JP2008249273A - Heating furnace - Google Patents

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Noriyasu Kimura
憲泰 木村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for securely preventing corrosion of a heat exchanger by protecting a heat exchanger installed on an exhaust pipe from oxide of alkali metal, oxidized gas, corrosive gas or the like for a heating furnace which preheats air for combustion by utilizing exhaust heat of combustion exhaust gas. <P>SOLUTION: The heating furnace 20 is provided with the exhaust pipe 10 for exhausting the combustion exhaust gas generated by combustion in a furnace 26, and is also provided with: a pipe body 11 for distributing the combustion exhaust gas; and a heat exchange part 12 thermally connected to the combustion exhaust gas flowing the pipe body 11, and exchanging heat between the air for combustion supplied to the furnace 26 and the combustion exhaust gas. A ceramic coating layer 14 for preventing the combustion exhaust gas from directly contacting with the heat exchange part 12 is formed on a surface of the heat exchange part 12 through an intermediate joining layer 13. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、炉内の燃焼によって発生した燃焼排ガスを排出する排気管を備えた加熱炉に関する。   The present invention relates to a heating furnace provided with an exhaust pipe for discharging combustion exhaust gas generated by combustion in the furnace.

加熱炉は、炉内に向けて設置したバーナーを燃焼させ、その燃焼熱によって被処理物を処理する燃焼装置である。例えば、加熱炉の一つであるガラス溶融炉では、ガラス原料として二酸化ケイ素(珪砂)、炭酸ナトリウム(ソーダ灰)、および炭酸カルシウム等を炉内に供給し、ガスバーナーの燃焼による輻射熱によってガラス原料を溶融している。このとき、炉から排出される高温(例えば、800〜900℃)の排気ガスの熱を利用してバーナーに供給する燃焼用空気を予熱し、炉全体の熱効率を向上させることが従来から行われている(例えば、特許文献1を参照)。   The heating furnace is a combustion apparatus that burns a burner installed in the furnace and treats an object to be processed by the combustion heat. For example, in a glass melting furnace that is one of the heating furnaces, silicon dioxide (silica sand), sodium carbonate (soda ash), calcium carbonate, etc. are supplied into the furnace as glass raw materials, and the glass raw materials are radiated by the combustion of a gas burner. Is melting. At this time, conventionally, the combustion air supplied to the burner is preheated by using the heat of high-temperature (for example, 800 to 900 ° C.) exhaust gas discharged from the furnace to improve the thermal efficiency of the entire furnace. (For example, refer to Patent Document 1).

図5は、特許文献1に代表される従来の加熱炉50の概略構成図である。加熱炉50には、炉内に向けて燃料を燃焼させるバーナー51と、バーナー51に燃焼用空気を供給する送風手段52と、バーナー51に燃料を供給する燃料供給手段53と、炉内で発生した燃焼排ガスを排出する排気管54とが設けられている。この加熱炉50においては、送風手段52から延出する燃焼用空気供給管55を、排気管54の近傍を通過するように配設して熱交換部56を形成している。これにより、燃焼用空気は熱交換部56で加熱された後に、バーナー51に供給される。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional heating furnace 50 represented by Patent Document 1. In FIG. The heating furnace 50 includes a burner 51 for burning fuel into the furnace, a blower means 52 for supplying combustion air to the burner 51, a fuel supply means 53 for supplying fuel to the burner 51, and generated in the furnace. And an exhaust pipe 54 for discharging the exhausted combustion exhaust gas. In the heating furnace 50, a combustion air supply pipe 55 extending from the blowing means 52 is disposed so as to pass through the vicinity of the exhaust pipe 54, thereby forming a heat exchanging portion 56. Thus, the combustion air is heated by the heat exchanging unit 56 and then supplied to the burner 51.

ところで、加熱炉から排出される燃焼排ガスは、一般に、高温の酸化性雰囲気である。この酸化性雰囲気には、酸化性ガス(例えば、NOx、SOx)、腐食性ガス(例えば、塩化水素、硫化水素)、燃焼により発生した微粒子等が含まれている。このため、加熱炉の排気管には、通常、ステンレス材(例えば、SUS310S、SUS316)等の耐酸化性・耐腐食性の高い素材が使用される。   By the way, the combustion exhaust gas discharged from the heating furnace is generally a high-temperature oxidizing atmosphere. This oxidizing atmosphere contains oxidizing gas (for example, NOx, SOx), corrosive gas (for example, hydrogen chloride, hydrogen sulfide), fine particles generated by combustion, and the like. For this reason, materials having high oxidation resistance and corrosion resistance such as stainless steel (for example, SUS310S, SUS316) are usually used for the exhaust pipe of the heating furnace.

また、加熱炉の排気管のうち、酸化性ガスや腐食性ガス等によって腐食が発生する可能性のある部位に対し、酸化物系セラミックコーティングのようなコーティング処理を行うことも行われている(例えば、特許文献2を参照)。   In addition, a coating treatment such as an oxide-based ceramic coating is performed on a portion of the exhaust pipe of the heating furnace where corrosion may occur due to an oxidizing gas or a corrosive gas ( For example, see Patent Document 2).

特許文献2には、廃棄物焼却炉の熱交換部を構成する管部材の表面(燃焼排ガス接触面)を、酸化アルミニウム等のセラミックス被膜で被覆して保護する技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses a technique for protecting the surface (combustion exhaust gas contact surface) of a pipe member constituting a heat exchange part of a waste incinerator with a ceramic film such as aluminum oxide.

特開2003−329240号公報(図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-329240 (FIG. 1) 特開平10−274401号公報(第0007段落)JP 10-274401 A (paragraph 0007)

加熱炉が、ガラス原料(二酸化ケイ素、炭酸ナトリウム、および炭酸カルシウム等の混合物)を溶融し、ケイ酸ナトリウムを主成分とするガラス製品を製造するためのガラス溶融炉や、ナトリウム等のフラックスを溶湯中で攪拌し、不純物を酸化除去するフラックス処理を行うためのメッキ炉等である場合、その燃焼排ガス中にアルカリ金属(Na等)が混入することになる。このようなアルカリ金属を含む燃焼排ガスが、排気管に設置した熱交換部において、外部から導入した比較的低温の燃焼用空気との熱交換により冷却されると、燃焼排ガス中のアルカリ金属の酸化物が凝集し、熱交換部を構成する管体の壁面に堆積する場合がある。堆積したアルカリ金属の酸化物は、燃焼排ガス中の水分と反応し、強アルカリ性物質へと化学変化し得る。このような場合、管体に耐酸性の高いステンレス材を使用していたとしても、排気管の熱交換部は燃焼排ガスの接触面から腐食されるおそれがある。   A heating furnace melts a glass raw material (a mixture of silicon dioxide, sodium carbonate, calcium carbonate, etc.) and produces a glass melting furnace for producing glass products mainly composed of sodium silicate, or a flux of sodium or the like. In the case of a plating furnace or the like for performing flux treatment for stirring and removing impurities by oxidation, alkali metal (Na or the like) is mixed in the combustion exhaust gas. When such flue gas containing alkali metal is cooled by heat exchange with a relatively low-temperature combustion air introduced from the outside in a heat exchange section installed in the exhaust pipe, oxidation of the alkali metal in the flue gas is oxidized. In some cases, the material aggregates and accumulates on the wall surface of the tubular body constituting the heat exchange section. The deposited alkali metal oxide can react with moisture in the combustion exhaust gas and chemically change into a strong alkaline substance. In such a case, even if a highly acid-resistant stainless material is used for the pipe body, the heat exchange part of the exhaust pipe may be corroded from the contact surface of the combustion exhaust gas.

また、排気管の熱交換部の燃焼排ガス接触面にセラミックコーティング処理を行っているだけでは、一般に、コーティング材料(例えば、酸化物系セラミック)と熱交換部を構成する材料(例えば、ステンレス)とでは熱膨張率に差があるため、コーティング処理条件(例えば、材質、厚み等)が適切に設定されていなければ、熱交換部の燃焼排ガス接触面からコーティング層が剥離し、露出したステンレス地が強アルカリ性物質によって腐食される可能性がある。   Moreover, generally only by performing a ceramic coating process on the flue gas contact surface of the heat exchange part of the exhaust pipe, a coating material (for example, oxide-based ceramic) and a material constituting the heat exchange part (for example, stainless steel) Since there is a difference in the coefficient of thermal expansion, if the coating treatment conditions (for example, material, thickness, etc.) are not set properly, the coating layer will peel off from the flue gas contact surface of the heat exchange part, and the exposed stainless steel May be corroded by strong alkaline substances.

さらに、コーティング材料には、例えば、アルミニウムやクロムのように比較的蒸気圧が高い金属(すなわち、拡散速度が大きい金属)を主成分として含有しているものがある。また、コーティング処理の対象物であるステンレス地にも比較的蒸気圧が高いクロムやマンガン等の金属元素が含有されている。このようなコーティング材料を公知の成膜方法(例えば、CVD法、PVD法等)によって母材であるステンレス地の表面に成膜しようとすると、コーティング材料中の蒸気圧の大きい金属成分がステンレス地の表面から内部に過度に浸透したり、あるいはステンレス地中の蒸気圧の大きい金属成分が蒸発することになる。その結果、母材としてのステンレス地に微細孔や亀裂が形成されることで脆化が進行し、排気管の強度低下を招くおそれもある。   Furthermore, some coating materials contain, as a main component, a metal having a relatively high vapor pressure (ie, a metal having a high diffusion rate) such as aluminum or chromium. Further, a stainless steel ground that is an object of the coating treatment also contains a metal element such as chromium or manganese having a relatively high vapor pressure. When such a coating material is formed on the surface of a stainless steel base material by a known film formation method (eg, CVD method, PVD method, etc.), a metal component having a high vapor pressure in the coating material is formed on the stainless steel base. The metal component having a high vapor pressure in the stainless steel is evaporated. As a result, micropores and cracks are formed in the stainless steel as the base material, and embrittlement progresses, which may lead to a decrease in strength of the exhaust pipe.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気を予熱する加熱炉において、排気管に設置される熱交換器を、酸化性ガス、腐食性ガス、強アルカリ性物質へと化学変化し得るアルカリ金属酸化物等から保護し、当該熱交換器の腐食を確実に防止する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a heating furnace that preheats combustion air using exhaust heat of combustion exhaust gas, a heat exchanger installed in an exhaust pipe is replaced with an oxidizing gas, It is an object of the present invention to provide a technology that protects from corrosive gas, alkali metal oxide that can be chemically changed to a strong alkaline substance, and prevents corrosion of the heat exchanger.

本発明に係る加熱炉の特徴構成は、炉内の燃焼によって発生した燃焼排ガスを排出する排気管を備えた加熱炉であって、前記燃焼排ガスが流通する管体と、前記管体内を流れる前記燃焼排ガスと熱的に接続され、炉内に供給する燃焼用空気と前記燃焼排ガスとの熱交換が行われる熱交換部とを備え、前記燃焼排ガスが前記熱交換部に直接接触することを防止するセラミックコーティング層が、中間接合層を介して、前記熱交換部の表面に形成されている点にある。   A characteristic configuration of the heating furnace according to the present invention is a heating furnace including an exhaust pipe that discharges combustion exhaust gas generated by combustion in the furnace, the pipe body through which the combustion exhaust gas circulates, and the flow through the pipe body A heat exchange unit that is thermally connected to the combustion exhaust gas and heat exchange between the combustion air supplied to the furnace and the combustion exhaust gas is performed, and the combustion exhaust gas is prevented from coming into direct contact with the heat exchange unit The ceramic coating layer to be formed is formed on the surface of the heat exchange part via the intermediate bonding layer.

本構成の加熱炉では、燃焼排ガスが熱交換部に直接接触することを防止するコーティング層が形成されているので、熱交換部に酸化性・腐食性の強い燃焼排ガスや、強アルカリ性物質に化学変化し得るアルカリ金属の酸化物が直接接触することなく熱交換が行われ、その後燃焼排ガスを外部に排出することができる。従って、加熱炉の排気管に設置される熱交換部の腐食を防止することができる。また、熱交換部を構成する材料とコーティング層を構成する材料との熱膨張率が異なっている場合、両者をそのまま接合すると接合界面付近に内部応力が蓄積し、コーティング層が熱交換部の表面から剥離することがあるが、本構成では、コーティング層を、中間接合層を介して熱交換部の表面に形成しているので、コーティング層が容易に剥離することはない。これは、本来であれば熱膨張率の差に起因して発生する内部応力が、中間接合層の存在によって、吸収、分散、または低減され得るからである。従って、本構成を採用することにより、加熱炉の排気管に設置される熱交換部の腐食をより確実に防止することができる。   In the heating furnace of this configuration, a coating layer is formed to prevent combustion exhaust gas from coming into direct contact with the heat exchange part. Heat exchange can be performed without direct contact of the alkali metal oxide that can change, and then the combustion exhaust gas can be discharged to the outside. Therefore, corrosion of the heat exchange part installed in the exhaust pipe of the heating furnace can be prevented. In addition, when the thermal expansion coefficient of the material constituting the heat exchange part and the material constituting the coating layer are different, if the two are joined together, internal stress accumulates near the joint interface, and the coating layer is on the surface of the heat exchange part. However, in this configuration, since the coating layer is formed on the surface of the heat exchange part via the intermediate bonding layer, the coating layer is not easily peeled off. This is because the internal stress that would otherwise occur due to the difference in thermal expansion coefficient can be absorbed, dispersed, or reduced by the presence of the intermediate bonding layer. Therefore, by adopting this configuration, it is possible to more reliably prevent corrosion of the heat exchange unit installed in the exhaust pipe of the heating furnace.

本発明に係る加熱炉において、前記セラミックコーティング層は、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、およびこれらの混合物からなる群から選択される材料で構成されてもよい。   In the heating furnace according to the present invention, the ceramic coating layer may be made of a material selected from the group consisting of aluminum oxide, chromium oxide, titanium oxide, and a mixture thereof.

本構成の加熱炉では、セラミックコーティング層を上述のような適切な材料で構成しているので、加熱炉の排気管に設置される熱交換部は、酸化性・腐食性の強い燃焼排ガスや、強アルカリ性物質に化学変化し得るアルカリ金属の酸化物から確実に保護される。従って、熱交換部の腐食をより確実に防止することができる。なお、セラミックコーティング層は、上記材料の何れかを単独で用いてもよいが、上記材料の2種以上の混合物とすることもできる。   In the heating furnace of this configuration, the ceramic coating layer is made of an appropriate material as described above, so the heat exchange unit installed in the exhaust pipe of the heating furnace is a combustion exhaust gas with strong oxidizing and corrosiveness, It is surely protected from alkali metal oxides that can be chemically converted into strongly alkaline substances. Therefore, corrosion of the heat exchange part can be prevented more reliably. In addition, although either of the said materials may be used independently for a ceramic coating layer, it can also be set as the mixture of 2 or more types of the said material.

本発明に係る加熱炉において、前記中間接合層は、白金、イリジウム、レニウム、ルテニウム、およびこれらの混合物からなる群から選択される材料で構成されてもよい。   In the heating furnace according to the present invention, the intermediate bonding layer may be made of a material selected from the group consisting of platinum, iridium, rhenium, ruthenium, and a mixture thereof.

本構成の加熱炉では、中間接合層を上述のような適切な材料で構成しているので、熱交換部を構成する材料とコーティング層を構成する材料との熱膨張率の差を、中間接合層によって好適に、吸収、分散、または低減することができる。このため、コーティング層は容易に剥離することがない。従って、加熱炉の排気管に設置される熱交換部の腐食をより確実に防止することができる。なお、中間接合層は、上記材料の何れかを単独で用いてもよいが、上記材料の2種以上の混合物とすることもできる。   In the heating furnace having this configuration, the intermediate bonding layer is made of an appropriate material as described above, and therefore, the difference in thermal expansion coefficient between the material forming the heat exchange part and the material forming the coating layer is determined by intermediate bonding. Depending on the layer, it can be absorbed, dispersed or reduced. For this reason, a coating layer does not peel easily. Therefore, corrosion of the heat exchange part installed in the exhaust pipe of the heating furnace can be prevented more reliably. In addition, although either of the said materials may be used independently for an intermediate | middle joining layer, it can also be set as the mixture of 2 or more types of the said material.

本発明に係る加熱炉において、前記熱交換部は、前記燃焼排ガスが内部を流通するスリーブと、前記スリーブの周囲に形成され、当該スリーブとの間に前記燃焼用空気が流通する筒状ジャケットとを有していてもよい。   In the heating furnace according to the present invention, the heat exchanging portion includes a sleeve through which the combustion exhaust gas circulates, and a cylindrical jacket formed around the sleeve and through which the combustion air circulates. You may have.

本構成の加熱炉では、熱交換部がスリーブと筒状ジャケットとを有しており、燃焼排ガスがスリーブの内部を流通する構成となっている。このため、燃焼排ガスの流通が殆んど妨げられることなく、燃焼排ガスと燃焼用空気との熱交換を容易に行うことができる。また、燃焼用空気はスリーブと当該スリーブの周囲に形成された筒状ジャケットとの間を流通するので、熱交換部において熱交換が行われる部位の有効面積を大きくとることが可能であり、その結果、良好な熱交換効率を達成することができる。さらに、燃焼排ガスが流通するスリーブは簡単な構成であるので、中間接合層やセラミックコーティング層を容易に形成することができる。   In the heating furnace having this configuration, the heat exchanging portion has a sleeve and a cylindrical jacket, and the combustion exhaust gas is circulated through the sleeve. For this reason, the heat exchange between the combustion exhaust gas and the combustion air can be easily performed without substantially disturbing the flow of the combustion exhaust gas. In addition, since the combustion air flows between the sleeve and the cylindrical jacket formed around the sleeve, it is possible to increase the effective area of the portion where heat exchange is performed in the heat exchange section. As a result, good heat exchange efficiency can be achieved. Furthermore, since the sleeve through which the combustion exhaust gas flows has a simple configuration, an intermediate bonding layer and a ceramic coating layer can be easily formed.

本発明に係る加熱炉は、炉内でアルカリ金属を含有する材料を加熱するものであってもよい。   The heating furnace according to the present invention may heat a material containing an alkali metal in the furnace.

本構成の加熱炉は、上述したように、酸化性・腐食性の強い燃焼排ガスや、強アルカリ性物質に化学変化し得るアルカリ金属の酸化物によって腐食され難いという特徴を有する。このため、炉内でアルカリ金属を含有する材料を加熱したとしても、加熱炉の損傷が発生し難く、補修、メンテナンス、清掃等の手間を従来に比べて省くことができる。その結果、加熱炉の操業に関するランニングコストを低減することができる。   As described above, the heating furnace having this configuration has a feature that it is difficult to be corroded by combustion exhaust gas having strong oxidizing and corrosive properties and alkali metal oxides that can be chemically changed to strongly alkaline substances. For this reason, even if the material containing an alkali metal is heated in the furnace, damage to the heating furnace hardly occurs, and troubles such as repair, maintenance, and cleaning can be saved as compared with the conventional case. As a result, the running cost related to the operation of the heating furnace can be reduced.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態および図面に記載した構成に限定されるものではなく、これらと均等な構成も含む。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the structure described in the following embodiment and drawing, The structure equivalent to these is also included.

図1は、本発明の加熱炉の概略構成図である。本実施形態では、加熱炉はガラス溶融炉20として使用される。ガラス溶融炉20には、バーナー21、送風手段22、燃焼用空気供給管23、燃料供給手段24、燃料供給管25が備えられ、さらに排気管10が備えられている。本実施形態では、図示されるように、炉内26に向けて4台のバーナー21が設置されている。この4台のバーナー21は、2台ずつを炉壁27の左右の対向する位置に振り分けて所定の間隔をあけて配置されている。左右のバーナー21は、所定時間毎に交互に燃焼状態とすることで交番燃焼が行われる。これにより、炉内26のガラス原料の加熱ムラが低減される。ガラス溶融炉20において使用されるバーナー21としては、例えば、スロートミクス式ガスバーナー等の直接加熱方式のバーナーや、ラジアントチューブバーナー等の間接加熱方式のバーナー等が挙げられる。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a heating furnace according to the present invention. In the present embodiment, the heating furnace is used as the glass melting furnace 20. The glass melting furnace 20 is provided with a burner 21, a blowing means 22, a combustion air supply pipe 23, a fuel supply means 24, a fuel supply pipe 25, and an exhaust pipe 10. In the present embodiment, as shown in the figure, four burners 21 are installed toward the furnace 26. The four burners 21 are arranged at predetermined intervals by distributing two burners to left and right opposing positions of the furnace wall 27. The left and right burners 21 are alternately burned at predetermined time intervals to perform alternating combustion. Thereby, the heating nonuniformity of the glass raw material in the furnace 26 is reduced. Examples of the burner 21 used in the glass melting furnace 20 include a direct heating type burner such as a throat mix type gas burner, an indirect heating type burner such as a radiant tube burner, and the like.

各バーナー21には、送風手段22からの燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給管23と、燃料供給手段24からの燃料を供給する燃料供給管25とが接続されている。送風手段22としては、図示したようなブロアー22aを使用することができるが、この他に空気ボンベから空気を供給する構成としても良い。燃料供給手段24としては、図示したような燃料タンク(または燃料ボンベ)24aからガス等の燃料を必要に応じて供給する構成とすることができるが、地中等に埋設される燃料管(ガス管)から直接燃料(ガス)を供給する構成としても良い。   Each burner 21 is connected to a combustion air supply pipe 23 that supplies combustion air from the blower means 22 and a fuel supply pipe 25 that supplies fuel from the fuel supply means 24. The blower 22a as shown in the figure can be used as the air blowing means 22, but it is also possible to supply air from an air cylinder. The fuel supply means 24 may be configured to supply fuel such as gas from a fuel tank (or fuel cylinder) 24a as shown in the figure as needed, but a fuel pipe (gas pipe) buried in the ground or the like. It is good also as a structure which supplies fuel (gas) directly from.

4台のバーナー21の燃焼状態は、図示しない制御手段によって、個別にあるいは左右別に自動制御することができる。制御手段は、例えば、温度センサ等によって炉内26の温度を監視しながら、予めプログラムされた設定値に合わせてON−OFF制御やPID制御等を行うことができる。   The combustion states of the four burners 21 can be automatically controlled individually or left and right by control means (not shown). For example, the control means can perform ON-OFF control, PID control, and the like in accordance with a preset value while monitoring the temperature in the furnace 26 with a temperature sensor or the like.

ガラス溶融炉20の炉壁27には、炉内26の燃焼によって発生した燃焼排ガスを排出する排気管10が接続されている。この排気管10の構成を、図2および図3を参照して詳しく説明する。   An exhaust pipe 10 for discharging combustion exhaust gas generated by combustion in the furnace 26 is connected to the furnace wall 27 of the glass melting furnace 20. The configuration of the exhaust pipe 10 will be described in detail with reference to FIGS.

図2において、(a)は排気管10の縦断面図であり、(b)は(a)で示した排気管10のA−Aにおける横断面図である。図3は、排気管10を構成する熱交換器12の内部表面(燃焼排ガスの接触面)付近の拡大断面図である。   2, (a) is a longitudinal sectional view of the exhaust pipe 10, and (b) is a transverse sectional view taken along line AA of the exhaust pipe 10 shown in (a). FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the inner surface (contact surface of the combustion exhaust gas) of the heat exchanger 12 constituting the exhaust pipe 10.

排気管10は、管体11と熱交換部12とを備えている。管体11は、ステンレス材(SUS310S、SUS316)等の耐酸化性・耐腐食性の高い材質で構成され、内部を燃焼排ガスが流通可能なように構成されている。本実施形態では、管体11は、第1管体11aと第2管体11bとに二分割されているが、管体11を一体物として構成することも勿論可能である。   The exhaust pipe 10 includes a tube body 11 and a heat exchange unit 12. The pipe body 11 is made of a material having high oxidation resistance and corrosion resistance such as stainless steel (SUS310S, SUS316), and is configured so that combustion exhaust gas can flow therethrough. In the present embodiment, the tubular body 11 is divided into two parts, the first tubular body 11a and the second tubular body 11b, but it is of course possible to configure the tubular body 11 as an integral body.

熱交換部12は、ガラス溶融炉20に供給する燃焼用空気と燃焼排ガスとの熱交換を行う熱交換器である。熱交換部12は、ステンレス材を円筒状に形成したスリーブ12aと、当該スリーブ12aの周囲に形成された筒状ジャケット12bとを有している。スリーブ12aの両端部には、熱交換部12本体を第1管体11aおよび第2管体11bに対して連結するためのフランジ部12cが夫々設けられている。本実施形態では、熱交換部12を第1管体11aと第2管体11bとの間に挟み込み、熱交換部12と管体11とを連通可能に接続している。このように、熱交換部12は、管体11の内部を流れる燃焼排ガスと熱的に接続される。   The heat exchange unit 12 is a heat exchanger that performs heat exchange between combustion air supplied to the glass melting furnace 20 and combustion exhaust gas. The heat exchange unit 12 includes a sleeve 12a in which a stainless material is formed in a cylindrical shape, and a cylindrical jacket 12b formed around the sleeve 12a. At both ends of the sleeve 12a, flange portions 12c for connecting the heat exchange unit 12 main body to the first tube body 11a and the second tube body 11b are provided. In this embodiment, the heat exchange part 12 is inserted | pinched between the 1st pipe body 11a and the 2nd pipe body 11b, and the heat exchange part 12 and the pipe body 11 are connected so that communication is possible. In this way, the heat exchange unit 12 is thermally connected to the combustion exhaust gas flowing inside the tube body 11.

本実施形態の構成によれば、熱交換部12のフランジ部12cを第1管体11aおよび第2管体11bの側に夫々合わせてボルト等で締結するだけの簡単な作業を行うだけで、熱交換部12を管体11に対して容易に取り付けることができる。また、熱交換部12を管体11から取り外す場合には、上記と逆の作業を行えば良い。従って、本実施形態の加熱炉20では、熱交換部12の清掃や交換が容易である。   According to the configuration of the present embodiment, the flange portion 12c of the heat exchanging portion 12 is simply aligned with the first tube body 11a and the second tube body 11b, respectively, and is simply tightened with a bolt or the like. The heat exchange part 12 can be easily attached to the tube body 11. Moreover, what is necessary is just to perform the operation | work reverse to the above, when removing the heat exchange part 12 from the pipe body 11. FIG. Therefore, in the heating furnace 20 of the present embodiment, the heat exchange unit 12 can be easily cleaned and replaced.

なお、管体11を一体物とする場合には、熱交換部12は管体11の上流側または下流側の端部に接続すればよく、この場合、スリーブ12aの一方の端部にのみフランジ部12cを設ければよい。   When the tube body 11 is an integral body, the heat exchanging portion 12 may be connected to the upstream end portion or the downstream end portion of the tube body 11, and in this case, only one end portion of the sleeve 12a is flanged. What is necessary is just to provide the part 12c.

スリーブ12aの内部には、炉内26で発生した燃焼排ガスが流通する。一方、スリーブ12aと筒状ジャケット12bとの間には、送風手段22であるブロアーで発生させた燃焼用空気が、燃焼用空気供給管23を通って導入される。このとき、高温の燃焼排ガスと低温の燃焼用空気との熱交換が、スリーブ12aの壁部を介して行われる。   The combustion exhaust gas generated in the furnace 26 flows through the sleeve 12a. On the other hand, between the sleeve 12 a and the cylindrical jacket 12 b, combustion air generated by a blower that is a blowing means 22 is introduced through a combustion air supply pipe 23. At this time, heat exchange between the high-temperature combustion exhaust gas and the low-temperature combustion air is performed through the wall portion of the sleeve 12a.

このように、燃焼排ガスがスリーブ12aの内部を流通する構成とすることで、燃焼排ガスの流通が殆んど妨げられることなく、燃焼排ガスと燃焼用空気との熱交換を容易に行うことができる。また、燃焼用空気がスリーブ12aと当該スリーブ12aの周囲に形成された筒状ジャケット12bとの間を流通する構成とすることで、熱交換部12において熱交換が行われる部位の有効面積を大きくとることが可能となる。その結果、熱交換部12において良好な熱交換効率を達成することができる。   In this way, by adopting a configuration in which the combustion exhaust gas circulates inside the sleeve 12a, heat exchange between the combustion exhaust gas and the combustion air can be easily performed without substantially impeding the distribution of the combustion exhaust gas. . In addition, by configuring the combustion air to flow between the sleeve 12a and the cylindrical jacket 12b formed around the sleeve 12a, the effective area of the portion where heat exchange is performed in the heat exchange unit 12 is increased. It is possible to take. As a result, good heat exchange efficiency can be achieved in the heat exchange section 12.

ところで、加熱炉が本実施形態のようなガラス溶融炉である場合、その燃焼排ガスには多量のアルカリ金属酸化物(ナトリウム酸化物)が含まれている。この燃焼排ガスが熱交換部12において冷却されると、熱交換による温度低下によって燃焼排ガス中の酸化ナトリウムが凝集し、スリーブ12aの内壁に付着する。そして、この付着した酸化ナトリウムは、燃焼排ガス中に含まれる水分と反応し、強アルカリ性物質である水酸化ナトリウムへと化学変化し得る。水酸化ナトリウムは、ステンレス材等の耐酸化性・耐腐食性の高い材質に対しても腐食性を有するため、熱交換部12を損傷するおそれがある。   By the way, when a heating furnace is a glass melting furnace like this embodiment, the combustion exhaust gas contains a lot of alkali metal oxides (sodium oxide). When this combustion exhaust gas is cooled in the heat exchanging section 12, sodium oxide in the combustion exhaust gas aggregates due to a temperature drop due to heat exchange and adheres to the inner wall of the sleeve 12a. The attached sodium oxide reacts with moisture contained in the combustion exhaust gas, and can chemically change to sodium hydroxide, which is a strong alkaline substance. Since sodium hydroxide is corrosive even to a material having high oxidation resistance and corrosion resistance such as stainless steel, there is a possibility of damaging the heat exchanging portion 12.

そこで、本実施形態では、ナトリウムを含有する燃焼排ガスが熱交換部12に直接接触することを防止するために、図3に示すように、熱交換部12(スリーブ12a)を構成するステンレス地の内側表面に中間結合層13を介してセラミックコーティング層14を形成している。セラミックコーティング層14としては、耐酸性および耐アルカリ性に優れた酸化物系セラミックス材料を使用することができる。酸化物系セラミックス材料としては、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バリウム等が挙げられるが、特に、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタンは、性能、加工性、入手容易性、価格等の点で好ましい。また、これらの酸化系セラミックス材料を2種以上混合しても良く、この場合、混合物を共晶または混晶の形態で使用することができる。   Therefore, in the present embodiment, in order to prevent combustion exhaust gas containing sodium from coming into direct contact with the heat exchanging portion 12, as shown in FIG. 3, the stainless steel ground that constitutes the heat exchanging portion 12 (sleeve 12a) is used. A ceramic coating layer 14 is formed on the inner surface via an intermediate bonding layer 13. As the ceramic coating layer 14, an oxide ceramic material having excellent acid resistance and alkali resistance can be used. Examples of the oxide-based ceramic material include aluminum oxide, chromium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, barium oxide, etc. In particular, aluminum oxide, chromium oxide, and titanium oxide are performance, workability, availability, and price. Etc. are preferable. Two or more kinds of these oxide ceramic materials may be mixed. In this case, the mixture can be used in the form of a eutectic or mixed crystal.

セラミックコーティング層14の厚みは、例えば、スリーブ12aを構成するステンレス材(母材)の厚みに対して0.05〜5%に設定することが好ましい。例えば、ステンレス材の厚みを10mmとした場合、セラミックコーティング層14の厚み範囲は5〜500μmとなる。最も好ましいセラミックコーティング層14の厚みは、ステンレス材の厚みの4%(10mmのステンレス材の場合では、400μm)程度である。セラミックコーティング層14の厚みがステンレス材の厚みの0.05%より小さいとセラミックコーティング層14は排気管10に対して十分に耐腐食性を付与することができず、5%より大きいとセラミックコーティング層14はステンレス材の熱膨張の影響を受けて剥離し易くなる。   For example, the thickness of the ceramic coating layer 14 is preferably set to 0.05 to 5% with respect to the thickness of the stainless steel (base material) constituting the sleeve 12a. For example, when the thickness of the stainless steel material is 10 mm, the thickness range of the ceramic coating layer 14 is 5 to 500 μm. The most preferable thickness of the ceramic coating layer 14 is about 4% of the thickness of the stainless steel (400 μm in the case of a 10 mm stainless steel). If the thickness of the ceramic coating layer 14 is smaller than 0.05% of the thickness of the stainless steel material, the ceramic coating layer 14 cannot sufficiently provide corrosion resistance to the exhaust pipe 10, and if the thickness is larger than 5%, the ceramic coating layer The layer 14 is easily peeled off under the influence of the thermal expansion of the stainless material.

上記のように、最適な条件でセラミックコーティング層14を形成することにより、熱交換部12に酸化性・腐食性の強い燃焼排ガスやアルカリ金属の酸化物が直接接触することなく熱交換が行われ、その後燃焼排ガスを外部に排出することができる。その結果、加熱炉20の排気管10に設置される熱交換部12の腐食を防止することができる。   As described above, by forming the ceramic coating layer 14 under optimum conditions, heat exchange is performed without direct contact between the heat exchange section 12 and combustion oxides or alkali metal oxides having strong oxidizing and corrosive properties. Thereafter, the combustion exhaust gas can be discharged to the outside. As a result, corrosion of the heat exchange unit 12 installed in the exhaust pipe 10 of the heating furnace 20 can be prevented.

ところで、熱交換部12を構成する材料とセラミックコーティング層14を構成する材料との間において、両者の熱膨張率が異なっていることがある。このような場合において、熱交換部12の表面にセラミックコーティング層14をそのまま接合すると、接合界面付近に内部応力が蓄積し、セラミックコーティング層14が熱交換部12の表面から剥離するおそれがある。これに対し、本発明では、セラミックコーティング層14を、中間接合層13を介して熱交換部12の表面に形成している。このため、セラミックコーティング層14が容易に剥離することはない。これは、本来であれば熱膨張率の差異に起因して発生する内部応力が、中間接合層13の存在によって吸収、分散、または低減され得るからである。このような中間結合層13としては、貴金属材料が好適に使用される。特に、白金、イリジウム、レニウム、ルテニウムは、接合材料としての性能が優れているため好ましい。なお、これらの貴金属材料を2種以上混合した合金を中間結合層13として使用することも可能である。   By the way, between the material which comprises the heat exchange part 12, and the material which comprises the ceramic coating layer 14, both thermal expansion coefficient may differ. In such a case, if the ceramic coating layer 14 is bonded to the surface of the heat exchange unit 12 as it is, internal stress accumulates near the bonding interface, and the ceramic coating layer 14 may be peeled off from the surface of the heat exchange unit 12. On the other hand, in the present invention, the ceramic coating layer 14 is formed on the surface of the heat exchanging portion 12 via the intermediate bonding layer 13. For this reason, the ceramic coating layer 14 does not peel easily. This is because the internal stress that would otherwise occur due to the difference in thermal expansion coefficient can be absorbed, dispersed, or reduced by the presence of the intermediate bonding layer 13. As such an intermediate bonding layer 13, a noble metal material is preferably used. In particular, platinum, iridium, rhenium, and ruthenium are preferable because of their excellent performance as a bonding material. An alloy in which two or more of these noble metal materials are mixed can be used as the intermediate bonding layer 13.

中間接合層13の厚みは、セラミックコーティング層14の厚みに対して5〜20%に設定することが好ましい。例えば、厚み10mmのステンレス材にセラミックコーティング層14を最も好ましい400μmの厚みで形成している場合、中間接合層13の厚みは20〜80μmとなる。中間接合層13の厚みがセラミックコーティング層14の厚みの5%より小さいと中間接合層としての効果が期待できず、20%より大きいとセラミックコーティング層14と中間接合層13との間に極めて蒸気圧の高い貴金属の酸化物が生成し、セラミックコーティング層14が中間接合層13から剥離するおそれがある。   The thickness of the intermediate bonding layer 13 is preferably set to 5 to 20% with respect to the thickness of the ceramic coating layer 14. For example, when the ceramic coating layer 14 is formed on a stainless steel material having a thickness of 10 mm with the most preferable thickness of 400 μm, the thickness of the intermediate bonding layer 13 is 20 to 80 μm. If the thickness of the intermediate bonding layer 13 is less than 5% of the thickness of the ceramic coating layer 14, the effect as the intermediate bonding layer cannot be expected, and if it is greater than 20%, the vapor between the ceramic coating layer 14 and the intermediate bonding layer 13 is extremely high. There is a possibility that an oxide of a noble metal having a high pressure is generated and the ceramic coating layer 14 is peeled off from the intermediate bonding layer 13.

上記セラミックコーティング層14および中間結合層13を構成する材料の種類は、燃焼排ガスの成分、温度、処理量等の条件に応じて、最適に組み合わせることができる。また、セラミックコーティング層14および中間結合層13の形成方法については、材料の特性に応じて最適な方法を選択することができ、例えば、溶射法、CVD法、PVD法、スパッタリング法等で行うことができる。   The types of materials constituting the ceramic coating layer 14 and the intermediate bonding layer 13 can be optimally combined depending on conditions such as components of combustion exhaust gas, temperature, and processing amount. In addition, as a method for forming the ceramic coating layer 14 and the intermediate bonding layer 13, an optimum method can be selected according to the characteristics of the material, for example, a thermal spraying method, a CVD method, a PVD method, a sputtering method, or the like. Can do.

このように、適切な材料、条件、および方法によって、熱交換部12のスリーブ12aに中間接合層13を形成し、その中間接合層13の上にセラミックコーティング層14を形成すると、セラミックコーティング層14は容易に剥離しない。その結果、排気管10に設置される熱交換部12の腐食をより確実に防止することができる。また、燃焼排ガスが流通するスリーブは比較的簡単な構成であるので、上記中間接合層13やセラミックコーティング層14を容易に形成することができる。   As described above, when the intermediate bonding layer 13 is formed on the sleeve 12a of the heat exchange unit 12 and the ceramic coating layer 14 is formed on the intermediate bonding layer 13 by an appropriate material, condition, and method, the ceramic coating layer 14 is formed. Does not peel easily. As a result, corrosion of the heat exchange unit 12 installed in the exhaust pipe 10 can be more reliably prevented. Further, since the sleeve through which the combustion exhaust gas flows has a relatively simple configuration, the intermediate bonding layer 13 and the ceramic coating layer 14 can be easily formed.

このように、加熱炉20において、炉内でアルカリ金属を含有する材料を加熱したとしても、酸化性・腐食性の強い燃焼排ガスや、強アルカリ性物質に化学変化し得るアルカリ金属の酸化物によって腐食され難いという特徴を備えた上記排気管10を採用することで、加熱炉20を補修したり、メンテナンスしたり、清掃したりする手間を従来に比べて省くことができる。これにより、加熱炉20の操業に関するランニングコストを低減することができる。   As described above, in the heating furnace 20, even when an alkali metal-containing material is heated in the furnace, it is corroded by combustion exhaust gas having strong oxidizing and corrosive properties or oxide of alkali metal that can be chemically changed to a strong alkaline substance. By adopting the exhaust pipe 10 having the feature that it is difficult to be performed, it is possible to save time and labor for repairing, maintaining, and cleaning the heating furnace 20 as compared with the related art. Thereby, the running cost regarding the operation of the heating furnace 20 can be reduced.

〔別実施形態〕
次に、本発明の別実施形態について説明する。図4において、(a)は別実施形態による加熱炉に使用する排気管30の縦断面図であり、(b)は(a)で示した排気管30のB−Bにおける横断面図である。排気管30は、上記実施形態と同様に、管体31と熱交換部32とを備えている。しかし、本別実施形態では、管体31が一体物であり、熱交換部32が管体31の側部を貫通する貫通管32aとして構成されている点が異なっている。ただし、このような構成であっても、熱交換部32は、貫通管32aの内部を流れる燃焼排ガスと熱的に接続されている。貫通管32aは、その外表面のうち、管体31の内部に露出している部分に中間結合層13を介してセラミックコーティング層14が形成されている。中間結合層13およびセラミックコーティング層14に関する形成条件は、上記実施形態と同様である。
[Another embodiment]
Next, another embodiment of the present invention will be described. 4, (a) is a longitudinal sectional view of the exhaust pipe 30 used in the heating furnace according to another embodiment, and (b) is a transverse sectional view taken along the line BB of the exhaust pipe 30 shown in (a). . The exhaust pipe 30 includes a pipe body 31 and a heat exchanging section 32 as in the above embodiment. However, the present embodiment is different in that the tube body 31 is a single body, and the heat exchanging portion 32 is configured as a through tube 32 a that penetrates the side portion of the tube body 31. However, even with such a configuration, the heat exchanging unit 32 is thermally connected to the combustion exhaust gas flowing inside the through pipe 32a. The through pipe 32 a has a ceramic coating layer 14 formed on the outer surface of the through pipe 32 a via the intermediate bonding layer 13 at a portion exposed inside the pipe body 31. The formation conditions for the intermediate bonding layer 13 and the ceramic coating layer 14 are the same as in the above embodiment.

本別実施形態においても、熱交換部32に酸化性・腐食性の強い燃焼排ガスやアルカリ金属の酸化物が直接接触することなく熱交換が行われ、その後燃焼排ガスを外部に排出することができる。このため、排気管30に設置される熱交換部32の腐食を有効に防止することができる。また、本別実施形態の排気管30は構成が簡単であることから、製造コストを低減することができる。   Also in the present embodiment, heat exchange can be performed without direct contact between the heat exchanging part 32 and the exhaust gas or alkali metal oxide having strong oxidizing and corrosive properties, and then the combustion exhaust gas can be discharged to the outside. . For this reason, corrosion of the heat exchange part 32 installed in the exhaust pipe 30 can be effectively prevented. Moreover, since the exhaust pipe 30 of this another embodiment has a simple configuration, the manufacturing cost can be reduced.

本発明の加熱炉における防食技術は、上記実施形態および別実施形態で説明したガラス溶融炉に限らず、焼却炉、燃焼炉、熱処理炉等の各種炉においても利用することができる。また、加熱炉以外の燃焼装置においても本発明の防食技術を応用することも可能である。例えば、排気ガスの熱を再利用する自動車の排熱利用装置において、本発明と同様に熱交換器を構成する管部材に中間接合層を介してセラミックコーティング層を適切な条件で形成することができる。これにより、高温の排気ガスの接触による熱交換器の腐食を防止することができる。   The anticorrosion technique in the heating furnace of the present invention can be used not only in the glass melting furnace described in the above embodiment and other embodiments but also in various furnaces such as an incinerator, a combustion furnace, and a heat treatment furnace. The anticorrosion technique of the present invention can also be applied to combustion apparatuses other than the heating furnace. For example, in an automobile exhaust heat utilization device that reuses the heat of exhaust gas, a ceramic coating layer can be formed on a tube member constituting a heat exchanger under an appropriate condition via an intermediate joining layer in the same manner as in the present invention. it can. Thereby, corrosion of the heat exchanger due to contact with high-temperature exhaust gas can be prevented.

本発明の加熱炉の概略構成図Schematic configuration diagram of the heating furnace of the present invention 排気管の(a)縦断面図および(b)横断面図(A) longitudinal sectional view and (b) transverse sectional view of the exhaust pipe 排気管を構成する熱交換器の表面(燃焼排ガスの接触面)付近の拡大断面図Enlarged cross-sectional view near the surface of the heat exchanger composing the exhaust pipe (contact surface of the combustion exhaust gas) 別実施形態による加熱炉に使用する排気管の(a)縦断面図および(b)横断面図(A) longitudinal sectional view and (b) transverse sectional view of an exhaust pipe used in a heating furnace according to another embodiment 従来の加熱炉の概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional heating furnace

符号の説明Explanation of symbols

10 排気管
11 管体
12 熱交換部
12a スリーブ
12b 筒状ジャケット
13 中間接合層
14 セラミックコーティング層
20 ガラス溶融炉(加熱炉)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhaust pipe 11 Tubing body 12 Heat exchange part 12a Sleeve 12b Cylindrical jacket 13 Intermediate joining layer 14 Ceramic coating layer 20 Glass melting furnace (heating furnace)

Claims (5)

炉内の燃焼によって発生した燃焼排ガスを排出する排気管を備えた加熱炉であって、
前記燃焼排ガスが流通する管体と、
前記管体内を流れる前記燃焼排ガスと熱的に接続され、炉内に供給する燃焼用空気と前記燃焼排ガスとの熱交換が行われる熱交換部と、
を備え、
前記燃焼排ガスが前記熱交換部に直接接触することを防止するセラミックコーティング層が、中間接合層を介して、前記熱交換部の表面に形成されている加熱炉。
A heating furnace provided with an exhaust pipe for discharging combustion exhaust gas generated by combustion in the furnace,
A tubular body through which the combustion exhaust gas flows;
A heat exchanging unit that is thermally connected to the combustion exhaust gas flowing through the pipe, and that performs heat exchange between the combustion air supplied into the furnace and the combustion exhaust gas;
With
A heating furnace in which a ceramic coating layer for preventing the combustion exhaust gas from coming into direct contact with the heat exchange part is formed on the surface of the heat exchange part via an intermediate bonding layer.
前記セラミックコーティング層は、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、およびこれらの混合物からなる群から選択される材料で構成される請求項1に記載の加熱炉。   The heating furnace according to claim 1, wherein the ceramic coating layer is made of a material selected from the group consisting of aluminum oxide, chromium oxide, titanium oxide, and a mixture thereof. 前記中間接合層は、白金、イリジウム、レニウム、ルテニウム、およびこれらの混合物からなる群から選択される材料で構成される請求項1または2に記載の加熱炉。   The heating furnace according to claim 1 or 2, wherein the intermediate bonding layer is made of a material selected from the group consisting of platinum, iridium, rhenium, ruthenium, and a mixture thereof. 前記熱交換部は、前記燃焼排ガスが内部を流通するスリーブと、前記スリーブの周囲に形成され、当該スリーブとの間に前記燃焼用空気が流通する筒状ジャケットとを有している請求項1〜3の何れか一項に記載の加熱炉。   2. The heat exchange section includes a sleeve through which the combustion exhaust gas flows and a cylindrical jacket formed around the sleeve and through which the combustion air flows. The heating furnace as described in any one of -3. 炉内でアルカリ金属を含有する材料を加熱するものである請求項1〜4の何れか一項に記載の加熱炉。   The heating furnace as described in any one of Claims 1-4 which heats the material containing an alkali metal in a furnace.
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