JPH06129627A - 排ガスの燃焼方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼装置における炉壁への燃焼生成物の付着
を防止しながら排ガス中の低濃度の可燃性有害成分を効
率よく燃焼させることができる排ガスの燃焼方法及び装
置を提供する。 【構成】 燃焼炉１の上部に、内側に排ガスの流路２
ａ、外側にスワラー６を設けた支燃性ガスの流路２ｂを
有する二重管２からなるガス導入口３を、底部に燃焼ガ
スの排出口４ａをそれぞれ設け、燃焼炉胴部１ａを大径
に形成して該大径胴部１ａと前記ガス導入口３とを円錐
面１ｂで接続するとともに、該円錐面１ｂにパイロット
バーナー５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排ガスの燃焼方法及び
装置に関し、詳しくは、排ガス中に含まれる可燃性有害
成分を燃焼させて無害化する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造工程から排出される
排ガス中には、半導体材料ガスであるシランやアルシ
ン、その他の可燃性有害成分が含まれているため、従来
から、この排ガスを燃焼装置に導入して燃焼させ、無害
化することが行われている（特開昭６２−１３４４１４
号公報参照）。

【０００３】上記従来の燃焼装置は、可燃性有害成分が
高濃度の場合は良好に燃焼処理できるが、近年は、半導
体製造装置からの排ガスは、例えば半導体製造装置から
燃焼装置に至る配管内での燃焼を防止するなどの安全上
の理由から、含まれる半導体材料ガスの濃度が燃焼範囲
以下の低濃度になるまで、窒素等の不活性ガスで希釈す
るようにしている。

【０００４】このため、従来の燃焼装置のように、大量
の空気や不活性ガスを流したり、水を散布したりするも
のでは、燃焼装置内の温度が十分に上がらないので、燃
焼が不十分になり低い分解率しか得られないという不都
合が発生している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記燃焼温度
を上げるために、燃焼装置に供給する空気や不活性ガ
ス，水の量を減らすと、バーナーの先端部や燃焼装置の
内壁に燃焼生成物が付着して連続運転が行えなくなる。
このようなことから、不完全に燃焼した後の排ガスをさ
らに空気で希釈し、前記有害成分を許容濃度以下にして
排気することが行われている。

【０００６】そこで本発明は、燃焼装置における内壁へ
の燃焼生成物の付着を防止しながら排ガス中の可燃性有
害成分を効率よく燃焼させることができる排ガスの燃焼
方法及び装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の排ガスの燃焼方法は、可燃性有害成分を
含む排ガスを支燃性ガスと混合して燃焼させ、除害処理
する排ガスの燃焼方法において、旋回流を形成して流下
する支燃性ガス中に、排ガスを流下させて混合燃焼させ
ることを特徴としている。

【０００８】また、本発明の排ガスの燃焼装置は、燃焼
炉の上部に、内側に排ガスの流路、外側に支燃性ガスの
流路を有する二重管からなり、該支燃性ガスの流路の出
口部に、支燃性ガスに旋回力を与えるスワラーあるいは
接線方向に支燃性ガスを導入するガス導入口等の旋回流
発生手段を設けたガス導入口を、底部に燃焼ガスの排出
口をそれぞれ設け、燃焼炉胴部を大径に形成して該大径
胴部と前記ガス導入口とを円錐面で接続するとともに、
該円錐面又は前記大径胴部にパイロットバーナーを設け
たことを特徴とし、さらに、前記パイロットバーナー
は、火炎噴出方向を燃焼炉の中心軸から偏心させて３本
以上設けられていることを特徴としている。

【０００９】なお、前記支燃性ガスとしては、通常は空
気を用いればよいが、排ガス中の可燃性有害成分濃度が
低いなどの理由で十分な燃焼が困難な場合には、酸素や
オゾン等の燃焼促進剤を添加した空気（ガス）を用いる
ことができる。

【００１０】

【作 用】上記構成の燃焼装置によれば、燃焼炉内に導
入される支燃性ガスは、ガス導入口に設けたスワラーあ
るいは接線方向から導入される支燃性ガスにより旋回流
となり、その遠心力で炉壁の円錐面に沿って流下する。
一方、可燃性有害成分を含む排ガスは、ガス導入口の中
心部から旋回流を形成している支燃性ガスの中央部に流
下する。したがって、排ガスは、初期には支燃性ガスと
ほとんど混合することなく、炉中心部のパイロットバー
ナーの火炎先端部まで至り、ここで排ガス中の可燃性有
害成分が支燃性ガスと接触して燃焼する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を、図面に示す一実施例に基づ
いて、さらに詳細に説明する。

【００１２】本実施例に示す燃焼炉１は、胴部１ａが大
径に形成され、その上下部１ｂ．１ｃが円錐面に形成さ
れたもので、上部には、内側に排ガスの流路２ａ、外側
に支燃性ガス、例えば空気の流路２ｂを有する二重管２
からなるガス導入口３が設けられ、下部には、排気管４
に連設する燃焼ガスの排出口４ａが設けられている。

【００１３】また、上記円錐面１ｂには、３本のパイロ
ットバーナー５，５が火炎噴出方向を下向きにして、か
つ、燃焼炉の中心軸ｃから偏心させた状態で取付けら
れ、前記支燃性ガスの流路２ｂの下端部には、該流路２
ｂから導入される支燃性ガスを旋回流として炉内に導入
するためのスワラー６が設けられている。

【００１４】上記のような構成の燃焼炉１において、炉
上部１ｂの円錐面の広がり角度は、４０〜１００度の範
囲が適当であり、この角度が４０度未満の場合には、支
燃性ガスが十分に広がらず、流路２ａからの排ガスが流
路２ｂからの支燃性ガスに巻き込まれて希釈され、可燃
性有害成分が更に低濃度になってしまうために燃焼効率
（分解率）が低下し、逆に１００度を超えると支燃性ガ
スが急激に広がり過ぎて旋回力が低下し、炉壁部に沿っ
て下降する旋回流が生じにくくなり、流路２ａから流下
する排ガスの方向に支燃性ガスが流れて同様に排ガスを
希釈することになり、分解率の低下を招く。

【００１５】また、前記スワラー６の羽根板６ａの角度
は、軸線に対して３０〜７５度の範囲が適当であり、こ
の角度が３０度未満だと排ガスが支燃性ガスにより短時
間で希釈されて分解率が低下するとともに、炉壁部を流
れる支燃性ガス量が少なくなって炉壁への燃焼生成物の
付着を生じる。７５度を超える場合は、炉壁部への支燃
性ガスによる排ガスの巻き込みが起こり、前記同様に分
解率が低下する。

【００１６】前記パイロットバーナー５は、プロパン等
の燃料ガスを空気等の支燃性ガスにより燃焼させて炉内
に火炎を噴出するもので、パイロットバーナー５の下向
き角度は、１０〜５０度が好ましく、下向き角度が小さ
く、水平に近くなると、火炎の上下方向の広がりが小さ
くなるために炉内の高温領域が狭くなり、また、下向き
角度を大きくし過ぎて垂直に近くなると各パイロットバ
ーナー５からの火炎が分散してしまうために中心部の温
度が十分に上がらず、いずれの場合も分解率が低下す
る。

【００１７】さらに、このパイロットバーナー５は、そ
の火炎噴出方向を、燃焼炉中心軸に対して炉中心部で１
５〜２０ｍｍ程度偏心させておくことが好ましい。偏心
量が少ない場合は、火炎が一点に集中するとともに、炉
内に形成される火炎による旋回流促進が十分に発揮でき
ずに高温領域が狭くなり、偏心量が多すぎると火炎が分
散して中心部の温度が十分に上がらないために分解率が
低下する。

【００１８】ここで、上記のようにパイロットバーナー
５を偏心させる場合は、パイロットバーナー５の本数を
３本以上とし、偏心方向を支燃性ガスの旋回方向と同一
にし、かつ、各パイロットバーナー５の偏心量を略同一
にするとともに、略等間隔で設けることが望ましい。ま
た、燃焼炉中心軸に対して火炎噴出方向を偏心させる手
段としては、図２に示すように、直管状のパイロットバ
ーナーを燃焼炉半径方向の線ｒに対してオフセットさせ
たりする他、傾けたり、バーナー先端部を曲げるなどの
方法により行うことができる。

【００１９】上記のように構成することにより、可燃性
有害成分を含む排ガスは、ガス導入口中心部の流路２ａ
から、スワラー６の作用で旋回流となって流下している
支燃性ガス中に流下し、支燃性ガスとほとんど混合する
ことなく炉中心部の高温領域Ｈに至り、ここで排ガス中
の可燃性有害成分が支燃性ガスと接触して燃焼する。

【００２０】すなわち、本発明によれば、排ガスを支燃
性ガスで希釈せずに炉中心部の高温領域Ｈに導くことが
でき、該高温領域Ｈで、排ガス中の可燃性有害成分に、
支燃性ガスの旋回流により該高温領域Ｈがその周囲より
やや低圧になること及び炉内での燃焼により対流が生じ
ることで上昇する支燃性ガスを接触させて燃焼させるこ
とができる。これにより、低濃度の可燃性有害成分でも
十分に燃焼させることができるとともに、炉壁内周を旋
回する支燃性ガスの流れにより燃焼により生じた生成物
が炉壁に付着することがなく、ガス導入口３から離れた
位置で燃焼するので、燃焼生成物がガス導入口３に付着
することもない。

【００２１】なお、燃焼炉各部の構成は、上記実施例に
限るものではなく、排ガスの処理量や含有する可燃性有
害成分の種類，濃度に応じて適宜に設定することが可能
であり、例えば、パイロットバーナーは、円錐面の広が
りや大径胴部の長さ等に応じて大径胴部に設けてもよ
く、また、パイロットバーナーの本数を変えたりするこ
とができる。さらに、上記実施例の燃焼炉では、大径胴
部から排出口に至る部分を逆円錐形に窄めているが、大
径胴部をそのまま排気管に接続してもよい。

【００２２】次に、上記構成の燃焼装置を用いてシラン
の燃焼実験を行った結果を説明する。 実験例１ 排ガスとして窒素ガス中にシランを１．０、０．５、
０．２各容量％含む３種類のガスを用いた。また、支燃
性ガスには空気を用い、パイロットバーナー５にはプロ
パンと空気の混合ガスを供給した。各ガスの流量は以下
の通りとした。

【００２３】 シラン＋窒素 ６ Ｎｍ³ ／ｈ 支燃性ガス（空気） ３ Ｎｍ³ ／ｈ プロパン ０．１ Ｎｍ³ ／ｈ プロパン用空気 ２．３８ Ｎｍ³ ／ｈ （理論
空気比＝１）

【００２４】また、燃焼炉１は、高さ４００ｍｍ、最大
径１６５．２ｍｍのものを用い、ガス導入口３の二重管
２の内管の径は３４．０ｍｍ、外管の径は４８．６ｍ
ｍ、排出口４ａの径は１０１．６ｍｍ、炉上部１ｂの円
錐面の広がり角度は６０度、スワラー６の角度は軸線に
対して７０度、パイロットバーナー５の下向き角度は３
０度とし、燃焼炉半径方向線に対して１５ｍｍオフセッ
トさせて取り付けた。

【００２５】その結果、燃焼排ガス中のシラン濃度は、
排ガス中のシラン濃度、１．０、０．５、０．２各容量
％に対して、それぞれ０．２７、１．１０、０．９５各
ｐｐｍとなり、シランの許容濃度５ｐｐｍを下回る十分
な除害能力を有することが認められた。

【００２６】実験例２ 実験例１において、炉上部１ｂの円錐面の広がり角度を
１５０度とした以外は同じ条件で実験を行った。その結
果、燃焼排ガス中のシラン濃度は、排ガス中のシラン濃
度、１．０、０．５、０．２各容量％に対して、それぞ
れ６．４５、５．５５、１１．４各ｐｐｍとなった。

【００２７】比較例 前記特開昭６２−１３４４１４号公報に記載された構成
の燃焼炉を用いて窒素中に０．２容量％のシランを含む
排ガスを処理したが、シランの大部分は燃焼せずに燃焼
排ガス中に残った。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の排ガスの
燃焼方法及び装置は、炉内に形成した旋回流中に可燃性
有害成分を含む排ガスを導入して燃焼させるので、低濃
度の可燃性有害成分でも十分に燃焼させて無害化するこ
とができるとともに、旋回する支燃性ガスが炉壁部分を
流れて燃焼生成物が炉壁に付着することを防止でき、半
導体製造装置から排出されるシラン，アルシン，ホスフ
ィン，ゲルマン，ジボラン等の可燃性有害成分を効率よ
く除害処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す燃焼装置の縦断面図
である。

【図２】 同じく横断面図である。

【図３】 同じく要部の切欠き正面図である。

【符号の説明】

１…燃焼炉、２…二重管、３…ガス導入口、４…排気
管、５…パイロットバーナー、６…スワラー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃性有害成分を含む排ガスを支燃性ガ
   スと混合して燃焼させ、除害処理する排ガスの燃焼方法
   において、旋回流を形成して流下する支燃性ガス中に、
   前記排ガスを流下させて混合燃焼させることを特徴とす
   る排ガスの燃焼方法。
2. 【請求項２】 可燃性有害成分を含む排ガスと支燃性ガ
   スとを燃焼炉に導入混合して燃焼させる排ガスの燃焼装
   置において、前記燃焼炉の上部に、内側に排ガスの流
   路、外側に支燃性ガスの流路を有する二重管からなり、
   該支燃性ガスの流路の出口部に支燃性ガスに旋回力を与
   えるスワラーを設けたガス導入口を、底部に燃焼ガスの
   排出口をそれぞれ設け、燃焼炉胴部を大径に形成して該
   大径胴部と前記ガス導入口とを円錐面で接続するととも
   に、該円錐面又は前記大径胴部にパイロットバーナーを
   設けたことを特徴とする排ガスの燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記スワラーに代えて、支燃性ガスの流
   路の出口部に、支燃性ガスの少なくとも一部を接線方向
   に導入する旋回流発生用のガス導入口を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の排ガスの燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記パイロットバーナーは、火炎噴出方
   向を燃焼炉の中心軸から偏心させて３本以上設けたこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の排ガスの燃焼装置。