BR102014008678A2 - queimador de combustível sólido/oxigênio, método para combustão de combustível sólido e oxigênio no queimador, método para operar um forno regenerativo para fusão de vidro com combustível/ar usando um queimador, e forno regenerativo - Google Patents

Abstract

queimador de combustível sólido/ oxigênio, método para combustão de combustível sólido e oxigênio no queimador, método para operar um forno regenerativo para fusão de vidro com combustível/ ar usando um queimador, e forno regenerativo. trata-se de um queimador de combustível sólido/ oxigênio, incluindo uma seção a montante, uma seção intermediária, e uma seção a jusante, um conduto de combustivel sólido estendendo-se entre as seções intermediária e a jusante para transportar uma mistura de combustível sólido em um gás de transporte, o conduto de combustível sólido tendo uma maior área de seção transversal na seção a jusante do que na seção intermediária, e um separador tubular de combustível posicionado dentro do conduto de combustível sólido na seção a jusante, o separador de combustível sendo delimitado por um plano de entrada e um plano de saída, o separador de combustível dividindo o conduto de combustível em um bico interno tendo uma área de seção transversal e um bico anular externo tendo uma área de seção transversal, no qual a relação entre a área de seção transversal do bico externo e a área de seção transversal do bico interno, medida no plano de saída, é maior que 1.

Description

QUEIMADOR DE COMBUSTÍVEL SÓLIDO/ OXIGÊNIO, MÉTODO PARA COMBUSTÃO DE COMBUSTÍVEL SÓLIDO E OXIGÊNIO NO QUEIMADOR, MÉTODO PARA OPERAR UM FORNO REGENERATIVO PARA FUSÃO DE VIDRO COM COMBUSTÍVEL/ AR USANDO UM QUEIMADOR, E FORNO REGENERATIVO

Fundamentos [0001] Esse Pedido se refere a um queimador para combustão de combustível sólido com oxigênio.

[0002] Devido em parte ao seu teor variável de matérias voláteis, combustível sólido pode ser um combustível muito difícil de ser inflamado em uma corrente de fluxo. Portanto, o combustível sólido normalmente sofre um retardo significativo de inflamação, que resulta em uma frente de chama, que é substancialmente descolada do bico de combustível. Essa é uma situação inerentemente instável, que pode levar a altos níveis de carbono não queimado, condições instáveis de aquecimento de processo (transferência de calor, fusão etc.) e, potencialmente, insuflamento da chama que pode levar a uma muito rápida e insegura deterioração na combustão.

[0003] É desejável ter um queimador capaz de formar uma frente de chama de combustível sólido, que seja ancorada à ponta do queimador. Essa é uma condição intrinsecamente desejável, que maximiza a transferência de calor, queima de carbono e estabilidade da chama.

Sumário [0004] Uma forma de realização de um queimador de oxi-combustivel sólido é descrita, tendo uma seção a montante, uma seção intermediária e uma seção a jusante. Um conduto de combustível sólido estende-se entre as seções intermediária e a jusante para transportar uma mistura de combustível sólido em um gás de transporte, o conduto de combustível sólido tendo uma maior área de seção transversal na seção a jusante do que na seção intermediária. Um separador de combustível tubular é posicionado dentro do conduto de combustível sólido na seção a jusante, o separador de combustível sendo delimitado por um plano de entrada e um plano de saída, o separador de combustível dividindo o conduto de combustível dentro de um bico interno, tendo uma área de seção transversal e um bico anular externo, tendo uma área de seção transversal, no qual a relação entre a área da seção transversal do bico externo e a área da seção transversal do bico interno medida no plano de saída é maior que 1.

[0005] Em outro aspecto, o queimador pode ainda incluir, pelo menos, uma cunha de combustível posicionada dentro do bico externo, a cunha de combustível tendo um ápice a montante e uma base a jusante alinhada com o plano de saída do separador de combustível. De preferência, pelo menos duas, e não mais de seis, das cunhas de combustível são posicionadas dentro do bico externo.

[0006] Em outro aspecto, um conduto anular de oxigênio cerca o conduto de combustível sólido pelo menos na seção intermediária.

[0007] Em outro aspecto, o queimador pode ainda incluir pelo menos uma cunha de oxigênio, estendendo-se radialmente para fora a partir do conduto anular de combustível sólido na seção a jusante, a cunha de oxigênio tendo um ápice a montante e uma base a jusante alinhada com o plano de saída do separador de combustível. A cunha de oxigênio pode ser uma cunha contínua circunscrevendo o conduto anular de combustível sólido.

[0008] Em outro aspecto, o queimador pode ainda incluir um conduto de combustível principal na seção a montante do queimador para fluir combustível sólido e um gás de transporte primário para o conduto de combustível sólido na seção intermediária do queimador, no qual a seção intermediária e a seção a jusante são coaxiais e definem um eixo do queimador, e a seção a montante define um eixo de entrada de combustível sólido que é desviado do eixo do queimador por um ângulo de cerca de 30° a cerca 60°. Em uma variação, o queimador pode ainda incluir um conduto tubular de combustível sólido e gás de transporte primário estendendo-se para dentro e cercado pelo conduto principal de combustível ao longo do eixo de entrada de combustível sólido, o conduto tubular de combustível sólido e gás de transporte primário tendo uma entrada para o fornecimento de combustível sólido e gás de transporte primário para o queimador, e uma entrada de gás de transporte suplementar para fornecer gás de transporte suplementar para o conduto principal de combustível.

[0009] Em outro aspecto, a relação entre a área da seção transversal do bico externo e a área da seção transversal do bico interno medida no plano de saída é de cerca de 1,5 a cerca de 6.

[00010] Em outro aspecto, o queimador ainda inclui um disco de frenagem de combustível posicionado simetricamente em torno do eixo do queimador e a montante do plano de entrada do separador de combustível por uma distância longitudinal, o disco de frenagem de combustível tendo uma altura radial. De preferência, a distância longitudinal entre o disco de frenagem de combustível e o plano de entrada do separador de combustível é de cerca de 2 a cerca de 5 vezes a altura radial do disco de frenagem de combustível. O bico anular interno formado pelo separador de combustível tem uma altura radial no plano de entrada e, de preferência, a altura radial do disco de frenagem é de cerca de 0,25 a cerca de 0,5 vezes a altura radial do bico anular interno. Em uma variação, o separador de combustível é geralmente de forma cilíndrica. Em outra variação, o separador de combustível é geralmente de forma cônica truncada convergente. Em outra variação ainda, o separador de combustível inclui uma porção a montante geralmente cilíndrica e uma porção a jusante cônica truncada convergente.

[00011] Um método de combustão de combustível sólido e oxigênio é descrito usando um queimador, o método, incluindo o fornecimento de gás de transporte suplementar suficiente para aumentar a concentração de oxigênio da mistura de combustível sólido e gás de transporte para mais do que cerca de 21% em moles e menos ou igual a cerca de 50% em moles. Em um aspecto do método de combustão, a concentração de oxigênio da mistura de combustível sólido e gás de transporte é elevada pelo gás de transporte suplementar a mais de cerca de 21% em moles e menos ou igual a cerca de 35% em moles.

[00012] Um método de operar um forno regenerativo para fusão de vidro com ar/ combustível é fornecido usando um queimador, o forno tendo uma abertura de ar quente, o método incluindo o posicionamento de pelo menos um dos queimadores próximo à abertura de ar quente. O método pode ainda incluir o funcionamento do queimador com oxigênio sub-estequiométrico. Em um aspecto do método de funcionamento, a relação estequiométrica é de cerca de 0,1 a cerca 0,5.

[00013] Um forno regenerativo é descrito, incluindo um bloco de queimadores tendo, pelo menos, uma abertura de queima montada em uma parede lateral do forno e um ou mais queimadores de oxigênio/ combustível sólido posicionados perto de uma borda de pelo menos uma abertura de queima. O queimador inclui uma seção a montante, uma seção intermediária e uma seção a jusante; um conduto de combustível sólido, estendendo-se entre as seções intermediária e a jusante para transportar uma mistura de combustível sólido em um gás de transporte, o conduto de combustível sólido tendo uma maior área de seção transversal na seção a jusante do que na seção intermediária; e um separador tubular de combustível posicionado dentro do conduto de combustível sólido na seção a jusante, o separador de combustível sendo delimitado por um plano de entrada e um plano de saída, o separador de combustível dividindo o conduto de combustível em um bico interno tendo uma área de seção transversal, e um bico anular externo tendo uma área de seção transversal, no qual a relação entre a área da seção transversal do bico externo e a área da seção transversal do bico interno medida no plano de salda é maior que 1.

Breve Descrição dos Desenhos [00014] A Fig. 1 é uma vista lateral de um exemplar de uma forma de realização de um queimador de oxi-combustivel sólido.

[00015] A Fig. 2 é uma vista traseira da forma de realização do queimador de oxi-combustivel sólido mostrada na Fig. 1.

[00016] A Fig. 3 é uma vista da seção transversal da forma de realização do queimador mostrada na Fig. 2, obtida através da seção A-A.

[00017] A Fig. 4 é uma vista extrema frontal da forma de realização do queimador mostrada na Fig. 1, como pode ser observado a partir da vista B-B.

[00018] A Fig. 5 é uma vista aproximada detalhada da seção transversal da ponta de saida da forma de realização do queimador das Figs. 1-4.

[00019] A Fig. 6 é outra forma de realização da ponta de saida do queimador das Figs. 1-4.

[00020] A Fig. 7 é uma vista da seção transversal da ponta de saida da forma de realização do queimador da Fig. 5 inserido em um pré-combustor.

[00021] A Fig. 8 é um gráfico de energia mínima de inflamação versus concentração de oxigênio para carvão betuminoso e coque de petróleo.

[00022] A Fig. 9 é uma representação de vários dos queimadores, conforme descrito nesse documento, posicionados por baixo de uma abertura de ar quente dentro de um forno regenerativo de vidro.

[00023] A Fig. 10 é uma representação de dois dos queimadores, conforme descrito nesse documento, posicionados nos lados de uma abertura de ar quente dentro de um forno regenerativo de vidro.

Descrição Detalhada [00024] Para os fins da descrição nesse documento, as seguintes definições são fornecidas. Gás de transporte é um fluido gasoso utilizado para carregar ou transportar partículas de combustível sólido, para e através do queimador, e pode incluir ar, ar enriquecido com oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono, gás queimado reciclado e suas combinações. Gás de transporte suplementar é um fluido gasoso utilizado para aumentar a taxa de fluxo do gás de transporte dentro do queimador e pode incluir ar, ar enriquecido com oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono, gás queimado reciclado e suas combinações. Oxigênio é um gás que contém moléculas de oxigênio em uma concentração maior ou igual a 28% em moles de 02, de preferência, maior ou igual a 60% em moles de 02 e, mais de preferência, maior ou igual a 85% em moles de 02. Combustível sólido é um combustível de carbono ou hidrocarbonetos na forma sólida e pode incluir coque de petróleo; todas as variedades de carvão incluindo antracito, betuminoso, sub-beturaínoso, e linhito; turfa, madeira, grama e outros materiais chamados de biomassa; resíduos sólidos urbanos; e suas combinações. Finalmente, como empregado nesse documento, o termo "rombudo" significa uma estrutura, cujas dimensões em um plano perpendicular à direção de fluxo principal, são comparáveis em magnitude à sua dimensão ao longo da direção do fluxo principal.

[00025] Uma forma de realização de um queimador de oxigênio/ combustível sólido pulverizado 10 é ilustrada nas Figs. 1 a 6. 0 queimador 10 inclui uma seção a montante 12, uma seção intermediária 14 e uma seção a jusante 16.

[00026] A seção a montante 12 inclui um conduto tubular de combustível sólido 20 para transportar combustível sólido pulverizado e gás de transporte (primário). O conduto de combustível sólido tem uma entrada 22. A seção a montante 12, opcionalmente, inclui ainda um conduto principal de combustível 30 em torno do conduto de combustível sólido 20 para formar uma passagem de gás de transporte suplementar anular 34 em torno do conduto de combustível sólido 20. O conduto principal de combustível 30 tem uma entrada de gás de transporte suplementar 32. O conduto de combustível sólido 20 termina em uma ponta a jusante 24 dentro do conduto principal de combustível 30 em uma câmara de pressão ou região de mistura 26, em que o combustível sólido e gás de transporte primário são misturados com o gás de transporte suplementar, antes de fluirem para dentro da seção intermediária 14.

[00027] Como mostrado nas Figs. 1-3, o queimador 10 tem um eixo primário 18 definido pela direção axial da seção intermediária 14 e da seção a jusante 16, que são coaxiais. A direção axial do queimador indica a direção de fluxo de saida do queimador 10. O conduto principal de combustível 30 possui um eixo de entrada de combustível sólido 21, que é desviado em um ângulo Θ em relação a um eixo primário 18 . Intervalos preferidos para o ângulo de desvio Θ são abaixo discutidos. Para direcionar o fluxo do conduto principal de combustível em ângulo 30 para dentro da seção intermediária 14, a mistura de gás de transporte e combustível sólido flui através de uma seção de joelho 28.

[00028] A seção a montante 12 também inclui uma barra de suporte do bico central de combustível 40, que é preferencialmente coaxial com o eixo do queimador 18, conforme mostrado nas Figs. 1-3. A barra de suporte do bico de combustível 40 serve como um cubo para fornecer suporte estrutural para outras características do queimador, como abaixo discutido.

[00029] A seção intermediária 14 inclui um conduto externo de combustível 44 cercando a barra de suporte do bico central de combustível 40. Uma passagem anular 46 é formada entre uma superfície externa da barra de suporte do bico central de combustível 40 e uma superfície interna do conduto externo de combustível 44. A passagem anular 46 é conectada, de forma fluida, na seção de joelho 28, para que a mistura de gás de transporte e combustível sólido seja direcionada a fluir através da passagem anular 46. Uma seção cônica 13 pode ser fornecida para a transição do fluxo da seção de joelho 28 para a passagem anular 46.

[00030] Um conduto de oxigênio 50 cerca o conduto externo de combustível 44 na seção intermediária 14 para formar uma passagem anular de oxigênio 54 delimitada por uma superfície externa do conduto externo de combustível 44 e uma superfície interna do conduto de oxigênio 50. O conduto de oxigênio 50 tem uma entrada de oxigênio 52 e termina em uma ponta a jusante 56.

[00031] A seção intermediária 14 conecta-se à seção a jusante 16, diretamente ou através de uma seção de transição 15. A barra de suporte do bico central de combustível 40 estende-se continuamente através da seção intermediária 14 e para dentro e através de pelo menos uma porção da seção a jusante de 16. O conduto externo de combustível 44 evoluí para um conduto externo de parede fina de combustível 45, resultando em uma passagem de fluxo anular 47 na seção a jusante 16, em que a área da seção transversal é maior do que a passagem anular 46 na seção intermediária 14. Uma vista expandida da seção a jusante 16 é mostrada na Fig. 5, e uma vista extrema a jusante da seção a jusante 16 é mostrada na Fig. 4.

[00032] A seção a jusante 16 pode incluir um disco de frenagem de combustível 68 ou obstrução, configurada de forma semelhante, estendendo-se radialmente para fora da barra de suporte do bico de combustível 40. O disco de frenagem de combustível 68 tem uma altura radial H1 medida a partir da superfície externa da barra de suporte do bico de combustível 40.

[00033] A seção a jusante 16 inclui um separador de combustível 60 estendido entre um plano de entrada 62 e um plano de saída 64 que, na Fig. 5, é também o plano de saída 94 do queimador 10. Não é necessário, no entanto, que o plano de saída 64 do separador de combustível 60 e o plano de saída 94 do queimador 18 sejam coincidentes. Por exemplo, na forma de realização mostrada na Fig. 6, o plano de saída 64 do separador de combustível 60 está localizado a montante do plano de saída 94 do queimador 18. O separador de combustível 60 inclui um elemento tubular 66 posicionado em torno da barra de suporte do bico de combustível 40 e rodeado pelo conduto externo de combustível 45. O elemento tubular 66 pode incluir uma porção geralmente cilíndrica a montante 74 seguida por uma porção cônica geralmente truncada convergente a jusante 76, ou todo o elemento tubular 66 pode ter uma forma geralmente cilíndrica ou forma cônica geralmente truncada convergente. Um bico anular interno 72 é formado entre a barra de suporte do bico de combustível 40 e o elemento tubular 66, enquanto um bico anular externo 70 é formado entre o elemento tubular e o conduto externo de combustível 45.

[00034] O plano de entrada 62 do separador de combustível 60 está posicionado a uma distância LI a jusante de uma face a jusante 69 do disco de frenagem de combustível 68. A abertura do bico interno 72 no plano de entrada 62 tem uma altura H2 medida a partir da superfície externa da barra de suporte do bico de combustível até a superfície interna do elemento tubular 66.

[00035] Aletas guias 92 são posicionadas no bico interno 72 entre o elemento tubular 66 e a barra de suporte do bico de combustível 40. Pelo menos duas aletas guias 92 podem ser usadas e, na forma de realização retratada, são utilizadas quatro aletas guias 92. As aletas guias 92 podem ser orientadas axialmente ou podem ser orientadas em um ângulo com relação à direção de fluxo axial para promover redemoinho.

[00036] Cunhas 78 são posicionadas no bico externo 70 entre o elemento tubular 66 e o conduto externo de combustível 45, e uma passagem de descarga 71 é formada entre cada par adjacente de cunhas 78. As cunhas 78 têm um vértice de ataque 80 e um base de fuga 82 e um ângulo de dispersão circunferencial de cerca de 10° a cerca de 60°. Pelo menos duas cunhas 78 e não mais que seis cunhas 78 são usadas e, na forma de realização retratada, são usadas quatro cunhas 78 e o número de passagens de descarga 71 é igual ao número de cunhas 78.

[00037] Como mostrado na Fíg. 7, quando o queimador 10 está instalado dentro de um pré-combustor 90, após a ponta a jusante 56 do conduto de oxigênio 50 terminar, um conduto anular de oxigênio é formado entre a superfície externa do conduto externo de combustível 45 e uma superfície interna do pré-combustor 90. Uma pluralidade de cunhas 84, ou uma cunha anular 84, pode ser posicionada sobre a superfície externa do conduto externo de combustível 45 no plano de saída 64 do separador de combustível 60, a cunha 84 tendo um ápice a montante 86 e uma base a jusante 88, e um ângulo de dispersão de cerca de 5o a cerca de 30°. A(s) cunha (s) 84 pode(m) circunscrever todo o, ou apenas uma porção ou porções do, conduto externo de combustível 45.

[00038] Em operação, gás de transporte e combustível sólido entram no queimador 10 através do conduto de combustível sólido 20 a uma velocidade maior ou igual a nominalmente 15 m/s. Em formas de realização do queimador utilizando gás de transporte suplementar, o conduto de combustível sólido 20 termina na câmara de pressão 26 rodeada pelo gás de transporte suplementar. Gás de transporte suplementar pode ser empregado para aumentar a velocidade de transporte de combustível através do queimador 10, com uma muito menor queda de pressão do que ocorrería, aumentando-se a taxa de fluxo do gás de transporte (primário) por uma quantidade igual.

[00039] O gás de transporte suplementar também pode ser usado para introduzir oxigênio, para aumentar o teor de oxidante do fluxo de gás de transporte. Isso pode ser uma maneira conveniente de melhorar as características de inflamação do combustível sólido. A Fig. 8, por exemplo, mostra a energia de inflamação do combustível sólido versus a concentração de oxidante para um carvão betuminoso e coque de petróleo, cujas propriedades relevantes são dadas na Tabela 1.

Tabela 1 [00040] Note que para concentração de oxigênio 21 % em moles, a energia minima de inflamação do coque de petróleo (ou petcoke) é duas ordens de grandeza maior do que para carvão betuminoso, que é indicativo do retardo substancial de inflamação, que está propenso a ocorrer ao inflamar uma mistura de ar/ petcoke em uma corrente de fluxo, e é principalmente devido ao teor muito baixo de matérias voláteis de petcoke. Além disso, os dados mostram que, aumentando a concentração de oxigênio de gás de transporte, até mesmo uma pequena quantidade de ar reduz substancialmente a energia mínima de inflamação e, assim, torna o fluxo de petcoke menos difícil de inflamar e ter combustão estável. De fato, os dados da Fig. 8 indicam que a adição de oxigênio a um fluxo de petcoke/ gás de transporte, através de oxigênio suplementar no gás de transporte, em uma quantidade gerando uma concentração de oxigênio composta menor ou igual a nominalmente 52% em moles, gera uma mistura de petcoke acrescida de gás com uma energia de inflamação mínima, maior ou igual a do carvão betuminoso acrescido de ar. Por razões de segurança, é aconselhável não enriquecer o fluxo de gás de transporte com oxigênio a um nível que produza uma menor energia mínima de inflamação, que um fluxo de carvão betuminoso/ ar. Assim, por exemplo, com a combustão de coque de petróleo, o queimador inventivo pode operar com oxigênio de transporte suplementar em uma quantidade que aumenta o teor de oxigênio do gás de transporte para não mais do que aproximadamente 50% em moles, enquanto que, em uma forma de realização preferencial, o teor de oxigênio do gás de transporte pode ser tão elevado quanto cerca de 35% em moles.

[00041] Experimentos têm demonstrado que, orientando o conduto de combustível sólido 20 e conduto principal combustível 30 em um ângulo Θ de menos de cerca de 65 graus com relação ao eixo 18 do queimador, resulta em um menor grau de pulsação de fluxo de combustível na saída do bico de combustível do queimador do que se o ângulo, Θ, fosse maior do que cerca de 65 graus. Verificou-se ainda que um ângulo de orientação, Θ, do tubo de admissão de combustível entre aproximadamente 30 e 60 graus proporciona um bom equilíbrio de baixa pulsação mais impacto suficiente com a parede do tubo de admissão de combustível, para fornecer uma dispersão de combustível satisfatória dentro da passagem do fluxo de combustível anular 46.

[00042] O fluxo de combustível saindo da passagem anular 46 da seção intermediária 14 sofre uma expansão para a maior área da seção transversal da passagem anular 47 na seção a jusante 16. A função do separador de combustível 60, posicionado dentro da seção a jusante 16, é dividir o fluxo de combustível entrante em frações separadas para fluir através do bico anular interno 72 e a passagem do bico anular externo 70. Embora o queimador 10 possa funcionar satisfatoriamente com várias posições e geometrias do separador de combustível 60, uma combinação ideal de fácil inflamação, estabilidade de chama, e formato de chama, tem sido alcançada, quando a velocidade média da fração de combustível saindo do bico externo 70 for menor que a velocidade média da fração combustível saindo do bico interno 72. Em particular, em uma forma de realização do queimador 10, a relação entre a área de seção transversal do bico externo 70 e o bico interno 72 é superior a 1,0, medida no plano de saída 64 do separador de combustível 60. De preferência, a relação entre as áreas de seção transversal do bico externo 70 e o bico interno 72, no plano de saida do separador de combustível 64, é de cerca de 1,5 a cerca de 6,0, visto que esse intervalo foi determinado para se obter uma combinação ideal da velocidade de combustível do bico interno e externo, levando a uma chama estável com alta eficiência de combustão.

[00043] Para facilitar ainda mais a divisão de combustível entre o bico interno 72 e bico externo 70, o disco de frenagem de combustível 68 pode ser posicionado dentro da seção a jusante 16 da passagem do fluxo de combustível 47, mas a montante da borda a montante 62 do separador de combustível 60, ao longo do eixo do queimador 18. A altura H1 do disco de frenagem 68 é, de modo ideal, de cerca de 0,2 a 0,5 da altura H2 do bico interno 72. Uma altura El do disco de frenagem inferior a 0,2 vezes a altura H2 do bico interno terá um efeito desprezível sobre a distribuição do fluxo de combustível sólido, enquanto uma altura H1 maior do que 0,5 vezes a altura H2 vai influenciar muito o fluxo de combustível para o bico externo e aumentar o risco de remoção das partículas de combustível. Além disso, para o disco de frenagem 68 funcionar de modo ideal, a distância longitudinal LI da face a jusante 69 do disco de frenagem de combustível 68 ao plano de entrada do separador de combustível 62 deve ser de cerca de 1 a cerca de 10 vezes a altura radial H1 do disco 68 . Uma distância longitudinal LI inferior a cerca de 1 vez a altura radial H1 do disco de frenagem vai influenciar muito o fluxo de combustível para o bico externo e aumentar o risco de remoção de partículas de combustível, enquanto que uma distância longitudinal superior a cerca de 10 vezes a altura radial do disco terá um efeito desprezível sobre a distribuição do fluxo de combustível sólido. De preferência, a distância longitudinal LI é de cerca de 2 a cerca de 5 vezes a altura radial H1 do disco 68.

[00044] É desejável, em certas circunstâncias, particularmente quando se pretende operar o queimador 20 com velocidade de saída de gás de transporte de dinâmica relativamente baixa, usar um separador de combustível 60 tendo seção reta 74 em combinação com a seção convergente a jusante 76, ao invés de simplesmente um separador de combustível reto (cilíndrico) 60. Alternativamente, o separador de combustível 60 pode consistir apenas de uma seção convergente truncada (ou seja, sem uma seção reta) . A seção convergente 7 6 facilita uma aceleração do fluxo no bico interno 72, o que aumenta a estabilidade da chama do queimador e a penetração do jato de chama no espaço de combustão.

[00045] A pluralidade de cunhas rombudas de combustível 78 posicionada no bico externo 70 auxilia ainda mais na estabilidade da chama. Cada cunha de combustível 78 gera uma zona de recirculação de fluxo de baixa pressão, em sua esteira (ou seja, a jusante de sua base 82) . Essa região de baixa pressão arrasta oxigênio e combustível sólido para dentro da esteira da cunha 78 e, desse modo, facilita a misturação de oxigênio e combustível sólido em baixa velocidade. Em outras palavras, a esteira gerada por cada cunha 78 fornece, em essência, um suporte de chama para inflamação do fluxo de combustível sólido. Ao distribuir várias cunhas 78 em torno da periferia do bico externo 7, uma fonte de inflamação distribuída é alcançada para auxiliar na estabilidade da chama do queimador. De preferência, o queimador 10 inclui pelo menos duas, e não mais que seis, cunhas de combustível 78.

[00046] Pelo menos uma cunha rombuda de oxigênio 84 posicionada na superfície externa do conduto externo de combustível 45 atua em combinação com as cunhas de combustível 78 para facilitar ainda mais a inflamação de combustível sólido e aumentar a estabilidade da chama. Cada cunha de oxigênio 84 provoca um desvio radial de oxigênio para longe do eixo do queimador 18 e, fazendo isso, da mesma forma que a cunha de combustível 78, forma uma região de baixa pressão e baixa velocidade na sua esteira. Portanto, as cunhas de oxigênio 84 e as cunhas de combustível 78 agem em conjunto. Embora várias cunhas de oxigênio 84 possam ser distribuídas ao longo da circunferência do conduto externo de combustível 45, de preferência, uma cunha anular contínua de oxigênio 84 é posicionada para circunscrever a totalidade do conduto externo de combustível 45.

[00047] Um queimador 10, conforme descrito nesse documento, pode ser usado em um sistema como um dispositivo para operações de aquecimento e/ou fusão em uma variedade de aplicações industriais. Uma aplicação digna de nota é como uma fonte de calor suplementar em um forno regenerativo para fusão de vidro, inflamado por ar/ combustível. Pessoas qualificadas na arte vão entender que, em um forno regenerativo para fusão de vidro inflamado com ar/ combustível, ar quente entra na zona de combustão do forno através de grandes aberturas, de certa forma retangulares, enquanto combustível é comumente introduzido através de uma ou mais aberturas de queima dos queimadores. As Figs. 9 e 10, por exemplo, ilustram um exemplar de formas de realização, em que uma ou mais aberturas de queima dos queimadores estão instaladas perto de uma abertura de ar quente de combustão (ou seja, abertura de queima) em um forno regenerativo para fusão de vidro, onde perto significa que o queimador pode estar adjacente e fora da borda da abertura ou adjacente à ponta e dentro da abertura. Nessas formas de realização, combustível sólido, sendo descarregado pela abertura de queima, é injetado dentro do fluxo de ar quente que entra no espaço de combustão. A Fig. 9 ilustra um exemplar de arranjo de sub-abertura de queima, enquanto a Fig. 10 ilustra um exemplar de arranjo de abertura lateral de queima. Nessas formas de realização, os queimadores podem ser operados com menos do que o oxigênio estequiométrico, como um meio para melhorar a combustão do combustível sólido com ar quente de combustão, a partir da abertura do regenerador. Em uma forma de realização preferencial, os queimadores devem ser inflamados com uma relação estequiométr ica entre cerca de 0,05 e 0,5. Isto é, os queimadores devem ser inflamados entre cerca de 5% e 50% do oxidante teórico necessário para a combustão completa. Operação com uma relação estequiométrica abaixo de cerca de 0,05 vai levar a uma estabilidade de chama insatisfatória e a uma baixa eficiência de combustão. Por outro lado, a operação com uma relação estequiométrica acima de cerca de 0,5 será incompatível com a operação em um forno regenerativo de vidro, inflamado com ar/ combustível. Isso porque exigirá uma redução inaceitavelmente grande na taxa de fluxo de ar através dos regeneradores para manter as condições globais próximas à estequiométrica no forno; ou se a taxa de fluxo de ar não for alterada, poderá levar a emissões de NOx excessivamente elevadas.

[00048] A presente invenção não está limitada, no seu âmbito, aos aspectos ou formas de realização específicas descritas nos exemplos, que servem como ilustrações de alguns aspectos da invenção, e quaisquer formas de realização, que forem funcionalmente equivalentes, estão incluídas no âmbito da presente invenção. Várias modificações da invenção, além daquelas mostradas e descritas nesse documento, se tornarão evidentes para as pessoas qualificadas na arte, e se destinam a ser inseridas no âmbito das reivindicações acrescentadas. - REIVINDICAÇÕES -

Claims (15)

1. QUEIMADOR DE COMBUSTÍVEL SÓLIDO/ OXIGÊNIO, caracterizado pelo fato de compreender: seção a montante, uma seção intermediária, e uma seção a jusante; conduto de combustível sólido estendendo-se entre as seções intermediária e a jusante para transportar uma mistura de combustível sólido em um gás de transporte, o conduto de combustível sólido tendo uma maior área de seção transversal na seção a jusante do que na seção intermediária; e separador tubular de combustível posicionado dentro do conduto de combustível sólido na seção a jusante, o separador de combustível sendo delimitado por um plano de entrada e um plano de saída, o separador de combustível dividindo o conduto de combustível em um bico interno tendo uma área de seção transversal, e um bico anular externo tendo uma área de seção transversal, no qual a relação entre a área de seção transversal do bico externo e a área de seção transversal do bico interno, medida no plano de saída, é maior que 1.

2. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender: pelo menos uma cunha de combustível posicionada dentro do bico externo, a cunha de combustível tendo um ápice a montante e uma base a jusante alinhada com o plano de saída do separador de combustível.

3. QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de ainda compreender um conduto de oxigênio anular em torno do conduto de combustível sólido, pelo menos na seção intermediária.

4 . QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de ainda compreender: pelo menos uma cunha de oxigênio estendendo-se radialmente para fora do conduto anular de combustível sólido na seção a jusante, a cunha de oxigênio tendo um ápice a montante e uma base a jusante alinhada com o plano de saída do separador de combustível.

5. QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de ainda compreender: conduto principal de combustível na seção a montante do queimador para fluir combustível sólido e um gás de transporte primário para o conduto de combustível sólido na seção intermediária do queimador; em que a seção intermediária e a seção a jusante são coaxiais e definem um eixo do queimador.

6. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de ainda compreender: conduto tubular de combustível sólido e de gás de transporte primário estendendo-se no interior e rodeado pelo conduto principal de combustível ao longo do eixo de entrada de combustível sólido, o conduto tubular de combustível sólido e de gás de transporte primário tendo uma entrada para fornecer combustível sólido e o gás de transporte primário ao queimador; e entrada de gás de transporte suplementar para fornecer gás de transporte suplementar para o conduto principal de combustível.

7 . QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato da relação entre a área de seção transversal do bico externo e a área de seção transversal do bico interno, medida no plano de saída, ser de cerca de 1,5 a cerca de 6.

8 . QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ainda compreender: disco de frenagem de combustível posicionado simetricamente em torno do eixo do queimador e a montante do plano de entrada do separador de combustível a uma distância longitudinal, o disco de frenagem de combustível tendo uma altura radial.

9. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do bico anular interno formado pelo separador de combustível ter uma altura radial no plano de entrada, e no qual a altura radial do disco de frenagem é de cerca de 0,2 a 0,5 vezes a altura radial do bico anular interno.

10. QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato do separador de combustível ser geralmente de forma cilíndrica.

11. QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato do separador de combustível incluir uma porção a montante geralmente cilíndrica e uma porção a jusante cônica truncada, geralmente convergente.

12. MÉTODO PARA COMBUSTÃO DE COMBUSTÍVEL SÓLIDO E OXIGÊNIO NO QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de compreender: fornecimento de gás de transporte suplementar suficiente para aumentar a concentração de oxigênio da mistura de combustível sólido e gás de transporte a mais de cerca de 21% em moles e a menos ou igual a cerca de 50% em moles.

13. MÉTODO PARA OPERAR UM FORNO REGENERATIVO PARA FUSÃO DE VIDRO COM COMBUSTÍVEL/ AR USANDO UM QUEIMADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato do forno ter uma abertura de ar quente, e do método compreender o posicionamento de pelo menos um dos queimadores perto de uma borda da abertura de ar quente.

14 . MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato da relação estequiométrica ser de aproximadamente de cerca de 0,05 a cerca de 0,5.

15. FORNO REGENERATIVO, caracterizado pelo fato de compreender: bloco de queimadores tendo pelo menos um abertura de queima montada em uma parede lateral do forno; e um ou mais queimadores de combustível sólido/ oxigênio posicionados perto de uma borda de pelo menos uma abertura de queima, o queimador compreendendo: seção a montante, uma seção intermediária, e uma seção a jusante; conduto de combustível sólido estendendo-se entre as seções intermediária e a jusante para transportar uma mistura de combustível sólido em um gás de transporte, o conduto de combustível sólido tendo uma maior área de seção transversal na seção a jusante do que na seção intermediária; e separador tubular de combustível posicionado dentro do conduto de combustível sólido, na seção a jusante, o separador de combustível sendo delimitado por um plano de entrada e um plano de saída, o separador de combustível dividindo o conduto de combustível em um bico interno tendo uma área de seção transversal, e um bico anular externo tendo uma área de seção transversal, no qual a relação entre a área de seção transversal do bico externo e a área de seção transversal do bico interno, medida no plano de saída, é maior que 1.