TWI875315B - 具降低氮氧化物之焚燒爐裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,主要是該焚燒爐裝置係包括有一爐膛、一風道、一爐頭及一包圍遮罩的組合設計,且透過該風道讓該待處理氣體能輸送到該出風口,並經由該出風口與該包圍遮罩之間所留之氣道流出至該爐頭所產生燃燒火焰的前端,使能增加該待處理氣體中所含揮發性有化合物的破壞效率,而另一面為該爐頭之助燃氣體入口所進入的助燃氣體乃設計提升超過燃燒當量的20%至30%,而過剩的助燃氣體能使得該爐頭所產生的燃燒火焰溫度下降,藉此,該待處理氣體(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)經過所產生的燃燒火焰後能使其氮氧化物的產生減少,而具有降低氮氧化物產生的效能。
Description
本發明係有關於一種具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,尤指一種透過該待處理氣體(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)經過所產生的燃燒火焰後能使其氮氧化物的產生減少,使具有降低氮氧化物產生的效能,而適用於半導體產業、光電產業或化學相關產業的焚燒爐裝置或類似設備。
目前在半導體產業或光電產業的製造生產過程中都會產生具有揮發性有機氣體(VOCs),其中該揮發性有機氣體(VOCs)中含有氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)等化合物,而氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)等化合物是造成光化學煙霧、酸雨及人類呼吸道疾病的重要原因之一。
而揮發性有機氣體(VOCs)目前業界作法,大都是透過轉輪先進行吸附及脫附等程序後,再將濃縮脫附的氣體送入該焚燒爐來進行高溫分解。但是,在經過高溫分解的過程中,該氮氧化物(NOx)的生成和溫度有很大的關係,尤其是溫度夠高時,該氮氧化物(NOx)的生成量增加,隨著反應溫度(t)的升高,其反應速率按指數規律增加,且當反應溫度(t)小於1200度C時,該氮氧化物(NOx)的生成量不大,而當反應溫度(t)大於1300度C時,每增加100度C,則反應速率增大6~7倍。
從上述可發現該氮氧化物(NOx)的生成是一種緩慢的反應過程,是由燃燒空氣中的氮(N)與反應物如氧(O)和氫氧離子(OH)以及分子反應而成的,所以,在焚燒爐的高溫分解中,如何降低燃燒溫度或降低氧氣濃度變的是很重要的課題。
因此,本發明人有鑑於上述缺失,期能提出一種具有降低氮氧化物產生之效能的具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,令使用者可輕易操作組裝,乃潛心研思、設計組製,以提供使用者便利性,為本發明人所欲研發之發明動機者。
本發明之主要目的,在於提供一種具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,主要是該焚燒爐裝置係包括有一爐膛、一風道、一爐頭及一包圍遮罩的組合設計,且透過該風道讓該待處理氣體(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)能輸送到該出風口,並經由該出風口與該包圍遮罩之間所留之氣道流出至該爐頭所產生燃燒火焰的前端,使能增加該待處理氣體中所含揮發性有化合物的破壞效率,而另一面為該爐頭之助燃氣體入口所進入的助燃氣體(如空氣或氧氣)乃設計提升超過燃燒當量的20%至30%,而過剩的助燃氣體能使得該爐頭所產生的燃燒火焰溫度下降,藉此,該待處理氣體(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)經過所產生的燃燒火焰後能使其氮氧化物的產生減少,而具有降低氮氧化物產生的效能,進而增加整體之實用性。
本發明之次一目的,在於提供一種具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,透過該爐頭係設有一通道,而該氣體燃料管具有一氣體燃料入口、
至少一第一段氣口及至少一第二段氣口,且該氣體燃料管之第一段氣口係設於該爐頭之通道內,當該助燃氣體能進入該爐頭之通道內時,該助燃氣體能先在該爐頭之通道內與由該氣體燃料管之第一段氣口所噴出的部份氣體燃料預先進行混合,而混合部份氣體燃料的助燃氣體再流向該氣體燃料管之第二段氣口處,並與該第二段氣口所噴出的氣體燃料再混合,藉此,透過二段式的噴注氣體燃料,使燃燒火焰發生的預混順序與分配能更均勻,讓氮氧化物的產生減少,以達到改善氮氧化物排放之效能,進而增加整體之效率性。
本發明之再一目的,在於提供一種具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,透過該爐頭係結合於該爐膛上,而該爐頭之爐頭遮罩係位於該氣體燃料管之第二段氣口處,且該包圍遮罩之一端係結合於該爐頭遮罩,該包圍遮罩之另一端係自該風道之出風口穿出,其中該風道之出風口係大於該包圍遮罩,使該風道之出風口與該包圍遮罩之間係留有一氣道,當該氣體燃料由該第二段氣口噴出並產生一燃燒火焰時,該燃燒火焰係由該爐頭之爐頭遮罩穿過該包圍遮罩,並透過該包圍遮罩讓該燃燒火焰能避免被該待處理氣體(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)進入而影響該燃燒火焰噴出方向,使該燃燒火焰能聚集成一束狀,而具有集中之效果,進而增加整體之使用性。
為了能夠更進一步瞭解本發明之特徵、特點和技術內容,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,惟所附圖式僅提供參考與說明用,非用以限制本發明。
1:焚燒爐裝置
10:爐膛
11:氣體入口
12:氣體出口
20:風道
21:出風口
22:氣道
23:隔熱棉
30:爐頭
301:通道
31:爐頭遮罩
32:氣體燃料管
321:氣體燃料入口
322:第一段氣口
323:第二段氣口
33:助燃氣體入口
324:燃燒火焰
40:包圍遮罩
50:待處理氣體
60:助燃氣體
70:氣體燃料
81:第一熱交換器
811:第一冷側管路
812:第一熱側管路
813:第一冷側入口
814:第一冷側出口
82:第二熱交換器
821:第二冷側管路
822:第二熱側管路
823:第二冷側入口
824:第二冷側出口
83:第三熱交換器
831:第三冷側管路
832:第三熱側管路
833:第三冷側入口
834:第三冷側出口
84:第四熱交換器
841:第四冷側管路
842:第四熱側管路
843:第四冷側入口
844:第四冷側出口
85:第一冷側輸送管路
86:第四冷側輸送管路
91:第一熱交換器
911:第一冷側管路
912:第一熱側管路
913:第一冷側入口
914:第一冷側出口
92:第二熱交換器
921:第二冷側管路
922:第二熱側管路
923:第二冷側入口
924:第二冷側出口
93:第三熱交換器
931:第三冷側管路
932:第三熱側管路
933:第三冷側入口
934:第三冷側出口
94:第一冷側輸送管路
95:第三冷側輸送管路
第1圖係為本發明之第一種實施方式示意圖。
第2圖係為本發明之爐頭部份放大示意圖。
第3圖係為本發明之第二種實施方式示意圖。
請參閱第1~3圖,係為本發明實施例之示意圖,而本發明之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置的最佳實施方式係運用於半導體產業、光電產業或化學相關產業的焚燒爐裝置或類似設備,主要是透過該待處理氣體(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)經過該燃燒的火焰後能使其氮氧化物的產生減少,使具有降低氮氧化物產生的效能。
而本發明之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,主要是該焚燒爐裝置1係包括有一爐膛10、一風道20、一爐頭30及一包圍遮罩40的組合設計(如第1圖至第3圖所示),其中該焚燒爐裝置1可以是直燃式焚燒爐(TO),且該爐膛10係設有一氣體入口11及一氣體出口12,而該爐膛10之氣體入口11係供一待處理氣體50進入(如第2圖所示),其中該待處理氣體50係為含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣,而揮發性有機化合物如硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、氯氟煙(CFCs)等。
另該爐頭30係設有一通道301,而該爐頭30係設有一爐頭遮罩31、一氣體燃料管32及一助燃氣體入口33,其中該助燃氣體入口33係可以設於該通道301的一端或是側邊(如第2圖所示),且該助燃氣體入口33係供一助燃氣體60進入,其中該助燃氣體60係
為空氣、氧氣之其中任一,而該通道301的一端係可以設有風扇(圖未示),以增加該助燃氣體60流速,並使該助燃氣體60能進入該爐頭30之通道301內。另該氣體燃料管32具有一氣體燃料入口321、至少一第一段氣口322及至少一第二段氣口323(如第2圖所示),該氣體燃料管32之至少一第一段氣口322係位於該爐頭30之通道301內,而該爐頭遮罩31係位於該氣體燃料管32之第二段氣口323處,且該氣體燃料入口321係供一氣體燃料70進入,其中該氣體燃料70係為天然氣、瓦斯之其中任一,而該氣體燃料70係由該第一段氣口322噴出於該爐頭30之通道301內,另該氣體燃料70係由該第二段氣口323噴出,並產生一燃燒火焰324(如第2圖所示)。再者,該爐頭30係結合於該爐膛10上,其中該爐頭遮罩31係設有一安裝面板(圖未示),並透過該安裝面板來裝設於該爐膛10上,讓該爐頭30有部份是露在該爐膛10外面,而該氣體燃料管32之氣體燃料入口321係設於該爐膛10外(如第2圖所示),使該氣體燃料70方便經由該氣體燃料入口321進入,另該助燃氣體入口33亦設於該爐膛10外(如第2圖所示),使該助燃氣體60方便經由該助燃氣體入口33進入。
另該風道20係設於該爐膛10內,其中該風道20與該爐膛10之間係設有至少一隔熱棉23(如第2圖所示),以形成阻隔保護,且該風道20係由金屬材質製成,而該風道20係與該爐膛10之氣體入口11連接,使該待處理氣體50(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)能進入該風道20內,且該風道20係設有一出風口21,另該風道20之一處係供設置該爐頭30之爐頭遮罩31(如第2圖所
示),且該爐頭遮罩31係對應於該出風口21。再者,該包圍遮罩40係設於該爐膛10內,該包圍遮罩40係由金屬材質製成,其中該包圍遮罩40係呈錐形體、圓錐形體、喇叭形體、正方形體、圓形體之其中任一,以配合現況來設計實施,而該包圍遮罩40之一端係結合於該爐頭遮罩31(如第2圖所示),且該包圍遮罩40之另一端係自該風道20之出風口21穿出,其中該風道20之出風口21係大於該包圍遮罩40,使該風道20之出風口21與該包圍遮罩40之間係留有一氣道22(如第2圖所示),當該氣體燃料70由該第二段氣口323噴出並產生該燃燒火焰324時,該燃燒火焰324係由該爐頭30之爐頭遮罩31穿過該包圍遮罩40,並透過該包圍遮罩40讓該燃燒火焰324能避免被待處理氣體50(如含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣)進入而影響該燃燒火焰324噴出方向,使該燃燒火焰324能聚集成一束狀,而具有集中之效果。
而上述該風道20能讓該待處理氣體50能直接輸送到該出風口21,並經由該出風口21與該包圍遮罩40之間所留之氣道22流出至該爐頭30所產生燃燒火焰324的前端(如第2圖所示),再將由該爐頭30之助燃氣體入口33所進入的助燃氣體60提升超過燃燒當量的20%至30%,並藉由該助燃氣體60能進入該爐頭30之通道301內時,該助燃氣體60能先在該爐頭30之通道301內與由該氣體燃料管32之第一段氣口322所噴出的部份氣體燃料70預先進行混合,而混合部份氣體燃料70的助燃氣體60再流向該氣體燃料管32之第二段氣口323處,並與該第二段氣口323所噴出的氣體燃料70再混合,藉
此,透過二段式的噴注氣體燃料70,使燃燒火焰324發生的預混順序與分配能更均勻,而過剩的助燃氣體60能使得該爐頭30所產生的燃燒火焰324溫度下降,使該待處理氣體50經過所產生的燃燒火焰324後能使其氮氧化物的產生減少,而具有降低氮氧化物產生的效能。
另本發明的第一實施例中該焚燒爐裝置1為直燃式焚燒爐(TO)時,該爐膛10內係可以組裝有一第一熱交換器81、一第二熱交換器82、一第三熱交換器83及一第四熱交換器84(如第1圖所示),該第一熱交換器81係設有第一冷側管路811及第一熱側管路812,而該第一冷側管路811係具有一第一冷側入口813及一第一冷側出口814,該第二熱交換器82係設有第二冷側管路821及第二熱側管路822,而該第二冷側管路821係具有一第二冷側入口823及一第二冷側出口824,該第三熱交換器83係設有第三冷側管路831及第三熱側管路832,而該第三冷側管路831係具有一第三冷側入口833及一第三冷側出口834,該第四熱交換器84係設有第四冷側管路841及第四熱側管路842,而該第四冷側管路841係具有一第四冷側入口843及一第四冷側出口844,其中該第一冷側管路811與該第四冷側管路841之間係設有一第一冷側輸送管路85,該第一冷側輸送管路85的一端係與該第一冷側管路811的另一端連接,而該第一冷側管路811的另一端也就是指該第一冷側管路811之第一冷側出口814,該第一冷側輸送管路85的另一端係與該第四冷側管路841的一端連接,而該第四冷側管路841的一端也就是指該第四冷側管路841之第四冷側入口843,另該第四冷側管路841與該爐膛10之氣體入口1
1之間係設有一第四冷側輸送管路86,該第四冷側輸送管路86的一端係與該第四冷側管路841的另一端連接,而該第四冷側管路841的另一端也就是指該第四冷側管路841之第四冷側出口844,該第四冷側輸送管路86的另一端係與該爐膛10之氣體入口11連接。
而上述之該爐頭30將該待處理氣體50經過該燃燒火焰324後所產生降低氮氧化物的處理尾氣,係先輸送到該第四熱交換器84之第四熱側管路842的一側以進行熱交換(如第1圖所示),且由該第四熱交換器84之第四熱側管路842的另一側再輸送到該第三熱交換器83之第三熱側管路832的一側以進行熱交換,再由該第三熱交換器83之第三熱側管路832的另一側再輸送到該第二熱交換器82之第二熱側管路822的一側以進行熱交換,之後再由該第二熱交換器82之第二熱側管路822的另一側再輸送到該第一熱交換器81之第一熱側管路812的一側以進行熱交換,最後由該第一熱交換器81之第一熱側管路812的另一側來輸送到該爐膛10之氣體出口12。
另該第二熱交換器82的第二冷側入口823及該第二冷側出口824和第三熱交換器83的第三冷側入口833及該第三冷側出口834係分別供一第一吸附轉輪及一第二吸附轉輪(圖未示)的熱源使用,讓該第一吸附轉輪及該第二吸附轉輪能分別透過該第二熱交換器82及該第三熱交換器83來將欲脫附使用的氣體進行提升至所需溫度,以方便進行後續脫附使用。
另本發明的第二實施例中該焚燒爐裝置1為直燃式焚燒爐(TO)時,該爐膛10內係可以組裝有一第一熱交換器91、一第二熱交換器
92及一第三熱交換器93(如第3圖所示),該第一熱交換器91係設有第一冷側管路911及第一熱側管路912,而該第一冷側管路911係具有一第一冷側入口913及一第一冷側出口914,該第二熱交換器92係設有第二冷側管路921及第二熱側管路922,而該第二冷側管路921係具有一第二冷側入口923及一第二冷側出口924,該第三熱交換器93係設有第三冷側管路931及第三熱側管路932,而該第三冷側管路931係具有一第三冷側入口933及一第三冷側出口934,其中該第一冷側管路911與該第三冷側管路931之間係設有一第一冷側輸送管路94,該第一冷側輸送管路94的一端係與該第一冷側管路911的另一端連接,而該第一冷側管路911的另一端也就是指該第一冷側管路911之第一冷側出口914,該第一冷側輸送管路94的另一端係與該第三冷側管路931的一端連接,而該第三冷側管路931的一端也就是指該第三冷側管路931之第三冷側入口933,另該第三冷側管路931與該爐膛10之氣體入口11之間係設有一第三冷側輸送管路95,該第三冷側輸送管路95的一端係與該第三冷側管路931的另一端連接,而該第三冷側管路931的另一端也就是指該第三冷側管路931之第三冷側出口934,該第三冷側輸送管路95的另一端係與該爐膛10之氣體入口11連接。
而上述之該爐頭30將該待處理氣體50經過該燃燒火焰324後所產生降低氮氧化物的處理尾氣,係先輸送到該第三熱交換器93之第三熱側管路932的一側以進行熱交換(如第3圖所示),且由該第三熱交換器93之第三熱側管路932的另一側再輸送到該第二熱交換
器92之第二熱側管路922的一側以進行熱交換,再由該第二熱交換器92之第二熱側管路922的另一側再輸送到該第一熱交換器91之第一熱側管路912的一側以進行熱交換,最後由該第一熱交換器91之第一熱側管路912的另一側來輸送到該爐膛10之氣體出口12。
另該第二熱交換器92的第二冷側入口923及該第二冷側出口924係供一吸附轉輪(圖未示)的熱源使用,讓該吸附轉輪能透過該第二熱交換器92來將欲脫附使用的氣體進行提升至所需溫度,以方便進行後續脫附使用。
由以上詳細說明,可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的,實已符合專利法之規定,爰提出發明專利申請。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍;故,凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10:爐膛
11:氣體入口
20:風道
21:出風口
22:氣道
23:隔熱棉
30:爐頭
301:通道
31:爐頭遮罩
32:氣體燃料管
321:氣體燃料入口
322:第一段氣口
323:第二段氣口
33:助燃氣體入口
324:燃燒火焰
40:包圍遮罩
50:待處理氣體
60:助燃氣體
70:氣體燃料
Claims (20)
- 一種具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,該焚燒爐裝置係包括:一爐膛,該爐膛係設有一氣體入口及一氣體出口;一風道,該風道係設於該爐膛內,該風道係與該爐膛之氣體入口連接,該風道係設有一出風口;一爐頭,該爐頭係結合於該爐膛上,該爐頭係設有一通道,該爐頭係設有一爐頭遮罩、一氣體燃料管及一助燃氣體入口,該氣體燃料管具有一氣體燃料入口、至少一第一段氣口及至少一第二段氣口,該爐頭遮罩係位於該氣體燃料管之第二段氣口處;以及一包圍遮罩,該包圍遮罩之一端係結合於該爐頭遮罩,該包圍遮罩之另一端係自該風道之出風口穿出,該風道之出風口係大於該包圍遮罩,使該風道之出風口與該包圍遮罩之間係留有一氣道。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該氣體燃料管之氣體燃料入口係進一步設於該爐膛外。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該氣體燃料入口係進一步供一氣體燃料進入,該氣體燃料係為天然氣、瓦斯之其中任一。
- 如申請專利範圍第3項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該氣體燃料係進一步由該第一段氣口噴出於該爐頭之通道內。
- 如申請專利範圍第3項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該氣體燃料係進一步由該第二段氣口噴出,並產生一燃燒火焰。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該助 燃氣體入口係進一步設於該爐膛外。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該助燃氣體入口係進一步供一助燃氣體進入,該助燃氣體係進入該爐頭之通道內,該助燃氣體係為空氣、氧氣之其中任一。
- 如申請專利範圍第7項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該助燃氣體係進一步在該爐頭之通道內先與該氣體燃料管之第一段氣口所噴出的氣體進行預先混合,而混合後再流向該氣體燃料管之第二段氣口處。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該爐膛之氣體入口係進一步供一待處理氣體進入,該待處理氣體係為含一種以上具有揮發性有機化合物與空氣的混合氣。
- 如申請專利範圍第9項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該待處理氣體係進一步經由該風道輸送至該出風口,並由該風道之出風口與該包圍遮罩之間的該氣道流出。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該風道與該爐膛之間係進一步設有至少一隔熱棉。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該風道係進一步由金屬材質製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該包圍遮罩係進一步由金屬材質製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該包圍遮罩係進一步呈錐形體、圓錐形體、喇叭形體、正方形體、圓形 體之其中任一。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該爐膛內係進一步組裝有一第一熱交換器、一第二熱交換器、一第三熱交換器及一第四熱交換器,該第一熱交換器係設有第一冷側管路及第一熱側管路,該第二熱交換器係設有第二冷側管路及第二熱側管路,該第三熱交換器係設有第三冷側管路及第三熱側管路,該第四熱交換器係設有第四冷側管路及第四熱側管路。
- 如申請專利範圍第15項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該第一冷側管路與該第四冷側管路之間係進一步設有一第一冷側輸送管路,該第一冷側輸送管路的一端係與該第一冷側管路的另一端連接,該第一冷側輸送管路的另一端係與該第四冷側管路的一端連接。
- 如申請專利範圍第15項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該第四冷側管路與該爐膛之氣體入口之間係進一步設有一第四冷側輸送管路,該第四冷側輸送管路的一端係與該第四冷側管路的另一端連接,該第四冷側輸送管路的另一端係與該爐膛之氣體入口連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該爐膛內係進一步組裝有一第一熱交換器、一第二熱交換器及一第三熱交換器,該第一熱交換器係設有第一冷側管路及第一熱側管路,該第二熱交換器係設有第二冷側管路及第二熱側管路,該第三熱交換器係設有第三冷側管路及第三熱側管路。
- 如申請專利範圍第18項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該第一冷側管路與該第三冷側管路之間係進一步設有一第一冷側輸 送管路,該第一冷側輸送管路的一端係與該第一冷側管路的另一端連接,該第一冷側輸送管路的另一端係與該第三冷側管路的一端連接。
- 如申請專利範圍第18項所述之具降低氮氧化物之焚燒爐裝置,其中該第三冷側管路與該爐膛之氣體入口之間係進一步設有一第三冷側輸送管路,該第三冷側輸送管路的一端係與該第三冷側管路的另一端連接,該第三冷側輸送管路的另一端係與該爐膛之氣體入口連接。
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Patent Citations (5)
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