a flammable gas mainly containing hydrogen groups in a high temperature combustion chamber, and the second is mainly treating a water-soluble gas by dissolving it in water while passing water stored in the tank. A wetting method is used, and finally, an adsorption method for purifying by physical or chemical adsorption to an adsorbent while a harmful gas that does not ignite or is insoluble in water passes through the adsorbent.
더 구체적으로 이와 같은 폐 가스 정화처리에는, 웨트방식(Wet Scrubber), 전기 히터를 이용한 간접 산화방식(Thermal Wet Scrubber), 연료 가스버너를 이용한 직접 산화방식(Direct Burn Wet Scrubber), 흡착제를 이용한 물리 화학 흡착방식(Dry Scrubber) 및 전기적 방전을 이용한 방식(Plasma Scrubber) 등으로 세분화될 수 있다.More specifically, the waste gas purification treatment includes a wet scrubber, an indirect oxidation method using an electric heater, a direct burn method using a fuel gas burner, and a physics using an adsorbent. It can be subdivided into chemical adsorption method (Dry Scrubber) and electrical discharge method (Plasma Scrubber).
도 1 및 도 2에는 종래 기술에 의한 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐의 구성이 평면도 및 단면도로 각각 도시되어 있다.1 and 2, the configuration of the gas burner nozzle of the waste gas purifying apparatus according to the prior art is shown in plan and cross-sectional views, respectively.
종래 기술에 의한 동축류 확산 화염용 버너(2)는 상호 동축을 이루며 배열된 다수개의 노즐이 내측에서부터 폐 가스 공급 노즐(10)과, 연료 공급 노즐(20) 및 산화제 공급 노즐(30) 순으로 형성되어 있다.The coaxial flow flame burner 2 according to the prior art has a plurality of nozzles arranged coaxially with each other from the inside to the waste gas supply nozzle 10, the fuel supply nozzle 20, and the oxidant supply nozzle 30. Formed.
상기 폐 가스 공급 노즐(10)은 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 배출되는 폐 가스(waste gas: 12)를 공급하며, 상기 폐 가스(12)는 CVD 혹은 에칭 공정 등에서 배출되고 유해 물질이 다량 농축된 배기가스로서 환경오염의 원인이 되는 물질이다. The waste gas supply nozzle 10 supplies waste gas 12 discharged from a semiconductor manufacturing process or a chemical process, and the waste gas 12 is discharged through a CVD or etching process and a large amount of harmful substances are concentrated. Exhaust gas is a substance that causes environmental pollution.
상기 연료 공급 노즐(20)은 화염의 연료가 되는 연료 가스(fuel gas: 22)를 분사하며, 상기 연료 가스(22)로는 액화천연가스, 액화석유가스, 수소가스 등이 주로 사용되고 있다.The fuel supply nozzle 20 injects a fuel gas 22 serving as a fuel of flame, and liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, hydrogen gas, etc. are mainly used as the fuel gas 22.
상기 산화제 공급 노즐(30)은 상기 연료 가스(22)와의 연소 반응에 의해 화염을 형성하는 산화 가스(oxidation gas: 32)를 분사하며, 상기 산화 가스(32)로는 산소(O2) 혹은 공기(Air)가 주로 사용된다.The oxidant supply nozzle 30 injects an oxidization gas 32 that forms a flame by a combustion reaction with the fuel gas 22, and the oxygen gas 32 may be oxygen (O 2) or air (Air). ) Is mainly used.
폐 가스 공급 노즐(10)에 의하여 공급되는 폐 가스(12)가 동축류 확산 화염용 버너에 의하여 연소되는 과정을 간단하게 살펴보면 다음과 같다.The process in which the waste gas 12 supplied by the waste gas supply nozzle 10 is burned by the coaxial flow flame burner will be briefly described as follows.
상기 연료 공급 노즐(20)에 의하여 분사되는 연료 가스(22)와 산화제 공급 노즐(30)에 의하여 분사되는 산화 가스(32)가 혼합되어 연소실로 이송된다. 이때, 불꽃점화기(도시되지 않음)에 의하여 불꽃이 점화되면 상기 연료 가스(22)와 산화 가스(32)가 불꽃에 의하여 방전되며, 상기 폐 가스(12)는 연료 가스(22)와 혼합되어 연소되면서 강제로 산화된다.The fuel gas 22 injected by the fuel supply nozzle 20 and the oxidizing gas 32 injected by the oxidant supply nozzle 30 are mixed and transferred to the combustion chamber. At this time, when the spark is ignited by a spark igniter (not shown), the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 are discharged by the spark, and the waste gas 12 is mixed with the fuel gas 22 to burn. Is forced to oxidize.
상기 연료 공급 노즐(20)과 산화제 공급 노즐(30)은 상호 동축을 이루며 평행하게 배열되어 있기 때문에 상기 연료 공급 노즐(20)에서 분사되는 연료 가스(22)와 상기 산화제 공급 노즐(30)에서 분사되는 산화 가스(32)는 동일한 방향으로 평행하게 분사된다.Since the fuel supply nozzle 20 and the oxidant supply nozzle 30 are coaxially arranged in parallel with each other, the fuel supply nozzle 20 and the oxidant supply nozzle 30 are injected from the fuel gas 22 and the oxidant supply nozzle 30. The oxidizing gas 32 to be injected is injected in parallel in the same direction.
한편, 상기 연료 공급 노즐(20)에서 분사되는 연료 가스(22)와 상기 산화제 공급 노즐(30)에서 분사되는 산화 가스(32)가 확산 현상으로 인하여 소정의 지점에서 서로 섞이게 되고, 불꽃에 의하여 발화함으로써 화염을 생성하게 되는 연소의 과정을 거치게 되어 있다. On the other hand, the fuel gas 22 injected from the fuel supply nozzle 20 and the oxidizing gas 32 injected from the oxidant supply nozzle 30 are mixed with each other at a predetermined point due to the diffusion phenomenon, and ignited by the flame. By doing so, the combustion process generates a flame.
그러나, 이와 같이 연료 가스(22)와 산화 가스(32)가 상호 평행하게 분사됨으로써 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 확산이 제대로 이루어지지 않으며, 이로 인하여 일부 연료 가스(22)가 산화 가스(32)와 반응하지 않은 미반응 상태로 연소실을 빠져 나오게 되는 문제점이 있게 된다. However, as the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 are injected in parallel to each other in this way, the diffusion of the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 is not performed properly, which causes some of the fuel gas 22 to oxidize. There is a problem to exit the combustion chamber in an unreacted state that does not react with the gas 32.
따라서, 연소과정에서 생성되는 일산화탄소(CO)의 생성량이 증가하며, 결과적으로 폐 가스(12)를 처리하는데 필요한 연소열이 낮아져서 폐 가스(12)를 완전하게 처리하는데에 일정한 한계가 있게 된다.Therefore, the amount of carbon monoxide (CO) produced in the combustion process increases, and as a result, the heat of combustion required for treating the waste gas 12 is lowered, so that there is a certain limit to the complete treatment of the waste gas 12.
또한, 연료 공급 노즐(20)과 산화제 공급 노즐(30)에서 분사되는 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 압력에 비례하여 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 분사속도가 증가하며, 상기 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 확산 정도는 상기 분사속도에 반비례하여 감소하기 때문에, 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 분사속도가 증가되면 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 확산 정도는 감소할 것이다.In addition, the injection speed of the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 increases in proportion to the pressure of the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 injected from the fuel supply nozzle 20 and the oxidant supply nozzle 30. In addition, since the diffusion degree of the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 decreases in inverse proportion to the injection speed, when the injection speed of the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 increases, the fuel gas 22 increases. And the diffusion degree of the oxidizing gas 32 will decrease.
따라서, 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 분사속도가 증가할수록 연료 가스(22)와 산화 가스(32)의 혼합은 연료 공급 노즐(20)과 산화제 공급 노즐(30)에서 멀리 위치한 곳에서 주로 이루어지며, 혼합가스(22, 32)의 연소가 이루어지는 중심이 상기 노즐(10, 20, 30)에서 멀어질수록 연소효율은 이에 비례하여 저하될 수밖에 없다.Therefore, as the injection speed of the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 increases, the mixture of the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 is located far from the fuel supply nozzle 20 and the oxidant supply nozzle 30. It is mainly made in, and as the center of the combustion of the mixed gas (22, 32) is farther away from the nozzle (10, 20, 30), the combustion efficiency is inevitably lowered proportionally.
특히, 연료 가스(22)와 산화 가스(32)가 평행하게 분사되면 연료 가스(22)와 산화 가스(32)가 상호 접촉하여 연소할 수 있는 시간이 짧아져서 일산화탄소(CO)의 생성이 증가하여 연소효율이 크게 저하된다.In particular, when the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 are injected in parallel, the time for which the fuel gas 22 and the oxidizing gas 32 are in contact with each other to burn is shortened, thereby increasing the production of carbon monoxide (CO). The combustion efficiency is greatly reduced.
또한, 폐 가스(12) 역시도 연료 가스(22)와 마찬가지로 연료가 될 수 있기 때문에 상기 산화 가스(32)와 함께 연소반응을 하게 되며, 이러한 연소방응과정에서 흡열반응과 발열반응이 동시에 진행된다. 이러한 이유로, 폐 가스(12)가 상기 산화 가스(32)와 소정의 지점에서 확산 작용을 하게 되는데, 상기 폐 가스 공급 노즐(10)이 상기 산화제 공급 노즐(30)과 동축을 이루며 평행하기 때문에, 폐 가스(12)가 산화 가스(32)와 적절한 지점에서 확산되기 어렵고, 연소효율이 저하되는 문제점이 있다.In addition, since the waste gas 12 may also be a fuel like the fuel gas 22, the waste gas 12 also undergoes a combustion reaction together with the oxidizing gas 32. . For this reason, the waste gas 12 is diffused at a predetermined point with the oxidizing gas 32. Since the waste gas supply nozzle 10 is coaxial with and parallel to the oxidant supply nozzle 30, There is a problem that the waste gas 12 is difficult to diffuse at an appropriate point with the oxidizing gas 32 and the combustion efficiency is lowered.
따라서, 본 고안은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 최상의 연소를 보장하기 위하여 연소 가스와 산화 가스의 확산이 이루어지는 한정된 지점이 노즐과 적절한 거리를 유지할 수 있도록 하는 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 관한 것이다.Therefore, the present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to maintain a proper distance from a nozzle at a limited point where diffusion of combustion gas and oxidizing gas is performed to ensure the best combustion. It relates to a gas burner nozzle of the waste gas purification treatment apparatus.
본 고안의 다른 목적은 최상의 연소를 보장하기 위하여 폐 가스와 산화 가스의 확산이 이루어지는 한정된 지점이 노즐과 적절한 거리를 유지할 수 있도록 하는 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 관한 것이다.Another object of the present invention relates to a gas burner nozzle of a waste gas purification apparatus that allows a limited point where diffusion of waste gas and oxidizing gas is made to maintain a proper distance from the nozzle in order to ensure the best combustion.
본 고안의 또 다른 목적은 산화 가스와 연료 가스의 접촉 및 확산이 효과적으로 이루어 지도록 산화 가스와 연료 가스의 속도비를 제어하는 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 관한 것이다. Still another object of the present invention relates to a gas burner nozzle of a waste gas purification apparatus for controlling the speed ratio of oxidizing gas and fuel gas so that the contact and diffusion of oxidizing gas and fuel gas are effectively performed.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, 본 고안은 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 사용된 후 배출되는 폐 가스를 청정공기로 정화하기 위하여 산화처리하는 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 있어서, 상기 노즐은 가장 내측 중심의 동심원상에 등간격으로 배열되어 폐 가스를 분사하는 다수개의 폐 가스 공급 노즐과, 상기 폐 가스 공급 노즐의 외측 동심원상에 상기 폐 가스 공급 노즐과 동축을 이루며 등간격으로 배열되어 연료 가스를 분사하는 다수개의 연료 공급 노즐과, 상기 연료 공급 노즐의 외측 동심원상에 등간격으로 배열되어 산화 가스를 분사하며, 상기 산화 가스의 분사방향이 상기 연료 가스의 분사 방향과 일정한 경사각을 이루며 분사되어 상기 연료 가스와 산화 가스가 한정된 지점에서 난류를 발생하며 확산되도록 내향 경사지게 배열된 다수개의 산화제 공급 노즐을 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, the present invention is a gas burner nozzle of the purification treatment apparatus for oxidizing to clean the waste gas discharged after being used in the semiconductor manufacturing process or chemical process to clean air Wherein the nozzles are arranged at equal intervals on concentric circles of the innermost center and coaxial with the waste gas supply nozzles on the outer concentric circles of the waste gas supply nozzles. A plurality of fuel supply nozzles which are arranged at equal intervals to inject fuel gas, and are arranged at equal intervals on the outer concentric circle of the fuel supply nozzles to inject oxidizing gas, and the injection direction of the oxidizing gas is the injection direction of the fuel gas Is injected at a constant angle of inclination to generate turbulence at a defined point of the fuel gas and the oxidizing gas. And a plurality of oxidant supply nozzles arranged inclined inwardly to diffuse.
상기 경사각은 10°내지 20°로 유지되는 것이 바람직하다.The inclination angle is preferably maintained at 10 ° to 20 °.
상기 한정된 지점은 상기 연료 공급 노즐의 출구측에서 20㎜의 거리에 위치하는 것이 바람직하다.The limited point is preferably located at a distance of 20 mm from the outlet side of the fuel supply nozzle.
상기 정화처리장치는 폐 가스를 연소/산화하거나 열분해하여 버닝하는 버너부와, 상기 버너부에서 벗어난 폐 가스 중 처리되지 못한 일부 가스나 분진 입자 등을 물로 분사하여 세정하는 웨트 세정부로 구성될 수 있다.The purifying apparatus may include a burner unit which burns / oxidizes or pyrolyzes waste gas, and a wet cleaning unit that sprays and cleans some untreated gas or dust particles, etc., from the waste gas out of the burner unit with water. have.
상기 연료 가스와 산화 가스의 반응시간을 길게하며 화염대를 안정적으로 제어 위하여, 연료 가스의 분사 속도는 산화 가스의 분사 속도보다 빠르며, 상기 산화 가스의 분사 속도는 상기 폐 가스의 분사 속도보다 빠르게 구성된다.In order to increase the reaction time of the fuel gas and the oxidizing gas and to stably control the flame zone, the injection speed of the fuel gas is faster than the injection speed of the oxidizing gas, and the injection speed of the oxidizing gas is faster than the injection speed of the waste gas. do.
상기 산화 가스의 분사 속도를 1로 볼때 연료 가스의 분사 속도는 1.37로 제어함이 바람직하다.When the injection speed of the oxidizing gas is 1, the injection speed of the fuel gas is preferably controlled to 1.37.
상기 산화제 공급 노즐의 단면적이 상기 연료 공급 노즐의 단면적보다 커야한다.The cross sectional area of the oxidant supply nozzle should be larger than the cross sectional area of the fuel supply nozzle.
상기 연료 가스에는 메탄(CH4)이 사용되고, 상기 산화 가스에는 산소(O2)가 사용되며, 상기 메탄(CH4)과 산소(O2)의 분자량의 비는 1 : 2가 되어야 하기 때문에 산소(O2)의 공급량은 메탄(CH4)의 공급량에 2배가 되어야 하며, 더 자세하게는 여기에 0.2% 정도의 과잉산소량이 더 공급된다.Methane (CH4) is used for the fuel gas, and oxygen (O 2 ) is used for the oxidizing gas, and the ratio of the molecular weight of methane (CH 4 ) and oxygen (O 2 ) must be 1: 2. The amount of O 2 ) must be doubled to that of methane (CH 4 ), and more specifically 0.2% excess oxygen is supplied.
이와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 폐 가스의 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 의하면, 연료 가스와 산화 가스 혹은 폐 가스와 산화 가스가 한정된 지점에서 확산된 채 연소됨으로써 화염대가 안정적으로 형성되고, 연료 가스와 산화 가스의 접촉 및 반응시간이 길어짐으로써 일산화탄소의 발생이 줄고 폐 가스를 처리하는데 필요한 연소열이 높아져서 폐 가스를 완전 연소할 수 있는 잇점이 있다.According to the gas burner nozzle of the waste gas purification apparatus according to the present invention having such a configuration, the flame zone is stably formed by burning the fuel gas and the oxidizing gas or the waste gas and the oxidizing gas at a defined point, The longer the contact time and reaction time between the gas and the oxidizing gas reduces the generation of carbon monoxide and the combustion heat required for treating the waste gas is increased, thereby completely burning the waste gas.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 폐 가스의 정화처리장치의 가스 버너 노즐의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the gas burner nozzle of the waste gas purification apparatus according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에는 폐 가스 정화처리장치의 공정이 개략적으로 도시되어 있고, 도 4 및 도 5에는 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐의 구성이 평면도 및 단면도로 각각 도시되어 있다.3 schematically shows a process of the waste gas purification apparatus, and FIGS. 4 and 5 show the configuration of the gas burner nozzle of the waste gas purification apparatus in plan and cross-sectional views, respectively.
본 고안의 반도체 제조 공정이나 화학 공정 등에서 사용된 후 배출되는 폐 가스를 청정공기로 정화하는 폐 가스 정화처리과정은 통상 연소식과 습식의 2단계로 이루어지고 있다. The waste gas purification process of purifying the waste gas discharged after being used in the semiconductor manufacturing process or the chemical process of the present invention with clean air is generally composed of two stages, a combustion type and a wet type.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 폐 가스 정화처리과정에 의하면, 반도체 제조장치(102)에서 배출되는 배기 가스가 1차적으로 버너부(Burner Zone: 104)에서 연소/산화되거나 열분해되는 방법으로 버닝(Burning)되고, 1차적으로 정화되어 버너부(104)에서 벗어난 폐 가스 중 처리되지 못한 일부 가스나 분집 입자 등은 웨트 세정부(106)로 이송되며, 2차적으로 웨트 세정부(106)에서 분사된 물에 의하여 산화 가스 속의 파우더(Powder)가 분리되는 세정(Wetting) 공정을 거치게 된다. 그 후 세정된 가스는 필터(Filter)와 덕트(Duct)를 통해 대기중으로 배출된다.As shown in FIG. 3, according to the waste gas purification process, the exhaust gas discharged from the semiconductor manufacturing apparatus 102 is primarily burned (burned or oxidized or pyrolyzed in the burner zone 104). Some of the untreated gas or the collected particles, etc., out of the waste gas that has been burned and purified from the burner part 104 are transferred to the wet cleaning part 106 and secondly injected from the wet cleaning part 106. Water is subjected to a wetting process in which the powder in the oxidizing gas is separated. The cleaned gas is then discharged into the atmosphere through a filter and a duct.
상기 버닝 방법에는 히터(heater)의 구동에 의한 간접 산화 방식과, 점화에 의한 직접 산화 방식이 있을 수 있으나, 본 실시예의 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐은 직접 산화 방식(Direct Burn Wet Scrubber)에 관한 것이다.The burning method may include an indirect oxidation method by driving a heater and a direct oxidation method by ignition, but the gas burner nozzle of the waste gas purification apparatus of the present embodiment is a direct oxidation method (Direct Burn Wet Scrubber). It is about.
화염이 아래를 향하여 방사되는 하향류(Down flow) 방식과 화염이 위를 향하여 방사되는 상향류(Up flow) 방식이 있을 수 있으나, 본 실시예에서는 상향류 방식을 예로 들어 설명한다.There may be a down flow method in which the flame is radiated downward and an up flow method in which the flame is radiated upward, but the present embodiment will be described using the upflow method as an example.
도 4에 도시된 바와 같이 본 고안의 바람직한 실시예에 의한 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐(110)은, 버너 노즐의 가장 내측 중심의 동심원상에 등간격으로 배열되는 폐 가스 공급 노즐(120)과, 상기 폐 가스 공급 노즐(120)의 외측 동심원상에 상기 폐 가스 공급 노즐(120)과 동축을 이루며 등간격으로 배열되는 연료 공급 노즐(130)과, 상기 연료 공급 노즐(130)의 외측 동심원상에 등간격으로 배열되어 있으나 상기 폐 가스 공급 노즐(120)과 연료 공급 노즐(130)과 동축을 이루지 않고 소정 경사각을 갖고 상향 내측으로 기울여 배열된 산화제 공급 노즐(140)로 구성된다.As shown in FIG. 4, the gas burner nozzle 110 of the waste gas purifying apparatus according to the preferred embodiment of the present invention is a waste gas supply nozzle 120 arranged at equal intervals on a concentric circle of the innermost center of the burner nozzle. ), A fuel supply nozzle 130 coaxial with the waste gas supply nozzle 120 and arranged at equal intervals on an outer concentric circle of the waste gas supply nozzle 120, and an outer side of the fuel supply nozzle 130. The oxidant supply nozzles 140 are arranged at equal intervals on the concentric circles, but are not coaxial with the waste gas supply nozzles 120 and the fuel supply nozzles 130, and have an inclination angle and are inclined upwardly.
상기 폐 가스 공급 노즐(120)은 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 배출되는 폐 가스(122)를 공급하며, 상기 폐 가스(122)는 C2, F4, CF4, C3 F8, NF3, SF6 등의 PFC(Perfluorocompound) 가스로서 인체에 유독하고 부식성이 있으며, 이와 같이 유해성분의 함량이 허용농도 이상이어서 유해성분의 함량을 그 이하로 낮추는 무해화 처리과정이 필요한 가스이다.The waste gas supply nozzle 120 supplies waste gas 122 discharged from a semiconductor manufacturing process or a chemical process, and the waste gas 122 is C 2 , F 4 , CF 4 , C 3 F 8 , NF 3 PFC (Perfluorocompound) gas, such as SF 6 , is toxic and corrosive to the human body. Thus, since the content of the harmful component is above the allowable concentration, the detoxification treatment process is required to lower the content of the harmful component to less than that.
상기 폐 가스 공급 노즐(120)은 버너의 중심 노즐로서 그 외곽에 액화천연가스, 액화석유가스, 수소가스 등 연료 가스를 분사하는 연료 공급 노즐(130)에 의하여 포위되어 있는데 이는 폐 가스(122)와 연료 가스(132)를 양호하게 혼합하기 위한 것이다.The waste gas supply nozzle 120 is a center nozzle of a burner and is surrounded by a fuel supply nozzle 130 that injects fuel gas such as liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, hydrogen gas, etc., which is a waste gas 122. And good mixing of the fuel gas 132.
상기 산화제 공급 노즐(140)은 상기 연료 가스(132)와의 연소반응에 의해 화염을 형성하는 산화 가스(142)를 분사하며, 상기 산화 가스(142)로는 산소(O2)가 주로 사용된다.The oxidant supply nozzle 140 injects an oxidizing gas 142 forming a flame by a combustion reaction with the fuel gas 132, and oxygen (O 2 ) is mainly used as the oxidizing gas 142.
도 5에 도시된 바와 같이 노즐의 단면을 기준으로 볼 때, 폐 가스 공급 노즐(120)과 연료 공급 노즐(130)은 가로방향에서 상호 평행하게 연장되어 있으나, 산화제 공급 노즐(140)은 상기 연료 공급 노즐(130)에 대하여 10°내지 20°정도 테이퍼진 상태로 형성된다. 특히, 10°정도 경사각을 갖는 경우 산화제 공급 노즐(140)에서 분사되는 산화 가스(142)와 연료 공급 노즐(130)에서 분사되는 연료 가스(132)는 상기 노즐(120, 130, 140)의 출구측에서 대략 20㎜ 이격된 지점에서 확산 현상이 이루어져 상호 혼합되어 연소됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, the waste gas supply nozzle 120 and the fuel supply nozzle 130 extend parallel to each other in the horizontal direction, but the oxidant supply nozzle 140 is the fuel. 10 ° to 20 ° may be tapered with respect to the supply nozzle 130. Particularly, when the inclination angle is about 10 °, the oxidizing gas 142 injected from the oxidant supply nozzle 140 and the fuel gas 132 injected from the fuel supply nozzle 130 are outlets of the nozzles 120, 130, and 140. It can be seen that the diffusion phenomenon occurs at about 20 mm from the side and is mixed and combusted.
따라서, 연료 가스(132)와 산화 가스(142)가 20㎜ 지점에서 상호 교차하여 와류를 일으키며, 이와 같은 와류에 의한 혼합가스의 난류 현상은 확산 현상을 더욱 가속화시킨다. 상기한 교차 지점은 산화제 공급 노즐(140)의 경사각(θ)을 조절함으로써 다양하게 조절할 수 있으며, 한정된 지점에서 혼합가스(132, 142)의 확산이 이루어짐으로써 혼합 가스(132, 142)의 자기착화(Self-iginition), 화염전파(Flame propagation) 등의 연소특성이 강화되고, 불완전 연소가 방지되며, 화염대가 안정되게 형성된다.Accordingly, the fuel gas 132 and the oxidizing gas 142 cross each other at a point of 20 mm, causing vortices, and the turbulence of the mixed gas due to such vortices further accelerates the diffusion phenomenon. The crossing point may be variously adjusted by adjusting the inclination angle θ of the oxidant supply nozzle 140, and self-ignition of the mixed gas 132 and 142 is performed by diffusion of the mixed gas 132 and 142 at a limited point. Combustion characteristics such as self-iginition and flame propagation are enhanced, incomplete combustion is prevented, and the flame zone is stably formed.
한편, 연료 공급 노즐(130)에 대하여 산화제 공급 노즐(140)의 경사각(θ)을 형성함으로써 한정된 지점에서 연료 가스(132)와 산화 가스(142)의 확산을 가속화시키는 방법도 화염대를 안정적으로 형성하는데 중요하지만, 그 보다도 연료 공급 노즐(130)의 연료 가스(132)의 분사 속도와 산화제 공급 노즐(140)의 산화 가스(142)의 분사 속도를 조절하여 산화 가스(142)와 연료 가스(132)의 반응시간을 연장하고 연소효율을 향상시키는 방법이 더욱 중요하다.On the other hand, a method of accelerating the diffusion of the fuel gas 132 and the oxidizing gas 142 at a defined point by forming the inclination angle θ of the oxidant supply nozzle 140 with respect to the fuel supply nozzle 130 also stably stabilizes the flame zone. Although important in forming, the injection speed of the fuel gas 132 of the fuel supply nozzle 130 and the injection speed of the oxidizing gas 142 of the oxidant supply nozzle 140 are adjusted to control the oxidizing gas 142 and the fuel gas ( More important is the method of extending the reaction time of 132) and improving the combustion efficiency.
즉, 산화 가스(142)의 분사 속도가 연료 가스(132)의 분사 속도보다 빠르게 되면 산화 가스(142)의 분사 형태가 파괴되어 불꽃이 안정적으로 제어되지 않게 되고, 연료 가스(132)와 산화 가스(142)의 반응시간이 짧아지며, 화염의 길이도 짧아져서 안정적인 화염대를 형성할 수 없게 된다.That is, when the injection speed of the oxidizing gas 142 is faster than the injection speed of the fuel gas 132, the injection mode of the oxidizing gas 142 is destroyed, and the flame is not controlled stably, and the fuel gas 132 and the oxidizing gas The reaction time of (142) is shortened, and the length of the flame is also shortened so that a stable flame zone cannot be formed.
따라서, 연료 가스(132)의 분사 속도를 산화 가스(142)의 분사 속도에 비하여 빠르게 조절하며, 더 구체적으로는 산화 가스(142)의 분사 속도를 1로 볼 때 연료 가스(132)의 분사 속도를 1.37 정도로 하며, 상기 연료 가스(132)와 산화 가스(142)의 분사 속도는 상기 연료 가스(132)를 분사하는 연료 공급 노즐(130)과 산화 가스(142)를 분사하는 산화제 공급 노즐(140)의 단면적을 조절함으로써 제어가 가능하다. 이러한 이유로 인하여 산화제 공급 노즐(140)의 단면적이 연료 공급 노즐(130)의 단면적보다 커야 한다.Therefore, the injection speed of the fuel gas 132 is adjusted faster than the injection speed of the oxidizing gas 142, and more specifically, the injection speed of the fuel gas 132 when the injection speed of the oxidizing gas 142 is 1. It is about 1.37, the injection speed of the fuel gas 132 and the oxidizing gas 142 is the fuel supply nozzle 130 for injecting the fuel gas 132 and the oxidant supply nozzle 140 for injecting the oxidizing gas 142 Can be controlled by adjusting the cross-sectional area. For this reason, the cross-sectional area of the oxidant supply nozzle 140 should be larger than that of the fuel supply nozzle 130.
그리고, 폐 가스(122)의 분사 속도는 산화 가스(142)의 분사 속도 보다 작아야 하며, 따라서 폐 가스 공급 노즐(120)의 단면적이 상기 노즐 중 가장 클 수 밖에 없다.In addition, the injection speed of the waste gas 122 should be smaller than the injection speed of the oxidizing gas 142, so that the cross-sectional area of the waste gas supply nozzle 120 may be the largest among the nozzles.
상기 연료 가스(132)와 산화 가스(142)의 사용량 또한 연소효율을 최대로 하는데 중요하다. 본 고안의 실시예에서 연료 가스(132)는 액화천연가스의 하나인 메탄(CH4)을 예로 들고, 산화 가스(142)는 산소(O2)를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.The amount of the fuel gas 132 and the oxidizing gas 142 is also important for maximizing combustion efficiency. In the embodiment of the present invention, the fuel gas 132 will be described as methane (CH 4 ) which is one of the liquefied natural gas, the oxidizing gas 142 is described as an example of oxygen (O 2 ) as follows.
메탄(CH4)은 1몰(Mole) 기준으로 분자량이 16에 해당되고, 산소(O2)는 1몰(Mole) 기준으로 분자량이 32이 해당되며, 분자량을 기준으로 메탄(CH4)과 산소(O2)의 비율을 계산하면 1 : 2가 된다. 그러므로, 메탄(CH4)을 1㎏ 공급하면 산소(O2)를 2㎏ 공급하여야 하며, 산소(O2)를 대략 0.2% 정도 초과하여 공급하는 것이 연소 효율을 증대를 위해 필요하다.Methane (CH 4 ) corresponds to the molecular weight 16 on the basis of 1 mole (Mole), oxygen (O 2 ) corresponds to the molecular weight 32 on the basis of 1 mole (Mole), methane (CH 4 ) and When the ratio of oxygen (O 2 ) is calculated, it is 1: 2. Therefore, when supplying 1 kg of methane (CH 4 ), 2 kg of oxygen (O 2 ) should be supplied, and supplying oxygen (O 2 ) in excess of about 0.2% is necessary for increasing combustion efficiency.
도 6과 도 7은 노즐에 일정한 경사각을 형성하고 메탄 가스의 분사 속도를 산소 가스의 분사 속도보다 1. 37배 정도 빠르게 조절하며, 산소를 0.2% 과잉공급하기 전과 후를 각각 대비하여 화염대의 구성을 나타내고 있다.6 and 7 form a constant inclination angle to the nozzle and adjust the injection speed of the methane gas by about 1.37 times faster than the injection speed of oxygen gas, and the configuration of the flame zone compared to before and after 0.2% oversupply of oxygen Indicates.
이와 같이, 도 6에 개시된 바에 따르면 불꽃이 불균일하고 불꽃의 종단부에 흔들림이 발생하여 화염대가 불안정한데 반하여, 도 7에 개시된 바에 따르면 불꽃이 균일하고 불꽃의 종단부에 불꽃의 흔들림이 없어 푸른색(blue)과 투명색의 불꽃이 콘 형상을 이루며 연소되고 있어 화염대가 안정적이다.As described above, as shown in FIG. 6, the flame is uneven and fluctuations occur at the end of the flame, resulting in unstable flame zones. The flame zone is stable because blue and transparent flames are burned in a cone shape.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 반도체용 폐 가스를 청정공기로 정화하며, 상기 폐 가스를 연소시키는 버너부와 상기 버너부에서 미처리된 일부 가스나 분진 입자 등을 물로 분사하여 세정하는 웨트 세정부로 구성되는 정화처리장치에 있어서 최외곽의 동심원상에 등간격으로 배열되고 산화 가스를 분사하는 산화제 공급 노즐을 내측 경사지게 형성하고 산화 가스의 분사 속도를 연료 가스의 분사속도보다 작게 함으로써 상기 산화 가스와 연료 가스가 한정된 지점에서 접촉 및 확산되어 연소되도록 하는 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐에 관한 구성을 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 고안의 기본적인 기술적 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다. As described above, the present invention purifies the waste gas for semiconductors with clean air, and a wet cleaning unit for cleaning by spraying water on the burner unit for burning the waste gas and some untreated gas or dust particles from the burner unit with water. In the purification processing apparatus comprising an oxidant supply nozzle arranged at equal intervals on the outermost concentric circles and injecting the oxidizing gas inclined inward, and the injection speed of the oxidizing gas is smaller than the injection speed of the fuel gas and It can be seen that the technical idea of the configuration of the gas burner nozzle of the waste gas purifying apparatus which allows the fuel gas to come into contact with, diffuse, and combust at a defined point. Within the scope of the basic technical idea of the present invention, many other modifications will be possible to those skilled in the art.
위에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. As described above, according to the configuration of the present invention can be expected the following effects.
첫째, 산화제 공급 노즐의 분사 방향을 내측으로 소정 경사지게 형성하고, 산화제 공급 노즐의 단면적을 연료 공급 노즐보다 크게 조절하며, 산화 가스의 분사 속도를 작게 제어함으로써 연료 가스나 산화 가스의 추가 공급 없이도 연소 효율이 증대되는 경제적인 효과가 기대된다.First, the injection direction of the oxidant supply nozzle is formed to be inclined inwardly, the cross-sectional area of the oxidant supply nozzle is adjusted to be larger than that of the fuel supply nozzle, and the injection speed of the oxidizing gas is controlled to be small so that the combustion efficiency is eliminated without additional supply of fuel gas or oxidizing gas. This increasing economic effect is expected.
둘째, 연료 가스와 산화 가스 혹은 폐 가스와 산화 가스가 한정된 지점에서 확산된 채 연소됨으로써 화염대가 안정적으로 형성되는 효과가 기대된다.Second, it is expected that the flame zone is stably formed by burning the fuel gas and the oxidizing gas or the waste gas and the oxidizing gas while being diffused at a limited point.
세째, 연료 가스와 산화 가스의 접촉 및 반응시간 혹은 폐 가스와 산화 가스의 접촉 및 반응시간이 길어짐으로써 일산화탄소의 발생이 줄고 폐 가스를 처리하는데 필요한 연소열이 높아져서 폐 가스를 완전 연소할 수 있는 효과가 기대된다.Third, the longer the contact and reaction time of fuel gas and oxidizing gas or the contact and reaction time of waste gas and oxidizing gas reduces the generation of carbon monoxide and the combustion heat required to treat the waste gas is higher, so that it is possible to completely burn the waste gas. It is expected.
도 1은 종래 기술에 의한 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐의 구성을 나타내는 평면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The top view which shows the structure of the gas burner nozzle of the waste gas purification processing apparatus by a prior art.
도 2는 종래 기술에 의한 폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐의 구성을 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a gas burner nozzle of a waste gas purification apparatus according to the prior art.
도 3은 본 고안에 의한 폐 가스 정화처리장치의 공정을 나타내는 개략도.3 is a schematic view showing a process of a waste gas purification treatment apparatus according to the present invention.
도 4는 본 고안의 바람직한 실시예에 의한 폐 가스 정화처리장치의 구성을 나타내는 평면도.Figure 4 is a plan view showing the configuration of a waste gas purification treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 의한 폐 가스 정화처리장치의 구성을 나타내는 단면도.5 is a cross-sectional view showing the configuration of a waste gas purification treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6과 도 7은 본 고안에 의한 화염대의 구성과 종래 기술에 의한 화염대의 구성을 각각 나타내고 있는 사진.6 and 7 are photographs showing the configuration of the flame zone according to the present invention and the configuration of the flame zone according to the prior art, respectively.
**도면의 주요구성에 대한 부호의 설명**** Description of Codes for Major Configurations of Drawings **
102: 반도체 제조장치 104: 버너부102: semiconductor manufacturing apparatus 104: burner unit
106: 웨트 세정부 110: 가스 버너 노즐106: wet cleaning unit 110: gas burner nozzle
120: 폐 가스 공급 노즐 122: 폐 가스120: waste gas supply nozzle 122: waste gas
130: 연료 공급 노즐 132: 연료 가스130: fuel supply nozzle 132: fuel gas
140: 산화제 공급 노즐 142: 산화 가스140: oxidant supply nozzle 142: oxidizing gas
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